کیوں گیس فلوٹنگ ڈسک ہائی ٹمپریچر ایپیٹیکسی میں ناہموار ہو جاتی ہے۔

فلوٹنگ گیس ڈسکیں جو اعلی درجہ حرارت کے ایپیٹیکسی عمل میں استعمال ہوتی ہیں ویفرز کو استحکام فراہم کرتی ہیں اور انہیں گیس کے یکساں بہاؤ کے ساتھ سہارا دیتی ہیں۔ پیداواری ماحول میں، آپریٹرز مشاہدہ کر سکتے ہیں کہ وقت کے ساتھ ساتھ یہ ڈسکیں اپنی ہم آہنگی کھو دیتی ہیں۔ اگرچہ ہلکی سی تبدیلی گیس کے بہاؤ کی یکسانیت اور ویفرز کے استحکام کے لیے نہ ہونے کے برابر ہو سکتی ہے، لیکن جھکاؤ والی ڈسک تھوڑا سا پہننے یا ڈسک کی سطح پر جمع ہونے سے شروع ہو سکتی ہے، اور وقت کے ساتھ ساتھ خراب بھی ہو سکتی ہے۔ ڈاؤن ٹائم اور پروڈکٹ کی ناکامیوں سے بچنے کے لیے یہی سمجھنے کی ضرورت ہے۔ سالوں کے دوران، فیب میں روزمرہ کے معمولات کے دوران، درجہ حرارت اور بہاؤ کے حالات میں معمولی تبدیلی آج ڈسکوں کو صف بندی سے باہر کر سکتی ہے۔

AMAT Centura5200 گیس فلوٹنگ ڈسک میں تھرمل ڈیفارمیشن میکانزم

گیس فلوٹنگ ڈسک جزوی طور پر گرمی کی وجہ سے AMAT Centura5200 سسٹم میں اپنی ہمواری کھونے کا خطرہ رکھتی ہے۔ اعلی درجہ حرارت کے دوران ایپیٹیکسی نمو ، ڈسک کو غیر یکساں طور پر ری ایکٹر چیمبر کے ذریعہ گرم کیا جاتا ہے۔ یہ اوپر سے بہت زیادہ تابکاری اور پلازما توانائی حاصل کرتا ہے، اور نیچے سے ٹھنڈی گیس بہتی ہے۔ درجہ حرارت کا فرق مواد میں تھرمل دباؤ کا باعث بنتا ہے۔ مختلف درجہ حرارت کے ساتھ دھات یا لیپت سطح کی بار بار سائیکلنگ ڈسک کے مواد کی توسیع اور سکڑاؤ کا باعث بنتی ہے۔ اگرچہ ہر تھرمل سائیکل میں تناؤ نسبتاً چھوٹا ہو سکتا ہے، جب اسے سینکڑوں یا ہزاروں بار بار بار انجام دیا جاتا ہے، تو جمع شدہ بقایا تناؤ تھرمل اخترتی کو فروغ دینا شروع کر دیتا ہے۔ کچھ علاقے دوسروں کے مقابلے میں زیادہ پھیلتے اور پھیلتے ہیں اور ڈسک میں ہلکی سی وارپ کا باعث بنتے ہیں۔ یہ ہلکا سا جھکاؤ گیس کشن میں خلل ڈال سکتا ہے جو ڈسک کو یکساں طور پر تیرنے دیتا ہے۔ تھرمل اخترتی بھی ڈسک میں درجہ حرارت کے میلان کی طرف سے حوصلہ افزائی کی جا سکتی ہے. ڈسک کا ایک حصہ گرمی کے منبع کے قریب ہو سکتا ہے یا اسے تھوڑا کم کولنگ گیس کا بہاؤ موصول ہو سکتا ہے۔ ایک حصہ پھر دوسرے سے زیادہ پھیلا ہوا ہے۔ یہ مسئلہ دیکھ بھال یا صفائی کے بعد پیدا ہو سکتا ہے کیونکہ گیس کے بہاؤ کی خصوصیات اکثر بدل جاتی ہیں، اور مذکورہ آپریشن کے بعد ڈسک کی غیر مستحکم سطح کا مشاہدہ کرنا عام ہے۔ رینگنا بھی ایک مسئلہ ہے۔ زیادہ درجہ حرارت ایک مستقل بوجھ کے تحت ڈسک کے مواد کی بتدریج خرابی کو جنم دیتا ہے۔ یہ اچانک ٹوٹنے کے بغیر ایک سست عمل ہے۔ تاہم، یہ سست "تناؤ کی یادداشت" کی نمائندگی کرتا ہے۔ کچھ فیبس میں، یہ اطلاع دی گئی ہے کہ مہینوں کی سروس کے بعد ڈسک میں بظاہر نقائص کے بغیر ہلکا سا جھکاؤ پایا گیا تھا۔ ایک مثالی مثال سے مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔ Sic epitaxy لائن جب ویفر نے غیر یکساں موٹائی ظاہر کی۔ چیمبر میں گیس فلوٹنگ ڈسک کی محتاط تحقیقات سے ایک مقعر ڈسک کا انکشاف ہوا۔ اس کی بنیادی وجہ اعلی درجہ حرارت کے چکروں اور غیر یکساں بیک گیس کولنگ فلو سے تجزیہ کیا گیا تھا۔ گیس فلوٹنگ ڈسک کا استحکام بنیادی طور پر کنٹرول شدہ درجہ حرارت کی تقسیم، قابل اعتماد گیس کے بہاؤ، اور اہم کریپ شروع ہونے سے پہلے ڈسکوں کو تبدیل کرنے سے وابستہ ہے۔

CVD TaC کوٹنگ کی یکسانیت ڈسک کی چپٹی اور استحکام کو کیسے متاثر کرتی ہے؟

CVD TaC کوٹنگز عام طور پر گیس فلوٹنگ ڈسک کے لیے استعمال کی جاتی ہیں کیونکہ یہ اچھی طرح سے تیار شدہ ہے، سخت ایپیٹیکسی ماحول کے تحت گرمی اور سنکنرن کے خلاف مزاحمت پر اعلیٰ کارکردگی۔ لیکن ٹینٹلم کاربائیڈ کا سخت کوٹنگ میٹریل بھی گیس فلوٹنگ ڈسک کے آپریشن کے دوران چپٹی اور استحکام پر یکساں کوٹنگ موٹائی کی اہم اہمیت سے گریز نہیں کر سکتا۔ جب کوٹنگ کی موٹائی پوری سطح پر بالکل یکساں ہوتی ہے، تو اعلی درجہ حرارت اور گیسوں کے زیادہ دباؤ کے تحت ڈسک متوازی طور پر پھیل جاتی ہے، گرمی ڈسک کے اندرونی تناؤ کے ساتھ یکساں طور پر پھیلتی ہے۔ ایک ہی وقت میں، ڈسک کے نیچے گیس کا کشن زیادہ یکساں طور پر بن سکتا ہے، جو ترقی کے دوران ویفر کی پوزیشن کو مستحکم رکھنے میں مدد کرتا ہے۔ مسئلہ اس وقت ہوتا ہے جب پوری سطح پر کوٹنگ کی موٹائی میں فرق ہو۔ ایک طرف جس کا کوٹنگ کا حصہ قدرے موٹا ہوتا ہے اس خطے میں اضافی سختی کا اضافہ کرتا ہے اور اعلی درجہ حرارت میں مختلف طریقے سے جواب دے گا، یہ پتلی جگہ کے مقابلے میں آہستہ آہستہ پھیل سکتا ہے یا نسبتاً سکڑ سکتا ہے۔ مسلسل سائیکلک ہیٹنگ کے ذریعے، ان اختلافات کی وجہ سے جمع ہونے والا تناؤ اندرونی تناؤ پیدا کر سکتا ہے اور اس کے نتیجے میں ڈسک بیس کا ہلکا موڑنے کا سبب بن سکتا ہے جو کہ اصل میں بالکل فلیٹ تھا۔ اصل پیداوار میں، ہم اس مسئلے کو غیر مستحکم فلوٹ اونچائی کے طور پر دیکھتے ہیں، یا ویفرز کے مراکز تھوڑا سا بدلنا شروع کر دیتے ہیں، یہاں تک کہ جب سب کچھ بالکل نارمل نظر آتا ہے۔ ایک پروڈکشن انجینئر کو یہ اس وقت مل سکتا ہے جب وہ دیکھتے ہیں کہ جمع شدہ ویفر کی موٹائی کے کنارے کے فرق میں غیر متوقع طور پر اضافہ ہوا ہے، پھر بھی، جب چیمبر کی جانچ پڑتال کرتے ہیں، تو وہ محسوس کر سکتے ہیں کہ فلوٹنگ ڈسک میں پہلے سے ہی ایک غیر واضح "لفٹ پیٹرن" ہے جو عام طور پر کوٹنگ کی مختلف حالتوں سے متعلق ہوتا ہے۔ کوٹنگ کے بعد ایک گیس فلوٹنگ ڈسک بصری طور پر اچھی لگتی ہے۔ اس کے بعد اس نے اعلی درجہ حرارت کے آپریٹنگ وقت کی مدت کے بعد ہلکی وارپنگ دکھانا شروع کردی۔ ہم نے پایا کہ اس نے اصل میں تجزیہ کے ساتھ موٹائی میں کئی مائیکرو میٹر کا فرق دکھایا، قدر جو 1500C پر کام کرنے والی قدرے جھکی ہوئی ڈسک کے لیے ذمہ دار تھی۔ گیس کے بہاؤ کی شرح، درجہ حرارت کی پروفائل اور کوٹنگ کے دوران ڈسک کی گردش کا مناسب کنٹرول اس عمل میں درکار ہوتا ہے، کوٹنگ کی موٹائی کی پیمائش کے ساتھ معمول کے مطابق پیمائش کی جاتی ہے تاکہ کوٹنگ کے عمل کو دوبارہ ترتیب دیا جا سکے۔

AMAT گیس فلوٹ ڈسک کی مرمت کے معیارات درستگی ایپیٹیکسی عمل کے لیے

اعلی درجہ حرارت کی نشوونما کے دوران ویفر کو مستحکم کرنے کے لیے AMAT Centura جیسے درست آلات کے لیے epitaxy آلات میں گیس فلوٹنگ ڈسکیں ضروری ہیں۔ پہنی ہوئی، بگڑی ہوئی یا غیر مساوی لیپت ڈسکوں کی مرمت کرتے وقت سخت پروٹوکول شامل ہوتا ہے۔ مرمت کے عمل میں کوئی بھی غلطی گیس کشن کے رویے اور اس طرح ویفر کے معیار کو متاثر کرے گی۔ مرمت کے بعد سب سے فوری پہلو جس کا جائزہ لیا جاتا ہے وہ سطح کی ہمواری ہے۔ مرمت کو بہت سخت چپٹی رواداری کو پورا کرنا چاہیے، کیوں کہ تھوڑی سی وارپ بھی گیس کے بہاؤ کے توازن کو بگاڑ سکتی ہے۔ کسی بھی پیسنے یا پالش کو یقینی بنانا چاہیے کہ پوری سطح سے مساوی مقدار میں مواد ہٹا دیا جائے۔ ناہموار چمکانا زیادہ تر ابتدائی ڈسک کی ناکامی کی وجہ ہے۔ کوٹنگ کی مرمت بھی ایک حساس مسئلہ ہے۔ زیادہ تر ڈسکیں CVD TaC اور اسی طرح کی سخت کوٹنگز سے محفوظ ہیں۔ دوبارہ کوٹنگ کرنے پر، یہ یقینی بنانا ضروری ہے کہ پرت کی موٹائی ڈسک کی پوری سطح پر یکساں ہو۔ کوٹنگ کی ناہموار موٹائی اس حصے کو گرم کرنے پر مختلف ردعمل کا سبب بنتی ہے اور آپریشن کے دوران جھکاؤ یا ناہموار لفٹ میں حصہ ڈال سکتی ہے۔ Fabs نے دیکھا ہے کہ ڈسکیں مرمت کے بعد بصری معائنہ سے گزرتی ہیں، لیکن اس خرابی کی وجہ سے چند چکروں کے بعد غیر مستحکم فلوٹ کی بلندیوں کو تیار کرتی ہے۔ اگرچہ یہ معمولی معلوم ہوتا ہے، لیکن مرمت سے پہلے صفائی انتہائی اہم ہے۔ بیس سبسٹریٹ پر غیر ہٹائے گئے آلودگی یا رد عمل کی مصنوعات نئے کوٹنگ بانڈ کی سالمیت سے سمجھوتہ کریں گی۔ ایک SiC ایپیٹیکسی لائن پر، ایک مرمت شدہ ڈسک کو واپس پروڈکشن میں پہنچا دیا گیا اور ایک ہفتے کے بعد ویفر پر کمپن کے نشانات دکھائے۔ ڈسک کی مرمت کے بعد کے معائنے سے پتہ چلا کہ مرمت کی کوٹنگ کے نیچے پھنسی باقیات جو تھرمل سائیکلنگ کی وجہ سے آہستہ آہستہ پھیل رہی تھیں۔ مرمت کے بعد، مرمت کے دوران ہونے والے دباؤ کو دور کرنے کے لیے اکثر ڈسکوں کو بلند درجہ حرارت پر رکھا جاتا ہے۔ آپریٹرز اس عمل کے دوران ڈسک کی نگرانی کرتے ہیں تاکہ وارپنگ یا متضاد لفٹنگ کے ابتدائی اشارے کا پتہ لگایا جا سکے۔ یہ ضروری ہے کہ نہ صرف نقصان کی مرمت کی جائے بلکہ تھرمل خصوصیات کے اصل توازن، سطح کی ہمواری، اور گیس کے بہاؤ کے توازن کو واپس لایا جائے تاکہ اس بات کو یقینی بنایا جا سکے کہ مرمت شدہ ڈسک پیداوار کے دوران نئی کی طرح کام کرے گی۔

حرارت کی تقسیم اور ویفر لیویٹیشن استحکام کے درمیان تعلق

epitaxy کے دوران ویفر کو برابر کرنے کے دوران گیس کے بہاؤ کے دوران، ڈسک اور چیمبر میں گرمی کو کس طرح یکساں طور پر تقسیم کیا جاتا ہے، کلید ہے۔ اگر گرمی کو یکساں طور پر پھیلایا جائے تو اس کے نیچے موجود گیس فلم یکساں ہوگی اور ویفر متوازن رہے گا۔ ناہموار حرارت نازک توازن کو خراب کرنا شروع کر دے گی۔ ایک حقیقی AMAT Centura قسم کے عمل کے دوران ویفر کا مرکز کناروں سے زیادہ گرم ہو گا۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ہیٹر خود ویفر کی سطح پر مکمل طور پر یکساں حرارت کا نقشہ نہیں بنا رہا ہے، اور گیس کی پچھلی طرف کولنگ یکساں نہیں ہوسکتی ہے۔ جب ویفر ایک جگہ پر زیادہ گرم ہوتا ہے، تو یہ اس مخصوص جگہ پر مزید پھیلتا ہے، جو کبھی بھی نیچے گیس کے بہاؤ کے انداز کو تھوڑا سا بدل دیتا ہے۔ ویفر کا ایک رخ دوسرے سے تھوڑا سا اونچا تیرے گا۔ اگرچہ یہ ہمیشہ کھلی آنکھ سے نظر نہیں آتا ہے، لیکن ایک پروسیس ٹول اسے ترقی کے عمل کے دوران چھوٹی حرکت یا دوہرائی کے طور پر پڑھ سکتا ہے۔ اس کا تصور کرنے کا سب سے آسان طریقہ یہ ہے کہ ایک بہت ہی پتلی ایئر ہاکی پک کا تصور کیا جائے لیکن کھیل کی سطح کا ایک رخ تھوڑا گرم ہو؛ پک اب بھی تیرتا رہے گا، لیکن سطح کے ٹھنڈے حصے کی طرف بڑھے گا یا جھک جائے گا۔ اسی طرح کا تصور گروتھ چیمبر پر بھی لاگو ہوتا ہے۔ اصل پیداوار کے دوران یہ ویفرز پر مرکز کی موٹائی میں فرق، اور/یا لمبی دوڑ کے بعد سیدھ میں ہلکی سی تبدیلی کے طور پر ظاہر ہوگا۔ ایک فیب ٹیم نے دیکھ بھال کرنے کے بعد قدرے غیر مستحکم ایپیٹیکسی نمو کا تجربہ کیا تھا، اور معائنے کے ذریعے دریافت کیا تھا کہ چیمبر ہیٹنگ پروفائل میں ایک ترمیم کی گئی تھی۔ انہوں نے گرم زون کو تھوڑا سا شفٹ کیا، جس نے ڈسک کو برابر کرنے والی گیس کو اس طرح کام کرنے سے روک دیا جیسا کہ ناہموار گرمی کے ساتھ ہونا چاہیے۔

لیویٹٹنگ ڈسک کے عدم استحکام کو کم کرنے کے لیے، آپریٹرز عام طور پر تین اہم چیزوں پر توجہ دیں گے: ہیٹر عناصر کے مماثل پروفائلز، بیک سائیڈ گیس کا مسلسل بہاؤ، اور چیمبر O-ring کے لباس اور ڈسک کی سطح پر کوئی تبدیلی۔

طویل مدتی تھرمل وشوسنییتا کے لیے گیس فلوٹنگ ڈسک ڈیزائن کو بہتر بنانا

ایپیٹیکسی ٹول میں کئی سائیکلوں کے استعمال کے لیے گیس فلوٹنگ ڈسک کو ڈیزائن کرنے میں زیادہ تر تھرمل کارکردگی شامل ہوتی ہے۔ اسے نہ صرف اعلی درجہ حرارت پر کارکردگی کا مظاہرہ کرنا چاہیے، بلکہ اسے 100 سے 1000 رنز کے بعد، آہستہ آہستہ ہموار ہونے کے بغیر کرنا چاہیے۔ یہاں مواد کا انتخاب اہم ہے۔ سبسٹریٹ مواد وقت کے ساتھ ساتھ ایک بڑا تناؤ پروفائل پیدا کیے بغیر تھرمل سائیکلنگ سے گزرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ دباؤ جمع ہو جائے گا اگر مواد میں اعلی گتانک ہوں اور تیز تھرمل سائیکل سے گزرے۔ سبسٹریٹ کی تھرمل توسیع بھی اوور کوٹ سے اچھی طرح سے مماثل ہونی چاہیے۔ ایک شاندار ماحول میں بھی مواد کے درمیان معمولی تھرمل عدم مماثلت وقت کے ساتھ ساتھ بڑھ جائے گی اور ڈسک وارپج ہو جائے گی، حالانکہ ابتدائی طور پر یہ ٹھیک لگ سکتا ہے۔ اوور کوٹ ڈیزائن بھی اتنا ہی اہم ہے۔ ڈسک پر یکساں CVD TaC کوٹنگ اس کی سطح پر یکساں طور پر گرمی جذب کرنے میں مدد کرے گی۔ اگر کوٹنگ کی موٹائی مختلف ہوتی ہے تو اس کی سطح پر مختلف تھرمل رد عمل کی شرح ہوتی ہے، جس سے تھرمل حوصلہ افزائی کا تناؤ پیدا ہوتا ہے جو وقت کے ساتھ ساتھ ڈسک کو وارپج کر دیتا ہے۔ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ کچھ پروڈکشن ٹیموں میں یہ طویل عرصے تک ہوسکتا ہے کیونکہ ڈسکیں آہستہ آہستہ فلیٹ سے گنبد کی شکل میں منتقل ہوتی ہیں۔ جیومیٹریکل خصوصیات بھی بہت اہم ہیں۔ سوراخ کے پیٹرن، کنارے کی موٹائی، سپورٹ ریجنز، اور دیگر خصوصیات میں کوئی بھی انحراف، ڈسک کے نیچے گیس کے بہاؤ کے رویے کو مختلف کر سکتا ہے۔ غیر یکساں بہاؤ عمل کے حالات میں ڈسک کو غیر مساوی طور پر اٹھانے کا سبب بن سکتا ہے، تھرمل سائیکلنگ کے دوران اضافی دباؤ پیدا کرتا ہے، جو پہننے کو تیز کرے گا۔ تھرمل تناؤ کے تحت کام کرنے والے بہتر ڈیزائن کی ایک مثال ایک SiC ایپیٹیکسی لائن پر دیکھی گئی۔ اپ ڈیٹ شدہ ڈسک ڈیزائن پر سوئچ کرنے سے پہلے، ان کے پاس لمبی دوڑ کے بعد نمایاں لیولنگ ڈرفٹ تھی۔ آپٹمائزڈ فلو چینلز کے ساتھ ڈسک پر سوئچ کرنے پر، ڈرفٹ کم ہو گیا، کیونکہ ڈسک کے لفٹ پروفائل کو پورے آپریشن کے دوران زیادہ درست طریقے سے برقرار رکھا گیا تھا جیسا کہ اصل اور اپ گریڈ شدہ دونوں ڈسکوں کی طویل مدتی دیکھ بھال کی جانچ سے تصدیق ہوتی ہے۔ حرارتی اعتبار بھی کولنگ کی خصوصیات پر منحصر ہے۔ اگر ڈسک یکساں طور پر ٹھنڈا نہیں ہوتی ہے، تو یہ تناؤ کو "لاک اِن" کر سکتا ہے اور اس کے نتیجے میں سائیکلنگ کے ساتھ مزید تنزلی ہو سکتی ہے۔ بنیادی طور پر طویل مدتی چپٹا مواد اور کوٹنگ کی کارکردگی اور ڈسک کے ذریعے ڈیزائن کردہ گیس کے بہاؤ کے درمیان توازن حاصل کر کے حاصل کیا جاتا ہے۔