เหตุใดวงแหวนโฟกัสจึงขาดไม่ได้สำหรับอุปกรณ์แกะสลัก？

วงแหวนปรับโฟกัสหรือที่เรียกว่าวงแหวนชดเชยหรือวงแหวนคุมขัง เป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ของอุปกรณ์แกะสลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์กัดกรดแบบแห้งด้วยพลาสมา กระบวนการแกะสลักที่มีความแม่นยำระดับนาโนในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์สมัยใหม่จะไม่สามารถทำได้หากไม่มีกระบวนการนี้ การใช้วงแหวนโฟกัสช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอในการแกะสลัก รับประกันอัตราการกัดพื้นผิวเวเฟอร์ ปกป้องฮาร์ดแวร์หลักของอุปกรณ์กัด และท้ายที่สุดจะช่วยเพิ่มผลผลิตของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ และลดต้นทุนการผลิต

ฟังก์ชั่นหลักของวงแหวนโฟกัส

1. ปรับสนามไฟฟ้าขอบและการกระจายพลาสมาให้เหมาะสม

โดยไม่ต้องวงแหวนโฟกัสเส้นสนามไฟฟ้าที่ขอบเวเฟอร์จะโค้งงอและเบี่ยงเบนอย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดเอฟเฟกต์ขอบ สิ่งนี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความหนาแน่นของพลาสมาและพลังงานการทิ้งไอออนระหว่างขอบเวเฟอร์และบริเวณศูนย์กลาง วงแหวนโฟกัสถูกจัดเรียงไว้รอบๆ เวเฟอร์เพื่อยกระดับขอบเขตทางกายภาพและทางไฟฟ้าของเวเฟอร์อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับรูปร่างการกระจายของพลาสมาที่ขอบใหม่ มันทำให้โปรไฟล์ของสนามไฟฟ้าที่ขอบแผ่นเวเฟอร์เรียบขึ้น เหมือนกับการเปลี่ยน "หน้าผาสูงชัน" ให้เป็น "ทางลาดที่นุ่มนวล" การปรับปรุงนี้จะสร้างปลอกพลาสมาที่สม่ำเสมอมากขึ้นที่ขอบเวเฟอร์ นำทางไอออนเพื่อโจมตีพื้นผิวเวเฟอร์ทั้งหมดในมุมแนวตั้งและสม่ำเสมอมากขึ้น รวมถึงดายด้านนอกสุดด้วย

2. ปกป้อง Electrostatic Chuck (ESC) และทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบของห้องกระบวนการ

สภาพแวดล้อมของพลาสมามีฤทธิ์กัดกร่อนสูง หากไม่มีการป้องกันจากวงแหวนโฟกัส พลาสมาพลังงานสูงจะระดมยิงและกัดเซาะไฟฟ้าสถิต (ESC) ที่ยึดแผ่นเวเฟอร์โดยตรง เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว ESC จะทำจากวัสดุราคาแพง เช่น อลูมินาเซรามิก ต้นทุนการเปลี่ยนจึงสูงมาก วงแหวนโฟกัสซึ่งเป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่เปลี่ยนได้  ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบที่เสียสละเพื่อปกป้องชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่สำคัญยิ่งขึ้นและลดต้นทุนที่เกี่ยวข้อง วงแหวนโฟกัสมักทำจากซิลิคอน ควอทซ์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ และวัสดุอื่นๆ ที่เข้ากันได้กับกระบวนการ อนุภาคที่เกิดจากการกัดเซาะมีผลกระทบต่อกระบวนการน้อยกว่าสารปนเปื้อนที่เป็นโลหะ (เช่น อลูมิเนียม โซเดียม) ที่ปล่อยออกมาจากวัสดุ ESC ที่ถูกกัดเซาะ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนในห้องและแผ่นเวเฟอร์จากอนุภาคหรือผลพลอยได้จากปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยลดข้อบกพร่องของผลิตภัณฑ์ได้

3. ชดเชยการเปลี่ยนแปลงความหนาของแผ่นเวเฟอร์

พื้นผิวด้านบนของวงแหวนปรับโฟกัสโดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้อยู่ในระดับเดียวกับพื้นผิวด้านบนของแผ่นเวเฟอร์ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงระยะห่างที่สม่ำเสมอจากอิเล็กโทรดด้านบนไปยังทั้งพื้นผิวเวเฟอร์และพื้นผิววงแหวนโฟกัส ช่วยสร้างสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นที่ และหลีกเลี่ยงการบิดเบือนของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากความแตกต่างของความสูง

วงแหวนโฟกัสจะถูกค่อยๆ กัดให้บางลงด้วยพลาสมาในระหว่างการประมวลผล วงแหวนโฟกัสที่บางลงทำให้กระบวนการเคลื่อนตัว: เมื่อความสูงของวงแหวนโฟกัสลดลงเนื่องจากการกัดเซาะ ความสามารถในการจำกัดสนามไฟฟ้าที่ขอบก็อ่อนลง และประสิทธิภาพของกระบวนการที่ขอบเวเฟอร์ (เช่น อัตราการกัด โปรไฟล์) จะค่อยๆ เปลี่ยนไป ด้วยเหตุนี้ จะต้องเปลี่ยนวงแหวนโฟกัสเป็นระยะๆ โดยขึ้นอยู่กับปริมาณงานของกระบวนการ (เช่น ชั่วโมง RF ที่สะสม)

กระบวนการกัดกรดที่แตกต่างกัน (การกัดด้วยซิลิคอน การกัดออกไซด์ การกัดโลหะ) อาจใช้วงแหวนโฟกัสที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน (เช่น ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์ ควอตซ์ซิลิคอนคาร์ไบด์, เซรามิก) เพื่อให้ตรงกับอัตราการกัดกรดและลดการปนเปื้อน ในเครื่องมือขั้นสูงบางรุ่น ซอฟต์แวร์ควบคุมกระบวนการขั้นสูง (APC) จะติดตามระยะเวลาการใช้งานวงแหวนโฟกัส และอาจชดเชยผลกระทบจากการกัดเซาะโดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการอย่างละเอียด (เช่น กำลัง ความดัน) ยืดอายุการใช้งานในขณะที่ยังคงรักษาความเสถียรของกระบวนการ