JPS6316207A

JPS6316207A - エツチング深さ測定装置

Info

Publication number: JPS6316207A
Application number: JP16034486A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nogami; 裕野上
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-01-23
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JP2515982B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野） ′　　　本発明は、半導体薄膜のエツチング工程等にお
いてエツチング深さを測定する装置に関する。

（従来の技術とその問題点）近年半導体デバイスの高集積化の要請に伴い、トレンチ
エツチングのような単一層のエツチング技術が多用され
るようになり、それに伴いそのエツチング深さを正確に
検出する技術の出現が待たれている。また、高エツチン
グレートのエツチング装置の出現と共に、エツチング深
さ測定装置への要求が高まっている。

従来のエツチング深さ測定装置としては、発光分光分析
法、ガス分析法、インピーダンス測定法、レーザー干渉
法等が知られている。しかし、発光分光分析法、ガス分
析法、インピーダンス測定法は、原理的にエツチング深
さの測定が不可能であるのに対し、レーザー干渉法は、
レーザービーム照射部のエツチング部の膜厚を直接測定
する方法なので、エツチング深さの測定が可能である。

さて、レーザー干渉法を用いる従来のエツチング深さ測
定装置を、第５．６．７図を用いて説明すると、第５図
の装置は、真空室５５内に、高周波電源５９につながる
電極５６と５７を設備する平行平板型エツチング装置で
実施例されているものであって、深さ測定系は、レーザ
ー光Ｒ５１、半透鏡５２、光導入窓５５０、被測定ウェ
ハー５８、光検出器５３及び信号処理系５４で構成され
ている。

レーザー光源５１からのレーザー光は、半透鏡５２、光
導入窓５５０を通ってエツチング中のウェハー５８に達
する。ウェハー５８の表面は第６図に示すような断面形
状をしており、被エツチング部６９０表面に所定パター
ンのレジストマスク６０を持つ。そのため、レジストマ
スク６０の下の非エツチング面６１て反射した参照レー
ザー光と、被エツチング面６２で反射した反射レーザー
光と、が−緒になってウェハー５８から反射され、この
反射光はエツチングで生じた光路長の差違２ｈにより干
渉を生じレーザー干渉光となる。

ウェハー５８で反射した後光導入窓５５０を透過し半透
鏡５２て反射して光検出器５３に達したレーザー干渉光
は、エツチングの経過とともに一定の光強度変１ヒを示
す。そのレーザー干渉光を光検出器５３で検出して得た
検出電流の波形は第７図の曲線６３のようになっており
、曲線６３の変化の位相を読み取ることによってエツチ
ング深さｈを測定することができる。

しかし、この従来の装置では、被エツチング面６２の面
積と、非エツチング面６１０面積との間に大差があるに
ときは、光強度の変化量が極端に小さくなるために、検
出電流の波形６３がノイズに埋没されて、その変化を検
出し難くなるという欠点があった。

また、この検出方法が有効なのは透明レジストマスクに
対してであり、透明度の悪いレジストに対しては、レジ
スト表面及びレジスト裏面（即ち非エツチング面）の両
面で反射光を生じ、エツチング深さの算出が困難になる
。

面積の差の影響を除去する発明に、特開昭６０−２０２
９４０　ｒ食刻環さ測定方法」があり、回折光を利用し
て相当の効果をあげているが、この発明の方法は測定原
理上、前述のレジストによる表面、裏面の反射干渉光の
問題を解決することが出来ない。また１次以上の回折干
渉光を利用しているため検出信号強度が弱く、ノイズの
影響を受は易い欠点は改善されていない。

（発明の目的）本発明は、上記の問題を解決し、半導体装置製造時のエ
ツチング工程等において、被エツチング面と非エツチン
グ面に、面積の大差があったり、レジストマスクの反射
率の如何にかかわりなく、支障なくエツチング深さを測
定できるエツチング深さ測定装置の提供を目的とする。

（発明の構成）本発明は、半導体薄膜のエツチング状態をレーザー干渉
法を用いて測定するエツチング深さ測定装置において、
レーザー光源側に固定された基準半透鏡から反射される
参照レーザー光と、該基準半透鏡を透過したのち被エツ
チング面で反射して再び該基準半透鏡を透過した反射レ
ーザー光と、の２つのレーザー光の干渉光の強度変化を
読み取ることにより、エツチングの深さを測定するエツ
チング深さ測定装置によって前記目的を達成したもので
ある。

（実施例）以下、図に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の実施例を示したものである。

レーザー光源１（例えば、ＨｅＮｅレーザー光源）を発
したレーザー光は、装置の振動等の低周波数よりも充分
に高い周波数で、チョッパー２でチョッピングされた後
、２枚のレンズからなるビームエクスパンダ−３と、集
光レンズ６と、の組み合わせによって、ウェハー１３上
に描かれた、被エツチング部と同様の状態にあるスクラ
イブライン１６の輻（例えば、１００μｍ）以下のスポ
ット径（例えば、５０μｍφ以下）に絞り込まれ、プロ
セスチャンバー１１に設置されたガラス窓１２を透過し
てウェハー１３ζこ照射される。尚、この程度の線幅で
あれば、スクライブライン部と被トレンチエツチング部
のエツチング特性の差は殆ど問題にならないことが確認
されている。

このとき、ビームエクスパンダ−３と集光レンズ６との
間に配置された半透鏡４，５のうち、半透鏡４によって
は、レーザー光の一定割合がフォトセンサー８に向かっ
て反射され、反射したビーム光は集光レンズ７で集光さ
れてフォトセンサー８で光強度が検知されて電気信号と
なる。

一方、半透鏡４を透過したレーザー光は、半透鏡５を通
って基準半透鏡１００に達し、ここでその一定割合が反
射されて参照レーザー光となり、半透鏡５で反射されて
フォトセンサー９に向かう。

そして、基準半透鏡１００を透過した残りのレーザー光
は、集光レンズ６、ガラス窓１２を通ってウェハー１３
の表面に達し、ここで反射して反射レーザー光となり、
ガラス念１２．集光レンズ６゜基準半透鏡１００を逆に
経たのち半透鏡５で反射されて、これもフォトセンサー
９に向かう。

これらフォトセンサー９に向かう、参照・反射２つのレ
ーザー光は互いに干渉してレーザー干渉光となり、集光
レンズ７′で集光されてフォトセンサー９でその光強度
が検知されて電気信号となる。

上記のようにして２つのフォトセンサー８，９で得られ
た２つの電気信号は、アナログ割り算回路１０に人力さ
れて比がとられ、その出力はチョッパー２に同期するロ
ックインアンプ１７で処理される。ロックインアンプ１
７の出力は整流回路１８、平滑回路１９を経て出力直流
信号となる。

この出力直流信号が、スクライブライン１６部の面のエ
ツチングの経過とともに一定の強度変化を示すことは明
らかである。その光強度検出直流信号の変動の位相を読
み取ることによって、従来の装置同様に、エツチング深
さを知ることができる。

レーザー光源１測に固定された基準半透鏡１００は、エ
ツチング深さ測定の基準面として機能しているもので、
本発明の特徴をなす。前述の従来の装置では、第６図の
レジストマスク６０の下の表面６１が、エツチング深さ
測定の基準面として機能し、ここから反射するレーザー
光が参照レーザー光として使われていたが、本発明の装
置では、特に設けられた基準半透鏡１００で反射するレ
ーザー光が新しい参照レーザー光として利用されている
ものである。

この新しい参照レーザー光の有為性は明白である。従来
の装置で見られた非、被エツチング面の面積比、非エツ
チング面部の反射率等にかかわりなく、安定した光強度
検出を行うことが出来る。

第２図は、第１図の測定系２２を平行平板型ドライエツ
チングチャンバー１１に組み込んだ状態を示したもので
ある。第３図はその要部拡大図である。

測定系２２は、Ｘ−Ｙステージ２０上に載置されており
、ステッピングモーター２１．２１’で駆動し、例えば
、５０μｍのスポット径に絞り込んだレーザー光を数ｍ
ｍ角の範囲に亙ってスキャンする。そして、ウェハー１
２上で、比較的広い範囲に亙って一様に被エツチング部
同様の表面状態となっている場所、例えば、スクライブ
ライン１６を反射光強度の違いにより見つけ、（あらか
じめ、それに代わるものをウェハー上に設けて置くのも
良い）、その真上てＸ−Ｙステージ２０を静止させる。

この操作の後、エツチングが開始される。

第４図は本発明の別の実施例の図であり、第１図と同機
能の部材には同一の符号が与えられている。

この実施例では、集光レンズ６を出たレーザー光は、反
射鏡２３を経てスクライブライン１６を照射し、そこで
反射したレーザー光は反−寸レーザー光となって、反射
鏡２４を経て集光レンズ７′。

フォトセンサー９に向かうようになっている。

そして、前述の基準半透鏡１００は、２分されて半透鏡
１０１，１０２の組み合わせとなり、参照レーザー光は
、半透鏡１０１，１０２をバイパスして作られ、反射鏡
２３．２４を経由することなく直接フォトセンサー９に
送られている。ウェハー１３に対する照射のスキャンは
、反射鏡２３０回動（矢印２３１）又は前後動（矢印２
３２）で行われる。反射鏡２４の回動（矢印２４１）又
は前後動く矢印２４２）がそれに連動する。

なお、本発明の半透鏡は、これをビームスプリッタ−に
変更することで、光軸ずれ等を防止することが出来る。

（発明の効果）本発明のエツチング深さ測定装置によれば、半導体装置
製造時のエツチング工程において、被エツチング面と非
エツチング面の面積の大差や、エツチング面の反射率の
影響を受けることなくエツチング深さを測定できる、エ
ツチング深さ測定装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１．２．３図−よ、本発明の装置のエツチング深さ測
定装置を採用する平行平面型エツチング装！の説明図。第４図は別の実施例の同様の図。第５．６．７図は、従来のエツチング深さ測定装置の同
様の図である。１・・・・・・レーザー光源、　２・・・・・・チョッ
パー、３−・・・・・ビームエクスパンダ−１４，５・
・・・・・半透鏡、　　６，７．７’・・・・・・集光
レンズ、　　８．９・・・・・・フォトセンサー、　　
１１・・・・・・プロセスチャンバー、　　　１２・・
・・・・ガラス窓、　　１３・・・・・・ウェハー、　
　　１６・・・・・・スクライブライン、　　　１００
．１０１＋１０２・・・・・・基準半透鏡。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体薄膜のエッチング状態をレーザー干渉法を
用いて測定するエッチング深さ測定装置において、レーザー光源側に固定された基準半透鏡から反射される
参照レーザー光と、該基準半透鏡を透過したのち被エッチング面で反射して
再び該基準半透鏡を透過した反射レーザー光と、の２つのレーザー光の干渉光の強度変化を読み取ること
により、エッチングの深さを測定することを特徴とする
エッチング深さ測定装置。