Abstract
本研究於金屬銅離子電感耦合式電漿源系統中，引入脈衝的觀念，藉由對射頻功率做週期性調變，提高電漿離子化程度，並且達到降低電子溫度，改善因為電子累積於晶圓中溝槽(trenches)或引洞(vias)的側壁上，形成電位差，使離子在轟擊蝕刻過程中，因為電位差效應，改變垂直蝕刻方向，造成底部側向蝕刻，形成電漿傷害。 而銅離子電感耦合電漿源，由於銅原子游離化特性，可經由基材上加偏壓，吸引金屬離子沈積，達到沈積方向的控制，獲得良好的階梯覆蓋性。 本研究中，分別討論在射頻功率調變下，與傳統連續模式下，電漿特性隨操作參數之變化情形。在此，吾人將利用蘭牟爾探針及光譜儀進行量測與分析。在電感式耦合脈衝調變電漿源中，施予探針偏壓收集電漿中電子、離子電流，取得電流電壓特性曲線，分析電子溫度，電漿密度，及分析電子能量機率分佈函數。其中利用補償電子機率函數中，低能電子部分，重新計算有效電子溫度。 在光譜量測中，由銅原子與銅離子譜線光強度隨操作參數之變化，討論銅原子在電漿中之游離率與操作參數之關係。由實驗結果可知，射頻線圈下方的銅原子游離率高於靶材下方，而且射頻線圈下方的游離率隨射頻功率增加而提高，表示經過射頻功率輸入，確實可以提高銅原子電漿游離率。 在二維探針量測結果中，發現靶材上方環形磁鐵，對徑向的電子溫度與電漿密度影響很大，因為帶電粒子運動受到磁場束縛，所以在接近磁場強的位置，電子溫度會升高。電漿密度高的區域也是集中在中心位置。在軸向量測的結果中，可以看出電漿密度高的區域出現在射頻線圈中心位置。 最後由訊號產生器輸入10 kHz脈衝訊號至射頻功率源中，調變射頻功率，以探針量測脈衝調變下，電漿特性隨操作參數之變化，在分析結果中可以看出，脈衝調變下的電漿密度(1011 cm-3)，比連續模式電漿密度(1010 cm-3)高1個級數(order)，而且脈衝調變下的電子溫度也比連續模式電漿低。 在脈衝調變探針量測結果中，另外以補償低能電子方式，計算有效電子溫度，將計算有效電子溫度與量測電子溫度比較，相差範圍在0.3 eV之內，隨時間變化的趨勢上差異性不大。經由量測電子溫度與計算有效電子溫度比較，可以知道補償低能電子方式，是可行性高的分析方式。此外，藉由補償低能電子分析方式，也可以看出探針無法收集到的低能電子部分，在電漿中隨操作參數之變化情形。 而光譜的量測與探針量測中，也發現有待改進的地方。光譜量測銅離子譜線時，光譜儀接受到的銅離子譜線強度太弱，使得分析後的游離率趨勢不夠明顯，所以需要找尋譜線光強度高的銅離子譜線，替代量測的銅離子(213.6 nm)譜線。而在探針量測上，因為銅會濺鍍在探針上，尤其是直流功率輸入時，因為銅靶材受轟擊效果更強，探針遭濺鍍程度更明顯，當濺鍍到探針上的銅面積增大到一定程度之後，會使探針中的鎢絲與探針外殼接地部分形成短路，造成施於探針上的偏壓與接地短路，此時探針上的偏壓會全部落電壓電流轉換電阻上，使電壓電流轉換電阻超過所能承受之功率值而燒毀。 所以實驗過程中，電壓電流曲線上如出現異常大的電流值，必須取出探針做清潔，才可繼續進行量測，這是在探針量測時須特別注意的。