Visão Geral Abrangente de Cerâmicas Avançadas Utilizadas em Equipamentos Semicondutores

Componentes cerâmicos de precisão são elementos essenciais em equipamentos centrais para processos-chave de fabricação de semicondutores, como fotolitografia, gravação, deposição de filmes finos, implantação iônica e CMP. Essas peças — incluindo rolamentos, guias, revestimentos de câmaras, pinças eletrostáticas e braços robóticos — são especialmente críticas dentro das câmaras de processo, onde servem funções como suporte, proteção e controle de fluxo.

Este artigo fornece uma visão geral sistemática de como as cerâmicas de precisão são aplicadas nos principais equipamentos de fabricação de semicondutores.

Processos Front-End: Cerâmicas de Precisão em Equipamentos de Fabricação de Wafer

1. Equipamentos de Fotolitografia

Para garantir alta precisão do processo em sistemas avançados de fotolitografia, uma ampla gama de componentes cerâmicos com excelente multifuncionalidade, estabilidade estrutural, resistência térmica e precisão dimensional é utilizada. Estes incluem pinças eletrostáticas, pinças a vácuo, blocos, bases de ímãs refrigeradas a água, refletores, guias, plataformas e suportes de máscara.

Óxido de Berílio (BeO), Nitreto de Alumínio (AlN) Pinça eletrostática, plataforma de movimento

 

Aquecedores:Pinças eletrostáticas: Alumina (Al₂O₃), Nitreto de Silício (Si₃N₄), Plataformas de movimento: Cerâmica de cordierita, Carbeto de Silício (SiC)

 

Desafios técnicos: Design de estrutura complexa, controle de matéria-prima e sinterização, gerenciamento de temperatura e usinagem de ultra precisão.

O sistema de materiais das plataformas de movimento de litografia é crucial para alcançar alta precisão e velocidade de varredura. Os materiais devem apresentar alta rigidez específica e baixa expansão térmica para suportar movimentos de alta velocidade com distorção mínima — melhorando assim a produtividade e mantendo a precisão.

2. Equipamentos de Gravação

A gravação é fundamental para transferir padrões de circuito da máscara para o wafer. Os principais componentes cerâmicos usados em ferramentas de gravação incluem a câmara, a janela de visualização, a placa de distribuição de gás, os bicos, os anéis isolantes, as placas de cobertura, os anéis de foco e as pinças eletrostáticas.

Óxido de Berílio (BeO), Nitreto de Alumínio (AlN) Pinça eletrostática, anel de foco, placa de distribuição de gás

 

Principais materiais cerâmicos: Quartzo, SiC, AlN, Al₂O₃, Si₃N₄, Y₂O₃

 

• Câmara de Gravação:

Com a redução das geometrias dos dispositivos, controles de contaminação mais rigorosos são necessários. As cerâmicas são preferidas em relação aos metais para evitar a contaminação por partículas e íons metálicos.

• Requisitos de material:

Alta pureza, contaminação mínima por metais

Quimicamente inerte, especialmente para gases de gravação à base de halogênio

Alta densidade, porosidade mínima

Grão fino, baixo teor de contorno de grão

Boa usinabilidade mecânica

Propriedades elétricas ou térmicas específicas, se necessário

• Placa de Distribuição de Gás:

Apresentando centenas ou milhares de microfuros perfurados com precisão, essas placas distribuem uniformemente os gases de processo, garantindo uma deposição/gravação consistente.

• Desafios:

As exigências de uniformidade do diâmetro do furo e paredes internas sem rebarbas são extremamente altas. Mesmo pequenas variações podem causar variação na espessura do filme e perda de rendimento.

• Aquecedores: SiC CVD, Alumina, Nitreto de Silício

• Anel de Foco:

Projetado para equilibrar a uniformidade do plasma e corresponder à condutividade do wafer de silício. Comparado ao silício condutivo tradicional (que reage com o plasma de flúor para formar SiF₄ volátil), o SiC oferece condutividade semelhante e resistência superior ao plasma, permitindo uma vida útil mais longa.

• Material: Carbeto de Silício (SiC)

1. CMP (Polimento Químico-Mecânico)

Em sistemas CVD e PVD, as principais peças cerâmicas incluem pinças eletrostáticas, placas de distribuição de gás, aquecedores e revestimentos de câmaras.

Principais componentes cerâmicos:

Óxido de Berílio (BeO), Nitreto de Alumínio (AlN)Materiais principais:

 

Aquecedores:  Nitreto de Alumínio (AlN), Alumina (Al₂O₃)Aquecedor Cerâmico:

• Um componente crítico localizado dentro da câmara de processo, em contato direto com o wafer. Ele suporta o wafer e garante temperaturas de processo uniformes e estáveis em toda a sua superfície.

Processos Back-End: Cerâmicas de Precisão em Equipamentos de Embalagem e Teste

1. CMP (Polimento Químico-Mecânico)

Os equipamentos CMP utilizam placas de polimento cerâmicas, braços de manuseio, plataformas de alinhamento e pinças a vácuo para planarização de superfície de alta precisão.

2. Equipamentos de Corte e Embalagem de Wafer

Principais componentes cerâmicos:

Lâminas de Corte:

Óxido de Berílio (BeO), Nitreto de Alumínio (AlN)

• <1 μmCabeças de Ligação por Termocompressão: Cerâmicas AlN com condutividade térmica de 220 W/m·K; uniformidade de temperatura ±2°C
• Substratos LTCC: Precisão da largura da linha de até 10 μm; suporta transmissão 5G mmWave
• Ferramentas Capilares Cerâmicas: Usadas na ligação por fio, comumente feitas de Al₂O₃ ou alumina reforçada com zircônia
• 3. Estações de TestePrincipais componentes cerâmicos:

 

Substratos Interposer:

Óxido de Berílio (BeO), Nitreto de Alumínio (AlN)

• Dispositivos de Teste de Alta Frequência: Cerâmicas AlN para desempenho RF estável
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