Porovnání tří hlavních zaostřovacích kroužků

Ohniskové kroužky jsou přesné prstencové díly, které se obvykle instalují kolem destičkového sklíčidla zařízení pro plazmové leptání a jsou přímo vystaveny vysokoenergetickému plazmatu během procesu leptání. Jejich hlavní funkcí je působit jako obětní části pro zajištění rovnoměrných výsledků leptání po celém povrchu plátku. V důsledku okrajového efektu elektrická pole na okrajích plátku zkreslují a ostře se rozcházejí, takže hustota a energie plazmatu jsou značně nekonzistentní se středem plátku, což narušuje jednotnost leptání. Zaostřovací kroužky řeší tento problém pomocí tří základních mechanismů, jak je uvedeno níže:

1. Optimalizace elektrického pole

Zaostřovací kroužky umístěné kolem plátku fungují jako vyrovnávací rampa elektrického pole, která zvedne fyzické a elektrické hranice plátku. Toto nastavení vyrovnává plazmový plášť na okraji plátku a směruje ionty tak, aby bombardovaly povrch plátku v optimálních úhlech, čímž je zajištěna konzistentní přesnost leptání mezi okrajem a středem plátku.

2. Mechanismus ochrany základních součástí

Jako obětní části v leptacím systému nesou zaostřovací kroužky přímé bombardování vysokoenergetickým plazmatem. Mohou chránit drahé součásti pod nimi, jako jsou elektrostatická sklíčidla, před poškozením, což výrazně prodlužuje životnost součástí a snižuje náklady na jejich údržbu.

3. Údržba tepelného a elektrického přizpůsobení

Některé ohniskové kroužky mohou usnadnit dosažení rovnoměrného rozložení tepla nebo vytvoření dobře sladěného elektrického pole s plátkem s přizpůsobenou elektrickou vodivostí, čímž se vytvoří extrémně stabilní prostředí pro vysoce přesné leptání.

Porovnání tří široce používaných materiálů zaostřovacích kroužků

Křemen, křemík a karbid křemíku jsou tři dominantní materiály pro výrobu ohniskových kroužků. Níže je podrobný rozpis jejich příslušných silných stránek, nevýhod a typických aplikací.

1. Quartz Focus Ring (tradiční možnost)

A. Výhody a nevýhody

Quartzové zaostřovací kroužkyvykazují nízké provozní náklady, stabilní chování ve vysokofrekvenčních polích a vynikající dielektrickou izolaci v . Přesto nelze ignorovat jejich omezení. Quartz se může pochlubit nízkou mechanickou tvrdostí, takže quartzové zaostřovací kroužky jsou náchylné k deformaci při vysokých teplotách. Poskytují také špatnou odolnost proti iontovému rozprašování s extrémně vysokou rychlostí koroze při vystavení plazmě na bázi fluoru, což může způsobit riziko kontaminace výrobních procesů.

B. Vhodné scénáře

Tyto kroužky fungují pro RIE leptače bez silného bombardování, které podporují procesy střední až nízké úrovně při 28nm a vyšší. Nemohou splnit přísné požadavky na nízkou kontaminaci a dlouhou životnost pro pokročilé uzly.

2. Silikonový zaostřovací kroužek

A. Výhody a nevýhody

Silikonové zaostřovací kroužkyjsou vyrobeny ze stejného materiálu jako křemíkové destičky a nabízejí dobře přizpůsobené koeficienty tepelné roztažnosti a elektrické vlastnosti. Snášejí teploty až 1600 °C a pomáhají udržovat rovnoměrnou distribuci plazmy. Křemík se přesto chová špatně proti leptání fluorovou plazmou. Snadno generuje těkavý SiF4, rychle se opotřebovává a vyvolává časté odchylky procesu a neplánované odstávky. Je nutná častá výměna – monokrystalické křemíkové kroužky obvykle vyžadují výměnu každých 10 až 12 dní.

B. Vhodné scénáře

Křemíkové kroužky byly kdysi standardem pro polovodičové leptací linky, ale postupně jsou nahrazovány variantami SiC. Zůstávají používány pro nákladově citlivé starší výrobní procesy střední až nízké třídy.

3. Zaostřovací kroužek z karbidu křemíku (prémiová vysoce výkonná volba)

A. Výhody a nevýhody

Ostřící kroužky z karbidu křemíkuse může pochlubit tvrdostí podle Mohse 9,5 a udržet si pevnost v ohybu 500 až 600 MPa i při 1400 °C. Mezitím jejich koeficient tepelné roztažnosti dobře odpovídá křemíkovým plátkům a nabízí vynikající odolnost proti tepelným šokům, aby vydržely rychlé tepelné cykly, což výrazně optimalizuje rovnoměrnost leptání na okrajích plátků. A co je nejdůležitější, SiC se může pochlubit výjimečnou odolností proti korozi proti Ar, F, Cl a dalším plazmovým chemikáliím. Jeho rychlost leptání ve fluorovém plazmatu je téměř nulová. Ostřící kroužky z karbidu křemíku poskytují 2–3krát delší životnost než křemíkové verze, což výrazně zvyšuje celkovou efektivitu zařízení. Vysoce čistý karbid křemíku vypěstovaný CVD dosahuje úrovně čistoty nad 99,9995 %, což výrazně snižuje riziko částicové a elementární kontaminace.

Ostřící kroužky z karbidu křemíku však nejsou bez nevýhod. Vzhledem k extrémní tvrdosti karbidu křemíku vyžaduje výroba zaostřovacích kroužků z karbidu křemíku diamantové řezné nástroje. A jejich složité a zdlouhavé obráběcí procesy výrazně zvyšují počáteční pořizovací náklady.

B. Vhodné scénáře

Ostřící kroužky z karbidu křemíku slouží jako optimální volba pro pokročilé výrobní procesy včetně logických čipů nižších než 14nm a zařízení 3D NAND a představují nejlepší materiál pro výrobu napájecích zařízení z karbidu křemíku.