Тенденции развития плазменных систем в области высоких технологий

Как было отмечено выше, современная тенденция развития плазменных систем направлена на развитие триодных реакторов с источниками плотной плазмы. Основные положения, которые учитываются разработчиками современного оборудования, заключаются в удовлетворении любых требований современного производства УБИС, микро- и наномеханических систем. К наиболее передовым решениям разработчиков оборудования относятся высококачественные модули, которые реализуют самые современные процессы с высочайшими и стабильными технологическими характеристиками для пластин различных диаметров, вплоть до 300 мм. Каждый такой модуль травления должен соответствовать следующим требованиям:

  • • совместимость с платформой для загрузки-выгрузки образцов и с другими модулями;
  • • полная автономность исполнения;
  • • малая занимаемая площадь и малая площадь контактирования с незагрязненными помещениями;
  • • обеспечение высокой контролируемости состояния процесса, простое и гибкое программное обеспечение;
  • • обеспечение высоких технологических характеристик процесса;
  • • стабильность технологических характеристик при обработке максимально возможного количества пластин;
  • • низкая стоимость проведения операции в расчете на одну пластину;
  • • высокая надежность всех элементов и рабочих узлов;
  • • обеспечение высокой производительности операции;
  • • максимальное время и количество пластин между чистками;
  • • возможность работы с пластинами разного диаметра (от 75 до 200 мм);
  • • поддержание низкой температуры пластин во время проведения процессов;
  • • упрощенный доступ всех элементов и рабочих узлов для технического обслуживания и ремонта;
  • • возможность использования систем для определения момента окончания процесса травления/осаждения (End Point Detection).

Для обеспечения вышеперечисленных требований ведущие фирмы-производители стремятся к формированию следующей архитектуры своих установок:

  • • каждый модуль стыкуется с устройством загрузки-выгрузки, работающим автономно либо в составе платформы, осуществляющей транспорт пластин от модуля к модулю в едином вакуумном пространстве с высокой надежностью и производительностью;
  • • каждый модуль оснащается собственным программным обеспечением, стыкующимся с общим компьютером;
  • • многоуровневый мониторинг обеспечивает как контроль всех узлов установки в реальном времени, гак и реализацию многостадийных процессов;
  • • программное обеспечение обычно реализовано в среде Windows GUI с архитектурой Device Net (либо другой аналогичной) с выводом информации на тактильные мониторы. Система управления позволяет в режиме реального времени через LAN/modem/internet обеспечивать удаленный доступ к установке и осуществлять контроль процессов, анализируя состояние установки и возникающие отказы;
  • • транспортная система обладает высочайшей надежностью, базируется на современных платформах типа Marathon Express 600 (МХ600) фирмы Brooks Automation с роботом Brooks Mag7 либо других аналогичных и обеспечивает перенос пластин в любой последовательности между модулями. С помощью платформы 2—4 модуля формируют кластерную систему, позволяющую на одной установке реализовать одновременно 2—3 сложных процесса;
  • • конфигурация платформы с модулями рассчитывается исходя из требований минимально занимаемой площади и одновременно максимально возможного доступа к отдельным узлам;
  • • отдельные модули могут реализовывать сложнейшие процессы глубокого скоростного травления кремния по современным технологиям Bosh-процесса либо криогенного травления, высокоселективного травления металлизированных поверхностей с использованием бромводорода, высокоскоростного травления диоксида кремния в реакторе триодного типа с применением новых реагентов (гекса- фторбутадиен, перфтордекалин и др.), газового изотропного травления Si02 и Si, а также низкотемпературного ICP химического осаждения паров. На одной-двух кластерных установках можно реализовать все технологические плазменные процессы для современного производства изделий МЭМС и наносистем. На рис. 2.6 и в табл. 2.4 приведены пример конфигурации кластерной установки, реализующей ряд операций технологического маршрута производства изделий МЭМС, и ее характеристики.
Размещение кластерной установки с четырьмя модулями

Рис. 2.6. Размещение кластерной установки с четырьмя модулями

Огромное внимание разработчики плазменных систем уделяют также разработке модулей, усовершенствованных по конструкции и характеристикам источников плазмы высокой плотности, термостабилизации обрабатываемых пластин и стенок реактора, с применением новейших материалов внутрикамер- ной оснастки. Самые последние реакторы, учитывающие распределения формируемых радикальных и ионных потоков на подложку для достижения максимальных скоростей травления и равномерности, разработаны фирмами LAM Research (Kiyo), Alcatel (1-Spider), STS (Pegasus), Oxford Instruments (Plasmalab System 100 ICP-R1E) и ЕСТО-Вакуум (Каролина 15).

В качестве примера можно рассмотреть реализацию одного из наиболее эффективных источников плазмы Pegasus, на котором были получены рекордные технологические характеристики Bosh-процесса травления кремния по скорости (более 50 мкм/мин), аспектному отношению (до 100 : 1) и равномерности (менее 3% на пластине диаметром 150 мм).

  • • Для достижения максимальной равномерности травления разработан уникальный источник плазмы с двойным индуктором и двумя зонами разряда, разделенными магнитной отсечкой. Использование магнитного поля сложной конфигурации позволяет получить такое распределение плотности ионного потока, которое компенсирует неравномерность распределения потока радикалов, связанную с их гибелью на пластине;
  • • Для обеспечения высокой стабильности технологических характеристик процесса и достижения максимального времени работы между чистками стенки реактора прогреваются до температуры 120—140 °С, покрываются оплавленной керамикой, при этом они дополнительно защищены от воздействия плазмы продольным магнитным полем. Этим целям способствует также применение мошной вакуумной системы, включающей высокоскоростной (до 2000 л/с) турбомолекулярный насос, быстродействующие дроссельные заслонки, а также современной газовой системы с автономными газовыми линиями минимальной протяженности и быстродействующими клапанами и регуляторами расходов газов;
  • • Для обеспечения уникальных характеристик по равномерности поддержания температуры пластины по всей поверхности во время травления, помимо распределенного ввода гелия под пластину, обеспечивающего отвод тепла от пластины и передачу его охлаждаемому подложкодержателю, применяется оригинальный электростатический прижим с толстым (толщиной 300 мкм) диэлектрическим защитным слоем (оксид алюминия), который обеспечивает высокую равномерность по температуре и дополнительно защищает подложкодержатель от повреждений, позволяя проводить плазменные отжиги реактора без пластин.
  • • Программное обеспечение позволяет при травлении в кремнии структур с высоким аспектным отношением (более 10—20) управлять технологическими параметрами процесса с учетом изменения условий травления по мере увеличения аспектного отношения.

Отметим, что большинство отмеченных технических решений защищены патентами, что повышает коммерческую значимость оборудования и ее высокий промышленный уровень.

Таблица 2.4

Конфигурация кластерной установки с четырьмя модулями

Функциональное назначение узла установки

Основная

характеристика

Используемые

газы

Базовая платформа на четыре модуля

Гексагональная

Камера загрузки-выгрузки

Две независимые платформы с кассетами для пластин 75-200 мм

Модуль глубокого травления кремния (Bosh-процесс)

ICP-камера травления кремния

C4F8, SFg, О2, Аг

Модуль травления диэлектрических слоев (Si02, S13N4, фосфорно-силикатное стекло и др.)

ICP-камера травления

C4F8, SF6, 02, Аг, CF4, Не, CF3H

Модуль травления (поликристаллический кремний, SisN4, полициды)

ICP-камера травления

Cl2, НВг, 02, Аг, SF6, Не

Модуль атомно-слоевого осаждения

1СР-камера осаждения («FlexAl») с нагреваемым столиком

Триметилалюми- ний, 02 и др.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >