ما هي المواد الرئيسية لخواتم الحفر؟

في تصنيع أشباه الموصلات، حلقات الحفر (المشار إليها عادة باسم حلقات التركيز أو حلقات الحافة) هي مكونات قابلة للاستهلاك التي تحيط بسطح السيليكون داخل غرفة حفر البلازما.وظيفتهم الأساسية هي حماية الكهرباء الكهرومغناطيسية (ESC) بشكل مادي وتشكيل غطاء البلازما كهربائيا لضمان حفرة موحدة حتى حافة الوافر.

ولأنّها تتعرض مباشرةً للبلازما العدوانية عالية الطاقة، يجب أن تكون مصنوعة من مواد عالية النقاء تقاوم التآكل الكيميائي والبثّ الفيزيائي.المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة تشمل:

1الكوارتز النقي (SiO2)

من الناحية التاريخية ، فإن المواد الأكثر شيوعًا ، الكوارتز عالي النقاء (99.99٪ + السيليكا) تستخدم على نطاق واسع في المصانع بسبب خصائصها النظيفة وفعالية التكلفة.

• يستخدم بشكل أفضل ل:حفر السيليكون والتطبيقات حيث تقليل تلوث المعادن في آثار أمر بالغ الأهمية.
• إيجابيات:نقية للغاية، وانخفاض التوسع الحراري، وانخفاض تكلفة المواد الأولية.
• السلبيات:تتآكل بسرعة نسبية عند تعرضها للبلازما القائمة على الفلور العدوانية (CF4، SF6، NF3)." يُجبرون على إيقاف استخدام الأدوات بشكل متكرر من أجل استبدالها.

2كربيد السيليكون (SiC)

أصبح كاربيد السيليكون ‬المصنع خصيصًا عن طريق ترسب البخار الكيميائي (CVD SiC) أو التجمد عالي الجودة ‬سرعان ما أصبح الخيار الرئيسي للعقد المتقدمة عالية الطاقة.

• يستخدم بشكل أفضل ل:حفر نسبة الجوانب العالية (HAR) ، مثل حفر درجات 3D NAND وتصنيع FinFET / GAA.
• إيجابيات:صلابة استثنائية ومقاومة للاستعمال إنه يآكل بأوضاع أبطأ من الكوارتز في البلازما الفلورية والكلوريةتمديد عمر الأداة بشكل كبير وخفض إجمالي تكلفة الملكية (TCO)كما يفتخر بقيادة حرارية عالية، والحفاظ على درجات حرارة حافة الوافر مستقرة.
• السلبيات:ارتفاع تكاليف التصنيع الأولية والمواد (غالبا ما يكون 3x إلى 5x سعر الكوارتز).

3السيليكون أحادي الكريستال أو السيليكون متعدد الكريستال

استخدام السيليكون عالي النقاء يضمن أن حلقة التركيز تتصرف تماما مثل امتداد للوافل نفسها.

• يستخدم بشكل أفضل ل:عمليات حفر الأكسيد (SiO2).
• إيجابيات:وبما أن الحلقة تتطابق مع التركيب الكيميائي للوافير القياسية، فإن أي مادة بسيطة يتم رشها أو حفرها على الحلقة تُدخِل تلوثًا من العناصر الغريبة في الغرفة.
• السلبيات:مثل الكوارتز، فإنه يتصرف كمواد استهلاكية تتدهور مع مرور الوقت تحت مواد كيميائية محددة، تتطلب استبدالات روتينية.

4السيراميك المتقدم والطلاء

في البيئات المتخصصة أو عالية التآكل ، يتم استخدام السيراميك المتخصصة: الألومينا (AI2O3): يوفر قوة ميكانيكية عالية وأداء كهربائي جيد ،على الرغم من أنه يمكن أن يلقي الجسيمات إذا قصفت بشدةأكسيد اليتريوم (Y2O3 / Yttria): غالبًا ما يستخدم كطلاء مقاوم للغاية للبلازما فوق قواعد الحلقات السيراميكية أو المعدنية لمكافحة البلازما الهالوجينية العدوانية.نيتريد السيليكون (Si3N4):تم اختيارها لمتطلبات مقاومة الصدمات الحرارية والصلابة الميكانيكية الخاصة.

ملخص اختيار المواد