सिरेमिक फोकस रिंग नक़्क़ाशी उपकरण में प्रदर्शन सीमा को कैसे तोड़ सकती हैं?

आज, आधुनिक अर्धचालक नक़्क़ाशी, पतली फिल्म जमाव और अन्य उपकरणों में, उन्नत सिरेमिक सामग्री अपने उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च इन्सुलेशन और उच्च कठोरता के कारण धीरे-धीरे पारंपरिक धातुओं और पॉलिमर की जगह ले रही है। वे इलेक्ट्रोस्टैटिक चक, चैम्बर लाइनर, हीटर, रोबोटिक हथियार और लिथोग्राफी मशीनों के लिए सटीक गाइड रेल जैसे घटकों के लिए अपरिहार्य सामग्री बन गए हैं। प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं में, फ़ोकस रिंग - एक महत्वपूर्ण उपभोज्य जो वेफर किनारे के ठीक बगल में रखा जाता है - सीधे इसके सामग्री चयन के माध्यम से नक़्क़ाशी की एकरूपता और चिप उपज को प्रभावित करता है। जैसे-जैसे प्रोसेस विंडो संकरी होती जा रही हैं, दो प्रकार के अल्ट्रा{5}}हार्ड सिरेमिक, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और बोरॉन कार्बाइड (B₄C), धीरे-धीरे पारंपरिक क्वार्ट्ज और सिलिकॉन सामग्री की जगह ले रहे हैं, जो हाईएंड फोकस रिंग के लिए प्रमुख विकास दिशा बन रहे हैं।

फोकस रिंग क्या है?

फोकस रिंग, जिसे कारावास रिंग या एज रिंग के रूप में भी जाना जाता है, एक प्लाज्मा नक़्क़ाशी प्रणाली में वेफर पेडस्टल के चारों ओर स्थापित एक कुंडलाकार सटीक घटक है। प्लाज़्मा नक़्क़ाशी के दौरान, फ़ोकस रिंग वेफ़र किनारे के ठीक बगल में बैठती है और सीधे उच्च ऊर्जा प्लाज़्मा वातावरण के संपर्क में आती है। इसके मुख्य कार्य हैं:

(1) प्लाज़्मा फोकसिंग: सेमीकंडक्टर नक़्क़ाशी वेफर को सटीक रूप से उकेरने के लिए उच्च ऊर्जा प्लाज़्मा पर निर्भर करती है। हालाँकि, वेफर किनारे पर, विद्युत क्षेत्र किनारे के प्रभाव के कारण प्लाज्मा घनत्व कम हो जाता है। सटीक संरचनात्मक डिजाइन और ढांकता हुआ गुणों के माध्यम से, फोकस रिंग वेफर क्षेत्र पर उच्च ऊर्जा प्लाज्मा को सीमित और केंद्रित करती है, इसे लगभग ऊर्ध्वाधर कोण पर वेफर सतह पर बमबारी करने के लिए निर्देशित करती है। यह वेफर में अधिक समान प्लाज्मा वितरण सुनिश्चित करता है, किनारे और केंद्र के बीच नक़्क़ाशी के अंतर को कम करता है, और प्रक्रिया की एकरूपता में सुधार करता है।

(2) चैम्बर और परिशुद्धता घटकों की सुरक्षा: नक़्क़ाशी के दौरान, उच्च ऊर्जा प्लाज्मा और अत्यधिक संक्षारक नक़्क़ाशी गैसें (सीएफ₄, सीएल₂, एनएफ₃, आदि) लगातार आंतरिक चैम्बर घटकों पर बमबारी करती हैं और उन्हें संक्षारित करती हैं। फोकस रिंग पहले अवरोध के रूप में कार्य करती है, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक चक और इलेक्ट्रोड जैसे सटीक कोर घटकों को प्लाज्मा और संक्षारक गैसों के सीधे संपर्क से बचाती है, भौतिक बमबारी और रासायनिक संक्षारण क्षति को कम करती है, और कोर घटकों की सेवा जीवन का विस्तार करती है।

फोकस रिंगों के लिए सामग्री की आवश्यकताएं और उन्नत सिरेमिक के अनुप्रयोग लाभ

एकल नक़्क़ाशी प्रक्रिया में एक फोकस रिंग लगातार कई घंटों से लेकर दसियों घंटों तक आरएफ प्लाज़्मा के संपर्क में रह सकती है, जिससे उच्च {{0} घनत्व वाले प्लाज़्मा बमबारी, फ्लोरीन - या क्लोरीन {{2} आधारित संक्षारक गैसों का सामना करना पड़ सकता है, और बार-बार उच्च {{3} कम तापमान वाले थर्मल साइक्लिंग का सामना करना पड़ सकता है, जबकि वेफर के सीधे संपर्क में भी रहना पड़ता है। इसके लिए सामग्रियों को एक साथ कठोर मांगों को पूरा करने की आवश्यकता होती है: अत्यधिक प्लाज्मा क्षरण प्रतिरोध, उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता और थर्मल शॉक प्रतिरोध, कम अशुद्धता संदूषण जोखिम, उत्कृष्ट यांत्रिक गुण और मिलान विद्युत विशेषताएं। अतीत में, फोकस रिंग मुख्य रूप से क्वार्ट्ज और सिलिकॉन से बने होते थे। हालाँकि, जैसे-जैसे नक़्क़ाशी प्रक्रियाएँ उच्च शक्ति की ओर बढ़ती हैं, पारंपरिक सामग्रियों की सीमाएँ तेजी से स्पष्ट हो गई हैं:

क्वार्ट्ज रिंग: उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन के साथ उच्च आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्रों के तहत कम लागत और अच्छी स्थिरता। हालाँकि, उनमें कम कठोरता (Mohs कठोरता 7), आयन स्पटरिंग के प्रति कमजोर प्रतिरोध, अधिकतम सेवा तापमान 1100 डिग्री से नीचे, उच्च तापमान पर विरूपण की संवेदनशीलता, फ्लोरीन युक्त प्लाज़्मा में उच्च क्षरण दर और अशुद्धता वर्षा का उच्च जोखिम होता है। वे केवल 28nm से ऊपर के नोड्स के लिए कम {{6} से {7} मध्य {8} अंत RIE नक़्क़ाशी उपकरण के लिए उपयुक्त हैं और उन्नत प्रक्रियाओं के कम संदूषण और लंबे जीवन की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं।

सिलिकॉन रिंग: सिलिकॉन वेफर्स के साथ थर्मल विस्तार गुणांक और विद्युत गुणों का अच्छी तरह से मिलान, और 1600 डिग्री तक उच्च तापमान प्रतिरोध, समान प्लाज्मा वितरण को सक्षम करना। हालाँकि, उनमें फ्लोरीन युक्त प्लाज्मा क्षरण के प्रति खराब प्रतिरोध होता है, जिससे आसानी से अस्थिर SiF₄ बनता है, जिससे उच्च खपत दर और बार-बार प्रतिस्थापन होता है, जो प्रक्रिया में उतार-चढ़ाव और डाउनटाइम हानि का कारण बनता है। वे केवल पारंपरिक कम{5}से{{6}मध्यम{7}अंत प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त हैं।

इस पृष्ठभूमि में, एल्युमिना (Al₂O₃), सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), और बोरॉन कार्बाइड (B₄C) जैसे उन्नत सिरेमिक सेमीकंडक्टर उपकरण निर्माताओं के दृष्टिकोण में प्रवेश कर चुके हैं और धीरे-धीरे उच्च अंत फोकस रिंगों के लिए मुख्यधारा की पसंद बन रहे हैं।

(1) एल्युमिना (Al₂O₃): एल्युमिना सेमीकंडक्टर उपकरण में उपयोग किए जाने वाले शुरुआती सिरेमिक में से एक है, आमतौर पर 99.5% से ऊपर की शुद्धता के साथ, और उच्च -ग्रेड उत्पाद 99.9% तक पहुंच सकते हैं। इसकी तैयारी प्रक्रिया परिपक्व है, दबाव रहित सिंटरिंग या हॉट प्रेसिंग सिंटरिंग का उपयोग करके, SiC और B₄C की तुलना में काफी कम लागत के साथ। फोकस रिंग के रूप में, यह उच्च कठोरता और पहनने का प्रतिरोध प्रदान करता है, जिससे पहनने से कण संदूषण कम हो जाता है। फ्लोरीन - या क्लोरीन - आधारित प्लाज़्मा में, यह AlF₃ या AlCl₃ की एक स्थिर निष्क्रियता परत बनाता है, जो प्लाज़्मा स्पटरिंग के लिए अच्छा प्रतिरोध प्रदान करता है। यह अपेक्षाकृत लंबी सेवा जीवन के साथ मध्यम {{10} }} शक्ति {{11 }} घनत्व नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है। इसके अतिरिक्त, इसके ढांकता हुआ गुण अच्छे इन्सुलेशन के साथ स्थिर होते हैं, प्रभावी ढंग से विद्युत क्षेत्र को अलग करते हैं और इलेक्ट्रोस्टैटिक चक के साथ हस्तक्षेप से बचते हैं। हालाँकि, उच्च तापमान और उच्च फ्लोरीन प्रवाह के तहत, AlF₃ निष्क्रियता परत छिल सकती है और संदूषण स्रोत बन सकती है। इसके अलावा, इसका थर्मल विस्तार गुणांक (सीटीई) लगभग 7.0×10⁻⁶/K है, जो सिलिकॉन (लगभग 2.6×10⁻⁶/K) से काफी भिन्न है, जो संभावित रूप से उच्च तापमान पर आयामी परिवर्तन का कारण बनता है और वेफर के साथ संरेखण सटीकता को प्रभावित करता है, उच्च {{19}सटीकता, छोटे {{20}किनारे - अंतराल परिदृश्यों में इसके अनुप्रयोग को सीमित करता है।

(2) सिलिकॉन कार्बाइड (SiC): हाल के वर्षों में SiC फोकस रिंग उच्च अंत एचर्स के लिए मुख्यधारा का अपग्रेड बन गए हैं। उनकी मोह्स कठोरता 9.5 जितनी अधिक है, लचीली ताकत 1400 डिग्री पर भी 500 - 600 एमपीए पर बनी रहती है, और उनका सीटीई (4×10⁻⁶/ डिग्री) सिलिकॉन वेफर्स के करीब है, जो उच्च तापमान पर स्थिर अंतराल सुनिश्चित करता है। उनके पास उत्कृष्ट थर्मल शॉक प्रतिरोध है, तेजी से थर्मल साइक्लिंग का सामना करते हैं, और किनारे की एकरूपता को अनुकूलित करने में मदद करते हैं। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि वे Ar, F, Cl और अन्य प्लाज़्मा के लिए उत्कृष्ट क्षरण प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं - विशेष रूप से फ्लोरीन प्लाज़्मा में, जहां क्षरण दर लगभग शून्य है। एल्यूमिना की तुलना में, वे लंबे समय तक सेवा जीवन प्रदान करते हैं और समग्र उपकरण दक्षता (ओईई) में उल्लेखनीय सुधार करते हैं। SiC फोकस रिंगों का उत्पादन दबाव रहित सिंटरिंग, गर्म दबाव या रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) द्वारा किया जा सकता है। सीवीडी-उत्पादित उच्च शुद्धता वाला SiC 99.9995% से ऊपर शुद्धता तक पहुंच सकता है, जो इसे 5एनएम से 28एनएम तक मुख्यधारा की उन्नत प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त बनाता है।

(3) बोरोन कार्बाइड (बी₄सी): बी₄सी कई इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण उम्मीदवार सामग्री है। 2022 की शुरुआत में, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स पहले से ही B₄C फोकस रिंग पर R&D कर रहा था। इस साल की शुरुआत में, हुबेई लॉन्गज़ॉन्ग प्रयोगशाला ने चीन की पहली B₄C सिरेमिक फोकस रिंग सफलतापूर्वक विकसित की। मुख्यधारा के SiC फोकस रिंगों की तुलना में, यह 30% अधिक क्षरण प्रतिरोध प्रदान करता है, 30 दिनों से अधिक का सेवा जीवन प्रदान करता है, नक़्क़ाशी प्रक्रिया की लागत को लगभग 20% कम करता है, चिप निर्माण दक्षता और थ्रूपुट में सुधार करता है, जबकि उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता और यांत्रिक गुणों को बनाए रखता है - दुनिया की अग्रणी प्रौद्योगिकी को प्राप्त करता है।