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

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、改良の点から研究をすすめた。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。昨年度までに試作した分光構造の改良を行い、分光される光の集光効率を向上させた。その結果、高次の回折光(3次回折光)を確認することができた。次に、分光構造、光検出フォトダイオードアレイ、マイクロミラーを集積したマイクロ分光器を試作した。レーザーを利用して、光回折、検出試験を行った。しかしながら、マイクロミラー部での光散乱ロスが大きく、分光用回折格子からの回折光を検出することはできなかった。そこで、マイクロミラーによるマイクロ分光器光導波路への光カップリング効率を向上させるため、ボールレンズを用いた集光を行うこととした。光導波路端部とマイクロミラーの間にボールレンズを固定させるため、シリコン異方性エッチングにより、ボールレンズ固定用溝を作製した。ボールレンズを設置し、光導波試験を行ったが、光の伝播を確認することはできなかった。ボールレンズ、光導波路のアライメント精度の向上が課題となっている。

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、改良の点から研究をすすめた。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。昨年度までに試作した分光構造の改良を行い、分光される光の集光効率を向上させた。その結果、高次の回折光(3次回折光)を確認することができた。次に、分光構造、光検出フォトダイオードアレイ、マイクロミラーを集積したマイクロ分光器を試作した。レーザーを利用して、光回折、検出試験を行った。しかしながら、マイクロミラー部での光散乱ロスが大きく、分光用回折格子からの回折光を検出することはできなかった。そこで、マイクロミラーによるマイクロ分光器光導波路への光カップリング効率を向上させるため、ボールレンズを用いた集光を行うこととした。光導波路端部とマイクロミラーの間にボールレンズを固定させるため、シリコン異方性エッチングにより、ボールレンズ固定用溝を作製した。ボールレンズを設置し、光導波試験を行ったが、光の伝播を確認することはできなかった。ボールレンズ、光導波路のアライメント精度の向上が課題となっている。