Какие основные материалы используются для резки кольцов?

В производстве полупроводников кольца травления (чаще называемые кольцами фокусировки или краевыми кольцами) представляют собой расходные компоненты, окружающие кремниевую пластину внутри камеры плазменного травления. Их основная задача — физическая защита электростатического патрона (ESC) и электрическая обработка плазменной оболочки для обеспечения равномерного травления вплоть до самого края пластины.

Поскольку они подвергаются непосредственному воздействию агрессивной высокоэнергетической плазмы, они должны быть изготовлены из материалов высокой чистоты, устойчивых к химической коррозии и физическому распылению. К наиболее распространенным используемым материалам относятся:

1. Кварц высокой чистоты (SiO₂).

Исторически наиболее распространенный материал, кварц сверхвысокой чистоты (кремнезем 99,99%+), широко используется на фабриках благодаря своим чистым свойствам и экономической эффективности.

• Лучше всего использовать для:Травление кремния и области применения, где минимизация загрязнения микропримесями металлов имеет решающее значение.
• Плюсы:Чрезвычайно чистый материал, низкое тепловое расширение и низкие первоначальные затраты на материалы.
• Минусы:Сравнительно быстро разрушается при воздействии агрессивной плазмы на основе фтора (CF₄, SF₆, NF₃). По мере изнашивания измененная геометрия кольца вызывает «смещение кромки», что приводит к частым остановкам инструмента для замены.

2. Карбид кремния (SiC).

Карбид кремния, специально производимый методом химического осаждения из паровой фазы (CVD SiC) или высококачественного спекания, быстро стал основным выбором для современных мощных узлов.

• Лучше всего использовать для:Травление с высоким соотношением сторон (HAR), такое как травление лестницы 3D NAND и изготовление FinFET/GAA.
• Плюсы:Исключительная твердость и износостойкость. Он разрушается на несколько порядков медленнее, чем кварц в плазме фтора и хлора, что значительно продлевает срок его службы и снижает совокупную стоимость владения инструментом (TCO). Он также может похвастаться высокой теплопроводностью, поддерживая стабильную температуру края пластины.
• Минусы:Высокие первоначальные затраты на производство и материалы (часто в 3-5 раз дороже кварца).

3. Монокристаллический (монокристаллический) или поликристаллический кремний (Si).

Использование кремния высокой чистоты гарантирует, что кольцо фокусировки будет вести себя точно так же, как продолжение самой пластины.

• Лучше всего использовать для:Процессы травления оксида (SiO₂).
• Плюсы:Поскольку кольцо соответствует химическому составу стандартной пластины, любой незначительный материал, напыленный или вытравленный с кольца, не вносит в камеру абсолютно нулевое загрязнение посторонними элементами.
• Минусы:Как и кварц, он ведет себя как расходный материал, который со временем разрушается под действием определенных химических веществ и требует регулярной плановой замены.

4. Передовая керамика и покрытия

Для нишевых или высококоррозионных сред используется специализированная керамика: Оксид алюминия (AI₂O₃): обеспечивает высокую механическую прочность и хорошие диэлектрические характеристики, хотя при сильной бомбардировке может выделять частицы. Оксид иттрия (Y₂O₃ / Yttria): часто используется в качестве высокоплазмостойкого покрытия на керамических или металлических кольцевых основаниях для борьбы с агрессивной галогенной плазмой. Нитрид кремния (Si₃N₄): Выбран с учетом особых требований к термостойкости и механической жесткости.

Обзор выбора материалов