Applications du procédé de gravure au plasma et de la surveillance des points de terminaison avec des spectromètres

1- Des antécédents.

La gravure au plasma est une technologie de gravure à sec largement utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs et d'autres domaines de traitement micro/nano.Il utilise des ions et des radicaux de haute énergie dans le plasma pour bombarder physiquement et réagir chimiquement avec la surface du matériauLe processus de gravure au plasma implique des interactions physiques et chimiques complexes,y compris les interactions entre particules chargées et les vitesses et les mécanismes des réactions chimiquesCes processus sont difficiles à simuler et à analyser complètement théoriquement et nécessitent une surveillance et un contrôle en temps réel par des méthodes expérimentales.

2. Méthodes

Il existe différentes méthodes pour surveiller le processus de gravure, telles que la spectrométrie de masse, les sondes Langmuir, les méthodes d'impédance, la réflectométrie optique et la spectroscopie d'émission optique (OES).L'OES est une technologie de détection des points de terminaison couramment utiliséeL'OES est une technique d'analyse in situ en temps réel qui détermine la composition et les caractéristiques des substances en mesurant les spectres émis dans des conditions spécifiques.Il ne perturbe pas le processus de gravure au plasma et peut détecter les changements de point final et les variations de paramètres dans le processus de gravure.

3Principe du suivi des SIE

Dans le processus de gravure au plasma, les éléments détectés par l'OES dépendent de la composition du matériau gravé et des produits de réaction et groupes volatils éventuels formés lors de la gravure.L'OES détermine les types et les concentrations des éléments en analysant les spectres émis par le plasma, surveillant ainsi le processus de gravure.

Plus précisément, l'OES peut détecter des éléments tels que des éléments métalliques (par exemple, de l'aluminium, du cuivre, du fer), des éléments non métalliques (par exemple, du silicium, de l'oxygène, de l'azote),et composés volatils pouvant se former pendant le processus de gravureDans la fabrication de semi-conducteurs, où la gravure au plasma est souvent utilisée pour les matériaux à base de silicium, l'OES se concentre sur les caractéristiques spectrales du silicium.si des gaz contenant du fluor ou du chlore (e.g., SF6, Cl2) sont utilisés lors de la gravure, l'OES peut également détecter des signaux spectraux de fluor ou de chlore.

Les éléments et les concentrations détectés par l'OES sont influencés par des facteurs tels que les conditions d'excitation du plasma, la résolution et la sensibilité du spectromètre et les propriétés de l'échantillon.les conditions et les paramètres de détection appropriés de l'ESO doivent être sélectionnés en fonction des procédés et des matériaux de gravure spécifiques.

En tant que technique de surveillance avancée, l'OES joue un rôle crucial dans les processus de gravure des semi-conducteurs, en particulier dans la détection des points d'extrémité.Au fur et à mesure que le processus de gravure progresse et que le film supérieur est progressivement retiré, révélant le matériau sous-jacent, l'environnement gazeux à l'intérieur du plasma change significativement.affecte directement la concentration de substances neutres dans le plasma et leur intensité de spectre d'émission correspondanteEn surveillant en permanence les variations temporelles du signal OES, on peut suivre avec précision la progression de l'écorchage de la couche diélectrique, ce qui empêche efficacement une surécorchage.

L'OES peut également détecter des signaux d'impuretés dans le plasma.fournissant un outil puissant pour diagnostiquer les problèmes potentiels du systèmePar exemple, la comparaison des spectres permet d'identifier rapidement s'il y a une fuite d'air, un ajustement incorrect des contrôleurs de débit de masse (MFC) provoquant des anomalies de débit de gaz auxiliaire,ou contamination par des gaz d'impuretés.

L'OES peut évaluer l'uniformité du plasma et de la gravure, ce qui est essentiel pour obtenir une gravure de haute qualité en assurant une distribution uniforme des gravures plasmatiques et chimiques sur la gaufre.Utilisation de méthodes de mesure de trajectoire multi-optique, OES peut cartographier la distribution d'uniformité de gravure radiale, fournissant des données précieuses pour l'optimisation du processus.Des expériences ont montré une relation étroite entre l'intensité du signal OES à différents endroits de la plaque et l'uniformité de gravureL'ajustement dynamique des paramètres de plasma permet de contrôler et de réduire efficacement la non-uniformité de gravure radiale.

L'OES peut mesurer quantitativement les concentrations de particules neutres, d'ions et de radicaux dans le plasma à travers des spectres d'émission linéaires.à faible concentration Ar) comme gaz d'exposition, dont les lignes d'émission caractéristiques ressemblent à celles des ions chimiques actifs mesurés, permet de calculer indirectement les concentrations relatives des particules plasmatiques.

Dans les environnements de gravure au gaz mélangé Cl2 et Ar, la relation entre la concentration de Cl2 et la puissance RF est complexe.l'intensité du spectre diminue avec l'augmentation de la puissance RF, soulignant la sensibilité et la valeur d'application des OES dans des environnements plasmatiques complexes.

L'OES, avec sa commodité dans l'identification des composants, sa forte intégration avec l'équipement de gravure et son support robuste pour le développement et l'analyse de nouveaux processus, est un outil privilégié dans la détection des points de terminaison.Cependant, la complexité de l'interprétation des données et le grand volume de données brutes posent des défis dans les applications pratiques.

4. Composants du système

Un système de détection OES peut utiliser des instruments tels que le spectromètre Jinsp SR100Q, qui offre une large couverture de gamme de longueurs d'onde (UV visible-IR proche), une haute résolution, une faible lumière errante, une sensibilité élevée,faible bruitIl peut être personnalisé avec des fibres anti-âge et des correcteurs cosinus pour mettre en place un système de surveillance.Le correcteur de cosinus collecte des spectres de plasma de la chambre de réaction à travers la fenêtre, transmettant des signaux par fibre optique au spectromètre pour traitement, produisant des spectres de surveillance pour analyse.