4色LEDと特許取得の新MWE技術で分光エリプソメトリー マルチスペクトル・エリプソメトリー FS-1

4色LED光源と特許取得新MWE技術
短時間にサブモノレイヤーの極薄膜を高精度解析を実現

FS-1 マルチスペクトル・エリプソメトリー



応用物理学会春季学術講演会にメイワフォーシス株式会社は出展をいたします。

4色LED光源と特許取得の新MWE技術で分光エリプソメトリー解析を実現

FS-1は4色LEDと特許取得新MWE技術が採用されています。
特許取得(米国特許番号:9,354,118)新MWE(Multi-Wavelength Ellipsometer)技術を利用して、 4⾊の光(青465 nm, 緑525 nm, 黄580 nm, 赤635 nm)を分離して使用することで、 ワイドなスペクトルを持つエリプソメトリー解析が可能です。
LEDはエリプソメーターシステムにとって理想的な光源です。 長寿命(50,000時間以上)で、装置のご利用期間中にFS-1のLED交換や位置合わせを する必要はありません。 動作中各LEDはそれぞれの波長におけるエリプソメトリックデータ取得を10ms未満で 取得します。 FS-1光源ユニットの内部オプティックスにて、4つのLEDライトが明るく 均一な1筋の光へと統合されます。


4MWE波長の利点

オングストローム・ナノ薄膜を高精度解析

サブモノレイヤーからナノ薄膜の膜厚を高精度計測
多層膜も非破壊で各層の膜厚計測を実現
サンプル 測定膜 正確性(Accuracy) 精度(Precision)
2nm SiO2(自然酸化膜) on Si SiO2 0.092nm 0.00094nm
50nm SiO2 on Si (NIST標準物質) SiO2 0.32nm 0.007nm


100nm-50-100nm ONO on Si
最表面SiO2 0.54nm 0.0049nm
中段 Si3N4 1.0nm 0.0096nm
最下面SiO2 1.4nm 0.013nm
6nm TiO2 on Si TiO2 0.066nm 0.0014nm
70nm Al2O3 on Si Al2O3 0.17nm 0.0014nm
500nm Si3N4 on Si Si3N4 2.7nm 0.048nm
130nm SiO on Au SiO膜 1.8nm 0.0039nm
エリプソメトリーは薄膜に対して非常に高感度です。これはエリプソメトリックな(Δ:デルタ)パラメーターに由来しています。エリプソメトリーは、サンプルに反射したp偏光とs偏光間の位相を測定することで、測定する光の波長(500nm)が、膜の厚さ(0.1nm未満)に比べて非常に長くても、サブモノレイヤーの厚さに至るまで正確な膜の厚さの定量値を提供します。
FS-1 Multi-Wavelength Ellipsometerにより、膜厚サンプル(厚さ0~1000nm)の範囲で膜厚精度0.001nm以上を達成することができます。 膜厚が0~1000nmである単層の薄膜を対象とした、膜厚と屈折率の測定に優れています。上記の表は、様々なサンプル(マルチ・レイヤーを含む)を用いたFS-1の標準測定での正確性と精度を示しています。

In Situ測定

MBE, MOCVD, CVD, ALD, スパッタ等に搭載して
蒸着薄膜をIn Situで高速測定評価
  • サブモノレイヤーから多層測定に対応

  • エピタキシャル成長、堆積膜の膜厚定量

  • 10m秒の高速でリアルタイム計測

  • 蒸着率と薄膜の光学定数を計測

  • In Situ イメージ図

    チャンバーへの搭載事例


    FS-1はALDやスパッタなど、様々な真空蒸着装置に取り付け、サンプル上の成膜過程をリアルタイムに計測可能です。エピタキシャル成長膜だけではなく、従来のRHEED(反射高速電子回折)では困難だった堆積膜の膜厚を定量可能です。その測定スピードは最速10m秒で膜厚変化を計測可能です。
    上の画像は、スパッタ装置に取り付けた事例です。
    FS-1はコンフラット真空フランジに接続可能で、真空蒸着装置に接続することができます。 真空を破らず、膜厚計測だけではなく蒸着率と薄膜の光学定数(n/k値)を特定することができます。またFS-APIインターフェース(LabVIEW™ 互換性あり)で外部ソフトウェア制御ができます。

    原子一層の膜厚を高精度解析

    ALDに搭載して、原子一層の膜厚を高精度測定


    insituリアルタイムグラフ
    チャンバーへの搭載事例
      ▲ALDチャンバーへの搭載事例
    原子層堆積装置(ALD)は、化学反応による成膜方法で、原子一層の成膜を行う装置です。 原子一層レベル(nmもしくはÅ領域)での成膜コントロールができます。 FS-1では高い膜厚精度(厚さ0~1000nmの範囲で膜厚精度0.001nm以上)で、成膜過程をIn Situでリアルタイムに高精度計測することができます。
    <ALD搭載事例>
    ・Kurt J. Lesker社 ( モデルALD 150LX)
    ・Lam Research社   ・Picosun社
    ・Beneq社       ・Ultratech社
     その他、カスタムALDチャンバー
    QCM-D +エリプソメトリーで同一サンプルの2手法同時計測を実現

    QCM-D(Wet Mass、粘弾性)+エリプソメトリー(Dry Mass、光学的膜厚)
    QCM-D+エリプソメトリー同時計測

    吸着分子層の水分含有量を算出


    QCM-D質量=WetMass(水+分子)/エリプソメトリー質量=Dry Mass(分子のみ)
    上グラフのすべての測定においてQCM-Dの方が大きな値を示しています。さらに水分子を多く持つサンプルほどエリプソメトリーとの差異が大きいです。
    エリプソメトリーは光学的な測定技法なので水分子の挙動は検出できません。
    QCM-D(Wet Mass) の意味
    水中に存在しているタンパク質などは水分子がカップルした状態で存在しています。
    QCM-Dは水分子を含んだタンパク質の質量を測定しています。
    >>QCM-D生体-マテリアルインタラクション解析システムはこちら<<
    In Situ測定
    FS-1のソフトウェアは検出器の内部コンピューターで、測定データを分析し、膜厚・屈折率などのサンプルパラメーターを算出します。これらのソフトウェアは検出器の内部コンピュータで動作し、ユーザーインタフェースは、標準のWebブラウザで提供します。

    解析は3つのモードで簡単に膜厚計測ができます。
    ① Single Measurement モード (ルーチーンの測定)
    ② Dynamic Measuremet モード (リアルタイムの測定)
    ③ Analysis Model モード(解析モード)


    ①ルーチーンの測定:
    Single Measurementモード

    Measure Sample】ボタンをクリックするだけで簡単に測定できます。
    ルーチーン測定
    ②リアルタイム測定:
    Dynamic Measurement
    モード

    【Start Acquisition】ボタンをクリックするだけで測定開始。

    リアルタイム測定
    ③解析モード:
    Analysis Modelモード

    新しいサンプルはこちらのモードで実施します。エリプソメトリックデータの分析を可視化して簡単に解析が可能です。

    薄膜の組成をライブラリから選んで、パラメーター(膜厚範囲)を選択します。
    【Fit Data】をクリックするだけで解析します。


    解析結果は可視化されており、正常に解析できているかを瞬時に確認できます。
    解析モード

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