การประยุกต์ใช้เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

วัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงของเครื่องจักรโฟโตลิโทกราฟี

ในวงการเซมิคอนดักเตอร์เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในอุปกรณ์สำคัญสำหรับการผลิตวงจรรวม เช่น โต๊ะทำงานซิลิคอนคาร์ไบด์ รางนำทาง เป็นต้นแผ่นสะท้อนแสง, หัวดูดเซรามิกเช่น แขนกล แผ่นเจียร อุปกรณ์จับยึด ฯลฯ สำหรับเครื่องพิมพ์หิน

ชิ้นส่วนเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์ทางแสง

● แผ่นเจียรเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอน หากแผ่นเจียรทำจากเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้าคาร์บอน อายุการใช้งานจะสั้นและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง ในระหว่างการแปรรูปแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเจียรหรือขัดเงาด้วยความเร็วสูง การสึกหรอและการเสียรูปจากความร้อนของแผ่นเจียรทำให้ยากต่อการรับประกันความเรียบและความขนานของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน แผ่นเจียรที่ทำจากเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอนมีความแข็งสูงและสึกหรอน้อย และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับของแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ดังนั้นจึงสามารถเจียรและขัดเงาได้ที่ความเร็วสูง
● อุปกรณ์ยึดเซรามิกคาร์ไบด์ซิลิคอน นอกจากนี้ ในกระบวนการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน จำเป็นต้องผ่านกระบวนการอบชุบความร้อนที่อุณหภูมิสูง และมักขนส่งโดยใช้อุปกรณ์ยึดคาร์ไบด์ซิลิคอน ซึ่งทนความร้อนและไม่ทำให้เกิดความเสียหาย สามารถเคลือบพื้นผิวด้วยคาร์บอนคล้ายเพชร (DLC) และสารเคลือบอื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ลดความเสียหายของแผ่นเวเฟอร์ และป้องกันการแพร่กระจายของสิ่งปนเปื้อน
● โต๊ะทำงานที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ ยกตัวอย่างเช่น โต๊ะทำงานในเครื่องพิมพ์หิน (lithography machine) มีหน้าที่หลักในการเคลื่อนที่เพื่อการฉายแสง ซึ่งต้องการการเคลื่อนที่ความเร็วสูง ระยะการเคลื่อนที่กว้าง และความแม่นยำสูงระดับนาโนเมตรแบบหกองศาอิสระ ตัวอย่างเช่น สำหรับเครื่องพิมพ์หินที่มีความละเอียด 100 นาโนเมตร ความแม่นยำในการวางซ้อน 33 นาโนเมตร และความกว้างของเส้น 10 นาโนเมตร ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งของโต๊ะทำงานจะต้องถึง 10 นาโนเมตร ความเร็วในการก้าวและการสแกนพร้อมกันของหน้ากากและแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนอยู่ที่ 150 นาโนเมตร/วินาที และ 120 นาโนเมตร/วินาที ตามลำดับ และความเร็วในการสแกนหน้ากากใกล้เคียงกับ 500 นาโนเมตร/วินาที ดังนั้นโต๊ะทำงานจึงต้องมีความแม่นยำและความเสถียรในการเคลื่อนที่สูงมาก

แผนภาพแสดงโครงสร้างโต๊ะทำงานและโต๊ะปรับมุมได้ (ภาพตัดขวางบางส่วน)

● กระจกสี่เหลี่ยมเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ ส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์วงจรรวมที่สำคัญ เช่น เครื่องพิมพ์หิน มีรูปทรงที่ซับซ้อน ขนาดที่ซับซ้อน และโครงสร้างน้ำหนักเบาแบบกลวง ทำให้การผลิตชิ้นส่วนเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ดังกล่าวเป็นเรื่องยาก ปัจจุบัน ผู้ผลิตอุปกรณ์วงจรรวมรายใหญ่ระดับนานาชาติ เช่น ASML ในเนเธอร์แลนด์ NIKON และ CANON ในญี่ปุ่น ใช้วัสดุจำนวนมาก เช่น แก้วไมโครคริสตัลไลน์และคอร์เดียไรต์ในการผลิตกระจกสี่เหลี่ยม ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องพิมพ์หิน และใช้เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างประสิทธิภาพสูงอื่นๆ ที่มีรูปทรงเรียบง่าย อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันวิจัยวัสดุก่อสร้างแห่งประเทศจีนได้ใช้เทคโนโลยีการเตรียมที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ เพื่อให้สามารถผลิตกระจกสี่เหลี่ยมเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ รูปทรงซับซ้อน น้ำหนักเบามาก และปิดสนิท รวมถึงชิ้นส่วนทางแสงเชิงโครงสร้างและเชิงฟังก์ชันอื่นๆ สำหรับเครื่องพิมพ์หินได้