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在半导体行业，我们通过光刻来制造和控制晶圆。 在蚀刻是工艺的主要部分的情况下，当在晶圆表面进行蚀刻时，等离子体监测可用于跟踪晶圆各层的蚀刻，并确定等离子体*何时蚀刻特定层并到达下一层。 通过监测蚀刻过程中等离子体产生的发射线，可以精确跟踪蚀刻过程。

实验原理

等离子监测提供样品的详细元素分析，并确定控制基于等离子的过程所需的关键等离子参数。 等离子体发射特征可用于识别存在的元素，强度可用于实时量化粒子和电子密度。 图1是空气在300-550nm的光谱曲线。 在该波段，N的特征谱线为1、2、3、5、7、13； O的特征谱线为4、11； Xe的特征谱线为6、8、9、10。

图 1. 空气 300-550nm 光谱曲线

气体混合物、等离子体温度和粒子密度等参数对于控制等离子体过程都是至关重要的。 通过将各种气体或粒子引入腔室来改变这些参数将导致等离子体的性质发生变化，并且还会影响等离子体与基板的相互作用。 监测和控制等离子体可以改进工艺和成品。

实验系统搭建

当等离子室引入其他气体时光纤光谱仪 单色，采用紫外-可见配置的Ocean HDX光谱仪、QP400系列抗老化光纤、CC-3余弦校正器进行采样。 选用抗老化光纤，避免等离子强紫外光引起光纤内涂层降解。 选择余弦校正器 CC-3 从等离子体室获取数据可以解决等离子体强度的差异和测量窗口的不均匀结构（74UV 准直器透镜也是等离子体监测测量中余弦校正器的常见替代品）。

图 2. 用于测量真空室等离子体的光纤光谱仪配置示意图

实验结果

图 3. 光纤光谱仪测量氩等离子体的发射光谱

通过等离子体室窗口测得的氩等离子体的光谱如图3所示。690-900nm处的强谱线是中性氩（Ar I）的发射线，400-650nm处较弱的谱线是发射线单电离氩原子 (Ar II) 线。 图 3 中所示的发射光谱是为等离子体发射测量的丰富光谱数据的一个很好的例子。

图 4. 向氩等离子体中添加氢会改变其光谱特性

氢气是一种二次气体，可以添加到氩等离子体中以改变等离子体的特性。 在图4中，加入氢气后700-900nm之间的氩线强度显着降低。 这表明光纤光谱仪能够实时测量等离子体发射光谱，以监测二次气体对等离子体特性的影响。 观察到的光谱变化可用于确保将最佳量的二次气体添加到腔室以获得所需的等离子体特性。

参考

[1] 龚汉东． 等离子刻蚀有害气体净化机理研究及应用[D]. 华南理工大学光纤光谱仪 单色，2002．