सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक: सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाओं में तेजी से अपरिहार्य सटीक घटक सामग्री

उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ एक संरचनात्मक सिरेमिक सामग्री के रूप में, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) में उच्च घनत्व, उच्च तापीय चालकता, उच्च झुकने की ताकत, उच्च लोचदार मापांक, मजबूत संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध आदि की विशेषताएं हैं। झुकने का उत्पादन करना आसान नहीं है तनाव विरूपण और थर्मल तनाव, और वेफर एपिटेक्सी, नक़्क़ाशी और अन्य विनिर्माण लिंक के मजबूत संक्षारण और अल्ट्रा-उच्च तापमान प्रतिक्रिया वातावरण के अनुकूल हो सकते हैं। इसलिए, इसका व्यापक रूप से सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रियाओं जैसे कि पीसने और पॉलिश करने, एपिटैक्सियल/ऑक्सीकरण/प्रसार ताप उपचार, लिथोग्राफी, जमाव, नक़्क़ाशी और आयन आरोपण में उपयोग किया गया है।

पीसने की प्रक्रिया

जब पिंड को वेफर में काटा जाता है, तो यह आमतौर पर किनारों, गड़गड़ाहट, छिलने, छोटी दरारें या अन्य दोषों के साथ एक तेज धार बनाता है। वेफर की ताकत पर किनारे के टूटने के प्रभाव से बचने के लिए, वेफर की सतह की फिनिश को नुकसान पहुंचाने और प्रदूषण कणों को पोस्ट-प्रोसेस में लाने के लिए, वेफर को पीसने की प्रक्रिया द्वारा पॉलिश करने, वेफर की मोटाई कम करने, सुधार करने की आवश्यकता होती है। वेफर सतह की समानता, और तार काटने की प्रक्रिया के कारण होने वाली सतह क्षति को समाप्त करना। वर्तमान में, सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि दो तरफा पीसने के लिए पीसने वाली डिस्क का उपयोग करना है, और पीसने की प्रक्रिया (पीसने वाली डिस्क सामग्री, पीसने का दबाव और पीसने की गति इत्यादि) में सुधार करके पीसने वाली डिस्क की गुणवत्ता में सुधार करना है।

अतीत में, पीसने वाली डिस्क का उपयोग ज्यादातर कच्चा लोहा या कार्बन स्टील सामग्री में किया जाता था, जिसमें कम सेवा जीवन और थर्मल विस्तार का एक बड़ा गुणांक होता है। सिलिकॉन वेफर्स के प्रसंस्करण की प्रक्रिया में, खासकर जब उच्च गति की पीसने या पॉलिश करने पर, पीसने वाली डिस्क के घिसाव और थर्मल विरूपण के कारण सिलिकॉन वेफर्स की समतलता और समानता सुनिश्चित करना मुश्किल होता है। सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक पहनने के लिए प्रतिरोधी सामग्री के विकास और सिंटरिंग प्रक्रिया के विकास के साथ, कच्चा लोहा और कार्बन स्टील पीसने वाली डिस्क को धीरे-धीरे सिलिकॉन कार्बाइड पीसने वाली डिस्क, इसकी उच्च कठोरता, कम पहनने की विशेषताओं और सिलिकॉन वेफर के साथ मूल रूप से समान थर्मल विस्तार द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। गुणांक, उच्च गति पीस पॉलिशिंग प्रक्रिया में आवेदन के उत्कृष्ट फायदे हैं।

गर्मी उपचार और अन्य प्रक्रियाएं

वेफर निर्माण को ऑक्सीकरण, प्रसार, एनीलिंग, मिश्र धातु और अन्य गर्मी उपचार प्रक्रियाओं से अलग नहीं किया जा सकता है, मुख्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक उत्पादों में शामिल है जिसमें सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक हथियार शामिल हैं जिनका उपयोग गर्मी उपचार उपकरण के प्रतिक्रिया कक्ष में प्रक्रियाओं और भागों के बीच वेफर्स को परिवहन करने के लिए किया जाता है।

· सिरेमिक बांह

सिलिकॉन वेफर्स के उत्पादन में, उच्च तापमान ताप उपचार से गुजरना आवश्यक है, और सेमीकंडक्टर वेफर्स को स्थानांतरित करने, परिवहन और स्थिति में लाने के लिए अक्सर एक यांत्रिक हाथ का उपयोग किया जाता है। क्योंकि सेमीकंडक्टर वेफर्स को हैंडलिंग प्रक्रिया में साफ और तेज़ होना आवश्यक है, और अधिकांश प्रक्रियाएं वैक्यूम, उच्च तापमान और संक्षारक गैस वातावरण में की जाती हैं, उन्हें उच्च यांत्रिक शक्ति, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध, उच्च की आवश्यकता होती है कठोरता, इन्सुलेशन इत्यादि। एल्यूमिना की तुलना में, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक आर्म इन आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा कर सकता है, लेकिन उच्च कीमत और कठिन प्रसंस्करण की कमियां इसके अनुप्रयोग को कुछ हद तक सीमित कर देती हैं।

· प्रतिक्रिया कक्ष में घटक

ताप उपचार प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक उपकरणों में ऑक्सीकरण भट्टियां (जो क्षैतिज भट्टियां और ऊर्ध्वाधर भट्टियां में विभाजित होती हैं), तीव्र ताप उपचार (आरटीपी, रैपिडथर्मलप्रोसेसिंग) उपकरण आदि होते हैं। उच्च ऑपरेटिंग तापमान के कारण, घटकों की प्रदर्शन आवश्यकताएं प्रतिक्रिया कक्ष भी उच्च हैं. उच्च शुद्धता वाले सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड भागों में उच्च शक्ति, उच्च कठोरता, उच्च लोचदार मापांक, उच्च विशिष्ट कठोरता, उच्च तापीय चालकता, कम तापीय विस्तार गुणांक आदि की विशेषताएं होती हैं, और एकीकृत सर्किट ताप उपचार के प्रतिक्रिया कक्ष में अपरिहार्य भाग होते हैं। उपकरण। इसमें मुख्य रूप से वर्टिकल बोट (वर्टिकलबोट), पेडस्टल (पेडस्टल), लाइनरट्यूब (लाइनरट्यूब), इनर ट्यूब (इनरट्यूब) और हीट इंसुलेशन बैफलप्लेट्स शामिल हैं।

वर्तमान में, सेमीकंडक्टर उपकरणों के लिए उच्च शुद्धता वाले सिंटेड सिलिकॉन कार्बाइड बाजार की अधिकांश बाजार हिस्सेदारी पर मुख्य रूप से जापान क्योकेरा ग्रुप और संयुक्त राज्य अमेरिका क्वास्टाई जैसी विदेशी कंपनियों का वर्चस्व है। दीर्घकालिक तकनीकी संचय और नवाचार के माध्यम से, उन्होंने न केवल उत्पादों की एक पूरी श्रृंखला विकसित की है, बल्कि भौतिक गुणों, परिशुद्धता और जटिल संरचना की प्रसंस्करण तकनीक भी उद्योग के अग्रणी स्तर पर पहुंच गई है। यह एकीकृत सर्किट कोर उपकरण जैसे फोटोलिथोग्राफी मशीन, प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण, फिल्म जमाव उपकरण और आयन प्रत्यारोपण उपकरण के लिए विशेष घटक प्रदान कर सकता है। इसके विपरीत, चीन ने सेमीकंडक्टर उपकरणों के लिए सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड भागों के अनुसंधान और विकास और अनुप्रयोग में देर से शुरुआत की, और अभी भी उच्च परिशुद्धता, बड़े आकार, हल्के और विशेष संरचनाओं के साथ सिंटर्ड सिलिकॉन कार्बाइड भागों की तैयारी के क्षेत्र में तकनीकी बाधाओं और चुनौतियों का सामना करना पड़ रहा है। (जैसे खोखली, बंद कोशिका)।

प्रकाश उत्कीर्णन प्रक्रिया

फोटोलिथोग्राफी मुख्य रूप से प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश किरण पर ध्यान केंद्रित करने और सर्किट पैटर्न के प्रदर्शन को प्राप्त करने और बाद में नक़्क़ाशी की सुविधा के लिए इसे सिलिकॉन वेफर पर प्रोजेक्ट करने के लिए एक ऑप्टिकल प्रणाली का उपयोग करती है, जिसकी सटीकता सीधे एकीकृत सर्किट के प्रदर्शन और उपज को निर्धारित करती है। चिप निर्माण के लिए शीर्ष उपकरणों में से एक के रूप में, लिथोग्राफी मशीन में 100,000 भाग होते हैं, और सर्किट के प्रदर्शन और सटीकता को सुनिश्चित करने के लिए, लिथोग्राफी प्रणाली में ऑप्टिकल घटकों और घटकों की सटीकता दोनों की अत्यधिक उच्च आवश्यकताएं होती हैं। . सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक के अनुप्रयोग में मुख्य रूप से शामिल हैं: वर्कपीस टेबल, सिरेमिक स्क्वायर मिरर इत्यादि।

· वर्कपीस टेबल

लिथोग्राफिक मशीन टेबल मुख्य रूप से वेफर ले जाती है और एक्सपोज़र मूवमेंट को पूरा करती है। इस प्रक्रिया में, प्रत्येक एक्सपोज़र से पहले सिलिकॉन वेफर और वर्कपीस टेबल को संरेखित करने की आवश्यकता होती है, और फिर लाइट मास्क और सिलिकॉन वेफर के संरेखण को प्राप्त करने के लिए लाइट मास्क और वर्कपीस टेबल को संरेखित किया जाता है, ताकि ग्राफिक्स की सटीक प्रतिलिपि बनाई जा सके। उस क्षेत्र में जिसे लिथोग्राफ करने की आवश्यकता है, जिसके लिए उच्च गति, चिकनी और उच्च गति परिशुद्धता नैनोस्केल अल्ट्रा-सटीक स्वचालित नियंत्रण प्राप्त करने के लिए वर्कपीस तालिका की आवश्यकता होती है। इस नियंत्रण उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए, लिथोग्राफिक वर्कपीस टेबल का उपयोग आम तौर पर हल्के वजन और अत्यधिक उच्च आयामी स्थिरता, कम थर्मल विस्तार गुणांक के साथ किया जाता है, और गति जड़ता को कम करने, मोटर लोड को कम करने के लिए विरूपण उत्पन्न करना आसान नहीं होता है। और गति दक्षता, स्थिति सटीकता और स्थिरता में सुधार करें।

· सिरेमिक वर्गाकार दर्पण

लिथोग्राफी मशीन की प्रमुख तकनीकों में से एक वर्कपीस टेबल और मास्क टेबल का सिंक्रोनस मोशन कंट्रोल है, जिसकी सटीकता सीधे लिथोग्राफी मशीन की लिथोग्राफी सटीकता और उपज को प्रभावित करती है। मापने वाली प्रणाली पहले वर्कपीस टेबल के किनारे वर्गाकार दर्पण पर मापने वाली बीम घटना को भेजने के लिए इंटरफेरोमीटर का उपयोग करती है, और फिर इसे इंटरफेरोमीटर के रिसीवर पर वापस प्रतिबिंबित करती है। वर्कपीस टेबल की स्थिति परिवर्तन की गणना डॉपलर सिद्धांत द्वारा की जाती है और वर्कपीस टेबल और मास्क टेबल के समकालिक आंदोलन को सुनिश्चित करने के लिए वास्तविक समय में गति नियंत्रण प्रणाली में वापस फीड की जाती है। सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक में हल्के वजन की विशेषताएं होती हैं, जो सिरेमिक वर्ग दर्पण के उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती हैं, लेकिन ऐसे सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक भागों की तैयारी अधिक कठिन है, वर्तमान अंतरराष्ट्रीय मुख्यधारा के एकीकृत सर्किट उपकरण निर्माता मुख्य रूप से ग्लास-सिरेमिक, कॉर्डिएराइट और का उपयोग करते हैं। अन्य सामग्री। हालाँकि, प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, चाइना जनरल इंस्टीट्यूट ऑफ बिल्डिंग मैटेरियल्स साइंस एंड रिसर्च के विशेषज्ञों ने बड़े आकार, जटिल आकार, अत्यधिक हल्के, पूरी तरह से संलग्न सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक वर्ग दर्पण और अन्य संरचनात्मक और कार्यात्मक ऑप्टिकल घटकों की तैयारी का एहसास किया है। लिथोग्राफी मशीनें.

· हल्की मुखौटा फिल्म

लाइट मास्क को लाइट मास्क के रूप में भी जाना जाता है, मुख्य भूमिका मास्क के माध्यम से प्रकाश संचारित करना और प्रकाश संवेदनशील सामग्री पर एक पैटर्न बनाना है। हालाँकि, जब ईयूवी प्रकाश मास्क पर चमकता है, तो यह गर्मी उत्सर्जित करेगा, और तापमान 600 और 1,000 डिग्री सेल्सियस के बीच बढ़ सकता है, जिससे थर्मल क्षति हो सकती है। इसलिए, आमतौर पर प्रकाश पर सिलिकॉन कार्बाइड फिल्म जमा करना आवश्यक होता है। वर्तमान में, एएसएमएल जैसी कई विदेशी कंपनियों ने उपयोग में आने वाले मास्क की सफाई और निरीक्षण को कम करने और ईयूवी लिथोग्राफी मशीनों की दक्षता और उत्पाद उपज में सुधार करने के लिए 90% से अधिक प्रकाश संप्रेषण वाली फिल्मों की आपूर्ति शुरू कर दी है।

प्लाज्मा नक़्क़ाशी और जमाव

सेमीकंडक्टर निर्माण में नक़्क़ाशी प्रक्रिया वेफर पर बमबारी करने के लिए तरल या गैसीय नक़्क़ाशी (जैसे फ़्लोरिनेटेड गैसों) द्वारा आयनित प्लाज्मा का उपयोग करती है, अवांछित सामग्रियों को चुनिंदा रूप से हटाती है जब तक कि वेफ़र सतह पर वांछित सर्किट पैटर्न नहीं छोड़ा जाता है। पतली फिल्म का जमाव नक़्क़ाशी की विपरीत प्रक्रिया के समान है, जो इन्सुलेशन सामग्री को बार-बार ढेर करने और एक पतली फिल्म बनाने के लिए धातु की प्रत्येक परत को कवर करने के लिए जमाव की विधि का उपयोग करता है। चूँकि ये दोनों प्रक्रियाएँ प्लाज्मा तकनीक और अन्य तकनीकों का भी उपयोग करती हैं जो गुहा और घटकों में संक्षारण पैदा करने में आसान होती हैं, उपकरण में घटकों को अच्छी प्लाज्मा प्रतिरोध विशेषताओं और कम प्रतिक्रियाशीलता और फ्लोरीन युक्त नक़्क़ाशीदार गैसों के लिए कम चालकता की आवश्यकता होती है।

पारंपरिक नक़्क़ाशी और निक्षेपण उपकरण घटक, जैसे फ़ोकसिंग रिंग, सिलिकॉन या क्वार्ट्ज जैसी सामग्रियों से बने होते हैं। हालाँकि, एकीकृत सर्किट लघुकरण की प्रगति के साथ, नक़्क़ाशी प्रक्रिया के लिए एकीकृत सर्किट निर्माण की मांग और महत्व बढ़ रहा है, और सूक्ष्म स्तर पर सिलिकॉन वेफर्स को सटीक रूप से खोदने के लिए उच्च-ऊर्जा प्लाज्मा का उपयोग करना आवश्यक है, जो प्राप्त करने की संभावना प्रदान करता है छोटी लाइन चौड़ाई और अधिक जटिल उपकरण संरचनाएँ। इसलिए, रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) सिलिकॉन कार्बाइड अपने उत्कृष्ट भौतिक और रासायनिक गुणों के साथ। और उच्च शुद्धता, उच्च एकरूपता आदि धीरे-धीरे नक़्क़ाशी, निक्षेपण उपकरण कोटिंग सामग्री की पहली पसंद बन गए हैं। वर्तमान में, नक़्क़ाशी उपकरण में सीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड भागों में फ़ोकसिंग रिंग, गैस स्प्रे हेड, पैलेट, एज रिंग आदि शामिल हैं। जमाव उपकरण में, चैम्बर कवर, कैविटी लाइनिंग, SiC लेपित ग्रेफाइट बेस आदि हैं।

क्लोरीन और फ्लोरीन नक़्क़ाशी गैसों के लिए सीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड की कम प्रतिक्रियाशीलता और चालकता के कारण, यह रिंग और प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण के अन्य घटकों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए एक आदर्श सामग्री है। नक़्क़ाशी उपकरण में सीवीडी सिलिकॉन कार्बाइड भागों में फ़ोकसिंग रिंग, गैस स्प्रे हेड, पैलेट, एज रिंग आदि शामिल हैं। फ़ोकस रिंग को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, फ़ोकस रिंग वेफ़र के बाहर, सीधे संपर्क में रखा जाने वाला एक महत्वपूर्ण हिस्सा है वेफर के साथ, रिंग से गुजरने वाले प्लाज्मा पर ध्यान केंद्रित करने के लिए रिंग पर वोल्टेज लगाकर, जिससे प्रसंस्करण की एकरूपता में सुधार के लिए प्लाज्मा को वेफर पर केंद्रित किया जाता है। पारंपरिक फोकसिंग रिंग सिलिकॉन या क्वार्ट्ज से बने होते हैं। एकीकृत सर्किट लघुकरण की प्रगति के साथ, नक़्क़ाशी प्रक्रिया के लिए एकीकृत सर्किट निर्माण की मांग और महत्व बढ़ रहा है, और नक़्क़ाशी प्लाज्मा की शक्ति और ऊर्जा में वृद्धि जारी है, विशेष रूप से कैपेसिटिव युग्मित (सीसीपी) प्लाज्मा नक़्क़ाशी उपकरण में आवश्यक प्लाज्मा ऊर्जा अधिक है . इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री द्वारा तैयार फोकस रिंगों की उपयोग दर अधिक से अधिक होती जा रही है।

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