Карбидокремниевая керамика: все более незаменимые прецизионные материалы в процессах производства полупроводников

Карбид кремния (SiC) как конструкционный керамический материал с отличными характеристиками обладает характеристиками высокой плотности, высокой теплопроводности, высокой прочности на изгиб, высокого модуля упругости, сильной коррозионной стойкости, устойчивости к высоким температурам и т. д. Гибку производить непросто. деформация напряжения и термическая деформация, а также может адаптироваться к сильной коррозии и сверхвысокотемпературным реакционным средам эпитаксии пластин, травления и других производственных процессов. Поэтому он широко используется в процессах производства полупроводников, таких как шлифовка и полировка, эпитаксиальная/окислительная/диффузионная термообработка, литография, осаждение, травление и ионная имплантация.

Процесс шлифования

Когда слиток разрезается на пластину, он обычно образует острую кромку с краями, заусенцами, сколами, небольшими трещинами или другими дефектами. Чтобы избежать влияния растрескивания кромок на прочность пластины, повреждения поверхности пластины и попадания частиц загрязнений в постобработку, пластину необходимо отполировать путем шлифования, уменьшить толщину пластины, улучшить параллельность поверхности пластины и устранить повреждения поверхности, вызванные процессом резки проволоки. В настоящее время наиболее часто используемым методом является использование шлифовального диска для двустороннего шлифования и улучшение качества шлифовального диска за счет улучшения процесса шлифования (материал шлифовального диска, давление шлифования и скорость шлифования и т. д.).

Раньше шлифовальный диск в основном использовался для обработки чугуна или углеродистой стали, которые имели короткий срок службы и большой коэффициент теплового расширения. В процессе обработки кремниевых пластин, особенно при высокоскоростном шлифовании или полировании, обеспечить плоскостность и параллельность кремниевых пластин сложно из-за износа и термической деформации шлифовального диска. С развитием керамических износостойких материалов из карбида кремния и развитием процесса спекания шлифовальный диск из чугуна и углеродистой стали постепенно заменяется шлифовальным диском из карбида кремния, его высокая твердость, низкие характеристики износа и кремниевая пластина, в основном, с одинаковым тепловым расширением. коэффициент, применение в процессе высокоскоростного шлифования и полировки имеет выдающиеся преимущества.

Термическая обработка и другие процессы

Производство пластин не может быть отделено от окисления, диффузии, отжига, сплавления и других процессов термообработки, которые в основном связаны с керамическими изделиями из карбида кремния, включая керамические рычаги из карбида кремния, используемые для транспортировки пластин между процессами и деталями в реакционной камере оборудования для термообработки.

· Керамическая рука

При производстве кремниевых пластин необходимо подвергать высокотемпературной термообработке, а для перемещения, транспортировки и позиционирования полупроводниковых пластин часто используется механическая рука. Поскольку полупроводниковые пластины должны быть чистыми и быстрыми в процессе обработки, а большинство процессов выполняются в вакууме, при высоких температурах и агрессивных газовых средах, они должны иметь высокую механическую прочность, коррозионную стойкость, высокую термостойкость, износостойкость, высокую стойкость к коррозии. твердость, изоляция и так далее. По сравнению с оксидом алюминия, керамический рычаг из карбида кремния может лучше соответствовать этим требованиям, но недостатки, связанные с высокой ценой и сложностью обработки, в определенной степени ограничивают его применение.

· Компоненты в реакционной камере

Полупроводниковое оборудование, используемое в процессе термообработки, включает печи окисления (которые делятся на горизонтальные и вертикальные печи), оборудование для быстрой термообработки (RTP, RapidThermalProcessing) и т. д. Из-за высокой рабочей температуры требования к производительности компонентов в реакционная камера также высока. Детали из спеченного карбида кремния высокой чистоты обладают характеристиками высокой прочности, высокой твердости, высокого модуля упругости, высокой удельной жесткости, высокой теплопроводности, низкого коэффициента теплового расширения и т. Д. И являются незаменимыми деталями в реакционной камере термообработки интегральных схем. оборудование. В основном это вертикальные лодки (VerticalBoat), постаменты (Pedestal), LinerTubes (LinerTubes), внутренние трубки (InnerTubes) и теплоизоляционные перегородки.

В настоящее время на большей части рынка спеченного карбида кремния высокой чистоты для полупроводникового оборудования доминируют иностранные компании, такие как Japan Kyokera Group и Quastai в США. Благодаря долгосрочному технологическому накоплению и инновациям они разработали не только полный ассортимент продукции, но и технологию обработки свойств материала, точности и сложной структуры, которая достигла ведущего в отрасли уровня. Компания может предоставить специальные компоненты для основного оборудования интегральных схем, такого как фотолитографическая машина, оборудование для плазменного травления, оборудование для осаждения пленки и оборудование для ионной имплантации. Напротив, Китай поздно начал исследования, разработки и применение деталей из спеченного карбида кремния для полупроводникового оборудования и до сих пор сталкивается с техническими узкими местами и проблемами в области подготовки деталей из спеченного карбида кремния с высокой точностью, большими размерами, легким весом и специальной структурой. (например, полая закрытая ячейка).

Легкий процесс гравировки

В фотолитографии в основном используется оптическая система для фокусировки светового луча, излучаемого источником света, и проецирования его на кремниевую пластину для экспонирования рисунка схемы и облегчения последующего травления, точность которого напрямую определяет производительность и выход интегральной схемы. Являясь одним из лучших устройств для производства чипов, литографическая машина содержит до 100 000 деталей, и для обеспечения производительности и точности схемы как к оптическим компонентам, так и к точности компонентов литографической системы предъявляются чрезвычайно высокие требования. . Применение керамики из карбида кремния в основном включает в себя: стол для заготовок, керамическое квадратное зеркало и так далее.

· Стол заготовки

Стол литографической машины в основном несет пластину и завершает экспонирование. В этом процессе кремниевую пластину и стол заготовки необходимо выравнивать перед каждой экспозицией, а затем световую маску и стол заготовки выравнивают, чтобы добиться выравнивания световой маски и кремниевой пластины, чтобы графика точно копировалась. к области, которую необходимо литографировать, что требует от стола заготовки достижения высокоскоростного, плавного и высокоточного наномасштабного сверхточного автоматического управления. Для достижения этой цели управления обычно используется стол для литографической заготовки с легким весом и чрезвычайно высокой стабильностью размеров, низким коэффициентом теплового расширения, который нелегко деформировать, чтобы уменьшить инерцию движения, уменьшить нагрузку на двигатель, и повысить эффективность движения, точность позиционирования и стабильность.

· Керамическое квадратное зеркало

Одной из ключевых технологий литографической машины является синхронное управление движением стола заготовки и стола маски, точность которого напрямую влияет на точность литографии и производительность литографической машины. Измерительная система сначала использует интерферометр для направления измерительного луча, падающего на квадратное зеркало на боковой стороне стола заготовки, а затем отражает его обратно в приемник интерферометра. Изменение положения стола заготовки рассчитывается по принципу Доплера и передается в систему управления движением в режиме реального времени, чтобы обеспечить синхронное движение стола заготовки и стола маски. Керамика из карбида кремния имеет легкие характеристики, может отвечать требованиям использования керамического квадратного зеркала, но подготовка таких керамических деталей из карбида кремния более сложна, нынешние международные производители основного оборудования для интегральных схем в основном используют стеклокерамику, кордиерит и другие материалы. Однако с развитием технологий эксперты Китайского генерального института строительных материалов и исследований осуществили подготовку крупногабаритных, сложной формы, очень легких, полностью закрытых керамических квадратных зеркал из карбида кремния и других структурных и функциональных оптических компонентов для литографические машины.

· Световая маска-пленка

Световая маска также известна как световая маска, ее основная роль заключается в передаче света через маску и формировании рисунка на светочувствительном материале. Однако, когда EUV-свет попадает на маску, она излучает тепло, и температура может подняться до 600–1000 градусов Цельсия, что может привести к термическому повреждению. Поэтому обычно необходимо нанести на светильник пленку карбида кремния. В настоящее время многие иностранные компании, такие как ASML, начали поставлять пленки со светопроницаемостью более 90%, чтобы уменьшить необходимость очистки и проверки используемой маски, а также повысить эффективность и выход продукции на машинах EUV-литографии.

Плазменное травление и осаждение

В процессе травления при производстве полупроводников используется плазма, ионизированная жидкими или газообразными травителями (например, фторсодержащими газами) для бомбардировки пластины, избирательно удаляя нежелательные материалы до тех пор, пока на поверхности пластины не останется желаемый рисунок схемы. Нанесение тонких пленок аналогично обратному процессу травления, в котором метод осаждения используется для многократного укладки изоляционных материалов и покрытия каждого слоя металла с образованием тонкой пленки. Поскольку в этих двух процессах также используются плазменные технологии и другие технологии, которые легко вызывают коррозию полости и компонентов, компоненты оборудования должны иметь хорошие характеристики устойчивости к плазме, а также низкую реакционную способность и низкую проводимость по отношению к фторсодержащим травильным газам.

Традиционные компоненты оборудования для травления и осаждения, такие как фокусирующие кольца, изготавливаются из таких материалов, как кремний или кварц. Однако с развитием миниатюризации интегральных схем потребность и важность производства интегральных схем для процесса травления растут, и необходимо использовать высокоэнергетическую плазму для точного травления кремниевых пластин на микроскопическом уровне, что обеспечивает возможность достижения меньшая ширина линий и более сложная конструкция оборудования. Таким образом, карбид кремния методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) обладает превосходными физическими и химическими свойствами. И высокая чистота, высокая однородность и т. д. постепенно стали первым выбором материалов для покрытия оборудования для травления и осаждения. В настоящее время детали из карбида кремния CVD в оборудовании для травления включают фокусирующие кольца, газораспылительные головки, поддоны, краевые кольца и т. д. В оборудовании для осаждения имеются крышка камеры, футеровка полости, графитовое основание с покрытием SiC и т. д.

Благодаря низкой реакционной способности и проводимости карбида кремния, полученного методом CVD, по отношению к хлору и фтору, травильным газам, он является идеальным материалом для фокусирующих колец и других компонентов оборудования для плазменного травления. Детали из карбида кремния CVD в оборудовании для травления включают кольцо фокусировки, головку газового распыления, поддон, краевое кольцо и т. д. Если взять в качестве примера кольцо фокусировки, кольцо фокусировки является важной деталью, расположенной снаружи пластины, непосредственно контактирующей с ней. с пластиной, прикладывая к кольцу напряжение, чтобы сфокусировать плазму, проходящую через кольцо, тем самым фокусируя плазму на пластине, чтобы улучшить однородность обработки. Традиционные кольца фокусировки изготавливаются из кремния или кварца. С развитием миниатюризации интегральных схем спрос и важность производства интегральных схем для процесса травления растут, а мощность и энергия плазмы травления продолжают расти, особенно энергия плазмы, необходимая для оборудования для плазменного травления с емкостной связью (CCP), выше. . Поэтому уровень использования фокусирующих колец, изготовленных из карбидокремниевых материалов, становится все выше и выше.

Fountyl Technologies PTE Ltd специализируется на производстве полупроводников, основная продукция включает в себя: штифтовый патрон, пористый керамический патрон, керамический концевой эффектор, керамическую квадратную балку, керамический шпиндель, добро пожаловать к контакту и переговорам！