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反应离子刻蚀机的检测技术

  高密度等离子体刻蚀是当今超大规模集成电路制造过程中的关键阶段。开发了许多端点检测技术,端点检测装置是为了实时监控蚀刻过程而设计的。

  光学发射

  反应离子刻蚀机光学发射光谱(OES)是应用最广泛的端点检测手段。其原理是通过检测等离子体中任何反应性化学基团或挥发性基团发射的波长的光度变化来实现终点检查。等离子体中的原子或分子被电子刺激后,回到其他能量状态时,伴随着这个过程中释放的光。

  光的强度变化可以在反应室侧壁的观察孔中观察到。不同原子或分子产生的光波波长各不相同,光强度的变化反映了等离子体中原子或分子浓度的变化。检测到的波长可能有两种变化趋势。一个是蚀刻终点反应物发出的光强度增加。另一种情况是光的强度变弱。

  激光干涉

  激光干涉终点法(IEP)是指使用激光光源检测透明薄膜厚度的变化,当厚度变化停止时到达蚀刻终点。其原理是,激光垂直进入薄膜表面时,透明薄膜前面反射的光和穿透薄膜后,下层材料反射的光相互干涉。

  预报式检查

  随着主流半导体工艺技术从0.18 m逐渐向0.13 m工艺移动,最新的90 nm工艺被成功开发和使用。半导体元件的特征大小进一步减小,栅氧层的厚度逐渐变薄。在90 nm工艺中,闸门氧气层的厚度仅为1.2 nm。反应离子刻蚀机工艺控制不好,容易造成栅氧层损伤。同时使用的晶片大小增加到300毫米,暴露在等离子体轰炸中的蚀刻面积持续减少,检测到的终点信号强度下降,信号的信噪比降低。所有这些因素对端点检测技术本身及其测量结果的可靠性提出了更严格的要求。0.18 m工艺时,可以使用单个OES检测手段满足工艺要求。进入0.13 m工艺后,必须同时使用OES和IEP两种检查手段。IEP技术被称为预报式终点检测技术,因为它可以在蚀刻终点到达之前进行预报。

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