Abstract
在半導體工業蓬勃發展的今天，許多關鍵性的製程技術會借助電漿( Plasma)才能達成，而為了控制半導體成品在電漿製程中的良率，則必須 知道電漿在製程中的均勻性、能量分佈等等的電漿特性，這使電漿量測技 術的發展必須和電漿的使用同步進行。然而為了增加半導體成品在市場上 的競爭力，在電漿製程中漸以採用大面積高密度的射頻(Radio Frequency,RF)電漿源，這使得在量測電漿時，必須補償射頻的干擾才能 得到正確的電漿特性。所以，能夠擁有一套補償後的電漿量測系統，才能 夠瞭解射頻電漿源的特性。 電漿的量測方式有很多種，其中能夠瞭解電 漿在空間中局部特性的方法，最常見的是蘭牟牟爾探針量測技術( Langmuir Probe Diagnostic Technique)，主要原理是將金屬探針直接伸 入電漿中，並加約50V的直流偏壓，記錄探針上的電壓及電流值，繪製成 電流- 電壓特性曲線(I-V characteristic)，再配合適當的探針理論，便 可計算出電子溫度、電漿密 度、電漿電位、浮動電位及電子能量分佈函 數等重要的電漿參數。而在射頻電漿源中，量測電漿之前必須在探針上製 作射頻補償電路將射頻的干擾消除後，才能進一步對量測到的數據加以分 析。常見補償方式，是利用金屬環把電漿中的射頻電位引入探針，經電路 將射頻干擾衰減或平均掉，留下能由探針理論做正確分析的電流電壓數據 ，才再進一步了解電漿的內部結構狀態。 本實驗是接續清華大學工程與 系統科學系電漿實驗室設計研發之蘭牟爾探針自動化量測系統，針對現有 使用13.56MHz之射頻ICP(Inductive Coupled Plasma)電漿源，再進行蘭 牟爾探針的補償設計及改良工作。探針的補償設計及量測系統的電路部份 均自行製作，配合本實驗室ICP電漿源能適用之EEDF的探針理論及補償方 法，以其能在射頻電漿源中的量測得到正確的電漿特性。 實驗結果發現 ，未補償探針量得的結果，電子能量出現Non-Maxwellian分佈的機會大為 增 加，而加置射頻補償電路探針量到的結果，會有較偏Maxwellian分 佈的EEDF圖形。使用EEDF法求得的電子溫度較為可靠，且未補償探針在電 子溫度量測上會受到較大的射頻電位干擾。電漿密度的計算則以EEDF及 Thick-sheath Theory的結果較為符合ICP電漿源的條件，但因為假設上的 差異，由EEDF理論求出來的電漿密度會略小於實際的電漿密度。在探針補 償前後的電漿電位，則無太大的差別。由於探針所在的量測位置，距射頻 電漿源約6~8cm，使得部份射頻擾動電位被電漿屏蔽掉而傳不到探針表面 上來，若將補償探針置於再靠近射頻電漿源的發生處，則探針的射頻補償 效果會更明顯。