همانطور که فرآیندهای تولید تراشه به سمت گره های مهم تر پیش می روند، الزامات عملکرد برای مواد تجهیزات نیمه هادی به طور مداوم در حال افزایش است. در زمینه تجهیزات حکاکی، یک تغییر ظریف در حال رخ دادن است: مواد آلومینا (Al2O3) که به طور گسترده استفاده میشوند، به تدریج با ایتریا (Y2O3) جایگزین میشوند.
این ارتقا یک جایگزین ساده مواد نیست، بلکه نتیجه اجتناب ناپذیر تقاضاهای بالاتر برای تمیزی، پایداری و طول عمر تجهیزات است که توسط فرآیندهای پیشرفته تحمیل شده است. بنابراین، آلومینا با چه چالشهایی مواجه است و چه مزایایی ytria را به انتخاب جدید تبدیل میکند؟
چرا مواد سرامیکی در تجهیزات اچینگ ضروری هستند؟
حکاکی خشک یکی از حیاتی ترین فرآیندها در تولید تراشه است. محفظه اچ معمولاً با گازهای واکنشی مانند CF4، SF6، Cl2 و HBr پر می شود که یک محیط پلاسمایی بسیار فعال را تحت یک میدان الکتریکی فرکانس رادیویی تشکیل می دهند.
در طول این فرآیند، یونهای پرانرژی بهطور پیوسته دیوارههای محفظه و سطوح اجزا را بمباران میکنند که با خوردگی شیمیایی پیچیده و شوک حرارتی همراه است. برای اجزایی مانند آستر محفظه، سر دوش، حلقههای فوکوس و پنجرهها، این ماده نه تنها باید مقاومت عالی در برابر خوردگی و فرسایش از خود نشان دهد، بلکه انتشار ذرات و آلودگی را نیز به حداقل برساند.
دلیل آن ساده است: اگر ذره ای روی سطح ویفر بیفتد، می تواند باعث نقص شود یا حتی کل ویفر را از بین ببرد. همانطور که گره های فرآیند کوچکتر می شوند، الزامات تمیزی برای مواد تجهیزات به طور فزاینده ای سخت تر می شوند.
محدودیت های آلومینا چیست؟
آلومینا به لطف فناوری بالغ، هزینه کم و خواص مکانیکی خوب، مدتهاست که ماده سرامیکی غالب در تجهیزات نیمهرسانا بوده است. با این حال، با پیشروی فرآیندها به سمت گره های بحرانی تر، محدودیت های آلومینا در محیط های پلاسما آشکار می شود.
در پلاسمای حاوی فلوئور، آلومینا با گونههای فلوئور فعال واکنش میدهد تا فلوراید آلومینیوم (AlF3) و سایر محصولات را تشکیل دهد. این واکنشها توسط محصولات میتوانند رسوب کنند، پوسته پوسته شوند و به منابع آلودگی ذرات تبدیل شوند. در همین حال، خود آلومینا به تدریج تحت بمباران پلاسما درازمدت فرسایش مییابد و طول عمر قطعه را کوتاه میکند.
برای گره های فرآیند بالغ، چنین مسائلی را معمولاً می توان با کوتاه کردن فواصل نگهداری کنترل کرد. با این حال، با کوچک شدن ابعاد بحرانی دستگاه، تحمل آلودگی ذرات و فلز به طور قابل توجهی کاهش مییابد و آلایندههای ردیابی آزاد شده از مواد محفظه میتوانند بر عملکرد محصول تأثیر بگذارند.
چرا ایتریا در حال جلب لطف است؟
در میان بسیاری از مواد نامزد، ایتریا به تدریج برجسته شده است. در مقایسه با آلومینا، ایتریا پایداری شیمیایی بهتری در پلاسماهای مبتنی بر هالوژن- ارائه میکند. هنگامی که با پلاسماهای حاوی فلوئور{3}} واکنش می دهد، لایه ایتریوم فلوراید (YF3) حاصل کاملاً پایدار است و می تواند یک پوشش محافظ ایجاد کند که خوردگی بیشتر را کند می کند.
علاوه بر این، ایتریا به طور معمول نرخ اچ پلاسما کمتری را نشان می دهد. مطالعات و کاربردهای صنعتی نشان می دهد که در شرایط یکسان، نرخ فرسایش ایتریا به طور قابل توجهی کمتر از آلومینا است و به طور موثر طول عمر قطعه را افزایش می دهد و فرکانس تعمیر و نگهداری تجهیزات و زمان خرابی را کاهش می دهد.
علاوه بر این، ایتریا پایداری ساختاری خوبی را در دماهای بالا حفظ میکند و به آسانی تحت{0} چرخه حرارتی طولانیمدت، که برای کنترل آلودگی ذرات نیز مهم است، ترک نمیخورد یا پاره نمیشود.
از پوششها تا سرامیکهای حجیم: دو مسیر کاربردی برای ایتریا
در حال حاضر، دو مسیر فنی اصلی برای اعمال ایتریا در تجهیزات نیمه هادی وجود دارد. از منظر توسعه صنعتی، این مسیرها متقابل نیستند. آنها با سناریوهای مختلف برنامه و الزامات هزینه مطابقت دارند.
(1) پوشش های ایتریا:لایه ایتریا بر روی یک آلیاژ آلومینیوم یا بستر سرامیکی آلومینا با فرآیندهایی مانند پاشش پلاسما رسوب می کند و در نتیجه مقاومت پلاسمایی قطعه را بهبود می بخشد. این رویکرد نسبتاً بالغ است، میتواند برای قطعات پیچیده-شکل اعمال شود، و هزینههای قابل مدیریتی دارد، که امروزه آن را به پرکاربردترین شکل تبدیل کرده است. قطعاتی مانند آسترهای محفظه ای، سر دوش ها و بافل ها اغلب با چنین پوشش هایی درمان می شوند.
(2) سرامیک های فله ایتریا:پودر ایتریا با خلوص بالا مستقیماً برای تولید اجزای سرامیکی بدون تکیه بر مواد زیرلایه دیگر زینتر می شود. در مقایسه با پوششها، سرامیکهای ایتریای حجیم ریزساختار یکنواختتر و مقاومت پلاسمایی بالاتری ارائه میکنند، اما دشواری پخت، پیچیدگی پردازش و هزینه ساخت بهطور قابلتوجهی بالاتر است.
تولید داخلی ایتریا هنوز با چالش های متعددی روبروست
اگرچه مزایای ایتریا به طور گسترده ای شناخته شده است، صنعتی شدن آن با موانع زیادی روبرو است. برای کاربردهای اسپری، پودر ایتریا با خلوص بالا- ماده خام اصلی است. این محصول باید به خلوص بسیار بالا، توزیع اندازه ذرات پایدار، کروییت خوب و کیفیت دسته ای ثابت دست یابد تا نیازهای تغذیه و ذوب پودر برای پاشش حرارتی را برآورده کند.
در عین حال، کنترل پارامترهای پاشش، تخلخل پوشش، بهینه سازی استحکام باند، و فرآیندهای تکمیل سطح بعدی به طور مستقیم بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می گذارد.
در زمینه سرامیک های ایتریا حجیم، از آنجایی که مواد به خودی خود پخت سخت و ماشینکاری گران است، نیازهای بیشتری برای آماده سازی پودر، شکل دهی، تف جوشی و قابلیت های پردازش دقیق وجود دارد.