Порівняння трьох основних фокусних кілець

Кільця фокусування — це прецизійні кільцеві деталі, які зазвичай встановлюються навколо патрона пластини обладнання для плазмового травлення, і під час процесу травлення безпосередньо піддаються впливу високоенергетичної плазми. Їх основна функція полягає в тому, щоб діяти як жертвуючі частини для забезпечення рівномірних результатів травлення по всій поверхні пластини. Через краєвий ефект електричні поля спотворюються та різко розходяться на краях пластини, роблячи густину та енергію плазми значною мірою несумісними з центром пластини, таким чином руйнуючи однорідність травлення. Кільця фокусування вирішують цю проблему за допомогою трьох основних механізмів, перелічених нижче:

1. Оптимізація електричного поля

Кільця фокусування, розміщені навколо пластини, діють як буфер електричного поля, щоб підвищити фізичні та електричні межі пластини. Цей параметр вирівнює плазмову оболонку на краю пластини, спрямовуючи іони на бомбардування поверхні пластини під оптимальними кутами, таким чином забезпечуючи незмінну точність травлення між краєм і центром пластини.

2. Механізм захисту основного компонента

Як жертовні частини в системі травлення, фокусні кільця піддаються прямому бомбардуванню високоенергетичною плазмою. Вони можуть захистити дорогі компоненти, розташовані під ними, наприклад електростатичні патрони, від пошкоджень, що значно подовжує термін служби компонентів і зменшує витрати на їх обслуговування.

3. Технічне та електричне обслуговування

Деякі кільця фокусування можуть сприяти досягненню рівномірного розподілу тепла або формуванню добре узгодженого електричного поля з пластиною з індивідуальною електропровідністю, таким чином створюючи надзвичайно стабільне середовище обробки для високоточного травлення.

Порівняння трьох широко використовуваних матеріалів кільця фокусування

Кварц, кремній і карбід кремнію є трьома домінуючими матеріалами для виготовлення фокусних кілець. Нижче наведено детальний розподіл їхніх сильних сторін, недоліків і типових застосувань.

1. Кварцове фокусне кільце (традиційний варіант)

A. Переваги та недоліки

Кварцові фокусні кільцядемонструють низькі експлуатаційні витрати, стійку поведінку у високочастотних полях і чудову діелектричну ізоляцію в . Тим не менш, не можна ігнорувати їх обмеження. Кварц має низьку механічну міцність, тому кварцові фокусні кільця схильні до деформації в умовах високих температур. Вони також забезпечують низьку стійкість до іонного розпилення з надзвичайно високою швидкістю корозії під впливом плазми на основі фтору, що може спричинити ризики забруднення виробничих процесів.

B. Відповідні сценарії

Ці кільця працюють для травильників RIE без сильного бомбардування, які підтримують процеси від середнього до низького класу на 28 нм і вище. Вони не можуть відповідати суворим вимогам щодо низького рівня забруднення та тривалого терміну служби для передових вузлів.

2. Силіконове кільце фокусування

A. Переваги та недоліки

Силіконові фокусні кільцявиготовлені з того самого матеріалу, що й кремнієві пластини, забезпечуючи добре узгоджені коефіцієнти теплового розширення та електричні властивості. Вони витримують температуру до 1600°C і допомагають підтримувати рівномірний розподіл плазми. Проте кремній погано працює проти плазмового травлення фтором. Він легко генерує летючий SiF₄, швидко зношується та викликає часті відхилення процесу та незаплановані простої. Потрібна часта заміна — кільця з монокристалічного кремнію зазвичай потрібно міняти кожні 10-12 днів.

B. Відповідні сценарії

Кремнієві кільця колись були стандартними для ліній травлення напівпровідників, але поступово їх замінюють варіантами SiC. Вони продовжують використовуватися для економічно чутливих успадкованих виробничих процесів середнього та нижчого рівня.

3. Фокусне кільце з карбіду кремнію (преміальний високопродуктивний вибір)

A. Переваги та недоліки

Фокусні кільця з карбіду кремніюмають твердість за Моосом 9,5 і зберігають міцність на вигин від 500 до 600 МПа навіть при 1400°C. Між тим, їхній коефіцієнт теплового розширення добре відповідає кремнієвим пластинам, пропонуючи видатну стійкість до теплового удару, щоб протистояти швидким термоциклам, значно оптимізуючи рівномірність травлення на краях пластини. Найважливіше те, що SiC може похвалитися винятковою стійкістю до корозії проти Ar, F, Cl та інших хімічних речовин плазми. Його швидкість травлення у плазмі фтору майже дорівнює нулю. Термін служби фокусувальних кілець з карбіду кремнію в 2–3 рази довший, ніж кремнієві версії, що значно підвищує загальну ефективність обладнання. Карбід кремнію високої чистоти, вирощений методом CVD, досягає рівня чистоти вище 99,9995%, різко знижуючи ризики забруднення частинками та елементами.

Однак фокусні кільця з карбіду кремнію не позбавлені недоліків. Враховуючи надзвичайну твердість карбіду кремнію, для виготовлення фокусних кілець із карбіду кремнію потрібні алмазні різальні інструменти. А їхні складні, тривалі процедури механічної обробки значно підвищують початкову вартість покупки.

B. Відповідні сценарії

Фокусні кільця з карбіду кремнію служать оптимальним варіантом для передових виробничих процесів, включаючи логічні мікросхеми суб-14 нм і пристрої 3D NAND, і є найкращим вибором матеріалу для виготовлення силових пристроїв з карбіду кремнію.