Aplicaciones del proceso de grabado de plasma y monitoreo de puntos finales con espectrómetros

1Antecedentes.

El grabado por plasma es una tecnología de grabado en seco ampliamente utilizada en la fabricación de semiconductores y otros campos de procesamiento micro / nano.Utiliza iones y radicales de alta energía en el plasma para bombardear físicamente y reaccionar químicamente con la superficie del materialEl proceso de grabado por plasma implica complejas interacciones físicas y químicas.incluyendo las interacciones entre partículas cargadas y las velocidades y mecanismos de las reacciones químicasEstos procesos son difíciles de simular y analizar completamente desde el punto de vista teórico y requieren un seguimiento y control en tiempo real mediante métodos experimentales.

2. Métodos

Existen varios métodos para monitorear el proceso de grabado, como la espectrometría de masas, las sondas Langmuir, los métodos de impedancia, la reflectometría óptica y la espectroscopia de emisión óptica (OES).La OES es una tecnología de detección de puntos finales de uso generalizadoEl OES es una técnica de análisis in situ en tiempo real que determina la composición y las características de las sustancias midiendo los espectros emitidos en condiciones específicas.No perturba el proceso de grabado por plasma y puede detectar cambios en el punto final y variaciones de parámetros en el proceso de grabado.

3Principio del seguimiento de los EEO

En el proceso de grabado en plasma, los elementos detectados por el OES dependen de la composición del material grabado y de los posibles productos de reacción y grupos volátiles formados durante el grabado.El OES determina los tipos y concentraciones de elementos mediante el análisis de los espectros emitidos por el plasma, controlando así el proceso de grabado.

Específicamente, el OES puede detectar elementos tales como elementos metálicos (por ejemplo, aluminio, cobre, hierro), elementos no metálicos (por ejemplo, silicio, oxígeno, nitrógeno),y compuestos volátiles que pueden formarse durante el proceso de grabadoEn la fabricación de semiconductores, donde el grabado por plasma se utiliza a menudo para materiales a base de silicio, el OES se centra en las características espectrales del silicio.si los gases que contienen flúor o cloro (e.g., SF6, Cl2) se utilizan durante el grabado, el OES también puede detectar señales espectrales de flúor o cloro.

Los elementos y concentraciones detectados por el OES están influenciados por factores como las condiciones de excitación del plasma, la resolución y sensibilidad del espectrómetro y las propiedades de la muestra.Se deben seleccionar las condiciones y parámetros adecuados de detección de EEO en función de los procesos y materiales de grabado específicos..

Como técnica de monitoreo avanzada, el OES juega un papel crucial en los procesos de grabado de semiconductores, particularmente en la detección de puntos finales.A medida que el proceso de grabado avanza y la película superior se elimina gradualmente, revelando el material subyacente, el ambiente gaseoso dentro del plasma cambia significativamente.afecta directamente a la concentración de sustancias neutrales en el plasma y a la intensidad de sus espectros de emisión correspondientes.Al monitorear continuamente las variaciones temporales de la señal OES, se puede rastrear con precisión el progreso del grabado de la capa dieléctrica, evitando efectivamente el sobregrabado.

En condiciones normales y anormales de funcionamiento de la máquina de grabado, el espectro de OES muestra diferencias significativas.proporcionando una herramienta poderosa para diagnosticar posibles problemas del sistemaPor ejemplo, la comparación de espectros puede identificar rápidamente si hay fugas de aire, ajuste inadecuado de los controladores de flujo de masa (MFC) que causan anomalías de flujo de gas auxiliar,o contaminación por gases de impurezas.

El OES puede evaluar la uniformidad del plasma y del grabado, lo cual es crucial para lograr un grabado de alta calidad al garantizar una distribución uniforme de plasma y grabadores químicos sobre la oblea.El uso de métodos de medición de trayectorias multiópticas, OES puede mapear la distribución de uniformidad de grabado radial, proporcionando datos valiosos para la optimización del proceso.Los experimentos han demostrado una estrecha relación entre la intensidad de la señal OES en diferentes ubicaciones de la oblea y la uniformidad del grabadoEl ajuste dinámico de los parámetros de plasma puede controlar y reducir eficazmente la no uniformidad del grabado radial.

El OES puede medir cuantitativamente las concentraciones de partículas neutras, iones y radicales dentro del plasma a través de espectros de emisión lineales.bajo contenido de Ar) como gases de exposición., cuyas líneas de emisión características se asemejan a las de los iones químicos activos que se miden, permite calcular indirectamente las concentraciones relativas de partículas plasmáticas.

En ambientes de grabado de gases mixtos de Cl2 y Ar, la relación entre la concentración de Cl2 y la potencia de RF es compleja.La intensidad del espectro disminuye con el aumento de la potencia de RF, destacando la sensibilidad y el valor de aplicación del OES en entornos plasmáticos complejos.

El OES, con su conveniencia en la identificación de componentes, alta integración con equipos de grabado y un soporte sólido para el desarrollo y análisis de nuevos procesos, es una herramienta preferida en la detección de puntos finales.Sin embargo, la complejidad de la interpretación de los datos y el gran volumen de datos en bruto plantean desafíos en las aplicaciones prácticas.

4. Componentes del sistema

Un sistema de detección de OES puede utilizar instrumentos como el espectrómetro Jinsp SR100Q, que ofrece una amplia cobertura del rango de longitudes de onda (UV visible-IR cercano), alta resolución, baja luz ambulante, alta sensibilidad,ruido bajoSe puede personalizar con fibras antienvejecimiento y correctores de coseno para configurar un sistema de monitoreo.El corrector de coseno recoge espectros de plasma de la cámara de reacción a través de la ventana, transmitiendo señales a través de fibra óptica al espectrómetro para su procesamiento, produciendo espectros de monitorización para su análisis.