Ceramika SiC: niezbędny materiał do produkcji precyzyjnych komponentów w produkcji półprzewodników

SiC posiada unikalną kombinację pożądanych właściwości, w tym wysoką gęstość, wysoką przewodność cieplną, wysoką wytrzymałość na zginanie, wysoki moduł sprężystości, dużą odporność na korozję i doskonałą stabilność w wysokich temperaturach. Odporność na odkształcenia pod wpływem naprężeń zginających i naprężeń termicznych sprawia, że ​​wyjątkowo dobrze nadaje się do stosowania w trudnych, korozyjnych i bardzo wysokich temperaturach, występujących w krytycznych procesach produkcyjnych, takich jak epitaksja i trawienie płytek. W rezultacie SiC znalazł szerokie zastosowanie na różnych etapach produkcji półprzewodników, w tym szlifowaniu i polerowaniu, obróbce termicznej (wyżarzanie, utlenianie, dyfuzja), litografii, osadzaniu, trawieniu i implantacji jonów.

1. Szlifowanie i polerowanie: Susceptory szlifierskie SiC

Po pocięciu wlewków często wykazują ostre krawędzie, zadziory, odpryski, mikropęknięcia i inne niedoskonałości. Aby zapobiec pogarszaniu się przez te defekty wytrzymałości płytki, jakości powierzchni i kolejnych etapów przetwarzania, stosuje się proces szlifowania. Szlifowanie wygładza krawędzie wafli, zmniejsza różnice grubości, poprawia równoległość powierzchni i usuwa uszkodzenia powstałe w procesie krojenia. Najpowszechniejszą metodą jest szlifowanie dwustronne przy użyciu płyt szlifierskich, przy ciągłym udoskonalaniu materiału płyt, nacisku szlifowania i prędkości obrotowej stale poprawiających jakość płytek.

Dwustronny mechanizm szlifujący

Tradycyjnie płyty szlifierskie wykonywano głównie z żeliwa lub stali węglowej. Jednakże materiały te mają krótką żywotność, wysokie współczynniki rozszerzalności cieplnej oraz podatność na zużycie i odkształcenia termiczne, szczególnie podczas szlifowania lub polerowania z dużą prędkością, co utrudnia osiągnięcie stałej płaskości i równoległości płytki. Pojawienie się ceramicznych płytek szlifierskich SiC, charakteryzujących się wyjątkową twardością, niskim współczynnikiem zużycia i współczynnikiem rozszerzalności cieplnej ściśle odpowiadającym krzemowi, doprowadziło do stopniowego zastępowania żeliwa i stali węglowej. Te właściwości sprawiają, że płyty szlifierskie SiC są szczególnie korzystne w procesach szlifowania i polerowania z dużą prędkością.

2. Obróbka termiczna: nośniki płytek SiC i elementy komory reakcyjnej

Etapy obróbki termicznej, takie jak utlenianie, dyfuzja, wyżarzanie i tworzenie stopów, są integralną częścią wytwarzania płytek. Komponenty ceramiczne SiC odgrywają kluczową rolę w tych procesach, przede wszystkim jako nośniki płytek do transportu między etapami przetwarzania oraz jako komponenty w komorach reakcyjnych urządzeń do obróbki termicznej.

(1)Ceramiczne efektory końcowe (ramiona):

Podczas produkcji płytek krzemowych często wymagana jest obróbka w wysokiej temperaturze. Do transportu, przenoszenia i pozycjonowania płytek półprzewodnikowych powszechnie stosuje się mechaniczne ramiona wyposażone w specjalistyczne efektory końcowe. Ramiona te muszą pracować w pomieszczeniach czystych, często w próżni, w wysokich temperaturach i w otoczeniu gazów korozyjnych, co wymaga dużej wytrzymałości mechanicznej, odporności na korozję, stabilności w wysokich temperaturach, odporności na zużycie, twardości i izolacji elektrycznej. Chociaż ramiona ceramiczne SiC są droższe i trudniejsze w produkcji, przewyższają alternatywy z tlenku glinu, jeśli chodzi o spełnianie tych rygorystycznych wymagań.

Ceramiczny efektor końcowy Semicorex SiC

(2) Elementy komory reakcyjnej:

Urządzenia do obróbki termicznej, takie jak piece do utleniania (poziome i pionowe) oraz systemy szybkiego przetwarzania termicznego (RTP), działają w podwyższonych temperaturach, co wymaga stosowania materiałów o wysokiej wydajności na ich wewnętrzne elementy. Do budowy komór reakcyjnych tych układów niezbędne są wysokiej czystości spiekane komponenty SiC, charakteryzujące się doskonałą wytrzymałością, twardością, modułem sprężystości, sztywnością, przewodnością cieplną i niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Kluczowe komponenty obejmują łodzie pionowe, cokoły, rury liniowe, dętki i przegrody.

Elementy komory reakcyjnej

3. Litografia: stopnie SiC i lustra ceramiczne

Litografia, kluczowy etap w produkcji półprzewodników, wykorzystuje układ optyczny do skupiania i rzutowania światła na powierzchnię płytki, przenosząc wzory obwodów do późniejszego wytrawiania. Precyzja tego procesu bezpośrednio decyduje o wydajności i wydajności układów scalonych. Jako jedno z najbardziej wyrafinowanych urządzeń do produkcji chipów, maszyna litograficzna składa się z setek tysięcy komponentów. Aby zagwarantować wydajność i precyzję obwodu, stawiane są rygorystyczne wymagania dotyczące dokładności zarówno elementów optycznych, jak i komponentów mechanicznych w systemie litograficznym. Ceramika SiC odgrywa w tym obszarze istotną rolę, przede wszystkim w stopniach waflowych i zwierciadłach ceramicznych.

Architektura systemu litograficznego

(1)Etapy wafla:

Etapy litograficzne odpowiadają za trzymanie płytki i wykonywanie precyzyjnych ruchów podczas naświetlania. Przed każdą ekspozycją płytkę i stolik należy ustawić z nanometrową precyzją, a następnie ustawić fotomaskę i stolik, aby zapewnić dokładne przeniesienie wzoru. Wymaga to szybkiego, płynnego i bardzo precyzyjnego automatycznego sterowania stolikiem z dokładnością na poziomie nanometrów. Aby sprostać tym wymaganiom, na etapach litografii często wykorzystuje się lekką ceramikę SiC o wyjątkowej stabilności wymiarowej, niskim współczynniku rozszerzalności cieplnej i odporności na odkształcenia. Minimalizuje to bezwładność, zmniejsza obciążenie silnika i zwiększa wydajność ruchu, dokładność pozycjonowania i stabilność.

(2)Lustra ceramiczne:

Zsynchronizowane sterowanie ruchem pomiędzy stopniem płytki a stopniem siatki ma kluczowe znaczenie w litografii, bezpośrednio wpływając na ogólną dokładność i wydajność procesu. Lustra sceniczne są integralnymi elementami systemu skanowania scenicznego i pomiaru sprzężenia zwrotnego pozycjonowania. System ten wykorzystuje interferometry do emisji wiązek pomiarowych odbijających się od lusterek sceny. Analizując odbite wiązki za pomocą zasady Dopplera, system oblicza zmiany położenia stolika w czasie rzeczywistym, dostarczając informację zwrotną do systemu sterowania ruchem, aby zapewnić precyzyjną synchronizację między stopniem płytki a stopniem siatki. Chociaż lekka ceramika SiC nadaje się do tego zastosowania, wytwarzanie tak złożonych komponentów wiąże się ze znacznymi wyzwaniami. Obecnie główni producenci układów scalonych wykorzystują do tego celu głównie ceramikę szklaną lub kordieryt. Jednak dzięki postępowi w materiałoznawstwie i technikach produkcyjnych naukowcom z Chińskiej Akademii Materiałów Budowlanych udało się wyprodukować wielkogabarytowe, lekkie, całkowicie zamknięte zwierciadła ceramiczne SiC o skomplikowanych kształtach i inne strukturalno-funkcjonalne komponenty optyczne do zastosowań litograficznych.

(3)Cienkie folie Photomask:

Fotomaski, zwane również siatkami, służą do selektywnego przepuszczania światła i tworzenia wzorów na materiałach światłoczułych. Jednakże napromieniowanie światłem EUV może spowodować znaczne nagrzanie fotomaski, potencjalnie osiągając temperatury od 600 do 1000 stopni Celsjusza, co prowadzi do uszkodzeń termicznych. Aby temu zaradzić, na fotomasce często osadza się cienką warstwę SiC, aby zwiększyć jej stabilność termiczną i zapobiec degradacji.

4. Trawienie i osadzanie plazmowe: pierścienie ostrości i inne elementy

W produkcji półprzewodników procesy trawienia wykorzystują plazmę wytwarzaną ze zjonizowanych gazów (np. gazów zawierających fluor) do selektywnego usuwania niepożądanego materiału z powierzchni płytki, pozostawiając pożądane wzory obwodów. Odwrotnie, osadzanie cienkowarstwowe polega na osadzaniu materiałów izolacyjnych pomiędzy warstwami metalu w celu utworzenia warstw dielektrycznych, podobnie do procesu odwrotnego trawienia. W obu procesach wykorzystuje się technologię plazmową, która może powodować korozję elementów komory. Dlatego te elementy wymagają doskonałej odporności na plazmę, niskiej reaktywności z gazami zawierającymi fluor i niskiej przewodności elektrycznej.

Tradycyjnie elementy sprzętu do wytrawiania i osadzania, takie jak pierścienie ostrości, były wytwarzane przy użyciu materiałów takich jak krzem lub kwarc. Jednak nieustające dążenie do miniaturyzacji układów scalonych (IC) znacznie zwiększyło zapotrzebowanie i znaczenie wysoce precyzyjnych procesów trawienia. Ta miniaturyzacja wymaga użycia plazmy wysokoenergetycznej do dokładnego trawienia w mikroskali, aby uzyskać mniejsze rozmiary elementów i coraz bardziej złożone struktury urządzeń.

W odpowiedzi na to zapotrzebowanie węglik krzemu (SiC) metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) stał się preferowanym materiałem na powłoki i komponenty urządzeń do trawienia i osadzania. Jego doskonałe właściwości fizyczne i chemiczne, w tym wysoka czystość i jednorodność, sprawiają, że wyjątkowo dobrze nadaje się do tego wymagającego zastosowania. Obecnie komponenty CVD SiC w sprzęcie do wytrawiania obejmują pierścienie ogniskujące, głowice natryskowe gazowe, płyty dociskowe i pierścienie krawędziowe. W urządzeniach do osadzania CVD SiC stosuje się do pokryw komór, wkładek i susceptorów grafitowych pokrytych SiC.

Pierścień ostrości i grafitowy susceptor pokryty SiC

Niska reaktywność CVD SiC z gazami trawiącymi na bazie chloru i fluoru, w połączeniu z jego niską przewodnością elektryczną, czyni go idealnym materiałem na elementy takie jak pierścienie ogniskujące w sprzęcie do trawienia plazmowego. Pierścień ogniskujący, umieszczony wokół obrzeża płytki, jest kluczowym elementem skupiającym plazmę na powierzchni płytki poprzez przyłożenie napięcia do pierścienia, zwiększając w ten sposób jednorodność przetwarzania.

W miarę postępu miniaturyzacji układów scalonych zapotrzebowanie na moc i energię plazmy trawiącej stale rośnie, szczególnie w urządzeniach do trawienia plazmą pojemnościowo sprzężoną (CCP). W rezultacie zastosowanie pierścieni ostrości na bazie SiC szybko rośnie ze względu na ich odporność na coraz bardziej agresywne środowisko plazmowe.**

Semicorex, jako doświadczony producent i dostawca, dostarcza specjalistyczne materiały grafitowe i ceramiczne dla przemysłu półprzewodników i fotowoltaiki. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com