تجهیزات فرآیند نیمه هادی عمدتاً از همان فلزات ساخته می شدند که هر چیز دیگری در تولید صنعتی آلومینیوم - برای قطعات ساختاری سبک وزن، فولاد ضد زنگ که مقاومت در برابر خوردگی اهمیت داشت. این به طور پیوسته در طول دو دهه گذشته تغییر کرده است و دلیل آن بدتر شدن فلز نیست. به این دلیل است که فرآیندهای نیمه هادی به روشی که فلز از نظر ساختاری نمی تواند از آن پیروی کند، سخت تر شد، در حالی که سرامیک هایی مانند آلومینا و کاربید سیلیکون از قبل خواص مناسبی برای مشکلاتی که صنعت قبلاً نداشتند، داشتند.
مشکل آلودگی فلز نمی تواند به طور کامل حل شود
ساخت نیمه هادی تقریبا هیچ آلودگی ذرات یا یونی را در محیط فرآیند تحمل نمی کند واجزای فلزیمنبع دائمی هر دو هستند. سطوح فلزی، حتی-هایی که به خوبی تکمیل شدهاند، میتوانند ذرات ردیابی را تحت سایش مکانیکی یا چرخه حرارتی از بین ببرند، و یونهای فلزی میتوانند به شیمی فرآیند یا روی سطوح ویفر مهاجرت کنند، به گونهای که عملکرد دستگاه را در سطح-در-میلیارد دستگاههای مدرن کار میکنند. این یک ریسک فرضی نیست - یک نگرانی مدیریت بازده مستند و مداوم است که تصمیمات واقعی مشخصات مواد را هدایت می کند.
آلومینا و کاربید سیلیکون تا حد زیادی این مشکل را کنار گذاشته اند. هر دو از نظر شیمیایی نسبت به بیشتر شیمیهای فرآیندی که در ساخت ویفر استفاده میشوند بیاثر هستند و ساختار کریستالی یا پلی کریستالی آنها به روشی که سطوح فلزی در شرایط سایش مشابه میتوانند یونهای فلزی را دفع نمیکنند. این دلیل اصلی این است که هر دو ماده بهطور پیوسته در چاکهای ویفر، گیرندهها و اجزای محفظه پردازش ظاهر میشوند - نه به این دلیل که عجیب و غریب هستند، بلکه به این دلیل است که مشکل آلودگی را حل میکنند که فلز از نظر ساختاری قادر به حل آن نیست.
رفتار حرارتی: جایی که آلومینا و کاربید سیلیکون از یکدیگر جدا می شوند
در اینجا ارزش آن را دارد که مشخص شود، زیرا "سرامیک" یک ماده با یک مجموعه از خواص نیست، و آلومینا و کاربید سیلیکون در واقع مشکلات حرارتی مختلف را حل می کنند.
آلومینا (Al2O3) عایق الکتریکی جامد همراه با هدایت حرارتی مناسب و استحکام مکانیکی خوب را با هزینه کمتر نسبت به سایر سرامیک های فنی ارائه می دهد. این یک انتخاب متداول برای اجزای عایق، قطعات شفاف RF-و سختافزار محفظه فرآیند عمومی است که در آن رسانایی حرارتی شدید شرط اولیه نیست.
کاربید سیلیکون (SiC) موقعیت متفاوتی دارد - رسانایی گرمایی را به برخی فلزات نزدیکتر ارائه میکند، بطور قابل ملاحظهای بالاتر از آلومینا، همراه با سختی عالی و مقاومت در برابر شوک حرارتی. این باعث میشود که SiC انتخاب رایجتری برای اجزایی باشد که نیاز به انتقال گرما به طور مؤثر دارند و در عین حال از آلودگی و خوردگی اجتناب میکنند. فلزی که - گیرهها و اجزای بخاری را در فرآیندهایی با چرخه حرارتی تهاجمی معرفی میکند، یک کاربرد معمولی است.
هیچ یک از مواد جایگزینی جهانی برای دیگری نیست، و مشخص کردن نامناسب برای یک نمایه حرارتی معین، یک اشتباه رایج و قابل اجتناب است - یک جزء که به رسانایی حرارتی SiC نیاز دارد در آلومینا عملکرد یکسانی ندارد، حتی اگر هر دو به طور کلی به عنوان "سرامیک فنی" در مکالمات معمولی توصیف شوند.
مقاومت در برابر خوردگی در شیمی فرآیند تهاجمی
بسیاری از فرآیندهای نیمه هادی شامل گازهای بسیار خورنده و محیط های پلاسما هستند که به طور پیوسته اجزای فلزی را طی چرخه های مکرر تخریب می کنند - هزینه تعمیر و نگهداری و جایگزینی که در طول عمر ابزار ترکیب می شود. آلومینا و کاربید سیلیکون هر دو به طور قابل توجهی بهتر از آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ در برابر این نوع حمله شیمیایی مقاومت می کنند و عمر مفید قطعات را در فرآیندهای اچ و رسوب افزایش می دهند که در آن قطعات فلزی نیاز به تعویض مکرر یا پوشش محافظ دارند که خود خطر آلودگی را ایجاد می کند.
جایی که فلز هنوز معنا دارد
هیچ یک از اینها سرامیک را به یک ارتقای جهانی تبدیل نمی کند و ارزش آن را دارد که در مورد جایی که فلز بهترین انتخاب باقی می ماند مستقیم صحبت کنید. اجزای سازهای که نیاز به جوش دارند، به کانالهای خنککننده داخلی پیچیده نیاز دارند که از نظر اقتصادی ماشین کاری شوند، یا نیاز به خم شدن اندکی تحت بار مکانیکی بدون شکستگی دارند، عموماً به دلیل شکنندگی سرامیک فلزی - به این معنی است که بهجای تغییر شکل در اثر ترکخوردگی از کار میافتد، که یک محدودیت واقعی برای طرحهای مکانیکی خاص است. هزینه نیز یک عامل است: اجزای سرامیکی، به ویژه قطعات بزرگتر، هزینه قابل توجهی نسبت به قطعات فلزی معادل دارند، و این حق بیمه تنها زمانی توجیه می شود که مزیت آلودگی، حرارتی یا خوردگی واقعاً برای کاربرد خاص مهم باشد.
یک راه عملی برای چارچوب تصمیم گیری مواد
سؤال مفید برای طراحان تجهیزات به طور انتزاعی «سرامیک یا فلز» نیست - این است که آیا جزء خاص در یک منطقه حساس-آلودگی قرار میگیرد، با شیمی فرآیند خورنده مواجه است یا نیاز به فلزی با مشخصات حرارتی دارد که نمیتواند بدون پوشش یا آستر ارائه شود. قطعاتی که هر یک از این معیارها را برآورده می کنند به طور فزاینده ای در آلومینا یا کاربید سیلیکون به عنوان یک روش استاندارد مشخص می شوند، نه یک ارتقای عجیب و غریب. اجزای خارج از این معیارها - سختافزار ساختاری عمومی، محفظههای غیر تماسی - اغلب به دلایل خوبی فلزی باقی میمانند، زیرا حق بیمه سرامیک چیزی را که برنامه واقعاً به آن نیاز دارد نمیخرد.
ما قطعات دقیق آلومینا و کاربید سیلیکون را به عنوان بخشی از خط گسترده تر سرامیک های دقیق خود ماشین می کنیم، و الگویی که به طور مداوم در مکالمات مشتریان ظاهر می شود دقیقاً این نوع جزء است-بر-تصمیم جزء به جای یک سوئیچ مواد عمده فروشی - یک قطعه واحد از تجهیزات نیمه هادی یا اغلب اجزای ساختاری فلزی را با اجزای سرامیکی ترکیب می کند. در هر جای دیگری، به جای اینکه به طور کامل به یک ماده یا ماده دیگر متعهد شوید.