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日期：2024/01/04

我們評估了幾台海洋光學光譜儀，用於檢測等離子體系統中的氧氣和四氟化碳，展示微型光譜儀如何監測用於沉積和蝕刻等離子體中的峰值。

Ocean Optics 長期以來為半導體製程設備供應商，幫助他們研究新材料並應對等離子蝕刻和沈積、覆蓋控制和清潔相關的挑戰。我們為等離子體監測應用提供了許多光譜儀設置，其中光學光譜偵測是一種常用於終點檢測的技術。例如，檢測到某些等離子體物質的下降可以作為蝕刻製程中的指標，表明需要採取措施來防止晶圓損壞。

最近，我們評估了幾種新型海洋光學光譜儀，用於檢測常用於沉積和蝕刻的等離子體系統中的氧氣和四氟化碳 (CF₄ )。結果表明，ST、SR 和 HR 系列光譜儀均能夠成功執行測量，高分辨率 HR4 和 HR6 型號為這些等離子體物質提供了最強的光譜響應和明確定義的峰值光譜。

實驗裝置

利用光學光譜技術，我們使用 ST-UV 和 SR4 光譜儀（寬鬆地定義為「多用途」光譜儀）進行測量；HR4 和 HR6 是高解析度光譜儀。所有光譜儀均配置 25µm 狹縫，積分時間設定為 1 秒，平均值設定為 1，Boxcar 平均值在 0-1 之間變化。在某些情況下，積分時間設定為 200、400 或 600 毫秒，然後在後處理中重新調整。

使用專為晶圓批量等離子體蝕刻和等離子體增強化學氣相沉積 (PECVD) 設計的系統，我們分別在 99 和 50 SCCM 的流速下監測氧氣和 CF₄ 。（SCCM 是標準立方公分每分鐘）。氧氣可用於清潔腔室內的表面或與其他氣體結合蝕刻；CF₄ 用於蝕刻包括矽、氧化矽和氮化矽的材料。

每個光譜儀都連接到 400µm 光纖，並與適當的 fiber feedthrough、 flanges 和工業級配件結合在一起，用於與腔體連接（圖 1）。在 50、200 和 400 瓦功率設定下測量等離子體。

圖 1. 所有測量均使用業界標準等離子體工具進行沉積和蝕刻。注意照片右下角的光譜儀。

結果

所有光譜儀都表現良好，型號的選擇取決於各種因素，包括等離子體氣體、光學分辨率要求和熱穩定性需求（例如，在受溫度變化影響的製程環境中）。我們建議諮詢海洋光學應用科學家，以取得有關為您的應用選擇光譜儀和附件的最佳組合的指導。

在以 50W（最低功率）測量氧等離子體時，HR4 和 HR6 產生了最佳響應和最明顯的光譜峰值。雖然 SR 和 ST 具有相當的響應，但 HR 光譜數據呈現更清晰的峰值（圖 2）。

圖 2. HR 系列光譜儀在低功率設定下測量氧等離子體方面表現出強大的性能。

在 400W（我們測量的最高功率等離子體設定）下測量 CF₄ 時，人們可以更清楚地觀察到 HR4 和 HR6 光譜儀與其他光譜儀相比的優勢（圖 3）。擁有精確、可隨時處理的 HR 系列光譜儀，其特點是在小體積中提供了高光學分辨率性能，為客戶提供 OES 最佳整合模組,。

圖 3. 在 400W 功率下測量四氟化碳等離子體時，我們觀察到 HR 系列光譜儀在最寬的波長範圍內具有最強的光譜性能。

用於等離子體監測的 HR 系列光譜儀的另一個優點是其光譜範圍，從紫外線延伸到短波近紅外線。大多數 OES 系統都專注於紫外-可見光範圍，因為這是要檢測的關鍵地方（例如，氧峰產生/損失的終點檢測），但這些測量可能會錯過 NIR 響應。這很重要，因為在低功率條件下，系統操作員可能無法透過腔體視窗觀察等離子體光。在這些情況下，光譜儀可以透過光譜「看到」等離子體的近紅外光譜，從而確認它們的存在（圖 4）。