A uniformidade da gravação é um dos principais indicadores do processo de gravação de plasma, que afeta diretamente a eficiência e o desempenho dos dispositivos semicondutores, geralmente sob controle sinergico multidimensional, como a distribuição do plasma, os parâmetros do processo, o design do hardware, o estado da amostra e a manutenção da câmara. A análise segue a partir de estratégias específicas de controle:
A densidade do plasma, a energia iônica e a distribuição dos grupos ativos são fundamentais para determinar a uniformidade da gravação e requerem regulação precisa através de sistemas de radiofrequência, auxílio de campo magnético e design de simetria de câmara.
Controle sofisticado de sistemas de rádio-frequência (RF)
A potência de RF é a força dinâmica central gerada pelo plasma, cuja estabilidade e distribuição afetam diretamente a uniformidade do plasma:
Controle de estabilidade de potência: utilização de uma fonte de energia de RF de alta precisão (como ± 0,1% de precisão de flutuação de potência) e uma rede de correspondência automática (AutoMatchingNetwork) para compensar em tempo real as mudanças de impedância na câmara (devido ao estado da amostra, mudanças na composição do gás), evitando que o plasma local se "apague" ou "sobrecarregue". Por exemplo, na gravação iônica de reação (RIE), a desaparecimento de impedância pode levar a uma diminuição da densidade do plasma da borda do wafer, com desvios de taxa de gravação de mais de 10%, e a velocidade de resposta da rede de correspondência deve ser controlada em milissegundos.
Regulação de RF de múltiplas frequências: usando sistemas de RF de duas frequências (por exemplo, 13,56 MHz + 2 MHz) ou três frequências, a alta frequência (por exemplo, 13,56 MHz) controla principalmente a densidade do plasma (afeta a taxa de gravação) e a baixa frequência (por exemplo, 2 MHz) controla a energia de bombardeio iônico (afeta a direção da gravação). A "uniformidade de densidade" e a "uniformidade de energia", respectivamente, podem ser otimizadas ajustando a proporção de potência para diferentes frequências - por exemplo, a diferença de densidade do plasma no centro do wafer e na borda pode reduzir o desvio de densidade para menos de 3% aumentando a proporção de potência de alta frequência na área da borda (por exemplo, usando eletrodos de radiofrequência particionados).
Restrição do plasma auxiliada pelo campo magnético
Para gravação de plasma de alta densidade (por exemplo, gravação ECR, gravação ICP), o campo magnético pode restringir o movimento dos eletrões através da força de Lorentz, aumentando a uniformidade da densidade do plasma:
Otimização da intensidade e distribuição do campo magnético: o uso de um "sistema de campo magnético uniforme" composto por vários conjuntos de bobinas ajusta a corrente da bobina através de simulação (como a simulação de campo magnético COMSOL), para que o desvio da intensidade do campo magnético dentro da câmara seja ≤ 5%. Por exemplo, na gravação de ICP, se o centro do campo magnético for muito forte e a borda é fraca, isso levará à densidade do plasma central muito alta e a taxa de gravação é muito rápida; A compensação da corrente da bobina de borda reduz o desvio padrão da distribuição da densidade do plasma dentro do wafer de 8% para 2%.
Ajuste dinâmico do campo magnético: Ajuste a distribuição do campo magnético em tempo real para diferentes padrões de gravação (por exemplo, áreas gráficas de alta densidade e áreas gráficas de baixa densidade) (por exemplo, controle da corrente da bobina através de uma fonte de energia programável) para evitar a "acumulação de plasma" local - por exemplo, quando gravamos uma ranhura de grande tamanho, a área da ranhura atrai facilmente mais íons devido à acumulação de carga, o enfraquecimento dinâmico do campo magnético da área equilibra a intensidade do bombardeio de íons.
Projeto de simetria geométrica da câmara
A estrutura mecânica da câmara deve evitar "ângulos mortos" ou "campos elétricos asimétricos" para garantir a distribuição do plasma sem perturbações:
Paralelismo e simetria do eletrodo: o paralelismo do eletrodo superior e inferior (ánodo / cátodo) deve ser controlado dentro de 0,1 mm (através de guias de precisão e dispositivos de calibração horizontal), se o eletrodo for inclinado, levará a diferenças de intensidade do campo elétrico local (como o aumento do campo elétrico da borda), desencadeando a taxa de gravação "borda rápida, centro lento". Além disso, o diâmetro do eletrodo deve ser ligeiramente maior do que o diâmetro do wafer (por exemplo, quando o diâmetro do wafer é de 300 mm, o diâmetro do eletrodo é de 320 mm), reduzindo a "degradação do campo elétrico da borda".
Evitar a poluição metálica e o acúmulo de cargas elétricas: as paredes internas da câmara e os componentes (por exemplo, cabeças de pulverização, revestimentos) devem usar materiais inertes (por exemplo, revestimentos Al₂O3, Y₂O3) para evitar que os átomos metálicos poluem a amostra após a pulverização de plasma, ao mesmo tempo que reduzem o acúmulo desigual de cargas elétricas na parede (o acúmulo de cargas distorce campos elétricos locais).