JP2015137886A - Depth measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物体表面に設けられた微細構造の深さ、例えば各種のエッチング加工によって半導体基板等に形成される微細な穴や溝の深さを測定するための深さ測定装置に関する。 The present invention relates to a depth measuring apparatus for measuring the depth of a fine structure provided on an object surface, for example, the depth of a fine hole or groove formed in a semiconductor substrate or the like by various etching processes.
半導体集積回路の製造プロセスでは、シリコンウエハ等の半導体基板にTSV(=Through Silicon Via:シリコン貫通ビア)等のごく微細な穴(ホール)、又はごく微細な溝(トレンチ)を形成するために低圧プラズマ等を用いたエッチング加工が行われている。通常、エッチング加工を行う際には、まず、基板上で穴や溝を形成しない部分にレジスト膜によるマスキングを行い、その後にエッチング加工を実行する。これにより、マスキングされていない部分のみが選択的に削られるため、加工後にレジスト膜を除去することで任意の形状の穴や溝を得ることが可能となる。このときに形成される穴や溝の深さは、エッチング時間、エッチングガスの種類及びガス圧などの様々な条件に依存するから、穴や溝の深さを目標深さにするために、加工中に実際の深さをモニタリングしながらエッチングの終了点を決めたり条件を調整したりする制御がなされる。 In the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, a low pressure is used to form a very fine hole (hole) such as TSV (= Through Silicon Via) or a very fine groove (trench) in a semiconductor substrate such as a silicon wafer. Etching using plasma or the like is performed. Usually, when performing etching processing, first, masking is performed with a resist film on a portion of the substrate where holes or grooves are not formed, and then etching processing is performed. As a result, only the unmasked portion is selectively scraped, so that it is possible to obtain holes or grooves of any shape by removing the resist film after processing. The depth of the hole or groove formed at this time depends on various conditions such as the etching time, the type of etching gas, and the gas pressure. Therefore, in order to set the depth of the hole or groove to the target depth, processing is performed. Control is performed to determine the end point of etching and adjust the conditions while monitoring the actual depth.
エッチングによって形成される微細な穴や溝の深さを光学的に測定する装置として、例えば、特許文献1に記載のような深さ測定装置が知られている。この深さ測定装置は、例えばプラズマエッチング装置により加工処理される基板を試料とし、時々刻々と変化する穴や溝の底面と試料表面との間の距離を計測することにより、該穴や溝の深さをリアルタイムでモニタリングする装置である。 As a device for optically measuring the depth of fine holes and grooves formed by etching, for example, a depth measuring device described in Patent Document 1 is known. This depth measuring apparatus uses, for example, a substrate processed by a plasma etching apparatus as a sample, and measures the distance between the bottom surface of the hole or groove and the surface of the sample, which change from moment to moment, thereby measuring the hole or groove. This device monitors depth in real time.
図7に前記深さ測定装置の概略構成を示す。該装置は、光源110と、導入・干渉光学系120と、検出ユニット150と、データ処理部160と、制御部170と、表示部180とを備えている。光源110から発せられた所定の波長幅を有する可干渉光は、導入・干渉光学系120に設けられた光源側光ファイバ121に取り込まれ、ファイバカプラ124を介して試料側光ファイバ122に進み、その先端より空間に射出され、コリメートレンズ125及び計測窓133を介して試料S上に照射される。
FIG. 7 shows a schematic configuration of the depth measuring apparatus. The apparatus includes a
試料Sの測定対象領域における干渉の状態を図7中の拡大図を用いて説明する。例えばエッチング中における微細穴の深さを計測する場合には、同図に示すように基板191上のレジスト層192表面からの反射光192aと、レジスト層192中に入り込んだ光による基板191表面からの反射光191aと、被エッチング部193である微細穴の底面からの反射光193aと、が主として生じる。
The state of interference in the measurement target region of the sample S will be described with reference to an enlarged view in FIG. For example, when measuring the depth of a fine hole during etching, as shown in the figure, the
これら反射光191a、192a、及び193aは計測窓133及びコリメートレンズ125を光照射時とは逆に辿って試料側光ファイバ122の端部に入射する。そして、ファイバカプラ124及び検出器側光ファイバ123を経て検出ユニット150に達する。図7から明らかなように、前記複数の反射光191a、192a、及び193aは互いに光路差を有しており、これらの反射光191a、192a、及び193aは主として試料側光ファイバ122を通過する過程で波長毎に干渉して干渉光となる。
These
検出ユニット150に到達した干渉光はコリメートレンズ151、及び複数の減光フィルタ等を含んで成る光量調整部152を経て回折格子153等の分光手段に入射する。そして、該分光手段により波長分散され、CCDラインセンサ等のアレイ検出器154により複数波長の光が同時に検出される。アレイ検出器154による各波長に対応した検出信号はデータ処理部160に入力される。データ処理部160では、前記検出信号に基づいて所定波長範囲の分光スペクトルを作成すると共に、該分光スペクトルをフーリエ変換して得られる信号(フーリエ変換後信号)上におけるピークの位置に基づいて微細穴の深さが算出される。そして、その算出結果が表示部180によりユーザに提示される。
The interference light reaching the
上記従来の深さ測定装置は、測定対象とする穴や溝の径や幅が照射光のスポット径に対して比較的大きい場合には特に問題を生じない。しかしながら、穴や溝の径や幅がごく小さい場合には、該穴や溝の底面からの反射光が導入・干渉光学系120に到達し難くなり、導入・干渉光学系に到達する光は、前記穴や溝の周辺部(すなわちレジスト層表面や試料表面)からの反射光が支配的となる。そのため、検出器への入射光全体の強度に基づいて光量調整部152やアレイ検出器154を調整すると、前記穴や溝の深さを反映した干渉光成分の振幅が小さくなりすぎて測定感度が低下したり、逆に、そうした感度低下が生じないように調整しようとすると、検出器で受光可能な光量の上限(すなわち検出器ダイナミックレンジの上限)をオーバーしてしまったりする場合がある。
The above-mentioned conventional depth measuring apparatus does not cause a problem particularly when the diameter or width of the hole or groove to be measured is relatively large with respect to the spot diameter of the irradiation light. However, when the diameter or width of the hole or groove is very small, the reflected light from the bottom surface of the hole or groove becomes difficult to reach the introduction / interference
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、測定対象とする微細構造の径や幅がごく小さい場合であっても、該微細構造の深さを適切に測定することのできる深さ測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these points, and the object of the present invention is to appropriately set the depth of the microstructure even when the diameter and width of the microstructure to be measured are very small. An object of the present invention is to provide a depth measuring apparatus capable of measuring.
上記課題を解決するために成された本発明に係る深さ測定装置は、測定対象面に形成された微細構造の深さを測定する深さ測定装置であって、
a)所定の波長幅を有する可干渉光を発生する光源と、
b)前記測定対象面に向けて前記可干渉光を出射すると共に、該測定対象面で反射した前記可干渉光が入射する入出射部と、
c)前記光源から前記入出射部へ前記可干渉光を導く導入光学系と、
d)前記測定対象面で反射して前記入出射部に入射した前記可干渉光を干渉させる干渉光学系と、
e)前記干渉光学系により得られる干渉光を波長毎に検出する検出部と、
を有し、
前記測定対象面に出射される前記可干渉光の光軸が該測定対象面に対して傾斜するように前記入出射部が配置されていることを特徴としている。
A depth measuring apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is a depth measuring apparatus that measures the depth of a microstructure formed on a measurement target surface,
a) a light source that generates coherent light having a predetermined wavelength width;
b) an incident / exit section that emits the coherent light toward the measurement target surface and on which the coherent light reflected by the measurement target surface is incident;
c) an introduction optical system for guiding the coherent light from the light source to the incident / exit section;
d) an interference optical system that interferes with the coherent light reflected on the measurement target surface and incident on the incident / exit section;
e) a detection unit for detecting the interference light obtained by the interference optical system for each wavelength;
Have
The incident / exit section is arranged such that the optical axis of the coherent light emitted to the measurement target surface is inclined with respect to the measurement target surface.
表面に微細構造を有するシリコン基板等に光を照射した場合、該微細構造の周辺部からの反射光は大部分が同一方向、すなわち正反射方向に進むのに対し、該微細構造の底面からの反射光は該微細構造から出射する際に回折現象によってピンスポットを通過した光のように広がりを持って進行する。従って、前記周辺部からの反射光の進行方向は、底面からの反射光の進行方向に比べ、試料への可干渉光の入射角度の影響を受けやすい。 When light is irradiated onto a silicon substrate or the like having a fine structure on the surface, most of the reflected light from the periphery of the fine structure travels in the same direction, that is, the regular reflection direction, whereas the light from the bottom of the fine structure The reflected light travels with a spread like light that has passed through the pin spot due to diffraction when emitted from the fine structure. Therefore, the traveling direction of the reflected light from the peripheral portion is more susceptible to the incident angle of the coherent light to the sample than the traveling direction of the reflected light from the bottom surface.
従来の深さ測定装置では、図7のように可干渉光を測定対象面に垂直に入射させていたため、前記周辺部からの正反射成分は、入射光と同一経路を辿って入出射部(図7の例の場合、コリメートレンズ125及び試料側光ファイバ122の端部)に入射していた。これに対し、本願発明に係る深さ測定装置では、前記可干渉光を測定対象面に対し傾けて照射することにより、前記周辺部からの正反射成分が光軸を挟んで入射光とは反対の方向に出射するため、入出射部への入射光量を従来よりも大幅に低減することができる。一方、微細構造底面からの反射光の出射方向は前記入射角度の影響を受けにくいため、入出射部への入射光量は大きく変化しない。このように、本発明に係る深さ測定装置では、前記微細構造の周辺部からの反射光を重点的に低減できるため、周辺部からの反射光量と微細構造底面からの反射光量を同量に近づけ、干渉光の消光比(干渉光の山と谷の値の比)を改善して高精度な深さ測定を行うことが可能となる。
In the conventional depth measuring apparatus, since the coherent light is vertically incident on the surface to be measured as shown in FIG. 7, the specular reflection component from the peripheral portion follows the same path as the incident light, and enters and exits ( In the case of the example in FIG. 7, the light is incident on the
以上の通り、本発明に係る深さ測定装置によれば、可干渉光を測定対象面に対して傾けて照射することにより、微細構造の周辺部からの反射光の受光量を重点的に低減することができ、測定対象とする構造の径や幅が微細である場合にも消光比を改善して高精度な深さ測定を行うことが可能となる。 As described above, according to the depth measurement apparatus of the present invention, the amount of reflected light received from the peripheral portion of the fine structure is reduced intensively by irradiating coherent light with an inclination to the surface to be measured. Therefore, even when the diameter or width of the structure to be measured is fine, the extinction ratio can be improved and highly accurate depth measurement can be performed.
本発明の一実施形態に係る深さ測定装置について、図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る深さ測定装置の概略構成を示す図であり、図2、3は深さ測定時の反射光の状態を示す模式図である。 A depth measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a depth measurement apparatus according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are schematic diagrams illustrating a state of reflected light during depth measurement.
この深さ測定装置は、エッチング装置の真空チャンバ31内に配置されたシリコン基板を試料Sとし、該試料Sの上面(本発明における測定対象面)に形成される微細穴や微細溝の深さをモニタリングする装置であり、大別して、光源10、導入・干渉光学系20、計測部30、光学系駆動部40、検出ユニット50、データ処理部60、制御部70、及び表示部80を備えている。なお、前記導入・干渉光学系20は本発明における導入光学系と干渉光学系を兼ねたものとなる。
This depth measuring apparatus uses a silicon substrate disposed in a
なお、データ処理部60、制御部70、及び表示部80は、深さ測定装置と一体に構成してもよいが、深さ測定装置とネットワーク等を介して接続された外部のコンピュータにより実現されたものであってもよい。外部のコンピュータを用いる場合、該コンピュータに予めインストールされた制御・処理用ソフトウエアを実行することにより、データ処理部60、制御部70、及び表示部80としての機能を発揮させるようにすることができる。
The
光源10としては、低コヒーレンス性を持ちながら発光強度が高く、目的とする深さの計測に必要な波長幅を有する光を放射する光源、例えば中心波長が830nm、半値全幅が40nmであるスーパールミネセントダイオード(SLD)を用いることができる。
The
導入・干渉光学系20は、光源側光ファイバ21、試料側光ファイバ22、検出器側光ファイバ23、ファイバカプラ24、及びコリメートレンズ25を含んでいる。前記光源10から発せられた測定光は、導入・干渉光学系20の光源側光ファイバ21に取り込まれ、ファイバカプラ24を介して試料側光ファイバ22中を進行し、計測部30に進む。試料側光ファイバ22の端部から出射された測定光はコリメートレンズ25を通過し、計測部30の真空チャンバ31に設けられた計測窓33を介して試料S上に照射される。なお、前記試料側光ファイバ22の端部及びコリメートレンズ25が本発明における入出射部に相当する。また、試料Sは真空チャンバ31内に設けられた試料載置部32の上面に載置されており、該上面が本発明における試料載置面に相当する。
The introduction / interference
そして試料Sからの反射光のうち計測窓33の方向に反射した光が、計測窓33及びコリメートレンズ25を上記測定光の照射時とは逆に辿って試料側光ファイバ22の端部に入射し、該試料側光ファイバ22の内部で光路差の異なる反射光同士が互いに干渉する。試料側光ファイバ22を通過した光は、更にファイバカプラ24及び検出器側光ファイバ23を経て検出ユニット50に到達する。そして、コリメートレンズ51及び光量調整部52を経て回折格子53により波長毎に分光された後、CCDラインセンサ等のアレイ検出器54により波長毎に並列に検出される。これらの検出信号は、所定の信号処理を経てデータ処理部60に送られ、後述する方法により試料面における被エッチング部の深さの算出に用いられる。
Of the reflected light from the sample S, the light reflected in the direction of the
本実施形態に係る深さ測定装置は、前記導入・干渉光学系20から発せられる測定光の光軸を試料表面に対して傾斜させることを特徴としている。これを実現するため、本実施形態では、試料側光ファイバ22の端面及びコリメートレンズ25が、両者の中心軸が一致し、且つ該中心軸が真空チャンバ31の試料載置部32の上面に対して傾斜するように配置されている。
The depth measurement apparatus according to this embodiment is characterized in that the optical axis of the measurement light emitted from the introduction / interference
このときの測定光及び試料からの反射光の状態の一例を図2に示す。また、比較のため、従来の深さ測定装置における測定光及び試料からの反射光の状態の一例を図3に示す。 An example of the state of the measurement light and the reflected light from the sample at this time is shown in FIG. For comparison, FIG. 3 shows an example of the state of the measurement light and the reflected light from the sample in the conventional depth measurement apparatus.
これらの例において、試料Sは、被エッチング体である基板91と、その上に塗布されたエッチング保護用レジストから成るレジスト層92と、レジストが塗布されずに基板91が露出した被エッチング部93と、を有している。また、試料S上への入射スポット光のスポット径は、試料S上の被エッチング部93とその周囲のレジスト層92とに跨るようなサイズとなるように調整されている。これにより、試料S上では、基板表面からの反射光91aと、レジスト層表面からの反射光92aと、被エッチング部からの反射光93aと、が生じる。このうち、被エッチング部からの反射光93aは、被エッチング部93である微細な穴や溝から出射する際に回折現象によってピンスポットを通過した光のように広がりを持って進行する。一方、基板表面からの反射光91aとレジスト層表面からの反射光92aは様々な方向に散乱するが、特に正反射方向への反射光が支配的となる。従って、試料Sと導入・干渉光学系20の間の空間における基板表面からの反射光91aとレジスト層表面からの反射光92aの強度分布は、被エッチング部からの反射光93aの強度分布に比べて測定光の入射角への依存性が高いこととなる。
In these examples, the sample S includes a
従来の深さ測定装置では、図3に示すように、測定光を試料Sに対して垂直に照射するため、基板表面からの反射光91aとレジスト層表面からの反射光92aの多くがコリメートレンズ25に入射することとなる。その結果、上述のようにアレイ検出器54での受光量全体に占める干渉光成分の割合が小さくなり、測定精度が低下するという問題があった。
In the conventional depth measuring apparatus, as shown in FIG. 3, since the measurement light is irradiated perpendicularly to the sample S, most of the reflected light 91a from the substrate surface and the reflected light 92a from the resist layer surface are collimated lenses. 25 is incident. As a result, as described above, there is a problem that the ratio of the interference light component in the total amount of light received by the
これに対し、本実施形態に係る深さ測定装置では、図2に示すように、測定光を試料Sに対して傾斜させて照射するため、図3の従来例に比べて、コリメートレンズ25に入射する基板表面からの反射光91aとレジスト層表面からの反射光92aの量を低減することができる。なお、このときコリメートレンズ25に入射する被エッチング部からの反射光93aの光量も低下するが、上述のように被エッチング部からの反射光93aよりも基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aの方が測定光の入射角への依存性が高いため、被エッチング部からの反射光93aの減少量は、基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aの減少量に比べて十分に小さくなる。その結果、アレイ検出器54での受光量全体に占める干渉光成分の割合を高めることができ、測定精度を向上させることができる。
On the other hand, in the depth measuring apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, since the measurement light is irradiated with being inclined with respect to the sample S, the collimating
また、本実施形態に係る深さ測定装置は導入・干渉光学系20と試料載置部32との相対位置を変更可能な光学系駆動部40を備えており、制御部70の制御の下に、該光学系駆動部40により導入・干渉光学系20を回動及び/又は並進させることができる。
The depth measurement apparatus according to the present embodiment includes an optical
被エッチング部93の深さを反映する干渉光成分の割合は、導入・干渉光学系20に入射する被エッチング部からの反射光93aと、基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aとの強度比が1:1であるときに最も高くなる。そこで、該強度比が前記の値に近づくように、前記光学系駆動部40を調整することが望ましい。
The ratio of the interference light component that reflects the depth of the etched
なお、測定光の入射角が一定の場合には、試料Sから導入・干渉光学系20までの距離(具体的には試料Sからコリメートレンズ25までの距離)が長いほど、導入・干渉光学系20に入射する基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aの量が低下する(すなわち、これらの反射光91a、92aの受光量の入射角依存性は、前記距離が長いほど大きくなる)。一方、試料Sからの距離が一定の場合には、測定光の入射角を大きくするほど、導入・干渉光学系20に入射する前記反射光91a、92aの量が低下するものの、被エッチング部からの反射光93aの量も低下してしまう。従って、試料Sと導入・干渉光学系20の間に十分な距離(例えば50mm以上)を取り、測定光を極力小さい入射角(例えば1°以下)で試料Sに入射させるようにすれば、被エッチング部からの反射光93aの受光強度を保ちつつ基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aの受光強度を効果的に低減することができる。
When the incident angle of the measurement light is constant, the longer the distance from the sample S to the introduction / interference optical system 20 (specifically, the distance from the sample S to the collimating lens 25), the longer the introduction / interference optical system. The amount of reflected light 91a incident on the
なお、光学系駆動部40による導入・干渉光学系20の駆動量は、ユーザが図示しない入力手段等を用いて直接指示するようにしてもよいが、アレイ検出器54における受光強度に基づいてデータ処理部60が適切な駆動量を算出し、制御部70が該算出結果に従って導入・干渉光学系20を駆動するよう、光学系駆動部40に指示する構成とすることが望ましい。
The driving amount of the introduction / interference
なお、光学系駆動部40を調整して基板表面からの反射光91a及びレジスト層表面からの反射光92aを減じてもアレイ検出器54への入射光量がダイナミックレンジをオーバーする場合は、光量調整部52による入射光量の調整を行う。この光量調整部52は、NDフィルタ等の減光素子を光路上に入れたり取り出したりすることで、検出ユニット50に導入された反射光全体の強度を低減させるものである。本実施形態では、上述のように検出ユニット50に導入された反射光全体に占める干渉光成分の割合が従来よりも高くなるため、アレイ検出器54への入射光量がダイナミックレンジに収まるよう光量調整部52を調整した場合でも、従来のような計測精度の低下が生じるのを防ぐことができる。
If the amount of incident light on the
試料Sからの反射光は、上述のようにアレイ検出器54で波長毎に検出され、該検出信号に基づいてデータ処理部60にて波長と信号強度の関係を示す分光スペクトルが作成される。更に、データ処理部60は、該分光スペクトルから干渉光成分を抽出する処理を行って干渉スペクトルを作成し、その横軸を波長から波数に変換した上でフーリエ変換することにより、横軸が各反射面間の距離を表すグラフを求める。なお、図2の試料Sでは、被エッチング部93がある程度エッチングされているため、導入・干渉光学系20で得られる干渉光には、
[i]レジスト層92上面−基板91の上面、
[ii]基板91の上面−被エッチング部93の底面、
[iii]レジスト層92の上面−被エッチング部93の底面
の三種類の反射面の組み合わせに由来する干渉光が含まれる。従って、フーリエ変換後の信号波形にも、上記[i]、[ii]、及び[iii]のそれぞれの光学距離に対応した3つの位置にピークが出現する。そこで、これらのうち最も長い距離を示したピークの位置を、上記[iii]に相当するレジスト層92上面から被エッチング部93の底面までの距離として特定し、これにより被エッチング部93である微細穴又は微細溝の深さを決定する。
The reflected light from the sample S is detected for each wavelength by the
[I] Resist
[Ii] The top surface of the substrate 91-the bottom surface of the etched
[Iii] Interference light derived from the combination of three types of reflecting surfaces, that is, the upper surface of the resist
以上のような深さ測定は、真空チャンバ31内における試料Sに対するエッチング処理の実行中に、所定の時間間隔で繰り返し実行され、エッチングの進行に伴って時々刻々と変化する穴深さなどがリアルタイムで算出されて表示部80に表示される。
The depth measurement as described above is repeatedly performed at predetermined time intervals during the execution of the etching process on the sample S in the
以上、本発明の一実施形態を挙げて本発明に係る深さ測定装置について説明を行ったが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、追加、変更を加えても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。 The depth measuring apparatus according to the present invention has been described with reference to one embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment, and is appropriately modified within the scope of the present invention. It is obvious that additions and changes are included in the scope of the claims of the present application.
例えば、上記実施形態では、本発明に係る深さ測定装置を、エッチング装置の真空チャンバ31内に載置された処理対象である試料Sに形成される微細穴や微細溝の深さをモニタリングする装置としたが、これに限らず、種々の材料の加工処理において前記材料の処理状況をモニタリングしたり、処理後に加工品表面に設けられた穴や溝の深さを検査したりするための装置としてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the depth measuring apparatus according to the present invention monitors the depths of the fine holes and fine grooves formed in the sample S to be processed placed in the
また、上記実施形態では、測定光の入射角等を調整するために、光学系駆動部40により導入・干渉光学系20を駆動する構成としたが、試料載置部32を駆動する機構を設け、試料側を動かすようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the introduction / interference
また、上記実施形態では、制御部70の制御の下に光学系駆動部40が導入・干渉光学系20を駆動することにより、試料Sとの距離や測定光の入射角度を調整する構成となっていたが、これに代わりユーザが手動で導入・干渉光学系20を移動させることにより、前記距離や角度を調整可能な構成としてもよい。また、前記距離や角度を調整可能な構成とせず、常時一定の距離及び角度から深さ測定を行う構成としてもよい。この場合、導入・干渉光学系20(具体的にはコリメートレンズ25の中心)から測定対象面までの距離を50mm以上とし、測定対象面への測定光の入射角を1°以下とすることが望ましい。
In the above embodiment, the optical
なお、最良の入射角は、干渉波の消光比が最大となる角度である。そこで光学系駆動部40又は手動によって導入・干渉光学系20を動かして入射角を0度から増加させていき、前記消光比が最大となる入射角に調整することが望ましい。同様に試料との距離についても、光学系駆動部40又は手動によって導入・干渉光学系20を移動させて消光比が最大となる距離に調整することが望ましい。
The best incident angle is the angle at which the extinction ratio of the interference wave is maximized. Therefore, it is desirable to adjust the incident angle at which the extinction ratio is maximized by moving the introduction / interference
以下、本発明に係る深さ測定装置の効果を確認するために行った試験例について説明する。図4は、本試験例における測定条件を示す図である。この試験例では、表面に直径10μm、深さ75μmの微細穴94が形成されたシリコン基板91(マスキング膜なし)を試料とし、SLD光源から試料に照射される測定光の入射角θを種々に変更して前記微細穴94の深さ測定を行った。なお、コリメートレンズ25の中心から測定対象面までの距離は120mmとし、前記測定光のスポット径を100μmとして照射スポットが微細穴94とその周辺部に跨るように照射を行った。試料からの反射光は分光器で分光した後にアレイ検出器(量子化ビット数:10ビット)により受光した。
Hereinafter, test examples performed for confirming the effect of the depth measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram showing measurement conditions in this test example. In this test example, a silicon substrate 91 (without a masking film) having a
以上により得られた分光スペクトルを図5に示す。これらの分光スペクトルはいずれも横軸が波長[μm]、縦軸がアレイ検出器の入力値(すなわち検出器への入射光量)である。同図の(a)〜(e)は、測定光の入射角θをそれぞれ0°、0.08°、0.17°、0.25°、0.35°としたときの測定結果を示している。なお、このとき光量調整部における減衰量はいずれも−30dbとした。また、同図の(f)は入射角θを同図の(e)と同じ0.35°とし、光量調整部における減衰量を−20dbとしたときの測定結果である。図5(a)〜(e)から明らかなように、測定光の入射角が大きくなるに従って反射光全体の光量が低下するのに対し、基板91表面と穴94の底からの反射光による干渉光成分(図中の楕円で囲んだ部分)の消光比、すなわち干渉光の山と谷の値の比が大きくなっている。また、図5(f)では、減衰量の調整により反射光全体のピーク高さが同図の(a)と同程度となっているが、干渉光成分の消光比は同図の(a)より大きくなっていることがわかる。これは、基板91表面からの反射光の受光量が大きく減少することで微細穴94の底からの反射光量に近づいて干渉光の消光比が改善されたためと、減衰量の変更によりアレイ検出器のダイナミックレンジを有効に利用できたためである。本実施例ではアレイ検出器54への入射光量を光量調節部52により調節したが、アレイ検出器54の露光時間を長くすることによっても同様の効果をえられる。
The spectrum obtained as described above is shown in FIG. In each of these spectrums, the horizontal axis is the wavelength [μm], and the vertical axis is the input value of the array detector (that is, the incident light quantity to the detector). (A)-(e) of the figure shows the measurement results when the incident angle θ of the measurement light is 0 °, 0.08 °, 0.17 °, 0.25 °, and 0.35 °, respectively. ing. At this time, the amount of attenuation in the light amount adjusting unit was set to −30 db. Further, (f) in the figure shows the measurement results when the incident angle θ is set to 0.35 °, which is the same as (e) in the figure, and the attenuation in the light amount adjusting unit is set to −20 db. As apparent from FIGS. 5A to 5E, the amount of reflected light decreases as the incident angle of the measuring light increases, whereas the interference by the reflected light from the surface of the
また、図6(a)〜(f)は、それぞれ図5(a)〜(f)の分光スペクトルから干渉光成分を抽出し、横軸を波数に変換した後、フーリエ変換した波形を示している。同図の横軸は微細穴94の深さ[μm]を示しており、75μmの位置に干渉光成分に由来するピーク(図中の矢印で示す箇所)が現れている。同図の(f)では75μmのピークが同図の(a)に比べて高くなっており、同ピークの検出が容易になっていることが分かる。
FIGS. 6A to 6F show waveforms obtained by extracting an interference light component from the spectral spectra of FIGS. 5A to 5F and converting the horizontal axis into wave numbers, and then performing Fourier transform. Yes. The horizontal axis of the figure indicates the depth [μm] of the
10…光源
20…導入・干渉光学系
21…光源側光ファイバ
22…試料側光ファイバ
23…検出器側光ファイバ
25…コリメートレンズ
30…計測部
31…真空チャンバ
32…試料載置部
33…計測窓
40…光学系駆動部
50…検出ユニット
52…光量調整部
53…回折格子
54…アレイ検出器
60…データ処理部
70…制御部
91…基板
92…レジスト層
93…被エッチング部
91a…基板表面からの反射光
92a…レジスト層表面からの反射光
93a…被エッチング部からの反射光
DESCRIPTION OF
Claims (4)
a)所定の波長幅を有する可干渉光を発生する光源と、
b)前記測定対象面に向けて前記可干渉光を出射すると共に、該測定対象面で反射した前記可干渉光が入射する入出射部と、
c)前記光源から前記入出射部へ前記可干渉光を導く導入光学系と、
d)前記測定対象面で反射して前記入出射部に入射した前記可干渉光を干渉させる干渉光学系と、
e)前記干渉光学系により得られる干渉光を波長毎に検出する検出部と、
を有し、
前記測定対象面に出射される前記可干渉光の光軸が該測定対象面に対して傾斜するように前記入出射部が配置されていることを特徴とする深さ測定装置。 A depth measurement device for measuring the depth of a microstructure formed on a measurement target surface,
a) a light source that generates coherent light having a predetermined wavelength width;
b) an incident / exit section that emits the coherent light toward the measurement target surface and on which the coherent light reflected by the measurement target surface is incident;
c) an introduction optical system for guiding the coherent light from the light source to the incident / exit section;
d) an interference optical system that interferes with the coherent light reflected on the measurement target surface and incident on the incident / exit section;
e) a detection unit for detecting the interference light obtained by the interference optical system for each wavelength;
Have
The depth measuring apparatus, wherein the incident / exit section is arranged so that an optical axis of the coherent light emitted to the measurement target surface is inclined with respect to the measurement target surface.
f)前記測定対象面を有する試料を載置するための試料載置面と、
g)前記入出射部と前記試料載置面との相対位置を変更することにより前記測定対象面に対する可干渉光の入射角を調整する入射角調整部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の深さ測定装置。 Furthermore,
f) a sample mounting surface for mounting a sample having the measurement target surface;
g) an incident angle adjusting unit that adjusts an incident angle of coherent light with respect to the measurement target surface by changing a relative position between the incident / exiting unit and the sample mounting surface;
The depth measuring device according to claim 1, wherein:
h)前記入射角調整部を制御する制御手段、
を有し、
該制御手段が、前記検出部における受光量に基づいて前記相対位置の変更量を決定することを特徴とする請求項3に記載の深さ測定装置。 Furthermore,
h) control means for controlling the incident angle adjustment unit;
Have
The depth measuring apparatus according to claim 3, wherein the control unit determines a change amount of the relative position based on an amount of received light in the detection unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014008467A JP2015137886A (en) | 2014-01-21 | 2014-01-21 | Depth measuring instrument |
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