مقایسه سه حلقه تمرکز اصلی

حلقه های فوکوس قطعات حلقوی دقیقی هستند که معمولاً در اطراف ویفر چاک تجهیزات اچینگ پلاسما نصب می شوند و در طول فرآیند اچینگ مستقیماً در معرض پلاسمای پر انرژی قرار می گیرند. عملکرد اصلی آنها این است که به عنوان قطعات قربانی عمل کنند تا نتایج حکاکی یکنواخت را در سراسر سطح ویفر تضمین کنند. به دلیل اثر لبه، میدان های الکتریکی به شدت در لبه های ویفر منحرف می شوند و واگرا می شوند و چگالی و انرژی پلاسما را به شدت با مرکز ویفر ناسازگار می کنند و در نتیجه یکنواختی اچ را از بین می برند. حلقه های فوکوس این مشکل را از طریق سه مکانیسم اصلی که در زیر ذکر شده است حل می کنند:

1. بهینه سازی میدان الکتریکی

حلقه‌های فوکوس که در اطراف ویفر قرار می‌گیرند، به عنوان یک رمپ بافر میدان الکتریکی برای بالا بردن مرزهای فیزیکی و الکتریکی ویفر عمل می‌کنند. این تنظیم غلاف پلاسما را در لبه ویفر یکنواخت می‌کند، یون‌ها را برای بمباران سطح ویفر در زوایای بهینه هدایت می‌کند، در نتیجه دقت اچ کردن ثابت بین لبه ویفر و مرکز را تضمین می‌کند.

2. مکانیسم حفاظت از اجزای اصلی

حلقه های فوکوس به عنوان بخش های قربانی در سیستم اچینگ، بمباران مستقیم پلاسمای پرانرژی را تحمل می کنند. آنها می توانند از قطعات گران قیمت زیرین مانند چاک های الکترواستاتیکی در برابر آسیب محافظت کنند که این امر طول عمر قطعه را تا حد زیادی افزایش می دهد و هزینه های نگهداری آنها را کاهش می دهد.

3. تعمیر و نگهداری تطبیق حرارتی و الکتریکی

برخی از حلقه های فوکوس می توانند دستیابی به توزیع یکنواخت گرما یا تشکیل یک میدان الکتریکی مناسب با ویفر با رسانایی الکتریکی مناسب را تسهیل کنند، بنابراین یک محیط پردازشی بسیار ثابت برای حکاکی با دقت بالا ایجاد می کنند.

مقایسه سه ماده پرکاربرد حلقه فوکوس

کوارتز، سیلیکون و کاربید سیلیکون سه ماده غالب برای ساخت حلقه های فوکوس هستند. در زیر به تفصیل نقاط قوت، ایرادات و کاربردهای معمولی آن‌ها اشاره شده است.

1. حلقه فوکوس کوارتز (گزینه سنتی)

A. مزایا و معایب

حلقه های فوکوس کوارتزهزینه در حال اجرا کم، رفتار ثابت در زمینه های فرکانس بالا و عایق دی الکتریک برتر در . با این حال، محدودیت های آنها را نمی توان نادیده گرفت. کوارتز از سختی مکانیکی پایینی برخوردار است، بنابراین حلقه‌های فوکوس کوارتز در شرایط دمای بالا مستعد تغییر شکل هستند. آنها همچنین مقاومت ضعیفی در برابر کندوپاش یونی با نرخ خوردگی بسیار بالا در مواجهه با پلاسمای مبتنی بر فلوئور ارائه می دهند که ممکن است باعث ایجاد خطرات آلودگی برای فرآیندهای تولید شود.

ب. سناریوهای مناسب

این حلقه‌ها برای اترهای RIE بدون بمباران بالا کار می‌کنند که از فرآیندهای متوسط ​​به پایین در 28 نانومتر و بالاتر پشتیبانی می‌کنند. آنها نمی توانند الزامات دقیق کم آلودگی و طول عمر را برای گره های پیشرفته برآورده کنند.

2. حلقه فوکوس سیلیکونی

A. مزایا و معایب

حلقه های فوکوس سیلیکونیاز مواد مشابه ویفرهای سیلیکونی ساخته شده اند و ضرایب انبساط حرارتی و خواص الکتریکی مناسبی را ارائه می دهند. آنها دمای تا 1600 درجه سانتیگراد را تحمل می کنند و به حفظ توزیع یکنواخت پلاسما کمک می کنند. با این حال، سیلیکون در برابر اچ کردن پلاسمای فلوئور ضعیف عمل می کند. به آسانی SiF4 فرار تولید می کند، به سرعت فرسوده می شود و باعث رانش مکرر فرآیند و توقف برنامه ریزی نشده می شود. تعویض مکرر مورد نیاز است - حلقه های سیلیکونی تک کریستالی معمولاً هر 10 تا 12 روز نیاز به تعویض دارند.

ب. سناریوهای مناسب

حلقه های سیلیکونی زمانی استاندارد در خطوط اچینگ نیمه هادی بودند اما به تدریج با انواع SiC جایگزین می شوند. آنها همچنان برای فرآیندهای تولید متوسط ​​به پایین رده قدیمی و حساس به هزینه استفاده می شوند.

3. حلقه فوکوس کاربید سیلیکون (انتخاب عالی با کارایی بالا)

A. مزایا و معایب

حلقه های فوکوس کاربید سیلیکوندارای سختی Mohs 9.5 و استحکام خمشی 500 تا 600 مگاپاسکال را حتی در دمای 1400 درجه سانتیگراد حفظ می کند. در همین حال، ضریب انبساط حرارتی آنها به خوبی با ویفرهای سیلیکونی مطابقت دارد و مقاومت شوک حرارتی فوق‌العاده‌ای را برای مقاومت در برابر چرخه حرارتی سریع ارائه می‌دهد و به طور قابل توجهی یکنواختی اچ را در لبه‌های ویفر بهینه می‌کند. مهمتر از همه، SiC دارای مقاومت در برابر خوردگی استثنایی در برابر Ar، F، Cl و سایر مواد شیمیایی پلاسما است. سرعت اچ آن در پلاسمای فلوئور تقریباً صفر است. حلقه های فوکوس کاربید سیلیکون 2 تا 3 برابر بیشتر از نسخه های سیلیکونی عمر مفید دارند که کارایی کلی تجهیزات را تا حد زیادی افزایش می دهد. کاربید سیلیکون با خلوص بالا رشد کرده در CVD به سطوح خلوص بالاتر از 99.9995% می رسد، خطرات آلودگی ذرات و عناصر را به شدت کاهش می دهد.

با این حال، حلقه های فوکوس کاربید سیلیکون بدون اشکال نیستند. با توجه به سختی فوق العاده کاربید سیلیکون، ساخت حلقه های فوکوس کاربید سیلیکون به ابزارهای برش الماس نیاز دارد. و فرآیندهای ماشینکاری پیچیده و طولانی آنها هزینه خرید اولیه آن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

ب. سناریوهای مناسب

حلقه‌های فوکوس کاربید سیلیکون به‌عنوان گزینه بهینه برای فرآیندهای تولید پیشرفته از جمله تراشه‌های منطقی زیر 14 نانومتری و دستگاه‌های NAND سه‌بعدی عمل می‌کنند و به عنوان بهترین انتخاب مواد برای ساخت دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون می‌باشند.