背景

半導體工業(yè)中，我們通過光刻技術制造和控制晶圓。其中蝕刻是該過程的主要環(huán)節(jié)，當在晶圓表面蝕刻時，可使用等離子體監(jiān)測跟蹤蝕刻穿過晶圓層，并確定等離子體何時完全蝕刻特定層并到達下一層。通過監(jiān)測在蝕刻期間由等離子體產(chǎn)生的發(fā)射線，可精確追蹤蝕刻過程。

實驗原理

等離子體監(jiān)測可為樣品提供詳細元素分析，并確定在控制基于等離子體的過程中所需的關鍵等離子體參數(shù)。等離子體發(fā)射特征譜線可用于識別存在的元素，強度可用于實時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)對控制等離子體過程都是至關重要的。通過向腔室引入各種氣體或顆粒來改變這些參數(shù)，將會造成等離子體特性的改變，同時也會影響等離子體與基板的相互作用。監(jiān)測和控制等離子體可改善工藝和成品。

實驗系統(tǒng)搭建

在其他氣體被引入到等離子體腔室時，采用UV-VIS配置的Ocean HDX光譜儀、QP400系列抗老化光纖、CC-3余弦校正器進行采樣。選擇抗老化光纖是為避免由等離子體的強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)可解決等離子體強度的差異和測量窗口的不均勻結(jié)構（74UV準直透鏡也可作為等離子體監(jiān)測測量中余弦校正器的常用備選方案)。

圖2. 光纖光譜儀測真空室中等離子體的配置簡圖。

實驗結(jié)論

圖3. 光纖光譜儀測量氬等離子體的發(fā)射光譜。

通過等離子體腔室窗口測量的氬等離子體的光譜如圖3所示。位于690-900nm的強光譜線是中性氬（Ar I）的發(fā)射線，位于400-650nm的較低強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)射光譜是針對等離子體發(fā)射測量的豐富光譜數(shù)據(jù)的一個很好的示例。

圖4. 向氬等離子體中添加氫氣會改變其光譜特性。

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之間氬線的強度明顯降低。這證明了光纖光譜儀可實時測量等離子體發(fā)射光譜，以用于監(jiān)測二次氣體對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zui佳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

[1]龔漢東. 等離子體刻蝕中有害氣體凈化機理的研究及其應用[D]. 華南理工大學, 2002.

標簽：光纖光譜儀