Yarıiletken Ekipmanlarında Kullanılan Gelişmiş Seramiklere Kapsamlı Bakış
Hassas seramik bileşenler, fotolitografi, dağlama, ince film biriktirme, iyon implantasyonu ve CMP gibi temel yarı iletken üretim süreçleri için temel ekipmanlarda önemli unsurlardır. Rulmanlar, kılavuz raylar, hazne astarları, elektrostatik aynalar ve robotik kollar dahil olmak üzere bu parçalar, destek, koruma ve akış kontrolü gibi işlevleri yerine getirdikleri işlem odalarında özellikle kritiktir.
Bu makale, hassas seramiklerin başlıca yarı iletken üretim ekipmanlarında nasıl uygulandığına dair sistematik bir genel bakış sunmaktadır.
Ön Uç İşlemleri: Yonga Üretim Ekipmanlarında Hassas Seramikler
1. Fotolitografi Ekipmanları
Gelişmiş fotolitografi sistemlerinde yüksek işlem doğruluğunu sağlamak için mükemmel çok işlevlilik, yapısal kararlılık, termal direnç ve boyutsal hassasiyete sahip çok çeşitli seramik bileşenler kullanılmaktadır. Bunlar arasında elektrostatik aynalar, vakum aynaları, bloklar, su soğutmalı manyetik tabanlar, reflektörler, kılavuz raylar, tablalar ve maske tutucular bulunur.
Temel seramik bileşenler: Elektrostatik ayna, hareket tablası
Ana malzemeler:Elektrostatik aynalar: Alümina (Al₂O₃), Silisyum Nitrür (Si₃N₄), Hareket tablaları: Kordiyerit seramikleri, Silisyum Karbür (SiC)
Teknik zorluklar: Karmaşık yapı tasarımı, ham madde kontrolü ve sinterleme, sıcaklık yönetimi ve ultra hassas işleme.
Yüksek doğruluk ve tarama hızına ulaşmak için litografi hareket tablalarının malzeme sistemi çok önemlidir. Malzemeler, yüksek hızlı hareketlere minimum bozulma ile dayanmak için yüksek özgül sertliğe ve düşük termal genleşmeye sahip olmalıdır—böylece verim artırılır ve hassasiyet korunur.
2. Dağlama Ekipmanları
Dağlama, devre desenlerini maskeden yongaya aktarmak için kritiktir. Dağlama araçlarında kullanılan temel seramik bileşenler arasında hazne, görüntüleme penceresi, gaz dağıtım plakası, nozullar, yalıtkan halkalar, kapak plakaları, odak halkaları ve elektrostatik aynalar bulunur.
Temel seramik bileşenler: Elektrostatik ayna, odak halkası, gaz dağıtım plakası
Ana seramik malzemeler: Kuvars, SiC, AlN, Al₂O₃, Si₃N₄, Y₂O₃
Dağlama Haznesi:
Küçülen cihaz geometrileri ile daha sıkı kontaminasyon kontrolleri gereklidir. Parçacık ve metal iyonu kontaminasyonunu önlemek için metallere göre seramikler tercih edilir.
Malzeme gereksinimleri:
Yüksek saflık, minimum metal kontaminasyonu
Kimyasal olarak inert, özellikle halojen bazlı dağlama gazlarına karşı
Yüksek yoğunluk, minimum gözeneklilik
İnce taneli, düşük tanecik sınırı içeriği
İyi mekanik işlenebilirlik
Gerekirse belirli elektriksel veya termal özellikler
Gaz Dağıtım Plakası:
Yüzlerce veya binlerce hassas delinmiş mikro delik içeren bu plakalar, işlem gazlarını eşit olarak dağıtarak tutarlı bir biriktirme/dağlama sağlar.
Zorluklar:
Delik çapı homojenliği ve çapak içermeyen iç duvarlar için talepler son derece yüksektir. En ufak sapmalar bile film kalınlığı varyasyonuna ve verim kaybına neden olabilir.
Ana malzemeler: CVD SiC, Alümina, Silisyum Nitrür
Odak Halkası:
Plazma homojenliğini dengelemek ve silisyum yonganın iletkenliğine uymak için tasarlanmıştır. Geleneksel iletken silisyuma (flor plazması ile reaksiyona girerek uçucu SiF₄ oluşturur) kıyasla, SiC benzer iletkenlik ve üstün plazma direnci sunarak daha uzun ömür sağlar.
Malzeme: Silisyum Karbür (SiC)
3. İnce Film Biriktirme Ekipmanları (CVD / PVD)
CVD ve PVD sistemlerinde, temel seramik parçalar arasında elektrostatik aynalar, gaz dağıtım plakaları, ısıtıcılar ve hazne astarları bulunur.
Temel seramik bileşenler: Elektrostatik ayna, seramik ısıtıcı
Ana malzemeler: Isıtıcılar: Alüminyum Nitrür (AlN), Alümina (Al₂O₃)
Seramik Isıtıcı:
İşlem odasının içinde, doğrudan yonga ile temas halinde bulunan kritik bir bileşendir. Yongayı destekler ve yüzeyi boyunca eşit, kararlı işlem sıcaklıkları sağlar.
Arka Uç İşlemleri: Paketleme ve Test Ekipmanlarında Hassas Seramikler
1. CMP (Kimyasal Mekanik Planarizasyon)
CMP ekipmanı, yüksek hassasiyetli yüzey düzleştirme için seramik parlatma plakaları, taşıma kolları, hizalama platformları ve vakum aynaları kullanır.
2. Yonga Kesme ve Paketleme Ekipmanları
Temel seramik bileşenler:
Kesme Bıçakları: Elmas-seramik kompozitler, kesme hızı ~300 mm/s, kenar yontulması