JPH0438246Y2

JPH0438246Y2 -

Info

Publication number: JPH0438246Y2
Application number: JP5403687U
Authority: JP
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1992-09-08
Also published as: JPS63161307U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、物体表面に規則的に形成されたトレ
ンチもしくは孔等の凹部深さを測定する凹部深さ
測定装置に関する。

［従来技術およびその問題点］数メガビツトの記憶容量を有するDRAMでは、
チツプ上の単位メモリーセルの静電容量を減少さ
せることなしに集積密度を向上させる必要がある
ため、種々のタイプの縦型容量セルが案出されて
いる。第５図にはその一例が示されており、トレ
ンチ（trench）１０の深さは１〜10μｍ程度であ
り、トレンチ１０により分画された単位セル１２
の一辺の長さは数μｍ程度である。

トレンチ深さ測定装置としては、走査型電子顕
微鏡（SEM）を用いたものがある。SEMによれ
ば、高精度測定ができるばかりでなく、トレンチ
内部の局所的形状に関する情報も得られる。

しかし、SEMは高価であり、取り扱いが煩雑
である。そのうえ、シリコンウエーハを切断しな
ければ測定できないので、抜き取り検査が主であ
り、生産ラインにおいてリアルタイム測定を行う
ことは不可能である。

そこで、第６図に示すような走査型フーリエ分
光器を用いたトレンチ深さ測定装置が案出されて
いる。

この測定装置では、連続した波長領域の光を放
射するハロゲンランプ１４等が光源として用いら
れ、コリメータレンズ１６により平行化された光
束はその一部がビームスプリツター１８を透過
し、表面にトレンチが形成されたシリコンウーエ
ハ２０に垂直照射され、その反射光の一部がビー
ムスプリツター１８により反射され、次いで平面
鏡２２により反射されてマイケルソン干渉計２４
へ入射される。そして、マイケルソン干渉計２４
の出射光強度が光センサ２６により検出され、ア
ンプ２８、フイルタ３０を介してストレージオシ
ロスコープ３２へ供給され、移動鏡３４の走査に
同期してストレージオシロスコープ３２が動作す
る。ストレージオシロスコープ３２の管面には、
単位セル１２の表面及びトレンチ１０の底面から
の正反射により、メインピークＭとサブピークＳ
を有するインターフエログラムが映し出される。

この装置によれば、シリコンウエーハ２０を非
破壊で測定できる。

しかし、市販されているフーリエ分光器をこの
ような測定に適用しようとすると、メインピーク
ＭとサブピークＳとの間のサンプリング点数ｍが
極端に少なく、測定精度が低い。すなわち、固定
鏡３６に対する移動鏡３４の最大移動量をＸ／
２、全データ点数をＮとすると、トレンチ深さｄ
について、ｄ＝Xm／Ｎが成立し、Ｘ＝１cm、Ｎ＝8192のとき、ｄ＝1μ
ｍに対してｍ＝0.8、ｄ＝10μmに対してｍ＝８と
なり、測定精度が低い。

本考案の目的は、上記問題点に鑑み、高精度測
定が可能な凹部深さ測定装置を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］本考案に係る凹部深さ装置では、連続した波長領域の光を発する光源と、モノクロ
メータと、光を反射し表面に凹部が規則的に形成された被
測定物体の該表面へ、凹面が斜めに向けて配設さ
れ、該光源からの光が通過され該表面からの正反
射光が通過される孔が該凹面に穿設され、該表面
からの零次以外の回折光を該凹面で反射させて該
モノクロメータへ入射させる凹面鏡と、該モノクロメータからの出射光の光強度を検出
する光センサと、波数又は波長に関する該光強度の曲線に含まれ
る複数のピークのピーク間距離から該凹部の深さ
を演算し出力する演算手段と、を有することを特徴としている。

［実施例］図面に基づいて本考案の実施例を説明する。

第１図には第１実施例の構成が示されている。

被測定物体としのシリコンウエーハ４０の上方
には、球面鏡４２がその凹面を斜め下方へ向けて
配設されている。このシリコンウエーハ４０は
DRAM用であり、この表面には、第６図に示す
ようなトレンチ１０が規則的に形成されている。
球面鏡４２の中心部には円孔４４が穿設され、円
孔４４の上方には集光レンズ４６を介して白色光
源４８が配設されている。白色光源４８からの白
色光は、集光レンズ４６により屈折され、円孔４
４を通り、集光されてシリコンウエーハ４０の表
面を略垂直に投射され、その零次以外の回折光が
球面鏡４２の凹面により側方へ反射され、集光さ
れてモノクロメータ５０へ入射される。

この回折光は、第４図に示す如く、単位セル１
２の表面からの回折光と、トレンチ１０の底面で
の反射後該底面上方かつ単位セル１２の表面と同
一高さの面（相補的な面）からの回折光である。
また、球面鏡４２の外周形状は円形が好ましい
が、楕円形又は矩形等であつてもよい。

モノクロメータ５０により、波数に応じて角
分散された光は、フオトダイオードアレイ５２に
投射される。モノクロメータ５０は、例えば凹面
回折格子で構成されており、この場合には、その
結像面に沿つてフオトダイオードアレイ５２が配
設される。

フオトダイオードアレイ５２は、マイクロコン
ピユータ５４によりドライバ５６を介して走査さ
れ、各波数に対する受光強度が順次読み出され
てアンプ５８へ供給され、Ａ／Ｄ変換器６０によ
りデジタル変換されてマイクロコンピユータ５４
へ供給される。マイクロコンピユータ５４はこれ
を読み取つて、内蔵RAMに順次書き込む。

この書き込まれたデータをプロツトして線で結
べば、第３図Ａに示すような曲線が得られる。こ
の図の横軸は数波であり、縦軸は回折光強度I₁
である。この曲線は複数のピークを有し、そのピ
ーク間距離は理論的には1/dとなる（ただし、
媒質の屈折率をを１とする。）。ここにｄは第４図
に示す凹部深さである。

しかし、測定誤差によりピーク間距離はは一
定とならない。そこで、隣合うピークのピーク間
距離を順次求め、その平均値用いて凹部深さｄ＝
１／を求める。または、両端のピークP₁、P_oの
ピーク間距離Ｌを求め、凹部深さｄ＝（ｎ−
１）／Ｌを求める。ここにｎは全ピーク数であ
る。あるいは、別の手法として、フーリエ変換、
最大エントロピー法などの、周波数領域での解析
法を採用してもよい。

トレンチ深さｄの測定精度は、両端のピーク
P₁とP_oとの間にあるフオトダイオードアレイ５
２の素子数に比例する。一般に用いられるフオト
ダイオードアレイ５２の素子数は1024個程度であ
り、トレンチ深さｄを正確に測定することができ
る。

マイクロコンピユータ５４は、このトレンチ深
さｄを表示器６２に表示する。

本第１実施例では、モノクロメータ５０におい
て波数走査を行う機構を設ける必要がなく、従来
のように測定中に移動させる部分が存在しないの
で、構成及び調整が簡単である。

次に、第２図に基づいて本考案の第２実施例を
説明する。

この第２実施例では、球面鏡４２と集光レンズ
４路との間にビームスプリーター６４が配設され
ており、シリコンウエーハ４０により正反射され
た光の一部はビームスプリツター６４で反射さ
れ、光結合レンズ６６で集光されて光フアイバ６
８の一端に入射され、光フアイバ６８により案内
されてその他端から出射され、光結合レンズ７０
により集光されてモノクロメータ７２へ入射され
る。モノクロメータ７２はモノクロメータ５０と
同一の構成であり、モノクロメータ７２により波
数に応じて角分散された光はフオトダイオード
アレイ７４上に投射される。フオトダイオードア
レイ７４はフオトダイオードアレイ５２と同一構
成であり、ドライバ５６によりフオトダイオード
アレイ５２に対応して走査され、各波数に対す
る光強度信号が順次アンプ７６、Ａ／Ｄ変換器７
８を介してマイクロコンピユータ５４へ供給され
る。マイクロコンピユータ５４はＡ／Ｄ変換器６
０、７８からのデータを読取つて内蔵RAMに順
次書き込む。

この書き込まれたデータをプロツトして線でつ
なげば、第３図Ａ、Ｂに示すような曲線が得られ
る。Ａには波数に対する回折光強度I₁が示され
ており、Ｂには波数に対する正反射光強度I₂が
示されている。

マイクロコンピユータ５４は、各波数につい
てI₁−αI₂を演算し、内蔵RAMに書き込む。ここ
にαは定数である。横軸を波数としてこのI₁−
αI₂をプロツトし、線で結べば、第３図Ｃに示す
ような曲線が得られる。

このように、I₁−αI₂を用いれば、ピーク位置
を第１実施例の場合よりもより正確に求めること
ができるので、第１実施例と同様の演算を行つ
て、トレンチ深さｄをより高精度で測定すること
ができる。

なお、上記実施例では光センサとしてフオトダ
イオードアレイ５２を用いた場合を説明したが、
本考案はこれに限定されず、光電子増倍管等を用
いてモノクロメータ５０で波数走査を行うように
してもよい。フオトダイオードアレイ７４につい
ても同様である。

また、セクタミラーを用いて、球面鏡４２の反
射光及びビームスプリーター６４の反射光を順次
切り換え、単一のモノクロメータ５０へ供給する
ように構成してもよい。この場合には、第２図に
示す構成要素７２〜７８が不要になる。

［考案の効果］本考案に係る凹部深さ測定装置では、凹部が規
則的に形成された被測定物体の表面へ連続した被
数域の光を照射し、その回折光のみを凹面鏡で反
射させてモノクロメータへ入射させ、モノクロメ
ータの出射光の強度を光センサで検出し、波数又
は波長に関するこの光強度の曲線に含まれる複数
のピークのピーク間距離から該凹部の深さを演算
するようになつており、ピーク間距離を高精度で
測定することが可能であるので、該凹部の深さを
高精度で測定することができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本考案の実施例に係り、第
１図は第１実施例の凹部深さ測定装置の構成図、
第２図は第２実施例の凹部深さ測定装置の構成
図、第３図は波数に対する光強度の関係を示す
線図、第４図は表面にトレンチが形成されたシリ
コンウエーハの表面部の部分断面図、第５図は該
表面部の部分斜視図、第６図は従来例のトレンチ
深さ測定装置の構成図である。１０……トレンチ、４０……シリコンウエー
ハ、４２……球面鏡、４４……円孔、４８……白
色光源、５２……フオトダイオードアレイ、６４
……ビームスプリツター、６６……光結合レン
ズ、６８……光フアイバ、７０……光結合レン
ズ、７４……フオトダイオードアレイ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】連続した波長領域の光を発する光源と、モノク
ロメータと、光を反射し表面に凹部が規則的に形成された被
測定物体の該表面へ、凹面が斜めに向けて配設さ
れ、該光源からの光が通過され該表面からの正反
射光が通過される孔が該凹面に穿設され、該表面
からの零次以外の回折光を該凹面で反射させて該
モノクロメータへ入射させる凹面鏡と、該モノクロメータからの出射光の光強度をを検
出する光センサと、波数又は波長に関する該光強度の曲線に含まれ
る複数のピークのピーク間距離から該凹部の深さ
を演算し出力する演算手段と、を有することを特徴とする凹部深さ測定装置。