(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオカメラ（１２）、広いビームの照明源（１４）、狭いビームの照明源（２０）および光学要素を密封するコンパクトケーシングを含む監視ユニット（４）と、監視ユニットをそれぞれファイバ光ケーブルおよび電気ケーブルを介して動作および制御ユニットに接続するために、監視ユニットのケーシングに装着される光コネクタおよび電気コネクタを含む動作および制御ユニット（８）と、一方では、場所を選択するために２つの軸（Ｘ，Ｙ）に沿って水平に監視ユニットを動かすために、他方では、２つの入射ビームおよび表面層で反射された２つのビームが、ビデオカメラの光学軸に近接した近隣の光学路に追随するように正確な位置付けを提供するために処理室の上部に装着されたテーブル（５）と、を備えた、１つの壁に窓が装備された真空室（１）で処理を受ける薄膜構造の表面層の本来の場所におけるリアルタイムでの三次元測定および観察のための装置であって、狭い光ビームの光学路に配列されるウォラストンプリズム（２４）を備えて、該ウォラストンプリズムの出口で、角度αだけオフセットされた異なった方向を有しかつ直角の偏光を有する２つの狭い干渉性の偏光ビーム（２５、２６）を得、ウォラストンプリズムは、層によって反射される狭い光ビームがそれを通過するように配列され、偏光子（２７）は、反射された狭い光ビームが、前記ウォラストンプリズムを通ってその戻り走行の後にそれを通過するようにウォラストンプリズムの光軸に配列され、前記偏光子は、前記ウォラストンプリズムおよび検出セル（２８）に対して回転することができるように装着され、前記２つの狭い干渉性の偏光ビーム（２５、２６）は薄膜構造の表面層の２つの特定の領域に達し、ウォラストンプリズムは並進的に動くことができることを特徴とする装置。
【請求項２】
ウォラストンプリズムは、偏光子をも支持する回転フレームに装着され、それ故、ウォラストンプリズムの回転は、偏光子の回転をもたらし、後者は、前記フレームに対して回転することができる支持体に装着されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
狭い光ビームを発生するためのレーザービームを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
狭い光ビームを発生するための白色源を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
ウォラストンプリズムおよび偏光子間に配列された絞り（２９）を備え、該絞りの穴は、反射された狭い光ビームの直径に対応する直径を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
２つの絞りおよび中間レンズが設けられ、検出セルの前に置かれるアセンブリを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
偏光子および検出セル間に配列された干渉フィルタを備え、該フィルタの帯域は、反射された狭い光ビームの周波数に対応する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
２つの反射された狭いビームの光の偏光の変調器を備え、該変調器は、前記反射された狭いビームの通路で偏光子の上流に配列され、かつ２つのビーム間の位相差を測定する目的で、回転する四分の一波長板の形態にあり、該位相差は、２つの狭いビームが反射される表面層の領域間のレベル差を表すことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
１つの壁に窓が装備された真空室に置かれた薄膜構造の表面層の本来の場所におけるリアルタイムでの測定および観察のための方法であって、
観察されるべき構造の場所に広い照明光ビームを送り、観察されるべき構造の第１の特定の領域に第１の狭い照明光ビームを送り、観察されるべき構造の第２の特定の領域に第２の狭い照明光ビームを送り、
これらビームは、ビデオカメラの光学軸に近接した近隣の光学路に追随し、かつ処理室の窓を通過して薄膜構造の表面層の場所に達し、第１および第２の狭い光ビームは、互いに干渉性であり、かつそれらの方向は角度αだけオフセットされており、前記第１および第２の狭い光ビームは単一の光源によって発生され、
薄膜構造の表面層の場所によって反射された光ビームをビデオカメラのマトリクスセンサに送り、２つの特定の領域によって反射され、共通の光学路をたどる２つの光ビームを、それらを光学的に結合することができる手段に送り、結合され反射された光ビームは、偏光子の出口で干渉し、その後、２つの特定の領域間でのエッチングされたもしくは堆積されたパターンとの間のレベル差を測定する目的で検出セルに達し、前記２つの特定の領域間の間隔はウォラストンプリズムの並進によって調整される、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
単一の源から得られる狭い光ビームが、第１および第２の入射する狭い光ビームを得るためにウォラストンプリズムに送られ、２つの反射された狭い光ビームは、それらのそれぞれの偏光の直交を維持しつつ、それらを単一の光学軸上で結合するためにウォラストンプリズムに送られ、偏光子は、少なくとも９０°の角度を通しての回転で動くことができ、それにより、単一の偏光において第１の反射された狭い光ビームを選択することができ、第１のビームの偏光に対して９０°だけオフセットされた単一の偏光で第２の反射された狭い光ビームを選択することができ、そして第１に対して４５°程度オフセットされた角度位置において２つの反射された狭い光ビームの結合を選択することができることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
２つの特定の領域は、ウォラストンプリズムおよび偏光子を回転させることにより回転で動かされることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
２つの反射された光ビームは、偏光子に入る前に偏光を変調するための手段を通過することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空室内の薄膜構造の表面層から、本来の場所において、三次元幾何学的測定を行うための、また、エッチングまたは堆積プロセス中に前記構造における変化を測定するための装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の応用分野の中で、例えば、電気的マイクロシステムの製造のために、またはマイクロセンサの製造のために意図されたマイクロ絞りを薄くするために、シリコンへの深いエッチングでもって半導体層の製造を本来の場所でかつリアルタイムで制御することについて言及が為され得る。
【０００３】
仏特許出願第 2,680,414号(SOFIE) は、真空室に置かれた薄膜のスタックから本来の場所で干渉計による測定を行うことを可能とする、レーザーによる観察および同時干渉計測定のためのコンパクトなアセンブリを開示している。このアセンブリは、一方では照明ビームが、そして他方では干渉計測定のための１つまたは２つのレーザービームが通過される対物レンズを有する観察カメラを備えている。
【０００４】
この技術により、特に、研究されるべき層上にレーザービームを位置付けること、および薄膜構造の表面層の厚さの増加または減少率を測定することが可能である。しかしながら、単色の照明を行う光ビームおよび測定を行うレーザービームは正確に同じ波長を有さず、このことは、対物レンズが色消し性のものである場合にのみ２つの光ビームのための同時焦点合わせを可能とするという色消し性の問題を創成する。さらに、この技術は、観察される領域において表面層の厚さの絶対的な測定を許容しない。というのは、この技術は、λ／２ｎ（λは観察長であり、ｎは表面層の屈折率である）に接近した期間を法として反復される差動的な干渉計測定に基づいているからである。
【０００５】
さらに、仏特許出願第 2,718,231号(SOFIE) は、薄膜構造の表面層の局所化された領域の厚さを監視するための方法を開示しており、これは、薄膜スタックによって反射された白色光ビームから生じた光ビームの分光グラフを用いて分光分析を行うことによって特定の分析領域における表面層の絶対的な厚さを測定することができる。この技術は効果的であるが、これは、層の厚さおよびそれが変化する割合を、高々ミクロンの数十倍の深さに対する局所化された領域に渡って、確実にすることを可能にするだけである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来技術によって行われる測定を利用することができる改良された技術を提供することであるが、また、マイクロメカニックスにおける応用のために大きい厚さまたは深さを有するパターンに適されている。この必要性が生じるのは、層が厚いときまたはパターンが深いときに、測定されるべき光の強度が非常に小さくなって、通常の技術では最早適切ではないからである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、オリジンとして選択された表面と、エッチングされたもしくは堆積されたパターンとの間のレベル差の瞬時の測定を行うことができる装置および方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ビデオカメラ、広いビームの照明源、狭いビームの照明源および光学要素を密封するコンパクトケーシングを含む監視ユニットと、監視ユニットをそれぞれファイバ光ケーブルおよび電気ケーブルを介して動作および制御ユニットに接続するために、監視ユニットのケーシングに装着される光コネクタおよび電気コネクタを含む動作および制御ユニットと、一方では、場所を選択するために２つの軸に沿って水平に監視ユニットを動かすために、他方では、２つの入射ビームおよび表面層で反射された２つのビームが、ビデオカメラの光学軸に近接した近隣の光学路に追随するように正確な位置付けを提供するために処理室の上部に装着されたテーブルと、を備えた、１つの壁に窓が装備された真空室で処理を受ける薄膜構造の表面層の本来の場所におけるリアルタイムでの三次元測定および観察のための装置であって、狭い光ビームの光学路に配列されるウォラストンプリズムを備えて、該ウォラストンプリズムの出口で、角度αだけオフセットされた異なった方向を有しかつ直角の偏光を有する２つの狭い干渉性の偏光ビームを得、ウォラストンプリズムは、層によって反射される狭い光ビームがそれを通過するように配列され、偏光子は、反射された狭い光ビームが、前記ウォラストンプリズムを通ってその戻り走行の後にそれを通過するようにウォラストンプリズムの光軸に配列され、前記偏光子は、前記ウォラストンプリズムおよび検出セルに対して回転することができるように装着され、前記２つの狭い干渉性の偏光ビームは薄膜構造の表面層の２つの特定の領域に達し、ウォラストンプリズムは並進的に動くことができることを特徴とする装置
が提供される。
【０００９】
２つの狭い光ビームはこのように利用可能であり、一方は、例えば、処理されていない表面層の部分に向けられ、他方は、例えば、処理を受けている表面層の部分に向けられる。光学軸の回りに偏光子を回転させれば、偏光され反射されたビームの一方または他方もしくは２つの結合を選択することを可能とし、かつ分析を行うことは、表面層の２つの部分間のレベル差を確実にすることを可能とする。
【００１０】
本発明の一実施形態において、ウォラストンプリズムは並進的に動くことができ、偏光子をも支持する回転フレームに装着され、それ故、ウォラストンプリズムの回転は、偏光子の回転をもたらし、後者は、前記フレームに対して回転することができる支持体に装着される。ウォラストンプリズムのフレームを回転させれば、２つの狭い光ビームによって照明される表面層の２つの特定の領域を、広い光ビームによって照明される場所内で光学軸の回りで回転させることを可能とする。
【００１１】
本発明の一実施形態において、装置は、狭い光ビームを発生するための、特に非常に深いパターンを測定するためのレーザービームを備えている。
【００１２】
本発明のもう１つの実施形態において、装置は、狭い光ビームを発生するための白色源を備えている。
【００１３】
長所的には、ウォラストンプリズムには、１０分と１００分の間の値になる２つのビームの角度分離αが与えられる。
【００１４】
本発明の１つの実施形態において、装置は、偏光子および検出セル間に配列された絞りを備え、該絞りの穴は、反射された狭い光ビームの直径に対応する直径を有する。絞りは、このように、反射された狭い光ビームの軌道の外側に横たわる光を減少することにより空間フィルタとして働く。変形例として、絞りは、２つの絞りと中間レンズを備えると共に検出セルの前に置かれるアセンブリによって置き換えられ得る。
【００１５】
本発明の１つの実施形態において、装置は、検出セルの前に配列された干渉フィルタを備え、該フィルタの帯域は、反射された狭い光ビームの波長に対応している。これは、レーザービームが用いられるときに長所的である周波数濾波（filtering ）を提供する。
【００１６】
本発明の１つの実施形態は、２つの反射された狭いビームの光の偏光の変調器を提供し、該変調器は、前記反射された狭いビームの通路で偏光子の上流に配列され、かつ２つのビーム間の位相差を測定する目的で、回転する四分の一波長板の形態にあり、該位相差は、２つの狭いビームが反射される表面層の領域間のレベル差を表している。
【００１７】
また、本発明によれば、１つの壁に窓が装備された真空室に置かれた薄膜構造の表面層の本来の場所におけるリアルタイムでの測定および観察のための方法であって、観察されるべき構造の場所に広い照明光ビームを送り、観察されるべき構造の第１の特定の領域に第１の狭い照明光ビームを送り、観察されるべき構造の第２の特定の領域に第２の狭い照明光ビームを送り、これらビームは、ビデオカメラの光学軸に近接した近隣の光学路に追随し、かつ処理室の窓を通過して薄膜構造の表面層の場所に達し、第１および第２の狭い光ビームは、互いに干渉性であり、かつそれらの方向は角度αだけオフセットされており、前記第１および第２の狭い光ビームは単一の光源によって発生され、薄膜構造の表面層の場所によって反射された光ビームをビデオカメラのマトリクスセンサに送り、２つの特定の領域によって反射され、共通の光学路をたどる２つの光ビームを、それらを光学的に結合することができる手段に送り、結合され反射された光ビームは、偏光子の出口で干渉し、その後、２つの特定の領域間でのエッチングされたもしくは堆積されたパターンとの間のレベル差を測定する目的で検出セルに達し、前記２つの特定の領域間の間隔はウォラストンプリズムの並進によって調整される、ことを特徴とする方法が提供される。
【００１８】
単一の源から得られる狭い光ビームが、第１および第２の入射する狭い光ビームを得るためにウォラストンプリズムに送られ得、２つの反射された狭い光ビームは、それらのそれぞれの偏光の直交を維持しつつ、それらを単一の光学軸上で結合するためにウォラストンプリズムに送られ得、偏光子は、少なくとも９０°の角度を通しての回転で動くことができ、それにより、単一の偏光において第１の反射された狭い光ビームを選択することができ、第１のビームの偏光に対して９０°だけオフセットされた単一の偏光で第２の反射された狭い光ビームを選択することができ、そして第１に対して４５°程度オフセットされた角度位置において２つの反射された狭い光ビームの結合を選択することができる。
【００１９】
長所的には、２つの特定の領域間の距離は、ウォラストンプリズムを並進させることにより調整され得、それらはウォラストンプリズムおよび偏光子を回転させることにより回転で動かされる。
【００２０】
ウォラストンプリズムは、偏光状態スプリッタの範疇に属する。出射ビームは入射光線の平均方向のいずれかの側にそれるが、このそれは厳密に対称ではない。
【００２１】
例えば、３０分に等しい角度分離αのウォラストンプリズムが選択されたならば、約４５０ミクロンだけオフセットされた特定の領域が、構造から２０ｃｍの距離において得られる。カメラ内でウォラストンプリズムを並進的に動かせば、この分離を調整することを可能とする。ウォラストンプリズムを回転させれば、２つの特定の領域を動かすことを可能とする。マスクによってカバーされ従って処理によって害されない表面層の部分に１つの特定の領域、ならびにエッチングを受けている部分に他の特定の領域を選択することはこのように容易である。もちろん、エッチングを受けている場所の異なった部分で複数の測定を行うことは可能である。場所は、水平に移動するテーブルを用いて変更され得る。
【００２２】
エッチングを受けている部分と、マスクによってカバーされている部分との間のエッジに特定の領域が配列されたならば、回折現象が生じ、これは監視カメラで観察され得、この現象を避けるために特定の領域が僅かに移動されるのを許容する。薄膜構造の部分をカバーするマスクは、５０の程度のそれ自身の構造に対する選択比を持って、用いられる波長に対して透明である。エッチングされた材料とマスクとの間の選択比が１０より大きいとき、マスクのエッチングは測定の精度に影響しない。カメラは、ビームの位置づけを確認するため、かつそれが行うデジタル化により幾何学的測定を行うための双方のために働く。さらに、エッチングプロセスは、マスクによってカバーされない部分をそのエッジを侵すことにより広げる傾向を有し得、さもなくば、エッチングを受けている部分のエッジで、マスク下を侵すことによりマスクされた部分をえぐる傾向を有し得る。この型の展開は、画像処理および干渉測定によりリアルタイムで観察され、その理由は、それらが時間に渡って対照を成して変化を伴うからである。サンプルの２つの引き続く画像が、この可能な対照変化を避けるために比較され得る。マスクの安定性が、ＸおよびＹ軸に沿った水平面で深さにおいてリアルタイムでチェックされる。これは、サンプルのパターンの変化に関する三次元情報を提供する。
【００２３】
サンプルからの反射後、ウォラストンプリズムの出口において得られる２つのビームは、以下のことによって特徴付けられる：
・  線型かつ相互に直交する偏光状態；
・  異なった振幅ｅｘおよびｅｙ；
・  位相シフトΔ。
【００２４】
異なった振幅は、サンプルからの反射の異なった性質からだけでなく、ビームの偏光に依存するアセンブリエレメント、特にカメラの作用からも生じる。
【００２５】
位相シフトΔは主に以下のものから生じる：
・  狭いビームが反射される表面層の領域間のレベル差；
・  サンプルからの反射の異なった性質；
・  アセンブリのエレメント。
【００２６】
満足な精度を得るために、３つの貢献が適切な較正手続きによって分離される。
【００２７】
位相シフトΔは、サンプル上の２つの異なった点での２つのビームの振幅間の位相シフトである。
【００２８】
回転する四分の一波長板の場合において、位相シフトの２つの測定値が取られ、２つのビームが同じ面から反射される第１のものは値Δ1 を与え、２つのビームが異なった面から反射される第２のものは値Δ2 を与える。面間のレベル差は、これら位相シフト値と関連される：Δ2 −Δ1 ＝（２  π／λ）２ｅ、ここに、λはビームの波長であり、ｅは面間の垂直距離である。元の位相シフトの影響はこのように除去され得る。装置は、サンプル上の薄いパターンを測定することができ、このことは、それに極度に大きい測定範囲を与える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付の図面を参照して全く制限的でない実施の形態の詳細な説明を研究することにより一層明瞭に理解されるであろう。
出願人は、特に薄膜構造上において、観察およびレーザーによる同時的な干渉計測定のための非常にコンパクトなアセンブリを開発した。かかる技術は、仏特許出願第 2,680,414号および仏特許出願第 2,718,231号に詳細に提起されており、読者は、装置の装備および基本的動作に関してさらに詳細を知るためにそれら仏特許出願を参照するよう求められる。
【００３０】
図１に示されるように、真空処理室は、処理されるべきサンプル２、例えば絞り（diaphragm ）を得るようにプラズマエッチングされたシリコンウエファを封入しており、そしてその上部壁にシリカ窓３を含んでいる。監視ユニット４は、処理室１の上部で、水平にＸ−Ｙ移動するテーブル５上に装着されている。監視ユニット４は、光ファイバ６と電気ケーブル７とによって、動作および制御ユニット８に接続されている。動作および制御ユニット８には、コントロールキーボード９およびディスプレイスクリーン１０が関連している。ユニット８は、テーブル５上で監視ユニット４の水平移動を制御するために２つの電気ステッパモータ（図示せず）に接続される。
【００３１】
図２において一層詳細に分かるように、監視ユニット４は、ビデオカメラ１２を封入するケーシング１１と、オートフォーカスタイプのものであって良い調節可能な対物レンズ１３と、広いビームの照明源１４と、光ビームを所定の光学路に沿って案内するための幾つかの光学板とを有している。ビデオカメラ１２は、好ましくは、マトリクスに配列された複数個のＣＣＤセルから成るセンサ１５を含んでいる。センサ１５は、ディジタルビデオ信号を動作および制御ユニット８に出力してスクリーン１０上に表示するために、電気ケーブル７のための電気コネクタ１６に（図示しない態様で）接続されており、電気コネクタ１６は、ケーシング１１に装着されている。
【００３２】
ケーシング１１は、可視光スペクトルと少なくとも部分的な重複を好ましくは有するスペクトルで発光する照明源１４を収容する内部区画１１ａを含んでいる。以下の説明を簡単化するために、照明源１４によって発光される白色光に対して参照する。内部区画１１ａは、光学レンズ１７が設けられた窓を有しており、該光学レンズは照明光ビームを、対物レンズ１３とカメラ１２のセンサ１５との間に配列された半透明板１８に向け、これにより、照明光ビームは、カメラの光学路、すなわち、対物レンズ１３の光学軸１３ａをたどる。板の形態にある第１の光トラップ１９が半透明板１８の後部に配置されており、これにより、半透明板１８を通過した照明光ビームの部分を吸収して監視ユニット４における光学的妨害を減少する。
【００３３】
レーザービーム源２０はダイオードレーザーを含んでおり、半透明板２１を介して、対物レンズ１３とカメラ１２のセンサ１５との間の光学通路に挿間されたもう１つの半透明板２２に投影される狭いビームを発し、これにより、このレーザービームも、対物レンズ１３の光学軸１３ａと一致するカメラ１２の光学路をたどる。板の形態にあるもう１つの光トラップ２３が、半透明板２２の後部に配列されている。
【００３４】
変形例として、レーザー源２０に代えて、ケーシング１１の外側に配列されて光ファイバ（図示せず）を介してそれに接続されて良い、キセノンアークを用いた白色光源を用いても良い。
【００３５】
ウォラストンプリズム２４が、半透明板２１および半透明板２２間で、レーザー源２０によって発せられるレーザービームの通路上に配列される。このプリズムの効果は、レーザー源２０によって出力されたビームを、３０分の角度分離を有して偏光状態(polarization states) が線型かつ相互に直交する２つの狭いビーム２５および２６に分割することである。２つの干渉性レーザービームがこのようにして与えられる。明瞭性のために、ビーム２５および２６の角度オフセットは図２では故意に誇張されている。線型偏光(linear polarizations)は、ウォラストンプリズムを去る際の線型偏光方向が、実際それぞれ、板２２への入射面と平行および直角であるという条件で、通路に沿って一定に保たれ、そうでなければ、ビームの各々は楕円偏光(elliptical polarization) を取るであろう。
【００３６】
このように、監視ユニット４のコンパクトなケーシング１１は、照明源１４およびレーザービーム源２０と共にビデオカメラ１２を封入しており、照明源１４およびレーザービーム源２０は、照明源１４によって発せられる照明光ビームと、レーザービーム源２０によって発せられ、ウォラストンプリズム２４によって分割される狭いレーザービーム２５および２６とから成る光ビームを、カメラ１２の対物レンズ１３を通る光学路に沿って発する。結合された光ビームは、監視ユニット４により、対物レンズ１３および処理室１の窓３を通して送られ、薄膜構造(thin-film structure) のサンプル２（図１）に達する。
【００３７】
サンプル２により反射された光ビームは、対物レンズ１３を通って監視ユニット４のケーシング１１に入る。半透明板２２は、反射された光ビームを２つの部分に分割する。第１の透過された部分は、半透明板２２および１８を通過した後、カメラ１２のセンサ１５に達する。板２２によって反射された部分は、ウォラストンプリズム２４を通過し、２つの反射された狭いレーザービームが単一のビームに結合される。ウォラストンプリズム２４の出口における単一の反射されたレーザービームは、偏光子２７を通過して、光ファイバ６によって動作ユニット８に接続された検出セル２８に達する。
【００３８】
カメラ１２のセンサ１５に向けられた反射されたビームは、２つの高い強度で反射されたレーザービームを持った、照明光ビームのスペクトルに対応する。反射されたレーザービームの効果による、センサ１５、従ってビデオカメラ１２の眩惑を避けるために、カメラ１２の光学通路に、センサ１５の直ぐ前で、フィルタ２９が配列されている。
【００３９】
光学フィルタ２９は、特有の波長に対しては透明であり、他の波長に対しては不透明であり、実質的に単色光だけをカメラ１２のセンサ１５に透過する。このように、センサ１５の各ＣＣＤセルは、カメラ１２の平面画像の画素を表す干渉計として個々に振る舞う。ビデオカメラ１２はこのように、マトリクスで装着された複数個の干渉計として振る舞い、従って、スクリーン１０に表示されかつサンプル２の照明された場所の表面を表す単色マップに対応するビデオ信号を出力する。光学フィルタ２９の特有の波長は、照明され局所化された領域の内側の２つのレーザースポットも、ビデオカメラ１２を眩惑することなく、スクリーン１０上に表示されるように、反射されたレーザービームの波長に充分に近くに選択されるのが好ましい。
【００４０】
ビームの干渉は、２つのビームの電界ベクトルが投影される透過軸上に、偏光子２７により可能である。出口で、これは、直角であり、従って対応の光線が正確に一致しているとしても干渉することができない偏光子の前の電界とは違って、干渉することができる位相シフトされた同一直線上の振動を提供する。
【００４１】
偏光子２７は、電磁界の第１の方向に対して光を吸収し、第１と直交する第２の方向に対して透過する二色性の粒子を含む膜の形態にある。反射されたレーザービームの偏光(polarizations) は、ウォラストンプリズム２４を通るそれらの進行によって変更されないので、偏光子２７の回転は、第１の角度位置において、反射されたレーザービームの１つを選択し、第１に対して９０°だけオフセットされた第２の位置において、第２の反射されたレーザービームを選択し、第１に対して４５°の程度でオフセットされた第３の位置において、２つの反射されたレーザービーム、特にそれらの干渉性を分析することを可能とする。検出セル２８は、種々の型、特にスペクトルグラフのものであって良い。
【００４２】
源１４から生じる光の検出セル２８による検出を制限するように、偏光子２７の前に、反射されたレーザービームの直径に対応する直径の穴を有する絞り(diaphragm) ３０を装着しても良い。偏光子２７と検出セル２８との間に配列された干渉フィルタ（図示せず）を設けて偏光(polarization)への影響を有するフィルタを避けることも可能であり、該フィルタの通過帯域は、源１４からも直接もしくは反射を通して生じる他の色の光を減少するよう、源２０の波長に対応する。これは、特に使用が青領域に富んでいるキセノンアークについて為されるときに検出セル２８の信号対雑音比を改善し、これに対し、源１４は赤領域に富んでおり、分析は後者の領域で行われる。
【００４３】
図３および図４は、本発明の方法を表す画像を概略的に示す。処理されるべきサンプル２は、エッチングにより絞り(diaphragms)を製造する際に使用される薄膜構造である。サンプル２は、シリコン基板３１を備えており、その幾つかの部分は、マスク３２によって保護されている。マスク３２により保護されない基板３１の領域３１ａは、それ自体既知のプラズマプロセス(a plasma process)により所定の厚さに侵される。
【００４４】
監視ユニット４により発せられる入射光ビームは、サンプル２の上部表面の場所２ａを照明する。場所２ａは、白色光照明ビーム３３によって範囲を定められる。第１のレーザービーム２５は、マスク３２によって保護された領域でサンプル２に達する。マスク３２は光に対して透明であるので、レーザービーム２５は、マスク３２の下に配列された基板３１の表面から反射される。第２のレーザービーム２６は、エッチングを受けている基板３１の領域３１ａから反射される。レーザービーム２５および２６の位置は、監視ユニット４のスクリーンに表示され、それらは、一方がマスク３２によって保護された領域から反射され、他方が、基板３１にエッチングされている溝から反射されるように、動かされ得る。
【００４５】
レーザービーム２５および２６は、一方では水平面でテーブル５をシフトすることによって、他方ではウォラストンプリズム２４を移動することによって、サンプル２に対してシフトされる。ウォラストンプリズム２４は、その光学軸に沿って並進的に動くことができ、これにより、サンプル２上でレーザービーム２５および２６間の分離を調節することができる。ウォラストンプリズム２４は、それらの元の軸３４の回りの回転によりレーザービーム２５および２６を動かすことを可能とする回転フレーム（図示せず）に装着される。偏光子２７もウォラストンプリズム２４の回転フレームに装着される。ウォラストンプリズム２４を回転させれば、偏光子２７が回転され、それ故、レーザービーム２５および２６を動かすことは偏光子２７の調整を変更しない。偏光子２７は、ウォラストンプリズム２４のフレームに対して回転することができる支持体（図示せず）に装着される。偏光子２７はこのように、ウォラストンプリズム２４とは独立して調整される。
【００４６】
２つの反射されたレーザービームが進行する距離の差のために、サンプル２の基板３１の露出された領域３１ａのエッチング深さに起因して、２つの反射されたレーザービームの強度は、ウォラストンプリズム２４を通過した後、全く等しいものではなく、これにより干渉縞のコントラストを減少する。２つの反射されたレーザービーム間の干渉を研究することが望まれるとき、偏光子２７は次に、４５°からわずかに異なり得る角度に設定され、２つの反射されたレーザービームからそれぞれ発生した成分の強度を平衡させる。反射されたレーザービームの強度の差は、また、部分的に、板２２からの反射にも起因し得、その間、板２２への入射面と平行な偏光が奨励される。
【００４７】
ビーム間の位相シフトが、一方では、サンプル２からの反射から生じ（これは層の厚さまたはエッチング深さを測定するのを可能とする有用な位相シフトである）、他方では、板２１、２２およびウォラストンプリズム２４を通しての反射から生じる（特に、後者が正当に中心付けられていない場合）。単色光（レーザー）において、サンプル２の単一表面に２つのビームを向けることにより、較正が行われ得る。
【００４８】
偏光立方(polarization cube) もしくは第２のウォラストンプリズムが、ウォラストンプリズム２４を通るその戻り進行の後に、反射されたビームの光学路上に配列され得、これにより、それらの偏光に従って空間的にビームを分離し、それらの振幅ＲｘおよびＲｙを別々に測定し、そしてそれらの比を計算する。偏光立方は、９０°の角度で空間的な分離を許容する。方解石から成るウォラストンプリズムは、数度の角度で空間的な分離を許容する。
【００４９】
図５に示されるように、カメラ１２を封入するケーシング１１は、偏光子２７と、光の偏光を変調するために電気モータ３７によってその中心の回りに回転される四分の一波長板３６とを支持するアセンブリ３５を備える。
【００５０】
このことは、サンプル上の表面条件の変更に関係した情報を提供する。
【００５１】
【発明の効果】
本発明により、半導体層上の深いエッチング動作が、単一の源から生じるという理由で干渉性である２つのレーザービームでもって監視され得る。エッチング深さの正確な測定がこのようにして行われる。エッチングの開始前に、サンプルの複数個のパターンの各々に連続的に向けることにより、サンプルの複数個のパターンを観察し、それにより、大規模な工業的なエッチングプロセスにとって有益であるサンプルのモデルをそこから推論することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法を実施するために用いられる装置の説明図である。
【図２】  本発明の装置の説明図である。
【図３】  本発明の技術により監視される薄膜構造の断面図である。
【図４】  図３に対応する平面図である。
【図５】  図２の変形例である。
【符号の説明】
１  真空室
４  監視ユニット
５  テーブル
８  制御ユニット
１２  ビデオカメラ
１４  広いビームの照明源
２０  狭いビームの照明源
２４  ウォラストンプリズム
２７  偏光子
２８  検出セル
２９  絞り
【図１】
0004083859.tif 000002
【図２】
0004083859.tif 000003
【図３】
0004083859.tif 000004
【図４】
0004083859.tif 000005
【図５】
0004083859.tif 000006