Кераміка SiC: незамінний матеріал для високоточних компонентів у виробництві напівпровідників

SiC має унікальну комбінацію бажаних властивостей, включаючи високу щільність, високу теплопровідність, високу міцність на вигин, високий модуль пружності, високу стійкість до корозії та чудову стійкість до високих температур. Його стійкість до напруги згину, деформації та термічної деформації робить його винятково придатним для жорстких, корозійних та надвисокотемпературних середовищ, які зустрічаються в критичних виробничих процесах, таких як епітаксія та травлення пластин. Отже, SiC знайшов широке застосування на різних етапах виробництва напівпровідників, включаючи шліфування та полірування, термічну обробку (відпал, окислення, дифузія), літографію, осадження, травлення та іонну імплантацію.

1. Шліфування та полірування: шліфувальні токоприймачі SiC

Після нарізки злитка пластини часто мають гострі краї, задирки, відколи, мікротріщини та інші недоліки. Щоб ці дефекти не вплинули на міцність пластини, якість поверхні та наступні етапи обробки, використовується процес шліфування. Шліфування згладжує краї пластин, зменшує варіації товщини, покращує паралельність поверхні та усуває пошкодження, спричинені процесом нарізання. Двостороннє шліфування за допомогою шліфувальних пластин є найпоширенішим методом, оскільки постійні вдосконалення матеріалу пластин, тиску шліфування та швидкості обертання постійно покращують якість пластин.

Двосторонній шліфувальний механізм

Традиційно шліфувальні пластини в основному виготовлялися з чавуну або вуглецевої сталі. Однак ці матеріали страждають від короткого терміну служби, високих коефіцієнтів теплового розширення та сприйнятливості до зносу та термічної деформації, особливо під час високошвидкісного шліфування або полірування, що ускладнює досягнення постійної площинності та паралельності пластин. Поява керамічних шліфувальних пластин SiC з їх винятковою твердістю, низьким рівнем зношування та коефіцієнтом теплового розширення, близьким до кремнію, призвела до поступової заміни чавуну та вуглецевої сталі. Ці властивості роблять шліфувальні пластини SiC особливо вигідними для високошвидкісних процесів шліфування та полірування.

2. Термічна обробка: пластини SiC та компоненти реакційної камери

Стадії термічної обробки, такі як окислення, дифузія, відпал і легування, є невід’ємною частиною виготовлення пластин. Керамічні компоненти SiC мають вирішальне значення в цих процесах, насамперед як носії для пластин для транспортування між етапами обробки та як компоненти в реакційних камерах обладнання для термічної обробки.

(1)Керамічні кінцеві ефектори (руки):

Під час виробництва кремнієвих пластин часто потрібна високотемпературна обробка. Механічні важелі, обладнані спеціальними кінцевими ефекторами, зазвичай використовуються для транспортування, обробки та позиціонування напівпровідникових пластин. Ці зброї повинні працювати в середовищі чистих приміщень, часто під вакуумом, високими температурами та корозійним газом, вимагаючи високої механічної міцності, стійкості до корозії, високотемпературної стабільності, зносостійкості, твердості та електричної ізоляції. Незважаючи на те, що вони дорожчі та складніші у виробництві, керамічні кронштейни SiC перевершують альтернативи з оксиду алюмінію у відповідності цим суворим вимогам.

Керамічний кінцевий ефектор Semicorex SiC

(2) Компоненти реакційної камери:

Обладнання для термічної обробки, наприклад печі для окислення (горизонтальні та вертикальні) і системи швидкої термічної обробки (RTP), працюють при підвищених температурах, що вимагає високоефективних матеріалів для їхніх внутрішніх компонентів. Високочисті спечені SiC компоненти з їх чудовою міцністю, твердістю, модулем пружності, жорсткістю, теплопровідністю та низьким коефіцієнтом теплового розширення є незамінними для побудови реакційних камер цих систем. Основні компоненти включають вертикальні човни, п’єдестали, труби вкладишів, камери та перегородки.

Компоненти реакційної камери

3. Літографія: SiC столи та керамічні дзеркала

Літографія, важливий крок у виробництві напівпровідників, використовує оптичну систему для фокусування та проектування світла на поверхню пластини, передаючи візерунки схем для подальшого травлення. Точність цього процесу безпосередньо визначає продуктивність і продуктивність інтегральних схем. Будучи одним із найдосконаліших частин обладнання у виробництві мікросхем, літографічна машина складається з сотень тисяч компонентів. Щоб гарантувати ефективність і точність схеми, суворі вимоги висуваються до точності як оптичних елементів, так і механічних компонентів у системі літографії. SiC-кераміка відіграє життєво важливу роль у цій галузі, насамперед у пластинах і керамічних дзеркалах.

Архітектура системи літографії

(1)Вафельні етапи:

Етапи літографії відповідають за утримання пластини та виконання точних рухів під час експонування. Перед кожною експозицією пластина та предметний столик повинні бути вирівняні з нанометровою точністю, а потім вирівняні між фотошаблоном і предметним столиком, щоб забезпечити точне перенесення малюнка. Це вимагає високошвидкісного, плавного та високоточного автоматизованого керування сценою з нанометровою точністю. Щоб задовольнити ці вимоги, на стадіях літографії часто використовується легка SiC кераміка з винятковою стабільністю розмірів, низькими коефіцієнтами теплового розширення та стійкістю до деформації. Це мінімізує інерцію, зменшує навантаження на двигун і підвищує ефективність руху, точність позиціонування та стабільність.

(2)Керамічні дзеркала:

Синхронізований контроль руху між пластиною та сіткою має вирішальне значення для літографії, безпосередньо впливаючи на загальну точність і продуктивність процесу. Дзеркала столика є невід’ємними компонентами системи вимірювання сканування та позиціонування зі зворотним зв’язком. Ця система використовує інтерферометри для випромінювання вимірювальних променів, які відбиваються від дзеркал сцени. Аналізуючи відбиті промені за принципом Доплера, система обчислює зміни положення столика в режимі реального часу, надаючи зворотний зв’язок із системою керування рухом, щоб забезпечити точну синхронізацію між пластинчастим столиком і візирним столиком. Хоча легка SiC кераміка підходить для цього застосування, виготовлення таких складних компонентів представляє значні проблеми. Зараз основні виробники обладнання для інтегральних схем переважно використовують для цієї мети склокераміку або кордієрит. Однак завдяки прогресу в матеріалознавстві та техніці виробництва дослідники Китайської академії будівельних матеріалів успішно виготовили великі, складної форми, легкі, повністю закриті керамічні дзеркала з SiC та інші структурно-функціональні оптичні компоненти для застосування в літографії.

(3)Тонкі плівки Photomask:

Фотомаски, також відомі як сітки, використовуються для вибіркового пропускання світла та створення візерунків на світлочутливих матеріалах. Однак EUV світлове випромінювання може спричинити значне нагрівання фотошаблону, потенційно досягнувши температури від 600 до 1000 градусів за Цельсієм, що призведе до термічного пошкодження. Щоб пом’якшити це, на фотошаблон часто наносять тонку плівку SiC, щоб підвищити його термічну стабільність і запобігти деградації.

4. Плазмове травлення та осадження: кільця фокусування та інші компоненти

У виробництві напівпровідників у процесах травлення використовується плазма, створена з іонізованих газів (наприклад, газів, що містять фтор), для вибіркового видалення небажаного матеріалу з поверхні пластини, залишаючи бажані структури схеми. Осадження тонкої плівки, навпаки, передбачає нанесення ізоляційних матеріалів між металевими шарами для формування діелектричних шарів, подібно до процесу зворотного травлення. В обох процесах використовується плазмова технологія, яка може викликати корозію компонентів камери. Таким чином, ці компоненти потребують відмінної стійкості до плазми, низької реакційної здатності з фторвмісними газами та низької електропровідності.

Традиційно компоненти обладнання для травлення та осадження, наприклад кільця фокусування, виготовлялися з таких матеріалів, як кремній або кварц. Однак невпинне прагнення до мініатюризації інтегральних схем (ІС) значно збільшило попит на високоточні процеси травлення та їх важливість. Ця мініатюризація вимагає використання високоенергетичної плазми для точного мікромасштабного травлення для досягнення менших розмірів елементів і дедалі складніших структур пристроїв.

У відповідь на цей попит, карбід кремнію (SiC) для хімічного осадження з парової фази (CVD) став кращим матеріалом для покриттів і компонентів обладнання для травлення та осадження. Його чудові фізичні та хімічні властивості, включаючи високу чистоту та однорідність, роблять його винятково придатним для цього вимогливого застосування. В даний час компоненти CVD SiC в обладнанні для травлення включають кільця фокусування, газові душові насадки, валики та крайові кільця. В обладнанні для осадження CVD SiC використовується для кришок камер, вкладишів і покритих SiC графітових токоприймачів.

Кільце фокусування та графітовий токоприймач із SiC-покриттям

Низька реакційна здатність CVD SiC із травильними газами на основі хлору та фтору в поєднанні з його низькою електропровідністю робить його ідеальним матеріалом для таких компонентів, як фокусні кільця в обладнанні для плазмового травлення. Кільце фокусування, розташоване навколо периферії пластини, є критично важливим компонентом, який фокусує плазму на поверхні пластини шляхом подачі напруги на кільце, тим самим підвищуючи рівномірність обробки.

У міру розвитку мініатюризації IC потреби в потужності та енергії плазми для травлення продовжують зростати, особливо в обладнанні для травлення з ємнісною плазмою (CCP). Отже, впровадження фокусних кілець на основі SiC швидко зростає завдяки їхній здатності протистояти цим дедалі агресивнішим плазмовим середовищам.**

Semicorex, як досвідчений виробник і постачальник, пропонує спеціальні графітові та керамічні матеріали для напівпровідникової та фотоелектричної промисловості. Якщо у вас виникли запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com