کیوں ہائی پیوریٹی گریفائٹ SiC ایپیٹیکسی ڈیفیکٹ کنٹرول کے لیے اہم ہے۔

سیلیکون کاربائیڈ (SiC) ویفر کا معیار ترقی کے ماحول میں بھی ٹھیک ٹھیک تبدیلیوں سے متاثر ہوتا ہے۔ ایک ایسا علاقہ جس پر بہت سے لوگ غور نہیں کرتے ہیں وہ گریفائٹ ہے جو ری ایکٹر کو لگاتا ہے۔ یہ ری ایکٹر کے اندر پائی جانے والی شدید گرمی کا امتحان رکھتا ہے جب کہ یہ ایپیٹیکسی کے دوران ویفر کو سپورٹ اور پوزیشن میں رکھتا ہے۔ اگر گریفائٹ ناپاک ہے یا ساختہ ہے تو مادے کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑے یا ایک ناپسندیدہ ردعمل پورے ترقی کے عمل میں جمع کیا جا سکتا ہے۔ گریفائٹس کی سطح پر چھوٹے مسائل بڑے ویفر کے نقائص میں کھل سکتے ہیں، جس کے نتیجے میں چپ بنانے والوں کو زیادہ کام اور کم پیداوار حاصل ہوتی ہے۔ اس طرح کی حالت اور صفائی گریفائٹ سسیپٹر زیادہ سے زیادہ فرض کرنے سے زیادہ اہم مسئلہ ہے۔

گریفائٹ پیوریٹی ایپیٹیکسی چیمبرز میں ذرات کے مسائل کو کس طرح متاثر کرتی ہے؟

ذرات SiC epitaxy چیمبرز میں ایک وسیع و عریض عیب ہیں، اور اس عمل میں اکثر گریفائٹ کو شامل کرتے ہیں۔ گریفائٹ کے حصے SiC ری ایکٹر کے گرم زون میں رہتے ہیں، جو ویفر کو لے کر جاتے ہیں اور تھرمل شکل کو متاثر کرتے ہیں۔ کم خالص گریفائٹ کے استعمال سے، نجاستوں کا سراغ لگانا، جیسے دھاتی آلودگی، راکھ، یا باقی رہنے والی باقیات، اعلی درجہ حرارت کی نمو کے دوران وقت کے ساتھ آہستہ آہستہ گریفائٹ سے باہر نکل سکتی ہیں۔ چیمبر میں بند ہونے والی نجاستوں کا اکثر پتہ نہیں چل پاتا، لیکن وہ آخر کار ویفر کی سطح پر اترتے ہیں، یا گیس کے مرحلے کا حصہ بن جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایک ایپلی کیشن میں ایک فیب نے لاگت کی بچت کے لیے نچلے درجے کے گریفائٹ کا انتخاب کیا۔ اگرچہ ابتدائی طور پر مختصر رنز کے دوران کوئی مسئلہ ظاہر نہیں ہوا، کئی چکروں کے بعد Sic epitaxy ویفر کی سطح پر بے ترتیب پن ہولز اور کھردرے دھبے دیکھے گئے۔ اس طرح کے نقائص کا ماخذ گریفائٹ ہولڈر یا سسپٹر سے خارج ہونے والے مائیکرو پارٹیکلز سے پتہ چلا۔ ذرات گروتھ چیمبر میں داخل ہوں گے اور ناپسندیدہ انداز میں بیج کے طور پر کام کریں گے۔ گریفائٹ کے حصے کی غیر مساوی کثافت بھی گرم ہونے پر حصے کی سطح پر مائیکرو کریکنگ کا باعث بنے گی، جس سے وقت گزرنے کے ساتھ ساتھ چیمبر میں باریک ذرات بہہ جائیں گے، حالانکہ یہ حصہ صاف دکھائی دے سکتا ہے۔ نقائص راکھ کی ایک کنٹرول شدہ مقدار کے ساتھ ایک اعلی طہارت گریفائٹ عام طور پر مطلوب ہے، خاص طور پر طویل مدتی پیداوار کے لیے۔ حصوں کے تھرمل سائیکلوں کی گنتی کی بھی نگرانی کی جاتی ہے کیونکہ اچھی ابتدائی پروسیسنگ کے بعد بھی مواد ذرات کو بہا دے گا۔ اس کے علاوہ، گریفائٹ حصوں کی دیکھ بھال کا طریقہ نقائص کو متاثر کرتا ہے۔ مثال کے طور پر، صفائی کے جارحانہ طریقہ کار گریفائٹ کی سطح کو نقصان پہنچائیں گے اور اس کے نتیجے میں مائیکرو کریکس ہو جائیں گے۔ ترجیحی طریقہ گریفائٹ حصوں کے ساتھ کم سے کم جسمانی تعامل کے ساتھ ایک ہلکا، کنٹرول شدہ صفائی کا عمل ہے۔ معاشی وجوہات کی بناء پر، پرزوں کو توقع سے جلد تبدیل کرنا بعد کے مراحل میں پیداوار کے نقصان سے نمٹنے سے بہتر ہو سکتا ہے۔ مختصراً، ایک عام SiC ایپیٹیکسی عمل میں ذرات کی پیداوار کا کنٹرول مادی معیار اور ہینڈلنگ کے طریقوں پر چھوٹی تفصیلات کے گرد گھومتا ہے۔ گریفائٹ کے معیار کا مسئلہ اس معاملے کے مرکز میں ہے۔

اعلی درجے کے SiC ایپیٹیکسیل حصوں اور susceptors کے لیے مواد کی ضروریات

SiC epitaxy کے لیے، ری ایکٹر کے پرزے ویفر کو 'ہولڈ' کرنے سے زیادہ ہیں۔ ری ایکٹر میں سسپٹرز، گریفائٹ کیریئرز اور ہاٹ زون کے اجزاء براہ راست کرسٹل کی نمو کو متاثر کرتے ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ مواد بہت زیادہ مانگتا ہے اور ایک چھوٹی سی خامی بالآخر ویفر پر ایک نقص کے طور پر ظاہر ہو جائے گی۔ اعلی تھرمل استحکام ایک بنیادی ضرورت ہے۔ حصوں کو بہت زیادہ درجہ حرارت پر طویل عرصے تک گرم کیا جاتا ہے (بعض اوقات دہرائے جانے والے ہیٹنگ/کولنگ سائیکل)۔ ایسا مواد جو ان درجہ حرارت پر استحکام برقرار نہیں رکھ سکتا وہ بگڑ جائے گا اور آخرکار ٹوٹ سکتا ہے۔ جیومیٹری میں معمولی تبدیلیاں گیس کے بہاؤ اور حرارت کی تقسیم کو نمایاں طور پر تبدیل کر سکتی ہیں جس کے نتیجے میں ویفر کی سطح پر غیر یکساں کرسٹل کی نشوونما ہوتی ہے۔ پاکیزگی ایک اور اہم عنصر ہے۔ اعلی درجے کی SiC کے عمل میں بہت کم دھاتی مواد اور گریفائٹ پر مبنی اجزاء میں بہت کم راکھ کی ضرورت ہوتی ہے۔ آپریشن کے دوران ٹریس دھاتیں آہستہ آہستہ پرزوں سے باہر نکلیں گی، آلودگی چیمبر میں پھیل سکتی ہے اور اس کے نتیجے میں ذرات کی آلودگی یا مقامی کرسٹل نقائص پیدا ہو سکتے ہیں۔ کچھ فیبس میں، بے ترتیب اسٹیکنگ فالٹ کو آلودہ سسیپٹر کے ایک ہی بیچ میں ٹریس کیا گیا ہے۔ سطح کی ساخت ایک اہم ضرورت ہے۔ ایک ہموار اور ہموار سطح حرارتی/کولنگ سائیکل کے دوران ذرات کے بہاؤ کو کم کرنے میں مدد کرے گی۔ ایک غیر یکساں سطح، یا سطح کے ڈھانچے کے اندر سوراخ، آپریشن کے دوران مسلسل ٹوٹتے رہیں گے اور اس طرح چیمبر میں ذرات کا ایک مستحکم ذریعہ پیدا کریں گے۔ کوٹنگ کا معیار بھی ایک اور ضروری ضرورت ہے۔ بہت سے اعلی درجے کے susceptors حفاظتی تہہ کے طور پر SiC کوٹنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ کوٹنگ کو بنیادی مواد پر اچھی طرح سے عمل کرنا چاہئے اور اسے طویل عرصے تک آپریشن کا سامنا کرنا چاہئے۔ ناقص بانڈنگ اور ڈی لیمینیشن بنیادی گریفائٹ کو سخت رد عمل کے ماحول سے براہ راست بے نقاب کرے گا۔ ہم اکثر اسے حقیقی ایپلی کیشنز میں دیکھتے ہیں: مثال کے طور پر، طویل پروڈکشن بیچ کے لیے چلنے والا ویفر فیب دیکھے گا کہ سینکڑوں چکروں کے بعد خرابی کی شرح مسلسل بڑھ رہی ہے۔ سسپٹر کا معائنہ کرنے سے کوٹنگ کا ہلکا سا لباس اور کنارے کے کٹاؤ کا پتہ چل جائے گا۔ اجزاء کو تبدیل کرنے یا تبدیل کرنے سے خرابی کی شرح ایک قابل قبول سطح پر واپس آجائے گی۔ صحیح مواد کا انتخاب صرف اجزاء کی ابتدائی کارکردگی کے بارے میں نہیں ہے، بلکہ بار بار کے چکر میں مواد کی استحکام سے متعلق ہے۔

AIXTRON G10 سسٹمز میں تھرمل استحکام پر اناج کی ساخت کے اثرات

اعلی درجہ حرارت SiC کے اندر گریفائٹ اجزاء کی اناج کی ساخت ایپیٹیکسی نمو سسٹم، جیسے کہ AIXTRON G10، تھرمل استحکام کو بہت زیادہ متاثر کرتا ہے۔ اس کا تعلق جہتی تبدیلیوں، شکل کو برقرار رکھنے، اور تھرمل سائیکلنگ کے ردعمل سے ہے۔ گریفائٹ یک سنگی ٹھوس نہیں ہے۔ یہ متعدد کرسٹلائٹس یا اناج پر مشتمل ہے۔ انفرادی کرسٹلائٹس کی مختلف سمتیں ہوسکتی ہیں۔ جب گریفائٹ جزو کے اندر اناج کے سائز کا ناقص کنٹرول ہوتا ہے تو گرمی کی غیر مساوی تقسیم پیدا ہوتی ہے۔ اجزاء کے علاقے مختلف شرحوں پر گرم اور ٹھنڈے ہوتے ہیں۔ یہ مائیکرو لیول پر اندرونی تناؤ پیدا کرتا ہے۔ وقت کے ساتھ آہستہ آہستہ یہ اندرونی تناؤ سسپٹر یا ویفر کیریئر جیسے حصوں میں تپنا یا بگاڑ کا باعث بنتا ہے۔ یہ عمل پیداوار کے دوران آسانی سے پہچانا جا سکتا ہے۔ یہ عام طور پر اس وقت ظاہر ہوتا ہے جب ویفر لائن اعلی درجہ حرارت پر کام کر رہی ہوتی ہے۔ سینکڑوں تھرمل چکروں کے بعد ویفر کا معیار بڑھنا شروع ہو جاتا ہے۔ موٹائی میں تغیرات بڑھتے ہیں، اور کنارے کے نقائص زیادہ باقاعدگی سے سامنے آنا شروع ہو جاتے ہیں۔ ایک بار جب ان حصوں کا معائنہ کیا جاتا ہے تو ان میں عام طور پر وارپنگ یا مادی تھکاوٹ کے آثار ہوتے ہیں۔ کنٹرول شدہ کرسٹلائٹ ڈسٹری بیوشن کے ساتھ باریک دانوں کے ڈھانچے میں موٹے دانوں یا بے ترتیب ڈھانچے سے کہیں زیادہ تھرمل استحکام ہوتا ہے۔ اس کے نتیجے میں زیادہ گرمی کی منتقلی ہوگی اور مقامی تناؤ کے مقامات کم ہوں گے۔ اناج کے مناسب ڈھانچے کے ساتھ حصے سینکڑوں تھرمل چکروں میں بھی تپنے کے خلاف مزاحمت کریں گے۔ موٹے ڈھانچے یا ناقص طور پر تقسیم شدہ اناج کے ڈھانچے کے نتیجے میں حصے کے اندر کمزور دھبے پڑ جاتے ہیں، جس سے مائیکرو کریکنگ ہو جاتی ہے اور بالآخر چیمبر میں ذرات کا اخراج ہوتا ہے۔ غور کرنے کا ایک اور اہم مسئلہ تھرمل جھٹکے کے خلاف مزاحمت ہے۔ ایسے نکات ہیں جہاں حصہ درجہ حرارت میں نمایاں تبدیلیوں سے گزرتا ہے جیسے ری ایکٹر میں لوڈ کرنا یا ہٹانے پر۔ اگر دانوں کے درمیان کمزور حدود ہوں تو اناج کی لکیروں کے ساتھ ساتھ مائیکرو کریکس بن سکتے ہیں۔ اگرچہ یہ عام طور پر جزوی ناکامی کا نتیجہ نہیں ہوتا ہے، لیکن یہ ان کمزوریوں کو مواد میں بننے کی اجازت دیتا ہے، جس سے مستقبل میں قابل اعتماد مسائل پیدا ہوتے ہیں۔ زیادہ تر فیبس استعمال کیے گئے گھنٹوں، اور تھرمل سائیکلوں کی تعداد اور گرمی کے علاج کے لحاظ سے پارٹ لائف ٹائم کو ٹریک کرتے ہیں۔ اچھی طرح سے انجنیئر شدہ اناج کے ڈھانچے والے حصوں کی زندگی لمبی ہوتی ہے، وقت کے ساتھ ساتھ زیادہ مستقل نتائج ہوتے ہیں۔

ہائی پیوریٹی گریفائٹ اجزاء میں دھاتی آلودگی کو کم کرنا

کسی بھی گریفائٹ حصے میں "غیر دیکھے" لیکن اہم مسائل میں سے ایک، بشمول SiC epitaxy عمل میں، دھاتی آلودگی ہے۔ یہاں تک کہ گریفائٹ کے حصے میں دھاتوں کے منٹ کے نشانات بھی اس عمل میں داخل ہو سکتے ہیں اور AIXTRON G10 جیسے SiC epitaxy ری ایکٹر میں نقائص کا پتہ لگانا مشکل کا ذریعہ بن سکتے ہیں۔ ایسی دھاتیں عام طور پر خام مال یا گریفائٹ کے اجزاء کی تیاری میں شامل مختلف پروسیسنگ مراحل سے نکلتی ہیں۔ آئرن، نکل، کیلشیم اور سوڈیم جیسے عناصر عام ہیں اور کمرے کے درجہ حرارت پر گریفائٹ کے زیادہ تر حصے میں پھنسے رہتے ہیں، تاہم، SiC ایپیٹیکسی میں استعمال ہونے والے بلند عمل درجہ حرارت پر، یہ عناصر موبائل بن سکتے ہیں۔ یہ ٹریس میٹلز آخر کار ہاٹ زون میں بار بار ہیٹنگ/کولنگ سائیکلوں کے دوران باہر نکل سکتی ہیں یا سطح پر منتقل ہو سکتی ہیں، یعنی خود سسپٹر یا ویفر کیریئر۔ ایک عام معاملہ اس طرح ہوگا: ایک فیب نئے گریفائٹ پرزوں کا استعمال کرتے ہوئے پروڈکشن بیچ شروع کرتا ہے۔ پہلے چند ویفرز ٹھیک ہیں اور ان میں کوئی نقص نہیں ہے، لیکن ایک خاص مدت کے بعد، چھوٹے نقائص ظاہر ہونا شروع ہو جاتے ہیں۔ وہ عام طور پر چھوٹے گڑھے، بے ترتیب اسٹیک فالٹس، یا ناقابل وضاحت ذرہ واقعات ہوتے ہیں۔ چیمبر کی صفائی کے دوران غلط گیس کے بہاؤ یا آلودگی کے واقعے کا غلط طور پر شبہ کرنا آسان ہے۔ لیکن تفصیلی تجزیہ اکثر گریفائٹ کے اجزاء سے ٹریس میٹلز کی سست ریلیز کی طرف جاتا ہے۔ گریفائٹ کی پاکیزگی کو کنٹرول کرنا ایک کلید ہے۔ اہم اجزاء کے لیے، کم راکھ کے مواد کے ساتھ اعلی درجہ حرارت سے پاک گریفائٹ کو ہمیشہ ترجیح دی جاتی ہے۔ صاف کرنے کا یہ قدم دھاتی باقیات کی اکثریت کو ہٹاتا ہے۔ اس طرح کے گریفائٹ عناصر کو لمبے عرصے تک پھنسے رکھ سکتے ہیں یہاں تک کہ بار بار گرم کرنے/کولنگ کے چکروں میں بھی۔ کچھ فیبس میں گریفائٹ کے پرزوں کا آنے والا معائنہ بھی بہت ضروری ہے۔ ICP-OES یا XRF جیسی تکنیکوں کے ساتھ گریفائٹ بیچوں کی جانچ آلودہ حصوں کو استعمال کرنے سے روک سکتی ہے۔ یہ ایک ہی عمل کے بہاؤ کے اندر مختلف ذرائع سے حصوں کے اختلاط کو بھی روک سکتا ہے۔ کوٹنگز جیسے کہ SiC یا TaC بھی گریفائٹ حصے اور عمل کے ماحول کے درمیان رکاوٹ کے طور پر کام کر کے مسئلے کو حل کرنے میں مدد کرتے ہیں۔ جب تک کوٹنگ کو اچھی طرح سے جمع کیا جاتا ہے اور گریفائٹ سبسٹریٹ کے ساتھ منسلک ہوتا ہے یہ عمل کے ماحول کے ساتھ گریفائٹ کے حصے کے تعامل کو کم کر دے گا۔ گریفائٹ کے پرزے گندے دستانے، آلات سے سنبھالنے کے دوران یا کسی ناپاک شیلف پر ذخیرہ کرنے سے آلودہ ہو سکتے ہیں۔ یہ سطح کی آلودگی پھر حرارتی چکر کے دوران بھٹی میں داخل ہو سکتی ہے۔ گریفائٹ حصوں کی دھاتی آلودگی کو کم کرنے کے لیے، یہ بہت سی چھوٹی چھوٹی کوششوں کا مجموعہ ہے۔ اچھی ہینڈلنگ کی مشق اور سخت عمل کے کنٹرول کے ساتھ مل کر ایک اعلی پاکیزگی کا مواد درکار ہے۔

Veeco EPIK سسٹمز الٹرا لو پورسٹی گریفائٹ میٹریل کا مطالبہ کیوں کرتے ہیں؟

Veeco EPIK سسٹمز پلیٹ فارم کے اندر موجود گریفائٹ پرزے سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ میں سخت ترین عمل کی حالت سے گزرتے ہیں۔ اعلی درجہ حرارت، جارحانہ گیس کیمسٹری اور طویل عمل کے چکروں کے حالات ان اجزاء کے ذریعے تجربہ کیے جاتے ہیں۔ الٹرا لو پوروسیٹی گریفائٹ اس طرح SiC ایپیٹیکسی کی سالمیت اور صفائی کو برقرار رکھنے کے لیے اہم ہے۔ پورسٹی سے مراد وہ چھوٹے، اندرونی سوراخ ہیں جو خود گریفائٹ کے جسم میں موجود ہیں۔ بالکل ہموار سطح کے باوجود، اندرونی سوراخوں میں پھنسنے والی گیسیں، باقیات اور کیمسٹری کی صفائی ہو سکتی ہے۔ زیادہ پوروسیٹی کا مطلب ہے پھنسنے کے لیے زیادہ اندرونی حجم، جہاں زیادہ درجہ حرارت کی نمائش کے بعد، مواد کو آہستہ آہستہ ختم کیا جا سکتا ہے۔ یہ ڈیگاسنگ ہمیشہ لکیری نہیں ہوتی اور یہ پھٹنے کا باعث بن سکتی ہے، جس سے عمل کو کنٹرول کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ SiC ایپیٹیکسی میں، یہ خاص طور پر نقصان دہ ہے۔ جب گریفائٹ کے جسم سے گیسیں خارج ہوتی ہیں تو انہیں ایپیٹیکسی چیمبر کے اندر گیس کے بہاؤ میں شامل کیا جا سکتا ہے، جس سے ناپسندیدہ ذرات پیدا ہوتے ہیں۔ ذرات ویفر کی سطح پر اپنا راستہ تلاش کریں گے، جو کرسٹل کی نمو پر اثر انداز ہوں گے اور غیر متوقع نقائص کا باعث بن سکتے ہیں جیسے کہ بے ترتیب گڑھے، سطح کی کھردری یا ویفر کی موٹائی میں مقامی تغیرات۔ ایک عام منظر نامہ پیداواری ریمپ میں ہے جہاں ایک صاف فیب EPIK سسٹم کے لیے نئے گریفائٹ حصے حاصل کرتا ہے۔ ابتدائی نتائج قابل قبول ہو سکتے ہیں، تاہم جیسے جیسے تھرمل سائیکل دہرائے جاتے ہیں، خرابی کی شرحیں بڑھ سکتی ہیں اور گیس لائنوں، والوز اور صفائی کے عمل کے مراحل سمیت پروسیس ٹرین کے معائنہ سے کچھ بھی واضح نہیں ہو سکتا۔ اکثر یہ بات سامنے آتی ہے کہ مجرم اعلی درجہ حرارت والے علاقے میں کم پوروسیٹی گریفائٹ ہے۔ انتہائی کم پوروسیٹی گریفائٹ کا انتخاب مؤثر طریقے سے اس خطرے کو کم کرتا ہے اندرونی حجم کو محدود کرکے جس میں پھنسے ہوئے پرجاتیوں کو چھپایا جاسکتا ہے، گرم ہونے پر اچانک گیس کے اخراج کے امکان کو کم کرتا ہے۔ یہ بہتر مکینیکل سالمیت سے بھی وابستہ ہے۔ الٹرا لو پوروسیٹی گریفائٹ کا گھنا ڈھانچہ عام طور پر کریکنگ کے خلاف مزاحمت میں اضافہ کرتا ہے کیونکہ گریفائٹ بار بار تھرمل سائیکلنگ سے گزرتا ہے۔ مزید برآں، کم پوروسیٹی سطحیں کوٹنگ کی سالمیت کو فروغ دیتی ہیں۔ جب SiC یا دیگر ریفریکٹری مواد کو ان گریفائٹ سطحوں پر لیپت کیا جاتا ہے، تو وہ کم غیر محفوظ سطح پر اچھی طرح چپک جاتے ہیں۔ یہ ممکنہ طور پر لیپت شدہ مواد اور گریفائٹ کے درمیان بندھن کی بڑھتی ہوئی قربت کی وجہ سے ہے، جس کے نتیجے میں کوٹنگز کی پائیداری اور لمبی عمر اور ان کے چھلکے یا فلیک ہونے کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے۔ بالآخر، یومیہ فیبریکیشن کے منظر نامے میں انتہائی کم پوروسیٹی گریفائٹ کا انتخاب، جبکہ ایک مادی خاصیت، بہت زیادہ صاف ستھرا فائدہ فراہم کرتی ہے۔ اعلی درجے کے SiC ایپیٹیکسی عمل کے اندر نتائج۔