ドライエッチング用シリコン部品

ドライエッチング装置はエッチングにウェット薬品を使用しません。これは主に、小さな貫通孔を備えた上部電極を通してガス状のエッチャントをチャンバー内に導入します。上部電極と下部電極によって生成された電界によりガス状のエッチャントがイオン化され、ウェハ上のエッチング対象物質と反応して揮発性物質が生成されます。これらの揮発性物質は反応チャンバーから抽出され、エッチングプロセスが完了します。

ドライ エッチング反応はプロセス チャンバー内で発生します。プロセス チャンバーは主に次のもので構成されます。シリコン部品シリコン排気リング、シリコンアウターリング、シリコンシャワーヘッド、シリコンフォーカスリング、シリコンシールドリングを含む。

ドライ エッチング チャンバーでは、シリコン ウェーハは通常、シリコン フォーカス リング内に配置されます。この組み合わせは、エッチング チャンバーの下に配置された正電極として機能します。チャンバーの上にある、小さな貫通孔が密に詰まったシリコン ディスクが負極として機能します。シリコンの外側リングは、上部電極およびその他の関連コンポーネントをサポートします。上部電極と下部電極はプラズマと直接接触します。プラズマがシリコンウェーハをエッチングすると、上部と下部のシリコン電極も摩耗します。下部電極（フォーカスリング）はエッチングの過程で徐々に薄くなり、一定の厚みに達すると交換が必要になります。さらに、上部電極 (シャワーヘッド) に均一に分布した穴がプラズマによって腐食され、穴のサイズにばらつきが生じます。これらの変動が一定のレベルに達すると、交換する必要があります。通常、2 ～ 4 週間の使用ごとに交換サイクルが必要です。

ここではシリコン集束リング（下部電極）の役割を具体的に説明します。プラズマ シースの厚さを制御し、イオン衝撃の均一性を最適化します。血漿シース、つまり血漿と血管壁の間の非中性領域は、血漿内で重要かつ独特な領域です。プラズマは同数の正イオンと電子で構成されています。電子はイオンよりも速く移動するため、最初に血管壁に到達します。プラズマは容器壁に対してプラスに帯電します。シース電場はプラズマ内のイオンを加速し (正負の引力)、イオンに高エネルギーを与えます。この高エネルギーのイオン束により、コーティング、エッチング、スパッタリングが可能になります。

ウェハのインピーダンスはプラズマ シースの厚さに影響します (インピーダンスが低いほど、シースは厚くなります)。ウェハの中心のインピーダンスはエッジのインピーダンスと異なり、その結果、エッジでのプラズマシースの厚さが不均一になります。この不均一なプラズマ シースはイオンを加速しますが、同時にイオンの衝突点を偏向させ、エッチングの精度を低下させます。したがって、プラズマシースの厚さを制御するためにフォーカスリングが必要となり、これによりイオン衝突方向が最適化され、エッチング精度が向上します。

ウエハ周囲のフォーカスリングを例にとると、石英は高純度で低金属汚染には最適ですが、フッ化物ガスのプラズマ中では急速に腐食し、寿命が短くなります。これにより、コストが増加するだけでなく、交換に伴うダウンタイムが発生し、機器の稼働時間が減少します。セラミックは十分に長い寿命を持っていますが、高エネルギーのイオン衝撃にさらされます。スパッタされたアルミニウムはプラズマ中のフッ素と反応して、不揮発性フッ化物（フッ化アルミニウムなど）を形成します。これらを除去できず、ウェハエッジのデバイス表面またはフォトレジストに堆積すると、その後の生成されたフッ化物およびフォトレジストの除去が妨げられ、製品の歩留まりに影響を及ぼします。より適切な材料は、単結晶シリコンまたは炭化ケイ素である。ただし、単結晶シリコンは安価ですが寿命が短く、炭化珪素は高価ですが寿命が若干長いです。これら 2 つのオプション間のトレードオフは、特定の状況によって異なります。たとえば、機器の使用率が高く、稼働時間が重要である場合は、炭化ケイ素を使用する必要があります。コンポーネントの磨耗コストがそれほど高くない場合は、単結晶シリコンを使用する必要があります。

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