Principais componentes cerâmicos em equipamentos de gravação de plasma: câmaras de cerâmica, anéis de foco de SiC e muito mais
A tecnologia de gravação de plasma é um processo indispensável na fabricação de circuitos integrados de ultra-grande escala. À medida que o tamanho dos transistores semicondutores diminui drasticamente e a energia do plasma de halogênio aumenta, a contaminação do wafer se tornou uma questão mais urgente. No processamento de wafer, sob condições de plasma de alta densidade, os materiais usados dentro das câmaras de cerâmica do equipamento de gravação de plasma devem suportar corrosão de plasma extrema. As tecnologias de gravação de última geração exigem materiais mais fortes e confiáveis para enfrentar desafios como corrosão de plasma, geração de partículas, contaminação de metais e decomposição de oxigênio.
Cerâmica como materiais-chave para componentes de equipamentos de gravação de plasma
Comparados a materiais orgânicos e metálicos, os materiais cerâmicos oferecem propriedades mecânicas superiores, resistência à corrosão química e altas temperaturas de trabalho. Como resultado, a cerâmica se tornou o material principal para a fabricação de componentes-chave em equipamentos de processamento de wafers semicondutores. Em equipamentos de gravação de plasma, os componentes cerâmicos essenciais incluem câmaras de cerâmica, anéis de foco de SiC, mandris eletrostáticos de SiC, bicos de cerâmica de alumina, placas de dispersão de gás e outros elementos estruturais.
Principais características dos materiais cerâmicos em câmaras de gravação de plasma
Para resistir efetivamente à corrosão por plasma, os materiais cerâmicos usados em câmaras cerâmicas devem atender aos seguintes requisitos:
● Alta pureza com teor mínimo de impurezas metálicas.
● Propriedades químicas estáveis, particularmente baixas taxas de reação com gases de corrosão halógenos.
● Alta densidade com poucos poros abertos.
● Tamanho de grão fino e baixo teor de fase limite de grão.
● Excelentes propriedades mecânicas, o que as torna fáceis de processar.
● Alguns componentes exigem propriedades adicionais, como bom desempenho dielétrico, condutividade elétrica ou condutividade térmica.
Em um ambiente de plasma, a seleção do material cerâmico apropriado depende das condições de trabalho dos componentes principais e dos requisitos do processo, incluindo resistência à corrosão por plasma, propriedades elétricas e isolamento.
Aplicação de Cerâmicas em Componentes Centrais de Equipamentos de Gravura por Plasma
1. Câmaras de cerâmica
A câmara de cerâmica é um dos componentes mais críticos do equipamento de gravação de plasma, pois influencia diretamente a contaminação do wafer, a estabilidade do processo e o rendimento da gravação.Cerâmica de alumina de alta purezacâmaras são amplamente utilizadas devido à sua excelente resistência à corrosão de plasma e capacidade de fornecer impedância de plasma confiável. No entanto, a fabricação de câmaras de cerâmica de alumina de grande porte apresenta desafios como deformação, rachaduras e dificuldades em atingir alta densidade e pureza. A produção de cerâmica de alumina de alta densidade e alta pureza requer matérias-primas premium e técnicas de processamento rigorosas.
Os anéis de foco de SiC desempenham um papel crucial na melhoria da uniformidade de gravação na borda do wafer e na garantia de que o wafer permaneça posicionado com segurança. Esses anéis mantêm a densidade do plasma enquanto previnem a contaminação ao redor do perímetro do wafer. Quando pareados com mandris eletrostáticos de SiC, o wafer é mantido no lugar usando forças eletrostáticas.
Como os anéis de foco de SiC estão em contato direto com o plasma dentro da câmara de reação, eles devem ter excelente resistência à corrosão do plasma e propriedades elétricas semelhantes às das pastilhas de silício. O carboneto de silício (SiC) é o material preferido para anéis de foco devido à sua durabilidade e propriedades de resistência ao plasma. Esses anéis são normalmente fabricados por deposição química de vapor (CVD) para obter anéis de foco de SiC de alta pureza com dimensões precisas.
3.Mandris eletrostáticos de SiC (ESCs)
Durante a gravação de plasma, mandris eletrostáticos de SiC (ESCs) são usados para fixar os wafers no lugar no sistema de eletrodo inferior. Um sinal de radiofrequência (RF) aplicado gera uma polarização DC no wafer, permitindo uma gravação de plasma precisa. Os ESCs também regulam a temperatura do wafer para garantir resultados de gravação uniformes.
A estrutura do ESC inclui uma camada dielétrica, uma base e uma camada de aquecimento. Os mandris eletrostáticos de SiC oferecem condutividade térmica superior, expansão térmica mínima e alta durabilidade, tornando-os uma excelente escolha para retenção de wafers. Cerâmicas de alumina e nitreto de alumínio também são usados em alguns projetos de ESC para
suas propriedades isolantes e capacidades de gerenciamento de calor.
4. Espelhos de janela
O espelho de janela no equipamento de gravação de plasma deve manter alta transmitância de luz e resistência à gravação. Quando a resistência à gravação é inadequada, a superfície do espelho pode ficar embaçada. Cerâmicas de óxido de ítrio (Y₂O₃) são amplamente utilizadas para esta aplicação devido à sua alta transparência óptica e resistência superior ao plasma.
No entanto, o óxido de ítrio tem propriedades de sinterização ruins e baixa resistência mecânica. Ao incorporar alumina, um composto de granada de ítrio-alumínio (YAG) é formado, oferecendo resistência à corrosão, clareza óptica e resistência mecânica aprimoradas — tornando-o uma escolha ideal para materiais de espelho de janela em sistemas de corrosão por plasma.
5.Bicos de cerâmica de alumina
Bicos de cerâmica de alumina são essenciais para controlar precisamente as taxas de fluxo de gás e dispersar uniformemente os gases dentro da câmara de gravação de plasma. Esses bicos devem suportar ambientes de plasma extremos, manter alta rigidez dielétrica e resistir à corrosão química de gases de processo e subprodutos.
Bicos de cerâmica de alumina feitos deCerâmica Al₂O₃são comumente usados devido às suas excelentes propriedades de isolamento, alta dureza e resistência a danos de plasma. Em alguns casos,nitreto de alumínio (AlN)As cerâmicas são usadas por sua superior condutividade térmica e durabilidade.
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