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EMICONの使用用途

リアクティブスパッタ成膜制御
特長
●1.4nm高分解能分光器
●200-1100nm広領域モニタ
●ノイズ成分除去波長での制御 
レシピ変更だけで、別の種類のターゲツトプロセスに簡単に、数秒で切り替えられます
 
構成
 左写真は上部が、構成と接続方法です
 
⇔PCとEMICONをUSBケーブルで接続して通   信します。
⇔EMICONと大気光ファイバーケーブル
⇔SMAコネクタ付真空遮断フランジ
⇔真空光ファイバーケーブル
⇔受光コリメータと接続して、発光をモニターします。
⇔EMICONとMFC(O2かN2)を接続し、指定の発光強度に合わせて、流量を制御します。
 
ノイズ成分を除去しての成膜制御
  (Integral + Subtraction)
 
左写真下部は、PLASUSオリジナルの制御用波長強度を積分計算し、ノイズ成分を引いての正確な発光強度を得ての成膜制御です。
 TiN成膜でノイズ成分を含んだ発光強度(左)は20,000cts(赤色)ですが、ノイズ成分を引いた発光強度(右)は15,000cts(赤色)です。
 通常の波長ピーク制御は7,000cts(青色)で、ノイズ成分含んでいます。
 
                  
プラズマ発光リアルモニタ
 
トラブルシューティング

 指定した波長ピークの経時変化をモニタし、プロセス状態を把握出来ます。

 正常プロセス時の発光状態を記録しておけば、異常が起きた発光状態との比較により、短時間で異常原因が判ります

 

 左写真上は、モニタグラフのO2波長がオシレーションしています 

 結果、MFCの不具合によるプロセス異常と判りました。(赤色)

 

  左写真下は、SiO2プロセスですが、N2や水分/水素の波長があります。

 結果、チャンバー内のベーキング不足で残留エアーがある事が判りました。(青色、水色)

 

プロセス開発

 ガス流量、パワーを増やすと発光強度は増えます。又、複数のガスを同時に注入したら、パワーや流量の条件が同じでも、各々の単独のガス注入に比べ発光強度は変化します。そこで、条件が変わった場合の基準計として、発光強度モニタを使用出来ます。

 

発光からの情報;

 

 プラズマからの光は,プラズマ中で起こる電子衝突,イオン衝突,光子衝突等の結果として発光したものです。プラズマからの光はプラズマ内部に関する多くの情報を含んでいます。

 

 プラズマからの光を各波長成分に分けて分析する分光測定を行うことにより,電子温度,イオン温度,電子密度,発光元素密度等の多くのプラズマパラメータの測定を行うことが出来ます。

 

  熱的に平衡状態にあるプラズマの中では電子の衝突によって中性の原子が励起され、もしくは電離されます。また、正イオンは電子を取り込んで再結合し中性の原子にもどり、励起された原子は余分なエネルギーを光として放出して安定な元の原子に戻ります。
 非弾性衝突では粒子間の運動エネルギーの交換の他に、粒子が持っている内部エネルギーの変化があります。内部エネルギーの変化は原子が持っている電子の回転軌道を変化させることになります。
 
非弾性衝突では粒子間の運動エネルギーの交換の他に、粒子が持っている内部エネルギーの変化があります。内部エネルギーの変化は原子が持っている電子の回転軌道を変化させることになります。


  それは各軌道によって電子の運動エネルギーに取り得る値が決まっていてその軌道間のエネルギー差に等しいエネルギーの吸収があり、それによって軌道が変更され、元に戻るときには軌道間のエネルギー差に等しいエネルギーの放出(発光)があります。

 

 従って、発光強度値と成膜中のエネルギー量は密接に関連しています。発光強度値を測定すれば、成膜状態を知る事が出来ます

 

チャンバー300cm(3m)幅のプラズマ発光強度例

 

PLASUS社EMICONの発光モニターを使用すれば、貴社ご使用装置、ご製造装置は均一な成膜が着かない理由を簡単に確認できます。

 左の写真は、300cm幅のマイクロ波電源によるプラズマ成膜です。

 成膜状態にバラツキがある為、バラツキの原因を調査する為に、

左上写真の様に、水平方向で4点、垂直方向で4点、合計8点でEMICONでプラズマ発光の測定を行いました。

 

左中グラフはEMICON4チャンネルで測定した、4点の各スペクトル(200~1100nm)と、指定した波長ピークの発光強度の時間軸での変化のEMICONのデータです。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

左下グラフは、EMICONで測定した8点での発光強度をグラフにまとめました。

 

 結果として、発光強度測定値は、O777mmの波長の中心部から左端と右端との違いは、水平(h)と垂直(v)の両方の方向で、左端でー2000cts、右端で+2000ctsと最大4000cts違っていました。

 このバラツキの原因は、ArとO2ガスのガスシャワー導入位置、又は形状に問題があると推測されます。

 

 

 

 

 

 

 

 プラズマの発光メカニズム                                                                                       

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