JP2002093870A - エッチング深さ測定方法および装置、エッチング方法 - Google Patents
エッチング深さ測定方法および装置、エッチング方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ダマシン加工における配線溝の深さを高精度
に測定することができるエッチング深さ測定装置を提供
する。 【解決手段】 配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板１６に対し
て光を照射する光源１２と、基板１６からの反射光のう
ち、配線構造の配線間隔の２倍よりも大きい波長を有す
る光を検出する検出器２４と、検出器２４によって検出
された光の強度に基づいて、絶縁膜層の膜厚およびエッ
チング溝の深さのうちの少なくとも一方を算出する算出
部２６と、から構成されたエッチング深さ測定装置であ
る。
に測定することができるエッチング深さ測定装置を提供
する。 【解決手段】 配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板１６に対し
て光を照射する光源１２と、基板１６からの反射光のう
ち、配線構造の配線間隔の２倍よりも大きい波長を有す
る光を検出する検出器２４と、検出器２４によって検出
された光の強度に基づいて、絶縁膜層の膜厚およびエッ
チング溝の深さのうちの少なくとも一方を算出する算出
部２６と、から構成されたエッチング深さ測定装置であ
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
工程における、エッチング深さを測定する方法および装
置に係り、特に、配線構造の上部に配置された絶縁膜層
の内部に配線溝を形成する際に、その絶縁膜層の厚さお
よび形成された配線溝の深さを測定することができる方
法および装置、並びに、そのエッチング深さ測定方法を
用いたエッチング方法に関する。
工程における、エッチング深さを測定する方法および装
置に係り、特に、配線構造の上部に配置された絶縁膜層
の内部に配線溝を形成する際に、その絶縁膜層の厚さお
よび形成された配線溝の深さを測定することができる方
法および装置、並びに、そのエッチング深さ測定方法を
用いたエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程では従来より、配
線構造を次のような方法で形成している。まず最初に、
半導体基板の全面に、後に加工されて配線を構成する金
属膜層を堆積する。金属膜層堆積後、リソグラフィー技
術によってレジストパターンを金属膜層の上部に形成す
る。そして、そのレジストパターンをエッチングマスク
として用いて、金属膜層を反応性イオンエッチングする
ことで、配線構造を形成する。
線構造を次のような方法で形成している。まず最初に、
半導体基板の全面に、後に加工されて配線を構成する金
属膜層を堆積する。金属膜層堆積後、リソグラフィー技
術によってレジストパターンを金属膜層の上部に形成す
る。そして、そのレジストパターンをエッチングマスク
として用いて、金属膜層を反応性イオンエッチングする
ことで、配線構造を形成する。
【０００３】しかしながら、近年の半導体装置の高集積
化、高密度化に伴い、上述した、反応性イオンエッチン
グによる配線構造の形成は、技術的に困難になる一方で
ある。このため、絶縁膜層の内部にあらかじめ配線溝を
形成し、その配線溝の内部に配線を構成する金属膜層を
埋め込む、ダマシン加工を採用する傾向が大きくなって
来ている。ところが、このダマシン加工では、絶縁膜層
の内部に形成される配線溝の深さは、通常、そのエッチ
ング時間を管理することで制御されている。具体的に
は、たとえば、数回の予備実験からエッチング速度をあ
らかじめ算出し、その速度を用いたエッチング時間制御
によってエッチング深さを定めている。したがって、配
線溝加工時のエッチング状態の予期せぬ変動等によっ
て、その制御性、再現性が低下し、配線溝の深さ、すな
わち、配線断面積にバラツキが生じてしまうという問題
点がある。
化、高密度化に伴い、上述した、反応性イオンエッチン
グによる配線構造の形成は、技術的に困難になる一方で
ある。このため、絶縁膜層の内部にあらかじめ配線溝を
形成し、その配線溝の内部に配線を構成する金属膜層を
埋め込む、ダマシン加工を採用する傾向が大きくなって
来ている。ところが、このダマシン加工では、絶縁膜層
の内部に形成される配線溝の深さは、通常、そのエッチ
ング時間を管理することで制御されている。具体的に
は、たとえば、数回の予備実験からエッチング速度をあ
らかじめ算出し、その速度を用いたエッチング時間制御
によってエッチング深さを定めている。したがって、配
線溝加工時のエッチング状態の予期せぬ変動等によっ
て、その制御性、再現性が低下し、配線溝の深さ、すな
わち、配線断面積にバラツキが生じてしまうという問題
点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のダマシン加工では、エッチング時間の管理によって配
線溝の深さを制御している。このため、配線溝の深さの
制御性を向上させることが困難であるという問題があっ
た。
のダマシン加工では、エッチング時間の管理によって配
線溝の深さを制御している。このため、配線溝の深さの
制御性を向上させることが困難であるという問題があっ
た。
【０００５】本発明は、このような課題を解決し、ダマ
シン加工における配線溝の深さを高精度に測定すること
ができるエッチング深さ測定方法および装置を提供する
ことを目的とする。
シン加工における配線溝の深さを高精度に測定すること
ができるエッチング深さ測定方法および装置を提供する
ことを目的とする。
【０００６】本発明の他の目的は、ダマシン加工におけ
る配線溝の深さを、そのエッチング中に測定すること
で、その深さの制御性を向上させることができるエッチ
ング方法を提供することである。
る配線溝の深さを、そのエッチング中に測定すること
で、その深さの制御性を向上させることができるエッチ
ング方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板に対して光
を照射する光源と、その基板からの反射光のうち、配線
構造の配線間隔の２倍よりも大きい波長を有する光を検
出する検出器と、その検出された光の強度に基づいて、
絶縁膜層の膜厚およびエッチング溝の深さのうちの少な
くとも一方を算出する算出部と、を具備するエッチング
深さ測定装置であることを特徴とする。
め、本発明は、配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板に対して光
を照射する光源と、その基板からの反射光のうち、配線
構造の配線間隔の２倍よりも大きい波長を有する光を検
出する検出器と、その検出された光の強度に基づいて、
絶縁膜層の膜厚およびエッチング溝の深さのうちの少な
くとも一方を算出する算出部と、を具備するエッチング
深さ測定装置であることを特徴とする。
【０００８】本発明によれば、入射光の波長の１／２よ
りも配線構造の配線間隔が短いため、配線層よりも下層
には入射光が到達しない。このため、得られる反射光強
度には配線層よりも下の構造は影響を与えない。したが
って、配線層よりも下に複雑な構造が存在しても、それ
らは無視でき、反射強度分布から、配線層よりも上層に
位置するエッチング深さを求める際に、配線層よりも上
の単純な膜構造による反射光のみを考慮すれば良く、精
度良く膜厚およびエッチング深さを算出することが可能
となる。
りも配線構造の配線間隔が短いため、配線層よりも下層
には入射光が到達しない。このため、得られる反射光強
度には配線層よりも下の構造は影響を与えない。したが
って、配線層よりも下に複雑な構造が存在しても、それ
らは無視でき、反射強度分布から、配線層よりも上層に
位置するエッチング深さを求める際に、配線層よりも上
の単純な膜構造による反射光のみを考慮すれば良く、精
度良く膜厚およびエッチング深さを算出することが可能
となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態について説明する。以下の図面の記載におい
て、同一または類似の部分には同一または類似の符号が
付してある。
施の形態について説明する。以下の図面の記載におい
て、同一または類似の部分には同一または類似の符号が
付してある。
【００１０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係るエッチング深さ測定装置の概略構
成図である。この第１の実施の形態に係るエッチング深
さ測定装置１０は、可視光領域から赤外領域にかけて連
続スペクトル分布を有するタングステンランプを光源１
２として備えている。そして、図１に示すように、光源
１２からの光を、レンズ１４を用いた縮小光学系によっ
て、半導体基板１６上に照射する。半導体基板１６から
の反射光は、ビームスプリッター１８および光ファイバ
ー２０を通って、分光器２２に入力される。分光器２２
は入力した反射光を分光した後、検出器２４に出力す
る。そして、検出器２４は、波長ごとの反射強度を検出
し、その検出結果を算出部２６に出力する。算出部２６
は、検出結果に基づいて、半導体基板１６上の所定の箇
所のエッチング深さを算出する。
１の実施の形態に係るエッチング深さ測定装置の概略構
成図である。この第１の実施の形態に係るエッチング深
さ測定装置１０は、可視光領域から赤外領域にかけて連
続スペクトル分布を有するタングステンランプを光源１
２として備えている。そして、図１に示すように、光源
１２からの光を、レンズ１４を用いた縮小光学系によっ
て、半導体基板１６上に照射する。半導体基板１６から
の反射光は、ビームスプリッター１８および光ファイバ
ー２０を通って、分光器２２に入力される。分光器２２
は入力した反射光を分光した後、検出器２４に出力す
る。そして、検出器２４は、波長ごとの反射強度を検出
し、その検出結果を算出部２６に出力する。算出部２６
は、検出結果に基づいて、半導体基板１６上の所定の箇
所のエッチング深さを算出する。
【００１１】次に、本発明の第１の実施の形態に係るエ
ッチング深さ測定装置の被測定対象である半導体基板１
６について説明する。図２は、図１の半導体基板１６の
一例を示す断面図である。図２に示すように、この半導
体基板１６の主面上には、第１の層間絶縁膜層２８、お
よび、配線構造を有する第１の配線層３０が順次配置さ
れている。第１の配線層３０の配線構造は、周期的なも
のであっても、非周期的なものであっても構わない。そ
して、第１の配線層３０の上部には、第２の層間絶縁膜
層３２が配置されており、この第１の実施の形態は、こ
の第２の層間絶縁膜層３２の内部に形成され、後に第２
の配線層が埋め込まれる配線溝の深さを測定するもので
ある。第２の層間絶縁膜層３２上には、レジストパター
ン３４が形成されており、このレジストパターン３４が
エッチングマスクの役目を果たすことになる。ここで、
レジストパターン３４と第１の配線層３０の配線パター
ンとの位置関係を図３に示す。図３は、図２のレジスト
パターン３４と第１の配線層３０の配線パターンとの位
置関係を示す平面図である。図３に示すように、本発明
の第１の実施の形態では、レジストパターン３４と第１
の配線層３０の配線パターンとは、直交しているものと
する。もちろん、本発明は、この位置関係に限るもので
はない。
ッチング深さ測定装置の被測定対象である半導体基板１
６について説明する。図２は、図１の半導体基板１６の
一例を示す断面図である。図２に示すように、この半導
体基板１６の主面上には、第１の層間絶縁膜層２８、お
よび、配線構造を有する第１の配線層３０が順次配置さ
れている。第１の配線層３０の配線構造は、周期的なも
のであっても、非周期的なものであっても構わない。そ
して、第１の配線層３０の上部には、第２の層間絶縁膜
層３２が配置されており、この第１の実施の形態は、こ
の第２の層間絶縁膜層３２の内部に形成され、後に第２
の配線層が埋め込まれる配線溝の深さを測定するもので
ある。第２の層間絶縁膜層３２上には、レジストパター
ン３４が形成されており、このレジストパターン３４が
エッチングマスクの役目を果たすことになる。ここで、
レジストパターン３４と第１の配線層３０の配線パター
ンとの位置関係を図３に示す。図３は、図２のレジスト
パターン３４と第１の配線層３０の配線パターンとの位
置関係を示す平面図である。図３に示すように、本発明
の第１の実施の形態では、レジストパターン３４と第１
の配線層３０の配線パターンとは、直交しているものと
する。もちろん、本発明は、この位置関係に限るもので
はない。
【００１２】次に、本発明の第１の実施の形態に係るエ
ッチング深さ測定装置１０の動作について説明する。こ
こでは、図２の第１の配線層３０として、幅１７５ｎ
ｍ、厚さ２５０ｎｍ、線間１７５ｎｍのタングステンを
用いている。また、第１の層間絶縁膜層２８および第２
の層間絶縁膜層３２は共にシリコン酸化膜で構成し、第
１の層間絶縁膜層２８の厚さを４５０，５５０，６５０
ｎｍの３種類、第２の層間絶縁膜層３０の厚さを８５
０，９００，９５０，１０００，１０５０ｎｍの５種類
としている。さらに、レジストパターン３４は、幅１７
５ｎｍ、ピッチ３５０ｎｍ（間隔１７５ｎｍ）、厚さ４
５０ｎｍとした。
ッチング深さ測定装置１０の動作について説明する。こ
こでは、図２の第１の配線層３０として、幅１７５ｎ
ｍ、厚さ２５０ｎｍ、線間１７５ｎｍのタングステンを
用いている。また、第１の層間絶縁膜層２８および第２
の層間絶縁膜層３２は共にシリコン酸化膜で構成し、第
１の層間絶縁膜層２８の厚さを４５０，５５０，６５０
ｎｍの３種類、第２の層間絶縁膜層３０の厚さを８５
０，９００，９５０，１０００，１０５０ｎｍの５種類
としている。さらに、レジストパターン３４は、幅１７
５ｎｍ、ピッチ３５０ｎｍ（間隔１７５ｎｍ）、厚さ４
５０ｎｍとした。
【００１３】図４および図５は、図１のエッチング深さ
測定装置１０を用いて得られた、上記の半導体基板１６
の反射光の波長スペクトルを示す図である。図４は、図
２の第１の層間絶縁膜層２８の厚さを５５０ｎｍに固定
し、第２の層間絶縁膜層３２の厚さを８５０，９００，
９５０，１０００，１０５０ｎｍと振ったときのスペク
トルを重ねて示している。一方、図５は、図２の第２の
層間絶縁膜層３２の厚さを９５０ｎｍに固定し、第１の
層間絶縁膜層２８の厚さを４５０，５５０，６５０ｎｍ
と振ったときのスペクトルを重ねて示している。なお、
図４および図５では、図１の検出器２４によって検出さ
れる反射光の波長領域は、９００ｎｍから１６００ｎｍ
の赤外領域である。
測定装置１０を用いて得られた、上記の半導体基板１６
の反射光の波長スペクトルを示す図である。図４は、図
２の第１の層間絶縁膜層２８の厚さを５５０ｎｍに固定
し、第２の層間絶縁膜層３２の厚さを８５０，９００，
９５０，１０００，１０５０ｎｍと振ったときのスペク
トルを重ねて示している。一方、図５は、図２の第２の
層間絶縁膜層３２の厚さを９５０ｎｍに固定し、第１の
層間絶縁膜層２８の厚さを４５０，５５０，６５０ｎｍ
と振ったときのスペクトルを重ねて示している。なお、
図４および図５では、図１の検出器２４によって検出さ
れる反射光の波長領域は、９００ｎｍから１６００ｎｍ
の赤外領域である。
【００１４】本発明の第１の実施の形態に係るエッチン
グ深さ測定装置１０の最大の特徴は、検出器２４が検出
する反射光の波長領域を、図２に示した半導体基板１６
上の第１の配線層３０の間隔の２倍よりも大きい値とす
る点にある。このような値の波長領域を有する光は、第
１の配線層３０を透過することができず、このため、エ
ッチング深さ測定装置１０に得られる反射干渉波形に寄
与する層は、第１の配線層３０よりも上方の層のみとな
る。一方、第１の配線層３０よりも下方の層は、何ら反
射干渉波形に影響を及ぼすことはない。
グ深さ測定装置１０の最大の特徴は、検出器２４が検出
する反射光の波長領域を、図２に示した半導体基板１６
上の第１の配線層３０の間隔の２倍よりも大きい値とす
る点にある。このような値の波長領域を有する光は、第
１の配線層３０を透過することができず、このため、エ
ッチング深さ測定装置１０に得られる反射干渉波形に寄
与する層は、第１の配線層３０よりも上方の層のみとな
る。一方、第１の配線層３０よりも下方の層は、何ら反
射干渉波形に影響を及ぼすことはない。
【００１５】上記のことは、図４および図５から明らか
である。図４から明らかなように、第１の配線層３０よ
り上方に位置する第２の層間絶縁膜層３２の厚さを８５
０ｎｍから１０５０ｎｍまで変化させた場合、その変化
に伴って、波長スペクトルも変化していく。一方、図５
から明らかなように、第１の配線層３０よりも下方に位
置する第１の層間絶縁膜層２８の厚さを４５０ｎｍから
６５０ｎｍまで変化させても、得られる波長スペクトル
はほとんど変化しない。すなわち、第１の配線層３０よ
り下方の第１の層間絶縁膜層２８の厚さは、得られる波
長スペクトルの形状に影響を及ぼすことはない。
である。図４から明らかなように、第１の配線層３０よ
り上方に位置する第２の層間絶縁膜層３２の厚さを８５
０ｎｍから１０５０ｎｍまで変化させた場合、その変化
に伴って、波長スペクトルも変化していく。一方、図５
から明らかなように、第１の配線層３０よりも下方に位
置する第１の層間絶縁膜層２８の厚さを４５０ｎｍから
６５０ｎｍまで変化させても、得られる波長スペクトル
はほとんど変化しない。すなわち、第１の配線層３０よ
り下方の第１の層間絶縁膜層２８の厚さは、得られる波
長スペクトルの形状に影響を及ぼすことはない。
【００１６】次に、本発明の第１の実施の形態に係るエ
ッチング深さ測定装置１０のエッチング深さの算出方法
について説明する。上記の半導体基板１６の場合、レジ
ストパターン３４の幅、間隔は、共に１７５ｎｍであ
り、これらは検出される波長よりも十分短いものであ
る。したがって、このレジストパターン３４は、レジス
トと真空の平均的な屈折率を有する均一な混合層である
とみなすことができる。すなわち、このレジストパター
ン３４は、等価屈折率領域とみなすことができる（たと
えば、菊田久雄、Vol25, No.5, p543, O Plus E.参
照）。したがって、上記の半導体基板１６の場合、第１
の配線層３０よりも上層を、第２の層間絶縁膜３２と混
合層（レジストパターン３４）との多層膜とみなすこと
ができる。そして、この多層膜に対して、分光干渉反射
率の理論（たとえば、G. R. Fowles, Introduction to
Modern Optics, Dover Publications, Inc., New York
(1975)参照）を用いて、膜厚をパラメータとして測定値
をフィッティングすることにより、各層の厚さを算出す
ることができる。以上の算出方法は、図１の算出部２６
によって実行され、この算出部２６は、たとえば、ソフ
トウェアや、ハードウェア化されたプログラム等によっ
て実現可能である。
ッチング深さ測定装置１０のエッチング深さの算出方法
について説明する。上記の半導体基板１６の場合、レジ
ストパターン３４の幅、間隔は、共に１７５ｎｍであ
り、これらは検出される波長よりも十分短いものであ
る。したがって、このレジストパターン３４は、レジス
トと真空の平均的な屈折率を有する均一な混合層である
とみなすことができる。すなわち、このレジストパター
ン３４は、等価屈折率領域とみなすことができる（たと
えば、菊田久雄、Vol25, No.5, p543, O Plus E.参
照）。したがって、上記の半導体基板１６の場合、第１
の配線層３０よりも上層を、第２の層間絶縁膜３２と混
合層（レジストパターン３４）との多層膜とみなすこと
ができる。そして、この多層膜に対して、分光干渉反射
率の理論（たとえば、G. R. Fowles, Introduction to
Modern Optics, Dover Publications, Inc., New York
(1975)参照）を用いて、膜厚をパラメータとして測定値
をフィッティングすることにより、各層の厚さを算出す
ることができる。以上の算出方法は、図１の算出部２６
によって実行され、この算出部２６は、たとえば、ソフ
トウェアや、ハードウェア化されたプログラム等によっ
て実現可能である。
【００１７】図６は、図１の半導体基板１６の他の一例
を示す断面図である。図６に示すように、この半導体基
板の主面上には、ゲート電極３６が配置されている。ゲ
ート電極３６を含む半導体基板１６上には、図２の例と
同様に、第１の層間絶縁膜層３８、および、配線構造を
有する第１の配線層４０が順次配置されている。そし
て、第１の配線層４０の上部には、第２の層間絶縁膜４
２が配置されており、この第２の層間絶縁膜層４２の内
部に、後に第２の配線層が埋め込まれる配線溝が形成さ
れる。第２の層間絶縁膜層４２上には、レジストパター
ン４４が形成されており、このレジストパターン４４が
エッチングマスクの役目を果たすことになる。ここで
も、図２の例の場合と同様、レジストパターン４４と第
１の配線層４０の配線パターンとは、直交しているもの
とする。もちろん、本発明は、この位置関係に限るもの
ではない。
を示す断面図である。図６に示すように、この半導体基
板の主面上には、ゲート電極３６が配置されている。ゲ
ート電極３６を含む半導体基板１６上には、図２の例と
同様に、第１の層間絶縁膜層３８、および、配線構造を
有する第１の配線層４０が順次配置されている。そし
て、第１の配線層４０の上部には、第２の層間絶縁膜４
２が配置されており、この第２の層間絶縁膜層４２の内
部に、後に第２の配線層が埋め込まれる配線溝が形成さ
れる。第２の層間絶縁膜層４２上には、レジストパター
ン４４が形成されており、このレジストパターン４４が
エッチングマスクの役目を果たすことになる。ここで
も、図２の例の場合と同様、レジストパターン４４と第
１の配線層４０の配線パターンとは、直交しているもの
とする。もちろん、本発明は、この位置関係に限るもの
ではない。
【００１８】図６の場合、図２の例と同様、第１の配線
層４０よりも下方の層は、反射スペクトルに影響を与え
ることはない。この場合、第１の配線層４０の上方の層
を、図６に示すように、第１の層Ａと第２の層Ｂとから
成る多層膜とみなすことができる。ここで、第１の層Ａ
は第２の層間絶縁膜層４２に相当し、第２の層Ｂはレジ
スト４４と真空とから成る混合層に相当する。そして、
第１の層Ａの厚さを、上述した分光干渉反射率の理論に
基づいて算出することで、第２の層間絶縁膜層４２の厚
さを求めることができる。
層４０よりも下方の層は、反射スペクトルに影響を与え
ることはない。この場合、第１の配線層４０の上方の層
を、図６に示すように、第１の層Ａと第２の層Ｂとから
成る多層膜とみなすことができる。ここで、第１の層Ａ
は第２の層間絶縁膜層４２に相当し、第２の層Ｂはレジ
スト４４と真空とから成る混合層に相当する。そして、
第１の層Ａの厚さを、上述した分光干渉反射率の理論に
基づいて算出することで、第２の層間絶縁膜層４２の厚
さを求めることができる。
【００１９】次に、図２に示した半導体基板１６を反応
性イオンエッチングすることで、第２の層間絶縁膜層３
２の内部に複数の配線溝４６を形成した場合について説
明する。図７は、図２の半導体基板１６を反応性イオン
エッチングした後の断面図である。図７の場合、第１の
配線層３０よりも上方の層は、第１の層Ｃ、第２の層Ｄ
および第３の層Ｅから成る多層膜とみなすことができ
る。ここで、第１の層Ｃは第１の層間絶縁膜層３２ａに
相当し、第２の層Ｄは層間絶縁膜層３２ｂと真空とから
成る第１の混合層に相当し、第３の層Ｅはレジスト３４
と真空とから成る第２の混合層に相当する。そして、第
２の層Ｄの厚さを算出することで、配線溝の深さを求め
ることができる。
性イオンエッチングすることで、第２の層間絶縁膜層３
２の内部に複数の配線溝４６を形成した場合について説
明する。図７は、図２の半導体基板１６を反応性イオン
エッチングした後の断面図である。図７の場合、第１の
配線層３０よりも上方の層は、第１の層Ｃ、第２の層Ｄ
および第３の層Ｅから成る多層膜とみなすことができ
る。ここで、第１の層Ｃは第１の層間絶縁膜層３２ａに
相当し、第２の層Ｄは層間絶縁膜層３２ｂと真空とから
成る第１の混合層に相当し、第３の層Ｅはレジスト３４
と真空とから成る第２の混合層に相当する。そして、第
２の層Ｄの厚さを算出することで、配線溝の深さを求め
ることができる。
【００２０】以上説明したように、本発明の第１の実施
の形態によれば、ドライエッチング工程における、エッ
チング深さを容易に、かつ、高精度に測定することが可
能となる。特に、本発明の第１の実施の形態によれば、
ダマシン加工によって多層配線構造を実現する場合、下
層の配線層より下層の構造からの影響を受けることな
く、上層の配線層を構成する配線溝の深さを高精度に測
定することが可能となる。したがって、多層配線構造を
実現する上で、本発明の工業的価値は非常に大である。
の形態によれば、ドライエッチング工程における、エッ
チング深さを容易に、かつ、高精度に測定することが可
能となる。特に、本発明の第１の実施の形態によれば、
ダマシン加工によって多層配線構造を実現する場合、下
層の配線層より下層の構造からの影響を受けることな
く、上層の配線層を構成する配線溝の深さを高精度に測
定することが可能となる。したがって、多層配線構造を
実現する上で、本発明の工業的価値は非常に大である。
【００２１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図８は、本発明の第２
の実施の形態に係るエッチング深さ測定装置の概略構成
図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１
の実施の形態において、光源１２とビームスプリッター
１８との間に偏光板４８を配置し、半導体基板１６への
入射光を偏光させるようにした例である。この第２の実
施の形態によれば、この入射光の偏光によって、より一
層精度良く、エッチング深さの測定が可能となる。
の実施の形態について説明する。図８は、本発明の第２
の実施の形態に係るエッチング深さ測定装置の概略構成
図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１
の実施の形態において、光源１２とビームスプリッター
１８との間に偏光板４８を配置し、半導体基板１６への
入射光を偏光させるようにした例である。この第２の実
施の形態によれば、この入射光の偏光によって、より一
層精度良く、エッチング深さの測定が可能となる。
【００２２】以下、具体的に、本発明の第２の実施の形
態の動作について説明する。図９は、図８のエッチング
深さ測定装置１０ａを用いて得られた、半導体基板１６
の反射光の波長スペクトルを示す図である。ここで、測
定に用いた半導体基板１６は、上記の第１の実施の形態
と同様の条件のものを用いている。図８の検出器２４に
よって検出される反射光の波長領域は、３５０ｎｍから
１０００ｎｍの可視光の領域である。また、図９におい
て、「偏光方向：平行」とは、半導体基板１６への入射
光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向と平行であ
る場合を示し、「偏光方向：垂直」とは、半導体基板１
６への入射光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向
と直角である場合を示している。
態の動作について説明する。図９は、図８のエッチング
深さ測定装置１０ａを用いて得られた、半導体基板１６
の反射光の波長スペクトルを示す図である。ここで、測
定に用いた半導体基板１６は、上記の第１の実施の形態
と同様の条件のものを用いている。図８の検出器２４に
よって検出される反射光の波長領域は、３５０ｎｍから
１０００ｎｍの可視光の領域である。また、図９におい
て、「偏光方向：平行」とは、半導体基板１６への入射
光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向と平行であ
る場合を示し、「偏光方向：垂直」とは、半導体基板１
６への入射光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向
と直角である場合を示している。
【００２３】図９から明らかなように、偏光方向を変化
させれば、反射スペクトルも変化することがわかる。こ
の変化は、以下に述べる理由によるものである。すなわ
ち、入射光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向に
直交する場合、入射光は第１の配線層３０を透過してし
まう。このため、第１の配線層３０の下部の第１の層間
絶縁膜層２８の厚さが反射スペクトルに影響を及ぼして
しまう。一方、入射光の電場方向が第１の配線層３０の
配線方向に平行である場合、入射光は第１の配線層３０
を透過することができず、第１の配線層３０で反射して
しまう。したがって、この場合、反射スペクトルは第１
の層間絶縁膜層２８の厚さに影響されることはない。
させれば、反射スペクトルも変化することがわかる。こ
の変化は、以下に述べる理由によるものである。すなわ
ち、入射光の電場方向が第１の配線層３０の配線方向に
直交する場合、入射光は第１の配線層３０を透過してし
まう。このため、第１の配線層３０の下部の第１の層間
絶縁膜層２８の厚さが反射スペクトルに影響を及ぼして
しまう。一方、入射光の電場方向が第１の配線層３０の
配線方向に平行である場合、入射光は第１の配線層３０
を透過することができず、第１の配線層３０で反射して
しまう。したがって、この場合、反射スペクトルは第１
の層間絶縁膜層２８の厚さに影響されることはない。
【００２４】本発明の第２の実施の形態のエッチング深
さ測定装置１０ａは、上記の点に着目して構成されたも
のである。すなわち、多層配線構造を実現する場合にお
いて、既に形成済みの下層の配線方向に電場方向が平行
となるように、入射光の偏光状態を調節し、その電場方
向が調節された入射光を用いて、上層の配線溝の深さを
測定する。このため、下層配線より下の層の構造は、何
ら測定に影響を及ぼすことはなく、それにより、より一
層高精度に測定することが可能となる。
さ測定装置１０ａは、上記の点に着目して構成されたも
のである。すなわち、多層配線構造を実現する場合にお
いて、既に形成済みの下層の配線方向に電場方向が平行
となるように、入射光の偏光状態を調節し、その電場方
向が調節された入射光を用いて、上層の配線溝の深さを
測定する。このため、下層配線より下の層の構造は、何
ら測定に影響を及ぼすことはなく、それにより、より一
層高精度に測定することが可能となる。
【００２５】本発明の第２の実施の形態では、半導体基
板１６からの反射光が偏光板４８を通過することを避け
るために、偏光板４８を光源１２とビームスプリッター
１８との間に配置しているが、本発明はこの配置に限る
ものではない。たとえば、反射光が偏光板４８を通過す
るようにしてももちろん構わない。具体的には、ビーム
スプリッター１８とレンズ１４との間、レンズ１４と半
導体基板１６との間に配置しても良い。
板１６からの反射光が偏光板４８を通過することを避け
るために、偏光板４８を光源１２とビームスプリッター
１８との間に配置しているが、本発明はこの配置に限る
ものではない。たとえば、反射光が偏光板４８を通過す
るようにしてももちろん構わない。具体的には、ビーム
スプリッター１８とレンズ１４との間、レンズ１４と半
導体基板１６との間に配置しても良い。
【００２６】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。図１０は、本発明の第
３の実施の形態に係るエッチング装置の概略構成図であ
る。この第３の実施の形態は、周知のドライエッチング
装置に、上記の第１の実施の形態に係るエッチング深さ
測定装置１０を設けた例を示すものである。図１０に示
すように、この第３の実施の形態に係るエッチング装置
は、第１の実施の形態のエッチング深さ測定装置１０を
備えることにより、ドライエッチング工程における、エ
ッチング深さを“in-situ”で測定し、さらに、その測
定結果をフィードバックすることで、エッチング深さを
高精度に制御して形成することを可能とする。図１０で
は、第１の実施の形態に係るエチング深さ測定装置１０
を備えた例を示しているが、第１の実施の形態に係るエ
ッチング装置１０に替えて、上記の第２の実施の形態に
係るエッチング深さ測定装置１０ａを備え付けても良い
ことはもちろんである。
の実施の形態について説明する。図１０は、本発明の第
３の実施の形態に係るエッチング装置の概略構成図であ
る。この第３の実施の形態は、周知のドライエッチング
装置に、上記の第１の実施の形態に係るエッチング深さ
測定装置１０を設けた例を示すものである。図１０に示
すように、この第３の実施の形態に係るエッチング装置
は、第１の実施の形態のエッチング深さ測定装置１０を
備えることにより、ドライエッチング工程における、エ
ッチング深さを“in-situ”で測定し、さらに、その測
定結果をフィードバックすることで、エッチング深さを
高精度に制御して形成することを可能とする。図１０で
は、第１の実施の形態に係るエチング深さ測定装置１０
を備えた例を示しているが、第１の実施の形態に係るエ
ッチング装置１０に替えて、上記の第２の実施の形態に
係るエッチング深さ測定装置１０ａを備え付けても良い
ことはもちろんである。
【００２７】本発明の第３の実施の形態のエッチング装
置では、エッチングチャンバー５０内に下部電極５２が
配置する。この下部電極５２の上面には、エッチングさ
れる半導体基板１６が載置される。また、下部電極５２
は、マッチングネットワーク（図示しない）を介して、
高周波電源（図示しない）に接続する。
置では、エッチングチャンバー５０内に下部電極５２が
配置する。この下部電極５２の上面には、エッチングさ
れる半導体基板１６が載置される。また、下部電極５２
は、マッチングネットワーク（図示しない）を介して、
高周波電源（図示しない）に接続する。
【００２８】エッチングチャンバー５０には、反応性ガ
スをチャンバー５０内に導入するためのガス供給管（図
示しない）、およびチャンバー５０内のガスを排気する
排気管（図示しない）が設けられている。さらに、エッ
チングチャンバー５０の上部には、たとえば石英ガラス
から成る計測窓５４が配置されている。この計測窓５４
を介して、半導体基板１６への入射光チャンバー５０内
に導入され、半導体基板１６からの反射光がチャンバー
５０内から取り出されることになる。
スをチャンバー５０内に導入するためのガス供給管（図
示しない）、およびチャンバー５０内のガスを排気する
排気管（図示しない）が設けられている。さらに、エッ
チングチャンバー５０の上部には、たとえば石英ガラス
から成る計測窓５４が配置されている。この計測窓５４
を介して、半導体基板１６への入射光チャンバー５０内
に導入され、半導体基板１６からの反射光がチャンバー
５０内から取り出されることになる。
【００２９】本発明の第３の実施の形態のエッチング装
置では、エッチングチャンバー５０内の下部電極５２上
に半導体基板１６が載置された後、反応性ガスがガス供
給管を介してチャンバー５０内に導入される。そして、
この反応性ガスがプラズマ化されると、半導体基板１６
に対するエッチング処理が実行される。このエッチング
処理中に、光源１２から光が出力されると、この光は、
計測窓５４を通過して半導体基板１６に対して照射され
る。そして、半導体基板１６上で反射した反射光は、計
測窓５４を通過してチャンバー５０の外に取り出され
る。この反射光は、ビームスプリッター１８および光フ
ァイバー２０を介して分光器２２に導かれ、分光された
後、検出器２４によって所定の波長領域の光が検出され
る。算出部２６は、検出結果を受け取り、その検出結果
に基づいて、所定の位置のエッチング深さを算出する。
算出された結果は、エッチングチャンバー５０内のエッ
チング状態を制御するエッチング制御部（図示しない）
に出力される。エッチング制御部は、その算出されたエ
ッチング深さをモニターし、エッチング状態の制御によ
って、所望のエッチング深さを実現する。
置では、エッチングチャンバー５０内の下部電極５２上
に半導体基板１６が載置された後、反応性ガスがガス供
給管を介してチャンバー５０内に導入される。そして、
この反応性ガスがプラズマ化されると、半導体基板１６
に対するエッチング処理が実行される。このエッチング
処理中に、光源１２から光が出力されると、この光は、
計測窓５４を通過して半導体基板１６に対して照射され
る。そして、半導体基板１６上で反射した反射光は、計
測窓５４を通過してチャンバー５０の外に取り出され
る。この反射光は、ビームスプリッター１８および光フ
ァイバー２０を介して分光器２２に導かれ、分光された
後、検出器２４によって所定の波長領域の光が検出され
る。算出部２６は、検出結果を受け取り、その検出結果
に基づいて、所定の位置のエッチング深さを算出する。
算出された結果は、エッチングチャンバー５０内のエッ
チング状態を制御するエッチング制御部（図示しない）
に出力される。エッチング制御部は、その算出されたエ
ッチング深さをモニターし、エッチング状態の制御によ
って、所望のエッチング深さを実現する。
【００３０】本発明の第３の実施の形態によれば、エッ
チング処理中であっても、チャンバー５０内の半導体基
板１６上に形成される溝の深さをリアルタイムに測定す
ることができる。このため、所望のエッチング深さが達
成できるように、エッチング時間の調整等を行なうこと
が可能となる。それにより、従来の時間管理のようにエ
ッチング状態の変動等に何ら影響を受けることなく、エ
ッチング深さを測定することができる。
チング処理中であっても、チャンバー５０内の半導体基
板１６上に形成される溝の深さをリアルタイムに測定す
ることができる。このため、所望のエッチング深さが達
成できるように、エッチング時間の調整等を行なうこと
が可能となる。それにより、従来の時間管理のようにエ
ッチング状態の変動等に何ら影響を受けることなく、エ
ッチング深さを測定することができる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、ダマシン加工における
配線溝の深さを高精度に測定することができるエッチン
グ深さ測定方法および装置を実現できる。
配線溝の深さを高精度に測定することができるエッチン
グ深さ測定方法および装置を実現できる。
【００３２】本発明によれば、ダマシン加工における配
線溝の深さを、そのエッチング中に測定することで、そ
の深さの制御性を向上させることができるエッチング方
法を実現できる。
線溝の深さを、そのエッチング中に測定することで、そ
の深さの制御性を向上させることができるエッチング方
法を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るエッチング深
さ測定装置の概略構成図である。
さ測定装置の概略構成図である。
【図２】図１の半導体基板１６の一例を示す断面図であ
る。
る。
【図３】図２のレジストパターン３４と第１の配線層３
０の配線パターンとの位置関係を示す平面図である。
０の配線パターンとの位置関係を示す平面図である。
【図４】図１のエッチング深さ測定装置１０によって得
られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの一
例を示す図である。
られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの一
例を示す図である。
【図５】図１のエッチング深さ測定装置１０によって得
られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの他
の一例を示す図である。
られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの他
の一例を示す図である。
【図６】図１の半導体基板１６の他の一例を示す断面図
である。
である。
【図７】図１の半導体基板１６の他の一例を示す断面図
である。
である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るエッチング深
さ測定装置の概略構成図である。
さ測定装置の概略構成図である。
【図９】図８のエッチング深さ測定装置１０ａによって
得られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの
一例を示す図である。
得られる、半導体基板１６の反射光の波長スペクトルの
一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係るエッチング
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【符号の説明】 １０ エッチング深さ測定装置 １２ 光源 １４ レンズ １６ 半導体基板 １８ ビームスプリッター ２０ 光ファイバー ２２ 分光器 ２４ 検出器 ２６ 算出部 ２８，３８ 第１の層間絶縁膜 ３０，４０ 第１の配線層 ３２，４２ 第２の層間絶縁膜 ３４，４４ レジストパターン ３６ ゲート電極 ４６ 配線溝 ４８ 偏光板 ５０ エッチングチャンバー ５２ 下部電極 ５４ 計測窓
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三上 徹 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 菊池 俊彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 大岩 徳久 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 2F065 AA25 CC19 FF44 FF49 FF52 GG02 GG24 LL00 LL02 LL04 LL32 LL46 LL67 4K057 DA12 DB06 DD01 DJ07 DN01 4M106 AA01 AA20 BA04 BA06 CA48 DH03 DH12 DH31 DH38 DH40 DJ20 5F004 AA16 BB18 BC08 CB09 CB16 EA01 EB03
Claims (6)
- 【請求項１】 配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板に対して光
を照射する工程と、 該基板からの反射光のうち、前記配線構造の配線間隔の
２倍よりも大きい波長を有する光を検出する工程と、 該検出された光の強度に基づいて、前記絶縁膜層の膜厚
およびエッチング溝の深さのうちの少なくとも一方を算
出する工程とを少なくとも含むことを特徴とするエッチ
ング深さ測定方法。 - 【請求項２】 前記光を照射する工程は、前記基板への
入射光の電場方向が、前記配線構造の配線方向に対して
平行となるように、前記光を偏光させる工程を含む、こ
とを特徴とする請求項１に記載のエッチング深さ測定方
法。 - 【請求項３】 配線構造の上部に配置された絶縁膜層の
内部に形成されたエッチング溝を有する基板に対して光
を照射する光源と、 該基板からの反射光のうち、前記配線構造の配線間隔の
２倍よりも大きい波長を有する光を検出する検出器と、 該検出器によって検出された光の強度に基づいて、前記
絶縁膜層の膜厚およびエッチング溝の深さのうちの少な
くとも一方を算出する算出部とを具備することを特徴と
するエッチング深さ測定装置。 - 【請求項４】 前記光源と前記基板との間に配置され、
前記基板への入射光の電場方向が、前記配線構造の配線
方向に対して平行となるように、前記光を偏光させる偏
光光学系を、さらに具備することを特徴とする請求項３
に記載のエッチング深さ測定装置。 - 【請求項５】 配線構造の上部に配置された絶縁膜層を
有する基板をエッチングチャンバーに搬入する工程と、 エッチングにより前記絶縁膜層の内部にエッチング溝を
形成する工程と、 該エッチング中に、前記エッチング溝の深さを一定時間
ごとに測定する工程とを少なくとも含み、 前記エッチング深さ測定工程は、さらに、 前記基板に対して光を照射するステップと、 前記基板からの反射光のうち、前記配線構造の配線間隔
の２倍よりも大きい波長を有する光を検出するステップ
と、 該検出された光の強度に基づいて、前記絶縁膜層の膜厚
およびエッチング溝の深さのうちの少なくとも一方を算
出するステップとを少なくとも含むことを特徴とするエ
ッチング方法。 - 【請求項６】 前記光を照射するステップは、前記基板
への入射光の電場方向が、前記配線構造の配線方向に対
して平行となるように、前記光を偏光させるステップを
含む、ことを特徴とする請求項５に記載のエッチング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275162A JP3713426B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | エッチング深さ測定方法および装置、エッチング方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275162A JP3713426B2 (ja) | 2000-09-11 | 2000-09-11 | エッチング深さ測定方法および装置、エッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093870A true JP2002093870A (ja) | 2002-03-29 |
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ID=18760825
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3713426B2 (ja) |
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- 2000-09-11 JP JP2000275162A patent/JP3713426B2/ja not_active Expired - Fee Related
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