Componentes cerámicos clave en equipos de grabado de plasma: cámaras de cerámica, anillos de enfoque de SiC y más
La tecnología de grabado por plasma es un proceso indispensable en la fabricación de circuitos integrados de escala ultragrande. A medida que el tamaño de los transistores semiconductores disminuye drásticamente y la energía del plasma halógeno aumenta, la contaminación de las obleas se ha convertido en un problema más acuciante. En el procesamiento de obleas, en condiciones de plasma de alta densidad, los materiales utilizados dentro de las cámaras de cerámica de los equipos de grabado por plasma deben soportar una corrosión por plasma extrema. Las tecnologías de grabado de próxima generación requieren materiales más resistentes y confiables para abordar desafíos como la corrosión por plasma, la generación de partículas, la contaminación por metales y la descomposición del oxígeno.
La cerámica como material clave para los componentes de los equipos de grabado por plasma
En comparación con los materiales orgánicos y metálicos, los materiales cerámicos ofrecen propiedades mecánicas superiores, resistencia a la corrosión química y altas temperaturas de trabajo. Como resultado, la cerámica se ha convertido en el material principal para la fabricación de componentes clave en equipos de procesamiento de obleas de semiconductores. En los equipos de grabado por plasma, los componentes cerámicos esenciales incluyen cámaras de cerámica, anillos de enfoque de SiC, mandriles electrostáticos de SiC, boquillas de cerámica de alúmina, placas de dispersión de gas y otros elementos estructurales.
Características principales de los materiales cerámicos en cámaras de grabado por plasma
Para resistir eficazmente el grabado de plasma, los materiales cerámicos utilizados en las cámaras de cerámica deben cumplir los siguientes requisitos:
● Alta pureza con mínimo contenido de impurezas metálicas.
● Propiedades químicas estables, particularmente tasas de reacción bajas con gases de corrosión halógenos.
● Alta densidad con pocos poros abiertos.
● Tamaño de grano fino y bajo contenido de fase límite de grano.
● Excelentes propiedades mecánicas, lo que las hace fáciles de procesar.
● Algunos componentes requieren propiedades adicionales, como buen rendimiento dieléctrico, conductividad eléctrica o conductividad térmica.
En un entorno de plasma, la selección del material cerámico adecuado depende de las condiciones de trabajo de los componentes centrales y de los requisitos del proceso, incluida la resistencia al grabado del plasma, las propiedades eléctricas y el aislamiento.
Aplicación de cerámica en componentes básicos de equipos de grabado por plasma
1. Cámaras de cerámica
La cámara de cerámica es uno de los componentes más críticos del equipo de grabado de plasma, ya que influye directamente en la contaminación de las obleas, la estabilidad del proceso y el rendimiento del grabado.Cerámica de alúmina de alta purezaLas cámaras de alúmina se utilizan ampliamente debido a su excelente resistencia a la corrosión del plasma y su capacidad para proporcionar una impedancia de plasma confiable. Sin embargo, la fabricación de cámaras de cerámica de alúmina de gran tamaño presenta desafíos como deformación, agrietamiento y dificultades para lograr alta densidad y pureza. La producción de cerámica de alúmina de alta densidad y alta pureza requiere materias primas de primera calidad y técnicas de procesamiento rigurosas.
Los anillos de enfoque de SiC desempeñan un papel fundamental para mejorar la uniformidad del grabado en el borde de la oblea y garantizar que esta permanezca en una posición segura. Estos anillos mantienen la densidad del plasma y evitan la contaminación alrededor del perímetro de la oblea. Cuando se combinan con mandriles electrostáticos de SiC, la oblea se mantiene en su lugar mediante fuerzas electrostáticas.
Dado que los anillos de enfoque de SiC están en contacto directo con el plasma dentro de la cámara de reacción, deben tener una excelente resistencia a la corrosión del plasma y propiedades eléctricas similares a las de las obleas de silicio. El carburo de silicio (SiC) es el material preferido para los anillos de enfoque debido a su durabilidad y propiedades resistentes al plasma. Estos anillos se fabrican normalmente mediante deposición química de vapor (CVD) para lograr anillos de enfoque de SiC de alta pureza con dimensiones precisas.
3.Mandriles electrostáticos de SiC (ESC)
Durante el grabado con plasma, se utilizan mandriles electrostáticos de SiC (ESC) para fijar las obleas en su lugar en el sistema de electrodos inferior. Una señal de radiofrecuencia (RF) aplicada genera una polarización de CC en la oblea, lo que permite un grabado con plasma preciso. Los ESC también regulan la temperatura de la oblea para garantizar resultados de grabado uniformes.
La estructura del ESC incluye una capa dieléctrica, una base y una capa de calentamiento. Los mandriles electrostáticos de SiC ofrecen una conductividad térmica superior, una expansión térmica mínima y una alta durabilidad, lo que los convierte en una excelente opción para sujetar obleas. La cerámica de alúmina y el nitruro de aluminio también se utilizan en algunos diseños de ESC para
sus propiedades aislantes y capacidades de gestión del calor.
4. Espejos de ventana
El espejo de la ventana en el equipo de grabado de plasma debe mantener una alta transmitancia de luz y resistencia al grabado. Cuando la resistencia al grabado es inadecuada, la superficie del espejo puede volverse borrosa. Las cerámicas de óxido de itrio (Y₂O₃) se utilizan ampliamente para esta aplicación debido a su alta transparencia óptica y resistencia superior al plasma.
Sin embargo, el óxido de itrio tiene malas propiedades de sinterización y baja resistencia mecánica. Al incorporar alúmina, se forma un compuesto de granate de itrio y aluminio (YAG), que ofrece una mayor resistencia al grabado, claridad óptica y resistencia mecánica, lo que lo convierte en una opción ideal para los materiales de los espejos de las ventanas en los sistemas de grabado por plasma.
5.Boquillas de cerámica de alúmina
Las boquillas de cerámica de alúmina son esenciales para controlar con precisión los caudales de gas y dispersar los gases de manera uniforme dentro de la cámara de grabado por plasma. Estas boquillas deben soportar entornos de plasma extremos, mantener una alta resistencia dieléctrica y resistir la corrosión química de los gases de proceso y los subproductos.
Boquillas de cerámica de alúmina fabricadas conCerámica de Al₂O₃Se utilizan comúnmente debido a sus excelentes propiedades de aislamiento, alta dureza y resistencia al daño por plasma. En algunos casos,nitruro de aluminio (AlN)La cerámica se utiliza por su conductividad térmica superior y su durabilidad.
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