Апрацоўка паўправаднікоў на станках з ЧПУ:
Дакладная вытворчасць у цэнтры рэвалюцыі мікрасхем
Змест
ПерамыкацьЧаму апрацоўка на станках з ЧПУ застаецца важнай у паўправадніковай прамысловасці
- Надзвычайная геаметрычная складанасць: многія кампаненты маюць складаныя ўнутраныя каналы астуджэння, адтуліны з высокім каэфіцыентам бакоў, тонкія сценкі і складаныя трохмерныя контуры, якія цяжка або немагчыма вырабіць з дапамогай ліцця, коўкі або чыста адытыўных метадаў.
- Разнастайнасць матэрыялаў: у паўправадніковым абсталяванні выкарыстоўваецца алюміній, нержавеючая сталь (серыя 300, 316L, 17-4PH), тытан, медзь, кераміка (Al₂O₃, AlN, SiC), інвар і суперсплавы. Станкі з ЧПУ могуць апрацоўваць усе з іх.
- Звышстрогія дапушчальныя дапушчэнні: плоскасць 1–5 мкм пры дыяметры 450 мм, размяшчэнне адтуліны ±2 мкм, шурпатасць паверхні Ra < 0.1 мкм і паралельнасць < 2 мкм з'яўляюцца распаўсюджанымі.
- Сумяшчальнасць з вакуумам і плазмай: дэталі павінны вытрымліваць агрэсіўную плазму фтору або хлору, звышвысокі вакуум (10⁻⁹ мбар) і тэмпературы ад -100 °C да >800 °C без выдзялення газаў або ўтварэння часціц.
- Рамонт і аднаўленне: многія кампаненты (напрыклад, аднаўленне электрастатычных патронаў) неаднаразова апрацоўваюцца, пакрываюцца новым пакрыццём і вяртаюцца ў эксплуатацыю — гэты цыкл магчымы толькі пры выкарыстанні субтрактыўных працэсаў.
Асноўныя кампаненты, вырабленыя на станках з ЧПУ
1. Вакуумныя камеры і вялікія канструкцыйныя рамы
2. Стадыі пласцін і стадыі сеткі
3. Электрастатычныя патроны (ESC)
4. Газаразмеркавальныя душавыя лейкі і аблямоўкі
5. Аптычныя кампаненты і мацавання
Матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў паўправадніковай апрацоўцы на станках з ЧПУ
1. Алюмініевыя сплавы
2. Сплавы з нізкім каэфіцыентам пашырэння
3. Кераміка і тэхнічнае шкло
- Карбід крэмнію з інфільтрацыяй крэмнію (SiSiC)
- Рэакцыйна звязаны карбід крэмнію (RBSC)
- Шкло з ультранізкім каэфіцыентам пашырэння Zerodur® (Schott) і ULE® (Corning)
- Нітрыд алюмінію (AlN) і аксід алюмінію (Al2O3) для электрастатычных патронаў
Гэтыя далікатныя матэрыялы патрабуюць спецыялізаваных працэсаў апрацоўкі на станках з ЧПУ: ультрагукавой апрацоўкі, шліфавання ў пластычным рэжыме або лазернай апрацоўкі.
4. Высокачыстыя металы
Малібдэн, вальфрам і тытан выкарыстоўваюцца для вырабу кампанентаў, якія падвяргаюцца ўздзеянню фторнай плазмы. Гэтыя тугаплаўкія металы патрабуюць жорсткіх станкоў з ЧПУ з высокім крутоўным момантам і інструментаў з полікрышталічнага алмаза (PCD).
Тыповыя паўправадніковыя кампаненты, вырабленыя з дапамогай ЧПУ
Кампанент | Тыповы матэрыял | асноўныя патрабаванні | Прыклады талерантнасці |
|---|---|---|---|
Патроны для пласцін (ESC) | Гліназём, AlN | Плоскаснасць < 3 мкм, Ra < 0.05 мкм, уцечка гелію < 10⁻⁹ | Пазіцыя адтуліны ±2 мкм |
Душавыя лейкі / Газавыя пліты | Анадаваны алюміній, нержавеючая сталь 316L | 5000–20 000 адтулін Ø0.3–1.0 мм, пазіцыя ±5 мкм | < Ra 0.4 мкм |
Сценкі вакуумнай камеры | 6061-Т6, 5083 А1 | Звараныя + апрацаваныя на станку, герметычныя з геліем | Плоскасць < 50 мкм на працягу 2 м |
Электродныя зборкі | OFHC медзь, малібдэн | ВЧ-праводнасць, каналы астуджэння | Размяшчэнне канала ±10 мкм |
Зборкі пад'ёмных штыфтоў | Нержавеючая сталь з керамічным пакрыццём | Зносаўстойлівасць, кантроль часціц | Канцэнтрычнасць < 5 мкм |
Структурныя рамы (EUV) | Інвар 36, сплавы з нізкім КТР | Тэрмічная стабільнасць < 50 ppb/K | Дакладнасць пазіцыянавання ±15 мкм |
Кольцы факусоўкі, кольцы па краях | Крэмній, кварц, карбід крэмнію | Устойлівасць да плазменнай эрозіі | Дапушчальнае адхіленне профілю ±10 мкм |
Дакладныя ўзроўні і метралогія
асаблівасць | Тыповая талерантнасць | Метад вымярэння |
|---|---|---|
Плоскасць (паверхня 300 мм) | 0.5–2 мкм PV | Інтэрфераметрыя (Фізо, Зіга) |
Паралелізм | 1–5 мкм | Электронныя ўзроўні + інтэрфераметрыя |
Размяшчэнне адтулін (тысячы адтулін) | ±2–5 мкм | Каардынатна-вымяральная машына (CMM) |
Паверхню | Ra 0.025–0.1 мкм | Інтэрфераметрыя белага святла |
Размяшчэнне астуджальнай трубы | ± 10 мкм | КТ-сканаванне або ультрагукавое даследаванне |
Эвалюцыя станкоў з ЧПУ для апрацоўкі паўправаднікоў
1. Эпоха 1990-х–2000-х гадоў
2. 2010-я гады: паветраныя падшыпнікі і магнітная левітацыя
3. Бягучы стан (2020–2025 гг.)
- Алмазныя такарныя станкі Moore Nanotechnology і Precitech для аднабаковай апрацоўкі люстраных падложак EUV
- Мікраапрацоўчыя цэнтры Kern Microtechnik і Yasda дасягнулі дакладнасці формы 100 нм
- Серыя DMG MORI ULTRASONIC для керамікі
- Fanuc ROBONANO α-NMiA: дазвол праграмавання 0.1 нм і дазвол пазіцыянавання 1 нм
- Тэмпературныя цэхі з рэгуляванай тэмпературай ±0.01 °C з актыўнымі вібраізаляцыйнымі фундаментамі
Праблемы і выбар матэрыялаў
1. Алюмініевыя сплавы
2. Нержавеючыя сталі
3. Кераміка
4. Сплавы з нізкім КТР
5. Тугаплаўкія металы
Крытычныя працэсы апрацоўкі
1. Высокаскорасная апрацоўка (ВХА) алюмінію
SХуткасці шпіндзеля 20 000–42 000 абаротаў у хвіліну, збалансаваныя алмазныя інструменты з PCD або монакрышталяў, астуджэнне туманам і алгарытмы папярэдняга вымярэння дазваляюць атрымаць люстраную аздабленне (Ra < 4 нм) за адзін праход.
2. Коўкая апрацоўка керамікі
Падтрымліваючы глыбіню рэзання ніжэй за крытычны парог (звычайна < 1 мкм), далікатныя матэрыялы можна апрацоўваць у пластычным рэжыме з выкарыстаннем ультравострых алмазных інструментаў, ствараючы паверхні аптычнай якасці без расколін.
3. Алмазная апрацоўка адной кропкай (SPDT)
6.4 Электраэрозійная апрацоўка дротам і працяжная электроэрозійная апрацоўка
5. Адытыўная + субтрактыўная гібрыдная вытворчасць
Патрабаванні да дакладнасці і звышдакладнасці станкоў з ЧПУ
- Дакладнасць пазіцыянавання: ±2–5 мкм на адлегласці 500–2000 мм
- Паўтаральнасць: < 1 мкм
- Аздабленне паверхні: Ra 0.025–0.1 мкм на паверхнях, якія сутыкаюцца з плазмай
- Плоскаснасць: 1–3 мкм на Ø300–450 мм
- Паралельнасць/перпендыкулярнасць: < 3 мкм
- 5-восевыя або нават 8-восевыя апрацоўчыя цэнтры (напрыклад, Yasda, Makino, DMG MORI, Kern, Liechti)
- Гідрастатычныя або пнеўматычныя шпіндзелі, якія працуюць з хуткасцю 20 000–60 000 абаротаў у хвіліну
- Сістэмы тэрмічнай стабілізацыі, якія падтрымліваюць тэмпературу машыны ў межах ±0.1 °C
- Станковыя зонды і лазерныя наладчыкі інструментаў з дазволам 0.1 мкм
- Гранітныя або палімербетонныя асновы з актыўнай вібраізаляцыяй
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit telus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
Перадавыя метады апрацоўкі
1. Высокаскорасная апрацоўка (ВХА) з выкарыстаннем дробных інструментаў
2. Апрацоўка з дапамогай ультрагуку
3. Алмазная апрацоўка адной кропкай (SPDT)
4. Адначасовае фрэзераванне складаных геаметрый па 5 восях
5. Гібрыдныя адытыўна-аднімальныя працэсы
Метралогія і забеспячэнне якасці
- Звышдакладныя КІМ Zeiss Prismo або Leitz PMM-C з хібнасцю ±0.3 мкм
- Фазазрушальныя інтэрферометры Zygo GPI або 4D Technology для вымярэння плоскаснасці
- Інтэрферометры белага святла Bruker для паверхняў з таўшчынёй Ra < 50 нм
- Выпрабаванне на герметычнасць з дапамогай геліевага мас-спектрометра да 10⁻¹⁰ мбар·л/с
- Аналіз рэшткавага газу (RGA) пасля запякання пры тэмпературы 150 °C для пацверджання газааддзялення < 10⁻⁹ Тор·л/с/см²
- Падлік часціц з дапамогай лічыльніка часціц вадкасці (LPC) або лазернага сканера часціц пасля ультрагукавой ачысткі
Апрацоўка і пасляапрацоўка ў чыстых памяшканнях
- Bullen Ultrasonics (ЗША)
- Вытворчасць чыстых памяшканняў з ЧПУ Tyrolit (Аўстрыя)
- Чыстае памяшканне для дакладнай апрацоўкі ў Уцуноміі кампаніі Canon (Японія)
- Дэіянізаваная вада пад высокім ціскам + мегагукавое перамешванне
- Шматступенчатая хімічная ачыстка (SC-1, SC-2, піранья)
- Ультрачысты N₂ для сушкі фенам
- Вакуумная запяканне пры тэмпературы 150–200 °C
- Падвойная фасоўка ў мяшкі, прачышчаныя азотам (N₂)
Прыклад: Апрацоўка асновай для этапу пласціны EUV
- Матэрыял: кераміка SiSiC, 900 × 800 × 100 мм
- Патрабаванне роўнасці: < 1 мкм PV па ўсёй паверхні
- 120 убудаваных астуджальных каналаў, дыяметр 3 мм, размяшчэнне ±15 мкм
- 600 разьбовых уставак (M4 з гелій-лёгкім корпусам)
- Канчатковая паверхня: апрацавана да Ra < 50 нм
- «Зялёная» апрацоўка рэакцыйна-злучаных нарыхтовак
- Інфільтрацыя крэмнію і тэрмічная апрацоўка
- Грубае шліфаванне на 5-восевым апрацоўчым цэнтры
- Чыстае шліфаванне з пластычным рэжымам і глыбінёй рэзання 1 мкм
- Магнітарэалагічная аздабленне (MRF) для карэкцыі канчатковай формы
- Метралогія на інтэрферометры Zygo VeriFire MST з апертурай 600 мм
- Фінальная ручная прыцірка пры неабходнасці