KR920004751B1 - 미소 고저차 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

미소 고저차 측정장치 및 그 방법 Download PDF

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노리유끼 곤도
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다이니뽄 스크린 세이조 가부시끼가이샤
이시다 도꾸지로
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Abstract

내용 없음.

Description

미소 고저차 측정장치 및 그 방법
제 1 도는 본 발명에 따라 측정될 수 있는 미소 차이를 갖는 물체의 일예로서의 D RAM을 도시한 단면도.
제 2 도는 종래의 미소 차이의 측정원리를 도시한 도면.
제 3a 도는 반사광이 신호량을 많이 포함하는 경우의 스펙트럼 강도를 도시한 도면.
제 3b 도는 반사광이 신호량을 거의 포함하지 않는 경우의 스펙트럼 강도를 도시한 도면.
제 4 도는 박막의 두께를 측정하는 원리도.
제 5 도는 박막의 두께측정원리를 도시하기 위한 반사광의 스펙트럼 강도를 도시하는 도면.
제 6a 도는 본 발명에 따른 미소 차이 측정장치의 원리를 도시하기 위한 도면.
제 6b 도는 제 6a 도의 선 ⅥB-ⅥB로 도시한 부분 단면도.
제 7 도는 본 발명을 일반 금속현미경에 조립한 경우의 전체도.
제 8 도는 본 발명의 바람직한 구체예를 도시한 도면.
제 9a 도, 제 9b 도는 제 1 실시예에 의해 분광기에 입사된 회절광의 스펙트럼 분포를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : P형 반도체 기판 105 : 게이트 전극
106 : 불순물층 107 : 커패시터 전극
16A : 시료면
본 발명은 일반적으로 미소 거리 또는 크기 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 예를들면 반도체 웨이퍼의 2개의 표면사이의 거리를 비파괴, 비접촉으로 측정하는 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
근래, 대기억용량을 구비한 다이나믹 RAM(램덤 억세스 메모리)에서는 집적밀도를 높이기 위해 소위 홈형 커패시터가 널리 채용되고 있다.
제 1 도는 홈형 커패시터를 갖는 다이나믹 RAM의 하나의 메모리 셀을 도시한 도면이다.
제 1 도를 참조하면 다이나믹 RAM은 홈(102)을 갖는 예를 들어 P형 반도체기판(101)과 반도체기판(101)의 주표면상에 형성된 n형 불순물 확산층(103,104)과, n형 확산층(103,104)에 끼인 영역상에 절연막을 거쳐 형성된 게이트전극(105)과, 홈(102)내의 외주에 형성되고 n형 확산영역(104)에 접속된 n형 불순물층(106)과, n형 불순물층(106)상에 절연막을 거쳐 형성된 커패시터 전극(107)을 포함한다. n형 불순물 영역(106)과, 커패서터 전극(107)과, 그 사이에 협지된 절연막으로 홈형 커패시터를 형성한다.
고집적화된 메모리 셀의 홈의 치수는 폭(W)이 약 1μ, 깊이(D)가 약 수 μ이다(제 1 도 참조). 홈형 커패시터의 용량치는 홈의 깊이의 함수이다.
따라서 이런 종류의 반도체 기억장치의 특성치를 관리하기 위해 그 제조동안에 홈의 깊이를 비파괴, 비접촉상태로 정확히 측정할 것이 요구되고 있다.
이런 홈의 깊이를 비파괴, 비접촉으로 측정하는 방법은 파장 스펙트럼방식이나 간섭스펙트럼방식을 포함한다.
이들 측정방법은 모두 후술하는 바와 같이 시료면으로부터의 반사광의 스펙트럼을 검지함으로써 시료면의 단차부에 있어서의 미소 차이를 측정하는 방법이다. 전자에 의한 간섭효과를 검지하는 수단은 프리즘이나 회절격자등의 분광기로부터 사용되는 분광측정수단이다. 후자의 방법은 간섭계로 구성되는 분광측정수단인 검지수단을 이용한다.
제 2 도는 종래의 측정방법을 설명하기 위한 도면이다.
예를들면 실리콘 웨이퍼같은 시료(16)의 시료면(16A)에는 홈 커패시터를 형성하기 위한 미세홈(36)이 형성되어있다. 가시 백색광(L1)은 시료면(16A)에 수직인 방향으로 시료면(16A)에 충돌한다. 이런 시료면(16A)에 이 가시백색광(L1)은 시료면(16A)의 평탄면 표면(상부)과 홈(36)의 바닥(하부)에서 각각 반사된다. 그 때문에 시료면(16A)의 평평한 표면에서 반사된 반사광(L21)과 홈(36)의 바닥에서 반사된 반사광(L22) 사이에는 홈 깊이에 상당하는 위상차가 생긴다. 반사광의 진폭은 광의 파장에 따라 변하여 간섭광이 발생된다.
측정영역내에 있어서의 홈이 점유하는 면적 비율이 비교적 큰 경우에 이와 같은 반사광(L2)의 스펙트럼 강도를 측정한 결과가 제 3a 도에 도시된다. 이 도면으로부터 명백한 바와 같이 스펙트럼의 강도분포는 파장 λ의 함수로서 변화하고, 이 변화의 산과 산 사이의 거리 H가 홈(36)의 깊이(D)에 대응하고 있다.
다음에 이 이유에 대해 간단히 설명한다. 제 4 도는 박막의 두께를 계측하는 원리를 도시한 도면이다. 제 4 도를 참조하는 A는 공기층, B는 단막층, C는 기판이며, 각각의 굴절율 η2,η1,η0를 갖는 것으로 한다.
도면중의 화살표가 붙은 선의 방향은 빛의 통과방향을 도시한다. 실제로는 광은 수직 입사하는 것이라고 한정되지는 않으나, 광이 수직으로만 입사한다고 하면 그 반사율 |R1|2은 다음식으로 표시된다.
Figure kpo00001
여기서 δ1=4πη1d1/λ
d1: 막의 두께(제 4 도 참조)
λ : 파장
(상기 식은 예를들어 쯔쯔이등의 "응용광학개론"가네하라 출판 P217 내지 218(1969)에 기재되어 있음)
상기 (1)식에 도시한 |R1(λ)|은
Figure kpo00002
의 함수가 된다. 따라서 |R1(λ)|의 곡선 정성적으로 δ1=4πη1(λ)d1/λ=2π의 주기로 산과 골이 반복된다. 한편, 홈의 바닥에서 반사되어온 광과 웨이퍼 표면에서 반사된 광의 광로차가 광의 파장의 짝수배가 되면 광은 서로 합해 강해지며, 그것이 파장의 기수배가 되면 광은 서로 약해진다. 따라서 홈의 깊이가 일정할때는 파장이 짧으면 |R1(λ)|을 표시하는 산의 수는 밀하게되고 파장이 길어지면 소하게 된다. 이 곡선의 예가 제 5 도에 도시된다. 제 5 도는 x축을 파장이라 하고, y축을 |R1(λ)|이라 한 경우의 그래프이다. 제 5 도에 있어서
Figure kpo00003
이 성립된다.
여기서 x : 산과 골이 반복된 회수
m : 정수
η1(λs) : 파장 λs에 있어서의 막의 굴절율
η2(λl) : 파장 λL에 있어서의 막의 굴절율
d1: 막의 두께
즉, 일정 파장영역내의 산의 수와 측정하고 싶은 막의 굴절율로부터, 막두께가 측정될 수 있다. 이 생각을 적용하여 막의 두께를 홈의 깊이라 하면 홈의 깊이가 측정될 수 있다.
또, 제 5 도는 제 3a 도, 제 3b 도에 대응하고 있다.
실리콘 웨이퍼와 같은 시료로 형성되는 홈은 제 1 도와 같이 상당히 좁으므로 홈의 바닥면적의 합계는 측정영역의 면적의 10% 이하가 되는 일이 많다. 이와 같은 시료가 종래의 방법에 의해 측정되면 반사광의 대부분은 시료 표면(16A)의 홈이 없는 평탄한 부분에서 정반사된다. 시료면에 있어서의 미소 차이의 영향에 의한 간섭광이 전반사광에 점유하는 비율은 상당히 적다. 그 결과, 이와 같은 시료면으로부터의 반사광이 분과되면 제 3b 도에 도시한 바와 같이 강도(각 파장에 있어서의 강도를 평균한 평균강도)가 높고 진폭(산과 골의 강도차)이 작아진다. 환언하면 평균강도에 대한 진폭의 크기(이하, 콘트라스트라 칭함)가 낮은 신호밖에 얻을 수 없다. 따라서 홈 깊이를 정확히 측정할 수 없다. 제 3a 도의 스펙트럼(홈이 점유하는 면적비가 큰)쪽이 제 3b 도의 스펙트럼(면적비가 작은)보다도 그 강도가 저하되어 있다. 이 이유는 홈에서의 광의 회절광이 많아져서 시료면으로부터의 반사광을 집광하는 광학계에 입사하는 광이 작아지기 때문이다.
상기와 같은 문제를 해소하기 위해 다음과 같은 방법을 생각할 수 있다.
실 패턴(예를들면 홈형 커패시터로서 이용되는 패턴)이 형성되어 있는 시료면상의 일부의 구획이 홈부의 면적비율이 높은 테스트 패턴으로 변경된다. 이 테스트용 패턴이 상술한 방법으로 측정된다. 그 결과 실 패턴에서의 홈 깊이가 추정된다는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 상기 방법은 이하의 문제를 포함한다. 실제의 소자로서는 이용되지 않는 테스트용 패턴이 실리콘 웨이퍼면에 형성되기 때문에 그만큼만 쓸모없는 면적이 늘어난다. 따라서 고밀도화를 겨냥한 반도체 장치에 있어 부적합하다. 더욱이, 테스트용 패턴과 실 패턴과의 면적비율이 달라지면 제조공정에 있어서의 양자의 홈 깊이에 차이가 생기기 쉽다. 그 결과 비록 테스트용 패턴의 홈 깊이가 정확히 측정되어도 그 측정결과로부터 실 패턴의 홈 깊이를 정확히 알 수 없다.
그 때문에 본 발명의 목적의 하나는 시료면에 형성되는 오목부의 밀도가 볼록부에 비해 낮은 경우라도 미소 차이를 정확히 측정할 수 있는 측정방법 및 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복잡한 장치를 이용하지 않고 미소 차이를 정확히 측정할 수 있는 측정방법 및 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 간단한 구성으로 노이즈가 적은 신호가 얻어지는 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 장치 전체가 일반 금속 현미경에 용이하게 조립할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 홈형 커패시터의 홈 깊이를 정확히 측정할 수 있는 측정방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 주면과 제 2 면 사이의 거리를 측정하는 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 측정장치가 이하를 포함으로써 달성된다.
본 발명에 따른 미소 고저차 측정장치는 주면과 제 2 면을 차이 수용하는 수단과, 상기 주면과 제 2 면을 조명하기 위한 광원과, 주면으로부터 규칙적으로 반사되는 제 1 반사광 성분과 주면과 제 2 면으로부터 반사되는 간섭된 제 2 반사광을 집광하기 위한 집광광학계와, 제 2 반사광 성분에 대해 제 1 반사광 성분을 감소시키기 위한 제 1 반사광 성분 삭감수단을 포함한다.
본 발명의 상기 목적은 주면과 제 2 면 사이의 거리 측정 방법으로 달성될 수 있다. 그 방법은 적재대상에 시료를 위치시키는 단계와(시료는 주면과 제 2 면을 포함한다). 시료를 조명하는 단계와, 주면으로부터 광의 제 1 성분을 반사시키는 단계와(제 1 성분은 간섭을 포함하지 않는다), 주면과 제 2 면으로부터 제 2광성분을 반사시키는 단계와(제 2 성분과 간섭되고 간섭은 제 2 면 사이의 거리에 대응된다), 제 1 및 제 2 성분을 집광시키는 단계와, 제 2 성분에 비하여 제 1 성분을 감소시키는 단계와 포함한다.
본 발명의 상기 목적은 주면과 제 2 면 사이의 매우 작은 크기를 측정하는 시스템으로 달성될 수 있다. 그 시스템은 주면과 제 2 면으로부터 광을 반사시키기 위해 그 면에 조명하는 수단과, 매우 작은 크기를 측정하기 위해 상기 면으로부터 반사된 간섭된 광을 분석하는 수단과, 분석된 광의 콘트라스트를 증가시키고 매우 작은 크기의 측정을 제고시키기 위해 상기 면으로부터 반사된 광성분을 감속시키는 수단을 포함한다.
그러한 장치, 방법 및 시스템에 의해서, 상기 성분을 하며, 반사된 광 전체에 대한 제 2 반사광 성분의 비가 증가되고, 미소 차이를 측정하기 위한 신호가 발생될 것이다. 따라서, 오목부 또는 볼록부의 밀도가 적더라도 미소 차이를 정확히 측정할 수 있는 장치가 제공된다.
적합한 실시예에 따르면 제 1 반사광 성분 삭감 수단은 제 1 반사광 성분을 차광하기 위한 차광수단을 포함한다.
상기 장치가 상기를 포함하기 때문에, 복잡한 장치를 요하지 않고 미소 차이를 측정하기 위한 신호를 얻을 수 있는 측정장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 더욱 적합한 실시예에 따르면 조명광은 상기 시료의 주표면에 거의 수직으로 입사하고, 제 1 반사광 성분은 상기 시료 주표면에 대해 거의 수직으로 반사하고, 제 2 반사광 성분은 상기 시료의 주표면에 대해 임의 방향으로 반사하게 되며, 집광광학계는 광축을 가지며 차광수단은 집광광학계의 광축부근의 광을 차단한다.
측정장치는 상기 구성을 포함하기 때문에 간단한 구성으로 노이즈가 적은 신호가 얻어지는 미소 차이 측정장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 더욱 적합한 실시예에 따르면 차광수단은 중앙부에 형성된 차광부와 차광부 이외에 형성된 투과부를 갖는 유리마스크와, 유리마스크와 집광광학계 사이에 설치되고 광원으로부터의 광을 상기 시료의 주표면으로 조사하고 반사광을 유리마스크에 도달시키기 위한 하프미러를 포함한다.
본 발명은 상기 구성을 포함하기 때문에 장치 전체가 일반의 금속현미경에 용이하게 조립될 수 있다.
또한 시료면을 조사하기 위한 하프미러와 주표면 및 반사된 반사광을 차광하는 유리마스크가 따로 설치되어 있다. 그 결과, 시료면의 조명이 충분히 가능한 동시에 미소 차이를 검출하기 위한 신호를 얻을 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 더욱 적합한 실시예에 따르면 미소 고저차 측정방법은 주표면에 미소 차이를 갖는 부분이 형성된 시료를 적재대에 적재하는 단계와, 시료 주표면에 광원으로부터의 광을 조명하는 단계와, 조명에 의해 시료의 미소 차이를 갖는 부분에서 미소 차이에 따라 반사광을 간섭시킴으로써 제 1 반사광 성분을 반사시키는 단계와, 조명에 의해 시료 주표면상에서만 광을 반사시킴으로써 간섭광을 포함하지 않는 제 2 반사광 성분을 반사시키는 단계와, 제1 및 제2반사광 성분을 포함하는 반사광을 집광하는 단계와, 집광된 반사광중 제 2 반사광 성분에 대해 제 1 반사광 성분을 감소시키는 단계를 포함한다.
미소 고저차 측정방법이 상기 단계를 포함하기 때문에 미소 차이를 검지하기 위한 신호가 되는 간섭된 반사광의 전반사광에 대한 비율이 높아진다. 그 결과, 요철의 밀도가 낮은 경우에도 미소 차이를 정확히 측정할 수 있는 측정방법을 제공할 수 있다.
적합한 실시예에 따르면 집광광학계는 광축을 갖고 집광된 반사광중 제 2 반사광 성분에 대해 제 1 반사광성분을 감소시키는 단계는 집광광학계의 광축 부근의 광을 차단함으로써 제 1 반사광 성분을 차광하는 단계를 포함한다.
측정방법이 상기 단계를 포함하기 때문에 용이하게 제 1 반사광 성분을 제거할 수 있다. 그 결과, 용이하게 미소 고저차를 측정할 수 있는 측정방법을 제공할 수 있다.
제 6a 도, 제 6b 도는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치의 요부를 도시한 개략도이며, 제7도는 그 전체의 개략도이다.
제 7 도를 참조하면 장치는 통상의 금속현미경(2)과, 분광기(4)로 이루어지는 분광현미경과, 데이터처리부(6)등을 포함한다.
금속현미경(2)은 광원(8)과 특수미러(40), 결상렌즈(18), 대물렌즈(12)등을 포함하는 광학계를 포함한다.
분광기(4)는 필드 다이어프램(30), 셔터(34), 개구 다이어프램(35), 요면 회절격자(22), 선형 상센서(이하 CCD라 함)(24)를 포함한다. 데이터 처리부(6)는 CPU와, 키보드와, CRT(26)를 포함한다.
광원(8)으로부터 조사된 가시 백색광은 특수 미러(40)로 반사되어 후술하는 대물렌즈(12)를 통과하고, 스테이지(14)상에 세트된 실리콘 웨이퍼등의 시료(16) 표면에 도달하고 시표 표면에서 반사된다. 반사광은 다시 대물렌즈(12)를 통과하고, 또 특수미러(40), 결상렌즈(18)등을 거쳐 분광기(4)의 입사 핀홀(20)에 입사 된다. 입사 핀홀(20)을 적재대상에 놓인 시료의 상이 형성되는 위치에서 광축상에 배치된다. 시료 표면의 단일점에서 방출된 광은 입사 핀홀(20)을 통과하여 요면 회전 격자(22)에 도달한다.
요면 회절격자(22)는 수용된 광을 분광한다. 그 결과 얻어지는 스펙트럼은 CCD(24)의 광전변환수단에 의해, 전기신호로 변환된다. 이 전기 신호가 데이터 처리부(6)에 부여된다. 데이터가 적절히 연산처리되어 미소 차이가 결정되고, 그 결과가 CRT(26)나 프린터(28)에 적용된다.
광원(8)은 가시 백색광을 조사하는 백색광 램프를 포함한다. 대물렌즈(12)는 시표면으로부터 반사된 광을 집광하는 기능과 전원(8)으로부터 시료면으로 광을 반사하는 기능을 갖는다. 다이어프램(35)의 개구는 대물렌즈(2)의 개구보다 작다. 따라서, 대물렌즈(12)로부터 방출된 가시 백색광의 선의 다발의 패창은 대물렌즈에 입사하는 반사광선의 다발의 팽창보다 작다. 구체적으로는 광원으로부터 조사된 가시 백색광의 개구 다이어프램(35)의 위치에 있어서의 광속직경이 3mm가 되도록 조정된다.
제 6b 도는 제 6a 도는 VIB-VIB선으로 표시한 부분에서 본 특수미러(40)의 평면도이다. 특수미러(40)의 중앙부만이 거울면(42)을 갖는다. 따라서 특수미러(40)의 중앙부는 차광성을 갖는다. 구체적으로는 특수미러(40)는 유리판의 중앙부에 알루미늄막등에 의해 형성된 작은 거울면(42)을 포함한다. 특수미러(40)는 수평으로 입사한 가시 백색광 L4를 연직으로 반사시키기 위해 입사광에 대해 45도 각도로 부착된다. 이와 같은 부착상태에서, 입사방향으로부터 거울면(42)을 볼때, 거울면(42)이 원형이 되도록 긴 직경이 약 4.2mm, 짧은 직경이 3mm인 타원형상으로 형성되어 있다. 특수미러(40)의 거울면(42) 이외의 부분은 투과성을 갖는다. 특수미러(40)는 하프미러라도 좋다.
백색광을 시료면에 조사하는 조명용 광학계를 구비한 대물렌즈(12)는 초점거리가 9mm이고 그 광축이 반사면에 대해 거의 수직이 되도록 설정되어 있다.
다음에, 상술한 구성을 구비한 실시예의 작용을 설명한다.
광원으로부터 조사된 가시 백색광 L4는 거울면(42)에 의해 반사되어 대물렌즈(12)에 입사하고, 수집된 시료면(16A)에 조사된다. 시료면(16A)에 조사된 백색광 L4중 평탄면에 조사된 가시 백색광 L4는 정반사된다. 홈(36)의 주변에 조사된 가시 백색광 L4는 회절되어 특수미러(40)에 입사한다. 정반사광이 입사하는 부분에는 거울면(42)이 형성되어 있으므로, 정반사광은 이 영역에서 차광된다. 그 결과, 정반사광은 미러 배후(분광기(4)측)로는 전달되지 않는다.
시료면(16A)에서 회절되어 돌아온 회절광은 정반사광의 주변에도 널리 분포하므로 거울면(42)에서 거의 차광되지 않고, 특수미러(40)를 통과한다. 특수미러(40)를 투과한 회절광은 결상렌즈(18)로 수집되어 분광기(4)의 입사 핀홀(20)에 입사된다.
제 1 실시예에서는 정반사광을 차광하는 차광수단이 특수미러(40), 광원(8)으로부터의 가시 백색광을 시료면으로 거의 수직으로 조사하도록 반사하기 위한 편향수단의 기능도 갖는다. 그 결과, 차광수단과 편향수단을 별개로 설치하는 경우에 비해 부품 갯수를 삭감할 수 있다.
제 8 도는 본 발명의 제 2 실시예의 요부를 도시한 개략도이다.
본 실시예에 있어서는 특수미러(40)가 하프미러(10)와 중앙부가 차광된 유리마스크(46)로 대체되어있다. 제 2 실시예에서는, 특수미러(40)는 차광기능을 갖는다.
통상의 현미경에서는 대물렌즈의 후측 초점은 대물렌즈 내부나, 혹은 그 부근에 있다. 유리마스크(46)가 대물렌즈 후측 초점 위치에 세트되면, 조명광(가시 백색광) 자체는 그 대물렌즈에 입사하기 전에 따라서 조명광 자체가 시료면에 조사되지 않게 된다. 또한, 대물렌즈에 후측 초점과 쌍의 관계에 있는 위치에는 유리마스크(46)는 세트할 수 없다. 그 이유는 결상관계에 있는 위치는 시료면이 결상되는 분광기의 입사 핀홀보다 더 높은 위치에 있기 때문이다. 그래서, 본 실시예에서는 유리마스크를 적당한 위치에 세트하기 위해 렌즈계가(44,50)가 설치되어 있다.
결상렌즈(18)의 후측 초점 이후에 렌즈 유니트(44)가 배치된다. 그로써 대물렌즈(12)의 후측 초점의 결상위치가 결정되고 이 위치에 유리마스크(46)가 세트된다. 이 유리마스크(46)는 전투과정 유리판이며, 그 중심위치에 직경이 1mm인 차광성 막(48)이 형성되어있다. 유리마스크(20) 상방에는 렌즈 유니트(50)가 배치되고, 이 렌즈 유니트(50)에서 수집된 광이 분광기(4)의 입사 핀홀(20)에 입사한다. 본 실시예에 있어서 대물렌즈(12)의 구경은 10mm, 초점거리는 9mm, 결상렌즈(18)의 초점거리는 180mm, 렌즈 유니트(44)의 초점거리는 50mm, 렌즈유니트(50)의 초점거리는 15mm로 각각 설정되어있다.
다음에, 제 2 실시예의 작용을 제 7 도, 제 8 도를 참조하여 설명한다. 가시 백색광(개구 다이어프램(35)의 위치에서의 광속(光束) 직경이 3mm 정도가 되도록 개구 다이어프램에서 조정된)(L4)는 하프미터(10)에서 연직하방으로 반사되고, 대물렌즈(12)를 통해 시료면(16)에 도달한다. 시료면(16A)으로부터의 정반사광과 회절광은 대물렌즈(12), 하프미러(10), 결상렌즈(18), 렌즈 유니트(44)를 통해 유리마스크(46)에 도달한다. 유리마스크(46)에 달한 정반사광은 유리마스크(46)의 차광성 막(48)에서 차광된다. 이 정반사광의 주위에 비교적 넓게 분포하고 있는 회절광은 차광성 막(48)의 주위의 투광성 부분을 통과하고, 렌즈(50)를 통하여 입사 핀홀(20)에 입사한다.
제 2 실시예에서는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 특수미러(40)를 사용하지 않고 통상의 하프미러를 사용하고 있다. 따라서 제 1 실시예에 비해 제작이 용이하다. 제 2 실시예에서는 분광기에 도달하는 광이 하프미러를 통과하기 때문에 광량이 약간 저하된다. 제 1 실시예에서는 분광기로 오는 광량이 저하되지 않는다.
제 9a 도, 제 9b 도는 제 1 실시예에 의해 분광기에 입사된 회절광을 분광하여 얻어진 스펙트럼 분포를 종래 예와 비교하여 도시한 도면이다. 실시예의 스펙트럼 분포는 실선, 종래예의 것은 파선으로 각각 도시되어 있다. 제 9a 도는 구멍의 개구 직경이 1.5μm, 깊이가 4μm이며, 구멍의 점유면적율이 8%인 시료를 측정한 경우의 스펙트럼 분포도이다. 제 9b 도는 같은 구멍형상으로 구멍의 점유면적율이 8%인 시료를 측정한 경우의 스펙트럼 분포도이다. 본 실시예에서는 전반사광에 점유하는 시료면 단차부에서의 회절광의 비율이 높으므로 간섭광의 영향을 종래예의 스펙트럼보다 강하게 받은 광의 스펙트럼이 측정된다. 그 스펙트럼은 산과 골의 강도차인 진폭을 작게 하지 않고 각 파장에 있어서의 강도를 평균한 평균강도를 낮게 억제한 특성이 된다. 평균강도를 낮게 함으로써 콘트라스트가 높은 스펙트럼을 얻을 수 있다.
상술한 실시예에서는 가시 백색광을 발하는 광원을 사용하였으나, 본 발명은 연속한 스펙트럼을 갖는 광을 조사하는 어떠한 광원도 사용할 수 있고, 그 파장영역도 가시범위에 한정되지 않는다.
광원은 연속한 스펙트럼을 갖는 광이 도시에 조사될 필요는 없다. 예를들면 파장이 연속적으로 변화되는 광을 조사해도 좋다.
상기 실시예에서는 요면 회절격자(22)로 이루어지는 분광기(4)가 이용된다. 요면 회절격자(22) 대신에 프리즘을 사용해도 좋다. 파장분광방식에 의해 스펙트럼을 측정하는 대신에 간섭분광방식에 의해 스펙트럼을 측정해도 좋다. 본 발명에 있어서는 시료면에 백색광을 조사하는 것을 시료면에 대해 거의 수직으로 할 필요가 있으나, 반드시 완전히 수직으로 할 필요는 없다. 시료면의 요부 바닥까지 백색광을 조사할 수 있으면된다.
상기 실시예에 있어서는 홈의 깊이가 측정되었다. 평탄한 면에 일부 높아진 철부의 높이 측정에도 상기 장치는 적용된다.
본 발명에 따른 장치에 있어서는 중앙부에 차광부를 갖는 특수 미러등이 그 광축 부근에 있어서 시료 표면으로부터 단순히 정반사된 반사광을 차광한다. 한편, 미소 차이를 갖는 부분에서 반사된 광의 간섭에 의해 얻어진 미소 차이를 측정하기 위한 신호가 되는 회절광에 대해 측정에 있어 노이즈가 되는 단순히 시료 표면에서 정반사된 반사광의 비율은 대폭 감소된다. 즉 측정에 있어서의 이 신호와 노이즈의 비가 크게 개선된다. 그 결과, 시료면에 형성된 요철부분의 밀도가 낮은 경우에도 미소 차이를 정확히 측정할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 주표면에 미소 차이를 갖는 부분이 형성된 시료(16)를 적재하기 위한 적재대(14)와, 상기 시료(16)의 주표면을 조명하기 위한 광원(8)과, 상기 시료(16)의 주료면으로부터 반사된 반사광을 집광하기 위한 집광광학계(18)와, 집광된 반사광을 분광하기 위한 분광기(4)와, 분광된 광의 스펙트럼을 검지하기 위한 검지수단(6)을 포함하는 미소 고저차 측정장치에 있어서, 상기 광원(8)으로부터의 조명광에 의해 상기 시료(16)의 미소 고저차를 갖는 부분에서 상기 모소 고저차에 따라 광이 간섭하고, 상기 반사광은 상기 주표면으로부터만 반사된 제 1 반사광 성분과 상기 간섭된 제 2 반사광 성분을 포함하며, 상기 제 2 반사광 성분에 대하여 상기 제 1 반사광 성분을 감소시키기 위한 제 1 반사광 성분 삭감수단(40,46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반사광 성분 삭감수단(40,46)은 상기 제 1 반사광 성분을 차광하기 위한 차광수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 조명광은 상기 재료의 주표면에 수직으로 입사되고, 상기 제 1 반사광 성분은 상기 재료의 주표면에 대해 수직으로 반사되고, 상기 제 2 반사광 성분은 상기 재료의 주표면에 대해 임의 방향으로 반사되게 한 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 집광광학계(18)는 광축을 가지며, 상기 차광수단은 상기 집광광학계의 상기 광축 부근의 광을 차단하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 차광수단은 중앙부에 형성된 차광부와, 상기 차광부 이외에 형성된 투광부를 갖는 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 집광광학계에 의해 집광된 반사광을 분광하기 위한 분광기와, 상기 분광기에서 분광된 광의 스펙트럼을 검지하기 위한 검지수단을 갖는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광원은 소정의 개구 다이어프램의 제 1 개구수를 갖고, 상기 집광용 광학계는 소정의 제 2 개구수를 갖고, 상기 제 1개구수는 상기 제 2 개구수보다도 작은 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 차광수단은 중앙부에 형성된 차광부와, 상기 차광부 이외에 형성된 차광부를 갖는 유리마스크와, 상기 유리마스크와 상기 집광광학계 사이에 설치되고 상기 광원으로부터의 광을 상기 시료의 주표면에 조사하고, 상기 반사광을 상기 유리마스크에 도달시키기 의한 하프미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 집광광학계에 의해 집광된 반사광을 분광하기 위한 분광기와, 상기 분광기에서 분광된 광의 스펙트럼을 검지하기 위한 검지수단을 갖는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광원은 소정의 개구 다이어프램의 제 1 개구수를 갖고, 상기 집광용 광학계는 소정의 제 2 개구수를 갖고, 상기 제 1 개구수는 상기 제 2 개구수보다도 작은 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정장치.
  11. 주표면에 미소 고저차를 갖는 부분이 형성된 시료를 적재대에 적재하는 단계와, 상기 재료의 주료면에 광원으로부터의 광을 조명하는 단계와, 상기 조명에 의해 상기 시료의 미소 고저차를 갖는 부분에서 상기 미소 고저차에 따라 반사광을 간섭시킴으로써 제 1 반사광 성분을 반사시키는 단계와, 상기 조명에 의해 상기 시료의 주표면상에서만 광을 반사시킴으로써 간섭광을 포함하지 않는 제 2 반사광 성분을 반사시키는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 반사광 성분을 포함하는 집광하는 단계와, 상기 집광된 반사광중 상기 제 2 반사광 성분에 대해 상기 제 1 반사광 성분을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 반사광 성분에 대해 제 1 반사광 성분을 감소시키는 단계와, 상기 제 1 반사광 성분을 차광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 조명광은 상기 재료의 주표면에 수직으로 입사되고, 상기 제 1 반사광 성분은 상기 재료의 주표면에 대해 수직으로 반사되고, 상기 제 2 반사광 성분은 상기 재료의 주표면에 대해 임의 방향으로 반사되게 한 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 집광광학계는 광축을 갖고, 상기 제 1 반사광 성분을 차광하는 단계와, 상기 집광광학계의 상기 축부근의 광을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 집광된 반사광을 분광하는 단계와, 상기 분광된 광의 스펙트럼을 검지하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 고저차 측정방법.
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