Porovnanie troch hlavných zaostrovacích krúžkov

Ohniskové krúžky sú presné prstencové časti, ktoré sa zvyčajne inštalujú okolo doštičkového skľučovadla zariadenia na plazmové leptanie a sú priamo vystavené vysokoenergetickej plazme počas procesu leptania. Ich hlavnou funkciou je pôsobiť ako obetné časti na zabezpečenie rovnomerných výsledkov leptania na celom povrchu plátku. V dôsledku okrajového efektu elektrické polia skresľujú a prudko sa rozchádzajú na okrajoch plátku, čím sa hustota plazmy a energia výrazne nezhodujú so stredom plátku, čím sa ničí rovnomernosť leptania. Zaostrovacie krúžky riešia tento problém prostredníctvom troch základných mechanizmov, ako je uvedené nižšie:

1. Optimalizácia elektrického poľa

Zaostrovacie krúžky umiestnené okolo plátku fungujú ako vyrovnávacia rampa elektrického poľa na zvýšenie fyzických a elektrických hraníc plátku. Toto nastavenie vyrovnáva plazmový plášť na okraji plátku, nasmeruje ióny tak, aby bombardovali povrch plátku v optimálnych uhloch, čím sa zabezpečí konzistentná presnosť leptania medzi okrajom plátku a stredom.

2. Mechanizmus ochrany základných komponentov

Ako obetné časti v leptacom systéme nesú zaostrovacie krúžky priame bombardovanie vysokoenergetickou plazmou. Môžu chrániť drahé komponenty pod nimi, ako sú elektrostatické skľučovadlá, pred poškodením, čo výrazne predlžuje životnosť komponentov a znižuje náklady na ich údržbu.

3. Tepelná a elektrická údržba

Niektoré zaostrovacie krúžky môžu uľahčiť dosiahnutie rovnomernej distribúcie tepla alebo vytvorenie dobre prispôsobeného elektrického poľa s plátkom s prispôsobenou elektrickou vodivosťou, čím sa vytvorí mimoriadne stabilné prostredie na spracovanie pre vysoko presné leptanie.

Porovnanie troch široko používaných materiálov zaostrovacích krúžkov

Kremeň, kremík a karbid kremíka sú tri dominantné materiály na výrobu zaostrovacích krúžkov. Nižšie je uvedený podrobný rozpis ich príslušných silných stránok, nevýhod a typických aplikácií.

1. Quartzový zaostrovací krúžok (tradičná možnosť)

A. Výhody a nevýhody

Quartzové zaostrovacie krúžkyvykazujú nízke prevádzkové náklady, stabilné správanie vo vysokofrekvenčných poliach a vynikajúcu dielektrickú izoláciu v . Napriek tomu nemožno ignorovať ich obmedzenia. Quartz sa môže pochváliť nízkou mechanickou tvrdosťou, takže quartzové zaostrovacie krúžky sú náchylné na deformáciu pri vysokých teplotách. Poskytujú tiež slabú odolnosť voči iónovému rozprašovaniu s extrémne vysokou rýchlosťou korózie pri vystavení plazme na báze fluóru, čo môže spôsobiť riziko kontaminácie výrobných procesov.

B. Vhodné scenáre

Tieto prstence fungujú pre vysokobombardované RIE leptadlá podporujúce stredné až nízke procesy pri 28 nm a vyššej. Nemôžu spĺňať prísne požiadavky na nízku kontamináciu a dlhú životnosť pre pokročilé uzly.

2. Silikónový zaostrovací krúžok

A. Výhody a nevýhody

Silikónové zaostrovacie krúžkysú vyrobené z rovnakého materiálu ako kremíkové doštičky a ponúkajú dobre prispôsobené koeficienty tepelnej rozťažnosti a elektrické vlastnosti. Znášajú teploty až do 1600 °C a pomáhajú udržiavať rovnomernú distribúciu plazmy. Napriek tomu kremík funguje zle proti leptaniu fluórovou plazmou. Ľahko generuje prchavý SiF₄, rýchlo sa opotrebováva a spôsobuje časté posuny procesu a neplánované prestoje. Vyžaduje sa častá výmena - monokryštalické kremíkové krúžky zvyčajne vyžadujú výmenu každých 10 až 12 dní.

B. Vhodné scenáre

Kremíkové krúžky boli kedysi štandardom v polovodičových leptacích linkách, ale postupne sa nahrádzajú variantmi SiC. Naďalej sa používajú v starších výrobných procesoch strednej až nižšej triedy, ktoré sú citlivé na náklady.

3. Krúžok z karbidu kremíka (prémiový vysokovýkonný výber)

A. Výhody a nevýhody

Zaostrovacie krúžky z karbidu kremíkapýšia sa tvrdosťou podľa Mohsa 9,5 a udržujú si pevnosť v ohybe 500 až 600 MPa aj pri 1400 °C. Medzitým sa ich koeficient tepelnej rozťažnosti dobre zhoduje s kremíkovými plátkami a ponúka vynikajúcu odolnosť proti tepelným šokom, aby vydržali rýchle tepelné cykly, čím sa výrazne optimalizuje rovnomernosť leptania na okrajoch plátku. Najdôležitejšie je, že SiC sa môže pochváliť výnimočnou odolnosťou proti korózii voči Ar, F, Cl a iným plazmovým chemickým látkam. Jeho rýchlosť leptania vo fluórovej plazme je takmer nulová. Zaostrovacie krúžky z karbidu kremíka poskytujú 2- až 3-krát dlhšiu životnosť ako kremíkové verzie, čo výrazne zvyšuje celkovú efektivitu zariadenia. Vysoko čistý karbid kremíka pestovaný CVD dosahuje úrovne čistoty nad 99,9995 %, čím sa výrazne znižuje riziko kontaminácie časticami a elementárnymi prvkami.

Avšak zaostrovacie krúžky z karbidu kremíka nie sú bez nevýhod. Vzhľadom na extrémnu tvrdosť karbidu kremíka si výroba zaostrovacích krúžkov z karbidu kremíka vyžaduje diamantové rezné nástroje. A ich zložité a zdĺhavé procesy obrábania výrazne zvyšujú počiatočné obstarávacie náklady.

B. Vhodné scenáre

Zaostrovacie krúžky z karbidu kremíka slúžia ako optimálna možnosť pre pokročilé výrobné procesy vrátane logických čipov pod 14 nm a zariadení 3D NAND a predstavujú najlepší materiál pre výrobu výkonových zariadení z karbidu kremíka.