JP2002048519A - Method and instrument for measuring difference in level, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method and instrument for measuring difference in level, and method of manufacturing semiconductor device

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JP2002048519A
JP2002048519A JP2000235530A JP2000235530A JP2002048519A JP 2002048519 A JP2002048519 A JP 2002048519A JP 2000235530 A JP2000235530 A JP 2000235530A JP 2000235530 A JP2000235530 A JP 2000235530A JP 2002048519 A JP2002048519 A JP 2002048519A
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light
depth
etching
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spot
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Japanese (ja)
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Kazuyuki Masukawa
和之 益川
Akira Tsumura
明 津村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for measuring an etching depth capable of measuring precisely the depth of an etching groove usable for any wafer, even when the various kinds of wafers including a wafer narrow in a measuring objective surface area are measured, and provide a manufacturing method of a semiconductor device. SOLUTION: Irradiation positions of spot lights from light sources 25a, 25b...25n to a measured object (wafer 1) are specified by arrayed positions of arrayed lenses 23.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定体の段差に
測定光を照射し、その反射光にもとづいて計測を行う技
術に関し、特に、マスク材とエッチング溝の段差を反射
光の干渉による強度変化により測定する段差の測定方法
とその装置、および、それを用いた半導体装置の製造方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for irradiating a step on an object to be measured with measurement light and performing measurement based on the reflected light, and more particularly to a technique for measuring a step between a mask material and an etching groove by interference of reflected light. The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a step measured by a change in intensity, and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造プロセスで用いられて
いる半導体基板の配線工程では、微細化が進むにつれ
て、従来のように成膜された金属膜をエッチングして配
線を形成する加工方法では、アスペクト比が大きくなり
過ぎたため、所望の良好な形状が得るのが困難になって
きている。
2. Description of the Related Art In a wiring process of a semiconductor substrate used in a manufacturing process of a semiconductor device, as the miniaturization progresses, in a conventional processing method of forming a wiring by etching a formed metal film, Because the aspect ratio has become too large, it has become difficult to obtain a desired good shape.

【0003】そこで、あらかじめSi基板上に成膜され
ている絶縁体に溝を形成しておき、その後、絶縁体の上
に溝の内部も含めた配線用の金属層を形成し、さらに、
この金属層をCMP(化学的機械的研磨)により絶縁体
の表面まで一様に研磨することにより、絶縁体上の配線
金属を除去して、絶縁体にエッチングにより形成されて
いる溝の中にのみ金属を付けるプロセス(ダマシンプロ
セス)に変わりつつある。
Therefore, a groove is formed in an insulator formed on a Si substrate in advance, and a metal layer for wiring including the inside of the groove is formed on the insulator.
This metal layer is uniformly polished to the surface of the insulator by CMP (Chemical Mechanical Polishing), thereby removing the wiring metal on the insulator and leaving the trench formed in the insulator by etching. Only the process of attaching metal (damascene process) is changing.

【0004】この場合、配線金属の電気抵抗は配線の断
面積で決まるため、絶縁体のエッチングによる溝の深さ
は高精度に管理する必要がある。
In this case, since the electrical resistance of the wiring metal is determined by the cross-sectional area of the wiring, it is necessary to control the depth of the groove formed by etching the insulator with high precision.

【0005】エッチング加工中のエッチング溝56の深
さの測定原理は図8(a)に示すように、エッチング加
工中のSi基板51を照射して、Si基板51からの2
つの反射光R、Rを検出することによって行ってい
る。
[0005] The principle of measuring the depth of the etching groove 56 during the etching process is as shown in FIG.
This is performed by detecting two reflected lights R 1 and R 2 .

【0006】すなわち、この2つの反射光R、R
エッチング加工中のエッチング溝56の底からの反射光
とSi基板51の表面のマスク材55からの反射光
で形成されており、2つの反射光R、Rの干渉
現象により干渉光を発生させ光センサ57で検出する。
この干渉光は加工中のエッチング溝56が深くなるにつ
れて周期的な強弱の変化が生じる。しかも、その干渉光
が極点間の半周期(あるいは一周期)変化したときの深
さの変化量は物理的に決まり、エッチング溝56が形成
された層のエッチング速度とマスク55のエッチング速
度の比であるエッチング選択比が無限大の場合は、照射
した単波長の光の1/4深くなったことになる。それに
よりエッチング溝56の深さを測定することができる。
That is, the two reflected lights R 1 and R 2 are formed by the reflected light R 1 from the bottom of the etching groove 56 during the etching and the reflected light R 2 from the mask material 55 on the surface of the Si substrate 51. Then, interference light is generated by the interference phenomenon between the two reflected lights R 1 and R 2 and detected by the optical sensor 57.
This interference light periodically changes in intensity as the etching groove 56 being processed becomes deeper. In addition, the amount of change in the depth when the interference light changes by a half cycle (or one cycle) between the poles is physically determined, and the ratio of the etching rate of the layer in which the etching groove 56 is formed to the etching rate of the mask 55 is determined. In the case where the etching selectivity is infinite, it means that the irradiated single wavelength light is 1 / deeper. Thus, the depth of the etching groove 56 can be measured.

【0007】このように、加工中のエッチング溝56の
深さを測定し、図8(b)に示すように、エッチング溝
の深さを算出基準値と比較して確認し、エッチングのプ
ロセスの終点を制御している。なお、この確認は、干渉
光の強度波形の周期時間と周期時間毎のエッチング溝の
深さが判っているため、単位時間毎のエッチング溝の深
さも算出できるので、それによりエッチングの所定深さ
を制御することができる。
As described above, the depth of the etching groove 56 during the processing is measured, and as shown in FIG. 8B, the depth of the etching groove is compared with the calculated reference value to confirm the depth of the etching process. Controls the end point. In this confirmation, since the period of the intensity waveform of the interference light and the depth of the etching groove for each period are known, the depth of the etching groove for each unit time can also be calculated. Can be controlled.

【0008】これらのドライエッチング装置の一例は、
特開平10−27785号公報に開示されているよう
に、図9に断面側面図を示すように、半導体ウエハ51
を処理するためのRIE(反応形イオンエッチング装
置)のRFプラズマリアクタは、側壁およびシーリング
を有するリアクタチャンバ52とそのリアクタチャンバ
52内に半導体ウエハ51を支持するためのウエハペデ
スタル53とRF電源54と、処理ガスをリアクタチャ
ンバに導入するためのガス導入装置55と、RF電源5
4に接続されたリアクタチャンバ52に隣接するコイル
インダクタンス56等により構成されている。
One example of these dry etching apparatuses is
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-27785, a semiconductor wafer 51 shown in FIG.
An RF plasma reactor of an RIE (reactive ion etching apparatus) for processing a wafer includes a reactor chamber 52 having side walls and sealing, a wafer pedestal 53 for supporting a semiconductor wafer 51 in the reactor chamber 52, and an RF power source 54. , A gas introducing device 55 for introducing a processing gas into the reactor chamber,
4 and a coil inductance 56 adjacent to the reactor chamber 52 connected to the reactor chamber 52.

【0009】次に、図10に示す模式図を参照して、R
IEのドライエッチング装置とモニタ装置の一例を説明
する。エッチング装置61とモニタ装置62とは光学的
に接続されており、エッチング装置61は、真空密閉容
器である処理室63内の上部には上部電極64が設けら
れ、それと対向する下方の位置にはワークである、セル
部を形成するために表面に絶縁層とマスク材が形成され
たウエハ65を載置する載置台を兼ねた下部電極66が
設けられている。また、下部電極66は高周波電源67
に接続されている。また、上部電極64は中央部に光通
過部68が形成され、この光通過部68の上方の処理室
63の天板には、観察窓69が形成されている。
Next, referring to the schematic diagram shown in FIG.
An example of an IE dry etching apparatus and a monitor apparatus will be described. The etching device 61 and the monitor device 62 are optically connected to each other. The etching device 61 is provided with an upper electrode 64 at an upper part in a processing chamber 63 which is a vacuum-sealed container. A lower electrode 66 serving as a mounting table for mounting a wafer 65 having a surface on which an insulating layer and a mask material are formed in order to form a cell portion, which is a work, is provided. Further, the lower electrode 66 is provided with a high-frequency power supply 67.
It is connected to the. The upper electrode 64 has a light passing portion 68 formed at the center thereof, and an observation window 69 is formed on a top plate of the processing chamber 63 above the light passing portion 68.

【0010】さらに、観察窓69の上方の処理室63の
外部には、モニタ装置の集光レンズ71と反射ミラー7
2が設けられ、その反射光軸上の前方には複数の光ファ
イバ73a、73bを接続したモニタ用光学系が設けら
れている。各光ファイバ73a、73bの他端には光源
74、又は、センサ75がそれぞれ接続されている。ま
た、センサ75は深さ演算部76に接続されている。
Further, outside the processing chamber 63 above the observation window 69, a condenser lens 71 and a reflection mirror 7 of a monitor device are provided.
2 is provided, and a monitoring optical system to which a plurality of optical fibers 73a and 73b are connected is provided in front of the reflected optical axis. A light source 74 or a sensor 75 is connected to the other end of each of the optical fibers 73a and 73b. Further, the sensor 75 is connected to a depth calculation unit 76.

【0011】このようなドライエッチング装置では、各
横成要素とその配置の関係や、また、強い交流電界に晒
される等の制約があるため、モニタ用光学系は機械的な
駆動部分を設けることができずに、固定式のものを採用
している。その結果、測定のためのスポットによる測定
位置は固定されている。
In such a dry etching apparatus, since there is a restriction such as a relation between the horizontal components and their arrangement and exposure to a strong AC electric field, the monitoring optical system should be provided with a mechanical drive part. Instead, a fixed type is used. As a result, the measurement position by the spot for measurement is fixed.

【0012】一方、測定対象であるウエハ上のセル部は
図11(a)および(b)にそれぞれ示すように、ウエ
ハ71a、71bの品種毎に測定対象(セル部72a、
72b)の大きさや位置が異なるため、測定スポットを
大きくすることで多品種に対応している。
On the other hand, as shown in FIGS. 11A and 11B, the cell portion on the wafer to be measured is measured for each type of wafer 71a, 71b (cell portion 72a, 72b).
Since the size and position of 72b) are different, it is possible to cope with various types by enlarging the measurement spot.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなドライエッチング装置では、構造的に磁気的影響
を受けるためや、配置上の制約でモニタ装置のモニタ光
学系が固定されている。
However, in the above-described dry etching apparatus, the monitor optical system of the monitor apparatus is fixed due to structural magnetic influences and restrictions on arrangement.

【0014】このモニタ光学系が固定されている方式で
は、測定スポット位置が変更できないため、ウエハが多
品種の場合では、測定対象(セル部)の大きさや位置が
まちまちであることから、測定スポットの大きさを大き
くすることで、測定スポット内に測定対象が入るように
している。その結果、測定対象の面積が測定スポット光
の面積に比べ、大幅に小さい場合、測定による干渉光信
号の振幅は大変小さくなってしまう。
In the system in which the monitor optical system is fixed, the position of the measurement spot cannot be changed. Therefore, in the case of a wide variety of wafers, the size and position of the measurement target (cell portion) vary, so By increasing the size of the measurement target, the measurement target enters the measurement spot. As a result, if the area of the measurement target is significantly smaller than the area of the measurement spot light, the amplitude of the interference light signal due to the measurement becomes very small.

【0015】干渉光信号の振幅が非常に小さくなると、
極点の検出が困難になり、エッチング溝の深さの算出が
困難になる。
When the amplitude of the interference light signal becomes very small,
It becomes difficult to detect the extreme point, and it becomes difficult to calculate the depth of the etching groove.

【0016】本発明は、これらの事情にもとづいてなさ
れたもので、測定対象面積が小さいウエハを含むよう
な、多品種のウエハを測定するような場合でも、それら
のウエハのいずれに対しても精度良くエッチング溝の深
さを算出できるエッチン深さ測定方法とその装置、およ
び、半導体装置の製造方法を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made on the basis of these circumstances. Even when measuring a wide variety of wafers including a wafer having a small area to be measured, the present invention can be applied to any of those wafers. It is an object of the present invention to provide a method and a device for measuring the etching depth, which can accurately calculate the depth of an etching groove, and a method for manufacturing a semiconductor device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明による手
段によれば、光源からの光を被測定体の段差に複数のス
ポット光として照射する照射工程と、この照射工程によ
り照射された前記光の反射光を受光する受光工程と、こ
の受光工程により受光された前記反射光の干渉波形に基
づいて前記段差の深さを算出する演算工程とを有するこ
とを特徴とする段差測定方法である。
According to the first aspect of the present invention, there is provided an irradiation step of irradiating light from a light source onto a step of a measured object as a plurality of spot lights, A step measuring method, comprising: a light receiving step of receiving reflected light of light; and a calculating step of calculating a depth of the step based on an interference waveform of the reflected light received in the light receiving step. .

【0018】また請求項2の発明による手段によれば、
前記受光工程での前記反射光の受光は、前記スポット光
にそれぞれ対応していることを特徴とする段差測定方法
である。
According to the second aspect of the present invention,
The step of receiving a reflected light in the light receiving step may correspond to the spot light, respectively.

【0019】また請求項3の発明による手段によれば、
光源からの光を被測定体の段差に位置が移動自在である
スポット光として照射する照射工程と、この照射工程に
より照射された前記光からの反射光を受光する受光工程
と、この受光工程により受光された前記反射光の干渉波
形に基づいて前記段差の深さを算出する演算工程とを有
することを特徴とする段差測定方法である。
According to the third aspect of the present invention,
An irradiation step of irradiating light from a light source as a spot light whose position is movable on a step of the measured object, a light receiving step of receiving reflected light from the light irradiated by the irradiation step, and a light receiving step Calculating a depth of the step based on an interference waveform of the received reflected light.

【0020】また請求項4の発明による手段によれば、
光源からの光を被測定体の段差にスポット光として伝達
し、かつ、前記被測定体からの反射光を受光手段に伝達
する光学手段と、前記受光手段により受光された前記反
射光の干渉波形に基づいて段差を算出する演算手段を有
する段差測定装置において、前記光学手段は、アレイレ
ンズのアレイ位置により前記スポット光の前記被測定体
への照射位置を規定していることを特徴とする段差測定
装置である。
Further, according to the means of the present invention,
Optical means for transmitting light from a light source to the step of the measured object as spot light, and transmitting reflected light from the measured object to light receiving means; and an interference waveform of the reflected light received by the light receiving means A step measuring apparatus having a calculating means for calculating a step based on the step, wherein the optical means defines an irradiation position of the spot light on the object to be measured by an array position of an array lens. It is a measuring device.

【0021】また請求項5の発明による手段によれば、
前記アレイレンズのアレイの位置にそれぞれ対応して光
ファイバの端部が配置されていることを特徴とする段差
測定装置である。
According to the fifth aspect of the present invention,
A step measuring device, wherein end portions of optical fibers are arranged corresponding to positions of the array of the array lens.

【0022】また請求項6の発明による手段によれば、
前記アレイレンズのアレイの位置にそれぞれ対応するよ
うに、光ファイバの端部が移動手段により移動自在に設
けられていることを特徴とする段差測定装置である。
According to the means of the invention of claim 6,
A step measuring device, wherein an end of an optical fiber is movably provided by a moving means so as to correspond to an array position of the array lens.

【0023】また請求項7の発明による手段によれば、
シリコンウエハ上にエッチング工程を経てIC回路を作
りこんだチップを作成することで半導体装置を製造する
半導体装置の製造方法において、前記エッチング工程の
溝深さ制御に上記の段差測定方法を用いていることを特
徴とする半導体装置の製造方法である。
According to the means of the invention of claim 7,
In a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device by forming a chip on which an IC circuit is formed on a silicon wafer through an etching process, the above-described step measurement method is used for controlling the groove depth in the etching process. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の段差の測定方法と
その装置、および、半導体装置の製造方法について、エ
ッチング溝の深さの測定の場合に適用した一例を、図面
を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an example of a method for measuring a step, an apparatus therefor, and a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, which is applied to the case of measuring the depth of an etching groove, will be described with reference to the drawings. I do.

【0025】まず、エッチング溝の深さの測定原理、お
よびそれに用いる数式について説明する。エッチング溝
の深さの測定は、図1に測定対象モデルを示すように、
被エッチング材は、ウエハ1の表面に絶縁層2とマスク
材3が形成され、ウエハ1上に光源(不図示)から光を
照射して、絶縁層2にマスク材3のパターンに応じたエ
ッチング溝4を形成しながら、マスク材3とエッチング
溝4の段差を光の干渉による強度変化によりモニタ装置
(不図示)で測定している。
First, the principle of measuring the depth of the etching groove and the mathematical formula used therefor will be described. The measurement of the depth of the etching groove is performed as shown in FIG.
As the material to be etched, an insulating layer 2 and a mask material 3 are formed on the surface of a wafer 1, and light is irradiated from a light source (not shown) onto the wafer 1 to etch the insulating layer 2 according to the pattern of the mask material 3. While forming the groove 4, the level difference between the mask material 3 and the etching groove 4 is measured by a monitor device (not shown) based on a change in intensity due to light interference.

【0026】この場合、光源の深さ測定に使用する光の
波長は単一の波長を用いている。測定に使用する光の波
長をλとし、また、全体の入射光強度をAとし、マス
ク材3とエッチング溝からの反射光強度比をαとしたと
き、マスク材3からの反射光とエッチング溝からの反射
光は以下のような数式になる。
In this case, a single wavelength is used as the wavelength of light used for measuring the depth of the light source. The wavelength of light used for measuring the lambda, also the incident light intensity of the entire set to A 0, when the reflected light intensity ratio of the mask material 3 and the etching groove and alpha, reflected light and the etching from the mask material 3 The light reflected from the groove is represented by the following equation.

【数1】 この場合、実際に観察される光は、この2つの反射光が
干渉したものであり、マスク材3とエッチング溝4の底
の段差Dのみを変数とした場合、つまり、マスク材3の
エッチング等を考えず、マスク材3の複素振幅反射率γ
maskは変化しないとして、観測される干渉光は以下
のような数式で表される。
(Equation 1) In this case, the actually observed light is the interference between the two reflected lights, and only the step D between the mask material 3 and the bottom of the etching groove 4 is used as a variable, that is, the etching of the mask material 3 or the like. , The complex amplitude reflectance γ of the mask material 3
Assuming that the mask does not change, the observed interference light is represented by the following equation.

【数2】 最後の項は、干渉光が周期的な変化をすることを示して
いる。すなわち、図2に干渉光強度のグラフを示したよ
うに、観測される干渉光信号は測定に使用する波長1/
2だけマスク材とエッチング溝の段差が深くなると、1
周期の変化をする周期信号となる。
(Equation 2) The last term indicates that the interference light changes periodically. That is, as shown in the graph of the interference light intensity in FIG. 2, the observed interference light signal has a wavelength 1 /
When the step between the mask material and the etching groove is deepened by two, 1
It becomes a periodic signal that changes its period.

【0027】また、周期変化を示す最後の項の係数α
(1−α)は、測定スポット内のエッチング溝の面積
が、マスク材の面積の1/2以下の場合、エッチング溝
の面積の減少が干渉光信号の振幅の低下を招くことを意
味している。
The coefficient α of the last term indicating the period change
(1-α) means that when the area of the etching groove in the measurement spot is 1 / or less of the area of the mask material, a decrease in the area of the etching groove causes a decrease in the amplitude of the interference light signal. I have.

【0028】これは、図3のグラフで、本発明の場合と
対比して示しているように、測定対象であるセル部の面
積が小さいときがこのケースに該当し、セル部の面積の
滅少が干渉光信号の振幅の低下を招くことを示してい
る。なお、干渉光信号の振幅が非常に小さくなると、極
点の検出が困難になり、エッチング溝の深さの算出が困
難になる。
This corresponds to this case when the area of the cell to be measured is small, as shown in the graph of FIG. 3 in comparison with the case of the present invention, and the area of the cell is reduced. This indicates that a small amount causes a decrease in the amplitude of the interference light signal. If the amplitude of the interference light signal becomes extremely small, it becomes difficult to detect the extreme point, and it becomes difficult to calculate the depth of the etching groove.

【0029】次に、上述の測定原理による測定結果を用
いたエッチング溝の深さの算出方法について説明する。
Next, a method of calculating the depth of the etching groove using the measurement result based on the above-described measurement principle will be described.

【0030】原理的にはエッチング溝の深さからの干渉
光信号の周期性を利用してマスク材とエッチング溝の段
差を測定している。図2で示したように、干渉光信号の
極大・極小点が観察される区間では、極値の個数を数え
ることにより深さを算出している(図2の区間β)。ま
た、極点が観察されてから次の極点が観察されるまでの
時間間隔Tからエッチングレートを求め、極点が観察さ
れない区間の深さを外挿により求める(図2の区間α、
γ)。これら3区間で算出される深さを足し合セル部こ
とにより、マスク材とエッチング溝の段差を算出してい
る。
In principle, the step between the mask material and the etching groove is measured using the periodicity of the interference light signal from the depth of the etching groove. As shown in FIG. 2, in the section where the maximum / minimum point of the interference light signal is observed, the depth is calculated by counting the number of extreme values (section β in FIG. 2). Further, the etching rate is obtained from the time interval T from the observation of the pole to the observation of the next pole, and the depth of the section where no pole is observed is obtained by extrapolation (sections α,
γ). The step between the mask material and the etching groove is calculated by adding the depths calculated in these three sections to the combined cell portion.

【0031】次に、本発明のドライエッチング装置とそ
のモニタ装置の一例を、図4に示す模式図を参照して説
明する。
Next, an example of the dry etching apparatus of the present invention and its monitoring apparatus will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG.

【0032】RIE(反応性イオンエッチング装置)方
式のエッチング装置11とモニタ装置12は光学的に接
続されており、エッチング装置11は、真空密閉容器で
ある処理室13内の上部には上部電極14が設けられ、
それと対向する下方の位置にはワークである、表面に絶
縁層2とマスク材3が形成されたウエハ1を載置する載
置台を兼ねた下部電極15が設けられている。また、下
部電極15は高周波電源16に接続されている。また、
上部電極14は中央部に光通過部17が形成され、この
光通過部17の上方の処理室13の天板には、石英ガラ
ス製の観察窓18が形成されている。
An RIE (reactive ion etching apparatus) type etching apparatus 11 and a monitor apparatus 12 are optically connected. The etching apparatus 11 has an upper electrode 14 in an upper part of a processing chamber 13 which is a vacuum sealed container. Is provided,
A lower electrode 15 which also serves as a mounting table for mounting the wafer 1 having a surface on which the insulating layer 2 and the mask material 3 are formed is provided at a lower position opposed thereto. The lower electrode 15 is connected to a high-frequency power supply 16. Also,
The upper electrode 14 has a light passing portion 17 formed in the center thereof, and an observation window 18 made of quartz glass is formed on a top plate of the processing chamber 13 above the light passing portion 17.

【0033】さらに、観察窓18の上方の処理室13の
外部には、モニタ装置12の集光レンズ19と反射ミラ
ー21が設けられ、その反射光軸上の前方には複数の光
ファイバ22a、22b…22nを接続したモニタ用光
学系が設けられている。このモニタ用光学系はアレイレ
ンズ23とそれに対応する光ファイバコネクタ24a、
24b…24n等で形成され、各光ファイバコネクタ2
4a、24b…24nとアレイレンズ23の各アレイの
光軸が一致するように設定されている。
Further, a condenser lens 19 and a reflection mirror 21 of the monitor device 12 are provided outside the processing chamber 13 above the observation window 18, and a plurality of optical fibers 22a are provided in front of the reflection optical axis. A monitoring optical system to which 22b... 22n are connected is provided. The monitor optical system includes an array lens 23 and a corresponding optical fiber connector 24a,
24b ... 24n etc., and each optical fiber connector 2
The optical axes of the arrays 4a, 24b... 24n and the respective arrays of the array lens 23 are set to coincide.

【0034】各光ファイバ22a、22b…22nの他
端には発光部である光源25a、25b…25n、又
は、受光部であるセンサ26a、26b…26nがそれ
ぞれ接続されている。また、センサ26a、26b…2
6nはスイッチング部27を介して深さ演算部28に接
続されている。
22n are connected to the other ends of the optical fibers 22a, 22b... 22n, respectively, to light sources 25a, 25b... 25n or sensors 26a, 26b. Also, sensors 26a, 26b... 2
6n is connected to a depth calculation unit 28 via a switching unit 27.

【0035】深さ演算部28では、信号が半周期(ある
いは一周期)変化したとき、深さ算出基準値だけ深さが
変化したとしてエッチング深さを求める。深さ算出基準
値は、深さ算出基準値補正部(不図示)からの出力値を
用いている。
When the signal changes by a half cycle (or one cycle), the depth calculating section 28 determines the etching depth assuming that the depth has changed by the depth calculation reference value. As the depth calculation reference value, an output value from a depth calculation reference value correction unit (not shown) is used.

【0036】なお、深さ演算部28で極点が検出され深
さを算出する場合の基準値は、深さ信号が、極点から極
点まで変化した間に求まった基準値の平均値を算出して
用いる。
The reference value for calculating the depth by detecting a pole at the depth calculator 28 is obtained by calculating the average of the reference values obtained while the depth signal changes from the pole to the pole. Used.

【0037】これらの構成により、光源25a、25b
…25nからの入射光は、アレイレンズ23を透過して
複数のスポット光を形成して反射ミラー21で反射さ
れ、集光レンズ19で集光されて処理室13の観察窓1
8を透過し、処理室13内の下部電極15上に載置され
ているウエハ1表面のマスク材3と絶縁層2に複数の測
定スポット光を結像する。それぞれの測定スポット光か
らの干渉光は、逆の光路で、集光レンズ19を通過して
観察窓18を透過し、反射ミラー21で反射してアレイ
レンズ23を介して、それぞれの受光部に結像され、光
ファイバ22a、22b…22nを通して各センサ26
a、26b…26nに入射される。
With these configurations, the light sources 25a, 25b
The incident light from 25n passes through the array lens 23 to form a plurality of spot lights, is reflected by the reflection mirror 21, is collected by the condenser lens 19, and is collected by the observation window 1 of the processing chamber 13.
8 to form a plurality of measurement spot lights on the mask material 3 and the insulating layer 2 on the surface of the wafer 1 placed on the lower electrode 15 in the processing chamber 13. Interference light from each of the measurement spot lights passes through the condenser window 19, passes through the observation window 18, passes through the observation window 18, is reflected by the reflection mirror 21, passes through the array lens 23, and passes through the array lens 23 to the respective light receiving sections. An image is formed and each sensor 26 is transmitted through optical fibers 22a, 22b,.
a, 26b... 26n.

【0038】各センサ26a、26b…26nでは、入
射した干渉光の強度が測定される。その測定結果は深さ
演算部28に伝達され、深さ演算部28では干渉光信号
の振幅の大きい、最適な測定スポットからの信号を選択
し、その選択した干渉光信号からエッチング溝の深さを
演算する。
The sensors 26a, 26b... 26n measure the intensity of the incident interference light. The measurement result is transmitted to the depth calculation unit 28, which selects a signal from the optimum measurement spot where the amplitude of the interference light signal is large, and calculates the depth of the etching groove from the selected interference light signal. Is calculated.

【0039】例えば、図5(a)のグラフは、測定対象
に対してスポット光により、図5(b)で示した、スポ
ットA、スポットBおよびスポットCの3箇所で測定を
行なった干渉光信号強度の結果を示すグラフである。こ
の結果では、スポットAの干渉光信号強度の振幅が一番
大きく、これを最適な測定スポットからの干渉光信号波
形として、この干渉光信号波形を用いてエッチング溝の
深さを測定する。
For example, the graph of FIG. 5 (a) shows interference light obtained by measuring spots, spots A, B and C shown in FIG. 6 is a graph showing a result of signal strength. In this result, the amplitude of the interference light signal intensity of the spot A is the largest, and the amplitude of the interference light signal from the optimum measurement spot is used as the interference light signal waveform, and the depth of the etching groove is measured using this interference light signal waveform.

【0040】次に、上述の実施の形態の変形例について
説明する。
Next, a modification of the above embodiment will be described.

【0041】上述の実施の形態では、測定スポットの数
だけ光源とセンサを必要としたが、例えば、製品の品種
から、最適な測定スポットがあらかじめわかっている場
合、図6に模式図を示すようなハードウェア構成にする
ことで光源とセンサの数を少なくすることが可能であ
る。それについて以下に説明する。なお、図4と同一機
能部分には同一符号に「´」を付して、個々の説明を省略
する。
In the above-described embodiment, light sources and sensors are required for the number of measurement spots. For example, when the optimum measurement spot is known in advance from the product type, a schematic diagram shown in FIG. With a simple hardware configuration, the number of light sources and sensors can be reduced. This will be described below. The same functional portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals with “′”, and the description thereof is omitted.

【0042】この変形例では、アレイレンズ23´の前
方に設けられた光ファイバコネクタ24a´、24b´
…24n´を、アレイレンズ23´の各アレイの光軸に
一致するように光軸方向に平行に移動する位置決め機構
31を設けている。この位置決め機構31には最適スポ
ット登録テーブル32が接続されている。したがって、
加工に際しては、予め、エッチングを行なう前に製品
(ウエハ)の品種を調べ、最適な測定スポット位置を予
め登録された登録テーブル32から検索して、位置決め
機構31を作動させて、光ファイバコネクタ24a´、
24b´…24n´を所定の該当するアレイの位置に移
動させる。その位置で、エッチングを開始して加工しな
がらスポット光による測定を行なう。
In this modification, the optical fiber connectors 24a 'and 24b' provided in front of the array lens 23 '.
.. 24n ′ are provided in parallel with the optical axis direction so as to coincide with the optical axis of each array of the array lens 23 ′. The optimum spot registration table 32 is connected to the positioning mechanism 31. Therefore,
At the time of processing, the type of product (wafer) is checked before etching, the optimum measurement spot position is searched from a registration table 32 registered in advance, the positioning mechanism 31 is operated, and the optical fiber connector 24a is operated. ´
24n 'are moved to predetermined corresponding array positions. At that position, measurement is performed by spot light while etching is started and processing is performed.

【0043】したがって、この場合は複数スポットの同
時測定はできないが、予め登録された最適な測定スポッ
ト位置から、大きな振幅をもつ干渉光信号波形を取得す
ることができる。その干渉光信号波形を用いてエッチン
グ溝の深さを測定する。
Therefore, in this case, simultaneous measurement of a plurality of spots cannot be performed, but an interference light signal waveform having a large amplitude can be obtained from an optimal measurement spot position registered in advance. The depth of the etching groove is measured using the interference light signal waveform.

【0044】以上に述べたように、従来は、エッチング
溝の深さの測定対象(例えば、セル部)が小さい場合、
それからの干渉光信号の振幅が小さく、極点の検出が不
可能なため、エッチング溝の深さの算出が困難であった
が、本発明のエッチング溝の深さの測定によれば、測定
対象が小さい場合でも、それからの干渉光信号の振幅を
大きくすることができ、精度のよいエッチング溝の深さ
を測定することができる。
As described above, conventionally, when an object to be measured for the depth of an etching groove (for example, a cell portion) is small,
Since the amplitude of the interference light signal thereafter was small and it was impossible to detect a pole, it was difficult to calculate the depth of the etching groove. However, according to the measurement of the etching groove depth of the present invention, the measurement target was Even if it is small, the amplitude of the interference light signal from it can be increased, and the depth of the etched groove can be measured with high accuracy.

【0045】なお、上述の各実施の形態では、エッチン
グ溝について説明したが、溝の形成でなく、孔の場合等
のように、被測定体に段差が形成される場合は、それら
に、本発明の段差測定方法を適用できる。
In each of the above-described embodiments, the etching groove has been described. However, in the case where a step is formed in the object to be measured, such as in the case of a hole instead of forming the groove, the etching groove is added thereto. The step measurement method of the invention can be applied.

【0046】また、本発明の段差測定装置を観察装置と
して用いた半導体製造装置であるドライエッチング装置
は、精度のよいエッチングによる溝加工を行なうことが
できる。
Further, a dry etching apparatus, which is a semiconductor manufacturing apparatus using the step measuring device of the present invention as an observation device, can perform groove processing by accurate etching.

【0047】その一例を以下に説明すると、図7(a)
および図7(b)は、絶縁体に溝を形成するプロセスの
模式断面図で、図7(a)は溝形成前、図7(b)は溝
形成後を示している。すなわち、図7(a)に示すよう
にエッチングチャンバ(不図示)内に載置されているS
i基板1a上には、絶縁体による絶縁層2aとマスク材
3aが成膜されている。それにより、図7(b)に示す
ようにマスクパターンに対応したエッチング溝4aが所
定の深さで絶縁層254に形成される。
An example will be described below. FIG.
7A and 7B are schematic cross-sectional views of a process for forming a groove in the insulator, wherein FIG. 7A shows a state before the groove is formed, and FIG. 7B shows a state after the groove is formed. That is, as shown in FIG. 7 (a), S placed in an etching chamber (not shown)
On the i-substrate 1a, an insulating layer 2a made of an insulator and a mask material 3a are formed. Thereby, as shown in FIG. 7B, an etching groove 4a corresponding to the mask pattern is formed in the insulating layer 254 at a predetermined depth.

【0048】また、これらのエッチング工程では形成す
るエッチング溝4aが所定の深さになるように、工程中
は深さを測定して監視し、エッチング工程の終端を制御
している。
In these etching processes, the depth is measured and monitored during the process so that the etching groove 4a to be formed has a predetermined depth, and the end of the etching process is controlled.

【0049】なお、半導体装置の製造においては、シリ
コン上は露光工程、現像工程、エッチング工程等を経て
IC回路を形成する「前工程」と、完成してウエハの上
にIC回路を検査した後にウエハを切り分け、良品チッ
プをリードフレームにのせて、チップ上とリードフレー
ム上の電極同士を電気的にボンディングしてモールド樹
脂で封止して製品として完成させる「後工程」とを経て
所望の半導体が製造され、上述のエッチング工程中の深
さ測定制御に本発明の段差測定方法が利用される。
In the manufacture of a semiconductor device, a "pre-process" for forming an IC circuit on a silicon through an exposure process, a development process, an etching process, etc., After cutting the wafer, placing non-defective chips on the lead frame, electrically bonding the electrodes on the chip and the electrodes on the lead frame, sealing with mold resin, and completing the product Is manufactured, and the step measurement method of the present invention is used for the depth measurement control during the above-described etching process.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明によれば、測定対象が小さい場合
でも精度のよいエッチング溝の深さを測定することがで
きる。
According to the present invention, it is possible to accurately measure the depth of an etching groove even when the object to be measured is small.

【0051】また、その測定により、精密なエッチング
加工を行なえる半導体装置の製造方法が得られる。
Further, the measurement results in a method of manufacturing a semiconductor device capable of performing precise etching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】段差測定法を説明するための測定対象モデル
図。
FIG. 1 is a model diagram of a measurement target for explaining a step measurement method.

【図2】干渉光強度のグラフ。FIG. 2 is a graph of interference light intensity.

【図3】セル部の面積に対応した干渉光強度のグラフ。FIG. 3 is a graph of interference light intensity corresponding to the area of a cell part.

【図4】本発明のドライエッチング装置とそのモニタ装
置の模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram of a dry etching apparatus of the present invention and a monitor thereof.

【図5】(a)測定個所ごとのグラフ、(b)測定個所
の説明図。
5A is a graph for each measurement location, and FIG. 5B is an explanatory diagram of the measurement location.

【図6】本発明のドライエッチング装置とそのモニタ装
置の変形例の模式図。
FIG. 6 is a schematic view of a modified example of the dry etching apparatus and the monitor apparatus of the present invention.

【図7】(a)および(b)は、絶縁体に溝を形成する
プロセスの模式断面図。
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views of a process for forming a groove in an insulator.

【図8】(a)および(b)は、測定原理の説明図。8 (a) and (b) are explanatory diagrams of a measurement principle.

【図9】従来のドライエッチング装置の側面断面図。FIG. 9 is a side sectional view of a conventional dry etching apparatus.

【図10】従来のドライエッチング装置とそのモニタ装
置の変形例の模式図。
FIG. 10 is a schematic view of a conventional dry etching apparatus and a modification of the monitoring apparatus.

【図11】(a)および(b)は、測定スポットと被測
定体との関係図。
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the relationship between a measurement spot and an object to be measured.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、1a…ウエハ、2、2a…絶縁層、3、3a…マス
ク材、4…エッチング溝、11、11′…エッチング装
置、12、12′…モニタ装置、13、13′…処理
室、14、14′…上部電極、15、15′…下部電
極、22a、22b〜22n…光ファイバ、23、2
3′…アレイレンズ、25a、25b〜25n…光源、
26a、26b〜26n…センサ、28、28′…深さ
演算部
1, 1a wafer, 2, 2a insulating layer, 3, 3a mask material, 4 etching groove, 11, 11 'etching device, 12, 12' monitoring device, 13, 13 'processing chamber, 14 , 14 ': upper electrode, 15, 15': lower electrode, 22a, 22b to 22n: optical fiber, 23, 2
3 ': array lens, 25a, 25b to 25n: light source,
26a, 26b to 26n: sensor, 28, 28 ': depth calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F064 AA09 FF00 GG02 GG47 HH02 HH07 2F065 AA25 BB02 BB18 CC20 EE00 FF51 HH04 HH13 JJ02 JJ09 JJ25 LL03 LL04 LL10 LL12 QQ42 5F004 BA04 BB18 CB10 CB16 DB00 EA01 EB02 FA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F064 AA09 FF00 GG02 GG47 HH02 HH07 2F065 AA25 BB02 BB18 CC20 EE00 FF51 HH04 HH13 JJ02 JJ09 JJ25 LL03 LL04 LL10 LL12 QQ42 5F004 FB04 FB18 FB18

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を被測定体の段差に複数の
スポット光として照射する照射工程と、この照射工程に
より照射された前記光の反射光を受光する受光工程と、
この受光工程により受光された前記反射光の干渉波形に
基づいて前記段差の深さを算出する演算工程とを有する
ことを特徴とする段差測定方法。
An irradiation step of irradiating light from a light source onto a step of a measured object as a plurality of spot lights; a light receiving step of receiving reflected light of the light irradiated by the irradiation step;
Calculating a depth of the step based on an interference waveform of the reflected light received in the light receiving step.
【請求項2】 前記受光工程での前記反射光の受光は、
前記スポット光にそれぞれ対応していることを特徴とす
る請求項1記載の段差測定方法。
2. Receiving the reflected light in the light receiving step,
The step measurement method according to claim 1, wherein the method corresponds to each of the spot lights.
【請求項3】 光源からの光を被測定体の段差に位置が
移動自在であるスポット光として照射する照射工程と、
この照射工程により照射された前記光からの反射光を受
光する受光工程と、この受光工程により受光された前記
反射光の干渉波形に基づいて前記段差の深さを算出する
演算工程とを有することを特徴とする段差測定方法。
An irradiation step of irradiating light from a light source onto a step of the measured object as spot light whose position is movable;
A light receiving step of receiving reflected light from the light irradiated by the irradiation step; and an arithmetic step of calculating a depth of the step based on an interference waveform of the reflected light received by the light receiving step. A step measuring method characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 光源からの光を被測定体の段差にスポッ
ト光として伝達し、かつ、前記被測定体からの反射光を
受光手段に伝達する光学手段と、前記受光手段により受
光された前記反射光の干渉波形に基づいて段差を算出す
る演算手段を有する段差測定装置において、 前記光学手段は、アレイレンズのアレイ位置により前記
スポット光の前記被測定体への照射位置を規定している
ことを特徴とする段差測定装置。
4. An optical unit for transmitting light from a light source to a step of a measured object as spot light, and transmitting reflected light from the measured object to a light receiving unit, and receiving the light received by the light receiving unit. In a step measuring apparatus having a calculating unit that calculates a step based on an interference waveform of reflected light, the optical unit defines an irradiation position of the spot light on the measured object by an array position of an array lens. A step measuring device characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 前記アレイレンズのアレイの位置にそれ
ぞれ対応して光ファイバの端部が配置されていることを
特徴とする請求項4記載の段差測定装置。
5. The step measuring device according to claim 4, wherein ends of the optical fibers are arranged corresponding to the positions of the array of the array lens.
【請求項6】 前記アレイレンズのアレイの位置にそれ
ぞれ対応するように、光ファイバの端部が移動手段によ
り移動自在に設けられていることを特徴とする請求項4
記載の段差測定装置。
6. An optical fiber according to claim 4, wherein an end of the optical fiber is movably provided by a moving means so as to correspond to the position of the array of the array lens.
The step measuring device according to the above.
【請求項7】 シリコンウエハ上にエッチング工程を経
てIC回路を作りこんだチップを作成することで半導体
装置を製造する半導体装置の製造方法において、前記エ
ッチング工程の溝深さ制御に請求項1又は請求項3のい
ずれか1項に記載した段差測定方法を用いていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device by manufacturing a semiconductor device by forming a chip on which an IC circuit is formed on a silicon wafer through an etching process, wherein the groove depth control in the etching process is performed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising using the step measurement method according to claim 3.
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