SiC-керамика: незаменимый материал для высокоточных компонентов в производстве полупроводников

Карбид кремния обладает уникальным сочетанием полезных свойств, включая высокую плотность, высокую теплопроводность, высокую прочность на изгиб, высокий модуль упругости, сильную коррозионную стойкость и превосходную высокотемпературную стабильность. Его устойчивость к деформации изгиба и тепловым деформациям делает его исключительно подходящим для суровых, агрессивных и сверхвысоких температур, встречающихся в критических производственных процессах, таких как эпитаксия пластин и травление. Следовательно, SiC нашел широкое применение на различных этапах производства полупроводников, включая шлифовку и полировку, термическую обработку (отжиг, окисление, диффузия), литографию, осаждение, травление и ионную имплантацию.

1. Шлифование и полировка: шлифовальные токоприемники из карбида кремния.

После нарезки слитков на пластинах часто появляются острые края, заусенцы, сколы, микротрещины и другие дефекты. Чтобы эти дефекты не повлияли на прочность пластины, качество поверхности и последующие этапы обработки, используется процесс шлифования. Шлифование сглаживает края пластин, уменьшает различия в толщине, улучшает параллельность поверхности и устраняет повреждения, вызванные процессом нарезки. Двустороннее шлифование с использованием шлифовальных пластин является наиболее распространенным методом, при этом постоянное совершенствование материала пластин, давления шлифования и скорости вращения постоянно улучшает качество пластин.

Двухсторонний шлифовальный механизм

Традиционно мелющие пластины изготавливались в основном из чугуна или углеродистой стали. Однако эти материалы имеют короткий срок службы, высокие коэффициенты теплового расширения, а также подверженность износу и термической деформации, особенно во время высокоскоростного шлифования или полировки, что затрудняет достижение постоянной плоскостности и параллельности пластин. Появление шлифовальных пластин из SiC-керамики с их исключительной твердостью, низкой скоростью износа и коэффициентом теплового расширения, близким к кремнию, привело к постепенной замене чугуна и углеродистой стали. Эти свойства делают шлифовальные пластины из карбида кремния особенно выгодными для высокоскоростных процессов шлифования и полировки.

2. Термическая обработка: носители пластин SiC и компоненты реакционной камеры.

Этапы термической обработки, такие как окисление, диффузия, отжиг и легирование, являются неотъемлемой частью производства пластин. Керамические компоненты SiC играют решающую роль в этих процессах, прежде всего в качестве носителей пластин для транспортировки между этапами обработки, а также в качестве компонентов в реакционных камерах оборудования для термической обработки.

(1)Керамические концевые эффекторы (руки):

При производстве кремниевых пластин часто требуется высокотемпературная обработка. Механические руки, оснащенные специализированными концевыми эффекторами, обычно используются для транспортировки, обработки и позиционирования полупроводниковых пластин. Эти рычаги должны работать в чистых помещениях, часто в условиях вакуума, высоких температур и агрессивных газовых сред, требуя высокой механической прочности, коррозионной стойкости, высокотемпературной стабильности, износостойкости, твердости и электрической изоляции. Керамические рычаги из карбида кремния, хотя и более дорогие и сложные в производстве, превосходят альтернативы из оксида алюминия в удовлетворении этих строгих требований.

Керамический концевой эффектер Semicorex SiC

(2) Компоненты реакционной камеры:

Оборудование для термической обработки, такое как печи окисления (горизонтальные и вертикальные) и системы быстрой термической обработки (RTP), работают при повышенных температурах, что требует использования высокопроизводительных материалов для их внутренних компонентов. Спеченные компоненты SiC высокой чистоты, обладающие превосходной прочностью, твердостью, модулем упругости, жесткостью, теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения, незаменимы для создания реакционных камер этих систем. Ключевые компоненты включают вертикальные лодочки, пьедесталы, облицовочные трубы, внутренние трубки и перегородки.

Компоненты реакционной камеры

3. Литография: столики из карбида кремния и керамические зеркала.

Литография, важнейший этап в производстве полупроводников, использует оптическую систему для фокусировки и проецирования света на поверхность пластины, перенося рисунки схем для последующего травления. Точность этого процесса напрямую определяет производительность и производительность интегральных схем. Литографическая машина, являющаяся одним из самых сложных устройств в производстве чипов, состоит из сотен тысяч компонентов. Чтобы гарантировать производительность и точность схемы, к точности как оптических элементов, так и механических компонентов литографической системы предъявляются строгие требования. Керамика SiC играет жизненно важную роль в этой области, прежде всего в пластинах и керамических зеркалах.

Архитектура системы литографии

(1)Этапы вафли:

Этапы литографии отвечают за удержание пластины и выполнение точных движений во время экспонирования. Перед каждой экспозицией пластина и предметный столик должны быть выровнены с точностью до нанометра, после чего следует выравнивание фотомаски и предметного столика для обеспечения точной передачи рисунка. Для этого требуется высокоскоростное, плавное и высокоточное автоматическое управление столиком с точностью нанометрового уровня. Чтобы удовлетворить эти требования, на этапах литографии часто используется легкая керамика SiC с исключительной стабильностью размеров, низким коэффициентом теплового расширения и устойчивостью к деформации. Это сводит к минимуму инерцию, снижает нагрузку на двигатель и повышает эффективность движения, точность позиционирования и стабильность.

(2)Керамические зеркала:

Синхронное управление движением между пластиной и сеткой имеет решающее значение в литографии, напрямую влияя на общую точность и производительность процесса. Зеркала сцены являются неотъемлемыми компонентами системы измерения с обратной связью сканирования и позиционирования сцены. Эта система использует интерферометры для излучения измерительных лучей, которые отражаются от зеркал сцены. Анализируя отраженные лучи с использованием принципа Доплера, система рассчитывает изменения положения предметного столика в режиме реального времени, обеспечивая обратную связь с системой управления движением, чтобы обеспечить точную синхронизацию между пластинчатым столиком и столиком сетки. Хотя легкая керамика SiC подходит для этого применения, производство таких сложных компонентов представляет собой серьезную проблему. В настоящее время производители основного оборудования для интегральных схем в основном используют для этой цели стеклокерамику или кордиерит. Однако благодаря достижениям в области материаловедения и технологий производства исследователи из Китайской академии строительных материалов успешно изготовили крупногабаритные, сложные по форме, легкие, полностью закрытые керамические зеркала из карбида кремния и другие структурно-функциональные оптические компоненты для литографии.

(3)Тонкие пленки для фотомасок:

Фотомаски, также известные как сетки, используются для избирательного пропускания света и создания узоров на светочувствительных материалах. Однако облучение EUV-светом может вызвать значительный нагрев фотомаски, потенциально достигая температуры от 600 до 1000 градусов Цельсия, что приводит к тепловому повреждению. Чтобы смягчить эту проблему, на фотомаску часто наносят тонкую пленку SiC, чтобы повысить ее термическую стабильность и предотвратить деградацию.

4. Плазменное травление и осаждение: кольца фокусировки и другие компоненты.

В производстве полупроводников в процессах травления используется плазма, генерируемая ионизированными газами (например, фторсодержащими газами), для выборочного удаления нежелательного материала с поверхности пластины, оставляя после себя желаемые рисунки схемы. Нанесение тонких пленок, наоборот, включает в себя нанесение изолирующих материалов между металлическими слоями с образованием диэлектрических слоев, аналогично процессу обратного травления. В обоих процессах используется плазменная технология, которая может вызвать коррозию компонентов камеры. Следовательно, эти компоненты требуют превосходной плазменной стойкости, низкой реакционной способности с фторсодержащими газами и низкой электропроводности.

Традиционно компоненты оборудования для травления и осаждения, такие как кольца фокусировки, изготавливались из таких материалов, как кремний или кварц. Однако неустанное стремление к миниатюризации интегральных схем (ИС) значительно увеличило спрос и важность высокоточных процессов травления. Эта миниатюризация требует использования высокоэнергетической плазмы для точного микромасштабного травления для достижения меньших размеров элементов и все более сложных структур устройств.

В ответ на этот спрос карбид кремния (SiC) методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) стал предпочтительным материалом для покрытий и компонентов оборудования для травления и осаждения. Его превосходные физические и химические свойства, включая высокую чистоту и однородность, делают его исключительно подходящим для этого требовательного применения. В настоящее время компоненты CVD SiC в оборудовании для травления включают кольца фокусировки, газовые душевые головки, плиты и краевые кольца. В оборудовании для осаждения CVD SiC используется для крышек камер, футеровок и графитовых токоприемников с покрытием из SiC.

Кольцо фокусировки и графитовый токоприемник с SiC-покрытием

Низкая реакционная способность CVD SiC с травильными газами на основе хлора и фтора в сочетании с его низкой электропроводностью делает его идеальным материалом для таких компонентов, как фокусирующие кольца в оборудовании для плазменного травления. Кольцо фокусировки, расположенное по периферии пластины, является важнейшим компонентом, который фокусирует плазму на поверхности пластины путем подачи напряжения на кольцо, тем самым повышая однородность обработки.

По мере продвижения миниатюризации ИС требования к мощности и энергии для травильной плазмы продолжают расти, особенно в оборудовании для травления с емкостно-связанной плазмой (CCP). Следовательно, использование фокусировочных колец на основе SiC быстро растет из-за их способности противостоять все более агрессивной плазменной среде.**

Semicorex, как опытный производитель и поставщик, предлагает специальные графитовые и керамические материалы для полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Контактный телефон +86-13567891907.

Электронная почта: sales@semicorex.com