سيراميك كربيد السيليكون: مواد مكونات دقيقة لا غنى عنها بشكل متزايد في عمليات تصنيع أشباه الموصلات

باعتباره مادة سيراميك هيكلية ذات أداء ممتاز، فإن كربيد السيليكون (SiC) يتميز بخصائص الكثافة العالية، التوصيل الحراري العالي، قوة الانحناء العالية، معامل المرونة العالي، المقاومة القوية للتآكل، مقاومة درجات الحرارة العالية، إلخ. ليس من السهل إنتاج الانحناء تشوه الإجهاد والإجهاد الحراري، ويمكن أن يتكيف مع التآكل القوي وبيئة التفاعل ذات درجة الحرارة العالية جدًا لطبقة الرقاقة والحفر وروابط التصنيع الأخرى. ولذلك، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في عمليات تصنيع أشباه الموصلات مثل الطحن والتلميع، والمعالجة الحرارية الفوقي / الأكسدة / الانتشار، والطباعة الحجرية، والترسيب، والحفر، وزرع الأيونات.

عملية الطحن

عندما يتم قطع السبيكة إلى رقاقة، فإنها عادة ما تشكل حافة حادة، مع حواف، أو نتوءات، أو تقطيع، أو شقوق صغيرة أو عيوب أخرى. من أجل تجنب تأثير تشقق الحواف على قوة الرقاقة، والضرر الذي يلحق بسطح الرقاقة، وإحضار جزيئات التلوث إلى مرحلة ما بعد العملية، يجب صقل الرقاقة عن طريق عملية الطحن، وتقليل سمك الرقاقة، وتحسين توازي سطح الرقاقة، والقضاء على الأضرار السطحية الناجمة عن عملية قطع الأسلاك. في الوقت الحاضر، الطريقة الأكثر استخدامًا هي استخدام قرص الطحن للطحن على الوجهين، وتحسين جودة قرص الطحن عن طريق تحسين عملية الطحن (مادة قرص الطحن، وضغط الطحن وسرعة الطحن، وما إلى ذلك).

في الماضي، كان قرص الطحن يستخدم في الغالب في مواد الحديد الزهر أو الفولاذ الكربوني، والتي لها عمر خدمة قصير ومعامل تمدد حراري كبير. في عملية معالجة رقائق السيليكون، خاصة عند الطحن أو التلميع عالي السرعة، يصعب ضمان التسطيح والتوازي لرقائق السيليكون بسبب التآكل والتشوه الحراري لقرص الطحن. مع تطور المواد المقاومة للتآكل من سيراميك كربيد السيليكون وتطوير عملية التلبيد، يتم استبدال قرص طحن الحديد الزهر والفولاذ الكربوني تدريجيًا بقرص طحن كربيد السيليكون، وصلابته العالية، وخصائص التآكل المنخفضة ومع رقاقة السيليكون نفس التمدد الحراري بشكل أساسي. المعامل، فإن التطبيق في عملية تلميع الطحن عالية السرعة له مزايا رائعة.

المعالجة الحرارية والعمليات الأخرى

لا يمكن فصل تصنيع الرقاقات عن الأكسدة، والانتشار، والتليين، والسبائك وعمليات المعالجة الحرارية الأخرى، والتي تشارك بشكل رئيسي في منتجات سيراميك كربيد السيليكون بما في ذلك أذرع سيراميك كربيد السيليكون المستخدمة لنقل الرقاقات بين العمليات والأجزاء في غرفة التفاعل لمعدات المعالجة الحرارية.

· ذراع سيراميك

في إنتاج رقائق السيليكون، من الضروري الخضوع للمعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية، وغالبًا ما يتم استخدام ذراع ميكانيكية لتحريك ونقل ووضع رقائق أشباه الموصلات. نظرًا لأن رقائق أشباه الموصلات مطلوبة أن تكون نظيفة وسريعة في عملية المعالجة، ويتم تنفيذ معظم العمليات في الفراغ ودرجة الحرارة المرتفعة وبيئة الغاز المسببة للتآكل، فإنها تحتاج إلى قوة ميكانيكية عالية، ومقاومة للتآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وعالية الصلابة والعزل وما إلى ذلك. بالمقارنة مع الألومينا، يمكن للذراع الخزفي من كربيد السيليكون تلبية هذه المتطلبات بشكل أفضل، لكن عيوب السعر المرتفع والمعالجة الصعبة تقيد تطبيقه إلى حد ما.

· مكونات غرفة التفاعل

تحتوي معدات أشباه الموصلات المستخدمة في عملية المعالجة الحرارية على أفران أكسدة (تنقسم إلى أفران أفقية وأفران رأسية)، ومعدات معالجة حرارية سريعة (RTP، RapidThermalProcessing)، وما إلى ذلك. ونظرًا لارتفاع درجة حرارة التشغيل، فإن متطلبات أداء المكونات في غرفة التفاعل مرتفعة أيضًا. تتميز أجزاء كربيد السيليكون الملبدة عالية النقاء بخصائص القوة العالية، والصلابة العالية، ومعامل المرونة العالي، والصلابة النوعية العالية، والموصلية الحرارية العالية، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، وما إلى ذلك، وهي أجزاء لا غنى عنها في غرفة التفاعل للمعالجة الحرارية للدائرة المتكاملة معدات. وهي تشمل بشكل أساسي القارب العمودي (VerticalBoat)، والركيزة (Pedestal)، والأنابيب الخطية (LinerTubes)، والأنابيب الداخلية (InnerTubes)، والألواح الحاجزة العازلة للحرارة.

في الوقت الحاضر، تهيمن الشركات الأجنبية مثل مجموعة Kyokera اليابانية وQuastai الأمريكية على معظم الحصة السوقية لسوق كربيد السيليكون الملبد عالي النقاء لمعدات أشباه الموصلات. من خلال التراكم التكنولوجي والابتكار على المدى الطويل، قاموا بتطوير ليس فقط مجموعة كاملة من المنتجات، ولكن أيضًا تكنولوجيا معالجة خصائص المواد والدقة والبنية المعقدة وصلت إلى المستوى الرائد في الصناعة. يمكن أن توفر مكونات خاصة للمعدات الأساسية للدوائر المتكاملة مثل آلة الطباعة الحجرية الضوئية، معدات حفر البلازما، معدات ترسيب الأفلام ومعدات زرع الأيونات. في المقابل، بدأت الصين متأخرة في البحث والتطوير وتطبيق أجزاء كربيد السيليكون الملبدة لمعدات أشباه الموصلات، ولا تزال تواجه اختناقات وتحديات تقنية في مجال إعداد أجزاء كربيد السيليكون الملبدة بدقة عالية وحجم كبير وخفيفة الوزن وهياكل خاصة. (مثل الخلية المجوفة والمغلقة).

عملية النقش الخفيفة

تستخدم الطباعة الحجرية الضوئية بشكل أساسي نظامًا بصريًا لتركيز شعاع الضوء المنبعث من مصدر الضوء وإسقاطه على رقاقة السيليكون لتحقيق تعريض نمط الدائرة وتسهيل الحفر اللاحق، الذي تحدد دقته بشكل مباشر أداء وإنتاجية الدائرة المتكاملة. باعتبارها واحدة من أفضل المعدات لتصنيع الرقائق، تحتوي آلة الطباعة الحجرية على ما يصل إلى 100000 جزء، ومن أجل ضمان أداء ودقة الدائرة، فإن كل من المكونات البصرية ودقة المكونات في نظام الطباعة الحجرية لها متطلبات عالية للغاية . يتضمن تطبيق سيراميك كربيد السيليكون بشكل أساسي: طاولة الشغل ومرآة مربعة من السيراميك وما إلى ذلك.

· طاولة الشغل

تحمل طاولة آلة الطباعة الحجرية بشكل أساسي الرقاقة وتكمل حركة التعريض. في هذه العملية، يجب محاذاة رقاقة السيليكون وطاولة الشغل قبل كل تعريض، ثم تتم محاذاة قناع الضوء وطاولة الشغل لتحقيق محاذاة قناع الضوء ورقاقة السيليكون، بحيث يتم نسخ الرسومات بدقة إلى المنطقة التي تحتاج إلى طباعة حجرية، الأمر الذي يتطلب من طاولة الشغل تحقيق تحكم آلي فائق الدقة على نطاق نانوي عالي السرعة وسلس ودقة حركة عالية. من أجل تحقيق غرض التحكم هذا، يتم استخدام طاولة الشغل الحجرية بشكل عام بوزن خفيف وثبات عالي للغاية للأبعاد، ومعامل تمدد حراري منخفض، وليس من السهل إنتاج تشوه، من أجل تقليل جمود الحركة، وتقليل حمل المحرك، وتحسين كفاءة الحركة ودقة تحديد المواقع والاستقرار.

· مرآة سيراميك مربعة

إحدى التقنيات الرئيسية لآلة الطباعة الحجرية هي التحكم المتزامن في الحركة لطاولة قطع العمل وطاولة القناع، والتي تؤثر دقتها بشكل مباشر على دقة الطباعة الحجرية وإنتاجية آلة الطباعة الحجرية. يستخدم نظام القياس أولاً مقياس التداخل لإرسال شعاع القياس الساقط على المرآة المربعة على جانب طاولة قطعة العمل، ثم يعكسه مرة أخرى إلى مستقبل مقياس التداخل. يتم حساب تغيير موضع طاولة قطعة العمل بواسطة مبدأ دوبلر ويتم تغذيته مرة أخرى إلى نظام التحكم في الحركة في الوقت الفعلي لضمان الحركة المتزامنة لطاولة قطعة العمل وطاولة القناع. يتميز سيراميك كربيد السيليكون بخصائص خفيفة الوزن، ويمكن أن يلبي متطلبات استخدام مرآة السيراميك المربعة، ولكن إعداد أجزاء سيراميك كربيد السيليكون هذه أكثر صعوبة، ويستخدم مصنعو معدات الدوائر المتكاملة الدولية السائدة بشكل أساسي السيراميك الزجاجي والكورديريت و مواد اخرى. ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا، أدرك خبراء من المعهد العام الصيني لعلوم وأبحاث مواد البناء إعداد مرايا مربعة من السيراميك كبيرة الحجم ومعقدة وخفيفة الوزن للغاية ومغلقة بالكامل وغيرها من المكونات البصرية الهيكلية والوظيفية آلات الطباعة الحجرية.

· فيلم القناع الضوئي

يُعرف قناع الضوء أيضًا باسم قناع الضوء، والدور الرئيسي هو نقل الضوء من خلال القناع وتشكيل نمط على المادة الحساسة للضوء. ومع ذلك، عندما يسلط ضوء الأشعة فوق البنفسجية على القناع، فسوف تنبعث منه حرارة، وقد ترتفع درجة الحرارة إلى ما بين 600 و1000 درجة مئوية، مما قد يسبب ضررًا حراريًا. ولذلك، فإنه من الضروري عادة إيداع فيلم كربيد السيليكون على الضوء. في الوقت الحاضر، بدأت العديد من الشركات الأجنبية، مثل ASML، في توفير أفلام ذات نفاذية ضوء تزيد عن 90% لتقليل تنظيف وفحص القناع المستخدم، ولتحسين كفاءة وإنتاجية آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية.

حفر وترسيب البلازما

تستخدم عملية الحفر في تصنيع أشباه الموصلات البلازما المتأينة بواسطة أدوات الحفر السائلة أو الغازية (مثل الغازات المفلورة) لقصف الرقاقة، وإزالة المواد غير المرغوب فيها بشكل انتقائي حتى يتم ترك نمط الدائرة المرغوب على سطح الرقاقة. يشبه ترسيب الأغشية الرقيقة العملية العكسية للحفر، والتي تستخدم طريقة الترسيب لتكديس المواد العازلة بشكل متكرر وتغطية كل طبقة من المعدن لتشكيل طبقة رقيقة. وبما أن هاتين العمليتين تستخدمان أيضًا تكنولوجيا البلازما وغيرها من التقنيات التي من السهل أن تسبب تآكلًا في التجويف والمكونات، فيجب أن تتمتع المكونات الموجودة في المعدات بخصائص مقاومة جيدة للبلازما وتفاعلية منخفضة وموصلية منخفضة للغازات المحفورة المحتوية على الفلور.

مكونات معدات الحفر والترسيب التقليدية، مثل حلقات التركيز، مصنوعة من مواد مثل السيليكون أو الكوارتز. ومع ذلك، مع تقدم تصغير الدوائر المتكاملة، يتزايد الطلب وأهمية تصنيع الدوائر المتكاملة لعملية النقش، ومن الضروري استخدام البلازما عالية الطاقة لحفر رقائق السيليكون بدقة على المستوى المجهري، مما يوفر إمكانية تحقيق ذلك خطوط عرض أصغر وهياكل معدات أكثر تعقيدًا. لذلك، يتم ترسيب البخار الكيميائي (CVD) بواسطة كربيد السيليكون بخصائصه الفيزيائية والكيميائية الممتازة. وقد أصبحت النقاء العالي والتوحيد العالي وما إلى ذلك تدريجيًا الخيار الأول لمواد طلاء معدات النقش والترسيب. في الوقت الحاضر، تشتمل أجزاء كربيد السيليكون CVD في معدات الحفر على حلقات التركيز، ورؤوس رش الغاز، والمنصات، وحلقات الحافة، وما إلى ذلك. في معدات الترسيب، يوجد غطاء الغرفة، وبطانة التجويف، وقاعدة الجرافيت المطلية بـ SiC، وما إلى ذلك.

نظرًا لانخفاض تفاعل وتوصيل كربيد السيليكون CVD مع غازات الحفر بالكلور والفلور، فهو مادة مثالية لتركيز الحلقات والمكونات الأخرى لمعدات الحفر بالبلازما. تشتمل أجزاء كربيد السيليكون CVD الموجودة في معدات النقش على حلقة التركيز، ورأس رش الغاز، والمنصة، وحلقة الحافة، وما إلى ذلك. وبأخذ حلقة التركيز كمثال، فإن حلقة التركيز هي جزء مهم يتم وضعه على الجزء الخارجي من الرقاقة، ومتصل مباشرة مع الرقاقة، من خلال تطبيق جهد كهربائي على الحلقة لتركيز البلازما التي تمر عبر الحلقة، وبالتالي تركيز البلازما على الرقاقة لتحسين تجانس المعالجة. حلقات التركيز التقليدية مصنوعة من السيليكون أو الكوارتز. مع تقدم تصغير الدوائر المتكاملة، يتزايد الطلب وأهمية تصنيع الدوائر المتكاملة لعملية الحفر، وتستمر قوة وطاقة حفر البلازما في الزيادة، خاصة أن طاقة البلازما المطلوبة في معدات حفر البلازما المقترنة بالسعة (CCP) أعلى . ولذلك، فإن معدل استخدام حلقات التركيز المحضرة بمواد كربيد السيليكون يتزايد باستمرار.

تركز Fountyl Technologies PTE Ltd، على صناعة تصنيع أشباه الموصلات، وتشمل المنتجات الرئيسية: ظرف الدبوس، ظرف السيراميك المسامي، المستجيب النهائي الخزفي، العارضة المربعة الخزفية، المغزل الخزفي، مرحبًا بكم في الاتصال والتفاوض!