JP2003124279A - 半導体装置のトレンチ深さ測定方法 - Google Patents
半導体装置のトレンチ深さ測定方法Info
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Abstract
接に測定する方法を提供する。 【解決手段】 最初に突出部PPの先端部TPが明確に
見えるように顕微鏡のレンズLZの焦点位置を調整し、
その状態での試料台STの垂直方向の位置Aを確認して
おく。次に、レンズLZはそのままの位置を保ち、試料
台STをレンズLZ方向に徐々に移動させ、基台BPの
表面SFが明確に見える位置で移動を停止する。この状
態での試料台STの垂直方向の位置Bを確認し、垂直位
置Bと、垂直位置Aと差から移動距離MD、すなわち突
出部PPの高さを得る。ネガレプリカNR中には標準粒
子SPが拡散して不透明となっているので、レンズLZ
の合焦位置が、突出部PPの先端部TPであるか基台B
Pの表面SFであるかの判別を付け易くなり、正確な移
動距離MDを取得できる。
Description
トレンチキャパシタや素子分離絶縁膜の形成に使用され
るトレンチの深さの測定方法に関する。
子分離絶縁膜の形成に使用されるトレンチの寸法は、幅
は約0.35μm、深さは約3.5μmで、幅に対する
深さのアスペクト比は10程度となっている。
ンチにおいては、紫外域のレーザーを用いたレーザー顕
微鏡を使用しても、トレンチ底部からの反射光が得られ
ず、トレンチの深さを測定することはできない。
ばトレンチを立体的に見ることはできるが、SEMでは
寸法を直接測定することはできず、試料を所定角度傾け
て写真を撮り、写真上で深さを採寸し、その値に傾斜角
度分の補正を行うことでトレンチ深さを算出するという
不正確な手法を採らざるを得なかった。
その断面をSEMで観察すれば、比較的正確にトレンチ
深さを測定できるが、試料、すなわちウェハは使い物に
ならなくなるので、この方法は実用的ではない。
置の形成領域以外の部分、例えば、ウェハ端縁部にモニ
タ用トレンチを設け、モニタ用トレンチの深さを針接触
式の形状測定装置で測定する手法が採られている。
設けられ、接触する針の大きさから、最大のもので10
0μm程度に形成される。そして、各種幅のトレンチに
対して形状測定装置を用いて深さを測定し、トレンチ幅
に対するトレンチ深さの関係を取得し、トレンチ幅0.
35μmの場合のトレンチ深さを外挿的に取得するもの
である。
いては、トレンチ深さを間接的に測定しており、正確な
トレンチ深さを得ることができず、例えば、半導体装置
の製造プロセスに問題があり、所望のトレンチが形成さ
れていない場合でも、そのままの状態でプロセスが進行
して、最終的に不良製品が多数製造され、製品歩留まり
が低下するという問題があった。
めになされたもので、ウェハを破損せず、トレンチ深さ
を直接に測定する方法を提供することを目的とする。
載の半導体装置のトレンチ深さ測定方法は、半導体基板
の主面表面内に形成されたトレンチの深さを測定する方
法であって、酢酸セルロースのアセトン溶解液に、粒径
が前記トレンチの幅より小さく、前記粒径の大きさが揃
った標準粒子を混入した型取り溶液を準備する工程(a)
と、前記トレンチが形成された状態の前記半導体基板上
に前記型取り溶液を滴下し、乾燥固化して前記トレンチ
の形状に対応した形状の突出部と、前記半導体基板の前
記主面に対応する基台とを有するネガレプリカを形成す
る工程(b)と、前記ネガレプリカを、前記半導体基板か
ら引き剥がす工程(c)と、前記ネガレプリカの前記突出
部の高さを、顕微鏡のレンズと前記ネガレプリカとの相
対距離を変化させることで得られる前記顕微鏡の合焦位
置の高低差を利用して測定する工程(d)とを備えてい
る。
トレンチ深さ測定方法は、前記工程(d)が、前記顕微鏡
の前記レンズに対して垂直な方向に微小ステップで移動
可能な試料台上に、前記突出部が前記レンズ側に向くよ
うに前記ネガレプリカを載置し、前記突出部の先端部で
の合焦位置における前記試料台の高さと、前記基台表面
での合焦位置における前記試料台の高さとの高低差を、
前記突出部の高さとして取得する工程を含んでいる。
トレンチ深さ測定方法は、前記工程(a)が、酢酸セルロ
ースの体積を1とし、体積比で2倍の量のアセトン溶液
を加えることで前記酢酸セルロースのアセトン溶解液を
調合する工程と、前記標準粒子として、純水中に分散す
るポリスチレン粒子を、前記酢酸セルロースのアセトン
溶解液に滴下混合する工程とを含んでいる。
トレンチ深さ測定方法は、前記ポリスチレン粒子の粒径
が、20nm〜100nmである。
トレンチ深さ測定方法は、前記工程(b)が、前記型取り
溶液を滴下した前記半導体基板を、30〜40℃の温度
範囲で、10分〜20分間加熱する工程を含んでいる。
トレンチ深さ測定方法は、前記工程(c)が、前記半導体
基板の前記主面上に付着した状態の前記ネガレプリカ上
に瞬間接着剤を滴下し、前記ネガレプリカとの接着のた
めの接着部材の平坦面を、前記瞬間接着剤に押し付け
て、前記接着部材を前記ネガレプリカに接着する工程
と、前記接着部材を前記半導体基板の前記主面に対して
垂直な方向に引き上げることで、前記ネガレプリカを前
記半導体基板から引き剥がす工程とを含んでいる。
トレンチ深さ測定方法は、前記工程(c)が、前記半導体
基板の前記主面上に付着した状態の前記ネガレプリカ上
に、前記標準粒子を含まない前記酢酸セルロースのアセ
トン溶解液を滴下して乾燥固化し、前記ネガレプリカに
密着した接着補助層を形成する工程と、前記接着補助層
上に瞬間接着剤を滴下し、前記接着補助層との接着のた
めの接着部材の平坦面を、前記瞬間接着剤に押し付け
て、前記接着部材を前記接着補助層に接着する工程と、
前記接着部材を前記半導体基板の前記主面に対して垂直
な方向に引き上げることで、前記接着補助層とともに前
記ネガレプリカを前記半導体基板から引き剥がす工程と
を含んでいる。
る測定方法の特徴部を、素子分離絶縁膜用のトレンチを
例に採って、図1〜図3を用いて説明する。
子分離絶縁膜用のトレンチTRを形成した状態を示す断
面図である。トレンチTRは幅0.35μm、深さ3.
5μmを設定値として形成されている。
TRの形成領域上に酢酸セルロースをアセトンに溶かし
た溶液に、粒子径標準粒子(Certified Particle Size
Standards)として市販されている粒子(以後、標準粒
子SPと呼称)を混ぜた溶液(以後、型取り溶液と呼
称)SLを滴下することで、トレンチTRを型取り溶液
SLで埋め込むとともに、半導体基板SBの主面上を型
取り溶液SLの膜で覆う。
ルロースの体積を1とした場合、体積比で2倍の量のア
セトン溶液を加え、1時間程度放置することで酢酸セル
ロースを完全に溶解させ、さらに標準粒子SPを混ぜて
得る。なお、酢酸セルロースをアセトンに溶かした溶液
は、攪拌すれば気泡を生じるが、放置することで気泡は
消失する。半導体基板SB上には気泡がない状態で滴下
する。
Scientific Corporation製の
ポリスチレン粒子を用いれば良い。当該ポリスチレン粒
子は、20nm〜900nmの範囲で、種々の大きさの
粒径のものを選択でき、純水中に分散した状態で提供さ
れる。本実施の形態においては、トレンチTRの幅が
0.35μmであるので、粒径20nm〜100nmの
ポリスチレン粒子を用いれば、トレンチTR内で目詰ま
りを起こすことを確実に防止でき、トレンチTR内に均
一に分散させることができる。
せるには、純水中に分散した状態の標準粒子SPを型取
り溶液SL中に滴下すれば良い。滴下量に明確な限定は
ないが、標準粒子SPを混入する目的が、透明な型取り
溶液SLを濁らせて、不透明な状態にすることにあるの
で、標準粒子SPが拡散した状態で、型取り溶液SLが
不透明になるように、型取り溶液SLの体積に応じて適
宜決定すれば良い。
り、型取り溶液SLは不透明白色となる。Duku社の
ポリスチレン粒子には、緑色、赤色、青色の蛍光色を有
するものもあるので、それらを使用しても良い。
型取り溶液SLが半導体基板SB上において乾燥固化し
た状態を示している。
取り溶液SLを半導体基板SBから引き剥がし、トレン
チTRに対応する突出部PPが上面側となるように光学
顕微鏡の試料台ST上に載置する。
取り溶液SLをネガレプリカNRと呼称する。これは、
トレンチTRの反転した形状が突出部PPとして得られ
るからである。
に対応する突出部PPと、半導体基板SB上の膜に対応
する基台BPとで構成されており、突出部PPの先端部
TPがトレンチTRの底面位置に相当し、基台BPの表
面SFが半導体基板SBの主面位置に相当する。
微鏡の試料台STは、レンズ主面に対して垂直な方向に
0.05μmステップで移動可能なシステムを有してい
る。従って、例えば、最初に突出部PPの先端部TPが
明確に見えるように顕微鏡のレンズLZの焦点位置を調
整し、その状態での試料台STの垂直方向の位置(垂直
位置Aと呼称)を確認しておく。次に、レンズLZはそ
のままの位置を保ち、試料台STをレンズLZ方向に徐
々に移動させ、基台BPの表面SFが明確に見える位置
で移動を停止する。この状態での試料台STの垂直方向
の位置(垂直位置Bと呼称)を確認し、垂直位置Bと、
先に確認した垂直位置Aと差から移動距離MDを求め
る。この移動距離MDが突出部PPの高さ、すなわちト
レンチTRの深さに相当する。なお、図3においては説
明の便宜上、レンズLZは2つ示されているが実際には
1つのレンズを使用する。
するので、位置情報はデジタル情報として表示され、垂
直位置Aを0点位置としてセットしておけば、垂直位置
Bの情報として移動距離MDを直接表示することも可能
である。
が、レンズ主面に対して垂直な方向に微小移動可能とし
て説明したが、レンズが試料台の方向に微小移動可能な
システムを有していても良く、要するに試料台とレンズ
との相対距離を微小ステップで変えることができ、レン
ズあるいは試料台の移動距離を知得できるシステムを有
していれば良い。
取り溶液SLは透明であり、そのままの状態ではネガレ
プリカNRも透明となる。透明なネガレプリカNRを光
学顕微鏡で観察した場合、焦点の合っている位置(合焦
位置)が突出部PPの先端部TPなのか、基台BPの表
面SFなのか判然とせず、正確な移動距離MDを取得で
きないという状態が発生する。
微鏡を用いた場合でも同様である。すなわち、透明なネ
ガレプリカNRに入射したレーザー光は、ネガレプリカ
NR内部で散乱や反射が起こり、ネガレプリカNR表面
の反射光だけでなく内部からの反射光が検出され、光信
号のノイズになってしまうので、正確な移動距離MDを
取得できない。
ば、ネガレプリカNR中には標準粒子SPが拡散して不
透明となっているので、レンズLZの合焦位置が、突出
部PPの先端部TPであるか基台BPの表面SFである
かの判別を付け易くなり、正確な移動距離MDを取得で
き、トレンチTRの深さを取得できる。
4〜図9を用いてネガレプリカの作製方法について説明
する。まず、図4に示すように、半導体基板SB上に標
準粒子SPを含んだ型取り溶液SLを滴下し、当該半導
体基板SBをヒーターHT上に搭載する。型取り溶液S
Lはトレンチ内に浸入するとともに半導体基板SB上に
適宜広がる。
搭載してから型取り溶液SLを滴下しても良いが、その
場合は型取り溶液SLの広がりを阻害しないようにヒー
ターHTが室温であることが望ましい。
(30〜40℃の温度範囲が実用的)に上げ、10分〜
20分の加熱を行うことで、半導体基板SB上に広がっ
た型取り溶液SLが乾燥固化し、ネガレプリカNRが成
形される(図5)。
リカNR上に瞬間接着剤(α-シアノアクリレート接着
剤等の1〜3秒で接着する市販の接着剤を使用)BDを
滴下する。そして、瞬間接着剤BDを押し広げるように
接着部材JGを瞬間接着剤BDに押し付け、瞬間接着剤
BDの乾燥を促すために接着部材JGを回動させる。こ
の回動に要する時間は1分〜2分である。
をなし、例えばアルミニウム等の金属で構成されてい
る。そして、本体J1の2つの平坦面のうち、一方の面
が瞬間接着剤BDに押し付けられる。他方の面にはネジ
穴が設けられ、そこには接着部材JGの取っ手J2がネ
ジ込まれている。取っ手J2にはボルト等を用いれば良
い。
し、その後、図8に示すように垂直方向に引っ張ること
で、接着部材JGの平坦面にネガレプリカNRが付着し
た状態で半導体基板SB上から引き剥がされる(図
9)。ネガレプリカNRには、図3を用いて説明したよ
うにトレンチTRに対応する突出部PPが形成されてい
ることは言うまでもない。
として用いるようにすれば、ネガレプリカNRを接着部
材JGから剥がす作業が不要になる。
作業は単純であり、全作業に要する時間は30分程度で
済むので、トレンチ深さの測定の時間短縮を行うことが
できる。
リカNRや瞬間接着剤BDは溶剤を使うことで容易に除
去でき、トレンチ深さを確認した半導体基板SBに残り
の製造工程を施すことで、半導体装置を完成することが
できる。
以上説明したネガレプリカの作製方法では、標準粒子S
Pを含んだネガレプリカNR上に瞬間接着剤BDを滴下
する構成としたが、ポリスチレン粒子である標準粒子S
Pを含むことで瞬間接着剤BDの接着効果が弱まる可能
性もある。そのような場合には、以下の手法を採用すれ
ば良い。
程を経て、半導体基板SB上に標準粒子SPを含んだネ
ガレプリカNRを形成する。次に、図10に示すよう
に、ネガレプリカNR上に、標準粒子SPを含まない型
取り溶液SLXを滴下し、当該半導体基板SBをヒータ
ーHT上に搭載する。
(温度範囲30〜40℃)に上げ、10分〜20分の加
熱を行うことで、ネガレプリカNR上に広がった型取り
溶液SLXが乾燥固化し、ネガレプリカNRXが成形さ
れる。ネガレプリカNRとネガレプリカNRXとは、標
準粒子SPの有無を除けばその成分が同じであり、ネガ
レプリカNRXはネガレプリカNRに密着する。なお、
ネガレプリカNRXは型取りを目的としたものではな
く、接着部材JGの接着力低下を防止するものであるの
で、接着補助層と呼称することもできる。
プリカNRX上に瞬間接着剤BDを滴下し、瞬間接着剤
BDを押し広げるように接着部材JGを瞬間接着剤BD
に押し付け、瞬間接着剤BDの乾燥を促すために接着部
材JGを回動させる。この回動に要する時間は1分〜2
分である。ネガレプリカNRXは標準粒子SPを含まな
いので、瞬間接着剤BDの接着力が低下することがな
く、接着部材JGとネガレプリカNRXとを強力に接着
することができる。
し、その後、図12に示すように垂直方向に引っ張るこ
とで、接着部材JGの平坦面にネガレプリカNRが付着
した状態で半導体基板SB上から引き剥がされる(図1
3)。なお、ネガレプリカNRと瞬間接着剤BDとの間
にはネガレプリカNRXが存在している。
SPを含まないネガレプリカNRXを形成し、ネガレプ
リカNRX上に瞬間接着剤BDを滴下することで、瞬間
接着剤BDの接着力が低下することを防止でき、ネガレ
プリカNRを半導体基板SBから確実に引き剥がすこと
ができる。
のトレンチ深さ測定方法によれば、トレンチの形状に対
応した形状の突出部を有するネガレプリカに標準粒子が
混入されているので、ネガレプリカが不透明となる。従
って、顕微鏡のレンズの合焦位置の判別が容易になり、
顕微鏡の合焦位置の高低差を利用してネガレプリカの突
出部の高さを測定することが容易になり、トレンチの深
さを正確に取得できる。
トレンチ深さ測定方法によれば、突出部の先端部での合
焦位置における試料台の高さと、基台表面での合焦位置
における試料台の高さとの高低差を、突出部の高さとし
て取得することができ、実用的なトレンチ深さの測定方
法を得ることができる。
トレンチ深さ測定方法によれば、実用的な型取り溶液を
得ることができる。
トレンチ深さ測定方法によれば、トレンチ幅が0.3μ
m程度のトレンチの深さ測定にも対応可能な型取り溶液
を得ることができる。
トレンチ深さ測定方法によれば、ネガレプリカ作製の実
用的な条件を得ることができる。
トレンチ深さ測定方法によれば、簡便な作業でネガレプ
リカを半導体基板から引き剥がすことができる。
トレンチ深さ測定方法によれば、ネガレプリカ上に標準
粒子を含まない接着補助層を密着して形成し、接着補助
層に接着部材を接着するので、瞬間接着剤の接着力が低
下することを防止でき、ネガレプリカを半導体基板から
確実に引き剥がすことができる。
方法の特徴部を説明する工程図である。
方法の特徴部を説明する工程図である。
方法の特徴部を説明する工程図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
ある。
る工程図である。
る工程図である。
る工程図である。
る工程図である。
NR ネガレプリカ、PP 突出部、TP 先端部、L
Z レンズ、ST 試料台、BD 瞬間接着剤、JG
接着部材。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体基板の主面表面内に形成されたト
レンチの深さを測定する方法であって、 (a)酢酸セルロースのアセトン溶解液に、粒径が前記ト
レンチの幅より小さく、前記粒径の大きさが揃った標準
粒子を混入した型取り溶液を準備する工程と、 (b)前記トレンチが形成された状態の前記半導体基板上
に前記型取り溶液を滴下し、乾燥固化して前記トレンチ
の形状に対応した形状の突出部と、前記半導体基板の前
記主面に対応する基台とを有するネガレプリカを形成す
る工程と、 (c)前記ネガレプリカを、前記半導体基板から引き剥が
す工程と、 (d)前記ネガレプリカの前記突出部の高さを、顕微鏡の
レンズと前記ネガレプリカとの相対距離を変化させるこ
とで得られる前記顕微鏡の合焦位置の高低差を利用して
測定する工程とを備える、半導体装置のトレンチ深さ測
定方法。 - 【請求項2】 前記工程(d)は、 前記顕微鏡の前記レンズに対して垂直な方向に微小ステ
ップで移動可能な試料台上に、前記突出部が前記レンズ
側に向くように前記ネガレプリカを載置し、前記突出部
の先端部での合焦位置における前記試料台の高さと、前
記基台表面での合焦位置における前記試料台の高さとの
高低差を、前記突出部の高さとして取得する工程を含
む、請求項1記載の半導体装置のトレンチ深さ測定方
法。 - 【請求項3】 前記工程(a)は、 酢酸セルロースの体積を1とし、体積比で2倍の量のア
セトン溶液を加えることで前記酢酸セルロースのアセト
ン溶解液を調合する工程と、 前記標準粒子として、純水中に分散するポリスチレン粒
子を、前記酢酸セルロースのアセトン溶解液に滴下混合
する工程とを含む、請求項1記載の半導体装置のトレン
チ深さ測定方法。 - 【請求項4】 前記ポリスチレン粒子の粒径は、20n
m〜100nmである、請求項3記載の半導体装置のト
レンチ深さ測定方法。 - 【請求項5】 前記工程(b)は、 前記型取り溶液を滴下した前記半導体基板を、30〜4
0℃の温度範囲で、10分〜20分間加熱する工程を含
む、請求項1記載の半導体装置のトレンチ深さ測定方
法。 - 【請求項6】 前記工程(c)は、 前記半導体基板の前記主面上に付着した状態の前記ネガ
レプリカ上に瞬間接着剤を滴下し、前記ネガレプリカと
の接着のための接着部材の平坦面を、前記瞬間接着剤に
押し付けて、前記接着部材を前記ネガレプリカに接着す
る工程と、 前記接着部材を前記半導体基板の前記主面に対して垂直
な方向に引き上げることで、前記ネガレプリカを前記半
導体基板から引き剥がす工程とを含む、請求項1記載の
半導体装置のトレンチ深さ測定方法。 - 【請求項7】 前記工程(c)は、 前記半導体基板の前記主面上に付着した状態の前記ネガ
レプリカ上に、前記標準粒子を含まない前記酢酸セルロ
ースのアセトン溶解液を滴下して乾燥固化し、前記ネガ
レプリカに密着した接着補助層を形成する工程と、 前記接着補助層上に瞬間接着剤を滴下し、前記接着補助
層との接着のための接着部材の平坦面を、前記瞬間接着
剤に押し付けて、前記接着部材を前記接着補助層に接着
する工程と、 前記接着部材を前記半導体基板の前記主面に対して垂直
な方向に引き上げることで、前記接着補助層とともに前
記ネガレプリカを前記半導体基板から引き剥がす工程と
を含む、請求項1記載の半導体装置のトレンチ深さ測定
方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001317926A JP2003124279A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体装置のトレンチ深さ測定方法 |
TW091107049A TW542900B (en) | 2001-10-16 | 2002-04-09 | Method of measuring trench depth of semiconductor device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001317926A JP2003124279A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体装置のトレンチ深さ測定方法 |
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JP2003124279A true JP2003124279A (ja) | 2003-04-25 |
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JP2001317926A Pending JP2003124279A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 半導体装置のトレンチ深さ測定方法 |
Country Status (3)
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