(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にエッチングにより形成された凹部のエッチング終末点を検出するエンドポイント検出装置であって、
半導体基板に検査光を照射して得られる検査光及び反射光の干渉光強度を測定し、エッチング終末点を検出する検出光学系と、
前記半導体基板における検査光の照射領域を撮像する撮像光学系と、を具備し、
前記検出光学系が、前記撮像光学系と異なる光路上に設けられて前記検査光を絞り、前記エンドポイント終末点検出において所定の位置分解能を得るための検出用絞りを有し、
前記撮像光学系が、所定の画像分解能を得るための撮像用絞りを有し、
前記位置分解能及び前記画像分解能がそれぞれ独立して規定されるものであり、
前記撮像用絞りの開口径が、前記検出用絞りの開口径よりも大きいことを特徴とするエンドポイント検出装置。
【請求項２】
前記検出用絞りの開口径が固定されており、前記撮像用絞りの開口径が調整可能である請求項１記載のエンドポイント検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成されたエッチング溝のエッチング終末点（エンドポイント）を検出するエンドポイント検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンドポイント検出装置としては、特許文献１に示すように、エッチング終末点を検出する検出光学系と、エッチング終末点の検出領域を撮像する撮像光学系とを備え、それら光学系の光軸が同軸上となり、さらに半導体基板で同焦点を有するようにしている。そして、検出光学系及び撮像光学系には共通の対物レンズが設けられている。
【０００３】
しかしながら、１つの対物レンズでは検出光学系の検出性能（エッチング終末点の位置分解能）及び撮像光学系の撮像性能（画像分解能）を両立することができないという問題がある。
【０００４】
つまり、検出光学系の検出性能を向上させるためには、入射光及び反射光を可及的に近軸に近づけることが望ましく、そのためには対物レンズを低ＮＡとする必要がある。そうすると、撮像光学系においては、対物レンズに入射する光量が制限されるので、撮像される画像の分解能が低下してしまい、ぼやけた画像しか得られないという問題がある。
【０００５】
一方、撮像光学系の撮像性能を向上させるためには、高ＮＡとして対物レンズに入射する光量を多くする必要がある。そうすると、検出光学系から射出される検査光が広がりＳＮ比が悪くなってしまうので、干渉効率が低下してしまう。その結果、検出光学系の検出性能が低下してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平０８−５４２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、エンドポイント検出装置において、従来相反すると考えられていたエンドポイント終末点の位置分解能の向上及び撮像における画像分解能の向上を同時に実現することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るエンドポイント検出装置は、半導体基板にエッチングにより形成された凹部のエッチング終末点を検出するエンドポイント検出装置であって、半導体基板に検査光を照射して得られる検査光及び反射光の干渉光強度を測定し、エッチング終末点を検出する検出光学系と、前記半導体基板における検査光の照射領域を撮像する撮像光学系と、を具備している。
【０００８】
そして、前記検出光学系が、前記撮像光学系と異なる光路上に設けられて前記検査光を絞り、前記エンドポイント終末点検出における位置分解能を得るための検出用絞りを有し、前記撮像光学系が、所定の画像分解能を得るための撮像用絞りを有し、さらに、前記位置分解能及び前記画像分解能がそれぞれ独立して規定されるものであり、前記撮像用絞りの開口径が、前記検出用絞りの開口径よりも大きいことを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、検出用絞りと撮像用絞りとが独立して設けられるだけでなく、検出用絞りが撮像光学系の光路とは異なる光路上に設けられているので、検出光学系のみに対応した位置分解能、撮像光学系のみに対応した画像分解能をそれぞれ規定することができる。したがって、エッチング終末点の位置分解能を向上させることができるとともに、撮像光学系における画像分解能を向上させることができる。また、各光学系それぞれに絞りを設けることにより、検出光学系及び撮像光学系の光学配置の自由度を増すことができる。
【００１０】
前記検出用絞り又は前記撮像用絞りの少なくとも一方を調整可能にしていることが望ましい。特に、検出用絞りを固定して、前記撮像用絞りを調整可能にしていることが望ましい。なぜならば、検出用絞りは、可及的に検査光を近軸光線にすることでエッチング終末点の位置分解能を向上させることができ、調整の必要性が低いが、撮像用絞りは、半導体基板の種類又は撮像領域に応じた所望のコントラストを得るため、異なるサンプル（半導体基板）を測定する毎に調整の必要性が高いからである。
【発明の効果】
【００１１】
このように構成した本発明によれば、撮像における画像分解能の向上及びエンドポイント終末点の位置分解能の向上を同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態に係るエンドポイント検出装置１００の構成を模式的に示す図である。
【００１３】
本実施形態に係るエンドポイント検出装置１００は、例えばプラズマエッチング装置の真空チャンバに設けられて、当該真空チャンバに設けられた光学窓を介して、半導体基板Ｗ上にエッチングにより形成された凹部（エッチング溝）のエッチング終末点（エンドポイント）を検出するレーザ反射干渉式のものである。
【００１４】
具体的にこのものは、図１に示すように、半導体基板Ｗに検査光Ｌ１を照射して得られる検査光Ｌ１及び反射光Ｌ２の干渉光強度を測定し、エッチング終末点を検出する検出光学系１と、半導体基板Ｗにおける検査光Ｌ１の照射領域、つまりエッチング終末点の検出領域を撮像する撮像光学系２と、を具備する。これら検出光学系１及び撮像光学系２は、半導体基板Ｗに照射される光が同軸上で、半導体基板Ｗ上に焦点を有する、同軸同焦点光学系である。
【００１５】
検出光学系１は、半導体基板Ｗに検査光Ｌ１を照射するための検出用光源１１と、半導体基板Ｗの検査光Ｌ１による反射光Ｌ２を検出する光検出器１２と、検出用光源１１から検査光Ｌ１を半導体基板Ｗに対して略垂直に入射するように案内するとともに、半導体基板Ｗから反射光Ｌ２を光検出器１２に案内する案内機構１３と、検査光Ｌ１を半導体基板Ｗ上に集光させる集光レンズ１４と、を備えている。
【００１６】
本実施形態の検出用光源１１はレーザダイオード（ＬＤ）である。また、案内機構１３は、第１のハーフミラ１３１と、第２のハーフミラ１３２とを備えている。
【００１７】
そして、検出用光源１１から射出された検査光Ｌ１は、第１のハーフミラ１３１及び第２のハーフミラ１３２で反射され、集光レンズ１４により集光されて、半導体基板Ｗ上に略垂直に入射するように照射される。一方、半導体基板Ｗで反射された反射光Ｌ２は、集光レンズ１４により集光されて、第２のハーフミラ１３２で反射され、第１のハーフミラ１３１を透過して光検出器１２に検出される。光検出器１２により得られた光強度信号は、図示しない演算装置に送信され、エッチング終末点が算出される。
【００１８】
撮像光学系２は、半導体基板Ｗにおける検査光Ｌ１の照射領域に照明光Ｌ３を照射する撮像用光源２１と、半導体基板Ｗの照明光Ｌ３による反射光Ｌ４を検出する撮像素子２２と、撮像用光源２１から照明光Ｌ３を半導体基板Ｗに対して略垂直に入射するように案内するとともに、半導体基板Ｗから反射光Ｌ２を撮像素子２２に案内する案内機構２３と、照明光Ｌ３を半導体基板Ｗ上に集光させる集光レンズ２４と、を備えている。撮像光学系２の集光レンズ２４は、検出光学系１の集光レンズ１４と共通である。
【００１９】
撮像用光源２１は例えばＬＥＤであり、撮像素子２２は例えばＣＣＤ素子を有するＣＣＤカメラにより構成されている。また、案内機構２３は、第３のハーフミラにより構成されている。
【００２０】
そして、撮像用光源２１から射出された照明光Ｌ３は、第３のハーフミラ２３で反射され、集光レンズ１４（２４）により集光されて半導体基板Ｗ上に照射される。一方、半導体基板Ｗで反射された反射光Ｌ２は、集光レンズ１４（２４）により集光されるとともに、第３のハーフミラ２３を透過して撮像素子２２により検出される。撮像素子２２により得られた画像データは図示しない表示装置に出力され、表示装置の画面上に検査光Ｌ１の照射領域の画像が表示される。
【００２１】
本実施形態では、検出光学系１及び撮像光学系２において第２のハーフミラ１３２により半導体基板Ｗに導かれる検査光Ｌ１と第３のハーフミラ２３により半導体基板Ｗに導かれる照明光Ｌ３とが、同軸となるようにしている。また、第２のハーフミラ１３２と半導体基板Ｗとの間に設けられた集光レンズ１４（２４）により、検査光Ｌ１が半導体基板Ｗ上に集光させるとともに、照明光Ｌ３が半導体基板Ｗ上に焦点が位置するように集光される。
【００２２】
しかして、本実施形態においては、検出光学系１が、エンドポイント終末点検出において、所定の位置分解能を得るための検出用開口絞り（空間絞り）１５を有し、撮像光学系２が、所定の画像分解能を得るための撮像用開口絞り（空間絞り）２５を有している。
【００２３】
検出用開口絞り１５は、撮像光学系２の光路とは異なる光路上に設けられている。具体的に検出用開口絞り１５は、検出光学系１における案内光学系の第１のハーフミラ１３１及び第２のハーフミラ１３２の間に設けられている。なお、検出用開口絞り１５の設置位置は、検出用光源１１と第１のハーフミラ１３１との間に設けられても良く、撮像光学系２の光路とは異なる光路上であれば何処でも良い。
【００２４】
また、検出用開口絞り１５は、要求される位置分解能及び設置場所に応じて、その開口径が設定される。エンドポイント終末点を高分解能で検出するためには、迷光を排除して干渉効率（Ｓ／Ｎ比）を向上させることが望ましく、このためには、検出用開口絞り１５の開口径が、検査光Ｌ１を近軸光線（光軸に対して殆ど広がりが無く実質的に平行光と見なすことができる光線）にする程度の径が好ましく、例えば開口径が０．２ｍｍであり、又はＮＡが０．０４である。特に本実施形態では、検出用光源１１としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いており、検査光Ｌ１の広がり角が大きく、検査光Ｌ１が広がってしまうが、検出用開口絞り１５により検査光Ｌ１を近軸光線に変換することができる。この検出用開口絞り１５により、検出光学系１において迷光が排除されて、検査光Ｌ１及び反射光Ｌ２の干渉の振幅を大きくすることができ、その結果、エンドポイント終末点の位置分解能を向上させることができる。
【００２５】
撮像用開口絞り２５は、半導体基板Ｗ及び集光レンズ１４の間に設けられている。この撮像用開口絞り２５は、要求される画像分解能に応じて、その開口径が設定される。検査光Ｌ１の照射領域の画像を高分解能且つ高コントラストで撮像するためには、撮像用開口絞り２５の開口径が大きいことが望ましく、例えば開口径が３０ｍｍであり、又はＮＡが０．１である。つまり、撮像用開口絞り２５の開口径は、検出用開口絞り１５の開口径に対して２倍以上となる。
【００２６】
また、撮像用開口絞り２５は、半導体基板Ｗの撮像領域に応じて、又は撮像する半導体基板に応じて、高分解能及び高コントラストを得ることができるように、調整可能にしている。
【００２７】
このように、検出用開口絞り１５の開口径と撮像用開口絞り２５の開口径とは独立して設定され、位置分解能及び画像分解能がそれぞれ独立して規定される。検査光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路幅は、照明光Ｌ３及びその反射光Ｌ４の光路幅よりも小さいので、撮像用開口絞り２５により照明光Ｌ３及びその反射光Ｌ４を絞る場合には、検査光Ｌ１等に制約を受けることなく、撮像用開口絞り２５の開口径を設定することができる。つまり、検査光Ｌ１及びその反射光Ｌ２の光路幅は、撮像用開口絞り２５の開口径よりも光路幅が小さい。一方、検査用開口絞り１５は、撮像光学系２の光路とは異なる光路上に設けられ、検査光Ｌ１及びその反射光Ｌ２のみを必要とする光路上に設けられており、検査光Ｌ１及びその反射光Ｌ２のみに着目して調整することができる。
【００２８】
＜本実施形態の効果＞
【００２９】
このように構成した本実施形態に係るエンドポイント検出装置１００によれば、検出用開口絞り１５と撮像用開口絞り２５とが独立して設けられるだけでなく、検出用開口絞り１５が撮像光学系２の光路とは異なる光路上に設けられているので、検出光学系１のみに対応した位置分解能、撮像光学系２のみに対応した画像分解能をそれぞれ規定することができる。したがって、エッチング終末点の位置分解能を向上させることができるとともに、撮像光学系２における画像分解能を向上させることができる。また、各光学系１、２それぞれに独立した開口絞り１５、２５を設けることにより、検出光学系１及び撮像光学系２の光学配置の自由度を増すことができる。
【００３０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、前記実施形態では、検出用開口絞りの開口径を固定し、撮像用開口絞りを調整可能にしているが、検出用開口絞り又は撮像用開口絞りの少なくとも一方を調整可能にしても良い。
【００３２】
なお、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係るエンドポイント検出装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・エンドポイント検出装置
Ｗ    ・・・半導体基板
１    ・・・検出光学系
Ｌ１  ・・・検査光
Ｌ２  ・・・反射光
１５  ・・・検出用開口絞り（検出用絞り）
２    ・・・撮像光学系
２５  ・・・撮像用開口絞り（撮像用絞り）
【図１】
0005179960.tif 000002