JP5471951B2 - Etching monitoring device - Google Patents

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Description

本発明は、フーリエドメイン光干渉断層法(Fourier Domain Optical Coherent Tomography: FD-OCT)を用いたエッチングモニタリング装置に関する。   The present invention relates to an etching monitoring apparatus using Fourier Domain Optical Coherent Tomography (FD-OCT).

光干渉断層法(Optical Coherent Tomography: OCT)とは、光の干渉現象を用いて被測定物の3次元構造を解析する手法である。この手法は当初、医療用として開発されたが、近年では半導体の製造にも応用され、被処理基板に対してエッチング処理を行う際にエッチングされた部分(以下、「被エッチング部」とする)の穴深さを測定するエッチングモニタリング装置として使用されている(例えば特許文献1を参照)。   Optical coherent tomography (OCT) is a technique for analyzing the three-dimensional structure of an object to be measured using a light interference phenomenon. This method was originally developed for medical use, but in recent years it has also been applied to semiconductor manufacturing, and a portion etched when etching a substrate to be processed (hereinafter referred to as an “etched portion”). It is used as an etching monitoring device that measures the hole depth (see, for example, Patent Document 1).

OCT法には幾つか方法があるが、それらの中でもFD-OCT法がエッチングモニタリング装置に適している。FD-OCT法を用いたエッチングモニタリング装置では、被処理基板に光を照射し、エッチングが行われる層(以下、「被エッチング層」とする)の表面における反射光と被エッチング層内の被エッチング部の底部における反射光とを干渉させ、この干渉光を分光器により分光してラインセンサ等により各波長を同時に検出する。そして、各波長の検出信号をフーリエ変換することで被エッチング部の穴深さを算出する。これにより、エッチング深さをリアルタイムで測定することができる。   There are several OCT methods. Among them, the FD-OCT method is suitable for an etching monitoring apparatus. In an etching monitoring apparatus using the FD-OCT method, light is irradiated onto a substrate to be processed, and the reflected light on the surface of the layer to be etched (hereinafter referred to as “etched layer”) and the etched material in the etched layer. The reflected light at the bottom of the part is caused to interfere, the interference light is dispersed by a spectroscope, and each wavelength is detected simultaneously by a line sensor or the like. And the hole depth of a to-be-etched part is calculated by Fourier-transforming the detection signal of each wavelength. Thereby, the etching depth can be measured in real time.

特開平2-71517号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-71517

近年、電子デバイスを小型化するために、厚さ方向に積層した基板を貫通電極により接続することで、基板間の配線距離を短くするということが行われている。このような貫通電極による3次元実装では、基板に貫通孔を設ける必要があるが、このエッチング処理では一般に被エッチング層に占める被エッチング部の割合が少ない一方、被エッチング部の溝の幅や穴の径に対する深さの比(アスペクト比)が大きい、という特徴がある。そのため、光の照射位置(すなわち測定位置)を被エッチング部に合わせて適切に調整しなければ、被エッチング部から十分な強度で光が反射されず、S/N比が低下してしまう。   In recent years, in order to reduce the size of electronic devices, it has been performed to shorten the wiring distance between substrates by connecting substrates stacked in the thickness direction with through electrodes. In such a three-dimensional mounting using a through electrode, it is necessary to provide a through hole in the substrate. However, in this etching process, the ratio of the etched portion in the etched layer is generally small, while the groove width or hole of the etched portion is small. The ratio of the depth to the diameter (aspect ratio) is large. Therefore, unless the light irradiation position (that is, the measurement position) is appropriately adjusted according to the etched portion, the light is not reflected from the etched portion with sufficient intensity, and the S / N ratio is lowered.

従来、測定位置の調整は、被エッチング層を撮影し、得られた画像の濃淡から被エッチング部の位置を解析することにより行っていた。しかしながら、感度及び解像度の低い安価なカメラでは位置決めの精度が不十分であり、感度及び解像度の高い高価なカメラを使用するとコストが高くなる、といった問題があった。   Conventionally, adjustment of the measurement position has been performed by photographing the layer to be etched and analyzing the position of the portion to be etched from the density of the obtained image. However, an inexpensive camera with low sensitivity and resolution has insufficient positioning accuracy, and there is a problem that the cost increases when an expensive camera with high sensitivity and resolution is used.

本発明が解決しようとする課題は、画像処理によらず、測定位置を適切に調整することができるエッチングモニタリング装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an etching monitoring apparatus capable of appropriately adjusting a measurement position regardless of image processing.

上記課題を解決するために成された本発明は、
所定の波長幅を有する可干渉光を発生する光源と、前記可干渉光を被エッチング部の径又は幅よりも大きいスポット径で被処理基板上に導く導入光学系と、前記被処理基板上で反射した前記可干渉光を干渉させる干渉光学系と、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、を有するエッチングモニタリング装置において
前記被処理基板上の前記可干渉光の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
前記被処理基板上を前記スポット径以下の間隔で走査した前記照射位置の各々に対し、前記光検出部の検出信号に含まれる干渉成分の強度を取得する干渉強度取得手段と、
前記干渉成分の強度が最大となる前記被処理基板上の位置を探索し、該最大位置においてエッチング深さの測定を行うよう前記照射位置を移動させる測定位置決定手段と、
を有することを特徴とする。
The present invention made to solve the above problems
A light source that generates coherent light having a predetermined wavelength width, an introduction optical system that guides the coherent light onto the substrate to be processed with a spot diameter larger than the diameter or width of the etched portion, and the substrate to be processed In an etching monitoring apparatus, comprising: an interference optical system that causes the reflected coherent light to interfere; and a detection unit that detects, for each wavelength, the interference light obtained by the interference optical system, of the coherent light on the substrate to be processed. An irradiation position moving means for moving the irradiation position;
Interference intensity acquisition means for acquiring the intensity of the interference component included in the detection signal of the light detection unit for each of the irradiation positions scanned on the substrate to be processed at intervals equal to or less than the spot diameter;
A measurement position determining means for searching for a position on the substrate to be processed where the intensity of the interference component is maximum and moving the irradiation position so as to measure the etching depth at the maximum position;
It is characterized by having.

前記可干渉光の発光波長幅は半値全幅で10nm以上、中心波長は900nm以下であることが望ましい。このような波長幅を有する可干渉光を発生する光源としては、例えばスーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode: SLD)がある。   The emission wavelength width of the coherent light is preferably 10 nm or more at the full width at half maximum, and the center wavelength is preferably 900 nm or less. An example of a light source that generates coherent light having such a wavelength width is a super luminescent diode (SLD).

本発明に係るエッチングモニタリング装置では更に、被処理基板の表面を撮影するための補助光学系と、該補助光学系により撮影された画像を解析し、被処理基板上の初期照射位置を決定する粗位置決定手段と、を備えることもできる。これにより、初期照射位置を被エッチング部の近くにすることが可能になるため、その後の処理において迅速に干渉成分の強度が最大となる位置(測定位置)を決定することができるようになる。   The etching monitoring apparatus according to the present invention further includes an auxiliary optical system for photographing the surface of the substrate to be processed, and a rough image for determining an initial irradiation position on the substrate to be processed by analyzing an image photographed by the auxiliary optical system. Position determining means. This makes it possible to make the initial irradiation position close to the etched portion, so that the position (measurement position) where the intensity of the interference component becomes maximum can be quickly determined in the subsequent processing.

本発明に係るエッチングモニタリング装置は、被エッチング部に対して最適な測定位置を与えることができるため、被エッチング部が関係する干渉成分の強度を強くすることができる。その結果、以降のエッチング深さの測定においてS/N比を向上させることができる。これにより、アスペクト比の高い溝や穴に対してもエッチング深さを正確に測定することができるようになる。また、測定位置を決定するために高感度のカメラや精度の高い光学レンズなどを使用する必要がなくなるため、装置のコストを下げることができる。   Since the etching monitoring apparatus according to the present invention can provide an optimum measurement position to the etched portion, it is possible to increase the intensity of the interference component related to the etched portion. As a result, the S / N ratio can be improved in the subsequent measurement of the etching depth. As a result, the etching depth can be accurately measured even for grooves and holes having a high aspect ratio. In addition, since it is not necessary to use a highly sensitive camera or a highly accurate optical lens in order to determine the measurement position, the cost of the apparatus can be reduced.

本発明に係るエッチングモニタリング装置の一実施例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows one Example of the etching monitoring apparatus which concerns on this invention. エッチングを開始する前の被処理基板に照射した入射スポット光と該被処理基板からの反射光を示す概略図。Schematic which shows the incident spot light irradiated to the to-be-processed substrate before starting etching, and the reflected light from this to-be-processed substrate. 本発明に係る測定位置の算出方法の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the calculation method of the measurement position which concerns on this invention. エッチング初期の被処理基板に照射した入射スポット光と該被処理基板からの反射光を示す概略図。Schematic which shows the incident spot light irradiated to the to-be-processed substrate of the initial stage of etching, and the reflected light from this to-be-processed substrate. エッチング初期の被処理基板の初期照射位置に入射スポット光を照射することにより取得した波長毎の光強度の検出信号(入力信号)を示すグラフ。The graph which shows the detection signal (input signal) of the light intensity for every wavelength acquired by irradiating incident spot light to the initial irradiation position of the to-be-processed substrate in the early stage of etching. SLD光源から光を発生していないときに取得した波長毎の光強度の検出信号(無照射時信号)を示すグラフ。The graph which shows the detection signal (signal at the time of non-irradiation) of the light intensity for every wavelength acquired when the light is not generated from the SLD light source. 凹凸のないウエハに対して入射スポット光を照射することにより取得した波長毎の光強度の検出信号(参照信号)を示すグラフ。The graph which shows the detection signal (reference signal) of the light intensity for every wavelength acquired by irradiating incident spot light with respect to a wafer without an unevenness | corrugation. 初期照射位置に対して得られた、入力信号と無照射時信号と参照信号とから算出される波長毎の正規化信号を示すグラフ。The graph which shows the normalization signal for every wavelength calculated with respect to the initial irradiation position from the input signal, the non-irradiation signal, and the reference signal. 初期照射位置における正規化信号の注目範囲のみを拡大したグラフ。The graph which expanded only the attention range of the normalization signal in an initial irradiation position. 被処理基板上で走査する照射位置の各中心点と各矩形領域において算出される重みとの関係を示す概略図。Schematic which shows the relationship between each center point of the irradiation position scanned on a to-be-processed substrate, and the weight calculated in each rectangular area. 最大の重みを有する矩形領域内における最終照射位置(測定位置)の算出結果を示す概略図。Schematic which shows the calculation result of the last irradiation position (measurement position) in the rectangular area | region which has the largest weight. 最終照射位置に対して取得した波長毎の入力信号を示すグラフ。The graph which shows the input signal for every wavelength acquired with respect to the last irradiation position. 最終照射位置における正規化信号の注目範囲のみを拡大したグラフ。The graph which expanded only the attention range of the normalization signal in the last irradiation position.

本発明に係るエッチングモニタリング装置の一実施例を図1に示す。本実施例では、光強度が強く、穴深さの検出に必要な波長幅を有する可干渉性の光を発生する光源10として、中心波長が835nm、半値全幅が40nmのSLD光源を用いる。SLD光源10から発生した光は、光ファイバ11、コリメータレンズ12、対物レンズ13等から成る導入光学系によって、計測窓14を介してエッチングチャンバ15内に載置された被処理基板S上に照射される。また、被処理基板S上における照射位置の調整は、エッチングチャンバ15の天板上に載置された微小移動ステージ16が上記の導入光学系を移動させることにより行う。   An embodiment of an etching monitoring apparatus according to the present invention is shown in FIG. In this embodiment, an SLD light source having a center wavelength of 835 nm and a full width at half maximum of 40 nm is used as the light source 10 that generates coherent light having a high light intensity and a wavelength width necessary for detecting the hole depth. The light generated from the SLD light source 10 is irradiated onto the substrate S to be processed placed in the etching chamber 15 through the measurement window 14 by the introduction optical system including the optical fiber 11, the collimator lens 12, the objective lens 13, and the like. Is done. Further, the irradiation position on the substrate S to be processed is adjusted by moving the introduction optical system by the micro-moving stage 16 placed on the top plate of the etching chamber 15.

この被処理基板Sは、図2に示すように、被エッチング層であるウエハ31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32と、レジストが塗布されずにウエハ31が露出した被エッチング部33と、を有している。本実施例では、被処理基板S上への入射スポット光40のスポット径Rが被エッチング部33の穴径Wよりも十分大きくなるように、光源10から発生した光を上記の導入光学系により被処理基板S上に導いている。これにより、被処理基板S上では、ウエハ31の表面からの反射光41と、レジスト層32の表面からの反射光42と、被エッチング部33からの反射光43と、が生じる。   As shown in FIG. 2, the substrate to be processed S has a wafer 31 as an etching layer, a resist layer 32 made of an etching protection resist applied thereon, and the wafer 31 exposed without applying a resist. To-be-etched part 33. In the present embodiment, the light generated from the light source 10 is transmitted by the introduction optical system so that the spot diameter R of the incident spot light 40 on the substrate to be processed S is sufficiently larger than the hole diameter W of the etched portion 33. It is led on the substrate S to be processed. As a result, reflected light 41 from the surface of the wafer 31, reflected light 42 from the surface of the resist layer 32, and reflected light 43 from the etched portion 33 are generated on the substrate S to be processed.

これらの反射光は様々な方向に散乱するが、そのうち計測窓14の方向に反射した光が、対物レンズ13、コリメータレンズ12を逆に辿って光ファイバ11に入射し、その中で光路差の異なる反射光同士が互いに干渉する。すなわち、上記の導入光学系が、干渉光学系としても機能することになる。この干渉光学系により得られた干渉光は、分光器17により波長毎に分光された後、CCDラインセンサ18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制御・データ処理部19に送られ、後述する方法による測定位置の算出と、該測定位置における穴深さの算出と、に用いられる。   These reflected lights are scattered in various directions, and the light reflected in the direction of the measurement window 14 traces the objective lens 13 and the collimator lens 12 in the reverse direction and enters the optical fiber 11, in which the optical path difference is detected. Different reflected lights interfere with each other. That is, the introduction optical system described above also functions as an interference optical system. The interference light obtained by this interference optical system is dispersed for each wavelength by the spectroscope 17 and then detected in parallel by the CCD line sensor 18 for each wavelength. These detection signals are sent to the control / data processing unit 19 through predetermined signal processing, and are used for calculation of a measurement position by a method described later and calculation of a hole depth at the measurement position.

なお、本実施例のエッチングモニタリング装置では、被処理基板S上における初期照射位置を決定するための観察用カメラ20及び補助光源21から成る補助光学系を備えている。この補助光学系は測定位置やエッチング深さの算出と直接的な関係はなく、必須の構成要件ではないが、測定位置を迅速に算出するためには備えている方が望ましいため、本実施例に記載した。   The etching monitoring apparatus according to the present embodiment includes an auxiliary optical system including an observation camera 20 and an auxiliary light source 21 for determining an initial irradiation position on the substrate S to be processed. This auxiliary optical system has no direct relationship with the calculation of the measurement position and the etching depth, and is not an essential component, but it is desirable to prepare for quickly calculating the measurement position. It was described in.

補助光源21から発生した光は、所定の光路を経てエッチングを開始する前(図2)の被処理基板S上に導入され、その反射光が観察用カメラ20により撮影される。この画像データは制御・データ処理部19に送られ、粗位置決定部22によりレジスト層32と被エッチング部33の濃淡の差が検出され、被エッチング部33の位置が(粗くではあるが)算出される。照射位置制御部23は、粗位置決定部22により算出された位置に入射スポット光40が照射されるよう、微小移動ステージ16の動作を制御する。これにより、入射スポット光40の初期照射位置を被エッチング部33の近傍に合わせることができる。   The light generated from the auxiliary light source 21 is introduced onto the substrate to be processed S before starting etching (FIG. 2) through a predetermined optical path, and the reflected light is photographed by the observation camera 20. This image data is sent to the control / data processing unit 19, and the coarse position determination unit 22 detects the difference in density between the resist layer 32 and the etched portion 33, and calculates the position of the etched portion 33 (although it is coarse). Is done. The irradiation position control unit 23 controls the operation of the minute movement stage 16 so that the incident spot light 40 is irradiated to the position calculated by the coarse position determination unit 22. Thereby, the initial irradiation position of the incident spot light 40 can be adjusted to the vicinity of the etched portion 33.

[測定位置の算出方法]
以下、本発明による測定位置の算出方法を図3のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施例では上記のように、入射スポット光40の照射位置の移動を微小移動ステージ16により行っているが、この微小移動ステージ16の移動精度は、被処理基板S上のスポット径Rや被エッチング部の穴径Wよりも十分に小さくする必要がある。本実施例で用いる微小移動ステージ16の精度は、入射スポット光40のスポット径Rが110μm、被エッチング部の穴径Wが数μmに対して、0.2μmである。
[Calculation method of measurement position]
Hereinafter, the calculation method of the measurement position according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In the present embodiment, as described above, the irradiation position of the incident spot light 40 is moved by the minute movement stage 16. The movement accuracy of the minute movement stage 16 is determined by the spot diameter R on the substrate S to be processed. It is necessary to make it sufficiently smaller than the hole diameter W of the etched portion. The accuracy of the fine moving stage 16 used in this embodiment is 0.2 μm for the spot diameter R of the incident spot light 40 of 110 μm and the hole diameter W of the etched portion of several μm.

まず、エッチング初期(図4)の被処理基板Sの初期照射位置に入射スポット光40を照射する(ステップA1)。図4の被処理基板Sでは、被エッチング部33がある程度エッチングされているため、
i) ウエハ31の表面からの反射光41とレジスト層32の表面からの反射光42、
ii) ウエハ31の表面からの反射光41と被エッチング部33からの反射光43、
iii) レジスト層32の表面からの反射光42と被エッチング部33からの反射光43、
のそれぞれの間に光路差が生じ、これらの反射光が干渉光学系を通ることによって互いに干渉する。このようにして得られた干渉光を分光器17により分光し、CCDラインセンサ18により波長毎に検出する(ステップA2)。この検出信号はデジタル信号に変換され、入力信号として制御・データ処理部19に送られる(図5)。
First, the incident spot light 40 is irradiated to the initial irradiation position of the substrate S to be processed in the initial stage of etching (FIG. 4) (step A1). In the substrate S to be processed of FIG. 4, the etched portion 33 is etched to some extent.
i) reflected light 41 from the surface of the wafer 31 and reflected light 42 from the surface of the resist layer 32;
ii) reflected light 41 from the surface of the wafer 31 and reflected light 43 from the etched portion 33;
iii) reflected light 42 from the surface of the resist layer 32 and reflected light 43 from the etched portion 33;
An optical path difference occurs between each of the two, and the reflected lights interfere with each other by passing through the interference optical system. The interference light thus obtained is dispersed by the spectroscope 17 and detected for each wavelength by the CCD line sensor 18 (step A2). This detection signal is converted into a digital signal and sent to the control / data processing unit 19 as an input signal (FIG. 5).

制御・データ処理部19内の干渉強度取得部25では、まず入力信号の各波長に対して以下の正規化を行う(ステップA3)。

Figure 0005471951
ここで、無照射時信号とは、光源10から光を発生していないときにCCDラインセンサ18から取得される検出信号(暗信号)のことであり(図6)、参照信号とは、凹凸のない(レジスト層32や被エッチング部33が設けられていない)ウエハ31に対して入射スポット光を照射した際にCCDラインセンサ18から取得される検出信号のことである(図7)。また、αは
α=参照信号面積/入力信号面積
であり、参照信号面積は参照信号とベースライン(波長に対して信号強度が0で一定の直線)とが為す面積、入力信号面積は入力信号とベースラインとが為す面積である。これら無照射時信号と参照信号のデータは、予備実験等により予め取得され、記憶部24に格納されている。この式(1)によって、図8に示すような正規化信号のデータが得られる。 The interference intensity acquisition unit 25 in the control / data processing unit 19 first performs the following normalization for each wavelength of the input signal (step A3).
Figure 0005471951
Here, the non-irradiation signal is a detection signal (dark signal) acquired from the CCD line sensor 18 when no light is generated from the light source 10 (FIG. 6). This is a detection signal acquired from the CCD line sensor 18 when the wafer 31 is irradiated with incident spot light (no resist layer 32 or etched portion 33 is provided) (FIG. 7). Α is α = reference signal area / input signal area, the reference signal area is the area formed by the reference signal and the baseline (a straight line with a signal intensity of 0 with respect to the wavelength), and the input signal area is the input signal area. And the baseline. The non-irradiation signal and the reference signal data are acquired in advance by a preliminary experiment or the like and stored in the storage unit 24. By this expression (1), data of a normalized signal as shown in FIG. 8 is obtained.

図8のグラフは、図5〜7のデータを基に、式(1)による正規化を行ったものである。このようにして得られた正規化信号には、上記i), ii), iii)のそれぞれの光路差による干渉成分とノイズが含まれる。このノイズは、参照信号の強度が0に近づくにつれて正規化信号に占める割合が大きくなる。そのため、ノイズの比較的小さい所定の波長範囲(例えば図7の例では810nm〜850nm)を注目範囲として、この注目範囲における正規化信号のデータのみを使用する(図9)。   The graph of FIG. 8 is obtained by normalization according to equation (1) based on the data of FIGS. The normalized signal obtained in this way includes interference components and noise due to the optical path differences of i), ii), and iii). The ratio of this noise to the normalized signal increases as the intensity of the reference signal approaches zero. For this reason, a predetermined wavelength range in which noise is relatively small (for example, 810 nm to 850 nm in the example of FIG. 7) is set as a target range, and only normalized signal data in this target range is used (FIG. 9).

式(1)により算出される正規化信号は、波長に対して強度が0で一定となるとき、入力信号に干渉成分が含まれないことを示している。すなわち、これとは逆に、ベースラインからの振幅や、ベースラインと正規化信号とが為す領域の面積(以下、「正規化信号面積」とする)が大きいほど、入力信号に含まれる干渉成分の強度が大きくなることが分かる。本実施例の干渉強度取得部25では、式(1)により算出される正規化信号の注目範囲において正規化信号面積を算出することにより、入力信号に含まれる干渉成分の強度を取得する(ステップA4)。   The normalized signal calculated by Equation (1) indicates that the interference component is not included in the input signal when the intensity is constant at 0 with respect to the wavelength. That is, on the contrary, the larger the amplitude from the baseline or the area of the region made by the baseline and the normalized signal (hereinafter referred to as “normalized signal area”), the greater the interference component contained in the input signal. It turns out that the intensity | strength of becomes large. The interference intensity acquisition unit 25 of the present embodiment acquires the intensity of the interference component included in the input signal by calculating the normalized signal area in the attention range of the normalized signal calculated by the equation (1) (step) A4).

エッチング深さを算出するにあたって必要な干渉成分は、被エッチング部33が関係する上記ii)及びiii)の光路差によるものである。ウエハ31に平行な面上(図4(b))における入射スポット光40内の光強度は、中心部において最も強く、中心部から離れるにつれて弱くなる。そのため、入力信号に含まれるこれらii)及びiii)による干渉成分の強度を強くするには、入射スポット光40の中心部が被エッチング部33に重なるように照射位置を調整する必要がある。なお、上記i)の光路差による干渉成分については、レジスト層32がウエハ31の表面の殆どを覆っているため、入射スポット光40の照射位置によって大きく変化することはない。   The interference component necessary for calculating the etching depth is due to the optical path difference of the above ii) and iii) related to the etched portion 33. The light intensity in the incident spot light 40 on the plane parallel to the wafer 31 (FIG. 4B) is the strongest at the central portion and becomes weaker as the distance from the central portion increases. Therefore, in order to increase the intensity of the interference component due to ii) and iii) included in the input signal, it is necessary to adjust the irradiation position so that the central portion of the incident spot light 40 overlaps the etched portion 33. Note that the interference component due to the optical path difference of i) does not change greatly depending on the irradiation position of the incident spot light 40 because the resist layer 32 covers most of the surface of the wafer 31.

次に、微小移動ステージ16及び照射位置制御部23により照射位置の走査を行い(ステップA5及びA6)、各々の照射位置に対して同様にステップA1〜A4の処理を行う。この照射位置の走査は、事前に測定しておいた入射スポット光40のスポット径R(本実施例では110μm)の1/(2n)ずつ初期照射位置から上下左右に移動させることにより行う(図10)。   Next, the irradiation position is scanned by the minute movement stage 16 and the irradiation position control unit 23 (steps A5 and A6), and the processing of steps A1 to A4 is similarly performed on each irradiation position. The scanning of the irradiation position is performed by moving up / down / left / right from the initial irradiation position by 1 / (2n) of the spot diameter R of the incident spot light 40 (110 μm in this embodiment) measured in advance (FIG. 10).

なお、初期照射位置の中心点44が被エッチング部33に十分近く、入射スポット光40のスポット径内に被エッチング部33が最初から含まれている場合は、照射位置の走査は初期照射位置から上下左右に(n-1)回ずつ移動させるだけで良い。入射スポット光40のスポット径内における被エッチング部33の有無は、正規化信号面積が所定の閾値以上であるか否かにより判別することができる。一方、初期照射位置の入射スポット光40のスポット径内に被エッチング部33が含まれていなかった場合は、最初はnを小さくして(例えばn=1)で走査を行い、正規化信号面積が所定の閾値以上になれば、そのときの照射位置を中心に、nを大きくして(例えばn≧2)上下左右に(n-1)回ずつ走査する、というようにしても良い。   When the center point 44 of the initial irradiation position is sufficiently close to the etched portion 33 and the etched portion 33 is included in the spot diameter of the incident spot light 40 from the beginning, the irradiation position is scanned from the initial irradiation position. Just move it up, down, left and right (n-1) times. The presence / absence of the etched portion 33 within the spot diameter of the incident spot light 40 can be determined based on whether the normalized signal area is equal to or larger than a predetermined threshold value. On the other hand, if the etched portion 33 is not included in the spot diameter of the incident spot light 40 at the initial irradiation position, scanning is initially performed with n reduced (for example, n = 1), and the normalized signal area If the value becomes equal to or greater than a predetermined threshold value, n may be increased (for example, n ≧ 2) around the irradiation position at that time, and scanning may be performed (n−1) times vertically and horizontally.

照射位置の走査が終了すれば、測定位置決定部26により正規化信号面積が最大となる被処理基板S上の照射位置(以下、「最大照射位置」とする)の探索を行う(ステップA5及びA7)。この最大照射位置の探索について、図10及び11を例に説明する。なお、この図10の例では、n=4とし、上下左右に3回ずつ照射位置の移動を行っている。   When scanning of the irradiation position is completed, the measurement position determining unit 26 searches for an irradiation position on the substrate S to be processed (hereinafter referred to as “maximum irradiation position”) that maximizes the normalized signal area (step A5 and A7). The search for the maximum irradiation position will be described with reference to FIGS. In the example of FIG. 10, n = 4, and the irradiation position is moved three times in the vertical and horizontal directions.

まず、各照射位置の中心点を1a〜7gとし、各照射位置に対して得られた正規化信号面積をD1a〜D7gとする。次に、点1a〜7gのうちのいずれか4点を頂点とする最小の矩形領域を作り、各々の最小矩形領域に対して4つの頂点における正規化信号面積の和で重み付けを行う。例えば点3c、3d、4d、4cから成る矩形領域の場合、その重みは次のように与えられる。
D3c4d = D3c + D3d + D4d + D4c … (2)
全ての最小矩形領域に対して式(2)のような重み付けを行った後、最大の重みを有する矩形領域を探索する。ここで、最大の重みを有する最小矩形領域が点5e、5f、6f、6eを頂点とする領域(すなわち、最大の重みがD5e6f)であったとする。
First, let the center point of each irradiation position be 1a- 7g, and let the normalized signal area obtained with respect to each irradiation position be D1a-D7g. Next, a minimum rectangular area whose vertex is any one of the points 1a to 7g is created, and each minimum rectangular area is weighted by the sum of the normalized signal areas at the four vertices. For example, in the case of a rectangular area composed of points 3c, 3d, 4d, and 4c, the weight is given as follows.
D 3c4d = D 3c + D 3d + D 4d + D 4c … (2)
After weighting all the minimum rectangular areas as shown in Expression (2), a rectangular area having the maximum weight is searched. Here, it is assumed that the minimum rectangular area having the maximum weight is an area having vertices at the points 5e, 5f, 6f, and 6e (that is, the maximum weight is D 5e6f ).

この最大の重みを有する最小矩形領域において、点5e、5fから成る辺と、点5f、6fから成る辺と、点6f、6eから成る辺と、点6e、5eから成る辺と、に対して、これらの辺上の内分点45a、45b、45c、45dをそれぞれ次のように与える。

Figure 0005471951
すなわち、4つの辺の内分点はそれぞれ、各辺の両端の2つの頂点における正規化信号面積の逆比の位置になる。このようにして得られた4つの内分点に対して、向かい合う辺の内分点同士を線分で繋ぎ、2つの線分の交点46を正規化信号面積が最大となる点として、以降のエッチング深さの測定に用いる測定位置の中心点とする。 In the minimum rectangular area having the maximum weight, for the side consisting of points 5e and 5f, the side consisting of points 5f and 6f, the side consisting of points 6f and 6e, and the side consisting of points 6e and 5e The internal dividing points 45a, 45b, 45c and 45d on these sides are given as follows.
Figure 0005471951
That is, the internal dividing points of the four sides are respectively the positions of the inverse ratio of the normalized signal area at the two vertices at both ends of each side. With respect to the four internal dividing points obtained in this way, the internal dividing points of opposite sides are connected by line segments, and the intersection 46 of the two line segments is defined as the point where the normalized signal area is maximized. The center point of the measurement position used for the measurement of the etching depth.

測定位置決定部26により算出された測定位置のデータは照射位置制御部23に送られ、照射位置制御部23はこのデータを基に微小移動ステージ16を制御して、照射位置を測定位置に移動させる。その後はエッチングを開始し、エッチング深さの変化を深さ算出部27によりリアルタイムで算出・測定していく。   The measurement position data calculated by the measurement position determination unit 26 is sent to the irradiation position control unit 23. The irradiation position control unit 23 controls the minute movement stage 16 based on this data, and moves the irradiation position to the measurement position. Let Thereafter, etching is started, and the change in etching depth is calculated and measured in real time by the depth calculator 27.

図12及び13に、測定位置に照射位置を移動した際に得られた入力信号のグラフと、該入力信号に対する正規化信号に注目範囲のみを拡大したグラフと、をそれぞれ示す。図9と13を比較すると分かるように、本実施例に係るエッチングモニタリング装置では、上記の一連の動作により被エッチング部33からの反射光の強度及び上記ii), iii)の光路差による干渉成分の強度を強くすることができる。そのため、以降のエッチング深さの測定においてS/N比を向上させることが可能となる。   12 and 13 respectively show a graph of the input signal obtained when the irradiation position is moved to the measurement position, and a graph in which only the attention range is enlarged to the normalized signal for the input signal. As can be seen by comparing FIGS. 9 and 13, in the etching monitoring apparatus according to the present embodiment, the interference component due to the intensity of the reflected light from the etched portion 33 and the optical path difference of the above ii) and iii) by the above series of operations. The strength of can be increased. Therefore, the S / N ratio can be improved in the subsequent measurement of the etching depth.

なお、本実施例では光源10として発光波長の半値全幅が40nmのSLD光源を用いたが、測定対象とする被エッチング部33の深さや光源10の中心波長によって、必要となる半値全幅の値は異なってくる。この半値全幅の値は、ウェハ31表面と被エッチング部33からの反射光で発生する干渉波が1波長分程度は含まれることが望ましく、最低でも10nmは必要である。   In this embodiment, an SLD light source having a light emission wavelength full width at half maximum of 40 nm is used as the light source 10. However, the required value of the full width at half maximum depends on the depth of the etched portion 33 to be measured and the center wavelength of the light source 10. Come different. The full width at half maximum preferably includes about one wavelength of interference waves generated by the reflected light from the surface of the wafer 31 and the etched portion 33, and at least 10 nm is necessary.

ステップA7における最大照射位置の探索は、例えば各照射位置の中心点をx軸及びy軸とし、各照射位置に対して得られた正規化信号面積の大きさをz軸とする3次元データを、2次元スプライン補間などにより補間し、補間後のデータにおいてz軸が最大となる(x, y)座標を探索することによっても行うことができる。   The search for the maximum irradiation position in step A7 is, for example, three-dimensional data in which the center point of each irradiation position is the x axis and the y axis, and the size of the normalized signal area obtained for each irradiation position is the z axis. It can also be performed by interpolating by two-dimensional spline interpolation or the like and searching for the (x, y) coordinate where the z-axis is maximum in the interpolated data.

以上、本発明に係るエッチングモニタリング装置について実施例を用いて説明したが、本発明の趣旨の範囲内で適宜に変更や修正、又は追加を行っても構わない。   As described above, the etching monitoring apparatus according to the present invention has been described using the embodiments. However, changes, modifications, or additions may be made as appropriate within the scope of the present invention.

例えば、上記実施例では、装置各部の制御やCCDラインセンサ18から取得されるデータの処理を行う制御・データ処理部19がエッチングモニタリング装置と一体であるとして説明を行ったが、この制御・データ処理部19は、エッチングモニタリング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ていても良い。   For example, in the above-described embodiment, the control / data processing unit 19 that controls each part of the apparatus and processes data acquired from the CCD line sensor 18 is described as being integrated with the etching monitoring apparatus. The processing unit 19 may be realized by an external computer connected to the etching monitoring apparatus via a network or the like.

10…光源
11…光ファイバ
12…コリメータレンズ
13…対物レンズ
14…計測窓
15…エッチングチャンバ
16…微小移動ステージ
17…分光器
18…CCDラインセンサ
19…制御・データ処理部
20…観察用カメラ
21…補助光源
22…粗位置決定部
23…照射位置制御部
24…記憶部
25…干渉強度取得部
26…測定位置決定部
27…深さ算出部
31…ウエハ(被エッチング層)
32…レジスト層
33…被エッチング部
40…入射スポット光
41…ウエハ表面からの反射光
42…レジスト層表面からの反射光
43…被エッチング部からの反射光
44…初期照射位置の中心点
45a、45b、45c、45d…内分点
46…最大照射位置(測定位置)の中心点
1a〜7g…点(照射位置の中心点)
S…被処理基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light source 11 ... Optical fiber 12 ... Collimator lens 13 ... Objective lens 14 ... Measurement window 15 ... Etching chamber 16 ... Micro movement stage 17 ... Spectroscope 18 ... CCD line sensor 19 ... Control / data processing part 20 ... Observation camera 21 ... Auxiliary light source 22 ... Rough position determination unit 23 ... Irradiation position control unit 24 ... Storage unit 25 ... Interference intensity acquisition unit 26 ... Measurement position determination unit 27 ... Depth calculation unit 31 ... Wafer (etched layer)
32 ... resist layer 33 ... etched portion 40 ... incident spot light 41 ... reflected light from wafer surface 42 ... reflected light from resist layer surface 43 ... reflected light 44 from etched portion ... center point 45a of initial irradiation position, 45b, 45c, 45d ... internal dividing point 46 ... center point 1a-7g of maximum irradiation position (measurement position) ... point (center point of irradiation position)
S: Substrate to be processed

Claims (6)

所定の波長幅を有する可干渉光を発生する光源と、前記可干渉光を被エッチング部の径又は幅よりも大きいスポット径で被処理基板上に導く導入光学系と、前記被処理基板上で反射した前記可干渉光を干渉させる干渉光学系と、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、を有するエッチングモニタリング装置において
前記被処理基板上の前記可干渉光の照射位置を移動させる照射位置移動手段と、
前記被処理基板上を前記スポット径以下の間隔で走査した前記照射位置の各々に対し、前記光検出部の検出信号に含まれる干渉成分の強度を取得する干渉強度取得手段と、
前記干渉成分の強度が最大となる前記被処理基板上の位置を探索し、該最大位置においてエッチング深さの測定を行うよう前記照射位置を移動させる測定位置決定手段と、
を有することを特徴とするエッチングモニタリング装置。
A light source that generates coherent light having a predetermined wavelength width, an introduction optical system that guides the coherent light onto the substrate to be processed with a spot diameter larger than the diameter or width of the etched portion, and the substrate to be processed In an etching monitoring apparatus, comprising: an interference optical system that causes the reflected coherent light to interfere; and a detection unit that detects, for each wavelength, the interference light obtained by the interference optical system, of the coherent light on the substrate to be processed. An irradiation position moving means for moving the irradiation position;
Interference intensity acquisition means for acquiring the intensity of the interference component included in the detection signal of the light detection unit for each of the irradiation positions scanned on the substrate to be processed at intervals equal to or less than the spot diameter;
A measurement position determining means for searching for a position on the substrate to be processed where the intensity of the interference component is maximum and moving the irradiation position so as to measure the etching depth at the maximum position;
An etching monitoring apparatus comprising:
前記可干渉光の発光波長の半値全幅が10nm以上あることを特徴とする請求項1に記載のエッチングモニタリング装置。   The etching monitoring apparatus according to claim 1, wherein the full width at half maximum of the emission wavelength of the coherent light is 10 nm or more. 前記光源がスーパールミネッセントダイオードであることを特徴とする請求項1又は2に記載のエッチングモニタリング装置。   The etching monitoring apparatus according to claim 1, wherein the light source is a superluminescent diode. 更に、被処理基板の表面を撮影するための補助光学系と、該補助光学系により撮影された画像を解析し、被処理基板上の初期照射位置を決定する粗位置算出手段と、を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエッチングモニタリング装置。   Furthermore, an auxiliary optical system for photographing the surface of the substrate to be processed, and a rough position calculating means for analyzing an image photographed by the auxiliary optical system and determining an initial irradiation position on the substrate to be processed are provided. The etching monitoring apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記干渉強度取得手段が、
Figure 0005471951
(ただし、入力信号はエッチングが施された被処理基板に対して得られた検出信号、無照射時信号は光源から光を照射していないときに得られた検出信号、参照信号は凹凸のない被処理基板に対して得られた検出信号、αは前記参照信号のベースラインからの面積と前記入力信号のベースラインからの面積との比、である。)により正規化信号を算出し、該正規化信号と波長に対して信号強度が0で一定の直線とが為す領域の面積を算出することにより、干渉成分の強度を算出していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエッチングモニタリング装置。
The interference intensity acquisition means is
Figure 0005471951
(However, the input signal is the detection signal obtained for the substrate to be etched, the non-irradiation signal is the detection signal obtained when no light is emitted from the light source, and the reference signal has no irregularities. The detection signal obtained for the substrate to be processed, α is the ratio of the area of the reference signal from the base line to the area of the input signal from the base line)). 5. The intensity of an interference component is calculated by calculating an area of a region formed by a normalized signal and a straight line having a signal intensity of 0 with respect to a wavelength. Etching monitoring device described in 1.
前記測定位置決定手段が、照射位置の中心点を頂点とする最小の矩形領域において、その頂点に対応する前記干渉成分の強度の和により重み付けを行い、該重みが最大となる前記最小矩形領域において、それぞれの辺の内分点を各辺の両端の2つの頂点における前記干渉成分の強度の逆比により求め、向かい合う辺の内分点同士を線分で繋ぎ、2つの線分の交点を前記干渉成分の強度が最大となる照射位置の中心点とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエッチングモニタリング装置。 The measurement position determining means performs weighting by the sum of the intensity of the interference component corresponding to the vertex in the minimum rectangular region having the vertex of the center point of the irradiation position, and in the minimum rectangular region where the weight is maximum The inner dividing point of each side is obtained by the inverse ratio of the intensity of the interference component at the two vertices at both ends of each side, the inner dividing points of the opposite sides are connected by a line segment, and the intersection of the two line segments is The etching monitoring apparatus according to claim 1, wherein the etching monitoring apparatus is a center point of an irradiation position where the intensity of the interference component is maximized.
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