स्पेक्ट्रोमीटर के साथ प्लाज्मा उत्कीर्णन प्रक्रिया और अंत बिंदु निगरानी के अनुप्रयोग

1. पृष्ठभूमि

प्लाज्मा एटचिंग अर्धचालक निर्माण और अन्य माइक्रो/नैनो प्रसंस्करण क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली एक सूखी एटचिंग तकनीक है। यह सटीक सामग्री एटचिंग प्राप्त करते हुए, सामग्री की सतह पर भौतिक रूप से बमबारी करने और रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने के लिए प्लाज्मा में उच्च-ऊर्जा आयनों और रेडिकल्स का उपयोग करता है। प्लाज्मा एटचिंग प्रक्रिया में जटिल भौतिक और रासायनिक अंतःक्रियाएं शामिल होती हैं, जिसमें आवेशित कणों के बीच अंतःक्रियाएं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरें और तंत्र शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं का पूरी तरह से सैद्धांतिक रूप से अनुकरण और विश्लेषण करना मुश्किल है, जिसके लिए प्रयोगात्मक विधियों के माध्यम से वास्तविक समय की निगरानी और नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

2. तरीके

एटचिंग प्रक्रिया की निगरानी के लिए विभिन्न तरीके हैं, जैसे कि मास स्पेक्ट्रोमेट्री, लैंगमुइर जांच, प्रतिबाधा विधियां, ऑप्टिकल रिफ्लेक्टोमेट्री और ऑप्टिकल उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी (OES)। इनमें से, OES एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली मुख्यधारा की एंडपॉइंट डिटेक्शन तकनीक है। OES एक वास्तविक समय, इन-सीटू विश्लेषण तकनीक है जो विशिष्ट परिस्थितियों में उत्सर्जित स्पेक्ट्रा को मापकर पदार्थों की संरचना और विशेषताओं को निर्धारित करती है। यह प्लाज्मा एटचिंग प्रक्रिया को बाधित नहीं करता है और एटचिंग प्रक्रिया में एंडपॉइंट परिवर्तनों और पैरामीटर विविधताओं का पता लगा सकता है।

3. OES मॉनिटरिंग का सिद्धांत

प्लाज्मा एटचिंग प्रक्रिया में, OES द्वारा पता लगाए गए तत्व एट्च की गई सामग्री की संरचना और एटचिंग के दौरान बनने वाले संभावित प्रतिक्रिया उत्पादों और अस्थिर समूहों पर निर्भर करते हैं। OES प्लाज्मा से उत्सर्जित स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करके तत्वों के प्रकार और सांद्रता को निर्धारित करता है, जिससे एटचिंग प्रक्रिया की निगरानी होती है।

विशेष रूप से, OES धातु तत्वों (जैसे, एल्यूमीनियम, तांबा, लोहा), गैर-धातु तत्वों (जैसे, सिलिकॉन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन), और अस्थिर यौगिकों का पता लगा सकता है जो एटचिंग प्रक्रिया के दौरान बन सकते हैं। अर्धचालक निर्माण में, जहां प्लाज्मा एटचिंग का उपयोग अक्सर सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों के लिए किया जाता है, OES सिलिकॉन की वर्णक्रमीय विशेषताओं पर ध्यान केंद्रित करता है। इसके अतिरिक्त, यदि फ्लोरीन या क्लोरीन युक्त गैसों (जैसे, SF6, Cl2) का उपयोग एटचिंग के दौरान किया जाता है, तो OES फ्लोरीन या क्लोरीन वर्णक्रमीय संकेतों का भी पता लगा सकता है।

OES द्वारा पता लगाए गए तत्वों और सांद्रता को प्लाज्मा उत्तेजना स्थितियों, स्पेक्ट्रोमीटर रिज़ॉल्यूशन और संवेदनशीलता, और नमूने के गुणों जैसे कारकों से प्रभावित किया जाता है। इसलिए, विशिष्ट एटचिंग प्रक्रियाओं और सामग्रियों के आधार पर उपयुक्त OES डिटेक्शन स्थितियों और मापदंडों का चयन करने की आवश्यकता है।

एक उन्नत निगरानी तकनीक के रूप में, OES अर्धचालक एटचिंग प्रक्रियाओं में, विशेष रूप से एंडपॉइंट डिटेक्शन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जैसे-जैसे एटचिंग प्रक्रिया आगे बढ़ती है और शीर्ष फिल्म धीरे-धीरे हट जाती है, अंतर्निहित सामग्री का पता चलता है, प्लाज्मा के भीतर गैस का वातावरण काफी बदल जाता है। यह परिवर्तन, अंतर्निहित सामग्री द्वारा जारी अस्थिर एटचिंग उप-उत्पादों के कारण, प्लाज्मा में तटस्थ पदार्थों की सांद्रता और उनके संबंधित उत्सर्जन स्पेक्ट्रा तीव्रता को सीधे प्रभावित करता है। OES सिग्नल के अस्थायी विविधताओं की लगातार निगरानी करके, डाइइलेक्ट्रिक परत की एटचिंग प्रगति को सटीक रूप से ट्रैक किया जा सकता है, जिससे ओवर-एटचिंग को प्रभावी ढंग से रोका जा सकता है।

OES प्लाज्मा के भीतर अशुद्धता संकेतों का भी पता लगा सकता है। एटचिंग मशीन की सामान्य और असामान्य परिचालन स्थितियों के तहत, OES स्पेक्ट्रम महत्वपूर्ण अंतर दिखाता है, जो संभावित सिस्टम मुद्दों का निदान करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, स्पेक्ट्रा की तुलना करके यह जल्दी से पहचाना जा सकता है कि क्या हवा का रिसाव है, मास फ्लो कंट्रोलर्स (MFC) का अनुचित समायोजन सहायक गैस प्रवाह विसंगतियों का कारण बन रहा है, या अशुद्धता गैसों द्वारा संदूषण हो रहा है।

OES प्लाज्मा और एटचिंग एकरूपता का आकलन कर सकता है, जो वेफर पर प्लाज्मा और रासायनिक एटचेंट के समान वितरण को सुनिश्चित करके उच्च गुणवत्ता वाले एटचिंग को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। मल्टी-ऑप्टिकल पाथ माप विधियों का उपयोग करके, OES रेडियल एटचिंग एकरूपता वितरण को मैप कर सकता है, जो प्रक्रिया अनुकूलन के लिए मूल्यवान डेटा प्रदान करता है। प्रयोगों से पता चला है कि विभिन्न वेफर स्थानों पर OES सिग्नल तीव्रता और एटचिंग एकरूपता के बीच घनिष्ठ संबंध है। प्लाज्मा मापदंडों को गतिशील रूप से समायोजित करने से रेडियल एटचिंग गैर-एकरूपता को प्रभावी ढंग से नियंत्रित और कम किया जा सकता है।

OES रैखिक उत्सर्जन स्पेक्ट्रा के माध्यम से प्लाज्मा के भीतर तटस्थ कणों, आयनों और रेडिकल्स की सांद्रता को मात्रात्मक रूप से माप सकता है। ज्ञात सांद्रता वाली निष्क्रिय गैसों (जैसे, कम सांद्रता Ar) का उपयोग एक्सपोजर गैसों के रूप में करना, जिनकी विशेषता उत्सर्जन रेखाएँ मापे जा रहे सक्रिय रासायनिक आयनों के समान होती हैं, प्लाज्मा कणों की सापेक्ष सांद्रता की अप्रत्यक्ष गणना की अनुमति देती है।

Cl2 और Ar मिश्रित गैस एटचिंग वातावरण में, Cl2 सांद्रता और RF शक्ति के बीच का संबंध जटिल है। प्रयोगात्मक डेटा से पता चलता है कि ब्राइट फील्ड मोड में, स्पेक्ट्रम तीव्रता RF शक्ति बढ़ने के साथ घटती है, जो जटिल प्लाज्मा वातावरण में OES की संवेदनशीलता और अनुप्रयोग मूल्य को उजागर करती है।

OES, घटक पहचान में इसकी सुविधा, एटचिंग उपकरण के साथ उच्च एकीकरण, और नई प्रक्रिया विकास और विश्लेषण के लिए मजबूत समर्थन के साथ, एंडपॉइंट डिटेक्शन में एक पसंदीदा उपकरण है। हालाँकि, डेटा व्याख्या की जटिलता और कच्चे डेटा की बड़ी मात्रा व्यावहारिक अनुप्रयोगों में चुनौतियाँ पेश करती है।

4. सिस्टम घटक

एक OES डिटेक्शन सिस्टम जिनस्प SR100Q स्पेक्ट्रोमीटर जैसे उपकरणों का उपयोग कर सकता है, जो व्यापक तरंग दैर्ध्य रेंज कवरेज (UV-दृश्यमान-निकट IR), उच्च रिज़ॉल्यूशन, कम आवारा प्रकाश, उच्च संवेदनशीलता, कम शोर, उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात, और उच्च गति परीक्षण के लिए आसान सॉफ्टवेयर एकीकरण प्रदान करता है। इसे एक निगरानी प्रणाली स्थापित करने के लिए एंटी-एजिंग फाइबर और कोसाइन करेक्टर के साथ अनुकूलित किया जा सकता है। कोसाइन करेक्टर विंडो के माध्यम से प्रतिक्रिया कक्ष से प्लाज्मा स्पेक्ट्रा एकत्र करता है, जो विश्लेषण के लिए निगरानी स्पेक्ट्रा आउटपुट करते हुए, प्रसंस्करण के लिए ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से स्पेक्ट्रोमीटर को सिग्नल प्रसारित करता है।