Kernkeramische Komponenten im Inneren der Ätzmaschine

Vergleicht man einen Chip mit einer flachen Gravur, so ist die Fotolithografiemaschine der Pinsel zum Skizzieren, die Ätzmaschine das Graviermesser und der abgeschiedene Film das Material zum Gravieren. Die Präzision der Fotolithografie bestimmt direkt die Größe der geätzten Bauteile, während die Präzision des Ätzens und der Dünnschichtabscheidung darüber entscheidet, ob die fotolithografischen Strukturen tatsächlich umgesetzt werden können. Um das Schaltbild des Chips von der Maske auf den Wafer zu übertragen und die gewünschte Chipfunktion zu erreichen, ist der Ätzprozess ein wichtiger Schritt. In der Chipfertigung sind Fotolithografie und Ätzen zwei präzise miteinander verbundene Schritte. Der vorgelagerte Ätzprozess ist die Fotolithografie, bei der das Schaltbild mithilfe von Fotolack auf den Wafer übertragen wird. Anschließend werden mit dem Ätzverfahren die nicht vom Fotolack bedeckten Bereiche der Schicht entfernt. Dadurch wird die Übertragung des Schaltbilds von der Maske auf den Wafer abgeschlossen und die Vorbereitung für nachfolgende Schritte wie die Ionenimplantation abgeschlossen.

Das Ätzprinzip ist ein Verfahren, bei dem überschüssiges Material gezielt chemisch oder physikalisch entfernt wird. Der Ätzprozess erfolgt nach Beschichtung, Klebstoffauftrag, Fotolithografie und Entwicklung. Dabei wird das überschüssige, auf der Waferoberfläche befindliche Filmmaterial abgetragen, sodass der gewünschte Bereich freiliegt. Anschließend wird der überschüssige Fotolack entfernt. Durch mehrmaliges Wiederholen dieser Schritte entsteht ein komplex strukturierter integrierter Schaltkreis. Da es sich um einen Materialabtrag handelt, wird das Ätzen als subtraktives Verfahren bezeichnet.

Fountyl Technologies Pte Ltd. Wir sind einer der führenden Hersteller von Präzisionskeramikteilen in Singapur und bieten integrierte Forschung und Entwicklung, Fertigung, Präzisionsbearbeitung und Vertrieb. Wir verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Formgebung, dem Sintern, der Präzisionsbearbeitung und der Präzisionsprüftechnik von Hochleistungskeramikmaterialien und besitzen einen kompletten Satz an Präzisionsbearbeitungs- und Prüfgeräten, hauptsächlich für die Bereiche Halbleiter und LCD-Panels.

Nach ihren Funktionsprinzipien lassen sich Ätzverfahren am häufigsten in Trocken- und Nassätzen unterteilen. Der Unterschied liegt darin, ob zum Ätzen Lösungsmittel oder Lösungen verwendet werden. Der Marktanteil des Trockenätzens liegt bei über 95 %.

INet etching

Das Eintauchen in eine chemische Lösung zur Korrosionsentfernung bietet die Vorteile geringer Kosten, hoher Ätzgeschwindigkeit und hoher Produktivität. Allerdings führt dies dazu, dass Maske und Oxidschicht nach dem Ätzen nicht vollständig ausgerichtet sind. Dadurch wird es schwierig, die Feinheit der Prozesslinienbreite sicherzustellen, was letztendlich zu einer geringeren Ausbeute führt.

Trockenätzen

Beim Ätzen von Halbleitern dominiert das Trockenätzen, auch Plasmaätzen genannt.

Plasmaätzanlagen lassen sich anhand der unterschiedlichen Plasmaerzeugungs- und Steuerungstechnologien grob in zwei Hauptkategorien unterteilen: kapazitiv gekoppelte Plasmaätzanlagen (CCP) und induktiv gekoppelte Plasmaätzanlagen (ICP). CCP-Ätzanlagen werden hauptsächlich zum Ätzen dielektrischer Materialien eingesetzt, während ICP-Ätzanlagen vorwiegend für das Ätzen von Silizium und Metallen, auch Leiterätzanlagen genannt, verwendet werden. Zu den zu ätzenden dielektrischen Materialien zählen beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Hafniumdioxid, während Leiterätzanlagen Siliziummaterialien (monokristallines Silizium, polykristallines Silizium und Silizide usw.) sowie metallische Materialien (Aluminium, Wolfram usw.) umfassen.

Die Struktur einer Ätzmaschine lässt sich in zwei Hauptteile unterteilen: den Hauptteil und die Zusatzausrüstung. Der Hauptteil besteht aus drei Hauptmodulen: EFEM (Frontend der Anlage), TM (Übertragungsmodul) und PM (Prozessmodul). Die Zusatzausrüstung gewährleistet und unterstützt den Betrieb dieser drei Hauptmodule und ist weitgehend unabhängig vom Hauptteil der Maschine.

Hohlraum der Ätzmaschine

Die korrosive Plasmaumgebung im Halbleiterfertigungsprozess besteht hauptsächlich aus Plasmareinigung und Plasmaätzen. Auch die in der plasmaverstärkten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) verwendeten halogenbasierten Plasmen weisen eine starke Korrosivität auf. Mit der stetigen Verkleinerung der minimalen Strukturgröße von Halbleiterbauelementen steigen die Anforderungen an Waferdefekte erheblich. Um Verunreinigungen durch Metallpartikel zu vermeiden, werden strengere Anforderungen an die Kavitäten von Halbleiteranlagen und die Materialien der darin befindlichen Komponenten gestellt. Keramische Werkstoffe sind heutzutage die Hauptmaterialien für die Kavitäten von Ätzanlagen.

Die wichtigsten Merkmale der plasmageätzten Keramikmaterialien im Ätzmaschinenhohlraum sind:

• Hohe Reinheit und geringer Gehalt an metallischen Verunreinigungen;
• Hauptbestandteile: Es besitzt stabile chemische Eigenschaften, insbesondere ist die chemische Reaktionsgeschwindigkeit bei korrosiven Halogengasen geringer;
• Hohe Dichte, wenige offene Poren;
• Die Körner sind fein und der Anteil an Korngrenzenphasen ist gering;
• Mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, einfach herzustellen und zu verarbeiten;
• Einige Komponenten müssen möglicherweise weitere Leistungsanforderungen erfüllen, wie z. B. gute dielektrische Eigenschaften, elektrische Leitfähigkeit oder thermische Leitfähigkeit usw.

Gegenwärtig umfassen diese keramischen Werkstoffe hauptsächlich Quarz, Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Yttriumoxid usw.

Elektrostatische Spannvorrichtung 

Die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung auf dem Wafer ist ein wichtiger Faktor für die Ätzrate und die Ätzgleichmäßigkeit. Elektrostatische Spannfutter spielen eine Schlüsselrolle bei der Wafertemperaturkontrolle. Der interne Aufbau eines elektrostatischen Spannfutters besteht im Wesentlichen aus einer dielektrischen Schicht, einer Heizschicht und einer Basis. Aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit eignen sich sowohl AlN als auch SiC für die dielektrische Schicht elektrostatischer Spannfutter. Obwohl AlN in fluorhaltigem Plasma eine bessere Plasmaätzbeständigkeit als SiC aufweist, ist das bei der Reaktion zwischen SiC und fluorhaltigem Plasma entstehende Fluorid flüchtig und kann über ein Vakuumsystem entfernt werden, ohne den Chip zu verunreinigen.

FOkusing-Ring

Die Funktion des Fokussierrings besteht darin, ein ausgeglichenes Plasma zu erzeugen, dessen elektrische Leitfähigkeit der des Siliziumwafers ähneln muss. Früher wurde hauptsächlich leitfähiges Silizium verwendet. Fluorhaltige Plasmonen reagierten jedoch mit Silizium und bildeten flüchtiges Siliziumfluorid, was die Lebensdauer erheblich verkürzte, häufige Komponentenwechsel erforderlich machte und die Produktionseffizienz verringerte. Siliziumkarbid (SiC) besitzt eine ähnliche elektrische Leitfähigkeit wie einkristallines Silizium und eine bessere Beständigkeit gegenüber Plasmaätzung, wodurch es sich als Material für Fokussierringe eignet.

Das Material des Schauglases der Schauglas-Ätzmaschine erfordert eine hohe Lichtdurchlässigkeit. Anfänglich wurde Quarzglas verwendet, das jedoch korrosionsanfällig war und trüb wurde. Später wurde es durch Al₂O₃ ersetzt. Mit dem Einsatz fluorhaltiger Plasmen reichte die Korrosionsbeständigkeit von Al₂O₃ jedoch zunehmend nicht mehr für die Massenproduktion aus. Dies liegt daran, dass das Aluminium im Al₂O₃ mit Fluoridionen zu Al-F-Verbindungen reagiert, die sich ablagern und kristallisieren, wodurch granulare Verunreinigungen entstehen, die die Wafer leicht kontaminieren. Transparente Y₂O₃-Keramiken weisen zwar eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in fluorhaltigem Plasma auf, haben jedoch ein schlechtes Sinterverhalten, hohe Produktionskosten und relativ schwache mechanische Eigenschaften, was ihre Verarbeitung erschwert und somit ihre praktische Anwendung einschränkt. Transparente YAG-Keramiken besitzen eine hohe Lichtdurchlässigkeit und eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit gegenüber fluorhaltigem Plasma wie Yttriumoxid. Darüber hinaus sind ihre mechanischen Eigenschaften noch besser, was sie zu einem vielversprechenden Alternativmaterial macht.

Als Schlüsselverbrauchsmaterial im Plasmaätzprozess von Halbleitermaterialien unterliegen SiC-Ätzringen extrem hohen Reinheitsanforderungen. Dicke SiC-Schichten lassen sich üblicherweise nur mittels CVD-Verfahren herstellen und werden anschließend präzise weiterverarbeitet. Sie kommen hauptsächlich in der Vorbereitungsphase von Halbleiterätzprozessen zum Einsatz. Die Entwicklung von Halbleitern und ihren Trägermaterialien stellte lange Zeit eine Schwachstelle in Chinas Fertigungsprozess dar. Aufgrund hoher technischer Hürden wurden sie jedoch lange Zeit von den USA, Japan, Deutschland und anderen Ländern monopolisiert und zählten zu den Schlüsselmaterialien, die in der chinesischen Fertigungsindustrie stark eingeschränkt waren.

Isolierringe aus Keramik sind in den meisten Fällen hervorragende Isolatoren. Insbesondere Siliziumnitridkeramik zeichnet sich durch Isolationseigenschaften, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und lange Lebensdauer aus. Daher eignet sie sich zur Herstellung von Isolierringen mit hohen Isolationsanforderungen unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen. Im Vergleich zu Isolierringen aus Aluminiumoxidkeramik weisen Siliziumnitridkeramik-Isolierringe eine höhere Temperaturbeständigkeit, größere Festigkeit und eine starke thermische Stabilität auf. Ihre Lebensdauer kann um das Zehnfache oder mehr verlängert werden. Dadurch lassen sich Produktionskosten erheblich senken und Betriebszeiten verkürzen. Bei der Plasmareinigung von Gasdüsen werden korrosive Gase mit hochreaktiven Halogenen wie Fluor und Chlor eingesetzt. Gasdüsen bestehen typischerweise aus Aluminiumoxidkeramik und müssen eine hohe Ionenbeständigkeit, Durchschlagsfestigkeit und starke Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Prozessgasen und Nebenprodukten aufweisen. Gleichzeitig verfügen sie über eine präzise innere Porenstruktur zur genauen Steuerung des Gasdurchflusses.

Fountyl Technologies Pte Ltd. mit Sitz in Singapur bietet als Hauptprodukt Siliziumkarbid-Keramikspannfutter, poröse Keramikspannfutter, Luftlagertische, Keramik-Endeffektoren, Keramik-Führungsschienen und Präzisionskeramikteile an, die individuell auf die Bedürfnisse der Anwender zugeschnitten werden. Dank fortschrittlicher Produktionstechnologie und strenger Prüfverfahren wird die hohe Produktqualität sichergestellt. Fountyl Technologies hat sich zum Ziel gesetzt, seinen Kunden innovative Lösungen für Keramikanwendungen zu bieten.