NEW ハンドギャップモニタ搭載 昇温脱離分析装置 ESCO-TDS1200Ⅱ IR BGM
ESCO-TDS1200Ⅱ IR BGM高速昇温・低温度域測定に、試料温度の直接決定という新たな選択肢を。
ESCO-TDS1200II IR BGM は、赤外線ランプ加熱方式による昇温脱離分析装置ESCO-TDS1200II IRをベースに、ハンドギャップモニタを搭載したモデルです。
従来どおり、熱電対を用いた測定により、室温から1200℃までの広い温度範囲で昇温脱離分析が可能です。
これに加えて、ハンドギャップモニタを用いることで、シリコン基板を含む試料について、約75～500℃の範囲で試料温度を光学的に直接決定することが可能になりました。
【ESCO-TDS1200Ⅱ IR BGMの基本性能】
従来のESCO-TDS1200II IRは、赤外線ランプの光を試料周辺に集中的に照射する構造を採用しています。
・60℃/minの高速昇温
・1測定あたり約20分の短時間測定
・試料中心加熱によりチャンバー加熱を抑制
・加熱後の冷却時間は約1～1.5時間
ESCO-TDS1200Ⅱ IR BGMは、これらの特長をすべて維持しています。
ハンドギャップモニタは、シリコンのハンドギャップが温度に依存して変化する性質を利用した温度決定システムです。
透過光の分光解析により、シリコン基板表面に薄膜が形成された試料のようなシリコン基板を含む試料の温度を直接決定します。
試料温度を高速に決定できるため、高速昇温条件下においても温度制御が可能です。
・赤外線ランプ加熱
・ハンドギャップモニタによる温度決定
・温度情報に基づくランプ電力のフィードバック制御
を組み合わせることで、昇温脱離分析における温度制御の選択肢を拡張します。
図-1ハンドギャップモニタを搭載したTDS装置の概略図（図-1）。光源から放射された可視光から近赤外域までの広帯域白色光は、高純度石英ロッドを通過し、超高真空チャンバー内に設置された石英試料ステージ上のシリコン試料に入射します。分光検出器が、シリコンからの透過光の一部を受光窓を介して受け取ります。
応用事例
[1] 酸化膜表面水の評価
ハンドギャップモニタを用いた測定により、酸化膜表面に存在する水の結合状態を、脱離温度の違いとして評価できます。
□低温域で脱離する物理吸着水
□中～高温域で脱離するより強く結合した水関連種
これらを、脱離温度の違いとして明確に分離して評価することが可能になります。
このため、ウェーハレベル・ハイブリッドボンディングなど、表面水が重要となるプロセスの検討に有用です。
図-2厚さ10nmのSiO2膜を形成したp形(100)シリコン基板に40keV の加速エネルギーで1.1×1017cm-2の水素イオンを注入した試料を準備しました。
H2O分子の脱離挙動を解析したところ168℃、315℃、および398℃付近に3つの脱離ピークが観測されました。
低温側のピークは物理吸着水、高温側の2つのピークは水酸基および内部水に対応すると考えられます。
本装置によって、物理吸着水とより強く結合した水の寄与を容易に分離することが可能となり、表面のH2O吸着状態の評価に有用です。
（図-2）
[2] 酸化物半導体薄膜（IGZO 等）
水関連種や金属成分の脱離挙動を評価でき、薄膜プロセスにおける熱処理条件の検討に活用できます。
まとめ
ESCO-TDS1200II IR BGMは、高スループットという従来装置の特長を維持しながら、約75～500 ℃の範囲において、試料温度を直接決定できる新たな手段を提供します。
昇温脱離分析における温度評価の選択肢を拡張し、材料評価・プロセス検討の可能性を広げます。
