广告

芯片蚀刻过程中,怎样利用光谱仪监测等离子体?

2022-09-14 10:18:26 Challey 阅读:
在半导体行业,晶圆是用光刻技术制造和操作的。蚀刻是这一过程的主要部分,在这一过程中,材料可以被分层到一个非常具体的厚度。当这些层在晶圆表面被蚀刻时,等离子体监测被用来跟踪晶圆层的蚀刻,并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层。通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线,可以精确跟踪蚀刻过程。这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要。

在半导体行业,晶圆是用光刻技术制造和操作的。蚀刻是这一过程的主要部分,在这一过程中,材料可以被分层到一个非常具体的厚度。当这些层在晶圆表面被蚀刻时,等离子体监测被用来跟踪晶圆层的蚀刻,并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层。通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线,可以精确跟踪蚀刻过程。这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要。6jyednc

等离子体是一种被激发的、类似气体的状态,其中一部分原子已经被激发或电离,形成自由电子和离子。当被激发的中性原子的电子返回到基态时,等离子体中存在的原子就会发射特有波长的辐射光,其光谱图可用来确定等离子体的组成。等离子体是用一系列高能方法使原子电离而形成的,包括热、高能激光、微波、电和无线电频率。6jyednc

等离子体监测

等离子体有一系列的应用,包括元素分析、薄膜沉积、等离子体蚀刻和表面清洁。通过对等离子体样品的发射光谱进行监测,可以为样品提供详细的元素分析,并能够确定控制基于等离子体的过程所需的关键等离子体参数。发射线的波长被用来识别等离子体中存在的元素,发射线的强度被用来实时量化粒子和电子密度,以便进行工艺控制。6jyednc

像气体混合物、等离子体温度和粒子密度等参数都是控制等离子体过程的关键。通过在等离子体室中引入各种气体或粒子来改变这些参数,会改变等离子体的特性,从而影响等离子体与衬底的相互作用。实时监测和控制等离子体的能力可以改进工艺和产品。6jyednc

例如,在基于等离子体的蚀刻工艺中,等离子体监测对工艺控制很重要。在半导体行业,晶圆是用光刻技术制造和操作的。蚀刻是这一过程的主要部分,在这一过程中,材料可以被分层到一个非常具体的厚度。当这些层在晶圆表面被蚀刻时,等离子体监测被用来跟踪晶圆层的蚀刻,并确定等离子体何时完全蚀刻了一个特定的层并到达下一个层。通过监测等离子体在蚀刻过程中产生的发射线,可以精确跟踪蚀刻过程。这种终点检测对于使用基于等离子体的蚀刻工艺的半导体材料生产至关重要。6jyednc

等离子体监测可以通过灵活的模块化设置完成,使用高分辨率光谱仪,如Ocean Insight的HR或Maya2000 Pro系列(后者是检测UV气体的一个很好的选择)。对于模块化设置,HR光谱仪可以与抗曝光纤相结合,以获得在等离子体中形成的定性发射数据。从等离子体室中形成的等离子体中获取定性发射数据。如果需要定量测量,用户可以增加一个光谱库来比较数据,并快速识别未知的发射线、峰和波段。6jyednc

监测真空室中形成的等离子体时,一个重要的考虑因素是与采样室的接口。仪器部件可以被引入到真空室中,或者被设置成通过视窗来观察等离子体。真空通管为承受真空室中的恶劣条件而设计的定制光纤将部件耦合到等离子体室中。对于通过视口监测等离子体,可能需要一个采样附件,如余弦校正器或准直透镜,这取决于要测量的等离子体场的大小。在没有取样附件的情况下,从光纤到等离子体的距离将决定成像的区域。使用准直透镜可以获得更局部的收集区域,或者使用余弦校正器可以在180度的视野内收集光线。6jyednc

测量条件

HR系列高分辨率光谱仪被用来测量当其他气体被引入等离子体室时氩等离子体的发射变化。光谱仪、光纤和余弦校正器通过室外的一个小窗口收集发射光谱,对封闭反应室中的等离子体进行光谱数据采集(图1)。6jyednc

6jyednc

1:一个模块化的光谱仪设置可以被配置为真空室中的等离子体测量。6jyednc

一个HR2000+高分辨率光谱仪(~1.1nm FWHM光学分辨率)被配置为测量200-1100nm的发射(光栅HC-1,SLIT-25),使用抗曝光纤(QP400-1-SR-BX光纤)与一个余弦校正器(CC-3-UV)耦合。选择CC-3-UV余弦校正器采样附件来获取等离子体室的数据,以解决等离子体强度的差异和测量窗口的不均匀问题。其他采样选项包括准直透镜和真空透镜。6jyednc

测量结果

图2显示了通过等离子体室窗口测量的氩等离子体的光谱。690-900纳米的强光谱线是中性氩(Ar I)的发射线,400-650纳米的低强度线是由单电离的氩原子(Ar II)产生的。图2所示的发射光谱是测量等离子体发射的丰富光谱数据的一个例子。这种光谱信息可用于确定一系列关键参数,以监测和控制半导体制造过程中基于等离子体的工艺。6jyednc

6jyednc

2:通过真空室窗口测量氩气等离子体的发射。6jyednc

氢气是一种辅助气体,可以添加到氩气等离子体中以改变等离子体的特性。在图3中,随着氢气浓度的增加添加到氩气等离子体中的效果。氢气改变氩气等离子体特性的能力清楚地显示在700-900纳米之间的氩气线的强度下降,而氢气浓度的增加反映在350-450纳米之间的氢气线出现。这些光谱显示了实时测量等离子体发射的强度,以监测二次气体对等离子体特性的影响。观察到的光谱变化可用于确保向试验室添加最佳数量的二次气体,以达到预期的等离子体特性。6jyednc

6jyednc

3:将氢气添加到氩等离子体中会改变其光谱特性。6jyednc

在图 4 和 5 中,显示了在将保护气添加到腔室之前和之后测量的等离子体的发射光谱。 保护气用于减少进样器和样品之间的接触,以减少由于样品沉积和残留引起的问题。 在图 4中,氩等离子体发射光谱显示在加入保护气之前,加入保护气后测得的发射光谱如图5所示。保护气的加入导致了氩气发射光谱的变化,从400纳米以下和~520纳米处的宽光谱线的消失可以看出。6jyednc

6jyednc

4:加入保护气之前,在真空室中测量等离子体的发射。6jyednc

6jyednc

5:加入保护气后,氩气发射特性在400纳米以下和~520纳米处有明显不同。6jyednc

结语

世界上第一台微型光谱仪的发明者海洋光学OceanInsight,30年来专注于光谱技术和设备的持续创新,他们研发的产品为半导体制造提供了优秀的的设备。6jyednc

紫外-可见-近红外光谱是测量等离子体发射的有力方法,以实现元素分析和基于等离子体过程的精确控制。这些数据说明了模块化光谱法对等离子体监测的能力。HR2000+高分辨率光谱仪和模块化光谱学方法在测量等离子体室条件改变时,通过等离子体室的窗口测量等离子体发射光谱,效果良好。6jyednc

还有其他的等离子体监测选项,包括Maya2000 Pro,它在紫外光下有很好的响应。另外,光谱仪和子系统可以被集成到其他设备中,并与机器学习工具相结合,以实现对等离子体室条件更复杂的控制。6jyednc

来源及参考:6jyednc

海洋光学Yvette Mattley博士及爱蛙科技:6jyednc

https://www.oceaninsight.com/globalassets/catalog-blocks-and-images/app-notes/plasma-monitoring-with-modular-high-resolution-spectroscopy.pdf6jyednc

责编:Challey
本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Challey
资深产业分析师
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 进阶秘籍:国产车规级芯片好用还避坑 作为国内头部电源厂商,金升阳坚持自主研发,在国产化和缺芯浪潮下,车规级芯片与配套变压器的分立器件隔离电源方案可以解决许多问题,在BMS电池管理系统、压缩机驱动系统、PTC加热器等应用中均有对应的电源解决方案。
  • 实现测试测量突破性创新,采用ASIC还是FPGA? 作为世界创新的幕后英雄,特别是在电子器件和通信技术方面,工程师们要开发测试设备,验证这些新技术,以把新技术推向市场。这些工程师必须运行尖端技术,处理预测行业和创新未来的挑战。在开创未来的过程中,测试测量工程师面临的基础性创新挑战之一,是确定设计中采用专用集成电路(ASIC)还是现场可编程门阵列(FPGA)。
  • 智能音箱解决方案 SCT12AX同步升压变换器系列具有极宽的输入和输出范围,应用灵活,热性能好,Rdson小,静态电流低,可调自适应输出,能够延长电池寿命。额外的保护(FB引脚过电压保护和负载断开控制)更安全和经济有效的应用。
  • 驾驶员监控系统怎样利用仿真优化 随着驾驶员越来越容易分心、困倦和损伤,驾驶员监控系统(DMS)被认为是预防事故的关键。但是我们是否过度设计了这些系统核心的传感器?
  • 马斯克:脑机接口人体实验预计半年内开启,自己也将植入 当地时间11月30日,Neuralink举办了技术展示活动“Show and Tell”,向观众展示了一段用意念打字的技术。
  • 选择GaN或SiC器件的重点是可靠性 在最具挑战性的电源应用中使用宽禁带半导体离不开对器件可靠性的仔细评估。例如,汽车市场需要体积小、重量轻的解决方案用于电动汽车。
  • 全面解读瑞萨汽车电子产业战略 瑞萨电子,作为一家全球领先的微控制器、模拟功率器件和SoC产品供应商,最近在全球几乎同步举办的慕尼黑电子展上不仅展出了他们在智能网关和域控制器、ADAS自动驾驶、智能座舱以及微控制器和传感器等方面的产品和解决方案,瑞萨电子全球汽车电子事业本部 副总裁赵明宇先生在华南慕尼黑展期间还阐述了瑞萨的产业战略以及今后对于全球汽车电子市场包括中国市场的一些理解和展望。
  • 自制回路增益测试变压器 我们可以购买测试设备,用它来检查在运行反馈回路的回路增益和回路相位属性,并且所购买的设备可以在非常宽的频率范围内提供有用的结果。然而,我所遇到的电源中的反馈回路,只需要在相当有限的频率范围内进行表征。在这种情况下,使用一些低成本元器件“自制”,效果就非常好。
  • 电动汽车用锂离子电池 这篇文章的重点是锂离子电池在电动汽车中的作用,以及这项技术的未来趋势。
  • 从数据准确性和算法有效性入手,多模式生命体征监测前端 继智能手机后,近年来可穿戴设备正“包揽”全身,逐步成为消费者新时尚:耳戴TWS耳机,腕戴智能手环/智能手表,头戴智能眼镜/智能头显,身穿心电T恤……多种多样的智能穿戴设备正成为继手机后撬动着消费电子市场增长的新亮点。但看似百花齐放的繁荣表象背后,可穿戴设备发展却暗藏隐忧——应用场景单一、功能更新缓慢、同质化严重、入局者众多……
  • 在那科技基于LoRa®打造无界位置管理系统和智能体内生 位置服务的应用需求日趋多元化:在满足位置管理需求的同时,需要添加健康、报警、语音、信息发送等功能。然而,定位模式叠加多种功能应用,导致产品的功耗增加。同时,伴随着客户对定制化的需求,数据安全、网络私密性的要求也不断提高,对本地部署组建私有通讯网络也提出了更高的需求。
  • 可穿戴设备设计关键在于数据准确性和算法有效性 本文分享了ADI在可穿戴领域的一些理解和思考,分为三个部分:一是可穿戴广义设备的市场趋势,包括“卷中卷的卷王”TWS耳机、AR/VR和智能手表;二是可穿戴产品解析;三是想做到差异化,数据和算法到底扮演着什么样的角色。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了