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工件台示意图 集成电路制造光刻机用碳化硅陶瓷部件

2016-07-30 20:01阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/3001914767

碳化硅陶瓷主要包含无压烧结碳化硅(SSiC)、反应烧结碳化硅（RBSC）、化学气相沉积碳化硅（CVD-SiC）
碳化硅具有各种优异的性能 ：超硬、耐磨、 高热导率和机械强度、 低热膨胀系数、 优异的热稳定性、低密度、高比刚度、无磁性。
目前在航空、航天、核工业等各个行业均有碳化硅陶瓷的应用，如碳化硅陶瓷反射镜，IC集成电路制造等高端装备用陶瓷部件，极端条件下的热交换器、防弹材料等。

1、集成电路制造光刻机用碳化硅陶瓷部件:
silicon carbide components for lithography equipment:
undefined 工件台
br> 粗动台气浮框架
扫描电机水冷骨架 工件台集成反射镜 轻量化陶瓷导轨

2、晶圆传输组件:
silicon carbide components for wafer handling
undefined 陶瓷吸盘
陶瓷吸盘2 undefined
3、刻蚀机用碳化硅陶瓷托盘Ceramic tray for ICP-RIE
碳化硅陶瓷托盘


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对于光刻机用结构材料的特点及其对结构件的要求，分析碳化硅陶瓷在光刻机中作为结构使用的优势，并结合我司的研究成果，介绍深圳智元公司精密碳化硅结构件的制备领域所取得的技术成果，列举了精密碳化硅结构件在光刻机等集成电路制造关键装备中的应用。
关键词：集成电路制造，光刻机，碳化硅，凝胶注，陶瓷素坯加工，反应连接,化学气相沉
积。

碳化硅是一种性能优异的结构陶瓷材料，具有化学稳定性好、机械强度高、导热系数高及热膨胀系数低等优点，因此碳化硅陶瓷材料可在高温、高压、腐蚀、辐射等极端环境中服役，目前碳化硅陶瓷材料已经广泛应用于航空、航天、石油化工、机械制造、核工业、微电子工业等领域。但碳化硅是Si-C 键很强的共价键化合物，具有极高的硬度和显著的脆性，精密加工难度大；并且碳化硅熔点高，难以实现致密、近净尺寸烧结，因此，大尺寸、复杂异形中空结构的精密碳化硅结构件的制备难度较高，限制了碳化硅陶瓷在高端装备制造领域的应用。
集成电路产业（即IC 产业）是关乎国家经济、政治和国防安全的战略产业，在IC 产业中，集成电路制造装备具有极其重要的战略地位，以光刻机为代表的集成电路关键装备是现代技术高度集成的产物，其设计和制造过程均能体现出相关科学领域的最高水平，集成电路制造关键装备用零部件亦体现了材料科学与工程、机械加工等领域的最高水平，通常要求零部件材料具有轻质高强、高导热系数和低热膨胀系数等特点，且致密均匀无缺陷；要求零部件具有极高的尺寸精度和尺寸稳定性，以保证设备实现超精密运动和控制。

碳化硅陶瓷具有高的弹性模量和比刚度，不易变形，并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数，热稳定性高，因此碳化硅陶瓷是一种优良的结构材料，目前在国外集成电路制造关键装备中获得广泛的应用，如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等，但该类产品目前基本为日本、美国等少数几个国家的企业所垄断，如日本的Kyocera、美国的CoorsTek 等企业。国内对此类部件的研制仍处于起步阶段，使我国集成电路制造装备特别是光刻机的发展受到严重制约。在国内，深圳智元率先开展了极大规模集成电路制造装备用精密碳化硅结构件的制备工艺研究，攻克了以光刻机为代表的集成电路制造关键装备用大尺寸、中空薄壁、复杂结构、精密碳化硅结构件制备的技术难关，形成一系列自主知识产权的专利技术，制备出了诸如碳化硅真空吸盘、导轨、反射镜、工件台等一系列光刻机用精密碳化硅结构件，满足了光刻机等集成电路制造关键装备用精密结构件的使用要求，推动了我国集成电路关键装备的独立自主健康发展。

集成电路制造装备用精密陶瓷结构件的特点
集成电路制造关键技术及装备主要有包括光刻技术及光刻装备、薄膜生长技术及装备、化学机械抛光技术及装备、高密度后封装技术及装备等，均涉及高效率、高精度、高稳定性的运动控制技术和驱动技术，对结构件的精度和结构材料的性能提出了极高的要求。
以光刻机中工件台为例，该工件台主要负责完成曝光运动，要求实现高速、大行程、六自由度的纳米级超精密运动，如对于100nm 分辨率、套刻精度为33nm 和线宽为10nm 的光刻机，其工件台定位精度要求达到10nm，掩模-硅片同时步进和扫描速度分别达到150nm/s、120nm/s，掩模扫描速度接近500nm/s，并且要求工件台具有非常高的运动精度和平稳性[7]。
为此光刻机用工件台结构件需满足以下要求：
①高度轻量化。为降低运动惯量，减轻电机负载，提高运动效率、定位精度和稳定性，结构件普遍采用轻量化结构设计，其轻量化率为60-80%，最高可达到90%；
②高形位精度。为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的形位精度，平面度、平行度、垂直度要求小于1μm，形位精度要求小于5 μm；
③高尺寸稳定性。为实现高精度运动和定位，要求结构件具有极高的尺寸稳定性，不宜产生应变，且导热系数高、热膨胀系数低，不易产生大的尺寸变形；
④清洁无污染。要求结构件具有极低的摩擦系数低，运动过程中动能损失小，且无磨削颗粒的污染。
碳化硅材料具有极高的弹性模量、导热系数和较低的热膨胀系数，不易产生弯曲应力变形和热应变，并且具有极佳的可抛光性，可以通过机械加工至优良的镜面；因此采用碳化硅作为光刻机等集成电路关键装备用精密结构件材料具有极大的优势。

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