JP2545948B2 - Etching equipment - Google Patents

Etching equipment

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JP2545948B2
JP2545948B2 JP63222921A JP22292188A JP2545948B2 JP 2545948 B2 JP2545948 B2 JP 2545948B2 JP 63222921 A JP63222921 A JP 63222921A JP 22292188 A JP22292188 A JP 22292188A JP 2545948 B2 JP2545948 B2 JP 2545948B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、光学的手段を用いて、エッチングが所望の
深さに達したことを検知するエッチング装置に関し、 半導体ウエハ自体のエッチング時にも、エッチング作
業と同時進行でエッチング深さを正確にモニタし、エッ
チングを自動停止する手段を提供することを目的とし、 可干渉光を発生する光源と、該可干渉光を内部に伝送
でき、被エッチング物を擁するチャンバーと、被エッチ
ング物表面で干渉した反射光を受けるフォトディテクタ
と、該フォトディテクタで光電変換して得た信号を周波
数解析する波形解析手段と、該波形解析手段で得られた
干渉波の周波数分布によって、エッチング深さを計算す
るエッチング深さ算出手段とを有して構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention relates to an etching apparatus for detecting that an etching reaches a desired depth by using an optical means. The purpose is to provide a means for accurately monitoring the etching depth as it progresses and automatically stopping the etching. A light source that generates coherent light and a chamber that can transmit the coherent light inside and that holds an object to be etched. A photodetector that receives reflected light that has interfered with the surface of the object to be etched, a waveform analysis unit that frequency-analyzes the signal obtained by photoelectric conversion with the photodetector, and a frequency distribution of the interference wave obtained by the waveform analysis unit, And an etching depth calculating means for calculating the etching depth.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、光学的手段を用いて、エッチングが所望の
深さに達したことを検知するエッチング装置に関する。
The present invention relates to an etching apparatus that detects when an etching reaches a desired depth by using optical means.

近年、半導体デバイスの高信頼性化の要求にともなっ
て、エッチングを所望の深さまで正確に行うことが絶対
的に要求されている。
In recent years, along with the demand for higher reliability of semiconductor devices, there is an absolute demand for accurate etching to a desired depth.

従来、CVD-SiO2膜等、半導体ウエハ表面に予め設けた
被エッチング膜を食刻除去して、ウエハ表面を露出させ
る際に、発光スペクトルの変化をモニタする方法や、被
エッチング膜での薄膜光干渉をモニタする光干渉法が採
用されてきた。
Conventionally, a method of monitoring the change in emission spectrum when exposing the wafer surface by etching away the etching film previously provided on the semiconductor wafer surface, such as a CVD-SiO 2 film, or a thin film on the etching film Optical interferometry has been adopted to monitor optical interference.

ところが、半導体ウエハ自体を所望の深さだけ食刻除
去しようとするコントロールエッチに対する要求が強く
出て来ており、このような場合にもエッチングの自動停
止を行える装置が待望されている。
However, there is a strong demand for control etching for etching and removing the semiconductor wafer itself to a desired depth, and even in such a case, an apparatus capable of automatically stopping etching is desired.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

以下、従来の光干渉法に関して説明する。 The conventional optical interference method will be described below.

光干渉法は、半導体ウエハ表面に形成した被エッチン
グ膜に可干渉光を投射し、被エッチング膜の表面からの
反射光rAと下層である半導体ウエハ界面からの反射光rB
との間で生じる干渉効果による反射光の強度変化を捉
え、反射光の強度変化が一定になった時をエッチングの
終了点と判断するものであり、直接には被測定面に対し
て接触することなく測定が可能になるなどの特徴を有し
ている。
In the optical interference method, coherent light is projected onto the film to be etched formed on the surface of the semiconductor wafer, and the reflected light r A from the surface of the film to be etched and the reflected light r B from the interface of the lower semiconductor wafer.
The change in the reflected light intensity due to the interference effect between and is detected, and when the change in the reflected light intensity becomes constant, it is judged as the etching end point, and it directly contacts the surface to be measured. It has the feature that it can be measured without any need.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしこの方法では、被エッチング面が薄膜干渉効果
を生じ得ない場合、つまりSi(シリコン)基板への一定
深さの溝エッチングの場合のように下地反射面が存在し
ない場合、エッチング深さのモニタはできないことにな
る。よって従来方法は、半導体ウエハ自体の食刻除去で
の終点検出には利用できないという欠点がある。
However, with this method, when the surface to be etched cannot produce the thin film interference effect, that is, when there is no underlying reflection surface as in the case of groove etching with a certain depth in the Si (silicon) substrate, the etching depth is monitored. Will not be possible. Therefore, the conventional method has a drawback that it cannot be used for end point detection in etching removal of the semiconductor wafer itself.

本発明は、上述のような従来技術の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウエハ自体のエッチング時に
も、エッチング作業と同時進行でエッチング深さを正確
にモニタし、エッチングを自動停止する手段を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and means for accurately monitoring the etching depth simultaneously with the etching operation and automatically stopping the etching even when the semiconductor wafer itself is etched. The purpose is to provide.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明では、このような課題を解決する手段として、
可干渉光を発生する光源と、該可干渉光を内部に伝送で
き、被エッチング物を擁するチャンバーと、被エッチン
グ物表面で干渉した反射光を受けるフォトディテクタ
と、該フォトディテクタで光電変換して得た信号を周波
数解析する波形解析手段と、該波形解析手段で得られた
干渉波の周波数分布によって、エッチング深さを計算す
るエッチング深さ算出手段とを有して構成する。
In the present invention, as a means for solving such a problem,
A light source that generates coherent light, a chamber that can transmit the coherent light inside, and that holds an object to be etched, a photodetector that receives reflected light that interferes with the surface of the object to be etched, and photoelectric conversion by the photodetector. It is configured to have a waveform analysis means for frequency-analyzing the signal and an etching depth calculation means for calculating the etching depth based on the frequency distribution of the interference wave obtained by the waveform analysis means.

〔作用〕[Action]

以下、本発明の原理作用に関して、第4図を参照しつ
つ説明する。第4図は、本発明の装置が捉える反射光の
様子を説明したものである。
Hereinafter, the principle and operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 illustrates how reflected light is captured by the device of the present invention.

本発明では、第4図(a)に示すように、マスク膜表
面からの反射光r1,マスク膜下面からの反射光r2,並び
に半導体ウエハ表面からの反射光r3の三者相互の干渉を
読み取る。エッチングの進行に伴い、第4図(b)の示
すように、被エッチング面つまりウエハ表面が除去され
ると同時に、マスク膜表面も一般には被エッチング面よ
り遅い速度でエッチング除去される。故に反射光r1,r3
の光路長(厳密にはマスク膜の屈折率も考慮すればr2
光路長も)がエッチングの進行につれて変化する。従っ
てエッチング時間経過につれて三者の干渉状態が変化
し、それらが合成された反射光強度情報がフォトディテ
クタから得られることになる。フォトディテクタからの
信号波形は、このように3つの反射光間の干渉の状態変
化を合成した結果を示すが、波形解析を行うことで、3
波を分離し、被エッチング面のエッチレートとマスク面
のエッチレートを算出することができる。こうして被エ
ッチング面のエッチレートをリアルタイムにモニタする
ことで、経過時間情報とからエッチング深さをモニタす
ることが可能となり、所望深さでエッチングを停止する
ことができるものである。
In the present invention, as shown in FIG. 4 (a), the reflected light r 1 from the mask film surface, the reflected light r 2 from the lower surface of the mask film, and the reflected light r 3 from the semiconductor wafer surface are mutually reflected. Read the interference. As the etching progresses, as shown in FIG. 4B, the surface to be etched, that is, the wafer surface is removed, and at the same time, the mask film surface is generally removed at a slower rate than the surface to be etched. Therefore, the reflected light r 1 , r 3
Optical path length (strictly speaking, the optical path length of r 2 also considering the refractive index of the mask film) changes as the etching progresses. Therefore, as the etching time elapses, the three interference states change, and the reflected light intensity information obtained by combining them is obtained from the photodetector. The signal waveform from the photodetector shows the result of combining the state changes of the interference between the three reflected lights in this way.
By separating the waves, the etch rate of the etched surface and the etch rate of the mask surface can be calculated. By thus monitoring the etching rate of the surface to be etched in real time, the etching depth can be monitored based on the elapsed time information, and the etching can be stopped at the desired depth.

〔実施例〕〔Example〕

(a)一実施例の説明 第1図参照。 (A) Description of one embodiment See FIG.

以下、本発明の一実施例について説明する。第1図は
本発明の実施例に則した装置構成図である。
An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a device configuration diagram according to an embodiment of the present invention.

本実施例では、RIE(リアクティブイオンエッチン
グ)に応用した例を示し、被エッチング物9には、Si
(シリコン)ウエハ表面に、CVD-SiO2をマスクとして被
膜したものを用い、前記CVD-SiO2表面よりエッチングを
行うものである。
In this embodiment, an example applied to RIE (reactive ion etching) is shown, and the etching target 9 is made of Si.
The surface of a (silicon) wafer is coated with CVD-SiO 2 as a mask, and etching is performed from the surface of the CVD-SiO 2 .

第1図中、このエッチング装置で、可干渉光50の種類
は、可干渉性に優れる点からレーザ光を用いることと
し、安定度,測定すべきエッチング深さ,しかも装置が
入手し易いことから、長波長、可視領域のレーザ光を選
択した。光源1には、He-Ne(ヘリウム−ネオン)レー
ザの発振器を用いた。この出力は2mWである。光源1で
発生したレーザ光50は、測定開始時シャッタ2を開ける
ことで投射し、ビームエキスパンダ8でコヒーレンシー
を維持しつつレーザ・ビーム径を8mmまで拡大する。
In Fig. 1, laser light is used as the type of coherent light 50 in this etching device because of its excellent coherence, because of its stability, etching depth to be measured, and easy availability of the device. , Long wavelength, visible region laser light was selected. A He-Ne (helium-neon) laser oscillator was used as the light source 1. This output is 2mW. The laser beam 50 generated by the light source 1 is projected by opening the shutter 2 at the start of measurement, and the beam expander 8 expands the laser beam diameter to 8 mm while maintaining coherency.

レーザ光50は、石英の窓17を通して、RIEの工程を実
際に行なわせるチャンバー18内に送り込まれ、Rf電源19
に接続された電極20上に配置した被エッチング部材とし
てのシリコンのウエハ9に投射される。
The laser light 50 is sent through the quartz window 17 into the chamber 18 that actually performs the RIE process, and the Rf power supply 19
It is projected on a silicon wafer 9 as a member to be etched arranged on the electrode 20 connected to the.

チャンバー18内には、Cl(塩素)ガスを流し、前記チ
ャンバー18内の圧力を10mTorrに保つ。高周波発生源で
あるRf電源の出力は800Wである。
Cl (chlorine) gas is flown into the chamber 18 to maintain the pressure in the chamber 18 at 10 mTorr. The output of the Rf power source, which is a high frequency source, is 800W.

こうしてウエハ9表面のマスク表面とマスク下層とエ
ッチングされた表面それぞれでの反射光が、相互に干渉
を生じ、反射光51は可干渉光50と同じ経路を逆に進行す
る。反射光51は、干渉を受けた後λ/4偏光板4を通る。
In this way, the reflected light on the mask surface of the wafer 9 and the reflected light on the mask lower layer and the etched surface cause mutual interference, and the reflected light 51 travels in the same path as the coherent light 50 in the opposite direction. The reflected light 51 passes through the λ / 4 polarizing plate 4 after receiving the interference.

その後反射光51は、偏光ビームスプリッタ3により、
反射光51を入射方向から90度の方角に方向転換させて、
光源1側に戻ることなくフォトディテクタ10に到達す
る。
After that, the reflected light 51 is reflected by the polarization beam splitter 3.
By changing the direction of the reflected light 51 from the incident direction to the direction of 90 degrees,
It reaches the photodetector 10 without returning to the light source 1 side.

前記反射光51は、フォトディテクタ10で電気信号に変
換され、取り出した波形信号は増幅器11で増幅される。
The reflected light 51 is converted into an electric signal by the photo detector 10, and the extracted waveform signal is amplified by the amplifier 11.

この後波形信号は、A/D変換回路12でディジタル化さ
れ、レコーダ13で干渉波形を記録するとともに、波形解
析手段141で周波数分布として取り出される。
After that, the waveform signal is digitized by the A / D conversion circuit 12, the interference waveform is recorded by the recorder 13, and the frequency distribution is taken out by the waveform analysis means 141.

第5図参照。See FIG.

第5図は光干渉法により得られる被エッチング面での
干渉波形を示すものである。
FIG. 5 shows an interference waveform on the etched surface obtained by the optical interference method.

実際に一定時間の観測により光干渉法で得られる干渉
波形が、第5図(a)であり、この波形は観測面の各部
から生じた3つの干渉波(第4図のr1とr2の干渉波,r2
とr3の干渉波,及びr3とr1の干渉波)が合成されたもの
である。すなわち第5図(b),第5図(d),及び第
5図(e)の3つであるが、このうち第5図(d)の波
形(マスク膜下面からの反射光と半導体ウエハ表面から
の反射光とから生じる干渉波)は、信号強度が微弱なう
え波形の周期が長く、通常は他の波形からの分離が困難
である。波形解析手段141としてフーリエ変換による解
析を行ってもよいが、その場合測定期間が短いと第5図
(c)のような波形はこれ以上分離が困難になることが
ある。これを改善するには、望ましくは、この干渉波を
分離するための周波数解析の方法として「最大エントロ
ピー法」を波形解析手段141中で用いる。ちなみにこの
方法は、観測現象の周波数分布を極めて短い測定時間で
高分解能に計算する手法であり、最近では「科学計算の
ための波形データ処理」(CQ出版社,昭和61年4月30日
初版発行)p.166〜p.179等において開示されている。
The interference waveform obtained by the optical interferometry by actually observing for a certain period of time is shown in Fig. 5 (a). This waveform shows three interference waves (r 1 and r 2 in Fig. 4) generated from each part of the observation surface. Interference wave, r 2
And r 3 and r 3 and r 1 ). That is, there are three waveforms of FIG. 5 (b), FIG. 5 (d), and FIG. 5 (e). Of these, the waveform of FIG. 5 (d) (light reflected from the lower surface of the mask film and the semiconductor wafer An interference wave generated from the reflected light from the surface) has a weak signal intensity and a long waveform period, and is usually difficult to separate from other waveforms. Analysis by Fourier transform may be performed as the waveform analysis means 141, but in that case, if the measurement period is short, it may be more difficult to separate the waveform as shown in FIG. 5 (c). In order to improve this, it is desirable to use the “maximum entropy method” in the waveform analysis means 141 as a frequency analysis method for separating this interference wave. By the way, this method is a method for calculating the frequency distribution of an observation phenomenon with high resolution in an extremely short measurement time, and recently, "waveform data processing for scientific calculation" (CQ publisher, April 30, 1986 first edition) (Issue) p.166-p.179.

以上のようにして、最大エントロピー法を用いて干渉
波の周波数解析を行った後は、周波数値から次式を変形
して被エッチング面及びマスク面それぞれでのエッチレ
ートe0,e1を求めることができる。
As described above, after performing frequency analysis of the interference wave using the maximum entropy method, the following equation is transformed from the frequency value to obtain the etching rates e 0 and e 1 on the etched surface and the mask surface, respectively. be able to.

マスク膜表面からの反射光と、半導体基板の被エッン
グ面からの反射光とがつくる干渉波の周波数をδ,マ
スク膜,半導体基板界面からの反射光と、半導体基板の
被エッチング面からの反射光とがつくる干渉波の周波数
をδとすると、 ただし、n0はマスク膜の屈折率,d00は最初のエッチ
ング深さ,λは入射光の波長,tはエッチング時間であ
る。
The frequency of the interference wave generated by the reflected light from the mask film surface and the reflected light from the etched surface of the semiconductor substrate is δ 0 , the reflected light from the interface of the mask film and the semiconductor substrate, and the reflected light from the etched surface of the semiconductor substrate. If the frequency of the interference wave created by the reflected light is δ 1 , Here, n 0 is the refractive index of the mask film, d 00 is the initial etching depth, λ 0 is the wavelength of the incident light, and t is the etching time.

第6図参照。See FIG.

第6図は、実際のエッチングで記録された波形の例
を、時間(横軸)に沿った信号強度(縦軸)の変化とし
て示すものである。これを波形解析することで、前式よ
りエッチレートを求めることができた。第6図の波形の
v〜w期間のように、実際的な信号波形では、3波の干
渉合成波形であるために、一定期間干渉波形が打ち消し
合った状態となる場合があり、このような波形は通常の
フーリエ変換解析では周波数解析が難しくなる。ところ
が最大エントロピー法を用いれば、このような波形解析
も高分解能で行える。
FIG. 6 shows an example of a waveform recorded by actual etching as a change in signal intensity (vertical axis) along time (horizontal axis). By performing waveform analysis on this, the etch rate could be obtained from the previous equation. As in the period v to w of the waveform in FIG. 6, since the actual signal waveform is an interference composite waveform of three waves, the interference waveforms may cancel each other for a certain period. The frequency analysis of the waveform becomes difficult by the usual Fourier transform analysis. However, if the maximum entropy method is used, such waveform analysis can be performed with high resolution.

以上のようにして、エッチレートをリアルタイムでモ
ニタすることで所望のエッチング深さ到達時点を検知す
る。その時点でエッチングを停止する。
As described above, the time when the desired etching depth is reached is detected by monitoring the etching rate in real time. At that point, etching is stopped.

実際の操作手順としては、第6図のp点でシャッタ2
を開け、可干渉光50の投射を開始する。次に、第6図の
q点でRf電源19を起動させ、エッチングを開始する。エ
ッチング終了と判定したとき、第6図のr点でシャッタ
2を閉じるよう停止手段16に指示し、レーザ光50の投射
を停止する。この後、第6図のs点でRf電源19を停止す
る。
The actual operation procedure is as follows:
Open and start projecting the coherent light 50. Next, the Rf power supply 19 is activated at point q in FIG. 6 to start etching. When it is determined that the etching is completed, the stop means 16 is instructed to close the shutter 2 at point r in FIG. 6, and the projection of the laser beam 50 is stopped. After that, the Rf power supply 19 is stopped at point s in FIG.

第2図参照。See FIG.

第2図は本発明のデータ処理の原理説明図である。以
下、装置の波形解析の様子を説明する。
FIG. 2 is an explanatory view of the principle of data processing of the present invention. The state of waveform analysis of the apparatus will be described below.

波形解析手段141ではレーザ投射面全体から一定時間
で得られる干渉波の周波数分布を計算後、この周波数分
布はエッチング深さ算出手段142に転送され、エッチン
グ深さ算出手段142では周期の計算、波数の計算を経
て、得られる波数がエッチング深さに相関するとの性質
に着目して、エッチレートは求まり、エッチング深さが
求められる。更にこうして求められたエッチング深さの
値は、停止手段16に転送され、エッチング深さが所望の
深さであるとの判定を下したときには、エッチング及び
エッチングのモニタを終了するように指示する。
The waveform analysis unit 141 calculates the frequency distribution of the interference wave obtained from the entire laser projection surface in a certain time, and this frequency distribution is transferred to the etching depth calculation unit 142, and the etching depth calculation unit 142 calculates the period and wave number. After paying attention to the property that the obtained wave number correlates with the etching depth, the etching rate is obtained and the etching depth is obtained. Further, the value of the etching depth thus obtained is transferred to the stopping means 16, and when it is judged that the etching depth is a desired depth, the etching and the monitoring of the etching are instructed to end.

実際、本発明のエッチング装置を用いてエッチングし
た深さが正確なものかどうかを、膜厚計を利用してエッ
チング作業終了後に測定した結果、次のようであった。
Actually, as a result of measuring whether or not the etching depth is accurate by using the etching apparatus of the present invention after the completion of the etching operation by using the film thickness meter, it was as follows.

第6図中の例によれば、 実際にエッチングされた深さ ・4.59μm 計算で本発明のエッチング装置が測定した深さ・・・・
・・・4.46μm また同様なエッチングを行った他の例では、 実際にエッチングされた深さ ・6.66μm 計算で本発明のエッチング装置が測定した深さ・・・・
・・・6.32μm これらは、本発明のエッチング装置が測定した深さ
が、極めて正確なものであったとの結果を示すものであ
る。
According to the example in FIG. 6, the depth actually etched. The depth measured by the etching apparatus of the present invention by the calculation of 4.59 μm.
... 4.46 μm In another example in which similar etching was performed, the actual etching depth was 6.66 μm. The depth measured by the etching apparatus of the present invention by calculation ...
... 6.32 μm These indicate that the depth measured by the etching apparatus of the present invention was extremely accurate.

また、本実施例でこの演算に用いた波形解析手段141
は、いわゆる16bitのパーソナル・コンピュータに最大
エントロピー法による演算を行わせるよう構成したもの
であって、計算プログラムもいたって簡単なものであ
る。
Further, the waveform analysis means 141 used for this calculation in the present embodiment.
Is configured so that a so-called 16-bit personal computer can perform calculation by the maximum entropy method, and the calculation program is also very simple.

ところで、一般に最大エントロピー法は、データ処理
に時間を要するという欠点がいわれている。しかし本実
施例で演算にかかった時間は、収集した10個のデータを
処理するのに、約10秒ほどであり、実質的にリアルタイ
ムでのモニタが可能である。
By the way, generally, the maximum entropy method is said to have a drawback that it takes time to process data. However, the time required for the calculation in this embodiment is about 10 seconds for processing the 10 pieces of collected data, and the monitoring in substantially real time is possible.

データ出力のために、レコーダ13の他ディスプレイ15
を配置した。
Display 15 other than recorder 13 for data output
Was placed.

波形解析手段141は、自身が処理した結果に基づき、
可干渉光の投射を停止するよう指示信号を停止手段16に
転送し、シャッタ2を閉じる。その20秒後には、エッチ
ングの停止を指示する信号を停止手段16に転送し、Rf電
源19を停止する。
The waveform analysis means 141, based on the result processed by itself,
An instruction signal for stopping the projection of the coherent light is transferred to the stop means 16, and the shutter 2 is closed. 20 seconds after that, a signal instructing to stop the etching is transferred to the stop means 16 and the Rf power supply 19 is stopped.

以上説明したように、可干渉光の光径を拡大してか
つ、いくつもの干渉波が重なり合った波形を分離するよ
うに構成することで、エッチングと同時進行で被エッチ
ング面全体の状態を正確にモニタすることができた。
As described above, by expanding the optical diameter of the coherent light and separating the waveform in which a number of coherent waves are overlapped with each other, the state of the entire surface to be etched can be accurately measured simultaneously with etching. I was able to monitor.

(b)他の実施例の説明 ところで、上記実施例では本発明の趣旨に従い、種々
の変形が可能である。
(B) Description of Other Embodiments By the way, in the above embodiment, various modifications can be made in accordance with the gist of the present invention.

別の実施例を第1図と同じく装置構成図として第3図
に示した。図中、第1図と同じ番号は第1図と同じもの
を示す。第1図の実施例とは、可干渉光50の伝送区間の
一部が異なるのみで、利用した部品は、すべて仕様を同
じくするものである。第1図と異なる可干渉光50の伝送
区間には、光ファイバ6を用いている。
Another embodiment is shown in FIG. 3 as an apparatus configuration diagram similar to FIG. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same elements as in FIG. Only the part of the transmission section of the coherent light 50 that is different from the embodiment of FIG. 1 is used, and the parts used have the same specifications. An optical fiber 6 is used in the transmission section of the coherent light 50 different from that shown in FIG.

この実施例では、光ファイバ6を用いることにより、
測定装置群とRf電源19とを隔絶するために、Rf電源19側
で生じたノイズ(雑音)が測定装置群に及ぼす影響を低
減できるという新たな効果を奏することとなった。
In this embodiment, by using the optical fiber 6,
Since the measuring device group and the Rf power source 19 are isolated from each other, it is possible to reduce the influence of noise generated on the Rf power source 19 side on the measuring device group.

第3図の例ではまずレンズ5を通して、可干渉光の光
径を光ファイバ6のコア径程度とする。このとき、光フ
ァイバ6は長さ5m程度とし、マルチモードファイバを使
用した。
In the example of FIG. 3, first, the optical diameter of the coherent light is set to about the core diameter of the optical fiber 6 through the lens 5. At this time, the optical fiber 6 has a length of about 5 m, and a multimode fiber is used.

光ファイバ6の終端で、レンズ7により可干渉光50は
再び元の可干渉光の光径(3mm程度)に拡大される。
At the end of the optical fiber 6, the coherent light 50 is expanded again by the lens 7 to the original coherent light diameter (about 3 mm).

なお、光学系の装置とフォトディテクタ10との間を光
ファイバで接続して、両者を隔離するように本実施例の
装置構成を変更すれば、測定された信号にかかるノイズ
は更に軽減できる。
By connecting the optical system device and the photodetector 10 with an optical fiber and changing the device configuration of the present embodiment so as to isolate the two, the noise applied to the measured signal can be further reduced.

また実施例としては、本エッチング装置を半導体の微
細加工に供する装置として、被エッチング部材にシリコ
ンのウエハを用いて説明してきたが、産業上の他の分野
で微細な膜加工を行う場合に対しても、十分運用できる
ものである。
In addition, as an example, the present etching apparatus has been described as an apparatus for subjecting a semiconductor to fine processing by using a silicon wafer as a member to be etched, but in comparison with the case of performing fine film processing in other industrial fields. However, it can be operated sufficiently.

あるいは本実施例では、光源1には、He-Ne(ヘリウ
ム−ネオン)レーザの発振器を用いているが、半導体レ
ーザを用いれば、小型,軽量化という特長を併せ持つこ
ととなる。
Alternatively, in the present embodiment, a He—Ne (helium-neon) laser oscillator is used as the light source 1, but if a semiconductor laser is used, the light source 1 has the features of small size and light weight.

一方で、LED(発光ダイオード)を光源として用いれ
ば可干渉性は低下するものの、雑音のより少ない光源と
して有効である。
On the other hand, if an LED (light emitting diode) is used as a light source, the coherence is reduced, but it is effective as a light source with less noise.

更には、可干渉光の投射を開始・停止するために、シ
ャッタ2を開・閉しているが、停止手段16より光源1に
直接指示することもよいであろう。
Furthermore, although the shutter 2 is opened and closed in order to start and stop the projection of the coherent light, it may be possible to instruct the light source 1 directly from the stop means 16.

また、波形解析手段141での計算手順をハードウエア
化すれば、より高速なデータ処理を見込める。
Further, if the calculation procedure in the waveform analysis means 141 is implemented by hardware, higher speed data processing can be expected.

更に本実施例では、波形信号を周波数分布に変換する
ための計算方法に、最大エントロピー法を用いたが、波
形が単純な場合にはフーリエ変換によってもよく他の有
効な計算方法を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the maximum entropy method is used as the calculation method for converting the waveform signal into the frequency distribution. However, when the waveform is simple, Fourier transform may be used, or another effective calculation method may be used. Good.

ただし、ここで採用すべき計算方法については、干渉
波の分離が首尾よく行えることを条件に選択されなけれ
ばならない。
However, the calculation method to be adopted here must be selected on condition that the separation of the interference wave can be performed successfully.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、半導体ウエハ
自体をエッチングする場合のように、下地が存在しない
コントロールエッチが必要な場合にもエッチング状態を
モニタできることになり、所望の深さまで食刻除去して
エッチングを停止できることとなった。
As described above, according to the present invention, the etching state can be monitored even when a control etch with no underlying layer is required as in the case of etching the semiconductor wafer itself, and the etching removal is performed to a desired depth. Then, the etching can be stopped.

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

第1図は、本発明の実施例に則した装置構成図、 第2図は、本発明の実施例に則したデータ処理の原理説
明図、 第3図は、本発明の他の実施例に則した装置構成図、 第4図は、被エッチング物表面での干渉波の説明図(要
部の拡大断面図)、 第5図は、「光干渉法」により得られる被エッチング面
での干渉波形、 第6図は、本発明の装置で測定した他の干渉波形(干渉
で波形が消えた例) である。 第1図、第3図中、 1……光源 2……シャッタ 3……偏光ビームスプリッタ 4……偏光板(λ/4偏光板) 5……レンズ 6……光ファイバ 7……レンズ 8……ビームエキスパンダ 9……被エッチング物(ウエハ) 10……フォトディテクタ 11……増幅器 12……A/D変換回路 13……レコーダ 141……波形解析手段 142……エッチング深さ算出手段 15……ディスプレイ 16……停止手段 17……窓 18……チャンバー 19……Rf電源 20……電極 50……可干渉光(レーザ光) 51……反射光 である。 第2図中、 a……干渉波を光→電気信号に変換する工程 b……信号を増幅する工程 c……ディジタル信号に変換する工程 d……周波数分布を求める工程 e……周期の計算・波数の計算 f……エッチレートの計算・エッチング深さの計算 g……所望の深さに達したかどうかの判断 h……エッチング作業とエッチングモニタ停止 である。 第4図中、 r1……マスク膜表面での反射波 r2……マスク膜下面での反射波 r3……半導体ウエハの被エッチング表面での反射波 である。 第6図中、 p……可干渉光投射開始点 q……エッチング開始点 r……エッチング終了点 s……可干渉光投射終了点 v……波形消去開始点 w……波形消去終了点 である。
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view of a principle of data processing according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is another embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of an interference wave on the surface of the object to be etched (enlarged cross-sectional view of an essential part), and FIG. 5 is interference on the surface to be etched obtained by “optical interferometry”. Waveform, FIG. 6 is another interference waveform measured by the device of the present invention (an example in which the waveform disappears due to interference). In FIGS. 1 and 3, 1 ... Light source 2 ... Shutter 3 ... Polarizing beam splitter 4 ... Polarizing plate (λ / 4 polarizing plate) 5 ... Lens 6 ... Optical fiber 7 ... Lens 8 ... … Beam expander 9 …… Subject to be etched (wafer) 10 …… Photo detector 11 …… Amplifier 12 …… A / D conversion circuit 13 …… Recorder 141 …… Waveform analysis means 142 …… Etching depth calculation means 15 …… Display 16 …… Stopping means 17 …… Window 18 …… Chamber 19 …… Rf power source 20 …… Electrode 50 …… Coherent light (laser light) 51 …… Reflected light. In FIG. 2, a ... Process of converting interference wave into light → electric signal b ... Process of amplifying signal c ... Process of converting to digital signal d ... Process of obtaining frequency distribution e ... Calculation of period・ Calculation of wave number f …… Calculation of etch rate ・ Calculation of etching depth g …… Judgment of whether the desired depth has been reached h …… Etching work and etching monitor stop. In Fig. 4, r1 is the reflected wave on the mask film surface, r2 is the reflected wave on the lower surface of the mask film, r3 is the reflected wave on the etched surface of the semiconductor wafer. In FIG. 6, p ... Coherent light projection start point q ... Etching start point r ... Etching end point s ... Coherent light projection end point v ... Waveform erasing start point w ... Waveform erasing end point is there.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】可干渉光(50)を発生する光源(1)と、 該可干渉光(50)を内部に伝送でき、被エッチング物
(9)を擁するチャンバー(18)と、 被エッチング物(9)表面で干渉した反射光(51)を受
けるフォトディテクタ(10)と、 該フォトディテクタ(10)で光電変換して得た信号を、
最大エントロピー法を用いて周波数解析する波形解析手
段(141)と、 該波形解析手段(141)で得られた干渉波の周波数分布
によって、エッチング深さを計算するエッチング深さ算
出手段(142)と を有するエッチング装置。
1. A light source (1) for generating coherent light (50), a chamber (18) capable of transmitting the coherent light (50) therein, and containing an object to be etched (9), and an object to be etched. (9) A photodetector (10) that receives reflected light (51) that interferes on the surface, and a signal obtained by photoelectrically converting the photodetector (10),
A waveform analysis means (141) for performing frequency analysis using the maximum entropy method, and an etching depth calculation means (142) for calculating an etching depth based on the frequency distribution of the interference wave obtained by the waveform analysis means (141). An etching apparatus having.
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