Сравнение на три основни пръстена за фокусиране

Фокусните пръстени са прецизни пръстеновидни части, обикновено монтирани около патронника за пластини на оборудване за плазмено ецване и са директно изложени на високоенергийна плазма по време на процеса на ецване. Тяхната основна функция е да действат като жертвени части, за да осигурят еднакви резултати от ецване по цялата повърхност на вафлата. Поради ефекта на ръба, електрическите полета се изкривяват и рязко се отклоняват в ръбовете на пластината, което прави плътността и енергията на плазмата значително несъвместими с центъра на пластината, като по този начин разрушава еднородността на ецването. Фокусните пръстени разрешават този проблем чрез три основни механизма, както са изброени по-долу:

1. Оптимизация на електрическото поле

Фокусните пръстени, поставени около пластината, действат като буферна рампа на електрическото поле, за да издигнат физическите и електрическите граници на пластината. Тази настройка изравнява плазмената обвивка на ръба на пластината, насочвайки йони да бомбардират повърхността на пластината под оптимални ъгли, като по този начин осигурява постоянна прецизност на ецване между ръба на пластината и центъра.

2. Механизъм за защита на основния компонент

Като жертвени части в системата за ецване, фокусиращите пръстени понасят директното бомбардиране на високоенергийна плазма. Те могат да предпазят скъпите компоненти отдолу, като например електростатични патронници, от повреда, което значително удължава живота на компонентите и намалява разходите за поддръжка.

3. Термична и електрическа поддръжка

Някои пръстени за фокусиране могат да улеснят постигането на равномерно разпределение на топлината или формирането на добре съгласувано електрическо поле с пластината с персонализирана електрическа проводимост, като по този начин създават изключително стабилна среда за обработка за високопрецизно ецване.

Сравнение на три широко използвани материала на пръстена за фокусиране

Кварцът, силицийът и силициевият карбид са трите доминиращи материала за производството на фокусни пръстени. По-долу е дадена подробна разбивка на съответните им силни страни, недостатъци и типични приложения.

1. Кварцов пръстен за фокусиране (традиционна опция)

A. Предимства и недостатъци

Кварцови пръстени за фокусиранепоказват ниски експлоатационни разходи, стабилно поведение във високочестотни полета и превъзходна диелектрична изолация в . Въпреки това, техните ограничения не могат да бъдат пренебрегнати. Кварцът може да се похвали с ниска механична твърдост, така че кварцовите фокусни пръстени са склонни към деформация при условия на висока температура. Те също така осигуряват слаба устойчивост на йонно разпръскване с изключително висока скорост на корозия, когато са изложени на плазма на основата на флуор, което може да причини рискове от замърсяване на производствените процеси.

B. Подходящи сценарии

Тези пръстени работят за RIE ецващи машини без силно бомбардиране, поддържащи процеси от среден до нисък клас при 28nm и повече. Те не могат да отговорят на строги изисквания за ниско замърсяване и дълъг живот за усъвършенствани възли.

2. Силиконов пръстен за фокусиране

A. Предимства и недостатъци

Силиконови пръстени за фокусиранеса направени от същия материал като силициевите пластини, като предлагат добре съгласувани коефициенти на топлинно разширение и електрически свойства. Те понасят температури до 1600°C и помагат за поддържане на равномерно разпределение на плазмата. Все пак силицият се представя слабо срещу флуорно плазмено ецване. Той лесно генерира летлив SiF₄, износва се бързо и предизвиква често отклонение на процеса и непланиран престой. Необходима е честа смяна - пръстените от монокристален силиций обикновено се нуждаят от смяна на всеки 10 до 12 дни.

B. Подходящи сценарии

Силициевите пръстени някога са били стандартни в линиите за ецване на полупроводници, но постепенно се заменят от варианти на SiC. Те остават в употреба за чувствителни към разходите наследени производствени процеси от среден до нисък клас.

3. Пръстен за фокусиране от силициев карбид (премиум високоефективен избор)

A. Предимства и недостатъци

Фокусни пръстени от силициев карбидимат твърдост по Моос от 9,5 и поддържат якост на огъване от 500 до 600 MPa дори при 1400°C. Междувременно техният коефициент на топлинно разширение съответства добре на силициевите пластини, предлагайки изключителна устойчивост на термичен шок, за да издържат на бързи термични цикли, значително оптимизирайки равномерността на ецване по ръбовете на пластините. Най-важното е, че SiC може да се похвали с изключителна устойчивост на корозия срещу Ar, F, Cl и други плазмени химикали. Неговата скорост на ецване във флуорна плазма е почти нула. Фокусиращите пръстени от силициев карбид осигуряват експлоатационен живот 2–3 пъти по-дълъг от силициевите версии, което значително повишава общата ефективност на оборудването. Отгледан чрез CVD силициев карбид с висока чистота достига нива на чистота над 99,9995%, което драстично намалява рисковете от замърсяване с частици и елементи.

Фокусните пръстени от силициев карбид обаче не са без недостатъци. Като се има предвид изключителната твърдост на силициевия карбид, производството на фокусни пръстени от силициев карбид изисква диамантени режещи инструменти. И техните сложни, продължителни процедури за обработка повишават значително първоначалните разходи за покупка.

B. Подходящи сценарии

Фокусиращите пръстени от силициев карбид служат като оптимална опция за усъвършенствани производствени процеси, включително под 14nm логически чипове и 3D NAND устройства, и стоят като най-добрия избор на материал за производство на захранващи устройства от силициев карбид.