Silizio karburozko zeramikazko osagai zehatzak fotolitografia-ekipoetan.
Erdieroale ekipamenduetarako zehaztasun handiko zeramikazko egitura-osagaien ezaugarriak eta eskakizunak
Zirkuitu integratuen fabrikaziorako ekipamendu gakoek osagaien materialek ezaugarri hauek izan behar dituzte: purutasun handia, dentsitate handia, erresistentzia handia, elastikotasun modulu handia, eroankortasun termiko handia eta hedapen termiko koefiziente baxua. Gainera, egitura-osagaiek zehaztasun dimentsiodun eta konplexutasun estruktural oso handia izan behar dute, ekipamenduak mugimendu eta kontrol ultra-zehaztasuna lortu ahal izateko.
Litografia-makina bateko lan-etapa adibide gisa hartuta, lan-etapa honen funtzio nagusia siliziozko oblea eta maskara eustea eta esposizio-prozesua osatzea da, eta bere errendimenduak zuzenean eragiten du errendimenduan eta bereizmenean. Lan-etapa honek abiadura handiko trazu luze eta leunak eta sei askatasun-gradu lortu behar ditu nanometro mailako ultra-zehaztasuneko mugimendurako. 100 nm-ko bereizmena, 33 nm-ko gainjartze-zehaztasuna eta 10 nm-ko lerro-zabalera dituen litografia-makina batentzat, lan-etapa honen kokapen-zehaztasuna 10 nm-koa izan behar da, eta maskararen eta siliziozko oblearen arteko urrats- eta eskaneatze-abiadurak, berriz, 150 nm/s eta 120 nm/s-koak izan behar dira, hurrenez hurren, eta maskararen eskaneatze-abiadura 500 nm/s-ra hurbiltzen da. Gainera, lan-etapa honek mugimendu-zehaztasun eta egonkortasun handia izan behar du.
Beraz, piezaren plataformaren zehaztasun-osagai estrukturalek honako baldintza hauek bete behar dituzte:
(1) Arina diseinua: Inertzia-momentua murrizteko, motorraren karga arintzeko eta mugimendu-eraginkortasuna, kokapen-zehaztasuna eta egonkortasuna hobetzeko, egitura-osagaiek, oro har, diseinu arina hartzen dute, % 60tik % 80ra bitarteko pisu-murrizketa lortuz, gehienez % 90era arte;
(2) Zehaztasun geometriko handia: Mugimenduan eta kokapenean zehaztasun handia lortzeko, egitura-osagaiek zehaztasun geometriko oso handia izan behar dute, lautasun, paralelismo eta perpendikulartasun eskakizunak 1 μm baino gutxiagokoak izanik, eta zehaztasun geometriko orokorra 5 μm baino gutxiagokoak izanik;
(3) Dimentsio-egonkortasun handia: Mugimenduan eta kokapenean zehaztasun handia bermatzeko, egitura-osagaiek dimentsio-egonkortasun bikaina izan behar dute, tentsioari aurre eginez, eroankortasun termiko handiarekin eta hedapen termiko koefiziente txikiarekin, dimentsio-deformazio esanguratsua minimizatzeko;
(4) Garbia eta kutsadurarik gabea: Egitura-osagaiek marruskadura-koefiziente oso baxua izan behar dute, mugimenduan energia zinetiko galera minimoa eraginez, eta ehotze-partikulen kutsadurarik gabe egon behar dute.
Silizioaren aplikazioa. Karburo Zeramikalitografia makinetan
Silizio karburoa egitura aldetik hobeagoa den zeramikazko material mota bat da, erresistentzia handia, gogortasun handia, elastikotasun modulua, zurruntasun espezifiko handia, eroankortasun termiko handia, hedapen termiko koefiziente baxua eta egonkortasun kimiko bikaina dituena. Oso erabilia da petrokimikan, makineria fabrikazioan, industria nuklearrean eta mikroelektronikan. Silizio karburoak elastikotasun modulua, eroankortasun termikoa eta hedapen termiko koefiziente moderatua oso altuak ditu, leuntzeko gaitasun bikainarekin batera, eta horrek ispilu gainazaletan mekanizatzea ahalbidetzen du, deformazioarekiko eta tentsio termikoarekiko erresistentea izanik. Egitura arineko diseinu espezializatuaren bidez, egitura-osagaien pisu murrizketa handia lor daiteke, zirkuitu integratuen fabrikazio ekipoen arloan oso erabilia bihurtuz.
Silizio karburozko zeramikoek propietate mekaniko bikainak dituzte giro-tenperaturan, tenperatura altuko egonkortasun bikaina, baita zurruntasun espezifiko ona eta prozesatzeko gaitasun optiko ona ere. Bereziki egokiak dira zirkuitu integratuetarako ekipamenduetarako zehaztasun handiko zeramikazko egitura-osagaiak prestatzeko, hala nola SiC zeramikazko lan-mahaiak, gida-errailak, ispiluak, zeramikazko bentosak, besoak, hozte-plakak, eta litografia makinetan erabiltzen diren xurgatze gailuak.
Erdieroale ekipamenduetarako silizio karburozko egitura-osagaien erronka teknikoak
Zirkuitu integratuetarako zehaztasun handiko zeramikazko egitura-piezak dituzten nukleo-ekipoek normalean "handiak, lodiak, hutsak, meheak, arin eta zehatzak" izatearen ezaugarriak erakusten dituzte. Hala ere, silizio karburoa Si-C lotura sendoak dituen konposatu kobalentea denez, gogortasun oso handia eta hauskortasun nabarmena ditu, eta horrek zehaztasun-prozesamendua zaildu egiten du. Gainera, silizio karburoak urtze-puntu altua du, eta horrek zaildu egiten du sinterizazio trinkoa eta ia forma garbia lortzea. Silizio karburozko egitura-piezak fabrikatzean, hainbat zailtasun eta erronka tekniko daude:
(1) Nola lortu poro itxiko egitura hutsak arintasun helburu handiak lortzeko. Poro itxiko egitura hutsak dituzten metalezko egitura-piezetarako, normalean soldadura- eta difusio-soldadura prozesuak erabiltzen dira; baina ezaugarri konplexuak eta heldugabeak dituztenetan, konexio-interfaze nabarmenak sor daitezke, eta horrek konexio-geruzaren eta substratuaren arteko osaera eta errendimenduan alde nabarmenak eragiten ditu.
(2) Nola lortu zehaztasun geometriko handia silizio karburozko egitura-piezen mugimendu eta kokapen zehatza ahalbidetzeko. Silizio karburoaren gogortasuna diamantearen atzetik bigarrena da, eta horrek prozesatzeko eraginkortasun txikia eta kostu handiak eragiten ditu silizio karburozko egitura-piezen kasuan, zehaztasun geometriko handia lortzea erronka tekniko bihurtzen duena, batez ere tamaina handiko, ezaugarri ultra-meheko eta egitura konplexuko laginak prestatzerakoan, batez ere poro itxiko egitura hutsak dituztenak.
(3) Nola murriztu edo saihestu hondar-tentsioa silizio karburozko produktuen moldaketa, lehortzea, sinterizazioa eta ondorengo zehaztasun-prozesamenduan, produktuaren kalitatea eta errendimendua hobetzeko. Silizio karburozko gorputz berdeen lehortzean eta sinterizazioan, uzkurdura irregularra erraz gerta daiteke hezetasunaren kentzearen eta materia organikoaren galeraren ondorioz, eta horrek akatsak sor ditzake, hala nola pitzadurak eta deformazioa, eta hondar-tentsioa sartzen du gorputzean. Gainera, sinterizazioaren ondorengo zehaztasun-prozesamenduan, horrek pitzadurak hedatzea eragin dezake produktuen barruan, eta horrek akatsak sortzen ditu, hala nola pitzadurak, eta horrela produktuaren errendimendua murrizten du. Tamaina handiko, konplexuko eta irregularreko egitura hutseko silizio karburozko zehaztasun-egiturazko piezen fabrikazioa oso erronka handia da.
Gaur egun, zirkuitu integratuen fabrikazio ekipoetarako silizio karburo zeramiken merkatua batez ere atzerriko enpresek menderatzen dute, hala nola Japoniako Kyocera eta Amerikako CoorsTek, eta bertako enpresen artean China Building Material Academy eta Ningbo Vulcan daude. Txinako zirkuitu integratuen ekipoetarako zehaztasun handiko silizio karburo egiturazko piezen fabrikazio teknologian eta aplikazioen sustapenean egindako ikerketa eta garapena nahiko berandu hasi zen eta oraindik ere nazioartean liderrak diren enpresen atzetik dago.