Siliziumkarbidkeramik: Präzisionskomponenten, die für Halbleiterprozesse unerlässlich sind (Teil 2)
Lithographieprozess
• Siliziumkarbid-Waferfutter, quadratischer Keramikspiegel, Fotomaskenfilme
SiC-Wafer-Chuck, quadratischer Keramikspiegel, Fotomaskenfilme Lithographie konzentriert sich hauptsächlich auf die Belichtung von Schaltkreismustern auf Siliziumwafern mithilfe optischer Systeme. Die Präzision dieses Prozesses wirkt sich direkt auf die Leistung und Ausbeute integrierter Schaltkreise aus. Als eines der Spitzengeräte in der Chipherstellung enthalten Lithografiemaschinen bis zu Hunderttausende Komponenten. Sowohl die optischen Elemente als auch die Komponenten innerhalb des Lithographiesystems erfordern höchste Präzision, um die Leistung und Genauigkeit der Schaltung sicherzustellen. SiC-Keramik finden Anwendung in Wafer-Chucks und quadratischen Keramikspiegeln.
Struktur einer Lithographiemaschine
Waffelfutter
Der Wafer-Chuck in Lithografiemaschinen trägt und bewegt Wafer während der Belichtung. Eine präzise Ausrichtung zwischen Wafer und Spannvorrichtung ist für die genaue Reproduktion von Mustern auf der Waferoberfläche unerlässlich. SiC-Wafer-Chucks, die für ihr geringes Gewicht, ihre hohe Dimensionsstabilität und ihre niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bekannt sind, reduzieren Trägheitslasten und verbessern die Bewegungseffizienz, Positionierungsgenauigkeit und Stabilität.
Quadratischer Keramikspiegel
Die Synchronisierung der Bewegung zwischen Wafer-Chuck und Maskentisch ist in Lithografiemaschinen von entscheidender Bedeutung und hat direkten Einfluss auf die Präzision und Ausbeute der Lithografie. Der quadratische Spiegel, ein entscheidender Teil des Feedback-Messsystems für das Scannen und Positionieren des Wafer-Chucks, erfordert leichte Materialien mit hohen Anforderungen. Obwohl SiC-Keramik über die gewünschten Leichtbaueigenschaften verfügt, ist die Herstellung solcher Komponenten eine Herausforderung. Derzeit verwenden führende internationale Hersteller von Geräten für integrierte Schaltkreise überwiegend Materialien wie Quarzglas und Cordierit.
Fortschritte in der Technologie haben chinesische Experten jedoch dazu veranlasst, große, komplex geformte, äußerst leichte, vollständig geschlossene quadratische SiC-Keramikspiegel und andere funktionale optische Komponenten für Lithografiemaschinen herzustellen. Fotomaskenfilme Fotomasken, auch Retikel genannt, Sie lassen Licht durch Masken hindurch, um Muster auf lichtempfindlichen Materialien zu erzeugen. Wenn jedoch EUV-Licht auf Fotomasken trifft, wird Wärme abgegeben, die die Temperaturen auf 600 bis 1.000 Grad Celsius ansteigen lässt und möglicherweise thermische Schäden verursacht. Daher wird typischerweise eine Schicht aus SiC-Film auf Fotomasken abgeschieden. Viele ausländische Unternehmen, wie zum Beispiel ASML, liefern inzwischen Folien mit einer Durchlässigkeit von über 90 %, um die Reinigung und Inspektion während der Verwendung von Fotomasken zu reduzieren und so die Effizienz und Produktausbeute von EUV-Lithographiemaschinen zu steigern.
Plasmaätzen und -abscheidung
Die Fotomaske, auch Retikel genannt, dient in erster Linie dazu, Licht durch eine Maske zu übertragen und Muster auf lichtempfindlichen Materialien zu bilden. Wenn jedoch EUV-Licht (extremes Ultraviolett) auf die Fotomaske trifft, gibt sie Wärme ab, wodurch die Temperatur auf 600 bis 1.000 Grad Celsius ansteigt und möglicherweise thermische Schäden verursacht. Daher ist es üblich, eine Schicht aus Siliziumkarbid (SiC) auf die Fotomaske aufzutragen, um dieses Problem zu mildern. Derzeit haben viele ausländische Unternehmen, wie beispielsweise ASML, damit begonnen, Folien mit einer Transparenz von über 90 % zu liefern, um den Reinigungs- und Inspektionsbedarf bei der Verwendung von Fotomasken zu reduzieren und so die Effizienz und Produktausbeute von EUV-Lithographiemaschinen zu verbessern.
Plasmaätzen und -abscheidung
• Fokusringe und andere
Bei der Halbleiterherstellung verwendet der Ätzprozess flüssige oder gasförmige Ätzmittel (z. B. fluorhaltige Gase), die in Plasma ionisiert werden, um Wafer zu bombardieren und unerwünschte Materialien selektiv zu entfernen, bis die gewünschten Schaltkreismuster auf der Waferoberfläche verbleiben. Umgekehrt ähnelt die Filmabscheidung der Umkehrung des Ätzens und nutzt Abscheidungsverfahren, um isolierende Materialien zwischen Metallschichten zu schichten und so dünne Filme zu bilden. Da bei beiden Prozessen Plasmatechnologie zum Einsatz kommt, sind sie anfällig für korrosive Auswirkungen auf Kammer und Komponenten. Daher erfordern Komponenten im Inneren der Ausrüstung eine gute Plasmabeständigkeit, eine geringe Reaktivität gegenüber Fluorätzgasen und eine geringe Leitfähigkeit.
Herkömmliche Komponenten von Ätz- und Abscheidungsgeräten (z. B. Fokusringe) werden typischerweise aus Materialien wie Silizium oder Quarz hergestellt. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung integrierter Schaltkreise nehmen jedoch die Nachfrage und Bedeutung von Ätzprozessen in der IC-Herstellung weiter zu. Für das präzise Ätzen von Siliziumwafern auf mikroskopischer Ebene ist hochenergetisches Plasma erforderlich, das kleinere Linienbreiten und komplexere Gerätestrukturen ermöglicht. Infolgedessen hat sich Siliziumkarbid (SiC) für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und chemischen Eigenschaften, seiner hohen Reinheit und Gleichmäßigkeit nach und nach zum bevorzugten Beschichtungsmaterial für Ätz- und Abscheidungsgeräte entwickelt. Zu den CVD-Siliziumkarbid-Komponenten in Ätzgeräten gehören derzeit Fokusringe, Gasduschköpfe, Tabletts und Kantenringe. Bei der Abscheidungsausrüstung gibt es Kammerdeckel, Kammerauskleidungen und SiC-beschichtete Graphitgrundplatten.
Fokusringe, SiC-beschichtete Graphitgrundplatten
Aufgrund der geringen Reaktivität und Leitfähigkeit von CVD-Siliziumkarbid gegenüber Chlor- und Fluor-Ätzgasen ist es das ideale Material für Komponenten wie Fokusringe in Plasmaätzgeräten geworden. Zu den CVD-Siliziumkarbid-Komponenten in Ätzgeräten gehören Fokusringe, Gasduschköpfe, Tabletts, Kantenringe und mehr. Nehmen wir zum Beispiel Fokusringe: Hierbei handelt es sich um entscheidende Komponenten, die außerhalb des Wafers platziert sind und direkt mit diesem in Kontakt stehen. Durch Anlegen einer Spannung an den Ring wird das durch den Ring strömende Plasma auf den Wafer fokussiert, wodurch die Gleichmäßigkeit der Verarbeitung verbessert wird. Traditionell bestanden Fokusringe aus Silizium oder Quarz. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung integrierter Schaltkreise nehmen jedoch die Nachfrage und Bedeutung von Ätzprozessen in der IC-Herstellung weiter zu. Der Leistungs- und Energiebedarf beim Plasmaätzen steigt weiter, insbesondere bei Ätzanlagen mit kapazitiv gekoppeltem Plasma (CCP), bei denen eine höhere Plasmaenergie benötigt wird. Daher werden immer häufiger Fokusringe aus Siliziumkarbid-Material eingesetzt.
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