使用光纖光譜儀進(jìn)行等離子體監(jiān)測(cè)
海洋光學(xué) 解決方案
背景
半導(dǎo)體工業(yè)中，我們通過光刻技術(shù)制造和控制晶圓。其中蝕刻是該過程的主要環(huán)節(jié)，當(dāng)在晶圓表面蝕刻時(shí)，可使用等離子體監(jiān)測(cè)跟蹤蝕刻穿過晶圓層，并確定等離子體何時(shí) 完 quan 蝕刻特定層并到達(dá)下一層。通過監(jiān)測(cè)在蝕刻期間由等離子體產(chǎn)生的發(fā)射線，可 精 que 追蹤蝕刻過程。
實(shí)驗(yàn)原理
等離子體監(jiān)測(cè)可為樣品提供詳細(xì)元素分析，并確定在控制基于等離子體的過程中所需的關(guān)鍵等離子體參數(shù)。等離子體發(fā)射特征譜線可用于識(shí)別存在的元素，強(qiáng)度可用于實(shí)時(shí)量化粒子和電子密度。圖1為空氣300-550nm光譜曲線圖，在該波段內(nèi)，n的特征譜線有1、2、3、5、7、13；o的特征譜線有4、11；xe的特征譜線有6、8、9、10。
圖1、空氣300-550nm光譜曲線圖
氣體混合物、等離子體溫度和顆粒密度等參數(shù)對(duì)控制等離子體過程都是至關(guān)重要的。通過向腔室引入各種氣體或顆粒來改變這些參數(shù)，將會(huì)造成等離子體特性的改變，同時(shí)也會(huì)影響等離子體與基板的相互作用。監(jiān)測(cè)和控制等離子體可 改 shan 工藝和成品。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建
在其他氣體被引入到等離子體腔室時(shí)，采用uv-vis配置的ocean hdx光譜儀、qp400系列 抗 lao 化 光纖、cc-3余弦校正器進(jìn)行采樣。選擇 抗 lao 化 光纖是為避免由等離子體的強(qiáng)uv光引起的光纖內(nèi)涂層降解。選擇余弦校正器cc-3從等離子腔室獲取數(shù)據(jù)可解決等離子體強(qiáng)度的差異和測(cè)量窗口的不均勻結(jié)構(gòu)（74uv準(zhǔn)直透鏡也可作為等離子體監(jiān)測(cè)測(cè)量中余弦校正器的常用備選方案)。
圖2、光纖光譜儀測(cè)真空室中等離子體的配置簡(jiǎn)圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
圖3、光纖光譜儀測(cè)量氬等離子體的發(fā)射光譜
通過等離子體腔室窗口測(cè)量的氬等離子體的光譜如圖3所示。位于690-900nm的強(qiáng)光譜線是中性氬（ar i）的發(fā)射線，位于400-650nm的較低強(qiáng)度線是單電離的氬原子（ar ii）的發(fā)射線。圖3中所示的發(fā)射光譜是針對(duì)等離子體發(fā)射測(cè)量的豐富光譜數(shù)據(jù)的一個(gè)很好的示例。
圖4、向氬等離子體中添加氫氣會(huì)改變其光譜特性
氫氣是可添加到氬等離子體中以改變等離子體性質(zhì)的二次氣體。在圖4中，添加氫氣后，在700-900 nm之間氬線的強(qiáng)度明顯降低。這證明了光纖光譜儀可實(shí)時(shí)測(cè)量等離子體發(fā)射光譜，以用于監(jiān)測(cè)二次氣體對(duì)等離子體特性的影響能力。觀察到的光譜變化可用于確保將 最 jia 量的二次氣體添加到腔室中以得到所期望的等離子體特性。
參考文獻(xiàn)
[1]龔漢東. 等離子體刻蝕中有害氣體凈化機(jī)理的研究及其應(yīng)用[d]. 華南理工大學(xué), 2002.
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