JP2015045520A - エッチング量測定用パターン、エッチング量測定装置、およびエッチング量測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となるエッチング量測定用パターン、エッチング量測定装置、およびエッチング量測定方法を提供する。【解決手段】エッチング量測定用パターン１００は、基板１０１の表面に設けられ、二次元配置された複数の要素１００ａを有し、入射した光を回折させる。そして、前記要素は、４回対称となる形状を有している。また、前記複数の要素は、４回対称となる配置に並べられている。【選択図】図２
Description
本発明の実施形態は、エッチング量測定用パターン、エッチング量測定装置、およびエッチング量測定方法に関する。
半導体装置やフォトマスクなどの微細構造体の製造においては、プラズマエッチング処理を行うエッチング対象物が、複数の層が積層されて構成されているような場合、プラズマの発光スペクトルの変化からプラズマエッチング処理の終点を検出している（例えば、特許文献１を参照）。
ところが、エッチング対象物が同一材料で構成されており、その厚みの途中まで除去する場合には、プラズマの発光スペクトルの変化がないので発光スペクトルの変化に基づく終点検出を行うことができない。
そのため、エッチング対象物において、処理終点を測定する測定対象部分に光を照射し、干渉光の強度変化から測定対象部分の厚み寸法（例えば、膜厚）を測定する技術が提案されている。（例えば、特許文献２を参照）
つまり、干渉光の強度と、測定対象部分の厚み寸法とには相関関係があるので、干渉光の強度を検出すれば、測定対象部分の厚み寸法を求めることができる。そのため、干渉光の強度を逐次検出すれば、エッチング処理中における測定対象部分の厚み寸法の変動、すなわち、エッチング量を求めることができる。
ところが、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、測定可能な厚み寸法の上限値が小さくなるという問題がある。すなわち、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、厚みの薄いものしか測定できないという問題がある。
この場合、一般的には、測定対象部分の厚み寸法が測定に用いる光の波長の数十倍以下でないと、干渉光を用いた厚み寸法の測定が困難となる。
そのため、例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となると、干渉光を用いた厚み寸法の測定、ひいてはエッチング量の測定が困難となる場合が生じ得る。
一方、測定対象部分の厚みが厚い基板などにおいて、幅広いスペクトルをもつ光の発光スペクトルからエッチング量を測定する技術も提案されている。
しかしながら、幅広いスペクトルの波長範囲における偏光管理は複雑となる。電界成分が入射方向に対し垂直なＴＥ波（Transverse Electric Wave）と、磁界成分が入射方向に対し垂直なＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）の割合に応じてスペクトルが変動するためである。
そこで、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となるエッチング量測定用パターンの開発が望まれていた。
ところが、エッチング対象物が同一材料で構成されており、その厚みの途中まで除去する場合には、プラズマの発光スペクトルの変化がないので発光スペクトルの変化に基づく終点検出を行うことができない。
そのため、エッチング対象物において、処理終点を測定する測定対象部分に光を照射し、干渉光の強度変化から測定対象部分の厚み寸法（例えば、膜厚）を測定する技術が提案されている。（例えば、特許文献２を参照）
つまり、干渉光の強度と、測定対象部分の厚み寸法とには相関関係があるので、干渉光の強度を検出すれば、測定対象部分の厚み寸法を求めることができる。そのため、干渉光の強度を逐次検出すれば、エッチング処理中における測定対象部分の厚み寸法の変動、すなわち、エッチング量を求めることができる。
ところが、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、測定可能な厚み寸法の上限値が小さくなるという問題がある。すなわち、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、厚みの薄いものしか測定できないという問題がある。
この場合、一般的には、測定対象部分の厚み寸法が測定に用いる光の波長の数十倍以下でないと、干渉光を用いた厚み寸法の測定が困難となる。
そのため、例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となると、干渉光を用いた厚み寸法の測定、ひいてはエッチング量の測定が困難となる場合が生じ得る。
一方、測定対象部分の厚みが厚い基板などにおいて、幅広いスペクトルをもつ光の発光スペクトルからエッチング量を測定する技術も提案されている。
しかしながら、幅広いスペクトルの波長範囲における偏光管理は複雑となる。電界成分が入射方向に対し垂直なＴＥ波（Transverse Electric Wave）と、磁界成分が入射方向に対し垂直なＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）の割合に応じてスペクトルが変動するためである。
そこで、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となるエッチング量測定用パターンの開発が望まれていた。
本発明が解決しようとする課題は、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となるエッチング量測定用パターン、エッチング量測定装置、およびエッチング量測定方法を提供することである。
実施形態に係るエッチング量測定用パターンは、基板の表面に設けられ、二次元配置された複数の要素を有し、入射した光を回折させる。そして、前記要素は、４回対称となる形状を有している。また、前記複数の要素は、４回対称となる配置に並べられている。
本発明の実施形態によれば、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となるエッチング量測定用パターン、エッチング量測定装置、およびエッチング量測定方法が提供される。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係るエッチング量測定装置１を例示するための模式図である。 図１に示すように、エッチング量測定装置１には、光源２、第１のスペクトルデータ作成部１１、第２のスペクトルデータ作成部１２、演算部７、データ格納部８、ハーフミラー９、制御部１０が設けられている。
図１は、本実施の形態に係るエッチング量測定装置１を例示するための模式図である。 図１に示すように、エッチング量測定装置１には、光源２、第１のスペクトルデータ作成部１１、第２のスペクトルデータ作成部１２、演算部７、データ格納部８、ハーフミラー９、制御部１０が設けられている。
光源２は、基板１０１の表面に設けられたエッチング量測定用パターン１００に向けて光を照射する。
この場合、光源２は、連続的なスペクトル分布をもつ光を照射可能なものとすることが好ましい。光源２は、例えば、キセノンフラッシュランプなどとすることができる。光源２をキセノンフラッシュランプとすれば、数百ｎｍ〜千数百ｎｍの広い波長領域に亘る白色光を照射することができる。また、光源２をキセノンフラッシュランプとすれば、パルス状の白色光を照射することができる。
この場合、光源２は、連続的なスペクトル分布をもつ光を照射可能なものとすることが好ましい。光源２は、例えば、キセノンフラッシュランプなどとすることができる。光源２をキセノンフラッシュランプとすれば、数百ｎｍ〜千数百ｎｍの広い波長領域に亘る白色光を照射することができる。また、光源２をキセノンフラッシュランプとすれば、パルス状の白色光を照射することができる。
第２のスペクトルデータ作成部１２は、分光器３と編集部４を有する。
第２のスペクトルデータ作成部１２は、光源２から照射された光を分光し、第２のスペクトルデータを作成する。後述するように、第２のスペクトルデータ作成部１２は省略することもできる。
第２のスペクトルデータ作成部１２は、光源２から照射された光を分光し、第２のスペクトルデータを作成する。後述するように、第２のスペクトルデータ作成部１２は省略することもできる。
分光器３は、光源２から照射され、ハーフミラー９を介して入射した光を所定の波長スペクトル毎に分光するとともに、分光された光を光電変換する。分光された光毎の電気信号は編集部４に送られる。分光器３は、例えば、プリズムや回折格子などの分散素子と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの光電変換素子を備えたものとすることができる。
編集部４は、分光された光毎の電気信号に基づいて、光毎の強度分布のデータに編集し、第２のスペクトルデータを作成する。作成された第２のスペクトルデータは、演算部７に送られる。
編集部４は、分光された光毎の電気信号に基づいて、光毎の強度分布のデータに編集し、第２のスペクトルデータを作成する。作成された第２のスペクトルデータは、演算部７に送られる。
第１のスペクトルデータ作成部１１は、分光器５と編集部６を有する。
第１のスペクトルデータ作成部１１は、エッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する。
第１のスペクトルデータ作成部１１は、エッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する。
分光器５は、ハーフミラー９を介して入射した測定対象部分１０２からの光を所定の波長スペクトル毎に分光するとともに、分光された光を光電変換する。分光された光毎の電気信号は編集部６に送られる。分光器５は、例えば、プリズムや回折格子などの分散素子と、ＣＣＤなどの光電変換素子を備えたものとすることができる。
編集部６は、分光された光毎の電気信号に基づいて、光毎の強度分布のデータに編集し、第１のスペクトルデータを作成する。作成された第１のスペクトルデータは、演算部７に送られる。
編集部６は、分光された光毎の電気信号に基づいて、光毎の強度分布のデータに編集し、第１のスペクトルデータを作成する。作成された第１のスペクトルデータは、演算部７に送られる。
第２のスペクトルデータ作成部１２を設ける場合は、演算部７は、第１のスペクトルデータと、光源２から照射された光に関する第２のスペクトルデータとから戻り率スペクトルを求める。そして、演算部７は、求められた戻り率スペクトルと、予め求められた戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係と、から測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
すなわち、演算部７は、まず、編集部４により作成された第２のスペクトルデータと、編集部６により作成された第１のスペクトルデータとから測定対象部分１０２における戻り率スペクトルを求める。
後述するように、測定対象部分１０２における光の戻り率は、光源２から照射された光の強度に対する所定の方向（図１に例示をしたものの場合には、基板１０１の表面に垂直な方向）における測定対象部分１０２からの光（回折光）の強度の比である。
すなわち、測定対象部分１０２における光の戻り率は、以下の式で表すことができる。
測定対象部分１０２における光の戻り率＝所定の方向における測定対象部分１０２からの光（回折光）の強度／光源２から照射された光の強度
なお、基板１０１が、光源２から照射された一部の波長の光に対して透過性を有していない場合には、当該波長以外の波長の光により測定対象部分１０２における光の戻り率を求める。
測定対象部分１０２からの光が回折光であることに関する詳細は、後述する。
後述するように、測定対象部分１０２における光の戻り率は、光源２から照射された光の強度に対する所定の方向（図１に例示をしたものの場合には、基板１０１の表面に垂直な方向）における測定対象部分１０２からの光（回折光）の強度の比である。
すなわち、測定対象部分１０２における光の戻り率は、以下の式で表すことができる。
測定対象部分１０２における光の戻り率＝所定の方向における測定対象部分１０２からの光（回折光）の強度／光源２から照射された光の強度
なお、基板１０１が、光源２から照射された一部の波長の光に対して透過性を有していない場合には、当該波長以外の波長の光により測定対象部分１０２における光の戻り率を求める。
測定対象部分１０２からの光が回折光であることに関する詳細は、後述する。
この場合、光源２から照射された光の強度が安定しない場合が生じ得る。そのため、第２のスペクトルデータ作成部１２（分光器３および編集部４）を設けて、光源２から照射された光の強度を逐次求め、光の強度の変動に応じた測定対象部分１０２における光の戻り率を求めるようにしている。
この場合、変動量が所定の値を超えた場合には、求められた測定対象部分１０２における光の戻り率を採用しないようにすることもできる。
この場合、変動量が所定の値を超えた場合には、求められた測定対象部分１０２における光の戻り率を採用しないようにすることもできる。
なお、光源２から照射された光の強度が安定していれば、予め求められた光源２から照射された光の強度に基づいて、測定対象部分１０２における光の戻り率を求めることができる。そのため、光源２から照射された光の強度が安定している場合には、第２のスペクトルデータ作成部１２（分光器３および編集部４）を省略することもできる。
この場合、演算部７は、第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分１０２のエッチング量を求める。 このとき光源から照射される光の強度が安定しており、一定のスペクトルであるため、第１のスペクトルデータを戻り率スペクトルとすることができる。
この場合、演算部７は、第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分１０２のエッチング量を求める。 このとき光源から照射される光の強度が安定しており、一定のスペクトルであるため、第１のスペクトルデータを戻り率スペクトルとすることができる。
次に、演算部７は、測定対象部分１０２における光の戻り率と、光の波長との関係、すなわち、戻り率スペクトルを求める。
戻り率スペクトルは、光源２から照射された光の波長領域において、各波長における光の戻り率を求めることで求めることができる。
後述するように、戻り率スペクトルと、測定対象部分１０２のエッチング量には相関関係がある。
そのため、次に、演算部７は、求められた戻り率スペクトルを用いて、測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
戻り率スペクトルは、光源２から照射された光の波長領域において、各波長における光の戻り率を求めることで求めることができる。
後述するように、戻り率スペクトルと、測定対象部分１０２のエッチング量には相関関係がある。
そのため、次に、演算部７は、求められた戻り率スペクトルを用いて、測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
例えば、予め求められた戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータをデータ格納部８に格納しておく。そして、演算部７は、求められた戻り率スペクトルとデータ格納部８から提供されたデータとを照合することで、測定対象部分１０２のエッチング量を求めるようにすることができる。
また、演算部７は、求められた測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータを出力する。
出力された測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータは、例えば、図示しない液晶表示装置などに表示したり、図示しない処理装置における処理の終点検出に用いたりすることができる。
出力された測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータは、例えば、図示しない液晶表示装置などに表示したり、図示しない処理装置における処理の終点検出に用いたりすることができる。
データ格納部８は、予め求められた戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータを格納する。
戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータは、例えば、実験やシミュレーションを行うことで予め求めることができる。
なお、戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関する詳細は後述する。
戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータは、例えば、実験やシミュレーションを行うことで予め求めることができる。
なお、戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関する詳細は後述する。
ハーフミラー９は、光源２から照射された光の一部を反射して分光器３に入射させる。光源２から照射され、ハーフミラー９を透過した光は、測定対象部分１０２に照射される。
また、ハーフミラー９は、測定対象部分１０２からの光の一部を反射して分光器５に入射させる。
制御部１０は、エッチング量測定装置１に設けられた各要素の動作を制御する。制御部１０は、例えば、光源２、分光器３、および分光器５の動作を制御する。
また、ハーフミラー９は、測定対象部分１０２からの光の一部を反射して分光器５に入射させる。
制御部１０は、エッチング量測定装置１に設けられた各要素の動作を制御する。制御部１０は、例えば、光源２、分光器３、および分光器５の動作を制御する。
次に、エッチング量測定用パターン１００について説明する。
エッチング量測定用パターン１００は、エッチング対象物である基板１０１の表面に設けられている。基板１０１は、光源２から照射された光を透過させることができる材料から形成されている。ただし、基板１０１は、光源２から照射されたすべての波長の光に対して透過性を有する必要はなく、例えば、光源２から照射された一部の波長の光に対して透過性を有していればよい。
エッチング量測定用パターン１００は、エッチング対象物である基板１０１の表面に設けられている。基板１０１は、光源２から照射された光を透過させることができる材料から形成されている。ただし、基板１０１は、光源２から照射されたすべての波長の光に対して透過性を有する必要はなく、例えば、光源２から照射された一部の波長の光に対して透過性を有していればよい。
ここで、基板１０１の一方の主面で反射した光と、基板１０１の一方の主面から基板１０１の内部に入射し反対側の主面で反射した光とによる干渉光の強度を検出すれば、基板１０１の厚み寸法を求めることができる。つまり、干渉光の強度と、基板１０１の厚み寸法とには相関関係があるので、干渉光の強度を検出すれば、基板１０１の厚み寸法を求めることができる。そのため、干渉光の強度を逐次検出すれば、例えば、エッチング処理中における測定対象部分の厚み寸法の変動、すなわち、エッチング量を求めることができる。
ところが、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、測定可能な厚み寸法の上限値が小さくなるという問題がある。すなわち、干渉光を用いて測定対象部分の厚み寸法を求める場合には、厚みの薄いものしか測定できないという問題がある。つまり、干渉光を用いた厚み寸法の測定は、測定に用いる光の波長、測定対象物の屈折率、分光器などの光学系の分解能などの影響を受けるが、測定対象部分の厚み寸法が長くなるに従い、反射光の分光が困難となる。そのため、測定対象部分の厚み寸法が長くなると、干渉光を用いた厚み寸法の測定が困難となる。
この場合、一般的には、測定対象部分の厚み寸法が測定に用いる光の波長の数十倍以下でないと、干渉光を用いた厚み寸法の測定が困難となる。
そのため、例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となると、干渉光を用いた厚み寸法の測定、ひいてはエッチング量の測定が困難となる場合が生じ得る。
一方、厚みが厚い基板などにおいて、幅広いスペクトルをもつ光の発光スペクトルからエッチング量を測定する技術も知られている。
しかしながら、幅広いスペクトルの波長範囲における偏光管理は複雑となる。
そのため、例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となると、干渉光を用いた厚み寸法の測定、ひいてはエッチング量の測定が困難となる場合が生じ得る。
一方、厚みが厚い基板などにおいて、幅広いスペクトルをもつ光の発光スペクトルからエッチング量を測定する技術も知られている。
しかしながら、幅広いスペクトルの波長範囲における偏光管理は複雑となる。
そこで、本実施の形態に係るエッチング量測定用パターン１００は、回折光を発生できるものとしている。そして、後述するようにして、回折光を用いて、測定対象部分１０２のエッチング量を測定するようにしている。
回折光を用いて測定対象部分１０２のエッチング量を測定するようにすれば、測定対象部分の厚み寸法が長くなっても（例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となっても）、測定対象部分１０２のエッチング量を精度よく求めることができる。
回折光を用いて測定対象部分１０２のエッチング量を測定するようにすれば、測定対象部分の厚み寸法が長くなっても（例えば、測定対象部分の厚み寸法が０．４ｍｍ以上となっても）、測定対象部分１０２のエッチング量を精度よく求めることができる。
回折光を発生させるために、エッチング量測定用パターン１００は、回折格子の機能を有するものとされている。
またさらに、エッチング量測定用パターン１００は、偏光の影響を受けにくいものとされている。
そのため、本実施の形態に係るエッチング量測定用パターン１００を用いるものとすれば、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となる。
またさらに、エッチング量測定用パターン１００は、偏光の影響を受けにくいものとされている。
そのため、本実施の形態に係るエッチング量測定用パターン１００を用いるものとすれば、幅広いスペクトルをもつ光を用いてエッチング量を測定する際に偏光管理が不要となる。
なお、エッチング量測定用パターン１００における偏光の影響については後述する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、エッチング量測定用パターン１００を例示するための模式図である。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、エッチング量測定用パターン１００は、基板１０１の表面に設けられ、二次元配置された複数の要素１００ａを有し、入射した光を回折させる。
エッチング量測定用パターン１００には、４回対称となる形状を有する要素１００ａが複数設けられている。すなわち、要素１００ａは、要素１００ａの中心の周りに９０°回転させると回転前のものと重なる形状を有している。例えば、図２（ａ）に例示をした要素１００ａは正方形となっており、図２（ｂ）に例示をした要素１００ａは円となっている。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、エッチング量測定用パターン１００は、基板１０１の表面に設けられ、二次元配置された複数の要素１００ａを有し、入射した光を回折させる。
エッチング量測定用パターン１００には、４回対称となる形状を有する要素１００ａが複数設けられている。すなわち、要素１００ａは、要素１００ａの中心の周りに９０°回転させると回転前のものと重なる形状を有している。例えば、図２（ａ）に例示をした要素１００ａは正方形となっており、図２（ｂ）に例示をした要素１００ａは円となっている。
またさらに、エッチング量測定用パターン１００には、４回対称となる配置に複数の要素１００ａが並べられている。すなわち、複数の要素１００ａは、エッチング量測定用パターン１００の中心１００ｂの周りに９０°回転させると回転前のものと重なる配置とされている。例えば、図２（ａ）、（ｂ）に例示をしたエッチング量測定用パターン１００は、複数の要素１００ａが等ピッチ寸法で１０行、１０列に並べられている。
４回対称となる形状を有する複数の要素１００ａを４回対称となる配置に並べたエッチング量測定用パターン１００とすれば、電界成分の方向が互いに９０°異なるＴＥ波とＴＭ波に対して同様の戻り率スペクトルを得ることができる。
そのため、光源２から照射される光におけるＴＥ波とＴＭ波の割合に係わらず同様の戻り率スペクトルを得ることができる。
すなわち、エッチング量測定用パターン１００が微細になったとしても、偏光の影響を抑制することができるので、精度の高いエッチング量の測定を行うことができる。
そのため、光源２から照射される光におけるＴＥ波とＴＭ波の割合に係わらず同様の戻り率スペクトルを得ることができる。
すなわち、エッチング量測定用パターン１００が微細になったとしても、偏光の影響を抑制することができるので、精度の高いエッチング量の測定を行うことができる。
なお、要素１００ａのピッチ寸法、外形寸法、形状、数などは例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
ただし、要素１００ａのピッチ寸法は、光源２から照射された光の波長を考慮して、回折格子として機能する寸法とする必要がある。
ただし、要素１００ａのピッチ寸法は、光源２から照射された光の波長を考慮して、回折格子として機能する寸法とする必要がある。
回折格子の機能を有するエッチング量測定用パターン１００とすれば、測定対象部分１０２に入射し、光源２側に戻る光を回折光とすることができる。
回折光は、幾何光学的に伝播できる方向に伝播する直進光や反射光とは異なり、幾何光学的に伝播できない領域に回り込んで伝播する光である。そのため、回折光は、複数の方向に向けて伝播する。
回折光は、幾何光学的に伝播できる方向に伝播する直進光や反射光とは異なり、幾何光学的に伝播できない領域に回り込んで伝播する光である。そのため、回折光は、複数の方向に向けて伝播する。
ここで、回折光における各方向に伝播する光のエネルギー（光の強度）と、光の入射面の凹凸の大きさ（エッチング量）とには相関関係がある。そのため、所定の伝播方向における光の戻り率スペクトルを求めれば、測定対象部分１０２のエッチング量を求めることができる。
例えば、測定対象部分１０２の表面形状がエッチングにより変化すれば、回折光の散らばる方向も変化する。そのため、所定の伝播方向の回折光のスペクトル（光の戻り率スペクトル）を測定すれば、表面形状を測定することができる。ここで、表面形状において、測定用パターン１００の要素１００ａ同士の間の深さ寸法（エッチング寸法）以外（例えば、要素１００ａ同士の間の寸法や要素１００ａのピッチ寸法）はエッチングの進行により変化しないが、要素１００ａ同士の間の深さ寸法は変化する。従って、表面形状を測定することで、要素１００ａ同士の間の深さ寸法、すなわちエッチング量を測定することができる。
例えば、測定対象部分１０２の表面形状がエッチングにより変化すれば、回折光の散らばる方向も変化する。そのため、所定の伝播方向の回折光のスペクトル（光の戻り率スペクトル）を測定すれば、表面形状を測定することができる。ここで、表面形状において、測定用パターン１００の要素１００ａ同士の間の深さ寸法（エッチング寸法）以外（例えば、要素１００ａ同士の間の寸法や要素１００ａのピッチ寸法）はエッチングの進行により変化しないが、要素１００ａ同士の間の深さ寸法は変化する。従って、表面形状を測定することで、要素１００ａ同士の間の深さ寸法、すなわちエッチング量を測定することができる。
これに対して、幾何光学的に伝播できる方向に伝播する反射光や直進光は、所定の方向に向けて伝播する。そのため、反射光や直進光は、複数の方向に向けて伝播することがなく、光の入射面の凹凸の大きさに応じて各方向に伝播する光エネルギーが変化することがない。そのため、反射光や直進光では、測定対象部分１０２のエッチング量を求めることができない。
ところが、本発明者らの得た知見によれば、エッチング量測定用パターン１００が微細になると、戻り率スペクトルが偏光の影響を受けて変動することが判明した。
例えば、光は、電界成分が入射方向に対し垂直なＴＥ波（Transverse Electric Wave）と、磁界成分が入射方向に垂直なＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）とが重ね合わされたものと考えることができる。
例えば、光は、電界成分が入射方向に対し垂直なＴＥ波（Transverse Electric Wave）と、磁界成分が入射方向に垂直なＴＭ波（Transverse Magnetic Wave）とが重ね合わされたものと考えることができる。
そして、エッチング量測定用パターン１００が微細になると、ＴＥ波とＴＭ波の割合に応じて測定対象部分１０２における戻り率スペクトルが変動することが判明した。
図３は、ＴＥ波とＴＭ波の割合に応じて測定対象部分１０２における戻り率スペクトルが変動することを例示するためのグラフ図である。
図３は、ＴＥ波とＴＭ波の割合に応じて測定対象部分１０２における戻り率スペクトルが変動することを例示するためのグラフ図である。
図３中におけるＴＥは、ＴＥ波の割合が１００％の場合である。ＴＭは、ＴＭ波の割合が１００％の場合である。ＴＥ・ＴＭは、ＴＥ波とＴＭ波の割合が５０％ずつの場合である。
また、エッチング量測定用パターンは、ライン＆スペースのパターンとし、スペース部分の幅寸法を３００ｎｍ、スペース部分のピッチ寸法を３００ｎｍとした場合である。
また、基板１０１の材料を石英とした場合である。基板１０１の厚み寸法は、２ｍｍとし、スペース部分における凹部の深さ寸法（エッチング量）は１７０ｎｍとした場合である。
また、図３は、前述の条件のもとで、シミュレーションを行うことで求めた結果である。
また、エッチング量測定用パターンは、ライン＆スペースのパターンとし、スペース部分の幅寸法を３００ｎｍ、スペース部分のピッチ寸法を３００ｎｍとした場合である。
また、基板１０１の材料を石英とした場合である。基板１０１の厚み寸法は、２ｍｍとし、スペース部分における凹部の深さ寸法（エッチング量）は１７０ｎｍとした場合である。
また、図３は、前述の条件のもとで、シミュレーションを行うことで求めた結果である。
図３から分かるように、ＴＥ波とＴＭ波の割合が変化すると、エッチング量が同じであっても戻り率スペクトルが変動する。
この場合、光源２から照射された光におけるＴＥ波とＴＭ波の割合は様々なものとなる。
そのため、単に、回折格子の機能を有するパターン（例えば、ライン＆スペースのパターン）を設けるようにしても測定対象部分１０２のエッチング量を求めることができない。
この場合、光源２から照射された光におけるＴＥ波とＴＭ波の割合は様々なものとなる。
そのため、単に、回折格子の機能を有するパターン（例えば、ライン＆スペースのパターン）を設けるようにしても測定対象部分１０２のエッチング量を求めることができない。
ここで、偏光フィルタなどを用いて偏光の制御を行うようにすれば、例えば、ライン＆スペースのパターンなどであっても測定対象部分１０２のエッチング量を求めることができる。
しかしながら、広い波長領域に対応可能な偏光フィルタなどを得ることは困難である。また、広い波長領域に対応可能な偏光フィルタなどを用いるようにすれば、エッチング量測定装置１のコストが増大することになる。
そこで、本実施の形態に係るエッチング量測定用パターン１００は、回折格子の機能を有し、且つ、偏光の影響を受けにくいものとしている。
しかしながら、広い波長領域に対応可能な偏光フィルタなどを得ることは困難である。また、広い波長領域に対応可能な偏光フィルタなどを用いるようにすれば、エッチング量測定装置１のコストが増大することになる。
そこで、本実施の形態に係るエッチング量測定用パターン１００は、回折格子の機能を有し、且つ、偏光の影響を受けにくいものとしている。
また、前述したように、エッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２からの回折光は、複数方向へ伝播する。回折光が伝播する方向は、「回折ピーク角度」、「回折ピーク方向」、「回折角度」などで表すことができる。
この場合、測定対象部分１０２におけるエッチング量を求める際には、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光の強度を用いることが好ましい。
この場合、測定対象部分１０２におけるエッチング量を求める際には、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光の強度を用いることが好ましい。
しかしながら、各回折角度が近すぎると、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光を分光しにくくなる。そのため、測定対象部分１０２におけるエッチング量を求めにくくなるおそれがある。
ここで、各回折角度は、要素１００ａのピッチ寸法に対する光の波長の比に比例し、回折角度同士の間の角度は、要素１００ａのピッチ寸法に対する光の波長の比に反比例する。
基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光を分光しやすくするためには、回折角度同士の間の角度を分光器５の分解能よりも大きくすることが好ましい。
基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光を分光しやすくするためには、回折角度同士の間の角度を分光器５の分解能よりも大きくすることが好ましい。
回折角度同士の間の角度を分光器５の分解能よりも大きくするためには、要素１００ａのピッチ寸法を小さくすればよい。
この場合、要素１００ａのピッチ寸法を、「光源２から照射される光の最短波長／分光器５の開口数」以下とすれば、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光が分光器５に入射しやすくなる。
例えば、要素１００ａのピッチ寸法を、光源２から照射される光の最短波長の５０倍以下とすれば、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光が分光器５に入射しやすくなる。
この場合、要素１００ａのピッチ寸法を、「光源２から照射される光の最短波長／分光器５の開口数」以下とすれば、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光が分光器５に入射しやすくなる。
例えば、要素１００ａのピッチ寸法を、光源２から照射される光の最短波長の５０倍以下とすれば、基板１０１の表面に垂直な方向に伝播する光が分光器５に入射しやすくなる。
また、要素１００ａの外形寸法には特に限定はない。ただし、要素１００ａの外形寸法は、要素１００ａのピッチ寸法を考慮して、要素１００ａ同士の間の寸法が、基板１０１の表面に形成される微細構造体の溝部分の寸法（製品のパターン寸法）と同レベルとなるようにすることが好ましい。
この場合、複数の要素１００ａの合計面積は、複数の要素１００ａ同士の間の面積と同じとなるようにすることが好ましい。
そのようにすれば、コントラストを高くすることができるので、測定対象部分１０２のエッチング量を求めやすくなる。
この場合、複数の要素１００ａの合計面積は、複数の要素１００ａ同士の間の面積と同じとなるようにすることが好ましい。
そのようにすれば、コントラストを高くすることができるので、測定対象部分１０２のエッチング量を求めやすくなる。
また、要素１００ａの形状は、４回対称となる形状であれば特に限定はない。例えば、要素１００ａの形状は、十字形状などとすることもできる。
ただし、要素１００ａの形状を正方形とすれば、エッチング量測定用パターン１００の形成が容易となる。
ただし、要素１００ａの形状を正方形とすれば、エッチング量測定用パターン１００の形成が容易となる。
要素１００ａの材料は、光源２から照射された光の透過を抑制できるものであれば特に限定はない。
ただし、要素１００ａの材料は、エッチング処理に対する耐性があるものとすることが好ましい。
要素１００ａの材料は、例えば、クロムなどの金属とすることができる。
ただし、要素１００ａの材料は、エッチング処理に対する耐性があるものとすることが好ましい。
要素１００ａの材料は、例えば、クロムなどの金属とすることができる。
要素１００ａの厚み寸法には特に限定はない。ただし、要素１００ａの厚み寸法を余り薄くすると、エッチング処理中に要素１００ａの形状やピッチ寸法などが変化して、測定対象部分１０２のエッチング量の測定が困難となるおそれがある。そのため、要素１００ａの厚み寸法は、材料のエッチング処理に対する耐性などを考慮して決定することが好ましい。
基板１０１の表面におけるエッチング量測定用パターン１００の配設位置には特に限定はない。
この場合、エッチング量測定用パターン１００は、基板１０１の表面における微細構造体が形成される領域（例えば、製品の回路パターンなどが形成される領域）以外の領域に設けることができる。エッチング量測定用パターン１００は、例えば、図２（ｃ）に示すように、基板１０１の周縁近傍に設けることができる。
この場合、エッチング量測定用パターン１００は、基板１０１の表面における微細構造体が形成される領域（例えば、製品の回路パターンなどが形成される領域）以外の領域に設けることができる。エッチング量測定用パターン１００は、例えば、図２（ｃ）に示すように、基板１０１の周縁近傍に設けることができる。
なお、エッチングレートに面内分布がある場合には、予め求められたエッチングレートの面内分布に基づいて、測定された測定対象部分１０２のエッチング量を補正することが好ましい。
エッチングレートの面内分布は、実験やシミュレーションなどを行うことで予め求めることができる。
エッチングレートの面内分布は、実験やシミュレーションなどを行うことで予め求めることができる。
この場合、予め求められたエッチングレートの面内分布に関するデータは、データ格納部８に格納することができる。そして、演算部７は、データ格納部８に格納されているエッチングレートの面内分布に関するデータを用いて、測定対象部分１０２のエッチング量を補正するようにすることができる。
次に、エッチング量測定装置１の作用とともに、本実施の形態に係るエッチング量測定方法について例示をする。
まず、図示しない搬送装置などにより、エッチング量測定用パターン１００が設けられた基板１０１が図示しない処理装置の内部に搬入される。
なお、基板１０１の表面には、製品のパターンを形成するための図示しないマスクが設けられている。
まず、図示しない搬送装置などにより、エッチング量測定用パターン１００が設けられた基板１０１が図示しない処理装置の内部に搬入される。
なお、基板１０１の表面には、製品のパターンを形成するための図示しないマスクが設けられている。
図示しない処理装置の内部に搬入された基板１０１は、光を透過する透過窓２０１を有する載置台２００の上に載置される。
透過窓２０１は、エッチング量測定用パターン１００に対峙する位置に設けられている。
図示しない処理装置は、例えば、プラズマエッチング装置などのドライエッチング装置とすることができる。
透過窓２０１は、エッチング量測定用パターン１００に対峙する位置に設けられている。
図示しない処理装置は、例えば、プラズマエッチング装置などのドライエッチング装置とすることができる。
次に、図示しない処理装置により、基板１０１に処理を施す。
例えば、図示しない処理装置の内部においてプラズマを発生させ、所定のガスを励起、活性化させることで、中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成する。
そして、生成したプラズマ生成物を用いて、図示しないマスクに覆われていない基板１０１の表面をエッチングして、製品のパターンを形成する。
例えば、図示しない処理装置の内部においてプラズマを発生させ、所定のガスを励起、活性化させることで、中性活性種やイオンなどのプラズマ生成物を生成する。
そして、生成したプラズマ生成物を用いて、図示しないマスクに覆われていない基板１０１の表面をエッチングして、製品のパターンを形成する。
この際、エッチング量測定装置１により、以下のようにして測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
まず、光源２から所定の波長域の光をエッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２に向けて照射する。
まず、光源２から所定の波長域の光をエッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２に向けて照射する。
前述したように、第２のスペクトルデータ作成部を設ける場合は、光源２から照射された光の一部は、ハーフミラー９を介して分光器３に入射する。
分光器３は、入射した光を所定の波長スペクトル毎に分光するとともに、光電変換する。
編集部４は、分光された光毎の電気信号に基づいて、第２のスペクトルデータを作成する。
分光器３は、入射した光を所定の波長スペクトル毎に分光するとともに、光電変換する。
編集部４は、分光された光毎の電気信号に基づいて、第２のスペクトルデータを作成する。
測定対象部分１０２からの光の一部は、ハーフミラー９を介して分光器５に入射する。 分光器５は、入射した光を所定の波長スペクトル毎に分光するとともに、光電変換する。
編集部６は、分光された光毎の電気信号に基づいて、第１のスペクトルデータを作成する。
編集部６は、分光された光毎の電気信号に基づいて、第１のスペクトルデータを作成する。
演算部７は、まず、戻り率スペクトルを求める。
例えば、演算部７は、光源２から照射された光の波長領域において、各波長における光の戻り率を求めることで戻り率スペクトルを求める。
第２のスペクトルデータ作成部を設けない場合は、演算部７は、第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
このとき光源から照射される光の強度が安定しており、一定のスペクトルであるため、第１のスペクトルデータを戻り率スペクトルとすることができる。
例えば、演算部７は、光源２から照射された光の波長領域において、各波長における光の戻り率を求めることで戻り率スペクトルを求める。
第２のスペクトルデータ作成部を設けない場合は、演算部７は、第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
このとき光源から照射される光の強度が安定しており、一定のスペクトルであるため、第１のスペクトルデータを戻り率スペクトルとすることができる。
演算部７は、次に、求められた戻り率スペクトルを用いて、測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
例えば、演算部７は、求められた戻り率スペクトルと、予め求められた戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータと、を照合することで、測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
例えば、演算部７は、求められた戻り率スペクトルと、予め求められた戻り率スペクトルと測定対象部分１０２のエッチング量との関係に関するデータと、を照合することで、測定対象部分１０２のエッチング量を求める。
演算部７は、求められた測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータを出力する。
出力された測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータは、例えば、図示しない液晶表示装置などに表示されたり、図示しない処理装置における処理の終点検出に用いられる。
出力された測定対象部分１０２のエッチング量に関するデータは、例えば、図示しない液晶表示装置などに表示されたり、図示しない処理装置における処理の終点検出に用いられる。
すなわち、本実施の形態に係るエッチング量測定方法は、以下の工程を備えたものとすることができる。
（１）基板１０１の表面に設けられたエッチング量測定用パターン１００に向けて光を照射する工程。
（２）エッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する工程。
（３）第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分のエッチング量を求める工程。
（１）基板１０１の表面に設けられたエッチング量測定用パターン１００に向けて光を照射する工程。
（２）エッチング量測定用パターン１００が設けられた測定対象部分１０２からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する工程。
（３）第１のスペクトルデータと、予め求められた、第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から測定対象部分のエッチング量を求める工程。
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
１ エッチング量測定装置、２ 光源、３ 分光器、４ 編集部、５ 分光器、６ 編集部、７ 演算部、８ データ格納部、９ ハーフミラー、１０ 制御部、１１ 第１のスペクトルデータ作成部、１２ 第２のスペクトルデータ作成部、１００ 測定用パターン、１００ａ 要素、１０１ 基板、１０２ 測定対象部分、２００ 載置台、２０１ 透過窓
Claims (7)
- 基板の表面に設けられ、二次元配置された複数の要素を有し、入射した光を回折させるエッチング量測定用パターンであって、
前記要素は、４回対称となる形状を有し、
前記複数の要素は、４回対称となる配置に並べられているエッチング量測定用パターン。 - 前記要素の形状は、正方形である請求項１記載のエッチング量測定用パターン。
- 前記複数の要素の合計面積は、前記複数の要素同士の間の面積と同じである請求項１または２に記載のエッチング量測定用パターン。
- 基板の表面に設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング量測定用パターンに向けて光を照射する光源と、
前記エッチング量測定用パターンが設けられた測定対象部分からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する第１のスペクトルデータ作成部と、
前記第１のスペクトルデータと、予め求められた、前記第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から前記測定対象部分のエッチング量を求める演算部と、
を備えたエッチング量測定装置。 - 基板の表面に設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング量測定用パターンに向けて光を照射する光源と、
前記エッチング量測定用パターンが設けられた測定対象部分からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する第１のスペクトルデータ作成部と、
前記光源から照射された光を分光し、前記光源から照射された光に関する第２のスペクトルデータを作成する第２のスペクトルデータ作成部と、
前記第１のスペクトルデータと、前記第２のスペクトルデータとから戻り率スペクトルを求め、前記求められた戻り率スペクトルと、予め求められた前記戻り率スペクトルと前記測定対象部分のエッチング量との関係と、から前記測定対象部分のエッチング量を求める演算部と、を備えたエッチング量測定装置。 - 前記予め求められた前記第１のスペクトルデータまたは前記戻り率スペクトルと前記測定対象部分のエッチング量との関係に関するデータを格納するデータ格納部をさらに備えた請求項４または５に記載のエッチング量測定装置。
- 基板の表面に設けられた請求項１〜３のいずれか１つに記載のエッチング量測定用パターンに向けて光を照射する工程と、
前記エッチング量測定用パターンが設けられた測定対象部分からの回折光を分光し、第１のスペクトルデータを作成する工程と、
前記第１のスペクトルデータと、予め求められた、前記第１のスペクトルデータとエッチング量との関係と、から前記測定対象部分のエッチング量を求める工程と、を備えたエッチング量測定方法。
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