Endpunktbestimmung beim Plasmaätzen durch Laserlicht-Polarisationsänderung, Interferometer oder optische Spektrometer.
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Endpunktbestimmung beim Plasmaätzen

Bei der Fertigung von integrierten Schaltkreisen ICs ist es notwendig aufgebrachte Schichten zu strukturieren. Dazu muss man die Schichten teilweise entfernen. Heutzutage geschieht dies durch Trocken- oder Plasmaätzen.

ungeätzt	unvollständiges Ätzen	vollständiges Ätzen	Überätzen

Zuerst wird ein Fotolack auf die Schichten abgeschieden, dann wird der Fotolack belichtet und entwickelt. Eine Maske wird erstellt. Diese Maske schützt einen Teil der Schicht, während die ungeschützten Bereiche mit Hilfe von Plasma geätzt werden. Das Ziel des Ätzvorgangs ist es, die Schicht in den ungeschützten Bereichen komplett zu entfernen ohne die darunterliegende Schicht zu beschädigen. Um dies zu erreichen, gibt es verschiedene Möglichkeiten:

1. Verwendung von Chemikalien, die nur die Schicht die entfernt werden soll, aber nicht die darunterliegende Schicht, selektiv ätzen. In den meisten Fällen ist es nur möglich Chemikalien zu finden, die eine Schicht besser als die andere ätzen.
2. Ätzstop nach einer bestimmten Zeit. Die notwendige Ätzzeit wird aus der Ätzrate, die bei früheren Testdurchläufen bestimmt wurde, berechnet. Leider ist diese Methode nicht sehr präzise.
3. Ätzstop nach Entfernung einer bestimmten Materialstärke. Diese Methode benötigt ein im Plamaätzer eingebautes System zur Messung der Dicke. Ein übliches Messsystem ist Interferometrie.
4. Die Polarisation und Interferenz von reflektiertem Licht kann zur Erkennung von Veränderungen der optischen Eigenschaften der Oberfläche verwendet werden, wenn die oberste Schicht vollständig entfernt wird und das Licht plötzlich von einer anderen Materialoberfläche reflektiert wird.
5. Verschiedene chemische Materialien emittieren verschiedene Wellenlängen wenn sie in das Plasma eingebracht werden und sie verändern damit die Plasmafarbe. Wenn das Emissionsspektrum des Plasmas mit einem optischen Spektrometer gemessen wird, dann ist es möglich zu erkennen, wann die oberste Schicht komplett abgeätzt wurde, da sich die Beschaffenheit des Plasmas leicht verändert.

Die letzten drei Methoden sind sogenannte Endpunktbestimmungen. Alle drei Methoden können mit Trion Plasmaätzern durchgeführt werden.

Interferometer

Ein Interferometer misst den Unterschied zwischen zwei oder mehreren Lichtpfaden. Dies geschieht durch Überlagerung der Lichtstrahlen, bei der Interferenzmuster entstehen. Es wird eine monochrome Lichtquelle verwendet, die an der Oberfläche der Probe reflektiert. Sie wird von einem Referenzlichtstrahl überlappt. Kleine Änderungen im Bereich der Wellenlänge der Lichtquelle können erkannt werden.

Der Graph zeigt die Überlappung von zwei Wellenlängen (grün und blau), sowie das sich daraus ergebende Interferogramm (rot).
Trion bietet ein eigenes Interferometer für Plasmaätzer an. Dieses Endpunktbestimmungssystem verwendet einen 670nm Laser mit einem Beleuchtungsquerschnitt der bis auf 1-2 mm fokusiert werden kann. Der vom Wafer reflektierte Strahl wird von einem lichtempfindlichen Photozellenschaltkreis, der die Lichtintensität in ein analoges Spannungssignal umwandelt, detektiert. Dieses Signal wird zum E/A des Steuerungscomputers gesandt. Das Interfrenzmuster sowie die entsprechenden Verschiebungen, die mit der Schichtdickenänderung während des Ätzprozesses einhergehen, werden auf dem Computerdisplay als Graph Spannung gegen Zeit dargestellt. Da die Software die Eigenschaften des Films kennt, kann sie so konfiguriert werden, dass sie an einem bestimmten Endpunkt, entweder eine bestimmte Ätzdicke oder nach kompletter Entfernung der Materialschicht, den Ätzprozess beendet. Die gleiche Methode kann natürlich auch für PECVD Abscheidevorgänge eingesetzt werden, so dass die Anlage nach Erreichung einer vorgegebenen Schichtdicke abschaltet.
Diese Endpunktbestimmung kann auch bei ICP-Anlagen mit leichten Anpassungen der Laser- und Detektorposition eingesetzt werden.

Laser Endpunktbestimmung

Diese Methode ist eine Kombination aus Interferometrie und Reflektrometrie, gekoppelt mit leistungsstarker Software zur Auswertung des gemessenen Signals.

Das reflektierte Licht ist eine Kombination der Signale von jeder Schicht innerhalb der Probe und es werden spezielle Interferenzmuster für jede Probe generiert, die auf einem Monitor angezeigt werden können. Der Messpunkt kann entweder allein auf das zu ätzende Material oder auch teilweise auf die Maskenoberfläche gesetzt werden. Zur Endpunktbestimmung kann das Interferenzmuster für verschiedene Schichten simuliert werden und dann während des Ätzens mit dem gemessenen Signal verglichen werden. Diese Methode ist sehr effektiv und kann für das kontrollierte Ätzen und die Endpunktbestimmung von Proben mit zwei oder mehr Schichten verwendet werden. Sie kann auch zur Rückätzung von Nichtleitern auf Metallen eingesetzt werden. Dies ist für unterschiedliche Anwendungen, wie z.B. für die Fehleranalysenötig.
Das Messsystem wird vor einem Fenster mit senkrechtem Blickwinkel auf die zu ätzende Probenoberfläche montiert. Die obere Elektrode hat ein Loch, das die Messung ermöglicht. Die Anlage besteht aus einem optischen Kopf, der eine 670nm Laserquelle, einen Detektor und eine CCD Kamera beinhaltet sowie einem Steuergerät. Der optische Kopf ist auf einer XY- und Neigungsverstellung angebracht, so dass der Benutzter den Laserstrahl auf eine bestimmte Ätzstelle richten kann. Der Bleuchtungsquerschnitt beträgt um die 50 µm.

Optisches Spektrometer

Die Plasmafarbe wird durch die Teilchen im Gas bestimmt. Neben den Molekülen des Ätzgases und dessen Bruchstücken, gelangen zusätzlich auch Atome der Ätzschicht in das Plasma und beinflussen die Farbe und das optische Spektrum des Plasmas. Wenn sich das Ätzmaterial ändert, ändert sich manchmal die Farbe so stark, dass man es mit dem bloßen Auge durch das Fenster in der Plasmakammer sehen kann. Um die Lichtemission des Plasmas zu messen, kann man ein optisches Spektrometer verwenden. Trion verwendet ein kleines Spektrometer, welches Lichtemmissionen des Plasmas im Bereich von 250nm bis 800nm erkennen kann. Ein einsträngiges Glasfaserkabel, das an der Seite der Plasmakammer angebracht ist, wird verwendet um das Licht zum Spektrometer zu leiten, in dem ein fixiertes Gitter das Licht streut. Das aufgespaltene Licht wird mithilfe eines linearen CCD Detektors aufgenommen. Die Anlage, die von Trion eingesetzt wird, ist sehr schnell und kann jede Millisekunde ein volles Spektrum abspeichern. Außerdem hat es eine hohe Empfindlichkeit und eine Auflösung bis zu 0.35 nm (FWHM). Die Software kann entweder ständig das volle Spektrum darstellen oder aber die Intensität einer bestimmten Spektrallinie über die Zeit und so den richtigen Endpunkt bestimmen.

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