Jämförelse med tre vanliga fokusringar

Fokusringar är precisionsringformade delar som vanligtvis installeras runt waferchucken på plasmaetsningsutrustning och utsätts direkt för högenergiplasma under etsningsprocessen. Deras kärnfunktion är att fungera som offerdelar för att säkerställa enhetliga etsningsresultat över hela skivans yta. På grund av kanteffekten förvrängs och divergerar elektriska fält kraftigt vid skivans kanter, vilket gör plasmadensitet och energi mycket inkonsekvent med skivans centrum, vilket förstör etsningslikformigheten. Fokusringar löser detta problem via tre kärnmekanismer enligt listan nedan:

1. Optimering av elektriska fält

Fokusringar, placerade runt wafern, fungerar som en elektrisk fältbuffertramp för att höja waferns fysiska och elektriska gränser. Denna inställning jämnar ut plasmahöljet vid skivans kant, vilket leder joner att bombardera skivans yta i optimala vinklar, vilket säkerställer konsekvent etsningsprecision mellan skivans kant och centrum.

2. Skyddsmekanism för kärnkomponenter

Som offerdelar i etsningssystem bär fokusringar direkt bombardemang av högenergiplasma. De kan skydda dyra komponenter under, såsom elektrostatiska chuckar, från skador, vilket avsevärt förlänger komponenternas livslängd och minskar deras underhållskostnader.

3. Termisk och elektrisk matchningsunderhåll

Vissa fokusringar kan underlätta att uppnå enhetlig värmefördelning eller att bilda ett välmatchat elektriskt fält med wafern med skräddarsydd elektrisk ledningsförmåga, vilket skapar en extremt stabil bearbetningsmiljö för högprecisionsetsning.

Jämförelse av tre ofta använda fokusringmaterial

Kvarts, kisel och kiselkarbid är de tre dominerande materialen för tillverkning av fokusringar. Nedan följer en detaljerad uppdelning av deras respektive styrkor, nackdelar och typiska tillämpningar.

1. Kvartsfokusring (traditionellt tillval)

A. Fördelar och nackdelar

Quartz fokusringaruppvisar låga driftskostnader, stabilt beteende i högfrekventa fält och överlägsen dielektrisk isolering i . Ändå kan deras begränsningar inte ignoreras. Kvarts har låg mekanisk hårdhet, så kvartsfokusringar är benägna att deformeras under höga temperaturer. De ger också dålig motståndskraft mot jonförstoftning med extremt hög korrosionshastighet när de utsätts för fluorbaserad plasma, vilket kan orsaka kontaminationsrisker för produktionsprocesser.

B. Lämpliga scenarier

Dessa ringar fungerar för RIE-etsare utan hög bombardemang som stöder processer i mitten till lågt vid 28nm och högre. De kan inte uppfylla strikta krav på låg kontaminering och lång livslängd för avancerade noder.

2. Silicon Focus Ring

A. Fördelar och nackdelar

Fokusringar av silikonär gjorda av samma material som kiselskivor och erbjuder väl anpassade värmeutvidgningskoefficienter och elektriska egenskaper. De tål temperaturer upp till 1600°C och hjälper till att upprätthålla en jämn plasmafördelning. Ändå fungerar kisel dåligt mot fluorplasmaetsning. Det genererar lätt flyktigt SiF₄, slits snabbt och utlöser frekvent processdrift och oplanerad stilleståndstid. Frekvent utbyte krävs - monokristallina kiselringar behöver vanligtvis bytas var 10:e till 12:e dag.

B. Lämpliga scenarier

Kiselringar var en gång standard över halvledaretsningslinjer men har gradvis ersatts av SiC-varianter. De förblir i användning för kostnadskänsliga äldre tillverkningsprocesser i mellan-till-låg ände.

3. Fokusring av kiselkarbid (Premium High-Performance Choice)

A. Fördelar och nackdelar

Fokusringar av kiselkarbidhar en Mohs hårdhet på 9,5 och bibehåller en böjhållfasthet på 500 till 600 MPa även vid 1400°C. Samtidigt matchar deras värmeutvidgningskoefficient kiselwafers väl, och erbjuder enastående termisk chockbeständighet för att motstå snabb termisk cykling, vilket avsevärt optimerar etsningslikformigheten vid waferkanterna. Viktigast av allt, SiC har exceptionell korrosionsbeständighet mot Ar, F, Cl och andra plasmakemier. Dess etsningshastighet i fluorplasma är nästan noll. Fokusringar av kiselkarbid ger en livslängd som är 2–3 gånger längre än kiselversioner, vilket kraftigt ökar utrustningens totala effektivitet. CVD-odlad kiselkarbid med hög renhet når renhetsnivåer över 99,9995 %, vilket drastiskt minskar riskerna för partikel- och elementär kontaminering.

Emellertid är fokusringar av kiselkarbid inte utan nackdelar. Med tanke på kiselkarbidens extrema hårdhet kräver tillverkning av fokusringar av kiselkarbid diamantskärverktyg. Och deras komplexa, långa bearbetningsprocedurer ökar dess initiala inköpskostnad avsevärt.

B. Lämpliga scenarier

Fokusringar av kiselkarbid fungerar som det optimala alternativet för avancerade tillverkningsprocesser inklusive logikchips under 14 nm och 3D NAND-enheter, och är det bästa materialvalet för tillverkning av kraftenheter av kiselkarbid.