Chefredakteurin Karin Scharrer überreicht den „Best Componant Award“ an Geschäftsführer Dr. Holger Wampers

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Anlässlich der Messe „Ceramitec 2018 in München“ lobte die Fachzeitschrift „Ceramic Applications“ den „Best Component Award“ aus. Für die Entwicklung eines Gasverteiler-Rings aus Keramik, mit dem Wafer effektiver beschichtet werden können, wurde die Alumina Systems GmbH ausgezeichnet. Den Preis in Form eines 3-D gedruckten „C“ überreichte jetzt die Chefredakteurin der Zeitschrift, Karin Scharrer, an den Geschäftsführer der Alumina Systems GmbH, Dr. Holger Wampers.

Bei dem prämierten Bauteil handelt es sich um einen Verteilerring aus Keramik zur Beschichtung von Wafer-Platten im PE-ALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)-Verfahren. Wafer sind die Grundplatten für elektronische Bauelemente, in erster Linie Computer-Chips.

Der Aluminiumoxid-Ring hat den beachtlichen Durchmesser von 380 mm und besteht aus drei horizontal geteilten Ringen, die mit Glaslot gefügt sind. Zusätzlich sind zur inneren Gasverteilung 3-D gedruckte Keramik-Düsen aus 99,99% Al2O3gleichzeitig eingelötet worden. Der Ring kann den Beschichtungsraum mit gleichzeitig 2 Gasen (Precursoren) versorgen und ist trotzdem dünner als die Erstversion für nur ein Gas.

Um es noch komplizierter zu machen, ist der Gasanschluss für die Precursoren mit einem Titanröhrchen ausgeführt, welches dann noch an zwei 3-D-gedruckte Edelstahlleitungen verlötet wird. Beide Metalllötungen werden über eine nachgeschaltete Aktivlötung angebracht. Alle Fügevorgänge sind in der Temperaturführung kaskadiert, d.h. der Prozeß mit der höchsten Temperatur muss zuerst ausgeführt werden, weitere Prozesse müssen immer niedriger in der Temperatur liegen, damit vorhergehende Lötstellen nicht wieder „aufgehen“. Bis auf die Metallteile wurden die Komponenten und Fügeprozesse bei Alumina Systems in Redwitz hergestellt bzw. durchgeführt.

„Bei diesem Bauteil haben wir unser gesamtes Know-how eingesetzt,“ betonte Dr. Wampers und fügte hinzu: „Die horizontal geteilten Ringe müssen nach dem Sintern in relativ engen Toleranzen für Ebenheit und Rundheit liegen, sonst kann dies mit dem nachfolgenden Schleifprozeß aus technologischen Gründen nicht mehr korrigiert werden. Das ist aufgrund des Schrumpfungsprozesses von rund 20% gar nicht so einfach zu erzielen. Eine Herausforderung stellten auch die Laval-Düsen dar, die ohne 3-D-Drucker gar nicht hätten gefertigt werden können. Zusätzlich ist der gesamte Ring He-Leckdicht bis 10-8mbar·L/s“

Die Vorteile der neu entwickelten Metall-Keramik-Verbund-Baugruppe beschreibt Dr. Holger Wampers so: „Unser Ring ist vier bis sechsmal haltbarer als die bisherige Lösung aus Titan. Außerdem verkürzt sich die Beschichtungszeit der Wafer durch den Einsatz optimierter 3-D gedruckter Keramik-Düsen und der exakt vorberechneten und gleichmäßigen Strömungsverteilung auf ein Drittel.“

Bislang korrodierten die eingesetzten Titanringe aufgrund der aggressiven Precursoren in der Regel schon nach kurzer Zeit. Die nicht optimierte Gasführung an den Auslässen der Ti-Version erzeugten zudem nur eine recht ungleichmäßige Beschichtung. Damit die Chip-Oberfläche überall die geforderte Mindestdicke erhielt, dauerte der Beschichtungsprozess bislang um den Faktor 3 länger.