プラズマエッチングプロセスの応用と分光計によるエンドポイントモニタリング

1背景

プラズマエッチングは,半導体製造および他のマイクロ/ナノ加工分野で広く使用される乾燥エッチング技術である.高エネルギーイオンとプラズマの基子を利用して 物質表面に物理的に爆撃し 化学反応を起こすプラズマエッチングには複雑な物理的および化学的相互作用が含まれます.充電粒子間の相互作用,化学反応の速さとメカニズムを含むこれらのプロセスは,理論的に完全にシミュレートし分析することは困難で,実験方法によるリアルタイムモニタリングと制御が必要です.

2方法

エッチングプロセスのモニタリングには,質量スペクトロメトリ,ラングマイア探査機,インピーダンスの方法,光学反射メトリ,光学放出スペクトロメトリ (OES) など様々な方法があります.OESは,広く使われている主流のエンドポイント検出技術です.OESは,特定の条件下で放出されたスペクトルを測定することによって物質の組成と特性を決定するリアルタイム,インシチュー分析技術です.それはプラズマエッチングプロセスを混乱させないし,エッチングプロセスでエンドポイントの変化とパラメータ変動を検出することができます.

3OES 監視の原則

プラズマエッチングプロセスでは,OESによって検出される元素は,エッチされた材料の組成と,エッチング中に形成された可能な反応製品および揮発性グループに依存する.OESは,プラズマから放出されるスペクトルを分析することによって,元素の種類と濃度を決定します採掘過程を監視する.

具体的には,OESは金属元素 (例えばアルミ,銅,鉄),非金属元素 (例えば,シリコン,酸素,窒素),発泡過程で形成される 揮発性化合物半導体製造において,プラズマエッチングはしばしばシリコンベースの材料に使用される.また,OESはシリコンのスペクトル特性に焦点を当てています.フッ素や塩素を含むガス (e.g., SF6, Cl2) がエッチング中に使用されている場合,OESはフッ素または塩素スペクトル信号も検出することができる.

OES で検出される元素と濃度は,プラズマ興奮条件,スペクトロメーターの解像度と感度,およびサンプルの特性などの要因によって影響されます.したがって,適切なOES検出条件とパラメータは,特定のエッチングプロセスと材料に基づいて選択する必要があります..

先進的なモニタリング技術として,OESは半導体エッチングプロセス,特にエンドポイント検出において重要な役割を果たしています.エッチングプロセスが進み,上部フィルムが徐々に取り除かれると基質物質が放出する揮発性エッチング副産物により,プラズマ内のガス環境が著しく変化します.プラズマ中の中性物質の濃度とそれに対応する放出スペクトルの強さに直接影響するOES信号の時間変動を継続的に監視することで,電解層のエッチング進行を正確に追跡し,過剰なエッチングを効果的に防ぐことができます.

OES はプラズマ内の不純度信号も検出できる.エッチングマシンの正常および異常な動作条件下で,OESスペクトルは大きな違いを示します.潜在的なシステム問題を診断するための強力なツールを提供例えば,スペクトルを比較することで,空気の漏れ,質量流量制御器 (MFC) の不適切な調整が補助ガス流量異常を引き起こすかどうかを迅速に特定できます.汚れガスによる汚染.

OESはプラズマとエッチングの均一性を評価することができ,プラズマと化学エッチングがウエファー上に均等に分布することを確保することによって高品質のエッチングを達成するために重要です.多光経路測定方法を使用するOESは,放射性エッチングの均一分布をマッピングし,プロセス最適化のための貴重なデータを提供します.実験は,異なるウェーファー位置でのOES信号強度とエッチングの均一性との間には密接な関係を示したプラズマパラメータを動的に調整することで,放射性エッチングの不均一性を効果的に制御し,軽減することができます.

OESは,線形放出スペクトルを介してプラズマ内の中性粒子,イオン,および基子の濃度を定量的に測定することができる.低濃度Ar) が被曝ガスとして測定される活性化学イオンの特異的な放出線に似ているので,プラズマ粒子の相対濃度を間接的に計算できます.

Cl2とAr混合ガスエッチング環境では,Cl2濃度とRF電力の関係が複雑である.実験データによると,明るいフィールドモードでは,Cl2の濃度とRF電力の関係が複雑である.周波数帯の周波数帯の周波数帯の周波数帯の周波数帯の周波数帯の周波数が複雑なプラズマ環境におけるOESの敏感性と応用価値を強調する.

OESは,部品識別の便利性,エッチング機器との高度な統合,新しいプロセス開発と分析のための強力なサポートにより,エンドポイント検出の好ましいツールです.しかし,データの解釈の複雑さと大量の生データにより,実用的な応用に課題が生じます.

4システム構成要素

OES検出システムは Jinsp SR100Qスペクトロメーターのような機器を使用できます 幅広い波長範囲 (UV可視近IR) をカバーし,高解像度,低散乱光,高感度,低騒音高速テストのためのソフトウェア統合が容易である. 監視システムを設定するために,抗老化繊維とコシノス修正器でカスタマイズすることができます.コシノス調整器は窓を通って反応室からプラズマスペクトルを収集します光ファイバー経由で光譜計に信号を送信し,分析のためにモニタリングスペクトルを出力する.