Komponen keramik silikon karbida presisi untuk mesin litografi

Dalam industri IC, peralatan manufaktur sirkuit terpadu memiliki posisi strategis yang sangat penting. Teknologi dan peralatan utama manufaktur sirkuit terpadu terutama mencakup teknologi litografi dan peralatan litografi, teknologi dan peralatan pertumbuhan film, teknologi dan peralatan pemolesan mekanis kimia, teknologi dan peralatan pasca-pengemasan kepadatan tinggi...dll., semuanya melibatkan teknologi kontrol gerak dan menggerakkan teknologi dengan efisiensi tinggi, presisi tinggi, dan stabilitas tinggi. Keakuratan bagian struktural dan kinerja material struktural memiliki persyaratan yang sangat tinggi.

1、Persyaratan karakteristik bagian struktural keramik presisi untuk peralatan semikonduktor。

Peralatan utama manufaktur sirkuit terpadu memerlukan bahan bagian yang memiliki karakteristik kemurnian tinggi, kepadatan tinggi, kekuatan tinggi, modulus elastis tinggi, konduktivitas termal tinggi dan koefisien muai panas rendah, dan bagian struktural memiliki akurasi dimensi yang sangat tinggi dan kompleksitas struktural untuk memastikan peralatan mencapai pergerakan dan kontrol ultra-presisi.

Mengambil contoh meja benda kerja pada mesin litografi, fungsi utama meja benda kerja adalah untuk membawa wafer silikon dan masker serta menyelesaikan proses pemaparan, dan kinerjanya secara langsung mempengaruhi hasil dan resolusi. Tabel tersebut harus dapat mencapai gerakan besar berkecepatan tinggi dan stabil serta gerakan ultra-presisi skala nano dengan enam derajat kebebasan. Misalnya, untuk mesin litografi dengan resolusi 100 nm, akurasi pengukiran 33 nm, dan lebar garis 10 nm, akurasi posisi meja benda kerja harus mencapai 10 nm. Kecepatan loncatan dan pemindaian secara bersamaan dari wafer masker-silikon masing-masing mencapai 150 nm/s dan 120 nm/s, dan kecepatan pemindaian masker mendekati 500 nm/s, dan meja benda kerja harus memiliki akurasi gerakan yang sangat tinggi dan stasioneritas.

Oleh karena itu, bagian struktural presisi dari meja benda kerja harus memenuhi persyaratan berikut: (1) Sangat ringan: untuk mengurangi inersia gerak, mengurangi beban motor, meningkatkan efisiensi gerak, akurasi dan stabilitas posisi, bagian struktural umumnya gunakan desain struktur ringan, tingkat ringannya 60% ~ 80%, hingga 90%; (2) Akurasi bentuk dan posisi yang tinggi: Untuk mencapai pergerakan dan posisi presisi tinggi, bagian struktural harus memiliki akurasi bentuk dan posisi yang sangat tinggi, kerataan, paralelisme, dan tegak lurus harus kurang dari 1μm, dan akurasi bentuk dan posisi harus kurang dari 5μm; (3) Stabilitas dimensi tinggi: Untuk mencapai pergerakan dan pemosisian presisi tinggi, bagian struktural harus memiliki stabilitas dimensi yang sangat tinggi, yang tidak mudah menghasilkan regangan, dan konduktivitas termal yang tinggi, koefisien muai panas adalah rendah, dan tidak mudah menghasilkan deformasi dimensi yang besar; (4) Bersih dan bebas polusi: bagian struktural harus memiliki koefisien gesekan yang sangat rendah, kehilangan energi kinetik yang kecil selama pergerakan, dan tidak ada polusi partikel penggilingan.

2, Penerapan keramik silikon karbida dalam mesin litografi

Silikon karbida adalah bahan keramik struktural yang sangat baik dengan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, modulus elastisitas tinggi, kekakuan spesifik tinggi, konduktivitas termal tinggi, koefisien muai panas rendah dan stabilitas kimia yang sangat baik, yang banyak digunakan dalam industri petrokimia, manufaktur mesin, industri nuklir, industri mikroelektronik dan bidang lainnya. Silikon karbida memiliki modulus elastisitas yang sangat tinggi, konduktivitas termal dan koefisien muai panas yang moderat, memiliki kemampuan pemolesan yang sangat baik, dapat diolah menjadi cermin berkualitas tinggi, dan tidak mudah menghasilkan deformasi dan regangan termal. Melalui desain struktur pengurangan berat khusus, bagian struktural dapat menjadi sangat ringan, yang banyak digunakan di bidang peralatan manufaktur sirkuit terpadu. Keramik silikon karbida memiliki sifat mekanik yang sangat baik pada suhu kamar, stabilitas suhu tinggi yang sangat baik dan kekakuan spesifik yang baik serta sifat pemrosesan optik, terutama cocok untuk persiapan mesin fotolitografi peralatan sirkuit terpadu untuk bagian struktural keramik presisi, seperti meja benda kerja keramik SiC untuk fotolitografi mesin, rel pemandu, cermin, chuck keramik, lengan, cakram berpendingin air, chuck...dll.

3,Kesulitan teknis bagian struktural silikon karbida untuk peralatan semikonduktor

Bagian struktural keramik presisi yang digunakan pada peralatan inti sirkuit terpadu memiliki karakteristik "besar, tebal, kosong, tipis, ringan dan halus". Namun, karena silikon karbida merupakan senyawa ikatan kovalen dengan ikatan Si-C yang kuat, ia memiliki kekerasan yang tinggi dan kerapuhan yang signifikan, serta sulit untuk dikerjakan secara presisi. Selain itu, titik leleh silikon karbida yang tinggi menyulitkan pencapaian sintering yang padat dan mendekati ukuran bersih. Ada banyak kesulitan dan tantangan teknis dalam persiapan bagian struktural silikon karbida:

(1) Bagaimana mewujudkan struktur sel tertutup berongga untuk mencapai tujuan bobot ringan yang tinggi, untuk bagian struktur logam dengan struktur sel tertutup berongga, biasanya digunakan proses pengelasan mematri dan difusi; Namun, untuk bagian struktur logam yang kompleks dan belum matang, mudah untuk membentuk antarmuka sambungan yang jelas, sehingga menghasilkan komposisi dan kinerja dengan perbedaan besar antara lapisan sambungan dan matriks.

(2) Bagaimana mencapai akurasi bentuk dan posisi yang tinggi dari bagian struktural silikon karbida untuk mencapai tujuan pergerakan dan pemosisian presisi tinggi. Kekerasan silikon karbida berada di urutan kedua setelah intan, sehingga efisiensi pemrosesan rendah dan biaya pemrosesan tinggi bagian struktur silikon karbida, sehingga realisasi bentuk dan akurasi posisi tinggi bagian struktur silikon karbida juga merupakan kesulitan teknis, terutama dalam persiapan sampel dengan ukuran besar, ultra-tipis, karakteristik struktur kompleks dan sampel dengan struktur sel tertutup berongga, masalahnya sangat menonjol.

(3) Bagaimana mengurangi atau menghindari tegangan sisa produk silikon karbida dalam proses pencetakan, pengeringan, sintering dan pemrosesan presisi selanjutnya, serta meningkatkan kualitas dan hasil produk. Badan silikon karbida dalam proses pengeringan dan sintering, karena penghilangan air dan hilangnya bahan organik, mudah menghasilkan penyusutan yang tidak merata, mengakibatkan retakan dan deformasi pada badan, dan timbulnya tegangan sisa pada badan, dan masuk proses pengolahan yang presisi setelah sintering, dapat menyebabkan keretakan pada bagian dalam produk, sehingga mengakibatkan keretakan, sehingga mengurangi rendemen produk. Persiapan struktur berongga silikon karbida presisi berukuran besar dan berbentuk kompleks sulit dilakukan, saat ini pasar keramik silikon karbida untuk peralatan manufaktur sirkuit terpadu sebagian besar ditempati oleh perusahaan asing, Jepang- Kyocera, AS- CoorsTek, Singapura-Fountyl. Penelitian tentang teknologi persiapan dan promosi penerapan komponen struktural silikon karbida presisi untuk peralatan sirkuit terpadu di Tiongkok dimulai terlambat, dan masih terdapat kesenjangan antara Tiongkok dan perusahaan terkemuka internasional.