JP2014036207A - 深さ検知方法、エッチング方法、深さ検知装置及びエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象の平面に開口されて形成される凹部の深さを正確に検知する。
【解決手段】エッチング装置１０は、平面電極２４上にウェハ１２が載置されて装填される。検知装置５０は、ウェハの光源部５２から射出する光ビームＬＢを、ウェハの入射面１２Ｂからウェハの内部に入射する。また、撮像部５４は、凹部の開口が形成される反射面１２Ａで反射されて、射出面１２Ｃから射出される光ビームＬＢｒが照射されることにより、光ビームを撮像する。検知装置は、撮像された光ビームに含まれる凹部の影の長さを算出することにより、ウェハに形成された凹部の深さを検知する。
【選択図】図４

Description

開示する技術は、深さ検知方法、エッチング方法、深さ検知装置及びエッチング装置に関する。

シリコンウェハの表面の疵等を検出する表面欠陥検出方法としては、検査材料の表面に均一な光を照射し、二次元センサなどを用いて反射光を撮像し、撮像画像に含まれる光源の正反射像以外の反射像より検査材料の表面欠陥を検出する。検査材料の表面に光源から発する光を照射した場合、光源の正反射像の位置は一定となるが、疵等による光源の反射像は、疵が深く傾斜角度が大きくなるほど光源の正反射像から離れる。ここから、上記提案では、光源の正反射像の位置と疵等による光源の反射像の位置から疵等の欠陥の程度を判断している。

また、エンボスが形成されたカード表面に対して、平行光源から発する光を一定の入射角となるように照射し、反射光をＣＣＤエリアセンサにより受光する場合、エンボスの頂部における正反射光は、ＣＣＤエリアセンサにより撮像される。これに対して、エンボスの肩部分に生じる乱反射光は、ＣＣＤエリアセンサにより撮像されない。ここから、平行光源から発しカード表面で反射した反射光をＣＣＤエリアセンサにより受光し、ＣＣＤエリアセンサの受光量から、カードに形成されたエンボスを読み取るエンボス読取装置が提案されている。

ところで、半導体製造装置に設けられるエッチング工程では、例えばシリコンウェハ等の半導体基板に対してマスクパターンに応じてエッチング処理を行なう。エッチング工程に用いられるエッチング装置としては、半導体基板上の絶縁膜又はポリシリコン等の半導体膜の全面をエッチングする場合に、エリプソメータ等を用いて、絶縁膜又は半導体膜の残膜厚を測定する提案がなされている。この提案では、チャンバー外の発光部から基板上にレーザー光を照射し、反射光を受光部により受光して残膜厚をサンプリングし、サンプリング値が目標値と一致したときに、エッチングを停止している。

一方、高品質の半導体集積回路を製造する場合、エッチング工程においては、エッチングの進行状況に基づいて、エッチングを停止するタイミングを高精度で制御する必要がある。したがって、エッチング工程においては、エッチングにより基板に形成される凹部の深さを高精度で検知できることが好ましい。

特開昭６１−４８７５１号公報 特開平０５−８１４５８号公報 特開昭６３−２５４７３３号公報

開示の技術は、一つの側面として、計測対象に形成される凹部の深さを正確に検知することを目的とする。

開示の技術は、平面に開口された凹部が形成される計測対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射し、前記照射した光ビームが前記計測対象内を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像する。前記計測対象の凹部の深さは、前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから検知する。

開示の技術は、一つの側面として、計測対象の平面に開口されて形成される凹部の深さを正確に検知することができる、という効果を有する。

本実施形態に係るエッチング装置の一例を示す要部の側面図である。 エッチング処理されるウェハの一例を示す要部の断面図である。 本実施形態に係る検知装置の要部の斜視図である。 本実施形態に係る検知装置の要部の側面図である。 ウェハ内における光ビームの走査の一例を示すウェハ近傍の要部の側面図である。 ウェハ内における光ビームの走査の他の一例を示すウェハ近傍の要部の側面図である。 光ビームの光路の概略を示すウェハ近傍の要部の側面図である。 光ビームによる凹部の検知を示すウェハ近傍の要部の側面図である。 図６Ｂの凹部の一例を示すウェハの要部の斜視図である。 ウェハから射出される光ビームの光路の一例を示す光路図である。 制御装置として機能するコンピュータの機能ブロック図である。 凹部の深さ検知及び深さに基づいたエッチング制御の一例を示す流れ図である。 ウェハに凹部が生じていない場合に撮像される画像の一例を示す平面図である。 図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った相対光量分布の一例を示す線図である。 ウェハに凹部が生じた場合に撮像される画像の一例を示す平面図である。 図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿った相対光量分布の一例を示す線図である。 ウェハに、図１２Ａよりも深い凹部が生じた場合に撮像される画像の一例を示す平面図である。 図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂ線に沿った相対光量分布の一例を示す線図である。 ウェハに、図１３Ａよりも更に深い凹部が生じた場合に撮像される画像の一例を示す平面図である。 図１４Ａの１４Ｂ−１４Ｂ線に沿った相対光量分布の一例を示す線図である。 円板状のウェハに適用される検知装置の要部を示す斜視図である。

以下、図面を参照して開示する技術の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１には、本実施形態に係るドライエッチング装置（dry etching system、以下、エッチング装置とする）１０を示している。このエッチング装置１０は、半導体製造工程に用いられるエッチング装置の一例として機能する。

エッチング装置１０は、ウェハ（wafer）１２を処理対象としている。ウェハ１２は、例えば、半導体集積回路を形成するのに用いられ、処理対象及び計測対象の一例として機能する。図２に示すように、エッチング装置１０により処理されるウェハ１２は、石英ガラスなどが用いられて形成された基板層１４、及び基板層１４上に形成されたエッチング層１６を含む。また、ウェハ１２は、このエッチング層１６上にマスクパターンに応じてレジスト層１８が形成される。エッチング装置１０には、レジスト層１８が形成されたウェハ１２が装填される。

エッチング装置１０は、例えば、ウェハ１２から、レジスト層１８が形成されていない非マスク領域１８Ａのエッチング層１６を除去する。これにより、ウェハ１２には、マスクパターンに応じた凹部２０が形成される。なお、図２に示すウェハ１２は、エッチング装置１０によりエッチング処理される前のエッチング層１６及びレジスト層１８を破線で示されている。

図１に示すように、エッチング装置１０は、箱体形状に形成されたチャンバー２２を備える。エッチング装置１０は、平面電極２４、対向電極２６及び高周波電源２８を備える。平面電極２４及び対向電極２６は、互いに対向されてチャンバー２２内に配置されている。平面電極２４及び対向電極２６の各々は、高周波電源２８に接続されている。平面電極２４、対向電極２６及び高周波電源２８は、エッチング処理部の一部の一例として機能する。

高周波電源２８は、平面電極２４と対向電極２６との間に、所定周波数の高周波電力を供給する。平面電極２４は、カソード（cathode、kathode）として機能し、対向電極２６は、アノード（anode）として機能する。これにより、エッチング装置１０は、チャンバー２２内の平面電極２４と対向電極２６との間で放電が生じる。なお、高周波電源２８は、例えば、１３．６５ＭHz、２７ＭHz、６０ＭHzなどの単一の周波数の高周波電力を出力するものであってもよく、また、複数の周波数を重畳させた高周波電力を出力するものであってもよい。

エッチング装置１０は、平面電極２４上にウェハ１２が載置される。また、エッチング装置１０は、ガス供給部３０、排気部３２及び制御部３４を備える。ガス供給部３０、及び排気部３２は、エッチング処理部の一部の一例として機能し、制御部３４は、検知部及び制御部の一例として機能する。

ガス供給部３０は、導入パイプ３０Ａを介してチャンバー２２に連通され、導入パイプ３０Ａからチャンバー２２内にエッチングガスを供給する。排気部３２は、排気パイプ３２Ａを介してチャンバー２２内に連通されている。排気部３２は、例えば、真空ポンプを用い、排気パイプ３２Ａを介してチャンバー２２内のガスを吸引することによりチャンバー２２内から排出する。

制御部３４には、高周波電源２８、ガス供給部３０及び排気部３２の各々が接続されている。エッチング装置１０は、制御部３４により高周波電源２８、ガス供給部３０及び排気部３２の各々の作動が制御される。

制御部３４は、排気部３２を作動させながらガス供給部３０を作動させる。これにより、エッチング装置１０は、例えば、減圧下でチャンバー２２内がエッチングガスにより満たされる。制御部３４は、チャンバー２２内がエッチングガスに満たされている状態で、高周波電源２８から平面電極２４、対向電極２６間に高周波電力を供給することにより、平面電極２４と対向電極２６と間に放電を生じさせる。

エッチング装置１０は、エッチングガスが満たされたチャンバー２２内で放電が生じることにより、エッチングガスのプラズマが発生する。これにより、エッチング装置１０は、平面電極２４上に載置されているウェハ１２に対し、プラズマイオンによりエッチング処理を施す。

なお、エッチング装置１０の基本的動作は、公知の一般的動作が適用され、以下では、詳細な説明を省略する。また、本実施形態は、所謂プラズドライマエッチング装置として機能するエッチング装置１０を例に説明するが、ウェハ１２に対するエッチング処理は、これに限らず、公知の任意のエッチング方法を適用できる。エッチング装置１０は、エッチング方法に応じた構成が適用される。

本実施形態に係るエッチング装置１０は、チャンバー２２内に装填部３６が設けられている。装填部３６は、装填部の一例として機能する。図１及び図３に示すように、装填部３６は、例えば、矩形筒体状に形成された枠体３８及び蓋体４０を備える。図１に示すように、枠体３８は、開放された一端側がチャンバー２２の底部２２Ａに取り付けられて閉塞されている。エッチング装置１０は、ウェハ１２が載置される平面電極２４が、枠体３８内に配置されている。ウェハ１２は、枠体３８内の平面電極２４に載置されることで、エッチング装置１０の装填部３６に装填される。

図１及び図３に示すように、枠体３８は、開放された他端側が蓋体４０により覆われる。蓋体４０は、平面電極２４に載置されるウェハ１２に対向する開口部４２が形成されている。

図３に示すように、本実施の形態では、一例として、矩形状のウェハ１２（例えば外形寸法が、１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．５ｍｍ）を適用している。開口部４２は、ウェハ１２の外形に合わせた形状で、ウェハ１２のサイズ（外形寸法）よりも僅かに小さく開口されて蓋体４０に形成されている。

図１、図３及び図４に示すように、エッチング装置１０は、平面電極２４上に載置されたウェハ１２の周縁部を、平面電極２４と蓋体４０の開口部４２の周縁部との間でクランプする。これにより、ウェハ１２は、エッチングされるレジスト層１８側の面が対向電極２６へ向けられて開放された状態で保持される。また、エッチング装置１０は、蓋体４０の開口部４２がウェハ１２により閉塞されてチャンバー２２内と区画される。これにより、エッチング装置１０は、チャンバー２２内のエッチングガスが、装填部３６（枠体３８及び蓋体４０）の内部に流入するのが防止されている。

なお、蓋体４０に形成される開口部４０は、ウェハ１２のエッチング領域が開放される大きさとなっている。また、ウェハ１２としては、矩形形状に限らず、円形形状等であってもよい。円形形状のウェハを適用する場合、蓋体４０には、円形に開口した開口部を形成すればよい。

ところで、図２に示すように、ウェハ１２には、基板層１４及びエッチング層１６として、光透過性を有する材質が用いられる。本実施形態では、例として、石英（石英ガラス）を用いることで可視光に対して光透過性を有する基板層１４及びエッチング層１６が形成されている。

また、ウェハ１２は、基板層１４及びエッチング層１６として、同等の材質が用いられている。これにより、ウェハ１２は、基板層１４とエッチング層１６との間に、光（可視光）に対する境界面が生じないようにされている。また、ウェハ１２は、エッチング層１６の表面１６Ａが鏡面仕上げされ、表面１６Ａにレジスト層１８が形成されている。なお、ウェハ１２としては、基板層１４の一部がエッチング層１６として用いられるものであっても良い。

一方、図１、図３及び図４に示すように、エッチング装置１０は、検知装置５０を備える。検知装置５０は、深さ検知装置の一例として機能する。エッチング装置１０は、ウェハ１２に対してエッチング処理を行なっているときに、検知装置５０によりウェハ１２に形成される凹部２０の深さを検知する。

図１及び図４に示すように、検知装置５０は、光源部５２及び撮像部５４を含む。光源部５２は、光源部の一例として機能し、撮像部５４は、撮像部の一例として機能する。

光源部５２は、所定波長の光ビームＬＢを射出する。図４に示すように、撮像部５４は、例えば、多数のＣＣＤ（charge−coupled device）アレイなどの受光素子を二次元状に配列した受光部（以下、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａとする）を備える。撮像部５４は、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂに光ビームＬＢが照射されることにより、光ビームＬＢにより形成されるスポットの画像を撮像する。

本実施形態では、可視光を透過する材質で形成されているウェハ１２を計測対象及び処理対象として用いるが、計測対象及び処理対象は、可視光に限らず、赤外光などの他の波長の光に対して透過性を有する材質を用いることができる。例えば、処理対象及び計測対象が、赤外光に対して光透過性を有する材質であれば、赤外光を発する光源部５２を設け、赤外光を受光する撮像部５４を設ければよい。

図１に示すように、検知装置５０は、光源部５２及び撮像部５４が、装填部３６の枠体３８内に設けられる。光源部５２及び撮像部５４は、平面電極２４を挟んで配置される。

また、図１、図３及び図４に示すように、検知装置５０は、反射ミラー５６、５８を備える。反射ミラー５６は、走査部の一部の一例として機能し、反射ミラー５８は、反射部の一例として機能する。

図１及び図４に示すように、反射ミラー５６は、光源部５２の上方に配置され、ミラー面５６Ａが、平面電極２４に載置されたウェハ１２の端面、及び光源部５２に対向されている。検知装置５０は、光源部５２から射出された光ビームＬＢが、反射ミラー５６のミラー面５６Ａに入射されることにより、光ビームＬＢをウェハ１２の端面へ向けて反射する。これにより、光ビームＬＢは、ウェハ１２に入射される。

反射ミラー５８は、反射ミラー５６と反対側のウェハ１２の端面側で、かつ撮像部５４の上方に配置されている。また、反射ミラー５８は、ミラー面５８Ａが、ウェハ１２の端面及び撮像部５４に対向されている。ウェハ１２に入射された光ビームＬＢは、ウェハ１２内部を伝播し、反射ミラー５６と反対側の端面から射出される（以下、ウェハ１２から射出される光ビームＬＢを、光ビームＬＢｒとして区別する）。これにより、反射ミラー５８には、ウェハ１２から射出された光ビームＬＢｒがミラー面５８Ａに照射される。反射ミラー５８は、ミラー面５８Ａに照射された光ビームＬＢｒを、撮像部５４へ向けて反射する。撮像部５４は、光源部５２から射出されてウェハ１２内を伝播した光ビームＬＢがＣＣＤエリアセンサ５４Ａに入射される。

図３に示すように、検知装置５０は、反射ミラー５６のミラー面５６Ａを傾倒するように反射ミラーを回動させる傾動部６０、及び反射ミラー５８のミラー面５８Ａを傾倒するように回動させる傾動部６２を含む。傾動部６０は、走査部の一部の一例として機能し、傾動部６２は、反射部として機能する。

検知装置５０は、傾動部６０により反射ミラー５６のミラー面５６Ａを傾倒することで、光ビームＬＢのウェハ１２への入射角を変化させる。また、検知装置５０は、ウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒの射出角に応じて傾動部６２により反射ミラー５８のミラー面５８Ａを傾倒させる。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒの射出角に関わらず、光ビームＬＢｒが撮像部５４へ向けて反射され、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの受光領域内に収まるようにしている。

一方、図２に示すように、ウェハ１２は、エッチング層１６の表面１６Ａ側がエッチングされることにより、凹部２０が形成される。凹部２０は、エッチング処理された表面１６Ａに開口部２０Ａが形成され、この開口部２０Ａからウェハ１２の内部へ向けて掘り込まれるように形成される。凹部２０は、凹部の一例として機能する。

図５Ａに示すように、検知装置５０は、表面１６Ａ側のウェハ１２内部の面に光ビームＬＢを照射することにより、表面１６Ａ側のウェハ１２内部の境界部分が境界面となって光ビームＬＢを全反射させる。また、検知装置５０は、ウェハ１２の内側の境界部分で反射されてウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒを、反射ミラー５８のミラー面５８Ａにより撮像部５４へ向けて反射させることにより、光ビームＬＢｒを撮像する。以下では、表面１６Ａのウェハ１２の内側の境界部分（境界面）を反射面１２Ａ、光ビームＬＢが入射されるウェハ１２の端面を入射面１２Ｂ、光ビームＬＢｒが射出されるウェハ１２の端面を射出面１２Ｃとする。反射面１２Ａは、処理対象及び計測対象の平面の内側の境界部分の一例として機能し、入射面１２Ｂは、平面の一端側の端面の一例として機能し、射出面１２Ｃは、射出面の一例として機能する。

ここで、ウェハ１２の入射面１２Ｂへの光ビームＬＢの入射角を変えることで、反射面１２Ａ上の光ビームＬＢの照射位置Ｃが移動する。検知装置５０は、反射ミラー５６のミラー面５６Ａを傾倒することでミラー面５６Ａの角度αを変化させる。これにより、検知装置５０は、反射面１２Ａ上の光ビームＬＢの照射位置Ｃを、反射ミラー５６と反射ミラー５８との間の光ビームＬＢの光路に沿った方向（矢印ｘ方向）に移動させる。以下、光ビームＬＢの照射位置Ｃの移動を光ビームＬＢの主走査という。なお、角度αは、ウェハ１２の反射面１２Ａに対する反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度として説明する。

角度αは、角度α_１から角度α_２を含む範囲（α_１＞α＞α_２）であればよい。また、反射ミラー１２は、ウェハ１２に対する位置が、角度αでウェハ１２に入射された光ビームＬＢが、反射面１２Ａにおいて全反射が生じる位置に配置される。ここで、角度α_１は、反射ミラー５６のミラー面５６Ａで反射された光ビームＬＢが、ウェハ１２の反射面１２Ａの反射ミラー５６側（入射面１２Ｂ側）の端部の照射位置Ｃ_１へ向けて反射される角度とする。また、角度α_２は、反射ミラー５６のミラー面５６Ａで反射された光ビームＬＢが、ウェハ１２の反射面１２Ａの反射ミラー５８側（射出面１２Ｃ側）の端部の照射位置Ｃ_２へ向けて反射される角度とする。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２の反射面１２Ａ上を照射位置Ｃ_１から照射位置Ｃ_２まで、光ビームＬＢの主走査が行なわれる。

また、ウェハ１２の反射面１２Ａで反射される光ビームＬＢｒは、反射面１２Ａに対する入射角と、反射面１２Ａに対する反射角とが等しくなる。この反射角及び入射角は、矢印ｘ方向に沿う反射面１２Ａ上の位置により異なり、反射角が異なることにより、反射ミラー５８のミラー面５８Ａに入射されるときの角度も変化する。

検知装置５０は、ウェハ１２の射出面１２Ｃから反射ミラー５８のミラー面５８Ａへ向けて射出される光ビームＬＢｒの角度（射出角）に応じて、反射ミラー５８のミラー面５８Ａを傾倒することでミラー面５８Ａの角度βを変化させる。これにより、検知装置５０は、反射ミラー５８のミラー面５８Ａに照射される光ビームＬＢｒが撮像部５４へ向けて反射されるようにしている。なお、角度βは、ウェハ１２の反射面１２Ａに対する反射ミラー５８のミラー面５８Ａの角度として説明する。

角度βは、例えば、角度β_１から角度β_２を含む範囲（β_１＜β＜β_２）とすることができる。ここで、角度β_１は、ウェハ１２の反射面１２Ａの照射位置Ｃ_２で反射された光ビームＬＢｒを撮像部５４へ向けて反射する角度とする。また、角度β_２は、ウェハ１２の反射面１２Ａの照射位置Ｃ_１で反射された光ビームＬＢｒを撮像部５４へ向けて反射する角度とする。

図５Ａでは、ウェハ１２の内部での光ビームＬＢの伝播が、反射面１２Ａにおける１回の反射で行なわれるようにしているが、これに限らず、光ビームＬＢ（ＬＢｒ）がウェハ１２の内部で複数回の反射を行なって伝播するものであっても良い。すなわち、反射面１２Ａと、反射面１２Ａに対向する反射面１２Ｄとで光ビームＬＢが反射しながらウェハ１２の内部を伝播するようにしてもよい。この場合、光ビームＬＢが反射面１２Ａ上の複数位置で反射すると、後述する反射面１２Ａに生じる凹部２０の特定が困難となる場合がある。したがって、ウェハ１２の内部での光ビームＬＢの反射は、反射面１２Ａでの反射が１回であり、反射面１２Ｄでの光ビームＬＢの反射が１回以下であることが好ましい。

図５Ｂには、ウェハ１２内の反射面１２Ｄでの光ビームＬＢの反射を用いた一例を示す。光ビームＬＢは、反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度αが、角度α_１から角度α_３まで変化されることにより、ウェハ１２の反射面１２Ａの端部Ｃ_１から中央部Ｃ_０までの範囲で主走査される。

一方、光ビームＬＢは、反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度αが、角度α_４とされることにより、反射面１２Ｄで反射された後、反射面１２Ａの中央部Ｃ_０の照射位置に照射され、中央部Ｃ_０の照射位置から反射ミラー５８（射出面１２Ｃ）へ向けて反射される。また、光ビームＬＢは、反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度αが、角度α_５（α_５＜α_４）とされることにより、反射面１２Ｄで反射された後、反射面１２Ａの端部Ｃ_２に照射され、端部Ｃ_２から射出面１２Ｃへ向けて反射される。

ここから、検知装置５０は、反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度αを、角度α_１から角度α_５の範囲で変化させ、角度α_１から角度α_３の範囲、及び角度α_５から角度α_４の範囲で反射される光ビームＬＢｒを撮像しても良い。

なお、検知装置５０は、ウェハ１２の反射面１２Ａ上の照射位置Ｃ_１から照射位置Ｃ_０の範囲に照射する光ビームＬＢを、反射面１２Ａから反射面１２Ｄへ向けて反射させ、反射面１２Ｄから射出面１２Ｃへ向けて反射されるようにしても良い。

一方、図３及び図４に示すように、検知装置５０は、架台６４及び架台移動部６６を備えている。架台６４及び架台移動部６６は、走査部の一部の一例として機能する。架台６４は、例えば、帯板状に形成されて、平面電極２４の下方に配置される。また、架台６４には、長手方向の一方の端部に光源部５２が取り付けられ、他方の端部に撮像部５４が取り付けられている。

架台移動部６６は、例えば、チャンバー２２の底部２２Ａ上に取り付けられ、上部に配置される架台６４を支持する。架台移動部６６は、例えば、ガイド部と送りねじ機構を用いた移動機構を備え、上部に支持している架台６４を、反射ミラー５６による光ビームＬＢの走査方向と交差する方向（矢印ｙ方向）に沿って移動させる。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２の反射面１２Ａ上への光ビームＬＢの照射位置（位置Ｃ）が、矢印ｙ方向へ移動される（以下、副走査とする）。

検知装置５０は、光ビームＬＢの主走査及び副走査を行なうことにより、ウェハ１２の反射面１２Ａ上の全面へ光ビームＬＢを照射する。また、検知装置５０は、光ビームＬＢが照射されるウェハ１２の反射面１２Ａ上の位置Ｃが、光ビームＬＢｒの反射位置Ｐ（ｘ、ｙ）（以下、反射位置Ｐと表記する）となり、反射位置Ｐの各々において反射された光ビームＬＢｒを撮像する。

図６Ａに示すように、光ビームＬＢは、所定のスポット径（例えば、０．２ｍｍ）の平行光の光束としてウェハ１２に入射される。入射角φinでウェハ１２に入射された光ビームＬＢは、照射角δで反射面１２Ａに照射され、反射角φで反射面１２Ａから反射される。なお、入射角φin、照射角δ及び反射角φは、反射面１２Ａ又は反射面１２Ａと平行な面に対する角度とする。

光ビームＬＢが照射されるウェハ１２の反射面１２Ａに凹部２０が生じていない場合、反射面１２Ａで反射される光ビームＬＢｒは、光ビームＬＢのスポット径に応じたスポット径となる。なお、図５Ａでは、光ビームＬＢの中心に対応する反射位置Ｐの中心を反射位置Ｐ_０（Ｐ_０＝Ｐ（ｘ、ｙ））とし、矢印ｘ方向に沿う光ビームＬＢの照射範囲は、反射位置Ｐ_０を中心として反射位置Ｐ_１から反射位置Ｐ_２の範囲としている。

ウェハ１２の反射面１２Ａで反射された光ビームＬＢｒは、反射面１２Ａの反射位置Ｐ_０から反射位置Ｐ_１の範囲で反射された光による光束と、反射面１２Ａの反射位置Ｐ_０から反射位置Ｐ_２の範囲で反射された光による光束とに分けられる。

図７には、ウェハ１２に形成される凹部２０の一例を示す。凹部２０は、ウェハ１２の反射面１２Ａ側の開口部２０Ａの直径Ｒ_１が２Ｄ（Ｒ_１＝２Ｄ）、底部２０Ｂの直径Ｒ_２がＤ（Ｒ_２＝Ｄ）、深さＨが２Ｄ（Ｈ＝２Ｄ）の円錐台としている。

図６Ｂには、凹部２０が形成されている場合のウェハ１２の内部の光ビームＬＢの伝播を示す。凹部２０は、反射面１２Ａからウェハ１２の内部に突出するように形成される。ウェハ１２の反射面１２Ａに照射される光ビームＬＢ及び反射面１２Ａで反射される光ビームＬＢｒは、ウェハ１２内に凹部２０が生じていると、一部が凹部２０により遮られる。これにより、ウェハ１２の射出面１２Ｃから射出される光ビームＬＢｒには、凹部２０の投影像として、凹部２０の影６８が生じる。

ウェハ１２の凹部２０の中心が反射位置Ｐ_０となる光ビームＬＢに対して、反射位置Ｐ_０から反射位置Ｐ_１の範囲に照射された光は、反射面１２Ａで反射される。このとき、光ビームＬＢの周縁部となる反射面１２Ａの反射位置Ｐ_１で反射された光は、凹部２０に遮られることなく伝播する。

これに対して、例えば、反射面１２Ａの反射位置Ｐ_３では、照射された光が、凹部２０の底部２０Ｂへ向けて反射される。これにより、反射位置Ｐ_３で反射した光は、凹部２０の底部２０Ｂ又は底部２０Ｂの周縁部で遮られる。また、反射面１２Ａにおける凹部２０の開口の周縁となる反射位置Ｐ_５に照射された光は、凹部２０に遮られる。これにより、反射面１２の反射位置Ｐ_０から反射位置Ｐ_１の範囲で反射された光による光ビームＬＢｒには、凹部２０の投影像として凹部２０に応じた影６８Ａが生じる。

また、反射面１２Ａ上の反射位置Ｐ_２へ向けて照射される光は、凹部２０に遮られることなく反射面１２Ａの反射位置Ｐ_２に達し、この反射位置Ｐ_２で反射される。これに対して、反射面１２Ａ上の反射位置Ｐ_０へ向けて照射される光は、凹部２０により遮られる。また、反射面１２Ａの反射位置Ｐ_４へ向けて照射される光は、凹部２０の底部２０Ｂに遮られる。このとき、凹部２０の底部２０Ｂが反射面１２Ａと平行であれば、反射面１２Ａの反射位置Ｐ_４へ向けて照射される光は、凹部２０の底部２０Ｂで反射される。これにより、光ビームＬＢｒでは、凹部２０の底部２０Ｂで反射された光が、反射位置Ｐ_３で反射した光となり、凹部２０の影６８Ａ上で凹部２０の底部２０Ｂに対応する影を消す。

さらに、反射面１２Ａにおける凹部２０の開口の周縁となる反射位置Ｐ_６へ向けて入射された光は、凹部２０に遮られる。これにより、ウェハ１２から反射面１２Ａの反射位置Ｐ_０から反射位置Ｐ_２の範囲に照射される光ビームＬＢに応じた光ビームＬＢｒには、凹部２０の投影像として凹部２０に応じた影６８Ｂが生じる。

したがって、凹部２０が形成されているウェハ１２に光ビームＬＢが照射された場合、ウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒの内部には、各々が凹部２０の投影像となっている２つの影６８Ａ、６８Ｂが合成された凹部２０の影６８が生じる。凹部２０の影６８が含まれる光ビームＬＢｒは、撮像部５４のＣＣＤエリアセンサ５４Ａにより撮像された場合、影６８に対応する受光素子に受光量の減少を生じさせる。

検知装置５０は、反射位置Ｐ（ｘ、ｙ）で反射された光ビームＬＢｒを撮像したときに、受光量が減少しているか否から、反射位置Ｐ（ｘ、ｙ）に凹部２０が生じているか否かを判定することができる。

また、反射位置Ｐ_０に対応する影６８Ａ上の点Ｐ_０と反射位置Ｐ_３に対応する影６８Ａ上の点Ｐ_３の距離は、反射位置Ｐ_０に対応する影６８Ｂ上の点Ｐ_０と反射位置Ｐ_４に対応する影６８Ｂ上の点Ｐ_４との距離に等しい。また、影６８Ａ上の点Ｐ_０から点Ｐ_３の距離と影６８Ｂ上の点Ｐ_０から点Ｐ_４の距離との和を影６８の高さＬとすると、高さＬは、ウェハ１２に形成されている凹部２０の深さＨに応じて変化する。

ここから、検知装置５０は、光ビームＬＢｒに生じている影６８の高さＬ（撮像部５４で撮像される影６８の長さ）からウェハ１２に生じている凹部２０の深さＨを判定することができる。

図８に示すように、凹部２０の影６８を含む光ビームＬＢｒにより、ウェハ１２の射出面１２Ｃに投影される影６８の高さＬ_１は、Ｌ_１＝Ｌとなる。また、光ビームＬＢｒの射出面１２Ｃへの入射角をφ、射出面１２Ｃから射出される射出角をθ、空気に対する基板層１４の屈折率をＮａとすると、スネルの法則により、Ｓｉｎθ＝Ｎａ×Ｓｉｎφとなる。スネルの法則は、ウェハ１２への光ビームＬＢの入射面１２Ａにおいても適用される。したがって、射出角θは、反射ミラー５６のミラー面５６Ａの角度α、基板層１４の屈折率Ｎａから得られる。

また、光ビームＬＢｒの光軸と交差する方向に沿う影６８の高さＬ_１は、Ｌ_１＝Ｌ×Ｃｏｓθ＝２・Ｈ・Ｃｏｓθとなる。ウェハ１２の射出面１２Ｃと平行な面Ｐｌに、射出面１２Ｃから射出される光ビームＬＢｒにより投影される影６８の高さＬ_０は、高さＬとなる（Ｌ_０＝Ｌ）。

一方、反射ミラー５８のミラー面５８Ａの角度βを４５°（β＝４５°＝π／４）とし、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの受像面を、ウェハ１２の反射面１２Ａと平行とする（射出面１２Ｃと交差する）。この場合、ミラー面５８Ａに入射される光ビームＬＢｒの光軸、ウェハ１２の射出面１２ＣとＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂとは、ミラー面５８Ａの法線Ｎｖを対称線とする線対称とみなされる。

したがって、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂに入射される光ビームＬＢｒの角度ψは、ψ＝θとなる。また、ミラー面５８Ａで反射された光ビームＬＢｒの光軸と交差する方向に沿う影６８の高さＬ_２は、（１）式となる。
Ｌ_２＝Ｌ×Ｃｏｓθ＝２・Ｈ・Ｃｏｓθ ・・・（１）

また、角度βを角度γだけ変化させる（β＝π／４−γ）と、反射ミラー５８のミラー面５８Ａで反射された光ビームＬＢｒは、角度β＝π／４の光ビームＬＢｒに対して角度２・γだけ、角度ψが変化する。これにより、角度ψは、ψ＝θ＋２γとなる。

一方、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂ上の凹部２０の影６８の大きさである長さＷは、高さＬ_２（＝Ｌ_１）、角度ψから、（２）式となる。
Ｗ＝Ｌ_２／Ｃｏｓψ ・・・（２）

また、Ｌ_２＝・Ｈ・Ｃｏｓθ、ψ＝θ＋２・γから、影の長さＷは、（３）式に書き換えられる。
Ｗ＝２・Ｈ・Ｃｏｓθ／Ｃｏｓ（θ＋２γ） ・・・（３）

したがって、ウェハ１２に生じた凹部２０の深さＨは、（４）式により得られる。
Ｈ＝Ｗ・Ｃｏｓ（θ＋２・γ）／（２・Ｃｏｓθ） ・・・（４）

また、光ビームＬＢｒが、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂに対して、例えば垂直に照射されるように角度αを制御する場合、ψ＝θ＋２γ＝０となるので、ウェハ１２に生じる凹部２０の高さＨは、（５）式から得られる。
Ｈ＝Ｗ／（２・Ｃｏｓθ） ・・・（５）

なお、反射ミラー５８を設けず、ウェハ１２の射出面１２Ｃから撮像部５４の撮像面５４Ｂに光ビームＬＢｒが射出される場合、角度γ＝０として、凹部２０の深さＨを算出することができる。

検知装置５０は、撮像部５４により撮像された光ビームＬＢｒの影６８の長さＷを算出し、この長さＷからウェハ１２に生じる凹部２０の深さＨを算出する。また、エッチング装置１０は、検知装置５０により検知される凹部２０の深さＨが、予め設定した基準深さＨ_０となることにより、例えば、高周波電源２８の高周波電力の出力を停止させる。これにより、エッチング装置１０は、ウェハ１２に対するエッチングの進行を停止させる。

図９には、制御部３４の一例を示す。制御部３４は、検知部及び制御部の一例として機能する。制御部３４は、コンピュータ７０を含む。コンピュータ７０は、ＣＰＵ（central processing unit）７２、メモリ７４、不揮発性の記憶部７６、キーボード７８、マウス８０、ディスプレイ８２を備える。コンピュータ７０は、ＣＰＵ７２、メモリ７４、不揮発性の記憶部７６、キーボード７８、マウス８０、ディスプレイ８２がバス８４により接続されている。また、コンピュータ７０は、インターフェイス８６を備え、インターフェイス８６が、バス８４に接続されている。また、制御部３４は、コンピュータ７０のインターフェイス８６に、高周波電源２８、ガス供給部３０及び排気部３２が接続されている。

コンピュータ７０の記憶部７６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等の記憶媒体により実現できる。記憶部７６には、高周波電源２８を作動させるための、高周波電力制御プログラム８８Ａ、ガス供給部３０を作動させるためのガス供給制御プログラム８８Ｂ、及び排気部３２を作動させるための排気制御プログラム８８Ｃが記憶されている。

ＣＰＵ７２は、各プログラム８８Ａ〜８８Ｃを記憶部７６から読み出してメモリ７４に展開し、各プログラム８８Ａ〜８８Ｃが有するプロセスを順次実行する。これにより、エッチング装置１０は、ウェハ１２に対するエッチング処理を実行する。

一方、制御部３４は、コンピュータ７０のインターフェイス８６に、検知装置５０の光源部５２、撮像部５４、傾動部６０、６２及び架台移動部６６が接続されている。これにより、制御部３４は、検知装置５０の作動を制御する。

コンピュータ７０の記憶部７６には、光源部５２による光ビームＬＢの発光を制御する発光制御プログラム９０Ａが記憶されている。また、記憶部７６には、傾動部６０及び傾動部６２により反射ミラー５６、５８の角度α、角度βを制御することにより光ビームＬＢの主走査を制御する主走査制御プログラム９０Ｂが記憶されている。さらに、記憶部７６には、架台移動部６６による光ビームＬＢの副走査を制御する副走査制御プログラム９０Ｃ、撮像部５４により光ビームＬＢｒの撮像を制御する撮像制御プログラム９０Ｄが記憶されている。

ＣＰＵ７２は、各プログラム９０Ａ〜９０Ｄを記憶部７６から読み出して、メモリ７４に展開し、各プログラム９０Ａ〜９０Ｄが有するプロセスを実行する。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２の反射面１２Ａに対する光ビームの主走査、副走査及び光ビームＬＢｒの撮像が実行される。

また、記憶部７６には、撮像した画像に対する画像処理を行なうことで、凹部２０の深さＨを検知する画像処理プログラム９２Ａ、及び検知した凹部２０の深さＨに基づいてエッチング処理の進行を制御するエッチング制御プログラム９２Ｂが記憶されている。

ＣＰＵ７２は、各プログラム９２Ａ、９２Ｂを記憶部７６から読み出して、メモリ７４に展開し、各プログラム９２Ａ、９２Ｂが有するプロセスを実行する。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２に形成された凹部２０の深さＨの検知を行う。また、エッチング装置１０は、例えば、凹部２０が予め設定した深さに達することで、高周波電力の供給が停止されて、エッチング処理が停止される。

なお、エッチング装置１０及び検知装置５０の制御部３４は、例えば半導体集積回路、より詳しくは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で実現することも可能である。

以下に、本実施形態の作用として、検知装置５０を用いたウェハ１２の凹部２０の深さＨの検知、及び検知結果を用いたエッチング処理を説明する。

エッチング装置１０は、装填部３６の枠体３８内に配置している平面電極２４上に処理対象とするウェハ１２を載置し、枠体３８を蓋体４０により閉塞する。これにより、ウェハ１２は、レジスト層１８側の面が開放された状態で平面電極２４と蓋体４０との間にクランプされて保持される。また、枠体３８は、蓋体４０及び蓋体４０の開口部４２を塞ぐウェハ１２により内部がチャンバー２２に対して密閉される。

エッチング装置１０は、ウェハ１２が装填されると、チャンバー２２内にエッチングガスが満たされ、平面電極２４及び対向電極２６に高周波電力が供給される。これにより、エッチング装置１０は、チャンバー２２内のエッチングガスにプラズマが発生し、このプラズマによりウェハ１２のエッチング処理が行なわれる。

ここで、エッチング装置１０は、枠体３８内に検知装置５０の光源部５２及び撮像部５４等が設けられている。エッチング装置１０は、枠体３８内が密閉されていることにより、光源部５２、撮像部５４等がエッチングガス、エッチングガスのプラズマ等により損傷、劣化等が進行してしまうのが防止される。

ところで、エッチング装置１０は、エッチング処理の進行に応じてウェハ１２に凹部２０が形成され、また、凹部２０の深さＨが深くなる。エッチング装置１０は、エッチング処理によりウェハ１２に形成される凹部２０の深さＨを、検知装置５０により検知している。また、エッチング装置１０は、検知装置５０の検知結果に基づき、ウェハ１２のエッチング処理の停止が制御される。

図１０には、検知装置５０における検知処理の流れを示している。検知装置１０は、例えば、装填部３６に装填されたウェハ１２に対してエッチング処理が開始される前などの所定のタイミングでステップ１１０を実行して初期設定を行なう。検知装置５０における初期設定は、例えば、ウェハ１２の反射面１２Ａに対して光源部５２から発する光ビームＬＢを走査（主走査及び副走査）し、ウェハ１２の反射面１２Ａで反射される光ビームＬＢｒを撮像部５４で撮像する。これにより、検知装置５０は、ウェハ１２の反射面１２Ａの反射位置Ｐ（ｘ、ｙ）毎の反射ミラー５６の角度α、反射ミラー５８の角度βを特定する。

また、検知装置５０は、初期設定において、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａが光ビームＬＢｒを受光したときの、受光素子毎の受光量に基づき、受光量の基準値を設定する。検知装置５０は、ウェハ１２の凹部２０を検知するときに、受光素子毎に受光量と基準値とを比較する。

図１１Ａには、ウェハ１２に凹部２０が生じていない状態でＣＣＤエリアセンサ５４Ａに照射された光ビームＬＢｒを撮像した画像の一例とする画像９４Ａを示す。なお、以下では、一例として、光ビームＬＢ（ＬＢｒ）のビーム径を０．４ｍｍ、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａに設けている受光素子の中心間隔を５μｍ（０．００５ｍｍ）としている。また、図１１Ａは、縦方向（縦ライン、矢印ｘ方向）が光ビームＬＢの主走査方向（図３の矢印ｘ方向）に沿って配列された受光素子が対応し、横方向（横ライン）が縦ラインと交差する方向（図３の矢印ｙ方向）に沿って配列された受光素子が対応している。図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ａ、図１１Ｂに対応する各図では、縦ラインの受光素子の配列順である素子番号を示す。

図１１Ｂには、光ビームＬＢｒを撮像した画像９４ＡにおけるＣＣＤエリアセンサ５４Ａの１ライン分の受光素子の各々の受光量の分布の一例を示す。なお、図１１Ｂは、図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂ線に沿った縦方向（縦ライン）の１ライン分の受光素子の受光量の分布の一例を示し、縦軸を受光量（Ｗ：ワット）、横軸を受光素子の位置を特定するための素子番号（ピクセル番号）としている。

図１１Ａに示すように、凹部２０が生じていないウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒには、凹部２０の影６８は含まれない。また、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａにより撮像される画像９４Ａは、光ビームＬＢｒが照射されていない周縁部が暗く、光ビームＬＢｒが照射される領域が、光ビームＬＢｒの照度（光量）に応じて明るくなる。また、画像９４Ａは、光ビームＬＢｒの周縁部が暗く、光ビームＬＢｒの中心に向かうほど明るくなる。したがって、検知装置５０は、初期設定として、例えば、図１１Ｂに示す受光素子ごとの受光量を基準値として設定する。

検知装置５０は、ウェハ１２に対するエッチング処理が開始されると、ウェハ１２に生じる凹部２０の検知を開始する。ウェハ１２に生じる凹部２０の検知は、ステップ１１２においてウェハ１２の反射面１２Ａ上へ光ビームＬＢの走査を行い、反射面１２Ａで反射された光ビームＬＢｒを撮像部５４で撮像する。検知装置５０は、光ビームＬＢの走査が、架台移動部６６により架台６４を移動させ（副走査）、反射ミラー５６の角度αを変化させることにより行う（主走査）。また、検知装置５０は、光ビームＬＢの主走査に応じて、反射ミラー５８の角度βを変化させることにより、光ビームＬＢｒを撮像する。

ステップ１１４では、撮像された光ビームＬＢｒの画像から、ウェハ１２上の凹部２０の検知が行われる。凹部２０の検知は、光ビームＬＢｒを受光したときの受光素子ごとの受光量と基準値とを比較し、例えば、受光素子ごとの基準値に対する受光量の相対値（基準値に対する受光量の百分率、以下、相対受光量とする）を算出し、算出結果に基づいて行う。

例えば、図１１Ａに示す光ビームＬＢｒが検出されている場合、各ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの各受光素子の相対受光量は、１００％に近似した値となる。これに対して、エッチング処理が進行することでウェハ１２に凹部２０が生じると、相対受光量が低下する受光素子が生じる。

図１２Ａには、深さＨが１μｍの凹部２０が生じている場合に、光ビームＬＢｒをＣＣＤエリアセンサ５４Ａで撮像した画像９４Ｂを示す。この光ビームＬＢｒの画像９４Ｂには、凹部２０による影６８が生じている。図１２Ｂには、図１２Ａの１２Ｂ−１２Ｂ線に沿う各受光素子の相対受光量を示す。図１２Ｂに示すように、光ビームＬＢｒに影６８が生じることにより、周囲の受光素子よりも相対受光量が低下する受光素子が生じる。

検知装置５０は、光ビームＬＢｒを撮像したときに、相対受光量が低下した受光素子の有無から、ウェハ１２に凹部２０が生じているか否かを判定する。このとき、検知装置５０は、架台６４の移動量、反射ミラー５６の角度α、及び反射ミラー５８の角度βから、光ビームＬＢｒの反射位置Ｐ（ｘ、ｙ）を特定する。

図１０のステップ１１６では、凹部２０を検知したか否かを確認する。このとき、各受光素子に相対受光量の低下が生じていない場合、凹部２０が生じていないとしてステップ１１６において否定判定してステップ１１２へ移行する。これにより、検知装置５０は、光ビームＬＢの走査を継続する。

これに対して、相対受光量の低下した受光素子を検出すると、ステップ１１６において肯定判定して、ステップ１１８へ移行する。このステップ１１８では、受光素子の相対受光量に基づいて凹部２０の深さＨの検知を行う。

ここで、図１２Ｂには、一つの受光素子において相対受光量が４０％低下している場合を示す。受光素子の間隔が５μｍであることから、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａの撮像面５４Ｂ上の影６８の長さＷは、例えば、Ｗ＝５（μｍ）×０．４＝２（μｍ）として算出することができる。

検知装置５０は、算出した長さＷ、光ビームＬＢｒの射出角θ、及び反射ミラー５８の角度βを用いることで、凹部２０の深さＨを算出する。例えば、反射ミラー５８の角度βが、β＝π／４（＝４５°）であれば、凹部２０の深さＨは、Ｈ＝１（μｍ）となる。

また、図１３Ａには、図１２Ａよりも、エッチングが進行し、凹部２０の深さＨが深くなった場合の画像９４Ｃを示す。図１３Ａに示すように、凹部２０が深くなることにより、光ビームＬＢｒを撮像した画像９４Ｃは、光ビームＬＢｒに含まれる影６８が大きくなる。図１３Ｂには、図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂ線に沿うラインの各受光素子の相対受光量を示す。図１３Ｂに示すように、光ビームＬＢｒに含まれる影６８が大きくなることにより、影６８が生じたときに相対受光量が低下していた受光素子において相対受光量がさらに低下する。また、影６８が生じたときに相対受光量が低下していた受光素子に隣接する受光素子においては、相対受光量に低下が生じる。

図１３Ｂには、一つの受光素子において相対受光量が１００％低下し、隣接する受光素子の一方の相対受光量が７５％低下し、隣接する受光素子の他方の相対受光量が２５％低下している場合が示されている。図１３Ｂの場合の影６８の長さＷは、例えば、Ｗ＝５（μｍ）×1．０＋５（μｍ）×０．７５＋５（μｍ）×０．２５＝１０（μｍ）として算出される。このとき、例えば、反射ミラー５８の角度βがβ＝π／４（＝４５°）であれば、凹部２０の深さＨは、Ｈ＝５（μｍ）となる。

図１０では、検知した凹部２０の深さＨを算出するとステップ１２０へ移行し、予め設定している凹部２０の深さＨの基準値Ｈ_０と比較する。ここで、検知した凹部２０の深さＨが、基準値Ｈ_０に達していなければ（Ｈ＜Ｈ_０）、ステップ１２０で否定判定して、ステップ１１２へ移行し、光ビームＬＢの走査を継続する。これにより、エッチング装置１０は、ウェハ１２に対するエッチング処理を継続する。

一方、図１４Ａには、図１３Ａよりも、さらにエッチングが進行し、凹部２０がより深くなっている場合の光ビームＬＢｒの画像９４Ｄを示す。図１４Ａに画像９４Ｄは、ウェハ１２の凹部２０が深くなることにより、光ビームＬＢｒに含まれる影６８が大きくなり、かつ影６８が明確となる。図１４Ｂには、図１４Ａの１４Ｂ−１４Ｂ線に沿うラインの各受光素子の相対受光量を示す。

光ビームＬＢｒに含まれる影６８が大きくなることにより、ＣＣＤエリアセンサ５４Ａ上では、影６８に当たる受光素子の数が増加する。これにより、図１４Ｂに示すように、光ビームＬＢｒが照射されても、凹部２０の影６８に含まれ光を受光しない受光素子が増加する。図１４Ｂは、３５個の受光素子において相対受光量が１００％低下し、隣接する受光素子の一方の相対受光量が７５％低下し、隣接する受光素子の他方の相対受光量が２５％低下している場合を示している。

図１４Ｂの場合、撮像面５４Ｂ上の影６８の長さＷは、例えば、Ｗ＝５（μｍ）×1．０×３６＋５（μｍ）×０．７５＋５（μｍ）×０．２５＝１８０（μｍ）として算出される。このとき、例えば、反射ミラー５８の角度βがβ＝π／４（＝４５°）であれば、凹部２０の深さＨは、Ｈ＝９０（μｍ）となる。エッチング装置１０においては、エッチング処理が進行することでウェハ１２に形成される凹部２０が深くなる。

これにより、深さＨが基準値Ｈ_０に達する（Ｈ≧Ｈ_０）と、図１０では、ステップ１２０で肯定判定してステップ１２２へ移行する。検知装置５０は、ステップ１１２へ移行することで、エッチング処理を終了するように設定する。

エッチング装置１０に設けている制御部３４は、検知装置５０の検知結果に基づき、ステップ１２２においてエッチング処理の終了が設定されると、高周波電源２８から平面電極２４及び対向電極２６への高周波電力の出力を停止させる。エッチング装置１０は、平面電極２４、対向電極２６へ高周波電力が供給されなくなることで放電が停止する。これにより、チャンバー２２内のウェハ１２は、エッチングの進行が止まる。

このように、検知装置５０は、エッチングによりウェハ１２に生じる凹部２０の深さＨを高精度で検出することができる。また、エッチング装置１０は、検知装置５０により検知する凹部２０の深さＨに応じ、ウェハ１２に対するエッチング処理を停止する。したがって、エッチング装置１０は、ウェハ１２に対して高精度のエッチング処理を行うことができる。

また、エッチング装置１０は、枠体３８と蓋体４０により閉塞した装填部３６に検知装置５０を設けている。これにより、エッチング装置１０は、検知装置５０に用いている光源部５２、撮像部５４、反射ミラー５６、５８などの光学部品、電子部品が、エッチングガス、エッチングガスのプラズマなどの影響を受けてしまうことが防止されている。

本実施形態では、矩形状のウェハ１２を例に説明したが、ウェハ１２の形状はこれに限るものではない。また、検知装置５０は、光ビームＬＢ、ＬＢｒに対して、ウェハ１２の形状に応じた光学系を用いればよい。

図１５には、円板状のウェハ９６を用いる検知装置５０Ａの要部を示す。この検知装置５０Ａは、反射ミラー５６に替えて反射光学系１００を設け、反射ミラー５８に替えて反射光学系１０２を設けている。反射光学系１００、１０２は、円板状のウェハ９６の中心点を挟んで配置され、各々が円弧状に湾曲したウェハ９６の端面９６Ａに対向されている。

ウェハ９６の端面９６Ａに入射される光ビームＬＢは、ウェハ９６の端面９６Ａが円弧状となっていることにより、主走査方向と交差する方向に沿うスポット径がウェハ９６の内部で縮小されるように屈折される。また、ウェハ９６の端面９６Ａから射出される光ビームＬＢｒは、ウェハ９６の端面９６Ａが円弧状となっていることにより、主走査方向と交差する方向に沿うスポット径が拡大されるよう屈折される。

ここから、反射光学系１００は、例えば、シリンドカルミラー１００Ａを含む。反射光学系１００は、光ビームＬＢの主走査方向と交差する方向に沿うスポット径を拡大するように、光ビームＬＢをウェハ９６の端面９６Ａへ向けて反射する。これにより、反射光学系１００は、端面９６Ａからウェハ９６に入射された光ビームＬＢのスポット径が一定となるようにする。

また、反射光学系１０２は、例えば、シリンドカルミラー１０２Ａ及びシリンドカルレンズ１０２Ｂを含む。反射光学系１０２のシリンドカルミラー１０２Ａには、主走査方向と交差する方向に沿うスポット径が拡大するように屈折されてウェハ９６から射出される光ビームＬＢｒが入射される。シリンドカルミラー１０２Ａは、入射された光ビームＬＢｒのスポット径が、シリンドカルレンズ１０２上で所定径（ウェハ１２の内部におけるビーム径）となるように反射する。シリンドカルレンズ１０２Ｂは、シリンドカルミラー１０２Ａから入射される光ビームＬＢｒが平行光となるように偏向する。

これにより、検知装置５０Ａは、ウェハ９６内のビーム径に応じた光ビームＬＢｒが撮像部５４のＣＣＤエリアセンサ５４Ａに照射されるようにしている。

また、検知装置５０Ａは、ウェハ９６の中心を軸に、光源部５２、反射光学系１００、反射光学系１０２及び撮像部５４が一体で、ウェハ９６に対して相対回転することにより、光ビームＬＢの副走査を行う（矢印ｒ方向）。

これにより、光ビームＬＢは、入射位置がウェハ９６の反射面９６Ａの周方向に沿って移動される副走査が行われる。

したがって、検知装置５０Ａは、円板状のウェハ９６に形成される凹部２０の深さＨを正確に検知することができる。

開示の技術においては、反射ミラー５６を設けず、光源部５２から射出される光ビームＬＢを、ウェハ１２の入射面１２Ｂに照射する構成を含む。この場合、光源部５２を揺動するか又は光ビームＬＢを偏向することにより、ウェハ１２の反射面１２Ａ上を光ビームＬＢが主走査されるようにすれば良い。

また、開示の技術においては、反射ミラー５８を設けず、ウェハ１２から射出される光ビームＬＢｒが、撮像部５４のＣＣＤエリアセンサ５４Ａ上の照射される構成とすることを含む。

さらに、開示の技術は、上記実施の形態に記載に限らず、各部分が目的とする機能を含む形態であれば良い。また、本明細書に記載された全ての特許出願及び特許出願に開示される技術文献は、個々の文献、特許出願及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に、参照により取り込まれる。

開示の技術は、以上の実施形態に関し、更に、以下の付記を含む。

（付記１）
平面に開口された凹部が形成される計測対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射し、
前記照射した光ビームが前記計測対象内を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像し、
前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記計測対象の凹部の深さを検知する、
ことを含む深さ検知方法。

（付記２）
前記凹部の深さを、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む付記１記載の深さ検知方法。

（付記３）
前記凹部の深さを、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む付記１記載の深さ検知方法。

（付記４）
前記計測対象は、半導体集積回路が形成されるウェハである、付記１から付記３の何れかに記載の深さ検知方法。

（付記５）
平面に対してエッチング処理することにより、当該平面に開口されエッチング処理の進行に応じて深くなる凹部が形成される処理対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射し、
前記照射した光ビームが前記処理対象の内部を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像し、
前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記エッチング処理の進行に応じた前記処理対象の前記凹部の深さを検知する、
ことを含むエッチング方法。

（付記６）
前記撮像された前記光ビームに前記影が含まれるか否かを検知し、前記影が含まれる場合に前記凹部の深さを検知する、ことを含む付記５記載のエッチング方法。

（付記７）
前記凹部の深さを、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む付記５又は付記６記載のエッチング方法。

（付記８）
前記凹部の深さを、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む付記５又は付記６記載のエッチング方法。

（付記９）
前記検知した前記処理対象の凹部の深さが、予め設定した深さに達することにより、前記エッチング処理を停止する、ことを含むエッチング方法。

（付記１０）
前記処理対象は、半導体集積回路が形成されるウェハである、付記５から付記９の何れかに記載のエッチング方法。

（付記１１）
平面に開口される凹部が形成される計測対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射する光源部と、
前記照射した光ビームが前記計測対象を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像する撮像部と、
前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記計測対象の前記凹部の深さを検知する検知部と、
を含む深さ検知装置。

（付記１２）
前記光源部から射出される前記光ビームの前記平面の内側の境界部分への照射位置を変化させることにより、前記光ビームの主走査を行う走査部を、更に含む付記１１記載の深さ検知装置。

（付記１３）
前記走査部は、前記主走査される前記光ビームの光軸と交差する方向に沿って前記光源部及び前記撮像部を前記計測対象に対して相対移動させることにより副走査を行う、付記１２記載の深さ検知装置。

（付記１４）
前記検知部は、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、付記１１から付記１３の何れかに記載の深さ検知装置。

（付記１５）
前記撮像部は、前記計測対象から射出される前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射部を含み、
前記検知部は、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記反射部が前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、付記１１から付記１３の何れかに記載の深さ検知装置。

（付記１６）
処理対象の平面に対してエッチング処理することにより、当該平面に開口されエッチング処理の進行に応じて深くなる凹部を形成するエッチング処理部と、
前記処理対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射する光源部と、
前記照射した光ビームが前記処理対象を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像する撮像部と、
前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記処理対象の前記凹部の深さを検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて前記エッチング処理部の作動を制御する制御部と、
を含むエッチング装置。

（付記１７）
前記光源部から射出される前記光ビームの前記平面の内側の境界部分への照射位置を変化させることにより、前記光ビームの主走査を行う走査部を、更に含む付記１６記載のエッチング装置。

（付記１８）
前記走査部は、前記主走査される前記光ビームの光軸と交差する方向に沿って前記光源部及び前記撮像部を前記処理対象に対して相対移動させることにより副走査を行う、付記１７記載のエッチング装置。

（付記１９）
前記検知部は、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、付記１６から付記１８の何れかに記載のエッチング装置。

（付記２０）
前記撮像部は、前記処理対象から射出される前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射部を含み、
前記検知部は、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記反射部が前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、付記１６から付記１８の何れかに記載のエッチング装置。

（付記２１）
前記制御部は、前記検知部により検知された前記処理対象の凹部の深さが、予め設定した深さに達することにより、前記エッチング処理部を停止する、付記１６から付記２０の何れかに記載のエッチング装置。

（付記２２）
前記処理対象が、前記平面が前記エッチング処理可能となるように開放されて装填されることにより内部が周囲と区画される装填部を含み、前記装填部内に、前記光源部及び前記撮像部が配置されている、付記１６から付記２１の何れかに記載のエッチング装置。

（付記２３）
前記処理対象が、半導体集積回路を形成するウェハである、付記１６から付記２２の何れかに記載のエッチング装置。

１０ エッチング装置
１２、９６ ウェハ（計測対象、処理対象の一例）
１２Ａ 反射面（平面の内側の境界部分の一例）
１４ 基板層（計測対象、処理対象の一例）
１６ エッチング層（計測対象、処理対象の一例）
１８ レジスト層
２０ 凹部
２０Ａ 開口部
２２ チャンバー（エッチング処理部の一例）
２８ 高周波電源（エッチング処理部の一例）
３０ ガス供給部（エッチング処理部の一例）
３２ 排気部（エッチング処理部の一例）
３４ 制御部（制御部、検知部の一例）
３６ 装填部
３８ 枠体
４０ 蓋体
４２ 開口部
５０、５０Ａ 検知装置
５２ 光源部
５４ 撮像部
５４Ａ ＣＣＤエリアセンサ（撮像部の一例）
５４Ｂ 撮像面
５６ 反射ミラー（走査部の一例）
５８ 反射ミラー（反射部の一例）
６０ 傾動部（走査部の一例）
６２ 傾動部
６８（６８Ａ、６８Ｂ） 影

Claims (17)

1. 平面に開口された凹部が形成される計測対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射し、
   前記照射した光ビームが前記計測対象内を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像し、
   前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記計測対象の凹部の深さを検知する、
   ことを含む深さ検知方法。
2. 前記凹部の深さを、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む請求項１記載の深さ検知方法。
3. 前記凹部の深さを、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む請求項１記載の深さ検知方法。
4. 平面に対してエッチング処理することにより、当該平面に開口されエッチング処理の進行に応じて深くなる凹部が形成される処理対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射し、
   前記照射した光ビームが前記処理対象の内部を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像し、
   前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記エッチング処理の進行に応じた前記処理対象の前記凹部の深さを検知する、
   ことを含むエッチング方法。
5. 前記凹部の深さを、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む請求項４記載のエッチング方法。
6. 前記凹部の深さを、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づいて検知する、ことを含む請求項４記載のエッチング方法。
7. 前記検知した前記処理対象の凹部の深さが、予め設定した深さに達することにより、前記エッチング処理を停止する、ことを含む請求項４から請求項６の何れか１項記載のエッチング方法。
8. 前記処理対象は、半導体集積回路が形成されるウェハである、請求項４から請求項７の何れか１項記載のエッチング方法。
9. 平面に開口された凹部が形成される計測対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射する光源部と、
   前記照射した光ビームが前記計測対象を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像する撮像部と、
   前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記計測対象の前記凹部の深さを検知する検知部と、
   を含む深さ検知装置。
10. 前記検知部は、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、請求項９記載の深さ検知装置。
11. 前記撮像部は、前記計測対象から射出される前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射部を含み、
    前記検知部は、前記計測対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記反射部が前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、請求項９記載の深さ検知装置。
12. 処理対象の平面に対してエッチング処理することにより、当該平面に開口されエッチング処理の進行に応じて深くなる凹部を形成するエッチング処理部と、
    前記処理対象の内部に、前記平面の一端側の端面から光ビームを照射する光源部と、
    前記照射した光ビームが前記処理対象を透過し、前記平面の内側の境界部分で反射されて射出される光ビームを撮像する撮像部と、
    前記撮像された光ビームに含まれる前記凹部の影の長さから、前記処理対象の前記凹部の深さを検知する検知部と、
    前記検知部の検知結果に基づいて前記エッチング処理部の作動を制御する制御部と、
    を含むエッチング装置。
13. 前記検知部は、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、請求項１２記載のエッチング装置。
14. 前記撮像部は、前記処理対象から射出される前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射部を含み、
    前記検知部は、前記処理対象の射出面から射出される前記光ビームの射出角、前記反射部が前記射出面から射出された前記光ビームを前記撮像部へ向けて反射する反射面の角度、前記光ビームを撮像する撮像面への前記光ビームの照射角、及び前記撮像面上の前記影の長さに基づき、前記凹部の深さを検知する、請求項１２記載のエッチング装置。
15. 前記制御部は、前記検知部により検知された前記処理対象の凹部の深さが、予め設定した深さに達することにより、前記エッチング処理部を停止する、請求項１２から請求項１４の何れか１項記載のエッチング装置。
16. 前記処理対象が、前記平面が前記エッチング処理可能となるように開放されて装填されることにより内部が周囲と区画される装填部を含み、前記装填部内に、前記光源部及び前記撮像部が配置されている、請求項１２から請求項１５の何れか１項記載のエッチング装置。
17. 前記処理対象が、半導体集積回路を形成するウェハである、請求項１２から請求項１６の何れか１項記載のエッチング装置。