我们评估了海洋光学公司用于检测等离子体系统中氧气和四氟化碳的几种光谱仪，展示了紧凑型光谱仪如何监测沉积和蚀刻等离子体中的发射峰。
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海洋光学公司长期以来一直为半导体工艺设备供应商提供支持，帮助他们研究新材料，应对与等离子刻蚀和沉积、叠层控制和清洗有关的挑战。我们为等离子体监测应用提供了许多光谱仪装置，其中光学发射光谱是一种常用于终点检测的技术。例如，在蚀刻过程中，如果检测到某些等离子体种类出现下降，则表明需要采取措施防止晶片受损。
最近，我们评估了几款较新的海洋光学光谱仪，用于检测常用于沉积和蚀刻的等离子系统中的氧气和四氟化碳（CF4）。结果表明，ST、SR 和 HR 系列光谱仪都能成功进行测量，其中高分辨率的 HR4 和 HR6 型光谱仪对这些等离子体物种的光谱响应和清晰界定的发射峰结合得最好。
注： 这篇文章的测量工作由我们的同事德里克-根特尔（Derek Guenther）完成，他是“德里克在做什么？ 的灵感来源–这是一个经常性的专题，重点介绍德里克在将光谱技术应用于各种测量挑战方面所做的最新努力。
实验装置
利用光学发射光谱技术，我们使用ST-UV和SR4光谱仪（可宽泛定义为 “多用途 “光谱仪）以及HR4和HR6（高分辨率光谱仪）进行了测量。所有光谱仪都配置了 25 微米狭缝，积分时间设置为 1 秒，平均值设置为 1，箱车平均值在 0-1 之间变化。在某些情况下，积分时间设定为 200、400 或 600 毫秒，然后在后处理中重新缩放。
我们使用专为晶圆批量等离子体蚀刻和等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 而设计的系统，分别以 99 和 50 SCCM 的流速对氧气和 CF4 进行了监测。(SCCM 是标准立方厘米/分钟）。氧气可用于清洁腔室中的表面，或与其他气体结合用于蚀刻；CF4可 用于蚀刻包括硅、氧化硅和氮化硅在内的材料。
每台光谱仪都与一根 400 微米光纤相连，并配有相应的光纤馈入件、法兰和工业级附件，以便与腔室连接（图 1）。等离子体在 50、200 和 400 瓦功率设置下进行测量。
成果
所有光谱仪均表现出色，型号的选择取决于各种因素，包括感兴趣的等离子气体、光学分辨率要求和热稳定性要求（例如，在温度变化较大的工艺环境中）。我们建议咨询海洋光学应用科学家，以获得为您的应用选择光谱仪和附件最佳组合的指导。
在 50 瓦（最低功率）下测量氧等离子体时，HR4 和 HR6 的响应最好，光谱峰也最清晰（更明显）。虽然 SR 和 ST 的响应相当，但 ST 的光谱数据显示的峰值更清晰（图 2）。
通过在 400 瓦（我们测量的最高功率等离子体设置）下测量 CF4，可以更清楚地观察到 HR4 和 HR6 光谱仪与其他光谱仪相比的优势（图 3）。HR 系列光谱仪的特点是体积小巧，具有大工作台光学分辨率性能，因此，客户在将 OES 系统集成到其等离子监测流程中时，可以获得精确的、流程就绪的 HR 系列光谱仪。
用于等离子体监测的 HR 系列光谱仪的另一个优点是其光谱范围从紫外延伸到短波近红外。大多数 OES 系统侧重于紫外-可见光范围，因为这是需要跟踪的关键活动发生的地方（例如，通过氧峰的产生/消失进行终点检测），但这些测量可能会错过近红外响应。这一点很重要，因为在低功率条件下，系统操作员可能无法通过腔室窗口观察到等离子体的发光。在这种情况下，光谱仪可以通过光谱 “看到 “等离子体的近红外峰，从而确认它们的存在（图 4）。
摘要
光谱学是测量等离子发射和控制等离子工艺的一项强大技术。通过利用光谱硬件和专有技术的最佳组合，设备供应商可以不断改进和完善他们为半导体行业提供的蚀刻技术。
最新一代的海洋光学光谱仪和组件–尤其是HR系列–非常适合为半导体行业的工业客户和集成商提供强大的传感解决方案，这些客户和集成商处于芯片设计和制造的第一线。