Giám sát plasma nhờ quang phổ kế kiểu mô đun độ phân giải cao

Hình 1: Một hệ thống quang phổ kế kiểu mô đun có thể được cấu hình để đo plasma trong buồng chân không.

Quang phổ kế độ phân giải cao HR2000 + (độ phân giải quang học FWHM ~ 1,1 nm) được cấu hình để đo phát xạcó bước sóng từ 200-1100 nm (Grating HC-1, SLIT-25) được kết nối với bộ điều chỉnh cosine (CC-3-UV) bằng sợi cáp quang chống phân cực (sợi cáp quang QP400-1-SR-BX). Một bộ phụ kiện lấy mẫu điều chỉnh cosine CC-3-UV được lựa chọn để thu thập dữ liệu từ buồng plasma và xử lý sự chênh lệch cường độ plasma và lỗi không đồng nhất của cửa sổ đo. Các tùy chọn lấy mẫu khác gồm có thấu kính chuẩn trực và lỗ hút chân không.
 
Kết quả
Quang phổ đo được đối với plasma Argon qua cửa sổ của buồng plasma được thể hiện trong Hình 2. Các vạch quang phổ mạnh từ 690-900 nm là các vạch phát xạ từ Argon trung tính (Ar I) với các vạch có cường độ thấp hơn từ 400-650 nm tạo ra từ các nguyên tử Argon được ion hóa đơn lẻ (Ar II). Phổ phát xạ trong Hình 2 là một ví dụ tuyệt vời về dữ liệu quang phổ được đo từ quá trình phát xạ plasma. Dữ liệu quang phổ này có thể được sử dụng để xác định một loạt các thông số quan trọng để theo dõi và điều khiển quy trình dựa trên plasma trong quy trình chế tạo bán dẫn.

Hình 2: Phát xạ của plasma Argon được đo qua cửa sổ buồng chân không.

Khí Hydro là khí thứ cấp có thể được thêm vào plasma Argon để thay đổi tính chất của plasma. Trong Hình 3, tác động của việc thêm khí hyđro vào plasma Argon được thể hiện khi nồng độ khí Hydro được cho vào buồng tăng dần. Khả năng của khí Hydro trong việc thay đổi các đặc tính của plasma Argon được thể hiện rõ ràng bằng sự giảm cường độ của các vạch Argon trong khoảng bước sóng 700-900 nm trong khi sự gia tăng nồng độ khí Hydro được phản ánh bằng sự xuất hiện các vạch Hydro trong khoảng 350-450 nm. Các quang phổ này chứng minh năng lực của phương pháp đo phát xạ plasma trong thời gian thực để đánh giá tác động của khí thứ cấp lên các đặc tính của plasma. Các thay đổi quang phổ quan sát được có thể được sử dụng để đảm bảo lượng khí thứ cấp tối ưu được cho vào buồng để đạt được các đặc tính plasma mong muốn.

Hình 3: Phát xạ plasma Argon được đo trong buồng chân không trước khi bổ sung khí bảo vệ.

Hình 4: Với việc bổ sung khí bảo vệ, các đặc tính phát xạ của Argon thay đổi đáng kể ở bước sóng dưới 400 nm và ở ~ 520 nm.

Kết luận
Quang phổ UV-Vis-NIR là một phương pháp mạnh mẽ để đo phát xạ plasma, cho phép phân tích nguyên tố và điều khiển chính xác các quá trình dựa trên plasma. Dữ liệu được hiển thị ở đây thể hiện năng lực của máy đo quang phổ kiểu mô đun để giám sát plasma. Quang phổ kế độ phân giải cao HR2000+ và phương pháp quang phổ mô đun hoạt động tốt để đo phổ phát xạ plasma qua cửa sổ của buồng plasma sau khi điều kiện buồng đã được điều chỉnh.

Có sẵn các tùy chọn hệ thống giám sát plasma bổ sung, bao gồm Maya2000 Pro, đây là thiết bị phản ứng tuyệt vời trong môi trường UV. Ngoài ra, các quang phổ kế và hệ thống con có thể được tích hợp vào các thiết bị khác và kết hợp với các công cụ học máy (Machine learning) để thực hiện những điều khiển phức tạp hơn trong các điều kiện của buồng plasma.