การใช้งานของกระบวนการทํากรวยพลาสมาและการติดตามจุดปลายด้วยเครื่องดูแสง

1. ข้อมูลเบื้องต้น

การกัดพลาสมาเป็นเทคโนโลยีการกัดแบบแห้งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสารกึ่งตัวนำและสาขาการประมวลผลขนาดเล็ก/นาโนอื่นๆ โดยใช้ไอออนและอนุมูลอิสระพลังงานสูงในพลาสมาเพื่อโจมตีทางกายภาพและทำปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิววัสดุ ทำให้เกิดการกัดวัสดุที่แม่นยำ กระบวนการกัดพลาสมาเกี่ยวข้องกับการโต้ตอบทางกายภาพและเคมีที่ซับซ้อน รวมถึงการโต้ตอบระหว่างอนุภาคที่มีประจุและอัตราและกลไกของปฏิกิริยาเคมี กระบวนการเหล่านี้ยากที่จะจำลองและวิเคราะห์อย่างเต็มที่ในทางทฤษฎี ต้องมีการตรวจสอบและควบคุมแบบเรียลไทม์ผ่านวิธีการทดลอง

2. วิธีการ

มีหลายวิธีในการตรวจสอบกระบวนการกัด เช่น แมสสเปกโตรเมตรี, โพรบแลงเมียร์, วิธีอิมพีแดนซ์, ออปติคัลรีเฟลคโตเมตรี และออปติคัลอิมิสชันสเปกโทรสโกปี (OES) ในบรรดาวิธีเหล่านี้ OES เป็นเทคโนโลยีการตรวจจับจุดสิ้นสุดกระแสหลักที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย OES เป็นเทคนิคการวิเคราะห์แบบเรียลไทม์ในสถานที่ ซึ่งกำหนดองค์ประกอบและลักษณะของสารโดยการวัดสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ ไม่รบกวนกระบวนการกัดพลาสมา และสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของจุดสิ้นสุดและการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ในกระบวนการกัดได้

3. หลักการตรวจสอบ OES

ในกระบวนการกัดพลาสมา องค์ประกอบที่ตรวจพบโดย OES ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุที่ถูกกัดและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้และกลุ่มระเหยที่เกิดขึ้นระหว่างการกัด OES กำหนดชนิดและความเข้มข้นขององค์ประกอบโดยการวิเคราะห์สเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากพลาสมา จึงตรวจสอบกระบวนการกัด

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง OES สามารถตรวจจับองค์ประกอบต่างๆ เช่น องค์ประกอบโลหะ (เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง เหล็ก) องค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ (เช่น ซิลิคอน ออกซิเจน ไนโตรเจน) และสารประกอบระเหยที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการกัด ในการผลิตสารกึ่งตัวนำ ซึ่งมักใช้การกัดพลาสมาสำหรับวัสดุที่มีซิลิคอนเป็นหลัก OES จะเน้นไปที่คุณสมบัติสเปกตรัมของซิลิคอน นอกจากนี้ หากใช้ก๊าซที่มีฟลูออรีนหรือคลอรีน (เช่น SF6, Cl2) ระหว่างการกัด OES อาจตรวจจับสัญญาณสเปกตรัมฟลูออรีนหรือคลอรีนได้

องค์ประกอบและความเข้มข้นที่ตรวจพบโดย OES ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น สภาวะการกระตุ้นพลาสมา ความละเอียดและความไวของสเปกโตรมิเตอร์ และคุณสมบัติของตัวอย่าง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกเงื่อนไขและพารามิเตอร์การตรวจจับ OES ที่เหมาะสมตามกระบวนการกัดและวัสดุเฉพาะ

ในฐานะที่เป็นเทคนิคการตรวจสอบขั้นสูง OES มีบทบาทสำคัญในกระบวนการกัดสารกึ่งตัวนำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตรวจจับจุดสิ้นสุด เมื่อกระบวนการกัดดำเนินไปและฟิล์มด้านบนค่อยๆ ถูกกำจัดออก เผยให้เห็นวัสดุที่อยู่ด้านล่าง สภาพแวดล้อมของก๊าซภายในพลาสมาจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก การเปลี่ยนแปลงนี้เนื่องจากผลิตภัณฑ์พลอยได้จากการกัดที่ระเหยง่ายที่ปล่อยออกมาจากวัสดุที่อยู่ด้านล่าง ส่งผลโดยตรงต่อความเข้มข้นของสารที่เป็นกลางในพลาสมาและความเข้มของสเปกตรัมการปล่อยที่สอดคล้องกัน โดยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงตามเวลาของสัญญาณ OES อย่างต่อเนื่อง ความคืบหน้าในการกัดของชั้นฉนวนสามารถติดตามได้อย่างแม่นยำ ป้องกันการกัดมากเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

OES ยังสามารถตรวจจับสัญญาณสิ่งเจือปนภายในพลาสมา ภายใต้สภาวะการทำงานปกติและผิดปกติของเครื่องกัด สเปกตรัม OES แสดงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการวินิจฉัยปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในระบบ ตัวอย่างเช่น การเปรียบเทียบสเปกตรัมสามารถระบุได้อย่างรวดเร็วว่ามีการรั่วไหลของอากาศ การปรับตัวควบคุมการไหลของมวล (MFC) ที่ไม่เหมาะสมทำให้เกิดความผิดปกติของการไหลของก๊าซเสริม หรือการปนเปื้อนโดยก๊าซสิ่งเจือปน

OES สามารถประเมินความสม่ำเสมอของพลาสมาและการกัด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุการกัดคุณภาพสูงโดยการรับประกันการกระจายตัวของพลาสมาและสารกัดกร่อนทางเคมีอย่างสม่ำเสมอเหนือแผ่นเวเฟอร์ การใช้วิธีการวัดเส้นทางแสงหลายเส้นทาง OES สามารถทำแผนที่การกระจายความสม่ำเสมอของการกัดในแนวรัศมี ซึ่งให้ข้อมูลที่มีค่าสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ การทดลองแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดระหว่างความเข้มของสัญญาณ OES ในตำแหน่งต่างๆ ของแผ่นเวเฟอร์และความสม่ำเสมอของการกัด การปรับพารามิเตอร์พลาสมาแบบไดนามิกสามารถควบคุมและลดความไม่สม่ำเสมอของการกัดในแนวรัศมีได้อย่างมีประสิทธิภาพ

OES สามารถวัดปริมาณความเข้มข้นของอนุภาคที่เป็นกลาง ไอออน และอนุมูลอิสระภายในพลาสมาผ่านสเปกตรัมการปล่อยเชิงเส้น การใช้ก๊าซเฉื่อยที่มีความเข้มข้นที่ทราบ (เช่น Ar ที่มีความเข้มข้นต่ำ) เป็นก๊าซสัมผัส ซึ่งเส้นการปล่อยลักษณะเฉพาะคล้ายกับไอออนเคมีที่ใช้งานอยู่ซึ่งกำลังวัด ทำให้สามารถคำนวณความเข้มข้นสัมพัทธ์ของอนุภาคพลาสมาได้โดยอ้อม

ในสภาพแวดล้อมการกัดด้วยก๊าซผสม Cl2 และ Ar ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของ Cl2 และกำลัง RF นั้นซับซ้อน ข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นว่าในโหมดสนามสว่าง ความเข้มของสเปกตรัมลดลงเมื่อกำลัง RF เพิ่มขึ้น ซึ่งเน้นย้ำถึงความไวและมูลค่าการใช้งานของ OES ในสภาพแวดล้อมพลาสมาที่ซับซ้อน

OES ด้วยความสะดวกในการระบุส่วนประกอบ การรวมเข้ากับอุปกรณ์กัดในระดับสูง และการสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับการพัฒนาและวิเคราะห์กระบวนการใหม่ เป็นเครื่องมือที่ต้องการในการตรวจจับจุดสิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ความซับซ้อนของการตีความข้อมูลและข้อมูลดิบจำนวนมากก่อให้เกิดความท้าทายในการใช้งานจริง

4. ส่วนประกอบของระบบ

ระบบตรวจจับ OES สามารถใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ Jinsp SR100Q ซึ่งให้การครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง (UV-มองเห็นได้-ใกล้ IR) ความละเอียดสูง แสงจรจัดต่ำ ความไวสูง สัญญาณรบกวนต่ำ อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนสูง และการรวมซอฟต์แวร์ที่ง่ายสำหรับการทดสอบความเร็วสูง สามารถปรับแต่งด้วยเส้นใยป้องกันการเสื่อมสภาพและตัวแก้ไขโคไซน์เพื่อตั้งค่าระบบตรวจสอบ ตัวแก้ไขโคไซน์รวบรวมสเปกตรัมพลาสมาจากห้องปฏิกิริยาผ่านหน้าต่าง ส่งสัญญาณผ่านใยแก้วนำแสงไปยังสเปกโตรมิเตอร์เพื่อประมวลผล ส่งออกสเปกตรัมการตรวจสอบเพื่อการวิเคราะห์