SiC kerámia: nélkülözhetetlen anyag a nagy pontosságú alkatrészekhez a félvezetőgyártásban

A SiC a kívánatos tulajdonságok egyedülálló kombinációjával rendelkezik, beleértve a nagy sűrűséget, a nagy hővezető képességet, a nagy hajlítószilárdságot, a nagy rugalmassági modulust, az erős korrózióállóságot és a kiváló magas hőmérsékleti stabilitást. A hajlítási feszültség deformációjával és a termikus igénybevétellel szembeni ellenálló képessége kivételesen jól használható a durva, korrozív és ultramagas hőmérsékletű környezetekben, amelyek olyan kritikus gyártási folyamatok során fordulnak elő, mint az ostya epitaxia és a maratás. Következésképpen a SiC széles körben elterjedt alkalmazásra talált a félvezetőgyártás különböző szakaszaiban, beleértve a köszörülést és polírozást, a termikus feldolgozást (hevítés, oxidáció, diffúzió), litográfiát, leválasztást, maratást és ionimplantációt.

1. Köszörülés és polírozás: SiC csiszoló szuszceptorok

A tuskószeletelést követően az ostyákon gyakran éles szélek, sorja, repedések, mikrorepedések és egyéb tökéletlenségek mutatkoznak. Annak megakadályozására, hogy ezek a hibák rontsák az ostya szilárdságát, felületi minőségét és a későbbi feldolgozási lépéseket, köszörülési eljárást alkalmaznak. A csiszolás simítja az ostya éleit, csökkenti a vastagság eltéréseit, javítja a felület párhuzamosságát és eltávolítja a szeletelési folyamat okozta sérüléseket. A kétoldalas köszörülés a csiszolólapokkal a legelterjedtebb módszer, a lemezek anyagának, az őrlési nyomásnak és a forgási sebességnek a folyamatos fejlesztésével folyamatosan javítja az ostya minőségét.

Kétoldalas köszörülési mechanizmus

Hagyományosan a csiszolólapok elsősorban öntöttvasból vagy szénacélból készültek. Ezek az anyagok azonban rövid élettartammal, magas hőtágulási együtthatóval, kopással és termikus deformációval szemben szenvednek, különösen nagy sebességű csiszolás vagy polírozás során, ami kihívást jelent az ostya egyenletes laposságának és párhuzamosságának elérésében. A SiC kerámia csiszolólapok megjelenése kivételes keménységükkel, alacsony kopási sebességükkel és a szilíciumhoz szorosan illeszkedő hőtágulási együtthatójukkal az öntöttvas és a szénacél fokozatos cseréjéhez vezetett. Ezek a tulajdonságok a SiC csiszolólemezeket különösen előnyössé teszik a nagy sebességű csiszolási és polírozási folyamatokhoz.

2. Termikus feldolgozás: SiC lapkák hordozók és reakciókamra komponensek

A hőfeldolgozási lépések, mint az oxidáció, diffúzió, lágyítás és ötvözés, az ostyagyártás szerves részét képezik. A SiC kerámia komponensek kulcsfontosságúak ezekben a folyamatokban, elsősorban mint szelethordozók a feldolgozási lépések közötti szállításhoz, valamint a hőfeldolgozó berendezések reakciókamráiban.

(1)Kerámia végeffektorok (karok):

A szilícium lapka gyártása során gyakran magas hőmérsékletű feldolgozásra van szükség. Speciális végkioldókkal felszerelt mechanikus karokat általában félvezető lapkák szállítására, kezelésére és pozicionálására használnak. Ezeknek a karoknak tisztatéri környezetben kell működniük, gyakran vákuumban, magas hőmérsékleten és korrozív gázkörnyezetben, nagy mechanikai szilárdságot, korrózióállóságot, magas hőmérsékleti stabilitást, kopásállóságot, keménységet és elektromos szigetelést követelve meg. Bár drágábbak és kihívást jelent a gyártás, a SiC kerámiakarok felülmúlják az alumínium-oxid alternatívákat a szigorú követelmények teljesítésében.

Semicorex SiC kerámia végeffektor

(2) A reakciókamra komponensei:

A hőfeldolgozó berendezések, mint például az oxidációs kemencék (vízszintes és függőleges) és a Rapid Thermal Processing (RTP) rendszerek, megemelt hőmérsékleten működnek, így belső alkatrészeikhez nagy teljesítményű anyagokra van szükség. A nagy tisztaságú szinterezett SiC alkatrészek kiváló szilárdságukkal, keménységükkel, rugalmassági modulusukkal, merevségükkel, hővezető képességükkel és alacsony hőtágulási együtthatójukkal nélkülözhetetlenek e rendszerek reakciókamráinak kialakításához. A kulcselemek közé tartoznak a függőleges csónakok, talapzatok, béléscsövek, belső csövek és terelőlemezek.

A reakciókamra komponensei

3. Litográfia: SiC színpadok és kerámiatükrök

A litográfia, a félvezetőgyártás kritikus lépése, optikai rendszert használ a fény fókuszálására és a lapka felületére történő kivetítésére, az áramköri minták átvitelére a későbbi maratáshoz. Ennek a folyamatnak a pontossága közvetlenül meghatározza az integrált áramkörök teljesítményét és hozamát. A chipgyártás egyik legkifinomultabb berendezéseként a litográfiai gép több százezer alkatrészből áll. Az áramkör teljesítményének és pontosságának garantálása érdekében szigorú követelményeket támasztanak mind az optikai elemek, mind a mechanikai alkatrészek pontosságára a litográfiai rendszerben. A SiC kerámiák ezen a területen létfontosságú szerepet töltenek be, elsősorban ostyaszínpadokban és kerámiatükrökben.

Litográfiai rendszer architektúrája

(1)Ostya szakaszok:

A litográfiai szakaszok felelősek az ostya megtartásáért és a precíz mozgások elvégzéséért az expozíció során. Minden expozíció előtt az ostyát és a tárgyasztalt nanométeres pontossággal össze kell hangolni, majd a fotómaszk és a tárgyasztal között a pontos mintaátvitel biztosítása érdekében. Ez a színpad nagy sebességű, sima és rendkívül precíz automatizált vezérlését igényli nanométeres pontossággal. Ezen igények kielégítésére a litográfiai szakaszok gyakran könnyű szilícium-karbid kerámiákat használnak, amelyek kivételes méretstabilitással, alacsony hőtágulási együtthatóval és deformációállósággal rendelkeznek. Ez minimalizálja a tehetetlenséget, csökkenti a motor terhelését, és javítja a mozgás hatékonyságát, a pozicionálási pontosságot és a stabilitást.

(2)Kerámia tükrök:

A szinkronizált mozgásvezérlés az ostyafokozat és az irányzékfokozat között kulcsfontosságú a litográfiában, amely közvetlenül befolyásolja a folyamat általános pontosságát és hozamát. A színpadi tükrök a színpadi letapogató és pozicionáló visszacsatolásmérő rendszer szerves részét képezik. Ez a rendszer interferométereket használ a színpadi tükrökről visszaverődő mérési sugarak kibocsátására. A visszavert nyalábok Doppler-elv alapján történő elemzésével a rendszer valós időben számítja ki a színpad helyzetváltozásait, visszajelzést adva a mozgásvezérlő rendszernek, hogy biztosítsa a szelet- és irányzékfokozat közötti pontos szinkronizálást. Míg a könnyű SiC kerámiák alkalmasak erre az alkalmazásra, az ilyen összetett alkatrészek előállítása jelentős kihívásokat jelent. Jelenleg az integrált áramköri berendezések főbb gyártói elsősorban üvegkerámiát vagy kordieritet használnak erre a célra. Az anyagtudomány és a gyártási technikák fejlődésével azonban a Kínai Építőanyag-akadémia kutatói sikeresen készítettek nagy méretű, összetett alakú, könnyű, teljesen zárt SiC kerámiatükröket és más szerkezeti-funkcionális optikai alkatrészeket litográfiai alkalmazásokhoz.

(3)Photomask vékony filmek:

A fotomaszkokat, más néven irányzékeket a fény szelektív továbbítására és fényérzékeny anyagokon való mintázatok létrehozására használják. Az EUV fénysugárzás azonban a fotomaszk jelentős felmelegedését okozhatja, ami potenciálisan elérheti a 600 és 1000 Celsius fok közötti hőmérsékletet, ami hőkárosodáshoz vezethet. Ennek enyhítésére gyakran SiC vékony filmréteget helyeznek fel a fotomaszkra, hogy növeljék annak hőstabilitását és megakadályozzák a lebomlását.

4. Plazmamarás és leválasztás: fókuszgyűrűk és egyéb alkatrészek

A félvezetőgyártás során a maratási eljárások ionizált gázokból (pl. fluortartalmú gázokból) előállított plazmákat használnak fel, hogy szelektíven távolítsák el a nem kívánt anyagokat az ostya felületéről, hátrahagyva a kívánt áramköri mintákat. A vékonyréteg-leválasztás ezzel szemben magában foglalja a szigetelő anyagok lerakását a fémrétegek közé, hogy dielektromos rétegeket képezzenek, hasonlóan a fordított maratási folyamathoz. Mindkét eljárás plazmatechnológiát alkalmaz, amely korrozív hatású lehet a kamraelemekre. Ezért ezek a komponensek kiváló plazmaellenállást, alacsony reakciókészséget fluortartalmú gázokkal és alacsony elektromos vezetőképességet igényelnek.

Hagyományosan a marató- és leválasztó berendezések alkatrészeit, például a fókuszgyűrűket, olyan anyagok felhasználásával gyártották, mint a szilícium vagy a kvarc. Az integrált áramkörök (IC) miniatürizálása felé irányuló könyörtelen törekvés azonban jelentősen megnövelte a rendkívül precíz maratási eljárások iránti igényt és fontosságot. Ez a miniatürizálás nagy energiájú plazmák használatát teszi szükségessé a pontos mikroméretű maratáshoz, hogy kisebb méreteket és egyre bonyolultabb eszközstruktúrákat érjünk el.

Válaszul erre az igényre a vegyi gőzleválasztás (CVD) szilícium-karbid (SiC) a marató- és leválasztó berendezések bevonatainak és alkatrészeinek előnyben részesített anyagává vált. Kiváló fizikai és kémiai tulajdonságai, beleértve a nagy tisztaságot és egyenletességet, kivételesen alkalmassá teszik erre az igényes alkalmazásra. Jelenleg a maratóberendezésekben a CVD SiC összetevői közé tartoznak a fókuszgyűrűk, a gázzuhanyfejek, a lemezek és az élgyűrűk. A leválasztó berendezésekben a CVD SiC-t kamrafedelekhez, bélésekhez és SiC bevonatú grafit szuszceptorokhoz használják.

Fókuszgyűrű és SiC bevonatú grafit szuszceptor

A CVD SiC alacsony reaktivitása klór- és fluoralapú maratógázokkal, valamint alacsony elektromos vezetőképessége ideális anyaggá teszi az olyan alkatrészekhez, mint a plazmamarató berendezések fókuszgyűrűi. Az ostya kerülete körül elhelyezett fókuszgyűrű olyan kritikus elem, amely a plazmát az ostya felületére fókuszálja azáltal, hogy feszültséget ad a gyűrűre, ezáltal javítva a feldolgozás egyenletességét.

Az IC miniatürizálásának előrehaladtával a marató plazmák teljesítmény- és energiaigénye tovább növekszik, különösen a kapacitív csatolású plazma (CCP) maratóberendezéseknél. Következésképpen a SiC-alapú fókuszgyűrűk elterjedése gyorsan növekszik, mivel képesek ellenállni ezeknek az egyre agresszívebb plazmakörnyezeteknek.**

A Semicorex, mint tapasztalt gyártó és szállító, speciális grafit- és kerámiaanyagokat kínál a félvezető- és fotovoltaikus ipar számára. Ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, kérjük, ne habozzon kapcsolatba lépni velünk.

Telefonszám: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com