Трубки из циркония в производстве полупроводников: прецизионная керамика для производства микросхем

Производство полупроводников наносит огромный ущерб материалам. Кремнеземные пластины и инструменты фотолитографии вызывают наибольший интерес общественности, но циркоевые трубки (ZrO₂) не менее важны. Трубки из циркония — один из самых распространённых инструментов в производстве. В этой статье рассматриваются циркониевые трубки, свойства, которые делают их необходимыми в производстве, а также то, что предлагает UPCERA.

Что такое цирконовая трубка?

Трубки из циркония — это высокопроизводительная техническая керамическая система, которая прочная, долговечная и достигает наивысшего уровня керамической ввязчивости благодаря процессу трансформационного упрочнения, поддерживаемому Yttria (Y-TZP). Это упрочнение придаёт цирконию Y-TZP превосходящую прочность по сравнению с другими традиционными керамиками, такими как глинозем.

Некоторые другие преимущества высокопроизводительных циркониевых ламп:

• Прочность: Прочность на изгиб превышает 1200 МПа, что выше, чем у большинства инженерных металлов.

• Плотность: высокая плотность (>6,0 г/см³) с ультранизкой пористостью

• Пористость: экстремальная твёрдость (≥9 по шкале Мооса) с превосходной износостойкостью трубок из циркония

• Химическая устойчивость: устойчивость к кислотам, щелочам и агрессивным процессным химикатам

• Электрическая изоляция: отличные электрические изоляторы (с объемным сопротивлением > 1×10¹¹ ом·см при комнатной температуре).

• Термическая стабильность: Циркониевые трубки обладают нечувствительностью к изменениям размеров, которые обычно происходят из-за повторяющихся тепловых циклов.

В таких сферах, как производство полупроводников, циркониевые трубки предлагают решения проблем, возникающих в задействии металлов и полимеров.

Почему циркониевые трубки важны для производства полупроводников

1. Трубки для сверхчистых технологических газов

Производство полупроводников требует использования полностью чистых технологических газов (например, силана и различных допантов), которые необходимо доставлять в реакционные камеры без какого-либо загрязнения. Циркониевые трубки могут использоваться для подачи труб для транспортировки этих газов по следующим причинам:

• Химическая инерция: Трубки циркония не реагируют с газами процесса, даже если они сильно коррозийны, и поэтому не вызывают загрязнения газов процесса.

•Химическая пористость: плотная структура циркоевой трубки означает, что не происходит поглощения или выведения газа.

• Поверхностное покрытие: Высокоплотная и закрытая поверхность трубок из циркония легко очищается и минимизирует задержку частиц.

2. Компоненты высокотемпературных печей

Большинство полупроводниковых процессов, таких как диффузия, окисление и отжиг, проводятся при температурах выше 1000°C. Циркониевые трубки могут использоваться как:

• Втулки для защиты термопар: Эти трубки могут служить защитой термопар от контакта с сильно коррозийными и/или расплавленными материалами.

• Опорные трубы и вкладыши: Эти трубы могут использоваться как опоры нагревательных элементов при температурах, выше мест смягчения и/или деформации некоторых металлов.

• Термоэффективные, высокоэффективные и с низкими термическими потерями трубки: циркониевые трубки имеют теплопроводность менее 3 Вт/м·к.

3. Оборудование для травления и нанесения

Для процессов, включающих травление, CVD (химическое осаждение паров) и PVD (физическое осаждение паров) применяются трубки циркония при высокой температуре, которые подвергаются воздействию как коррозийной плазмы, так и повышенной температуры. Циркониевые трубки:

• Плазменно-устойчивые: трубки устойчивы к физической и химической эрозии в процессе ионного травления.

• Стабильные размеры: трубки сохраняют внутренний и внешний диаметр и допуски после тысяч циклов процесса.

• Без загрязнений: Трубки из циркония не выделяют металлических загрязнителей, вредных для кремниевых пластин.

4. Обработка и защита пластин

Трубки из циркония обеспечивают:

• Защита пластин: учитывать необходимую поддержку хрупких пластин при высоких температурах processing.al Изоляция: защита электронных конструкций от ЭСР.

• Безопасность в чистых помещениях: непористые трубки, не образующие частицы.

UPCERA: Два десятилетия прецизионной керамики

Основанная в 2003 году, UPCERA стала первым в Китае разработчиком и производителем керамических рукавов из циркония для оптоволоконной техники после 20 лет разработки прецизионной керамики.

1. Производство труб из циркония

Производство труб из циркония включает:

• Трубки спечеваются при высоких температурах 1500–1800 °C.

•Постспекание,Обработка с ЧПУ выполняется с допуском ±0,005 мм.

•Возможность производства различных материалов: YSZ, ATZ, ZTA, синего и чёрного циркония и других специальных формул.

Обеспечение точности:

• Лампы Uprecare Circonia разработаны для использования в полупроводниковой промышленности.

2. Цирконовые трубки и Precision Assurance

• Трубки с внешним диаметром 1–25 мм должны иметь внешний диаметр ±0,002 мм; а трубы с внешним диаметром 20–50 мм должны иметь внешний диаметр ±0,003 мм.

• Для труб диаметром 0,5–3 мм точность внутреннего диаметра должна составлять ±0,001 мм, а для труб диаметром 3–10 мм — ±0,003 мм.

• Трубки изготавливаются с длиной до 1000 мм с точностью ±0,005 мм.

•Поверхностная шероховатость Ra0.03.

• Округлость, концентричность и прямота ±0,002 мм, ±0,002 мм и ±0,004 мм соответственно.

3. Размерный диапазон

Циркониевые трубки доступны в диапазонах:

• Длина до 1000 мм.

• Внешние диаметры до 250 мм.

• Внутренний диаметр (сквозное отверстие): до 200 мм.

• Внутренний диаметр (слепое отверстие): до 50 мм.

• Внутренний диаметр (ступенчатое отверстие): до 50 мм.

• Минимальная толщина стенки: 0,1 мм.

• Минимальный диаметр бурения: φ0,4 мм.

• Минимальный диаметр резьбы: M2.

4. Возможности кастомизации

UPCERA предлагает свежий взгляд в отличие от поставщиков каталогов. В то время как многие другие поставляют стандартные детали, заводские индивидуальные циркониевые керамики UPCERA создаются на основе реальных требований заказчика. Это приводит к следующему:

• Гибкость проектирования: Легко доступны индивидуальные размеры, допуски и специальные конструкции.

• Решения, связанные с применением: компоненты для инструментов и оборудования полупроводниковой литографии и инспекции.

• Быстрое прототипирование: гарантировано короткое время доставки с быстрым ответом.

Выбор материалов: Циркония против других

Помимо циркония, который немного лучше подходит для некоторых полупроводниковых применений, в UPCERA есть и другие керамики, такие как глинозем, нитрид кремния, нитрид алюминия и карбид кремния.

Свойства	Циркония (3Y-TZP)	Глинёза (96-99,95%)
Прочность на изгиб	≥1200 МПа	Зависит от уровня
Прочность разрушения	6,5-8 МПа·м¹/²	Меньше
Твёрдость	≥9 Мос	Высокий
Износостойкость	Superior	Хорошо
Термическая устойчивость	≥300°C	Умеренный
Шероховатость поверхности	Ra0.03	Ra0.1

Почему циркония:

• Применения, связанные с серьёзными трещинами, вызванными ударами и трещинами.

• Применения, связанные с термическим циклом трещины, вызывают обеспокоенность.

• Применение с высоким износом для длительного срока службы компонента.

Почему глинозем:

• Применения, связанные с общей изоляцией.

• Применение для износа.

• Применения с высокой твёрдостью.

Применение в экосистеме полупроводников

Фронтенд-производство

• Диффузионные печи: технологические трубы и вафельные боки в цирконии.

• Ионная имплантация: изолирующие компоненты и отверстия в линии пучка.

• Кольца и опорные конструкции для быстрой термической обработки (RTP).

Производство на заднем плане

• Компоненты сборки: точное позиционирование и поддержка.

• Тестирование и инспекция: носители для инструментов для инспекции и подложок.

Поддерживающая инфраструктура

• Системы подачи газа: сверхчистые газопроводы.

• Вакуумные системы: герметизация и подача.

• Высокоточные лабораторные и автоматизированные системы для аналитических приборов.

Обзор рынка

Оценка мирового рынка керамических трубок в 2024 году составляет 20,87 миллиарда долларов США. К 2030 году прогнозируется рост этого показателя до 28,48 миллиарда долларов США, что составляет CAGR в 5,16%. Следующие тенденции способствуют росту рынка:

• Рост мирового производства полупроводников. Увеличение количества фабрик означает рост спроса на прецизионные керамические компоненты.

• Повышение сложности полупроводников. С развитием более сложных полупроводников появляются сложные производственные потребности и более экзотические материалы.

• ИИ: Новые оптические модули, находящиеся на порядки больше, требуют больше компонентов циркония, чем старые модули.

С ежемесячным выпуском в 100 миллионов керамических трубок, UPCERA, вероятно, является крупнейшим источником поставок в мире.

Значение точности

С точки зрения бизнеса, возможности UPCERA в области точности становятся необходимостью. Предлагаются следующие характеристики точности:

• Точность ±0,001 мм гарантирует равномерность производства и потоков.

•Ra0.03 поверхностная шероховатость создаёт поток газа без дефектов.

•0,002 мм концентричность гарантирует посадку компонентов.

• Прямые продажи обеспечивают уверенность спроса и предложения.

Заключительные комментарии

Циркониевые трубки обеспечивают производство полупроводников с экстремальной точностью, необходимой при сопровождении высокой надёжности в самых сложных условиях. Обладая более чем двадцатилетним опытом, точной обработкой мирового уровня и способностью к полной индивидуализации — от простых трубок до сложных ступенчатых конструкций с допусками микрометра — UPCERA справляется со всеми вызовами отрасли. С гарантией качества и точности дизайн UPCERA остаётся последовательным. Посетите www.proupcera.com, чтобы узнать больше о циркониевых трубках UCCERA и их керамических дизайнерских решениях.

FAQs

Вопрос 1. Что такое цирконовая трубка?

Циркониевые трубки — это прецизионные, конструктивные циркониевые (ZrO₂) трубы, которые сверхпрочные, ещё более термически устойчивые и коррозионно-устойчивые, и полезны в различных промышленных приложениях.

Вопрос 2. Почему цирконий лучше металлов в полупроводниковых фабриках?

Цирконий реагирует с меньшим количеством агрессивных химических веществ, чем металлы, и не содержит металлического загрязнения. Он сохраняет стабильность размеров даже при повышенных температурах, что редко встречается среди различных металлов.

Вопрос 3. Каковы применения циркониевых трубок в производстве чипов?

Циркониевые трубки — это газовые трубки, вкладыши для печей, термопарные защитные трубки, а также носители пластин. Они также устойчивы к плазме, используемой в процессе травления и осаждения.

Вопрос 4. Каков уровень точности при производстве циркониевых труб?

С помощью современных технологий можно производить трубы с допуском внутреннего диаметра ±0,001 мм, шероховатостью поверхности Ra0,03 и округлостью 0,002 мм.

Вопрос 5. Можно ли изготовить трубки из циркония в разных формах?

Безусловно, индивидуальные формы могут включать отверстия (разного диаметра), глухие отверстия, а также трубки с резьбовыми или сужающимися концами, и другие конфигурации.