在高度精密的半導體製程領域中，流體系統元件的特定關鍵性能已成為進入市場的基本門檻。以原子層沉積（ALD）與原子層蝕刻（ALE）製程為例，高潔淨度是所有系統元件必須達成的核心要求。然而隨著製程節點不斷縮小，維持潔淨度的難度也隨之攀升。此外，製程流體系統中使用的多種氣體可能具危險性，因此密封性能也是必要條件。
這些現象似乎意味著，半導體產業中的閥門、接頭和其他關鍵流體系統元件市場已趨於商品化。畢竟，既然所有產品都必須具備這些基本特性，那最終的使用效能應該也相差無幾，對吧？
其實不盡然。舉例來說，ALD半導體製程使用的超高純閥門並非全都相同，且部分進階產品能協助晶圓製造商克服最迫切的挑戰。以下將探討晶圓製造商面臨的三大主要挑戰，以及如何透過合適的ALD製程閥門與其他流體系統元件，更有信心地應對與解決這些挑戰。
挑戰一：處理不穩定的化學物質
如前所述，ALD與ALE製程中常用的前驅氣體多半具不穩定與危險性。雖然密封性是閥門的基本要求，但在實際應用中還是必須具備其他關鍵特性。
舉例而言，為了更有效控制前驅物並開發新型材料應用，製程閥門必須承受大幅變化的壓力與溫度，同時仍能維持穩定且可重複的氣態流量。這表示閥門必須在多樣化的系統壓力與溫度條件內（最高可達200°C）展現可預測且可靠的性能。
此外，ALD與ALE閥門在執行吹掃程序時，必須保持與初始化學劑量（chemical dosing）相同的精確參數。此兩階段程序包括使用氮氣吹掃前驅氣體，再對氮氣進行吹掃。這些步驟必須快速且一致地完成，以確保製程維持最高效率。
閥門必須在多樣化的系統壓力和溫度條件內（最高可達200°C）展現可預測且可靠的性能。
使用特定多口閥與多閥歧管（閥組）可減輕極端溫度波動的影響，並提升吹掃效率。兩者的選擇完全取決於實際應用條件，其中歧管通常適用於需要吹掃大量氣體的製程。無論選擇何種設計，都能協助您有效應對新型化學物質帶來的挑戰。
多口閥
挑戰二：提升良率
當今晶圓廠最重視的目標是：最大化每個生產週期的可用晶片產出量。
雖然製程速度至關重要，但一致性與可重複性更為關鍵。ALD與ALE製程通常需要供應數百萬次化學劑量，而製程專用的閥門必須在這數百萬次循環中持續且穩定地輸送這些化學劑量。閥門的流量容量固然會影響化學劑量的體積，但實際上，閥門的開啟時間（以毫秒計）對劑量影響更大。閥門致動反應時間的微小差異可能導致送入製程腔體的化學劑量出現非預期的變化。
閥門致動反應時間的微小差異可能導致送入製程腔體的化學劑量出現非預期的變化。
在選擇可持續提供高性能的製程閥門時，可以特別留意以下幾項關鍵指標：
挑戰三：降低總擁有成本（TCO）
降低半導體製造設備的總擁有成本是提升營運效率的重要關鍵，而實現此目標的關鍵在於盡可能減少停機時間。
由於ALD與ALE製程中使用的前驅氣體多具有危險性與腐蝕性，且製程中可能出現劇烈的溫度與壓力變化，因此閥門必須專為此類系統設計與製造。設計時需特別考量閥門的結構材料。採用在高性能合金與殘留元素含量之間達到最佳平衡的不鏽鋼配方，對半導體生產環境至關重要。提高不鏽鋼配方中的鉻、鎳與鉬含量有助於增強材料強度與耐腐蝕性。配方中也必須保留特定殘留成分，包括特定比例的硫，以確保最終元件具備最佳的表面處理品質及可焊性。專業的製造商應能依據實際應用需求，在這些關鍵性能特性間取得最佳平衡。
選擇經過優化的材料可延長元件壽命，進而減少因維修、保養或更換所造成的停機時間。每一次停機都意味著高昂的成本與潛在營收損失。由於閥門在ALD與ALE製程中扮演關鍵角色，且在整體系統中的成本占比極低，因此投資高性能的流體系統元件能帶來可觀的投資回報。
與合適的供應商合作以取得高品質、高可靠性的ALD與ALE製程閥門也十分重要。專業的供應商應展現對原子層製程及其複雜性的深刻理解，並能協助您選擇最符合需求的閥門。我們的半導體專業團隊擁有豐富經驗，能協助半導體設備製造商與晶圓製造商優化製程與設備。若您想進一步了解如何優化製程，歡迎隨時與我們的專家交流。