Piikarbidikeramiikka: välttämätön materiaali erittäin tarkkoihin komponentteihin puolijohteiden valmistuksessa

SiC:llä on ainutlaatuinen yhdistelmä toivottuja ominaisuuksia, mukaan lukien suuri tiheys, korkea lämmönjohtavuus, korkea taivutuslujuus, korkea kimmomoduuli, vahva korroosionkestävyys ja erinomainen korkeiden lämpötilojen stabiilisuus. Sen kestävyys taivutusjännityksen muodonmuutoksia ja lämpöjännitystä vastaan ​​tekee siitä erityisen hyvin soveltuvan ankariin, syövyttäviin ja erittäin korkeisiin lämpötiloihin, joita kohdataan kriittisissä valmistusprosesseissa, kuten kiekkojen epitaksissa ja syövytyksessä. Näin ollen piikarbidi on löytänyt laajalle levinneitä sovelluksia eri puolijohteiden valmistusvaiheissa, mukaan lukien hionta ja kiillotus, lämpökäsittely (hehkutus, hapetus, diffuusio), litografia, pinnoitus, syövytys ja ioni-istutus.

1. Hionta ja kiillotus: SiC Grinding Susceptors

Valanteen viipaloinnin jälkeen kiekoissa on usein teräviä reunoja, purseita, halkeamia, mikrohalkeamia ja muita epätäydellisyyksiä. Jotta nämä viat eivät vaarantaisi kiekon lujuutta, pinnan laatua ja myöhempiä käsittelyvaiheita, käytetään hiontaprosessia. Hionta tasoittaa kiekkojen reunoja, vähentää paksuusvaihteluja, parantaa pinnan yhdensuuntaisuutta ja poistaa viipalointiprosessin aiheuttamia vaurioita. Kaksipuolinen hionta hiomalevyillä on yleisin menetelmä, ja levymateriaalin, hiontapaineen ja pyörimisnopeuden jatkuva kehitys parantaa jatkuvasti kiekkojen laatua.

Kaksipuolinen hiontamekanismi

Perinteisesti hiomalevyt valmistettiin pääasiassa valuraudasta tai hiiliteräksestä. Nämä materiaalit kärsivät kuitenkin lyhyestä käyttöiästä, korkeista lämpölaajenemiskertoimista ja alttiudesta kulumiselle ja termisille muodonmuutoksille, erityisesti nopean hionnan tai kiillotuksen aikana, mikä tekee tasaisen kiekon tasaisuuden ja yhdensuuntaisuuden saavuttamisesta haastavaa. Keraamisten piikarbidihiomalevyjen, joiden poikkeuksellinen kovuus, alhainen kulumisnopeus ja piitä läheisesti vastaava lämpölaajenemiskerroin, tulo on johtanut valuraudan ja hiiliteräksen asteittaiseen korvaamiseen. Nämä ominaisuudet tekevät piikarbidihiomalevyistä erityisen edullisia nopeaan hiontaan ja kiillotukseen.

2. Lämpökäsittely: piikarbidikiekkojen kantajat ja reaktiokammion komponentit

Lämpökäsittelyvaiheet, kuten hapetus, diffuusio, hehkutus ja seostus, ovat olennaisia ​​kiekkojen valmistuksessa. SiC-keraamiset komponentit ovat keskeisiä näissä prosesseissa, ensisijaisesti kiekkojen kantajina kuljetettaessa käsittelyvaiheiden välillä ja komponentteina lämpökäsittelylaitteiden reaktiokammioissa.

(1)Keraamiset päätetehostimet (varret):

Piikiekkojen valmistuksen aikana tarvitaan usein korkean lämpötilan käsittelyä. Erikoistuneilla päätetehosteilla varustettuja mekaanisia varsia käytetään yleisesti puolijohdekiekkojen kuljettamiseen, käsittelyyn ja sijoittamiseen. Näiden aseiden on toimittava puhdastilaympäristöissä, usein tyhjiössä, korkeissa lämpötiloissa ja syövyttävässä kaasuympäristössä, mikä vaatii suurta mekaanista lujuutta, korroosionkestävyyttä, kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa, kulutuskestävyyttä, kovuutta ja sähköeristystä. Vaikka piikarbidin keraamiset varret ovat kalliimpia ja haastavampia valmistaa, ne ylittävät alumiinioksidivaihtoehdot täyttäessään nämä tiukat vaatimukset.

Semicorex SiC keraaminen pääteefektori

(2) Reaktiokammion komponentit:

Lämpökäsittelylaitteet, kuten hapetusuunit (vaaka- ja pystysuuntaiset) ja Rapid Thermal Processing (RTP) -järjestelmät, toimivat korotetuissa lämpötiloissa, mikä edellyttää korkean suorituskyvyn materiaaleja sisäisille komponenteilleen. Erittäin puhtaat sintratut piikarbidikomponentit, joilla on erinomainen lujuus, kovuus, kimmomoduuli, jäykkyys, lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, ovat välttämättömiä näiden järjestelmien reaktiokammioiden rakentamisessa. Keskeisiä komponentteja ovat pystysuorat veneet, jalustat, vuorausputket, sisäputket ja ohjauslevyt.

Reaktiokammion komponentit

3. Litografia: SiC-vaiheet ja keraamiset peilit

Litografia, kriittinen vaihe puolijohteiden valmistuksessa, käyttää optista järjestelmää fokusoimaan ja heijastamaan valoa kiekon pinnalle siirtäen piirikuvioita myöhempää syövytystä varten. Tämän prosessin tarkkuus sanelee suoraan integroitujen piirien suorituskyvyn ja tuoton. Litografiakone on yksi siruvalmistuksen kehittyneimmistä laitteista, ja se sisältää satoja tuhansia komponentteja. Piirin suorituskyvyn ja tarkkuuden takaamiseksi litografiajärjestelmän optisten elementtien ja mekaanisten komponenttien tarkkuudelle asetetaan tiukat vaatimukset. Piikarbidikeramiikalla on keskeinen rooli tällä alueella, pääasiassa kiekkovaiheissa ja keraamisissa peileissä.

Litografiajärjestelmän arkkitehtuuri

(1)Vohvelin vaiheet:

Litografiavaiheet vastaavat kiekon pitämisestä ja tarkkojen liikkeiden suorittamisesta valotuksen aikana. Ennen jokaista valotusta kiekko ja lava on kohdistettava nanometrin tarkkuudella, minkä jälkeen kuvamaskin ja näyttämön välinen kohdistaminen varmistaa tarkan kuvion siirron. Tämä vaatii lavan nopeaa, tasaista ja erittäin tarkkaa automatisoitua ohjausta nanometrin tarkkuudella. Näiden vaatimusten täyttämiseksi litografiavaiheissa käytetään usein kevyttä piikarbidikeramiikkaa, jolla on poikkeuksellinen mittastabiilius, alhaiset lämpölaajenemiskertoimet ja muodonmuutoskestävyys. Tämä minimoi inertian, vähentää moottorin kuormitusta ja parantaa liikkeen tehokkuutta, paikannustarkkuutta ja vakautta.

(2)Keraamiset peilit:

Synkronoitu liikkeenohjaus kiekkovaiheen ja ristikkoasteen välillä on ratkaisevan tärkeää litografiassa, sillä se vaikuttaa suoraan prosessin kokonaistarkkuuteen ja tuottoon. Näyttämöpeilit ovat olennainen osa näyttämön skannaus- ja paikannuspalautteen mittausjärjestelmää. Tämä järjestelmä käyttää interferometrejä lähettämään mittaussäteitä, jotka heijastavat näyttämöpeileistä. Analysoimalla heijastuneita säteitä Doppler-periaatteella järjestelmä laskee lavan sijainnin muutokset reaaliajassa ja antaa palautetta liikkeenohjausjärjestelmälle varmistaakseen tarkan synkronoinnin kiekkoasteen ja ristikkoasteen välillä. Vaikka kevyt piikarbidikeramiikka soveltuu tähän sovellukseen, tällaisten monimutkaisten komponenttien valmistus on merkittäviä haasteita. Tällä hetkellä valtavirran integroitujen piirien laitevalmistajat käyttävät pääasiassa lasikeramiikkaa tai kordieriittia tähän tarkoitukseen. Kuitenkin materiaalitieteen ja valmistustekniikoiden edistymisen myötä Kiinan rakennusmateriaaliakatemian tutkijat ovat onnistuneesti valmistaneet suurikokoisia, monimutkaisia, kevyitä, täysin suljettuja keraamisia piikarbidipeilejä ja muita rakenteellisesti toiminnallisia optisia komponentteja litografiasovelluksiin.

(3)Photomask-ohutkalvot:

Valomaskeja, jotka tunnetaan myös ristikkona, käytetään valikoivaan valon siirtämiseen ja kuvioiden luomiseen valoherkille materiaaleille. EUV-valosäteily voi kuitenkin aiheuttaa valonaamion merkittävää kuumenemista, mahdollisesti 600-1000 celsiusasteen lämpötiloja, mikä johtaa lämpövaurioihin. Tämän lieventämiseksi valonaamion päälle kerrostetaan usein ohut SiC-kalvo sen lämpöstabiilisuuden parantamiseksi ja hajoamisen estämiseksi.

4. Plasmaetsaus ja -pinnoitus: Tarkennusrenkaat ja muut komponentit

Puolijohteiden valmistuksessa syövytysprosessit käyttävät ionisoiduista kaasuista (esim. fluoria sisältävistä kaasuista) tuotettua plasmaa poistamaan valikoivasti ei-toivottua materiaalia kiekon pinnalta jättäen taakseen halutut piirikuviot. Ohutkalvopinnoitus sitä vastoin sisältää eristysmateriaalien kerrostamisen metallikerrosten väliin dielektristen kerrosten muodostamiseksi, kuten käänteisessä etsausprosessissa. Molemmissa prosesseissa käytetään plasmateknologiaa, joka voi syövyttää kammion osia. Siksi nämä komponentit vaativat erinomaista plasmaresistanssia, alhaista reaktiivisuutta fluoria sisältävien kaasujen kanssa ja alhaista sähkönjohtavuutta.

Perinteisesti etsaus- ja pinnoituslaitteiden komponentit, kuten tarkennusrenkaat, valmistettiin materiaaleista, kuten piistä tai kvartsista. Kuitenkin säälimätön pyrkimys integroitujen piirien (IC) miniatyrisointiin on lisännyt merkittävästi erittäin tarkkojen etsausprosessien kysyntää ja merkitystä. Tämä miniatyrisointi edellyttää korkean energian plasman käyttöä tarkkaan mikromittakaavaiseen etsaukseen, jotta saavutetaan pienempiä ominaisuuskokoja ja yhä monimutkaisempia laiterakenteita.

Vastauksena tähän kysyntään CVD (Chemical Vapor Deposition) piikarbidi (SiC) on noussut suosituimmaksi materiaaliksi etsaus- ja pinnoituslaitteiden pinnoitteissa ja komponenteissa. Sen erinomaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, mukaan lukien korkea puhtaus ja tasaisuus, tekevät siitä poikkeuksellisen hyvin sopivan tähän vaativaan käyttötarkoitukseen. Tällä hetkellä etsauslaitteiden CVD SiC -komponentteja ovat tarkennusrenkaat, kaasusuihkupäät, levyt ja reunarenkaat. Päällystyslaitteissa CVD SiC:tä käytetään kammioiden kansiin, vuorauksiin ja SiC-päällystettyihin grafiittisuskeptoreihin.

Tarkennusrengas ja SiC-pinnoitettu grafiittisuskeptori

CVD SiC:n alhainen reaktiivisuus kloori- ja fluoripohjaisten syövytyskaasujen kanssa yhdistettynä sen alhaiseen sähkönjohtavuuteen tekee siitä ihanteellisen materiaalin komponenteille, kuten plasmaetsauslaitteiden tarkennusrenkaille. Fokusrengas, joka on sijoitettu kiekon kehälle, on kriittinen komponentti, joka fokusoi plasman kiekon pintaan kohdistamalla renkaaseen jännitettä, mikä parantaa käsittelyn tasaisuutta.

IC:n miniatyrisoinnin edetessä etsausplasmojen teho- ja energiavaatimukset kasvavat edelleen, erityisesti kapasitiivisesti kytkettyjen plasman (CCP) syövytyslaitteiden osalta. Näin ollen piikarbidiin perustuvien tarkennusrenkaiden käyttöönotto yleistyy nopeasti, koska ne kestävät näitä yhä aggressiivisempia plasmaympäristöjä.**

Semicorex, joka on kokenut valmistaja ja toimittaja, tarjoaa erikoisgrafiitti- ja keramiikkamateriaaleja puolijohde- ja aurinkosähköteollisuudelle. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Puhelinnumero +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com