Os pinos de suporte das pastilhas cerâmicas são componentes pequenos, mas essenciais, em equipamento de processamento de semicondutores. Apoiam, levantam, posicionam ou separam temporariamente as pastilhas durante a transferência entre um braço robótico, uma câmara de processo, um mandril eletrostático, um mandril de vácuo ou uma plataforma de pastilhas.
Embora a sua geometria seja relativamente simples, os pinos de suporte das pastilhas entram em contacto direto ou aproximam-se das superfícies sensíveis das pastilhas. As variações na altura dos pinos, na geometria das pontas, na qualidade do material ou na limpeza da superfície podem, por conseguinte, provocar a inclinação das pastilhas, tensões localizadas, riscos, partículas e erros de posicionamento.
À medida que as pastilhas de silício, carboneto de silício, safira, nitreto de gálio e outros semicondutores se tornam mais finas e valiosas, a qualidade do projeto e do fabrico dos pinos de suporte assume uma importância cada vez maior.
Este artigo explica como a seleção de materiais, a uniformidade da altura, a planicidade, o acabamento superficial e o controlo de partículas afetam o desempenho no manuseamento de wafers.
O que são pinos de suporte para pastilhas cerâmicas?
Os pinos de suporte para pastilhas cerâmicas são componentes de precisão utilizados para apoiar ou deslocar pastilhas no interior de equipamentos de fabrico de semicondutores.
Dependendo do design do equipamento, também podem ser designados por:
- pinos de elevação de pastilhas;
- pinos de elevação em cerâmica;
- pinos de posicionamento de pastilhas;
- suportes para bolachas;
- pinos de posicionamento em cerâmica;
- pinos de elevação do mandril;
- pinos de suporte do substrato.
Numa câmara de processo típica, vários pinos de elevação sobem através de orifícios num mandril ou pedestal. Os pinos elevam a pastilha para que um efetor final robótico possa inseri-la ou retirá-la. Após a transferência, os pinos descem e colocam a pastilha na superfície do mandril.
Os pinos de elevação em cerâmica são amplamente utilizados porque a cerâmica técnica oferece isolamento elétrico, resistência ao desgaste, estabilidade dimensional e um nível de contaminação relativamente baixo, em comparação com muitos materiais metálicos. Os fornecedores comerciais de cerâmica para semicondutores identificam especificamente os pinos de elevação como componentes utilizados para elevar e deslocar pastilhas ao longo dos conjuntos de processamento.
Onde são utilizados os pinos de suporte de pastilhas
Os pinos de suporte e elevação em cerâmica podem ser encontrados em equipamentos destinados a:
- deposição química a partir de vapor;
- deposição física de vapor;
- gravação por plasma;
- implantação de iões;
- ligação de pastilhas;
- tratamento térmico;
- inspeção de pastilhas;
- litografia;
- esmerilagem e polimento;
- limpeza;
- embalagem avançada.
O ambiente do processo determina o material dos pinos e as especificações de superfície necessárias.
Um pino utilizado numa fase de inspeção à temperatura ambiente tem de cumprir requisitos diferentes dos de um pino utilizado numa câmara de plasma ou num sistema de deposição a alta temperatura.
Por que razão os materiais cerâmicos são os preferidos
Os metais são fáceis de usinar, mas podem suscitar problemas de natureza elétrica, magnética, térmica ou relacionados com a contaminação.
A cerâmica técnica oferece várias vantagens:
- elevada resistividade elétrica;
- boa resistência ao desgaste;
- resistência a altas temperaturas;
- resistência à corrosão;
- estabilidade dimensional;
- baixa geração de partículas quando devidamente acabado;
- resistência à limpeza repetida;
- compatibilidade com ambientes de vácuo.
A cerâmica é também amplamente utilizada na fabricação de suportes para pastilhas, barquinhas, braços de manuseamento e outros componentes de equipamento para semicondutores, devido à sua resistência ao calor, ao desgaste e aos produtos químicos.
No entanto, “cerâmica” não é uma categoria única de materiais. A alumina, o nitreto de alumínio, o carboneto de silício, o nitreto de silício e a zircónia apresentam propriedades substancialmente diferentes.
Pinos de suporte em cerâmica de alumina
A alumina de alta pureza é um dos materiais mais frequentemente escolhidos para os pinos de elevação e suporte de pastilhas.
Principais vantagens
- Excelente isolamento elétrico
- Boa resistência mecânica
- Elevada dureza
- Boa resistência ao desgaste
- Resistência a altas temperaturas
- Ampla compatibilidade química
- Custo de fabrico relativamente económico
A alumina é adequada para aplicações gerais de transferência de pastilhas, inspeção e equipamento de processo, em que o isolamento elétrico e a limpeza são importantes.
Os fornecedores comerciais de componentes semicondutores utilizam frequentemente a alumina em aplicações de manuseamento de pastilhas, uma vez que esta oferece resistência ao desgaste sem introduzir a contaminação por partículas associada a materiais menos adequados.
Possíveis limitações
Em comparação com outras cerâmicas, a alumina apresenta:
- condutividade térmica inferior à do nitreto de alumínio ou do carboneto de silício;
- maior risco de lascas frágeis se a ponta for mal concebida;
- possível erosão do plasma em composições químicas particularmente agressivas;
- um coeficiente de expansão térmica que poderá ter de ser tido em conta em conjuntos aquecidos de precisão.
Em muitas aplicações padrão com pinos de elevação, a alumina de alta pureza proporciona o melhor equilíbrio entre custo, precisão e durabilidade.
Pinos de suporte em nitreto de alumínio
O nitreto de alumínio é escolhido quando o comportamento térmico constitui uma preocupação importante.
Principais vantagens
- Elevada condutividade térmica
- Isolamento elétrico
- Expansão térmica relativamente baixa
- Boa resistência ao choque térmico
- Adequação para plataformas de wafer aquecidas
Os pinos de suporte em AlN podem ser adequados quando é necessário minimizar os gradientes de temperatura locais em torno da pastilha ou quando é necessário operar junto a mandris aquecidos.
Possíveis limitações
O nitreto de alumínio é, em geral, mais caro e pode ser mais difícil de usinar do que a alumina padrão. A sua resistência química também depende fortemente do ambiente do processo e da composição do material.
O comprador deve, por conseguinte, especificar:
- Qualidade do AlN;
- condutividade térmica;
- densidade aparente;
- tratamento de superfícies;
- química da exposição;
- temperatura máxima de funcionamento.
Pinos de suporte em carboneto de silício
A cerâmica de carboneto de silício é utilizada em ambientes altamente exigentes que requerem rigidez, resistência ao desgaste e estabilidade térmica excecionais.
Principais vantagens
- Elevada rigidez
- Elevada dureza
- Excelente resistência ao desgaste
- Elevada condutividade térmica
- Baixa deformação térmica
- Boa resistência a muitas condições de processo agressivas
Os pinos de SiC podem ser adequados para:
- câmaras de alta temperatura;
- equipamento de tratamento por plasma;
- manuseamento de pastilhas em ciclos intensivos;
- sistemas de apoio de precisão;
- equipamento que exija baixa distorção térmica.
Possíveis limitações
O carboneto de silício é mais difícil de retificar e dar acabamento do que muitas cerâmicas de óxido. Uma maquinagem inadequada pode causar defeitos nas arestas, microfissuras ou lascas.
Os diferentes processos de fabrico do SiC apresentam também propriedades diferentes. Entre os exemplos contam-se:
- carboneto de silício sinterizado;
- carboneto de silício ligado por reação;
- SiC depositado por vapor químico;
- Grafite revestida com SiC.
No caso dos pinos em contacto direto com a pastilha, é necessário avaliar cuidadosamente a pureza do material, o silício livre exposto, a estrutura porosa e a integridade do revestimento.
Pinos de suporte em nitreto de silício
O nitreto de silício oferece uma combinação atraente de resistência e tenacidade à fratura.
Principais vantagens
- Elevada resistência mecânica
- Maior resistência à fratura do que muitas cerâmicas de óxido
- Boa resistência ao choque térmico
- Elevada resistência ao desgaste
- Menor probabilidade de danos nas pontas frágeis em caso de impacto
O nitreto de silício pode ser considerado para mecanismos de elevação sujeitos a ciclos mecânicos repetidos ou a cargas de impacto ocasionais.
A sua aparência mais escura e o custo do material podem ser menos importantes do que a sua fiabilidade mecânica em aplicações exigentes.
Pinos de suporte em zircónia
A zircónia apresenta elevada resistência à fratura e uma superfície relativamente lisa e polível.
Pode ser útil para aplicações especializadas de manuseamento de pastilhas a baixas temperaturas, em que a resistência ao impacto é importante.
No entanto, a zircónia apresenta, em geral:
- menor condutividade térmica;
- um coeficiente de expansão térmica mais elevado;
- adequação mais limitada a ambientes com temperaturas muito elevadas.
Na maioria das aplicações de pinos de elevação em semicondutores, a alumina, o AlN, o SiC e o nitreto de silício são avaliados antes da zircónia.
Comparação da seleção de materiais
| Material | Principal vantagem | Possível limitação | Aplicação típica |
|---|---|---|---|
| Alumina | Isolamento e equilíbrio de custos | Condutividade térmica moderada | Manuseamento geral de bolachas |
| Nitreto de alumínio | Elevada condutividade térmica com isolamento | Custo mais elevado e maior dificuldade de maquinagem | Plataformas aquecidas e sistemas térmicos |
| Carboneto de silício | Rigidez, desgaste e estabilidade térmica | Maquinação de precisão complexa | Equipamento para altas temperaturas e plasma |
| Nitreto de silício | Resistência e tenacidade à fratura | Custo mais elevado do material | Mecanismos de elevação de alto ciclo |
| Zircónio | Resistência e acabamento suave | Maior expansão térmica | Manuseamento especializado a baixas temperaturas |
A escolha do material deve basear-se nas condições reais do ambiente da câmara e não apenas na dureza.
Por que razão a consistência na altura dos pinos é fundamental
Os sistemas de suporte de pastilhas utilizam normalmente três ou mais pinos. As pontas de contacto devem atingir um plano de suporte comum.
Se um pino estiver mais alto do que os outros, suporta uma parte desproporcionalmente grande da carga da pastilha. Se um pino estiver mais baixo, pode nem sequer entrar em contacto com a pastilha.
A inconsistência na altura pode causar:
- inclinação da pastilha;
- transferência instável;
- deformação local da pastilha;
- pressão de contacto irregular;
- erros de recolha do robô;
- interferência de borda;
- colocação incorreta da pastilha.
No caso de pastilhas muito finas, mesmo um pequeno desalinhamento pode provocar uma deformação visível.
A especificação relevante nem sempre é a planicidade de um pino individual, mas sim a coplanaridade de todas as pontas dos pinos instaladas.
Planicidade, coplanaridade e paralelismo
Estes termos estão relacionados, mas não devem ser confundidos.
Planicidade da ponta
A planicidade da ponta descreve o grau de correspondência entre a superfície de contacto de um pino e um plano ideal.
Uma ponta de contacto convexa, côncava ou angular pode concentrar a força numa área reduzida.
Tolerância na altura dos pinos
Isto especifica a variação dimensional permitida entre a referência de montagem do pino e a sua superfície de contacto.
Mesmo os pinos com pontas planas individualmente podem criar um plano de apoio irregular se as suas alturas totais forem diferentes.
Coplanaridade
A coplanaridade indica se as superfícies de contacto de todos os pinos se encontram no mesmo plano após a montagem.
Esta é, normalmente, a medição mais importante ao nível do sistema.
Paralelismo
O paralelismo descreve a relação entre a ponta de contacto e a referência de montagem do pino.
Um paralelismo inadequado pode fazer com que a pastilha entre em contacto com uma das arestas do pino antes de toda a superfície da ponta encaixar.
Como os erros nos pinos de suporte afetam a pastilha
Uma pastilha apresenta uma rigidez à flexão relativamente baixa quando comparada com a maioria dos componentes de máquinas. A sua forma pode alterar-se sob a ação da gravidade, da força do vácuo, de gradientes térmicos e do contacto pontual.
As orientações da SEMI sobre a medição da planicidade e da forma referem que os substratos de baixa rigidez, tais como as pastilhas de silício e de vidro, requerem uma atenção especial, uma vez que as condições de suporte e de medição podem influenciar a forma observada.
Os erros nos pinos de suporte podem, por conseguinte, causar:
Curvatura local
Um pino alto empurra uma área para cima, enquanto o peso da pastilha e outros apoios atuam em direções diferentes.
O balanço da pastilha
Se três ou mais pinos não formarem um plano estável, a pastilha pode balançar durante a transferência.
Desalinhamento do robô
A inclinação da pastilha altera a posição vertical de recolha e pode interferir com a calibração do robô.
Contacto na borda
Uma pastilha inclinada pode entrar em contacto com peças da câmara, anéis-guia ou bordas do mandril.
Erro de medição
Nos equipamentos de inspeção ou metrologia, um plano de apoio instável pode afetar a focagem, a medição da altura e a precisão posicional.
Contacto pontual versus contacto de área
A geometria da ponta do pino determina a área de contacto.
Uma área de contacto muito pequena:
- reduz a área exposta à contaminação;
- reduz a probabilidade de retenção de partículas;
- aumenta a pressão de contacto local.
Uma área de contacto maior:
- reduz a concentração de pressão;
- proporciona um apoio mais estável;
- pode reter mais partículas;
- pode aumentar a aderência ou as marcas na parte de trás.
A ponta ideal depende, portanto, da aplicação específica.
As geometrias mais comuns incluem:
- pontas circulares planas;
- pontas esféricas;
- pontas planas arredondadas;
- pontas cónicas;
- tampas de contacto substituíveis.
Em geral, devem evitar-se pontas afiadas no caso de pastilhas frágeis, uma vez que estas geram uma elevada tensão local.
Raio da ponta e desenho da aresta
A transição entre a ponta do pino e o corpo do pino deve ser suave.
As arestas afiadas podem:
- lasca durante a montagem;
- riscar a parte de trás da pastilha;
- retêm partículas;
- criam concentrações de tensão;
- tornam-se pontos de início de fratura da cerâmica.
Um raio de aresta ou chanfro controlado melhora a robustez mecânica.
No entanto, um chanfro excessivamente grande pode reduzir a área de apoio utilizável. Por conseguinte, o desenho deve definir:
- diâmetro da ponta;
- raio da ponta;
- raio da aresta;
- dimensão do chanfro;
- acabamento da superfície;
- defeitos admissíveis nas arestas.
Controlo de partículas na interface de contacto
O controlo de partículas é um dos requisitos mais importantes para os pinos de suporte de semicondutores.
As partículas podem provir de:
- resíduos da maquinagem de cerâmica;
- grãos soltos;
- bordas das pontas lascadas;
- depósitos em câmara;
- contaminação da face posterior da pastilha;
- atrito entre o pino e a pastilha;
- peças de montagem;
- limpeza ou embalagem inadequadas.
Mesmo uma pequena partícula presa entre uma pastilha e um pino de suporte pode criar um ponto elevado local.
Isto pode causar:
- reentrância na parte traseira;
- arranhar;
- inclinação da pastilha;
- quebra em pastilhas finas;
- transferência da contaminação para processos posteriores;
- erros de focagem ou de sobreposição.
Como os pinos cerâmicos geram partículas
Os componentes cerâmicos não garantem, por si só, um funcionamento isento de partículas.
A geração de partículas pode ocorrer quando:
A superfície apresenta danos de maquinagem expostos
A retificação pode deixar microfraturas ou grãos mal fixados perto da superfície.
A ponta está lascada
O contacto repetido ou o manuseamento inadequado podem dar origem a pequenos fragmentos.
A cerâmica apresenta porosidade aberta
Um material poroso ou insuficientemente compactado pode reter contaminantes e libertar partículas durante os ciclos de funcionamento.
O pino roça na pastilha
O deslizamento horizontal durante a recolha ou a colocação aumenta o desgaste.
Os resíduos da câmara acumulam-se no pino
O material de processo depositado pode rachar ou descascar durante os ciclos térmicos.
A limpeza é demasiado agressiva
Uma limpeza incorreta por ultrassons, química ou mecânica pode danificar a superfície ou deixar resíduos.
Acabamento da superfície e desempenho das partículas
Um acabamento superficial controlado ajuda a reduzir o atrito e a retenção de partículas.
No entanto, a rugosidade mais baixa possível nem sempre é, automaticamente, a melhor.
Uma superfície de contacto extremamente lisa pode:
- aumentar a área de contacto;
- promover a adesão;
- tornar a libertação das pastilhas menos previsível.
Uma superfície rugosa pode:
- retêm partículas;
- gerar pontos de pressão locais;
- lixar a parte posterior da pastilha.
A rugosidade adequada deve ser selecionada de acordo com:
- material da pastilha;
- revestimento na parte de trás;
- espessura da pastilha;
- atmosfera da câmara;
- pressão de contacto;
- velocidade do elevador;
- marcas admissíveis no verso.
O fornecedor deve indicar o método de medição, o valor-limite e o local inspecionado ao especificar o Ra ou outro parâmetro de rugosidade.
Requisitos de limpeza
Os pinos de suporte das pastilhas devem ser limpos após a maquinagem de precisão e antes da embalagem na sala limpa.
Um processo típico de limpeza pode incluir:
- remoção de resíduos de retificação;
- limpeza por ultrassons em condições controladas;
- enxaguamento com água de elevada pureza;
- limpeza química compatível com a cerâmica;
- secagem com filtragem;
- inspeção visual;
- embalagem para salas limpas.
O procedimento de limpeza deve ser adequado ao material.
Por exemplo, a alumina, o AlN e o SiC não têm necessariamente a mesma compatibilidade química.
Os compradores devem esclarecer:
- produtos químicos de limpeza;
- método de inspeção de partículas;
- limites de contaminação metálica;
- ambiente de compilação;
- se é necessária uma embalagem individual;
- se as peças estão prontas para instalação direta na sala limpa.
Contaminação metálica
A contagem de partículas, por si só, não descreve totalmente o nível de limpeza.
A contaminação metálica proveniente de máquinas-ferramentas, dispositivos de fixação ou equipamento de manuseamento pode afetar os processos de semicondutores, mesmo quando não existem partículas visíveis.
As fontes potenciais de contaminação incluem:
- equipamento de moagem que contenha ferro;
- acessórios em aço inoxidável;
- ferramentas que contêm cobre;
- compostos de polimento;
- água de enxaguamento contaminada;
- materiais de embalagem não destinados a salas limpas.
Para aplicações de alta pureza, o plano de inspeção pode incluir:
- ICP-MS;
- TXRF;
- análise de iões superficiais;
- ensaios de extração;
- análise de contaminação específica para cada cliente.
Nem todos os pinos de suporte exigem este nível de análise, mas as aplicações críticas de front-end podem necessitar de limites elementares definidos.
Expansão térmica e estabilidade da altura do pino
A altura do pino de apoio pode variar à medida que a temperatura do equipamento varia.
A intensidade do movimento depende de:
- comprimento do pino;
- coeficiente de expansão térmica da cerâmica;
- material de montagem;
- temperatura ambiente;
- uniformidade da temperatura;
- velocidade de aquecimento e arrefecimento.
Se os pinos e a placa de montagem forem fabricados com materiais que apresentem coeficientes de expansão térmica significativamente diferentes, o plano de apoio poderá deslocar-se durante o processamento.
No caso de sistemas de alta temperatura, os engenheiros devem avaliar a altura dos pinos à temperatura de funcionamento, em vez de o fazerem apenas à temperatura ambiente.
Os ciclos térmicos também podem soltar as interfaces de fixação ou provocar a descamação das camadas depositadas.
Propriedades eléctricas
O isolamento elétrico é importante em mandris eletrostáticos, câmaras de plasma e equipamentos de alta tensão.
A alumina, o AlN e o nitreto de silício são, em geral, cerâmicas isolantes. O carboneto de silício pode variar entre relativamente resistivo e eletricamente condutor, dependendo do tipo, da composição e do processo de fabrico.
Por conseguinte, um desenho que indique apenas “SiC” pode não ser suficiente.
O caderno de encargos deve definir:
- resistividade volumétrica;
- resistência dielétrica;
- de tipo condutor ou isolante;
- requisitos de ligação à terra;
- temperatura de funcionamento;
- frequência ou ambiente plasmático.
Resistência ao plasma e aos produtos químicos
Nas câmaras de gravação e deposição, os pinos de suporte podem ficar expostos a:
- plasmas à base de flúor;
- plasmas à base de cloro;
- plasma de oxigénio;
- gases de processo reativos;
- produtos químicos para a limpeza de câmaras;
- filmes depositados.
A erosão do material pode alterar as dimensões do pino e gerar partículas.
A melhor cerâmica depende da composição química exata. Um material que apresenta um bom desempenho numa câmara pode sofrer erosão noutra.
Os compradores devem fornecer ao fornecedor:
- química dos gases;
- exposição ao plasma;
- temperatura de funcionamento;
- produtos químicos de limpeza;
- intervalo de manutenção previsto.
Uma afirmação genérica como “resistente ao plasma” não é suficiente para uma seleção fiável de materiais.
O material da pastilha também é importante
As diferentes pastilhas impõem requisitos de contacto diferentes.
Bolachas de silício
As pastilhas de silício são amplamente processadas e relativamente padronizadas, mas as pastilhas finas de silício podem ser altamente sensíveis a forças de apoio localizadas.
Pastilhas de carboneto de silício
As pastilhas de SiC são mais duras e rígidas do que o silício, mas o seu elevado valor e a sua suscetibilidade a lascas nas arestas tornam importante uma transferência estável.
Bolachas de safira
A safira é dura, mas frágil. Um apoio irregular ou cargas de impacto podem provocar fissuras, especialmente em substratos finos ou com padrões.
Pastilhas de vidro
Os substratos de vidro podem deformar-se mais facilmente e são sensíveis tanto à carga pontual como aos gradientes térmicos.
Pastilhas de semicondutores compostos
As pastilhas de GaAs e InP são relativamente frágeis. A pressão de contacto e a velocidade de manuseamento devem ser controladas com cuidado para reduzir o risco de quebra.
Modos de falha comuns
Ponta de contacto lascada
Normalmente causado por impacto, instalação incorreta ou raio de borda insuficiente.
Altura irregular dos pinos
Pode resultar de variações dimensionais, resíduos de montagem ou montagem incorreta.
Arranhões na parte posterior da pastilha
Pode ser causado por rugosidade, partículas, arestas vivas ou deslizamento lateral.
Fratura em pino
Pode resultar de flexão, impacto, tensão térmica ou da utilização de um tipo de cerâmica inadequado.
Desvio dimensional
Pode ser causado por desgaste, erosão química ou películas depositadas na câmara.
Adesão durante a libertação da pastilha
Pode resultar de uma área de contacto excessiva, de aderência à superfície ou de contaminação.
Liberação de partículas
Podem ter origem em danos causados pela usinagem, poros abertos, depósitos na câmara ou lascas nas arestas.
Métodos de inspeção
Um plano de controlo de qualidade para pinos de suporte de pastilhas cerâmicas pode incluir:
- inspeção dimensional;
- medição ótica;
- inspeção com máquina de medição por coordenadas;
- comparação de alturas utilizando um dispositivo de fixação de precisão;
- medição da planicidade;
- medição do paralelismo;
- medição da rugosidade da superfície;
- inspeção ótica das bordas;
- inspeção microscópica para detetar lascas e fissuras;
- teste com líquido penetrante ou outro método de deteção de fissuras, conforme apropriado;
- inspeção de limpeza;
- testes funcionais num dispositivo de montagem.
No caso de conjuntos de pinos de grande volume, o fornecedor deve medir os pinos como um grupo emparelhado quando a coplanaridade for fundamental.
Conjuntos emparelhados versus pinos com tolerâncias individuais
Os pinos fabricados individualmente podem, cada um, respeitar a tolerância indicada no desenho, mas, mesmo assim, resultar num plano de apoio montado inaceitável.
Por exemplo, três pinos podem todos estar dentro de uma tolerância geral de altura total, embora se encontrem próximos de extremos diferentes desse intervalo de tolerância.
Os conjuntos combinados proporcionam um melhor controlo.
Uma especificação de conjunto correspondente pode definir:
- diferença máxima de altura dentro de um conjunto;
- identificação dos pinos pertencentes ao mesmo conjunto;
- registos de medição individuais;
- embalagem que mantém o conjunto unido;
- posição de montagem, caso os pinos sejam específicos para cada posição.
Esta abordagem é particularmente valiosa no caso de wafer finos ou de equipamento de alta precisão.
Considerações relativas à instalação
Mesmo os pinos fabricados com precisão podem apresentar um mau desempenho se forem instalados incorretamente.
Entre os fatores importantes relativos à montagem, destacam-se:
- limpeza do orifício de montagem;
- profundidade de inserção;
- binário de montagem;
- espessura do adesivo;
- pré-carga da mola ou do atuador;
- espaço livre lateral;
- orientação dos pinos;
- expansão térmica da placa de fixação.
As partículas retidas sob a base do pino podem levantar um pino e comprometer a coplanaridade das pontas.
O fabricante do equipamento deve, por conseguinte, definir um procedimento de instalação e substituição.
O que os compradores devem especificar
Um pedido de cotação completo para pinos de suporte de pastilhas cerâmicas deve incluir as seguintes informações.
Informações sobre a candidatura
- Tipo de equipamento
- Etapa do processo
- Material da pastilha
- Diâmetro da pastilha
- Espessura da pastilha
- Temperatura de funcionamento
- Ambiente de vácuo ou atmosférico
- Exposição a plasma ou a substâncias químicas
- Vida útil prevista
Informações sobre o material
- Tipo cerâmico
- Pureza
- Densidade
- Estrutura do grão
- Resistividade elétrica
- Condutividade térmica
- Coeficiente de expansão térmica
- Certificação obrigatória dos materiais
Informações dimensionais
- Comprimento total
- Diâmetro do eixo
- Diâmetro da ponta
- Geometria da ponta
- Geometria da extremidade de montagem
- Raio das arestas
- Tolerâncias dimensionais
Tolerâncias geométricas
- Planicidade da ponta
- Paralelismo
- Retidão
- Concentricidade
- Tolerância total de altura
- Coplanaridade num conjunto emparelhado
Requisitos relativos à superfície
- Rugosidade da ponta
- Rugosidade do eixo
- Acabamento polido ou lixado
- Fichas permitidas
- Arranhões admissíveis
- Critérios de aceitação de fissuras
Informações sobre a limpeza
- Norma de limpeza
- Limites de partículas
- Limites de contaminação por metais
- Classe de embalagem
- Embalagem individual ou em conjuntos combinados
- Requisito de compatibilidade com salas limpas
Opções de personalização
É possível fabricar pinos de suporte para pastilhas cerâmicas personalizados com:
- diâmetros de ponta diferentes;
- superfícies de contacto esféricas ou planas;
- eixos escalonados;
- características de montagem roscadas;
- superfícies de alinhamento;
- orifícios cegos ou passantes;
- áreas de contacto polidas;
- revestimentos específicos para cada material;
- identificação marcada a laser;
- conjuntos com alturas iguais.
Qualquer marcação deve ser colocada afastada da superfície de contacto com a pastilha e não deve introduzir partículas nem concentradores de tensão.
Conclusão
Os pinos de suporte das pastilhas cerâmicas desempenham um papel direto no posicionamento das pastilhas, na estabilidade da transferência e no controlo da contaminação.
Os fatores de conceção mais importantes não se limitam à dureza da cerâmica ou ao diâmetro dos pinos. A pureza do material, a geometria da ponta, o alinhamento em altura, a coplanaridade, o acabamento da superfície, a qualidade das arestas e a limpeza influenciam, todos eles, o desempenho no manuseamento das pastilhas.
A alumina oferece uma combinação prática de isolamento, resistência ao desgaste e custo. O nitreto de alumínio é útil em aplicações em que a condutividade térmica é importante. O carboneto de silício oferece excelente rigidez e estabilidade a altas temperaturas, enquanto o nitreto de silício proporciona uma elevada fiabilidade mecânica.
Para aplicações sensíveis, os pinos de suporte devem ser adquiridos e inspecionados como um sistema funcional completo. A definição da coplanaridade dos conjuntos combinados, dos requisitos de controlo de partículas e das condições de funcionamento ajuda a reduzir os danos nas pastilhas, os erros de transferência e os tempos de inatividade inesperados do equipamento.
Perguntas mais frequentes
Por que razão se utilizam pinos de cerâmica em vez de pinos de suporte de metal para as pastilhas?
Os pinos cerâmicos proporcionam isolamento elétrico, elevada resistência ao desgaste, capacidade de funcionamento a altas temperaturas e um menor risco de contaminação em muitos ambientes de semicondutores.
Qual é a cerâmica mais utilizada nos pinos de elevação de wafer?
A alumina de alta pureza é frequentemente utilizada porque oferece um equilíbrio ideal entre isolamento elétrico, resistência ao desgaste, disponibilidade e custo.
Qual é a diferença entre a planicidade dos pinos e a coplanaridade?
A planicidade descreve a forma de uma superfície de contacto individual. A coplanaridade indica se todas as pontas dos pinos instalados se encontram no mesmo plano de apoio.
Um pino de suporte com pressão elevada pode danificar uma pastilha?
Sim. Um pino alto pode concentrar a carga da pastilha numa única área, causando inclinação, deformação, marcas na face posterior ou quebra em pastilhas finas e frágeis.
Como é que se pode reduzir a geração de partículas a partir de pinos cerâmicos?
A geração de partículas pode ser reduzida através da utilização de material cerâmico denso, acabamentos de precisão, arestas arredondadas, eliminação de danos causados pela maquinagem, limpeza adequada, instalação controlada e inspeção regular.
Os pinos de suporte das pastilhas devem ser fornecidos em conjuntos combinados?
Recomenda-se a utilização de conjuntos emparelhados quando a precisão do plano de apoio é fundamental. O fornecedor pode controlar e documentar a diferença máxima de altura entre todos os pinos do conjunto.
Os pinos de suporte de carboneto de silício são isolantes elétricos?
Nem sempre. O comportamento elétrico do SiC depende do seu tipo, pureza e processo de fabrico. A resistividade elétrica deve ser especificada quando for necessário isolamento.
