Како процеси производње чипова настављају да напредују ка критичнијим чворовима, захтеви за перформансама за материјале полупроводничке опреме се стално повећавају. У области опреме за гравирање дешава се суптилна промена: дуго-широко коришћени материјал алуминијума (Ал₂О₃) постепено се замењује итријем (И2О₃).
Ова надоградња није једноставна замена материјала, већ је неизбежан резултат виших захтева за чистоћом, стабилношћу и животним веком опреме које намећу напредни процеси. Дакле, са којим се изазовима суочава глиница и које предности чине итрију новим избором?
Зашто су керамички материјали неопходни у опреми за гравирање?
Суво нагризање је један од најкритичнијих процеса у производњи чипова. Комора за нагризање је обично испуњена реактивним гасовима као што су ЦФ₄, СФ₆, Цл₂ и ХБр, који формирају високо активно окружење плазме под електричним пољем радио фреквенције.
Током овог процеса, јони високе{0}}ене енергије непрекидно бомбардују зидове коморе и површине компоненти, праћени сложеном хемијском корозијом и термичким ударом. За компоненте као што су облоге комора, главе туша, фокусни прстенови и прозори, материјал не само да мора да покаже одличну отпорност на корозију и ерозију, већ и да минимизира ослобађање честица и контаминацију.
Разлог је једноставан: ако било која честица падне на површину плочице, то може проузроковати дефекте или чак уништити целу плочицу. Како процесни чворови постају све мањи, захтеви за чистоћом материјала опреме постају све строжи.
Која су ограничења глинице?
Захваљујући својој зрелој технологији, ниској цени и добрим механичким својствима, глиница је дуго била доминантни керамички материјал у полупроводничкој опреми. Међутим, како процеси напредују до критичнијих чворова, ограничења глинице у плазма окружењима постају очигледна.
У плазми која садржи флуор-, глиница реагује са активним врстама флуора да би се формирао алуминијум флуорид (АлФ₃) и други производи. Ови реакциони{2}}производи могу да се таложе, љуште и постану извори контаминације честицама. У међувремену, сама глиница постепено се еродира под дуготрајним-бомбардирањем плазмом, скраћујући животни век компоненте.
За зреле процесне чворове, такви проблеми се обично могу контролисати скраћивањем интервала одржавања. Међутим, како се критичне димензије уређаја смањују, толеранција на контаминацију честицама и металом значајно опада, а загађивачи у траговима који се ослобађају из материјала коморе могу утицати на принос производа.
Зашто Итрија добија наклоност?
Међу многим материјалима кандидата, итрија се постепено издвајала. У поређењу са глиницом, итријум нуди бољу хемијску стабилност у плазми на бази халогена{1}}. Када реагује са плазмом која садржи флуор-, резултујући слој итријум флуорида (ИФ₃) је прилично стабилан и може да формира заштитни премаз који успорава даљу корозију.
Поред тога, итријум обично показује нижу брзину нагризања плазме. Студије и индустријске примене показују да је под истим условима стопа ерозије итријума знатно нижа од оне код глинице, што ефективно продужава животни век компоненти и смањује учесталост одржавања опреме и време застоја.
Штавише, итријум одржава добру структурну стабилност на високим температурама и не пуца лако или се љушти под дуготрајним-термалним циклусом, што је такође важно за контролу контаминације честицама.
Од премаза до керамике: два начина примене за Итриа
Тренутно постоје две главне техничке руте за примену итријума у полупроводничкој опреми. Из перспективе индустријског развоја, ови правци се међусобно не искључују; одговарају различитим сценаријима примене и захтевима трошкова.
(1) Итриа премази:Слој итријума се наноси на легуру алуминијума или керамичку подлогу од алуминијума помоћу процеса као што је прскање плазмом, чиме се побољшава отпорност компоненте на плазму. Овај приступ је релативно зрео, може се применити на делове сложеног{1}}облика и има подношљиве трошкове, што га чини најраспрострањенијим обликом данас. Компоненте као што су облоге коморе, главе туша и преграде се често третирају таквим премазима.
(2) Велика итрија керамика:Иттријев прах-високе чистоће се директно синтерује за производњу керамичких компоненти без ослањања на друге материјале супстрата. У поређењу са премазима, керамика из итријума обезбеђује уједначенију микроструктуру и супериорну отпорност на плазму, али су тешкоћа синтеровања, сложеност обраде и трошкови производње знатно већи.
Домаћа производња итрије и даље се суочава са више изазова
Иако су предности итријума широко признате, његова индустријализација се суочава са високим препрекама. За примену у спреју, итријев прах-високе чистоће је основна сировина. Производ мора да постигне изузетно високу чистоћу, стабилну дистрибуцију величине честица, добру сферичност и конзистентан квалитет шарже како би испунио захтеве за пуњење и топљење праха за термичко распршивање.
Истовремено, контрола параметара прскања, порозност премаза, оптимизација чврстоће везе и накнадни процеси завршне обраде директно утичу на перформансе финалног производа.
У области масовне итријумске керамике, пошто је сам материјал тежак за синтеровање и скуп за машинску обраду, постављају се већи захтеви за припрему праха, формирање, синтеровање и могућности прецизне обраде.