Trijų pagrindinių fokusavimo žiedų palyginimas

Fokusavimo žiedai yra tikslios žiedinės dalys, paprastai įrengiamos aplink plazminio ėsdinimo įrangos griebtuvą ir yra tiesiogiai veikiamos didelės energijos plazmos ėsdinimo proceso metu. Pagrindinė jų funkcija – veikti kaip aukojamos dalys, užtikrinančios vienodus ėsdinimo rezultatus visame plokštelės paviršiuje. Dėl krašto efekto elektriniai laukai iškraipo ir smarkiai skiriasi plokštelių kraštuose, todėl plazmos tankis ir energija labai nesutampa su plokštelės centru, taip sugadindami ėsdinimo vienodumą. Fokusavimo žiedai šią problemą išsprendžia trimis pagrindiniais toliau išvardytais mechanizmais:

1. Elektros lauko optimizavimas

Fokusavimo žiedai, išdėstyti aplink plokštelę, veikia kaip elektrinio lauko buferio rampa, pakelianti plokštelės fizines ir elektrines ribas. Šis nustatymas išlygina plokštelės krašto plazminį apvalkalą, nukreipdamas jonus, kad bombarduotų plokštelės paviršių optimaliais kampais, taip užtikrinant nuoseklų ėsdinimo tikslumą tarp plokštelės krašto ir centro.

2. Pagrindinio komponento apsaugos mechanizmas

Fokusavimo žiedai, kaip aukojamos ėsdinimo sistemos dalys, yra tiesiogiai bombarduojami didelės energijos plazma. Jie gali apsaugoti po apačia esančius brangius komponentus, pvz., elektrostatinius griebtuvus, nuo pažeidimų, o tai labai pailgina komponentų ilgaamžiškumą ir sumažina jų priežiūros išlaidas.

3. Šiluminės ir elektros suderinimo priežiūra

Kai kurie fokusavimo žiedai gali padėti pasiekti vienodą šilumos paskirstymą arba suformuoti gerai suderintą elektrinį lauką su plokštele su pritaikytu elektriniu laidumu, taip sukuriant itin stabilią apdorojimo aplinką didelio tikslumo ėsdinimui.

Trijų plačiai naudojamų fokusavimo žiedų medžiagų palyginimas

Kvarcas, silicis ir silicio karbidas yra trys dominuojančios medžiagos fokusavimo žiedams gaminti. Žemiau pateikiamas išsamus jų stipriųjų pusių, trūkumų ir tipiškų pritaikymų aprašymas.

1. Kvarcinis fokusavimo žiedas (tradicinis pasirinkimas)

A. Privalumai ir trūkumai

Kvarciniai fokusavimo žiedaipasižymi mažomis eksploatavimo sąnaudomis, pastoviu veikimu aukšto dažnio laukuose ir puikia dielektrine izoliacija. Nepaisant to, negalima ignoruoti jų apribojimų. Kvarcas pasižymi mažu mechaniniu kietumu, todėl kvarco fokusavimo žiedai yra linkę deformuotis esant aukštai temperatūrai. Jie taip pat yra prastai atsparūs jonų purškimui ir ypač dideliam korozijos greičiui, kai yra veikiami fluoro pagrindu veikiančios plazmos, o tai gali sukelti užteršimo riziką gamybos procesams.

B. Tinkami scenarijai

Šie žiedai tinka RIE ėsdinimo įtaisams, kuriuose nėra didelio bombardavimo ir palaiko vidutinio iki žemo lygio procesus esant 28 nm ir daugiau. Jie negali atitikti griežtų mažo užterštumo ir ilgaamžiškumo reikalavimų pažangiems mazgams.

2. Silikoninis fokusavimo žiedas

A. Privalumai ir trūkumai

Silikoniniai fokusavimo žiedaiyra pagamintos iš tos pačios medžiagos kaip ir silicio plokštelės, todėl pasižymi gerai suderintais šiluminio plėtimosi koeficientais ir elektrinėmis savybėmis. Jie toleruoja iki 1600°C temperatūrą ir padeda palaikyti tolygų plazmos pasiskirstymą. Vis dėlto silicis prastai veikia prieš fluoro plazmos ėsdinimą. Jis lengvai generuoja lakiąjį SiF₄, greitai susidėvi ir sukelia dažną procesų nukrypimą bei neplanuotas prastovas. Reikia dažnai keisti – monokristalinio silicio žiedus paprastai reikia keisti kas 10–12 dienų.

B. Tinkami scenarijai

Silicio žiedai kadaise buvo standartiniai puslaidininkių ėsdinimo linijose, tačiau palaipsniui juos keičia SiC variantai. Jie ir toliau naudojami ekonomiškai jautriems vidutinės ir žemos klasės gamybos procesams.

3. Silicio karbido fokusavimo žiedas (puikiausias didelio našumo pasirinkimas)

A. Privalumai ir trūkumai

Silicio karbido fokusavimo žiedaipasigirti Moso kietumu 9,5 ir išlaikyti lenkimo stiprumą nuo 500 iki 600 MPa net 1400 °C temperatūroje. Tuo tarpu jų šiluminio plėtimosi koeficientas puikiai dera su silicio plokštelėmis ir pasižymi išskirtiniu atsparumu šiluminiam smūgiui, kad atlaikytų greitą terminį ciklą, žymiai optimizuodamas ėsdinimo vienodumą plokštelių kraštuose. Svarbiausia, kad SiC pasižymi išskirtiniu atsparumu korozijai Ar, F, Cl ir kitoms plazmos cheminėms medžiagoms. Jo ėsdinimo greitis fluoro plazmoje yra beveik lygus nuliui. Silicio karbido fokusavimo žiedai tarnauja 2–3 kartus ilgiau nei silicio versijos, o tai labai padidina bendrą įrangos efektyvumą. CVD užauginto didelio grynumo silicio karbido grynumo lygis viršija 99,9995 %, todėl drastiškai sumažėja dalelių ir elementų užteršimo rizika.

Tačiau silicio karbido fokusavimo žiedai nėra be trūkumų. Atsižvelgiant į ypatingą silicio karbido kietumą, silicio karbido fokusavimo žiedams gaminti reikalingi deimantiniai pjovimo įrankiai. O jų sudėtingos, ilgos apdirbimo procedūros žymiai padidina pradinę pirkimo kainą.

B. Tinkami scenarijai

Silicio karbido fokusavimo žiedai yra optimalus pasirinkimas pažangiems gamybos procesams, įskaitant mažesnius nei 14 nm loginius lustus ir 3D NAND įrenginius, ir yra geriausias pasirinkimas silicio karbido galios įrenginių gamybai.