JP6581600B2 - 試料のエッチング深さをその場(in situ)測定するためのグロー放電分光分析の方法およびシステム - Google Patents
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Description
− エッチングプラズマに曝露される第一の領域とエッチングプラズマから保護される第二の領域を同じ面に有する固体試料をグロー放電ランプの中にセットするステップと、
− 発光分析および/または質量分析によって、前記プラズマへの第一の領域の曝露時間に応じた、グロー放電プラズマの励起および/または電離種を表す少なくとも1つの信号を検出し、分析するステップと、
− 光ビームを発するステップと、
− 光ビームを第一の入射ビームと第二の入射ビームに空間的または角度的に分割するステップと、
− 第一の入射ビームを第一の光路に沿って第一の領域に、第二の入射ビームを第二の光路に沿って第二の領域にそれぞれ向き付けて、第一の領域で反射された第一の反射ビームと、第二の領域で反射された第二の反射ビームをそれぞれ形成するステップと、
− 第一の反射ビームと第二の反射ビームを光学的に再結合して、干渉ビームを形成するステップと、
− 前記プラズマへの第一の領域の曝露時間に応じた干渉ビームを検出して、少なくとも1つの干渉信号を形成するステップと、
− 少なくとも1つの干渉信号を処理して、そこから、前記プラズマへの第一の領域の曝露時間に応じた腐食クレータの深さの測定値を抽出するステップと、
を含む。
− 干渉信号を処理して、そこから、前記プラズマへの第一の領域の曝露時間に応じた干渉信号の位相(PHI)の測定値を抽出するステップと、
− 各瞬間tにおいて、試料の第一の領域の瞬間的エッチング速度Veを、次式を適用して判断するステップと、
をさらに含む。
− プラズマがオンに切り換えられる位相中および/またはプラズマがオフに切り換えられる位相中にそれぞれ、少なくとも1つの干渉信号がトリガされたことを検出して、プラズマがオンに切り換えられる位相に関連付けられた干渉信号を、プラズマがオフに切り換えられる位相に関連付けられた他の干渉信号と区別するステップと、
− プラズマがオンに切り換えられる位相に関連付けられた干渉信号と、プラズマがオフに切り換えられる位相に関連付けられた他の干渉信号をそれぞれ処理して、プラズマがオンに切り換えられる位相中および/またはプラズマがオフに切り換えられる位相中にそれぞれ誘導されたドリフトからの腐食クレータ深さの測定値を補正するステップと、
を含む。
図1は、グロー放電分光分析(GDS)装置において試料のエッチング深さをその場測定するシステムを概略的に示す。
試料が、ハードディスクの場合のように、シリカまたは吸収材等の透明材料の層を含むが、あまり厚くない層である場合、エッチング深さと位相差との間に単純な関係はない。実際、試料で反射されたビームは、異なる層間の界面で何度も反射される。検出された干渉ビームは、これらすべての反射を重ねた結果である。検出された干渉ビームは、エッチング中に位相と強度において変調される。
P.Yeh,Optical waves in layered media,1988,Wiley
Claims (15)
- − 固体試料(10)を受け、グロー放電エッチングプラズマ(19)を形成するようになされたグロー放電ランプ(60)であって、前記試料(10)が、前記エッチングプラズマに曝露される第一の領域(11)と前記エッチングプラズマから保護される第二の領域(12)を同じ面に有するようなグロー放電ランプ(60)と、
− 前記グロー放電ランプ(60)に接続された分光分析計であって、前記第一の領域(11)が前記プラズマに曝露される時間に応じた、前記グロー放電プラズマ(19)を表す少なくとも1つの信号を、発光分析および/または質量分析によって測定するようになされている分光分析計と、
− 前記プラズマへの曝露時間に応じた、前記試料(10)の前記第一の領域(11)のエッチングにより生成される腐食クレータの深さをその場測定するシステム(100)と、
を含む、グロー放電分光分析と試料のエッチング深さのその場測定のためのシステムにおいて、
前記腐食クレータの深さを測定するシステム(100)は、
− 光ビーム(2)を発するようになされている光源(1)を含み、
− 前記光ビーム(2)を第一の入射ビーム(21)と第二の入射ビーム(22)に空間的または角度的に分割するようになされている光学スプリッタ(3,13、23)を含み、
− 前記グロー放電ランプ(60)は、前記試料の前記第一の領域(11)に向かう第一の光路と前記第二の領域(12)に向かう第二の光路を提供し、このグロー放電ランプ(60)はアノード(15)を含み、このアノード(15)は第一の軸方向の開口部(41)とこのアノード(15)の軸に関してずれた第二の開口部(42)とを有し、
− 前記第一の入射ビーム(21)を前記第一の光路に沿って前記第一の領域(11)に、前記第二の入射ビーム(22)を前記第二の光路に沿って前記第二の領域(12)にそれぞれ方向付け、前記第一の領域(11)での反射によって第一の反射ビーム(31)を、前記第二の領域(12)での反射によって第二の反射ビーム(32)をそれぞれ形成するようになされている光学的手段(4、14、24)を含み、前記の第一の軸方向の開口部(41)は前記第一の入射ビーム(21)と前記第一の反射ビーム(31)とを通過させるようになされ、前記の第二の開口部(42)は前記第二の入射ビーム(22)と前記第二の反射ビーム(32)を通過させるようになされ、
− 前記第一の反射ビーム(31)と前記第二の反射ビーム(32)を再結合して、干渉ビーム(30)を形成するようになされている光学再結合装置(3、13、23)を含み、
− 前記干渉ビーム(30)を受け取り、前記プラズマへの前記第一の領域(11)の曝露時間に応じた干渉信号(40)を検出するようになされている検出手段(8、81、82、83、84)を含み、
− 前記干渉信号(40)を処理して、前記第一の領域(11)の前記プラズマへの曝露時間に応じた前記腐食クレータの深さ(d)を測定するようになされている処理手段を含む、
ことを特徴とするグロー放電分光分析システム。 - 前記検出手段(8,81、82、83、84)と前記処理手段は、前記干渉信号(40)を処理し、そこから前記プラズマへの前記第一の領域(11)の曝露時間に応じた前記干渉信号の振幅(A)と位相(PHI)の測定値を抽出するようになされていることを特徴とする、請求項1に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記第一の入射ビーム(21)は、前記試料の前記第一の領域(11)の前記表面の法線に関して10度未満、好ましくはゼロ以外で約5度と等しい入射角度を成すことを特徴とする、請求項1または2に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記アノード(15)が円柱形のアノードであり、前記第二の開口部(42)に前記第二の入射ビーム(22)と前記第二の反射ビーム(32)を通過させる光学窓(14)が設けられていることを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記光学スプリッタ(3、13、23)は少なくとも1つの偏光−分割プリズムを含むことを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記光学スプリッタ(3、13、23)はウォラストンプリズム(13)を含み、前記光学再結合装置(3、13、23)は別のウォラストンプリズム(23)を含み、前記第一の入射ビーム(21)を前記第一の領域(11)に、前記第二の入射ビーム(22)を前記第二の領域(12)にそれぞれ方向付けるようになされている前記光学手段(4、14、24)は、レンズ光学系(4)を含み、前記ウォラストンプリズム(13、23)は前記レンズ光学系(4)の焦点面に配置されることを特徴とする、請求項5に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記光学分離手段(3)と前記光学再結合装置(3)は一体化されることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記分光分析計は、開口部を介して前記放電ランプに連結された質量分析計を含み、前記質量分析計は質量分析によって前記グロー分析プラズマ(19)の電離種を表す少なくとも1つの信号を測定するようになされることを特徴とする、請求項1〜7の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記分光分析計は、光学窓を介して、またはレンズ光学系(4)を介して前記放電ランプに連結された光学分析計(70)を含み、前記光学分析計(70)は、好ましくは前記試料(10)の前記第一の領域(11)の表面に垂直な方向への、前記グロー放電プラズマ(19)の励起種を表す少なくとも1つの発光信号を測定するようになされていることを特徴とする、請求項1〜8の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記グロー放電分光分析システムは、前記グロー放電プラズマ(19)の励起種を表す少なくとも1つの発光信号(71)を測定するようになされている光学分析計(70)を含み、前記光源(1)は、前記グロー放電プラズマ(19)の発光の原子光線の波長範囲外で選択された波長の光ビーム(2)を発するようになされていることを特徴とする、請求項1〜9の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記検出手段(8、81、82、83、84)は、前記干渉ビーム(30)の少なくとも1つの偏光成分(35、36、37、38)を測定するようになされている偏光計を含むことを特徴とする、請求項1〜10の何れか1項に記載のグロー放電分光分析システム。
- 前記偏光計は、前記干渉ビームを複数の偏光成分に分割するように構成された別の光分割手段(51、52、53、54、55)と、各々が前記干渉信号(40)の前記複数の偏光成分のうちの1つの偏光成分(35、36、37、38)をそれぞれ検出するようになされている複数の検出器(81、82、83、84)を含むことを特徴とする、請求項11に記載のグロー放電分光分析システム。
- 試料のエッチング深さのグロー放電分光分析とその場測定の方法において、
− 固体試料(10)をグロー放電ランプ(60)の中にセットするステップであつて、前記グロー放電ランプ(60)がアノード(15)を含み、このアノード(15)は第一の軸方向の開口部(41)とこのアノード(15)の軸に関してずれた第二の開口部(42)とを有し、前記試料(10)が、エッチングプラズマ(19)に曝露される第一の領域(11)と前記エッチングプラズマ(19)から保護される第二の領域(12)を同じ面に有するようなステップと、
− 発光分析および/または質量分析によって、前記前記プラズマへの前記第一の領域(11)の曝露時間に応じた、前記グロー放電プラズマ(19)の励起および/または電離種(71)を表す少なくとも1つの信号を検出し、分析するステップと、
− 光ビーム(2)を発するステップと、
− 前記光ビーム(2)を第一の入射ビーム(21)と第二の入射ビーム(22)に空間的または角度的に分割するステップと、
− 前記第一の入射ビーム(21)を前記の第一の軸方向の開口部(41)を通る第一の光路に沿って前記第一の領域(11)に、前記第二の入射ビーム(22)を前記の第二の開口部(42)を通る第二の光路に沿って前記第二の領域(12)にそれぞれ向き付けて、前記第一の領域で反射された第一の反射ビーム(31)と、前記第二の領域(12)で反射された第二の反射ビーム(32)をそれぞれ形成するステップと、
− 前記第一の反射ビーム(31)と前記第二の反射ビーム(32)を光学的に再結合して、干渉ビーム(30)を形成するステップと、
− 前記プラズマへの前記第一の領域(11)の曝露時間に応じた前記干渉ビーム(30、35、36、37、38)を検出して、少なくとも1つの干渉信号(40)を形成するステップと、
− 前記少なくとも1つの干渉信号(40)を処理して、そこから、前記プラズマへの前記第一の領域(11)の曝露時間に応じた前記腐食クレータの深さの測定値を抽出するステップと、
を含むことを特徴とする試料のエッチング深さのグロー放電分光分析とその場測定の方法。 - 前記エッチングプラズマ(19)は、前記プラズマがオンに切り換えられる位相と前記プラズマがオフに切り換えられる他の位相との交代によってパルスモードで動作し、
− 前記プラズマがオンに切り換えられる前記位相中および/または前記プラズマがオフに切り換えられる前記位相中にそれぞれ、前記少なくとも1つの干渉信号(40)がトリガされたことを検出して、前記プラズマがオンに切り換えられる前記位相に関連付けられた干渉信号を、前記プラズマがオフに切り換えられる前記位相に関連付けられた他の干渉信号と区別するステップと、
− 前記プラズマがオンに切り換えられる前記位相に関連付けられた前記干渉信号および/または、前記プラズマがオフに切り換えられる前記位相に関連付けられた前記他の干渉信号をそれぞれ処理して、前記プラズマがオンに切り換えられる前記位相中および/または前記プラズマがオフに切り換えられる前記位相中にそれぞれ誘導されたドリフトからの腐食クレータ深さの測定値を補正するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項13または14に記載の試料のエッチング深さのグロー放電分光分析とその場測定の方法。
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