Quels sont les principaux matériaux des anneaux de gravure ?

Dans la fabrication de semi-conducteurs, les anneaux de gravure (plus communément appelés anneaux de mise au point ou anneaux de bordure) sont des composants consommables qui entourent la plaque de silicium à l'intérieur d'une chambre de gravure au plasma.Leur tâche principale est de protéger physiquement la coque électrostatique (ESC) et de façonner électriquement la gaine de plasma pour assurer une gravure uniforme jusqu'au bord même de la galette.

Étant donné qu'ils sont directement exposés à un plasma agressif et à haute énergie, ils doivent être fabriqués avec des matériaux de haute pureté qui résistent à la corrosion chimique et à la pulvérisation physique.Les matériaux les plus couramment utilisés sont::

1Quartz de haute pureté (SiO2)

Historiquement, le matériau le plus courant, le quartz de très haute pureté (99,99%+ silice) est largement utilisé dans les usines en raison de ses propriétés propres et de son rentabilité.

• Utilisé pour:La gravure au silicium et les applications où il est essentiel de minimiser la contamination des traces de métaux.
• Les avantages:Extrêmement pur, faible expansion thermique et coût de matériaux initiaux plus bas.
• Les inconvénients:L'érosion est relativement rapide lorsqu'il est exposé à des plasmas à base de fluor agressifs (CF4, SF6, NF3)." obligeant les outils à s' arrêter fréquemment pour les remplacer.

2Carbure de silicium (SiC)

Le carbure de silicium, fabriqué spécifiquement par dépôt chimique par vapeur (CVD SiC) ou par frittage de haute qualité, est rapidement devenu le choix principal pour les nœuds avancés à haute puissance.

• Utilisé pour:Gravure à rapport d'aspect élevé (HAR), telle que la gravure d'escalier 3D NAND et la fabrication FinFET / GAA.
• Les avantages:Il est extrêmement dur et résistant à l'usure.une prolongation significative de sa durée de vie et une réduction du coût total de possession (TCO) de l'outil;Il possède également une conductivité thermique élevée, ce qui maintient la température du bord de la gaufre stable.
• Les inconvénients:Des coûts de fabrication et de matériaux initiaux élevés (souvent 3 à 5 fois le prix du quartz).

3. monocristallin (monocristallin) ou polycristallin de silicium (Si)

L'utilisation de silicium de haute pureté garantit que l'anneau de mise au point se comporte exactement comme une extension de la gaufre elle-même.

• Utilisé pour:procédés de gravure à l'oxyde (SiO2).
• Les avantages:Puisque l'anneau correspond à la composition chimique d'une gaufre standard, tout matériau mineur pulvérisé ou gravé sur l'anneau n'introduit absolument aucune contamination par des éléments étrangers dans la chambre.
• Les inconvénients:Comme le quartz, il se comporte comme un consommable qui se dégrade avec le temps sous des conditions chimiques spécifiques, nécessitant des remplacements réguliers.

4. Céramique et revêtements avancés

Pour les environnements de niche ou fortement corrosifs, des céramiques spécialisées sont utilisées:Alumine (AI2O3): offre une résistance mécanique élevée et de bonnes performances diélectriques,Bien qu'il puisse émettre des particules si il est fortement bombardé..Oxyde d'yttrium (Y2O3 / Yttria): souvent utilisé comme revêtement très résistant au plasma sur les bases d'anneaux en céramique ou en métal pour lutter contre les plasmas halogènes agressifs.Nitrure de silicium (Si3N4):Sélectionné pour des exigences spécifiques de résistance aux chocs thermiques et de rigidité mécanique.

Résumé de la sélection du matériel