پلازما اینچنگ اور صفائی کے عمل سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ میں بنیادی اقدامات ہیں۔ جیسے جیسے پروسیس نوڈس 7nm، 5nm، اور اس سے آگے بڑھتے ہیں، پلازما کی توانائی کی کثافت میں اضافہ ہوتا رہتا ہے، اور ہالوجن گیسوں کی کیمیائی سرگرمی (فلورین-بیسڈ اور کلورین-بیسڈ) تیزی سے جارحانہ ہوتی جاتی ہے۔ ویفرز کو اینچ کرنے کے دوران، یہ پلازما اندھا دھند اور مسلسل چیمبر کے اندر موجود تمام بے نقاب اجزاء بشمول چیمبر کی دیواریں، لائنرز، فوکس رِنگس، گیس ڈسٹری بیوشن پلیٹس، ویو پورٹ وغیرہ کو بھی خراب کرتے ہیں۔ اس سے نہ صرف سطح کی کھردری، مادی نقصان، اور سامان کی فریکوئنسی میں اضافہ ہوتا ہے بلکہ دیکھ بھال اور بحالی کے لیے بھی نقصان ہوتا ہے۔ علیحدہ ذرات. لہذا، سیمی کنڈکٹر آلات کے مواد کے میدان میں پلازما سنکنرن کے خلاف زیادہ مزاحمت والے مواد کی تلاش ایک فوری ضرورت بن گئی ہے۔ Yttrium آکسائیڈ (Y₂O₃) اس ڈومین میں ایک ناقابل تلافی کردار ادا کرتا ہے۔
سیمی کنڈکٹر کے آلات میں یٹریئم آکسائیڈ کیوں ناقابل تبدیل ہے؟
سیمی کنڈکٹر آلات میں، ایلومینیم آکسائیڈ (Al₂O₃) سب سے زیادہ استعمال ہونے والا ساختی سیرامک مواد ہے۔ اس کا پگھلنے کا نقطہ 2050 ڈگری، اعلی میکانکی طاقت، اعلی لباس مزاحمت، بہترین برقی موصلیت، اور اچھی کیمیائی استحکام ہے۔ تاہم، Al-O بانڈ کی بانڈ توانائی تقریباً 498 kJ/mol ہے۔ اگرچہ یہ زیادہ تر کیمیائی حملوں کے خلاف مزاحمت کرتا ہے، لیکن اعلی-توانائی کے پلازما حالات میں یہ فلورین کے ساتھ آسانی سے رد عمل ظاہر کر کے ایک فلیکی، آسانی سے پھیلی ہوئی فلورائیڈ پرت (AlF₃) بناتا ہے۔ یہ تہہ سطح پر جمع اور کرسٹلائز ہوتی ہے، ایسے ذرات پیدا کرتی ہے جو حفاظتی پرت کو مسلسل استعمال کرتے ہوئے ویفرز کو الگ اور آلودہ کرتی ہے۔
اس کے برعکس، یٹریئم آکسائیڈ (Y₂O₃) میں ایک کیوبک کرسٹل سسٹم ہے اور ایک پگھلنے کا نقطہ 2430 ڈگری تک ہے۔ بہترین برقی موصلیت اور نظری شفافیت کے علاوہ، اس کی Y–O بانڈ توانائی 780 kJ/mol تک زیادہ ہے۔ یہ ہالوجن (خاص طور پر F اور Cl) کے ساتھ انتہائی کم کیمیائی رد عمل کی نمائش کرتا ہے۔ جب یہ فلورین کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، تو یہ ایک بہت زیادہ مستحکم اور گھنی YF₃ پرت بناتا ہے جو کہ پھٹنے کا خطرہ نہیں رکھتی ہے۔ یہ نہ صرف ذرات کی پیداوار کو بہت کم کرتا ہے بلکہ آلات کے اجزاء پر فلورین پلازما کے مزید حملے کو مؤثر طریقے سے روکتا ہے (جیسے اینچنگ چیمبر کی دیواریں، شاور ہیڈز وغیرہ)، اجزاء کی سروس کی زندگی کو بڑھاتا ہے۔ عام طور پر ہائی-کثافت فلورین-بیسڈ یا کلورین-بیسڈ پلازما ماحول میں، Y₂O₃ کی اینچنگ کی شرح عام طور پر Al₂O₃ کے مقابلے میں صرف 1/20 سے 1/50 ہوتی ہے۔ مزید برآں، Y₂O₃ کا پگھلنے کا نقطہ 2430 ڈگری ہے اور یہ 1750 ڈگری سے اوپر کے اعلی درجہ حرارت پر بغیر کسی اتار چڑھاؤ یا خرابی کے ساختی سالمیت کو برقرار رکھ سکتا ہے، پلازما کے عمل کے انتہائی درجہ حرارت کے حالات سے مطابقت رکھتا ہے۔ اس کا حجم مزاحمت 10¹² Ω·cm سے زیادہ ہے، کم ڈائی الیکٹرک نقصان کے ساتھ، اعلی-فریکوئنسی RF فیلڈز کے استحکام کو یقینی بناتا ہے اور مواد کی ناقص ڈائی الیکٹرک خصوصیات کی وجہ سے عمل کے انحراف سے بچتا ہے۔
سیمی کنڈکٹر آلات میں یٹریئم آکسائیڈ کا اطلاق
یٹریئم آکسائیڈ کی بنیادی خصوصیات کی بنیاد پر اور مختلف سیمی کنڈکٹر آلات کے اجزاء کی مخصوص ضروریات کے ساتھ مل کر، سیمی کنڈکٹر فیلڈ میں اس کے استعمال کو بنیادی طور پر چار اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے:
01 Yttrium آکسائیڈ کوٹنگز
چونکہ یٹریئم آکسائیڈ، ایک نادر زمینی مواد کے طور پر، نسبتاً مہنگا ہے، زیادہ تر اینچنگ آلات کے چیمبرز یا اجزاء خالص Y₂O₃ سیرامکس استعمال نہیں کرتے ہیں۔ اس کے بجائے، تقریباً 100–300 μm کی موٹائی کے ساتھ ایک گھنی Y₂O₃ کوٹنگ ایلومینیم الائے یا Al₂O₃ سبسٹریٹس (جیسے چیمبر لائنرز، فوکس رِنگز، گیس ڈسٹری بیوشن پلیٹس وغیرہ) کی سطح پر جمع کی جاتی ہے جیسے کہ پلازما ڈپوزٹ ویو پور ڈی فزیکل تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے۔ یہ فی الحال سیمی کنڈکٹر آلات میں یٹریئم آکسائیڈ کوٹنگ کی سب سے زیادہ استعمال ہونے والی شکل ہے۔ یہ نقطہ نظر بنیادی مواد کی ساختی طاقت کو Y₂O₃ کی سطح کی سنکنرن مزاحمت کے ساتھ متوازن کرتا ہے، جبکہ اخراجات کو کم کرتا ہے۔ 7nm اور اس سے نیچے کے ایڈوانس پروسیس نوڈس میں، یٹریئم آکسائیڈ کوٹنگز بتدریج صنعت کی معیاری حفاظتی ترتیب بن گئی ہیں، جس نے اینچنگ آلات کے چیمبروں کے بڑے مینٹیننس سائیکل کو چند سو گھنٹے سے ایک ہزار گھنٹے تک بڑھا دیا ہے، جبکہ ذرات کی آلودگی کو کم کرتے ہوئے اور سامان کے اپ ٹائم اور ویفر کی پیداوار میں نمایاں طور پر بہتری لائی ہے۔
02 شفاف یٹریئم آکسائیڈ ویو پورٹ
سیمی کنڈکٹر پلازما آلات پر ویو پورٹ عمل کے حالات کی نگرانی اور عمل کی درستگی کو یقینی بنانے کے لیے اہم اجزاء ہیں۔ انہیں نہ صرف بہترین پلازما سنکنرن مزاحمت کی ضرورت ہوتی ہے بلکہ آپریٹرز کو چیمبر کے اندر ویفر پروسیسنگ کا واضح طور پر مشاہدہ کرنے کی اجازت دینے کے لیے اچھی نظری شفافیت کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ روایتی شفاف مواد جیسے کوارٹج گلاس اور ایلومینا آسانی سے فلورین-پر مبنی پلازما ماحول میں خراب ہو جاتے ہیں، جس کی وجہ سے سطح کھردری ہو جاتی ہے، ترسیل کم ہو جاتی ہے، اور طویل-استعمال کی ضروریات کو پورا کرنے میں ناکامی ہوتی ہے۔ شفاف یٹریئم آکسائیڈ سیرامکس میں الٹرا وائلٹ سے انفراریڈ (0.29–8 μm) تک ایک ٹرانسمیشن رینج ہوتی ہے، جس میں تقریباً 80% لکیری ترسیل ہوتی ہے حتیٰ کہ دور-اورکت والے خطے میں بھی۔ اپنی بہترین پلازما سنکنرن مزاحمت کے ساتھ مل کر، وہ ایک صاف سطح اور مستحکم شفافیت کو برقرار رکھتے ہیں یہاں تک کہ-فلورین-اور کلورین-بیسڈ پلازما ماحول میں طویل مدتی استعمال کے بعد بھی، کوئی سنکنرن ملبہ یا کرسٹل کی نجاست پیدا نہیں کرتے ہیں، اس طرح معیار کو تحفظ فراہم کرتے ہیں اور دونوں کو تحفظ فراہم کرتے ہیں۔
03 Yttrium آکسائیڈ جامع سیرامک اجزاء
نسبتاً کم مکینیکل طاقت، زیادہ سنٹرنگ کی دشواری، اور خالص یٹریئم آکسائیڈ سیرامکس کی زیادہ قیمت کی وجہ سے، صنعت بنیادی طور پر ڈوپڈ یٹریئم آکسائیڈ-بیسڈ کمپوزٹ سیرامکس کا استعمال کرتی ہے تاکہ کارکردگی کی ضروریات اور لاگت-مؤثریت کو متوازن کیا جا سکے۔ مثال کے طور پر، ایلومینیم آکسائیڈ کے ایک خاص تناسب کے ساتھ ڈوپنگ یٹریئم آکسائیڈ کے ذریعے تشکیل پانے والے یٹریئم ایلومینیم گارنیٹ (YAG) میں کیوبک کرسٹل ڈھانچہ اور مستحکم کیمیائی خصوصیات بھی ہیں۔ یہ پلازما میں فعال گیسوں (جیسے فلورین، کلورین، اور دیگر ہالوجن) کے ساتھ پرتشدد کیمیائی رد عمل سے آسانی سے نہیں گزرتا ہے۔ فلورین-پر مشتمل پلازما کے ماحول میں، Al₂O₃ جیسے مواد کے مقابلے میں، یہ کم فلورائڈ ضمنی مصنوعات پیدا کرتا ہے، مؤثر طریقے سے ذرہ کی آلودگی اور سطح کے سنکنرن کو کم کرتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، خالص یٹریئم آکسائیڈ سیرامکس کے مقابلے میں، YAG میں زیادہ سختی (Mohs hardness 8–8.5) اور بہترین مکینیکل طاقت ہے، جس سے یہ اینچرز میں مخصوص میکانکی طاقت کی ضروریات والے اجزاء کے لیے موزوں ہے، اور اسے شفاف ویو پورٹ کے طور پر بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔