オンウェハー・マイクロラジカル・イオン分析器による表面反応解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760017
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 熊谷 慎也 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70333888)
• Keywords: プラズマ / マイクロマシン / 光導波路 / フォトダイオード / 分光 / オンウェハモニタリング / マイクロミラー / センサー

Research Abstract

オンウェハー・マイクロラジカル・イオン分析器はプラズマプロセス中にウェハ上に入射するイオン、ラジカルを分析するセンサーである。シリコンウェハ上に分光器、微小電子源を製作し、ウェハ上に入射するイオン、ラジカルを電子衝突励起させ、イオン、ラジカルからの発光を分光することによりイオン、ラジカル種を分析するものである。本年度は分光器の試作に重点をおいて研究をすすめた。
マイクロ分光器は光導波路、回折格子構造、光検出器から構成される。
光導波路のコアとしてSiON、クラッドとしてSiO_2を使用することにより、光透過率として94%以上を達成した。この光導波路の端面に分光のための回折格子を作製した。設計、プロセスの最適化により、周期3μmの回折格子構造を試作した。光導波試験により、光が回折されること(1次回折光の発生)を確認した。
光検出用フォトダイオード素子の試作を行い、特性試験を行うとともに、光導波路のとの集積化を実現する上での諸問題(アニール時における光導波路の損傷)を解決した。
これまでの光導波路、分光構造、光検出器のそれぞれの試作検討をもとに、これらを集積化したマイクロ分光器を試作した。2波長のレーザー光を用いた光分光試験により、入射させた光が波長ごとに分光されること、分光された光がフォトダイオードアレイによって検出できることを実証した。
マイクロ分光器をプラズマチャンバ内に挿入して分析を行う際に必要となる、ウェハ上の分光器の端面に上方からの発光をカップリングさせるためのマイクロミラーの検討を行った。作製のプロセスフローについての検討を行った。また光照射試験を行い、入射光がマイクロミラーによって方向を変えられ、光導波路内に伝播していくことを確認した。