Các thành phần gốm cacbua silic chính xác cho máy in thạch bản

Trong ngành vi mạch, thiết bị sản xuất mạch tích hợp có vị trí chiến lược cực kỳ quan trọng. Các công nghệ và thiết bị chính của sản xuất mạch tích hợp chủ yếu bao gồm công nghệ in thạch bản và thiết bị in thạch bản, công nghệ và thiết bị tăng trưởng màng, công nghệ và thiết bị đánh bóng cơ học hóa học, công nghệ và thiết bị sau đóng gói mật độ cao...v.v., tất cả đều liên quan đến công nghệ điều khiển chuyển động và công nghệ truyền động có hiệu suất cao, độ chính xác cao và độ ổn định cao. Độ chính xác của các bộ phận kết cấu và hiệu suất của vật liệu kết cấu có yêu cầu rất cao.

1, Yêu cầu đặc trưng của các bộ phận kết cấu gốm chính xác cho thiết bị bán dẫn。

Thiết bị chính của sản xuất mạch tích hợp yêu cầu vật liệu của các bộ phận phải có đặc tính độ tinh khiết cao, mật độ cao, độ bền cao, mô đun đàn hồi cao, độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp và các bộ phận kết cấu phải có độ chính xác kích thước cực cao và độ phức tạp về cấu trúc để đảm bảo thiết bị đạt được chuyển động và điều khiển cực kỳ chính xác.

Lấy bàn phôi trong máy in thạch bản làm ví dụ, chức năng chính của bàn phôi là mang tấm wafer và mặt nạ silicon và hoàn thành quá trình phơi sáng, và hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và độ phân giải. Yêu cầu là bàn có thể đạt được tốc độ cao và hành trình lớn ổn định cũng như chuyển động siêu chính xác ở cấp độ nano với sáu bậc tự do. Ví dụ, đối với máy in thạch bản có độ phân giải 100 nm, độ chính xác khắc 33 nm và chiều rộng đường 10 nm, độ chính xác định vị của bàn phôi phải đạt 10 nm. Tốc độ bước và quét đồng thời của tấm wafer mặt nạ-silicon lần lượt đạt 150 nm/s và 120 nm/s, tốc độ quét mặt nạ gần 500 nm/s và bàn phôi được yêu cầu phải có độ chính xác chuyển động rất cao và tính cố định.

Do đó, các bộ phận kết cấu chính xác của bàn phôi cần phải đáp ứng các yêu cầu sau: (1) Trọng lượng nhẹ: để giảm quán tính chuyển động, giảm tải động cơ, nâng cao hiệu suất chuyển động, định vị chính xác và ổn định, các bộ phận kết cấu nói chung sử dụng thiết kế kết cấu nhẹ, tỷ lệ nhẹ là 60% ~ 80%, lên tới 90%; (2) Độ chính xác về hình thức và vị trí cao: Để đạt được chuyển động và định vị có độ chính xác cao, các bộ phận kết cấu cần phải có độ chính xác về hình dạng và vị trí cực cao, độ phẳng, độ song song và độ vuông góc được yêu cầu phải nhỏ hơn 1μm và độ chính xác về hình thức và vị trí được yêu cầu phải nhỏ hơn 5μm; (3) Độ ổn định chiều cao: Để đạt được chuyển động và định vị có độ chính xác cao, các bộ phận kết cấu cần phải có độ ổn định kích thước cực cao, không dễ tạo ra biến dạng và độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt là thấp, không dễ tạo ra biến dạng kích thước lớn; (4) Sạch sẽ và không ô nhiễm: các bộ phận kết cấu được yêu cầu phải có hệ số ma sát rất thấp, tổn thất động năng nhỏ trong quá trình chuyển động và không gây ô nhiễm hạt mài.

2,Ứng dụng gốm cacbua silic trong máy in thạch bản

Cacbua silic là vật liệu gốm kết cấu tuyệt vời với độ bền cao, độ cứng cao, mô đun đàn hồi cao, độ cứng riêng cao, độ dẫn nhiệt cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và độ ổn định hóa học tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu, sản xuất máy móc, công nghiệp hạt nhân, ngành công nghiệp vi điện tử và các lĩnh vực khác. Cacbua silic có mô đun đàn hồi rất cao, độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt vừa phải, có khả năng đánh bóng tuyệt vời, có thể được xử lý thành gương chất lượng cao và không dễ tạo ra biến dạng và biến dạng nhiệt. Thông qua thiết kế cấu trúc giảm trọng lượng đặc biệt, các bộ phận kết cấu có thể có trọng lượng rất nhẹ, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết bị sản xuất mạch tích hợp. Gốm sứ cacbua silic có tính chất cơ học tuyệt vời ở nhiệt độ phòng, độ ổn định nhiệt độ cao tuyệt vời, độ cứng riêng và tính chất xử lý quang học tốt, đặc biệt thích hợp để chế tạo máy quang khắc của thiết bị mạch tích hợp cho các bộ phận kết cấu gốm chính xác, chẳng hạn như bàn phôi gốm SiC cho quang khắc máy, ray dẫn hướng, gương, mâm cặp gốm, cánh tay, đĩa làm mát bằng nước, mâm cặp...v.v.

3, Khó khăn kỹ thuật của các bộ phận cấu trúc cacbua silic cho thiết bị bán dẫn

Các bộ phận kết cấu gốm chính xác được sử dụng trong thiết bị lõi của mạch tích hợp có các đặc tính "lớn, dày, rỗng, mỏng, nhẹ và mịn". Tuy nhiên, vì cacbua silic là hợp chất liên kết cộng hóa trị có liên kết Si-C mạnh nên nó có độ cứng cao và độ giòn đáng kể, khó gia công chính xác. Ngoài ra, điểm nóng chảy cao của cacbua silic khiến việc thiêu kết dày đặc và kích thước gần bằng lưới trở nên khó khăn. Có rất nhiều khó khăn và thách thức về mặt kỹ thuật trong việc chuẩn bị các bộ phận kết cấu cacbua silic:

(1) Làm thế nào để hiện thực hóa cấu trúc ô kín rỗng để đạt được mục tiêu có trọng lượng nhẹ cao, đối với các bộ phận kết cấu kim loại có cấu trúc ô kín rỗng, quy trình hàn hàn và hàn khuếch tán thường được sử dụng; Tuy nhiên, đối với các bộ phận kết cấu kim loại phức tạp và chưa hoàn thiện, rất dễ hình thành giao diện kết nối rõ ràng, dẫn đến thành phần và hiệu suất có sự khác biệt lớn giữa lớp kết nối và ma trận.

(2) Làm thế nào để đạt được độ chính xác cao về hình thức và vị trí của các bộ phận kết cấu cacbua silic để đạt được mục tiêu chuyển động và định vị có độ chính xác cao. Độ cứng của cacbua silic chỉ đứng sau kim cương, dẫn đến hiệu quả xử lý thấp và chi phí xử lý cao của các bộ phận kết cấu cacbua silic, do đó việc thực hiện độ chính xác hình dạng và vị trí cao của các bộ phận kết cấu cacbua silic cũng là một khó khăn về mặt kỹ thuật, đặc biệt là trong quá trình chuẩn bị. Đối với các mẫu có kích thước lớn, siêu mỏng, đặc điểm cấu trúc phức tạp và các mẫu có cấu trúc ô rỗng khép kín thì vấn đề đặc biệt nổi bật.

(3) Làm thế nào để giảm hoặc tránh ứng suất dư của các sản phẩm cacbua silic trong quá trình đúc, sấy khô, thiêu kết và xử lý chính xác tiếp theo, đồng thời cải thiện chất lượng và năng suất sản phẩm. Thân cacbua silic trong quá trình sấy khô và thiêu kết, do loại bỏ nước và mất chất hữu cơ, dễ tạo ra độ co ngót không đều, dẫn đến các vết nứt và biến dạng trên thân, đồng thời tạo ra ứng suất dư trong thân, và trong Quá trình xử lý chính xác sau khi thiêu kết có thể gây ra các vết nứt bên trong sản phẩm, dẫn đến nứt, làm giảm năng suất sản phẩm. Việc chuẩn bị cấu trúc rỗng kích thước lớn, hình dạng phức tạp của các bộ phận kết cấu cacbua silic chính xác là rất khó, hiện nay thị trường gốm sứ cacbua silic cho thiết bị sản xuất mạch tích hợp chủ yếu do các doanh nghiệp nước ngoài, Nhật Bản- Kyocera, Mỹ- CoorsTek, Singapore-Fountyl chiếm lĩnh. Nghiên cứu về công nghệ chuẩn bị và thúc đẩy ứng dụng các bộ phận cấu trúc cacbua silic chính xác cho thiết bị mạch tích hợp ở Trung Quốc bắt đầu muộn và vẫn còn khoảng cách giữa Trung Quốc và các doanh nghiệp hàng đầu quốc tế.