کاربردهای فرآیند حفاری پلاسما و نظارت بر نقطه پایان با طیف سنج

1. پیشینه

حکاکی پلاسما یک فناوری حکاکی خشک است که به طور گسترده در تولید نیمه هادی و سایر زمینه های پردازش میکرو / نانو استفاده می شود.از ايون ها و راديکال هاي پر انرژي در پلاسما استفاده ميکنه تا به صورت فيزيکي با سطح مواد بمباران و واکنش شیمیایی داشته باشه، به دست آوردن حکاکی دقیق مواد. فرآیند حکاکی پلاسما شامل تعاملات فیزیکی و شیمیایی پیچیده است.از جمله تعاملات بین ذرات باردار و سرعت و مکانیسم واکنش های شیمیاییشبیه سازی و تجزیه و تحلیل کامل این فرآیندها از نظر نظری دشوار است و نیاز به نظارت و کنترل در زمان واقعی از طریق روش های تجربی دارد.

2روش ها

روش های مختلفی برای نظارت بر فرآیند حکاکی وجود دارد، مانند طیف سنجی جرم، سنجه های لانگمور، روش های مانع، بازتاب سنجی نوری و طیف سنجی انتشار نوری (OES).OES یک فناوری تشخیص نقطه پایانی گسترده استOES یک تکنیک تجزیه و تحلیل در زمان واقعی است که ترکیب و ویژگی های مواد را با اندازه گیری طیف های منتشر شده در شرایط خاص تعیین می کند.آن را به اختلال در فرآیند حفاری پلاسما و می تواند تغییرات نقطه پایان و تغییرات پارامتر در فرآیند حفاری تشخیص.

3اصول نظارت بر OES

در فرآیند حکاکی پلاسما، عناصر تشخیص داده شده توسط OES به ترکیب مواد حکاکی شده و محصولات واکنش احتمالی و گروه های فرار تشکیل شده در طول حکاکی بستگی دارد.OES انواع و غلظت عناصر را با تجزیه و تحلیل طیف های منتشر شده از پلاسما تعیین می کند، در نتیجه نظارت بر روند حکاکی.

به طور خاص، OES می تواند عناصر مانند عناصر فلزی (به عنوان مثال، آلومینیوم، مس، آهن) ، عناصر غیر فلزی (به عنوان مثال، سیلیکون، اکسیژن، نیتروژن) را تشخیص دهد.و ترکیبات فروریزه ای که ممکن است در طول فرآیند حکاکی شکل بگیرنددر تولید نیمه هادی، که در آن حکاکی پلاسما اغلب برای مواد مبتنی بر سیلیکون استفاده می شود، OES بر ویژگی های طیف سیلیکون تمرکز دارد.اگر گازهای حاوی فلور یا کلور (eبرای مثال ، SF6 ، Cl2) در هنگام حکاکی استفاده می شود ، OES همچنین می تواند سیگنال های طیف فلور یا کلر را تشخیص دهد.

عناصر و غلظت های تشخیص داده شده توسط OES تحت تأثیر عواملی مانند شرایط تحریک پلاسما، وضوح و حساسیت طیف سنج و خواص نمونه قرار می گیرند.شرایط و پارامترهای تشخیص OES مناسب باید بر اساس فرآیندهای حکاکی خاص و مواد انتخاب شوند..

به عنوان یک تکنیک نظارت پیشرفته، OES نقش مهمی در فرآیندهای حکاکی نیمه هادی، به ویژه در تشخیص نقطه پایان دارد.همانطور که روند حکاکی پیشرفت می کند و فیلم بالا به تدریج حذف می شوداین تغییر، به دلیل فرسودگی محصولات جانبی حکاکی که توسط مواد زیربنایی آزاد می شود، به طور قابل توجهی تغییر می کند.به طور مستقیم بر غلظت مواد خنثی در پلاسما و شدت طیف انتشار آنها تاثیر می گذارد.با نظارت مداوم بر تغییرات زمانی سیگنال OES، پیشرفت حکاکی لایه دی الکتریک را می توان به طور دقیق ردیابی کرد و به طور موثر از حکاکی بیش از حد جلوگیری کرد.

OES همچنین می تواند سیگنال های ناخالصی را در داخل پلاسما تشخیص دهد. در شرایط عادی و غیر عادی کار دستگاه حکاکی، طیف OES تفاوت های قابل توجهی را نشان می دهد.ارائه یک ابزار قدرتمند برای تشخیص مشکلات احتمالی سیستمبه عنوان مثال، مقایسه طیف ها می تواند به سرعت تشخیص دهد که آیا نشت هوا وجود دارد، تنظیم نادرست کنترل کننده های جریان جرم (MFC) که باعث ناهنجاری جریان گاز کمکی می شود،یا آلودگی با گازهای ناخالص.

OES می تواند یکسانی پلاسما و حکاکی را ارزیابی کند، که برای دستیابی به حکاکی با کیفیت بالا با اطمینان از توزیع یکنواخت پلاسمای و حکاکی های شیمیایی بر روی وفر بسیار مهم است.استفاده از روش های اندازه گیری مسیر چند نوری، OES می تواند توزیع یکنواختی حکاکی شعاعی را نقشه برداری کند و داده های ارزشمندی را برای بهینه سازی فرآیند فراهم کند.آزمایشات نشان داده است که رابطه نزدیک بین شدت سیگنال OES در مکان های مختلف وافره و یکسانی حکاکیتنظیم پارامترهای پلاسما به طور پویا می تواند به طور موثر کنترل و کاهش عدم یکنواختی حکاکی شعاعی.

OES می تواند غلظت ذرات خنثی، یون ها و رادیکال ها را در داخل پلاسما از طریق طیف انتشار خطی اندازه گیری کند. با استفاده از گاز های بی اثر با غلظت شناخته شده (به عنوان مثال،ار (Ar) با غلظت پایین به عنوان گازهای قرار گرفتن در معرض، که خطوط انتشار مشخصه آن ها شبیه خطوط یون های شیمیایی فعال مورد اندازه گیری است، امکان محاسبه غیرمستقیم غلظت نسبی ذرات پلاسما را فراهم می کند.

در محیط های گاز مخلوط کلرید 2 و آر، رابطه بین غلظت کلرید 2 و قدرت RF پیچیده است.شدت طیف با افزایش قدرت RF کاهش می یابد، که حساسیت و ارزش کاربرد OES در محیط های پلاسمای پیچیده را برجسته می کند.

OES، با راحتی در شناسایی قطعات، ادغام بالا با تجهیزات حکاکی و پشتیبانی قوی برای توسعه و تجزیه و تحلیل فرآیند جدید، یک ابزار ترجیح داده شده در تشخیص نقطه پایان است.با این حال، پیچیدگی تفسیر داده ها و حجم زیادی از داده های خام، چالش هایی را در کاربردهای عملی ایجاد می کند.

4اجزای سیستم

یک سیستم تشخیص OES می تواند از ابزارهای مانند Jinsp SR100Q استفاده کند که پوشش گسترده طول موج (UV-visible-near IR) ، وضوح بالا، نور کم، حساسیت بالا،سر و صدا کم، نسبت سیگنال به سر و صدا بالا و ادغام نرم افزار آسان برای آزمایش با سرعت بالا. می توان آن را با فیبر ضد پیری و اصلاح کننده های کوسینوس برای تنظیم یک سیستم نظارت سفارشی کرد.اصلاح کننده کوسینوس از طریق پنجره طیف پلاسمای اتاق واکنش را جمع آوری می کند، انتقال سیگنال ها از طریق فیبر نوری به طیف سنج برای پردازش، خروجی طیف های نظارت برای تجزیه و تحلیل.