JPH02309206A - 微細深孔計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は半纏体基板等に形成された微細な深孔の深さ等
を計測する方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体集積回路がますます高集積化高密度化され
るに伴い、素子の構造が立体化されつつあり、基板表面
に微細な深溝や深孔が形成されるようになってきた０例
えばＳｉ基板にドライエツチング技術によって形成した
微細な深孔をメモリ用キャパシタに用いる所謂トレンチ
キャパシタは、寸法１μｍ程度以下で深さが数μｍに及
ぶ深孔になっている。大規模なメモリでは、このような
深孔が一片が数層のチップ上に数１００万個以上形成さ
れる。これらの深孔の深さや形状が一定のものよりはず
れると深孔部に形成するキャパシタンスの値が所望の標
準値と異なって所謂不良ビットとなる。このような不良
は深孔の形成過程において、深孔をエツチング加工して
形成する際のレジストのエツチングマスクに解像不良や
趨埃などの４０が存在したために発生すると考えられる
が。

このような不良を深孔形成後に検出する方法が必要であ
る。このような深孔の深さや形状の異常の検出は、プロ
セスの途中で行うため、できるだけ簡便で、かつ非破壊
である必要がある。しかも。

極めて多数の深孔について短時間で計測する必要がある
ので１個々の深孔についての測定が極めて短時間ででき
る必要がある。

上記のような目的の深孔の深さの計測方法として、最近
、電子ビー′ムを深孔底部に照射して発生するＸ線が基
板材料中を通過してくる際の減衰を測定する方法がエク
ステンプイツト　アブストラクツ　オン　ザ１９　コン
ファレンス　オン　ソリッド　ステート　デバイシズ　
アンド　マテリアルズ（東京　１９８７年）第３０７頁
から第３１０頁（ビｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔ
ｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　１９　ｔｈＣｏｎｆａｒａｎｃａ　
　ｏｎ　　５ｏｌｉｄ　　５ｔａｔｅ　　Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ　　ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、　Ｔｏｋｙｏ（１９
８７）　ｐｐ３０７−３１０）に提案されている。この
方法は、８＃１定原理も明解で深さの測定精度は数％以
下が得られ、１個の深孔の深さの測定に要する測定時間
は短いので、既に深孔を有するデバイス試作の工程で実
験的に用いられている。但し、この方法では、深孔底部
で発生したｘｉの減衰をΔＩＩＩ定するため、Ｘ線の通
過する領域に他の深孔が存在しない必要がある。しかし
、高密度の深孔を有する超高集積回路では、隣接する深
孔間の距離が著るしく小さくなるので、上記の方法を用
いることが困難になる。

〔発明が解決しようとする１ｌＷｔ１ 以上のように上記の従来技術では、半導体デバイスの高
集積化が進んで深孔密度が増大するとその適用が困難に
なるほか、数１０ＫｅＶの高エネルギの電子線を照射し
、発生するＸ線を利用するため、必然的にデバイスに損
傷を発生させる問題もある。

本発明は半導体基板的に形成された微細な深孔の深さを
簡便な方法で測定することを目的としており、特に電子
線やＸ線等の高エネルギ粒子を用いないで測定すること
を目的とする。さらに、本発明では、上記の測定を実曳
できる装置を提供することも目的とする。この装置によ
って、基板上に形成された多数の微細深孔の深さを短時
間に高速で測定し、深さや形状に異常のある深孔を部用
に検出して、プロセスの改善に寄与することが最終的な
目標である。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明方法では、基板上に
形成された微細な深孔に蛍光体を含む物質を充填、該深
孔を含む領域に光を照射して、蛍光体から発生する蛍光
の強度を測定することを特徴とする。この蛍゛光強度は
蛍光体の量に比例し、従って蛍光体が充填されている深
孔の内容積に比例する。特定の蛍光体と特定の光源を定
めて、先じめ深孔の内容積と蛍光強度との校正曲線を得
ることは可能であり、これによれば深孔の深さについて
の定ｆ＆請定もＩｊノ能である。深孔に充填した蛍光体
に光を照射するための光源としてレーザー光を利用すれ
ば、ビーム径を１〜２μｍφに絞ることができて、深孔
を１個のみ含む狭い領域に光ビームを照射できるので、
１個の深孔のみから発する蛍光強度を測定することがで
きる。また、多数数個の深孔を含む広い領域に光を照射
する場合には、特定の１個の深孔１部から発する蛍光の
みを顕微光学系により特定の空間的位置に結像させて。

その強度を測定して、当該する微細深孔の内容積を知る
ことができる。試料表面からは、蛍光体が発する蛍光の
他に照射した光の散乱光も来るので。

これと蛍光体が発する蛍光とを区別するため、適切な波
長域を透過させるフィルターを検出光学系内に組み込ん
で、蛍光のみの光強度を測定する必要がある。

本発明の方法では、蛍光体を含む物質を基板上の微細な
深孔に充填することが重要なポイントである。最も列車
な方法は、蛍光体を含む液体中に試料を浸漬して、該液
体を充填し、基板を取出したあと、基板表面の液体を流
下させることによって、該深孔部に人って液体のみを深
孔部内に残留させる方法である。このとき、該液体が微
細な深孔中に入るためには、深孔内表面と該液体の濡れ
性が十分である必要がある。このため、該液体に適切な
界面活性剤を混合することが効果を有する。

また、以上のように深孔内に液体を充填する方法の他に
、レプリカ材中に蛍光体を含有させ、多数の深孔を有す
る基板表面のレプリカを採取し、深孔に対応するレプリ
カの突起に対して光ビームを照射し、突起部から発する
蛍光の強度を測定する方法も有効である。この方法では
、深孔の深い部分の寸法（径）が浅い部分は寸法よりも
大きい場合には、深孔形状に忠実なレプリカを作成する
ことができないので、必ずしも、深孔容積を測定する完
全な方法ではないが、上記の液体を充填する方法に比べ
て、光ビーム照射時の液体の蒸発がない、基板表面と液
体との濡れ性についての配慮がそれほど必要ないなどの
利点がある。

なお、本発明で用いる蛍光体としては、照射光と異なる
波長の蛍光を発する物質であれば、どのような蛍光体を
用いることも可能であるが、径が１μｍ程度以ドの微細
な深孔に充填する必要性から、有機蛍光体を用いるのが
望ましい、、ｖ機の蛍光体は一般に数μ！ｎ程度の粒径
で用いることが多く、０．１μｍ程度以下の粒径で使用
するとその蛍光効率が著るしく減少するからである。有
機蛍光体の例としては、ブリリアントスルフラビンＦ　
Ｆ　（ｂｒＬ１１ｉａｎｔｓｕｌ土ｏｆｌａｖｉｎｅ　
Ｆ）’）＊ベーシックイエローＨＧ（ｂａｓｉｃ　ｙａ
ｌｌｏｗ　ＨＧ’）、エオシン（ｅｏｓｉｎｅ）　ｒロ
ーダミン６　Ｇ　（ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　６Ｇ）ｅ　ロ
ーダミンＢ（ｒｈｏｄａｍｉｎｅ　Ｂ）　、クマリン（
Ｃｏｕｍａｒｔｎｅ）　、オキサジン（Ｏｘａｚｉｎ）
などがあり１本発明の実施にあたっては、これらの蛍光
体をアルコール類に添加して用いることができる。無機
の蛍光体はイツトリウム（Ｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、
ネオジミウム（Ｎｄ）など重金属成分を含み、半導体基
板上の微細孔計測に用いる場合、重金属汚染の原因にな
りつる可能性もあることからも、と記の有機蛍光体の利
用が望ましい、有機蛍光体の例としては。

上記のほかにサリチル酸などもあり、一般に分子内にベ
ンゼン環を有する芳香族炭化水素は蛍光性を有すること
が多く、広範な材料の中から選ぶことができる。

なお９以上の説明では蛍光体を用いる方法についてのみ
記したが、蛍光よりも発光寿命の長い燐光を用いても本
発明と同等な効果が得られることを付貫己する。

〔作用〕

本発明において、深孔中に充填する蛍光体は、ここに一
定の強度で光を照射したときに発生する蛍光の強度によ
って深孔の内容積を見積もることができるという機能を
有する。蛍光体が発する蛍光は照射する光とは波長が異
なるので、光学フィルター等を利用して、照射する光と
区別してその強度を測定することができる。また、蛍光
体を含む液体中に添加する界面活性剤は、該液体に適度
な濡れ性を持たせて基板上に形成された微細な深孔に該
液体を充填できる作用をする。

また、レプリカ材は基板上に形成された微細な深孔の形
状の忠実なレプリカを得るために用いられるが、このレ
プリカ中に含有される蛍光体に均一に光が吸収されるよ
うにレプリカの材料は照射する光に対して透明である必
要がある。

本発明の一方式である共焦点顕微光学系を用いて微細深
孔部からの蛍光強度を測定する方法においては、同時に
発光している多数の微細深孔の蛍光体のうち、特定の１
個からの蛍光のみを測定することができる。この方式に
よれば、照射光源としてレーザー光のように微細スポッ
トに絞る必要はなく、多数個の深孔を含む広い領域に同
時に光を照射してもよく１通常の紫外線ランプ等広範な
光源を用することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に従って詳しく説明する。

実施例１ 第２図に示したように、シリコン基板１表面にメモリ用
キャパシタを形成するため、ドライエツチングにより、
直径０．８μｍ、深さ４μｍの深孔２をピッチ５μｍで
規則的なアレー状に形成した試料について、この深孔の
計測を以下のように行った。

有機蛍光体ローダミンＢ　（ｒｈｏｄａ＋ｍ１ｎｓ　Ｂ
　）をイソブチルアルコールに重量比で５％含有させ、
この液体中に上記の試料を浸漬した。この液体が上記基
板表面の多数の深孔中にもれなく充填されるように容器
全体に超音波を数分印加したのち、試料を取出して、表
面上の液体を流下させ、第１図に示したように深孔部の
みに上記液体１１を残留させた。第１図に示した構成か
らなる装置により、この試料に対して直径２μｍに絞っ
たＨｅ−Ｎｅレーザービーム１３をアレー状の多数の深
孔に順次照射するようにレーザービームを走査した。走
査の方法としては、レーザービームの光学系の可動機構
１４によってレーザービーム自体を走査することも可能
であり、試料台１５の移動によってレーザービームの走
査を行うことも可能である。

走査中、試料面上方にある蛍光の検出器１６により、個
々の深孔内の蛍光体が発する蛍光の強度を順次測定した
。蛍光検出Ｗ１６は波長６００ｎｍの蛍光を透過させる
干渉フィルタ１７と光電子増倍管１８もしくは高速のフ
ォトトランジスタとから成る。干渉フィルタの透過波長
は、ローダミンＢの蛍光波長域（橙〜赤）のうち、Ｈａ
　−Ｎ　ｅレーザーの波長６３３ｎｍ以外の値を選んだ
、蛍光検出器の出力は、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザービーム
が個個の深孔上を照射する毎にパルス状に発生し、殆ん
どのパルスはほぼ一定の強度を示したが、数万個に１個
の割合で、パルス強度が異常に小さい深孔が見出された
。蛍光検出器の出力はパルスカウンタに入力されており
、レーザービームの走査開始点からのパルス数を計測し
ているので、異常パルス強度を示した深孔部の試料面上
での位置を同定できる。深孔内の蛍光体を含む液体をメ
タノール中の超音波洗浄により除去したのち、異常パル
スの検出された深孔部を走査電子顕微鏡でｍ祭した結果
、深孔部に異物があり、その結果、深孔のサイズが小さ
く、かつ浅くなっていることが見出された。試料１の作
成に際して、深孔をエツチング加工する際に、装置内の
塵埃の少ないクリーンなドライエツチング装置を用いた
場合には、異常な蛍光パルス強度を示す深孔は、測定し
た数１００万個の中には見出されなかった。

実施例２ 実施例１と同様な試料を有機蛍光体ブリリアントスルフ
オフラビンＦＦを８重量％含むイソブチルアルコールに
さらにアルキルフェノール酸化エチレン重合体からなる
界面活性剤を少量添加した液体中に浸漬した。界面活性
剤の効果により、該液体は、特に超音波を印加すること
を必要とせずに試料表面上の微細深孔内に充填すること
ができた。試料を該液体中から取出し、試料表面上の該
液体を流下させ、深孔部にのみ該液体を残留させた。第
３図に構成を示した装置により、水銀ランプ３０の発す
る紫外線を第３図に示した光学系により照射した、深孔
部に充填された上記蛍光体の発する緑色の蛍光を第３図
に示した顕微鏡光学系により測定した。この顕微鏡光学
系は、対物レンズ３２．ハーフミラ−３３，接眼レンズ
３４．微小絞り３５．緑色フィルター３６．光検出器３
７から構成されている。この光学系により微小絞り３５
の口径内に焦点を結んだ１個の深孔部からの蛍光のみを
測定できる。試料３８は可動試料台３９上に載置し、試
料台移動機構４０によって、試料を移動することにより
、アレー状に配置され瘉多数の深孔部にある蛍光体から
の蛍光強度を順−次ａ＋＋＋定することができる。この
方式によれば、実施例１のように細く絞ったレーザービ
ームを必要とせずに、各々の微細深孔からの蛍光強度を
測定できるのでより簡便な方法である。多数の深孔を有
する基板について、測定した結果、実施例１と同様な結
果を得た。なお１本実施例において、他の有機蛍光体を
用いる場合には、その蛍光体が発する蛍光波長に対応し
て第３図のフィルター３６を適切な波長域に選べばよい
。

実施例３ アセチルセルロースとサリチル酸を重量比で、２０：１
の割合でアセトン中に溶かし、この溶液を実施例１と同
様な基板上に滴下して、乾燥したのち、剥離することに
よって、多数の深孔を有する基板のレプリカを作成した
。このレプリカ表面には、基板上の深孔に対応した微小
な突起がアレー状に規則正しく形成されていた。このレ
プリカに対して、実施例１と同様な方法で２μｍφ程度
に絞ったＨｅ−Ｎｏレーザービームを照射して、個個の
突起部分にレーザービームが照射されたときに各突起部
内に含まれるサリチル酸が発する蛍光の強度を蛍光検出
器により測定した。この方法では、数１口のチップ全面
に亘る基板に忠実なレプリカを得ることは極めて困難で
、特に広い面積で平坦なレプリカを作成することが難し
いので、比較的狭い領域で、上記突起部の測定をするこ
とになるので、実施例１に比べて、やや劣る。しかし、
実施例１の場合には、深孔部に充填された蛍光体を含有
する液体にレーザービームを照射する際、深孔内表面で
入射光が複雑に散乱される問題があるが、本実施例では
その問題がないという利点がある。

なお、以上の実施例すべてにおいて、深孔部の計測のあ
と各種の蛍光体を除くには、アセトンもしくはメタノー
ル中で超音波洗浄を行えばよく、随の後、水洗、乾燥を
経て試料を次のプロセス工程に進めることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれな、半導体基板等に形成された多数の微細
な深孔の内容積を簡単に測定することができ、多数の深
孔のうち、形状異常、深さ異常等のある不良深孔を容易
に検出できる利点がある。

本発明の方法を用いれば、基板上に深孔を形成した段階
で、その異常を非破壊で検出することができるので、プ
ロセスの途上での検査に利用することもでき、不良原因
をすみやかに見出すことに寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における装置構成図、第２図
は本発明を適用できるアレー状微細深孔を有する試料の
断面図、第３図は本発明の別の実施例における装置構成
図である。 １・・・シリコン基板、２・・・微細深孔、１０・・・
微細深孔中に蛍光体を含む液体を充填した試料、１１・
・・蛍光体を含む液体を充填した微細深孔、１２・・・
Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザー光源、１３・・・レーザービー
ム、１４・・・レーザービーム光学系の可動機構、１５
・・・試料台、１６・・・蛍光検出器、１７・・・干渉
フィルタ、１８・・・光電子増倍管、１９・・・試料台
移動機構、３０・・・水銀ランプ、３１・・・光源レン
ズ、３２・・・対物レンズ、３３・・・ハーフミラ−１
３４・・・接眼レンズ、３５・・・微小絞り、３６・・
・フィルター、３７・・・光検出器、３８・・・試料、
３８・・・試料台、４０・・・試料台移動機構、４１・
・・信号処理器。 ￥］　２　目 第　３　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、微細孔に蛍光体を含む物質を充填し、該微細孔を含
   む領域に光を照射し、該蛍光体が発する蛍光の強度をモ
   ニターすることを特徴とする微細孔計測方法。 ２、請求項１に記載の微細孔計測方法において、微細孔
   を照射する光が集光したレーザービームであることを特
   徴とする微細孔計測方法。 ３、請求項２に記載の微細孔計測方法において、アレー
   状に配置された多数の微細孔に対してレーザービームを
   走査し、各微細孔で発生するパルス状の蛍光強度を順次
   モニターすることを特徴とする微細孔計測方法。 ４、請求項１乃至３に記載の微細孔計測方法において、
   該蛍光体を含む物質が液体であることを特徴とする微細
   孔計測方法。 ５、請求項１乃至４のうちいずれかに記載の微細孔計測
   方法において、多数の微細孔を含む領域に均一な光を照
   射し、１個の微細孔に充填された蛍光体からの蛍光強度
   を個別に測定することを特徴とした微細孔計測方法。 ６、蛍光体を含有するレプリカ材を微細孔を有する基板
   上に塗布した後、これを剥離して形成したレプリカに光
   を照射し、該微細孔に対応するレプリカの突起部分から
   発する蛍光強度を測定することを特徴とする微細孔計測
   方法。 ７、請求項１乃至６のうちいずれかに記載の微細孔計測
   方法において、用いる蛍光体が有機蛍光体であることを
   特徴とする微細孔計測方法。 ８、レーザービームを発生する光源と、該レーザービー
   ムを試料面上に走査する機構と、レーザービームを照射
   して蛍光体から発生する蛍光の一部もしくは全部を透過
   させ、かつ上記レーザー光を透過させない光学フィルタ
   ーと、該光学フィルターを透過した蛍光の強度を測定す
   る光検出器とを具備した微小部蛍光測定装置。