Dalam proses semikonduktor teras seperti goresan, pemendapan filem-nipis dan implantasi ion, komponen di dalam peralatan mesti beroperasi secara stabil untuk tempoh yang lama di bawah persekitaran plasma yang melampau, voltan tinggi, gas menghakis dan kitaran haba yang kerap. Bahan seramik termaju seperti alumina, aluminium nitrida, silikon karbida, dan silikon nitrida, dengan kekerasan yang tinggi, kerintangan tinggi, rintangan hakisan plasma yang sangat baik, dan padanan haba yang baik, telah menjadi bahan utama yang tidak boleh diganti. Walau bagaimanapun, kekerasan yang tinggi, kerapuhan yang tinggi dan keliatan patah yang rendah juga menimbulkan cabaran pembuatan. Selain itu, apabila industri hiliran bergerak ke arah pengecilan, penyepaduan dan pelbagai fungsi, keperluan bentuk untuk seramik semikonduktor telah berkembang daripada plat ringkas, bongkah dan rod kepada struktur kompleks seperti bentuk tidak sekata, ciri berliang, dinding nipis dan permukaan melengkung yang kompleks. Contoh komponen seramik berbentuk kompleks-biasa yang diperlukan oleh peralatan semikonduktor termasuk:
(1) Cucuk elektrostatik (ESC): mengandungi tatasusunan lubang-ketumpatan tinggi-tinggi, laluan saluran gas kompleks dan tatasusunan-bonggol mikro untuk sokongan wafer seragam.
(2) Komponen penebat ruang gores: seperti kepala pancuran mandian gas, gelang fokus, gelang penebat, dsb., selalunya menampilkan profil melengkung, struktur bebibir ketebalan tidak-seragam, sebilangan besar lubang-mikro halus dan alur sambungan tidak teratur.
(3) Perumahan penderia ketepatan: dengan dinding nipis, rongga dalaman tertutup atau separuh-tertutup, antara muka berulir dan lubang plumbum kecil, dsb.
Bentuk kompleks ini mengenakan keperluan yang ketat pada proses pembuatan seramik yang melampaui bahagian struktur konvensional. Bahagian berikut menganalisis cabaran teknikal dan kemungkinan penyelesaian dalam tiga peringkat utama: pembentukan, pensinteran dan pemesinan ketepatan.
1. Membentuk
Pembentukan ialah langkah kritikal pertama dalam menghasilkan-seramik semikonduktor berbentuk kompleks. Komponen seperti chuck elektrostatik, bahagian penebat ruang gores dan perumah penderia ketepatan memerlukan struktur dalaman yang seragam dan hampir-ketepatan bentuk bersih. Kaedah pembentukan konvensional seperti penekanan kering dan tuangan gelincir dihadkan oleh geometri acuan dan tidak dapat memenuhi permintaan pelbagai bentuk yang kompleks secara individu. Selain itu, semasa membentuk-jasad hijau berbentuk kompleks, kelajuan pemuatan dan pengisian yang tidak sekata di kawasan yang berbeza sering menyebabkan-taburan ketumpatan tidak seragam, sisihan dimensi, penyimpangan dan keretakan akibat kepekatan tegasan semasa pembongkaran. Pada masa ini, proses pembentukan utama yang sesuai untuk-seramik semikonduktor berbentuk kompleks termasuk:
1.1 Tuangan gel
Proses ini melibatkan suntikan -kelikatan rendah, tinggi-pepejal-yang memuatkan buburan seramik ke dalam acuan, menambah monomer organik, penyambung silang dan pemula untuk mendorong-pempolimeran insitu dan membentuk badan hijau. Ia boleh secara langsung membentuk bahagian-yang kompleks dan badan hijau menunjukkan ubah bentuk minimum semasa pengeringan dan pensinteran, menghasilkan ketepatan dimensi yang tinggi dan mengurangkan kos pemesinan seterusnya. Pempolimeran-in situ secara seragam menyebar dan tidak bergerak zarah seramik dalam rangkaian tiga-dimensi, mengelakkan kecerunan ketumpatan yang disebabkan oleh pemendapan zarah atau taburan yang tidak sekata, menjadikannya sangat sesuai untuk komponen kompleks berdinding-bersaiz besar-yang besar.
1.2 Pengacuan suntikan seramik (CIM)
CIM juga merupakan-proses bentuk bersih. Prosedur ini melibatkan mencampurkan serbuk seramik dengan pengikat organik dan pemplastis untuk membentuk bahan mentah, memanaskannya kepada keadaan cair, menyuntiknya di bawah tekanan ke dalam acuan logam, menyejukkan untuk memejal, merobohkan, kemudian menyahikat dan mensinter untuk mendapatkan produk akhir. Berbanding dengan tuangan gelincir tradisional, CIM menggunakan bahan plastik yang ditekan dalam acuan tegar, mengelakkan pengasingan komposisi. Berbanding dengan menekan kering, CIM memberikan ketumpatan hijau yang lebih seragam kerana pengisian aliran, mengatasi ketumpatan, struktur mikro, dan ketidakhomogenan prestasi. Ia sesuai untuk-pengeluaran besar-besaran yang kos efektif bagi bahagian-bahagian yang kecil, berprestasi tinggi-dengan bentuk yang kompleks, seperti perumah penderia dan gelang penebat kecil.
1.3 Penekanan isostatik
Untuk bahagian kompleks axisymmetric seperti cincin fokus, tekanan isostatik boleh digunakan. Serbuk dimeterai dalam acuan fleksibel dan direndam dalam medium cecair atau gas di dalam bekas-tinggi. Sistem tekanan luaran (cth, pam hidraulik) menggunakan tekanan tinggi pada cecair. Kerana cecair atau gas tidak boleh mampat, tekanan dihantar secara seragam ke permukaan bahan di dalam acuan, mencapai tekanan seragam dalam semua arah dan mengelakkan ketidaksamaan ketumpatan akibat kecerunan tekanan.
1.4 3D pencetakan
Untuk bahagian dengan saluran dalaman yang sangat kompleks (cth, prototaip ESC dengan litar penyejukan), pemprosesan cahaya digital (DLP) atau tulisan dakwat langsung boleh mencipta saluran yang saling berkait mustahil dengan acuan tradisional. Walau bagaimanapun, teknologi ini kini dihadkan oleh pemuatan pepejal yang lebih rendah bagi buburan, menghasilkan ketumpatan tersinter yang lebih rendah dan pengecutan yang lebih besar.
2. Pensinteran
Pensinteran mengubah badan hijau menjadi seramik padat, biasanya disertai dengan pengecutan linear 15–25%. Untuk bahagian-berbentuk kompleks, variasi ketebalan menyebabkan pengecutan anisotropik. Digabungkan dengan medan suhu atau tegasan yang tidak-seragam, ini boleh merendahkan ketepatan dimensi ciri dan, lebih teruk, menyebabkan meledingkan, retak atau runtuh. Oleh itu, pengoptimuman proses pensinteran memberi tumpuan kepada mengurangkan perbezaan kadar pengecutan, menyekat pertumbuhan bijian yang tidak normal, menyeragamkan medan suhu dan meminimumkan tegasan haba. Kaedah pensinteran yang sesuai untuk bentuk kompleks termasuk:
2.1 Penekanan panas
Mengenakan tekanan uniaksial atau isostatik pada badan hijau semasa pensinteran memberikan daya penggerak ketumpatan tambahan, merendahkan suhu pensinteran, menyekat pertumbuhan bijian yang tidak normal dan membantu mengekalkan bentuk ciri yang kompleks. Sesuai untuk chuck elektrostatik dan kepala pancuran mandian.
2.2 Pensinteran tekanan gas
Mengenakan tekanan gas lengai (cth, nitrogen) semasa pensinteran-suhu tinggi menghalang penguraian dan pemeruapan bahan, mengurangkan keliangan tertutup dengan ketara dan memastikan tekanan seragam pada permukaan bahan disebabkan oleh medium gas. Sesuai untuk mensinter komponen seramik-kompleks.
2.3 Pensinteran plasma percikan (SPS)
Semasa SPS, arus DC berdenyut menjana plasma percikan serta-merta, menyebabkan pemanasan Joule seragam dan pengaktifan permukaan zarah individu. Oleh kerana ketumpatan merentas ketebalan yang berbeza berlaku hampir serentak dan medan suhu adalah sangat seragam, SPS sangat mengurangkan perbezaan dalam kadar pengecutan. Walau bagaimanapun, had semasa ialah saiz kebuk, menjadikannya sesuai untuk perumah sensor atau bahagian penebat kecil.
2.4 Pensinteran gelombang mikro
Pensinteran gelombang mikro menggunakan medan elektromagnet untuk mendorong polarisasi elektron, ion, atau dipol dalam bahan, menukar tenaga gelombang mikro kepada haba melalui kehilangan dielektrik, konduktif atau magnet, mencapai pemanasan isipadu seragam. Tidak seperti pemanasan konduktif konvensional, pensinteran gelombang mikro memanaskan dari dalam, dengan kadar tanjakan yang cepat dan kecerunan suhu yang kecil, mengurangkan kecacatan seperti ubah bentuk dan keretakan yang disebabkan oleh kecerunan terma.
3. Pemesinan Ketepatan
Komponen seramik tersinter selalunya memerlukan pengisaran, lapping, penggilap dan juga pemprosesan laser untuk mencapai toleransi dimensi sub-mikron dan kekasaran permukaan nanometer untuk aplikasi gred-semikonduktor. Walau bagaimanapun, kekerasan yang tinggi dan kerapuhan seramik menyebabkan kehausan alat yang cepat (roda pengisar, alat pemotong) dan kos pemesinan yang tinggi. Selain itu, bahan itu terdedah kepada cipratan tepi, retakan mikro permukaan, dan kerosakan bawah permukaan di bawah daya pengisaran. Untuk ciri padat dan halus yang memerlukan kualiti kelebihan tinggi-seperti tatasusunan bonggol ESC dan beribu-ribu-lubang mikro pada kepala pancuran-kaedah pengisaran dan lapping konvensional selalunya tidak mencukupi. Ia sama ada menyebabkan serpihan tepi disebabkan oleh daya sentuhan yang berlebihan atau tidak dapat mencapai dinding dalam dan orifis secara seragam. Akibatnya, pelbagai teknik pemesinan ultra{13}}tak bersentuhan atau rendah{11}}sentuh atau rendah{13}}telah dibangunkan untuk seramik berbentuk-kompleks, termasuk penggilapan aliran kasar, penggerudian/penggilap laser, penggilapan bendalir magnetorheologi dan penggilap plasma{15}}sebagaimana.
3.1 Penggilapan aliran kasar
Untuk permukaan bawah kepala pancuran dengan ratusan hingga beribu-ribu lubang-mikro dan saluran gas dalam pada bahagian belakang ESC, penggilap aliran kasar menggunakan medium pelelas separa-pepejal viskoelastik yang mengandungi bahan pelelas ultra-halus. Didorong secara hidraulik, medium mengalir berulang kali melalui lubang. Di orifis, medium dihimpit, menghasilkan lelasan gelongsor seragam yang menghilangkan burr dan membentuk tepi bulat yang licin.
3.2 Pemprosesan dan penggilapan laser
Untuk lubang-mikro yang disekat atau mempunyai sisihan bentuk selepas pensinteran, laser femtosaat atau picosaat digunakan untuk pembetulan lubang yang tepat. Laser femtosaat mempunyai lebar nadi yang sangat pendek; tenaga diserap dan dibebaskan dengan begitu cepat sehingga haba tidak meresap ke kawasan sekeliling, mengakibatkan haba-zon terjejas di bawah 0.01 μm dan dinding lubang bebas daripada retakan mikro dan lapisan tuang semula. Penggilapan laser menggunakan pancaran laser-tenaga-rendah untuk mengimbas permukaan seramik dengan pantas, menyebabkan leburan permukaan cetek yang mencapai-penggilapan berketepatan tinggi, mengelakkan calar permukaan, ubah bentuk atau haus yang disebabkan oleh geseran dan tekanan dalam penggilap konvensional. Ia boleh mengendalikan permukaan melengkung 3D yang kompleks, mikrostruktur atau kawasan setempat dengan mudah, menjadikannya sangat sesuai untuk rongga dalaman penderia yang tidak boleh diakses oleh alat yang melelas.
3.3 Penggilapan bendalir magnetorheologi
Penggilapan bendalir magnetorheologi menyerakkan serbuk besi karbonil bersaiz mikron- dan zarah kasar dalam bendalir pembawa, membentuk "alat penggilap fleksibel" kelikatan-yang boleh dikawal di bawah medan magnet yang kuat. Apabila medan magnet digunakan secara tempatan pada permukaan bahan kerja seramik, bendalir magnetorheologi memejal dengan cepat dalam zon penggilap, dan penyingkiran bahan berlaku di bawah tekanan gabungan dan aliran ricih. Kaedah ini menawarkan ketepatan permukaan yang tinggi dan kebolehkawalan proses yang baik, terutamanya sesuai untuk permukaan melengkung yang kompleks, dinding nipis, dinding dalam dan permukaan lain yang sukar-dijangkau-, serta senario pemesinan ketepatan yang memerlukan integriti permukaan yang tinggi dan kerosakan bawah permukaan yang rendah.
3.4 Plasma-menggilap berbantu (PAP)
PAP ialah kaedah penggilap yang mula-mula mengubah suai permukaan seramik menggunakan plasma untuk membentuk lapisan diubah suai yang lebih lembut, diikuti dengan penggilap kasar yang lembut untuk mencapai penyingkiran bahan yang cekap. Ia menawarkan kecekapan penyingkiran yang tinggi, permukaan rata secara atom, dan tiada kerosakan di bawah permukaan. Dengan mengawal aliran gas dan medan elektrik, ia boleh merawat permukaan melengkung kompleks, rongga dalaman, lubang-mikro dan kawasan lain yang sukar diakses secara seragam dengan penggilapan konvensional, mencapai semua-pemprosesan bulat.