Sammenligning av tre mainstream fokusringer

Fokusringer er presisjonsringformede deler som vanligvis er installert rundt wafer-chucken til plasmaetseutstyr og blir direkte utsatt for høyenergiplasma under etseprosessen. Deres kjernefunksjon er å fungere som offerdeler for å sikre ensartede etseresultater over hele waferoverflaten. På grunn av kanteffekten forvrenger og divergerer elektriske felter skarpt ved waferkantene, noe som gjør plasmatettheten og energien svært inkonsistent med wafersenteret, og dermed ødelegger etsningens enhetlighet. Fokusringer løser dette problemet via tre kjernemekanismer som er oppført nedenfor:

1. Elektrisk feltoptimalisering

Fokusringer, plassert rundt waferen, fungerer som en elektrisk feltbufferrampe for å heve waferens fysiske og elektriske grenser. Denne innstillingen jevner ut plasmakappen ved waferkanten, og dirigerer ioner til å bombardere waferoverflaten i optimale vinkler, og sikrer dermed konsistent etsningspresisjon mellom waferkanten og midten.

2. Kjernekomponentbeskyttelsesmekanisme

Som offerdeler i etsesystemet bærer fokusringer direkte bombardement av høyenergiplasma. De kan beskytte kostbare komponenter under, for eksempel elektrostatiske chucker, mot skade, noe som i stor grad forlenger komponentens levetid og reduserer vedlikeholdsutgiftene.

3. Termisk og elektrisk matchende vedlikehold

Noen fokusringer kan gjøre det lettere å oppnå ensartet varmefordeling eller å danne et godt tilpasset elektrisk felt med waferen med skreddersydd elektrisk ledningsevne, og dermed skape et ekstremt stabilt prosesseringsmiljø for høypresisjonsetsing.

Sammenligning av tre mye brukte fokusringmaterialer

Kvarts, silisium og silisiumkarbid er de tre dominerende materialene for produksjon av fokusringer. Nedenfor er en detaljert oversikt over deres respektive styrker, ulemper og typiske bruksområder.

1. Kvartsfokusring (tradisjonelt alternativ)

A. Fordeler og ulemper

Kvarts fokusringerviser lave driftskostnader, jevn oppførsel i høyfrekvente felt og overlegen dielektrisk isolasjon i . Likevel kan deres begrensninger ikke ignoreres. Kvarts har lav mekanisk hardhet, så kvartsfokusringer er utsatt for deformasjon under høye temperaturforhold. De leverer også dårlig motstand mot ionesputtering med ekstremt høy korrosjonshastighet når de utsettes for fluorbasert plasma, noe som kan forårsake forurensningsrisiko for produksjonsprosesser.

B. Egnede scenarier

Disse ringene fungerer for RIE-etsere som ikke er høybombardede og støtter prosesser fra middels til lav ende ved 28nm og høyere. De kan ikke oppfylle strenge krav til lav forurensning og lang levetid for avanserte noder.

2. Silisiumfokusring

A. Fordeler og ulemper

Silisium fokusringerer laget av samme materiale som silisiumskiver, og tilbyr godt tilpassede termiske ekspansjonskoeffisienter og elektriske egenskaper. De tåler temperaturer opp til 1600°C og bidrar til å opprettholde jevn plasmafordeling. Likevel yter silisium dårlig mot fluorplasma-etsing. Den genererer lett flyktig SiF₄, slites raskt ned og utløser hyppig prosessdrift og uplanlagt nedetid. Hyppig utskifting er nødvendig - monokrystallinske silisiumringer må vanligvis byttes hver 10. til 12. dag.

B. Egnede scenarier

Silisiumringer var en gang standard på tvers av halvlederetselinjer, men blir gradvis erstattet av SiC-varianter. De forblir i bruk for kostnadssensitive eldre produksjonsprosesser fra middels til lavt.

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

A. Fordeler og ulemper

Fokusringer av silisiumkarbidskryte av en Mohs-hardhet på 9,5 og opprettholde en bøyestyrke på 500 til 600 MPa selv ved 1400°C. I mellomtiden matcher deres termiske ekspansjonskoeffisient godt med silisiumskiver, og tilbyr enestående termisk støtmotstand for å motstå rask termisk sykling, og optimaliserer etsningens jevnhet ved waferkantene betydelig. Viktigst av alt, SiC har eksepsjonell korrosjonsbestandighet mot Ar, F, Cl og andre plasmakjemier. Etsehastigheten i fluorplasma er nesten null. Fokusringer av silisiumkarbid gir en levetid som er 2–3 ganger lengre enn silisiumversjoner, noe som øker utstyrseffektiviteten betraktelig. CVD-dyrket silisiumkarbid med høy renhet når renhetsnivåer over 99,9995 %, og reduserer drastisk risikoen for partikkel- og elementær forurensning.

Silisiumkarbidfokusringer er imidlertid ikke uten ulemper. Gitt silisiumkarbids ekstreme hardhet, krever produksjon av silisiumkarbidfokusringer diamantskjæreverktøy. Og deres komplekse, langvarige maskineringsprosedyrer øker den opprinnelige kjøpskostnaden betraktelig.

B. Egnede scenarier

Silisiumkarbidfokusringer fungerer som det optimale alternativet for avanserte produksjonsprosesser, inkludert sub-14nm logiske brikker og 3D NAND-enheter, og er det beste materialet for produksjon av silisiumkarbidkraftenheter.