Чому кільце фокусування є незамінним для травильного обладнання?

Фокусне кільце, яке також називають компенсаційним кільцем або обмеженим кільцем, є незамінним компонентом обладнання для травлення, особливо обладнання для плазмового сухого травлення. Процеси нанорозмірного прецизійного травлення в сучасному виробництві напівпровідників були б неможливими без цього. Використання кільця фокусування забезпечує рівномірність травлення, гарантує швидкість травлення поверхні пластини, захищає основну апаратну частину обладнання для травлення та, зрештою, покращує продуктивність напівпровідникового пристрою та знижує витрати на виробництво.

Основні функції кільця фокусування

1. Оптимізує крайове електричне поле та розподіл плазми

Без aкільце фокусування, лінії електричного поля на краю пластини сильно згинаються та розходяться, що призводить до ефекту краю. Це викликає значні розбіжності в щільності плазми та енергії іонного бомбардування між краєм пластини та центральною областю. Кільце фокусування розташоване навколо пластини, щоб ефективно підвищити фізичну та електричну границю пластини та змінити форму розподілу крайової плазми. Він згладжує профіль електричного поля на краю пластини, подібно до того, як перетворює «круту скелю» на «пологий схил». Це вдосконалення створює більш рівномірну плазмову оболонку на краю пластини, спрямовуючи іони на бомбардування всієї поверхні пластини під більш вертикальним і послідовним кутом, включаючи крайні матриці.

2. Захищає електростатичний патрон (ESC) і служить компонентом технологічної камери

Плазмове середовище дуже корозійне. Без захисту від кільця фокусування високоенергетична плазма безпосередньо бомбардувала б і травила електростатичний патрон (ESC), який утримує пластину. Оскільки ESC зазвичай виготовляються з дорогих матеріалів, таких як глиноземна кераміка, вартість їх заміни надзвичайно висока. Кільце фокусування, як замінний витратний матеріал,  діє як жертвовий компонент для захисту більш важливих частин обладнання та зменшення пов’язаних витрат. Кільця фокусування зазвичай виготовляються з кремнію, кварцу, карбіду кремнію та інших матеріалів, сумісних з процесом. Частинки, що утворюються в результаті його ерозії, мають набагато менший вплив на процес, ніж металеві забруднювачі (наприклад, алюміній, натрій), що виділяються ерозійними матеріалами ESC. Це ефективно знижує ризик забруднення камери та пластини частинками або побічними продуктами реакції, тим самим зводячи до мінімуму дефекти продукту.

3. Компенсує варіації товщини пластини

Верхня поверхня кільця фокусування зазвичай розрахована на рівень верхньої поверхні пластини. Це забезпечує рівномірний відстань від верхнього електрода до поверхні пластини та поверхні кільця фокусування, сприяючи формуванню рівномірного електричного поля по всій площі та уникаючи спотворення електричного поля, викликаного різницею висоти.

Під час обробки кільце фокусування поступово витравлюється плазмою. Потоншене кільце фокусування спричиняє дрейф процесу: оскільки висота кільця фокусування зменшується через ерозію, його здатність обмежувати крайове електричне поле слабшає, і продуктивність процесу на краю пластини (наприклад, швидкість травлення, профіль) поступово зміщується. З цієї причини фокусне кільце необхідно періодично замінювати залежно від продуктивності процесу (наприклад, накопиченої кількості годин радіочастот).

Різні процеси травлення (травлення кремнію, травлення оксиду, травлення металу) можуть використовувати кільця фокусування, виготовлені з різних матеріалів (наприклад, монокристалічного кремнію, кварцу,карбід кремнію, кераміка), щоб відповідати швидкості травлення та мінімізувати забруднення. У деяких вдосконалених інструментах програмне забезпечення розширеного керування процесом (APC) відстежує тривалість використання кільця фокусування та може компенсувати вплив ерозії шляхом точного налаштування параметрів процесу (наприклад, потужність, тиск), подовжуючи термін служби, зберігаючи стабільність процесу.