Három fősodorbeli fókuszgyűrű összehasonlítása

A fókuszgyűrűk precíziós gyűrű alakú részek, amelyeket általában a plazmamaratási berendezés ostyatokmánya köré szerelnek fel, és közvetlenül ki vannak téve a nagy energiájú plazmának a maratási folyamat során. Fő funkciójuk, hogy áldozati alkatrészként működjenek, hogy egyenletes maratási eredményeket biztosítsanak a teljes ostyafelületen. Az élhatás miatt az elektromos mezők torzulnak és élesen eltérnek az ostya szélein, így a plazmasűrűség és az energia nagymértékben összeegyeztethetetlen az ostya középpontjával, így tönkreteszi a maratási egyenletességet. A fókuszgyűrűk három alapvető mechanizmussal oldják meg ezt a problémát, az alábbiak szerint:

1. Elektromos mező optimalizálása

Az ostya körül elhelyezett fókuszgyűrűk elektromos mező pufferrámpájaként működnek, hogy megemeljék az ostya fizikai és elektromos határait. Ez a beállítás kiegyenlíti a plazmahüvelyt az ostya szélén, és az ionokat optimális szögben bombázza az ostya felületén, ezáltal egyenletes maratási pontosságot biztosít az ostya széle és közepe között.

2. Alapelem-védelmi mechanizmus

A maratási rendszer áldozati részeiként a fókuszgyűrűk a nagy energiájú plazma közvetlen bombázását viselik. Megvédhetik az alatta lévő drága alkatrészeket, például az elektrosztatikus tokmányokat a sérülésektől, ami nagymértékben meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát és csökkenti a karbantartási költségeiket.

3. Termikus és elektromos illesztési karbantartás

Egyes fókuszgyűrűk elősegíthetik az egyenletes hőeloszlás elérését vagy egy jól illeszkedő elektromos mező kialakítását az ostyával testreszabott elektromos vezetőképességgel, ezáltal rendkívül stabil feldolgozási környezetet teremtve a nagy pontosságú maratáshoz.

Három széles körben használt fókuszgyűrű-anyag összehasonlítása

A kvarc, a szilícium és a szilícium-karbid a három domináns anyag a fókuszgyűrűk gyártásához. Az alábbiakban részletesen leírjuk azok erősségeit, hátrányait és jellemző alkalmazásait.

1. Kvarc fókuszgyűrű (hagyományos opció)

A. Előnyök és hátrányok

Kvarc fókuszgyűrűkAlacsony üzemeltetési költséget, állandó viselkedést mutatnak nagyfrekvenciás mezőkben, és kiváló dielektromos szigetelést mutatnak . Ennek ellenére korlátaikat nem lehet figyelmen kívül hagyni. A kvarc alacsony mechanikai keménységgel büszkélkedhet, így a kvarc fókuszgyűrűk hajlamosak a deformációra magas hőmérsékleti körülmények között. Ezenkívül gyenge ellenállást biztosítanak az ionporlasztással szemben, és rendkívül magas korróziós sebességgel rendelkeznek, ha fluoralapú plazmának vannak kitéve, ami szennyeződési kockázatot jelenthet a gyártási folyamatokban.

B. Alkalmas forgatókönyvek

Ezek a gyűrűk a nem nagy bombázású RIE maratógépekhez használhatók, amelyek támogatják a közepes és alacsony szintű folyamatokat 28 nm-en és a felett. Nem tudnak megfelelni a fejlett csomópontokra vonatkozó szigorú alacsony szennyeződési és hosszú élettartamú követelményeknek.

2. Szilikon fókuszgyűrű

A. Előnyök és hátrányok

Szilikon fókuszgyűrűkUgyanabból az anyagból készülnek, mint a szilícium lapkák, jól illeszkedő hőtágulási együtthatókkal és elektromos tulajdonságokkal. 1600°C-ig tolerálják a hőmérsékletet, és segítenek fenntartani az egyenletes plazmaeloszlást. Ennek ellenére a szilícium gyengén teljesít a fluor plazmamaratással szemben. Könnyen generál illékony SiF₄-et, gyorsan elhasználódik, és gyakori folyamateltolódást és nem tervezett állásidőt vált ki. Gyakori cserére van szükség – a monokristályos szilíciumgyűrűket általában 10-12 naponta kell cserélni.

B. Alkalmas forgatókönyvek

A szilíciumgyűrűk egykor szabványosak voltak a félvezető maratási vonalakon, de fokozatosan felváltják őket a SiC változatok. Továbbra is használatban vannak a költségérzékeny örökölt közép- és alsókategóriás gyártási folyamatokhoz.

3. Szilícium-karbid fókuszgyűrű (prémium, nagy teljesítményű választás)

A. Előnyök és hátrányok

Szilícium-karbid fókuszgyűrűk9,5-ös Mohs-keménységgel büszkélkedhet, és 1400 °C-on is 500-600 MPa hajlítószilárdságot tart fenn. Eközben hőtágulási együtthatójuk jól illeszkedik a szilícium lapkákhoz, kiemelkedő hősokkállóságot kínálva, hogy ellenálljon a gyors hőciklusnak, jelentősen optimalizálva a maratási egyenletességet a lapka szélein. A legfontosabb, hogy a SiC kivételes korrózióállósággal büszkélkedhet az Ar, F, Cl és más plazmakémiai anyagokkal szemben. A fluorplazmában a marási sebessége közel nulla. A szilícium-karbid fókuszgyűrűk 2-3-szor hosszabb élettartamot biztosítanak, mint a szilícium változatok, ami nagymértékben növeli a berendezés általános hatékonyságát. A CVD-vel termesztett, nagy tisztaságú szilícium-karbid eléri a 99,9995% feletti tisztasági szintet, ami drasztikusan csökkenti a részecskék és az elemek szennyeződésének kockázatát.

A szilícium-karbid fókuszgyűrűknek azonban nincsenek hátrányai. A szilícium-karbid rendkívüli keménysége miatt a szilícium-karbid fókuszgyűrűk gyártásához gyémánt vágószerszámokra van szükség. Összetett, hosszadalmas megmunkálási eljárásaik pedig jelentősen megnövelik a kezdeti beszerzési költséget.

B. Alkalmas forgatókönyvek

A szilícium-karbid fókuszgyűrűk optimális megoldást jelentenek a fejlett gyártási folyamatokhoz, beleértve a 14 nm alatti logikai chipeket és a 3D NAND eszközöket, és a legjobb anyagválasztást jelentik a szilícium-karbid teljesítményeszközök gyártásához.