JP2000306821A - End-of-baking detecting device - Google Patents
End-of-baking detecting deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はベーク終了検知装置
に関し、たとえばレジストプロセスにおいてレジスト膜
のベーク終了を検知するためのベーク終了検知装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a baking end detecting device, for example, a baking end detecting device for detecting a baking end of a resist film in a resist process.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レジストプロセス（レジスト膜を用いた
加工工程）は、一般に半導体基板の前処理、レジスト塗
布、プリベーク、露光、露光後ベーク（以下、ＰＥＢと
いう）、現像及びリンス（レジスト膜のパターニン
グ）、ポストベーク、半導体基板等のエッチング加工、
レジスト膜の除去及び洗浄といった工程からなってい
る。2. Description of the Related Art In general, a resist process (a processing step using a resist film) generally includes pretreatment of a semiconductor substrate, resist coating, prebaking, exposure, post-exposure bake (hereinafter referred to as PEB), development, and rinsing (patterning of the resist film). ), Post-baking, etching of semiconductor substrates, etc.
It consists of steps such as removal and cleaning of the resist film.
【０００３】上記のように、レジストプロセスにおける
レジストの熱処理工程としては、プリベーク、ＰＥＢ、
ポストベークがあり、ベーク方法としては熱風循環ベー
ク方式、ホットプレート方式などがあるが、ホットプレ
ート方式が温度制御性に優れている。ここで、プリベー
クとは、レジスト塗布後に行われるものであり、熱エネ
ルギーによりレジスト中の残留溶媒を揮発させると同時
に半導体基板との接着性を高め、さらにレジスト特性を
安定化させるために必要とされる。As described above, the resist heat treatment process in the resist process includes pre-bake, PEB,
There is post-baking, and as a baking method, there are a hot air circulation baking method, a hot plate method, and the like, and the hot plate method has excellent temperature controllability. Here, the pre-bake is performed after the application of the resist, and is required for evaporating the residual solvent in the resist by thermal energy, simultaneously increasing the adhesiveness with the semiconductor substrate, and stabilizing the resist characteristics. You.
【０００４】ＰＥＢは露光と現像の中間に行われるもの
であり、たとえば化学増幅系レジストでは、ＰＥＢによ
り熱エネルギーを与え、露光によりレジスト膜中に生じ
た酸を触媒として反応させる。化学増幅系レジストの現
像速度は酸触媒反応量で決まるので、ＰＥＢの条件（温
度、時間、雰囲気等）は化学増幅系レジストの特性（特
にパターン線幅精度）を著しく左右する。[0004] PEB is carried out between exposure and development. For example, in the case of a chemically amplified resist, heat energy is given by PEB, and an acid generated in the resist film by the exposure is reacted as a catalyst. Since the development rate of the chemically amplified resist is determined by the amount of the acid catalyst reaction, the PEB conditions (temperature, time, atmosphere, etc.) significantly affect the characteristics of the chemically amplified resist (particularly, pattern line width accuracy).
【０００５】ポストベークは、レジスト中または表面に
残留した現像液やリンス液を揮発させることにより、エ
ッチングマスクパターンとしての耐性を向上させ、ウエ
ットエッチング時のサイドエッチング量を低減させ、下
地界面との接着性を強化し、さらにはイオン注入時にレ
ジストからガスが発生するのを防止するために行われ
る。[0005] The post-bake improves the resistance as an etching mask pattern by volatilizing a developing solution or a rinsing solution remaining in the resist or on the surface thereof, reduces the amount of side etching at the time of wet etching, and reduces the amount of side etching with the underlying interface. This is performed in order to enhance the adhesiveness and to prevent gas from being generated from the resist during ion implantation.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のようなプリベー
ク、ＰＥＢ、ポストベークの工程は、一般にベーク温度
と時間（場合によっては、雰囲気等）によって条件管理
されている。特に、所定温度でベークし、ベーク終了ま
でを時間管理することによってベークが行われている。The conditions of the above-described pre-bake, PEB, and post-bake processes are generally controlled by the bake temperature and time (in some cases, atmosphere, etc.). In particular, baking is performed by baking at a predetermined temperature and managing the time until the baking is completed.
【０００７】しかし、このような従来のベークの条件管
理にあっては、温度と時間のばらつきにより、レジスト
の特性が一定にならないことがあり、歩留まりの低下を
引き起こすおそれがあった。特に、パターンの微細化に
伴い、最近使用されることが多くなってきた化学増幅系
レジストにおいては、ＰＥＢの条件管理が歩留まりに大
きく影響している。However, in such conventional bake condition management, the characteristics of the resist may not be constant due to variations in temperature and time, and there is a possibility that the yield may be reduced. In particular, in the case of a chemically amplified resist that has recently been frequently used in accordance with the miniaturization of patterns, the condition management of PEB greatly affects the yield.
【０００８】本発明は上述の技術的問題点を解決するた
めになされたものであり、その目的とするところは、レ
ジストや反射防止膜等をベークする工程において、ベー
クを正確に管理できるようにすることにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned technical problems, and an object of the present invention is to make it possible to accurately manage baking in a step of baking a resist, an antireflection film, and the like. Is to do.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段とその作用】請求項１に記
載のベーク終了検知装置は、ベーク中の膜の膜質を監視
する手段と、前記膜質監視手段により監視されている膜
質の変化によりベークの終了を検知する手段とを備えた
ことを特徴としている。The baking completion detecting device according to the present invention comprises means for monitoring the film quality of a film during baking, and baking by a change in the film quality monitored by the film quality monitoring means. And means for detecting the end of the process.
【００１０】レジスト等の膜をベークすると、そのベー
クの進行に伴って膜の膜質が次第に変化する。請求項１
に記載したベーク終了検知装置にあっては、リアルタイ
ムでベーク中の膜の膜質を監視し、あらかじめ決められ
ている膜質となったときにベークの終了を検出すること
ができ、正確にベークの終了を決定することができる。When a film such as a resist is baked, the film quality of the film gradually changes as the baking progresses. Claim 1
The baking end detection device described in (1) monitors the film quality of the film being baked in real time and can detect the completion of the baking when the film quality reaches a predetermined film quality, and accurately finish the baking. Can be determined.
【００１１】請求項２に記載のベーク終了検知装置は、
請求項１に記載したベーク終了検知装置における前記膜
質を監視する手段が、ベーク中の膜の膜厚を検出するこ
とにより膜質を監視するものであることを特徴としてい
る。[0011] The bake completion detecting device according to claim 2 is
The means for monitoring the film quality in the baking completion detecting device according to the first aspect monitors the film quality by detecting the film thickness of the film during baking.
【００１２】レジスト等の膜をベークすると、その膜質
の変化に伴って膜厚が変化する場合がある。従って、請
求項２に記載のベーク終了検知装置にあっては、ベーク
中の膜の膜厚を検出することにより、化学分析を行った
りすることなく、非破壊で精度よく膜質を監視すること
ができる。When a film such as a resist is baked, the film thickness may change with a change in the film quality. Therefore, in the baking completion detecting device according to claim 2, by detecting the film thickness of the film during baking, the film quality can be monitored nondestructively and accurately without performing chemical analysis. it can.
【００１３】請求項３に記載のベーク終了検知装置は、
請求項１に記載したベーク終了検知装置における前記膜
質を監視する手段が、ベーク中の膜の屈折率を測定する
ことにより膜質を監視するものであることを特徴として
いる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a baking completion detecting device.
The means for monitoring the film quality in the bake completion detecting device according to claim 1 is characterized in that the film quality is monitored by measuring the refractive index of the film during baking.
【００１４】レジスト等の膜をベークすると、その膜質
の変化に伴って屈折率が変化する場合がある。従って、
請求項３に記載のベーク終了検知装置にあっては、ベー
ク中の膜の屈折率を検出することにより、化学分析を行
ったりすることなく、非破壊で精度よく膜質を監視する
ことができる。When a film such as a resist is baked, the refractive index may change with the change in the film quality. Therefore,
In the baking completion detecting device according to the third aspect, by detecting the refractive index of the film during baking, the film quality can be monitored nondestructively and accurately without performing chemical analysis.
【００１５】請求項４に記載のベーク終了検知装置は、
請求項１に記載したベーク終了検知装置において、前記
膜質を監視する手段が、レジスト膜からの光を受けて各
波長毎に順次異なる方向に分光する分光手段と、この分
光手段が分光した光を各画素で受けて電気信号に変換す
る受光手段とを有し、前記ベークの終了を検知する手段
が、前記受光手段の出力の傾きが最大の画素における受
光量と予め記憶しているしきい値と比較することにより
ベークの終了を検知することを特徴としている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a baking completion detecting device.
2. The baking end detecting device according to claim 1, wherein the means for monitoring the film quality includes a spectroscopic means for receiving light from the resist film and spectrally separating the light in a different direction for each wavelength, and the light dispersed by the spectral means. Light receiving means for receiving the data at each pixel and converting the received signal into an electric signal; and means for detecting the end of the baking, wherein the amount of light received at the pixel having the maximum inclination of the output of the light receiving means and a threshold value stored in advance. The end of the baking is detected by comparing with.
【００１６】請求項４に記載のベーク終了検知装置にあ
っては、膜質を監視する手段は、レジスト膜からの光を
受けて各波長毎に順次異なる方向に分光させたものを受
光手段の各画素で受光しているから、レジスト膜からの
反射光の分光特性に基づいて膜質を監視することができ
る。また、ベークの終了を検知する手段は、受光手段の
出力の傾きが最大の画素における受光量と予め記憶して
いるしきい値と比較することによりベークの終了を検知
しているから、ベーク中において大きな光量変化を観測
でき、検知精度が良好となる。According to a fourth aspect of the present invention, the means for monitoring the quality of the film includes a light receiving means that receives light from the resist film and separates the light in a different direction for each wavelength. Since light is received by the pixels, the film quality can be monitored based on the spectral characteristics of the light reflected from the resist film. The means for detecting the end of baking detects the end of baking by comparing the amount of light received at the pixel having the maximum inclination of the output of the light receiving means with a previously stored threshold value. , A large change in the amount of light can be observed, and the detection accuracy is improved.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は本発明
の一実施形態によるベーク終了検知装置を備えたレジス
ト塗布・現像システム１を模式的に表した概略斜視図で
ある。このレジスト塗布・現像システム１は、スピンコ
ータ等のレジスト塗布装置２、ホットプレート等のプリ
ベーク用のベーク装置３、膜厚検査装置４、露光装置
５、ホットプレート等のＰＥＢ用のベーク装置６、現像
装置７、ホットプレート等のポストベーク用のベーク装
置８を連続的に配置して構成されている。(First Embodiment) FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing a resist coating / developing system 1 provided with a bake completion detecting device according to an embodiment of the present invention. The resist coating / developing system 1 includes a resist coating device 2 such as a spin coater, a baking device 3 for pre-baking such as a hot plate, a film thickness inspection device 4, an exposure device 5, a baking device 6 for PEB such as a hot plate, and a developing device. The apparatus 7 is configured by continuously arranging a post-baking baking apparatus 8 such as a hot plate.
【００１８】たとえば図２（ａ）に示すように表面に被
加工層１４を形成されたウエハ１３（たとえば、Ｓｉウ
エハ）の表面を薬品で前処理を行なった後、前処理され
たウエハ１３を上記レジスト塗布・現像システム１に搬
入する。そして、図２（ｂ）に示すように、レジスト塗
布装置２によりウエハ１３の表面に化学増幅系レジスト
等のレジストを塗布し、ウエハ１３の表面に所定膜厚の
レジスト膜１５を形成する。ついで、ウエハ１３をプリ
ベーク用のベーク装置３へ移動させ、図２（ｃ）に示す
ように、ベーク装置３でレジストをプリベークしてレジ
スト膜１５に残留している溶媒を揮発・除去させる。For example, as shown in FIG. 2A, the surface of a wafer 13 (for example, a Si wafer) having a surface to be processed 14 formed thereon is pre-treated with a chemical, and then the pre-processed wafer 13 is removed. The wafer is carried into the resist coating and developing system 1. Then, as shown in FIG. 2B, a resist such as a chemically amplified resist is applied to the surface of the wafer 13 by the resist coating device 2 to form a resist film 15 having a predetermined thickness on the surface of the wafer 13. Next, the wafer 13 is moved to the pre-baking baking device 3, and the resist is pre-baked by the baking device 3 to volatilize and remove the solvent remaining in the resist film 15 as shown in FIG.
【００１９】このプリベーク用のベーク装置３は、本発
明のベーク終了検知装置９を備えており、ウエハ１３の
プリベーク中にベーク終了検知装置９によりレジスト膜
１５の膜質を監視し、膜質の変化からプリベークの完了
を検知し、それによってプリベークを終了する。プリベ
ークによってレジスト中に残留する溶媒が揮発・除去さ
れるので、プリベークの前後で膜質（特に、屈折率や膜
厚）が変化すると考えられる。The pre-baking baking device 3 includes the baking completion detecting device 9 of the present invention. During the pre-baking of the wafer 13, the baking completion detecting device 9 monitors the film quality of the resist film 15, and detects a change in the film quality. The completion of the pre-bake is detected, and the pre-bake is ended accordingly. Since the solvent remaining in the resist is volatilized and removed by the pre-bake, it is considered that the film quality (particularly, the refractive index and the film thickness) changes before and after the pre-bake.
【００２０】プリベークが終了すると、ウエハ１３は膜
厚検査装置４へ移動させられ、そこでプリベークされた
レジスト膜１５の膜厚が計測され、膜厚が所定範囲内に
納まっているかどうか検査される。なお、この膜厚検査
装置４にも、図１のようにベーク終了検知装置１０を設
けておき、膜厚検査と同時に再度膜質の検査を行ない、
所定の膜質となるまでプリベークが行なわれていること
を確認するようにしてもよい。When the pre-baking is completed, the wafer 13 is moved to the film thickness inspection device 4, where the thickness of the pre-baked resist film 15 is measured, and it is inspected whether the film thickness is within a predetermined range. In addition, this film thickness inspection apparatus 4 is also provided with a bake completion detection apparatus 10 as shown in FIG.
It may be confirmed that the pre-bake is performed until a predetermined film quality is obtained.
【００２１】膜厚検査の終了したウエハ１３は露光装置
５へ移動させられ、図２（ｄ）に示すように、ウエハ１
３にマスク１６を重ねてレジスト膜１５に露光される。
露光が完了したウエハ１３は、ＰＥＢ用のベーク装置６
へ移動させられ、図２（ｅ）のＰＥＢが行なわれる。化
学増幅系レジストの場合には、ＰＥＢが行なわれると、
露光によりレジスト膜１５中に生じた酸を触媒として酸
触媒反応が行なわれる。The wafer 13 for which the film thickness inspection has been completed is moved to the exposure apparatus 5, and as shown in FIG.
The resist film 15 is exposed by superposing a mask 16 on 3.
The exposed wafer 13 is placed in a PEB baking device 6.
And the PEB of FIG. 2E is performed. In the case of a chemically amplified resist, when PEB is performed,
An acid-catalyzed reaction is performed using an acid generated in the resist film 15 by the exposure as a catalyst.
【００２２】このＰＥＢ用のベーク装置６は、本発明の
ベーク終了検知装置１１を備えており、ＰＥＢ中にベー
ク終了検知装置１１によりレジスト膜１５の膜質を監視
し、膜質の変化からＰＥＢの完了を検知し、それによっ
てＰＥＢを終了する。ＰＥＢにおいては（特に、化学増
幅系レジストでは）、ＰＥＢの前後でレジストの化学組
成が変化するため、膜質（特に、屈折率）が変化すると
考えられる。The PEB baking device 6 includes the baking completion detecting device 11 of the present invention. The baking completion detecting device 11 monitors the film quality of the resist film 15 during the PEB. , Thereby terminating the PEB. In PEB (especially in a chemically amplified resist), the chemical composition of the resist changes before and after PEB, so that the film quality (particularly, the refractive index) is considered to change.
【００２３】ついで、ウエハ１３は現像装置７へ送ら
れ、図２（ｆ）に示すように、そこで現像される。現像
されたレジスト膜１５は、たとえば露光領域１５ａが溶
解することにより開口１７があけられてパターニングさ
れる。現像処理されたウエハ１３は、リンスした後、ポ
ストベーク用のベーク装置８へ移動させ、図２（ｇ）に
示すように、ベーク装置８でレジストをポストベークし
てレジスト膜１５に残留している現像液やリンス液を揮
発・除去させる。Next, the wafer 13 is sent to the developing device 7, where it is developed as shown in FIG. The developed resist film 15 is patterned by, for example, opening the opening 17 by dissolving the exposure region 15a. The rinsed wafer 13 is moved to a post-baking baking device 8 after rinsing, and the resist is post-baked by the baking device 8 and remains on the resist film 15 as shown in FIG. Volatilizes and removes the developer and rinse solution.
【００２４】このポストベーク用のベーク装置８は、本
発明のベーク終了検知装置１２を備えており、ウエハ１
３のポストベーク中にベーク終了検知装置１２によりレ
ジスト膜１５の膜質を監視し、膜質の変化からポストベ
ークの完了を検知し、それによってポストベークを終了
する。ポストベークによってレジストに残留する現像液
やリンス液が揮発・除去されるので、ポストベークの前
後で膜質（特に、屈折率や膜厚）が変化すると考えられ
る。The post-baking baking device 8 includes the baking completion detecting device 12 according to the present invention.
During post-bake 3, the bake completion detector 12 monitors the film quality of the resist film 15 and detects the completion of post-bake from the change in film quality, thereby ending the post-bake. Since the developing solution and the rinsing solution remaining on the resist are volatilized and removed by the post-baking, it is considered that the film quality (particularly, the refractive index and the film thickness) changes before and after the post-baking.
【００２５】こうしてポストベークが完了し、表面にレ
ジスト膜１５がパターニングされたウエハ１３はレジス
ト塗布・現像システム１から搬出され、図２（ｈ）に示
すようにレジスト膜１５の開口１７を通して被加工層１
４がエッチングされ、図２（ｉ）のようにレジスト膜１
５が除去された後洗浄される。The wafer 13 on which the post-baking is completed and the resist film 15 is patterned on the surface is carried out of the resist coating / developing system 1 and is processed through the opening 17 of the resist film 15 as shown in FIG. Tier 1
4 is etched, and as shown in FIG.
After 5 is removed, it is washed.
【００２６】図３は上記ベーク装置３、６、８（および
膜厚検査装置４）に用いられていたベーク終了検知装置
（膜質測定器）の一例を示す原理図であって、膜質を監
視するための構成を表わしている。ベーク終了検知装置
９〜１２は、ハロゲンランプ等の白色光源１８、ハーフ
ミラー１９、２ヵ所のレンズ２０、２１、グレーティン
グ２２、フォトダイオードアレイ（ＰＤアレイ）やＣＣ
Ｄ等の１次元又は２次元の受光領域を有する受光素子２
３等によって構成されている。なお、レジスト膜１５の
屈折率をｎ、膜厚をｄとするとき、その膜質とは、屈折
率ｎ、あるいは膜厚ｄ、あるいはその積ｎｄをいう。FIG. 3 is a principle diagram showing an example of a baking end detecting device (film quality measuring device) used in the baking devices 3, 6, 8 (and the film thickness inspection device 4), and monitors the film quality. 1 shows the configuration. The bake end detection devices 9 to 12 include a white light source 18, such as a halogen lamp, a half mirror 19, two lenses 20, 21, a grating 22, a photodiode array (PD array), and a CC.
Light receiving element 2 having a one-dimensional or two-dimensional light receiving area such as D
3 and the like. When the refractive index of the resist film 15 is n and the film thickness is d, the film quality refers to the refractive index n, the film thickness d, or the product nd thereof.
【００２７】このベーク終了検知装置においては、ハー
フミラー１９はウエハ１３の表面に対してほぼ４５度の
角度で配置されており、白色光源１８から出射された白
色光は、ハーフミラー１９で反射された後、レンズ２０
で集光またはコリメート化されてウエハ１３表面のレジ
スト膜１５に垂直入射する。レジスト膜１５に垂直入射
した白色光はレジスト膜１５で反射されて元の方向に戻
り、レンズ２０、ハーフミラー１９及びレンズ２１を透
過してグレーティング２２に入射する。グレーティング
２２に入射した光は、グレーティング２２によって分光
されて各波長毎に異なる方向へ出射され、受光素子２３
で受光される。こうして、受光素子２３上には、レジス
ト膜１５で反射された光の分光特性（反射光スペクトラ
ム）が得られ、各波長における光強度は受光素子２３の
各画素によって検出される。よって、この分光特性を分
析することにより、レジスト膜１５の膜質もしくはその
変化を測定することができる。In this baking end detecting device, the half mirror 19 is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the surface of the wafer 13, and the white light emitted from the white light source 18 is reflected by the half mirror 19. After the lens 20
And is vertically incident on the resist film 15 on the surface of the wafer 13. The white light vertically incident on the resist film 15 is reflected by the resist film 15 and returns to the original direction, passes through the lens 20, the half mirror 19, and the lens 21, and enters the grating 22. The light incident on the grating 22 is split by the grating 22 and emitted in different directions for each wavelength.
Is received at. Thus, the spectral characteristics (reflected light spectrum) of the light reflected by the resist film 15 are obtained on the light receiving element 23, and the light intensity at each wavelength is detected by each pixel of the light receiving element 23. Therefore, by analyzing the spectral characteristics, the film quality of the resist film 15 or its change can be measured.
【００２８】レジスト膜１５で反射した光の受光強度
（あるいは、反射率）の周波数依存性は、レジスト膜１
５の表面で反射した光と裏面で反射した光の干渉による
ものであり、またレジスト膜１５の表面及び裏面におけ
るそれぞれの反射率の周波数依存性によるものである。
特に、レジスト膜１５の表面と裏面で反射した光の干渉
により、反射率は極大と極小を繰り返した波形となる。The frequency dependence of the received light intensity (or reflectance) of the light reflected by the resist film 15 depends on the resist film 1
5 is caused by interference between light reflected by the front surface and light reflected by the back surface, and also by frequency dependence of the respective reflectances on the front surface and the back surface of the resist film 15.
In particular, due to interference of light reflected on the front and back surfaces of the resist film 15, the reflectance has a waveform in which the maximum and the minimum are repeated.
【００２９】レジスト膜１５で反射した光の干渉につい
て、以下に述べる。レジスト膜１５に垂直入射した白色
光の一部はレジスト膜１５で反射して戻り、残りはレジ
スト膜１５の裏面で反射して元の方向に戻る。したがっ
て、レジスト膜１５の表面で反射した光成分とレジスト
膜１５の裏面で反射した光成分とが干渉する。レジスト
膜１５の屈折率及び膜厚をそれぞれｎ、ｄとし、レジス
ト膜１５に入射した白色光のうち波長がλの光成分を考
えると、 ２ｎｄ ＝ （２Ｍ−１）λ／２ を満たすときに干渉光の光強度が極大となり、 ２ｎｄ ＝ Ｎλ を満たす時に極小となる。ただし、Ｍ，Ｎ＝１，２，…
（自然数）である。The interference of light reflected by the resist film 15 will be described below. Part of the white light perpendicularly incident on the resist film 15 is reflected by the resist film 15 and returns, and the rest is reflected by the back surface of the resist film 15 and returns to the original direction. Therefore, the light component reflected on the front surface of the resist film 15 and the light component reflected on the back surface of the resist film 15 interfere with each other. When the refractive index and the film thickness of the resist film 15 are n and d, respectively, and a light component having a wavelength of λ of the white light incident on the resist film 15 is considered, when 2nd = (2M−1) λ / 2 is satisfied. The light intensity of the interference light becomes maximum, and becomes minimum when 2nd = Nλ is satisfied. However, M, N = 1, 2,...
(Natural number).
【００３０】グレーティング２２に入射した光は、各波
長毎に異なる方向へ１次回折光が回折されるので、この
１次回折光を受光するように受光素子２３を配置すれ
ば、受光素子２３の各画素によって波長の異なる光の強
度を分離して計測することができる。よって、グレーテ
ィング２２で分光された反射光においては、λ＝４ｎｄ
／（２Ｍ−１）の波長の光強度は極大となり、λ＝２ｎ
ｄ／Ｎの波長の光強度は極小となり、レジスト膜１５で
反射した光の強度は、波長を連続的に変化させると極大
値と極小値の間で波状に振動する。Since the light incident on the grating 22 is diffracted into the first order diffracted light in different directions for each wavelength, if the light receiving element 23 is arranged so as to receive the first order diffracted light, each pixel of the light receiving element 23 Thus, the intensities of the lights having different wavelengths can be separately measured. Therefore, in the reflected light separated by the grating 22, λ = 4nd
The light intensity at the wavelength of / (2M-1) is maximal and λ = 2n
The light intensity at the wavelength of d / N is minimized, and the intensity of the light reflected by the resist film 15 oscillates between the maximum value and the minimum value when the wavelength is continuously changed.
【００３１】具体的にいうと、図６は受光素子で受光さ
れた光の分光特性であって、曲線αはＳｉウエハ上に膜
厚５００ｎｍのレジスト膜（屈折率ｎ＝１.７）が形成
されている場合の反射率スペクトラムを表わし、曲線β
はＳｉウエハ上に膜厚５２０ｎｍのレジスト膜（屈折率
ｎ＝１.７）が形成されている場合の反射率スペクトラ
ムを表わしており、いずれも横軸が光の波長λ、縦軸が
レジスト膜の反射率となっている。More specifically, FIG. 6 shows the spectral characteristics of the light received by the light receiving element, and the curve α represents a 500 nm-thick resist film (refractive index n = 1.7) formed on a Si wafer. Curve represents the reflectance spectrum when
Represents the reflectance spectrum when a 520 nm-thick resist film (refractive index n = 1.7) is formed on a Si wafer, and the horizontal axis represents the light wavelength λ and the vertical axis represents the resist film. Is the reflectance.
【００３２】このように、屈折率が同じであってもレジ
スト膜１５の膜厚によって反射光の分光特性が異なるの
で、その特性カーブの違いを検出することによってレジ
スト膜１５の膜厚ｄを計測することができる。従って、
例えばレジスト膜１５（屈折率ｎ＝１.７）のベーク終
了時には、その膜厚が５００ｎｍとなることが予め実験
的に確認されているとすると、ベーク中のウエハ１３上
に形成されているレジスト膜１５に白色光を照射して反
射光の特性カーブをリアルタイムで監視し、その特性カ
ーブが図１の曲線αと一致した時にベークが終了したこ
とを検知することができる。As described above, even if the refractive index is the same, the spectral characteristic of the reflected light differs depending on the thickness of the resist film 15, and the difference d of the characteristic curve is detected to measure the thickness d of the resist film 15. can do. Therefore,
For example, at the end of baking of the resist film 15 (refractive index n = 1.7), if it is experimentally confirmed in advance that the film thickness will be 500 nm, the resist formed on the wafer 13 during the baking is assumed. By irradiating the film 15 with white light and monitoring the characteristic curve of the reflected light in real time, it is possible to detect that the baking has ended when the characteristic curve matches the curve α in FIG.
【００３３】また、図７も受光素子で受光された光の分
光特性であって、曲線αはＳｉウエハ上に屈折率ｎ＝
１.７のレジスト膜（膜厚５００ｎｍ）が形成されてい
る場合の反射率スペクトラムを表わし、曲線γはＳｉウ
エハ上に屈折率ｎ＝１.６のレジスト膜（膜厚５００ｎ
ｍ）が形成されている場合の反射率スペクトラムを表わ
しており、いずれも横軸が光の波長λ、縦軸がレジスト
膜の反射率となっている。FIG. 7 also shows the spectral characteristics of the light received by the light receiving element, and the curve α shows the refractive index n =
A reflectance spectrum when a resist film (film thickness 500 nm) of 1.7 is formed, and a curve γ is a resist film (refractive index n = 1.6 on a Si wafer)
m) represents the reflectance spectrum in the case where the light transmittance is formed. In each case, the horizontal axis represents the light wavelength λ and the vertical axis represents the reflectance of the resist film.
【００３４】このように、膜厚が同じであってもレジス
ト膜１５の屈折率によって反射光の分光特性が異なるの
で、その特性カーブの違いを検出することによってレジ
スト膜１５の屈折率ｎを計測することができる。従っ
て、例えばレジスト膜１５（膜厚ｄ＝５００ｎｍ）のベ
ーク終了時には、その屈折率が１.７となることが予め
実験的に確認されているとすると、ベーク中のウエハ１
３上に形成されているレジスト膜１５に白色光を照射し
て反射光の特性カーブをリアルタイムで監視し、その特
性カーブが図７の曲線αと一致した時にベークが終了し
たことを検知することができる。As described above, even if the film thickness is the same, the spectral characteristics of the reflected light differ depending on the refractive index of the resist film 15. Therefore, the refractive index n of the resist film 15 is measured by detecting the difference in the characteristic curve. can do. Therefore, for example, at the end of baking of the resist film 15 (thickness d = 500 nm), it is assumed that the refractive index is 1.7 beforehand.
Irradiating the resist film 15 formed on the substrate 3 with white light and monitoring the characteristic curve of the reflected light in real time, and detecting that the baking is completed when the characteristic curve matches the curve α in FIG. Can be.
【００３５】ベーク中のレジスト膜１５の膜質（屈折率
ｎ、膜厚ｄ、あるいはその積ｎｄ）の変化は、上述のよ
うに、受光素子２３で受光した光の分光特性を分析する
ことで検出できる。これを監視することにより、レジス
ト膜１５が所望の膜質になった時点でベークの終了時期
とし、ウエハ１３の処理を次工程へと進めることが可能
となる。本発明によれば、ベーク中の変化をリアルタイ
ムに監視することができるので、ベークの温度や時間管
理を厳密にする必要が少なくなり、ベークの終了も実際
の膜質状態で検出できるので、生産歩留りを向上させる
ことができる。また、非破壊的に検査することができ
る。The change in the film quality (refractive index n, film thickness d, or product nd thereof) of the resist film 15 during baking is detected by analyzing the spectral characteristics of the light received by the light receiving element 23 as described above. it can. By monitoring this, when the resist film 15 has the desired film quality, the baking end time can be reached, and the processing of the wafer 13 can be advanced to the next step. According to the present invention, changes during baking can be monitored in real time, so that it is less necessary to strictly control the temperature and time of baking, and the end of baking can be detected in the actual film quality state, so that the production yield Can be improved. In addition, nondestructive inspection can be performed.
【００３６】図４はＣＣＤ等の受光素子２３で得られた
分光特性を示す信号に基づいてレジスト膜１５のベーク
終了時点を検知（判断）するための回路を示し、図５は
そのマイクロプロセッサ２６における処理方法を説明す
る図である。受光素子２３からは、一定タイミング毎に
各画素の受光信号をサンプルホールド回路２４へ出力し
ており、サンプルホールド回路２４では、受光信号から
出力された信号をシリアル信号としてＡ／Ｄ変換回路２
５へ送り出している。Ａ／Ｄ変換回路２５は受信した受
光信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換した後、
マイクロプロセッサ２６に入力している。こうしてマイ
クロプロセッサ２６に入力された受光信号は、レジスト
膜１５で反射された光の分光特性を表わしている。FIG. 4 shows a circuit for detecting (determining) the end time of baking of the resist film 15 based on a signal indicating the spectral characteristic obtained by the light receiving element 23 such as a CCD, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining a processing method in FIG. The light receiving element 23 outputs a light receiving signal of each pixel to the sample-and-hold circuit 24 at a certain timing, and the sample-and-hold circuit 24 converts the signal output from the light-receiving signal into a serial signal as an A / D conversion circuit 2.
To 5 The A / D conversion circuit 25 converts the received light receiving signal (analog signal) into a digital signal,
It is input to the microprocessor 26. The received light signal thus input to the microprocessor 26 represents the spectral characteristics of the light reflected by the resist film 15.
【００３７】受光信号（分光特性）を受け取ると、マイ
クロプロセッサ２６はこの信号（時間波形）を取り込ん
でサンプリングする（処理２７）。一方、メモリなどに
は、レジスト膜１５の各膜質（ｎｄ）における分光特性
のデータテーブルが格納されている。マイクロプロセッ
サ２６は、受光信号をサンプリングすると、各膜質のデ
ータテーブルをメモリから読み出し（処理２８）、最小
２乗法等によるカーブフィッティングなどの手法によ
り、取り込んだ受光信号の膜質（ｎｄ）を算出する（処
理２９）。また、メモリには、レジスト膜１５のベーク
が終了したと判断するときの膜質（ｎｄ）のしきい値が
予め記憶させられている（処理３０）。判別比較回路３
１は、受光信号に基づいて算出された膜質の値とメモリ
に記憶されている膜質のしきい値とを比較し、算出され
た膜質の値がしきい値よりも低下すると、ベーク終了検
知信号を出力する。When receiving the light receiving signal (spectral characteristic), the microprocessor 26 takes in the signal (time waveform) and samples it (process 27). On the other hand, a memory or the like stores a data table of spectral characteristics of each film quality (nd) of the resist film 15. After sampling the received light signal, the microprocessor 26 reads the data table of each film quality from the memory (process 28), and calculates the film quality (nd) of the received light signal by a method such as curve fitting by the least square method or the like (step 28). Process 29). In addition, a threshold value of the film quality (nd) used to determine that the baking of the resist film 15 has been completed is stored in the memory in advance (Step 30). Discrimination comparison circuit 3
1 compares the film quality value calculated based on the light receiving signal with the film quality threshold value stored in the memory, and when the calculated film quality value falls below the threshold value, a bake end detection signal Is output.
【００３８】（別な実施形態）図８は、図４に示した処
理回路に用いられているマイクロプロセッサ２６による
別な処理例を示すブロック図である。この処理方法によ
れば、以下に説明するようにしてレジスト膜１５の膜質
ｎｄを監視することにより、レジスト膜１５のベーク終
了を検知することができる。すなわち、Ａ／Ｄ変換回路
２５によりデジタル信号に変換された受光信号（分光特
性）をマイクロプロセッサ２６が受け取ると、マイクロ
プロセッサ２６はこの信号（時間波形）を取り込んでサ
ンプリングし（処理３２）、微分処理することによって
分光特性（各波長における受光量）の傾きを求める（処
理３３）。ついで、微分処理された信号から分光特性の
傾きが最大の画素（あるいは、分光特性の傾きが極大の
画素でもよい）を決定し、その画素における受光量を求
める（処理３４）。一方、メモリなどには、レジスト膜
１５の各膜質（ｎｄ）に対して分光特性の傾きが最大の
画素におけるしきい値を予め計測してデータ化したテー
ブルが格納されている。分光特性の傾きが最大の画素に
おける受光信号が決定されると、判別比較回路３６は、
メモリからしきい値（ベーク終了後の膜質に対応するし
きい値）を読み出し、受光信号に基づいて求めた分光特
性の傾きが最大の画素における受光量とメモリから読み
出したしきい値とを比較し、求めた受光量がしきい値よ
りも低下すると、ベーク終了検知信号を出力する。(Another Embodiment) FIG. 8 is a block diagram showing another example of processing by the microprocessor 26 used in the processing circuit shown in FIG. According to this processing method, the end of baking of the resist film 15 can be detected by monitoring the film quality nd of the resist film 15 as described below. That is, when the microprocessor 26 receives the light receiving signal (spectral characteristic) converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 25, the microprocessor 26 takes in the signal (time waveform), samples it (process 32), and differentiates it. By performing the processing, the inclination of the spectral characteristic (the amount of light received at each wavelength) is obtained (processing 33). Next, a pixel having a maximum spectral characteristic slope (or a pixel having a maximum spectral characteristic slope) is determined from the differentiated signal, and the amount of light received at the pixel is determined (process 34). On the other hand, in a memory or the like, a table in which a threshold value of a pixel having a maximum spectral characteristic slope with respect to each film quality (nd) of the resist film 15 is measured in advance and converted into data is stored. When the light receiving signal at the pixel having the largest spectral characteristic gradient is determined, the discrimination comparison circuit 36
The threshold value (threshold value corresponding to the film quality after baking) is read from the memory, and the amount of light received at the pixel having the largest slope of the spectral characteristic obtained based on the received light signal is compared with the threshold value read from the memory. Then, when the obtained light receiving amount falls below the threshold value, a baking end detection signal is output.
【００３９】第１の実施形態のように受光特性の曲線の
すべて波長で検出データと予め求めてあるデータとの違
いを検出していると、データ量が多くなり、高速処理が
困難となる。これに対し、この実施形態のように特定波
長（特定波長は、受光素子の画素を選択することで指定
できる）でのみ検出データと予め決定されているしきい
値とを比較するようにすれば、精度よく検出でき、また
高速な処理が可能になる。If the difference between the detected data and the previously obtained data is detected at all wavelengths of the curve of the light receiving characteristic as in the first embodiment, the data amount increases, and high-speed processing becomes difficult. On the other hand, if the detection data is compared with a predetermined threshold only at a specific wavelength (the specific wavelength can be designated by selecting a pixel of the light receiving element) as in this embodiment, , Detection can be performed with high accuracy, and high-speed processing can be performed.
【００４０】また、特定波長の選択の仕方は、受光量が
最大（あるいは極大）の波長なども可能である。しか
し、受光量が最大（極大）の波長を用いるよりも、前述
したように分光特性すなわち受光量の傾きが最大（極
大）の波長を用いるほうが、ベーク中において大きな光
量変化が観測され、精度が良好となる。例えば、膜厚５
００ｎｍの場合、図７から分かるように、５５０ｎｍの
波長（受光量が極大の波長）では屈折率変化による光量
変化はほとんどないが、６００ｎｍの波長（傾きが極大
の波長）では大きな光量変化が見られる。従って、６０
０ｎｍの波長の光だけを監視することにより、レジスト
膜１５の膜質の変化を精度よく監視し、レジスト終了を
検知することができる。The method of selecting the specific wavelength may be a wavelength at which the amount of received light is maximum (or maximum). However, as described above, using the wavelength having the maximum (maximum) spectral characteristic, that is, the slope of the received light amount, as described above, allows a large change in the amount of light to be observed during baking, and the accuracy to be higher than using the wavelength having the maximum (maximum) received light amount. It will be good. For example, film thickness 5
In the case of 00 nm, as can be seen from FIG. 7, at the wavelength of 550 nm (the wavelength of the maximum amount of received light), there is almost no change in the amount of light due to the change in the refractive index, but at the wavelength of 600 nm (the wavelength of the maximum slope), there is a large change in the amount of light. Can be Therefore, 60
By monitoring only light having a wavelength of 0 nm, a change in the film quality of the resist film 15 can be accurately monitored, and the end of the resist can be detected.
【００４１】特に、化学増幅系のレジストにおいてはＰ
ＥＢでの条件管理が重要であるが、ベーク終了検知装置
で露光前にあらかじめ測定した膜質情報に基づいて、Ｐ
ＥＢ中にモニタすべき波長を決定すれば、精度よく、か
つ高速にベーク終点の検出が可能となる。Particularly, in a chemically amplified resist, P
It is important to manage the conditions in EB, but based on the film quality information measured before exposure by the bake end detector,
If the wavelength to be monitored is determined during the EB, the end point of the bake can be detected accurately and at high speed.
【００４２】なお、本発明はレジストのベーク終了のみ
ならず、最近使用されることが多くなったスピンコート
型の反射防止膜をベークする場合にも適用することが可
能である。The present invention can be applied not only to the completion of resist baking but also to the case of baking a spin-coating type antireflection film which has been used frequently recently.
【００４３】[0043]
【発明の効果】請求項１に記載したベーク終了検知装置
によれば、ベークの進行に伴って次第に変化するベーク
中の膜の膜質をリアルタイムで監視することができるの
で、監視している膜質がベークの終了した膜の膜質にな
った時、ベークが終了したと判定することができ、正確
にベークの終了を決定することができる。従って、レジ
ストパターン等の歩留りを向上させることができる。According to the apparatus for detecting the completion of baking according to the first aspect of the present invention, the film quality of the film during baking, which changes gradually with the progress of baking, can be monitored in real time. When the film quality of the baking-completed film is obtained, it can be determined that the baking has been completed, and the completion of the baking can be accurately determined. Therefore, the yield of the resist pattern and the like can be improved.
【００４４】請求項２に記載のベーク終了検知装置によ
れば、レジスト等の膜をベークした時に膜質の変化に伴
って膜厚が変化する場合には、ベーク中の膜の膜厚を監
視することにより、化学分析を行ったりすることなく、
非破壊で精度よくベークの終了を判定することができ
る。According to the apparatus for detecting the completion of baking according to the second aspect, when the film thickness of the resist or the like changes with the film quality when the film is baked, the film thickness of the film during the baking is monitored. By doing so, without performing chemical analysis,
The end of baking can be determined accurately and nondestructively.
【００４５】請求項３に記載のベーク終了検知装置によ
れば、レジスト等の膜をベークした時に膜質の変化に伴
って屈折率が変化する場合には、ベーク中の膜の屈折率
を監視することにより、化学分析を行ったりすることな
く、非破壊で精度よくベークの終了を判定することがで
きる。According to the third aspect of the present invention, when the refractive index changes with the change in the film quality when the film such as the resist is baked, the refractive index of the film during the baking is monitored. This makes it possible to determine the end of baking accurately and nondestructively without performing chemical analysis.
【００４６】請求項４に記載のベーク終了検知装置によ
れば、膜質を監視する手段は、レジスト膜からの光を受
けて分光手段により各波長毎に順次異なる方向に分光さ
せたものを受光手段の各画素で受光しているから、レジ
スト膜からの反射光の分光特性に基づいて膜質を監視す
ることができる。また、ベークの終了を検知する手段
は、受光手段の出力の傾きが最大の画素における受光量
と予め記憶しているしきい値と比較することによりベー
クの終了を検知しているから、ベーク中において大きな
光量変化を観測でき、検知精度が良好となる。According to a fourth aspect of the present invention, the means for monitoring the film quality includes a light receiving means for receiving the light from the resist film and separating the light in the direction sequentially different for each wavelength by the spectral means. , The film quality can be monitored based on the spectral characteristics of the light reflected from the resist film. The means for detecting the end of baking detects the end of baking by comparing the amount of light received at the pixel having the maximum inclination of the output of the light receiving means with a previously stored threshold value. , A large change in the amount of light can be observed, and the detection accuracy is improved.
【図１】本発明にかかるベーク終了検知装置を備えたレ
ジスト塗布・現像システムを模式的に示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a resist coating / developing system provided with a bake completion detecting device according to the present invention.
【図２】レジストプロセスを説明する工程説明図であ
る。FIG. 2 is a process explanatory view illustrating a resist process.
【図３】本発明の一実施形態によるベーク終了検知装置
における膜質監視のための構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration for monitoring film quality in a bake completion detecting device according to an embodiment of the present invention.
【図４】図３の受光素子から出力される信号を処理する
ための回路（ベークの終了を判定するための回路）を示
すブロック図である。4 is a block diagram showing a circuit for processing a signal output from the light receiving element of FIG. 3 (a circuit for determining the end of baking).
【図５】図４のマイクロプロセッサによる処理例を表わ
したブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a processing example by the microprocessor of FIG. 4;
【図６】膜厚の異なるレジスト膜で反射した光の反射ス
ペクトラムを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a reflection spectrum of light reflected by resist films having different film thicknesses.
【図７】屈折率の異なるレジスト膜で反射した光の反射
スペクトラムを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a reflection spectrum of light reflected by resist films having different refractive indexes.
【図８】本発明の別な実施形態によるベーク終了検知装
置のベーク終了判定のための処理例（マイクロプロセッ
サの処理）を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing an example of processing (processing by a microprocessor) for determining baking completion by a baking completion detecting device according to another embodiment of the present invention.
３ プリベーク用のベーク装置 ６ 露光後ベーク（ＰＥＢ）用のベーク装置 ８ ポストベーク用のベーク装置 ９、１０、１１、１２ ベーク終了検知装置 １３ ウエハ １５ レジスト膜 １８ 白色光源 １９ ハーフミラー ２２ グレーティング ２３ 受光素子 Reference Signs List 3 baking device for pre-baking 6 baking device for post-exposure baking (PEB) 8 baking device for post-baking 9, 10, 11, 12 baking end detecting device 13 wafer 15 resist film 18 white light source 19 half mirror 22 grating 23 light receiving element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H096 AA00 AA25 BA20 DA01 FA01 GB10 HA01 LA17 5F046 KA10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H096 AA00 AA25 BA20 DA01 FA01 GB10 HA01 LA17 5F046 KA10
Claims (4)
前記膜質監視手段により監視されている膜質の変化によ
りベークの終了を検知する手段とを備えたベーク終了検
知装置。Means for monitoring the quality of the film in the bake;
Means for detecting the end of baking based on a change in film quality monitored by the film quality monitoring means.
膜の膜厚を検出することにより膜質を監視するものであ
ることを特徴とする、請求項１に記載のベーク終了検知
装置。2. The bake completion detecting device according to claim 1, wherein said film quality monitoring means monitors the film quality by detecting a film thickness of the film during baking.
膜の屈折率を測定することにより膜質を監視するもので
あることを特徴とする、請求項１に記載のベーク終了検
知装置。3. The apparatus according to claim 1, wherein the means for monitoring the film quality monitors the film quality by measuring a refractive index of the film during baking.
からの光を受けて各波長毎に順次異なる方向に分光する
分光手段と、この分光手段が分光した光を各画素で受け
て電気信号に変換する受光手段とを有し、 前記ベークの終了を検知する手段は、前記受光手段の出
力の傾きが最大の画素における受光量と予め記憶してい
るしきい値と比較することによりベークの終了を検知す
ることを特徴とする、請求項１に記載のベーク終了検知
装置。4. A means for monitoring the film quality, comprising: a spectral means for receiving light from the resist film and spectrally separating the light in a different direction for each wavelength; And a means for detecting the end of the baking, wherein the slope of the output of the light receiving means is compared with a light receiving amount in a pixel having a maximum inclination and a threshold value stored in advance to perform baking. 2. The bake end detecting device according to claim 1, wherein the end is detected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11726499A JP2000306821A (en) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | End-of-baking detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11726499A JP2000306821A (en) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | End-of-baking detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000306821A true JP2000306821A (en) | 2000-11-02 |
Family
ID=14707463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11726499A Pending JP2000306821A (en) | 1999-04-23 | 1999-04-23 | End-of-baking detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000306821A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113873230A (en) * | 2021-09-26 | 2021-12-31 | 江西盛泰精密光学有限公司 | Camera baking real-time detection system and method |
-
1999
- 1999-04-23 JP JP11726499A patent/JP2000306821A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113873230A (en) * | 2021-09-26 | 2021-12-31 | 江西盛泰精密光学有限公司 | Camera baking real-time detection system and method |
| CN113873230B (en) * | 2021-09-26 | 2024-02-27 | 江西盛泰精密光学有限公司 | Real-time detection system and method for baking of camera |
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