Keramik SiC: Bahan yang Sangat Diperlukan untuk Komponen Presisi Tinggi dalam Manufaktur Semikonduktor

SiC memiliki kombinasi unik dari sifat-sifat yang diinginkan, termasuk kepadatan tinggi, konduktivitas termal tinggi, kekuatan lentur tinggi, modulus elastisitas tinggi, ketahanan korosi yang kuat, dan stabilitas suhu tinggi yang sangat baik. Ketahanannya terhadap deformasi tegangan lentur dan regangan termal membuatnya sangat cocok untuk lingkungan yang keras, korosif, dan bersuhu sangat tinggi yang ditemui dalam proses manufaktur penting seperti epitaksi wafer dan etsa. Akibatnya, SiC telah menemukan aplikasi luas dalam berbagai tahap manufaktur semikonduktor, termasuk penggilingan dan pemolesan, pemrosesan termal (anil, oksidasi, difusi), litografi, deposisi, etsa, dan implantasi ion.

1. Penggilingan dan Pemolesan: Susceptor Penggilingan SiC

Setelah pemotongan ingot, wafer sering kali menunjukkan tepian yang tajam, gerinda, terkelupas, retakan mikro, dan ketidaksempurnaan lainnya. Untuk mencegah cacat ini mengganggu kekuatan wafer, kualitas permukaan, dan langkah pemrosesan selanjutnya, digunakan proses penggilingan. Penggilingan menghaluskan tepi wafer, mengurangi variasi ketebalan, meningkatkan paralelisme permukaan, dan menghilangkan kerusakan yang disebabkan oleh proses pengirisan. Penggilingan dua sisi menggunakan pelat gerinda adalah metode yang paling umum, dengan kemajuan berkelanjutan dalam bahan pelat, tekanan gerinda, dan kecepatan putaran yang terus meningkatkan kualitas wafer.

Mekanisme Penggilingan Dua Sisi

Secara tradisional, pelat gerinda terutama terbuat dari besi tuang atau baja karbon. Namun, bahan-bahan ini memiliki masa hidup yang pendek, koefisien ekspansi termal yang tinggi, dan kerentanan terhadap keausan dan deformasi termal, terutama selama penggilingan atau pemolesan berkecepatan tinggi, sehingga sulit untuk mencapai kerataan dan paralelisme wafer yang konsisten. Munculnya pelat gerinda keramik SiC, dengan kekerasannya yang luar biasa, tingkat keausan yang rendah, dan koefisien muai panas yang sangat mirip dengan silikon, telah menyebabkan penggantian besi tuang dan baja karbon secara bertahap. Sifat-sifat ini menjadikan pelat gerinda SiC sangat menguntungkan untuk proses penggilingan dan pemolesan berkecepatan tinggi.

2. Pemrosesan Termal: Pembawa Wafer SiC dan Komponen Ruang Reaksi

Langkah-langkah pemrosesan termal seperti oksidasi, difusi, anil, dan paduan merupakan bagian integral dari fabrikasi wafer. Komponen keramik SiC sangat penting dalam proses ini, terutama sebagai pembawa wafer untuk transportasi antar tahap pemrosesan dan sebagai komponen dalam ruang reaksi peralatan pemrosesan termal.

(1)Efektor Ujung Keramik (Lengan):

Selama produksi wafer silikon, pemrosesan suhu tinggi sering kali diperlukan. Lengan mekanis yang dilengkapi dengan efektor akhir khusus biasanya digunakan untuk mengangkut, menangani, dan memposisikan wafer semikonduktor. Senjata-senjata ini harus beroperasi di lingkungan ruang bersih, sering kali dalam kondisi vakum, suhu tinggi, dan lingkungan gas korosif, yang menuntut kekuatan mekanik tinggi, ketahanan terhadap korosi, stabilitas suhu tinggi, ketahanan aus, kekerasan, dan insulasi listrik. Meskipun lebih mahal dan sulit untuk diproduksi, lengan keramik SiC mengungguli alternatif alumina dalam memenuhi persyaratan ketat ini.

Efektor Akhir Keramik Semicorex SiC

(2) Komponen Ruang Reaksi:

Peralatan pemrosesan termal, seperti tungku oksidasi (horizontal dan vertikal) dan sistem Pemrosesan Termal Cepat (RTP), beroperasi pada suhu tinggi, sehingga memerlukan material berkinerja tinggi untuk komponen internalnya. Komponen SiC sinter dengan kemurnian tinggi, dengan kekuatan, kekerasan, modulus elastisitas, kekakuan, konduktivitas termal, dan koefisien muai panas yang rendah, sangat diperlukan untuk membangun ruang reaksi sistem ini. Komponen utamanya meliputi perahu vertikal, tiang penyangga, tabung pelapis, ban dalam, dan pelat penyekat.

Komponen Ruang Reaksi

3. Litografi: Tahapan SiC dan Cermin Keramik

Litografi, sebuah langkah penting dalam pembuatan semikonduktor, menggunakan sistem optik untuk memfokuskan dan memproyeksikan cahaya ke permukaan wafer, mentransfer pola sirkuit untuk pengetsaan selanjutnya. Ketepatan proses ini secara langsung menentukan kinerja dan hasil sirkuit terpadu. Sebagai salah satu peralatan tercanggih dalam pembuatan chip, mesin litografi terdiri dari ratusan ribu komponen. Untuk menjamin kinerja dan presisi sirkuit, persyaratan ketat diberlakukan pada keakuratan elemen optik dan komponen mekanis dalam sistem litografi. Keramik SiC memainkan peran penting dalam bidang ini, terutama pada tahap wafer dan cermin keramik.

Arsitektur Sistem Litografi

(1)Tahapan Wafer:

Tahapan litografi bertanggung jawab untuk menahan wafer dan melakukan gerakan yang tepat selama pemaparan. Sebelum setiap pemaparan, wafer dan panggung harus disejajarkan dengan presisi nanometer, diikuti dengan penyelarasan antara masker foto dan panggung untuk memastikan transfer pola yang akurat. Hal ini memerlukan kontrol otomatis berkecepatan tinggi, halus, dan sangat presisi dengan akurasi tingkat nanometer. Untuk memenuhi tuntutan ini, tahapan litografi sering kali menggunakan keramik SiC ringan dengan stabilitas dimensi yang luar biasa, koefisien muai panas yang rendah, dan ketahanan terhadap deformasi. Hal ini meminimalkan inersia, mengurangi beban motor, dan meningkatkan efisiensi gerakan, akurasi posisi, dan stabilitas.

(2)Cermin Keramik:

Kontrol gerakan yang tersinkronisasi antara tahap wafer dan tahap reticle sangat penting dalam litografi, yang secara langsung berdampak pada keakuratan dan hasil proses secara keseluruhan. Cermin panggung merupakan komponen integral dari pemindaian panggung dan sistem pengukuran umpan balik posisi. Sistem ini menggunakan interferometer untuk memancarkan sinar pengukuran yang dipantulkan dari cermin panggung. Dengan menganalisis sinar pantulan menggunakan prinsip Doppler, sistem menghitung perubahan posisi panggung secara real-time, memberikan umpan balik ke sistem kontrol gerak untuk memastikan sinkronisasi yang tepat antara tahap wafer dan tahap reticle. Meskipun keramik SiC yang ringan cocok untuk aplikasi ini, pembuatan komponen rumit tersebut menghadirkan tantangan yang signifikan. Saat ini, produsen peralatan sirkuit terpadu arus utama terutama menggunakan keramik kaca atau cordierite untuk tujuan ini. Namun, dengan kemajuan dalam ilmu material dan teknik manufaktur, para peneliti di China Building Materials Academy telah berhasil membuat cermin keramik SiC berukuran besar, berbentuk kompleks, ringan, tertutup sepenuhnya, serta komponen optik fungsional struktural lainnya untuk aplikasi litografi.

(3)Film Tipis Masker Foto:

Photomask, juga dikenal sebagai reticle, digunakan untuk mentransmisikan cahaya secara selektif dan membuat pola pada bahan fotosensitif. Namun, iradiasi cahaya EUV dapat menyebabkan pemanasan yang signifikan pada masker foto, berpotensi mencapai suhu antara 600 dan 1000 derajat Celcius, yang menyebabkan kerusakan termal. Untuk mengurangi hal ini, film tipis SiC sering diendapkan pada photomask untuk meningkatkan stabilitas termal dan mencegah degradasi.

4. Etsa dan Deposisi Plasma: Cincin Fokus dan Komponen Lainnya

Dalam manufaktur semikonduktor, proses etsa menggunakan plasma yang dihasilkan dari gas terionisasi (misalnya gas yang mengandung fluor) untuk secara selektif menghilangkan material yang tidak diinginkan dari permukaan wafer, meninggalkan pola sirkuit yang diinginkan. Deposisi film tipis, sebaliknya, melibatkan pengendapan bahan isolasi di antara lapisan logam untuk membentuk lapisan dielektrik, mirip dengan proses etsa terbalik. Kedua proses tersebut menggunakan teknologi plasma, yang dapat bersifat korosif terhadap komponen ruang. Oleh karena itu, komponen ini memerlukan ketahanan plasma yang sangat baik, reaktivitas yang rendah dengan gas yang mengandung fluor, dan konduktivitas listrik yang rendah.

Secara tradisional, komponen peralatan etsa dan deposisi, seperti cincin fokus, dibuat menggunakan bahan seperti silikon atau kuarsa. Namun, dorongan tanpa henti menuju miniaturisasi sirkuit terpadu (IC) telah secara signifikan meningkatkan permintaan dan pentingnya proses pengetsaan yang sangat presisi. Miniaturisasi ini memerlukan penggunaan plasma berenergi tinggi untuk pengetsaan skala mikro yang akurat guna mencapai ukuran fitur yang lebih kecil dan struktur perangkat yang semakin kompleks.

Menanggapi permintaan ini, silikon karbida (SiC) Deposisi Uap Kimia (CVD) telah muncul sebagai bahan pilihan untuk pelapis dan komponen dalam peralatan etsa dan deposisi. Sifat fisik dan kimianya yang unggul, termasuk kemurnian dan keseragaman yang tinggi, menjadikannya sangat cocok untuk aplikasi yang menuntut ini. Saat ini, komponen CVD SiC pada peralatan etsa meliputi cincin fokus, pancuran gas, pelat, dan cincin tepi. Dalam peralatan pengendapan, CVD SiC digunakan untuk tutup ruang, pelapis, dan suseptor grafit berlapis SiC.

Cincin Fokus dan Susceptor Grafit Berlapis SiC

Rendahnya reaktivitas CVD SiC dengan gas etsa berbasis klorin dan fluor, ditambah dengan konduktivitas listriknya yang rendah, menjadikannya bahan yang ideal untuk komponen seperti cincin fokus pada peralatan etsa plasma. Cincin fokus, yang diposisikan di sekitar pinggiran wafer, merupakan komponen penting yang memfokuskan plasma ke permukaan wafer dengan memberikan tegangan pada cincin, sehingga meningkatkan keseragaman pemrosesan.

Seiring kemajuan miniaturisasi IC, kebutuhan daya dan energi plasma etsa terus meningkat, khususnya pada peralatan etsa Capacitively Coupled Plasma (CCP). Akibatnya, penerapan cincin fokus berbasis SiC meningkat pesat karena kemampuannya menahan lingkungan plasma yang semakin agresif ini.**

Semicorex, sebagai produsen dan pemasok berpengalaman, menyediakan Bahan Grafit dan Keramik Khusus untuk industri Semikonduktor dan Fotovoltaik. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com