JPH11297781A - エッチング深さ測定方法及びその装置 - Google Patents

エッチング深さ測定方法及びその装置

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JPH11297781A
JPH11297781A JP10283798A JP10283798A JPH11297781A JP H11297781 A JPH11297781 A JP H11297781A JP 10283798 A JP10283798 A JP 10283798A JP 10283798 A JP10283798 A JP 10283798A JP H11297781 A JPH11297781 A JP H11297781A
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JP
Japan
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etching depth
intensity
reflected light
thickness
substrate
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JP10283798A
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English (en)
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Akira Tsumura
明 津村
Masaharu Sato
雅晴 佐藤
Wataru Yamada
渉 山田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、表面に被膜された膜の厚さがばらつ
いていてもこの膜の厚さをエッチング深さにフィードバ
ックしてエッチング深さを正確に測定する。 【解決手段】プロセスチャンバ10内のSi基板1に対
するエッチング中に、測定ヘッド11から紫外光をSi
基板1に照射してその反射光を受光し、この反射光の強
度に応じた電気信号の振幅の強度又は極点の強度に基づ
いて被膜厚さ算出部19により被膜20の厚さを算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング中にあ
る例えば半導体基板などの被処理体に形成される穴のエ
ッチング深さをリアルタイムで測定するエッチング深さ
測定方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在の高集積化した半導体デバイスの製
造工程には、半導体基板をエッチングして穴を形成する
エッチングプロセスがある。このエッチングプロセス
は、例えば図10に示すようにシリコンウエハ(以下、
Si基板と称する)1に形成された穴2内にPoly-Si
3を埋め込み、この後にエッチングを行ってPoly-Si
3を所定の深さまでエッチングするプロセスである。
【0003】このようなプロセスでは、Si基板1の表
面に例えばSiNの被膜4が施されており、この状態で
図11に示すようにSi基板1の表面(膜下面)からの
エッチング深さDをコントロールすることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにSi基板
1の表面からの絶対的なエッチング深さDの測定が要求
されているが、Si基板1表面の被膜4の厚さがばらつ
くと制御したエッチング深さDもばらついてしまい、高
精度にエッチング深さDをコントロールすることが不可
能である。
【0005】そこで本発明は、表面の被膜の厚さがばら
ついていてもこの被膜の厚さをエッチング深さにフィー
ドバックしてエッチング深さを正確に測定できるエッチ
ング深さ測定方法及びその装置を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1によれば、エッ
チング中の被処理体に対して単色光を照射し、被処理体
に形成される穴のエッチング深さに応じて周期的に変化
する反射光の強度に基づいてエッチング深さを測定する
エッチング深さ測定方法において、反射光の振幅の大き
さに基づいて被処理体の表面に施された被膜の厚さを算
出するエッチング深さ測定方法である。
【0007】請求項2によれば、請求項1記載のエッチ
ング深さ測定方法において、反射光の振幅の強度又は反
射光の極点の強度に基づいて被膜の厚さを算出する。請
求項3によれば、エッチング中の被処理体に対して単色
光を照射し、被処理体に形成される穴のエッチング深さ
に応じて周期的に変化する反射光の強度に基づいてエッ
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、反射光を受光してこの反射光の強度に応じた電気信
号を出力する光検出器と、この光検出器から出力された
電気信号の振幅の大きさに基づいて被処理体の表面に施
された被膜の厚さを算出する被膜厚さ算出手段を備えた
エッチング深さ測定装置である。
【0008】請求項4によれば、請求項3記載のエッチ
ング深さ測定装置において、被膜厚さ算出手段は、光検
出器から出力された電気信号の振幅の強度又は電気信号
の極点の強度に基づいて被膜の厚さを算出する機能を有
する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、図10及び図11
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。図1はエッチング深さ測定装置の構成図である。
【0010】エッチングチャンバ10には、その上部に
測定ヘッド11が配置され、かつコンピュータ12が接
続されてエッチング制御が行われるようになっている。
このエッチングチャンバ10は、図2に示すように内部
に被処理体としてのSi基板1が設置されるとともに、
エッチング用の反応ガスが供給されるようになってい
る。
【0011】又、エッチングチャンバ10の上部には、
例えば石英ガラスにより形成された観察窓13が形成さ
れている。測定ヘッド11は、エッチングチャンバ10
内に設置されているSi基板1に対して単色光、例えば
を紫外光を照射し、このときのSi基板1からの反射光
を受光してその強度に応じた電気信号を出力する機能を
備えたものである。
【0012】図3は測定ヘッド11の構成図であり、こ
の測定ヘッド11内には例えば波長254nmの紫外光
を放射する水銀ランプ14が備えられている。この水銀
ランプ14から放射される紫外光は、光ファイバー15
によりコリメータレンズ16に導かれるようになってい
る。
【0013】このコリメータレンズ16は、水銀ランプ
14からの紫外光を平行光にコリメートし、Si基板1
へのウエハ照射光としてエッチングチャンバ10内のS
i基板1の表面に対して垂直方向に照射するものであ
る。
【0014】又、光ファイバー15には、Si基板1か
らの反射光を分岐するように光ファイバー17が接続さ
れ、この光ファイバー17によってSi基板1からの反
射光が光検出器18に導かれるようになっている。
【0015】この光検出器18は、Si基板1からの反
射光を受光してその強度に応じた電気信号を出力する機
能をしている。コンピュータ12は、光検出器18から
出力された電気信号を入力し、この電気信号に現れるエ
ッチング深さDに応じて周期的に変化する強度に基づい
てエッチング深さを求め、これと共に電気信号の振幅の
大きさに基づいてSi基板1の表面に施された被膜4の
厚さを算出する被膜厚さ算出部19としての機能を有し
ている。
【0016】この被膜厚さ算出部19は、具体的に、光
検出器18から出力された電気信号の振幅の強度又は電
気信号の極点の強度に基づいて被膜4の厚さを算出する
機能を有している。
【0017】すなわち、Si基板1に対して水銀ランプ
14から放射された紫外光(例えば波長254nm)を
照射したときの反射光は、Si基板1の表面の反射光と
穴2からの反射光との干渉となって現れる。
【0018】図4はかかるSi基板1からの反射光の強
度のシミュレーション結果であり、ここでは図5に示す
ようにSi基板1上にSiNの各被膜20,21が形成
され、このうちの被膜20の厚さが変化したときの光検
出器18からの電気信号の変化を現している。
【0019】同図に示すように光検出器18からの電気
信号の最初の変化しない部分は、被膜20の表面にPol
y-Si 3が覆われている状態で、反射光の強度に応じた
電気信号の大きさはPoly-Si 3の反射率で決まる。
【0020】そして、エッチングが進行し、SiN表面
が現われてくると、エッチング深さDに応じて周期的に
変化する光検出器18からの電気信号が現われる。しか
るに、この電気信号が1周期変化すると、波長の2分の
1すなわち(波長/2=64nm)だけエッチング深さ
Dが深くなることから、コンピュータ12はかかる関係
に従ってエッチング深さDを算出する機能を有してい
る。
【0021】なお、図5にはPoly-Si 3や各被膜2
0,21、Si基板1からの各反射光の強度A0 exp
(iΘ0 ),A1 exp(iΘ1 ),A2 exp(iΘ
2 ),A3 exp(iΘ3 ),Bexp(iΘ4 )が示
されており、これらからSi基板1からの反射光の強度
Iは、 I=|A0 exp(iΘ0 )+A1 exp(iΘ1 )+A2 exp(iΘ2 ) +A3 exp(iΘ3 )+Bexp(iΘ4 )|2 …(19) により表される。
【0022】又、図4から周期信号の振幅或いは極点
(大・小)の強度が図6に示すように被膜20の膜厚T
によって変化することが分かる。図7は周期信号の振幅
とSiN膜厚との関係を示し、図8は周期信号の極点
(大・小)の強度とSiN膜厚との関係を示す。
【0023】従って、被膜厚さ算出部19は、これら図
7及び図8に示す各関係を保持し、光検出器18からの
電気信号の極点(大・小)の強度からSiNの被膜20
の膜厚を算出する機能を有している。
【0024】しかるに、コンピュータ12は、光検出器
18から出力された電気信号を入力し、この電気信号に
現れるエッチング深さDと被膜厚さ算出部19により算
出したSiNの被膜20の膜厚TとからSi基板1の表
面からの絶対的なエッチング深さDを算出する機能を有
している。
【0025】又、コンピュータ12は、水銀ランプ14
の出力変動及び観察窓13の汚れの影響を無くすため
に、光検出器18から出力された電気信号の振幅或いは
極点(大・小)の強度を膜20の表面にPoly-Si 3が
覆われている状態の電気信号により正規化する機能を有
している。
【0026】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。プロセスチャンバ10内にSi基板1が
設置され、かつこのプロセスチャンバ10内にエッチン
グ用のガスが供給されると、Si基板1に対するエッチ
ングが行われる。
【0027】このエッチング中に、測定ヘッド11の水
銀ランプ14から紫外光が放射されると、この紫外光
は、光ファイバー15によりコリメータレンズ16に導
かれ、このコリメータレンズ16により平行光にコリメ
ートされ、プロセスチャンバ10の観察窓13を通して
Si基板1の表面に対して垂直方向に照射される。
【0028】このようにSi基板1の表面に紫外光が照
射されると、このSi基板1からの反射光は、紫外光を
Si基板1に照射したときの光路と逆方向の光路を進行
し、コリメータレンズ16を通り、光ファイバー17に
より導かれて光検出器18に入射する。
【0029】この光検出器18は、Si基板1からの反
射光を受光してその強度に応じた電気信号を出力する。
コンピュータ12は、光検出器18から出力された電気
信号を入力し、この電気信号に現れるエッチング深さD
に応じて周期的に変化する強度に基づいてエッチング深
さを求める。
【0030】これと共に、コンピュータ12の被膜厚さ
算出部19は、光検出器18から出力された電気信号の
振幅の強度又は電気信号の極点の強度に基づいて例えば
被膜20の厚さTを算出する。
【0031】図9(a) 〜(c) はそれぞれ膜厚の異なる場
合における実際のSi基板1からの反射光の強度の測定
結果を示しており、上記図4に示すSi基板1からの反
射光の強度のシミュレーション結果と同様な結果が現わ
れている。
【0032】しかるに、コンピュータ12は、光検出器
18から出力された電気信号を入力し、この電気信号に
現れるエッチング深さDと被膜厚さ算出部19により算
出したSiNの被膜20の膜厚TとからSi基板1の表
面からの絶対的なエッチング深さDを算出する。
【0033】このように上記一実施の形態においては、
プロセスチャンバ10内のSi基板1に対するエッチン
グ中に、測定ヘッド11から紫外光をSi基板1に照射
してその反射光を受光し、この反射光の強度に応じた電
気信号の振幅の強度又は極点の強度に基づいて被膜20
の厚さを算出するようにしたので、Si基板1の表面に
被膜された被膜20の厚さがばらついていてもこの膜2
0の厚さをエッチング深さにフィードバックしてエッチ
ング深さDを正確に測定できる。
【0034】又、別な膜厚計で被膜20の膜厚を測定し
てフィードバックする方法も考えられるが、上記装置で
は光検出器18からの周期信号から直接膜厚を算出する
ことができ、装置をシンプルに構成できるとともに低コ
スト化が図れる。なお、本発明は、上記一実施の形態に
限定されるものでなく種々変形してもよい。
【0035】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、表
面に被膜された膜の厚さがばらついていてもこの膜の厚
さをエッチング深さにフィードバックしてエッチング深
さを正確に測定できるエッチング深さ測定方法及びその
装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるエッチング深さ測定装置の一実
施の形態を示す構成図。
【図2】同装置におけるエッチングチャンバの構成図。
【図3】同装置における測定ヘッドの構成図。
【図4】Si基板からの反射光の強度のシミュレーショ
ン結果を示す図。
【図5】Poly-Si や各膜、Si基板からの各反射光の
強度を示す図。
【図6】膜厚によって変化する周期信号の振幅或いは極
点の強度を示す図。
【図7】光検出器からの周期信号の振幅とSiN膜厚と
の関係を示す図。
【図8】光検出器からの周期信号の極点(大・小)の強
度とSiN膜厚との関係を示す図。
【図9】実際のSi基板1からの反射光の強度の測定結
果を示す図。
【図10】エッチングプロセスの一例を示す図。
【図11】コントロールするエッチング深さを示す図。
【符号の説明】
1:Si基板、 2:穴、 3:Poly-Si 、 4:膜、 10:エッチングチャンバ、 11:測定ヘッド、 12:コンピュータ、 13:観察窓、 14:水銀ランプ、 15,17:光ファイバー、 16:コリメータレンズ、 18:光検出器、 19:被膜厚さ算出部、 20,21:被膜。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エッチング中の被処理体に対して単色光
    を照射し、前記被処理体に形成される穴のエッチング深
    さに応じて周期的に変化する反射光の強度に基づいて前
    記エッチング深さを測定するエッチング深さ測定方法に
    おいて、 前記反射光の振幅の大きさに基づいて前記被処理体の表
    面に施された前記被膜の厚さを算出することを特徴とす
    るエッチング深さ測定方法。
  2. 【請求項2】 前記反射光の振幅の強度又は前記反射光
    の極点の強度に基づいて前記被膜の厚さを算出すること
    を特徴とする請求項1記載のエッチング深さ測定方法。
  3. 【請求項3】 エッチング中の被処理体に対して単色光
    を照射し、前記被処理体に形成される穴のエッチング深
    さに応じて周期的に変化する反射光の強度に基づいて前
    記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、 前記反射光を受光してこの反射光の強度に応じた電気信
    号を出力する光検出器と、 この光検出器から出力された電気信号の振幅の大きさに
    基づいて前記被処理体の表面に施された前記被膜の厚さ
    を算出する被膜厚さ算出手段を備えたことを特徴とする
    エッチング深さ測定装置。
  4. 【請求項4】 前記被膜厚さ算出手段は、前記光検出器
    から出力された電気信号の振幅の強度又は前記電気信号
    の極点の強度に基づいて前記被膜の厚さを算出する機能
    を有することを特徴とする請求項3記載のエッチング深
    さ測定装置。
JP10283798A 1998-04-14 1998-04-14 エッチング深さ測定方法及びその装置 Pending JPH11297781A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009281944A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Meidensha Corp 基板温度測定方法とその装置及びプロセス制御方法とそのシステム
TWI452644B (zh) * 2011-05-17 2014-09-11 Univ Nat Yunlin Sci & Tech 蝕刻深度量測方法及其裝置

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JP2009281944A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Meidensha Corp 基板温度測定方法とその装置及びプロセス制御方法とそのシステム
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