Süsinikkiu lahendused pooljuhtide tootmisseadmetele

Süsinikkiu pooljuhtide tootmisseadmetes on kaasaegse tööstuse üks kõige nõudlikumaid materjalide rakendusi, sest kiibid valmistavat tööriista hinnatakse nanomeetrites mõõdetud tolerantside järgi. Litograafia etapp, plaatide käitlemise robot, ioonide implanteerimise kiireliin või metroloogia raam ei talu tavaliste konstruktsioonimaterjalide soojuse drifti, vibratsiooni või osakeste saastumist. Süsinikkiuduga tugevdatud polümeer (CFRP), kombineeritud aramiidi ja eeloksüdeeritud kiudkomponentidega, on saanud vaikseks võimaldajaks kõige täpsemate masinate taga maa peal. Käesolevas juhendis uuritakse, kuidas süsinikkiust pooljuhtseadmed töötavad praktikas - osa-osa, plahvi etapist puhtaruumi laeni - ja miks on kõrgtehnoloogiline kiud muutunud standardseks insenerivalikuks fab tööriistades, mitte eksootiliseks.

1. Miks pooljuhtseadmed kehtestavad kõige raskemad materjalinõuded

Pooljuhtide tootmine on tööstusharu, mida määratleb paradoks: see töötab tohutul skaalal ja siiski on peaaegu kõik kriitilised mõõtmed väikesed. Üks plaat võib sisaldada kümneid miljardeid transistoreid ja iga mustri samm peab olema ühtlustatud eelmise kihiga nanomeetri murdosa jooksul. Katkamine, kriitiline mõõte ja saagikus kõik halvenevad hetkel, kui masina geomeetria muutub, ja geomeetria muutub iga kord, kui struktuur laieneb, vibreerib või kaotab jäikuse.

See loob neli materjalinõuet, mida tavalised metallid võitlevad üheaegselt täita:

• Mõõtmete stabiilsus: tööriist peab säilitama oma kuju temperatuuri muutustes, soojusringluses ja pikkades tööaegades. Soojuslaienemiskoefitsient (CTE) peab olema nullile lähedal või vähemalt metroloogilise võrdlusega vastav.

• Suur spetsiifiline jäikus: struktuur peab seisma vastu kaldumisele ja vibratsioonile ilma massi lisamata, mis aeglustaks etappi, laadiks servot või asetaks madala sageduse resonanssi.

• Puhastus: ei ole väljagaasimist, ei valamist, ei metallist kulumist jäätmed, mis võivad saada osakeste defekti plaadi pinnal.

• Vibratsiooni amortiseerimine ja juhtimisribalaius: masin peab pärast iga liikumist kiiresti asetuma, nii et läbilaskevõimet ja täpsust ei kaubeldaks üksteisega.

CFRP vastab kõigile neljale. Selle spetsiifiline jäikus on mitu korda suurem kui terasest või alumiiniumist, selle CTE saab projekteerida lähedal nullile või sobitada räniga, see ei korrodeeri puhta ruumi keemilises keskkonnas ja selle sisemine amortiseerimine tapab kõrgsagedusliku helistamise, mis muidu hägistaks kokkupuute või mõõtmise.

2. Kui süsinikkiu ilmub Fab tööriista sees

Pooljuhtseadmed on süsteemide süsteem ja süsinikkiu on liikunud peaaegu igasse allsüsteemi, kus on oluline liikumine, soojusstabiilsus või struktuurimajandus.

2.1 Wafer etapid ja positsioneerimise platvormid

Plahvi etapp on iga litograafia või kontrollitööriista südameks. See kiireneb mitme g-jõuga, liikub sadu millimeetreid millisekundites ja peab hiljem asetuma nanomeetri täpsusele. Iga kilogrammi staadiumi massi tuleb kiirendada ja seejärel pidurdada, nii et mass muundatakse otseselt kadunud läbilaskevõimeks ja raisatud energiaks. Süsinikkiust staadiumi struktuur, mis on tavaliselt ehitatud süsinikkiust plaadist ja ühendatud süsinikkiust torudest koos sobiva CTE-ga, annab juhtimisringi vajaliku jäikuse liikuva massi lõikamisel. Kuna komposiiti saab projekteerida nii, et selle soojuslaienemine vastaks interferomeetri viiteraamile, ei triiviks staadiumi metroloogia tööriista soojendamisel.

2.2 Võõru- ja sillakonstruktsioonid

Üle lava istub portaal: pikk kiir, mis kannab optilist pead, kontrolliandurit või sondi kogu plaadi laiusega. See on klassikaline jäikus-kaalu probleem. Süsinikkiudast portaali tala, sageli suure sektsiooniga pultrudeeritud või rulli ümbritsetud profiil, tõstab struktuuri esimese loomuliku sageduse ja tõukab resonansi servo ribalaiusest eemale. See ühekordne muutus võimaldab inseneridel tööriista kiiremini käivitada ilma põneva struktuurilise vibratsioonita ja see hoiab pea-plaadi kauguse kogu skaneerimise jooksul stabiilseks.

2.3 Metroloogiaraamistikud ja võrdlusstruktuurid

Metroloogiaraamid määratlevad geomeetria, millega kõik muu mõõdetakse, nii et nende stabiilsus on kogu masina stabiilsus. CFRP-raamid on atraktiivsed, sest nende laienemist saab reguleerida nulli suunas, mis vastab räni plaadi ise madalale laienemisele. Kui raam peab liituma klaasiskaaludega, laserinterferomeetritega või kapatiivsete anduritega, hoiab sobitatud laienemisega süsinikkiudplate lugemised ausaks, kui tööriist soojeneb ja jahutab tootmisvahetuse käigus.

2.4 Wafer käitlemise robotid ja lõppefektorid

Wafer ülekande robotid liigutavad delikaatseid, kallid wafereid protsessikambrite vahel suure kiirusega ja nende lõpp efektiorid peavad olema kerged, jäik ja laitmatult puhtad. Süsinikkiu lõpu efektori tera on piisavalt jäik, et hoida 300 mm plaat kiirenduse all tasane, piisavalt kerge, et vältida sag ja vibratsiooni, ja vaba osakeste tekitav kulumine, et töödeldud metalltera võib toota oma kontaktpunktides. Sama loogika kehtib tõstepinnide, terahoidjate ja ülekandeväede kohta kogu klasteritööriista kaudu.

2.5 Vaakuumikambrid, kiireliinid ja ioonide implanteerimise riistvara

Vaakuumi- ja kiirjoonekeskkonnas vähendavad süsinikkiu ja hübriidkomposiitkomponendid liikuvat massi õrnate andurite läheduses ja pakuvad mittemagneetilisi, mõõtmete stabiilseid tugikonstruktsioone. Iooniimplantatsiooni ja elektronkiirde süsteemid on tundlikud mis tahes magnetilise või juhtiva struktuuri suhtes, mis võib kiiret häirida, ja mis tahes soojuse drifti suhtes, mis võib ava valesti joondada. Hoolikalt kontrollitud kiudarahitektuuriga komposiitkonstruktsioonid võimaldavad neid kompromisse juhtida ilma metalli komplekti kaalu karistuseta.

3. Materjalid ja nende konkreetsed rollid

Ükski kiudude vorm ei lahenda pooljuhtseadmete probleemi. Õige vastus on tavaliselt kombinatsioon ja rollide mõistmine on see, mis eraldab töödisaini kallist.

3.1 Süsinikkiudplate täpsuskonstruktsioonide jaoks

Töötatud ja kvasi-isotroopiline süsinikkiudplate on etappide, sulgude, vahestiku plokkide ja metroloogia liikmete jaoks sobiv materjal. Quasi-isotroopilised paigutused annavad prognoositavat, tasandisisest jäikust madala ja kontrollitava CTE-ga ning plaati saab töödelda, puurida ja siduda sama tööriistade täpsusega nagu alumiinium, kuid ilma soojuslaienemiseta ja ilma metalli saastumise riskita.

3.2 Süsinikkiust torud ja pultrudeeritud profiilid

Pultrudeeritud süsinikkiudtorud ja konstruktsiooniprofiilid pakuvad pikki, konstantseid lõikega liikmeid portaalidele, robotirvetele ja tugirellidele. Pultrusion toodab sertifitseeritud, korduva ristlõike, mis on oluline, kui tööriist on ehitatud seerias ja iga üksus peab käituma identselt. Torusid kasutatakse ka kergete, jäike ühenduste ja automaatsete materjalikäitlusseadmete raamide jaoks tehases.

3.3 Süsinikkiu prepreg ja kangas

Kui geomeetria on keeruline või ühekordne - kujuline katt, anduri korpus, kontuuritud tugi - annab vormi peale paigutatud süsinikkiu prepreg kõige kõrgeima ja kõige järjepidevama kiude mahtu fraktsiooni ja laminaadi arhitektuuri kõige tihedama kontrolli. Kuiv süsinikkiust kangas vaiguinfusiooniga pakub suuremate, väiksemate mahtude osade jaoks ökonoomsemat teed. Mõlemad võimaldavad laminaadi kohapealselt reguleerida, lisades jäikust täpselt seal, kus koormuse tee seda nõuab.

3.4 Aramiidkiud tugevuse ja isolatsiooni jaoks

Aramiidkiud toob löögi- ja kulumiskindlust, kui komposiitsosad vastavad käitlemisseadmetele või inimeste käitajatele, ning see on loomulikult elektriliselt isoleeriv ja soojusstabiilne. Aramiidkanga ja aramiidniit kasutatakse sageli hübriidlaminaatides, et kaitsta komposiitpinna lõhkumise eest, ning isolatsioonielementidena, kus tundliku elektroonika lähedal on vaja elektrilist seisundit. Kui disain vajab pinda, mis vastupidab löögile ilma juhtivate osakeste väljalasketa, on aramiidirikas väliskiht praktiline vastus.

3.5 Soojuskaitse ja tulekahju jaoks eeloksüdeeritud kiud

Pooljuhtide tööriistad sisaldavad kütteid, kütteid ja protsessikambreid, mis jõuavad kõrgetele temperatuuridele, ning ümbritsevad struktuurid vajavad kaitset, mis on nii soojusstabiilne kui ka elektriliselt mittejuhav. Eelaksüdeeritud kiud (PANOX) vilt, kangas ja lõng tagavad leegikindla, kõrgtemperatuuri isolatsiooni ilma tavaliste orgaaniliste tekstiilide süütamise ja lagunemiseta. Eelaksüdeeritud kiudkomponente kasutatakse soojendatud kappide ümber, soojustakistustes ja tööriista ümbriku sees olevate kaablite ja pneumaatiliste liinide tulekaitseks.

4. Rakenduse valiku maatriks

Allpool olevas tabelis on kaardistatud pooljuhtseadmete ühised töökohad soovitatava kiudotoode vormi ja selle peamise omaduse suhtes. See on mõeldud esimese läbimise juhendina; lõplik materjali valik tuleb kinnitada tegeliku koormuse tee, soojuseelarve ja puhtuse spetsifikatsiooni järgi.

Maatriks on lähtepunkt, mitte inseneri asendaja. Kaks sarnast töökohta võivad nõuda erinevaid kiudarahitektuure, kui võetakse arvesse vibratsioonirežiimi kuju, soojusgradiente ja puhtusklassi.

5. insenerijuhtum: miks komposiit lööb metalli siin

Pooljuhtseadmete ostjad valivad harva süsinikkiud, et säästa raha materjalide eest. Nad valivad selle, sest masina jõudluse ümbrikku ei saa muul viisil jõuda.

5.1 Soojusstabiilsus, mis hoiab ülekande ausaks

Overlay viga on ühe kõige kallim defekti klass arenenud litograafia. Struktuur, mis kasvab isegi mõne mikromeetri võrra temperatuuri muutumisel, muudab selle kujutist. Laminate projekteerimisega nii, et CTE läheneb nullile või vastab võrgustiku või plaadi viitele, eemaldab süsinikkiu kogu veatermini eelarvest, mitte püüdes seda tarkvaras pärast seda parandada.

5.2 Jäikus ja amortiseerimine läbilaskevõime jaoks

Tööriistade läbilaskevõimet reguleerib see, kui kiiresti etapp saab liikuda ja seejärel asetada. Kõrge spetsiifiline jäikus võimaldab struktuuril jääda jäigeks madala massiga ja komposiidi omapärane amortiseerimine takistab jäädvvibratsiooni, mis muidu sundiks pikemat asetumise viivitust. Tulemuseks on masin, mis on nii kiirem kui ka täpsem, mis on täpselt see kombinatsioon, mille eest tööstus maksab.

5.3 Puhastus ja mittemagneetiline käitumine

Puhaste ruumide sees vastutab materjal, mis väljagassub, korrodeerib või heitab osakesed, sõltumata selle mehaanilistest omadustest. Õige vaigusüsteemi ja pinnavöötlusega CFRP on inertne, ei roosta ega tooda metalli kulumisjäätmeid, mida terasest liikuvad osad võivad tekitada. Selle mittemagneetiline iseloom on oluline ka elektroni- ja jonikiire veeru lähedal, kus ferromagnetiline struktuur moonutaks kiire.

5.4 Tööriistade põlvkonna elutsükli kulud

Fab tööriist eeldatakse töötada mitu aastat, sageli mitme protsessi sõlmed, ja seisutusaega mõõdetakse kadunud plahvi algab. Struktuur, mis säilitab oma geomeetria, ei korrodeeri ja ei vaja perioodilist ümberkalibreerimist soojusdriivi vastu, vähendab omanduskulusid kaugelt selle ostuhinnast. Masina jaoks, mis võib maksta miljoneid dollareid, on otsustava tähtsusega stabiilsuse majandus.

6. Tootmise ja kvaliteedi kaalutlused

Pooljuhtseadmete komposiidisosadele kehtivad tolerantsid ja dokumentatsioonistandardid, mis on palju rangemad kui üldine tööstustöö, ja tootmismarsruut on sama oluline kui materjal.

• Layout disain: kinnitada, et laminaat on mõeldud tõelise koormuse tee ja soojusgradiendi jaoks, mitte lihtsalt kopeeritud metallist osast, mida see asendab.

• CTE sobitamine: kontrollida, et komposiidi laienemine vastab võrdlusstruktuurile või plaadile kogu töötemperatuuriribas.

• Vaik ja väljagaasimine: valige väikese väljagaasimisega vaigusüsteem ja valideerige see puhta ruumi ja vaakumnõuetega.

• Puhastus ja viimistlus: täpsustada servatihendus, pinnatöötlus ja osakeste juhtimine, et osa ei muutu defektide allikaks.

• Metroloogia ja jälgitavus: nõuavad dokumenteeritud kiudisisaldust, paigutuskava ja mõõtmete kontrolli, mis on jälgitav tarnitud osasse.

• Liimimine ja kinnitamine: projekteerida liigesed, et vältida galvaanilist ühendamist metallidega ja hoida poldi eelkoormus stabiilne soojusringluse ajal.

• Parandatavus: plaani liimitud plaastri remont, kui see on võimalik, nii et väikese kahju juhtum ei romma kallis komplekt.

7. Trendid, mis kujundavad järgmise tööriista põlvkonna

Mitmed jõud tõukavad süsinikkiud sügavamale pooljuhtseadmetesse. Esimene on protsessisõlmede lakkamatu kahanemine, mis tihendab iga põlvkonna kattumist ja kriitiliste mõõtmete eelarveid ning muudab soojusstabiilsuse läbirääkimisetavaks. Teine on kõrge NA EUV litograafia tõus, mille suurem optika ja tihedamad tolerantsid asetavad veelgi suuremad nõuded lava ja raami jäikusele. Kolmas on arenenud pakendi ja 3D-integratsiooni kasv, mis kordustab plaatide käitlemise ja kontrollimise etappe ja seega nõudlust kerge, kiire ja puhta käitlemise riistvara järele. Lõpuks toob ühendatud pooljuhtide ja elektriseadmete tootmise laienemine kaasa uusi protsessitemperatuure ja uusi kambrikeskkondi, laiendades süsinikkiu struktuuride kõrval eeloksüdeeritud kiude ja aramiidi isolatsiooni rolli. Igal juhul on võimaldav teema sama: materjal, mis on jäik, kerge, mõõtmete stabiilne ja puhas.

Shanghai Tanchain New Material Technology tarnib täiskasvanud seadmete programmide taga olevat täielikku kiudvarnast süsinikkiu eelkäija ja niit, süsinikkiu klambrit, kangast, prepregist, plaadist, torust, pultrudeeritud profiilidest ja valmis komposiitosatest koos aramiidniigaga, aramiidniigaga ja kogu eeloksüdeeritud kiudude valikuga niit, klambrit, lõnga, vilt ja kangast. Olenemata sellest, kas ülesanne on plaadi prototüüp, metroloogiaraami ümberkorraldus või riistvara käitlemise tootmisprogramm, saab meie meeskond nõustada töötsüklile sobiva materjali vormi, kiudarahitektuuri ja vaigusüsteemi kohta. Sirvige meie süsinikkiu tootevaliku või saatke päring oma järgmise pooljuhtseadmete projekti spetsifikatsioonide aruteluks.