Точный контроль температуры + бесконтактная адсорбция: керамические электростатические зажимные устройства решают проблему выхода годной продукции в производстве микросхем.
2026-02-26
В высокоавтоматизированных линиях по производству полупроводников пластины проходят множество прецизионных процессов, таких как фотолитография, травление и осаждение тонких пленок, что требует стабильной и точной фиксации на протяжении всего процесса . Традиционные механические зажимы подвержены повреждениям от напряжений, в то время как вакуумная адсорбция несет в себе риски загрязнения и недостаточную стабильность адсорбции. Электростатические зажимы, использующие электростатическую силу, обеспечивают точную адсорбцию с «бесконтактным» способом и минимальным повреждением, становясь незаменимым инструментом в процессах производства полупроводников на наноразмерном уровне. Их производительность напрямую определяет выход годной продукции и эффективность производства микросхем.
Основной несущей способностью этой «руки» является керамический диск, который в основном изготавливается из современных керамических материалов, таких как высокочистый оксид алюминия (Al₂O₃), нитрид алюминия (AlN) и карбид кремния (SiC). Его изготовление включает три основных этапа: подготовку порошка, формование и спекание. Контроль параметров и выбор технологии каждого процесса напрямую влияют на надежность и срок службы конечного продукта.
Ключевые моменты каждого этапа:
Краеугольный камень отрасли: Максимальные требования к эксплуатационным характеристикам керамических материалов.
В качестве ключевого компонента в полупроводниковом производстве, характеристики электростатических зажимов напрямую влияют на выход годной продукции и эффективность производства чипов. В нанотехнологиях даже малейшая термическая деформация, неравномерность заряда или загрязнение частицами могут привести к выбраковке всей пластины. Поэтому керамические материалы, используемые для изготовления электростатических зажимов, должны обладать рядом исключительных свойств: чрезвычайно высокой чистотой для предотвращения колебаний электрических свойств, превосходной и равномерной теплопроводностью для обеспечения стабильной температуры пластины, а также чрезвычайно высоким сопротивлением и диэлектрической прочностью для гарантии стабильности и безопасности электростатической адсорбции.
Начиная с порошков: определение «генетического кода» материалов.
Эксплуатационные характеристики керамических изделий «начинаются с порошка», и чистота, размер частиц, морфология и диспергируемость порошка являются ключевыми «генами», определяющими характеристики конечного продукта. Подготовка порошка — это первый этап обеспечения точности при производстве электростатической керамики, и в отрасли в основном используются химические методы для получения высокочистых ультрадисперсных порошков.
Методы твердофазного синтеза позволяют получать порошки посредством высокотемпературных реакций, при этом данный процесс является относительно отработанным, а стоимость контролируемой; методы жидкофазного синтеза (такие как золь-гель метод и метод соосаждения) позволяют достичь смешивания на молекулярном уровне и получать порошки с высокой однородностью состава и узким распределением частиц по размерам; методы газовой фазы позволяют получать высокочистые наноразмерные сферические порошки с чрезвычайно высокой активностью.
Для таких компаний, как Xiangxin New Materials, активно работающих в области полупроводниковой керамики третьего поколения, разработка собственных порошков и точный контроль являются основой для создания технологических барьеров. Оптимизация ключевых параметров, таких как чистота прекурсора, температура реакции и выбор диспергирующего агента, позволяет добиться точного контроля физико-химических свойств порошка, закладывая прочную основу для последующего уплотнения, спекания и интеграции функциональной структуры.
Высокоточное формование: создание основы для "интеграции структуры и функции".
Высококачественные порошки необходимо преобразовывать в заготовки, содержащие сложные функциональные структуры, посредством процессов точного формования. Суть электростатического формования заключается не просто в «формовании», а в достижении комплексной интеграции «керамической матрицы – электрода – нагревательного резистора». Основная задача состоит в обеспечении точного позиционирования функциональной структуры и прочности межфазного соединения.
Сухое прессование и холодное изостатическое прессование подходят для керамических подложек с простой структурой, обеспечивая равномерность плотности заготовки за счет равномерного давления. С другой стороны, в основе многослойного функционального интегрированного электростатического зажима лежит технология ленточного литья — керамическая суспензия наносится тонкой полосой точной толщины с помощью ленточной литьевой машины, и после высыхания образуется заготовка. Затем суспензии вольфрама, молибдена и других металлов наносятся в виде электродов и резистивных линий методом трафаретной или струйной печати. Наконец, посредством точного выравнивания, ламинирования и горячего прессования формируется трехмерная функциональная структура.
Передовая в отрасли интегрированная технология прессования и формования позволяет преодолеть структурные ограничения. Благодаря циклическому процессу «нанесение порошка – печать – прессование» функциональный металлический слой непосредственно внедряется в керамический порошок, обеспечивая структуру «заготовки как готового изделия». Это не только расширяет возможности проектирования функциональной структуры, но и эффективно снижает погрешность выравнивания в процессе ламинирования, открывая новые возможности для проектирования сложных конструкций высококачественных электростатических зажимных устройств.
решающий шаг к совместимости интерфейсов.
После формирования многослойного заготовки необходимо провести высокотемпературное спекание для достижения плотности. Основная сложность и ключевая технология в производстве электростатических зажимных устройств заключается в «совместном обжиге гетерогенных материалов» — свойства материалов керамической матрицы и встроенных металлических электродов (вольфрама, молибдена и др.) значительно различаются (коэффициент теплового расширения, скорость усадки при спекании и высокотемпературная стабильность — все они разные). Способ достижения одновременного уплотнения обоих материалов и формирования твердого интерфейса является ключевым фактором, определяющим срок службы изделия.
Технология гетерогенного послойного нанесения материалов и совместного обжига в настоящее время является основным решением. Ее успех зависит от трех основных факторов контроля: во-первых, точное соответствие металлической суспензии, что требует разработки специальных металлических суспензий (таких как суспензии высокотемпературных металлов, например, вольфрама и молибдена), соответствующих кривой усадки при спекании керамических заготовок; во-вторых, усовершенствованная конструкция процесса спекания, которая требует разработки точной кривой температуры спекания и координации ритма усадки различных материалов путем контроля скорости нагрева, стадии выдержки и инертной атмосферы (например, азота и аргона) для снятия межфазных напряжений; и в-третьих, оптимизация постобработки, которая позволяет дополнительно устранить внутреннюю остаточную пористость с помощью горячего изостатического прессования (ГИП), так что плотность керамики приближается к теоретическому значению.
Этот процесс сродни исполнению точной «материальной симфонии», концентрированному воплощению основных технологических ноу-хау компании Xiangxin New Materials. От точного контроля синтеза порошка до позиционирования на микронном уровне при литье и укладке, а затем до контроля совместимости интерфейсов при высокотемпературном совместном обжиге, производство электростатической керамики для зажимных устройств пронизано концепциями «точности, интеграции и совместимости». Именно это предельное стремление к деталям постепенно превращает план высокоточного производства полупроводников в реальность.
