Aplikasi Proses Etching Plasma dan Pemantauan Endpoint dengan Spektrometer

1. Latar belakang

Plasma etching adalah teknologi etching kering yang banyak digunakan dalam manufaktur semikonduktor dan bidang pengolahan mikro / nano lainnya.Ini menggunakan ion energi tinggi dan radikal dalam plasma untuk secara fisik membombardir dan bereaksi kimia dengan permukaan materialProses pengetikan plasma melibatkan interaksi fisik dan kimia yang kompleks,termasuk interaksi antara partikel bermuatan dan kecepatan dan mekanisme reaksi kimiaProses-proses ini sulit untuk disimulasikan dan dianalisis secara teoritis, membutuhkan pemantauan dan kontrol secara real-time melalui metode eksperimental.

2. Metode

Ada berbagai metode untuk memantau proses etching, seperti spektrometri massa, probe Langmuir, metode impedansi, refleksometri optik, dan spektroskopi emisi optik (OES).OES adalah teknologi deteksi titik akhir arus utama yang banyak digunakan. OES adalah teknik analisis in situ secara real-time yang menentukan komposisi dan karakteristik zat dengan mengukur spektrum yang dipancarkan di bawah kondisi tertentu.Ini tidak mengganggu proses plasma etching dan dapat mendeteksi perubahan titik akhir dan variasi parameter dalam proses etching.

3Prinsip Pemantauan OES

Dalam proses penggoresan plasma, unsur-unsur yang terdeteksi oleh OES tergantung pada komposisi bahan yang tergores dan produk reaksi dan kelompok volatil yang mungkin terbentuk selama penggoresan.OES menentukan jenis dan konsentrasi unsur dengan menganalisis spektrum yang dipancarkan dari plasma, sehingga memantau proses penggoresan.

Secara khusus, OES dapat mendeteksi unsur seperti unsur logam (misalnya, aluminium, tembaga, besi), unsur non-logam (misalnya, silikon, oksigen, nitrogen),dan senyawa volatil yang dapat terbentuk selama proses etchingDalam manufaktur semikonduktor, di mana plasma etching sering digunakan untuk bahan berbasis silikon, OES berfokus pada fitur spektral silikon.Jika gas yang mengandung fluor atau klorin (e.g., SF6, Cl2) digunakan selama penggoresan, OES juga dapat mendeteksi sinyal spektrum fluor atau klorin.

Unsur dan konsentrasi yang terdeteksi oleh OES dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti kondisi eksitasi plasma, resolusi spektrometer dan sensitivitas, dan sifat sampel.Kondisi dan parameter deteksi OES yang tepat harus dipilih berdasarkan proses dan bahan etching tertentu.

Sebagai teknik pemantauan canggih, OES memainkan peran penting dalam proses etching semikonduktor, terutama dalam deteksi titik akhir.Saat proses mengetikan berlangsung dan film atas secara bertahap dihapus, mengungkapkan bahan dasar, lingkungan gas dalam plasma berubah secara signifikan. perubahan ini, karena volatile produk sampingan etching dilepaskan oleh bahan dasar,secara langsung mempengaruhi konsentrasi zat netral dalam plasma dan intensitas spektrum emisi yang sesuaiDengan terus memantau variasi temporal sinyal OES, kemajuan mengetikan lapisan dielektrik dapat dilacak dengan akurat, secara efektif mencegah over-etching.

OES juga dapat mendeteksi sinyal kotoran dalam plasma.menyediakan alat yang ampuh untuk mendiagnosis masalah sistem potensialMisalnya, membandingkan spektrum dapat dengan cepat mengidentifikasi apakah ada kebocoran udara, penyesuaian yang tidak tepat dari pengontrol aliran massa (MFC) yang menyebabkan anomali aliran gas tambahan,atau kontaminasi oleh gas kotoran.

OES dapat menilai seragam plasma dan etching, penting untuk mencapai etching berkualitas tinggi dengan memastikan distribusi seragam plasma dan etchants kimia di atas wafer.Menggunakan metode pengukuran jalur multi-optik, OES dapat memetakan distribusi keseragaman etching radial, memberikan data berharga untuk pengoptimalan proses.Percobaan telah menunjukkan hubungan erat antara intensitas sinyal OES di lokasi wafer yang berbeda dan keseragaman etchingMengatur parameter plasma secara dinamis dapat secara efektif mengendalikan dan mengurangi radial etching non-seragam.

OES dapat mengukur secara kuantitatif konsentrasi partikel netral, ion, dan radikal dalam plasma melalui spektrum emisi linier.konsentrasi rendah Ar) sebagai gas paparan, yang garis emisi karakteristiknya menyerupai ion kimia aktif yang diukur, memungkinkan perhitungan tidak langsung konsentrasi relatif partikel plasma.

Dalam lingkungan etching gas campuran Cl2 dan Ar, hubungan antara konsentrasi Cl2 dan daya RF adalah kompleks.Intensitas spektrum berkurang dengan meningkatnya daya RF, yang menyoroti sensitivitas dan nilai aplikasi OES dalam lingkungan plasma yang kompleks.

OES, dengan kenyamanan dalam identifikasi komponen, integrasi yang tinggi dengan peralatan etching, dan dukungan yang kuat untuk pengembangan dan analisis proses baru, adalah alat yang disukai dalam deteksi titik akhir.Namun, kompleksitas interpretasi data dan volume data mentah yang besar menimbulkan tantangan dalam aplikasi praktis.

4. Komponen sistem

Sistem deteksi OES dapat menggunakan instrumen seperti Jinsp SR100Q spektrometer yang menawarkan cakupan rentang panjang gelombang yang luas (UV-visible-near IR), resolusi tinggi, cahaya kabur yang rendah, sensitivitas tinggi,Kebisingan rendah, rasio sinyal ke kebisingan yang tinggi, dan integrasi perangkat lunak yang mudah untuk pengujian kecepatan tinggi.Korektor kosinus mengumpulkan spektrum plasma dari ruang reaksi melalui jendela, mentransmisikan sinyal melalui serat optik ke spektrometer untuk diproses, menghasilkan spektrum pemantauan untuk analisis.