JPS63503008A - レ−ザ−干渉で影像する方法及びこの方法を実施するためのレ−ザ−干渉計 - 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】 ［発明の名称］ レーザー干渉で影像する方法及び この方法を実施するためのレーザー干渉計［技術分野］ 本発明は、添付請求の範囲第１項の導入部に記載した層をエツチングする際に使 用することを目的としたレーザー干渉方法、並びに特に前記レーザー干渉方法を 実施するための層の検査用レーザー干渉計に関する。

［背景技術］ レーザー干渉による検査は、しばしば薄層の検査に採用される。この用途におい て、レーザー干渉計は非常に優勢となってきた。このレーザー干渉計は、例えば エッチ速度とエツチングの終結をめることができるようにするために薄層のエツ チングに使用され、このことは第１図及び第２図を参照すれば一層明瞭となろう 。エツチングされるべき層（２）は基板（１）に載置され、レーザーを照射され る。透明な層の場合、入射レーザービーム（１０）は、前記層（２）の表面で部 分的に反射され、また前記層と基板（１）との界面で部分的に反射される。従っ て、反射レーザービームは、符号（２０）と（２２）で示す２本のビームから成 る。２本の反射ビームの位相差はエツチングされるべきＭ（２）の厚さに依る。

位相関係即ち位相差により、前記ビーム（２０）。

（２２）は強くなったり弱くなったりする。エツチングの場合のように、層（２ ）の厚さが変化すると、その結果として反射されるレーザーは強度が変化する。

反射レーザービームの強度の周期性は保証され、これは第２図に示されている。

エッチ速度は、反射レーザービームの強度の瞬時的コースから、即ち時間Ｔから 確認できる。層（２）がエツチングで除去されると、それにより入射ビーム（１ ０）のみ基板（１）に衝突し、その結果通常は反射率の変化があり、そのため反 射レーザービームの強度は、通常、強度曲線に屈曲を生じるように変化する。前 記屈曲は、第２図に符号（３）で示すようにエツチング工程の終点を示す。

ざらに、変調器の手段によりレーザービームを偏向することは公知である。レー ザースキャナーと呼ばれるそのような装置は、例えば保健技術や特定のホログラ フィ一工程で使用される。

公知のレーザー干渉計装置の欠点は、検査されるべき層の特定の場所を解析する ために正確に固定しなければならないことである。

［発明の開示］ 本発明の目的は、上記背景技術より進めて、検査されるべき表面、特に選択した 地点での「オンライン」解析を可能とするレーザー干渉方法及びレーザー干渉計 を提供することである。

本発明の目的は、本発明に従い、添付請求の範囲第１項の特徴をもつレーザー干 渉方法及び添付請求の範囲第１６項の特徴をもつレーザー干渉計で実施される。

本発明の方法及びレーザー干渉計の有利な別の実施例は添付請求の範囲第２項乃 至第２４項の主題である。

本発明では、レーザー干渉計の手段により被検査表面の視覚描写を得ることが可 能である。レーザーど一層は非検査層の所定表面を通過し、それにより２次元的 に偏向される。反射レーザービームの強度は、地点ごとまたは線ごとに通過する レーザーにより地点ごとに被検査表面全体につき確認でき、連結されたデータ処 理装置を介し評価できる。本発明の方法は、検査に先立つ被解析場所の複雑な固 定が必要でなく、むしろ電子的な位置決めを行うため、レーザー干渉計の使用が 簡単になる。従って、非常に小さな領域でさえ、例えば接触穴でも解析できる。

レーザー干渉計は、さらにマスキング表面に対しエツチング表面の割合が非常に 小さい場合でも使用できる。

本発明のレーザー干渉計では、ＨｅＮｅレーザーやＵ■レーザーを使用するのが 適当である。勿論、他の種類のレーザーも使用でき、例えば、多数の事例で可・ 変周波数の波長をもつレーザーが適切であることが実証されている。

本発明の方法において、レーザービームは請求の範囲第２項に従い電気殿様的に 偏向され、低電力入力と被検査表面の高速走査を可能とする。

添付請求の範囲第３項による方法の適宜変更例においては、レーザービームは電 気的に変調される結晶の手段により偏向される。

添付請求の範囲第４項に従い、レーザービームの偏向又は影像に光学手段を使用 するのが好ましい。これに関連して、例えば半透過性ミラーを使用できる。特に レーザービームがガラス繊維の光学系を介し被検査層に指し向けられる場合に適 し、その場合、光波導体を被検査表面上に指し向けるのが好都合である。レーザ ービームの局部的な分解能力はレンズ系によって高めることができ、このレンズ 系を介しレーザービームは視覚的に表わされ被検査層上に焦点を結ぶ（請求の範 囲第５項）。

信号とノイズの比率を改善するために、請求の範囲第６項に従い、固定可能な周 波数でレーザービームを変調し、この狭帯域周波数の反射レーザービームを検知 することが行われる。

もう１つの手段は、請求の範囲第７項に従い、混合信号を電子的に分解し、信号 ノイズを抑制することである。

本発明による被検査層の走査は、一方では、データ処理装置の使用により層全体 の解析を可能とし、このデータ処理装置により被検査層表面の視覚描写を発生さ せることができる。他方、本発明は、被検査層の任意の所望地点での解析を特に 電子的に行うことを特徴とする請求の範囲第８項）。

従って、請求の範囲第９項によれば、薄層のエツチング時、被エツチング透明層 の表面の所望地点についてエッチ速度をめることが行われる。

請求の範囲第１０項によるＭ層エツチングに対する本発明の方法の別の変更例に おいて、表面の任意の所望地点の終点が検知される。ざらに、請求の範囲第１０ 項によれば、エッチ速度の均一性と被エツチング層における終点を判定すること が行われる。

請求の範囲第１２項による方法の変更例において、選択性は被エツチング層にお いて局部的に解像された状態でめられる。

反射レーザービームを「オンライン」で解析する有利な方法が請求の範囲第１３ 項により提供される。前記方法は、検査又は処理されるべき層の特にエツチング の処理を高速で行うことを可能とする。ざらに表面全体が、タイミングの手段に より視覚的に描写でき、全体に関連して検査できる。データ処理装置からの信号 は、請求の範囲第１３項によれば、工程管理に有利に使用され、エツチングステ ップを材料特に精密加工物の実際上の状態に採用することが可能となる。

データの読み出しにはディスプレースクリーン及び／又はプロッターを使用する のが好ましい（請求の範囲第１５項）。反射レーザービームの強度はディスプレ ースクリーンに表示することができ、従ってこのディスプレースクリーンには被 検査表面の視覚描写を引き出す。この視覚描写を一層鮮明にするために、異なる 強度値に異なる色を割り当てることができる。このように、多色化した視覚描写 がディスプレースクリーンに示され、被検査表面の高速表面解析を産み出す。

勿論、局部のエッチ速度やエツチングの局地の終点も視覚的に描写できる。

特に、本発明のレーザー干渉計は、本発明の方法を実施するのにうまく適合する 。影像レーザー干渉計として構成するためには、ただ変調器とデータ処理装置を 付加的に使用するだけである。前記構成は実質上それほど複雑にならない。好ま しくは、変調器は、請求の範囲第１７項に従う電子機械的な偏向装置を内蔵し、 この偏向装置は請求の範囲第１８項による実施例において電気的に変調される結 晶を内蔵する。

レーザービームを被検査表面に指し向けるために、請求の範囲第１９項に従い光 波ガイドを設けるのが有利であり、それぞれの偏光ユニットが被調整表面上方を 移動される。分解能を高めるために、ビームを被検査表面に焦点を合せる適宜レ ンズ系をビームの通路に挿入するのが好都合でおる（請求の範囲第２、特許請求 の範囲第２１項による本発明の干渉計の好適実施例は、信号対ノイズの比率を高 める装置を含む。この目的のために変調装置を設けることができ、この変調装置 は固定周波数でレーザービームの振幅を変調し、それに応じて変調周波数に狭帯 域化されて指し向けられる。さらに、混合信号を分離しノイズを抑制する電子装 置を設けることができる。

本発明のレーザー干渉計は、好ましくは、請求の範囲第２２項に従うディスプレ ースクリーンを設けられる。前記ディスプレースクリーンは例えば特にエツチン グ工程のような処理の間、被検査表面の全体の印刷が得られるように該表面の調 整を可能とするので便利である。このように、「オンライン」で操作を観察し検 査できる。その代りとして、あるいは請求の範囲第２２項によるディスプレース クリーンに付加して、プロッターを設けることができる。

本発明の干渉計は、好ましくは、エッチ速度と薄層のエツチングにおける終点を めるのに使用される。

この干渉計は、特に、被検査又は被処理の表面全体についてのデータを確認でき るため、工程管理に使用でき便利である。

［図面の簡単な説明］ 本発明は、添付図面を参照しながら本発明の好適実施例を挙げることにより一層 明瞭となる。

第１図は、薄層のエツチング時に終点とエッチ速度をめるためのレーザー干渉計 の原理を表わす概略図である。

第２図は、ダイヤグラムであり、薄い透明層のエツチング期間中における反射レ ーザービームの強度を時間ｔに対し示し、このダイヤグラムよりエッチ速度と終 点をめることができる。

第３図は、本発明の影像レーザー干渉計の構造を表わす概略図である。

第４図は、被エツチング表面、エツチングマスキング、並びに照射領域の局部的 関係を示す概略図である。

第５図は、データ処理装置に接続されたディスプレースクリーン上の画面の一例 である。

第６ａ、６ｂ図は、データ処理装置に接続されたプロッターを介し読み出される ダイヤグラムの例を示し、ａ）では、反射レーザービームの強度■ｒの瞬間的挙 動、並びに座標Ｘに依存するエッチ速度の局地的変化を示す。

［発明の好適実施例の説明］ 本発明の影像レーザー干渉計の構造につき、第３図を参照しながら以下に説明す る。レーザー（１００）は、例えばガスレーザーであって、レーザービーム（１ ０）の発生源として設けられる。変調器（３０）は偏向ユニットを表わし、符号 （３１）の十字矢印で示したようにレーザービーム（１０）を２次元に偏向させ る目的を果たす。信号線（３２）は変調器（３０）からデータ処理装置（４０） に接続している。ビームの通路に挿入されているのは角度を成して配置された半 透過性のミラー（５０）で、レーザービーム（１０）をターゲット、即ち被検査 表面に導く。半透過性ミラー（５０）の後方且つ被検査表面の上方には光学手段 （６０）が配置され、該光学手段は例えば光波ガイド及び／又はレンズ系である 。変調器（３０）及びデータ処理装置（４０）へ導く配線は、明瞭化のため、こ の概略図には示されない。

図示の好適実施例において、本発明のレーザー干渉計はエツチング反応器（６） に関連して使用される。前記エツチング反応器において、処理されるべき半導体 ディスク、即ち基板（１）は支持装置（５）によりサンプルプレート（４）上に 配置される。基板（１）上には層（２）が横たわり、該層はエツチングにより選 択的に除去されるものである。この目的で、エツチングマスキングが通常使用さ れる。

光学手段（６０）と半透過性ミラー（５０）は被検査表面から反射されたレーザ ービーム（２０，，２２）を通過させる。

半透過性ミラー（５０）後方の光学通路に検知器（７０）が設けられ番。前記検 知器は、反射レーザービーム（２０゜２２）を検知し、光学情報をデータ信号に 変換する。検知器（７０）は配線（７２）を介しデータ処理装置（４０）に接続 される。

ディスプレースクリーン（８２）を有するディスプレースクリーン装置（８０） がデータ処理装置に連結される。

被検査表面の視覚的画像がディスプレースクリーンに概略的に表示される。ディ スプレースクリーン装置（８０）は、更に符号８４の二重矢印で示すようにデー タ処理装置からの他の画像を要求する手段を含む。これに関して、ディスプレー スクリーン装置は、アクティブターミナルとして操作可能である。データ処理装 置（４０）にはさらにプロッター（９０）が連結される。実演目的で、前記プロ ッターにより再生されるダイヤグラムの一例（９２）が表示される。矢印（９４ ）が示す通り、プロッター（９０）は読み出し装置としてのみ意図されている。

本発明の影像レーザー干渉計は以下の通り作動する。

レーザー（ｉｏｏ）から発せられたレーザービーム（１０）は変調器（３０）に より２次元的に偏向される。レーザービーム（１０）は、半透過性ミラー（５０ ）で反射され、既述の好適実施例では９０度屈折される。次いで、レーザービー ム（１０）は光学手段（６０）により指し向けられる。被エツチング層（２）の 表面及び該エツチング層と基板（１）との界面でレーザービーム（１０）が反射 することに対応する２本の位相が変位したビーム（２０，２２＞から成る反射レ ーザービームは半透過性ミラー（５０）を通るように指し向けられ、検知器（７ ０）に受入れられる。光学情報は、検知器（７０）で電気信号に変換され、デー タ処理装置（４０）に送られる。データ処理装置（４０）は変調器（３０）から 信号を受入れ、それの偏向関数に関係し、受信データの相関性を瞬間的に修正し 、それらの評価を可能とする。前記電気信号はデータ処理装置（４０）において 処理され、例えばディスプレースクリーン装置（８０）及びプロッター（９０） のような周辺ユニットで読み出される。

このように、被検査表面のデータは、操作中に被検査表面で確認でき、被検査又 は被処理表面は視覚的に表示される。エツチング操作において、例えばエッチ速 度、終点、エツチングの選択性は、このようにしてエツチング操作中即ち「オン ライン」で処理し読み出すことができる。

第４図は、本発明の影像レーザー干渉計で検査されるべき表面を詳細に示す。基 板（１）を概略的に示す。

ここでは層（２）とエツチングマスキング（７）は断面で示される。エツチング マスキング（１）は全体の層を覆うのでなく、エツチングで除去すべき符号（８ ）で示す層（２）の領域を覆わない状態のままとされる。検査されるべき選択さ れた表面は、レーザービーム（１０）の外縁ビームａ）、　ｂ）で示す通り、前 記領域（８）とエツチングマスキング（７）の一部分を含む。前記領域は、再度 １次元的に符＠（１１）で示される。エツチング反応器（６）の前述構成で、以 下の情報がディスプレースクリーンを介し読み出すことができる。即ち前記情報 は、任意の所望地点における層（２）またはエツチングマスキング（７）のエッ チ速度、任意の所望地点における層（２）の終点、及び必要あれば検査表面のす べての所望地点におけるエツチングマスキング（７）の終了地点である。

さらにエツチング作用の均一性を監視できる。また、エツチングマスキング（７ ）と領域（８）における層（２）を通過することにより、エツチングマスキング （７）に関連した層（２）におけるエツチング作用の選択性を視覚的に表示する ことが可能である。

第５図は、ディスプレースクリーン装置（８０）における読み出し視覚的表示（ ８２）をごく概略的に示す。例えば、符号（８４）で示されているのはエツチン グマスキング（７）の表面描写であり、符＠（８６）は領域（８）の表面描写で ある。個々の描写は明るさ及び／又は色に差胃があり、この差異に応じ、異なる 強度値は明るさ又は色の値の異なる等級を割当てられる。明るさ又は色がディス プレースクリーン上でもはや変化しなくなったとき、エツチング作用の終点に達 したことになる。

第６ａ、６ｂ図は、プロッター（９０）での読出しダイヤグラムの例を示す。第 ６ａ図は、第３図に概略的に示したダイヤグラム（９２）と同様のダイヤグラム を例示する。反射レーザービームの強度ｉｒは時間に対し示され、反射レーザー ビームの強度の瞬間的コースは、図示の曲線において符号（３）の屈曲で示され るようにエツチング工程が終了するまで周期的であり、この曲線は終了地点をグ ラフで再生する。エッチ速度は、このダイヤグラムから選定地点で確認できる。

第６ｂ図は、検査表面に沿ったエッチ速度のコースを例示ザる。エッチ速度は局 地の座標Ｘに対し示される。発生するものは連続的であるが、エッチ速度のコー スは完全に一定ではない。この曲線により、エッチ速度の一様性、エツチング膜 の局地的選択性、並びにエツチングの終了地点を判定することが可能となる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に薄層のエッチングに使用されるレーザー干渉方法であって、被検査層が レーザーを照射され、被検査層の表面から反射されるビームと該被検査層の下方 界面から反射されるビームとから成る反射レーザービームの強度が確認されると 共に評価され、前記レーザービームが被検査層の特定表面上を通過し、前記反射 レーザービームの強度がデータ処理装置に送られ、該データ処理装置を介し被検 査層に関する情報が読み出されることを特徴とする、レーザー干渉方法。 ２．前記レーザービームが電子機械的に偏向される、請求の範囲第１項記載の方 法。 ３．前記レーザービームが電気的に変調される結晶によって偏向される、請求の 範囲第１項または第２項記載の方法。 ４．前記レーザービームが光学手段により屈曲され且つ／又は視覚的に再生され る、請求の範囲第１項乃至第３項のうちいずれか１項記載の方法。 ５．前記レーザービームが分解能を高めるために収束される、請求の範囲第１項 乃至第４項のうちいずれか１項記載の方法。 ６．前記レーザービームの強度が固定周波数で変調され、前記反射レーザービー ムが変調周波数に狭帯域化されて検知される、請求の範囲第１項乃至第５項のう ちいずれか１項記載の方法。 ７．混合信号が電子的に分離され、信号ノイズが抑制される、請求の範囲第１項 乃至第６項のうちいずれか１項記載の方法。 ８．前記反射ビームが、被検査層表面の所望地点につき電子的に評価される、請 求の範囲第１項乃至第７項のうちいずれか１項記載の方法。 ９．薄層のエッチングに使用される方法であって、エッチ速度が被エッチング層 表面の所望地点につき求められる、請求の範囲第８項記載の方法。 １０．薄層のエッチングに作用される方法であって、終了地点が、被検査層表面 の所望地点で検知される、請求の範囲第８項または第９項記載の方法。 １１．エッチ速度の均一性と終了地点が被エッチ層で判定される、請求の範囲第 ９項または第１０項記載の方法。 １２．被エッチ層の選択性が局地的に解像された状態で確認される、請求の範囲 第８項乃至第１２項のうちいずれか１項記載の方法。 １３．前記反射レーザービームの解析が「オンライン」を保証する、請求の範囲 第８項乃至第１２項のうちいすれか１項記載の方法。 １４．データ処理装置からの信号が工程管理に使用される、請求の範囲第１項乃 至第１３項のうちいずれか１項記載の方法。 １５．前記反射レーザービームの情報が、ディスプレースクリーン及び／又はプ ロッターに視覚的に表示される、請求の範囲第１項乃至第１４項のうちいずれか １項記載の方法。 １６．レーザービーム（１０）を偏向する変調器（３０）と、反射レーザービー ム（２０，２２）の検知器（７０）と、検知器の信号を解析するデータ処理装置 （４０）とから成る、特に請求の範囲第１項乃至第１５項のうちいずれか１項の 方法を実施するための層の検査用レーザー干渉計。 １７．変調器（３０）が電子機械的な偏向装置を具備する、請求の範囲第１６項 記載のレーザー干渉計。 １８．変調器（３０）が電気的に変調される結晶を内蔵する、請求の範囲第１６ 項又は第１７項記載のレーザー干渉計。 １９．レーザービーム（１０）を被検査表面に案内するためのガラス繊維の光学 手段（６０）を含む、請求の範囲第１６項乃至第１８項のうちいずれか１項記載 のレーザー干渉計。 ２０．前記レーザービームを被走査表面に収束させる収束光学手段（６０）を含 む、請求の範囲第１６項乃至第１８項のうちいずれか１項記載のレーザー干渉計 。 ２１．信号対ノイズの比率を高める装置を含む、請求の範囲第１６項乃至第２０ 項のうちいずれか１項記載のレーザー干渉計。 ２２．データ処理装置（４０）に連結されたディスプレースクリーン（８０）を 含む、請求の範囲第１６項乃至第２１項のうちいずれか１項記載のレーザー干渉 計。 ２３．データ処理装置（４０）に連結されたプロッター（９０）を含む請求の範 囲第１６項乃至第２２項のうちいずれか１項記載のレーザー干渉計。 ２４．請求の範囲第１６項乃至第２３項のうちいずれか１項記載の前記レーザー 干渉計の工程管理への用途。