基于光學(xué)發(fā)射光譜法監(jiān)測等離子體的光譜峰

海洋光學(xué)（Ocean Optics）長期以來一直為半導(dǎo)體工藝設(shè)備供應(yīng)商的新材料研究提供強(qiáng)大支持，同時協(xié)助用戶克服等離子刻蝕、沉積、涂層和清潔等方面的困難和挑戰(zhàn)。海洋光學(xué)的光譜儀，基于光學(xué)發(fā)射光譜技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于等離子體監(jiān)測，并在刻蝕終點(diǎn)檢測方面表現(xiàn)出色。

實(shí)驗(yàn)配置：

實(shí)驗(yàn)采用光學(xué)發(fā)射光譜（OES）方法，分別使用紫外波段的ST微型光譜儀、通用型SR4光譜儀以及高分辨率的HR4和HR6光譜儀進(jìn)行測試。

所有光譜儀均配置了25μm的狹縫，積分時間設(shè)定為1秒，平均次數(shù)設(shè)置為1，滑動平均設(shè)置在0-1之間。根據(jù)具體使用情境，積分時間分別設(shè)定為200ms、400ms或600ms，最后對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸一化處理。

我們使用了一種系統(tǒng)，用于進(jìn)行批量等離子體刻蝕和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)，并監(jiān)測了氧氣和四氟化碳在99 SCCM和50 SCCM的流速下的等離子體情況（SCCM標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘）。氧氣可用于清洗腔內(nèi)表面或與其他氣體混合用于蝕刻，而四氟化碳則用于蝕刻硅、氧化硅、氮化硅等材料。

每個光譜儀都連接一根400μm的光纖，并通過相應(yīng)的法蘭光纖轉(zhuǎn)接頭以及工業(yè)級附件連接到腔室中，以在50W、200W和400W的功率下進(jìn)行等離子體檢測。

圖1 所有測量都使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的等離子體沉積和蝕刻工具。右下角為海洋光學(xué)光譜儀

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測試所用光譜儀均表現(xiàn)出色，可以根據(jù)不同的測試需求選擇合適的光譜儀和配置，包括特定等離子體氣體檢測、光學(xué)分辨率要求以及熱穩(wěn)定性需求（尤其在工藝環(huán)境中存在溫度變化較大的情況下）。這為用戶提供了更大的靈活性，以滿足各種應(yīng)用場景需求。

測量氧等離子體——50W功率

相比SR和ST，HR4和HR6的響應(yīng)更好，光譜峰也更明顯。

SR和ST具有相當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，但ST光譜數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出更清晰的峰(如圖2所示)。

圖2 HR系列光譜儀在低功率條件下測量氧等離子體時具有更好的性能

測量四氟化碳——400W功率

圖3中可以更清楚地看到HR4和HR6光譜儀相較于另外兩個型號的優(yōu)勢。

HR系列光譜儀的緊湊設(shè)計和出色的光學(xué)分辨率，使其能夠提供更加準(zhǔn)確的光譜數(shù)據(jù)，在等離子體相關(guān)應(yīng)用中表現(xiàn)出色。因此在將光學(xué)發(fā)射光譜（OES）技術(shù)應(yīng)用到等離子體監(jiān)測過程中，HR系列光譜儀是理想的選擇。

圖3 在測量400W功率（本次實(shí)驗(yàn)中最高功率設(shè)置）條件下的四氟化碳等離子體時，HR系列光譜儀在更寬的波長范圍內(nèi)獲得更好的光譜數(shù)據(jù)

在等離子體監(jiān)測應(yīng)用中，HR系列光譜儀的另一個顯著優(yōu)勢是其能夠覆蓋更廣泛的光譜范圍，包括從紫外到短波近紅外波段。

通常，大多數(shù)OES系統(tǒng)僅能覆蓋紫外至可見波段，因?yàn)檫@是關(guān)鍵反應(yīng)發(fā)生的波段，例如氧氣峰值產(chǎn)生或損失的終點(diǎn)檢測。

而在實(shí)際應(yīng)用場景中，近紅外波段的信號也非常重要。因?yàn)樵诘凸β蕳l件下，等離子體信號更多存在于近紅外波段，操作員可能無法透過室窗觀察等離子體的輝光。

在這種情況下，HR光譜儀可以探測到等離子體的近紅外峰，幫助確認(rèn)等離子體輝光的存在，這是一項(xiàng)非常實(shí)用的功能（如圖4所示）。

圖4 即使在低功率設(shè)置下的等離子體，HR6光譜儀在＞700 nm波段也有較強(qiáng)的光譜響應(yīng)

總結(jié)

光譜學(xué)方法在測量等離子體發(fā)射光譜和監(jiān)測等離子體蝕刻過程方面被證明是一種高效的技術(shù)。通過結(jié)合光譜硬件和技術(shù)，半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商能夠持續(xù)改進(jìn)和完善其蝕刻過程和技術(shù)。

新一代的海洋光學(xué)光譜儀，特別是HR系列高分辨率光譜儀，提供了出色的光學(xué)測量設(shè)備。

海洋光學(xué)的光學(xué)發(fā)射光譜測量系統(tǒng)和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)一步優(yōu)化了刻蝕過程，特別適用于等離子體刻蝕過程的監(jiān)測和控制。這為芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域的工業(yè)客戶和集成商提供了優(yōu)質(zhì)的光學(xué)解決方案，有助于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。