JPH0438246Y2 - - Google Patents

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JPH0438246Y2
JPH0438246Y2 JP5403687U JP5403687U JPH0438246Y2 JP H0438246 Y2 JPH0438246 Y2 JP H0438246Y2 JP 5403687 U JP5403687 U JP 5403687U JP 5403687 U JP5403687 U JP 5403687U JP H0438246 Y2 JPH0438246 Y2 JP H0438246Y2
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light
monochromator
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、物体表面に規則的に形成されたトレ
ンチもしくは孔等の凹部深さを測定する凹部深さ
測定装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a recess depth measuring device for measuring the depth of recesses such as trenches or holes regularly formed on the surface of an object.

[従来技術およびその問題点] 数メガビツトの記憶容量を有するDRAMでは、
チツプ上の単位メモリーセルの静電容量を減少さ
せることなしに集積密度を向上させる必要がある
ため、種々のタイプの縦型容量セルが案出されて
いる。第5図にはその一例が示されており、トレ
ンチ(trench)10の深さは1〜10μm程度であ
り、トレンチ10により分画された単位セル12
の一辺の長さは数μm程度である。
[Prior art and its problems] In DRAM, which has a storage capacity of several megabits,
Due to the need to increase integration density without reducing the capacitance of unit memory cells on a chip, various types of vertical capacitive cells have been devised. An example is shown in FIG. 5, in which the depth of the trench 10 is about 1 to 10 μm, and the unit cells 12 divided by the trench 10 are
The length of one side is approximately several μm.

トレンチ深さ測定装置としては、走査型電子顕
微鏡(SEM)を用いたものがある。SEMによれ
ば、高精度測定ができるばかりでなく、トレンチ
内部の局所的形状に関する情報も得られる。
A scanning electron microscope (SEM) is used as a trench depth measuring device. SEM not only provides highly accurate measurements, but also provides information about the local shape inside the trench.

しかし、SEMは高価であり、取り扱いが煩雑
である。そのうえ、シリコンウエーハを切断しな
ければ測定できないので、抜き取り検査が主であ
り、生産ラインにおいてリアルタイム測定を行う
ことは不可能である。
However, SEM is expensive and difficult to handle. Furthermore, since measurements cannot be made without cutting the silicon wafer, sampling inspections are the main method, and real-time measurements on the production line are impossible.

そこで、第6図に示すような走査型フーリエ分
光器を用いたトレンチ深さ測定装置が案出されて
いる。
Therefore, a trench depth measuring device using a scanning Fourier spectrometer as shown in FIG. 6 has been devised.

この測定装置では、連続した波長領域の光を放
射するハロゲンランプ14等が光源として用いら
れ、コリメータレンズ16により平行化された光
束はその一部がビームスプリツター18を透過
し、表面にトレンチが形成されたシリコンウーエ
ハ20に垂直照射され、その反射光の一部がビー
ムスプリツター18により反射され、次いで平面
鏡22により反射されてマイケルソン干渉計24
へ入射される。そして、マイケルソン干渉計24
の出射光強度が光センサ26により検出され、ア
ンプ28、フイルタ30を介してストレージオシ
ロスコープ32へ供給され、移動鏡34の走査に
同期してストレージオシロスコープ32が動作す
る。ストレージオシロスコープ32の管面には、
単位セル12の表面及びトレンチ10の底面から
の正反射により、メインピークMとサブピークS
を有するインターフエログラムが映し出される。
In this measuring device, a halogen lamp 14 or the like that emits light in a continuous wavelength range is used as a light source, and a part of the light beam collimated by the collimator lens 16 passes through the beam splitter 18, forming a trench on the surface. The formed silicon wafer 20 is vertically irradiated, and a part of the reflected light is reflected by the beam splitter 18, and then reflected by the plane mirror 22 and sent to the Michelson interferometer 24.
is incident on the And Michelson interferometer 24
The intensity of the emitted light is detected by the optical sensor 26 and supplied to the storage oscilloscope 32 via the amplifier 28 and filter 30, and the storage oscilloscope 32 operates in synchronization with the scanning of the movable mirror 34. On the tube surface of the storage oscilloscope 32,
Due to regular reflection from the surface of the unit cell 12 and the bottom of the trench 10, a main peak M and a sub-peak S
An interferogram having .

この装置によれば、シリコンウエーハ20を非
破壊で測定できる。
According to this device, the silicon wafer 20 can be measured non-destructively.

しかし、市販されているフーリエ分光器をこの
ような測定に適用しようとすると、メインピーク
MとサブピークSとの間のサンプリング点数mが
極端に少なく、測定精度が低い。すなわち、固定
鏡36に対する移動鏡34の最大移動量をX/
2、全データ点数をNとすると、トレンチ深さd
について、 d=Xm/N が成立し、X=1cm、N=8192のとき、d=1μ
mに対してm=0.8、d=10μmに対してm=8と
なり、測定精度が低い。
However, when a commercially available Fourier spectrometer is applied to such measurements, the number of sampling points m between the main peak M and the sub-peak S is extremely small, resulting in low measurement accuracy. That is, the maximum movement amount of the movable mirror 34 relative to the fixed mirror 36 is
2. If the total number of data points is N, the trench depth d
For, d=Xm/N holds true, and when X=1cm and N=8192, d=1μ
m = 0.8 for m, m = 8 for d = 10 μm, and the measurement accuracy is low.

本考案の目的は、上記問題点に鑑み、高精度測
定が可能な凹部深さ測定装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a recess depth measuring device capable of highly accurate measurement.

[問題点を解決するための手段] 本考案に係る凹部深さ装置では、 連続した波長領域の光を発する光源と、モノクロ
メータと、 光を反射し表面に凹部が規則的に形成された被
測定物体の該表面へ、凹面が斜めに向けて配設さ
れ、該光源からの光が通過され該表面からの正反
射光が通過される孔が該凹面に穿設され、該表面
からの零次以外の回折光を該凹面で反射させて該
モノクロメータへ入射させる凹面鏡と、 該モノクロメータからの出射光の光強度を検出
する光センサと、 波数又は波長に関する該光強度の曲線に含まれ
る複数のピークのピーク間距離から該凹部の深さ
を演算し出力する演算手段と、 を有することを特徴としている。
[Means for solving the problem] The recess depth device according to the present invention includes a light source that emits light in a continuous wavelength range, a monochromator, and a cover that reflects light and has recesses regularly formed on its surface. A concave surface is disposed obliquely on the surface of the measurement object, a hole is bored in the concave surface through which light from the light source passes and specularly reflected light from the surface passes, and a hole is formed in the concave surface through which light from the light source passes and specularly reflected light from the surface passes. a concave mirror that reflects diffracted light other than the following on the concave surface and enters the monochromator; an optical sensor that detects the light intensity of the light emitted from the monochromator; and a light intensity included in the wave number or wavelength curve. The present invention is characterized by comprising: calculation means for calculating and outputting the depth of the recess from the inter-peak distances of a plurality of peaks.

[実施例] 図面に基づいて本考案の実施例を説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第1図には第1実施例の構成が示されている。 FIG. 1 shows the configuration of a first embodiment.

被測定物体としのシリコンウエーハ40の上方
には、球面鏡42がその凹面を斜め下方へ向けて
配設されている。このシリコンウエーハ40は
DRAM用であり、この表面には、第6図に示す
ようなトレンチ10が規則的に形成されている。
球面鏡42の中心部には円孔44が穿設され、円
孔44の上方には集光レンズ46を介して白色光
源48が配設されている。白色光源48からの白
色光は、集光レンズ46により屈折され、円孔4
4を通り、集光されてシリコンウエーハ40の表
面を略垂直に投射され、その零次以外の回折光が
球面鏡42の凹面により側方へ反射され、集光さ
れてモノクロメータ50へ入射される。
A spherical mirror 42 is disposed above a silicon wafer 40 as an object to be measured, with its concave surface facing diagonally downward. This silicon wafer 40
This is for DRAM, and trenches 10 as shown in FIG. 6 are regularly formed on this surface.
A circular hole 44 is bored in the center of the spherical mirror 42, and a white light source 48 is disposed above the circular hole 44 via a condensing lens 46. The white light from the white light source 48 is refracted by the condensing lens 46 and enters the circular hole 4.
4 , is condensed and projected substantially perpendicularly onto the surface of the silicon wafer 40 , and the non-zero-order diffracted light is reflected laterally by the concave surface of the spherical mirror 42 , condensed and incident on the monochromator 50 . .

この回折光は、第4図に示す如く、単位セル1
2の表面からの回折光と、トレンチ10の底面で
の反射後該底面上方かつ単位セル12の表面と同
一高さの面(相補的な面)からの回折光である。
また、球面鏡42の外周形状は円形が好ましい
が、楕円形又は矩形等であつてもよい。
This diffracted light is transmitted to the unit cell 1 as shown in FIG.
2 and the diffracted light from a surface (complementary surface) above the bottom surface of the trench 10 and at the same height as the surface of the unit cell 12 after being reflected at the bottom surface of the trench 10.
Further, the outer peripheral shape of the spherical mirror 42 is preferably circular, but may be elliptical, rectangular, or the like.

モノクロメータ50により、波数に応じて角
分散された光は、フオトダイオードアレイ52に
投射される。モノクロメータ50は、例えば凹面
回折格子で構成されており、この場合には、その
結像面に沿つてフオトダイオードアレイ52が配
設される。
The light angularly dispersed according to the wave number by the monochromator 50 is projected onto a photodiode array 52 . The monochromator 50 is composed of, for example, a concave diffraction grating, and in this case, a photodiode array 52 is arranged along its imaging plane.

フオトダイオードアレイ52は、マイクロコン
ピユータ54によりドライバ56を介して走査さ
れ、各波数に対する受光強度が順次読み出され
てアンプ58へ供給され、A/D変換器60によ
りデジタル変換されてマイクロコンピユータ54
へ供給される。マイクロコンピユータ54はこれ
を読み取つて、内蔵RAMに順次書き込む。
The photodiode array 52 is scanned by a microcomputer 54 via a driver 56 , and the received light intensity for each wave number is sequentially read out and supplied to an amplifier 58 , where it is digitally converted by an A/D converter 60 and sent to the microcomputer 54 .
supplied to The microcomputer 54 reads this and sequentially writes it into the built-in RAM.

この書き込まれたデータをプロツトして線で結
べば、第3図Aに示すような曲線が得られる。こ
の図の横軸は数波であり、縦軸は回折光強度I1
である。この曲線は複数のピークを有し、そのピ
ーク間距離は理論的には1/dとなる(ただし、
媒質の屈折率をを1とする。)。ここにdは第4図
に示す凹部深さである。
If this written data is plotted and connected with a line, a curve as shown in FIG. 3A will be obtained. The horizontal axis of this figure is the number wave, and the vertical axis is the diffracted light intensity I 1
It is. This curve has multiple peaks, and the distance between the peaks is theoretically 1/d (however,
Let the refractive index of the medium be 1. ). Here, d is the depth of the recess shown in FIG.

しかし、測定誤差によりピーク間距離はは一
定とならない。そこで、隣合うピークのピーク間
距離を順次求め、その平均値用いて凹部深さd=
1/を求める。または、両端のピークP1、Po
ピーク間距離Lを求め、凹部深さd=(n−
1)/Lを求める。ここにnは全ピーク数であ
る。あるいは、別の手法として、フーリエ変換、
最大エントロピー法などの、周波数領域での解析
法を採用してもよい。
However, the distance between the peaks is not constant due to measurement errors. Therefore, the distance between adjacent peaks is sequentially determined, and the average value is used to determine the recess depth d=
Find 1/. Alternatively, find the distance L between the peaks P 1 and P o at both ends, and recess depth d = (n-
1) Find /L. Here n is the total number of peaks. Alternatively, the Fourier transform,
An analysis method in the frequency domain, such as the maximum entropy method, may be employed.

トレンチ深さdの測定精度は、両端のピーク
P1とPoとの間にあるフオトダイオードアレイ5
2の素子数に比例する。一般に用いられるフオト
ダイオードアレイ52の素子数は1024個程度であ
り、トレンチ深さdを正確に測定することができ
る。
The measurement accuracy of trench depth d is the peak at both ends.
Photodiode array 5 between P 1 and P o
It is proportional to the number of elements. The number of elements of the generally used photodiode array 52 is about 1024, and the trench depth d can be accurately measured.

マイクロコンピユータ54は、このトレンチ深
さdを表示器62に表示する。
The microcomputer 54 displays this trench depth d on the display 62.

本第1実施例では、モノクロメータ50におい
て波数走査を行う機構を設ける必要がなく、従来
のように測定中に移動させる部分が存在しないの
で、構成及び調整が簡単である。
In the first embodiment, there is no need to provide a mechanism for performing wave number scanning in the monochromator 50, and there is no part to be moved during measurement unlike in the conventional system, so the configuration and adjustment are simple.

次に、第2図に基づいて本考案の第2実施例を
説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG.

この第2実施例では、球面鏡42と集光レンズ
4路との間にビームスプリーター64が配設され
ており、シリコンウエーハ40により正反射され
た光の一部はビームスプリツター64で反射さ
れ、光結合レンズ66で集光されて光フアイバ6
8の一端に入射され、光フアイバ68により案内
されてその他端から出射され、光結合レンズ70
により集光されてモノクロメータ72へ入射され
る。モノクロメータ72はモノクロメータ50と
同一の構成であり、モノクロメータ72により波
数に応じて角分散された光はフオトダイオード
アレイ74上に投射される。フオトダイオードア
レイ74はフオトダイオードアレイ52と同一構
成であり、ドライバ56によりフオトダイオード
アレイ52に対応して走査され、各波数に対す
る光強度信号が順次アンプ76、A/D変換器7
8を介してマイクロコンピユータ54へ供給され
る。マイクロコンピユータ54はA/D変換器6
0、78からのデータを読取つて内蔵RAMに順
次書き込む。
In this second embodiment, a beam splitter 64 is disposed between the spherical mirror 42 and the four condensing lenses, and a part of the light specularly reflected by the silicon wafer 40 is reflected by the beam splitter 64. , the light is focused by the optical coupling lens 66 and sent to the optical fiber 6.
8 and is guided by an optical fiber 68 and exits from the other end, and is connected to an optical coupling lens 70.
The light is focused and incident on the monochromator 72. The monochromator 72 has the same configuration as the monochromator 50, and the light angularly dispersed according to the wave number by the monochromator 72 is projected onto a photodiode array 74. The photodiode array 74 has the same configuration as the photodiode array 52, and is scanned by the driver 56 in correspondence with the photodiode array 52, and the optical intensity signal for each wave number is sequentially sent to the amplifier 76 and the A/D converter 7.
8 to the microcomputer 54. The microcomputer 54 is an A/D converter 6
The data from 0 and 78 are read and sequentially written to the built-in RAM.

この書き込まれたデータをプロツトして線でつ
なげば、第3図A、Bに示すような曲線が得られ
る。Aには波数に対する回折光強度I1が示され
ており、Bには波数に対する正反射光強度I2
示されている。
If this written data is plotted and connected with a line, curves as shown in FIGS. 3A and 3B will be obtained. A shows the diffracted light intensity I 1 with respect to the wave number, and B shows the specularly reflected light intensity I 2 with respect to the wave number.

マイクロコンピユータ54は、各波数につい
てI1−αI2を演算し、内蔵RAMに書き込む。ここ
にαは定数である。横軸を波数としてこのI1
αI2をプロツトし、線で結べば、第3図Cに示す
ような曲線が得られる。
The microcomputer 54 calculates I 1 −αI 2 for each wavenumber and writes it into the built-in RAM. Here α is a constant. This I 1 − with the horizontal axis as the wave number
If αI 2 is plotted and connected with a line, a curve as shown in Figure 3C is obtained.

このように、I1−αI2を用いれば、ピーク位置
を第1実施例の場合よりもより正確に求めること
ができるので、第1実施例と同様の演算を行つ
て、トレンチ深さdをより高精度で測定すること
ができる。
In this way, if I 1 - αI 2 is used, the peak position can be determined more accurately than in the first embodiment, so the trench depth d can be calculated by performing the same calculation as in the first embodiment. Measurements can be made with higher precision.

なお、上記実施例では光センサとしてフオトダ
イオードアレイ52を用いた場合を説明したが、
本考案はこれに限定されず、光電子増倍管等を用
いてモノクロメータ50で波数走査を行うように
してもよい。フオトダイオードアレイ74につい
ても同様である。
In addition, in the above embodiment, the case where the photodiode array 52 was used as the optical sensor was explained.
The present invention is not limited to this, and wavenumber scanning may be performed with the monochromator 50 using a photomultiplier tube or the like. The same applies to the photodiode array 74.

また、セクタミラーを用いて、球面鏡42の反
射光及びビームスプリーター64の反射光を順次
切り換え、単一のモノクロメータ50へ供給する
ように構成してもよい。この場合には、第2図に
示す構成要素72〜78が不要になる。
Alternatively, a sector mirror may be used to sequentially switch the reflected light from the spherical mirror 42 and the reflected light from the beam splitter 64 and supply them to a single monochromator 50. In this case, the components 72-78 shown in FIG. 2 become unnecessary.

[考案の効果] 本考案に係る凹部深さ測定装置では、凹部が規
則的に形成された被測定物体の表面へ連続した被
数域の光を照射し、その回折光のみを凹面鏡で反
射させてモノクロメータへ入射させ、モノクロメ
ータの出射光の強度を光センサで検出し、波数又
は波長に関するこの光強度の曲線に含まれる複数
のピークのピーク間距離から該凹部の深さを演算
するようになつており、ピーク間距離を高精度で
測定することが可能であるので、該凹部の深さを
高精度で測定することができるという優れた効果
がある。
[Effects of the invention] The recess depth measuring device according to the invention irradiates the surface of an object to be measured in which recesses are regularly formed with light in a continuous range, and only the diffracted light is reflected by a concave mirror. The intensity of the light emitted from the monochromator is detected by an optical sensor, and the depth of the recess is calculated from the distance between peaks included in the curve of this light intensity with respect to wave number or wavelength. Since the distance between the peaks can be measured with high precision, there is an excellent effect that the depth of the recess can be measured with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第5図は本考案の実施例に係り、第
1図は第1実施例の凹部深さ測定装置の構成図、
第2図は第2実施例の凹部深さ測定装置の構成
図、第3図は波数に対する光強度の関係を示す
線図、第4図は表面にトレンチが形成されたシリ
コンウエーハの表面部の部分断面図、第5図は該
表面部の部分斜視図、第6図は従来例のトレンチ
深さ測定装置の構成図である。 10……トレンチ、40……シリコンウエー
ハ、42……球面鏡、44……円孔、48……白
色光源、52……フオトダイオードアレイ、64
……ビームスプリツター、66……光結合レン
ズ、68……光フアイバ、70……光結合レン
ズ、74……フオトダイオードアレイ。
1 to 5 relate to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a configuration diagram of a recess depth measuring device according to the first embodiment;
Fig. 2 is a configuration diagram of the recess depth measuring device of the second embodiment, Fig. 3 is a diagram showing the relationship between light intensity and wave number, and Fig. 4 is a diagram showing the surface area of a silicon wafer with trenches formed on its surface. FIG. 5 is a partial sectional view, FIG. 5 is a partial perspective view of the surface portion, and FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional trench depth measuring device. 10...Trench, 40...Silicon wafer, 42...Spherical mirror, 44...Circular hole, 48...White light source, 52...Photodiode array, 64
...beam splitter, 66...optical coupling lens, 68...optical fiber, 70...optical coupling lens, 74...photodiode array.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 連続した波長領域の光を発する光源と、モノク
ロメータと、 光を反射し表面に凹部が規則的に形成された被
測定物体の該表面へ、凹面が斜めに向けて配設さ
れ、該光源からの光が通過され該表面からの正反
射光が通過される孔が該凹面に穿設され、該表面
からの零次以外の回折光を該凹面で反射させて該
モノクロメータへ入射させる凹面鏡と、 該モノクロメータからの出射光の光強度をを検
出する光センサと、 波数又は波長に関する該光強度の曲線に含まれ
る複数のピークのピーク間距離から該凹部の深さ
を演算し出力する演算手段と、 を有することを特徴とする凹部深さ測定装置。
[Scope of Claim for Utility Model Registration] A light source that emits light in a continuous wavelength range, a monochromator, and a concave surface directed diagonally toward the surface of an object to be measured that reflects light and has concavities regularly formed on its surface. A hole is formed in the concave surface, through which light from the light source passes and specularly reflected light from the surface passes, and non-zero-order diffracted light from the surface is reflected by the concave surface. a concave mirror that causes the light to enter the monochromator; an optical sensor that detects the light intensity of the light emitted from the monochromator; A recess depth measuring device comprising: a calculation means for calculating and outputting a depth; and a recess depth measuring device.
JP5403687U 1987-04-09 1987-04-09 Expired JPH0438246Y2 (en)

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