반도체 공정 장비는 주로 산업 제조의 다른 모든 금속과 동일한 금속으로 제작되었습니다. - 경량 구조 부품용 알루미늄, 내식성이 중요한 스테인리스강. 그것은 지난 20년 동안 꾸준히 변화해왔는데, 그 이유는 금속이 더 나빠졌기 때문이 아닙니다. 금속이 구조적으로 따라갈 수 없는 방식으로 반도체 공정이 더욱 까다로워지고 있는 반면, 알루미나 및 탄화규소와 같은 세라믹은 이미 업계에서 겪지 않았던 문제에 대한 올바른 특성을 갖게 되었습니다.
오염 문제 금속은 완전히 해결할 수 없습니다
반도체 제조에서는 공정 환경에서 미립자 또는 이온 오염이 거의 허용되지 않습니다.금속 부품두 가지 모두의 지속적인 소스입니다. 금속 표면은 -잘 마감된 표면이라도 기계적 마모나 열 순환으로 인해 미량 입자가 떨어질 수 있으며, 금속 이온은 현대 제조 공장이 운영하는 십억분율 수준에서 장치 수율을 저하시키는 방식으로 공정 화학이나 웨이퍼 표면으로 이동할 수 있습니다. 이는 가상의 위험이 아닙니다. - 실제 재료 사양 결정을 주도하는 문서화된 지속적인 수율 관리 문제입니다.
알루미나와 탄화규소는 이 문제를 크게 회피합니다. 둘 다 웨이퍼 제조에 사용되는 대부분의 공정 화학에 비해 화학적으로 불활성이며 결정질 또는 다결정질 구조는 동일한 마모 조건에서 금속 표면처럼 금속 이온을 방출하지 않습니다. 이것이 두 재료가 웨이퍼 척, 서셉터 및 공정 챔버 부품에 일관적으로 나타나는 주요 이유입니다. - 이 두 재료가 특이해서가 아니라 금속이 구조적으로 해결할 수 없는 오염 문제를 해결하기 때문입니다.
열적 거동: 알루미나와 탄화규소가 서로 갈라지는 곳
"세라믹"은 한 세트의 특성을 가진 하나의 재료가 아니며 알루미나와 탄화규소는 실제로 서로 다른 열 문제를 해결하기 때문에 여기에서 구체적으로 설명할 가치가 있습니다.
알루미나(Al2O3)는 대부분의 다른 기술 세라믹보다 저렴한 비용으로 합리적인 열 전도성과 우수한 기계적 강도가 결합된 견고한 전기 절연성을 제공합니다. 이는 절연 부품, RF{3}}투명 부품, 극한의 열 전도성이 주요 요구 사항이 아닌 일반 공정 챔버 하드웨어에 일반적으로 선택됩니다.
실리콘 카바이드(SiC)는 다른 위치를 차지합니다. - 이는 일부 금속에 더 가까운 열 전도성을 제공하며 알루미나보다 훨씬 더 높으며 우수한 경도 및 열충격 저항성을 결합합니다. 이로 인해 SiC는 오염과 부식 문제를 피하면서 효율적으로 열을 전도해야 하는 구성 요소에 대해 더 일반적인 선택이 됩니다. 금속은 - 서셉터를 도입하며 공격적인 열 순환이 있는 공정에서 히터 구성 요소는 일반적인 응용 분야입니다.
어느 재료도 다른 재료를 대체할 수 없으며 특정 열 프로파일에 대해 잘못된 재료를 지정하는 것은 일반적이고 피할 수 있는 실수입니다. - SiC의 열 전도성이 필요한 부품은 알루미나에서 동일한 방식으로 작동하지 않습니다. 둘 다 일반적인 대화에서 "기술적 세라믹"으로 광범위하게 설명되더라도 말입니다.
공격적인 공정 화학에서의 내식성
많은 반도체 공정에는 반복적인 주기에 걸쳐 금속 부품의 품질을 지속적으로 저하시키는 부식성이 강한 가스 및 플라즈마 환경이 포함됩니다. - 도구의 서비스 수명에 걸쳐 유지 관리 및 교체 비용이 증가합니다. 알루미나와 탄화규소는 모두 알루미늄이나 스테인리스강보다 이러한 종류의 화학적 공격에 훨씬 더 잘 저항하므로 금속 부품을 자주 교체해야 하거나 그 자체로 오염 위험을 초래하는 보호 코팅이 필요한 식각 및 증착 공정에서 부품 서비스 수명을 연장합니다.
금속이 여전히 의미가 있는 곳
이 중 어느 것도 세라믹을 보편적인 업그레이드로 만들지 않으며 금속이 더 나은 선택으로 남아 있는 부분에 대해 직접적으로 말할 가치가 있습니다. 용접이 필요하거나, 경제적으로 가공된 복잡한 내부 냉각 채널이 필요하거나, 기계적 하중 하에서 파손 없이 약간 구부려야 하는 구조적 구성요소는 일반적으로 금속에 의해 더 잘 작동됩니다. - 세라믹의 취성은 변형보다는 균열로 인해 실패함을 의미하며, 이는 특정 기계 설계의 실제 제한 사항입니다. 비용도 중요한 요소입니다. 세라믹 부품, 특히 대형 부품은 동급의 금속 부품에 비해 상당한 비용 프리미엄을 갖고 있으며, 이러한 프리미엄은 특정 응용 분야에서 오염, 열 또는 부식 이점이 실제로 중요한 경우에만 정당화됩니다.
중요한 결정의 틀을 잡는 실용적인 방법
장비 설계자에게 유용한 질문은 추상적으로 "세라믹 또는 금속"이 아닙니다. - 특정 구성요소가 오염에 민감한 구역에 있는지, 부식성 공정 화학에 직면하는지, 코팅이나 라이너 없이는 금속이 전달할 수 없는 열 프로필이 필요한지 여부입니다. 이러한 기준을 충족하는 구성 요소는 이국적인 업그레이드가 아닌 표준 관행으로 알루미나 또는 탄화 규소로 점점 더 지정되고 있습니다. 이러한 기준을 벗어난 구성요소 - 일반 구조 하드웨어, 비{5}}접촉 하우징 -은 세라믹 프리미엄이 애플리케이션에 실제로 필요한 것을 구매하지 않기 때문에 종종 금속으로 남아 있습니다.
우리는 광범위한 정밀 세라믹 라인의 일부로 정밀 알루미나 및 탄화규소 부품을 가공하고 고객과의 대화에서 일관되게 나타나는 패턴은 바로 이러한 종류의 부품별 -단위-결정입니다. 도매 재료 전환이 아닌 - 반도체 장비의 단일 부품은 한 재료에 전적으로 전념하기보다는 오염이나 열 성능이 가장 중요한 세라믹 부품을 다른 모든 금속 구조 요소와 혼합하는 경우가 많습니다.