Zählen der Anwendungen von Aluminiumoxid-Keramik als Komponenten für Halbleiterausrüstung

In den letzten Jahren haben nationale politische Anpassungen die Entwicklung der Halbleiterindustrie beschleunigt, was zu einem schnellen Wachstum im Umfang und Fortschritten bei der Fertigungsausrüstung geführt hat. Da die Halbleiterfertigungsprozesse immer präziser und komplexer werden, haben fortgeschrittene Keramiken aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften wie hoher Härte, hohem elastischem Modul, ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, Isolierfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringer thermischer Ausdehnung an Bedeutung gewonnen.

Diese Eigenschaften machen Keramik zu unverzichtbaren Materialien für Komponenten in Geräten wie Wafer-Poliermaschinen, thermischen Behandlungssystemen für Epitaxie, Oxidation und Diffusion, Lithographie-Maschinen, Abscheidegeräten, Ätzwerkzeugen und Ionenimplantatoren. Unter den verfügbaren Materialien hat sich Aluminiumoxid (Al₂O₃) als das beliebteste Präzisionskeramikmaterial herauskristallisiert und findet umfangreiche Anwendung in der Halbleiterfertigung.

Das Ätzen ist ein entscheidender Schritt in der Halbleiter-, Mikroelektronik- und Mikro-Nanofertigung. Während des Ätzprozesses in Ätzmaschinen und PECVD-Ausrüstungen können Plasma-Wechselwirkungen zu erheblichem Verschleiß und Schäden an der Oberfläche von Maschinenkomponenten führen. Diese Wechselwirkungen führen zu:

Korrosion: Verkürzte Lebensdauer von Komponenten und reduzierte Leistung von Geräten.

Kontamination: Reaktionsnebenprodukte verdampfen und lösen sich ab, wodurch Partikel entstehen, die die Sauberkeit der Prozesskammer beeinträchtigen.

Hochreine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Beschichtungen werden häufig als Schutzmaterialien für Ätzkammern und deren Komponenten eingesetzt.

Traditionelle Kammermaterialien:

Frühe Ätzkammern verwendeten Aluminiumlegierungen, die anfällig für Metallpartikelkontamination waren. Zur Behebung dieses Problems wurden dichte eloxierte Aluminiumoxidschichten auf den Legierungsoberflächen aufgebracht, was die Korrosionsbeständigkeit verbesserte. Diese eloxierten Schichten entwickelten jedoch oft Mikrorisse aufgrund von Verunreinigungen in der Legierung, was ihre Wirksamkeit einschränkte.

Fortschritte bei Hochreinen Aluminiumoxidbeschichtungen:

Hochreine Al₂O₃-Beschichtungen sind mittlerweile Standard in Ätzkammern. Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Beschichtung und dem Substrat können jedoch zu Rissen führen, was die Korrosionsbeständigkeit verringert.

Dichte, hochreine Schüttgut-Aluminiumoxidkeramiken bieten im Vergleich zu Beschichtungen eine überlegene Plasmabeständigkeit. Diese Keramiken weisen in der Regel eine Reinheit von über 99% auf, mit kontrollierten Metalloxid-Verunreinigungen (z. B. MgO, CaO, SiO₂) im Bereich von 0,05% bis 0,8%, um die Plasmabeständigkeit zu verbessern und gleichzeitig die Sinterleistung zu erhalten.

Halbleiterbauelemente erfordern nahezu perfekte Wafer, um schädliche elektrische und mechanische Defekte zu vermeiden. Während des Wafer-Verarbeitungsprozesses, der Formgebung, Schneiden, Schleifen und Reinigen umfasst, müssen die Wafer sicher positioniert und stabilisiert werden. Dies wird mithilfe von keramischen Vakuumsaugern erreicht.

• Materialeigenschaften und Struktur:

Vakuumspannfutter werden typischerweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid hergestellt. Diese Keramiken weisen poröse oder hohle Strukturen auf, die durch Hochtemperatursintern erreicht werden. Ein Vakuumeffekt entsteht durch das Anlegen eines Unterdrucks an der porösen Keramikmatrix, wodurch Wafer, Glassubstrate oder andere Werkstücke sicher fixiert werden.

Anwendungen von Keramik-Vakuumsaugern:

Vorrichtungen für das Wafer-Dünnschleifen, wie Schleifen, Polieren und chemisch-mechanisches Planarisieren (CMP).

• Halterungen für Mess- und Prüfgeräte.

Spannwerkzeuge zur Bearbeitung von dünnen Folien, Blechen und Metallsubstraten.

Die Herstellung dieser integrierten Hohlstrukturkeramiken erfordert fortschrittliche Fertigungstechniken, die ihre entscheidende Rolle in der Präzision und Zuverlässigkeit von Halbleiterausrüstung widerspiegeln.

Mit dem Fortschritt der Halbleiterindustrie wächst die Nachfrage nach Präzisionsmaterialien wie Aluminiumoxid-Keramik weiter. Von der Verbesserung der Plasmabeständigkeit in Ätzkammern bis zur Bereitstellung von Stabilität bei der Wafer-Verarbeitung sind Aluminiumoxid-Keramiken unverzichtbar, um die Präzision und Leistung zu erreichen, die in der modernen Halbleiterfertigung erforderlich sind. Mit laufender Forschung und technologischer Innovation ist das Potenzial von Aluminiumoxid-Keramiken für die Zukunft der Halbleiterherstellung grenzenlos.