Aperçu complet des céramiques avancées utilisées dans les équipements de semi-conducteurs

Les composants céramiques de précision sont des éléments essentiels dans les équipements de base pour les principaux processus de fabrication de semi-conducteurs tels que la photolithographie, la gravure, le dépôt de couches minces, l'implantation ionique et le CMP. Ces pièces—notamment les roulements, les rails de guidage, les revêtements de chambre, les porte-plaquettes électrostatiques et les bras robotiques—sont particulièrement critiques à l'intérieur des chambres de traitement, où elles assurent des fonctions telles que le support, la protection et le contrôle du débit.

Cet article fournit un aperçu systématique de la manière dont les céramiques de précision sont appliquées dans les principaux équipements de fabrication de semi-conducteurs.

Processus Front-End : Céramiques de précision dans les équipements de fabrication de plaquettes

1. Équipement de photolithographie

Pour garantir une grande précision de traitement dans les systèmes de photolithographie avancés, une large gamme de composants céramiques avec une excellente multifonctionnalité, une stabilité structurelle, une résistance thermique et une précision dimensionnelle est utilisée. Ceux-ci incluent les porte-plaquettes électrostatiques, les porte-plaquettes à vide, les blocs, les bases magnétiques refroidies à l'eau, les réflecteurs, les rails de guidage, les plateaux et les porte-masques.

Principaux composants céramiques : Porte-plaquette électrostatique, table de mouvement

 

Matériaux principaux :Porte-plaquettes électrostatiques : Alumine (Al₂O₃), Nitrure de silicium (Si₃N₄), Tables de mouvement : Céramiques de cordiérite, carbure de silicium (SiC)

 

Défis techniques : Conception de structure complexe, contrôle des matières premières et frittage, gestion de la température et usinage de haute précision.

Le système de matériaux des tables de mouvement de lithographie est crucial pour obtenir une grande précision et une grande vitesse de balayage. Les matériaux doivent présenter une rigidité spécifique élevée et une faible dilatation thermique pour résister aux mouvements à grande vitesse avec une distorsion minimale—améliorant ainsi le débit et maintenant la précision.

2. Équipement de gravure

La gravure est essentielle pour transférer les motifs de circuits du masque à la plaquette. Les principaux composants céramiques utilisés dans les outils de gravure comprennent la chambre, la fenêtre d'observation, la plaque de distribution de gaz, les buses, les bagues isolantes, les plaques de recouvrement, les bagues de focalisation et les porte-plaquettes électrostatiques.

Principaux composants céramiques : Porte-plaquette électrostatique, bague de focalisation, plaque de distribution de gaz

 

Principaux matériaux céramiques : Quartz, SiC, AlN, Al₂O₃, Si₃N₄, Y₂O₃

 

• Chambre de gravure :

Avec la réduction des géométries des dispositifs, des contrôles de contamination plus stricts sont requis. Les céramiques sont préférées aux métaux pour éviter la contamination par les particules et les ions métalliques.

• Exigences matérielles :

Haute pureté, contamination métallique minimale

Chimiquement inerte, en particulier aux gaz de gravure à base d'halogène

Haute densité, porosité minimale

Grain fin, faible teneur en joints de grains

Bonne usinabilité mécanique

Propriétés électriques ou thermiques spécifiques si nécessaire

• Plaque de distribution de gaz :

Composées de centaines ou de milliers de micro-trous percés avec précision, ces plaques distribuent uniformément les gaz de traitement, assurant un dépôt/gravure constant.

• Défis :

Les exigences en matière d'uniformité du diamètre des trous et de parois intérieures sans bavures sont extrêmement élevées. Même de légers écarts peuvent entraîner une variation de l'épaisseur du film et une perte de rendement.

• Matériaux principaux : SiC CVD, alumine, nitrure de silicium

• Bague de focalisation :

Conçue pour équilibrer l'uniformité du plasma et correspondre à la conductivité de la plaquette de silicium. Comparé au silicium conducteur traditionnel (qui réagit avec le plasma de fluor pour former du SiF₄ volatil), le SiC offre une conductivité similaire et une résistance supérieure au plasma, permettant une durée de vie plus longue.

• Matériau : Carbure de silicium (SiC)

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3. Équipement de dépôt de couches minces (CVD / PVD)

Dans les systèmes CVD et PVD, les principales pièces céramiques comprennent les porte-plaquettes électrostatiques, les plaques de distribution de gaz, les résistances et les revêtements de chambre.

Principaux composants céramiques : Porte-plaquette électrostatique, résistance céramique

 

Matériaux principaux : Résistances : Nitrure d'aluminium (AlN), alumine (Al₂O₃)

• Résistance céramique :

Un composant essentiel situé à l'intérieur de la chambre de traitement, directement en contact avec la plaquette. Il supporte la plaquette et assure des températures de traitement uniformes et stables sur toute sa surface.

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Processus Back-End : Céramiques de précision dans les équipements d'emballage et de test

1. CMP (Polissage Chimico-Mécanique)

L'équipement CMP utilise des plaques de polissage en céramique, des bras de manipulation, des plates-formes d'alignement et des porte-plaquettes à vide pour une planarisation de surface de haute précision.

2. Équipement de découpe et d'emballage de plaquettes

Principaux composants céramiques :

• Lames de découpe : Composites diamant-céramique, vitesse de coupe ~300 mm/s, écaillage des bords <1 μm
• Têtes de liaison par thermocompression : Céramiques AlN avec une conductivité thermique de 220 W/m·K ; uniformité de la température ±2°C
• Substrats LTCC : Précision de la largeur de ligne jusqu'à 10 μm ; prend en charge la transmission 5G mmWave
• Outils capillaires en céramique : Utilisés dans la liaison filaire, généralement fabriqués en Al₂O₃ ou en alumine renforcée à la zircone

 

3. Stations de test

Principaux composants céramiques :

• Substrats d'interposeur : Oxyde de béryllium (BeO), nitrure d'aluminium (AlN)
• Montages de test haute fréquence : Céramiques AlN pour des performances RF stables

 

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