Seiring dengan kemajuan proses manufaktur chip menuju node yang lebih kritis, persyaratan kinerja untuk material peralatan semikonduktor terus meningkat. Di bidang peralatan etsa, terjadi perubahan kecil: bahan alumina (Al₂O₃) yang sudah lama digunakan secara luas-secara bertahap digantikan oleh yttria (Y₂O₃).
Peningkatan ini bukan sekadar substitusi material, namun merupakan akibat tak terelakkan dari tingginya tuntutan akan kebersihan, stabilitas, dan masa pakai peralatan yang disebabkan oleh proses yang canggih. Jadi, tantangan apa saja yang dihadapi alumina, dan keunggulan apa yang menjadikan yttria pilihan baru?
Mengapa Bahan Keramik Sangat Penting dalam Peralatan Etsa?
Pengetsaan kering adalah salah satu proses terpenting dalam pembuatan chip. Ruang etsa biasanya diisi dengan gas reaktif seperti CF₄, SF₆, Cl₂, dan HBr, yang membentuk lingkungan plasma sangat aktif di bawah medan listrik frekuensi radio.
Selama proses ini, ion-berenergi tinggi terus-menerus membombardir dinding ruang dan permukaan komponen, disertai korosi kimia kompleks dan guncangan termal. Untuk komponen seperti chamber liner, showerhead, ring fokus, dan jendela, material tersebut tidak hanya harus menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap korosi dan erosi, namun juga meminimalkan pelepasan partikel dan kontaminasi.
Alasannya sederhana: jika ada partikel yang jatuh ke permukaan wafer, dapat menyebabkan cacat atau bahkan mengikis seluruh wafer. Ketika node proses menjadi lebih kecil, persyaratan kebersihan untuk material peralatan menjadi semakin ketat.
Apa Keterbatasan Alumina?
Berkat teknologinya yang matang, biaya rendah, dan sifat mekanik yang baik, alumina telah lama menjadi bahan keramik dominan dalam peralatan semikonduktor. Namun, seiring dengan kemajuan proses ke titik-titik yang lebih kritis, keterbatasan alumina dalam lingkungan plasma menjadi jelas.
Dalam fluor-yang mengandung plasma, alumina bereaksi dengan spesies fluor aktif membentuk aluminium fluorida (AlF₃) dan produk lainnya. Produk sampingan-reaksi ini dapat mengendap, mengelupas, dan menjadi sumber kontaminasi partikel. Sementara itu, alumina itu sendiri secara bertahap terkikis oleh-pemboman plasma jangka panjang, sehingga memperpendek masa pakai komponen.
Untuk node proses yang matang, masalah seperti itu biasanya dapat dikendalikan dengan memperpendek interval pemeliharaan. Namun, seiring menyusutnya dimensi kritis perangkat, toleransi terhadap kontaminasi partikel dan logam turun secara signifikan, dan jejak kontaminan yang dilepaskan dari bahan ruang dapat memengaruhi hasil produk.
Mengapa Yttria Mendapat Dukungan?
Di antara banyak materi kandidat, yttria secara bertahap menonjol. Dibandingkan dengan alumina, yttria menawarkan stabilitas kimia yang lebih baik dalam plasma berbasis halogen-. Ketika bereaksi dengan fluor-yang mengandung plasma, lapisan yttrium fluorida (YF₃) yang dihasilkan cukup stabil dan dapat membentuk lapisan pelindung yang memperlambat korosi lebih lanjut.
Selain itu, yttria biasanya menunjukkan tingkat etsa plasma yang lebih rendah. Studi dan aplikasi industri menunjukkan bahwa dalam kondisi yang sama, laju erosi yttria jauh lebih rendah dibandingkan alumina, sehingga secara efektif memperpanjang masa pakai komponen dan mengurangi frekuensi pemeliharaan dan waktu henti peralatan.
Selain itu, yttria mempertahankan stabilitas struktural yang baik pada suhu tinggi dan tidak mudah retak atau terkelupas dalam-siklus termal jangka panjang, yang juga penting untuk mengendalikan kontaminasi partikel.
Dari Pelapis hingga Keramik Massal: Dua Rute Aplikasi untuk Yttria
Saat ini, ada dua jalur teknis utama untuk menerapkan yttria pada peralatan semikonduktor. Dari perspektif pembangunan industri, rute-rute ini tidak eksklusif; mereka sesuai dengan skenario aplikasi dan persyaratan biaya yang berbeda.
(1) Lapisan Yttria:Lapisan yttria diendapkan pada paduan aluminium atau substrat keramik alumina melalui proses seperti penyemprotan plasma, sehingga meningkatkan ketahanan plasma komponen. Pendekatan ini relatif matang, dapat diterapkan pada bagian-bagian yang berbentuk-kompleks, dan memiliki biaya yang dapat dikelola, menjadikannya bentuk yang paling banyak digunakan saat ini. Komponen seperti chamber liner, showerhead, dan baffle sering kali dilapisi dengan pelapis tersebut.
(2) Keramik yttria curah:Bubuk yttria dengan kemurnian-tinggi disinter langsung untuk menghasilkan komponen keramik tanpa bergantung pada bahan substrat lainnya. Dibandingkan dengan pelapis, keramik yttria curah memberikan struktur mikro yang lebih seragam dan ketahanan plasma yang unggul, namun kesulitan sintering, kompleksitas pemrosesan, dan biaya produksi jauh lebih tinggi.
Produksi Yttria Dalam Negeri Masih Menghadapi Berbagai Tantangan
Meskipun keunggulan yttria telah diakui secara luas, industrialisasinya menghadapi hambatan yang besar. Untuk aplikasi penyemprotan,-bubuk yttria dengan kemurnian tinggi adalah bahan baku intinya. Produk harus mencapai kemurnian yang sangat tinggi, distribusi ukuran partikel yang stabil, kebulatan yang baik, dan kualitas batch yang konsisten untuk memenuhi persyaratan pengumpanan bubuk dan peleburan untuk penyemprotan termal.
Pada saat yang sama, kontrol parameter penyemprotan, porositas lapisan, optimalisasi kekuatan ikatan, dan proses penyelesaian permukaan selanjutnya secara langsung mempengaruhi kinerja produk akhir.
Di bidang keramik yttria curah, karena bahannya sendiri sulit untuk disinter dan mahal untuk dikerjakan dengan mesin, tuntutan yang lebih tinggi ditempatkan pada kemampuan persiapan bubuk, pembentukan, sintering, dan pemrosesan yang presisi.