Í dag, í nútíma hálfleiðaraætingu, þunnri-filmuútfellingu og öðrum búnaði, eru háþróuð keramikefni smám saman að leysa hefðbundna málma og fjölliður af hólmi vegna framúrskarandi-hitaþols, tæringarþols, mikillar einangrunar og mikillar hörku. Þau eru orðin ómissandi efni fyrir íhluti eins og rafstöðueiginleikar, hólfafóðringar, hitara, vélfæraarma og nákvæmnisstýribrautir fyrir steinþrykkvélar. Í plasma ætingarferlum hefur fókushringurinn - mikilvægur neysluvara sem er staðsettur beint við hlið skífubrúnarinnar - bein áhrif á einsleitni ætingar og flísafrakstur í gegnum efnisvalið. Þegar vinnslugluggar halda áfram að þrengjast eru tvær gerðir af ofur-hörðu keramikefni, kísilkarbíð (SiC) og bórkarbíð (B₄C), smám saman að leysa hefðbundin kvars- og kísilefni af hólmi og verða lykilþróunarleiðbeiningar fyrir há-fókushringi.
Hvað er fókushringur?
Fókushringur, einnig þekktur sem innilokunarhringur eða brúnhringur, er hringlaga nákvæmnihlutur sem settur er upp í kringum obláta stallinn í plasma ætingarkerfi. Við plasmaætingu situr fókushringurinn strax við hlið skífubrúnarinnar og verður beint fyrir-háorku plasmaumhverfinu. Kjarnahlutverk þess eru:
(1) Plasmafókus: Hálfleiðaraæting byggir á há-orkuplasma til að æta diskinn nákvæmlega. Hins vegar, við brún oblátunnar, hefur plasmaþéttleiki tilhneigingu til að minnka vegna rafsviðsbrúnarinnar. Með nákvæmri burðarhönnun og rafeiginleikum, takmarkar fókushringurinn og einbeitir háorkuplasmanum yfir skífusvæðið og beinir því til að sprengja skífuyfirborðið í næstum lóðréttu horni. Þetta tryggir jafnari plasmadreifingu yfir skífuna, dregur úr ætingarmun á brún og miðju og bætir einsleitni ferlisins.
(2) Vörn hólfs og nákvæmnisíhluta: Við ætingu sprengja og tæra stöðugt há-orkuplasma og mjög ætandi ætarlofttegundir (CF₄, Cl₂, NF₃, osfrv.) og tæra innri hólfshluta. Fókushringurinn virkar sem fyrsta hindrun, verndar nákvæmni kjarnahluta undir eins og rafstöðueiginleikar og rafskaut fyrir beinni útsetningu fyrir plasma og ætandi lofttegundum, dregur úr líkamlegri sprengjuárás og efnafræðilegum tæringarskemmdum og lengir endingartíma kjarnahluta.
Efniskröfur fyrir fókushringi og notkunarkostir háþróaðs keramik
Fókushringur getur verið stöðugt í snertingu við RF plasma í nokkrar klukkustundir til tugi klukkustunda í einu ætingarferli, andspænis há-þéttleika plasma sprengjuárásum, flúor- eða klór-ætandi lofttegundum og tíðum háum-lághita hitauppstreymi, á sama tíma og hann er í beinni snertingu við skífuna. Þetta krefst þess að efni uppfylli í senn ströngum kröfum: mikilli veðrunarþol í plasma, framúrskarandi hitastöðugleika og hitaáfallsþol, lítil óhreinindismengun, framúrskarandi vélrænni eiginleikar og samsvarandi rafmagnseiginleikar. Áður fyrr voru fókushringir aðallega gerðir úr kvarsi og sílikoni. Hins vegar, eftir því sem ætingarferli færast í átt að æðri krafti, hafa takmarkanir hefðbundinna efna orðið sífellt áberandi:
Kvarshringir: Lítill kostnaður og góður stöðugleiki við há-raftíðni, með frábærri rafeinangrun. Hins vegar hafa þeir lága hörku (Mohs hörku 7), veikt viðnám gegn jónasputting, hámarks þjónustuhitastig undir 1100 gráður, næmi fyrir aflögun við háan hita, mikinn veðrun í flúor sem inniheldur-flúor og mikla hættu á úrkomu óhreininda. Þau henta aðeins fyrir lág-til-miðjan--enda RIE ætingarbúnað fyrir hnúta yfir 28nm og geta ekki uppfyllt kröfur um litla mengun og langan líftíma háþróaðra ferla.
Kísilhringir: Vel-samhæfðir varmaþenslustuðull og rafeiginleikar við kísilskífur og háhitaþol allt að 1600 gráður, sem gerir samræmda plasmadreifingu kleift. Hins vegar hafa þeir einnig lélega viðnám gegn flúor-sem inniheldur plasmaveðrun, mynda auðveldlega rokgjarnt SiF₄, sem leiðir til mikillar neysluhraða og tíðra endurnýjunar, sem veldur ferlisveiflum og tapi á niðurtíma. Þau henta aðeins fyrir hefðbundin-til-mið-ferli.
Með hliðsjón af þessu hefur háþróað keramik eins og súrál (Al₂O₃), kísilkarbíð (SiC) og bórkarbíð (B₄C) komið inn á sjónarsviðið hjá framleiðendum hálfleiðarabúnaðar og er smám saman að verða almennt val fyrir háa-fókushringi.
(1) Súrál (Al₂O₃): Súrál er eitt af fyrstu keramikunum sem notað er í hálfleiðarabúnað, venjulega með hreinleika yfir 99,5%, og hágæða vörur geta náð 99,9%. Undirbúningsferlið er þroskað, með því að nota þrýstilausa sinrun eða heitpressun, með verulega lægri kostnaði en SiC og B₄C. Sem fókushringur býður hann upp á mikla hörku og slitþol, sem dregur úr mengun agna frá sliti. Í flúor- eða klór-plasma myndar það stöðugt aðgerðarlag af AlF₃ eða AlCl₃, sem veitir góða viðnám gegn plasmasputtering. Það er hentugur fyrir meðal-afl-ætingarferli með tiltölulega langan endingartíma. Að auki eru rafeiginleikar þess stöðugir með góðri einangrun, sem einangrar í raun rafsviðið og forðast truflun á rafstöðueiginleikanum. Hins vegar, við háan hita og mikið flúorflæði, getur AlF₃ passiveringslagið flagnað af og orðið að mengun. Þar að auki er varmaþenslustuðull þess (CTE) um 7,0×10⁻⁶/K, sem er verulega frábrugðinn kísilsstuðull (um 2,6×10⁻⁶/K), sem getur hugsanlega valdið víddarbreytingum við háan hita og haft áhrif á nákvæmni jöfnunar við skífuna, sem takmarkar notkun þess í mikilli{19}} aðstæður með litlum-brún-bili.
(2) Kísilkarbíð (SiC): SiC fókushringir hafa orðið almenn uppfærsla fyrir háa-ætara á undanförnum árum. Mohs hörku þeirra er allt að 9,5, beygjustyrkur helst við 500-600 MPa jafnvel við 1400 gráður og CTE þeirra (4×10⁻⁶/gráðu) er nálægt því sem er á kísildiskum, sem tryggir stöðugt bil við háan hita. Þeir hafa framúrskarandi hitaáfallsþol, standast hröð hitauppstreymi og hjálpa til við að hámarka einsleitni brúna. Meira um vert, þeir sýna framúrskarandi veðrunarþol gegn Ar, F, Cl og öðrum plasma - sérstaklega í flúor plasma, þar sem veðrunarhraði er næstum núll. Í samanburði við súrál bjóða þeir upp á lengri endingartíma og verulega bætta heildarnýtni búnaðar (OEE). SiC fókushringir geta verið framleiddir með þrýstilausri sintun, heitpressun eða efnagufuútfellingu (CVD). CVD-framleitt háhreint SiC getur náð hreinleika yfir 99,9995%, sem gerir það hentugt fyrir almenna háþróaða ferla frá 5nm til 28nm.
(3) Bórkarbíð (B₄C): B₄C er mikilvægt umsóknarefni í mörgum verkfræðiforritum. Strax árið 2022 stundaði Samsung Electronics rannsóknir og þróun á B₄C fókushringjum. Fyrr á þessu ári þróaði Hubei Longzhong Laboratory með góðum árangri fyrsta B₄C keramik fókushringinn í Kína. Samanborið við almenna SiC fókushringi, býður það upp á 30% hærra veðrunarþol, endingartíma yfir 30 daga, dregur úr kostnaði við ætingarferli um 20%, bætir skilvirkni og afköst flísaframleiðslu, á sama tíma og viðheldur framúrskarandi hitastöðugleika og vélrænum eiginleikum – með því að ná fram-heimstækni.