एसआयसी एपिटॅक्सीमधील दोष नियंत्रणासाठी उच्च-शुद्धतेचे ग्रॅफाइट का महत्त्वाचे आहे

उत्पादित होणाऱ्या सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) वेफरची गुणवत्ता ही वाढीच्या वातावरणातील अगदी सूक्ष्म बदलांमुळेही प्रभावित होते. एक असा भाग ज्याकडे बरेच जण लक्ष देत नाहीत, तो म्हणजे रिॲक्टरला लावलेले ग्रॅफाइटचे अस्तर. एपिटॅक्सी दरम्यान वेफरला आधार देताना आणि योग्य स्थितीत ठेवताना, हे अस्तर रिॲक्टरमधील तीव्र उष्णतेचा सामना करते. जर ग्रॅफाइट अशुद्ध असेल किंवा त्याची रचना अनियमित असेल, तर संपूर्ण वाढ प्रक्रियेदरम्यान पदार्थाचे लहान कण किंवा एखादी अवांछित रासायनिक अभिक्रिया त्यावर जमा होऊ शकते. ग्रॅफाइटच्या पृष्ठभागावरील लहान समस्या वाढून वेफरमधील मोठे दोष निर्माण करू शकतात, ज्यामुळे चिप उत्पादकांना अधिक काम करावे लागते आणि उत्पादन कमी होते. म्हणूनच, रिॲक्टरच्या अस्तराची स्थिती आणि स्वच्छता अत्यंत महत्त्वाची आहे. ग्रेफाइट ससेप्टर हा मुद्दा बहुतेकांना वाटेल त्यापेक्षा अधिक महत्त्वाचा आहे.

एपिटॅक्सी चेंबर्समधील कणांच्या समस्यांवर ग्राफाइटच्या शुद्धतेचा कसा प्रभाव पडतो?

एसआयसी एपिटॅक्सी चेंबर्समध्ये कण हा एक सर्वव्यापी वेफर दोष आहे आणि या प्रक्रियेत अनेकदा ग्रॅफाइटचा समावेश असतो. ग्रॅफाइटचे कण एसआयसी रिॲक्टरच्या उष्ण भागात राहतात, वेफरला आधार देतात आणि थर्मल कंटूरवर परिणाम करतात. कमी शुद्ध ग्रॅफाइटच्या वापरामुळे, उच्च तापमानाच्या वाढीदरम्यान, धातूंचे दूषित घटक, राख किंवा प्रक्रियेतील अवशिष्ट अवशेष यांसारख्या सूक्ष्म अशुद्धी कालांतराने हळूहळू ग्रॅफाइटमधून बाहेर पडू शकतात. बाहेर पडलेल्या या अशुद्धी अनेकदा चेंबरमध्ये ओळखता येत नाहीत, परंतु त्या अखेरीस वेफरच्या पृष्ठभागावर येतात किंवा वायू अवस्थेचा भाग बनतात. उदाहरणार्थ, एका ॲप्लिकेशनमध्ये, खर्चात बचत करण्यासाठी एका फॅबने कमी दर्जाचे ग्रॅफाइट निवडले. सुरुवातीला कमी कालावधीच्या रनमध्ये कोणतीही समस्या दिसून आली नाही, परंतु अनेक सायकलनंतर... सिक एपिटॅक्सी वेफरच्या पृष्ठभागावर अनियमित छिद्रे आणि खडबडीत डाग आढळून आले. अशा दोषांचे मूळ कारण ग्रॅफाइट होल्डर किंवा ससेप्टरमधून उत्सर्जित होणारे सूक्ष्म कण असल्याचे आढळले. हे कण ग्रोथ चेंबरमध्ये प्रवेश करून अवांछित पद्धतीने 'सीड्स' (बीज) म्हणून काम करतात. ग्रॅफाइट भागाच्या असमान घनतेमुळे गरम केल्यावर त्याच्या पृष्ठभागावर सूक्ष्म तडे पडतात, ज्यामुळे भाग स्वच्छ दिसत असला तरी कालांतराने चेंबरमध्ये बारीक कण गळून पडतात. त्यामुळे, कणांशी संबंधित दोष टाळण्यासाठी फॅब्समध्ये ग्रॅफाइटचा स्रोत आणि त्याचा इतिहास तपासणे हे एक नियमित काम आहे. विशेषतः दीर्घकालीन उत्पादनांसाठी, नियंत्रित प्रमाणात राख असलेले उच्च शुद्धतेचे ग्रॅफाइट सामान्यतः इष्ट असते. भागांच्या थर्मल सायकलची संख्या देखील तपासली जाते, कारण चांगल्या प्रारंभिक प्रक्रियेनंतरही सामग्रीमधून कण गळून पडतात. तसेच, ग्रॅफाइट भागांच्या देखभालीच्या पद्धतीचा दोषांवर परिणाम होतो. उदाहरणार्थ, आक्रमक साफसफाईच्या प्रक्रियेमुळे ग्रॅफाइटच्या पृष्ठभागाचे नुकसान होते आणि सूक्ष्म तडे पडतात. ग्रॅफाइट भागांशी कमीत कमी भौतिक संपर्क असलेली सौम्य, नियंत्रित साफसफाई प्रक्रिया ही प्राधान्याची पद्धत आहे. आर्थिक कारणांमुळे, नंतरच्या टप्प्यात होणाऱ्या उत्पादन घटीला सामोरे जाण्यापेक्षा अपेक्षेपेक्षा लवकर भाग बदलणे अधिक चांगले ठरू शकते. थोडक्यात सांगायचे झाल्यास, एका सामान्य SiC एपिटॅक्सी प्रक्रियेतील कण निर्मितीचे नियंत्रण हे सामग्रीची गुणवत्ता आणि हाताळणी पद्धतींमधील लहान तपशिलांवर अवलंबून असते. ग्रॅफाइटच्या गुणवत्तेचा मुद्दा हा या प्रकरणाच्या केंद्रस्थानी आहे.

उच्च-श्रेणीच्या SiC एपिटॅक्सियल भागांसाठी आणि ससेप्टर्ससाठी सामग्रीची आवश्यकता

SiC एपिटॅक्सीसाठी, रिॲक्टरमधील भाग केवळ वेफरला 'धरून ठेवण्या'पुरते मर्यादित नसतात. रिॲक्टरमधील ससेप्टर्स, ग्रॅफाइट कॅरियर्स आणि हॉटझोनचे घटक स्फटिकांच्या वाढीवर थेट परिणाम करतात. यामुळेच या सामग्रीची खूप जास्त काळजी घ्यावी लागते आणि एक लहानसा दोषही कालांतराने वेफरवर दोष म्हणून दिसून येतो. उच्च औष्णिक स्थिरता ही एक मूलभूत आवश्यकता आहे. हे भाग खूप जास्त तापमानावर दीर्घ काळासाठी गरम केले जातात (कधीकधी वारंवार गरम/थंड करण्याची प्रक्रिया होते). जी सामग्री या तापमानावर स्थिरता टिकवून ठेवू शकत नाही, ती विकृत होते आणि अखेरीस तिला तडे जाऊ शकतात. भूमितीमधील किरकोळ बदलांमुळे वायूचा प्रवाह आणि उष्णतेचे वितरण लक्षणीयरीत्या बदलू शकते, ज्यामुळे वेफरच्या पृष्ठभागावर असमान स्फटिक वाढ होते. शुद्धता हा आणखी एक महत्त्वाचा घटक आहे. उच्च-स्तरीय SiC प्रक्रियांमध्ये ग्रॅफाइट-आधारित घटकांमध्ये धातूचे प्रमाण आणि राखेची पातळी खूप कमी असणे आवश्यक असते. प्रक्रियेदरम्यान, धातूंचे अंश हळूहळू भागांमधून बाहेर पडतात, हे दूषित घटक चेंबरमध्ये पसरू शकतात आणि त्यामुळे कणांचे प्रदूषण किंवा स्थानिक स्फटिक दोष निर्माण होऊ शकतात. काही फॅब्समध्ये, रँडम स्टॅकिंग फॉल्ट हा दूषित ससेप्टरच्या एकाच बॅचमुळे होत असल्याचे आढळून आले आहे. पृष्ठभागाची रचना ही एक महत्त्वाची आवश्यकता आहे. एक गुळगुळीत आणि एकसमान पृष्ठभाग हीटिंग/कूलिंग सायकल दरम्यान कणांचे गळणे कमी करण्यास मदत करेल. एक असमान पृष्ठभाग, किंवा पृष्ठभागाच्या रचनेतील छिद्रे, ऑपरेशन दरम्यान सतत तुटतील आणि त्यामुळे चेंबरमध्ये कणांचा एक स्थिर स्रोत निर्माण होईल. कोटिंगची गुणवत्ता ही देखील एक आवश्यक गरज आहे. अनेक हाय-एंड ससेप्टर्समध्ये संरक्षण थर म्हणून SiC कोटिंगचा वापर केला जातो. हे कोटिंग मूळ मटेरियलला चांगल्या प्रकारे चिकटले पाहिजे आणि दीर्घकाळ चालणाऱ्या ऑपरेशनला तोंड देण्यास सक्षम असले पाहिजे. खराब बाँडिंग आणि डी-लॅमिनेशनमुळे मूळ ग्रॅफाइट थेट कठोर प्रतिक्रिया वातावरणाच्या संपर्कात येईल. हे आपल्याला अनेकदा प्रत्यक्ष उपयोगांमध्ये दिसते: उदाहरणार्थ, एका मोठ्या प्रोडक्शन बॅचसाठी चालणाऱ्या वेफर फॅबमध्ये, शेकडो सायकल्सनंतर दोषांचे प्रमाण सातत्याने वाढत असल्याचे दिसून येते. ससेप्टरची तपासणी केल्यावर कोटिंगची थोडी झीज आणि कडांची झीज दिसून येईल. घटक बदलल्याने किंवा पुनर्स्थित केल्याने दोषांचे प्रमाण स्वीकारार्ह पातळीवर परत येईल. योग्य सामग्री निवडणे हे केवळ घटकांच्या सुरुवातीच्या कामगिरीबद्दल नाही, तर वारंवार होणाऱ्या वापरादरम्यान सामग्रीच्या स्थिरतेबद्दल देखील आहे.

AIXTRON G10 सिस्टीममधील औष्णिक स्थिरतेवर कण संरचनेचा परिणाम

उच्च तापमान SiC च्या आत ग्रॅफाइट घटकांची कण रचना एपिटॅक्सी वाढ AIXTRON G10 सारखी प्रणाली औष्णिक स्थिरतेवर मोठा परिणाम करते. याचा संबंध आकारमानातील बदल, आकार टिकवून ठेवणे आणि औष्णिक चक्रांना मिळणारा प्रतिसाद यांच्याशी आहे. ग्रॅफाइट हा एकसंध घन पदार्थ नाही. तो असंख्य स्फटिक किंवा कणांनी बनलेला असतो. प्रत्येक स्फटिकाची दिशा वेगवेगळी असू शकते. जेव्हा ग्रॅफाइट घटकातील कणांच्या आकारावर योग्य नियंत्रण नसते, तेव्हा उष्णतेचे असमान वितरण होते. घटकाचे भाग वेगवेगळ्या दराने गरम होतात आणि थंड होतात. यामुळे सूक्ष्म स्तरावर अंतर्गत ताण निर्माण होतो. हळूहळू कालांतराने, या अंतर्गत ताणामुळे ससेप्टर किंवा वेफर कॅरियरसारख्या भागांमध्ये वाकणे किंवा विकृती निर्माण होते. ही प्रक्रिया उत्पादनादरम्यान सहज ओळखता येते. जेव्हा वेफर लाइन उच्च तापमानात कार्यरत असते, तेव्हा हे सामान्यतः दिसून येते. शेकडो औष्णिक चक्रांनंतर वेफरची गुणवत्ता खालावू लागते. जाडीतील तफावत वाढते आणि कडेचे दोष अधिक नियमितपणे दिसू लागतात. एकदा या भागांची तपासणी केली असता, त्यांच्यात सहसा वाकण्याची किंवा पदार्थाच्या थकव्याची चिन्हे दिसतात. नियंत्रित स्फटिक वितरणासह असलेल्या सूक्ष्म कणांच्या संरचनेत, जाडसर कणांच्या किंवा अनियमित संरचनेपेक्षा खूप चांगली औष्णिक स्थिरता असते. यामुळे उष्णतेचे हस्तांतरण अधिक समान होईल आणि स्थानिक ताण बिंदू कमी होतील. योग्य कण रचनेमुळे, भाग शेकडो थर्मल सायकलनंतरही वाकण्यास प्रतिकार करतील. खडबडीत रचना किंवा अयोग्यरित्या वितरित कण रचनेमुळे भागामध्ये कमकुवत जागा निर्माण होतात, ज्यामुळे सूक्ष्म तडे पडू शकतात आणि अखेरीस चेंबरमध्ये कण बाहेर पडू शकतात. विचारात घेण्यासारखा आणखी एक महत्त्वाचा मुद्दा म्हणजे थर्मल शॉकला असलेला प्रतिकार. असे काही टप्पे असतात जिथे भागाच्या तापमानात लक्षणीय बदल होतो, जसे की रिॲक्टरमध्ये लोड करताना किंवा बाहेर काढताना. जर कणांमध्ये कमकुवत सीमा असतील, तर कणांच्या रेषेवर सूक्ष्म तडे पडू शकतात. यामुळे सहसा भाग निकामी होत नसला तरी, यामुळे पदार्थामध्ये हे दोष निर्माण होतात, ज्यामुळे भविष्यात विश्वासार्हतेच्या समस्या निर्माण होतात. बहुतेक फॅब्स भागाचे आयुष्य वापरलेले तास, थर्मल सायकलची संख्या आणि एकूण उष्णता उपचार या दोन्हींद्वारे मोजतात. चांगल्या प्रकारे डिझाइन केलेली कण रचना असलेल्या भागांचे आयुष्य जास्त असते आणि कालांतराने अधिक सातत्यपूर्ण परिणाम मिळतात.

उच्च-शुद्धता असलेल्या ग्रॅफाइट घटकांमधील धातूंचे प्रदूषण कमी करणे

एसआयसी एपिटॅक्सी प्रक्रियेसह कोणत्याही ग्रॅफाइट भागातील एक "अदृश्य" परंतु गंभीर समस्या म्हणजे धातूंचे प्रदूषण. ग्रॅफाइट भागातील धातूंचे अगदी सूक्ष्म अंश देखील प्रक्रियेत झिरपू शकतात आणि एआयएक्सट्रॉन जी१० (AIXTRON G10) सारख्या एसआयसी एपिटॅक्सी रिएक्टरमध्ये शोधण्यास कठीण असलेल्या दोषांचे स्रोत बनू शकतात. असे धातू सामान्यतः कच्च्या मालातून किंवा ग्रॅफाइट घटकाच्या निर्मितीमध्ये समाविष्ट असलेल्या विविध प्रक्रिया टप्प्यांमधून येतात. लोह, निकेल, कॅल्शियम आणि सोडियम यांसारखे घटक सामान्य आहेत आणि सामान्य तापमानात ग्रॅफाइटच्या मुख्य भागात अडकून राहतात, तथापि, एसआयसी एपिटॅक्सीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या उच्च प्रक्रिया तापमानामुळे, हे घटक गतिशील होऊ शकतात. हॉट झोनमध्ये, म्हणजेच ससेप्टर किंवा वेफर कॅरियरमध्ये, वारंवार होणाऱ्या तापविण्याच्या/थंड करण्याच्या चक्रांदरम्यान हे सूक्ष्म धातू अखेरीस वायूच्या रूपात बाहेर पडू शकतात किंवा पृष्ठभागावर स्थलांतरित होऊ शकतात. एक सामान्य उदाहरण असे असेल: एक फॅब नवीन ग्रॅफाइट भागांचा वापर करून उत्पादनाची बॅच सुरू करते. पहिले काही वेफर्स ठीक असतात आणि त्यात कोणतेही दोष नसतात, परंतु काही काळानंतर, लहान दोष दिसू लागतात. ते सहसा लहान खड्डे, स्टॅकमधील अनियमित दोष किंवा न समजावता येणाऱ्या कणांच्या घटना असतात. चेंबरच्या साफसफाईदरम्यान चुकीचा वायू प्रवाह किंवा दूषित होण्याची घटना घडल्याचा चुकीचा संशय घेणे सोपे असते. परंतु सखोल विश्लेषण केल्यावर अनेकदा ग्रॅफाइट घटकांमधून सूक्ष्म धातू हळूहळू बाहेर पडत असल्याचे दिसून येते. ग्रॅफाइटची शुद्धता नियंत्रित करणे हे त्यातील एक महत्त्वाचे सूत्र आहे. महत्त्वाच्या घटकांसाठी, कमी राख असलेले आणि उच्च तापमानात शुद्ध केलेले ग्रॅफाइट नेहमीच पसंत केले जाते. शुद्धीकरणाच्या या टप्प्यामुळे बहुतांश धातूंचे अवशेष काढून टाकले जातात. असे ग्रॅफाइट वारंवार होणाऱ्या तापविण्याच्या/थंड होण्याच्या चक्रातही घटकांना जास्त काळ अडकवून ठेवू शकते. काही फॅब्समध्ये ग्रॅफाइट भागांची येणारी तपासणी देखील खूप महत्त्वाची असते. ICP-OES किंवा XRF सारख्या तंत्रांनी ग्रॅफाइट बॅचेसची चाचणी केल्यास दूषित भागांचा वापर टाळता येतो. यामुळे एकाच प्रक्रिया प्रवाहात वेगवेगळ्या स्रोतांकडून आलेले भाग मिसळणे देखील टाळता येऊ शकते. SiC किंवा TaC सारखे लेप देखील ग्रॅफाइट भाग आणि प्रक्रिया वातावरण यांच्यामध्ये अडथळा म्हणून काम करून ही समस्या सोडवण्यास मदत करतात. जोपर्यंत लेप चांगल्या प्रकारे जमा होतो आणि खालील ग्रॅफाइट सब्सट्रेटला जोडला जातो, तोपर्यंत ग्रॅफाइट भागाचा प्रक्रिया वातावरणाशी होणारा संपर्क कमी होतो. सर्वात शेवटी पण तितकेच महत्त्वाचे म्हणजे ग्रॅफाइट भागांची हाताळणी आणि साठवणूक. घाणेरडे हातमोजे, उपकरणे हाताळताना किंवा अस्वच्छ शेल्फवर ठेवल्यामुळे ग्रॅफाइट भाग दूषित होऊ शकतात. हे पृष्ठभागावरील प्रदूषण नंतर तापवण्याच्या चक्रादरम्यान भट्टीत जाऊ शकते. ग्रॅफाइट भागांचे धातूजन्य प्रदूषण कमी करणे हे अनेक लहान प्रयत्नांचे फलित आहे. उच्च शुद्धतेच्या सामग्रीसह चांगल्या हाताळणी पद्धती आणि काटेकोर प्रक्रिया नियंत्रण आवश्यक आहे.

व्हीको एपिक सिस्टीम्सना अत्यंत कमी सच्छिद्रता असलेल्या ग्राफाइट सामग्रीची आवश्यकता का असते?

व्हीको एपिक सिस्टीम्स प्लॅटफॉर्ममधील ग्रॅफाइटचे भाग सेमीकंडक्टर उत्पादनातील सर्वात कठोर प्रक्रिया परिस्थितींपैकी एकाला सामोरे जातात. या घटकांना उच्च तापमान, आक्रमक वायू रसायनशास्त्र आणि दीर्घ प्रक्रिया चक्रांच्या परिस्थितीचा अनुभव येतो. त्यामुळे, SiC एपिटॅक्सीची अखंडता आणि स्वच्छता टिकवून ठेवण्यासाठी अत्यंत कमी सच्छिद्रता असलेले ग्रॅफाइट महत्त्वपूर्ण आहे. सच्छिद्रता म्हणजे ग्रॅफाइटच्या मुख्य भागामध्ये अस्तित्वात असलेली लहान, अंतर्गत छिद्रे. पूर्णपणे गुळगुळीत पृष्ठभाग असूनही, अंतर्गत छिद्रे अस्तित्वात असू शकतात, ज्यात प्रक्रिया वायू, अवशेष आणि स्वच्छता रसायने अडकून राहतात. उच्च सच्छिद्रतेचा अर्थ आहे की अडकवण्यासाठी अधिक अंतर्गत जागा, जिथे उच्च तापमानाच्या संपर्कात आल्यानंतर, पदार्थातील वायू हळूहळू बाहेर पडू शकतो. हे वायू बाहेर पडण्याचे प्रमाण नेहमीच सरळ रेषेत नसते आणि त्यामुळे स्फोट होऊ शकतात, ज्यामुळे प्रक्रियेवर नियंत्रण ठेवणे कठीण होते. SiC एपिटॅक्सीमध्ये, हे विशेषतः हानिकारक आहे. जेव्हा ग्रॅफाइटच्या मुख्य भागातून वायू बाहेर पडतात, तेव्हा ते एपिटॅक्सी चेंबरमधील वायू प्रवाहात मिसळू शकतात, ज्यामुळे अवांछित कण तयार होतात. कण वेफरच्या पृष्ठभागावर पोहोचतात, ज्यामुळे स्फटिकांच्या वाढीवर परिणाम होतो आणि यादृच्छिक खड्डे, पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा किंवा वेफरच्या जाडीतील स्थानिक फरक यांसारखे अनपेक्षित दोष निर्माण होऊ शकतात. एक सामान्य परिस्थिती उत्पादन वाढीच्या टप्प्यात आढळते, जिथे एका स्वच्छ फॅबमध्ये EPIK प्रणालीसाठी नवीन ग्रॅफाइटचे भाग येतात. सुरुवातीचे परिणाम स्वीकारार्ह असू शकतात, परंतु जसजसे थर्मल सायकल पुन्हा पुन्हा होतात, तसतसे दोषांचे प्रमाण हळूहळू वाढू शकते आणि गॅस लाईन्स, व्हॉल्व्ह आणि स्वच्छता प्रक्रियेच्या टप्प्यांसह संपूर्ण प्रक्रिया प्रणालीची तपासणी केल्यावर काहीही स्पष्ट दिसून येत नाही. अनेकदा असे दिसून येते की उच्च तापमान क्षेत्रातील कमी सच्छिद्रता असलेले ग्रॅफाइट हेच यामागील कारण असते. अत्यंत कमी सच्छिद्रता असलेल्या ग्रॅफाइटची निवड केल्याने, अडकलेले कण लपून राहू शकतील अशी अंतर्गत जागा मर्यादित होते, ज्यामुळे उष्णता दिल्यावर अचानक वायू बाहेर पडण्याची शक्यता कमी होते आणि हा धोका प्रभावीपणे कमी होतो. हे अधिक चांगल्या यांत्रिक अखंडतेशी देखील संबंधित आहे. अत्यंत कमी सच्छिद्रता असलेल्या ग्रॅफाइटची अधिक घन रचना, वारंवार थर्मल सायकलिंगमधून जात असताना तडे जाण्यास वाढीव प्रतिकारशक्ती देते. शिवाय, कमी सच्छिद्रता असलेले पृष्ठभाग कोटिंगची अखंडता वाढवतात. जेव्हा या ग्रॅफाइट पृष्ठभागांवर SiC किंवा इतर उष्णतारोधक पदार्थांचे लेपन केले जाते, तेव्हा ते कमी सच्छिद्र पृष्ठभागावर चांगल्या प्रकारे चिकटतात. याचे कारण बहुधा लेपित पदार्थ आणि ग्रॅफाइट यांच्यातील बंधांची वाढलेली जवळीक हे असावे, ज्यामुळे लेपनाचा टिकाऊपणा आणि दीर्घायुष्य वाढते, तसेच ते सोलून निघण्याची किंवा त्याचे पापुद्रे पडण्याची शक्यताही कमी होते. सरतेशेवटी, दैनंदिन निर्मितीच्या परिस्थितीत अत्यंत कमी सच्छिद्रता असलेल्या ग्रॅफाइटची निवड करणे, जरी तो पदार्थाचा एक गुणधर्म असला तरी, उच्च-स्तरीय SiC एपिटॅक्सी प्रक्रियांमध्ये स्थिर, स्वच्छ आणि अपेक्षित वेफर परिणाम मिळविण्यात थेट फायदा देते.