เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์: ชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์

เทคโนโลยีโฟโตลิโทกราฟีเน้นการใช้ระบบแสงในการสร้างลวดลายวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ความแม่นยำของกระบวนการนี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและผลผลิตของวงจรรวม เครื่องลิโทกราฟีซึ่งเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ชั้นนำสำหรับการผลิตชิป ประกอบด้วยชิ้นส่วนมากถึงหลายแสนชิ้น ทั้งชิ้นส่วนแสงและชิ้นส่วนภายในระบบลิโทกราฟีต้องการความแม่นยำสูงมากเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและความแม่นยำของวงจรเซรามิก SiCได้ถูกนำมาใช้ในแท่งเวเฟอร์และกระจกสี่เหลี่ยมเซรามิก

เวเฟอร์ชัคแท่นวางเวเฟอร์ในเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟีทำหน้าที่รองรับและเคลื่อนย้ายเวเฟอร์ระหว่างกระบวนการฉายแสง การจัดตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างเวเฟอร์และแท่นวางมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจำลองลวดลายบนพื้นผิวของเวเฟอร์ได้อย่างถูกต้องแผ่นเวเฟอร์ SiCหัวจับชิ้นงานเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องน้ำหนักเบา ความเสถียรของมิติสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ซึ่งสามารถลดภาระเฉื่อยและปรับปรุงประสิทธิภาพการเคลื่อนที่ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง และความเสถียรได้

กระจกเซรามิกทรงสี่เหลี่ยม ในเครื่องพิมพ์หิน การซิงโครไนซ์การเคลื่อนที่ระหว่างแท่นวางเวเฟอร์และแท่นวางหน้ากากมีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำและผลผลิตของการพิมพ์หิน กระจกสะท้อนแสงทรงสี่เหลี่ยมเป็นส่วนประกอบสำคัญของระบบวัดป้อนกลับตำแหน่งการสแกนของแท่นวางเวเฟอร์ และข้อกำหนดด้านวัสดุต้องมีน้ำหนักเบาและเข้มงวด แม้ว่าเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์จะมีคุณสมบัติน้ำหนักเบาที่เหมาะสม แต่การผลิตชิ้นส่วนดังกล่าวเป็นเรื่องท้าทาย ปัจจุบัน ผู้ผลิตอุปกรณ์วงจรรวมชั้นนำระดับนานาชาติส่วนใหญ่ใช้วัสดุเช่นซิลิกาหลอมเหลวและคอร์เดียไรต์ อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ผู้เชี่ยวชาญชาวจีนได้ประสบความสำเร็จในการผลิตกระจกเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ทรงสี่เหลี่ยมขนาดใหญ่ รูปทรงซับซ้อน น้ำหนักเบามาก และปิดสนิท รวมถึงส่วนประกอบทางแสงอื่นๆ ที่ใช้งานได้สำหรับเครื่องพิมพ์หินด้วยแสง หน้ากากแสง หรือที่เรียกว่ารูรับแสง จะส่งผ่านแสงผ่านหน้ากากเพื่อสร้างลวดลายบนวัสดุไวแสง อย่างไรก็ตาม เมื่อแสง EUV ส่องไปที่หน้ากาก มันจะปล่อยความร้อน ทำให้มีอุณหภูมิสูงถึง 600 ถึง 1000 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อน ดังนั้น โดยทั่วไปจึงมีการเคลือบฟิล์ม SiC บนหน้ากากแสง บริษัทต่างชาติหลายแห่ง เช่น ASML ในปัจจุบันนำเสนอฟิล์มที่มีค่าการส่งผ่านแสงมากกว่า 90% เพื่อลดการทำความสะอาดและการตรวจสอบระหว่างการใช้งานโฟโตมาสก์ และเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตของเครื่องพิมพ์โฟโตลิโทกราฟี EUV

การกัดด้วยพลาสมาและโฟโตมาสก์แบบเคลือบ หรือที่รู้จักกันในชื่อครอสแฮร์ มีหน้าที่หลักในการส่งผ่านแสงและสร้างลวดลายบนวัสดุไวแสง อย่างไรก็ตาม เมื่อแสง EUV (รังสีอัลตราไวโอเลตแบบเข้มข้น) ส่องกระทบโฟโตมาสก์ จะเกิดความร้อนขึ้น ทำให้อุณหภูมิสูงถึง 600-1000 องศาเซลเซียส ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายจากความร้อนได้ ดังนั้น โดยทั่วไปจึงมีการเคลือบฟิล์มซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) บนโฟโตมาสก์เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ปัจจุบัน บริษัทต่างประเทศหลายแห่ง เช่น ASML ได้เริ่มผลิตฟิล์มที่มีความโปร่งใสมากกว่า 90% เพื่อลดความจำเป็นในการทำความสะอาดและตรวจสอบระหว่างการใช้งานโฟโตมาสก์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตของเครื่องพิมพ์ลิโทกราฟี EUV การกัดด้วยพลาสมาและวงแหวนโฟกัสการสะสมและอื่นๆ ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการกัดเซาะใช้สารกัดเซาะที่เป็นของเหลวหรือก๊าซ (เช่น ก๊าซที่มีฟลูออรีน) ที่แตกตัวเป็นไอออนกลายเป็นพลาสมาเพื่อพุ่งชนแผ่นเวเฟอร์และกำจัดวัสดุที่ไม่ต้องการออกไปอย่างเลือกสรร จนกระทั่งเหลือเพียงรูปแบบวงจรที่ต้องการอยู่บนแผ่นเวเฟอร์เวเฟอร์ในทางตรงกันข้าม การตกตะกอนฟิล์มบางนั้นคล้ายกับด้านตรงข้ามของการกัดเซาะ โดยใช้วิธีการตกตะกอนเพื่อซ้อนวัสดุฉนวนระหว่างชั้นโลหะเพื่อสร้างฟิล์มบาง เนื่องจากทั้งสองกระบวนการใช้เทคโนโลยีพลาสมา จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนในห้องและส่วนประกอบ ดังนั้นส่วนประกอบภายในอุปกรณ์จึงต้องมีความต้านทานต่อพลาสมาที่ดี มีปฏิกิริยาต่ำต่อก๊าซกัดเซาะฟลูออรีน และมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ ส่วนประกอบของอุปกรณ์กัดเซาะและตกตะกอนแบบดั้งเดิม เช่น วงแหวนโฟกัส มักทำจากวัสดุเช่นซิลิคอนหรือควอตซ์ อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของการย่อขนาดวงจรรวม ความต้องการและความสำคัญของกระบวนการกัดเซาะในการผลิตวงจรรวมจึงเพิ่มขึ้น ในระดับจุลภาค การกัดเซาะแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนอย่างแม่นยำต้องใช้พลาสมาพลังงานสูงเพื่อให้ได้ความกว้างของเส้นที่เล็กลงและโครงสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่ได้จากการตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (CVD) จึงค่อยๆ กลายเป็นวัสดุเคลือบที่นิยมสำหรับอุปกรณ์กัดเซาะและตกตะกอนด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม ความบริสุทธิ์สูง และความสม่ำเสมอ ปัจจุบัน ชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์ CVD ในอุปกรณ์กัดกรด ได้แก่ วงแหวนโฟกัส หัวฉีดแก๊ส ถาด และวงแหวนขอบ ส่วนในอุปกรณ์การตกตะกอน มีฝาครอบห้อง แผ่นรองห้อง และอื่นๆพื้นผิวแกรไฟต์เคลือบ SIC.

เนื่องจากมีปฏิกิริยาและการนำไฟฟ้าต่ำต่อก๊าซกัดกร่อนคลอรีนและฟลูออรีนซิลิคอนคาร์ไบด์ CVDได้กลายเป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนต่างๆ เช่น วงแหวนโฟกัสในอุปกรณ์กัดกรดด้วยพลาสมาซิลิคอนคาร์ไบด์ CVDส่วนประกอบในอุปกรณ์กัดกรดประกอบด้วยวงแหวนโฟกัส หัวฉีดแก๊ส ถาด วงแหวนขอบ ฯลฯ ยกตัวอย่างเช่น วงแหวนโฟกัส เป็นส่วนประกอบสำคัญที่วางอยู่นอกแผ่นเวเฟอร์และสัมผัสโดยตรงกับแผ่นเวเฟอร์ การจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับวงแหวนจะทำให้พลาสมาถูกโฟกัสผ่านวงแหวนไปยังแผ่นเวเฟอร์ ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอของกระบวนการ โดยทั่วไปแล้ว วงแหวนโฟกัสจะทำจากซิลิคอนหรือควอตซ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการพัฒนาเทคโนโลยีการย่อขนาดของวงจรรวม ความต้องการและความสำคัญของกระบวนการกัดกรดในการผลิตวงจรรวมจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง กำลังและพลังงานที่ต้องการสำหรับการกัดกรดด้วยพลาสมาก็เพิ่มสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์กัดกรดด้วยพลาสมาแบบคู่ควบคาปาซิทีฟ (CCP) ซึ่งต้องการพลังงานพลาสมาสูงกว่า ส่งผลให้การใช้วงแหวนโฟกัสที่ทำจากวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์เพิ่มมากขึ้น