เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์: ส่วนประกอบความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์

เทคโนโลยีการพิมพ์หินเน้นการใช้ระบบออปติกเพื่อแสดงรูปแบบวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนเป็นหลัก ความแม่นยำของกระบวนการนี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของวงจรรวม เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ชั้นนำเครื่องหนึ่งสำหรับการผลิตชิป จึงมีส่วนประกอบมากถึงหลายแสนชิ้น ทั้งส่วนประกอบออปติกและส่วนประกอบภายในระบบการพิมพ์หินต้องการความแม่นยำสูงมากเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความแม่นยำของวงจรเซรามิก SiCถูกนำมาใช้ในเวเฟอร์ชัคและกระจกทรงสี่เหลี่ยมเซรามิก

เวเฟอร์ชัคหัวจับเวเฟอร์ในเครื่องพิมพ์หินทำหน้าที่รับและเคลื่อนย้ายเวเฟอร์ในระหว่างกระบวนการรับแสง การจัดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างเวเฟอร์และหัวจับมีความสำคัญต่อการจำลองรูปแบบบนพื้นผิวของเวเฟอร์อย่างแม่นยำเวเฟอร์ SiCหัวจับดอกสว่านเป็นที่รู้จักในเรื่องน้ำหนักเบา ความเสถียรของมิติสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ ซึ่งสามารถลดภาระแรงเฉื่อยและปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ ความแม่นยำในการวางตำแหน่ง และความเสถียร

กระจกเซรามิกสี่เหลี่ยมในเครื่องพิมพ์หิน การซิงโครไนซ์การเคลื่อนที่ระหว่างหัวจับเวเฟอร์และเวทีมาส์กมีความสำคัญ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำและผลผลิตของการพิมพ์หิน แผ่นสะท้อนแสงสี่เหลี่ยมเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบการวัดข้อเสนอแนะการวางตำแหน่งการสแกนหัวจับเวเฟอร์ และข้อกำหนดวัสดุคือน้ำหนักเบาและเข้มงวด แม้ว่าเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์จะมีคุณสมบัติน้ำหนักเบาในอุดมคติ แต่การผลิตส่วนประกอบดังกล่าวเป็นเรื่องท้าทาย ปัจจุบัน ผู้ผลิตอุปกรณ์วงจรรวมระดับนานาชาติชั้นนำส่วนใหญ่ใช้วัสดุเช่นซิลิกาหลอมรวมและคอร์เดียไรต์ อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี ผู้เชี่ยวชาญชาวจีนได้ประสบความสำเร็จในการผลิตกระจกเซรามิกสี่เหลี่ยมซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ รูปร่างซับซ้อน น้ำหนักเบามาก ปิดสนิท และส่วนประกอบออปติกที่ใช้งานได้อื่นๆ สำหรับเครื่องพิมพ์หินแสง หน้ากากแสง หรือที่เรียกว่ารูรับแสง ส่งผ่านแสงผ่านหน้ากากเพื่อสร้างรูปแบบบนวัสดุที่ไวต่อแสง อย่างไรก็ตาม เมื่อแสง EUV ฉายรังสีหน้ากาก แสงจะแผ่ความร้อน ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 600 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อน ดังนั้น จึงมักจะเคลือบฟิล์ม SiC บนหน้ากากแสง บริษัทต่างประเทศหลายแห่ง เช่น ASML นำเสนอฟิล์มที่มีค่าการส่งผ่านแสงมากกว่า 90% เพื่อลดการทำความสะอาดและการตรวจสอบในระหว่างการใช้งานโฟโตมาส์ก และปรับปรุงประสิทธิภาพและผลผลิตของเครื่องโฟโตลิโทกราฟี EUV

การกัดด้วยพลาสม่าและ Deposition Photomasks หรือที่เรียกอีกอย่างว่า crosshairs มีหน้าที่หลักในการส่งแสงผ่านหน้ากากและสร้างรูปแบบบนวัสดุที่ไวต่อแสง อย่างไรก็ตาม เมื่อแสง EUV (รังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง) ฉายรังสีไปยังหน้ากากโฟโต ก็จะปล่อยความร้อน ทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นระหว่าง 600 ถึง 1,000 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อน ดังนั้น จึงมักจะเคลือบชั้นฟิล์มซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) บนหน้ากากโฟโตเพื่อบรรเทาปัญหานี้ ในปัจจุบัน บริษัทต่างประเทศหลายแห่ง เช่น ASML ได้เริ่มจัดหาฟิล์มที่มีความโปร่งใสมากกว่า 90% เพื่อลดความจำเป็นในการทำความสะอาดและการตรวจสอบระหว่างการใช้หน้ากากโฟโต จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและผลผลิตของเครื่องพิมพ์หิน EUV การกัดด้วยพลาสม่าและแหวนโฟกัสการตกตะกอนและอื่น ๆ ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการกัดจะใช้สารกัดที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ (เช่น ก๊าซที่มีฟลูออรีน) แตกตัวเป็นไอออนในพลาสมาเพื่อโจมตีเวเฟอร์และกำจัดวัสดุที่ไม่ต้องการอย่างเลือกสรรจนกว่ารูปแบบวงจรที่ต้องการจะคงอยู่บนเวเฟอร์พื้นผิว ในทางตรงกันข้าม การสะสมฟิล์มบางจะคล้ายกับด้านหลังของการกัด โดยใช้เทคนิคการสะสมเพื่อซ้อนวัสดุฉนวนระหว่างชั้นโลหะเพื่อสร้างฟิล์มบาง เนื่องจากทั้งสองกระบวนการใช้เทคโนโลยีพลาสม่า จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนในห้องและส่วนประกอบ ดังนั้น ส่วนประกอบภายในอุปกรณ์จึงจำเป็นต้องมีความต้านทานพลาสม่าที่ดี มีปฏิกิริยาต่ำต่อก๊าซกัดฟลูออรีน และมีสภาพนำไฟฟ้าต่ำ ส่วนประกอบของอุปกรณ์การกัดและการสะสมแบบดั้งเดิม เช่น วงแหวนโฟกัส มักทำจากวัสดุ เช่น ซิลิกอนหรือควอตซ์ อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของการย่อขนาดของวงจรรวม ความต้องการและความสำคัญของกระบวนการกัดในการผลิตวงจรรวมจึงเพิ่มขึ้น ในระดับจุลภาค การกัดเวเฟอร์ซิลิกอนที่แม่นยำต้องใช้พลาสม่าพลังงานสูงเพื่อให้ได้ความกว้างของเส้นที่เล็กลงและโครงสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้น การสะสมไอเคมี (CVD) ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) จึงค่อยๆ กลายเป็นวัสดุเคลือบที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์การกัดและการสะสม เนื่องจากมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม ความบริสุทธิ์สูง และความสม่ำเสมอ ปัจจุบัน ส่วนประกอบซิลิกอนคาร์ไบด์ CVD ในอุปกรณ์การกัด ได้แก่ วงแหวนโฟกัส หัวฝักบัวแก๊ส ถาด และวงแหวนขอบ ในอุปกรณ์การสะสม มีฝาปิดห้อง แผ่นบุห้อง และสารตั้งต้นกราไฟท์เคลือบ SIC.

เนื่องจากมีปฏิกิริยาและการนำไฟฟ้าต่ำต่อก๊าซกัดกร่อนคลอรีนและฟลูออรีนซิลิกอนคาร์ไบด์ CVDได้กลายเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น วงแหวนโฟกัสในอุปกรณ์แกะสลักพลาสม่าซิลิกอนคาร์ไบด์ CVDส่วนประกอบในอุปกรณ์การแกะสลัก ได้แก่ วงแหวนโฟกัส หัวฝักบัวแก๊ส ถาด วงแหวนขอบ ฯลฯ ยกตัวอย่างวงแหวนโฟกัส ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญที่วางอยู่ภายนอกเวเฟอร์และสัมผัสกับเวเฟอร์โดยตรง โดยการใช้แรงดันไฟฟ้ากับวงแหวน พลาสม่าจะถูกโฟกัสผ่านวงแหวนไปยังเวเฟอร์ ทำให้กระบวนการมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ตามปกติแล้ว วงแหวนโฟกัสจะทำจากซิลิกอนหรือควอตซ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อการย่อขนาดของวงจรรวมก้าวหน้าขึ้น ความต้องการและความสำคัญของกระบวนการแกะสลักในการผลิตวงจรรวมก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการพลังงานและพลังในการแกะสลักพลาสม่ายังคงเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์การแกะสลักพลาสม่าแบบเชื่อมต่อความจุ (CCP) ซึ่งต้องใช้พลังงานพลาสม่าที่สูงกว่า ส่งผลให้การใช้วงแหวนโฟกัสที่ทำจากวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์เพิ่มขึ้น