JP2000097648A - 段差測定装置および段差測定方法 - Google Patents
段差測定装置および段差測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 平板状の基板に設けたれた段差の測定に関
し、特に、半導体ウエハ表面に形成されたエッチング段
差を測定するための段差測定装置とその方法。 【解決手段】 基板８に設けられた段差１０での干渉光
強度測定値と干渉モデルからの算出値とを比較して最も
測定値に近い場合に用いたモデルでの段差値を被測定物
の段差Ｄとする
し、特に、半導体ウエハ表面に形成されたエッチング段
差を測定するための段差測定装置とその方法。 【解決手段】 基板８に設けられた段差１０での干渉光
強度測定値と干渉モデルからの算出値とを比較して最も
測定値に近い場合に用いたモデルでの段差値を被測定物
の段差Ｄとする
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は平板状の基板に設け
られた段差の測定装置とその方法に関し、特に、半導体
ウエハ表面に形成されたエッチング段差を測定するため
の段差測定装置とその方法に関する。
られた段差の測定装置とその方法に関し、特に、半導体
ウエハ表面に形成されたエッチング段差を測定するため
の段差測定装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般の半導体装置の製造工程において
は、単一の物質により形成されている基板、例えばシリ
コン基板等の表面に、数百オングストロームから数μｍ
程度の微少なエッチング段差が形成され、半導体素子に
おける素子分離や容量膜形成等において利用されてい
る。
は、単一の物質により形成されている基板、例えばシリ
コン基板等の表面に、数百オングストロームから数μｍ
程度の微少なエッチング段差が形成され、半導体素子に
おける素子分離や容量膜形成等において利用されてい
る。
【０００３】それらの半導体製造工程では、エッチング
段差を測定することによりエッチングレートの日常管理
が実施されている。このエッチング段差は極めて微少な
段差であるため、段差測定方法としてはエッチング段差
を損傷せずに高精度で測定することが要求されている。
段差を測定することによりエッチングレートの日常管理
が実施されている。このエッチング段差は極めて微少な
段差であるため、段差測定方法としてはエッチング段差
を損傷せずに高精度で測定することが要求されている。
【０００４】これらの測定は、通常、機械的測定方法、
断面ＳＥＭで測定する方法又は光学的測定方法等が用い
られている。
断面ＳＥＭで測定する方法又は光学的測定方法等が用い
られている。
【０００５】機械的な方法は、図示しない固定用ステー
ジ上に真空チャック等で固定された基板の表面を測定針
を接触走査させ、段差によって生じるる機械的変位を電
気信号に変換して測定している。
ジ上に真空チャック等で固定された基板の表面を測定針
を接触走査させ、段差によって生じるる機械的変位を電
気信号に変換して測定している。
【０００６】また、断面ＳＥＭで測定する方法は、ウエ
ハを割ってその断面をＳＥＭで測定している。
ハを割ってその断面をＳＥＭで測定している。
【０００７】また、非破壊検査である光学的測定方法と
しては、特開平８−２３６５９２号方法に開示されてい
るように、汎用の分光干渉反射率膜厚計などを利用して
測定する段差測定方法が用いられている。
しては、特開平８−２３６５９２号方法に開示されてい
るように、汎用の分光干渉反射率膜厚計などを利用して
測定する段差測定方法が用いられている。
【０００８】図１３はこの段差測定方法の概要を示す原
理図である。すなわち、測定対象物である半導体基板２
０の段差部分の埋め込み部材２１の上に屈折率等が既知
の透明膜２２を塗布し、段差を透明膜２２で埋設して段
差を無くし、埋設した透明膜２２の厚さを分光干渉反射
率膜厚計などで測定することによって段差Ｄを測定して
いる。
理図である。すなわち、測定対象物である半導体基板２
０の段差部分の埋め込み部材２１の上に屈折率等が既知
の透明膜２２を塗布し、段差を透明膜２２で埋設して段
差を無くし、埋設した透明膜２２の厚さを分光干渉反射
率膜厚計などで測定することによって段差Ｄを測定して
いる。
【０００９】この方法では、透明膜２２の上面から段差
の下部までの厚さＤ１と、透明膜２２の上面から段差の
上部までの厚さＤ２をそれぞれ求め、その差として段差
Ｄを算出している。
の下部までの厚さＤ１と、透明膜２２の上面から段差の
上部までの厚さＤ２をそれぞれ求め、その差として段差
Ｄを算出している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、機械的
測定方法は測定針を基板表面に物理的に接触させるた
め、基板表面に引っ掻き傷を作る惧れがあり、その引っ
掻き傷で測定対象の半導体基板を損傷するのみならず、
引っ掻き傷に伴ってパーティクル（ゴミ）の発生を引起
こす可能性も有る。さらに、原理的に測定針の先端形状
により測定可能な溝のアスペクト比が制限される等の不
具合が存在する。
測定方法は測定針を基板表面に物理的に接触させるた
め、基板表面に引っ掻き傷を作る惧れがあり、その引っ
掻き傷で測定対象の半導体基板を損傷するのみならず、
引っ掻き傷に伴ってパーティクル（ゴミ）の発生を引起
こす可能性も有る。さらに、原理的に測定針の先端形状
により測定可能な溝のアスペクト比が制限される等の不
具合が存在する。
【００１１】また、断面ＳＥＭで測定する方法は、ウエ
ハを割って測定する破壊試験であるうえ、時間と費用が
かかるのが課題である。
ハを割って測定する破壊試験であるうえ、時間と費用が
かかるのが課題である。
【００１２】また、汎用の分光干渉反射率膜厚計などを
利用して測定する段差測定方法の場合は、段差を測定す
る前に透明膜を塗布して段差を埋設する工程と、段差を
測定した後に透明膜を除去する工程の２つの工程が測定
のためだけに必要になる。従って、段差測定用だけのた
めに新たな工程を追加しなければならないという問題が
有る。
利用して測定する段差測定方法の場合は、段差を測定す
る前に透明膜を塗布して段差を埋設する工程と、段差を
測定した後に透明膜を除去する工程の２つの工程が測定
のためだけに必要になる。従って、段差測定用だけのた
めに新たな工程を追加しなければならないという問題が
有る。
【００１３】本発明は、上記の課題を解決して、被測定
体である半導体ウエハを損傷したり、破壊したり又は半
導体ウエハの測定のための余分な工程を追加することな
く、正確に半導体ウエハ等の被測定体の段差を測定する
段差測定装置とその測定方法を提供するものである。
体である半導体ウエハを損傷したり、破壊したり又は半
導体ウエハの測定のための余分な工程を追加することな
く、正確に半導体ウエハ等の被測定体の段差を測定する
段差測定装置とその測定方法を提供するものである。
【００１４】
【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、表面に透光性膜が形成され、かつ、任意の
箇所に段差が設けられた基板の前記段差を測定するに際
し、光源から測定光を前記段差の底面と前記透光性膜に
照射し、前記透光性膜からの反射光と前記段差からの反
射光とを同一の検出器によって検出し、その検出結果を
演算処理して段差を測定する段差測定装置において、前
記検出器が検出する検出光の入力は、前記２つの反射光
が生成する干渉光の光強度分布であることを特徴とする
段差測定装置にある。
段によれば、表面に透光性膜が形成され、かつ、任意の
箇所に段差が設けられた基板の前記段差を測定するに際
し、光源から測定光を前記段差の底面と前記透光性膜に
照射し、前記透光性膜からの反射光と前記段差からの反
射光とを同一の検出器によって検出し、その検出結果を
演算処理して段差を測定する段差測定装置において、前
記検出器が検出する検出光の入力は、前記２つの反射光
が生成する干渉光の光強度分布であることを特徴とする
段差測定装置にある。
【００１５】請求項２の発明による手段によれば、前記
演算処理は、前記検出器が検出した干渉光の光強度分布
と、予めデータベースに格納されている前記透光性膜の
膜厚や屈折率に基づいて算出された干渉光強度分布毎の
段差データとを比較演算し、最も近似した前記段差デー
タを前記基板の段差とすることを特徴とする段差測定装
置にある。
演算処理は、前記検出器が検出した干渉光の光強度分布
と、予めデータベースに格納されている前記透光性膜の
膜厚や屈折率に基づいて算出された干渉光強度分布毎の
段差データとを比較演算し、最も近似した前記段差デー
タを前記基板の段差とすることを特徴とする段差測定装
置にある。
【００１６】請求項３の発明による手段によれば、前記
データベースは、段差測定以前に既知の前記透光性膜の
膜厚データを用いて算出された段差データを格納してい
ることを特徴とする段差測定装置にある。
データベースは、段差測定以前に既知の前記透光性膜の
膜厚データを用いて算出された段差データを格納してい
ることを特徴とする段差測定装置にある。
【００１７】請求項４の発明による手段によれば、前記
データベースは、段差測定時に測定した前記透光性膜の
膜厚データを用いて算出した段差データを格納している
ことを特徴とする段差測定装置にある。
データベースは、段差測定時に測定した前記透光性膜の
膜厚データを用いて算出した段差データを格納している
ことを特徴とする段差測定装置にある。
【００１８】請求項５の発明による手段によれば、前記
データベースに格納している干渉光のデータは、前記段
差に埋め込み物質を設けた場合と設けない場合とについ
てのデータであることを特徴とする段差測定方法にあ
る。
データベースに格納している干渉光のデータは、前記段
差に埋め込み物質を設けた場合と設けない場合とについ
てのデータであることを特徴とする段差測定方法にあ
る。
【００１９】請求項６の発明による手段によれば、表面
に透光性膜が形成され、かつ、任意の箇所に段差が設け
られた基板の前記段差を光学的に測定する段差測定方法
において、前記段差の反射面からの反射光と前記透光成
膜を透過し前記基板からの反射光とで生成された干渉光
の光強度分布を検出する光強度分布検出ステップと、こ
の光強度分布検出ステップで検出された検出結果と、予
めデータベースに格納されている前記透光性膜の膜厚や
屈折率毎に基づいて算出された干渉光の光強度分布デー
タとを比較演算し、前記データベースに格納されたデー
タから最も近似したデータを選定する比較演算ステップ
と、この比較演算ステップの結果から、選定された光強
度分布に対応してデータべースに格納されている段差の
値を基板の段差と算定する段差算定ステップとを有する
ことを特徴とする段差測定方法にある。
に透光性膜が形成され、かつ、任意の箇所に段差が設け
られた基板の前記段差を光学的に測定する段差測定方法
において、前記段差の反射面からの反射光と前記透光成
膜を透過し前記基板からの反射光とで生成された干渉光
の光強度分布を検出する光強度分布検出ステップと、こ
の光強度分布検出ステップで検出された検出結果と、予
めデータベースに格納されている前記透光性膜の膜厚や
屈折率毎に基づいて算出された干渉光の光強度分布デー
タとを比較演算し、前記データベースに格納されたデー
タから最も近似したデータを選定する比較演算ステップ
と、この比較演算ステップの結果から、選定された光強
度分布に対応してデータべースに格納されている段差の
値を基板の段差と算定する段差算定ステップとを有する
ことを特徴とする段差測定方法にある。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明は、平板状の基板である半
導体ウエハ表面に形成されている透光性膜の膜厚や屈折
率毎に変化する反射光や、この反射光と半導体ウエハに
形成された段差に埋め込まれた埋め込み部材からの反射
光とから生成される干渉光強度分布を算出して、パラメ
ータとしてデータベースに格納し、その格納されたデー
タと検出による段差部分での干渉光強度分布とを比較演
算して、干渉光強度分布と対応してデータベースに格納
されている段差データから段差を算定する段差測定装置
とその方法でる。
導体ウエハ表面に形成されている透光性膜の膜厚や屈折
率毎に変化する反射光や、この反射光と半導体ウエハに
形成された段差に埋め込まれた埋め込み部材からの反射
光とから生成される干渉光強度分布を算出して、パラメ
ータとしてデータベースに格納し、その格納されたデー
タと検出による段差部分での干渉光強度分布とを比較演
算して、干渉光強度分布と対応してデータベースに格納
されている段差データから段差を算定する段差測定装置
とその方法でる。
【００２１】以下本発明に実施の形態について図面を参
照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例を示
すシステム図であり、図２はその基本プロセスを示すブ
ロック図であり、図３（ａ）は検出した干渉光の光強度
分布を示すグラフで、図３（ｂ）はデータベースに格納
されている干渉光毎の光強度分布を示すグラフである。
照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例を示
すシステム図であり、図２はその基本プロセスを示すブ
ロック図であり、図３（ａ）は検出した干渉光の光強度
分布を示すグラフで、図３（ｂ）はデータベースに格納
されている干渉光毎の光強度分布を示すグラフである。
【００２２】図１に示すように、段差測定装置１はハロ
ゲンランプや水銀ランプ等から成る光源２が設けられ、
その光源２の光軸上の前方にハーフミラー３が配置され
ている。また、ハーフミラー３の曲折して光軸のハーフ
ミラー３の後方には検出器５が設けられている。この検
出器５は検出器５からの出力を演算処理する演算部６に
接続されている。演算部は干渉光の光強度分布や各光強
度分布に対応した段差データが格納されているデータベ
ース７に接続されている。
ゲンランプや水銀ランプ等から成る光源２が設けられ、
その光源２の光軸上の前方にハーフミラー３が配置され
ている。また、ハーフミラー３の曲折して光軸のハーフ
ミラー３の後方には検出器５が設けられている。この検
出器５は検出器５からの出力を演算処理する演算部６に
接続されている。演算部は干渉光の光強度分布や各光強
度分布に対応した段差データが格納されているデータベ
ース７に接続されている。
【００２３】一方、被測定体である基板８は、シリコン
基板上にパターニングされたフォトレジストを固定し、
５００オングストローム程度にドライエッチングした後
に、フォトレジストを剥離して段差１０が形成され、表
面に均一の膜厚の透光性膜９が成膜されている。また、
段差１０の底部１１は埋め込み部を形成し埋め込み部材
１２が埋め込まれている。
基板上にパターニングされたフォトレジストを固定し、
５００オングストローム程度にドライエッチングした後
に、フォトレジストを剥離して段差１０が形成され、表
面に均一の膜厚の透光性膜９が成膜されている。また、
段差１０の底部１１は埋め込み部を形成し埋め込み部材
１２が埋め込まれている。
【００２４】この基板８は図示しない水平なＸＹテーブ
ル上に載置されている。ＸＹテーブルは図示しない駆動
源によって所定方向に駆動される。
ル上に載置されている。ＸＹテーブルは図示しない駆動
源によって所定方向に駆動される。
【００２５】すなわち、これらの構成により、まず、Ｘ
Ｙテーブルに載置した基板８に対して、光源２からの出
射光のうちハーフミラー３を透過して直進する光の一部
が基板８の段差１０内に進入し、かつ、他が透光性膜９
を照射する位置にＸＹテーブルを走査する。
Ｙテーブルに載置した基板８に対して、光源２からの出
射光のうちハーフミラー３を透過して直進する光の一部
が基板８の段差１０内に進入し、かつ、他が透光性膜９
を照射する位置にＸＹテーブルを走査する。
【００２６】この位置で光源２から測定光を照射すると
（Ｓ１）、ハーフミラー３を直進した光は段差１０の埋
め込み部材１２で反射してハーフミラー３に戻りハーフ
ミラー３で反射して検出器５へ向かって曲折する。同様
に、基板８上の透光性膜９を透過した光は基板８の表面
で反射した後、ハーフミラー３で反射して検出器５へ向
かう。
（Ｓ１）、ハーフミラー３を直進した光は段差１０の埋
め込み部材１２で反射してハーフミラー３に戻りハーフ
ミラー３で反射して検出器５へ向かって曲折する。同様
に、基板８上の透光性膜９を透過した光は基板８の表面
で反射した後、ハーフミラー３で反射して検出器５へ向
かう。
【００２７】従って、反射強度分布の異なる２つの光が
同一光軸上を直進するため干渉して干渉光となり検出器
５に入力する。検出器５は図３（ａ）に示すこの干渉光
の光強度分布Ｒを検出する（Ｓ２）。さらに、検出器５
からの出力は演算部６に入力され、データベース７に予
め格納されている図３（ｂ）で示すデータＤａ、Ｄｂ、
Ｄｃ…………と比較演算される（Ｓ３）。
同一光軸上を直進するため干渉して干渉光となり検出器
５に入力する。検出器５は図３（ａ）に示すこの干渉光
の光強度分布Ｒを検出する（Ｓ２）。さらに、検出器５
からの出力は演算部６に入力され、データベース７に予
め格納されている図３（ｂ）で示すデータＤａ、Ｄｂ、
Ｄｃ…………と比較演算される（Ｓ３）。
【００２８】なお、データベース７には予め任意の方法
で求めた、半導体ウエハ表面に形成されている透光性膜
９の膜厚や屈折率毎の反射光と、段差穴１０に埋め込ま
れた埋め込み部材１２からの反射光から生成される干渉
光強度分布を算出してパラメ−タとして格納している。
で求めた、半導体ウエハ表面に形成されている透光性膜
９の膜厚や屈折率毎の反射光と、段差穴１０に埋め込ま
れた埋め込み部材１２からの反射光から生成される干渉
光強度分布を算出してパラメ−タとして格納している。
【００２９】干渉光強度分布の理論値は、透光性膜９通
過後の反射光の光強度をＡとし、段差穴１０の埋め込み
部材１２からの反射光の光強度をＢとすると｜Ａ＋Ｂ｜
2 である。つまり、干渉光の光強度分布Ｒと干渉光強度
分布の理論値｜Ａ＋Ｂ｜2 を比較演算し、その結果、最
も近似したデータを選定し、その選定されたデータに対
応する段差データを段差Ｄと算定する（Ｓ４）。
過後の反射光の光強度をＡとし、段差穴１０の埋め込み
部材１２からの反射光の光強度をＢとすると｜Ａ＋Ｂ｜
2 である。つまり、干渉光の光強度分布Ｒと干渉光強度
分布の理論値｜Ａ＋Ｂ｜2 を比較演算し、その結果、最
も近似したデータを選定し、その選定されたデータに対
応する段差データを段差Ｄと算定する（Ｓ４）。
【００３０】この段差Ｄの算定方法は、段差穴１０内に
埋め込み部材１２が埋め込まれて段差穴１０が完成され
た状態を対象に算定したが、段差穴１０を作成途中であ
る段差穴１０の底部１１に埋め込み部材１２を埋め込む
以前と、埋め込み部材１２を埋め込んで完成した段差穴
１０との双方の測定から段差Ｄを算定することで段差Ｄ
を精密に算定することも出来る。
埋め込み部材１２が埋め込まれて段差穴１０が完成され
た状態を対象に算定したが、段差穴１０を作成途中であ
る段差穴１０の底部１１に埋め込み部材１２を埋め込む
以前と、埋め込み部材１２を埋め込んで完成した段差穴
１０との双方の測定から段差Ｄを算定することで段差Ｄ
を精密に算定することも出来る。
【００３１】以下本発明を変形例１として説明すると、
図４は段差穴の底部に埋め込み部材が埋め込まれる以前
の構成を示す側面断面図で、図５（ａ）はその場合の干
渉光の強度分布を表すグラフで、図５（ｂ）は段差穴底
部に埋め込み部材を埋め込み加工した後の干渉光の強度
分布を表すグラフで、図５（ｃ）は図５（ａ）の場合の
干渉光の強度分布と図５（ｂ）の場合の干渉光の強度分
布との差を示すグラフで、図５（ｄ）はデータベースに
格納されている図５（ｃ）に対応するデータである。ま
た、図６は段差穴算定ステップの概要を示すブロック図
である。
図４は段差穴の底部に埋め込み部材が埋め込まれる以前
の構成を示す側面断面図で、図５（ａ）はその場合の干
渉光の強度分布を表すグラフで、図５（ｂ）は段差穴底
部に埋め込み部材を埋め込み加工した後の干渉光の強度
分布を表すグラフで、図５（ｃ）は図５（ａ）の場合の
干渉光の強度分布と図５（ｂ）の場合の干渉光の強度分
布との差を示すグラフで、図５（ｄ）はデータベースに
格納されている図５（ｃ）に対応するデータである。ま
た、図６は段差穴算定ステップの概要を示すブロック図
である。
【００３２】すなわち、まず、段差穴１０に埋め込み部
材１２を埋め込む前の工程で段差穴１０部に光源２から
測定光を照射して（Ｓ１１）の干渉光強度分布Ｒ１を検
出器５で検出する測定する（Ｓ１２）。このときは、図
５（ａ）に示すように段差穴１０下面からの反射光がな
いため干渉光の光強度分布は透光性膜９経由の反射光Ａ
のみのものである。すなわち干渉光強度分布Ｒ１＝｜Ａ
｜2 と考えられる。
材１２を埋め込む前の工程で段差穴１０部に光源２から
測定光を照射して（Ｓ１１）の干渉光強度分布Ｒ１を検
出器５で検出する測定する（Ｓ１２）。このときは、図
５（ａ）に示すように段差穴１０下面からの反射光がな
いため干渉光の光強度分布は透光性膜９経由の反射光Ａ
のみのものである。すなわち干渉光強度分布Ｒ１＝｜Ａ
｜2 と考えられる。
【００３３】次に、埋め込み部材１２を埋め込みこれを
削った後に、光源２から測定光を照射して（Ｓ１３）の
段差穴１０の干渉光強度分布Ｒ２を検出器５で検出する
（Ｓ１４）。この場合は図５（ｂ）に示すように干渉光
強度分布Ｒ２＝｜Ａ＋Ｂ｜2 と考えられる。ただし、Ｂ
は段差穴１０からの反射光の光強度である。
削った後に、光源２から測定光を照射して（Ｓ１３）の
段差穴１０の干渉光強度分布Ｒ２を検出器５で検出する
（Ｓ１４）。この場合は図５（ｂ）に示すように干渉光
強度分布Ｒ２＝｜Ａ＋Ｂ｜2 と考えられる。ただし、Ｂ
は段差穴１０からの反射光の光強度である。
【００３４】これらから、図５（ｃ）に示すように段差
穴１０に埋め込み部材１２が有る場合の干渉光強度分布
Ｒ２と、埋め込み部材１２を埋め込む前の干渉光強度分
布Ｒ１との差波形Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１を求める（Ｓ１５）。
穴１０に埋め込み部材１２が有る場合の干渉光強度分布
Ｒ２と、埋め込み部材１２を埋め込む前の干渉光強度分
布Ｒ１との差波形Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１を求める（Ｓ１５）。
【００３５】一方、予め既知の膜厚や屈折率を用いて一
層以上の各膜や埋め込み埋め込み部材１２から得られる
干渉光の強度値を段差Ｄをパラメータとして算出して図
５（ｄ）に示すようにデータベース７に格納されてい
る。
層以上の各膜や埋め込み埋め込み部材１２から得られる
干渉光の強度値を段差Ｄをパラメータとして算出して図
５（ｄ）に示すようにデータベース７に格納されてい
る。
【００３６】差波形Ｒ（｜Ａ＋Ｂ｜2 −｜Ａ｜2 ）と、
データベース７に格納されている干渉モデル（｜Ａ＋Ｂ
｜2 −｜Ａ｜2 ）とを比較する（Ｓ１６）。その結果、
最も差波形Ｒに近い場合に用いたモデルでの段差データ
を基板８の段差Ｄと算定する（Ｓ１７）。
データベース７に格納されている干渉モデル（｜Ａ＋Ｂ
｜2 −｜Ａ｜2 ）とを比較する（Ｓ１６）。その結果、
最も差波形Ｒに近い場合に用いたモデルでの段差データ
を基板８の段差Ｄと算定する（Ｓ１７）。
【００３７】また、上述の方法では、基板８に設けられ
た透光性膜９の各膜の厚さを予め判っている既知の値と
して取扱っているが、場合によっては、埋め込み部材１
２を削り取る工程やそれ以前の工程での、プロセスのば
らつきにより各膜の厚さが変化して、測定した段差Ｄの
精度が悪くなるなることがある。それを解消するための
方法を以下に変形例２として説明する。
た透光性膜９の各膜の厚さを予め判っている既知の値と
して取扱っているが、場合によっては、埋め込み部材１
２を削り取る工程やそれ以前の工程での、プロセスのば
らつきにより各膜の厚さが変化して、測定した段差Ｄの
精度が悪くなるなることがある。それを解消するための
方法を以下に変形例２として説明する。
【００３８】図７は、本発明の変形例２の構成を示す側
面断面図であり、図８（ａ）は段差穴の近傍にある段差
穴と同じ構造の場所の干渉光強度分布のグラフで、図８
（ｂ）は予め算定してある膜厚毎の干渉光強度分布を示
すグラフで、図９は段差算定のステップの概要を示すブ
ロック図である。
面断面図であり、図８（ａ）は段差穴の近傍にある段差
穴と同じ構造の場所の干渉光強度分布のグラフで、図８
（ｂ）は予め算定してある膜厚毎の干渉光強度分布を示
すグラフで、図９は段差算定のステップの概要を示すブ
ロック図である。
【００３９】すなわち、この変形例では大別すると、膜
厚を算定する工程とその算定された膜厚を用いて上述の
方法と同様に段差Ｄを算定する工程とに分けられる。
厚を算定する工程とその算定された膜厚を用いて上述の
方法と同様に段差Ｄを算定する工程とに分けられる。
【００４０】まず、段差穴１０に埋め込み部材１２を埋
め込む前の工程で図示しないＸＹステージを測定位置Ｃ
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射して
（Ｓ２１）の干渉光強度分布Ｒ１を検出器５で検出する
測定する（Ｓ２２）。
め込む前の工程で図示しないＸＹステージを測定位置Ｃ
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射して
（Ｓ２１）の干渉光強度分布Ｒ１を検出器５で検出する
測定する（Ｓ２２）。
【００４１】データベース７には予め、図８（ｂ）に示
すようにデータとして同じ透光性膜９についての膜厚毎
の干渉光強度分布が格納されている。これにより、検出
された干渉光の光強度分布と格納されているデータとを
比較演算（Ｓ２３）し、最も近似しているデータを測定
位置Ａの膜厚と算定する（Ｓ２４）。
すようにデータとして同じ透光性膜９についての膜厚毎
の干渉光強度分布が格納されている。これにより、検出
された干渉光の光強度分布と格納されているデータとを
比較演算（Ｓ２３）し、最も近似しているデータを測定
位置Ａの膜厚と算定する（Ｓ２４）。
【００４２】その算定された膜厚を段差穴１０算出用の
膜厚と設定しデータベース７へ入力する（Ｓ２５）。次
に、段差穴１０に埋め込み部材１２が埋め込まれた後
に、同様に、図示していないＸＹステージを測定位置Ａ
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射する
（Ｓ２６）と、測定光はハーフミラー３を経由し、直進
して段差穴１０に進入し段差穴１０の底部１１の埋め込
み部材１２に反射してハーフミラー３に戻り、ハーフミ
ラー３で曲折して検出器５へ向かう。同様にハーフミラ
ー３を経由し、基板８上の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。従って、それぞれ反射した光は、同一光軸所で干
渉して干渉光となる。この干渉光は検出器５で図８
（ａ）で示すような光強度分布Ｒ２として検出される
（Ｓ２７）。以後図６のステップに従い、差波形Ｒを求
め（Ｓ２８）、データベース７に格納されている差波形
データと比較演算（Ｓ２９）し、段差Ｄを算出する（Ｓ
３０）。
膜厚と設定しデータベース７へ入力する（Ｓ２５）。次
に、段差穴１０に埋め込み部材１２が埋め込まれた後
に、同様に、図示していないＸＹステージを測定位置Ａ
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射する
（Ｓ２６）と、測定光はハーフミラー３を経由し、直進
して段差穴１０に進入し段差穴１０の底部１１の埋め込
み部材１２に反射してハーフミラー３に戻り、ハーフミ
ラー３で曲折して検出器５へ向かう。同様にハーフミラ
ー３を経由し、基板８上の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。従って、それぞれ反射した光は、同一光軸所で干
渉して干渉光となる。この干渉光は検出器５で図８
（ａ）で示すような光強度分布Ｒ２として検出される
（Ｓ２７）。以後図６のステップに従い、差波形Ｒを求
め（Ｓ２８）、データベース７に格納されている差波形
データと比較演算（Ｓ２９）し、段差Ｄを算出する（Ｓ
３０）。
【００４３】なお、変形例２では段差穴１０に埋め込み
部材１２を埋め込む前に膜厚を算定しているが、段差穴
１０を設ける工程や埋め込み部材１２を埋め込む工程で
ばらつきが発生し段差穴１０の精度が悪くなることが生
じることがある。以下にそれらを解消した変形例３を説
明する。
部材１２を埋め込む前に膜厚を算定しているが、段差穴
１０を設ける工程や埋め込み部材１２を埋め込む工程で
ばらつきが発生し段差穴１０の精度が悪くなることが生
じることがある。以下にそれらを解消した変形例３を説
明する。
【００４４】すなわち、図１０は本発明の変形例３の構
成を示す側面断面図であり、図１１（ａ）は段差穴の近
傍にある段差穴と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示
すグラフで、図１１（ｂ）は予め算定してある膜厚毎の
干渉光強度分布を示すグラフで、図１２は段差算定のス
テップの概要を示すブロック図である。
成を示す側面断面図であり、図１１（ａ）は段差穴の近
傍にある段差穴と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示
すグラフで、図１１（ｂ）は予め算定してある膜厚毎の
干渉光強度分布を示すグラフで、図１２は段差算定のス
テップの概要を示すブロック図である。
【００４５】この変形例では、基板８上に段差穴１０を
設けた後で、まず、透光性膜９の膜厚測定位置Ｅの膜厚
を算定する。すなわち、まず、図示しないＸＹステージ
を測定位置Ｅへ移動する。この位置で光源２から測定光
を照射する（Ｓ４０）。測定光はハーフミラー３を経由
し、基板８上の第１層目の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。
設けた後で、まず、透光性膜９の膜厚測定位置Ｅの膜厚
を算定する。すなわち、まず、図示しないＸＹステージ
を測定位置Ｅへ移動する。この位置で光源２から測定光
を照射する（Ｓ４０）。測定光はハーフミラー３を経由
し、基板８上の第１層目の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。
【００４６】この干渉光は検出器５で図１１（ａ）で示
すような光強度分布Ｒ１として検出される（Ｓ４１）。
すような光強度分布Ｒ１として検出される（Ｓ４１）。
【００４７】データベース７には予め、図１１（ｂ）に
示すようにデータとして同じ透光性膜９についての膜厚
毎の干渉光強度分布が格納されている。これにより、検
出された干渉光の光強度分布と格納されているデータと
を比較演算し（Ｓ４２）、て最も近似しているデータを
測定位置Ｅの膜厚と算定する（Ｓ４３）。
示すようにデータとして同じ透光性膜９についての膜厚
毎の干渉光強度分布が格納されている。これにより、検
出された干渉光の光強度分布と格納されているデータと
を比較演算し（Ｓ４２）、て最も近似しているデータを
測定位置Ｅの膜厚と算定する（Ｓ４３）。
【００４８】その膜厚値を段差Ｄの算出用の膜厚と設定
しデータベース７へ入力する（Ｓ４５）。
しデータベース７へ入力する（Ｓ４５）。
【００４９】次に、図示しないＸＹステージを測定位置
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射する
（Ｓ４６）と、測定光はハーフミラー３を経由し、直進
して段差穴１０に進入し段差穴１０の底部１１の埋め込
み部材１２に反射してハーフミラー３に戻り、ハーフミ
ラー３で曲折して検出器５へ向かう。同様に、ハーフミ
ラー３を経由し基板８上の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。従って、それぞれ反射した光は、同一光軸所で干
渉して干渉光となる。この干渉光は検出器５で図８
（ａ）で示すような光強度分布Ｒ２として検出される
（Ｓ４７）。更に、差波形Ｒを求め（Ｓ４８）、データ
ベース７に格納されている差波形データと比較演算（Ｓ
４９）し、段差Ｄを算出する（Ｓ５０）。
へ移動する。この位置で光源２から測定光を照射する
（Ｓ４６）と、測定光はハーフミラー３を経由し、直進
して段差穴１０に進入し段差穴１０の底部１１の埋め込
み部材１２に反射してハーフミラー３に戻り、ハーフミ
ラー３で曲折して検出器５へ向かう。同様に、ハーフミ
ラー３を経由し基板８上の透光性膜９を透過して基板８
面で反射して、ハーフミラー３で曲折して検出器５へ向
かう。従って、それぞれ反射した光は、同一光軸所で干
渉して干渉光となる。この干渉光は検出器５で図８
（ａ）で示すような光強度分布Ｒ２として検出される
（Ｓ４７）。更に、差波形Ｒを求め（Ｓ４８）、データ
ベース７に格納されている差波形データと比較演算（Ｓ
４９）し、段差Ｄを算出する（Ｓ５０）。
【００５０】なお、測定位置はＥとＡの２箇所で行った
が、更に多くの箇所で行えばより精度が上がるのは言う
までもない。
が、更に多くの箇所で行えばより精度が上がるのは言う
までもない。
【００５１】なお、上記の各例では、段差が一つの場合
について説明したが、複数の段差についても同様に本発
明を適用できる。その場合、複数の段差の平均値として
測定することもできる。
について説明したが、複数の段差についても同様に本発
明を適用できる。その場合、複数の段差の平均値として
測定することもできる。
【００５２】以上説明したように本発明では、新たに段
差を測定するための基板への加工工程を必要とせずに、
通常の半導体基板の製造工程である、基板上に一層以上
の複数の膜を設けた半導体ウエハに、表面処理を施し任
意の場所に任意の深さの穴を設ける工程と、これに任意
の埋め込み部材を埋め込む工程と、この埋め込み埋め込
み部材を削り取る工程を行い、削り残った埋め込み部材
面までの段差を分光干渉反射率膜厚計などを利用して測
定することができる。
差を測定するための基板への加工工程を必要とせずに、
通常の半導体基板の製造工程である、基板上に一層以上
の複数の膜を設けた半導体ウエハに、表面処理を施し任
意の場所に任意の深さの穴を設ける工程と、これに任意
の埋め込み部材を埋め込む工程と、この埋め込み埋め込
み部材を削り取る工程を行い、削り残った埋め込み部材
面までの段差を分光干渉反射率膜厚計などを利用して測
定することができる。
【００５３】また、段差内に埋め込み埋め込み部材が無
い時の干渉光強度分布と段差内に埋め込み埋め込み部材
が残っている時の干渉光強度分布を分光干渉反射率膜厚
計などを利用して測定し、それぞれの差から削り残った
埋め込み部材面までの段差を測定できる。
い時の干渉光強度分布と段差内に埋め込み埋め込み部材
が残っている時の干渉光強度分布を分光干渉反射率膜厚
計などを利用して測定し、それぞれの差から削り残った
埋め込み部材面までの段差を測定できる。
【００５４】また、段差内に埋め込み埋め込み部材を削
り取る工程やそれ以前の工程でプロセスがばらついて各
膜の厚さが変化し、測定した段差の精度が悪くなる惧れ
がある場合でも、成膜された一層以上の各膜の厚さを段
差の近傍にある段差と同じ構造の場所の干渉光強度分布
から求めることで測定精度を向上できる。
り取る工程やそれ以前の工程でプロセスがばらついて各
膜の厚さが変化し、測定した段差の精度が悪くなる惧れ
がある場合でも、成膜された一層以上の各膜の厚さを段
差の近傍にある段差と同じ構造の場所の干渉光強度分布
から求めることで測定精度を向上できる。
【００５５】また、製造工程で任意の深さの穴を設ける
工程やそれ以前の工程でプロセスがばらつき、成膜され
た各膜の厚さが変化して測定した段差の精度が悪くなる
惧れがある場合でも、任意の深さの穴を設ける工程の後
の、成膜された一層以上の各膜の厚さを段差の近傍にあ
る段差と同じ構造の場所の干渉光強度分布から求めるこ
とで測定精度を向上できる。
工程やそれ以前の工程でプロセスがばらつき、成膜され
た各膜の厚さが変化して測定した段差の精度が悪くなる
惧れがある場合でも、任意の深さの穴を設ける工程の後
の、成膜された一層以上の各膜の厚さを段差の近傍にあ
る段差と同じ構造の場所の干渉光強度分布から求めるこ
とで測定精度を向上できる。
【００５６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では任意
の方法で求めた膜厚や屈析率を用いて基板上の透光性膜
や埋め込み部材から得られる干渉光の光強度分布に関し
て段差をパラメータとして算出し、段差での干渉光強度
測定値と干渉モデルからの算出値とを比較して最も測定
値に近い場合に用いたモデルでの段差値を被測定物の段
差とする段差測定装置および段差測定方法であるから、
新たに段差を測定するためにの基板への加工を必要とし
ないで正確に段差を測定できる。
の方法で求めた膜厚や屈析率を用いて基板上の透光性膜
や埋め込み部材から得られる干渉光の光強度分布に関し
て段差をパラメータとして算出し、段差での干渉光強度
測定値と干渉モデルからの算出値とを比較して最も測定
値に近い場合に用いたモデルでの段差値を被測定物の段
差とする段差測定装置および段差測定方法であるから、
新たに段差を測定するためにの基板への加工を必要とし
ないで正確に段差を測定できる。
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すシステム図。
【図２】本発明の基本プロセスを示すブロック図
【図３】（ａ）本発明で検出した干渉光の光強度分布を
示すグラフ、（ｂ）本発明のデータベースに格納されて
いる段差毎の干渉光強度分布を示すグラフ。
示すグラフ、（ｂ）本発明のデータベースに格納されて
いる段差毎の干渉光強度分布を示すグラフ。
【図４】本発明の段差穴の底部に埋め込み部材が埋め込
まれる以前の構成を示す側面断面図。
まれる以前の構成を示す側面断面図。
【図５】（ａ）本発明の一変形例の干渉光の強度分布を
表すグラフ、（ｂ）同様に段差穴底部に埋め込み部材を
埋め込み加工した後の干渉光の強度分布を表すグラフ、
（ｃ）（ａ）の場合の干渉光の強度分布と（ｂ）の場合
の干渉光の強度分布との差を示すグラフ、（ｄ）はデー
タベースに格納されている（ｃ）に対応するデータ。
表すグラフ、（ｂ）同様に段差穴底部に埋め込み部材を
埋め込み加工した後の干渉光の強度分布を表すグラフ、
（ｃ）（ａ）の場合の干渉光の強度分布と（ｂ）の場合
の干渉光の強度分布との差を示すグラフ、（ｄ）はデー
タベースに格納されている（ｃ）に対応するデータ。
【図６】本発明の一変形例の段差穴算定ステップの概要
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図７】本発明の一変形例の構成を示す側面断面図。
【図８】（ａ）本発明の一変形例の段差穴の近傍にある
透光性膜と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示すグラ
フ、（ｂ）同じく予め算定してある膜厚毎の干渉光強度
分布を示すグラフ。
透光性膜と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示すグラ
フ、（ｂ）同じく予め算定してある膜厚毎の干渉光強度
分布を示すグラフ。
【図９】本発明の一変形例の段差算定のステップの概要
を示すブロック図。
を示すブロック図。
【図１０】本発明の一変形例の構成を示す側面断面図。
【図１１】（ａ）本発明の一変形例の段差穴の近傍にあ
る透光性膜と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示すグ
ラフ、（ｂ）同じく予め算定してある膜厚毎の干渉光強
度分布を示すグラフ。
る透光性膜と同じ構造の場所の干渉光強度分布を示すグ
ラフ、（ｂ）同じく予め算定してある膜厚毎の干渉光強
度分布を示すグラフ。
【図１２】本発明の一変形例の段差算定のステップの概
要を示すブロック図。
要を示すブロック図。
【図１３】従来の段差測定方法の概要を示す原理図。
１…段差測定装置、２…光源、３…ハーフミラー、５…
検出器、６…演算部、７…データベース、８、２０…基
板、９…透光性膜、１０…段差穴、１１…底部、１２、
２１…埋め込み部材、２３…透明膜
検出器、６…演算部、７…データベース、８、２０…基
板、９…透光性膜、１０…段差穴、１１…底部、１２、
２１…埋め込み部材、２３…透明膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA25 BB22 BB25 CC19 DD13 FF52 GG02 GG03 LL46 PP12 QQ25 RR06 RR09 TT07 4M106 AA01 BA04 CA48 DH03 DH12 DH31 DJ18 DJ20
Claims (6)
- 【請求項１】 表面に透光性膜が形成され、かつ、任意
の箇所に段差が設けられた基板の前記段差を測定するに
際し、光源から測定光を前記段差の底面と前記透光性膜
に照射し、前記透光性膜からの反射光と前記段差からの
反射光とを同一の検出器によって検出し、その検出結果
を演算処理して段差を測定する段差測定装置において、 前記検出器が検出する検出光の入力は、前記２つの反射
光が生成する干渉光の光強度分布であることを特徴とす
る段差測定装置。 - 【請求項２】 前記演算処理は、前記検出器が検出した
干渉光の光強度分布と、予めデータベースに格納されて
いる前記透光性膜の膜厚や屈折率に基づいて算出された
干渉光強度分布毎の段差データとを比較演算し、最も近
似した前記段差データを前記基板の段差とすることを特
徴とする請求項１記載の段差測定装置。 - 【請求項３】 前記データベースは、段差測定以前に既
知の前記透光性膜の膜厚データを用いて算出された段差
データを格納していることを特徴とする請求項２記載の
段差測定装置。 - 【請求項４】 前記データベースは、段差測定時に測定
した前記透光性膜の膜厚データを用いて算出した段差デ
ータを格納していることを特徴とする請求項２記載の段
差測定装置。 - 【請求項５】 前記データベースに格納している干渉光
のデータは、前記段差に埋め込み物質を設けた場合と設
けない場合とについてのデータであることを特徴とする
請求項３記載の段差測定方法。 - 【請求項６】 表面に透光性膜が形成され、かつ、任意
の箇所に段差が設けられた基板の前記段差を光学的に測
定する段差測定方法において、 前記段差の反射面からの反射光と前記透光成膜を透過し
前記基板からの反射光とで生成された干渉光の光強度分
布を検出する光強度分布検出ステップと、 この光強度分布検出ステップで検出された検出結果と、
予めデータベースに格納されている前記透光性膜の膜厚
や屈折率毎に基づいて算出された干渉光の光強度分布デ
ータとを比較演算し、前記データベースに格納されたデ
ータから最も近似したデータを選定する比較演算ステッ
プと、 この比較演算ステップの結果から、選定された光強度分
布に対応してデータべースに格納されている段差の値を
基板の段差と算定する段差算定ステップとを有すること
を特徴とする段差測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10271601A JP2000097648A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 段差測定装置および段差測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10271601A JP2000097648A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 段差測定装置および段差測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097648A true JP2000097648A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17502359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10271601A Pending JP2000097648A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 段差測定装置および段差測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000097648A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6815228B2 (en) | 2000-06-20 | 2004-11-09 | Hitachi, Ltd. | Film thickness measuring method of member to be processed using emission spectroscopy and processing method of the member using the measuring method |
| US6890771B2 (en) | 2001-11-29 | 2005-05-10 | Hitachi, Ltd. | Plasma processing method using spectroscopic processing unit |
| US6903826B2 (en) | 2001-09-06 | 2005-06-07 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for determining endpoint of semiconductor element fabricating process |
| CN1306568C (zh) * | 2003-06-12 | 2007-03-21 | 松下电器产业株式会社 | 终点检测方法及终点检测装置 |
| US7259866B2 (en) | 2003-03-04 | 2007-08-21 | Hitachi High-Technologies Corporation | Semiconductor fabricating apparatus with function of determining etching processing state |
| CN100373557C (zh) * | 2003-06-05 | 2008-03-05 | 东京毅力科创株式会社 | 蚀刻量检测方法、蚀刻方法和蚀刻装置 |
| US8088247B2 (en) | 2006-02-27 | 2012-01-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Plasma processing apparatus |
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