JPS60202940A - 食刻深さ測定方法 - 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】 ０［の利用分野〕 本発明は、半導体装ｔａ造時のドライエツチング工程に
おいて、食刻の深さな−」足する方法に関する。

〔発明の背景〕

エツチング工程において１食刻の深さを測定する方法と
しては謳１図、第２図および稟３図を用いて説明する光
の干渉を利用した方法が知られている。

この＃１足方法を、高周波電源９．該電源から高周波′
東方が印加される１ｔｉａ６および７．反応処理が行ｌ
【われる真空室５から構成される平行平板形ドライエツ
チング装置に適用した例を。

第１図により説明する。

この測定方法を実施する装置は、コヒーレントな元を射
出する光源１．この光を真空室５内に尋人する窓５５．
被醐定ｖＩＪ８から反射した光を光検出器３に送るため
のハーフミラ−２および。

光検出器３からの信号を処理して深さｔ算出する４Ｎ号
処理系４より構成される。

コヒーレント光＠１から射出する元ビームはハーフミラ
−２を通して被食刻中の被食刻物８に達する。被食刻物
８は藁２図に示す断面形状をＬ℃おり、被食創部９．透
羽なレジスト１０により構成されており、レジスト１０
をマスク和して被食刻部９が食刻される。

従って、レジスト１０の下の被食刻部９の表面１１オよ
び被食刻面１２で反射した光が１食刻による光路長の差
違により干渉を生じる。そのため、被食刻物８で反射し
ハーフミラ−２で反射して光検出器３に達した光は１食
刻の経過とともに次式（１）に示す光強度変化を生じる
。

ＩａＡｓ　＋Ａｔ　−２〜ｎ７；λ１ｃｏｓ（）　−、
、（１１ここで、Ｉは１元検出器３が検出する光の強度
、λは照射光の波長、Ａｓ−Ａｂはそれぞれ面１１１２
０面積、ｈは食刻の深さである。ここでレジストの厚さ
は無視した。

以上の装置による検出波形は第３図のようになっている
。式（１）から明らかなように、白樺１３の変化の位相
を読みとることで深さｈか測定できる。

式（１）から明らかなように、被食刻部の面積が非食刻
部の面積に比べて小さい場合には１光強度Ｉの変化量が
、Ｉのレベルに比べて小さくなるために、ノイズなどの
形影により、干渉にょる光強度変化を検出できないとい
う問題点があった。

〔％明の目的〕

本発明の目的は、半導体製造時の食刻工程において、食
刻面積の小さい場合にも食刻深さを測定できる方法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

基板上に形成された凹凸パターンに元を照射した場合１
表面および１４部からそれぞれ反射した元は、バビネ（
Ｅａハｎｇｔ’）の原理（参考：物理学大禾元学■（み
すず曹房〕）に従いそれぞれまったく寺しい光強直分布
を持って回折することに盾目し、食刻中の被食刻物に照
射したコヒーレント元か反射し回折してくる元の強度変
化を検出すること九より被食刻部の０］］＃ｔが小さい
場合にも閑さの干渉伝にょる測定を可能にした。

従来の方法では、干渉し合う２つの光強度比が大きいた
め干渉による光強度変化を検出できなかったので、バビ
ネ（Ｂａｂ＊ｔｙｔ　）の原塊で示される回折の原理を
用いる方法を発明した。

バビネの原理によれば１回折を起こさせるある図形によ
る回折源と、その図形の透明部分と本透明部分とを入れ
かえてできる図形による回折像とはフランホーファー領
域においては、回折像面の中央の小部分（光の直進部）
を除いて全く同じ光強度分布を持つ。

そこで、中心部以外の回折源の光強度を検出し従来と同
じ干渉法による計測を行なえば、同じ光強度を持つ２つ
の光束が干渉を匙こ丁ことになるから１元強度は、概ね
以下の式（２）に従って変化することにＴｌ　ｒ）、光
強度の物い位置ではほぼ０にな０％元強度変化な容易に
検出できる。

４πん ＩαＩｏＣ１−ｃｏｐ　（、）片−ｆ２＋ここで、Ｉｏ
は光強度変化の平均値、ｈは碑の深さである。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を、第４図から第７図を用いて説明する
。この実施例は１食刻中に真空室内の破細」足動の深さ
を測定するものである。

本実施例の装置構成を第４図を用いて説明する。

本実施列は、コヒーレント光陽２０．レンズ５６を５６
αから５６Ａの範囲で鯛か１″ことで、光源２０からの
元ビームを５：意の径のビームに広げることができるレ
ンズ糸２１、広がったビームな彼処ｊｉＩＡ物２８上に
絞るレンズ系２６．被処理物２８から反射した光を光検
出器２４に導入するための鏡２２およびレンズ系２６．
光検出器２４により検出された信号を処理する信号処理
系６１ρ）ら構成される測矩装賦であり、反応処刑が行
ｒＬわれる真空室２５゜高周波電源３０．および高周波
１Ｊ＆源３０から高周波電力が印加される電極２７およ
び２９から構成される平行平板形ドライエツチング装置
に適用したものである。

コヒーレント光源２０は、波長λ＝　０．６５２８１ｍ
のＨａ　−Ｎｇレーザを用いる。コヒーレン）ｚｇ２０
から射出した元は、レンズ系２１により、１１１径りな
るビームに広げられ、鋭２２の中央部に設げられた光逍
過部６２を通りレンズ系２６に達する。しンズ糸２６は
％皿径りなるビームを被処理物２８上に焦点を結はぜる
。この時、被処理物２８上に焦点を結ばれた元のスポッ
ト径ｄ・は次の式（６１に従う。

ｄ　＝　２．４弓λ　・・・（３） ここで、ｆはレンズ糸２６の焦点距離である。

式（６）が示すように、被処理物８上のスポット径ｄは
、ビーム径〃をｆえることで可変である。

被処理物２ｓｖｃ＊シ、表面で反射し回折した光は、跳
２２で反射し、レンズ系２３ヲ通り・演出系２４に達す
る。

次に本実施例Ｖこおいて、第５図おまひ弔６図に示すよ
うな平面形状および訪Ｌ＋１］形状を持つ被食刻中の被
食刻物の深さ測定を行う場合を例にとって詳？紬に説明
する。

まず、スリット幅ｄスリット中心間距離ｌスリット数Ｎ
なる平行スリットを考え、このスリットに成長λなるコ
ヒーレント元を照射した場合の距離すなるフランホーフ
ァー領域での回折像の強度分布Ｉは次の式（４）に従う
。

ここでＸは元が直進して７ランホーフ７−領域に設定し
たスクリーンに致達した点を基準にとったスクリーン上
の位置である。

従ってＮが大きい時次の式（５）で示した方向に強い元
が分布することになる。

λ ０＝４ルー１（７）・・・（５） このような平面形状の機側建物にコヒーレント元を照射
する場合、式（４）より、Ｎか大きい時は１式（５）が
示す方向θに強い光強度の極大点がでる。式（５）より
パターンのピッチｌが変わった場合、方向θは大きく変
わるため１本実り例に示したドライエツチング装置にＮ
が大きくなるビームを照射した場合、光検出器の設定位
置が７Ｉ１１廟になる。そこで、ビーム径を小さくする
ことにより式（４）におけるＮを小さくして１回折像の
強度外曲がするどい他人を待たないようにする。

その結果１回折光強度分布は第７凶曲祿５２のようにな
り、Ｎが大きい場合の回折光強度分布を示す曲線５３と
異なり１回折光は、ピッチｌにかかわりなく反射光の方
向に近い方向５４にも光強度分布を持つことになる。

ここで、第５図領域４８ＩＣおける反射回折光の強度分
布を考えてみると、第６図ｒｋＪ５１および面５０で反
射し回折してくる元の強度分布はそれぞれ第８図自蔵５
７および５８のようになる。すなわち、この回折がフラ
ンホーファー領域であるためバビネの原理により中央の
小部分５９を除いて光強度分布が等しく、また反射光の
方向に近い方向６０においても検出可能なｊＹ：、強度
分布を持つ。

そこで、方向６０における回折光をとりこんで干渉光の
強度便化を見れば良い。

本実施例においては、レンズ糸２６によってコヒーレン
ト元のビーム径を絞り、被測定物２８上に＠径約１０μ
〃Ｌ程度の円４８にして照射する。この場合式（４）に
おけるＮの甑は１〜２程度とｒｌるから反射光の方向に
近い方向に光強度分布を持つ回折光が射出する。この場
合光照射領域は円である必要はなく面積１０〜５０００
μ−の範囲の適当な甑を持つ図形であり又良い。

鋭２２に、ハーフミラ−を用いずに、中央にコヒーレン
ト元ビームが通る程度の穴を設けた反射続としたのは、
０次の回折光の元ｇｉｉが大きく、ハーフミ７−で検出
系２４に入射させると。

検出糸内の撮稼素子がブルーミングを起こし。

０次以外の回折光の検出か困難になるためである。

次に、検出した光強度変化から、深さｈを算出する方法
を巣６図にもとづいて説明する。

面４９１面５０１面５１における振幅反射率をそれぞれ
”Ｅ　ｓ　”Ｃ＋”ｇとし１食刻のマスクに用いている
薄膜５４の）ＦＢ衝折率ルとし、被食凪材４７の食刻速
さをｖＩ、薄膜５４の食刻速さをｖｆとし、薄膜５４の
初Ｍ卑さな４とすると１食刻曲始から時間を過きた時に
検出する光強度Ｉは次の式で示される。

Ｉαｌｒ、ｒｌ”＋Ｉｒｃｌ”＋Ｉｒｇｌ”−２１ｒ、
１ｌｒｃｌＣＯε（−、ＣｎＣｄｏ−ｖ７ｔ）す４π −２１ｒＪ　Ｉ　Ｉ　ｒ　ｇ　ｌ　Ｃ（ｌ　Ｊ　（−Ｘ
（ｃｔ６−（Ｊ’　Ｉ−ＬＪ　７　）　ｉリ−２１ｒｃ
ｌｌｒ、ｌＣＯ，ｒ（−７（ｖ、ｔ−ｒＬｃｔｔｏ−ｕ
ｒｔ）す・・・（６） この式において、ｕ７〈＜ｒｚおよび、ｒ−伽ｒ。＜＜
ＴＩより１光強度Ｉは時間ｔに対して帛８図のように変
化する。

食刻陳さｈは次の式（７）でめられる。

ｈ　＝＝　ｕεｔ　川（７） 従っ”’Ｃｏ　”ｙ＜＜４’Ｉ、ｒ−αｒｃ＜＜ｒｓと
いう近似を用いても、兜８図における曲線から陳さんを
氷めた場せ、ル（ｄｏ−１’ｒｔ）たけ夾除より茂〈求
められることにｒ（−９，その分の補止を加えることで
、正確な深さｈが鼻出できる。

以上の実ゐ例においては、被食刻部の闇値が非食糸Ｕ部
の＠槓に比べて小さい場合の仮処理物の食刻深さを食刻
中に測足することかできる。

またこの際、パターンの大きさや形状が変わってもレン
ズ禾２１同のレンズを移動させるとい５答易な動作で対
応できる。しかもこの動作も惺端な大きさ、形状の変化
の時のみ必要であって、例えば、２μｍ７０セスにおけ
る谷デバイスのエツチングにおいては変える必要はない
。

筐た。被処理物の位置合せも、ビームスポットの照射さ
れる場所にパターンが専任するような大まかなもので良
いため、Ｊ＄果実上位置合せは必要ない。同時に、パタ
ーンの大きさ形状の変化にともなう回折光の方間の変化
の影響をなくしているため５元検出器の位置を鯛か丁必
要がない。

さらに１本実施例においては１本発明を平行平板形ドラ
イエツチング装置に進用した例を示したが、他の形式の
エツチング装置に過用しても同僚の効果を生むことは明
らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれは、半導体装１Ｍ製造
時の食刻工程において食刻の深さを干渉法により測定す
る際、被貢創部のＯｉ［＋槓が微小であっても、被食刻
部から反射する光と非食刻部から反射する元の強度を岡
程度にすることができるので、被食刻部の面積が微小な
素子分離用剰もめるいはＭＯＳメモリ用のコンデンサ、
その他の用途に用いる陳鍔の床さ１ｊｔ１１足が食刻中
に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の縦断面図、纂２図は被食刻物の縦＃Ｉ
Ｌ第６図は検出信号を示す特性図。 ５＋！４図は本＠明による央Ｎ？ｉｌの縦断面図、第５
図は被食刻物の平囲図、第６図は褐５図のＡ−Ａ＃面図
、第７図は回折元残灰分布をボす特性図、第８図は慣域
４８からの回折強度分４ｆｉを示す特性図、第９図は検
出信号を示す特性図である。 符号の説明 ２０・・・コヒーレン）ｉｋ２１・・・レンズ糸２２・
・・跳２６・・・レンズ糸 ２４・・・検出糸　２５・・・被食刻物代理人弁理士　
高　橘　明　夫 第　１　目 第　ＺｗＪ 第　３　口 渾之　に 第４−起 ＄　５　図 第　６　図 第　・７　日 第　６　図 ５９′　回Ｓ角度　θ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　半導体装置の食刻工程において、該半導体装置にコ
   ヒーレント光を照射し１反射光の光強度変化を検出して
   食刻探さの測定を行う食刻深さ測定方法でありて１回折
   光の光強ＫＫ化を検出し、残灰変化の位相を読みとるこ
   とにより＊刻の深さを算出することを特徴とする食刻陳
   さ御Ｊ足方法。 ２　半導体装直に照射するコヒーレント光が。 販半導体装直上で面積１０〜５０００μ−程夏の領域で
   あることを哲理とする物許縛氷の範囲出ＩＪＡ記載の食
   刻陳さ測定方法。