Aplicações do Processo de Ataque por Plasma e Monitoramento do Ponto Final com Espectrômetros

1História.

A gravação por plasma é uma tecnologia de gravação a seco amplamente utilizada na fabricação de semicondutores e em outros campos de processamento micro/nano.Utiliza íons de alta energia e radicais no plasma para bombardear fisicamente e reagir quimicamente com a superfície do materialO processo de gravação por plasma envolve interações físicas e químicas complexas,incluindo as interações entre partículas carregadas e as taxas e mecanismos de reações químicasEsses processos são difíceis de simular e analisar completamente teoricamente, exigindo monitoramento e controlo em tempo real através de métodos experimentais.

2. Métodos

Existem vários métodos para monitorar o processo de gravação, como espectrometria de massa, sondas Langmuir, métodos de impedância, reflectometria óptica e espectroscopia de emissão óptica (OES).O OES é uma tecnologia de detecção de endpoints de corrente dominante amplamente utilizadaO OES é uma técnica de análise in situ em tempo real que determina a composição e as características das substâncias através da medição dos espectros emitidos em condições específicas.Não perturba o processo de gravação por plasma e pode detectar alterações no ponto final e variações de parâmetros no processo de gravação.

3Princípio de monitorização dos OES

No processo de gravação por plasma, os elementos detectados pelo OES dependem da composição do material gravado e dos possíveis produtos de reação e grupos voláteis formados durante a gravação.O OES determina os tipos e concentrações de elementos analisando os espectros emitidos pelo plasma, monitorizando assim o processo de gravação.

Especificamente, o OES pode detectar elementos como elementos metálicos (por exemplo, alumínio, cobre, ferro), elementos não metálicos (por exemplo, silício, oxigénio, nitrogénio),e compostos voláteis que podem formar-se durante o processo de gravaçãoNa fabricação de semicondutores, onde a gravura por plasma é frequentemente utilizada para materiais à base de silício, o OES concentra-se nas características espectrais do silício.se os gases que contêm flúor ou cloro (e.g., SF6, Cl2) são utilizados durante a gravação, o OES pode também detectar sinais espectrais de flúor ou cloro.

Os elementos e concentrações detectados pelo OES são influenciados por factores como as condições de excitação do plasma, a resolução e sensibilidade do espectrómetro e as propriedades da amostra.Devem ser selecionadas condições e parâmetros adequados de detecção de EEO com base em processos e materiais específicos de gravação..

Como uma técnica avançada de monitorização, o OES desempenha um papel crucial nos processos de gravação de semicondutores, particularmente na detecção de endpoints.À medida que o processo de gravação progride e o filme superior é gradualmente removido, revelando o material subjacente, o ambiente gasoso dentro do plasma muda significativamente.Afeta directamente a concentração de substâncias neutras no plasma e a sua correspondente intensidade do espectro de emissãoAo monitorizar continuamente as variações temporais do sinal OES, o progresso de gravação da camada dielétrica pode ser rastreado com precisão, evitando efetivamente a gravação excessiva.

O OES pode também detectar sinais de impurezas no plasma.fornecendo uma ferramenta poderosa para diagnosticar possíveis problemas do sistemaPor exemplo, a comparação de espectros pode identificar rapidamente se há fugas de ar, ajuste inadequado dos controladores de fluxo de massa (MFC) causando anomalias de fluxo de gás auxiliar,ou contaminação por gases de impurezas.

O OES pode avaliar a uniformidade do plasma e da gravura, crucial para alcançar uma gravura de alta qualidade, garantindo uma distribuição uniforme de plasma e etchants químicos sobre a bolacha.Utilização de métodos de medição de trajectórias multiópticas, OES pode mapear a distribuição de uniformidade de gravura radial, fornecendo dados valiosos para otimização de processos.Os experimentos mostraram uma estreita relação entre a intensidade do sinal OES em diferentes locais da wafer e a uniformidade da gravaçãoO ajuste dinâmico dos parâmetros do plasma pode controlar e reduzir eficazmente a não uniformidade da gravação radial.

O OES pode medir quantitativamente as concentrações de partículas neutras, íons e radicais dentro do plasma através de espectros de emissão lineares.Ar) em baixa concentração, como gases de exposição, cujas linhas de emissão características se assemelham às dos íons químicos ativos a medir, permite o cálculo indirecto das concentrações relativas de partículas plasmáticas.

Em ambientes de gravação de gases mistos Cl2 e Ar, a relação entre a concentração de Cl2 e a potência de RF é complexa.A intensidade do espectro diminui com o aumento da potência de RF, destacando a sensibilidade e o valor de aplicação do OES em ambientes plasmáticos complexos.

O OES, com sua conveniência na identificação de componentes, alta integração com equipamentos de gravação e suporte robusto para o desenvolvimento e análise de novos processos, é uma ferramenta preferida na detecção de endpoints.No entanto, a complexidade da interpretação dos dados e o grande volume de dados brutos colocam desafios nas aplicações práticas.

4. Componentes do sistema

Um sistema de detecção de OES pode utilizar instrumentos como o espectrômetro Jinsp SR100Q, que oferece ampla cobertura de comprimento de onda (UV-visível-IR próximo), alta resolução, baixa luz perdida, alta sensibilidade,ruído baixoPode ser personalizado com fibras antienvelhecimento e correctores de cosseno para criar um sistema de monitoramento.O corrector de cosseno coleta espectros de plasma da câmara de reação através da janela, transmitindo sinais via fibra óptica para o espectrômetro para processamento, produzindo espectros de monitorização para análise.