Lösning av TaC-beläggningsflagning på ringar som används i LPE-epitaxisystem

Många maskiner för tillverkning av LPE-chip använder TaC-belagda ringar. Denna beläggning hjälper till att upprätthålla en stabil och ren miljö inuti maskinen. Allt eftersom beläggningen slits ut, CVD sic-beläggning eller flisor av, små fragment kan komma in i maskinen, förorena wafers och sänka kvaliteten på den färdiga produkten.

TaC-beläggning och CVD-sic Skador uppstår inte omedelbart utan utvecklas över ett stort antal cykler, inklusive uppvärmnings-, kylnings- och rengöringscykler. Vid normalt underhåll kan arbetare upptäcka att ytorna på vissa delar inte längre är släta, att det finns mikrosprickor eller att bitar flagnar av kanterna. Att känna till orsakerna bakom detta slitage kan avsevärt förlänga maskindelarnas livslängd.

Grundorsaker till kantsprickbildning i CVD TaC-belagda grafitringar

Vanligtvis börjar kantsprickor som små defekter som utvecklas med tiden, sedan börjar beläggningen flagna.

Termisk stress är en av de främsta orsakerna. CVD TaC och grafit expanderar och krymper i olika takt när de värms upp och kyls ner, vilket orsakar en spänning mellan de två materialen varje gång de värms upp eller kyls ner. De svagaste delarna av beläggningen sitter ofta i kanterna, så det är här sprickor ofta börjar bildas.

Snabb uppvärmning och kylning förvärrar problem med termisk stress. Maskiner som utför flera körningar med otillräcklig kylningstid utsätter de belagda ringarna för en enorm mängd stress, och små kantsprickor uppstår som sedan blir större efter varje körning.

Rengöring kan också leda till att beläggningen går sönder i förtid. Aggressiv rengöring med starka kemikalier eller plasmarengöring skadar bindningen mellan TaC-beläggningen och grafitsubstratet, vilket så småningom försvagar kanterna och orsakar sprickbildning.

Dålig hantering är en vanlig orsak till skador. En liten stöt under transport eller installation av ringarna kan orsaka små svaga punkter på kanterna som inte syns, vilket kan utvecklas till sprickor vid uppvärmning/kylning.

Grafitsubstratets kvalitet bidrar också till sprickbildning. Små hål i grafiten, eller ojämn densitet, påverkar hur beläggningen fäster och skapar spänningspunkter, vilket leder till att beläggningen flisar.

I de flesta fall kommer en kombination av mer än ett av ovanstående att förekomma.

Termisk expansionsfel i LPE (ASM) epitaxiella delar

En annan viktig orsak till beläggningsfel är termisk expansionsmissmatchning. Detta är egentligen ett mycket enkelt koncept och det är att TaC-beläggningen och grafiten expanderar och krymper olika mycket när temperaturen ändras.

När temperaturen ökar expanderar grafiten mer än vad TaC-beläggningen kan tillåta. Därför byggs det upp spänningar i materialet eftersom beläggningen inte töjer sig för att hantera denna extra storlek, och när temperaturen sjunker krymper grafiten mer än vad beläggningen gör. Detta orsakar återigen spänningar i materialet.

Efter hundratals termiska cykler och Högrenhets-CVD SiC-råvara Spänningarna som byggs upp i de två materialen bryter ner bindningen som håller ihop beläggningen och substratet och beläggningen börjar flisas, spricka eller delaminera. Vassa hörn och kanter tenderar att utsättas för de största påfrestningarna och brister tidigast.

Produktionsteamet hade till exempel belagda ringar som sprack efter halva sin vanliga livslängd; när de kontrollerade processen insåg de att de kylde ringarna för snabbt. Genom att ändra kylproceduren ökade deras livslängd avsevärt.

Beläggningens tjocklek och form spelar också en viktig roll när det gäller de spänningar som byggs upp i materialet; tjocklek och en ojämn ytdesign skapar ökad spänningsutveckling.

På grund av dessa faktorer är en repeterbar uppvärmnings- och kylningscykel och god beläggningskvalitet nödvändig för att säkerställa att komponenten går sönder.

Hur beläggningstjocklek påverkar riskerna för TaC-beläggningsavflagning

Tjockleken på TaC-beläggningen har stor inverkan på delens livslängd. Tunna beläggningar är inte tillräckliga för att skydda grafiten från värme och kemikalier. Med tiden utvecklas gropar och defekter tills beläggningen lossnar från substratet. Tjocka beläggningar har höga mängder lagrad spänning.

Upprepade uppvärmnings- och kylcykler tenderar att delaminera beläggningen från underlaget, vanligtvis nära hörn och kanter. Variationen i tjocklek är dock lika kritisk som den genomsnittliga tjockleken.

En jämn beläggning med något högre tjocklek än förväntad är mycket bättre än en ojämn beläggning som råkar vara nära den genomsnittliga måltjockleken, eftersom spänningarna inte är jämnt fördelade.

Generellt sett är den bästa beläggningen väl vidhäftande och av medeltjocklek med liten variation.

Reparationsstrategier för skadade CVD TaC-belagda epitaxikomponenter

Skadade delar behöver inte alltid bytas ut omedelbart. Beroende på skadans omfattning kanske det inte är nödvändigt att byta ut grafiten eller beläggningen.

Om grafiten inte är allvarligt skadad kan den gamla beläggningen tas bort från delen, och en ny TaC-beläggning kan appliceras (ombeläggning).

De skadade områdena kan endast repareras om skadan är lokaliserad. Detta skulle innebära att beläggningen endast i dessa områden skulle tas bort och återbehandlas. Detta skulle göra det möjligt att förlänga delens livslängd, även om denna metod vanligtvis bara är en mellanliggande lösning.

Ytterligare material kan deponeras på platser med högt slitage (t.ex. kanter) eftersom dessa punkter på detaljen är mest benägna att gå sönder. Detta gör att detaljens kanter kan förstärkas utan att detaljen som helhet överbeläggs.

Denna metod är dock inte alltid lämplig. Det är generellt lämpligt att ersätta svårt skadad grafit med nya delar om grafiten är svårt skadad, eller om det finns många lager av beläggning på delen och därmed har reparerats flera gånger tidigare eller är förorenad med slagg. Ingenjörer bör beakta både den visuella aspekten av skadan och en granskning av hur delen tidigare har använts.

Minska partikelgenerering från delaminerade TaC-beläggningsytor

När TaC-beläggningarna delaminerar tenderar små partiklar att avges istället för stora flingor. Dessa partiklar kan vandra runt i kammaren och lägga sig på skivorna och orsaka defekter.

En bra teknik för att undvika kontaminering är att upptäcka beläggningsskador så snart som möjligt. Under rutinkontroller bör arbetare leta efter matta fläckar, små sprickor eller lätt lyftning av små områden i beläggningen.

Genom att byta ut delen när delamineringen först börjar kan partikelgenerering undvikas.

Den långsamma termiska förändringen bibehåller spänningen i hela det bundna lagret och förhindrar att bindningen brister och att beläggningen går sönder. I din rengöringsstation bör du försöka modifiera din rengöringsprocedur allt eftersom dina delar åldras, eftersom de starka kemikalierna och plasman har observerats erodera bort ytmaterial och orsaka en grov yta där partiklar lätt kan lossna, så försök att inte köra alla delar med aggressiva rengöringsinställningar.

Under appliceringen måste du hantera delarna försiktigt eftersom en liten knackning från en hård yta medan en ring transporteras eller pressas kommer att orsaka att flisor bryts loss i kanterna och lämnar damm kvar. Du måste hantera med stöd och vidrör inte kanterna till varje pris.

Vissa team tillämpar även en lätt ytbehandling efter beläggningen för att stärka det yttre lagret. Detta ändrar inte huvudbeläggningen, men det kan hjälpa till att täta mikroporer som annars skulle bli partikelkällor under drift.

I slutändan handlar partikelreducering mindre om en enda större lösning och mer om stadig kontroll. Stabila temperaturprofiler, noggrann rengöring och tidigt utbyte av svaga beläggningar samverkar. När delamineringen väl börjar är målet inte bara att stoppa den, utan också att förhindra att de små fragmenten kommer in i processutrymmet där de kan påverka varje waferkörning.