使用小型光譜儀檢測電漿系統中的光譜峰值
使用小型光譜儀檢測電漿系統中的光譜峰值
我們評估了幾款 Ocean Optics 光譜儀，用於檢測電漿系統中的氧氣和四氟化碳，展示了小型光譜儀如何可以監測用於沉積和蝕刻的電漿中的發射峰值。
Ocean Optics 長期以來一直支援半導體製程設備供應商，研究新材料，應對電漿蝕刻和沉積、覆蓋控制和清潔相關挑戰。我們為許多電漿監測應用提供了光譜儀設置，其中光學發射光譜學是一種常用的技術，用於端點檢測。例如，在蝕刻過程中，檢測到某些電漿物種的下降可以作為指標，表明需要採取行動以防止對晶圓的損害。最近，我們評估了幾款新型的 Ocean Optics 光譜儀，用於檢測電漿系統中常用於沉積和蝕刻的氧氣和四氟化碳（CF4）。結果顯示，ST、SR 和 HR 系列的光譜儀都能成功執行測量，而高分辨率的 HR4 和 HR6 型號為這些電漿物種提供了最強的光譜響應和清晰定義的發射峰值的組合。
實驗設置
使用光學發射光譜學技術，我們使用 ST-UV 和 SR4 光譜儀以及高分辨率的 HR4 和 HR6 光譜儀進行測量。所有光譜儀均配置有25微米的縫隙，積分時間設置為1秒，平均值設置為1，盒狀平均值則在0-1之間變化。在某些情境下，積分時間設置為200、400或600毫秒，然後在後處理中重新調整。 我們使用一個設計用於晶圓批次電漿蝕刻和電漿增強化學氣相沉積（PECVD）的系統，分別在99和50 SCCM（標準每分鐘立方厘米）的流速下監測氧氣和CF4。氧氣可用於清潔腔體內的表面或與其他氣體結合用於蝕刻；CF4則用於蝕刻材料，包括矽、矽氧化物和矽氮化物。 每個光譜儀都連接到一根400微米的光纖，並結合了適當的光纖通孔、法蘭和工業級配件，用於與腔體進行接口連接（見圖1）。電漿的功率設置分別為50、200和400瓦特。
圖1。所有測量都是使用行業標準的沉積和蝕刻電漿工具進行的。請注意照片右下角的光譜儀。
所有的光譜儀表現出色，選擇型號取決於各種因素，包括感興趣的電漿氣體、光學分辨率要求以及熱穩定性需求（例如，在受到溫度變化的工藝環境中）。我們建議諮詢Ocean Optics 應用科學家，以獲得有關選擇最佳光譜儀和配件組合的指導，以適應您的應用需求。 在測量50瓦特的氧氣電漿時，即最低功率時，HR4 和 HR6 提供了最佳的響應和最清晰（更明顯）的光譜峰值。而 SR 和 ST 的響應相當，但 ST 的光譜數據呈現出較為清潔的峰值（見圖2）。
圖2。HR系列的光譜儀在低功率設定下測量氧氣電漿體表現出優異的性能。當在400瓦特的功率設置下測量CF4，即我們測量的最高功率等電漿設置時，可以更清楚地觀察到HR4和HR6光譜儀相對於其他光譜儀的優勢（見圖3）。擁有精確、適用於工藝的HR系列光譜儀，以其在緊湊機身中提供的高光學分辨率性能，為客戶在將OES系統集成到電漿體監測流程中提供了選擇。
圖3。在測量400瓦特的四氟化碳電漿體時，我們觀察到HR系列光譜儀在最廣波長範圍內表現出最強的光譜性能。
HR 系列光譜儀在等電漿監測中的另一個優勢是它們的光譜範圍，從紫外線一直延伸到短波近紅外。大多數OES系統主要關注紫外可見光範圍，因為這是需要追蹤的關鍵活動發生的地方（例如，通過氧氣峰值的產生/消失進行端點檢測），但這些測量可能會忽略近紅外響應。這很重要，因為在低功率條件下，系統操作人員可能無法通過腔體窗口觀察等電漿的光暈。在這些情境中，光譜儀可以光譜上“看到” 電漿體的近紅外峰值，從而確認它們的存在（見圖4）。
圖4。即使在低功率設置下，HR6光譜儀也檢測到了超過700納米的光譜響應。
總結
光譜學是一種強大的技術，用於測量電漿體發射和控制基於電漿體的工藝。通過充分利用光譜學硬件和專業知識的最佳組合，設備供應商可以不斷改進和完善他們為半導體行業提供的蝕刻技術。 Ocean Optics 最新一代的光譜儀和組件，特別是 HR 系列，非常適合為工業客戶和集成商提供堅固的感測解決方案，這些客戶和集成商處於芯片設計和製造的前線。