เซรามิก SiC: วัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสูงในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

SiC มีการผสมผสานคุณสมบัติที่ต้องการที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งรวมถึงความหนาแน่นสูง ค่าการนำความร้อนสูง ความแข็งแรงในการดัดงอสูง โมดูลัสความยืดหยุ่นสูง ความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง และความเสถียรที่อุณหภูมิสูงที่ดีเยี่ยม ความต้านทานต่อการเปลี่ยนรูปความเค้นดัดงอและความเครียดจากความร้อนทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง มีฤทธิ์กัดกร่อน และมีอุณหภูมิสูงพิเศษที่พบในกระบวนการผลิตที่สำคัญ เช่น เวเฟอร์เอพิแทกซีและการกัดกรด ด้วยเหตุนี้ SiC จึงพบการใช้งานอย่างแพร่หลายในขั้นตอนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ต่างๆ รวมถึงการบดและการขัดเงา การประมวลผลด้วยความร้อน (การอบอ่อน การเกิดออกซิเดชัน การแพร่กระจาย) การพิมพ์หิน การสะสม การแกะสลัก และการฝังไอออน

1. การเจียรและการขัด: ตัวรับการเจียร SiC

หลังจากการหั่นแท่งโลหะแล้ว เวเฟอร์มักจะแสดงขอบคม ครีบ การบิ่น รอยแตกขนาดเล็ก และความไม่สมบูรณ์อื่นๆ เพื่อป้องกันไม่ให้ข้อบกพร่องเหล่านี้กระทบต่อความแข็งแรงของเวเฟอร์ คุณภาพพื้นผิว และขั้นตอนการประมวลผลที่ตามมา จึงมีการใช้กระบวนการบด การเจียรจะทำให้ขอบเวเฟอร์เรียบ ลดการเปลี่ยนแปลงของความหนา ปรับปรุงความขนานของพื้นผิว และขจัดความเสียหายที่เกิดจากกระบวนการหั่น การเจียรสองด้านโดยใช้แผ่นเจียรเป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด โดยมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านวัสดุแผ่น แรงกดในการเจียร และความเร็วในการหมุน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงคุณภาพของเวเฟอร์อย่างต่อเนื่อง

กลไกการบดสองด้าน

ตามเนื้อผ้า แผ่นเจียรส่วนใหญ่ทำจากเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้าคาร์บอน อย่างไรก็ตาม วัสดุเหล่านี้มีอายุการใช้งานสั้น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนสูง และความไวต่อการสึกหรอและการเสียรูปจากความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการบดหรือขัดด้วยความเร็วสูง ทำให้เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุความเรียบของเวเฟอร์และความขนานที่สม่ำเสมอ การเกิดขึ้นของแผ่นเจียรเซรามิก SiC ที่มีความแข็งเป็นพิเศษ อัตราการสึกหรอต่ำ และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่เข้ากันกับซิลิคอนอย่างใกล้ชิด ได้นำไปสู่การเปลี่ยนเหล็กหล่อและเหล็กกล้าคาร์บอนอย่างค่อยเป็นค่อยไป คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้แผ่นเจียร SiC มีข้อได้เปรียบเป็นพิเศษสำหรับกระบวนการเจียรและขัดเงาด้วยความเร็วสูง

2. การประมวลผลด้วยความร้อน: ตัวพาเวเฟอร์ SiC และส่วนประกอบของห้องปฏิกิริยา

ขั้นตอนการประมวลผลด้วยความร้อน เช่น ออกซิเดชัน การแพร่กระจาย การหลอม และการผสม เป็นส่วนสำคัญในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ ส่วนประกอบเซรามิก SiC มีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการเหล่านี้ โดยหลักแล้วจะเป็นตัวพาเวเฟอร์สำหรับการขนส่งระหว่างขั้นตอนการประมวลผลและเป็นส่วนประกอบภายในห้องปฏิกิริยาของอุปกรณ์การประมวลผลด้วยความร้อน

(1)เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก (แขน):

ในระหว่างการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน มักต้องใช้การประมวลผลที่อุณหภูมิสูง แขนกลที่ติดตั้งเอฟเฟกต์ปลายแบบพิเศษมักใช้ในการเคลื่อนย้าย การจัดการ และการวางตำแหน่งเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ แขนเหล่านี้ต้องทำงานในสภาพแวดล้อมห้องปลอดเชื้อ ซึ่งมักจะอยู่ภายใต้สุญญากาศ อุณหภูมิสูง และสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซกัดกร่อน ซึ่งต้องการความแข็งแรงเชิงกลสูง ความต้านทานการกัดกร่อน ความเสถียรที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการสึกหรอ ความแข็ง และฉนวนไฟฟ้า แม้ว่าการผลิตจะมีราคาแพงกว่าและท้าทาย แต่แขนเซรามิก SiC ก็มีประสิทธิภาพเหนือกว่าตัวเลือกอลูมินาในการตอบสนองข้อกำหนดที่เข้มงวดเหล่านี้

เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก Semicorex SiC

(2) ส่วนประกอบของห้องปฏิกิริยา:

อุปกรณ์การประมวลผลด้วยความร้อน เช่น เตาออกซิเดชัน (แนวนอนและแนวตั้ง) และระบบการประมวลผลความร้อนอย่างรวดเร็ว (RTP) ทำงานที่อุณหภูมิสูง ทำให้ต้องใช้วัสดุประสิทธิภาพสูงสำหรับส่วนประกอบภายใน ส่วนประกอบ SiC เผาผนึกความบริสุทธิ์สูงซึ่งมีความแข็งแกร่ง ความแข็ง โมดูลัสความยืดหยุ่น ความแข็ง การนำความร้อน และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่เหนือกว่า เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการสร้างห้องปฏิกิริยาของระบบเหล่านี้ ส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ เรือแนวตั้ง แท่น ท่อไลเนอร์ ท่อด้านใน และแผ่นกั้น

ส่วนประกอบของห้องปฏิกิริยา

3. การพิมพ์หิน: ขั้นตอน SiC และกระจกเซรามิก

การพิมพ์หินเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ใช้ระบบออปติกเพื่อโฟกัสและฉายแสงลงบนพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ โดยถ่ายโอนรูปแบบวงจรสำหรับการแกะสลักในภายหลัง ความแม่นยำของกระบวนการนี้จะกำหนดประสิทธิภาพและผลผลิตของวงจรรวมโดยตรง ในฐานะที่เป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่ซับซ้อนที่สุดในการผลิตชิป เครื่องจักรการพิมพ์หินประกอบด้วยส่วนประกอบหลายแสนชิ้น เพื่อรับประกันประสิทธิภาพและความแม่นยำของวงจร จึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความแม่นยำของทั้งองค์ประกอบทางแสงและส่วนประกอบทางกลภายในระบบการพิมพ์หิน เซรามิก SiC มีบทบาทสำคัญในด้านนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในขั้นตอนเวเฟอร์และกระจกเซรามิก

สถาปัตยกรรมระบบการพิมพ์หิน

(1)ขั้นตอนเวเฟอร์:

ขั้นตอนการพิมพ์หินมีหน้าที่จับแผ่นเวเฟอร์และเคลื่อนไหวอย่างแม่นยำระหว่างการสัมผัส ก่อนการสัมผัสแต่ละครั้ง เวเฟอร์และสเตจจะต้องอยู่ในแนวเดียวกับความแม่นยำระดับนาโนเมตร ตามด้วยการจัดตำแหน่งระหว่างโฟโตมาสก์และสเตจเพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายโอนรูปแบบมีความแม่นยำ ซึ่งต้องใช้การควบคุมเวทีอัตโนมัติที่มีความเร็วสูง ราบรื่น และแม่นยำสูงด้วยความแม่นยำระดับนาโนเมตร เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ ขั้นตอนการพิมพ์หินมักใช้เซรามิก SiC น้ำหนักเบาซึ่งมีความเสถียรของขนาดเป็นพิเศษ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และความต้านทานต่อการเสียรูป ซึ่งจะช่วยลดแรงเฉื่อย ลดภาระของมอเตอร์ และเพิ่มประสิทธิภาพในการเคลื่อนที่ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง และความเสถียร

(2)กระจกเซรามิก:

การควบคุมการเคลื่อนไหวแบบซิงโครไนซ์ระหว่างระยะเวเฟอร์และระยะเรติเคิลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพิมพ์หิน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำโดยรวมและผลผลิตของกระบวนการ กระจกส่องเวทีเป็นส่วนประกอบสำคัญของการสแกนเวทีและระบบการวัดผลตอบรับการวางตำแหน่ง ระบบนี้ใช้อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์เพื่อปล่อยลำแสงการวัดที่สะท้อนออกจากกระจกเวที ด้วยการวิเคราะห์ลำแสงสะท้อนโดยใช้หลักการดอปเปลอร์ ระบบจะคำนวณการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของสเตจแบบเรียลไทม์ โดยให้ผลป้อนกลับไปยังระบบควบคุมการเคลื่อนไหวเพื่อให้แน่ใจว่ามีการซิงโครไนซ์ระหว่างสเตจเวเฟอร์และสเตจเรติเคิลอย่างแม่นยำ แม้ว่าเซรามิก SiC น้ำหนักเบาจะเหมาะสำหรับการใช้งานนี้ แต่การผลิตส่วนประกอบที่ซับซ้อนดังกล่าวถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ ปัจจุบัน ผู้ผลิตอุปกรณ์วงจรรวมกระแสหลักส่วนใหญ่ใช้แก้วเซรามิกหรือ Cordierite เพื่อจุดประสงค์นี้ อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์และเทคนิคการผลิต นักวิจัยจาก China Building Materials Academy ประสบความสำเร็จในการผลิตกระจกเซรามิก SiC ขนาดใหญ่ รูปทรงซับซ้อน น้ำหนักเบา และส่วนประกอบทางแสงเชิงโครงสร้างอื่นๆ สำหรับการใช้งานการพิมพ์หิน

(3)โฟโต้มาสก์ฟิล์มบาง:

โฟโต้มาสก์หรือที่รู้จักกันในชื่อเรติเคิลใช้ในการส่งผ่านแสงแบบเลือกสรรและสร้างลวดลายบนวัสดุที่ไวต่อแสง อย่างไรก็ตาม การฉายรังสีด้วยแสง EUV อาจทำให้โฟโตมาสก์ได้รับความร้อนอย่างมาก ซึ่งอาจสูงถึงอุณหภูมิระหว่าง 600 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งนำไปสู่ความเสียหายจากความร้อน เพื่อบรรเทาปัญหานี้ ฟิล์มบาง SiC มักจะถูกสะสมไว้บนโฟโตมาสก์เพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนและป้องกันการเสื่อมสภาพ

4. การกัดและการสะสมของพลาสมา: วงแหวนโฟกัสและส่วนประกอบอื่นๆ

ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการแกะสลักจะใช้พลาสมาที่สร้างจากก๊าซไอออไนซ์ (เช่น ก๊าซที่ประกอบด้วยฟลูออรีน) เพื่อคัดเลือกวัสดุที่ไม่ต้องการออกจากพื้นผิวแผ่นเวเฟอร์ โดยทิ้งรูปแบบวงจรที่ต้องการไว้เบื้องหลัง ในทางกลับกัน การสะสมของฟิล์มบางเกี่ยวข้องกับการสะสมวัสดุฉนวนระหว่างชั้นโลหะเพื่อสร้างชั้นอิเล็กทริก คล้ายกับกระบวนการกัดแบบย้อนกลับ กระบวนการทั้งสองใช้เทคโนโลยีพลาสมา ซึ่งสามารถกัดกร่อนส่วนประกอบของห้องเพาะเลี้ยงได้ ดังนั้นส่วนประกอบเหล่านี้จึงต้องมีความต้านทานพลาสมาที่ดีเยี่ยม มีปฏิกิริยาต่ำกับก๊าซที่ประกอบด้วยฟลูออรีน และมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ

เดิมที ส่วนประกอบในอุปกรณ์แกะสลักและสะสม เช่น วงแหวนโฟกัส ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้วัสดุ เช่น ซิลิคอนหรือควอตซ์ อย่างไรก็ตาม การขับเคลื่อนอย่างไม่หยุดยั้งไปสู่การย่อขนาดวงจรรวม (IC) ได้เพิ่มความต้องการและความสำคัญของกระบวนการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูงอย่างมาก การย่อขนาดนี้จำเป็นต้องใช้พลาสมาพลังงานสูงเพื่อการแกะสลักระดับไมโครที่แม่นยำ เพื่อให้ได้ขนาดคุณสมบัติที่เล็กลงและโครงสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น

เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่เกิดจากไอเคมี (CVD) จึงกลายเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับการเคลือบและส่วนประกอบในอุปกรณ์การกัดและการสะสม คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เหนือกว่า รวมถึงความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอสูง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้องการนี้เป็นพิเศษ ปัจจุบัน ส่วนประกอบ CVD SiC ในอุปกรณ์แกะสลัก ได้แก่ วงแหวนโฟกัส หัวฝักบัวแก๊ส แท่น และวงแหวนขอบ ในอุปกรณ์สะสม CVD SiC ใช้สำหรับฝาห้อง ไลเนอร์ และตัวรับกราไฟท์ที่เคลือบด้วย SiC

วงแหวนโฟกัสและตัวรับกราไฟท์เคลือบ SiC

ปฏิกิริยาที่ต่ำของ CVD SiC กับก๊าซกัดกร่อนที่มีคลอรีนและฟลูออรีน ประกอบกับค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น วงแหวนโฟกัสในอุปกรณ์กัดพลาสม่า วงแหวนโฟกัสซึ่งวางอยู่รอบๆ ขอบเวเฟอร์ เป็นองค์ประกอบสำคัญที่จะโฟกัสพลาสมาไปบนพื้นผิวเวเฟอร์โดยการส่งแรงดันไฟฟ้าไปที่วงแหวน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอในการประมวลผล

ในขณะที่การแกะสลัก IC มีขนาดเล็กลง ความต้องการพลังงานและพลังงานของการกัดพลาสมายังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์การกัดด้วยพลาสมาแบบ Capacitively Coupled Plasma (CCP) ด้วยเหตุนี้ การนำวงแหวนโฟกัสที่ใช้ SiC มาใช้จึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมพลาสมาที่มีความรุนแรงมากขึ้นเหล่านี้**

Semicorex ในฐานะผู้ผลิตและซัพพลายเออร์ที่มีประสบการณ์ ให้บริการวัสดุกราไฟท์และเซรามิกชนิดพิเศษสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา

โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com