Масс-спектрометрические методы в диагностике процессов плазмохимического травления

Масс-спектрометрические методы в диагностике процессов плазмохимического травления

Методы, применяемые для диагностики плазменных процессов в технологии УБИС Диагностика плазмы в реакторе Диагностика поверхности пластины Оптическая спектроскопия Лазерная интерферометрия Mасс-спектрометрия ионов Эллипсометрия (в т. ч. спектральная) Зонд Ленгмюра Tермометрия пластины СВЧ-диагностика

Области применения диагностических методов Оптимизация конструкции реакторов • Максимизация ni, nrad • Минимизация Te, Vp • Пространственная однородность ni, nrad, Te в зоне обработки Разработка новых технологических процессов • Оптимизация внешних параметров процессов (p, f, Wpl, Wbias, Twaf) • Устранение дрейфа параметров в технологическом процессе • Устранение дрейфа параметров при обработке партии пластин (process drift) Мониторинг процессов (контроль в реальном времени) • • Определение момента окончания процесса (end-point detection) Контроль in situ скорости травления/осаждения слоев Контроль in situ селективности травления Контроль состояния камеры реактора в циклах очистки

Техника масс-спектрометрии ионов R = M / δM

Проблемы отбора ионов из реактора RF CCP Реактор (13. 56 МГц) RF ICP Реактор (13. 56 МГц) ECR- w Реактор (2. 45 ГГц) Методы отбора ионов из объема плазмы: • Экстрагирующая диафрагма, канал с дифференциальной откачкой • Капилляр Основные условия применимости: • Отсутствие вмешательства в технологический процесс • Транспорт частиц по каналу не должен существенно искажать исходный компонентный состав плазмы

Пороговая ионизационная масс-спектрометрия Зависимость масс-спектрометрического сигнала для радикалов CF (а), СF 2 (б), CF 3 (в) от энергии электронов ионизирующего пучка в условиях включенной и выключенной плазмы газа CF 4 (W=50 Вт, P = 15 м. Торр)

Масс-спектрометрия ионов как метод мониторинга плазмохимического осаждения Si. H 4 a-Si + 2 H 2 I Si. H 2+ ~ PSi. H 4. Заштрихованная площадь соответствует количеству силана, израсходованному на осаждение a-Si. Chowdhury A. I. , Klein T. M. , Anderson T. M. , et al. J. Vac. Sci. Technol. A, (1998)

Масс-спектрометрия ионов в мониторинге процессов плазмохимического травления Анизотропное травление Si. O 2 в плазме CHF 3 1 – Момент включения генератора плазмы 2 – Момент включения генератора смещения G. S. Oehrlein, R. E. Ellefson et al. , J. Vac. Sci. Technol. (1999).

Экспериментально наблюдаемое влияние неоднородности ER на кривую масс-спектрометрического мониторинга Si. O 2 + 2 CF 4 Si. F 4 +2 COF 2 Сигнал CO+ при травлении образцов Si. O 2/Si c различной однородностью скорости травления по площади пластины. (А) – плазма включена, (B) – отвечает окончанию травления слоя Si. O 2, (С) – плазма выключена.

Балансовая модель радиально неоднородного травления Si. O 2/Si Условия и допущения: Для

Экспериментальные и модельные кривые d(ICO+)/dt Величина усредненной производной сигнала CO+ в ходе плазмохимического травления: экспериментальные данные (а) и результаты моделирования (б). Момент времени z 0/a отвечает вскрытию первой точки кремния под слоем оксида

Однородность травления по данным мониторинга: эксперимент и модель Однородность скорости травления слоя Si. O 2 как функция обратной величины начального наклона сигнала ICO+ (экспериментальные точки), величина производной d[COF 2]/dt, полученная из модели. Больший начальный наклон ICO+ = f(t) отвечает более однородной скорости травления по площади пластины.

Модель динамики актинометрического сигнала , где Граничные условия: Kонстанты реакций:

Результаты. Радиальное распределение фтора и интегральный сигнал актинометрического сенсора

Результаты. Контрольные параметры неоднородности скорости травления по площади пластины (II) Расчетное нормированное время переходной области Экспериментальные результаты d. W=f(b)

Резюме Ø Масс-спектрометрические методы применимы в решении задач диагностики реакторов и мониторинга плазмохимических процессов Ø Достоинство – высокая чувствительность и возможность компонентного анализа Ø Основной недостаток – сложно адаптируем для использования в промышленных установках, недостаточное временное разрешение в режиме мониторинга процессов