JPS61114117A - 微小穴の深さ計測装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、例えば、半導体集積回路表面に形成された微
小な穴の深さを計測する装置に係り、個個の穴の深さを
、非接触、非破壊で、しかも簡便に計測する装置に関す
るものでおる。

〔発明の背景〕

最近の半導体集積回路は、高速に集積化され、静電容量
を形成する場合、表面積を大きくするために、回路表面
に、例えば、開口が１〜２μｍ１深さが５μｍと言った
ような微小な穴を多数形成することが行われている。こ
の場合、穴の形状、特に深さは、個々の静電容量を決定
する重要な因子でおり、所定の静電容量を得るためには
、半導体素子製造プロセスにおいて、この穴の深さを計
測し、制御する必要がある。

従来この穴の深さの計測は、例えば、試料を研摩して穴
の断面が現れるようにし、電子顕微鏡などを用いて観察
する方法（例：　ＩＥＥＥＴ几ＡＮ８ＡＣＴＩＯＮＳ　
０ＮＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥ８゜ＶＯＬ、　ＥＤ
−３１，Ｎｏ、　４．　ＡＰＲＩＬ　１９８４）　ニヨ
ッていた。ところが、この方法は、破壊検査であり、半
導体製造プロセスにおける全数検査に適用できない。試
料の前処理を伴うために測定の能率が極めて悪い、と言
ったような問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記のようか微小寸法の穴の深さを、
非破壊で容易に、しかも能率良く計測できる微小穴の深
さ計測装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明においては、気体振
動の微小穴による共鳴現象を用いることを特徴としてい
る。すなわち、この微小穴は、一種の笛であって、気体
を吹付けた場合、気体の音速及び穴の深さで決まる固有
の周波数で共鳴する。

これより、この共鳴周波数を計測することによって穴の
深さを求めるのが本発明の基本原理である。

この場合、気体としては、例えば、空気あるいは窒素ガ
スのように、試料に損傷を与えないものを任意に選択で
きる。また、この音波は気体中を伝搬するので、非接触
に検出することが可能でおる。

この結果、微小な穴の深さを非接触、非破壊で、容易に
、しかも能率良く計測できる方法の提供が可能になる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の一実施例でおり、気体として、例え
ば空気を用いて本発明を実施する例を示す。すなわち、
ノズル１によって、空気の流れを細く絞って試料２の上
に形成された微小穴３に吹付ける。このように、微小穴
に空気を吹き付けると、笛の原理によって、微小穴の内
部には、第２図の６，７及び８に示したよりな定在波が
発生する。この定在波の周波数は、穴の深さで決まり、
一般に次の式で表される。

ここに、ｆ：定在波の周波数ＣＩ（Ｅ）■−気体中の音
速（ｍ／ｓ　） ｎ：整数（０，１，２，・・・・・・）ｄ：穴の深さく
ｍ） この共鳴による音波は、穴の開口を原点として、空気中
を球面状に伝搬して行く。この音波を、第１図の、例え
ば、超音波マイクロフォンのような音波検出器４によっ
て検出して電気信号に変換し、上記音波信号を周波数分
析器５によって周波数分析することによって、穴による
共鳴周波数を求める。式（１）のｎ　＝　Ｏに相当する
共鳴周波数の音波だけを検出するように音波検出器４の
帯域を定めると、共鳴周波数の測定値ｆから、次の式に
よって、穴の深さｄを求めることができる。

ｄ＝−・・・・・・（２） ｆ 嬉１図の実施例において、気体を空気とし、穴の深さを
、例えば、５μｍとすると、共鳴周波数は、１６．６　
ＭＨｚと々るが、この場合、音波検出器４としては、有
様圧電体く例えば、ＰＶＤＦ）を用いることができる。

音波検出器４の周波数帯域は、計測の対象とする穴の深
さの分布範囲に対応させる必要があるが、単体の検出器
で十分な帯域幅が取れない場合は、共振周波数の異なっ
た複数個の検出器を設置し、それらの出力の加算信号を
周波数分析器５に与えればよい。

第２図は、第１図の実施例において、穴の深さを、基準
の深さか゛らお外れとして計測する方法の実施例である
。第２図において、第１図の実施例の場合と同じ原理に
よって得られる穴の共鳴周波数に対応する音波を音波検
出器４によって検出し、試料穴の共鳴周波数をもつ音波
信号と、別途基準信号発生器９によって発生される基準
深さの穴の共鳴周波数と同じ周波数の基準信号とを、ビ
ート信号抽出器１０に与え、２つの信号のビート信号を
抽出し、上記ビート信号を、例えば、周波数計のような
周波数分析器５に与えることによって、計測の対象とす
る穴の深さの基準深さからの外れを直接計測する。すな
わち、基準の深さをｄＧ１計測の対象とする穴の深さの
ｄｏからの外れをΔｄとすると、上記ビート信号の周波
数Δｆは、で与えられるので、ビート信号の周波数を計
測することによって、基準深さからの外れを求めること
ができる。因みに、吹付ける気体を空気とし、基準深さ
を５μｍ１基準深さからの外れを０．１μｒｎとすると
、ビート周波数は、約０．３ＭＨｚとなり、十分な精密
さで深さを定量化できることがわかる。

〔発明の効果〕

以上に述べたごとく、本発明によれば、微小な穴の深さ
を、非接触、非破壊で、容易に、しかも能率良く計測で
きる方法の提供が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す穴の深さ計測装置の
基本構成図、第２図は、穴の共鳴状態を説明する原理説
明図、第３図は、本発明の他の実施例を示す図である。 １・・・ノズル、２・・・試料、３・・・計測対象の穴
、４・・・音波検出器、５・・・周波数分析器、６，７
．８・・・穴の内部に置ける定在波の発生状態、９・・
・基準信号発生器、１０・・・ビート信号抽出器。 ナ１図 ｖ　２　囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気体を細く絞つて試料穴に吹付ける気体吹付手段と
   、上記手段によつて吹付けられた気体が試料穴の共鳴に
   よつて発する音波を検出する音波検出手段と、上記手段
   によつて検出される音波信号の周波数組成を分析する周
   波数分析手段とを具備し、試料穴の共鳴周波数の測定値
   から試料穴の深さを求めることを特徴とする微小穴の深
   さ計測装置。 ２、上記周波数分析手段は、一定の周波数信号を発生す
   る基準信号発生手段と、上記音波検出手段によつて得ら
   れる音波信号と上記基準信号のビート信号を抽出するビ
   ート信号抽出手段と、上記ビート信号の周波数を計測す
   る周波数計測手段とを具備し、上記ビート信号周波数の
   測定値から試料穴の深さの標準値からの外れを求めるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の微小穴の深
   さ計測装置。