随著半导体製程技术的进步，为了实现缩小线宽(critical dimensions, cd)且增大晶圆尺寸，即时(in-situ)监测与控制蚀刻製程之均匀度(uniformity)与稳定度也变得越来越重要。而氯气除了用于消毒漂白之外，也大量运用于造纸、纺织、农药、有机合成、金属冶炼、化工原料等行业。今天纽瑞德特气小编为大家介绍一下氯气电浆放射光谱的相关知识。
为开发应用于电浆製程系统上的，氯气电浆放射光谱(optical emission spectroscopy)之空间分佈影像重建与电浆浓度的量测分析，使用大面积高密度之13.56 mhz射频电感藕合式电浆源(inductively coupled plasma, icp)系统及六吋多晶硅(polysilicon)晶圆。利用电浆放射光断层扫瞄(optical emission tomography)的技术，假设电浆源为光学薄电浆体(optically thin)可以忽略吸收效应，且电浆放射光强度为圆柱型轴对称分佈，使用abel inversion来作其一维空间分佈影像重建，再结合optical emission actinometry的原理，于氯气电浆中入5%之ar为trace rare gas (trg)，并量测ar (750.4 nm)与cl2 (306 nm)、cl (725.66 nm)及cl (481.95 nm)的放射光强度比，以瞭解不同操作参数下(输入功率60∼1200 w，压力5∼20 mtorr，流量20∼100 sccm)，与蚀刻製程中(偏压功率100∼200 w)，氯离子、氯原子及氯分子浓度及解离率随空间与时间的变化情形。
相同压力下，随著输入功率的上升氯分子浓度会下降，氯原子及氯离子浓度会上升，由于输入功率越高，电子密度越高，氯分子解离率(percent dissociation)与游离(dissociative ionization)率也越高。相同功率下，随著压力的上升氯分子及氯原子浓度会上升，氯离子浓度会下降，因为压力上升粒子的平均自由路径(mean free path)会缩短，导致电子温度的下降，而且负电性气体cl2容易与电子发生碰撞(dissociative attachment)产生负离子(cl-)会消耗电子，使得电子密度下降，使得氯分子游离率降低。相同压力与输入功率下，越靠近腔体中心氯分子浓度越低，氯离子浓度越高，因为越靠近腔体中心电子密度与电子温度越高，氯分子游离率越高。当蚀刻製程中偏压功率开启时，氯原子及氯离子浓度会瞬间下降，氯分子浓度会上升，且随著越靠近晶圆表面处氯原子与氯离子浓度越低，越往腔壁处浓度越高，因为氯原子会与晶圆表面的硅产生化学反应产生siclx，氯离子会溅击(sputtering)以及离子驱策蚀刻(ion energy-driven etching)晶圆表面，导致氯原子及氯离子的消耗，使得浓度下降，当偏压关闭时，氯原子及氯离子浓度则会瞬间上升，氯分子浓度则会下降，另外由于氯离子cl2 与cl-会于靠近腔体表面处产生再结合(dissociative recombination)的效应，所以蚀刻过后越靠近腔壁处氯分子与原子浓度会变的较高。
小常识：
氯气的化学性质很活泼，它是一种活泼的非金属单质。氯原子的最外电子层有7个电子，在化学反应中容易结合一个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定状态，因此氯气具有强氧化性。
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