(57)【要約】【課題】加工部分と非加工部分の面積が大幅に異なる場合で、測定中にウエハが振動しても、精度よくウエハの段差が測定できる段差測定装置を得る。【解決手段】光源２からの検出光６は、コリメーターレンズ５で平行光６１となり、この平行光６１が空間フィルタ８を通過して後、集光レンズ４により加工溝等が形成されたウエハ１上に集光され、ウエハ１に集光した光は、ウエハ１で反射され、反射光６３はコリメーターレンズ５１で平行６４となって検知器３に入射し、上記反射光６４の強度変化からウエハ１の加工状態を検出するが、空間フィルタ８は、矩形をフーリエ変換した形状のものを用いる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハの加工部を含む領域に検出光を照射し、上記検出光の上記ウエハからの反射光の強度を検出して、上記加工によるウエハの段差を測定する段差測定装置において、上記ウエハに上記検出光を、集光スポットが矩形となるように集光させる矩形集光手段を備えたことを特徴とする段差測定装置。
【請求項２】
矩形集光手段は、コリメーターレンズと矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタと集光レンズとを備え、上記コリメーターレンズにより平行光とされた検出光を、上記空間フィルタを通過させた後、上記集光レンズにより集光させるものであることを特徴とする請求項１に記載の段差測定装置。
【請求項３】
矩形集光手段は、光散乱材料からなる矩形の窓を有する遮光板からなる空間フィルタと集光レンズとを備え、検出光を、上記空間フィルタを通過させた後、上記集光レンズにより集光させるものであることを特徴とする請求項１に記載の段差測定装置。
【請求項４】
ウエハの加工部を含む領域に検出光を照射し、上記検出光の上記ウエハからの反射光の強度を検出して、上記加工によるウエハの段差を測定する段差測定装置において、上記ウエハからの反射光を集光させる集光レンズと、この集光レンズによる集光スポット形成位置に設けられ、上記集光スポットより小さい矩形の窓を有する遮光板とを備え、上記反射光が上記窓を通過することを特徴とする段差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばウエハのエッチング等による加工溝深さを測定する段差測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエッチングで形成した加工溝深さを測定する方法として、光をウエハに当て、反射光強度を解析して、加工溝深さを測定する方法が提示されている。
つまり、加工部分を含む領域に光を照射し、加工部分と非加工部分とから反射した光の干渉光を検知器に導入する。加工部分と非加工部分には、加工深さの２倍の距離差があるため、光干渉により、加工溝深さに対応した周期的な反射光強度が得られ、この反射光強度から加工深さを測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−９９６２２号公報（第１頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の加工溝深さを測定する方法では、加工幅と非加工幅の比がほぼ同程度の範囲、即ち加工部分と非加工部分の面積が同程度の範囲で測定する場合は問題ないが、例えば半導体レーザの製造プロセスのような、加工幅と非加工幅が大きく異なる場合は精度が低下するという課題があった。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、加工部分と非加工部分の面積が大幅に異なる場合で、測定中にウエハが振動しても、精度よくウエハの段差が測定できる段差測定装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の段差測定装置は、ウエハの加工部を含む領域に検出光を照射し、上記検出光の上記ウエハからの反射光の強度を検出して、上記加工によるウエハの段差を測定する段差測定装置において、上記ウエハに上記検出光を、集光スポットが矩形となるように集光させる矩形集光手段を備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の比較として示す、段差測定装置の構成図である。
つまり、光源２からの検出光６は、広がり角をもって放出される。検出光６はコリメーターレンズ５で平行光６１となり、この平行光６１は、集光レンズ４により集光６２されて、加工溝等が形成されたウエハ１上に集光する。この場合、上記集光による集光スポットが、上記加工部を含むようにウエハ１上に集光させる。
ウエハ１に集光した光は、ウエハ１で反射され、反射光６３はコリメーターレンズ５１で平行光６４となって検知器３に入射し、上記反射光６４の強度変化からウエハ１の加工状態を検出する。
【０００８】
つまり、図１に示すように、ウエハ１に照射した光を集光して、その反射光６４を測定してウエハ１の加工状態を検出しているが、ウエハ１に照射する光を集光するのは、ウエハ１の加工部の面積と非加工部の面積の比を近づけるためで、光干渉の強度が加工溝深さのみならず、加工部分および非加工部分の面積比にも依存するためである。
即ち、例えば半導体レーザの製造プロセスのように、加工幅と非加工幅が大きく異なり、ウエハ上の加工部の面積と非加工部の面積の比が１より大きくずれる場合は、上記反射光６４の干渉による強度変化量が小さくなるので、上記従来の加工深さ観察装置を用いた測定では加工状態の測定精度が低下するからである。
【０００９】
図２は図１において、ウエハ１に形成された加工溝１１に光を集光したときの状態を示す説明図で、（ａ）は加工溝１１が集光スポット１２の真中になるように集光した場合、（ｂ）は加工溝１１が集光スポット１２の真中から集光位置がずれた場合である。
【００１０】
図３は、図２において、例えば、ウエハに加工溝１１の幅ｘが３μｍ、非加工溝幅ｙが３００μｍで、集光スポット１２径が４０μｍである場合の、ウエハに形成された段差である加工溝深さと検知器３で測定された反射光強度の変化を示す特性図であり、縦軸は反射光強度（任意単位）、横軸は加工深さ（ｎｍ）である。図中ａは図２（ａ）に示すように加工溝１１がスポット１２の真中にあり、しかも集光位置がほとんどずれずにエッチングしたときの上記特性である。
しかし、実際の測定ではウエハの振動等により、図２（ｂ）のように光の集光位置のずれが発生する。図３中ｂは上記図２（ｂ）のように、加工溝に対し集光位置がずれた場合の上記特性である。
つまり、実際には加工溝深さに対する反射光強度の変化は図３中ｂのようになり、同じ加工深さでも集光位置がずれることで反射光強度が大きく変化するため、照射する光の位置がウエハの振動等によりずれると加工溝深さを精度良く測定できなくなる。
以上のことから、精度高く加工深さを測定するには、集光スポットを正確に加工溝上に当てる必要があり、高精度の位置決め機構が必要となる。そのため、装置が高価で大掛かりなものになるが、下記本発明の実施の形態１〜３に示すように、ウエハ１の集光スポットを矩形とすることにより、装置を大掛かりにすることなく、上記本発明の目的を達成することができる。
【００１１】
実施の形態１．
図４は、本発明の第１の実施の形態の段差測定装置の構成図であり、図１に示す段差測定装置において、ウエハ１に集光する集光スポットを、空間フィルタ８を用いた矩形集光手段により矩形とするもので、本実施の形態においては、矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタ８を用いて、加工が施されたウエハ１表面に、集光スポットが矩形で、かつこのスポットに上記加工部を含むように検出光６を集光させる矩形集光手段について説明する。
【００１２】
図５は、本実施の形態に係わる、矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタの製造方法の一例を模式的に示す説明図である。
つまり、矩形の孔を形成したスリット８０へ平行光８２を入射させ、その光を集光レンズ４で集光させ、その焦点位置に、例えばポジフィルム８１を設置することにより、矩形をフーリエ変換した形状が上記フィルム８１上に結像される。
その場合、上記ポジフィルム８１は、光が集まった個所は白く、反対に光が集まらなかった個所は黒くなり、上記フィルム８１の白い部分からは光が通過し、黒い部分では遮蔽されるので、本実施の形態に係わる矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタ８とすることができる。
【００１３】
つまり、本実施の形態に係わる矩形集光手段は、コリメータレンズ５を通過した平行光６１が、上記矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタ８を通過して後、集光レンズ４により集光されるようにしたもので、上記平行光６１が集光レンズ４により集光される前に、上記矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタ８を通過すれば、フーリエ変換された形状を、再びフーリエ変換することになり、ウエハ１上の集光スポットは、元の矩形に戻り、ウエハ１上に矩形の集光スポットを得ることができる。
なお、上記矩形をフーリエ変換した形状の空間フィルタとしては上記製造方法によるものには限定されない。
【００１４】
一方、図１においては、光源２からの検出光６は、コリメーターレンズ５で平行光６１となり、この平行光６１は本実施の形態におけるような、空間フィルタ８がないので、平行光６１は集光レンズ４で集光されると、ウエハ１上で丸の形状に集光される。
【００１５】
図６は図４において、ウエハ１に形成された加工溝１１に光を集光したときの状態を示す説明図で、（ａ）は加工溝１１が集光スポット１２の真中になるように集光した場合、（ｂ）は加工溝１１が集光スポット１２の真中から集光位置がずれた場合である。
図６に示すように、ウエハ１への集光スポット１３を矩形とすることで、ウエハの振動等により集光スポットの位置が例えば（ｂ）のようにずれた場合でも、上記図２のように集光スポットが丸形の場合とは異なり、加工部分および非加工部分の比は変化せず一定の値となる。
【００１６】
図７は、図６において、例えば、ウエハに加工溝１１の幅ｘが３μｍ、非加工溝幅ｙが３００μｍで、集光スポット１２径が４０μｍである場合の、ウエハに形成された段差である加工溝深さと検知器３で測定された反射光強度の変化を示す特性図であり、図中ａ、ｂはそれぞれ図６（ａ）に示すように加工溝１１がスポット１２の真中にあり、しかも集光位置がほとんどずれずエッチングしたときと、図６（ｂ）のように光の集光位置のずれが発生したときの上記特性である。
図７に示すように、曲線ａとｂが一致しており、従って、加工溝に対し集光位置がずれた場合でも、加工溝深さが同じであれば反射光強度は変化せず、反射光強度の変化は加工溝深さのみに依存するため、精度良く加工溝深さを測定することが可能となることが分かる。
つまり、ウエハ面上に矩形となる集光スポットを形成すれば、ウエハの振動等により光の集光位置のずれが発生しても上記集光スポット内の、加工部分および非加工部分の比に変化が発生せず、精度よく加工溝深さのその場観察が可能となる。
なお、本実施の形態において、ウエハ１上の矩形の集光スポットは図６に示すように、加工溝の長手方向と上記スポットの辺とが平行であることは、ウエハの振動等による、精度低下をさらに防止することができる。
【００１７】
実施の形態２．
本発明の第２の実施の形態の段差測定装置は、上記実施の形態１において、矩形集光手段として、矩形の光源からの散乱光を集光させるようにしたものである。
つまり、矩形の形状をした光源を実現する方法として、図４における空間フィルタ８として、図８に示すように、すりガラス等光散乱材料からなる矩形の窓８３を設けた遮光板８４を用いたものである。
つまり、光源２からの検出光６は、コリメーターレンズ５で平行光６１となり、この平行光６１は矩形のガラス窓８３を通過した際、散乱光となり、擬似的な光源を集光レンズ４の前に設置することとなる。なお、本実施の形態においては図４の６５は散乱光である。
以上のように、本実施の形態の段差測定装置においては、平行光６１を図８に示す矩形のガラス窓８３を通過させることにより、実施の形態１の場合と異なり、集光レンズ４に入射する光６５は平行光ではなく、散乱光であるので、集光レンズ４によりウエハ１上に形成される集光スポットは集光レンズ４によりフーリエ変換されないので、図６に示したように、上記擬似的な光源の矩形の形状のままであり、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
なお、本実施の形態では、矩形をフーリエ変換した空間フィルタを作製する煩雑さを回避できるという利点がある。
【００１８】
実施の形態３．
図９は、本発明の第３の実施の形態の段差測定装置の構成図、図１０は、本実施の形態に係わる検知器における検知状態の説明図である。
つまり、光源２からの検出光６は、広がり角をもって放出される。検出光６はコリメーターレンズ５で平行光６１となり、この平行光６１は、集光レンズ４により集光６２されてウエハ１上に集光する。この場合、上記集光スポットが、上記加工部を含むようにウエハ１上に集光するが、このときの集光スポットの形状は、上記実施の形態１または２のように矩形にする必要はなく、図２に示すような従来の丸形でもよい。
ウエハ１に集光した光は、ウエハ１で反射され、反射光６３はコリメーターレンズ５１で平行光６４とされ、集光レンズ９により光が焦点を結び集光スポットを形成する位置に検知器３を設け、検知器３の集光された光６６の強度変化からウエハ１の加工状態を検出するが、本実施の形態においては図９に示すように、検知器３に、集光したスポット２２より小さい矩形の窓２１が開いた遮光板２０を設置する。
【００１９】
図１０に示すように、検知器３においては、上記矩形の窓２１が集光スポット２２に含まれ、しかもウエハの加工部１１を含むように設けられているので、検知器３には矩形の窓２１を通過した光のみが到達するため、本実施の形態においては、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
なお、実施の形態１、２と異なり、空間フィルタを作製する煩雑さを回避できるという利点がある。
【００２０】
なお、上記実施の形態１〜３では、加工としてウエハになされた溝加工についてその深さを測定するために、本発明の段差測定装置を用いた場合について述べたが、上記加工が膜厚形成等であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の第１の段差測定装置は、ウエハの加工部を含む領域に検出光を照射し、上記検出光の上記ウエハからの反射光の強度を検出して、上記加工によるウエハの段差を測定する段差測定装置において、上記ウエハに上記検出光を、集光スポットが矩形となるように集光させる矩形集光手段を備えたもので、加工溝に対して集光スポットがずれても、加工部分および非加工部分の比が変化しないため、加工溝深さに対応した反射光の強度変化が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の比較として示す、段差測定装置の構成図である。
【図２】図１において、ウエハに形成された加工溝に光を集光したときの状態を示す説明図である。
【図３】図１の段差測定装置による加工深さと反射光強度の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の段差測定装置の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係わる空間フィルタの製造方法を模式的に示す説明図である。
【図６】図４において、ウエハに形成された加工溝に光を集光したときの状態を示す説明図である。
【図７】図４の段差測定装置による加工深さと反射光強度の変化を示す特性図である。
【図８】第２の実施の形態の段差測定装置に用いる矩形のすりガラス等光散乱材料からなる窓を設けた遮光板の平面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態の段差測定装置の構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係わる、検知器における検知状態の説明図である。
【符号の説明】
１  ウエハ、２  光源、３  検知器、４、９  集光レンズ、５、５１  コリメーターレンズ、６  検出光、６１  平行光、６３、６４  反射光、８  空間フィルタ、１１  加工溝、１２、１３  集光スポット、２０  遮光板、２１  矩形の窓、８３  光散乱材料からなる矩形の窓。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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