本研究主旨是應用與改進電漿放射光譜時間與空間解析量測系統於氯氣電漿蝕刻製程。我們使用放射光斷層掃瞄 (optical emission tomography, OET) 技術與放射光量測定 ( optical emission actinometry, OEA) 原理來分析高密度電感式耦合氯氣電漿源中氯離子、氯原子與氯分子濃度隨時間與空間變化。應用放射光譜學診斷技術於複雜化學游離電漿最大優點在於非侵入式量測。
在極大型積體電路中，為了達到微影圖案的高準確度轉移，於是廣泛利用電漿蝕刻。電漿蝕刻製程目前廣泛應用在半導體元件製作上，目前我們所研究使用機臺組態是電感式耦合電漿源（ICP）蝕刻機臺。半導體元件在朝向元件微小化、元件處理效能提高、元件多功與高經濟效益的趨勢下，電漿蝕刻製程即時控制與監測及相當重要。而電漿蝕刻製程中決定機台特性的重要指標就是蝕刻率（etching rate）、選擇性（selectivity）、均勻性（uniformity）和重現性（reappearance）。
放射光譜學應用範圍相當廣泛，包含領域：物理、化學、材料、生物和醫學方面，本研究重點在於運用放射光譜學的研究與分析技術於電漿蝕刻製程中，運用放射光譜學的研究與分析優點有：1.非侵入式量測，不對電漿造成干擾。2.多譜線放射光譜量測可得到廣泛資訊，以利分析電漿動態變化。3.搭配斷層掃瞄影像重建技術，將放射光譜資訊轉換成二維影像，以利觀測電漿空間變化。
本研究利用光譜儀即時量測電漿蝕刻製程中氯離子Cl+ (481.95 nm)、氬原子Ar（750.4 nm）、氯原子Cl (725.66 nm)、氯分子Cl2 (306 nm) 、Si（243.5 nm）、SiCl（280.7 nm）與SiCl2（336 nm）之放射光強度隨製程變化，並配合電漿濃度量測、壓力值量測及實際輸入功率值量測，協助分析電漿蝕刻物理機制與化學機制。
配合電漿放射光量測定（optical emission actinometry, OEA）的原理於氯氣（feed gas）電漿中加入少量（5％）的稀有氣體（Ar）為追蹤氣體 （trace rare gas），由Ar（750.4 nm）與Cl2（306 nm）、Cl（725.66 nm）及Cl+（481.95 nm）的放射光強度比來判斷氯氣電漿中Cl2、Cl與Cl+隨時間的濃度變化情形。
配合電漿放射光斷層掃瞄量測系統（optical emission tomography, OET ），來判斷Cl2、Cl與Cl+隨時間及空間的濃度變化情形，以了解其對Poly-Si及SiO2蝕刻率（etching rate）與蝕刻均勻度（uniformity）。電漿放射光斷層掃瞄量測系統是利用Scanning mirror system和光譜儀（spectrometer）系統，以LabVIEW程式來進行Scanning mirror syste的控制及數據擷取，並假設電漿源為光學薄電漿體（optically thin）可忽略吸收效應，而放射光強度為圓柱型軸對稱分佈，因此可以使用Abel inversion的方法，由Matlab所撰寫之程式來作電漿放射光的一維空間分佈影像重建。

[1] J. W. Coburn and M. Chen, J. Apply. Phys. 51, 3134, 1980.
[2] R. A. Gottscho and V. M. Donnelly, J. Apply Phys. 56, 245, 1984.
[3] M. A. Liberman and A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing (Wiley, New York, 1994).
[4] V. M. Donnelly, J. Vac. Sci. Technol. A 14(3), 1076, 1996.
[5] M. V. Malyshev, V. M. Donnelly, A. Kornbit, and N. A. Ciampa, J. Apply Phys. 84, 137, 1998.
[6] M. V. Malyshev and V. M. Donnelly, J. Apply Phys. 88, 6207, 2000.
[7] N. C. M. Fuller and Irving P. Herman, J. Apply Phys. 90, 3182, 2001.
[8] V. M. Donnelly, M. V. Malyshev, M. Schabel, A. Kornblit, W. Tai, I. P. Herman, and N. C. M. Fuller, Plasma Sources Sci. Technol. 11, A26, 2002.
[9] Pete Klimecky, Jessy Grzzle, and Fred L. Terry, Jr. Prepared for presentation at the AEC/APC XIV Symposium 2002.
[10] Saurabh J. Ullal and R. Godfrey, J. Vac. Sci. Technol. A 20(1), 43, 2002.
[11] M. V. Malyshev and V. M. Donnelly, J. Vac. Sci. Technol. A 15(3), 550, 1997.
[12] M. V. Malyshev and V. M. Donnelly, Phys. Rev. E 60, 6016, 1999.
[13] N. C. M. Fuller, V. M. Donnelly, Irving P. Herman, J. Vac. Sci. Technol. A 20(1), 170, 2002.
[14] M. J. Schabel, V. M. Donnelly, A. Kornbit, and W. W. Tai, J. Vac. Sci. Technol. A 20(2), 555, 2002.
[15] V. M. Donnelly and M. J. Schabel, J. Apply Phys. 91, 6288, 2002.
S. Miyake, N. Shimura, T. Makabe and A. ltoh: J. Vac. Sic. Technol. A 10, 1135 1992.
[16] L. M. Smith and D. R. Keefer, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, vol. 39(5), 367, 1988.
[17] A. Okigawa, T. Makabe, T. Shibagaki, N. Nakano, Z. L. Petrovic, T. Kogawa, and A. Itoh, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 35, pp.1890-1893, 1996.
[18] A. Okigawa, M. Tadokoro, A. Itoh, N. Nakano, Z. Lj. Petrovic, and T. Kogawa, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 36, 4605 ,1997.
[19] Eric C. Benck and Kasra Etemadi ,National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899.
[20] Luc Stafford J. Vac. Sci. Technol. A 21, 1247 (2003).
[21] S. Norasetthekul, et al., Appl. Surf. Sci. 187(1-2), 75 (2002).
[22] Jinghao Chen, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 21, 1210 (2003).
[23] Lin Sha, et al., J. Vac. Sci. Technol. A 20, 1525 (2002).
[24] J. A Mucha and D.W. Hess, “Plasma Etching,” in L. F. Thomposon and C. G. Willson, Eds., Microcircuit Processing: Lithography and Dry Etching, American Chemical Society, Washington, D. C., 1984.
[25] 丁宏哲，“氯氣電漿放射光譜解析”，國立清華大學工程與系統科學所碩士論文，2002。
[26] 雷舜誠，“300mm電感耦合式電漿源蝕刻機台之製程研究”，國立清華大學工程與系統科學所碩士論文，2001。
[27] L. M. Smith and D. R. Keefer, J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer Vol. 39, No. 5, 367 (1988).
[28] S. M. Candel, Computer Physics Communications, 23, 343 (1981).
[29] Avinash C. Kak, Malcolm Slaney, Principles of Computerized Tomographic Imaging (IEEE Press, New York, 1988).
[30] 徐重仁，“電感式電漿源之光譜量測與分析”，國立清華大學工程與系統科學所碩士論文，1999。
[31] http://www.oceanoptics.com/
[32] http://www.multimodefo.com/technical/default.htm
[33] S. Wolf, Silicon Processing for the VLSI ERA vol. 4,(Lattice Press, 2002).
[34] Gerhard Franz, Agnes Kelp, and Peter Messerer, J. Vac. Sci. Technol. A 18 (5), 2053, 2000.
[35] S. Kleditzsch and U. Riedel, J. Vac. Sci. Technol. A 18(5), 2130, 2000.
[36] R. J. Hoekstra, M. J. Grapperhaus and M. J. Kushner, J. Vac. Sci. Technol. A 15(4), 1913, 1997.
[37] C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, (Willy and Sons, 7th ed.)
[38] 龔茂林，“利用蘭牟爾探針量測混合氯氣及氬氣之電感式電漿”，國立清華大學工程與系統科學所碩士論文，2003。
[39] 謝東彥，“氯氣電漿光譜量測與分析”，國立清華大學工程與系統科學所碩士論文，2001。