JPH01232202A - 膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、膜厚測定方法に関する。

（従来の技術） 物体の表面に形成された膜の膜厚精度が厳しく要求され
る工程例えば半導体製造におけるリソグラフィー工程に
おいて、回転式塗布機による物体輯＃廿 例えば半導体ウェハへのレジスト塗布の塗布厚や、現像
時における除去されるレジストの厚さを正確に管理する
ことは非常に重要であり、近年、半導体素子の微細化・
高集積度が進むにつれて高精度微細レジストパターンを
いかにして形成するか大きな課題となっている。

従来、膜厚を測定せずに先行工程の結果から最適条件を
求めてそれに基づいて諸条件例えば回転速度、塗布量、
粘度、周囲温度１時間等を設定することにより、目的と
する膜厚を形成しようとしていた。

また、一般に膜厚を測定する一手段として位相差法によ
るエリプソメータが使用されており、干渉法によるもの
として例えば特開昭６２−１１１０６号公報にて開示さ
れたものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、先行工程から求めた最適条件に設定して
も僅かな諸条件の変動による膜厚の変化を抑止すること
は困雛であり、またエリプソメータを使用した場合測定
に数十秒を要するので進行状況を監視する手段としては
不適当である。

さらに、上述の公報にて開示されたものにおいては、被
測定膜に照射する光の入射角を回転装置によって変化さ
せなから膜厚を測定する構成であるため、測定時間が長
くなり進行状況を監視する手段としては不適当であり、
また機械的構成により入射角に誤差が発生しやすい。

本発明は、上述の従来事情に対処してなされたもので、
膜厚の測定精度が高く、安定し、測定速度の速い膜厚測
定方法を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（８題を解決するための手段） すなわち本発明は、表面に膜が形成された物体の被測定
部分に光を照射し、上記膜表面からの反射光と上記物体
表面からの反射光との干渉による光強度の極大点極小点
を上記光の上記膜への入射角に変換し、この入射角によ
り上記膜の厚さをｔｌす定する膜Ｊｆｌ測定方法におい
て、 上記光を複数の方向から照射し、上記光強度の極大点極
小点をラインセンサによって上記入射角に変換するよう
に構成したことを特徴とする。

（作　用） 本発明膜厚測定方法によれば、複数の方向から表面に膜
が形成された物体の被測定部分に光を照射し、上記膜表
面からの反射光と上記物体表面からの反射光との干渉に
よる光強度の極大点極小点をラインセンサによって上記
光の入射角に変換するように構成したので、瞬時に上記
入射角を知ることができる。

（実施例） 以下、本発明膜厚測定方法を半導体ウェハのレジスト塗
布装置のレジスト膜厚の測定に適用した一実施例を図面
を参照して説明する。

レジスト塗布装置■の基台■には、表面に膜例えばレジ
スト膜（３）が形成された物体例えば半導体ウェハＧ）
を吸着保持するスピンチャック■を回転するモータ０が
取着されている。また、上記スピンチャック■の上方に
はレジスト■を吐出するノズル（８）が配置されている
。

次に、上記半導体ウェハに）の位置する上方近傍には単
一光を発光する光源例えば発光ダイオード（９）が配置
されており、この発光ダイオード０）から出た照射用の
光（１０）を集光用の円形レンズ（１１）で集光し、焦
点付近の位置で半導体ウェハ＠）に形成されたレジスト
膜■の被測定部分（１２）を所定の角度をもって複数の
方向から照射するように構成されている。

一方、上記照射による半導体ウェハ（イ）からの反射光
（１３）の光路にはこの反射光を受光するセンサー例え
ば１０即四方程度の大きさの受光素子を１０００個程度
直列に配置構成したラインセンサー（１４）が配置され
ている。

そして、このラインセンサー（１４）で受光される上記
反射光（１３）と照射用の光（１０）との関係を予め設
定しておく。

例えば、入射角θＡ（１５）、θＲ（１６）、θ。（１
７）でレジスト膜■を照射する照射用の光Ａ　（１８）
　、　Ｂ　（１９）　。

Ｃ（２０）の反射光Ａ　（２１）、　Ｂ　（２２）　、
　Ｃ（２３）を受光するラインセンサー（１４）の受光
部分に対応して、上記入射角０Ａ（１５）、θＢ（１６
）、θｃ（１７）が求められるように、すなわち受光位
置情報を角度情報に変換できるように構成されている。

上記ラインセンサー（１４）で受光された情報は例えば
マイクロコンピュータ等を使用した情報処理部（２４）
にて情報処理することにより、被測定部分（１２）のレ
ジスト膜■の厚さを測定する如く構成されている。

次に、動作作用について説明する。

スピンチャック（ハ）で半導体ウェハ（イ）を吸着保持
した後、ノズル（８）からレジスト■を所定量だけ上記
半導体ウェハ■に向って吐出し、モータ０を動作させて
半導体ウェハ＠）を低速回転する。上記レジスト■が半
導体ウェハ６）の表面全体に拡がり盛られたら高速回転
して半導体ウェハけ）表面に均一なレジスト膜■を形成
しながら、膜厚を測定する。

ここで膜厚測定について説明する。

第２図において、Ａからレジスト膜■に入射角（２５）
θ、で入射した光Ａ　（２６）は、上記レジスト膜■の
表面で反射されＢ−４Ｇ−＋Ｄの経路にて進行する反射
光Ｄ　（２７）と、レジスト膜■内部に進入し半導体ウ
ェハに）の表面で反射されＢ−＋Ｅ−）Ｆ→Ｇの経路に
て進行する反射光Ｇ　（２８）とに分かれる。

そして、この２つの反射光Ｄ　（２７）反射光Ｇ　（２
８）の光路差により干渉を生じる。

今、入射した光Ａ　（２６）の波長をλ、レジスト膜■
の空気に対する屈折率をｎ、厚さをｔ、Ｆ点からＢ−Ｄ
への垂線の足をＣ、レジスト膜■内での光角（２９）を
０２　とすると。

Ｂ−Ｃの光路長＝ＢＦ’ｓｉｎ　Ｏ、＝：”ｔ　ｔａｎ
θ２・ｓｉｎθ１で表わされ、 またＢ−Ｅ−Ｆの光路長＝ＢＥ＋ＥＦ＝２　ｎｔ／ｃｏ
ｓθ２で表わされる。

したがって、上記両者の光路差は 光路差＝（Ｂ−Ｅ−Ｆの光路長）−（Ｂ−Ｃの光路長）
＝２ｎｔ／ｃｏｓθ２−２ｔ　ｔａｎ０２′Ｓｉｎθ、
＝２ｎｔｃｏｓＯ□　となる。

この光路差が、入射した光Ａ　（２６）の波長λの整数
ｍ倍すなわち ２ｎｔ　ｃｏｓ　Ｏ、＝ｍλのとき干渉による受光光強
度が極大となり、 波長λの（Ｉｌ＋−０，５）倍すなわち２ｎｔ　ｃｏｓ
θ２”（０１−〇。５）λのとき干渉による受光光強度
が極小となる。

なお、θ２＝ｓｉｎ−’　（ｓｉｎθ１／ｎ）で求めら
れる。

ラインセンサー（１４）において、上記のようにして反
射光（１３）の干渉にともなう光強度の極大点極小点す
なわち明暗が検知される。

一方、ラインセンサー（１４）の受光部分における位置
情報は、照射用の光（１８）のレジスト膜（３）への入
射角情報に変換されるように構成されているので、 上記光強度の極大点極小点に対応する照射用の光（１８
）の上記入射角を求めることができる。

そこで例えば、光強度の極大点に対応する入射角をθＭ
ＡＸ　＊極小点における入射角をθＭＩＮ＋但しθド＾
ｘ〉ＯＭＩＮとすれば。

２ｎｔ　ｃｏｓ（ｓｉｎ−’（ｓｉｎθＭＡｘ／ｎ））
ｍλ２ｎｔ　ｃｏｓ（ｓｊｎ−’　（ｓｉｎ　８　Ｍｒ
Ｎ／ｎ））”（ｍ−０，５）λの式が成り立つ。

上式より ｍ４／２（１−（ｃｏｓ（ｓｉｎ−”　（ｓｉｎθ＋１
Ｎ／ｎ）））／（ｃｏｓ（ｓｕｎ−１（ｓｉｎθＭＡｘ
／ｎ）））） ｔ＝ｍλ／２ｎｃｏｓ（ｓｉｎ−’　（ｓｉｎθＭＡｘ
／ｎ）　）となる。

上記手順による計算を情報処理部（２４）にて実行し、
膜厚ｔを測定する。

上式に基づいて求めることの出来る膜厚ｔの範囲は、ラ
インセンサー（１４）による入射角変換可能な角度が例
えば３０〜７０度である場合、照射用の光（１０）の波
長λ＝０．５９μｍ、レジスト膜（３）の屈折率ｎ＝　
１．６４とすると、反射光の干渉による光強度の極大点
極小値共上記３０〜７０度に入るとき１．３μｍ＜を程
度で求められる。

また、レジスト塗布時に測定する膜厚は連続的に減少す
るので、上記ｍの値は予め測定することにより周知とな
るため、極大値か極小値かの何れかが上記３０〜７０度
の範囲内にあればよく、この場合には０．６μｓくし　
の範囲で求めることができる。

ラインセンサー（１４）で反射光（１３）を受光したと
き例えば第３図に示すように光強度の極大点が入射角７
０度、極小点が入射角５０度の位置にあったとすると、
膜厚ｔ＝１．３μｍと測定される。

上記膜厚測定による膜厚ｔが、所定のレジスト膜厚に一
致した時点で、モータ０の回転を止めてレジスト塗布を
終了する。

上記実施例では、光源として発光ダイオードを使用した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、
単一光を発生する例えばレーザ光を使用してもよい。

また、レンズとして円形レンズを使用したが、集光作用
のある例えばシリンドリカルレンズを使用してもよい。

さらに、上記実施例では、反射光を直接ラインセンサ（
１４）で受光するごとく構成したが、上記ラインセンサ
（１４）の前面にレンズを配置して上記反射光を平行光
に修正してから受光するようにしてもよい。

本発明膜Ｎ側室方法では、機械的な可動部が不要で純電
子的に情報を得ることができるので測定速度は早く安定
しており、常時モニターが可能であるので、上記実施例
のレジスト塗布装置に適用できるだけでなく、例えば、
半導体製造における現像装置の現像終点検出、レジスト
灰化除去装置のアッシング終点検出、また塗装装置、メ
ツキ装置、膜厚シート製造装置、その他の膜厚測定を要
する装置等に適用して有効である。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明膜厚測定方法によれば、高精度
、安定、迅速に膜厚を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明膜厚測定方法を半４体ウェハのレジスト
塗布装置のレジスト膜厚の測定に適用した一実施例を説
明するための構成図、第２図は第１図の光干渉の原理説
明図、第３図は第１図の動作の説明図である。 ３・・・レジスト膜、　　　　４・・・半導体ウェハ、
９・・・発光ダイオード、　１０・・・照射用の光、１
１・・・レンズ、　　　　　１３・・・反射光、１４・
・・ラインセンサ、　　２４・・・情報処理部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表面に膜が形成された物体の被測定部分に光を照射し、
   上記膜表面からの反射光と上記物体表面からの反射光と
   の干渉による光強度の極大点極小点を上記光の上記膜へ
   の入射角に変換し、この入射角により上記膜の厚さを測
   定する膜厚測定方法において、 上記光を複数の方向から照射し、上記光強度の極大点極
   小点をラインセンサによって上記入射角に変換するよう
   に構成したことを特徴とする膜厚測定方法。