Principaux composants céramiques des équipements de gravure au plasma : chambres en céramique, anneaux de focalisation en SiC et plus encore
La technologie de gravure au plasma est un procédé indispensable à la fabrication de circuits intégrés à très grande échelle. La taille des transistors semi-conducteurs diminuant considérablement et l'énergie du plasma halogène augmentant, la contamination des plaquettes est devenue un problème plus urgent. Lors du traitement des plaquettes, dans des conditions de plasma à haute densité, les matériaux utilisés à l'intérieur des chambres en céramique des équipements de gravure au plasma doivent résister à une corrosion plasma extrême. Les technologies de gravure de nouvelle génération nécessitent des matériaux plus résistants et plus fiables pour relever des défis tels que la corrosion plasmatique, la génération de particules, la contamination des métaux et la décomposition de l'oxygène.
La céramique comme matériau clé pour les composants des équipements de gravure au plasma
Par rapport aux matériaux organiques et métalliques, les matériaux céramiques offrent des propriétés mécaniques supérieures, une résistance à la corrosion chimique et des températures de travail élevées. En conséquence, la céramique est devenue le matériau de base pour la fabrication de composants clés dans les équipements de traitement de plaquettes de semi-conducteurs. Dans les équipements de gravure au plasma, les composants céramiques essentiels comprennent les chambres en céramique, les anneaux de focalisation en SiC, les mandrins électrostatiques en SiC, les buses en céramique d'alumine, les plaques de dispersion de gaz et d'autres éléments structurels.
Principales caractéristiques des matériaux céramiques dans les chambres de gravure au plasma
Pour résister efficacement à la gravure au plasma, les matériaux céramiques utilisés dans les chambres céramiques doivent répondre aux exigences suivantes :
● Haute pureté avec une teneur minimale en impuretés métalliques.
● Propriétés chimiques stables, taux de réaction particulièrement faibles avec les gaz de corrosion halogènes.
● Haute densité avec peu de pores ouverts.
● Granulométrie fine et faible teneur en phases limites de grains.
● Excellentes propriétés mécaniques, les rendant faciles à mettre en œuvre.
● Certains composants nécessitent des propriétés supplémentaires, telles que de bonnes performances diélectriques, une conductivité électrique ou une conductivité thermique.
Dans un environnement plasma, la sélection du matériau céramique approprié dépend des conditions de fonctionnement des composants principaux et des exigences du processus, notamment la résistance à la gravure plasma, les propriétés électriques et l'isolation.
Application de la céramique dans les composants de base des équipements de gravure au plasma
1. Chambres en céramique
La chambre en céramique est l’un des composants les plus critiques de l’équipement de gravure au plasma, car elle influence directement la contamination des plaquettes, la stabilité du processus et le rendement de gravure.Céramique d'alumine de haute puretéLes chambres en céramique d'alumine sont largement utilisées en raison de leur excellente résistance à la corrosion du plasma et de leur capacité à fournir une impédance plasma fiable. Cependant, la fabrication de chambres en céramique d'alumine de grande taille présente des défis tels que la déformation, la fissuration et des difficultés pour atteindre une densité et une pureté élevées. La production de céramiques d'alumine de haute densité et de haute pureté nécessite des matières premières de première qualité et des techniques de traitement rigoureuses.
Les anneaux de focalisation SiC jouent un rôle crucial dans l'amélioration de l'uniformité de la gravure sur le bord de la plaquette et garantissent que la plaquette reste bien positionnée. Ces anneaux maintiennent la densité du plasma tout en empêchant la contamination autour du périmètre de la plaquette. Associés à des mandrins électrostatiques SiC, la plaquette est maintenue en place grâce à des forces électrostatiques.
Les anneaux de focalisation en SiC étant en contact direct avec le plasma à l'intérieur de la chambre de réaction, ils doivent avoir une excellente résistance à la corrosion par le plasma et des propriétés électriques similaires à celles des plaquettes de silicium. Le carbure de silicium (SiC) est le matériau privilégié pour les anneaux de focalisation en raison de sa durabilité et de ses propriétés de résistance au plasma. Ces anneaux sont généralement fabriqués par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour obtenir des anneaux de focalisation en SiC de haute pureté avec des dimensions précises.
3.Mandrins électrostatiques SiC (ESC)
Lors de la gravure au plasma, des mandrins électrostatiques SiC (ESC) sont utilisés pour fixer les plaquettes en place sur le système d'électrodes inférieures. Un signal de radiofréquence (RF) appliqué génère une polarisation CC sur la plaquette, permettant une gravure au plasma précise. Les ESC régulent également la température de la plaquette pour garantir des résultats de gravure uniformes.
La structure de l'ESC comprend une couche diélectrique, une base et une couche chauffante. Les mandrins électrostatiques SiC offrent une conductivité thermique supérieure, une dilatation thermique minimale et une durabilité élevée, ce qui en fait un excellent choix pour le maintien des plaquettes. La céramique d'alumine et le nitrure d'aluminium sont également utilisés dans certaines conceptions d'ESC pour
leurs propriétés isolantes et leurs capacités de gestion de la chaleur.
4. Miroirs de fenêtre
Le miroir de fenêtre dans l'équipement de gravure au plasma doit maintenir une transmission lumineuse et une résistance à la gravure élevées. Lorsque la résistance à la gravure est insuffisante, la surface du miroir peut devenir floue. Les céramiques à base d'oxyde d'yttrium (Y₂O₃) sont largement utilisées pour cette application en raison de leur transparence optique élevée et de leur résistance supérieure au plasma.
Cependant, l'oxyde d'yttrium présente de faibles propriétés de frittage et une faible résistance mécanique. En incorporant de l'alumine, un composite grenat d'yttrium-aluminium (YAG) est formé, offrant une résistance à la gravure, une clarté optique et une résistance mécanique améliorées, ce qui en fait un choix idéal pour les matériaux de miroir de fenêtre dans les systèmes de gravure au plasma.
5.Buses en céramique d'alumine
Les buses en céramique d'alumine sont essentielles pour contrôler avec précision les débits de gaz et disperser uniformément les gaz dans la chambre de gravure au plasma. Ces buses doivent résister aux environnements plasma extrêmes, maintenir une rigidité diélectrique élevée et résister à la corrosion chimique des gaz de traitement et des sous-produits.
Buses en céramique d'alumine fabriquées à partir deCéramiques Al₂O₃sont couramment utilisés en raison de leurs excellentes propriétés isolantes, de leur dureté élevée et de leur résistance aux dommages causés par le plasma. Dans certains cas,nitrure d'aluminium (AlN)les céramiques sont utilisées pour leur conductivité thermique et leur durabilité supérieures.
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