Contando las aplicaciones de las cerámicas de alúmina como componentes de equipos de semiconductores

En los últimos años, los ajustes de la política nacional han acelerado el desarrollo de la industria de semiconductores, lo que ha llevado a un rápido crecimiento en escala y avances en equipos de fabricación. A medida que los procesos de fabricación de semiconductores se vuelven cada vez más precisos y complejos, las cerámicas avanzadas han ganado prominencia debido a sus propiedades excepcionales, que incluyen alta dureza, alto módulo elástico, excelente resistencia al desgaste, capacidades aislantes, resistencia a la corrosión y baja expansión térmica.

Estas características hacen que los cerámicos sean materiales esenciales para componentes en equipos como máquinas de pulido de obleas, sistemas de tratamiento térmico para epitaxia, oxidación y difusión, máquinas de litografía, equipos de deposición, herramientas de grabado y implantadores de iones. Entre los materiales disponibles, la alúmina (Al₂O₃) ha surgido como el material cerámico de precisión más popular, encontrando una amplia aplicación en la fabricación de semiconductores.

El grabado es un paso crítico en la fabricación de semiconductores, microelectrónica y micro-nano. Durante el proceso de grabado en máquinas de grabado y equipos PECVD, las interacciones de plasma pueden causar un desgaste y daño significativos en la superficie de los componentes de la máquina. Estas interacciones conducen a:

Corrosión: Vida útil de los componentes acortada y rendimiento del equipo reducido.

Contaminación: Los subproductos de reacción se volatilizan y se desprenden, creando partículas que comprometen la limpieza de la cámara de proceso.

Los recubrimientos de alúmina de alta pureza (Al₂O₃) se emplean comúnmente como materiales protectores para cámaras de grabado y sus componentes.

Materiales de cámara tradicionales:

Las primeras cámaras de grabado utilizaban aleaciones de aluminio, que eran propensas a la contaminación por partículas metálicas. Para abordar esto, se aplicaron capas densas de alúmina anodizada a las superficies de la aleación, mejorando la resistencia a la corrosión. Sin embargo, estas capas anodizadas a menudo desarrollaban microfisuras debido a impurezas en la aleación, limitando su efectividad.

Avances en Recubrimientos de Alúmina de Alta Pureza:

Los revestimientos de Al₂O₃ de alta pureza se han convertido en estándar en las cámaras de grabado. Sin embargo, las diferencias en los coeficientes de expansión térmica entre el revestimiento y el sustrato pueden provocar grietas, lo que reduce la resistencia a la corrosión.

Los cerámicos de alúmina a granel densos y de alta pureza ofrecen una resistencia superior al plasma en comparación con los recubrimientos. Estas cerámicas suelen tener una pureza superior al 99%, con impurezas controladas de óxidos metálicos (por ejemplo, MgO, CaO, SiO₂) dentro del rango de 0.05% a 0.8% para mejorar la resistencia al plasma manteniendo el rendimiento de sinterización.

Los dispositivos semiconductores requieren obleas casi perfectas para evitar defectos eléctricos y mecánicos perjudiciales. Durante el procesamiento de obleas, que incluye dar forma, cortar, moler y limpiar, las obleas deben estar posicionadas y estabilizadas de forma segura. Esto se logra utilizando mordazas de vacío de cerámica.

Propiedades y Estructura del Material:

Las mordazas de vacío suelen estar hechas de alúmina o carburo de silicio. Estas cerámicas presentan estructuras porosas o huecas logradas mediante sinterización a alta temperatura. Se genera un efecto de vacío aplicando presión negativa a la matriz cerámica porosa, fijando de forma segura obleas, sustratos de vidrio u otras piezas de trabajo.

Aplicaciones de Platos de Vacío de Cerámica:

• Dispositivos para procesos de adelgazamiento de obleas como rectificado, pulido y planarización químico-mecánica (CMP).

Soportes para dispositivos de medición e inspección.

Herramientas de sujeción para procesar películas delgadas, láminas y sustratos metálicos.

La producción de estas cerámicas de estructura hueca integrada requiere técnicas de fabricación avanzadas, lo que refleja su papel crítico en la precisión y confiabilidad del equipo de semiconductores.

A medida que avanza la industria de semiconductores, la demanda de materiales de precisión como las cerámicas de alúmina sigue creciendo. Desde mejorar la resistencia al plasma en las cámaras de grabado hasta proporcionar estabilidad en el procesamiento de obleas, las cerámicas de alúmina son indispensables para lograr la precisión y el rendimiento requeridos en la fabricación moderna de semiconductores. Con la investigación continua y la innovación tecnológica, el potencial de las cerámicas de alúmina para impulsar el futuro de la fabricación de semiconductores es ilimitado.