Applicazioni del processo di incisione plasmatica e monitoraggio dei punti finali con spettrometri

1. Sfondo

L'incisione al plasma è una tecnologia di incisione a secco ampiamente utilizzata nella produzione di semiconduttori e in altri campi di elaborazione micro/nano.Utilizza ioni e radicali ad alta energia nel plasma per bombardare fisicamente e reagire chimicamente con la superficie del materialeIl processo di incisione al plasma comporta complesse interazioni fisiche e chimiche,comprese le interazioni tra particelle cariche e le velocità e i meccanismi delle reazioni chimicheQuesti processi sono difficili da simulare e analizzare in modo completo teoricamente e richiedono un monitoraggio e un controllo in tempo reale mediante metodi sperimentali.

2. Metodi

Esistono vari metodi per monitorare il processo di incisione, come la spettrometria di massa, le sonde Langmuir, i metodi di impedenza, la riflettrometria ottica e la spettroscopia di emissione ottica (OES).L'OES è una tecnologia di rilevamento degli endpoint largamente utilizzataL'OES è una tecnica di analisi in tempo reale in situ che determina la composizione e le caratteristiche delle sostanze misurando gli spettri emessi in condizioni specifiche.Non disturba il processo di incisione plasmatica e può rilevare le variazioni del punto terminale e le variazioni dei parametri nel processo di incisione.

3Principio del monitoraggio degli OES

Nel processo di incisione plasmatica, gli elementi rilevati dall'OES dipendono dalla composizione del materiale inciso e dai possibili prodotti di reazione e gruppi volatili formati durante l'incisione.L'OES determina i tipi e le concentrazioni degli elementi analizzando gli spettri emessi dal plasma, monitorando così il processo di incisione.

In particolare, l'OES può rilevare elementi come gli elementi metallici (ad esempio, alluminio, rame, ferro), gli elementi non metallici (ad esempio, silicio, ossigeno, azoto),e composti volatili che possono formarsi durante il processo di incisioneNella produzione di semiconduttori, dove l'incisione plasmatica è spesso utilizzata per materiali a base di silicio, l'OES si concentra sulle caratteristiche spettrali del silicio.se i gas contenenti fluoro o cloro (e.g., SF6, Cl2) sono utilizzati durante l'incisione, l'OES può anche rilevare segnali spettrali di fluoro o cloro.

Gli elementi e le concentrazioni rilevati dall'OES sono influenzati da fattori quali le condizioni di eccitazione del plasma, la risoluzione e la sensibilità dello spettrometro e le proprietà del campione.devono essere selezionate condizioni e parametri di rilevamento OES adeguati in base a specifici processi e materiali di incisione.

Come tecnica di monitoraggio avanzata, l'OES svolge un ruolo cruciale nei processi di incisione dei semiconduttori, in particolare nel rilevamento degli endpoint.Mentre il processo di incisione progredisce e la pellicola superiore viene gradualmente rimossa, rivelando il materiale sottostante, l'ambiente gassoso all'interno del plasma cambia significativamente.influenza direttamente la concentrazione di sostanze neutre nel plasma e la loro corrispondente intensità dello spettro di emissione. Monitorando continuamente le variazioni temporali del segnale OES, si può monitorare con precisione il progresso dell'incisione dello strato dielettrico, evitando efficacemente l'eccesso di incisione.

L'OES può anche rilevare segnali di impurità all'interno del plasma.fornendo uno strumento potente per diagnosticare potenziali problemi di sistemaPer esempio, confrontando gli spettri si può rapidamente identificare se vi è una perdita d'aria, un'adeguata regolazione dei regolatori di flusso di massa (MFC) che causano anomalie di flusso di gas ausiliario,o contaminazione da gas di impurità.

L'OES può valutare l'uniformità del plasma e dell'incisione, fondamentale per ottenere un'incisione di alta qualità garantendo una distribuzione uniforme di plasma e incisivi chimici sul wafer.Utilizzando metodi di misurazione di percorsi multi-ottici, OES può mappare la distribuzione di uniformità di incisione radiale, fornendo dati preziosi per l'ottimizzazione del processo.Gli esperimenti hanno dimostrato una stretta relazione tra l'intensità del segnale OES in diverse posizioni del wafer e l'uniformità dell'incisioneL'adeguamento dinamico dei parametri del plasma può efficacemente controllare e ridurre la non uniformità dell'incisione radiale.

L'OES può misurare quantitativamente le concentrazioni di particelle neutre, ioni e radicali all'interno del plasma attraverso spettri di emissione lineari.a bassa concentrazione Ar) come gas di esposizione, le cui linee di emissione caratteristiche assomigliano a quelle degli ioni chimici attivi misurati, consente il calcolo indiretto delle concentrazioni relative delle particelle plasmatiche.

In ambienti di incisione a gas misti Cl2 e Ar, la relazione tra concentrazione di Cl2 e potenza RF è complessa.L'intensità dello spettro diminuisce con l'aumento della potenza RF, evidenziando la sensibilità e il valore di applicazione degli OES in ambienti plasmatici complessi.

L'OES, con la sua comodità nell'identificazione dei componenti, l'elevata integrazione con le apparecchiature di incisione e un solido supporto per lo sviluppo e l'analisi di nuovi processi, è uno strumento preferito nel rilevamento degli endpoint.Tuttavia, la complessità dell'interpretazione dei dati e il grande volume di dati grezzi pongono sfide nelle applicazioni pratiche.

4. Componenti di sistema

Un sistema di rilevamento OES può utilizzare strumenti come lo spettrometro Jinsp SR100Q, che offre una copertura di ampia gamma di lunghezze d'onda (UV-visibile-vicino IR), alta risoluzione, bassa luce vagante, alta sensibilità,basso rumore, elevato rapporto segnale-rumore e facile integrazione software per test ad alta velocità.Il corretore coseno raccoglie spettri di plasma dalla camera di reazione attraverso la finestra, trasmettendo segnali tramite fibra ottica allo spettrometro per l'elaborazione, producendo spettri di monitoraggio per l'analisi.