У міру того як процеси виробництва напівпровідників переходять до вузлів нанометрового-розміру, до основного технологічного обладнання, як-от травильників і систем осадження тонких{1}}плівок, висуваються все суворіші вимоги до точності обробки, чистоти та продуктивності. На цьому тлі прецизійні керамічні компоненти стали ключовими для забезпечення стабільності процесу. Серед них конструктивні деталі з оксиду алюмінію становлять приблизно 45% ринку прецизійних керамічних компонентів, що робить їх найбільш широко використовуваними. Отже, як глиноземна кераміка, здавалося б, основний матеріал, стає незамінним «стандартним матеріалом» для численного напівпровідникового обладнання?
Основні вимоги до виробництва напівпровідників для глиноземної кераміки
Виробництво напівпровідників — це «делікатне завдання, яке виконується в екстремальних умовах», що включає високі температури, сильну корозію, високу напругу та точне тертя. Глиноземні керамічні конструктивні елементи виділяються завдяки поєднанню складно{1}}-відповідних властивостей, таких як корозійна стійкість, висока-температурна стійкість, висока чистота та висока ізоляція, що ідеально відповідає суворим вимогам напівпровідникової промисловості:
Стійкість до плазмової ерозії: У процесах травлення він протистоїть сильно корозійній плазмі, уникаючи забруднення частинками.
Стійкість до термічного удару та стабільність розмірів: під час процесів осадження, пов’язаних із частими змінами температури, він зберігає мікрон{0}}точність рівня, забезпечуючи точне позиціонування пластини.
Висока чистота: у над-чистих середовищах, таких як фотолітографія та перевірка, він майже не виділяє частинок, зберігаючи продуктивність.
Наразі чистота глиноземної кераміки, яка використовується в напівпровідниковому обладнанні, зазвичай перевищує 99,5 %, при цьому глиноземна кераміка, що протравлюється, досягає 99,8 % і навіть 4N (99,99 %). Ці матеріали виглядають прозорими або напів-прозорими, за показниками ефективності можна порівняти з однокристалічним-сапфіром. Крім того, завдяки їхній дрібнозернистій структурі певні властивості, як-от міцність на вигин і міцність на стиск, можуть навіть перевершувати властивості монокристалічного сапфіру.
Процеси підготовки та тенденції розвитку
Підготовка глиноземних керамічних компонентів — це багатопрофільний системний інженерний процес, який в основному включає підготовку порошку, формування, спікання, точну механічну обробку, контроль якості та обробку поверхні. Серед них процеси формування та спікання мають вирішальний вплив на мікроструктуру та механічні властивості глиноземних керамічних матеріалів, що робить їх двома критичними етапами у виробництві глиноземної кераміки.
(1) Приготування порошку
Сировина високо{0}}глинозему проходить дозування, механічне кульове подрібнення та розпилювальне сушіння для отримання гранульованого порошку з однорідним розміром частинок і хорошою сипучістю.
(2) Процес формування
Формування передбачає формування порошку оксиду алюмінію в керамічне зелене тіло. Залежно від вимог до форми та точності компонента вибираються такі методи, як сухе пресування, ізостатичне пресування, стрічкове лиття або лиття під тиском. В даний час сухе пресування в поєднанні з холодним ізостатичним пресуванням в основному використовується для формування заготовок з оксиду алюмінію.
(3) Високотемпературне-спікання
Спікання включає нагрівання порошку, щоб викликати зв’язування частинок, що призводить до міграції матеріалу, ущільнення та рекристалізації. Такі методи, як спікання без тиску, гаряче пресування або гаряче ізостатичне пресування, використовуються для ущільнення необробленого тіла. Високо{2}}глинозем високої чистоти зазвичай вимагає температур спікання 1600–1800 градусів.
(4) Точна обробка
За допомогою токарних і шліфувальних верстатів з ЧПУ спечений корпус ріжеться, точиться, шліфується, фрезерується та свердлиться для отримання бажаних керамічних компонентів. Обробка кераміки з ЧПК – це субтрактивний виробничий процес, яким керують комп’ютери для роботи з верстатами й ріжучими інструментами та керування ними, досягаючи мікрон{1}}рівня точності розмірів і забезпечуючи узгодженість багатьох деталей.
(5) Обробка поверхні та перевірка якості
Напівпровідникова промисловість висуває надзвичайно високі вимоги до чистоти. Після проходження перевірки якості напівпровідникові керамічні компоненти підлягають подальшому очищенню поверхні, як правило, за допомогою таких методів, як очищення кислотою, очищення лугом або очищення органічними розчинниками. Після очищення та сушіння продукти повторно -перевіряються на якість. Відповідну продукцію потім пакують у чистій кімнаті.
Для керамічних компонентів із особливими вимогами можна застосовувати додаткову обробку поверхні, як-от дугове напилення, плазмове напилення, електростатичне напилення, осадження з парової фази, ультра-чисте очищення, анодування або металізацію, щоб відповідати робочим стандартам.
