Efterhånden som halvlederfremstillingsprocesser bevæger sig mod nanometer-skala noder, står kerneprocesudstyr såsom ætsere og tynde-filmaflejringssystemer over for stadigt strengere krav til behandlingspræcision, renhed og udbytte. På denne baggrund er præcisionskeramiske komponenter blevet nøglen til at sikre processtabilitet. Blandt disse tegner aluminiumoxidkeramiske strukturdele sig for cirka 45% af markedet for præcisionskeramiske komponenter, hvilket gør dem til de mest udbredte. Så hvordan bliver aluminiumoxidkeramik, tilsyneladende et basismateriale, et uundværligt "standardmateriale" til talrige halvlederudstyr?
Kernekrav til halvlederfremstilling til aluminiumoxidkeramik
Fremstilling af halvledere er en "følsom opgave udført under ekstreme forhold", der involverer høje temperaturer, stærk korrosion, højspænding og præcisionsfriktion. Aluminiumoxid keramiske strukturelle dele skiller sig ud på grund af deres kombination af svære-at-egenskaber, såsom korrosionsbestandighed, høj-temperaturbestandighed, høj renhed og høj isolering, perfekt tilpasset halvlederindustriens strenge krav:
Plasma erosionsbestandighed: I ætsningsprocesser modstår det stærkt ætsende plasma og undgår partikelkontamination.
Termisk stødmodstand og dimensionsstabilitet: Under deponeringsprocesser, der involverer hyppige temperaturændringer, bevarer den mikron-præcision, hvilket sikrer nøjagtig waferpositionering.
Høj renlighed: I ultra-rene miljøer såsom fotolitografi og inspektion frigiver den næsten ingen partikler, hvilket sikrer udbyttet.
I øjeblikket er renheden af aluminiumoxidkeramik, der anvendes i halvlederudstyr, generelt over 99,5 %, hvor ætsning--kvalitet aluminiumoxidkeramik når en renhed på over 99,8 % og endda opnår 4N-kvalitet (99,99 %). Disse materialer fremstår gennemsigtige eller semi-gennemsigtige, med ydeevneindikatorer, der kan sammenlignes med enkeltkrystal safir. På grund af deres fine-kornstruktur kan visse egenskaber, såsom bøjningsstyrke og trykstyrke, endda overgå dem for enkeltkrystal safir.
Forberedelsesprocesser og udviklingstendenser
Forberedelsen af aluminiumoxid keramiske komponenter er en multidisciplinær systemkonstruktionsproces, der primært omfatter pulverforberedelse, formning, sintring, præcisionsbearbejdning, kvalitetsinspektion og overfladebehandling. Blandt disse har formnings- og sintringsprocesser en afgørende indflydelse på mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af aluminiumoxidkeramiske materialer, hvilket gør dem til to kritiske trin i aluminiumoxidkeramisk produktion.
(1) Pulverfremstilling
Aluminiumoxidråmaterialer med høj-renhed gennemgår batching, mekanisk kugleformaling og spraytørring for at producere granuleret pulver med ensartet partikelstørrelse og god flydeevne.
(2) Formningsproces
Formning involverer at forme aluminiumoxidpulveret til en keramisk grøn krop. Afhængigt af komponentens form og præcisionskrav vælges metoder som tørpresning, isostatisk presning, tapestøbning eller sprøjtestøbning. I øjeblikket anvendes tørpresning kombineret med kold isostatisk presning primært til at danne aluminiumoxidemner.
(3) Høj-temperatursintring
Sintring involverer opvarmning af pulveret for at inducere partikelbinding, hvilket fører til materialemigrering, fortætning og omkrystallisation. Metoder såsom trykløs sintring, varmpresning eller varm isostatisk presning anvendes til at fortætte det grønne legeme. Aluminiumoxid med høj-renhed kræver typisk sintringstemperaturer på 1600-1800 grader.
(4) Præcisionsbearbejdning
Ved hjælp af CNC drejebænke og slibemaskiner skæres, drejes, slibes, fræses og bores den sintrede krop for at producere de ønskede keramiske komponenter. Keramisk CNC-bearbejdning refererer til den subtraktive fremstillingsproces, der styres af computere til at betjene og manipulere maskiner og skærende værktøjer, der opnår dimensionsnøjagtighed på mikron-niveau og sikrer ensartethed på tværs af flere dele.
(5) Overfladebehandling og kvalitetsinspektion
Halvlederindustrien stiller ekstremt høje renhedskrav. Efter bestået kvalitetsinspektion gennemgår halvlederkeramiske komponenter yderligere overfladerensning, typisk ved hjælp af metoder som syrerensning, alkalisk rensning eller rensning med organisk opløsningsmiddel. Når de er rengjort og tørret, bliver produkterne igen-inspiceret for kvalitet. Kvalificerede produkter pakkes derefter i et renrum.
For keramiske komponenter med særlige krav kan der anvendes yderligere overfladebehandlinger såsom lysbuesprøjtning, plasmasprøjtning, elektrostatisk sprøjtning, dampaflejring, ultra-ren rengøring, anodisering eller metallisering for at opfylde driftsstandarder.
