JPH088242B2 - エッチング深さ測定装置 - Google Patents

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ッチング装
置によりエッチング処理された被エッチング基板のエッ
チング深さを測定するエッチング深さ測定装置に関す
る。

（従来の技術） 第10図はエッ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の内部にはエッ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、
かつ被エッチング基板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
ッチング基板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により被エッ
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
の変化から被エッチング基板５のエッチング深さを求め
る。

ところで、エッ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ッチング装
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ッチング処理の速度を速めるも
のである。なお、13は被エッチング基板である。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。このようなエッチング装置でエッチング深さ
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内部の被エッチン
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ッチング
装置ではのぞき窓の上方に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ッチング深さを測定
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ッチ
ング装置でエッチング処理されている被エッチング基板
のエッチング深さを測定できるエッ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、真空チャンバ内に被エッチング基板を配置
するとともに真空チャンバ上方にマグネットを配置し、
このマグネットを回転させて真空チャンバ内のプラズマ
を封じ込めて被エッチング基板に対するエッチング処理
を行ったときの被エッチング基板のエッチング深さを測
定するエッチング深さ測定装置において、 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コヒーレントな光を真空チャ
ンバの上部に設けられた窓の上方に導く第１光ファイバ
ーと、 窓とマグネットとの隙間に配置され、第１光ファイバ
ーにより導かれたコヒーレントな光を窓を通して被エッ
チング基板に対して垂直に照射する小型の照射光学素子
と、 被エッチング基板からの反射回折光を導く第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回折光をこ
の反射回折光の光強度に応じた電気信号に変換する光検
出器と、 この光検出器から出力される電気信号の大きさの位相
変化量に基づいて被エッチング基板のエッチング深さを
求める深さ演算手段と、 を備えて上記目的を達成しようとするエッチング深さ測
定装置である。

（作用） このような手段を備えたことにより、マグネットを回
転させて真空チャンバ内のプラズマを封じ込めて被エッ
チング基板に対するエッチング処理を行っているとき、
光源から出力されたコヒーレントな光を第１光ファイバ
ーにより真空チャンバの上部に設けられた窓の上方に導
き、さらにこのコヒーレントな光を照射光学素子により
窓を通して被エッチング基板に対して垂直に照射する。
この被エッチング基板からの反射回折光を第２光ファイ
バーを通して光検出器に導いて反射回折光の光強度に応
じた電気信号に変換し、深さ演算手段においてこの電気
信号の大きさの位相変化量に基づいて被エッチング基板
のエッチング深さを求める。

（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11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図はエッ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はレーザ出力装置であって、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を介して光ファイバカプラ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光ファイバ23の一端が接続され、この第１光ファイバ
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フリッタ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３〜5mm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
を通して被エッチング基板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は被エッチング基板
13からの反射回折光を偏向してマイクロレンズ28を通し
て第２光ファイバ29に導くものである。

この第２光ファイバ29の他端は光検出器30に接続され
ている。この光検出器30は、第２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
光の強度からエッ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30からの電気信号
のレベルをＩとすると、電気信号レベルＩは Ｉ∝Ａ＋γ（D,λ,d）×cos｛４π（ｄ＋Ｔ）／λ｝ で表される。第３図は電気信号レベルＩ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、レーザ光の波
長λ及び深穴の深さｄの関数となっている。エッチング
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内でエッチン
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。このレーザ光は光アイソレータ21を通
って光ファイバーカプラ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内の被エッチン
グ基板13に照射される。このレーザ光が被エッチング基
板13に照射されることにより、被エッチング基板13では
表面からの反射レーザ光とエッ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27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光ファイバー29に入射する。な
お、被エッチング基板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を伝播した光検
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
光は被エッチング基板13の表面からの反射レーザ光とエ
ッチング穴の底面からの反射レーザ光とから生じるの
で、エッチング穴の深さの変化に伴ってエッチング穴底
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Ｉ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内の被エッチング基板13に照射し、こり被エ
ッチング基板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
レーザ光を被エッチング基板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ッチング装置でエ
ッチング処理されている被エッチング基板13のエッチン
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、またレ
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、エッ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ッ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、エッチング深さ測定装置及びエッチング装置を小形
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
ッチング装置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つの分岐して各 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20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ッ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29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、真空チャンバの
上方にマグネットを配置して真空チャンバ内のプラズマ
を封じ込めてエッチング処理を行うマグネトロン型反応
性イオンエッチング装置であっても被エッチング基板に
対して垂直にコヒーレントな光を照射してその反射回折
光を受光することによりマグネットの強い磁界の影響を
受けることなく被エッチング基板のエッチング深さを測
定できるエッ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ッチング深さ測定
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ネットとの隙間の
拡大図、第３図は反射回折光を示す模式図、第４図は被
エッ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10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……被エッチング基板、20……レーザ出力装置、
21……光アイソレータ、22……光ファイバーカプラ、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、26……４分の１の偏光板、
27……ミラー、29……第２光ファイバー、30……光検出
器、31……増幅器、32……深さ算出装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空チャンバ内に被エッチング基板を配置
   するとともに前記真空チャンバの上方にマグネットを配
   置し、このマグネットを回転させて前記真空チャンバ内
   のプラズマを封じ込めて前記被エッチング基板に対する
   エッチング処理を行ったときの前記被エッチング基板の
   エッチング深さを測定するエッチング深さ測定装置にお
   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コヒーレントな光を前記真空チ
   ャンバの上部に設けられた窓の上方に導く第１光ファイ
   バーと、 前記窓と前記マグネットとの隙間に配置され、前記第１
   光ファイバーにより導かれた前記コヒーレントな光を前
   記窓を通して前記被エッチング基板に対して垂直に照射
   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前記反射回折光を
   この反射回折光の光強度に応じた電気信号に変換する光
   検出器と、 この光検出器から出力される前記電気信号の大きさの位
   相変化量に基づいて前記被エッチング基板のエッチング
   深さを求める深さ演算手段と、 を具備したことを特徴とするエッチング深さ測定装置。