Прецизионные керамические компоненты из карбида кремния для литографических машин

В индустрии интегральных схем оборудование для производства интегральных схем занимает чрезвычайно важное стратегическое положение. Ключевые технологии и оборудование для производства интегральных схем в основном включают в себя литографические технологии и литографическое оборудование, технологии и оборудование для выращивания пленки, технологии и оборудование для химико-механической полировки, технологии и оборудование для пост-упаковки высокой плотности... и т. д., все они включают технологию управления движением. и технология привода с высокой эффективностью, высокой точностью и высокой стабильностью. К точности деталей конструкции и эксплуатационным характеристикам конструкционных материалов предъявляются очень высокие требования.

1、Характерные требования к прецизионным керамическим конструкционным деталям полупроводникового оборудования。

Ключевое оборудование для производства интегральных схем требует, чтобы материалы деталей имели характеристики высокой чистоты, высокой плотности, высокой прочности, высокого модуля упругости, высокой теплопроводности и низкого коэффициента теплового расширения, а детали конструкции имели чрезвычайно высокую точность размеров и структурная сложность, обеспечивающая оборудование для достижения сверхточного движения и контроля.

Если взять в качестве примера стол заготовки в литографической машине, то основная функция стола заготовки — переносить кремниевую пластину и маску и завершать процесс экспонирования, а его производительность напрямую влияет на выход продукции и разрешение. Требуется, чтобы стол мог достигать высокоскоростного и стабильного большого хода и наномасштабного сверхточного движения с шестью степенями свободы. Например, для литографической машины с разрешением 100 нм, точностью гравировки 33 нм и шириной линии 10 нм точность позиционирования стола заготовки должна достигать 10 нм. Одновременные скорости шага и сканирования кремниевой пластины-маски достигают 150 нм/с и 120 нм/с соответственно, а скорость сканирования маски близка к 500 нм/с, а стол заготовки должен иметь очень высокую точность движения и стационарность.

Таким образом, прецизионные конструктивные детали стола заготовки должны отвечать следующим требованиям: (1) Очень легкий: чтобы уменьшить инерцию движения, уменьшить нагрузку на двигатель, повысить эффективность движения, точность позиционирования и стабильность, структурные детали обычно используйте облегченную конструкционную конструкцию, коэффициент легкости составляет 60–80%, до 90%; (2) Высокая точность формы и положения: для достижения высокоточного перемещения и позиционирования детали конструкции должны иметь чрезвычайно высокую точность формы и положения, плоскостность, параллельность и перпендикулярность должны быть менее 1 мкм, а точность формы и положения должна быть менее 5 мкм; (3) Высокая стабильность размеров: для достижения высокоточного перемещения и позиционирования детали конструкции должны иметь чрезвычайно высокую стабильность размеров, которую нелегко вызвать деформацию, а теплопроводность высока, коэффициент теплового расширения равен низкий, и нелегко произвести большую размерную деформацию; (4) Чистота и отсутствие загрязнений: детали конструкции должны иметь очень низкий коэффициент трения, небольшие потери кинетической энергии во время движения и отсутствие загрязнения шлифовальными частицами.

2. Применение керамики из карбида кремния в литографической машине.

Карбид кремния является отличным конструкционным керамическим материалом с высокой прочностью, высокой твердостью, высоким модулем упругости, высокой удельной жесткостью, высокой теплопроводностью, низким коэффициентом теплового расширения и отличной химической стабильностью, который широко используется в нефтехимической промышленности, машиностроении, атомной промышленности, микроэлектронная промышленность и другие области. Карбид кремния имеет очень высокий модуль упругости, теплопроводность и умеренный коэффициент теплового расширения, обладает отличной полируемостью, может быть переработан в высококачественное зеркало, и его нелегко вызвать деформацию и термическую деформацию. Благодаря специальной конструкции, снижающей вес, конструктивные детали могут быть очень легкими, что широко используется в области оборудования для производства интегральных схем. Керамика из карбида кремния обладает превосходными механическими свойствами при комнатной температуре, превосходной стабильностью при высоких температурах, хорошей удельной жесткостью и свойствами оптической обработки, особенно подходит для подготовки фотолитографической машины для оборудования с интегральными схемами для прецизионных керамических конструкционных деталей, таких как керамический стол для заготовок из SiC для фотолитографии. станок, направляющая, зеркало, керамический патрон, рычаг, диск с водяным охлаждением, патрон и т. д.

3，Технические трудности карбидокремниевых конструкционных деталей полупроводникового оборудования.

Прецизионные керамические конструкционные детали, используемые в основном оборудовании интегральных схем, имеют характеристики «большие, толстые, пустые, тонкие, легкие и тонкие». Однако, поскольку карбид кремния представляет собой соединение с ковалентной связью с прочной связью Si-C, он имеет высокую твердость и значительную хрупкость, и его трудно подвергать точной механической обработке. Кроме того, высокая температура плавления карбида кремния затрудняет достижение плотного и близкого к сетчатому размеру спекания. При изготовлении конструкционных деталей из карбида кремния существует множество технических сложностей и задач:

(1) Как реализовать полую структуру с закрытыми порами для достижения цели обеспечения высокого веса, для металлических конструкционных деталей с полой структурой с закрытыми порами обычно используются процессы пайки и диффузионной сварки; Однако для сложных и незрелых металлических конструкционных деталей легко сформировать очевидный интерфейс соединения, в результате чего состав и характеристики имеют большую разницу между соединительным слоем и матрицей.

(2) Как добиться высокой точности формы и положения структурных деталей из карбида кремния для достижения цели высокоточного перемещения и позиционирования. По твердости карбид кремния уступает только алмазу, что приводит к низкой эффективности обработки и высокой стоимости обработки конструкционных деталей из карбида кремния, поэтому реализация высокой точности формы и положения конструкционных деталей из карбида кремния также является технической трудностью, особенно при подготовке. Для образцов большого размера, ультратонких, сложных структурных характеристик и образцов с полой закрытоячеистой структурой проблема особенно заметна.

(3) Как уменьшить или избежать остаточного напряжения изделий из карбида кремния в процессе формования, сушки, спекания и последующей точной обработки, а также улучшить качество и выход продукции. Корпус из карбида кремния в процессе сушки и спекания из-за удаления воды и потери органических веществ легко дает неравномерную усадку, что приводит к трещинам и деформации в корпусе, а также к появлению остаточных напряжений в корпусе, а также в прецизионный процесс обработки после спекания может вызвать трещины внутри изделия, что приведет к образованию трещин и снижению выхода продукта. Изготовление крупногабаритных полых структур сложной формы из прецизионных конструкционных деталей из карбида кремния затруднено, в настоящее время рынок карбидокремниевой керамики для оборудования для производства интегральных схем в основном занят иностранными предприятиями, Япония-Kyocera, США-CoorsTek, Сингапур-Fountyl. Исследования в области технологии подготовки и продвижения применения прецизионных конструкционных деталей из карбида кремния для интегральных схем в Китае начались поздно, и между Китаем и ведущими международными предприятиями все еще существует разрыв.