По мере того как процессы производства полупроводников переходят к узлам нанометрового-масштаба, к основному технологическому оборудованию, такому как травильные машины и системы нанесения тонких-пленок, предъявляются все более строгие требования к точности обработки, чистоте и производительности. На этом фоне прецизионные керамические компоненты стали ключом к обеспечению стабильности процесса. Среди них конструкционные детали из глиноземной керамики занимают около 45% рынка прецизионных керамических компонентов, что делает их наиболее широко используемыми. Так как же глиноземная керамика, казалось бы, основной материал, стала незаменимым «стандартным материалом» для многочисленных полупроводниковых приборов?
Основные требования к производству полупроводников для глиноземной керамики
Производство полупроводников — это «тонкая задача, выполняемая в экстремальных условиях», включающая высокие температуры, сильную коррозию, высокое напряжение и прецизионное трение. Конструктивные детали из глиноземной керамики выделяются благодаря сочетанию труднопревзойденных--свойств, таких как коррозионная стойкость, высокая-температурная стойкость, высокая чистота и высокая изоляция, что идеально соответствует строгим требованиям полупроводниковой промышленности:
Устойчивость к плазменной эрозии: В процессах травления он противостоит высококоррозионной плазме, избегая загрязнения частицами.
Устойчивость к термическому удару и стабильность размеров: во время процессов осаждения, связанных с частыми изменениями температуры, он поддерживает микронную-точность, обеспечивая точное позиционирование пластины.
Высокая чистота: в ультра-чистых средах, таких как фотолитография и контроль, он практически не выделяет частиц, что обеспечивает высокий выход продукции.
В настоящее время чистота глиноземной керамики, используемой в полупроводниковом оборудовании, обычно превышает 99,5 %, при этом глиноземная керамика травильного-класса достигает чистоты выше 99,8 % и даже достигает класса 4N (99,99 %). Эти материалы выглядят прозрачными или полу-прозрачными, а их эксплуатационные характеристики сравнимы с монокристаллическим-сапфиром. Более того, из-за их мелкозернистой структуры некоторые свойства, такие как прочность на изгиб и прочность на сжатие, могут даже превосходить свойства монокристаллического сапфира.
Процессы подготовки и тенденции развития
Подготовка компонентов из глиноземной керамики — это многопрофильный системный инженерный процесс, который в первую очередь включает в себя подготовку порошка, формование, спекание, прецизионную механическую обработку, контроль качества и обработку поверхности. Среди них процессы формования и спекания оказывают решающее влияние на микроструктуру и механические свойства глиноземных керамических материалов, что делает их двумя важными этапами в производстве глиноземной керамики.
(1) Приготовление порошка
Сырье из глинозема высокой-чистоты подвергается дозированию, механической шаровой мельнице и распылительной сушке для получения гранулированного порошка с однородным размером частиц и хорошей сыпучестью.
(2) Процесс формирования
Формование включает придание порошку оксида алюминия необожженной керамической массы. В зависимости от требований к форме и точности детали выбираются такие методы, как сухое прессование, изостатическое прессование, ленточное литье или литье под давлением. В настоящее время для формирования заготовок из глинозема в основном применяют сухое прессование в сочетании с холодным изостатическим прессованием.
(3) Высоко-высокотемпературное спекание
Спекание включает нагрев порошка, чтобы вызвать связывание частиц, что приводит к миграции материала, уплотнению и рекристаллизации. Для уплотнения неспеченного изделия используются такие методы, как спекание без давления, горячее прессование или горячее изостатическое прессование. Для оксида алюминия высокой-чистоты обычно требуется температура спекания 1600–1800 градусов.
(4) Прецизионная обработка
На токарных и шлифовальных станках с ЧПУ спеченное тело разрезается, обтачивается, шлифуется, фрезеруется и сверлится для получения желаемых керамических компонентов. Обработка керамики с ЧПУ относится к субтрактивному производственному процессу, управляемому компьютерами для управления машинами и режущими инструментами и управления ими, обеспечивая точность размеров на уровне микрон- и гарантируя согласованность между несколькими деталями.
(5) Обработка поверхности и контроль качества
Полупроводниковая промышленность предъявляет чрезвычайно высокие требования к чистоте. После прохождения контроля качества полупроводниковые керамические компоненты подвергаются дальнейшей очистке поверхности, обычно с использованием таких методов, как очистка кислотой, очистка щелочью или очистка органическими растворителями. После очистки и сушки продукция повторно-проверяется на качество. Соответствующая продукция затем упаковывается в чистом помещении.
Для керамических компонентов, к которым предъявляются особые требования, в целях соответствия эксплуатационным стандартам может применяться дополнительная обработка поверхности, такая как дуговое напыление, плазменное напыление, электростатическое напыление, осаждение из паровой фазы, ультра-чистая очистка, анодирование или металлизация.
