집적회로 제조에서의 광 방출 분광법

소개

광학 방출 분광법(OES)은 각 공정 단계에 대한 정밀한 제어가 필수적인 집적 회로(IC) 제조에 중요한 역할을 합니다. IC는 종종 여러 층으로 구성되며, 각 층에는 복잡한 구조를 만들기 위해 정확한 증착 및 에칭이 필요합니다. 기판에 재료 층을 증착하는 데 사용되는 공정인 박막 증착에서 플라즈마 환경을 제어하는 것은 균일하고 고품질의 필름을 얻는 데 중요합니다. OES는 플라즈마 이온화 중에 방출되는 빛을 모니터링하여 증착 공정에 대한 실시간 통찰력을 제공함으로써 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 최적의 플라즈마 조건을 보장하고 결함을 방지하며 각 필름이 올바른 두께와 구성으로 증착되도록 하기 위한 정밀한 조정이 가능합니다. 따라서 OES는 현대 전자 제조에 없어서는 안 될 도구로, 효과적인 IC 제조에 필요한 높은 표준을 유지하는 데 도움이 됩니다

방법

PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 같은 박막 증착 공정에서 OES는 플라즈마 환경을 모니터링하고 제어하는 데 사용됩니다. 이 기술은 플라즈마에서 여기된 원자와 분자에서 방출되는 빛을 분석하여 구성과 거동에 대한 통찰력을 얻는 것을 포함합니다. 이러한 방출 스펙트럼을 평가함으로써 OES는 가스 유량, 압력 및 전력과 같은 매개변수를 정밀하게 조정할 수 있습니다. 이러한 제어는 증착된 박막이 두께, 균일성 및 재료 특성에 대한 원하는 사양을 충족하는지 확인합니다. OES는 박막의 품질이 장치 성능에 직접적인 영향을 미치는 반도체 장치, 태양 전지 및 기타 고급 재료의 제조에 특히 유용합니다. 예를 들어, PECVD 공정에서 OES는 플라즈마의 원소 방출 스펙트럼을 분석하여 SiO ₂ 또는 TiN과 같은 박막이 재료의 기술적 요구 사항을 충족하는 균일하고 정밀하게 증착되도록 합니다. 이는 반도체 장치 및 태양 전지 생산에 매우 중요합니다.

JJ Robbins의 실험에서 나온 그림 1은 특정 파장 영역 내의 두 방출 스펙트럼을 비교하여 SnCl 4를 플라스마 구성에 첨가한 효과를 파악합니다. 산소(O 2 ) 유량이 6 sccm이고 아르곤(Ar) 유량이 32 sccm인 플라스마의 스펙트럼은 실선으로 표시했습니다. 플라스마에 2.2 sccm의 SnCl 4 를 첨가한 후 스펙트럼은 점선으로 표시했습니다. 파선 스펙트럼의 추가 특징은 SnCl 4 첨가로 인해 많은 새로운 스펙트럼 선이 도입되었음을 나타냅니다 . 주목할 만한 새로운 신호 8개가 감지되어 두 그룹으로 나뉩니다. 소스 분자가 알려지지 않은 그룹 B 선과 유사하게 동작하고 원자 염소로 인식되는 그룹 A 선입니다. 이 실험의 목표는 SnCl 4 를 첨가하면 방출 스펙트럼이 어떻게 바뀌는지 보여주고 플라스마의 화학적 환경에 대한 통찰력을 제공하며 플라스마 조건을 최적화하는 데 도움이 되는것입니다

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수치 1. ArqO 플라즈마와 Ar 2 q O2 4 qSnCl 플라즈마의 OES 스펙트럼을 비교한 것입니다. 동그라미로 표시된 피크는 분석에 사용된 파장의 샘플입니다.

장비

광학 방출 분광법(OES)을 설정하는 데는 정밀한 측정과 실시간 모니터링을 보장하기 위한 몇 가지 중요한 단계가 포함되며, 특히 집적 회로(IC) 제조에 사용되는 에칭이나 증착과 같은 플라즈마 기반 공정에서 그렇습니다. 분광기는 OES 시스템의 핵심 구성 요소로, 방출된 빛을 구성 파장(스펙트럼)으로 분리하는 역할을 합니다. 정확한 결과를 얻으려면 분광기가 다양한 원소의 방출선을 구별할 수 있는 충분한 분해능을 제공하고 일반적으로 자외선(UV), 가시광선(VIS), 때로는 적외선(IR) 영역에 걸쳐 있는 광범위한 파장 범위를 포괄해야 합니다. 이를 통해 산소, 불소, 염소와 같은 원소의 방출을 감지할 수 있습니다

25mm 슬릿이 있는 200mm 분기 케이블과 함께 Ocean Optics USB2000+ 분광기를 사용하여 광 방출을 수집했습니다. 분광기에는 파장을 분리하기 위한 두 개의 격자가 들어 있었습니다. 하나는 200~850nm의 파장 범위를 감지했고, 다른 하나는 530~1100nm를 사용했습니다. 이 배열의 광학적 분해능은 약 1.5nm였습니다.

Figure 2. Ocean Optics USB2000+ Spectrometer

또 다른 적합한 분광기는 HR4000 분광기로, 가스 분석, 레이저 특성화, 플라즈마 모니터링과 같이 미세한 스펙트럼 세부 정보가 필요한 응용 분야를 위해 특별히 설계된 고해상도 분광기입니다. 최대 1.0nm의 분해능과 UV, VIS, 근적외선(NIR) 영역을 포함하는 190~1025nm의 넓은 파장 범위를 갖춘 HR4000은 IC 제조에 사용되는 것과 같은 플라즈마 기반 공정의 정밀한 분석에 적합합니다. 컴팩트한 디자인과 광섬유 시스템과의 호환성으로 산업 및 실험실 환경에 쉽게 통합할 수 있습니다

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그림 3. Ocean Insight의 HR400 고해상도 분광기

결론

결론적으로, 광 방출 분광법(OES)은 집적 회로(IC) 제조에 없어서는 안 될 기술로, 에칭 및 증착과 같은 플라즈마 기반 공정에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다. HR4와 같은 고해상도 분광기로 촉진되는 OES의 정밀도는 방출 스펙트럼의 자세한 분석을 가능하게 하여 산소, 불소 및 염소와 같은 원소를 정확하게 모니터링할 수 있습니다. 플라즈마 구성, 밀도 및 온도에 대한 실시간 데이터를 제공함으로써 OES는 공정 제어를 강화하고, 고품질 IC 생산을 보장하며, 반도체 기술의 지속적인 발전을 지원합니다