Phổ Phát Xạ Quang Học Trong Việc Chế Tạo Mạch Tích Hợp

GIỚI THIỆU

Phổ phát xạ quang học (OES) đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế tạo mạch tích hợp (IC), trong đó việc kiểm soát chính xác từng bước quy trình là điều cần thiết. IC thường bao gồm nhiều lớp, mỗi lớp cần được lắng đọng và khắc chính xác để tạo ra các cấu trúc phức tạp. Trong quá trình lắng đọng màng mỏng (một quy trình được sử dụng để lắng đọng các lớp vật liệu trên chất nền) việc kiểm soát môi trường plasma là rất quan trọng để đạt được các màng đồng nhất và có chất lượng cao. OES có vai trò quan trọng, theo dõi ánh sáng phát ra trong quá trình ion hóa plasma, cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực về quá trình lắng đọng. Điều này cho phép điều chỉnh chính xác để đảm bảo điều kiện plasma tối ưu, ngăn ngừa khuyết tật và đảm bảo rằng mỗi màng được lắng đọng với độ dày và thành phần chính xác. Do đó, OES là một công cụ không thể thiếu trong sản xuất điện tử hiện đại, giúp duy trì các tiêu chuẩn cao cần thiết để chế tạo IC hiệu quả.

PHƯƠNG PHÁP

Trong các quy trình lắng đọng màng mỏng như Lắng đọng hơi hóa học tăng cường Plasma (PECVD), OES được sử dụng để theo dõi và kiểm soát môi trường plasma. Kỹ thuật này bao gồm việc phân tích ánh sáng phát ra từ các nguyên tử và phân tử bị kích thích trong plasma để hiểu rõ hơn về thành phần và cơ chế của quá trình. Bằng cách đánh giá các phổ phát xạ này, OES cho phép điều chỉnh chính xác các thông số như lưu lượng khí, áp suất và công suất. Việc kiểm soát này đảm bảo rằng màng mỏng lắng đọng đáp ứng các thông số kỹ thuật mong muốn về độ dày, độ đồng đều và các đặc tính vật liệu. OES đặc biệt hữu ích trong việc chế tạo các thiết bị bán dẫn, pin mặt trời và các vật liệu tiên tiến khác, trong đó chất lượng của màng mỏng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của thiết bị. Ví dụ, trong quy trình PECVD, OES giúp phân tích phổ phát xạ của các nguyên tố trong plasma, đảm bảo rằng các màng mỏng như SiO ₂ hoặc TiN được lắng đọng đồng đều và chính xác, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu. Điều này rất quan trọng trong việc sản xuất các thiết bị bán dẫn và pin mặt trời.

Hình 1 từ các thí nghiệm của JJ Robbins so sánh hai phổ phát xạ trong một vùng bước sóng cụ thể để xác định tác động của việc thêm SnCl4 lên thành phần plasma. Phổ từ plasma với lưu lượng oxy (O2 ) là 6 sccm và lưu lượng argon (Ar) là 32 sccm được thể hiện bằng đường liền. Sau khi thêm 2,2 sccm SnCl4 vào, phổ được thể hiện bằng đường chấm. Các tính năng bổ sung trong phổ đường đứt nét chỉ ra sự xuất hiện của nhiều vạch phổ mới do thêm SnCl4. Tám tín hiệu mới đáng chú ý đã được phát hiện và chia thành hai nhóm: Vạch nhóm B, có các phân tử nguồn chưa xác định và vạch nhóm A, có hành vi tương tự và được nhận dạng là clo nguyên tử. Mục tiêu của thí nghiệm là minh họa cách dùng SnCl4 để làm thay đổi phổ phát xạ, cung cấp thông tin chi tiết về môi trường hóa học của plasma và giúp tối ưu hóa các điều kiện plasma

Nhân vật 1. So sánh phổ OES của plasma ArqO và plasma Ar 2 q O2 4 qSnCl. Các đỉnh được khoanh tròn là mẫu bước sóng được sử dụng để phân tích.

THIẾT BỊ

Thiết lập Phổ phát xạ quang học (OES) bao gồm một số bước quan trọng để đảm bảo phép đo chính xác và giám sát thời gian thực, đặc biệt là trong các quy trình dựa trên plasma như khắc hoặc lắng đọng được sử dụng trong chế tạo mạch tích hợp (IC). Máy quang phổ là thành phần trung tâm của hệ thống OES, có nhiệm vụ tách ánh sáng phát ra thành các bước sóng thành phần (phổ). Để đạt được kết quả chính xác, máy quang phổ phải cung cấp độ phân giải đủ để phân biệt các vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau và bao phủ một phạm vi bước sóng rộng, thường bao gồm các vùng cực tím (UV), khả kiến (VIS) và đôi khi là hồng ngoại (IR). Điều này cho phép phát hiện các phát xạ từ các nguyên tố như oxy, flo và clo.

Máy quang phổ USB2000+ Ocean Optics cùng với sợi quang học 200 mm có khe hở 25 mm được sử dụng để thu thập phát xạ quang. Máy quang phổ chứa hai mạng để tách các bước sóng. Một mạng phát hiện phạm vi bước sóng từ 200 đến 850 nm: mạng còn lại từ 530 đến 1100 nm. đã được sử dụng. Với thiết kế này, độ phân giải quang học của hệ là khoảng 1,5 nm

Một máy quang phổ phù hợp khác là Máy quang phổ HR4000, đây là máy quang phổ có độ phân giải cao được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng đòi hỏi chi tiết quang phổ tốt, chẳng hạn như phân tích khí, đặc tính laser và giám sát plasma. Với độ phân giải lên đến 1,0 nm và dải bước sóng rộng từ 190 - 1025 nm bao gồm các vùng UV, VIS và cận hồng ngoại (NIR), HR4000 rất phù hợp để phân tích chính xác các quy trình dựa trên plasma, như các quy trình được sử dụng trong chế tạo IC. Thiết kế nhỏ gọn và khả năng tương thích với hệ thống sợi quang giúp dễ dàng tích hợp vào cả môi trường công nghiệp và phòng thí nghiệm

.

Hình 3. Máy quang phổ độ phân giải cao HR400 của Ocean Insight

PHẦN KẾT LUẬN

Quang phổ phát xạ quang học (OES) là công nghệ không thể thiếu trong chế tạo mạch tích hợp (IC), cung cấp những hiểu biết quan trọng về các quy trình dựa trên plasma như khắc và lắng đọng. Độ chính xác của OES được hỗ trợ bởi các máy quang phổ có độ phân giải cao như HR4, cho phép phân tích chi tiết quang phổ phát xạ, cho phép theo dõi chính xác các nguyên tố như oxy, flo và clo. Bằng cách cung cấp dữ liệu thời gian thực về thành phần, mật độ và nhiệt độ của plasma, OES tăng cường khả năng kiểm soát quy trình, đảm bảo sản xuất IC chất lượng cao và hỗ trợ những tiến bộ liên tục trong công nghệ bán dẫn.