JP2002005634A - Method and apparatus for measuring level difference, and etching method - Google Patents
Method and apparatus for measuring level difference, and etching methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエアのエッ
チング深さ等の段差や溝の測定技術に関し、特に、周期
的な構造に形成された、浅い段差や溝の測定精度を向上
させる技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for measuring a step or a groove such as an etching depth of a semiconductor ware, and more particularly to a technique for improving the measurement accuracy of a shallow step or a groove formed in a periodic structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体製造のプロセスでは、例えば素子
分離工程等では、シリコンウエハに孔あるいは溝をエッ
チングで形成することが行なわれている。これらの工程
での孔や溝は、図７（ａ）に示すようにシリコンウエハ
Ｗ１の孔あるいは溝３１を形成しない部分をマスク３２
によりマスキングしてエッチングを行い、図７（ｂ）に
示すようにシリコンウエハＷ１に所定の深さの孔や溝３
１をエッチングにより形成している。2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, holes or grooves are formed in a silicon wafer by etching, for example, in an element isolation step. Holes and grooves in these processes, masking the portion not forming a hole or trench 31 in the silicon wafer W 1 as shown in FIG. 7 (a) 32
Etched is masked, the silicon wafer W 1 a predetermined depth of the holes or grooves 3 as shown in FIG. 7 (b)
1 is formed by etching.
【０００３】また、エッチング工程では形成する孔や溝
３１が所定の深さになるように、工程中は深さを測定し
て監視し、エッチング工程の終端を制御している。エッ
チング加工中の孔や溝３１の深さの測定原理は図８
（ａ）に示すように、エッチング加工中のシリコンウエ
ハＷ１を照射して、シリコンウエハＷ１からの２つの反
射光Ｒ１、Ｒ２を検出することにより行っている。In the etching process, the depth is measured and monitored during the process so that the hole or groove 31 to be formed has a predetermined depth, and the end of the etching process is controlled. The principle of measuring the depth of holes and grooves 31 during etching is shown in FIG.
As shown in (a), the irradiation is performed by irradiating the silicon wafer W 1 being etched and detecting two reflected lights R 1 and R 2 from the silicon wafer W 1 .
【０００４】すなわち、この２つの反射光Ｒ１、Ｒ２は
エッチング加工中の孔底からの反射光Ｒ１とシリコンウ
エハの表面のマスク３２からの反射光Ｒ２で形成されて
おり、２つの反射光Ｒ１、Ｒ２の干渉現象により干渉光
を発生させ光センサ３３で検出する。この干渉光は加工
中の溝３１が深くなるにつれて周期的な強弱の変化が生
じる。しかも、その干渉光が極点間の半周期（あるいは
一周期）変化したときの深さの変化量は物理的に決ま
り、溝３１が形成された層のエッチング速度とマスク３
２のエッチング速度の比であるエッチング選択比が無限
大の場合は、照射した単波長の光の１／４深くなったこ
とになる。それにより溝３１の深さを測定することがで
きる。That is, the two reflected lights R 1 and R 2 are formed by the reflected light R 1 from the hole bottom during the etching process and the reflected light R 2 from the mask 32 on the surface of the silicon wafer. Interference light is generated by the interference phenomenon of the reflected lights R 1 and R 2 and detected by the optical sensor 33. This interference light changes periodically in intensity as the groove 31 being processed becomes deeper. In addition, the amount of change in the depth when the interference light changes in a half cycle (or one cycle) between the poles is physically determined, and the etching rate of the layer in which the groove 31 is formed and the mask 3
When the etching selectivity, which is the ratio of the etching rates of 2, is infinite, it means that the irradiated single wavelength light is １ ／ deeper. Thereby, the depth of the groove 31 can be measured.
【０００５】このように、加工中の溝の深さを測定し、
図８（ｂ）に示すように、エッチング深さを算出基準値
と比較して確認し、エッチングのプロセスの終点を制御
している。なお、この確認は、干渉光の強度波形の周期
時間と周期時間毎のエッチング深さが判っているため、
単位時間毎のエッチング深さも算出できるので、それに
よりエッチングの設定深さを制御することができる。As described above, the depth of the groove being processed is measured,
As shown in FIG. 8B, the etching depth is compared with a calculated reference value to check and control the end point of the etching process. In addition, this confirmation is because the cycle time of the intensity waveform of the interference light and the etching depth for each cycle time are known,
Since the etching depth per unit time can also be calculated, the set etching depth can be controlled accordingly.
【０００６】これらの測定においては、基本的に光の干
渉波形を基に深さ測定を行っているが、それに用いる光
は単波長および無偏光を用いている。したがって、それ
らの光による限られた数少ない干渉波形の極点を基に深
さ測定を行っていた。In these measurements, the depth measurement is basically performed based on the interference waveform of light, but the light used for the measurement uses a single wavelength and non-polarized light. Therefore, depth measurement has been performed based on the poles of a limited number of interference waveforms due to such light.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の技
術では、エッチング中のウエハの被測定部分に照射した
光のレジスト表面からの反射光と被エッチング表面から
の反射光が干渉することによって生ずる時間的な反射光
強度変化を利用して深さ測定を行っており、また、干渉
信号は時系列的なデータ列で、時間が経過するに従って
周期的に信号強度が変化している。なお、エッチング条
件にも因るが、この周期的信号の位相情報とエッチング
深さには一定の相関があるため、従来技術ではこの位相
情報を基に現在のエッチング深さ測定を行っていた。However, in the above-described technique, the time illuminated by the interference between the reflected light from the resist surface and the reflected light from the etched surface of the light irradiated to the portion to be measured of the wafer being etched interferes. The depth measurement is performed by using the reflected light intensity change, and the interference signal is a time-series data sequence, and the signal intensity changes periodically as time passes. It should be noted that although depending on the etching conditions, there is a certain correlation between the phase information of the periodic signal and the etching depth. Therefore, in the prior art, the current etching depth was measured based on this phase information.
【０００８】測定に際しては、干渉信号に外乱ノイズと
して、測定目的以外の膜表面からの干渉信号による変調
効果やエッチャからのノイズが重畳するために、これを
避けるために干渉信号の極大、極小を基準として位相情
報を取り出していた。干渉がレジスト表面と被エッチン
グ対象表面からの光のみによって起こり、レジスト厚が
エッチングによって減少しないと仮定すると、干渉波形
の極大→極小は使用波長の４分の１のエッチング深さに
相当する。すなわち従来方法の測定精度限界はウエハに
照射した光の波長の４分の１であった。At the time of measurement, since the modulation effect due to the interference signal from the film surface other than the object of measurement and the noise from the etcher are superimposed as disturbance noise on the interference signal, the maximum and minimum of the interference signal must be reduced to avoid this. Phase information was extracted as a reference. Assuming that the interference occurs only by light from the resist surface and the surface to be etched and that the resist thickness does not decrease by etching, the maximum → minimum of the interference waveform corresponds to an etching depth of １ of the working wavelength. That is, the measurement accuracy limit of the conventional method was one-fourth of the wavelength of the light irradiated on the wafer.
【０００９】また、上述の変調効果の影響を無くすため
には、少なくても３つの極点が必要になる。このためエ
ッチング深さが数波長分以上ある場合には問題は起こり
にくいが、エッチング深さが浅くなり、２分の１波長分
以下になると極大点と極小点との数が滅少し、測定に必
要な極点数が確保出来なくなる。それにより、測定精度
が足りなくなる。つまり、変調効果の影響を無効化でき
なくなるという問題があった。In order to eliminate the influence of the above-mentioned modulation effect, at least three poles are required. Therefore, when the etching depth is several wavelengths or more, the problem is unlikely to occur, but when the etching depth becomes shallow, and when the etching depth becomes less than half the wavelength, the number of the maximum point and the minimum point decreases, and the measurement is difficult. The required number of poles cannot be secured. As a result, the measurement accuracy becomes insufficient. That is, there is a problem that the influence of the modulation effect cannot be nullified.
【００１０】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、周期的な構造の浅い溝矢段差の深さの測定に
際しても、並行および垂直方向の二種の反射光を観察す
ることで、異なった二つの干渉信号を取りだし、この二
つの信号を利用することで、高精度に溝や段差の深さを
測定する方法とその装置を提供することを目的としてい
る。The present invention has been made on the basis of these circumstances. Even when measuring the depth of a shallow grooved step in a periodic structure, two types of reflected light in the parallel and vertical directions are observed. An object of the present invention is to provide a method and a device for measuring the depth of a groove or a step with high accuracy by taking out two different interference signals and using the two signals.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による手
段によれば、被測定体の段差に測定光を照射して、その
反射光により生じた干渉波形にもとづいて段差の深さを
測定する段差測定方法において、前記干渉波形は、反射
光の偏光を用いて形成されていることを特徴とする段差
測定方法である。According to the first aspect of the present invention, the step of the object to be measured is irradiated with measurement light, and the depth of the step is measured based on the interference waveform generated by the reflected light. In the step measuring method described above, the interference waveform is formed using polarized light of reflected light.
【００１２】また請求項２の発明による手段によれば、
前記反射光の偏光は、偏光角が９０度であることを特徴
とする段差測定方法である。According to the second aspect of the present invention,
The method of measuring a level difference, wherein the polarization of the reflected light has a polarization angle of 90 degrees.
【００１３】また請求項３の発明による手段によれば、
被測定体に測定光を照射する光源と、前記被測定体の段
差から反射光を偏光する偏光手段と、この偏光手段によ
って偏光された光を受光する光センサとを有し、前記光
センサからの出力にもとづいて干渉波形を形成して前記
段差の深さを算出することを特徴とする段差測定装置で
ある。According to the third aspect of the present invention,
A light source that irradiates the measurement object with measurement light, a polarization unit that polarizes reflected light from a step of the measurement object, and an optical sensor that receives light polarized by the polarization unit; and A step of calculating the depth of the step by forming an interference waveform based on the output of the step.
【００１４】また請求項４の発明による手段によれば、
前記偏光手段の光軸上の前方に回転偏光子を設けたこと
を特徴とする段差測定装置である。According to the fourth aspect of the present invention,
A step measuring device, wherein a rotating polarizer is provided in front of the polarizing means on the optical axis.
【００１５】また請求項５の発明による手段によれば、
前記偏光手段は、並列に複数個設けたことを特徴とする
段差測定装置である。According to the fifth aspect of the present invention,
A step measuring device, wherein a plurality of the polarizing means are provided in parallel.
【００１６】また請求項６の発明による手段によれば、
半導体ウエハのエッチング工程において、上記の段差測
定方法を用いてエッチング深さを測定することを特徴と
するエッチング方法である。According to the means of the invention of claim 6,
In an etching method for a semiconductor wafer, an etching depth is measured by using the above-mentioned step measurement method.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１８】まず、本発明の基本になっている原理を説
明する。すなわち、照射された波長以下のスケールで形
成された周期的な格子構造（溝や段差で形成された）で
は、入射する偏光の方向によって光学的な振る舞いが異
なってくる。通常、周期的な構造を持つ物体に光が照射
されると、回折することが知られているが、照射される
波長より小さな周期的な構造物に対しては、この現象は
当てはまらない。First, the principle underlying the present invention will be described. That is, in a periodic lattice structure (formed by grooves and steps) formed on a scale smaller than the irradiation wavelength, the optical behavior differs depending on the direction of incident polarized light. Usually, it is known that when an object having a periodic structure is irradiated with light, it is diffracted. However, this phenomenon does not apply to a periodic structure smaller than the irradiation wavelength.
【００１９】また、ラインとスぺース（溝や段差で形成
された）を繰り返すような周期的な構造物に対しては、
入射光の偏光の向きによって屈折率が変わる複屈折性を
示すことが知られている。Further, for a periodic structure in which lines and spaces (formed by grooves and steps) are repeated,
It is known to exhibit birefringence in which the refractive index changes depending on the direction of polarization of incident light.
【００２０】この現象を利用することにより、図１に示
すように、周期的な構造の溝に対して並行および垂直方
向の二種の反射光を観察することで、異なった二つの干
渉信号を取り出し、この二つの信号を利用することで、
高精度の溝や段差の深さの測定を行うことができる。By utilizing this phenomenon, as shown in FIG. 1, by observing two types of reflected light parallel and perpendicular to a groove having a periodic structure, two different interference signals can be obtained. By taking out and using these two signals,
It is possible to measure the depth of grooves and steps with high accuracy.
【００２１】図２は本発明の一実施の形態を示す、シリ
コンウエハのエッチング深さの測定装置の模式図であ
る。FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for measuring the etching depth of a silicon wafer, showing one embodiment of the present invention.
【００２２】測定装置の構成は、大別すると図示しない
エッチング装置のチャンバ１の上部に固定された測定ヘ
ッド２にセンサアンプ３が接続され、このセンサアンプ
３にはＡ／Ｄコンバータ４が接続され、Ａ／Ｄコンバー
タ４には計算機５が接続されている。The structure of the measuring device is roughly divided into a sensor amplifier 3 connected to a measuring head 2 fixed to an upper part of a chamber 1 of an etching device (not shown), and an A / D converter 4 connected to the sensor amplifier 3. , A / D converter 4 is connected to a computer 5.
【００２３】チャンバ１内には、所定のエッチング処理
により孔や溝が形成されるシリコンウエハＷがセットさ
れている。またチャンバ１上部には石英ガラス製の観察
窓６が設置され、この観察窓６の上面に測定ヘッド２が
接続されている。A silicon wafer W in which holes and grooves are formed by a predetermined etching process is set in the chamber 1. An observation window 6 made of quartz glass is provided on the upper part of the chamber 1, and the measuring head 2 is connected to an upper surface of the observation window 6.
【００２４】この測定ヘッド２は、図３に示すようにチ
ャンバ１の観察窓６の上方の光軸上に光源７が設けら
れ、この光源７から観察窓６へ向かって、順次、レンズ
８とビームスプリッタ９が設けられている。シリコンウ
エハＷからの反射光がビームスプリッタ９により分岐し
た光軸の前方には偏光ビームスプリッタ１０が設けられ
ている。また、この偏光ビームスプリッタ１０により分
岐した２つの光軸上にはそれぞれ光センサ１１、１２が
設けられている。また、２つの光センサ１１、１２はセ
ンサアンプ３に接続され、順次Ａ／Ｄコンバータ４と計
算機５に接続されている。The measuring head 2 is provided with a light source 7 on the optical axis above the observation window 6 of the chamber 1 as shown in FIG. A beam splitter 9 is provided. A polarization beam splitter 10 is provided in front of the optical axis where the light reflected from the silicon wafer W is split by the beam splitter 9. Optical sensors 11 and 12 are provided on two optical axes branched by the polarization beam splitter 10, respectively. The two optical sensors 11 and 12 are connected to the sensor amplifier 3 and are sequentially connected to the A / D converter 4 and the computer 5.
【００２５】これらの構成による作用を説明すると、シ
リコンウエハＷに形成された溝のエッチング深さの測定
は、まず、チャンバ１内に載置されたレジストが被エッ
チング層に重なった状態のシリコンウエハＷの部分に対
して光源７からの光をレンズ８を通して照射する。レン
ズ８は光源７からの光を集光して整え、シリコンウエハ
Ｗの測定部分の形状などに適合させる。またシリコンウ
エハＷからの反射光はビームスプリッタ９で反射され、
偏光ビームスプリッタ１０にて互いに直交する偏光成分
に分離された後、それぞれの光が光センサ１１、１２に
入射する。The operation of these structures will be described. The measurement of the etching depth of the groove formed in the silicon wafer W is performed by first measuring the silicon wafer with the resist placed in the chamber 1 overlapping the layer to be etched. Light from a light source 7 is applied to a portion W through a lens 8. The lens 8 condenses and adjusts the light from the light source 7 and adapts it to the shape of the measurement portion of the silicon wafer W. The reflected light from the silicon wafer W is reflected by the beam splitter 9,
After being separated into polarization components orthogonal to each other by the polarization beam splitter 10, the respective lights enter the optical sensors 11 and 12.
【００２６】チャンバ１内でシリコンウエハＷのエッチ
ングはこの状態で行われ、エッチング状態によって刻々
と変化する反射光強度データをセンサアンプ３、Ａ／Ｄ
コンバータ４を通して計算機５にストアする。In the chamber 1, the etching of the silicon wafer W is performed in this state, and the reflected light intensity data, which changes every moment depending on the etching state, is transmitted to the sensor amplifier 3, A / D.
The data is stored in the computer 5 through the converter 4.
【００２７】エッチングにより、基本的にシリコンウエ
ハＷに塗布されたレジストはエッチングされずにその表
面の位置を保ち、非レジスト部はエッチングされるた
め、その表面位置が後退していく。その結果、照射され
た光のうち、レジスト表面で反射された光と非レジスト
部表面で反射された光とが干渉を起こし、これが時系列
的に見た時に周期的変化を持った干渉信号として現れ
る。By etching, basically, the resist applied to the silicon wafer W is not etched, and its surface position is maintained. Since the non-resist portion is etched, its surface position recedes. As a result, of the irradiated light, the light reflected on the resist surface and the light reflected on the non-resist part surface cause interference, and as an interference signal having a periodic change when viewed in chronological order. appear.
【００２８】理想的なエッチング条件ではレジストはエ
ッチングされずに、非レジスト部の表面のみエッチング
されるので、この干渉信号は非レジスト部が使用波長の
４分の１後退する毎に、極大から極小（あるいは極小か
ら極大）への変化を起こす。現状の一般的なエッチング
深さ測定装置では干渉信号の極大、極小点をカウントす
ることでエッチング深さを実時間で測定している。Under ideal etching conditions, the resist is not etched, but only the surface of the non-resist part is etched. Therefore, this interference signal is reduced from the maximum to the minimum every time the non-resist part recedes by a quarter of the used wavelength. (Or from a minimum to a maximum). Current general etching depth measuring devices measure the etching depth in real time by counting the maximum and minimum points of the interference signal.
【００２９】本発明では光学系、深さ算出アルゴリズム
は基本的には同じものを用いているが、シリコンウエハ
上に構成される観測波長以下の構造を持つ微細な格子の
溝に対して並行、垂直の２種類の直線偏光を照射し、測
定精度を高めることを特徴としている。In the present invention, the same optical system and the same algorithm for calculating the depth are basically used. It is characterized by irradiating two types of vertical linearly polarized light to increase measurement accuracy.
【００３０】すなわち、前述のように、波長以下の周期
構造を持つ微細回折格子（この場合はシリコンウエハ）
は複屈折特性を示すことが知られている。格子のデュー
ティ比をｔ、周期構造の山の部分の屈折率をｎｌ、谷の
部分の屈折率をｎ２とした場合、入射光の偏光方向が格
子の溝に並行であるか垂直であるかによって、周期構造
部の屈折率は次式で与えられる（例えば、「光学」第２
１巻第５号（１９９２年５月発行）の第２６９頁〜第２
７４頁に記載された「超微細回折格子を用いた複屈折素
子とその応用」の第２７０頁に記載されている）。That is, as described above, a fine diffraction grating having a periodic structure of a wavelength or less (in this case, a silicon wafer)
Is known to exhibit birefringence characteristics. When the duty ratio of the grating is t, the refractive index at the peak of the periodic structure is n 1 , and the refractive index at the valley is n 2 , the polarization direction of the incident light is parallel or perpendicular to the grooves of the grating. Thus, the refractive index of the periodic structure is given by the following equation (for example, “optical” second
Vol. 1 No. 5 (issued May 1992), pages 269 to 2
(See page 270 of "Birefringent Element Using Ultrafine Diffraction Grating and Its Application" on page 74).
【数１】 一方、図４に示すように、レジスト部からの反射光ｕｌ
と非レジスト部からの反射光ｕ２は以下の様に示され
る。(Equation 1) On the other hand, as shown in FIG. 4, the reflected light u l from the registration unit
And the reflected light u 2 from the non-resist portion is shown as follows.
【数２】 ｒ１：レジストの振幅反射率、ｒ２：非レジスト部の振
幅反射率、λ：使用波長、ｄａｉｒ：レジスト表面から
観察面までの距離、％：レジスト層の厚み、ｎａｉｒ：
空気の屈折率、Ｔ０：非レジスト部エッチング深さ △ｄの値はエッチングが進むにつれて大きくなっていく
値であり、一般的にエッチング量と呼ばれている値であ
る。上式のｒ１、ｒ２はフレネル係数と呼ばれている振
幅反射率を表わす値で、ｎｌおよびｎ２の屈折率を持つ
媒質の界面に対して垂直入射の場合ｒは以下の式で表わ
される。(Equation 2) r 1 : Amplitude reflectance of resist, r 2 : Amplitude reflectance of non-resist part, λ: wavelength used, d air : distance from resist surface to observation surface,%: thickness of resist layer, n air :
The refractive index of air, T 0 : the etching depth of the non-resist portion Δd is a value that increases as the etching proceeds, and is a value generally called an etching amount. In the above equation, r 1 and r 2 are values representing the amplitude reflectance called Fresnel coefficient. In the case of normal incidence on the interface of the medium having the refractive index of n l and n 2 , r is represented by the following equation. Is represented.
【数３】 干渉信号はｕ１とｕ２が干渉した結果生ずるものであ
り、センサには両者の足しあわせの二乗Ｕが検出され
る。(Equation 3) The interference signal is generated as a result of interference between u 1 and u 2 , and the sensor detects the square U of the sum of the two.
【数４】 ＊印は複素共役を示す。上の式から明らかな様に屈折率
が変化すれば、ｒ１、ｒ２、ｒａｉｒが変わるため、干
渉信号の振幅、位相が変わってくる。(Equation 4) * Indicates a complex conjugate. As is apparent from the above equation, if the refractive index changes, r 1 , r 2 , and r air change, so that the amplitude and phase of the interference signal change.
【００３１】得られた２つの干渉信号の例は、図１に示
した通りである。一つの干渉波形では４〜５点の極点が
得られる場合でも、二つの干渉波形を使用することによ
って９〜１０点ほどの極点が観測できている。An example of the obtained two interference signals is as shown in FIG. Even when four or five poles are obtained with one interference waveform, about 9 to 10 poles can be observed by using two interference waveforms.
【００３２】この例の場合は極点数が十分出ているた
め、単一の偏光もしくは無偏光の場合に得られる干渉波
形を使用しても測定精度が得られるが、エッチング時間
が４秒程度であった場合は二つの偏光を用いないと極点
数２点が得られないので、事実上測定が不可能になる。In this example, since the number of poles is sufficient, the measurement accuracy can be obtained by using the interference waveform obtained in the case of single polarized light or non-polarized light, but the etching time is about 4 seconds. In such a case, two poles cannot be obtained unless two polarized lights are used, so that measurement becomes practically impossible.
【００３３】このように、二つの干渉波形を用いること
で測定段差変化量が少ない時は極点数の増加を、変化量
が多い時は更に高精度化を狙うことが出来る。As described above, by using two interference waveforms, it is possible to increase the number of poles when the variation in the measurement step is small, and to achieve higher accuracy when the variation is large.
【００３４】次に、上述の実施の形態の測定ヘッドの変
形例について説明する。Next, a modified example of the measuring head of the above embodiment will be described.
【００３５】図５に示すように、測定ヘッド２ａにはチ
ャンバ１の観察窓６の上方の光軸上に光源７ａが設けら
れ、この光源７ａから観察窓６へ向かって、順次レンズ
８ａとビームスプリッタ９ａが設けられている。被測定
体であるシリコンウエハＷからの反射光がビームスプリ
ッタ９ａにより分岐した光軸の前方には偏光ビームスプ
リッタ１０ａが設けられている。また、この偏光ビーム
スプリッタ１０ａの光軸上の前方には回転式偏光子１４
が設けられている。この回転式偏光子１４は９０度ごと
に回転する構造である。回転偏光子１４の前方には光セ
ンサ１１ａが設けられている。この光センサ１１ａはセ
ンサアンプ３に接続され、順次Ａ／Ｄコンバータ４と計
算機５に接続されている。As shown in FIG. 5, the measuring head 2a is provided with a light source 7a on the optical axis above the observation window 6 of the chamber 1. The light source 7a and the lens 8a A splitter 9a is provided. A polarization beam splitter 10a is provided in front of the optical axis where the reflected light from the silicon wafer W, which is the measured object, is branched by the beam splitter 9a. Further, a rotary polarizer 14 is provided in front of the polarization beam splitter 10a on the optical axis.
Is provided. The rotary polarizer 14 has a structure that rotates every 90 degrees. An optical sensor 11a is provided in front of the rotating polarizer 14. The optical sensor 11a is connected to the sensor amplifier 3, and is sequentially connected to the A / D converter 4 and the computer 5.
【００３６】この構成の場合、シリコンウエハＷからの
反射光はビームスプリッタ９を介し偏光ビームスプリッ
タ１０ａに入光し、偏光ビームスプリッタ１０ａを通過
して回転式偏光子１４を経由して光センサ１１ａに入
る。光センサ１１ａに入る光信号は回転式偏光子１４の
回転位置により偏光角が異なるので、異なった信号が時
間差をおいて経時的に入力される。この異なった信号は
いずれも光センサ１１ｂ、１２ｂに入光した光信号はは
いずれも、センサアンプ３とＡ／Ｄコンバータ４を介し
て計算機５内に取込まれて上述の実施の形態の場合と同
様に処理される。In this configuration, the reflected light from the silicon wafer W enters the polarizing beam splitter 10a via the beam splitter 9, passes through the polarizing beam splitter 10a, passes through the rotary polarizer 14, and enters the optical sensor 11a. to go into. Since the optical signal entering the optical sensor 11a has a different polarization angle depending on the rotational position of the rotary polarizer 14, different signals are input with a time difference with time. In the case of the above-described embodiment, any of these different signals is input to the computer 5 via the sensor amplifier 3 and the A / D converter 4 and all the optical signals that have entered the optical sensors 11b and 12b. Is processed in the same way as
【００３７】また、図６はさらに測定ヘッドの別の変形
例である。FIG. 6 shows another modification of the measuring head.
【００３８】すなわち、この測定ヘッド２ｂにはチャン
バ１の観察窓６の上方の光軸上に２個の光源７ｂ、７ｃ
が並んで設けられ、この各光源７ｂ、７ｃからそれぞれ
観察窓６へ向かって、順次レンズ８ｂ、８ｃとビームス
プリッタ９ｂ、９ｃが設けられている。また、ビームス
プリッタ９ｂ、９ｃにより分岐した光軸の前方には偏光
ビームスプリッタ１０ｂ、１０ｃが設けられている。シ
リコンウエハＷからの反射光はそれぞれが光センサ１１
ｂ、１２ｂに入光する。この光センサ１１ｂ、１２ｂは
センサアンプ３に接続され、順次Ａ／Ｄコンバータ４と
計算機５に接続されている。That is, the measuring head 2b has two light sources 7b and 7c on the optical axis above the observation window 6 of the chamber 1.
Are provided side by side, and lenses 8b, 8c and beam splitters 9b, 9c are sequentially provided from the light sources 7b, 7c toward the observation window 6, respectively. Further, polarization beam splitters 10b and 10c are provided in front of the optical axis branched by the beam splitters 9b and 9c. The light reflected from the silicon wafer W is
b and 12b. The optical sensors 11b and 12b are connected to the sensor amplifier 3, and are sequentially connected to the A / D converter 4 and the computer 5.
【００３９】この構成の場合、シリコンウエハＷからの
反射光はそれぞれ、それぞれに対応するビームスプリッ
タ９ｂ、９ｃを介し、それぞれの偏光ビームスプリッタ
１０ｂ、１０ｃに入光して、それぞれの光センサ１１
ｂ、１２ｂに入る。光センサ１１ｂ、１２ｂに入光した
光信号ははいずれも、センサアンプ３とＡ／Ｄコンバー
タ４を介して計算機５内に取込まれて上述の実施の形態
の場合と同様に処理される。In the case of this configuration, the reflected light from the silicon wafer W enters the respective polarizing beam splitters 10b and 10c via the corresponding beam splitters 9b and 9c, and the respective light sensors 11
b, 12b. The optical signals incident on the optical sensors 11b and 12b are both taken into the computer 5 via the sensor amplifier 3 and the A / D converter 4 and processed in the same manner as in the above-described embodiment.
【００４０】なお、上述の各実施の形態の場合、光源と
しては、一般的なフィラメントを持つランプ、放電管、
レーザ等を任意に用いることができる。ただし、レーザ
以外のマルチスぺクトルを放出する光源を用いる場合
は、光源の後に干渉フイルタ等の特定の波長のみを取り
出す手段を併用する。In each of the above embodiments, a lamp having a general filament, a discharge tube,
A laser or the like can be used arbitrarily. However, when using a light source that emits multispectrum other than a laser, a means for extracting only a specific wavelength, such as an interference filter, is used after the light source.
【００４１】また、偏光ビームスプリッタの代わりに、
偏光子を用いることができる。その際の偏光子の種類に
ついては特に限定しない。Further, instead of the polarizing beam splitter,
A polarizer can be used. The kind of polarizer at that time is not particularly limited.
【００４２】また、垂直入射、垂直反射光を使用する光
学系を用いる際には、ビームスプリッタを使用する必要
があるが、それ以外の場合にはビームスプリッタを省略
することもできる。When using an optical system that uses vertically incident and vertically reflected light, it is necessary to use a beam splitter. In other cases, the beam splitter can be omitted.
【００４３】上述の実施の形態では、段差や溝について
説明したが、本発明の技術は孔や窪み等、非平面の様々
な形状の測定にも同様に適用できる。In the above embodiments, steps and grooves have been described, but the technique of the present invention can be similarly applied to measurement of various non-planar shapes such as holes and depressions.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明によれば、周期的な構造で形成さ
れた、極めて浅い段差や溝の深さを正確に測定すること
ができる。According to the present invention, it is possible to accurately measure an extremely shallow step or groove formed in a periodic structure.
【図１】並行および垂直方向の二種の反射光のグラフ。FIG. 1 is a graph of two types of reflected light in parallel and vertical directions.
【図２】本発明の一実施の形態を示す、エッチング深さ
の測定装置の模式図。FIG. 2 is a schematic view of an etching depth measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の測定ヘッドの模式図。FIG. 3 is a schematic view of a measuring head according to the present invention.
【図４】レジスト部からの反射光と非レジスト部からの
反射光の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of reflected light from a resist portion and reflected light from a non-resist portion.
【図５】本発明の測定ヘッドの変形例の模式図。FIG. 5 is a schematic view of a modified example of the measuring head of the present invention.
【図６】本発明の測定ヘッドの別の変形例の模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of another modified example of the measuring head of the present invention.
【図７】（ａ）および（ｂ）は、エッチング工程の説明
図。FIGS. 7A and 7B are explanatory views of an etching step.
【図８】（ａ）および（ｂ）は、深さ測定の原理の説明
図。FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of the principle of depth measurement.
１…チャンバ、２…測定ヘッド、５…計算機、６…観察
窓、７、７ａ、７ｂ、７ｃ…光源、９、９ａ、９ｂ、９
ｃ…ビームスプリッタ、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
…偏光ビームスプリッタ、１１、１１ａ、１１ｂ…光セ
ンサ、１２、１２ｂ…光センサDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Chamber, 2 ... Measuring head, 5 ... Computer, 6 ... Observation window, 7, 7a, 7b, 7c ... Light source, 9, 9a, 9b, 9
c: Beam splitter, 10, 10a, 10b, 10c
... Polarization beam splitter, 11, 11a, 11b ... Optical sensor, 12, 12b ... Optical sensor
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Claims (6)
の反射光により生じた干渉波形にもとづいて段差の深さ
を測定する段差測定方法において、 前記干渉波形は、反射光の偏光を用いて形成されている
ことを特徴とする段差測定方法。1. A step measuring method for measuring a depth of a step based on an interference waveform generated by reflected light by irradiating a measuring light to a step of an object to be measured, wherein the interference waveform is a polarization of reflected light. A step measurement method characterized by being formed by using a method.
あることを特徴とする請求項１記載の段差測定方法。2. The step measuring method according to claim 1, wherein the polarization of the reflected light has a polarization angle of 90 degrees.
記被測定体の段差から反射光を偏光する偏光手段と、こ
の偏光手段によって偏光された光を受光する光センサと
を有し、前記光センサからの出力にもとづいて干渉波形
を形成して前記段差の深さを算出することを特徴とする
段差測定装置。3. A light source for irradiating a measuring object with measuring light, a polarizing means for polarizing reflected light from a step of the measuring object, and an optical sensor for receiving light polarized by the polarizing means. A step measuring device for forming an interference waveform based on an output from the optical sensor to calculate a depth of the step.
子を設けたことを特徴とする請求項３記載の段差測定装
置。4. The step measuring device according to claim 3, wherein a rotating polarizer is provided in front of the polarizing means on the optical axis.
とを特徴とする請求項３記載の段差測定装置。5. The step measuring device according to claim 3, wherein a plurality of said polarizing means are provided in parallel.
て、請求項１に記載の段差測定方法を用いてエッチング
深さを測定することを特徴とするエッチング方法。6. An etching method, wherein an etching depth is measured by using the step measurement method according to claim 1 in an etching step of a semiconductor wafer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000181579A JP2002005634A (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | Method and apparatus for measuring level difference, and etching method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000181579A JP2002005634A (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | Method and apparatus for measuring level difference, and etching method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2002005634A true JP2002005634A (en) | 2002-01-09 |
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| JP (1) | JP2002005634A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7479459B2 (en) | 2004-10-08 | 2009-01-20 | Elpida Memory, Inc. | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus |
| JP2013210383A (en) * | 2005-11-15 | 2013-10-10 | Zygo Corp | Interferometer and method for measuring characteristics of optically unprocessed surface features |
-
2000
- 2000-06-16 JP JP2000181579A patent/JP2002005634A/en active Pending
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