Notkun skothylkishitara í hálfleiðara tómarúmvinnslubúnaði

Hálfleiðarafyrirtækið hefur mjög miklar kröfur um hversu hrein og nákvæm vinnslan er og lofttæmisvinnsla er mikilvægur þáttur í gerð hálfleiðara (til dæmis oblátuglæðing, sputtering, æting og pökkun). Hitakerfið er mikilvægasti hluti af hálfleiðara tómarúmvinnslubúnaði vegna þess að það ákvarðar hversu vel hálfleiðaraplöturnar eru unnar. Hylkisofnar eru nú vinsælasti hitunarþátturinn fyrir þessa tegund búnaðar vegna þess að þeir hitna hratt, vinna stöðugt og eru litlir. Hylkishitarar sem notaðir eru í tómarúmsvinnslubúnaði fyrir hálfleiðara verða ekki aðeins að uppfylla grunnþarfir lofttæmishitunar heldur verða þeir einnig að geta sinnt þörfum hálfleiðaraiðnaðarins fyrir mikla nákvæmni, hreinleika og stöðugleika.

Hálfleiðara tómarúmsvinnslubúnaður, eins og lofttæmiglæðingarofnar, sputteringsbúnaður og ætingarbúnaður, virkar venjulega í háu-lofttæmi (yfir 10^-4 Pa) og háhitaumhverfi (300-1200 gráður). Hitakerfið verður að halda hitastigi innan ±0,5 gráður. Þetta er vegna þess að rafframmistaða hálfleiðaraþilja er sérstaklega viðkvæm fyrir hitastigi. Jafnvel litlar breytingar á hitastigi geta valdið erfiðleikum eins og ójafnri lyfjaþéttni, kristalgalla og önnur atriði sem hafa áhrif á gæði og afrakstur hálfleiðaraflísa. Hylkishitarar geta náð þessum háu stöðlum vegna þess að þeir eru mjög góðir í að stjórna hitastigi og hita jafnt.


Hylkishitarar eru aðalhitunarhluti lofttæmisglæðingarofna fyrir hálfleiðaraplötur. Til að losna við ófullkomleika kristalsins og láta skífuna virka betur rafmagnslega, krefst lofttæmiglæðingarferlið þess að hálfleiðaraskífan sé hituð að tilteknu hitastigi (venjulega 600–1000 gráður) í háu- lofttæmiumhverfi og haldið þar í ákveðinn tíma. Í þessu tilviki eru skothylkihitararnir venjulega Inconel slíðurhylkjahitarar með MgO einangrunarfylliefni sem er mjög hreint og mjög þétt. Inconel slíðrið er mjög stöðugt við háan hita og þolir tæringu, sem þýðir að það oxast ekki né verður óhreint við lofttæmisaðstæður við háan-hita. MgO fylliefnið með miklum -þéttleika sér til þess að varmi berist jafnt og að einangrunin virki vel, þannig að oblátið verði ekki of heitt á einum stað.

Einnig er mjög nákvæmt hvernig skothylkihitarar eru settir upp í lofttæmiglæðingarofnum. Byggt á reynslu, eru skothylkihitarar settir á þéttan og jafnan hátt á ofnvegg, botn og topp. Hver skothylkihitari hefur sinn hitaskynjara. Hitastýringarkerfið notar algrím fyrir hitastýringu með mörgum -svæða til að breyta afli hvers skothylkishitara í rauntíma. Þetta heldur hitastigi í ofnhólfinu innan við ±0,5 gráður. Einnig er bil upp á 5 til 10 mm á milli hvers hitahylkis til að koma í veg fyrir að hitageislunin trufli hver annan og tryggja að hitinn dreifist jafnt. Lengd og þvermál skothylkjahitaranna eru sniðin að stærð ofnhólfsins og hálfleiðaraskífunnar. Fyrir stóra-ofna vinnslubúnað eins og 12 tommu ofna, eru lengri og þykkari hylkishitarar notaðir til að tryggja að það sé nægur hitunarkraftur og jafnvel hitun.

Hylkishitarar eru notaðir í hálfleiðara sputtering vélum til að hita markið og undirlagið. Til að bæta viðloðun sputtered filmunnar og einsleitni filmuþykktarinnar verður að hita markið og undirlagið upp í ákveðið hitastig (venjulega á milli 300 og 600 gráður) í háu-tæmiumhverfi. Hylkishitararnir í þessu tilfelli eru venjulega hylkjahitarar úr ryðfríu stáli (316L) með aflþéttleika 5–7 W/cm². 316L ryðfrítt stál slíðrið er tæringarþolið og getur unnið með óvirku gasumhverfi sputteringsbúnaðarins, þar á meðal argon. Hæfilegur aflþéttleiki tryggir að markið og undirlagið hitni hratt án þess að verða of heitt á einum stað.

Fólk setur skothylkihitara oft í sputtering vélar í markhaldara og undirlagshaldara, þar sem þeir eru mjög nálægt markinu og undirlaginu til að gera varmaflutning skilvirkari. Hár-hitaþolnir-keramik einangrunarefni og málmþéttihringir loka blýinu-út úr hluta hitahylkisins. Þetta heldur lofttæmi sputtering hólfsins þéttu og kemur í veg fyrir að óvirkt gas leki. Einnig eru skothylkihitararnir með íhlutum sem verja gegn ofhitnun. Ef hitastigið fer yfir fyrirfram ákveðið gildi verður slökkt á aflgjafanum í tíma til að varðveita markið, undirlagið og sputtering búnaðinn.

Hylkishitararnir sem notaðir eru í hálfleiðara tómarúmvinnslubúnaði verða að passa við strönga hreinlætisstaðla hálfleiðaraiðnaðarins. Til að koma í veg fyrir að ryk, olíublettir og önnur mengunarefni falli af og mengi hálfleiðaraskífuna verður að pússa og þrífa yfirborð slíðunnar. Til að lágmarka rokgjörn og mengun við háan- lofttæmisaðstæður verður MgO einangrunarfyllingin að vera mjög hrein og innihalda ekki hættuleg aðskotaefni, svo sem þungmálma. Einnig verða skothylkihitararnir að standast alvarlegar hreinleikaprófanir áður en þeir fara frá verksmiðjunni til að ganga úr skugga um að þeir uppfylli staðla hálfleiðaraiðnaðarins.

Hylkishitarinn verður einnig að vera stöðugur með tímanum. Vegna þess að hálfleiðaraframleiðslubúnaður keyrir allan tímann (24 tíma á dag, 7 daga vikunnar), þarf rörlykjuhitarinn að endast í langan tíma (meira en 8000 klukkustundir) og vinna stöðugt. Hylkishitarar sem notaðir eru í hálfleiðara tómarúmvinnslubúnaði eru venjulega smíðaðir úr hágæða efnum og fara í gegnum mikla prófunar- og hönnunarvinnu til að tryggja að þeir virki vel í langan tíma án þess að þurfa að skipta oft út. Reglulega hreinsun slíðuryfirborðsins og eftirlit með einangrunarvirkni hitahylkjanna getur hjálpað þeim að endast lengur og halda hálfleiðaraframleiðslu gangandi.

Í stuttu máli eru skothylkihitarar mikilvægur hluti af hálfleiðara tómarúmvinnslubúnaði og frammistaða þeirra hefur bein áhrif á gæði og afrakstur hálfleiðaraþilja. Hylkishitarar eru fullkomnir fyrir hálfleiðarageirann vegna þess að þeir geta stjórnað hitastigi mjög nákvæmlega, hitað jafnt, unnið áreiðanlega og verið mjög hreint. Mismunandi gerðir af hálfleiðara tómarúmsvinnslubúnaði, eins og glæðuofnum og sputtering búnaði, þurfa mismunandi tegundir af skothylkihitara. Fagleg aðlögun og tækniaðstoð getur hjálpað hálfleiðaraframleiðendum að velja bestu skothylkihitarana, halda búnaðinum gangandi og gera hálfleiðaravörur betri.