JP2557377B2 - 深さ測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体基板に形成されている微細な
凹部の深さを測定するための深さ測定装置に関する。

（従来の技術） 近時、超LSIの高集積化を目的として、シリコン（S
i）ウェハ上に例えば幅１μm,深さ５μｍ程度の微細な
溝を形成し、立体キャパシタセル,U形素子等を分離する
ことが行われている。この場合、溝の深さ管理を厳密に
行う必要があるが、このためには、溝の深さを±0.5μ
ｍ以下の精度で測定する必要がある。従来、このような
高精度深さ測定には、光の回折光の強度変化を要した測
定法が用いられている。

しかしながら、従来の測定法では、回折光の強度が、
溝のエッジの形状の影響を敏感に受けやすく、エッジの
形状が一定でなければ、高精度の深さ測定を行うことが
できない欠点をもっていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上述したように、μｍオーダでの深さ測定
の高精度測定が極めて困難であることを勘案してなされ
たもので、半導体基板に形成されている凹部の深さを、
高精度，非接触かつ非破壊で測定することのできる深さ
測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用） マイケルソン型干渉計により凹縫の表面及び底面に対
応した２種類の干渉縞を形成し、これら２種類の干渉縞
の間隔を測定し、この間隔測定結果に基づいて凹部の深
さをエッジの形状精度に影響されることなく、高精度に
測定するようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図及び第２図は、この実施例の深さ測定装置を示
している。この装置は、試料（１）の干渉縞を観察する
ための観察系（２）と、この観察系（２）に接続され深
さ測定図の干渉縞を生成するいわゆるマイケルソン（Mi
chelson）干渉計を構成する干渉系（３）とからなって
いる。しかして、干渉系（３）は、平行光（4a）を投射
する投光部（４）と、平行光（4a）を入光して矢印
（５），（６）方向に分光するビームスプリッタ（７）
と、矢印（５）方向の平行光（８）を受光する位置にて
試料（１）を保持するテーブル（９）と、矢印（６）方
向の平行光（10）を受光する位置に設けられたミラー
（11）と、このミラー（11）を保持するミラー保持部
（12）とからなっている。そして、投光部（４）は、タ
ングステンランプ（13）と、このタングステンランプ
（13）を光を平行光（4a）にするコリメータレンズ（1
4）と、タングステンランプ（13）及びコリメータレン
ズ（14）が格納された箱体（15）とからなっている。ま
た、ミラー保持部（12）は、ミラー（11）を光軸に対す
る角度調整自在（矢印（16）方向）に保持する保持具
（17）と、この保持具（17）を光軸に沿った矢印（18）
方向に微調整する圧電素子（19）と、この圧電素子（1
9）に駆動用の電圧を印加するドライバ（20）とからな
っている。一方、観察系（２）は、ミラー（11）から矢
印（21）方向に反射した反射光と試料（１）にて矢印
（23）方向に反射した反射光とがビームスプリッタ
（７）にて干渉して矢印（25）方向に出射した干渉光
（25）を受光して所定倍率で拡大する顕微鏡（26）と、
この顕微鏡（26）にて結像された干渉光（25）の干渉縞
を画像信号に変換するITVカメラ（27）と、このITVカメ
ラ（27）からの画像信号を入力して映像信号に変換する
カメラドライバ（28）と、このカメラドライバ（28）か
らの映像信号を入力して映像表示するモニタ（29）とか
らなっている。

つぎに、上記構成の深さ測定装置を用いて試料（１）
に刻設された溝状の凹部（30）…の深さ測定方法につい
て述べる。なお、凹部（30）…の深さはｄとする。ま
た、凹部（30）…の底面（Ｂ）と試料（１）の表面
（Ｓ）は、ほぼ平行になっている。

第３図乃至第５図において、ミラー（11）を所定量傾
けると直線干渉縞を得ることができる。ここで、タング
ステンランプ（13）の光は、単色光ではないため、スペ
クトルに拡がりをもっている。このスペクトルの幅をΔ
ωとすると、コヒーレンス長ｌは、ｌC/Δωで表わす
ことができる。ただし、Ｃは光速である。このとき現わ
る干渉縞の本数Ｎは、Ｎl/λοで表わすことができ
る。ただし、λοは中心波長である。すなわち、スペク
トル幅Δωが大きくなるほど、コヒーレンス長ｌは小さ
くなり、現われる干渉縞の本数も減ってくることを示し
ている。このような条件下で、ミラー（32），（33）を
凹部（30）…を有する試料（１）に置きかえる。これ
は、距離ｄだけ離れたミラー（32）とミラー（33）との
組合せと見なすことができる。そこで、ミラー（32）
（試料（１）の表面（ｓ）に相当），（33）（凹部（3
0）…の底面（Ｂ）に相当）により作られる干渉縞（3
4），（35）の間隔Ｄは、ミラー（11）が光軸に対して
角度θ傾いているとすれば、Ｄ＝d tanθで表わすこと
ができる。つまり、角度θが一定であるとすれば、間隔
Ｄを測定すれば、深さｄを求めることができる。ここ
で、間隔Ｄを求めるには、干渉縞（34），（35）を区別
できねばならない。そのためには、コヒーレンス長ｌ
は、深さｄを２倍より小さくなければならない。しかし
て、間隔Ｄは、顕微鏡（26）の倍率から求められるが、
測定精度が悪いので次の方法を用いる。すなわち、ミラ
ー（32），（33）どちらか一方の干渉縞（34）又は（3
5）の視野中の位置を記憶しておき、他方の干渉縞（3
5）又は（34）が同じ位置にくるようにミラー（11）を
矢印（18）方向に動かす。このときの移動量がとりもな
おさず、凹部（30）…の深さｄである。実際には、第４
図のように、干渉縞（34）が視野の特定の位置にくるよ
うに圧電素子（19）によりミラー（11）を矢印（18）方
向に動かす。このとき、ドライバ（20）による印加電圧
V1を記憶する。ついで、干渉縞（35）が視野中の前記特
定位置にくるようにミラー（11）を矢印（18）方向に動
かす（第５図参照）。このときの圧電素子（19）へのド
ライバ（20）による印加電圧V2を記憶する。ついで、あ
らかじめ求められている印加電圧と移動量との関係式に
より、深さｄを求める。

以上のように、この実施例においては、測定光とし
て、凹部（30）…を構成するミラー（32），（33）から
の正反射光を利用して深さ測定するようにしているの
で、凹部（30）…のエッジの形状精度に影響されること
なく、深さを高精度に測定することができる。さらに、
深さ情報を２次元の画像としてとらえることができるの
で、情報量が多くなり、測定精度の向上に役立つ。

なお、干渉縞（34），（35）の中央部の決定を第３図
乃至第５図に示すように、直線Ｌに沿った光を強さを示
す電圧値のピーク値を利用してもよい。この場合、目視
検査を省略できるので、完全自動化が可能となる。さら
に、圧電素子（19）の代りに電気マイクロなどの変位計
を用いて直接、ミラー（11）の移動量を求めるようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、深さ測定される凹部のエッジ形状
精度に影響されることなく、高精度の深さが可能とな
る。したがって、超LSIの製造プロセスに本発明を適用
した場合、格別の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の深さ測定装置の構成図，第
２図は同じく要部拡大構成図，第３図乃至第５図は本発
明の一実施例の深さ測定方法を説明図である。 （１）……試料（被測定部）， （２）……観察系，（３）……干渉系， （４）……投光部，（11）……ミラー， （25）……干渉光，（34），（35）……干渉縞。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のコヒーレンス長を有する測定光を上
   記コヒーレンス長の1/2以上の深さの凹部が形成されこ
   の凹部の底面は上記凸部が形成された表面に対しほぼ平
   行に設けられている被測定部に投射して上記凹部の深さ
   を測定する深さ測定装置において、上記測定光を上記測
   定部に投射する投光手段と、上記測定光の光軸に対して
   傾動自在に設けられ且つ上記光軸方向に移動自在に設け
   られ上記測定光を入反射するミラーを有し且つ上記測定
   光を上記被測定部の表及び上記凹部の底面にて反射させ
   一対の測定反射光を得るとともに上記ミラーからの反射
   光と上記一対の測定反射光とを各別に干渉させ第１及び
   第２の干渉縞を形成する干渉手段と、この干渉手段にて
   形成された第１及び第２の干渉縞を観察する観察手段
   と、この観察手段の視野中における第１の干渉縞と上記
   第２の干渉縞との間隔を測定する間隔測定手段と、この
   間隔測定手段により求められた間隔が上記凹部の深さに
   対して上記ミラーの上記光軸に対する傾きが一定のとき
   正比例することに基づいて上記凹部の深さを算出する深
   さ算出手段とを具備することを特徴とする深さ測定装
   置。