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立体形状測定及び分析装置 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P07A010448
整理番号 ST0420
掲載日 2007年9月14日
出願番号 特願2004-052910
公開番号 特開2005-241493
登録番号 特許第4474535号
出願日 平成16年2月27日(2004.2.27)
公開日 平成17年9月8日(2005.9.8)
登録日 平成22年3月19日(2010.3.19)
発明者
  • 石丸 伊知郎
  • 兵頭 亮治
出願人
  • 株式会社テクノネットワーク四国
発明の名称 立体形状測定及び分析装置 コモンズ 新技術説明会
発明の概要

【課題】 被測定物の比較的広い範囲の立体形状を、短時間で、非接触に測定する。
【解決手段】 光源から被測定物sに光を照射すると、被測定物sの表面の或る点で反射される際、直接反射光(0次光)の他に高次回折光が生成される。このうち0次光を分別光学系により位相可変フィルタ20の可動反射部に、高次回折光を固定反射部に導き、それぞれ反射した後、干渉光学系により略1点に収束させて両者を干渉させる。このような状態で、位相可変フィルタ20の可動反射部を移動させると、干渉光学系の結像点における干渉光の強度が徐々に変化してゆく。この干渉光のピーク点での可動反射部の位置は、被測定物sにおける出発点と可動反射部との距離に依存するため、ピーク点での可動反射部の位置より、出発点の位置を算出することができる。このような測定及び計算を被測定物sの像を構成する各点について行うことにより、被測定物sの立体形状を測定することができる。また、各点でのインターフェログラムをフーリエ変換することにより、各点の分析を行うことができる。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


IT産業の益々の発展を支えるための基幹産業である半導体業界が米国等の諸外国に対抗してゆくために、次世代半導体の開発は国家を揚げての重要プロジェクトといえる。この次世代半導体開発の成否は、ナノメートルオーダー(配線幅0.1ミクロン以下)の超微細構造の製造、検査プロセス技術の確立に委ねられている。



また、近年、集積度向上技術として、立体的に配線を行う多層配線技術は不可欠なものとなっている。そのため、ナノメートルオーダーの立体形状測定方法の確立が必須のものとなっている。



具体的な一例を挙げる。半導体素子の集積度を上げる為、回路パターンは細線化、多層化している。このため、ウェハ上に形成されるパターン段差をCMP(Chemical Mechanical Polishing、化学的機械的研磨)などの平坦化技術を用いて低段差化する必要が生じている。CMPのプロセス条件を適切に設定するためには、予め各種条件毎に段差がどの程度除去されたかを測定して、それに応じて研磨剤や研磨時間等を修正する必要がある。また、日々の管理においても、段差除去状態を監視し、不具合を早期に発見して対策を施さなければならない。そのためにも、ナノメートルオーダーの段差を素早く簡便に測定する方法が必須となる。



従来のナノメートルオーダーの微細構造を評価する方法には、大別すると以下の2方式がある。
1)機械プローブ方式
原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)に代表される機械的なプローブ走査方式である。機械プローブ方式は3次元の形状を高精度に測定することが可能であるが、プローブを機械的に2次元的に走査する(プローブと被測定物とを相対的に移動させる)ものであるため、走査範囲(=測定範囲)が狭いという欠点がある。また、機械的な走査であるため走査速度が遅く、高速な測定を行うことができない。
2)光プローブ方式
光の干渉を利用する方式であり、微分干渉計により代表される。光プローブ方式は高速測定が可能であるという特長を有するが、凹か凸かの判別が不可能であること、及び凹凸量の精密測定が難しいという欠点がある。



以上のような課題に対して、本願発明者は、2光路の位相差を利用した立体形状測定装置を提案した(特許文献1)。

【特許文献1】特開2002-243420号公報 この立体形状測定装置では、次のような方法で被測定物の形状を測定する。まず、光路中に、固定反射部と光軸方向に移動可能な可動反射部とを備えた位相可変フィルタを置く。次に、光源から被測定物に光を照射する。この光は被測定物の表面の或る点(以下、この点を出発点という)で反射される際、直接反射光(0次光)の他に高次回折光が生成される。光路中に両者を分別する分別光学系を設けておき、0次光を位相可変フィルタの可動反射部(又は固定反射部)に、高次回折光を固定反射部(又は可動反射部)に導く。0次光及び高次回折光は各部でそれぞれ反射された後、干渉光学系により略1点に導かれ、そこで両者は干渉して被測定物の出発点の像を結像する。



このような状態で位相可変フィルタの可動反射部を、使用する光の波長の範囲内で移動させると、そこで反射される0次光(又は高次回折光)の位相が、固定反射部で反射される高次回折光(又は0次光)の位相から徐々にずれてゆく。これに伴い、干渉光学系の結像点における両光の干渉光の強度も徐々に変化してゆく。この干渉光の強度が最大となる点(或いは最小となる点等、何らかの特徴点)での位相可変フィルタの可動反射部の位置は、被測定物における出発点の位置(正確には、出発点と可動反射部との距離)に依存する。従って、この最大強度点(又は何らかの特徴点)での可動反射部の位置より、その出発点の位置を算出することができる。このような測定及び計算を被測定物の像を構成する各点について行うことにより、被測定物の立体形状を測定することができる。

産業上の利用分野


本発明は、ナノメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの広範囲の大きさを有する被測定物の立体形状を高速且つ容易に測定することができ、また、被測定物の分析も可能となる光プローブ方式による立体形状・分析測定技術に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
a)固定反射部と光軸方向に移動可能な可動反射部とを備えた位相可変フィルタと、
b)低コヒーレンス性の白色光を照射された被測定物の各点から発する0次光を上記可動反射部又は固定反射部に、高次回折光を上記固定反射部又は可動反射部に、それぞれ導く分別光学系と、
c)上記反射された0次光と上記反射された高次回折光とを略同一点に導く干渉光学系と、
d)上記干渉光の強度を測定する受光部と、
e)可動反射部を上記光軸方向に移動させつつ、受光部で測定される上記干渉光の強度変化に基き、被測定物の各点の光軸方向の位置及び/又は組成を決定する位置決定・分析部と、
を備えることを特徴とする立体形状測定・分析装置。

【請求項2】
位相可変フィルタの0次光を反射する部分の前方に減光フィルタを設けることを特徴とする請求項1に記載の立体形状測定・分析装置。

【請求項3】
被測定物に投射する光を環状とし、位相可変フィルタにおいて可動反射部をそれに対応する環状としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の立体形状測定・分析装置。

【請求項4】
被測定物に関して光源と上記分別光学系とを同じ側に配置したことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の反射型の立体形状測定・分析装置。

【請求項5】
被測定物に関して光源と上記分別光学系とを反対側に配置したことを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の透過型の立体形状測定・分析装置。

産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004052910thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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