Anwendung von Hochleistungskeramikkomponenten in Halbleiterfertigungsprozessen
Halbleiterchips bilden das Herzstück elektronischer Produkte und finden in verschiedensten Bereichen breite Anwendung. In der Halbleiterfertigung spielen Präzisionskeramikbauteile eine wichtige Rolle in Schlüsselprozessen wie Lithografie, Ätzen, Abscheidung, chemisch-mechanischem Polieren (CMP), Ionenimplantation und Drahtbonden. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die spezifischen Anwendungen und Vorteile von Hochleistungskeramikbauteilen in diesen Prozessen.
Anwendungen in Halbleiter mFertigungsprozesse
| Materialien | Anwendungen |
| Aluminiumoxid (Al2O3) | psst! Hohlraumkomponenten der Halbleiterfertigung Pssst! Polierplatten und Plattformen >wafer-Halter >Isolierflansche >Endeffektoren |
| Siliciumcarbid (SiC) | >XY-Plattformen und -Basen psst, Fokussierungsringe Pssst, Polierplatten psstWaferhalter psst! Saugnäpfe >Endeffektoren >ofenrohre >bootförmiger Träger >Auslegerpaddel |
| Aluminiumnitrid (AlN) | >Chip-Heizelemente ssshhelektrostatische Klemmen |
| Siliziumnitrid (Si3N4) | sssthhHalbleiter-Ausrüstungsplattformen >Bearings |
Die Photolithographie ist ein grundlegendes Verfahren in der Halbleiterfertigung, bei dem lichtempfindliche Materialien zum Einsatz kommen.
Durch das Aufbringen eines Resists werden ätzbeständige Strukturen auf die bearbeitete Oberfläche erzeugt. Dieser Prozess erfordert hocheffiziente, präzise und stabile Bewegungssteuerungs- und Antriebstechnologien und stellt hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Materialeigenschaften der Bauteile.
SiliziumkarbidkeramikSiliziumkarbid ist bekannt für seinen hohen Elastizitätsmodul und seine Steifigkeit, seine Widerstandsfähigkeit gegen Verformung, seine hohe Wärmeleitfähigkeit und seinen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es handelt sich um hervorragende Strukturwerkstoffe, die in Schlüsselkomponenten für die Herstellung integrierter Schaltungen eingesetzt werden, wie z. B. Siliziumkarbid-Tische, Führungsschienen, Spiegel, Keramikspannfutter und Endeffektoren.
<Radierungpsst
Das Ätzen ist ein entscheidender Schritt in der Halbleiterfertigung. Während des Ätzprozesses in Plasmaätzanlagen findet der Prozess statt.
Die Kammer und ihre internen Komponenten sind durch den Beschuss mit hochenergetischem Plasma starker Korrosion ausgesetzt. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer der Komponenten, sondern führt auch zur Bildung flüchtiger Reaktionsnebenprodukte und Verunreinigungspartikel in der Kammer, was deren Reinheit beeinträchtigt.
Hochleistungskeramiken mit guter Korrosionsbeständigkeit werden in Waferbearbeitungsanlagen häufig als plasmabeständige Ätzmaterialien eingesetzt. Hochreine Aluminiumoxidbeschichtungen oder Aluminiumoxidkeramiken dienen üblicherweise als Schutzmaterialien für Ätzkammern und interne Komponenten. Zu den in Plasmaätzanlagen verwendeten Präzisionskeramikkomponenten zählen Fenster, Sichtfenster, Gasverteilerplatten, Düsen, Isolierringe, Abdeckplatten, Fokussierringe und elektrostatische Spannfutter.
<Ablagerungpsst
Die Abscheidung ist ein Nachbearbeitungsprozess nach dem Ätzen und ein Kernprozess in der Chipherstellung, bekannt als Dünnschichtabscheidung. Dünnschichten werden zur Herstellung leitfähiger oder isolierender Schichten, Antireflexbeschichtungen und temporärer Ätzstopps verwendet. Unterschiedliche Materialien werden für unterschiedliche Funktionen eingesetzt, was spezifische Prozesse und Anlagen erfordert. Abscheidungsprozesse lassen sich in physikalische Prozesse (PVD) und chemische Prozesse (CVD) unterteilen.
Ähnlich wie beim Ätzen besteht auch bei Dünnschichtabscheidungsverfahren mit Plasmatechnologie die Gefahr der Korrosion von Kammer und Komponenten. Daher werden Hochleistungskeramiken als Werkstoffe für kritische Verbrauchsmaterialien in Abscheidungsanlagen eingesetzt, darunter Kammerdeckel, Kammerauskleidungen, Abscheidungsringe, elektrostatische Spannfutter, Heizelemente, galvanische Isolatoren und Vakuumbrecherfilter.
<Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)psst
CMP ist eine Schlüsseltechnologie in der Halbleiterfertigung, insbesondere bei Strukturgrößen unter 0,35 µm, da sie die Planarisierung ermöglicht und die Ausbeute nachfolgender Prozesse beeinflusst. CMP kombiniert mechanische Reibung mit chemischem Ätzen. Das Funktionsprinzip von CMP-Anlagen führt zu langfristiger Reibung und Korrosion, was Verschleiß an wichtigen Verbrauchsmaterialien wie Poliertischen, Polierpads, Handhabungsarmen und Vakuumsaugern verursacht.
Aluminiumoxid- und Siliciumcarbidkeramiken weisen Eigenschaften wie hohe Dichte, hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit, gute Hitzebeständigkeit, ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Isolationseigenschaften bei hohen Temperaturen auf. Diese Eigenschaften machen sie zu idealen Werkstoffen für kritische Verbrauchsmaterialien in CMP-Anlagen.
<Ionenimplantationpsst
Die Ionenimplantation ist ein gängiges Dotierungsverfahren in der Halbleiterfertigung. Sie dient dazu, Verunreinigungen in aktive Bereiche, Substrate und Gate-Bereiche einzubringen und so die Leitfähigkeit zu erhöhen. Bei der Ionenimplantation werden Ionen aus einer Ionenquelle beschleunigt und auf die Waferoberfläche gerichtet. Lager, Vakuumsaugnapf, elektrostatische Spannfutter und andere keramische Präzisionsbauteile werden häufig in Ionenimplantationsprozessen eingesetzt.
<Drahtbondenpsst
Das Drahtbonden ist ein primäres Verfahren in der Halbleiterfertigung, um elektrische Verbindungen zwischen Chips und Substraten herzustellen. Keramische Klingen sind dabei unverzichtbare Werkzeuge.
Beim Drahtbonden kommt es aufgrund des hohen Volumens an Drahtbondvorgängen in einer voll ausgelasteten Drahtbondmaschine zu einem erheblichen Verschleiß der Keramikklingen. Aktuell wird hauptsächlich Aluminiumoxid für Keramikklingen verwendet. Einige Hersteller fügen Zirkonoxid hinzu, um eine gleichmäßigere und dichtere Mikrostruktur zu erzielen. Dadurch erhöht sich die Dichte auf 4,3 g/cm³, und die Häufigkeit des Verschleißes und des Austauschs der Klingenspitzen beim Drahtbonden wird reduziert.
Neben den bereits erwähnten Anwendungen werden Präzisionskeramikbauteile auch in Halbleiteranlagen für Prozesse wie Oxidation, Diffusion und Temperung in Wafer-Wärmebehandlungseinrichtungen eingesetzt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Anwendung von Präzisionskeramik in Halbleiteranlagen unsere Vorstellungskraft weit übersteigt und sie in zahlreichen Prozessen eine entscheidende Rolle spielt.
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