Wichtige Keramikkomponenten in Plasmaätzgeräten: Keramikkammern, SiC-Fokusringe und mehr
Die Plasmaätztechnologie ist ein unverzichtbarer Prozess bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen im ultragroßen Maßstab. Da die Größe von Halbleitertransistoren drastisch abnimmt und die Halogenplasmaenergie zunimmt, ist die Waferkontamination zu einem dringlicheren Problem geworden. Bei der Waferverarbeitung unter hochdichten Plasmabedingungen müssen die in den Keramikkammern von Plasmaätzgeräten verwendeten Materialien extremer Plasmakorrosion standhalten. Ätztechnologien der nächsten Generation erfordern stärkere und zuverlässigere Materialien, um Herausforderungen wie Plasmakorrosion, Partikelbildung, Metallkontamination und Sauerstoffzersetzung zu bewältigen.
Keramik als Schlüsselwerkstoff für Komponenten von Plasmaätzanlagen
Im Vergleich zu organischen und metallischen Materialien bieten keramische Materialien bessere mechanische Eigenschaften, chemische Korrosionsbeständigkeit und hohe Betriebstemperaturen. Aus diesem Grund ist Keramik zum Kernmaterial für die Herstellung von Schlüsselkomponenten in Halbleiterwafer-Verarbeitungsanlagen geworden. Zu den wesentlichen keramischen Komponenten in Plasmaätzanlagen zählen Keramikkammern, SiC-Fokusringe, SiC-Elektrostatikspannplatten, Aluminiumoxidkeramikdüsen, Gasdispersionsplatten und andere Strukturelemente.
Wichtige Eigenschaften keramischer Materialien in Plasmaätzkammern
Um dem Plasmaätzen wirksam zu widerstehen, müssen die in Keramikkammern verwendeten Keramikmaterialien die folgenden Anforderungen erfüllen:
● Hohe Reinheit mit minimalem Gehalt an Metallverunreinigungen.
● Stabile chemische Eigenschaften, besonders niedrige Reaktionsraten mit Halogenkorrosionsgasen.
● Hohe Dichte mit wenigen offenen Poren.
● Feine Korngröße und geringer Korngrenzenphasengehalt.
● Hervorragende mechanische Eigenschaften, dadurch leicht zu verarbeiten.
● Einige Komponenten erfordern zusätzliche Eigenschaften, wie etwa eine gute dielektrische Leistung, elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeleitfähigkeit.
In einer Plasmaumgebung hängt die Auswahl des geeigneten Keramikmaterials von den Arbeitsbedingungen der Kernkomponenten und den Prozessanforderungen ab, einschließlich der Beständigkeit gegen Plasmaätzen, den elektrischen Eigenschaften und der Isolierung.
Anwendung von Keramik in Kernkomponenten von Plasmaätzanlagen
1. Keramikkammern
Die Keramikkammer ist eine der kritischsten Komponenten einer Plasmaätzanlage, da sie direkten Einfluss auf die Waferkontamination, die Prozessstabilität und den Ätzertrag hat.Hochreine AluminiumoxidkeramikKammern werden aufgrund ihrer hervorragenden Plasmakorrosionsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, eine zuverlässige Plasmaimpedanz bereitzustellen, häufig verwendet. Die Herstellung großer Aluminiumkeramikkammern bringt jedoch Herausforderungen mit sich, wie Verformung, Rissbildung und Schwierigkeiten beim Erreichen hoher Dichte und Reinheit. Die Herstellung hochdichter, hochreiner Aluminiumkeramik erfordert erstklassige Rohstoffe und strenge Verarbeitungstechniken.
SiC-Fokusringe spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Ätzgleichmäßigkeit am Waferrand und bei der Gewährleistung einer sicheren Positionierung des Wafers. Diese Ringe halten die Plasmadichte aufrecht und verhindern gleichzeitig eine Kontamination rund um den Waferrand. In Kombination mit elektrostatischen SiC-Spannfuttern wird der Wafer durch elektrostatische Kräfte an Ort und Stelle gehalten.
Da SiC-Fokusringe in der Reaktionskammer in direktem Kontakt mit Plasma stehen, müssen sie eine ausgezeichnete Plasmakorrosionsbeständigkeit und ähnliche elektrische Eigenschaften wie Siliziumwafer aufweisen. Siliziumkarbid (SiC) ist aufgrund seiner Haltbarkeit und plasmabeständigen Eigenschaften das bevorzugte Material für Fokusringe. Diese Ringe werden normalerweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) hergestellt, um hochreine SiC-Fokusringe mit präzisen Abmessungen zu erhalten.
3.Elektrostatische Spannfutter (ESCs) aus SiC
Beim Plasmaätzen werden SiC-Elektrostatspannplatten (ESCs) verwendet, um die Wafer auf dem unteren Elektrodensystem zu fixieren. Ein angelegtes Hochfrequenzsignal (RF) erzeugt eine Gleichstromvorspannung auf dem Wafer und ermöglicht so präzises Plasmaätzen. ESCs regulieren außerdem die Wafertemperatur, um gleichmäßige Ätzergebnisse sicherzustellen.
Die ESC-Struktur umfasst eine dielektrische Schicht, eine Basis und eine Heizschicht. SiC-Elektrostatik-Chucks bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, minimale Wärmeausdehnung und hohe Haltbarkeit, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für die Waferhalterung macht. Aluminiumoxidkeramik und Aluminiumnitrid werden auch in einigen ESC-Designs verwendet für
ihre isolierenden Eigenschaften und ihr Wärmemanagementvermögen.
4. Fensterspiegel
Der Fensterspiegel in Plasmaätzgeräten muss eine hohe Lichtdurchlässigkeit und Ätzbeständigkeit aufweisen. Wenn die Ätzbeständigkeit unzureichend ist, kann die Spiegeloberfläche unscharf werden. Yttriumoxidkeramiken (Y₂O₃) werden für diese Anwendung aufgrund ihrer hohen optischen Transparenz und überlegenen Plasmabeständigkeit häufig verwendet.
Yttriumoxid weist jedoch schlechte Sintereigenschaften und eine geringe mechanische Festigkeit auf. Durch die Einarbeitung von Aluminiumoxid entsteht ein Yttrium-Aluminium-Granat-Verbundwerkstoff (YAG), der eine verbesserte Ätzbeständigkeit, optische Klarheit und mechanische Festigkeit bietet – und sich damit ideal als Fensterspiegelmaterial in Plasmaätzsystemen eignet.
5.Düsen aus Aluminiumoxidkeramik
Düsen aus Aluminiumoxidkeramik sind für die präzise Steuerung der Gasdurchflussraten und die gleichmäßige Verteilung der Gase in der Plasmaätzkammer unerlässlich. Diese Düsen müssen extremen Plasmaumgebungen standhalten, eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen und chemischer Korrosion durch Prozessgase und Nebenprodukte widerstehen.
Düsen aus AluminiumoxidkeramikAl₂O₃-Keramikwerden häufig aufgrund ihrer hervorragenden Isoliereigenschaften, ihrer hohen Härte und ihrer Beständigkeit gegen Plasmaschäden verwendet. In einigen FällenAluminiumnitrid (AlN)Keramik wird aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Haltbarkeit verwendet.
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