JPS63259404A - 深さ測定装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体基板に形成されている微細な凹
部の深さを測定するための深さ測定装置に関する。

（従来の技術） 近時、超Ｌ８Ｉの高集積化を目的として、シリコン（８
ｉ）ウェハ上に例えば幅１μｍ、深さ５μｍ程度の微細
な溝を形成し、立体キャパシタセル。

Ｕ形素子等を分離することが行われている。この場合、
溝の深さ管ｍを厳密に行う必要があるが、このためには
、溝の深さを±０．５μ講以下の精度で測定する必要が
ある。従来、このような高精度深さ測定には、光の回折
光の強度変化を利用した測定法が用いられている。

しかしながら、従来の測定法では、回折光の強度が、溝
のエツジの形状の影響を敏感に受けやすく、エツジの形
状が一定でなければ、高精度の深さ測定を行うことがで
き危い欠点をもっていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上述し九ように、μｍオーダでの深さ測定の
高精度測定が極めて困難であることを勘案してなされた
もので、半導体基板に形成されている凹部の深さを、高
精度、非接触かつ非破壊で測定することのできる深さ測
定装置を提供することを目的とする０ 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段と作用）マイケルソン型
干渉計により凹部の表面及び底面に対応した２種類の干
渉縞を形成し、これら２種類の干渉縞の間隔を測定し、
この間隔測定結果に基づいて凹部の深さをエツジの形状
精度に影響されることなく、高精度に測定するようにし
たものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して弾速する。

第１図及び第２図は、この実施例の深さ測定装置を示し
ている。この装置は、試料（１）の干渉縞を観察するた
めの観察系（２）と、この観察系（２）に接続され深さ
測定図の干渉縞を生成するいわゆるマイケルソン（Ｍｉ
ｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計を構成する干渉系（３）とから
なっている。しかして、干渉系（３）は、平行光（４ａ
）を投射する投光部（４）と、平行光（４ａ）を入光し
て矢印（５）、　＋６）方向に分光するビームスプリッ
タ（７）と、矢印（５）方向の平行光１３）を受光する
位置にて試料（１）を保持するテーブル（９）と、矢印
（６）方向の平行光α呻を受光する位置に設けられたミ
ラー０υと、このミラー（１１）を保持するミラー保持
部（１３とからなっている。そして、投光部（４）は、
タングステンランプ（１３ト、このタングステンランプ
（１３の光を平行光（４ａ）にするコリメータレンズＩ
と、タングステンランプ住埠及びコリメータレンズα乃
が格納された箱体住りとからなっている０また、ミラー
保持部α２は、ミラーａηを光軸に対する角度調整自在
（矢印（１１方向）に保持する保持具αηと、この保持
臭鰭を光軸に沿った矢印αの方向に微調整する圧電素子
ａｌと、この圧電素子（１９に駆動用の電圧を印加する
ドライバ（至）とからなっている〇一方、観察系（２）
は、ミラー（１１）から矢印（２１）方向に反射した反
射光と試料（１）にて矢印（至）方向に反射した反射光
とがビームスプリッタ（７）にて干渉して矢印（ハ）方
向に出射した干渉光（２）を受光して所定倍率で拡大す
る顕微鏡−と、この顕微１彌にて結像され九干渉光（ハ
）の干渉縞を画像信号に変換するＩＴＶカメ、う罰と、
このＩＴＶカメラ＠からの画像信号を入力して映像信号
に変換するカメラドライバ（（２）と、このカメラドラ
イバ（至）からの映像信号を入力して映像表示するそニ
タ（至）とからなっている０ つぎに、上記構成の深さ測定装置を用いて試料（１）に
刻設された溝状の凹部（７）・・・の深さ測定方法につ
いて述べる。なお、凹部硼・・・の深さはｄとするＯｔ
ｉ、凹部■・・・の底面（Ｂ）と試料（１）の表面（ｉ
９）は、はぼ平行になっている。

第３図乃至第５図において、ミラーａＤを所定量傾ける
と直線干渉縞を得ることができる。ここで、タングステ
ンランプ０の光は、単色光ではないため、スペクトルに
拡がりをもっている。このスペクトルの幅をΔωとする
と、コヒーレンス長ｔは、ｔ”：：Ｃ／Δωで表わすこ
とができる。ただし、Ｃは光速である。このとき現われ
る干渉縞の本数Ｎは、Ｎ””：：ｔ／λＧで表わすこと
ができる。九だし、λ０は中心波長である。すなわち、
スペクトル幅Δωが大きくなるほど、コヒーレンス長ｔ
は小さくなり、現われる干渉縞の本数も減ってくること
を示している。このような条件下で、ミラー（３り、舞
を凹部（至）・・・を有する試料（１）に置きかえる。

これは、距離ｄだけ離れたミラー（至）とミラー制との
組合せと見なすことができる０そこで、ミラーＣ３１５
（試料（１）の表面（８）に相当）、（至）（凹部（ト
）・・・の底面（Ｂ）に相当）により作られる干渉縞（
財）、Ｉ３！９の間隔りは、ミラーａυが光軸に対して
角度θ傾いているとすれば、Ｄ　＝　ｄ　ｔａｎθで表
わすことができる０つまり、角度θが一定であるとすれ
ば、間隔りを測定すれば、深さｄを求めることができる
。ここで、間隔りを求めるには、干渉縞（ロ）、０！９
を区別できねばならない。そのためには、コヒーレンス
長ｔは、深さｄの２倍より小さくなければならない◇し
かして、間隔りは、顕微鏡−の倍率から求められるが、
測定精度が悪いので次の方法を用いる。すなわち、ミラ
ー（至）、（至）どちらか一方の干渉縞（ロ）又は（至
）の視野中の位置を記憶しておき、他方の干渉縞（至）
又社（財）が同じ位置にくるようにミラーα力を矢印α
樽方向に動かす。このときの移動量がとりもなおさず、
凹部（至）・・・の深さｄである。実際には、第４図の
ように、干渉縞（ロ）が視野の特定の位置にくるように
圧電素子ｑ９！こよりミラーαυを矢印αの方向に動か
す０このとき、ドライバ（１）による印加電圧ｖ１を記
憶する。ついで、干渉縞（至）が視野中の前記特定位置
にくるようにミラー住υを矢印（１１方向に動かす（第
５図参照）。このときの圧電素子住］へのドライバ（至
）による印加電圧■２を記憶する０ついで、あらかじめ
求められている印加電圧と移動量との関係式により、深
さｄを求める。

以上のように、この実施例においては、測定光として、
凹部（至）・・・を構成するミラー（至）、（至）から
の正反射光を利用して深さ測定するようにしているので
、凹部（至）・・・のエツジの形状精度に影響されるこ
となく、深さを高精度に測定することができる。

さらに、深さ情報を２次元の画像としてとらえることが
できるので、情報量が多くなり、測定精度の向上に役立
つ。

なお、干渉縞（ロ）、（至）の中央部の決定を第３図乃
至第５図に示すように、直線りに沿った光の強さを示す
電圧値のピーク値を利用してもよい。この場合、目視検
査を省略できるので、完全自動化が可能となる。さらに
、圧電素子（１９の代りに電気マイクロなどの変位計を
用いて直接、ミラー０１）の移動量を求めるようにして
もよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、深さ測定される凹部のエツジの形状
精度に影響されることなく、高精度の深さが可能となる
。したがって、超ＬＳＩの製造プロセスに本発明を適用
し九場合、格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の深さ測定装置、の構成図、
第２図は同じく要部拡大構成図、第３図乃至第５図は本
発明の一実施例の深さ測定方法の説明図である。 （１）・・・試料（被測定部）。 （２）・・・観察系、（３）・・・干渉系。 （４）・・・投光部、　　　　ａυ・・・ミラー。 （ハ）・・・干渉光Ｉ　　　　　Ｃ３４）ｌ（ト）・・
・干渉縞。 代理人　弁理士　則　近　意　佑 同　　松山光速 第１図 ＠２Ｉ１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定のコヒーレンス長を有する測定光を上記コヒーレン
   ス長の１／２以上の深さの凹部が形成されこの凹部の底
   面は上記凸部が形成された表面に対しほぼ平行に設けら
   れている被測定部に投射して上記凹部の深さを測定する
   深さ測定装置において、上記測定光を上記測定部に投射
   する投光手段と、上記測定光の光軸に対して傾動自在に
   設けられ且つ上記光軸方向に移動自在に設けられ上記測
   定光を入反射するミラーを有し且つ上記測定光を上記被
   測定部の表面及び上記凹部の底面にて反射させ一対の測
   定反射光を得るとともに上記ミラーからの反射光と上記
   一対の測定反射光とを各別に干渉させ第１及び第２の干
   渉縞を形成する干渉手段と、この干渉手段にて形成され
   た第１及び第２の干渉縞を観察する観察手段と、この観
   察手段の視野中における第１の干渉縞と上記第２の干渉
   縞との間隔を測定する間隔測定手段と、この間隔測定手
   段により求められた間隔が上記凹部の深さに対して上記
   ミラーの上記光軸に対する傾きが一定のとき正比例する
   ことに基づいて上記凹部の深さを算出する深さ算出手段
   とを具備することを特徴とする深さ測定装置。