SiC Ceramics: Το απαραίτητο υλικό για εξαρτήματα υψηλής ακρίβειας στην κατασκευή ημιαγωγών

Το SiC διαθέτει έναν μοναδικό συνδυασμό επιθυμητών ιδιοτήτων, όπως υψηλή πυκνότητα, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή αντοχή σε κάμψη, υψηλό μέτρο ελαστικότητας, ισχυρή αντοχή στη διάβρωση και εξαιρετική σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες. Η αντοχή του στην παραμόρφωση της τάσης κάμψης και στη θερμική καταπόνηση το καθιστά εξαιρετικά κατάλληλο για τα σκληρά, διαβρωτικά και εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών περιβάλλοντα που συναντώνται σε κρίσιμες διαδικασίες παραγωγής όπως η επιταξία και η χάραξη γκοφρέτας. Κατά συνέπεια, το SiC έχει βρει ευρείες εφαρμογές σε διάφορα στάδια κατασκευής ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένης της λείανσης και στίλβωσης, της θερμικής επεξεργασίας (ανόπτηση, οξείδωσης, διάχυσης), της λιθογραφίας, της εναπόθεσης, της χάραξης και της εμφύτευσης ιόντων.

1. Τρίψιμο και στίλβωση: SiC Grinding Susceptors

Μετά τον τεμαχισμό των πλινθωμάτων, οι γκοφρέτες παρουσιάζουν συχνά αιχμηρές άκρες, γρέζια, θρυμματισμό, μικρορωγμές και άλλες ατέλειες. Για να αποτρέψουμε αυτά τα ελαττώματα από το να διακυβεύσουν την αντοχή του πλακιδίου, την ποιότητα της επιφάνειας και τα επόμενα στάδια επεξεργασίας, χρησιμοποιείται μια διαδικασία λείανσης. Το τρίψιμο εξομαλύνει τις άκρες της γκοφρέτας, μειώνει τις διακυμάνσεις του πάχους, βελτιώνει τον παραλληλισμό της επιφάνειας και αφαιρεί τη ζημιά που προκαλείται από τη διαδικασία κοπής. Η λείανση διπλής όψης με τη χρήση πλακών λείανσης είναι η πιο κοινή μέθοδος, με συνεχείς εξελίξεις στο υλικό της πλάκας, την πίεση λείανσης και την ταχύτητα περιστροφής που βελτιώνουν συνεχώς την ποιότητα του πλακιδίου.

Μηχανισμός λείανσης διπλής όψης

Παραδοσιακά, οι πλάκες λείανσης κατασκευάζονταν κυρίως από χυτοσίδηρο ή ανθρακούχο χάλυβα. Ωστόσο, αυτά τα υλικά υποφέρουν από μικρή διάρκεια ζωής, υψηλούς συντελεστές θερμικής διαστολής και ευαισθησία στη φθορά και τη θερμική παραμόρφωση, ιδιαίτερα κατά τη διάρκεια λείανσης ή στίλβωσης υψηλής ταχύτητας, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη σταθερής επιπεδότητας και παραλληλισμού γκοφρέτας. Η εμφάνιση των κεραμικών πλακών λείανσης SiC, με την εξαιρετική τους σκληρότητα, το χαμηλό ρυθμό φθοράς και τον συντελεστή θερμικής διαστολής που ταιριάζει στενά με το πυρίτιο, οδήγησε στη σταδιακή αντικατάσταση του χυτοσιδήρου και του ανθρακούχου χάλυβα. Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τις πλάκες λείανσης SiC ιδιαίτερα πλεονεκτικές για διαδικασίες λείανσης και στίλβωσης υψηλής ταχύτητας.

2. Θερμική επεξεργασία: SiC Wafers Carriers and Reaction Components

Τα στάδια θερμικής επεξεργασίας όπως η οξείδωση, η διάχυση, η ανόπτηση και το κράμα αποτελούν αναπόσπαστο κομμάτι της κατασκευής πλακιδίων. Τα κεραμικά συστατικά SiC είναι ζωτικής σημασίας σε αυτές τις διεργασίες, κυρίως ως φορείς πλακιδίων για μεταφορά μεταξύ των σταδίων επεξεργασίας και ως συστατικά μέσα στους θαλάμους αντίδρασης του εξοπλισμού θερμικής επεξεργασίας.

(1)Κεραμικά τελικά εφέ (βραχίονες):

Κατά την παραγωγή γκοφρέτας πυριτίου, συχνά απαιτείται επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία. Οι μηχανικοί βραχίονες εξοπλισμένοι με εξειδικευμένους τελικούς τελεστές χρησιμοποιούνται συνήθως για τη μεταφορά, το χειρισμό και την τοποθέτηση γκοφρετών ημιαγωγών. Αυτοί οι βραχίονες πρέπει να λειτουργούν σε περιβάλλοντα καθαρού δωματίου, συχνά υπό κενό, υψηλές θερμοκρασίες και διαβρωτικά αέρια, απαιτώντας υψηλή μηχανική αντοχή, αντοχή στη διάβρωση, σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή στη φθορά, σκληρότητα και ηλεκτρική μόνωση. Αν και είναι πιο ακριβοί και δύσκολο να κατασκευαστούν, οι κεραμικοί βραχίονες SiC ξεπερνούν τις εναλλακτικές λύσεις αλουμίνας όσον αφορά την ικανοποίηση αυτών των αυστηρών απαιτήσεων.

Semicorex SiC Ceramic End Effector

(2) Στοιχεία του θαλάμου αντίδρασης:

Ο εξοπλισμός θερμικής επεξεργασίας, όπως οι φούρνοι οξείδωσης (οριζόντιοι και κάθετοι) και τα συστήματα Ταχείας Θερμικής Επεξεργασίας (RTP), λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες, απαιτώντας υλικά υψηλής απόδοσης για τα εσωτερικά τους στοιχεία. Τα υψηλής καθαρότητας πυροσυσσωματωμένα συστατικά SiC, με την ανώτερη αντοχή, σκληρότητα, μέτρο ελαστικότητας, ακαμψία, θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, είναι απαραίτητα για την κατασκευή των θαλάμων αντίδρασης αυτών των συστημάτων. Τα βασικά εξαρτήματα περιλαμβάνουν κάθετες βάρκες, βάθρα, σωλήνες επένδυσης, εσωτερικούς σωλήνες και πλάκες διαφράγματος.

Συστατικά θαλάμου αντίδρασης

3. Λιθογραφία: SiC Stages and Ceramic Mirrors

Η λιθογραφία, ένα κρίσιμο βήμα στην κατασκευή ημιαγωγών, χρησιμοποιεί ένα οπτικό σύστημα για την εστίαση και την προβολή του φωτός στην επιφάνεια του πλακιδίου, μεταφέροντας μοτίβα κυκλωμάτων για επακόλουθη χάραξη. Η ακρίβεια αυτής της διαδικασίας υπαγορεύει άμεσα την απόδοση και την απόδοση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Ως ένα από τα πιο εξελιγμένα κομμάτια εξοπλισμού στην κατασκευή τσιπ, μια μηχανή λιθογραφίας περιλαμβάνει εκατοντάδες χιλιάδες εξαρτήματα. Για να εξασφαλιστεί η απόδοση και η ακρίβεια του κυκλώματος, τίθενται αυστηρές απαιτήσεις για την ακρίβεια τόσο των οπτικών στοιχείων όσο και των μηχανικών εξαρτημάτων του συστήματος λιθογραφίας. Τα κεραμικά SiC διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο σε αυτόν τον τομέα, κυρίως σε στάδια γκοφρέτας και κεραμικούς καθρέφτες.

Αρχιτεκτονική Συστήματος Λιθογραφίας

(1)Στάδια γκοφρέτας:

Τα στάδια λιθογραφίας είναι υπεύθυνα για τη συγκράτηση της γκοφρέτας και την εκτέλεση ακριβών κινήσεων κατά τη διάρκεια της έκθεσης. Πριν από κάθε έκθεση, η γκοφρέτα και η σκηνή πρέπει να ευθυγραμμίζονται με ακρίβεια νανομέτρων, ακολουθούμενη από ευθυγράμμιση μεταξύ της φωτομάσκας και της βαθμίδας για να διασφαλιστεί η ακριβής μεταφορά σχεδίου. Αυτό απαιτεί υψηλής ταχύτητας, ομαλό και υψηλής ακρίβειας αυτοματοποιημένο έλεγχο της σκηνής με ακρίβεια σε επίπεδο νανομέτρων. Για να ικανοποιηθούν αυτές οι απαιτήσεις, τα στάδια λιθογραφίας συχνά χρησιμοποιούν ελαφριά κεραμικά SiC με εξαιρετική σταθερότητα διαστάσεων, χαμηλούς συντελεστές θερμικής διαστολής και αντοχή στην παραμόρφωση. Αυτό ελαχιστοποιεί την αδράνεια, μειώνει το φορτίο του κινητήρα και ενισχύει την απόδοση κίνησης, την ακρίβεια τοποθέτησης και τη σταθερότητα.

(2)Κεραμικοί καθρέφτες:

Ο συγχρονισμένος έλεγχος της κίνησης μεταξύ του σταδίου γκοφρέτας και του σταδίου πλέγματος είναι ζωτικής σημασίας στη λιθογραφία, επηρεάζοντας άμεσα τη συνολική ακρίβεια και απόδοση της διαδικασίας. Οι καθρέφτες σκηνής είναι αναπόσπαστα στοιχεία του συστήματος μέτρησης ανάδρασης σάρωσης και τοποθέτησης σκηνής. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιεί συμβολόμετρα για να εκπέμπει δέσμες μέτρησης που αντανακλούν τους καθρέφτες της σκηνής. Αναλύοντας τις ανακλώμενες δέσμες χρησιμοποιώντας την αρχή Doppler, το σύστημα υπολογίζει τις αλλαγές της θέσης της σκηνής σε πραγματικό χρόνο, παρέχοντας ανάδραση στο σύστημα ελέγχου κίνησης για να διασφαλίσει τον ακριβή συγχρονισμό μεταξύ της βαθμίδας του πλακιδίου και της βαθμίδας του πλέγματος. Ενώ τα ελαφριά κεραμικά SiC είναι κατάλληλα για αυτήν την εφαρμογή, η κατασκευή τέτοιων πολύπλοκων εξαρτημάτων παρουσιάζει σημαντικές προκλήσεις. Επί του παρόντος, οι κύριοι κατασκευαστές εξοπλισμού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων χρησιμοποιούν κυρίως υαλοκεραμικά ή κορδιερίτη για το σκοπό αυτό. Ωστόσο, με την πρόοδο στην επιστήμη των υλικών και τις τεχνικές κατασκευής, οι ερευνητές της Ακαδημίας Δομικών Υλικών της Κίνας κατασκεύασαν με επιτυχία μεγάλου μεγέθους, πολύπλοκου σχήματος, ελαφριούς, πλήρως κλειστούς κεραμικούς καθρέφτες SiC και άλλα δομικά-λειτουργικά οπτικά εξαρτήματα για εφαρμογές λιθογραφίας.

(3)Λεπτές μεμβράνες Photomask:

Οι φωτομάσκες, γνωστές και ως πλέγματα, χρησιμοποιούνται για την επιλεκτική μετάδοση φωτός και τη δημιουργία μοτίβων σε φωτοευαίσθητα υλικά. Ωστόσο, η ακτινοβολία φωτός EUV μπορεί να προκαλέσει σημαντική θέρμανση της φωτομάσκας, φτάνοντας πιθανώς σε θερμοκρασίες μεταξύ 600 και 1000 βαθμών Κελσίου, οδηγώντας σε θερμική βλάβη. Για να μετριαστεί αυτό, μια λεπτή μεμβράνη SiC εναποτίθεται συχνά στη φωτομάσκα για να ενισχύσει τη θερμική της σταθερότητα και να αποτρέψει την υποβάθμιση.

4. Χάραξη και εναπόθεση πλάσματος: Δακτύλιοι εστίασης και άλλα εξαρτήματα

Στην κατασκευή ημιαγωγών, οι διαδικασίες χάραξης χρησιμοποιούν πλάσματα που παράγονται από ιονισμένα αέρια (π.χ. αέρια που περιέχουν φθόριο) για να αφαιρέσουν επιλεκτικά το ανεπιθύμητο υλικό από την επιφάνεια του πλακιδίου, αφήνοντας πίσω τα επιθυμητά μοτίβα κυκλώματος. Η εναπόθεση λεπτής μεμβράνης, αντίθετα, περιλαμβάνει την εναπόθεση μονωτικών υλικών μεταξύ μεταλλικών στρωμάτων για να σχηματιστούν διηλεκτρικά στρώματα, παρόμοια με μια διαδικασία αντίστροφης χάραξης. Και οι δύο διαδικασίες χρησιμοποιούν τεχνολογία πλάσματος, η οποία μπορεί να είναι διαβρωτική στα εξαρτήματα του θαλάμου. Επομένως, αυτά τα συστατικά απαιτούν εξαιρετική αντίσταση στο πλάσμα, χαμηλή αντιδραστικότητα με αέρια που περιέχουν φθόριο και χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Παραδοσιακά, εξαρτήματα στον εξοπλισμό χάραξης και εναπόθεσης, όπως οι δακτύλιοι εστίασης, κατασκευάζονταν χρησιμοποιώντας υλικά όπως πυρίτιο ή χαλαζία. Ωστόσο, η αδιάκοπη προσπάθεια προς τη σμίκρυνση του ολοκληρωμένου κυκλώματος (IC) έχει αυξήσει σημαντικά τη ζήτηση και τη σημασία των διαδικασιών χάραξης υψηλής ακρίβειας. Αυτή η σμίκρυνση απαιτεί τη χρήση πλάσματος υψηλής ενέργειας για ακριβή χάραξη σε μικροκλίμακα για την επίτευξη μικρότερων μεγεθών χαρακτηριστικών και όλο και πιο περίπλοκων δομών συσκευών.

Σε απάντηση αυτής της απαίτησης, το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) από χημική εναπόθεση ατμών (CVD) έχει αναδειχθεί ως το προτιμώμενο υλικό για επικαλύψεις και εξαρτήματα σε εξοπλισμό χάραξης και εναπόθεσης. Οι ανώτερες φυσικές και χημικές του ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής καθαρότητας και ομοιομορφίας, το καθιστούν εξαιρετικά κατάλληλο για αυτήν την απαιτητική εφαρμογή. Επί του παρόντος, τα εξαρτήματα CVD SiC στον εξοπλισμό χάραξης περιλαμβάνουν δακτυλίους εστίασης, κεφαλές ντους αερίου, πλάκες και δακτυλίους ακμών. Στον εξοπλισμό εναπόθεσης, το CVD SiC χρησιμοποιείται για καπάκια θαλάμων, επενδύσεις και επικαλυμμένους με SiC επιδέκτες γραφίτη.

Δακτύλιος εστίασης και επικαλυμμένο με SiC επιδεκτικό γραφίτη

Η χαμηλή αντιδραστικότητα του CVD SiC με αέρια χάραξης με βάση το χλώριο και το φθόριο, σε συνδυασμό με τη χαμηλή ηλεκτρική του αγωγιμότητα, το καθιστά ιδανικό υλικό για εξαρτήματα όπως οι δακτύλιοι εστίασης σε εξοπλισμό χάραξης πλάσματος. Ένας δακτύλιος εστίασης, τοποθετημένος γύρω από την περιφέρεια του πλακιδίου, είναι ένα κρίσιμο συστατικό που εστιάζει το πλάσμα στην επιφάνεια του πλακιδίου εφαρμόζοντας μια τάση στον δακτύλιο, ενισχύοντας έτσι την ομοιομορφία επεξεργασίας.

Καθώς η σμίκρυνση IC προχωρά, οι απαιτήσεις ισχύος και ενέργειας των πλάσματος χάραξης συνεχίζουν να αυξάνονται, ιδιαίτερα στον εξοπλισμό χάραξης με χωρητικά συζευγμένο πλάσμα (CCP). Κατά συνέπεια, η υιοθέτηση δακτυλίων εστίασης με βάση το SiC αυξάνεται ραγδαία λόγω της ικανότητάς τους να αντέχουν σε αυτά τα ολοένα πιο επιθετικά περιβάλλοντα πλάσματος.**

Η Semicorex, ως έμπειρος κατασκευαστής και προμηθευτής, παρέχει εξειδικευμένα υλικά γραφίτη και κεραμικών για τη βιομηχανία ημιαγωγών και φωτοβολταϊκών. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή χρειάζεστε πρόσθετες λεπτομέρειες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.

Τηλέφωνο επικοινωνίας +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com