Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2026-07-03 origine:Propulsé
Lorsqu'on parle de quartz, les premières choses qui viennent à l'esprit sont généralement des béchers de laboratoire ou des objets de décoration. Cependant, beaucoup de gens ignorent que ce matériau courant constitue une matière première indispensable à la fabrication de chips de la taille d’un ongle.
Le quartz utilisé dans les semi-conducteurs n'est pas du verre ordinaire : la transmission lumineuse du verre de quartz utilisé dans les machines de photolithographie doit dépasser 93 % ; les raccords de tuyauterie en quartz utilisés dans les fours à diffusion peuvent résister à des températures allant jusqu'à 1 200 ℃ ; les feuilles et anneaux de quartz utilisés pour la gravure doivent avoir une teneur en impuretés contrôlée dans la limite de deux parties par million.
Pourquoi les exigences de performance pour les mêmes produits à quartz sont-elles si différentes ? Quelles sont les réglementations strictes concernant les matières premières et les produits finis à base de quartz utilisés dans l’industrie des semi-conducteurs ? Les matières premières de quartz utilisées pour les semi-conducteurs peuvent être transformées en divers accessoires spécifiques à l'industrie tels que des tiges de quartz, des bateaux en quartz et des creusets en quartz, et doivent répondre aux multiples indicateurs stricts suivants :
Processus à haute température (diffusion, oxydation) : Les matières premières pour la préparation résistants aux hautes températures de tubes de quartz , de bateaux en quartz et de composants de four doivent être prétraitées pour éliminer les groupes hydroxyle afin d'éviter l'influence des groupes hydroxyle sur la stabilité thermique des matériaux.
Procédé à basse température (gravure, photolithographie) : Les feuilles de quartz et les feuilles de verre de quartz utilisées n'ont pas d'exigences strictes en matière de groupes hydroxyles. Le contrôle de base se concentre sur la résistance à la corrosion, la transmission lumineuse élevée et la teneur ultra-faible en impuretés.
Les différences dans les exigences en matière de conditions de température élevée et basse sont significatives et proviennent des différents environnements de processus :
Processus à haute température (diffusion, oxydation, 800 ~ 1 200 ℃) : les groupes hydroxyles peuvent provoquer une contraction de transformation de phase du quartz et la formation de microfissures et, dans les cas graves, conduire à une fissuration du tube du four et à la destruction de la tranche. Par conséquent, les matières premières de quartz utilisées pour les applications à haute température doivent être déshydroxylées à moins de 5 ppm pour garantir la taille stable et la durée de vie suffisante du tube de quartz et du bateau en quartz à haute température.
Processus à basse température (gravure, photolithographie, température ambiante ~ 200 ℃) : la température n'endommage pas le corps en quartz ; le fort corrosif
l'environnement de gravure nécessite que les anneaux de quartz et les accessoires de la cavité soient résistants à la corrosion ; l'imagerie ultraviolette de la photolithographie nécessite une transmission lumineuse élevée et peu de défauts internes de la feuille de verre de quartz ; les impuretés traces sont susceptibles de contaminer la cavité, ce scénario se concentre donc sur le contrôle des indicateurs de transmission de la lumière et de pureté.
Résumé : Dans des conditions de haute température, les groupes hydroxyle sont strictement contrôlés pour s'adapter aux produits résistants à la chaleur tels que les tubes de quartz et les bateaux en quartz ; dans des conditions de basse température, l'accent est mis sur la transmission de la lumière pour s'adapter aux produits optiques tels que les feuilles de quartz et les feuilles de verre de quartz ; dans des conditions corrosives, l'ultra-haute pureté constitue le noyau, s'adaptant à divers instruments à quartz semi-conducteurs.
Les matériaux à base de quartz semi-conducteur nécessitent une pureté chimique extrêmement élevée et un contrôle strict des impuretés telles que l'aluminium, le fer, le calcium, le magnésium et le titane. C'est la base de la production en série de tiges de quartz, de creusets en quartz, de tubes en verre de quartz et d'anneaux de quartz, entre autres produits : la teneur totale de 13 impuretés majeures doit être ≤ 2,0 μg/g, la quantité totale de métaux alcalins lithium, sodium et potassium doit être ≤ 1,0 μg/g et chaque impureté individuelle doit être ≤ 0,5 μg/g.
Le processus de fabrication des puces a atteint le niveau nanométrique et les risques potentiels de traces d'impuretés métalliques sont extrêmement élevés : l'aluminium et le fer peuvent provoquer des fuites de puces, tandis que les ions lithium, sodium et potassium migrant peuvent traverser la couche isolante. Une pureté élevée est la condition d’entrée pour que les plaquettes de quartz, les creusets de quartz et les tubes de quartz entrent dans la chaîne de production de semi-conducteurs.
En résumé, le quartz semi-conducteur adhère au principe selon lequel plus les impuretés sont faibles, mieux c'est. La pureté est le principal seuil pour la chaîne de production de puces de support.
Ce matériau présente une transmission élevée sur tout le spectre ultraviolet à infrarouge, ce qui le rend adapté à la production de plaques de verre de quartz de qualité optique et de plaques de quartz ultra-plates. La transmission de la lumière visible dépasse 93 %, tandis que la transmission des ultraviolets peut atteindre plus de 90 %, garantissant une transmission précise du trajet de la lumière et une imagerie stable dans le processus de photolithographie.
L'industrie contrôle strictement le taux de transmission en fonction des caractéristiques du processus de photolithographie : la photolithographie repose sur la lumière ultraviolette traversant les composants optiques à quartz du masque pour projeter avec précision les motifs du circuit sur la tranche recouverte d'adhésif pour photomasque. Si le verre de quartz a un faible taux de transmission, la lumière sera absorbée et diffusée, ce qui entraînera des motifs flous et des distorsions des bords, et la largeur de la ligne du circuit après gravure s'écartera des exigences de conception.
Les processus avancés de fabrication de puces ont atteint plusieurs nanomètres. Une différence de 1 % dans le taux de transmission peut réduire considérablement la précision de la photolithographie et affecter la consommation électrique et les performances informatiques de la puce. Le quartz absorbe à peine la lumière ultraviolette, tandis que le verre ordinaire est facilement bloqué par les impuretés de la lumière ultraviolette. Le quartz de haute pureté est donc le substrat central pour la fabrication de plaques de quartz et de composants optiques de haute précision en photolithographie ultraviolette profonde et ultraviolette extrême. En résumé, le taux de transmission dans le scénario de photolithographie détermine directement la limite supérieure de la capacité de production.
Résistance à la température : Le point de ramollissement du matériau est d’environ 1730℃. Il peut être utilisé en continu à 120 ℃ pendant une longue période et résiste à une température à court terme de 1450 ℃. Il convient aux tubes de quartz, aux bateaux en quartz et aux creusets en quartz utilisés dans les fours à haute température. Le coefficient de dilatation thermique extrêmement faible offre une excellente résistance aux chocs thermiques, et les produits ne se fissureront pas sous un refroidissement et un chauffage soudains, et les dimensions restent stables.
Stabilité chimique : Outre l’acide fluorhydrique, il résiste à la plupart des acides forts tels que l’acide sulfurique, l’acide nitrique et l’eau régale. Sa résistance à la corrosion à haute température est également exceptionnelle. Il est principalement utilisé pour les anneaux de quartz anticorrosion, les accessoires de réservoir de nettoyage et les instruments à quartz personnalisés.
La raison de sa résistance aux températures élevées réside dans le composant principal du quartz, le dioxyde de silicium. La structure de la liaison silicium-oxygène est ferme. Dans des conditions de température élevée du semi-conducteur de 1 200 ℃, il n'est pas sujet à la déformation et convient aux composants structurels tels que les tubes de quartz et les creusets en quartz. Son coefficient de dilatation thermique n'est qu'un quinzième de celui du verre ordinaire, qui peut résister à de fréquents chocs froids et chauds et empêcher la fissuration des tiges de quartz et des bateaux en quartz. Dans le même temps, le quartz ne se détériore pas en cas de corrosion acide forte et de corrosion à haute température, et convient à la préparation des tubes de fours à diffusion, au nettoyage des revêtements de réservoirs et à divers instruments à quartz personnalisés.
Ce matériau présente une résistivité volumique élevée et d’excellentes performances d’isolation. Il peut être utilisé pour fabriquer des anneaux de quartz d’espacement isolants, des tiges de quartz de positionnement et des feuilles de quartz de base isolantes. Il maintient la stabilité électrique à haute température, empêchant les fuites et nuisant aux performances et à la fiabilité des dispositifs semi-conducteurs.
La distribution du champ électrique dans la cavité lors de la gravure au plasma et de l'implantation ionique dépend fortement du matériau isolant ; une isolation insuffisante peut entraîner des écarts dans la profondeur de gravure et la dose d'implantation ionique, et même provoquer des dommages électrostatiques sur la plaquette et une défaillance du dispositif, réduisant ainsi le rendement des composants en quartz.
Le quartz lui-même possède une résistivité élevée et une isolation stable à haute température. En s'appuyant sur des anneaux de quartz, des feuilles de quartz et d'autres accessoires, une isolation électrique fiable est formée, réduisant ainsi les effets néfastes des gaz de traitement et des faisceaux d'ions sur la tranche.
La surface du matériau doit être lisse, dense et exempte de défauts. Après avoir été transformés en composants structurels tels que des tubes de quartz, des bateaux en quartz et des creusets en quartz, la résistance de ces produits doit être adaptée aux conditions de travail. Les diamètres, épaisseurs et planéités des feuilles de quartz, des anneaux de quartz et des supports de tranches doivent être strictement contrôlés pour répondre aux normes de traitement de précision des semi-conducteurs.
Les lignes de production automatisées de semi-conducteurs s'appuient sur divers outils à quartz pour transférer les tranches : les défauts de surface ont tendance à accumuler de la saleté et à contaminer les tranches, provoquant des défauts de circuit ; les écarts de taille peuvent conduire à l'écrasement mécanique des plaquettes, et la planéité imprécise du verre de quartz utilisé en photolithographie peut également provoquer une mise au point anormale. Par conséquent, les produits finis tels que les feuilles de quartz, les tubes de quartz, les tiges de quartz, les anneaux de quartz, les bateaux en quartz et les creusets en quartz ne doivent présenter aucun défaut de surface et les tolérances de taille doivent être contrôlées dans la plage micrométrique.
Question 1 : Quelle est la transmission lumineuse requise du verre de quartz utilisé dans les machines de lithographie ?
Réponse : La transmission lumineuse du verre de quartz pour les machines de lithographie doit dépasser 93 %.
Question 2 : Pourquoi la teneur en hydroxyle doit-elle être strictement contrôlée pour le quartz utilisé dans les procédés de diffusion et d'oxydation à haute température ?
Réponse : Les groupes hydroxyles provoqueront un retrait et des microfissures par transformation de phase du quartz, entraînant même des fissures dans les tubes du four et des dommages aux plaquettes ; les groupes hydroxyles doivent donc être contrôlés en dessous de 5 ppm.
Question 3 : Quel impact négatif une transmission insuffisante du verre de quartz lithographique entraînera-t-elle ?
Réponse : La lumière sera absorbée et diffusée, provoquant des motifs flous, une distorsion des bords et un écart de la largeur de la ligne du circuit gravé par rapport aux exigences de conception, réduisant encore davantage la précision de la lithographie et affectant les performances de la puce.
Question 4 : Pourquoi les performances d'isolation électrique sont-elles importantes pour les composants semi-conducteurs en quartz ?
Réponse : Il stabilise le champ électrique dans les chambres de gravure et d’implantation ionique ; une mauvaise isolation provoque une profondeur de gravure inégale, une dose d'implantation inexacte, des dommages électrostatiques aux plaquettes et une défaillance du dispositif, réduisant ainsi le rendement du produit.
Question 5 : Pourquoi les produits finis à base de quartz semi-conducteur nécessitent-ils une précision dimensionnelle stricte et des surfaces impeccables ?
Réponse : Les défauts de surface accumulent facilement les contaminants et contaminent les tranches pour déclencher des défauts de circuit ; un écart dimensionnel peut conduire à l'écrasement des plaquettes par le manipulateur, et une mauvaise planéité du quartz de lithographie entraînera des anomalies de focalisation.
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