Ứng dụng của quy trình khắc plasma và giám sát điểm cuối bằng kính quang phổ

1. Lịch sử

Chụp plasma là một công nghệ khắc khô được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bán dẫn và các lĩnh vực xử lý vi mô / nano khác.Nó sử dụng các ion năng lượng cao và các gốc trong plasma để ném bom vật lý và phản ứng hóa học với bề mặt vật liệu, đạt được khắc vật liệu chính xác.bao gồm các tương tác giữa các hạt tích điện và tốc độ và cơ chế phản ứng hóa họcCác quá trình này rất khó mô phỏng và phân tích hoàn toàn về mặt lý thuyết, đòi hỏi theo dõi và kiểm soát thời gian thực thông qua các phương pháp thử nghiệm.

2Phương pháp

Có nhiều phương pháp khác nhau để theo dõi quá trình khắc, chẳng hạn như quang phổ khối lượng, thăm dò Langmuir, phương pháp cản, quang phản xạ và quang phổ phát xạ (OES).OES là một công nghệ phát hiện điểm cuối được sử dụng rộng rãi. OES là một kỹ thuật phân tích in situ, thời gian thực để xác định thành phần và đặc điểm của các chất bằng cách đo quang phổ phát ra trong điều kiện cụ thể.Nó không làm gián đoạn quá trình khắc plasma và có thể phát hiện thay đổi điểm cuối và biến đổi tham số trong quá trình khắc.

3Nguyên tắc giám sát OES

Trong quá trình khắc plasma, các nguyên tố được phát hiện bởi OES phụ thuộc vào thành phần của vật liệu khắc và các sản phẩm phản ứng và các nhóm dễ bay hơi có thể hình thành trong quá trình khắc.OES xác định các loại và nồng độ các nguyên tố bằng cách phân tích các quang phổ phát ra từ plasma, do đó theo dõi quá trình khắc.

Cụ thể, OES có thể phát hiện các yếu tố như các yếu tố kim loại (ví dụ: nhôm, đồng, sắt), các yếu tố phi kim loại (ví dụ: silic, oxy, nitơ),và các hợp chất dễ bay hơi có thể hình thành trong quá trình khắcTrong sản xuất bán dẫn, nơi khắc plasma thường được sử dụng cho các vật liệu dựa trên silicon, OES tập trung vào các đặc điểm quang phổ của silicon.nếu khí chứa fluor hoặc clo (e.g., SF6, Cl2) được sử dụng trong quá trình khắc, OES cũng có thể phát hiện các tín hiệu quang phổ fluor hoặc clo.

Các yếu tố và nồng độ được phát hiện bởi OES bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như điều kiện kích thích plasma, độ phân giải và độ nhạy của quang phổ, và tính chất của mẫu.Cần chọn các điều kiện và tham số phát hiện OES phù hợp dựa trên các quy trình và vật liệu khắc cụ thể.

Là một kỹ thuật giám sát tiên tiến, OES đóng một vai trò quan trọng trong các quy trình khắc bán dẫn, đặc biệt là trong phát hiện điểm cuối.Khi quá trình khắc tiến triển và bộ phim phía trên dần dần được loại bỏ, tiết lộ vật liệu cơ bản, môi trường khí trong plasma thay đổi đáng kể.ảnh hưởng trực tiếp đến nồng độ các chất trung tính trong huyết tương và cường độ phổ phát xạ tương ứng của chúng. Bằng cách liên tục theo dõi các biến đổi thời gian của tín hiệu OES, tiến trình khắc của lớp dielectric có thể được theo dõi chính xác, ngăn ngừa hiệu quả quá khắc.

OES cũng có thể phát hiện các tín hiệu tạp chất trong plasma. Trong điều kiện hoạt động bình thường và bất thường của máy khắc, quang phổ OES cho thấy sự khác biệt đáng kể,cung cấp một công cụ mạnh mẽ để chẩn đoán các vấn đề hệ thống tiềm ẩnVí dụ, so sánh quang phổ có thể nhanh chóng xác định nếu có rò rỉ không khí, điều chỉnh không đúng của bộ điều khiển dòng chảy khối lượng (MFC) gây ra sự bất thường dòng chảy khí phụ trợ,hoặc ô nhiễm bằng khí tạp chất.

OES có thể đánh giá sự đồng nhất của plasma và khắc, rất quan trọng để đạt được khắc chất lượng cao bằng cách đảm bảo sự phân bố đồng đều của chất khắc plasma và hóa học trên wafer.Sử dụng các phương pháp đo nhiều đường quang, OES có thể lập bản đồ phân bố đồng nhất khắc quang, cung cấp dữ liệu có giá trị để tối ưu hóa quy trình.Các thí nghiệm đã cho thấy một mối quan hệ chặt chẽ giữa cường độ tín hiệu OES tại các vị trí wafer khác nhau và đồng nhất khắcĐiều chỉnh các tham số plasma động có thể kiểm soát và giảm hiệu quả không đồng nhất khắc quang.

OES có thể đo định lượng nồng độ các hạt trung tính, ion và gốc trong plasma thông qua quang phổ phát xạ tuyến tính.nồng độ thấp Ar) như khí phơi nhiễm, có đường phát xạ đặc trưng giống với các ion hóa học hoạt tính được đo, cho phép tính toán gián tiếp nồng độ tương đối của các hạt plasma.

Trong môi trường khắc khí hỗn hợp Cl2 và Ar, mối quan hệ giữa nồng độ Cl2 và công suất RF rất phức tạp.cường độ quang phổ giảm với sức mạnh RF tăng, làm nổi bật độ nhạy và giá trị ứng dụng của OES trong môi trường plasma phức tạp.

OES, với sự thuận tiện trong việc xác định thành phần, tích hợp cao với thiết bị khắc và hỗ trợ mạnh mẽ cho phát triển và phân tích quy trình mới, là một công cụ ưa thích trong phát hiện điểm cuối.Tuy nhiên, sự phức tạp của việc giải thích dữ liệu và khối lượng lớn dữ liệu thô đặt ra những thách thức trong các ứng dụng thực tế.

4. Các thành phần hệ thống

Một hệ thống phát hiện OES có thể sử dụng các dụng cụ như máy quang phổ Jinsp SR100Q, cung cấp phạm vi sóng rộng (UV-visible-near IR), độ phân giải cao, ánh sáng lạc thấp, độ nhạy cao,tiếng ồn thấpNó có thể được tùy chỉnh với sợi chống lão hóa và điều chỉnh cosine để thiết lập một hệ thống giám sát.Bộ điều chỉnh cosine thu thập quang phổ plasma từ buồng phản ứng thông qua cửa sổ, truyền tín hiệu qua sợi quang đến quang phổ để xử lý, phát ra quang phổ giám sát để phân tích.