Componentes cerámicos de carburo de silicio de precisión para máquinas de litografía

En la industria de circuitos integrados, los equipos de fabricación de circuitos integrados ocupan una posición estratégica extremadamente importante. Las tecnologías y equipos clave para la fabricación de circuitos integrados incluyen principalmente tecnología de litografía y equipos de litografía, tecnología y equipos de crecimiento de películas, tecnología y equipos de pulido mecánico químico, tecnología y equipos de post-envasado de alta densidad, etc., todos implican tecnología de control de movimiento. y tecnología de accionamiento con alta eficiencia, alta precisión y alta estabilidad. La precisión de las piezas estructurales y el rendimiento de los materiales estructurales tienen requisitos muy altos.

1. Requisitos característicos de piezas estructurales cerámicas de precisión para equipos semiconductores.

El equipo clave de la fabricación de circuitos integrados requiere que los materiales de las piezas tengan las características de alta pureza, alta densidad, alta resistencia, alto módulo elástico, alta conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión térmica, y que las piezas estructurales tengan una precisión dimensional extremadamente alta y Complejidad estructural para garantizar que el equipo logre un movimiento y control de ultraprecisión.

Tomando como ejemplo la mesa de la pieza de trabajo en la máquina de litografía, la función principal de la mesa de la pieza de trabajo es transportar la oblea y la máscara de silicio y completar el proceso de exposición, y su rendimiento afecta directamente el rendimiento y la resolución. Se requiere que la mesa pueda lograr una carrera grande estable y de alta velocidad y un movimiento de ultraprecisión a nanoescala de seis grados de libertad. Por ejemplo, para una máquina de litografía con una resolución de 100 nm, una precisión de grabado de 33 nm y un ancho de línea de 10 nm, se requiere que la precisión de posicionamiento de la mesa de la pieza de trabajo alcance los 10 nm. Las velocidades simultáneas de paso y escaneo de la oblea de silicona de la máscara alcanzan 150 nm/s y 120 nm/s respectivamente, y la velocidad de escaneo de la máscara es cercana a 500 nm/s, y se requiere que la mesa de la pieza de trabajo tenga una precisión de movimiento muy alta y estacionariedad.

Por lo tanto, las piezas estructurales de precisión de la mesa de la pieza de trabajo deben cumplir los siguientes requisitos: (1) Altamente livianas: para reducir la inercia del movimiento, reducir la carga del motor, mejorar la eficiencia del movimiento, la precisión del posicionamiento y la estabilidad, las piezas estructurales generalmente utilice un diseño estructural liviano, la tasa de peso ligero es del 60% al 80%, hasta el 90%; (2) Alta precisión de forma y posición: para lograr un movimiento y posicionamiento de alta precisión, se requiere que las piezas estructurales tengan una precisión de forma y posición extremadamente alta, la planitud, el paralelismo y la perpendicularidad deben ser inferiores a 1 μm, y la se requiere que la precisión de forma y posición sea inferior a 5 μm; (3) Alta estabilidad dimensional: para lograr un movimiento y posicionamiento de alta precisión, se requiere que las piezas estructurales tengan una estabilidad dimensional extremadamente alta, lo que no es fácil de producir tensión, y la conductividad térmica es alta, el coeficiente de expansión térmica es bajo y no es fácil producir deformaciones dimensionales grandes; (4) Limpio y libre de contaminación: se requiere que las piezas estructurales tengan un coeficiente de fricción muy bajo, una pequeña pérdida de energía cinética durante el movimiento y ninguna contaminación por partículas abrasivas.

2, Aplicación de cerámicas de carburo de silicio en máquinas de litografía.

El carburo de silicio es un excelente material cerámico estructural con alta resistencia, alta dureza, alto módulo elástico, alta rigidez específica, alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica y excelente estabilidad química, que se usa ampliamente en la industria petroquímica, fabricación de maquinaria, industria nuclear. Industria de la microelectrónica y otros campos. El carburo de silicio tiene un módulo elástico muy alto, una conductividad térmica y un coeficiente de expansión térmica moderado, tiene una excelente pulibilidad, se puede procesar en espejos de alta calidad y no es fácil producir deformación ni tensión térmica. Gracias al diseño especial de la estructura de reducción de peso, las piezas estructurales pueden ser muy ligeras, lo que se utiliza ampliamente en el campo de los equipos de fabricación de circuitos integrados. Las cerámicas de carburo de silicio tienen excelentes propiedades mecánicas a temperatura ambiente, excelente estabilidad a altas temperaturas y buenas propiedades de procesamiento óptico y rigidez específica, especialmente adecuadas para la preparación de máquinas de fotolitografía de equipos de circuitos integrados para piezas estructurales de cerámica de precisión, como mesas de piezas de cerámica de SiC para fotolitografía. Máquina, riel guía, espejo, plato de cerámica, brazo, disco refrigerado por agua, plato...etc.

3, dificultades técnicas de las piezas estructurales de carburo de silicio para equipos semiconductores.

Las piezas estructurales cerámicas de precisión utilizadas en los equipos centrales de los circuitos integrados tienen las características de "grandes, gruesas, vacías, delgadas, livianas y finas". Sin embargo, debido a que el carburo de silicio es un compuesto de enlace covalente con un fuerte enlace Si-C, tiene una alta dureza y una fragilidad significativa, y es difícil de mecanizar con precisión. Además, el alto punto de fusión del carburo de silicio dificulta lograr una sinterización densa y de tamaño casi neto. Existen muchas dificultades y desafíos técnicos en la preparación de piezas estructurales de carburo de silicio:

(1) Cómo realizar la estructura de celdas cerradas huecas para lograr el objetivo de un alto peso ligero; para piezas estructurales metálicas con estructura de celdas cerradas huecas, generalmente se utilizan procesos de soldadura fuerte y por difusión; Sin embargo, para las piezas estructurales metálicas complejas e inmaduras, es fácil formar una interfaz de conexión obvia, lo que da como resultado una composición y rendimiento con una gran diferencia entre la capa de conexión y la matriz.

(2) Cómo lograr una alta precisión de forma y posición de las piezas estructurales de carburo de silicio para lograr el objetivo de movimiento y posicionamiento de alta precisión. La dureza del carburo de silicio es superada solo por el diamante, lo que resulta en una baja eficiencia de procesamiento y un alto costo de procesamiento de las piezas estructurales de carburo de silicio, por lo que la realización de una alta precisión de forma y posición de las piezas estructurales de carburo de silicio también es una dificultad técnica, especialmente en la preparación. En el caso de muestras con características estructurales complejas, ultrafinas y de gran tamaño, y de muestras con estructura celular hueca cerrada, el problema es particularmente prominente.

(3) Cómo reducir o evitar la tensión residual de los productos de carburo de silicio en el proceso de moldeo, secado, sinterización y posterior procesamiento de precisión, y mejorar la calidad y el rendimiento del producto. Cuerpo de carburo de silicio en el proceso de secado y sinterización, debido a la eliminación de agua y la pérdida de materia orgánica, es fácil producir una contracción desigual, lo que resulta en grietas y deformaciones en el cuerpo, y la introducción de tensión residual en el cuerpo y en En el proceso de procesamiento de precisión después de la sinterización, es posible causar grietas dentro del producto, lo que provoca grietas y reduce el rendimiento del producto. La preparación de estructuras huecas de formas complejas y de gran tamaño de piezas estructurales de carburo de silicio de precisión es difícil; actualmente el mercado de cerámicas de carburo de silicio para equipos de fabricación de circuitos integrados está ocupado principalmente por empresas extranjeras, Japón-Kyocera, EE.UU.-CoorsTek, Singapur-Fountyl. La investigación sobre tecnología de preparación y promoción de aplicaciones de piezas estructurales de precisión de carburo de silicio para equipos de circuitos integrados en China comenzó tarde y todavía existe una brecha entre China y las empresas líderes internacionales.