چرا حلقه فوکوس برای تجهیزات حکاکی ضروری است؟

حلقه فوکوس که به آن حلقه جبران یا حلقه محبوس نیز گفته می شود، جزء ضروری تجهیزات اچینگ، به ویژه تجهیزات اچ خشک پلاسما است. فرآیندهای حکاکی دقیق در مقیاس نانو در تولید نیمه هادی های مدرن بدون آن قابل دستیابی نیستند. استفاده از حلقه فوکوس یکنواختی اچ را تضمین می کند، نرخ اچ سطح ویفر را تضمین می کند، از سخت افزار هسته تجهیزات اچ محافظت می کند و در نهایت عملکرد دستگاه نیمه هادی را بهبود می بخشد و هزینه های تولید را کاهش می دهد.

توابع اصلی حلقه فوکوس

1. میدان الکتریکی لبه و توزیع پلاسما را بهینه می کند

بدون الفحلقه فوکوسخطوط میدان الکتریکی در لبه ویفر به شدت خمیده و واگرا می شوند و در نتیجه اثر لبه ایجاد می شود. این باعث اختلاف قابل توجهی در چگالی پلاسما و انرژی بمباران یونی بین لبه ویفر و ناحیه مرکزی می شود. حلقه فوکوس در اطراف ویفر مرتب شده است تا به طور موثر مرز فیزیکی و الکتریکی ویفر را بالا ببرد و توزیع پلاسمای لبه را تغییر شکل دهد. این پروفیل میدان الکتریکی را در لبه ویفر صاف می کند، دقیقاً مانند تبدیل یک "صخره شیب دار" به یک "شیب ملایم". این بهبود، غلاف پلاسمایی یکنواخت‌تری را در لبه ویفر ایجاد می‌کند و یون‌ها را هدایت می‌کند تا کل سطح ویفر را با زاویه‌ای عمودی‌تر و ثابت‌تر، از جمله بیرونی‌ترین قالب‌ها، بمباران کنند.

2. از چاک الکترواستاتیک (ESC) محافظت می کند و به عنوان یک جزء محفظه فرآیند عمل می کند

محیط های پلاسما به شدت خورنده هستند. بدون محافظت در برابر حلقه فوکوس، پلاسمای پرانرژی مستقیماً چاک الکترواستاتیک (ESC) را که ویفر را نگه می دارد بمباران کرده و حکاکی می کند. از آنجایی که ESC ها معمولاً از مواد گران قیمت مانند سرامیک آلومینا ساخته می شوند، هزینه جایگزینی آنها بسیار بالا است. حلقه فوکوس، به عنوان یک ماده مصرفی قابل تعویض، به عنوان یک جزء فداکاری برای محافظت از قطعات مهم تجهیزات و کاهش هزینه‌های مرتبط عمل می‌کند. حلقه های فوکوس معمولاً از سیلیکون، کوارتز، کاربید سیلیکون و سایر مواد سازگار با فرآیند ساخته می شوند. ذرات تولید شده از فرسایش آن نسبت به آلاینده های فلزی (مانند آلومینیوم، سدیم) که توسط مواد ESC فرسایش یافته منتشر می شوند، تأثیر بسیار کمتری بر فرآیند دارند. این به طور موثر خطر آلودگی محفظه و ویفر توسط ذرات یا محصولات جانبی واکنش را کاهش می دهد و در نتیجه نقص محصول را به حداقل می رساند.

3. تغییرات ضخامت ویفر را جبران می کند

سطح بالایی حلقه فوکوس معمولاً طوری طراحی می شود که با سطح بالایی ویفر همسطح باشد. این امر فاصله ثابتی از الکترود بالایی تا سطح ویفر و سطح حلقه فوکوس را تضمین می‌کند و به تشکیل یک میدان الکتریکی یکنواخت در کل منطقه کمک می‌کند و از اعوجاج میدان الکتریکی ناشی از اختلاف ارتفاع جلوگیری می‌کند.

حلقه فوکوس در طی پردازش به تدریج توسط پلاسما نازک تر می شود. حلقه فوکوس نازک شده باعث رانش فرآیند می شود: با کاهش ارتفاع حلقه فوکوس به دلیل فرسایش، توانایی آن در محدود کردن میدان الکتریکی لبه ضعیف می شود و عملکرد فرآیند در لبه ویفر (به عنوان مثال، نرخ اچ، پروفیل) به تدریج تغییر می کند. به همین دلیل، حلقه فوکوس باید به طور دوره‌ای بر اساس توان پردازش (به عنوان مثال، ساعت‌های RF انباشته شده) تعویض شود.

فرآیندهای مختلف اچ (اچ سیلیکون، اچ اکسید، اچ فلز) ممکن است از حلقه های فوکوس ساخته شده از مواد مختلف استفاده کنند (به عنوان مثال، سیلیکون تک کریستالی، کوارتز،کاربید سیلیکون، سرامیک) برای مطابقت با نرخ اچ و به حداقل رساندن آلودگی. در برخی ابزارهای پیشرفته، نرم افزار کنترل فرآیند پیشرفته (APC) مدت زمان استفاده از حلقه فوکوس را ردیابی می کند و ممکن است اثرات فرسایش را با تنظیم دقیق پارامترهای فرآیند (مانند قدرت، فشار)، افزایش طول عمر و در عین حال حفظ ثبات فرآیند، جبران کند.