JPH03145127A - エッチング深さ測定装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、マグネトロン型反応性イオンエツチング装置
によりエツチング処理された被エツチング基板のエツチ
ング深さを測定するエツチング深さ・測定装置に関する
。

（従来の技術） 第１０図はエツチング深さ測定装置の全体構成図である
。同図において１は真空チャンバであって、この真空チ
ャンバ１の内部にはエツチング処理媒体が封入されると
ともに上部電極２及び下部電極３が対向配置されている
。このうち下部電極３には高周波電源４が接続され、か
つ被エツチング基板５が載置されている。又、真空チャ
ンバ１の上部にはのぞき窓６が設けられている。

一方、７はレーザ出力装置であって、このレーザ出力装
置７から出力されたレーザ光Ｑはのぞき窓６の上方に配
置されたミラー８で反射し、のぞき窓６を通して被エツ
チング基板５に照射される。

又、のぞき窓６の上方には光検出器９が配置され、この
光検出器９により被エツチング基板５からの反射回折レ
ーザ光Ｑ゛を受光してその光強度に応じた電気信号を出
力する。この電気信号は信号処理装置１０に送られ、こ
の信号処理装置１０は光強度の変化から被エツチング基
板らの工・ノチング深さを求める。

ところで、エツチング処理装置には第１１図及び第１２
図に示すようなマグネトロン型反応性イオンエツチング
装置がある。第１１図の装置は、真空チャンバ１０にお
けるのぞき窓１１が設けられた上方に永久のマグネット
１２を配置し、このマグネット１２を回転させて真空チ
ャンバ１０内のプラズマを封じ込めてエツチング処理の
速度を速めるものである。なお、１３は被エツチング基
板である。又、第１２図の装置は電磁石１４を用いてプ
ラズマを封じ込めるものである。このようなエツチング
装置でエツチング深さを測定する場合、マグネット１２
から生じる強磁場の影響を受けるため、レーザ出力装置
、光検出器は磁場の影響を受けないように遠く離れて配
置する必要がある。又、第１１図の装置では第１０図に
示す技術を適用してのぞき窓１１の上方にレーザ出力装
置７やミラー８、光検出器９等を配置してレーザ光を真
空チャンバ１０内部の被エツチング基板１３に照射しな
ければならないが、マグネット１２がのぞき窓１１の僅
か上方に配置されているためにレーザ出力装置７やミラ
ー８、光検出器９等を配置することが困難である。

（発明が解決しようとする課題） 以上のようにマグネトロン型反応性イオンエツチング装
置ではのぞき窓の上方１こレーザ出力装置やミラー、光
検出器等を配置することが困難でエツチング深さを測定
することができない。

そこで本発明は、マグネトロン型反応性イオンエツチン
グ装置でエツチング処理されている被エツチング基板の
エツチング深さを測定できるエツチング深さ測定装置を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、マグネトロン型反応性イオンエツチング装置
において、コヒーレントな光を出力する光源と、この光
源から出力さ−れた光を真空チャンバの上部に設けられ
た窓に導く第１光ファイバーと、この第１光ファイバー
で導かれた光を窓を通して真空チャンバ内に配置された
被エツチング基板に照射する小型の照射光学素子と、被
エツチング基板からの反射回折レーザ光を導く第２光フ
ァイバーと、この第２光ファイバーにより導かれた反射
光の光強度から被エツチング基板のエツチング深さを求
める深さ算出手段とを備えて上記目的を達成しようとす
るエツチング深さ測定装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、光源から出力され
た光は照射光学素子に第１光ファイバーによって導かれ
、この照射光学素子により光は被エツチング基板に照射
される。そして、この被エツチング基板からの反射回折
光は第２光ファイバーを通して深さ算出手段に導かれる
。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。なお、第７図と同一部分には同一符号を付してその
詳しい説明は省略する。

第１図はエツチング深さ測定装置の全体構成図である。

同図において２０はレーザ出力装置てあって、このレー
ザ出力装置２０から出力されるレーザ光の光路には光ア
イソレータ２１を介して光フアイバカプラ２２が設けら
れている。この光カプラ２２には偏波面保存ファイバで
ある第１光フアイバ２３の一端が接続され、この第１光
フアイバ２３の他端がのぞき窓１１とマグネット１２と
の隙間に導かれている。

第２図はのぞき窓１１とマグネット１２との隙間の拡大
図である。第１光ファイバー２３の他端にはマイクロレ
ンズ２４を介して偏光ビームスプリッタ２５が配置され
ている。この偏光ビームスプリッタ２５の厚さは３〜５
間に形成されている。

これにより、第１光ファイバー２３により導かれたレー
ザ光はマイクロレンズ２４によって平行光に変換され、
次に偏光ビームスプリッタ２５によってのぞき窓１１を
通して被エツチング基板１３に対して垂直に照射される
ようになっている。なお、偏光ビームスプリッタ２５と
のぞき窓１１との間には４分の１波長板２６が配置され
ている。

又、のぞき窓１１とマグネット１２との隙間にはミラー
２７が配置されている。このミラー２７は被エツチング
基板１３からの反射回折光を偏向してマイクロレンズ２
８を通して第２光フアイバ２９に導くものである。

この第２光ファイバー２９の他端は光検出器３０に接続
されている。この光検出器３０ＷＳ２光ファイバー２９
により導かれた反射回折光を受光してその受光強度に応
じた電気信号を出力するものである。この光検出器３０
の出力端子には増幅器３１を介して深さ算出装置３２が
接続されている。この深さ算出装置３２は電気信号によ
り示す反射回折光の強度からエツチング深さを求める機
能を有するものである。具体的に説明すると光検出器３
０からの電気信号のレベルをＩとすると、電気信号レベ
ルエは Ｉ囚Ａ＋γ（Ｄ、　　λ、ｄ） Ｘｃｏｓ　　（４π（ｄ＋Ｔ）／λ） で表される。第３図は電気信号レベル１つまり反射回折
光の強度変化を示している。ここで、Ａは任意の定数、
Ｄは第４図に示す半導体基板４０に形成された深穴の穴
径、λはレーザ光の波長、ｄは深穴の深さ、Ｔはマスク
４１の厚さ、γは減衰係数で深穴の穴径Ｄル−ザ光の波
長λ及び深穴の深さｄの関数となっている。エツチング
深さｄを求める場合は、第３図に示すように電気信号レ
ベルＩの１周期はほぼλ／２であることを用いて同信号
レベルＩの位相変化量を求めることになる。

次に上記の如く構成された装置の作用について説明する
。

マグネット１２が回転して真空チャンバ１０内でエツチ
ング処理が行われている際、レーザ出力装置２０からレ
ーザ光が出力される。この１ノーザ光は光アイソレータ
２１を通って光ファイバーカブラ２２から第１光ファイ
バー２３に入射する。

そして、レーザ光は第１光ファイバー２３を伝播しての
ぞき窓１１とマグネット１２との隙間に配置されたマイ
クロレンズ２４に至り、このマイクロレンズ２４で平行
光に変換されて偏光ビームスプリッタ２５に入る。そし
て、レーザ光は偏光ビームスプリッタ２５でその光路が
偏向されてのぞき窓１１を通して真空チャンバ１０内の
被エツチング基板１３に照射される。このレーザ光が被
エツチング基板１３に照射されることにより、被エツチ
ング基板１３では表面からの反射レーザ光とエツチング
穴の底面からの反射レーザ光とが生じ、これら反射レー
ザ光による反射回折光が生じる。

この反射回折光の一部はのぞき窓１１を通してミラー２
７に到達し、このミラー２７で反射してマイクロレンズ
２８を通して第２光フアイ／＜−２９に入射する。なお
、被エツチング基板１３からの正反射光は再び４分の１
波長板２６及び偏光ビームスプリッタ２５を直進して第
１光ファイバー２３に戻ることはない。第２光ファイバ
ー２９に入射した反射回折光はこのファイバー２３を伝
播して光検出器３０に至る。この光検出器３０は反射回
折光を受光してその受光強度に応じた電気信号を出力し
、この電気信号は増幅器３１で所定レベルに増幅されて
深さ算出装置３２に送られる。

この深さ算出装置３２は電気信号レベルＩの位相変化量
から深穴の深さｄを求める。つまり、反射回折光は被エ
ツチング基板１３の表面からの反射レーザ光とエツチン
グ穴の底面からの反射レーザ光とから生じるので、エツ
チング穴の深さの変化に伴ってエツチング穴底面からの
反射レーザ光の位相が変化する。従って、電気信号レベ
ルｌの位相変化量が深さｄに応じて変化する。

このように上記一実施例においては、レーザ光は真空チ
ャンバ１０ののぞき窓１１とマグネット１２との隙間に
配置された偏光ビームスプリッタ２５に第１光ファイバ
ー２３によって導かれ、この偏光ビームスプリッタ２５
により真空チャンバ１０内の被エツチング基板１３に照
射し、この被エツチング基板１３からの反射回折光をの
ぞき窓１１を通してミラー２７により第２光ファイバー
２９に入射して深さ算出装置３２に伝達するようにした
ので、のぞき窓１１を通してレーザ光を被エツチング基
板１３に対して垂直方向で照射できてマグネトロン型反
応性イオンエツチング装置でエツチング処理されている
被エツチング基板１３のエツチング深さを測定できる。

そのうえ、レーザ出力装置２０はマグネット１２から離
れた位置に設けることができるので、マグネット１２の
磁界の影響を受けることがなく、又レーザ光及び反射回
折光はそれぞれ光ファイバー２３．２９で伝播されるの
で、マグネット１２からの強い磁界を受けても影響がな
い。さらに、エツチング装置は通常クリーンルームに設
置されるが、この場合クリーンルームの製造コストが高
いためにエツチング装置はなるべく小形化される。そこ
で、本装置を用いれば、大型のレーザ出力装置２０をク
リーンルームの外側に設置して光ファイバーでレーザ光
をクリーンルーム内に伝達できる。これにより、エツチ
ング深さ測定装置及びエツチング装置を小形化できる。

なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形しても良い。例えば、第
５図に示すように生産性を向上するために２つの真空チ
ャンバ５０．５１を備えたマグネトロン型反応性イオン
エツチング装置５２に対してはレーザ出力装置５３から
出力されたレーザ光を光分岐器５４で２つに分岐して各
真空チャンバ５０．５１に導くようにしても良い。なお
、５５．５６はのぞき窓である。又、レーザ出力装置２
０に限らずコヒーレントナ光を出力するものであれば良
い。

偏波面保存ファイバ２３の代わりに第６図に示すように
シングルモードファイバと偏光子の組み合わせでも良い
。もどり光を光ファイバ２３にもどらないようにするた
めには第７図に示すように光アイソレータを用いてもよ
い。真空チャンバ１０の上部の永久マグネット１２の回
転軸の中心に貫通穴を形成できるのなら第８図に示すよ
うに光学系をマグネット１２と真空チャンバ１２との隙
間ではなく、マグネット１２の上部に設置してもよい。

第１２図に示すように電磁石タイプのエツチング装置の
場合には、第９図に示すようにミラー２７を用いずに直
接マイクロレンズ２８を通して光ファイバ２つに反射回
折光を導いてもよい。

［発明の効果〕 以上詳記したように本発明によれば、マグネトロン型反
応性イオンエツチング装置でエツチング処理されている
被エツチング基板のエツチング深さを測定できるエツチ
ング深さ測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明に係わるエツチング深さ測定
装置の一実施例を説明するための図であって、第１図は
全体構成図、第２図はのぞき窓とマグ＃との隙間の拡大
図、第３図は反射回折光を示す模式図、第４図は被エツ
チング基板の拡大図、第５図乃至第９図は変形例を示す
図、第１Ｏ図乃至第１２図は従来技術を説明するための
図である。 １０・・・真空チャンバ、１１・・・のぞき窓、１２・
・・マグネット、１３・・・被エツチング基板、２０・
・・レーザ出力装置、２１・・・光アイソレータ、２２
・・・光ファイバーカブラ、２３・・・第１光ファイバ
ー２４．２８・・・マイクロレンズ、２５・・・偏光ビ
ームスプリ ッ タ ４分の １偏光板、 フ 第 光 フ ァ イ ○ 光検出器、 ・・・増幅器、 ２・・・深さ算出装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マグネトロン型反応性イオンエッチング装置において
   、コヒーレントな光を出力する光源と、この光源から出
   力された光を真空チャンバの上部に設けられた窓に導く
   第１光ファイバーと、この第１光ファイバーで導かれた
   光を前記窓を通して前記真空チャンバ内に配置された被
   エッチング基板に照射する小型の照射光学素子と、前記
   被エッチング基板からの反射回折レーザ光を導く第２光
   ファイバーと、この第２光ファイバーにより導かれた反
   射光の光強度から前記被エッチング基板のエッチング深
   さを求める深さ算出手段とを備えたことを特徴とするエ
   ッチング深さ測定装置。