Anwendungen des Plasma-Etching-Prozesses und der Endpunktüberwachung mit Spektrometern

1Hintergrund.

Das Plasma-Etzen ist eine weit verbreitete Trockenetztechnologie in der Halbleiterherstellung und anderen Bereichen der Mikro-/Nano-Verarbeitung.Es nutzt hochenergetische Ionen und Radikale im Plasma, um physisch zu bombardieren und chemisch mit der Materialoberfläche zu reagieren.Das Plasma-Etschen beinhaltet komplexe physikalische und chemische Wechselwirkungen.einschließlich der Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen und der Geschwindigkeiten und Mechanismen chemischer ReaktionenDiese Prozesse sind schwer theoretisch vollständig zu simulieren und zu analysieren und erfordern eine Echtzeitüberwachung und Kontrolle durch experimentelle Methoden.

2. Methoden

Es gibt verschiedene Methoden zur Überwachung des Ätzungsprozesses, wie Massenspektrometrie, Langmuir-Sonden, Impedanzmethoden, optische Reflectometrie und optische Emissionsspektroskopie (OES).OES ist eine weit verbreitete Endpunktdetektionstechnologie. OES ist eine Echtzeit-In-situ-Analysetechnik, mit der die Zusammensetzung und Eigenschaften von Stoffen durch Messung der emittierten Spektren unter bestimmten Bedingungen bestimmt werden.Es stört nicht den Plasma-Ätzungsprozess und kann Endpunktänderungen und Parametervariationen im Ätzungsprozess erkennen.

3. Grundsatz der OES-Überwachung

Bei der Plasma-Ätzung hängen die durch OES ermittelten Elemente von der Zusammensetzung des geätzten Materials und den möglichen Reaktionsprodukten und flüchtigen Gruppen ab, die während der Ätzung entstehen.OES ermittelt die Arten und Konzentrationen von Elementen durch Analyse der vom Plasma emittierten Spektren, wodurch der Ätzungsprozess überwacht wird.

Insbesondere können OES Elemente wie Metallelemente (z. B. Aluminium, Kupfer, Eisen), nichtmetallische Elemente (z. B. Silizium, Sauerstoff, Stickstoff),und flüchtige Verbindungen, die sich während des Ätzungsprozesses bilden könnenIn der Halbleiterherstellung, wo Plasma-Ätzung häufig für Silizium-basierte Materialien verwendet wird, konzentriert sich OES auf die Spektralmerkmale von Silizium.wenn Fluor- oder Chlorhaltige Gase (e.g., SF6, Cl2) beim Ätzen eingesetzt werden, können OES auch Fluor- oder Chlorspektralsignale erkennen.

Die durch OES ermittelten Elemente und Konzentrationen werden durch Faktoren wie Plasma-Erregungsbedingungen, Spektrometer-Auflösung und -empfindlichkeit sowie die Eigenschaften der Probe beeinflusst.geeignete Bedingungen und Parameter für den Nachweis von OES müssen auf der Grundlage spezifischer Ätzverfahren und Materialien ausgewählt werden.

Als fortschrittliche Überwachungstechnik spielt das OES eine entscheidende Rolle in Halbleiter-Etsprozessen, insbesondere bei der Endpunktdetektion.Während der Ätzungsprozess fortschreitet und der obere Film allmählich entfernt wird, die das zugrunde liegende Material offenbaren, ändert sich die Gasumgebung im Plasma erheblich.direkt auf die Konzentration neutraler Stoffe im Plasma und ihre entsprechende EmissionsspektralintensitätDurch die kontinuierliche Überwachung der zeitlichen Schwankungen des OES-Signals kann der Ätzungsfortschritt der dielektrischen Schicht genau verfolgt werden, wodurch eine Überätzung wirksam verhindert wird.

OES kann auch Verunreinigungssignale im Plasma erkennen.Bereitstellung eines leistungsstarken Werkzeugs zur Diagnose potenzieller SystemproblemeZum Beispiel kann durch den Vergleich von Spektren schnell festgestellt werden, ob ein Luftleckage, eine unsachgemäße Anpassung der Massenflussregler (MFC) zu Anomalien des Hilfsgasflusses führt,oder Verunreinigung durch Verunreinigungsgase.

Das OES kann die Plasma- und Ätzeruniformität beurteilen, was für ein qualitativ hochwertiges Ätzen von entscheidender Bedeutung ist, da es die gleichmäßige Verteilung von Plasma- und chemischen Ätzerstoffen über die Wafer gewährleistet.Verwendung von Methoden zur Messung von mehreren optischen Bahnen, kann OES die Radial-Ätzer-Einheitlichkeitsverteilung abbilden und wertvolle Daten für die Prozessoptimierung liefern.Experimente haben eine enge Beziehung zwischen OES-Signalintensität an verschiedenen Waferstellen und Ätzeruniformität gezeigtDurch die dynamische Anpassung der Plasmaparameter kann die Radial-Etzungsnichteinheitlichkeit wirksam kontrolliert und reduziert werden.

OES kann durch lineare Emissionsspektren die Konzentration neutraler Partikel, Ionen und Radikale im Plasma quantitativ messen.Niedrigkonzentration Ar) als Expositionsgase, deren charakteristische Emissionslinien denen der zu messenden aktiven chemischen Ionen ähneln, ermöglicht eine indirekte Berechnung der relativen Konzentrationen von Plasmateilchen.

In gemischten Gas-Ätzerumgebungen von Cl2 und Ar ist die Beziehung zwischen Cl2-Konzentration und HF-Leistung komplex.Spektrumstärke nimmt mit zunehmender HF-Leistung ab, was die Empfindlichkeit und den Anwendungswert von OES in komplexen Plasmaumgebungen hervorhebt.

OES ist mit seiner Bequemlichkeit bei der Komponentenidentifizierung, hoher Integration mit Ätzergeräten und robuster Unterstützung für die Entwicklung und Analyse neuer Prozesse ein bevorzugtes Werkzeug bei der Endpunktdetektion.Allerdings, die Komplexität der Dateninterpretation und das große Volumen an Rohdaten stellen in der Praxis Herausforderungen dar.

4. Systemkomponenten

Ein OES-Erkennungssystem kann Instrumente wie das Jinsp SR100Q-Spektrometer verwenden, das einen breiten Wellenlängenbereich (UV-sichtbar-nahe-IR), hohe Auflösung, geringes Streunlicht, hohe Empfindlichkeit,geringer LärmEs kann mit Anti-Aging-Fasern und Kosinus-Korrektoren angepasst werden, um ein Überwachungssystem einzurichten.Der Kosinuskorrektor sammelt Plasmaspektren aus der Reaktionskammer durch das Fenster, die Signale über Glasfaser zum Spektrometer zur Verarbeitung übertragen und Überwachungsspektren zur Analyse ausgeben.