ชิ้นส่วนเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความแม่นยำสำหรับเครื่องจักรการพิมพ์หิน

ในอุตสาหกรรม IC อุปกรณ์การผลิตวงจรรวมถือเป็นตำแหน่งเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญอย่างยิ่ง เทคโนโลยีและอุปกรณ์ที่สำคัญของการผลิตวงจรรวมส่วนใหญ่ประกอบด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์หินและอุปกรณ์การพิมพ์หิน เทคโนโลยีและอุปกรณ์การเติบโตของฟิล์ม เทคโนโลยีและอุปกรณ์การขัดเชิงกลด้วยเคมี เทคโนโลยีและอุปกรณ์หลังบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูง... ฯลฯ ทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีการควบคุมการเคลื่อนไหว และเทคโนโลยีการขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพสูง แม่นยำ และมีเสถียรภาพสูง ความแม่นยำของชิ้นส่วนโครงสร้างและประสิทธิภาพของวัสดุโครงสร้างมีข้อกำหนดที่สูงมาก

1、ข้อกำหนดเฉพาะของชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกที่มีความแม่นยำสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์。

อุปกรณ์สำคัญของการผลิตวงจรรวมต้องใช้วัสดุของชิ้นส่วนที่มีลักษณะความบริสุทธิ์สูง ความหนาแน่นสูง ความแข็งแรงสูง โมดูลัสยืดหยุ่นสูง ค่าการนำความร้อนสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความแม่นยำของมิติสูงมากและ ความซับซ้อนของโครงสร้างเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์บรรลุการเคลื่อนไหวและการควบคุมที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

ยกตัวอย่างโต๊ะชิ้นงานในเครื่องพิมพ์หิน หน้าที่หลักของโต๊ะชิ้นงานคือการถือแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนและมาส์กและทำขั้นตอนการเปิดรับแสงให้เสร็จสิ้น และประสิทธิภาพของโต๊ะชิ้นงานจะส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตและความละเอียด จำเป็นต้องมีโต๊ะที่สามารถบรรลุจังหวะขนาดใหญ่ที่มีความเร็วสูงและมั่นคงและการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำพิเศษระดับนาโนในระดับหกองศาอิสระ ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องพิมพ์หินที่มีความละเอียด 100 นาโนเมตร ความแม่นยำในการแกะสลัก 33 นาโนเมตร และความกว้างของเส้น 10 นาโนเมตร ความแม่นยำในการวางตำแหน่งของโต๊ะชิ้นงานจะต้องสูงถึง 10 นาโนเมตร ความเร็วในการก้าวและการสแกนพร้อมกันของเวเฟอร์มาส์ก-ซิลิคอนอยู่ที่ 150 นาโนเมตร/วินาที และ 120 นาโนเมตร/วินาที ตามลำดับ และความเร็วในการสแกนหน้ากากอยู่ใกล้กับ 500 นาโนเมตร/วินาที และตารางชิ้นงานจำเป็นต้องมีความแม่นยำในการเคลื่อนไหวที่สูงมาก และ ความนิ่ง

ดังนั้นชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีความแม่นยำของโต๊ะชิ้นงานจึงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้: (1) น้ำหนักเบามาก: เพื่อลดความเฉื่อยในการเคลื่อนที่ ลดภาระของมอเตอร์ ปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ ความแม่นยำในการวางตำแหน่งและความเสถียร ชิ้นส่วนโครงสร้างโดยทั่วไป ใช้การออกแบบโครงสร้างน้ำหนักเบา อัตราน้ำหนักเบาคือ 60% ~ 80% สูงถึง 90% (2) ความแม่นยำของรูปแบบและตำแหน่งสูง: เพื่อให้บรรลุการเคลื่อนไหวและการวางตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง ชิ้นส่วนโครงสร้างจะต้องมีความแม่นยำของรูปแบบและตำแหน่งที่สูงมาก ความเรียบ ความขนาน และการตั้งฉากจะต้องน้อยกว่า 1μm และ ความแม่นยำของรูปแบบและตำแหน่งจะต้องน้อยกว่า5μm (3) ความเสถียรของมิติสูง: เพื่อให้บรรลุการเคลื่อนไหวและการวางตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง ชิ้นส่วนโครงสร้างจำเป็นต้องมีความเสถียรของมิติที่สูงมาก ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสร้างความเครียด และค่าการนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนคือ ต่ำและไม่ง่ายที่จะทำให้เกิดการเสียรูปในมิติขนาดใหญ่ (4) สะอาดและปราศจากมลภาวะ: ชิ้นส่วนโครงสร้างจะต้องมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำมาก มีการสูญเสียพลังงานจลน์เล็กน้อยระหว่างการเคลื่อนที่ และไม่มีมลพิษจากอนุภาคบด

2，การประยุกต์ใช้เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ในเครื่องพิมพ์หิน

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างที่ดีเยี่ยมซึ่งมีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง โมดูลัสยืดหยุ่นสูง ความแข็งจำเพาะสูง การนำความร้อนสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยม ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตเครื่องจักร อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์และสาขาอื่น ๆ ซิลิคอนคาร์ไบด์มีโมดูลัสยืดหยุ่นสูงมาก ค่าการนำความร้อน และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนปานกลาง มีความสามารถในการขัดเงาได้ดีเยี่ยม สามารถแปรรูปเป็นกระจกคุณภาพสูงได้ และไม่ง่ายที่จะทำให้เกิดการเสียรูปและความเครียดจากความร้อน ด้วยการออกแบบโครงสร้างลดน้ำหนักแบบพิเศษ ชิ้นส่วนโครงสร้างจึงมีน้ำหนักเบามาก ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านอุปกรณ์การผลิตวงจรรวม เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิห้อง มีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูงที่ดีเยี่ยม และมีความแข็งจำเพาะที่ดีและคุณสมบัติการประมวลผลทางแสง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเตรียมเครื่องถ่ายภาพหินของอุปกรณ์วงจรรวมสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกที่มีความแม่นยำ เช่น โต๊ะชิ้นงานเซรามิก SiC สำหรับการพิมพ์หินด้วยแสง เครื่องจักร, รางนำ, กระจก, หัวจับเซรามิก, แขน, แผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำ, หัวจับ... ฯลฯ

3，ปัญหาทางเทคนิคของชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์

ชิ้นส่วนโครงสร้างเซรามิกที่มีความแม่นยำที่ใช้ในอุปกรณ์หลักของวงจรรวมมีลักษณะ "ใหญ่ หนา ว่างเปล่า บาง เบา และละเอียด" อย่างไรก็ตาม เนื่องจากซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นสารประกอบพันธะโควาเลนต์ที่มีพันธะ Si-C ที่แข็งแกร่ง จึงมีความแข็งสูงและมีความเปราะบางสูง และเป็นการยากที่จะตัดเฉือนอย่างแม่นยำ นอกจากนี้ จุดหลอมเหลวที่สูงของซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้การเผาผนึกที่มีความหนาแน่นและใกล้เคียงกันเป็นเรื่องยาก มีปัญหาทางเทคนิคและความท้าทายมากมายในการเตรียมชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิคอนคาร์ไบด์:

(1) วิธีการตระหนักถึงโครงสร้างเซลล์ปิดกลวงเพื่อให้บรรลุเป้าหมายที่มีน้ำหนักเบาสูง สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะที่มีโครงสร้างเซลล์ปิดกลวง มักใช้กระบวนการบัดกรีและการเชื่อมแบบกระจาย อย่างไรก็ตาม สำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะที่ซับซ้อนและยังไม่บรรลุนิติภาวะ เป็นเรื่องง่ายที่จะสร้างส่วนต่อประสานการเชื่อมต่อที่ชัดเจน ส่งผลให้องค์ประกอบและประสิทธิภาพมีความแตกต่างอย่างมากระหว่างชั้นการเชื่อมต่อและเมทริกซ์

(2) ทำอย่างไรจึงจะได้รูปแบบและตำแหน่งที่แม่นยำของชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของการเคลื่อนที่และการวางตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูง ความแข็งของซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นอันดับสองรองจากเพชร ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการประมวลผลต่ำและต้นทุนการประมวลผลสูงของชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์ ดังนั้นการทำให้ชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์มีรูปร่างและตำแหน่งที่แม่นยำสูงจึงถือเป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเตรียมการ ของตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่ บางเฉียบ คุณลักษณะโครงสร้างที่ซับซ้อน และตัวอย่างที่มีโครงสร้างเซลล์ปิดกลวง ปัญหานี้เด่นชัดเป็นพิเศษ

(3) วิธีลดหรือหลีกเลี่ยงความเครียดตกค้างของผลิตภัณฑ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ในกระบวนการขึ้นรูป การอบแห้ง การเผาผนึก และการประมวลผลที่มีความแม่นยำตามมา และปรับปรุงคุณภาพและผลผลิตของผลิตภัณฑ์ ตัวซิลิกอนคาร์ไบด์ในกระบวนการอบแห้งและการเผาผนึก เนื่องจากการกำจัดน้ำและการสูญเสียอินทรียวัตถุ ง่ายต่อการเกิดการหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้เกิดรอยแตกและการเสียรูปในร่างกาย และการแนะนำของความเครียดที่ตกค้างในร่างกาย และใน กระบวนการแปรรูปที่แม่นยำหลังจากการเผาผนึกอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวภายในผลิตภัณฑ์ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวทำให้ผลผลิตของผลิตภัณฑ์ลดลง การเตรียมโครงสร้างกลวงขนาดใหญ่และรูปทรงซับซ้อนของชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความแม่นยำเป็นเรื่องยาก ปัจจุบันตลาดเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์สำหรับอุปกรณ์การผลิตวงจรรวมส่วนใหญ่ถูกครอบครองโดยองค์กรต่างประเทศ ญี่ปุ่น - Kyocera สหรัฐอเมริกา - CoorsTek สิงคโปร์-Fountyl การวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเตรียมการและการส่งเสริมการประยุกต์ใช้ชิ้นส่วนโครงสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความแม่นยำสำหรับอุปกรณ์วงจรรวมในประเทศจีนเริ่มต้นช้า และยังคงมีช่องว่างระหว่างจีนและองค์กรชั้นนำระดับนานาชาติ