تطبيقات عملية حفر البلازما ومراقبة النقاط النهائية باستخدام مقاييس الطيف

1خلفية

حفر البلازما هو تقنية حفر جافة تستخدم على نطاق واسع في تصنيع أشباه الموصلات ومجالات المعالجة الدقيقة / النانوية الأخرى.إنه يستخدم أيونات عالية الطاقة والجذور في البلازما ليقصف جسديا ويتفاعل كيميائيا مع سطح المادة، لتحقيق حفرة دقيقة للمواد. عملية حفرة البلازما تنطوي على تفاعلات فيزيائية وكيميائية معقدة،بما في ذلك التفاعلات بين الجسيمات المشحونة ومعدلات وآليات التفاعلات الكيميائيةمن الصعب محاكاة هذه العمليات وتحليلها بشكل كامل من الناحية النظرية ، مما يتطلب مراقبة في الوقت الحقيقي والتحكم من خلال الأساليب التجريبية.

2. الطرق

هناك طرق مختلفة لمراقبة عملية الحفر ، مثل طيف الكتلة ، مسبار لانغمور ، طرق العقبة ، التردد البصري ، وطيف الانبعاث البصري (OES). من بين هذه ،OES هي تكنولوجيا الكشف عن النقاط النهائية الشائعة الاستخدامإن OES هي تقنية تحليل في الوقت الحقيقي في الموقع تحدد تكوين وخصائص المواد عن طريق قياس الطيفات المنبعثة في ظل ظروف محددة.انها لا تزعج عملية حفر البلازما ويمكن الكشف عن تغييرات النقطة النهائية وتغيرات المعلمات في عملية الحفر.

3مبدأ مراقبة أجهزة التشغيل المباشرة

في عملية حفر البلازما ، تعتمد العناصر التي يتم اكتشافها بواسطة OES على تكوين المواد المحفرة ومنتجات التفاعل المحتملة والجماعات المتطايرة التي تتشكل أثناء الحفر.تحدد OES أنواع وتركيزات العناصر من خلال تحليل الطيف المنبعث من البلازما، وبالتالي مراقبة عملية الحفر.

على وجه التحديد ، يمكن أن يكتشف OES عناصر مثل العناصر المعدنية (مثل الألومنيوم والنحاس والحديد) ، العناصر غير المعدنية (مثل السيليكون والأكسجين والنيتروجين) ،والمركبات المتطايرة التي قد تتشكل خلال عملية الحفرفي تصنيع أشباه الموصلات، حيث غالبًا ما يستخدم حفر البلازما للمواد القائمة على السيليكون، يركز OES على الخصائص الطيفية للسيليكون.إذا كانت الغازات التي تحتوي على الفلور أو الكلور.مثل SF6 و Cl2) تستخدم أثناء الحفر، OES يمكن أيضا الكشف عن الفلور أو الكلور إشارات الطيفية.

تتأثر العناصر والتركيزات التي يتم اكتشافها بواسطة OES بعوامل مثل ظروف تحفيز البلازما، وضوح ومستوى حساسية الطيف، وخصائص العينة.يجب اختيار ظروف ومعلمات الكشف عن OES المناسبة بناءً على عمليات ومواد الحفر المحددة.

باعتبارها تقنية مراقبة متقدمة ، تلعب OES دورًا حاسمًا في عمليات حفر أشباه الموصلات ، وخاصة في الكشف عن النقطة النهائية.مع تقدم عملية الحفر ويتم إزالة الفيلم العلوي تدريجيا، الكشف عن المادة الأساسية، تغير البيئة الغازية داخل البلازما بشكل ملحوظ. هذا التغيير، بسبب منتجات جانبية الحفر المتطايرة التي يتم إطلاقها من المادة الأساسية،يؤثر بشكل مباشر على تركيز المواد المحايدة في البلازما وكثافة أطياف الانبعاثات المقابلة لهامن خلال مراقبة مستمرة للتغيرات الزمنية لإشارة OES ، يمكن تتبع تقدم الحفر للطبقة الكهربائية بدقة ، مما يمنع بشكل فعال الإفراط في الحفر.

يمكن أن يكتشف OES أيضًا إشارات الشوائب داخل البلازما. في ظل ظروف تشغيل عادية وغير عادية لجهاز الحفر ، يظهر طيف OES اختلافات كبيرة ،توفير أداة قوية لتشخيص مشاكل النظام المحتملةعلى سبيل المثال، مقارنة الطيف يمكن أن تحدد بسرعة إذا كان هناك تسرب الهواء، تعديل غير صحيح لمراقبي تدفق الكتلة (MFC) يسبب تشوهات تدفق الغاز المساعد،أو التلوث بغازات الشوائب.

يمكن لـ OES تقييم توحيد البلازما والحفر ، وهو أمر حاسم لتحقيق حفر عالي الجودة من خلال ضمان توزيع موحد للبلازما والحفر الكيميائي على اللوحة.استخدام أساليب قياس مسار متعدد البصريات، يمكن لـ OES رسم خريطة لتوزيع توحيد الحفر الشعاعي ، مما يوفر بيانات قيمة لتحسين العملية.وقد أظهرت التجارب علاقة وثيقة بين كثافة إشارة OES في مواقع مختلفة من رقائق ووحدة الحفرتعديل معايير البلازما ديناميكيا يمكن أن تتحكم بفعالية وتقليل عدم توحيد الحفر الشعاعي.

يمكن لـ OES قياس تركيزات الجسيمات المحايدة والأيونات والجذور الجذرية الكمية داخل البلازما من خلال أطياف الانبعاثات الخطية. باستخدام الغازات الخاملة ذات التركيزات المعروفة (مثلتركيز منخفض Ar) كغازات التعرض، التي تشبه خطوط انبعاثاتها المميزة خطوط الأيونات الكيميائية النشطة التي يتم قياسها، مما يسمح بالحساب غير المباشر للتركيزات النسبية لجسيمات البلازما.

في بيئات الحفر الغازية المختلطة Cl2 و Ar ، العلاقة بين تركيز Cl2 وقوة RF معقدة. تظهر البيانات التجريبية أنه في وضع المجال المشرق ،تنخفض كثافة الطيف مع زيادة قوة RF، والتي تسلط الضوء على حساسية OES وقيمة التطبيق في بيئات البلازما المعقدة.

يعد OES ، بسهوله في تحديد المكونات ، والتكامل العالي مع معدات الحفر ، والدعم القوي لتطوير وتحليل العمليات الجديدة ، أداة مفضلة في الكشف عن النقاط النهائية.مع ذلك، تعقيد تفسير البيانات والحجم الكبير للبيانات الخام تشكل تحديات في التطبيقات العملية.

4مكونات النظام

يمكن أن يستخدم نظام الكشف عن OES أدوات مثل Jinsp SR100Q الطيفي الذي يوفر تغطية واسعة في نطاق طول الموجة (UV-visible-near IR) ، وضوح عال، ضوء ضوئي منخفض، حساسية عالية،ضوضاء منخفضةيمكن تخصيصها مع الألياف المضادة للشيخوخة ومصححات الكوسينوس لإنشاء نظام مراقبة.مُصحح الكوسينوس يجمع طيفات البلازما من غرفة التفاعل من خلال النافذة، إرسال الإشارات عبر الألياف الضوئية إلى مقياس الطيف لمعالجة، وإخراج طيف المراقبة للتحليل.