Превосходное сухое травление

Вот что сразу бросается в глаза: многие до сих пор путают превосходное сухое травление просто с отсутствием жидкостей в процессе. Хотя на деле это целая философия управления плазмой, где каждый параметр - от ВЧ-мощности до геометрии электродов - становится критичным. Помню, как в 2005-м мы неделями не могли добиться воспроизводимости результатов на кремниевых пластинах, пока не осознали, что проблема была в банальном температурном дрейфе подложки.

Эволюция подходов к сухому травлению

Ранние установки напоминали скорее искусство, чем науку. Операторы буквально 'чувствовали' процесс по гулу генератора. Сейчас в ООО Далянь Синьцзиян Индустрия мы используем модернизированные версии ICP-систем от Applied Materials, но до сих пор сохранились рукописные журналы 90-х с пометками 'увеличить CF4 на 2% при падении скорости травления ниже 0.8 мкм/мин'.

Интересно наблюдать, как менялись приоритеты: если раньше главным был профиль травления, то сейчас на первый план вышла селективность к маске. Особенно при работе с медными соединениями, где даже 5-нм перетравливание приводит к катастрофическому росту сопротивления.

Кстати, о селективности - мы в цехах с постоянной температурой специально держим запас старых образцов Photoresist от Shin-Etsu. Иногда проще проверить на эталоне 2008 года, чем доверять новым калибровкам. Это не ностальгия, а практика: старые материалы менее стабильны, зато лучше проявляют аномалии процесса.

Оборудование и его капризы

Наши 102 единицы оборудования - это не просто цифра в отчете. Каждый станок с ЧПУ имеет свою 'биографию'. Например, модифицированный Trion Minilock проработал 11 лет, прежде чем мы обнаружили микротрещину в газораспределительной пластине. До этого полгода ломали голову над странными градиентами травления по краю пластины.

Трехкоординатные измерительные машины Mitutoyo - вообще отдельная история. Их погрешность в 0.1 мкм теоретически достаточна, но на практике мы вынуждены вводить поправочные коэффициенты для разных материалов. Алюминий 'ползет' иначе, чем вольфрам, что особенно заметно при толщинах ниже 50 нм.

Самое сложное - не сам процесс, а его стабилизация. В сборочном цехе 2000 м2 мы специально выделили зону под вакуумные шлюзы, хотя по проекту это не требовалось. Оказалось, что колебания влажности при загрузке влияют на начальную адсорбцию кислорода сильнее, чем последующие 20 минут продувки.

Практические ловушки и их решения

Ни в одном учебнике не написано, что после замены насосов нужно 3-4 цикла 'холостого' травления для стабилизации давления. Мы научились этому после того, как испортили партию дорогостоящих подложек для MEMS-датчиков. Теперь всегда делаем калибровку на тестовых кремниевых пластинах.

Еще один нюанс - так называемый 'эффект первого запуска'. Новые реакторы показывают нестабильные результаты первые 2-3 недели, пока не образуется стабильный слой полимеризации на стенках. Раньше мы пытались ускорить процесс принудительным осаждением фторуглеродов, но это приводило к неконтролируемым изменениям в химии плазмы.

Особенно сложно с травлением глубоких структур. При аспектном соотношении больше 10:1 начинаются проблемы с удалением продуктов травления. Мы пробовали различные комбинации газов - от стандартных SF6/C4F8 до экзотических SOF2. Лучшие результаты показал циклический режим с быстрыми переключениями, хотя это снижает производительность на 15-20%.

Специфика нашего производства

В Даляньской зоне есть свои особенности - сезонные колебания влажности влияют на подготовку воздуха для систем охлаждения. Пришлось устанавливать дополнительные адсорбционные осушители, хотя по спецификации производителя это не требовалось.

Из 122 сотрудников только 8 имеют доступ к настройке рецептов травления. Это не бюрократия - мы потеряли три месяца в 2015 году, когда оператор случайно изменил порядок подачи газов в многослойной структуре. После этого ввели систему двойного подтверждения для любых изменений параметров.

Инвестиции в 90 миллионов юаней позволили создать уникальную инфраструктуру. Например, наш цех с постоянной температурой поддерживает 22±0.1°C круглый год. Казалось бы, мелочь, но именно это позволило снизить вариацию толщины плёнок на 7% по сравнению с обычными условиями.

Перспективы и ограничения

Современное превосходное сухое травление упирается в фундаментальные ограничения физики плазмы. При размерах элементов ниже 5 нм начинают доминировать квантовые эффекты, которые не описываются классическими моделями.

Мы экспериментировали с различными методами контроля конечной точки процесса. Спектроскопия в реальном времени дает хорошие результаты, но требует сложной калибровки для каждого материала. Особенно проблематично с новыми low-k диэлектриками, где сигнал слабый и зашумленный.

Интересно, что иногда старые методы оказываются эффективнее новых. Например, простой контроль по изменению импеданса плазмы иногда дает более надежные результаты, чем сложные лазерные интерферометры. Особенно когда речь идет о травлении композитных материалов с неоднородной структурой.

Выводы и наблюдения

За 30 лет работы мы прошли путь от кустарных установок до современного оборудования. Но главный вывод: не существует универсального решения. Каждая технологическая задача требует своего подхода к сухому травлению.

Сайт https://www.xinjiyangongye.ru отражает только часть нашей работы. В реальности 80% времени уходит не на само травление, а на подготовку, контроль и отладку процесса. Это нормально для прецизионного производства.

Сейчас мы сосредоточены на снижении дефектности при работе с гетероструктурами. Предварительные результаты обнадеживают - удалось достичь уровня менее 0.1 дефекта на см2 для структур типа SiGe/Si. Но это тема для отдельного разговора.