Siliciumcarbide-keramiek: steeds onmisbare materialen voor precisiecomponenten in halfgeleiderproductieprocessen

Als structureel keramisch materiaal met uitstekende prestaties heeft siliciumcarbide (SiC) de kenmerken van hoge dichtheid, hoge thermische geleidbaarheid, hoge buigsterkte, hoge elastische modulus, sterke corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid, enz. Het is niet eenvoudig om buiging te produceren spanningsvervorming en thermische spanning, en kan zich aanpassen aan de sterke corrosie en reactieomgeving met ultrahoge temperaturen van wafelepitaxie, etsen en andere productieverbindingen. Daarom wordt het op grote schaal gebruikt in halfgeleiderproductieprocessen zoals slijpen en polijsten, epitaxiale/oxidatie/diffusiewarmtebehandeling, lithografie, afzetting, etsen en ionenimplantatie.

Slijpproces

Wanneer de staaf in een wafel wordt gesneden, vormt deze gewoonlijk een scherpe rand, met randen, bramen, chippen, kleine scheurtjes of andere defecten. Om de invloed van randscheuren op de sterkte van de wafel, schade aan de oppervlakteafwerking van de wafel en het naar het nabewerkingsproces brengen van vervuilingsdeeltjes te voorkomen, moet de wafel worden gepolijst door middel van een slijpproces, de dikte van de wafel verminderen, de kwaliteit verbeteren. evenwijdigheid van het wafeloppervlak en elimineert de oppervlakteschade veroorzaakt door het draadsnijproces. Momenteel is de meest gebruikte methode het gebruik van de slijpschijf voor dubbelzijdig slijpen en het verbeteren van de kwaliteit van de slijpschijf door het verbeteren van het slijpproces (materiaal van de slijpschijf, slijpdruk en slijpsnelheid etc.).

In het verleden werd de slijpschijf meestal gebruikt in gietijzeren of koolstofstaalmaterialen, die een korte levensduur en een grote thermische uitzettingscoëfficiënt hebben. Bij het verwerken van siliciumwafels, vooral bij slijpen of polijsten op hoge snelheid, zijn de vlakheid en parallelliteit van siliciumwafels moeilijk te garanderen vanwege de slijtage en thermische vervorming van de slijpschijf. Met de ontwikkeling van keramische slijtvaste materialen van siliciumcarbide en de ontwikkeling van het sinterproces, wordt de gietijzeren en koolstofstalen slijpschijf geleidelijk vervangen door de slijpschijf van siliciumcarbide, de hoge hardheid, lage slijtage-eigenschappen en met siliciumwafel in principe dezelfde thermische uitzetting coëfficiënt heeft de toepassing in het hogesnelheidspolijstproces uitstekende voordelen.

Warmtebehandeling en andere processen

De productie van wafels kan niet los worden gezien van oxidatie-, diffusie-, uitgloei-, legerings- en andere warmtebehandelingsprocessen, die voornamelijk betrekking hebben op keramische producten van siliciumcarbide, waaronder keramische armen van siliciumcarbide die worden gebruikt om wafels te transporteren tussen processen en onderdelen in de reactiekamer van warmtebehandelingsapparatuur.

· Keramische arm

Bij de productie van siliciumwafels is het noodzakelijk om een ​​warmtebehandeling bij hoge temperatuur te ondergaan, en vaak wordt een mechanische arm gebruikt om halfgeleiderwafels te verplaatsen, transporteren en positioneren. Omdat halfgeleiderwafels schoon en snel moeten zijn tijdens het verwerkingsproces, en de meeste processen worden uitgevoerd in een vacuüm-, hoge temperatuur- en corrosieve gasomgeving, moeten ze een hoge mechanische sterkte, corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid, slijtvastheid, hoge hardheid, isolatie enzovoort. Vergeleken met aluminiumoxide kan de keramische arm van siliciumcarbide beter aan deze eisen voldoen, maar de tekortkomingen van de hoge prijs en de moeilijke verwerking beperken de toepassing ervan tot op zekere hoogte.

· Componenten in de reactiekamer

De halfgeleiderapparatuur die wordt gebruikt in het warmtebehandelingsproces beschikt over oxidatieovens (die zijn onderverdeeld in horizontale ovens en verticale ovens), apparatuur voor snelle warmtebehandeling (RTP, RapidThermalProcessing), enz. Vanwege de hoge bedrijfstemperatuur zijn de prestatie-eisen van de componenten in de reactiekamer is ook hoog. Zeer zuivere gesinterde siliciumcarbideonderdelen hebben de kenmerken van hoge sterkte, hoge hardheid, hoge elastische modulus, hoge specifieke stijfheid, hoge thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, enz., en zijn onmisbare onderdelen in de reactiekamer van warmtebehandeling met geïntegreerde schakelingen apparatuur. Het omvat voornamelijk verticale boten (VerticalBoat), Pedestal (Pedestal), LinerTubes (LinerTubes), binnenbanden (InnerTubes) en warmte-isolatie BafflePlates.

Momenteel wordt het grootste deel van het marktaandeel van de markt voor gesinterd siliciumcarbide met hoge zuiverheid voor halfgeleiderapparatuur voornamelijk gedomineerd door buitenlandse bedrijven zoals de Japan Kyokera Group en het Amerikaanse Quastai. Door technologische accumulatie en innovatie op lange termijn hebben ze niet alleen een compleet assortiment producten ontwikkeld, maar heeft ook de verwerkingstechnologie van materiaaleigenschappen, precisie en complexe structuur het toonaangevende niveau in de sector bereikt. Het kan speciale componenten leveren voor kernapparatuur met geïntegreerde schakelingen, zoals een fotolithografiemachine, plasma-etsapparatuur, filmafzettingsapparatuur en ionenimplantatieapparatuur. Daarentegen is China laat begonnen met het onderzoek, de ontwikkeling en de toepassing van gesinterde siliciumcarbideonderdelen voor halfgeleiderapparatuur, en wordt het nog steeds geconfronteerd met technische knelpunten en uitdagingen op het gebied van de vervaardiging van gesinterde siliciumcarbideonderdelen met hoge precisie, grote afmetingen, lichtgewicht en speciale structuren. (zoals holle, gesloten cel).

Licht graveerproces

Fotolithografie maakt hoofdzakelijk gebruik van een optisch systeem om de door de lichtbron uitgezonden lichtbundel te focusseren en op de siliciumwafel te projecteren om belichting van het circuitpatroon te bereiken en het daaropvolgende etsen te vergemakkelijken, waarvan de nauwkeurigheid rechtstreeks de prestaties en opbrengst van de geïntegreerde schakeling bepaalt. Als een van de beste apparatuur voor de productie van chips bevat de lithografiemachine maximaal 100.000 onderdelen, en om de prestaties en nauwkeurigheid van het circuit te garanderen, stellen zowel de optische componenten als de precisie van de componenten in het lithografiesysteem extreem hoge eisen. . De toepassing van siliciumcarbide-keramiek omvat voornamelijk: werkstuktafel, keramische vierkante spiegel enzovoort.

· Werkstuktafel

De lithografische machinetafel draagt ​​voornamelijk de wafer en voltooit de belichtingsbeweging. In dit proces moeten de siliciumwafel en de werkstuktafel vóór elke belichting worden uitgelijnd, en vervolgens worden het lichtmasker en de werkstuktafel uitgelijnd om de uitlijning van het lichtmasker en de siliciumwafel te bereiken, zodat de afbeeldingen nauwkeurig worden gekopieerd. naar het gebied dat moet worden gelithografeerd, waarvoor de werkstuktafel een snelle, soepele en uiterst nauwkeurige automatische besturing op nanoschaal moet bereiken. Om dit controledoel te bereiken, wordt de lithografische werkstuktafel over het algemeen gebruikt met een laag gewicht en een extreem hoge maatvastheid, een lage thermische uitzettingscoëfficiënt en is het niet gemakkelijk om vervorming te veroorzaken, om de bewegingstraagheid te verminderen, de motorbelasting te verminderen, en verbeter de bewegingsefficiëntie, positioneringsnauwkeurigheid en stabiliteit.

· Keramische vierkante spiegel

Een van de sleuteltechnologieën van de lithografiemachine is de synchrone bewegingsbesturing van de werkstuktafel en de maskertafel, waarvan de precisie rechtstreeks van invloed is op de lithografienauwkeurigheid en het rendement van de lithografiemachine. Het meetsysteem gebruikt eerst de interferometer om de meetstraal die invalt op de vierkante spiegel aan de zijkant van de werkstuktafel uit te zenden en reflecteert deze vervolgens terug naar de ontvanger van de interferometer. De positieverandering van de werkstuktafel wordt berekend volgens het Doppler-principe en in realtime teruggekoppeld naar het bewegingscontrolesysteem om de synchrone beweging van de werkstuktafel en de maskertafel te garanderen. Siliciumcarbide-keramiek heeft de kenmerken van lichtgewicht, kan voldoen aan de eisen van het gebruik van keramische vierkante spiegels, maar de bereiding van dergelijke siliciumcarbide-keramische onderdelen is moeilijker. De huidige internationale mainstream fabrikanten van geïntegreerde schakelingenapparatuur gebruiken voornamelijk glaskeramiek, cordieriet en andere materialen. Met de vooruitgang van de technologie hebben experts van het China General Institute of Building Materials Science and Research echter de voorbereiding gerealiseerd van grote, complexe vormen, zeer lichtgewicht, volledig omsloten keramische vierkante spiegels van siliciumcarbide en andere structurele en functionele optische componenten voor lithografische machines.

· Lichte maskerfilm

Het lichtmasker wordt ook wel het lichtmasker genoemd. De belangrijkste rol is het doorlaten van licht door het masker en het vormen van een patroon op het lichtgevoelige materiaal. Wanneer het EUV-licht echter op het masker schijnt, zal het warmte afgeven en kan de temperatuur oplopen tot tussen de 600 en 1.000 graden Celsius, wat thermische schade kan veroorzaken. Daarom is het meestal nodig om een ​​siliciumcarbidefilm op de lamp aan te brengen. Momenteel zijn veel buitenlandse bedrijven, zoals ASML, begonnen met het leveren van films met een lichttransmissie van meer dan 90% om de reiniging en inspectie van het gebruikte masker te verminderen en om de efficiëntie en productopbrengst van EUV-lithografiemachines te verbeteren.

Plasma-etsen en depositie

Het etsproces bij de productie van halfgeleiders maakt gebruik van plasma dat is geïoniseerd door vloeibare of gasvormige etsers (zoals gefluoreerde gassen) om de wafel te bombarderen, waarbij selectief ongewenste materialen worden verwijderd totdat het gewenste circuitpatroon op het wafeloppervlak achterblijft. Het afzetten van dunne films is vergelijkbaar met het omgekeerde etsproces, waarbij de afzettingsmethode wordt gebruikt om herhaaldelijk isolatiematerialen te stapelen en elke laag metaal te bedekken om een ​​dunne film te vormen. Omdat deze twee processen ook gebruik maken van plasmatechnologie en andere technologieën die gemakkelijk corrosie aan de holte en componenten kunnen veroorzaken, moeten de componenten in de apparatuur goede plasmaweerstandseigenschappen hebben en een lage reactiviteit en lage geleidbaarheid voor fluorhoudende geëtste gassen.

Traditionele onderdelen van ets- en depositieapparatuur, zoals focusringen, zijn gemaakt van materialen zoals silicium of kwarts. Met de vooruitgang van de miniaturisatie van geïntegreerde schakelingen neemt de vraag en het belang van de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen voor het etsproces echter toe, en is het noodzakelijk om hoogenergetisch plasma te gebruiken om siliciumwafels nauwkeurig te etsen op microscopisch niveau, wat de mogelijkheid biedt om te bereiken kleinere lijnbreedtes en complexere apparatuurstructuren. Daarom chemische dampafzetting (CVD) siliciumcarbide met zijn uitstekende fysische en chemische eigenschappen. En hoge zuiverheid, hoge uniformiteit enzovoort zijn geleidelijk de eerste keuze geworden voor ets- en coatingmaterialen voor afzettingsapparatuur. Momenteel omvatten CVD-siliciumcarbideonderdelen in etsapparatuur focusringen, gassproeikoppen, pallets, randringen, enz. In de depositieapparatuur zijn er kamerafdekkingen, holtevoering, SiC-gecoate grafietbasis, enz.

Vanwege de lage reactiviteit en geleidbaarheid van CVD-siliciumcarbide voor chloor- en fluoretsgassen, is het een ideaal materiaal voor het focusseren van ringen en andere componenten van plasma-etsapparatuur. De CVD-siliciumcarbideonderdelen in de etsapparatuur omvatten focusring, gassproeikop, pallet, randring, enz. Als we de focusring als voorbeeld nemen, is de focusring een belangrijk onderdeel dat aan de buitenkant van de wafer wordt geplaatst en direct in contact staat met de wafel, door een spanning op de ring aan te leggen om het plasma dat door de ring gaat te focusseren, waardoor het plasma op de wafel wordt gefocusseerd om de uniformiteit van de verwerking te verbeteren. Traditionele scherpstelringen zijn gemaakt van silicium of kwarts. Met de vooruitgang van de miniaturisatie van geïntegreerde schakelingen neemt de vraag en het belang van de productie van geïntegreerde schakelingen voor het etsproces toe, en blijven de kracht en energie van het etsplasma toenemen, vooral de plasma-energie die nodig is in capacitief gekoppelde (CCP) plasma-etsapparatuur is hoger. . Daarom wordt het gebruikspercentage van focusseringsringen vervaardigd uit siliciumcarbidematerialen steeds hoger.

Fountyl Technologies PTE Ltd, richt zich op de halfgeleiderindustrie, de belangrijkste producten zijn onder meer: ​​Pin chuck, poreuze keramische chuck, keramische eindeffector, keramische vierkante balk, keramische spindel, welkom bij contact en onderhandeling！