Liczenie zastosowań ceramiki z gliną jako komponentów sprzętu półprzewodnikowego

W ostatnich latach dostosowania polityki krajowej przyspieszyły rozwój przemysłu półprzewodników, prowadząc do szybkiego wzrostu skali i postępu w sprzęcie produkcyjnym. W miarę jak procesy wytwarzania półprzewodników stają się coraz bardziej precyzyjne i złożone, zaawansowane ceramiki zyskały na znaczeniu ze względu na ich wyjątkowe właściwości, w tym wysoką twardość, wysoki moduł sprężystości, doskonałą odporność na zużycie, zdolności izolacyjne, odporność na korozję i niskie rozszerzalność cieplną.

Te cechy te sprawiają, że ceramika jest niezbędnym materiałem do komponentów w urządzeniach takich jak maszyny do polerowania płyt, systemy termicznej obróbki dla epitaksji, utleniania i dyfuzji, maszyny litograficzne, urządzenia do osadzania, narzędzia do trawienia oraz implantatory jonowe. Spośród dostępnych materiałów, alumina (Al₂O₃) wyłoniła się jako najpopularniejszy materiał ceramiczny o wysokiej precyzji, znajdujący szerokie zastosowanie w produkcji półprzewodników.

Trawienie jest kluczowym etapem w produkcji półprzewodników, mikroelektroniki i mikro-nano obróbki. Podczas procesu trawienia w maszynach do trawienia i urządzeniach PECVD, interakcje plazmowe mogą powodować znaczne zużycie i uszkodzenia powierzchni elementów maszyn. Te interakcje prowadzą do:

Korozja: Skrócenie żywotności komponentów i zmniejszenie wydajności urządzeń.

Zanieczyszczenie: Produkty uboczne reakcji ulatniają się i odrywają, tworząc cząstki, które kompromitują czystość komory procesowej.

Powłoki z wysokoczystego glinu (Al₂O₃) są powszechnie stosowane jako materiały ochronne do komór do wytrawiania i ich elementów.

Materiały tradycyjnej komory:

Wczesne komory do wytrawiania używały stopów aluminium, które były podatne na zanieczyszczenia cząstkami metalu. Aby temu zaradzić, na powierzchniach stopów stosowano gęste warstwy anodowanej gliny, poprawiając odporność na korozję. Jednak te warstwy anodowane często rozwijały mikropęknięcia z powodu zanieczyszczeń w stopie, co ograniczało ich skuteczność.

Postępy w powłokach z wysokoczystej glinianu:

Wysokoczyste powłoki Al₂O₃ stały się standardem w komorach do trawienia. Jednak różnice w współczynnikach rozszerzalności cieplnej między powłoką a podłożem mogą prowadzić do pękania, co zmniejsza odporność na korozję.

Gęste, wysokoczyste ceramiki tlenku glinu oferują wyższą odporność na plazmę w porównaniu do powłok. Te ceramiki zazwyczaj mają czystość przekraczającą 99%, z kontrolowanymi zanieczyszczeniami tlenków metali (np. MgO, CaO, SiO₂) w granicach 0,05%–0,8%, aby zwiększyć odporność na plazmę, zachowując jednocześnie właściwości spiekania.

Urządzenia półprzewodnikowe wymagają niemal idealnych płyt krzemowych, aby uniknąć szkodliwych defektów elektrycznych i mechanicznych. Podczas przetwarzania płyt, które obejmuje kształtowanie, cięcie, szlifowanie i czyszczenie, płyty muszą być solidnie umieszczone i ustabilizowane. Osiąga się to za pomocą ceramicznych podciśnień próżniowych.

Właściwości materiałów i struktura:

Uchwyty próżniowe są zazwyczaj wykonane z aluminu lub węglika krzemu. Te ceramiki posiadają porowatą lub pustą strukturę osiągniętą poprzez wysokotemperaturowe spiekanie. Efekt próżniowy jest generowany poprzez zastosowanie ujemnego ciśnienia do porowatej matrycy ceramicznej, bezpiecznie mocując płytki, podłoża szklane lub inne elementy robocze.

Zastosowania ceramicznych uchwytów próżniowych:

• Urządzenia do obróbki cienkich płyt krzemowych, takie jak szlifowanie, polerowanie i chemiczno-mechaniczne wyrównywanie planarne (CMP).

Uchwyty do urządzeń pomiarowych i kontrolnych.

• Narzędzia zaciskowe do obróbki cienkich folii, arkuszy i podłoży metalowych.

Produkcja tych zintegrowanych ceramiki o strukturze pustej wymaga zaawansowanych technik produkcyjnych, odzwierciedlając ich kluczową rolę w precyzji i niezawodności sprzętu półprzewodnikowego.

Wraz z postępem przemysłu półprzewodnikowego rośnie zapotrzebowanie na materiały precyzyjne, takie jak ceramika z azotku glinu. Od zwiększania odporności na plazmę w komorach do trawienia po zapewnienie stabilności w procesie obróbki płyt, ceramika z azotku glinu jest niezbędna do osiągnięcia precyzji i wydajności wymaganej w nowoczesnej produkcji półprzewodników. Dzięki ciągłym badaniom i innowacjom technologicznym potencjał ceramiki z azotku glinu w napędzaniu przyszłości produkcji półprzewodników jest nieograniczony.