JP2002141274A - 膜厚測定装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜厚測定装置において、工程数を減少させ、
測定作業を容易にすること。 【解決手段】 ウエハＷを保持する載置部６と、光源５
４と分光器５５とを含む分光器ユニット５３と、前記載
置部６と対向するように設けられ、前記分光器ユニット
５３と光ファイバ５２で接続されるプローブ５１と、前
記載置部６と前記プローブ５１とを相対的に移動させる
駆動部４２とを備えた膜厚測定ユニット４において、前
記載置部６のプローブ５１と対向する面に、一部が前記
プローブ５１と対向するように反射体６２を埋設する。
レジスト膜の膜厚を測定する前に、前記反射体６２の反
射スペクトルＡを測定し、当該スペクトルＡとセットア
ップ時に測定した反射体６２の基準スペクトルとを比較
してキャリブレーションを行うようにすると、ベアシリ
コンウエハの搬送が不要となり、工程数が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体ウエハ
やＬＣＤ基板（液晶ディスプレイ用ガラス基板）等の基
板上に形成された例えばレジスト膜の膜厚を測定する膜
厚測定装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスやＬＣＤの製造プロセス
において行われるフォトリソグラフィと呼ばれる技術
は、基板例えば半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）
にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、フォトマ
スクを用いてそのレジスト膜を露光した後、現像処理を
行うことによって、基板上に所望のレジストパタ−ンを
作製する技術である。

【０００３】ところで上述の技術でレジストパターンを
形成する場合、レジスト膜の膜厚に応じた処理条件で露
光及び現像が行われるので、前記膜厚は所定の大きさに
収まっていることが要求されるが、レジスト液の塗布処
理の処理状態は、温度、湿度などの変動やウエハ表面の
状態あるいは気圧などの要因により、一定の処理条件で
処理を行っていても、実際の膜厚が目標膜厚から外れる
こともある。

【０００４】そこで従来では、例えばレジスト液の塗布
処理及び現像処理を行う塗布現像装置に露光装置を接続
したシステムで前記フォトリソグラフィー技術を行なっ
た後、例えば一定枚数の基板を処理するごとに基板を抜
き取り、当該基板を塗布現像装置と別個に設けられた膜
厚測定ユニットに搬送して膜厚測定を行い、その測定結
果に基づいてレジスト液の塗布処理の処理条件が適切か
どうかを判断し、その判断に基づき処理条件を補正して
これ以降に製造ラインに送られる基板のレジスト膜厚が
目標値に近づくようにしていた。

【０００５】前記膜厚測定ユニットは、例えば光干渉式
膜厚計により膜厚測定を行うものであって、基板表面に
光源から光線を照射し、この光線の反射光に基づいてス
ペクトルを得、そのスペクトルに基づいて膜厚を検出す
るものである。この膜厚測定の原理について、図１４に
より説明すると、先ず光の波長とウエハＷの反射率との
関係を求めるが、この際先ず図中１１で示すレジスト膜
が形成されていないベアシリコンウエハのスペクトルを
測定し、次いで図中１２で示すレジスト膜が形成された
膜付きウエハのスペクトルを測定する。このようにして
求めたスペクトルでは、（膜付きウエハのスペクトル１
２）−（ベアシリコンウエハのスペクトル１１）がレジ
スト膜の強度特性であり、このデータを解析することに
より膜厚が検出されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の膜厚測
定ユニットでは、前記光源が劣化していると、ベアシリ
コンウエハのスペクトル１１自体が狂ってしまい、信頼
性が確保されないので、レジスト膜厚の測定毎にベアシ
リコンウエハのスペクトル１１を測定し、当該スペクト
ル１１に狂いがないかどうかを確認しており、この作業
をキャリブレーションと呼んでいる。

【０００７】このキャリブレーションは膜厚測定毎に行
われるので、この度にベアシリコンウエハを膜厚測定ユ
ニットに搬送しなければならないが、このように膜厚測
定毎に検査用のウエハＷとベアシリコンウエハとを搬送
すると、これらウエハＷの搬送が組み合わされて当該膜
厚測定ユニットでの工程数が多くなり、膜厚検査作業が
煩雑になってしまう。

【０００８】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、基板上に形成された薄膜の
膜厚を膜厚測定装置にて測定するにあたり、膜厚検査工
程数を削減することにより、当該膜厚検査作業を容易に
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る膜厚測定装
置は、基板を薄膜形成面を上にした状態で略水平に保持
する載置部と、光源と分光器とを含む分光器ユニット
と、前記載置部の基板載置面と対向するように設けら
れ、前記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプロ
ーブと、前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平
方向に移動させる駆動機構と、と、を備え、前記基板の
前記薄膜形成面に光を照射して反射光のスペクトルを
得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定
装置において、前記載置部に基板が載置されたときにこ
の基板と衝突しないように、当該載置部の基板載置面に
一部が前記プローブと対向するように反射体を埋設し、
基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反
射体と前記プローブとを対向させて反射体に光を照射
し、この反射光のスペクトルを測定することを特徴とす
る。

【００１０】また他の発明は、基板を薄膜形成面を上に
した状態で略水平に保持する載置部と、光源と分光器と
を含む分光器ユニットと、前記載置部の基板載置面と対
向するように設けられ、前記分光器ユニットと光ファイ
バで接続されるプローブと、前記載置部と前記プローブ
とを相対的に略水平方向に移動させる駆動機構と、と、
を備え、前記基板の前記薄膜形成面に光を照射して反射
光のスペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を
検出する膜厚測定装置において、反射体を保持するため
の略水平な支持部材と、前記プローブと前記反射体とを
相対的に略水平方向に移動させる水平駆動機構と、を備
え、基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前
記反射体と前記プローブとを対向させて反射体に光を照
射し、この反射光のスペクトルを測定することを特徴と
する。

【００１１】このような構成の膜厚測定装置では、測定
室の内部に設けられ、基板を略水平に保持するための載
置部と、前記載置部と相対的に略水平方向に移動可能に
構成され、光源と分光器とを含む分光器ユニットと光フ
ァイバにより接続されるプローブと、を備えた膜厚測定
装置にて、基板の薄膜形成面に光を照射して反射光のス
ペクトルを得、このスペクトルに基づいて膜厚を検出す
る膜厚測定方法において、前記測定室の内部に設けられ
た反射体の反射スペクトルを得、これを基準スペクトル
とする工程と、前記載置部に薄膜が形成されていない基
板を載置してこの基板の反射スペクトルを得、これを基
板スペクトルとする工程と、基板に形成された薄膜の膜
厚を測定する前に、前記反射体の反射スペクトルを得、
これを第１のスペクトルとする工程と、前記基準スペク
トルと第１のスペクトルとの差分スペクトルを算出し、
これを第１の差分スペクトルとする工程と、前記第１の
差分スペクトルが第１の許容値以内であれば、前記載置
部に薄膜が形成された基板を載置してこの基板の反射ス
ペクトルを得、これを第２のスペクトルとする工程と、
前記第２のスペクトルと基板スペクトルとの差分スペク
トルを算出し、これに基づいて薄膜の膜厚を検出する工
程と、を含むことを特徴とする膜厚測定方法が実施され
る。

【００１２】このような発明では、基板上に形成された
薄膜の膜厚を測定する前に、前記測定室の内部に設けら
れた反射体のスペクトルを測定していわゆるキャリブレ
ーションを行っているので、キャリブレーション毎にベ
アシリコンウエハを搬送する必要がなくなり、工程数が
減少するため、膜厚測定作業を容易に行うことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の膜厚測定装置を備
えた塗布現像装置の実施の形態について説明する。図１
及び図２は、夫々塗布現像装置１００を露光装置２００
に接続したレジストパタ−ン形成装置Ａ１の全体構成を
示す平面図及び概観図である。

【００１４】先ず塗布現像装置１００の全体構成につい
て簡単に説明する。図中２１は例えば２５枚の基板であ
る半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗが収納されたキ
ャリアＣを搬入出するためのキャリアステーションであ
り、このキャリアステーション２１は、前記キャリアＣ
を載置するキャリア載置部２２と受け渡し手段２３とを
備えている。受け渡し手段２３はキャリアＣから基板で
あるウエハＷを取り出し、取り出したウエハＷをキャリ
アステーション２１の奥側に設けられている処理部Ｓ１
へと受け渡すように、左右、前後に移動自在、昇降自
在、鉛直軸回りに回転自在に構成されている。

【００１５】処理部Ｓ１の中央には主搬送手段２４が設
けられており、これを取り囲むように例えばキャリアス
テーション２１から奥を見て例えば右側には塗布ユニッ
ト３Ａ及び現像ユニット３Ｂが、左側、手前側、奥側に
は加熱・冷却系のユニット等を多段に積み重ねた棚ユニ
ットＵ１，Ｕ２，Ｕ３が夫々配置されている。塗布ユニ
ット３Ａ及び現像ユニット３Ｂはこの例では各々２個づ
つ設けられ、塗布ユニット３Ａは現像ユニット３Ｂの下
段側に配置されている。

【００１６】前記棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、複数
のユニットが積み上げられて構成され、例えば加熱ユニ
ットや冷却ユニットのほか、ウエハの受け渡しユニット
２５や疎水化処理ユニット等が上下に割り当てられてい
る。前記主搬送手段２４は、昇降自在、進退自在及び鉛
直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットＵ１，Ｕ
２，Ｕ３及び塗布ユニット２５並びに現像ユニット２６
の間でウエハＷを搬送する役割を持っている。但し図２
では便宜上受け渡し手段２３及び主搬送手段２４は描い
ていない。

【００１７】前記処理部Ｓ１はインタ−フェイス部Ｓ２
を介して露光装置２００と接続されている。インタ−フ
ェイス部Ｓ２は受け渡し手段２６と、バッファカセット
Ｃ０と、膜厚測定装置をなす膜厚測定ユニット４とを備
えており、受け渡し手段２６は、例えば昇降自在、左
右、前後に移動自在かつ鉛直軸まわりに回転自在に構成
され、前記処理部Ｓ１と露光装置２００とバッファカセ
ットＣ０と膜厚測定ユニット４との間でウエハＷの受け
渡しを行うようになっている。

【００１８】ここで上述のレジストパタ−ン形成装置Ａ
１におけるウエハの流れについて述べておくと、先ず外
部からキャリアＣがキャリア載置部２２に搬入され、受
け渡しアーム２３によりこのキャリアＣ内からウエハＷ
が取り出される。ウエハＷは、受け渡しアーム２３から
棚ユニットＵ２の受け渡しユニット２５（図２参照）を
介して主搬送手段２４に受け渡され、更に棚ユニットＵ
２（あるいはＵ１、Ｕ３）の処理ユニットに順次搬送さ
れて、所定の処理例えば疎水化処理、冷却処理などが行
われる。

【００１９】続いてこのウエハＷは塗布ユニット２にて
レジスト液が塗布され更に加熱処理されてレジスト液の
溶剤が揮発された後、棚ユニットＵ３の図では見えない
受け渡しユニットからインターフェイス部Ｓ２を経て露
光装置２００に送られる。ウエハＷに形成されたレジス
ト膜の膜厚測定を行う場合には、そのウエハＷはインタ
ーフェイス部Ｓ２内の膜厚測定ユニット４内に搬入され
る。

【００２０】露光装置２００にて露光されたウエハＷ
は、逆の経路で棚ユニットＵ３の受け渡しユニット２５
を介して処理部Ｓ１に戻され、主搬送手段２４により現
像ユニット３Ｂに搬送され、現像処理される。なお詳し
くは、ウエハＷは、現像処理の前に加熱処理及び冷却処
理される。現像処理されたウエハＷは上述と逆の経路で
受け渡しアーム２３に受け渡され、キャリア載置部２２
に載置されている元のキャリアＣに戻される。

【００２１】ここで前記塗布ユニット３Ａ及び現像ユニ
ット３Ｂと膜厚測定ユニット４について説明する。先ず
塗布ユニット３Ａの一例について図３を参照しながら説
明すると、３１は基板保持部であるスピンチャックであ
り、真空吸着によりウエハＷを水平に保持するように構
成されている。このスピンチャック３１はモータ及び昇
降部を含む駆動部３２により鉛直軸まわりに回転でき、
且つ昇降できるようになっている。またスピンチャック
３１の周囲にはウエハＷからスピンチャック３１に跨る
側方部分を囲い、且つ下方側全周に亘って凹部が形成さ
れた液受けカップ３３が設けられ、当該液受けカップ３
３の底面には排気管３４及びドレイン管３５が接続され
ている。液受けカップ３３の上方側には、レジスト液供
給ノズル３６が設けられており、このノズル３６はウエ
ハＷの中央部上方と前記液受けカップ３３の外側との間
で移動できるように構成されている。

【００２２】このように構成された塗布ユニット３Ａに
おいては、前記主搬送手段２４によりウエハＷが搬入さ
れてスピンチャック３１に受け渡される。そしてノズル
３６からウエハＷの中央部にレジスト液を供給すると共
に、予め設定された回転数でスピンチャック３１を回転
させると、レジスト液はその遠心力によりウエハＷの径
方向に広がってウエハＷ表面にレジスト液の液膜が形成
され、振り切られた分は液受けカップ３３Ａへと流れ落
ちるようになっている。

【００２３】また現像ユニット３Ｂは塗布ユニット３Ａ
とほぼ同一の構成であるが、現像ユニット３Ｂは例えば
ウエハＷの直径方向に配列された多数の供給孔を備えた
供給ノズルが備えており、このノズルからウエハＷの中
央部に現像液を供給すると共に、予め設定された回転数
でスピンチャック３３を半回転させることにより、ウエ
ハＷ上に現像液が液盛りされるようになっている。

【００２４】前記インターフェイス部Ｓ２に設けられる
膜厚測定ユニット４は、図４〜図６に示すように側面に
搬送口４１ａを有する測定室をなす筐体４１内に、光干
渉式膜厚計５と、ウエハＷを載置するための載置部６
と、この載置部６を移動させるための駆動部４２とを備
えて構成されている。

【００２５】前記光干渉式膜厚計５は、載置部６に載置
されたウエハＷ表面のほぼ中央に対向するように設けら
れたプローブ５１と、光ファイバ５２と、分光器ユニッ
ト５３とを備えている。分光器ユニット５３には、図４
に示すように、例えば発光ダイオードよりなる光源５４
と、分光器５５と、光電素子５６とが設けられており、
ウエハＷ表面に光源５４から光ファイバ５２，プローブ
５１を介して所定の波長の光線を照射し、この光線の反
射光に基づいて分光器５５，光電素子５６によりウエハ
Ｗの反射スペクトルを得、これに基づいて膜厚を検出す
るようになっている。

【００２６】また前記載置部６は、例えばＰＥＥＫ（ポ
リエーテルエーテルケトン）により略円板状に構成され
ており、例えばウエハＷの載置面側のほぼ中央部の前記
プローブ５１に対向する位置には、図４，図５に示すよ
うに、凹部６０が形成されている。この凹部６０は、途
中に段部６０ａが形成されていて、下方側の第１の凹部
６１ａと、第１の凹部６１ａよりも大きく第１の凹部６
１ａよりも上方側の第２の凹部６１ｂとよりなり、これ
らの凹部６０は、例えば平面が四角形状に構成されてい
る。第１の凹部６１ａの内部には、前記プローブ５１か
ら照射される光線の照射領域よりも大きい、例えば５ｍ
ｍ×５ｍｍ×０．７ｍｍ程度の大きさの反射体例えばシ
リコン片６２が設けられている。

【００２７】また第２の凹部６１ｂには、前記第１の凹
部６１ａを覆うための例えばＰＥＥＫにより形成された
カバー体６３が、前記段部６０ａにより下面周縁部を支
持される状態で設けられており、例えば第１の凹部６１
ａよりも外側の位置でネジ６６３ａにより載置部６に取
り付けられている。このカバー体６３の大きさは、第１
の凹部６１ａを覆う大きさであって、カバー体６３の上
面が後述する突部よりも低い位置になるように設定さ
れ、例えば２５ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍ程度の大きさに
形成されている。

【００２８】このようなカバー体６３には、図６に示す
ように当該カバー体６３を略垂直方向に貫通するように
孔部６４が形成されており、孔部６４はプローブ５１か
ら照射され、シリコン片６２で反射された光線の通過領
域よりも大きい大きさに設定されている。これによりこ
の孔部６２を介してプローブ５１とシリコン片６２との
間で直接に光の授受が行われることとなる。

【００２９】載置部６の例えば第２の凹部６１ｂの外側
には、ウエハＷの裏面側を支持するための、複数個例え
ば３個の環状の突部６５（６５ａ，６５ｂ，６５ｃ）が
同心円上に設けられている。図中６６は吸引路であり、
この吸引路６６の一端側は例えば最も内側の突部６５ａ
とこれに隣接する突部６５ｂとの間に接続されて載置部
６表面の２カ所の位置に開口６７を形成しており、吸引
路６６の他端側は例えば後述する回転軸４５の内部を介
して排気手段６８に接続されている。これによりウエハ
Ｗは裏面側を突部６５にて支持される状態で、載置部６
に真空吸着されることになる。

【００３０】前記駆動部４２は、回転機構４３と、Ｘ，
Ｙ駆動機構４４とを組み合わせて構成されており、載置
部６を略垂直な回転軸４５を介して回転かつＸ及びＹ方
向に移動させるようになっている。図中７は制御部であ
り、駆動部４２により載置部６を移動制御すると共に、
前記分光器ユニット５３から得られた信号を処理してウ
エハＷの各位置における膜厚を求め膜厚分布を作成した
り膜厚の平均値などを求める機能を有している。

【００３１】また、膜厚測定ユニット４はこの例では露
光装置２００にて露光されたウエハＷについて、周縁部
のレジストを除去するために当該周縁部の露光を行う周
縁露光装置を共用するように構成されている。即ち筐体
４１内には露光手段４６が設けられると共にウエハＷの
周縁部を検出するためのラインセンサー４７がウエハＷ
の通過領域を上下に挟むように設けられている。

【００３２】このような膜厚測定ユニット４では、例え
ば光干渉式膜厚計５によりウエハＷ表面に光を照射し、
この光の反射光に基づいて反射率を検出し、制御部７に
より、駆動部４２を介して載置部６をＸ，Ｙ方向及び鉛
直軸回りに移動制御すると共に前記分光器ユニット５３
から得られた信号を処理して膜厚の平均値などが求めら
れるようになっている。

【００３３】さらに制御部７は、膜厚測定ユニット４の
レシピの作成や管理を行うと共に、レシピに応じて膜厚
測定ユニット４の制御を行うように構成されている。図
７はこの制御部７の構成を示すものであり、実際にはＣ
ＰＵ（中央処理ユニット）、プログラム及びメモリなど
により構成されるが、各機能をブロック化し、構成要素
として説明するものとし、この実施の形態におけるその
働きの要点は、実際に膜厚測定を行う前のキャリブレー
ション、つまりシリコン片６２の反射スペクトルの測定
による光源５４の光量の調整及びシリコン片６２の交換
時期のタイミング設定等にあるので、この点に重点をお
いて説明するものとする。

【００３４】図７ ７０はレシピ作成部、７１はレシピ
格納部、７２はレシピ選択部、７３は算出部、７４はス
ペクトル選択部、７５はメモリ部、７６は比較部、７Ａ
は第１アラーム発生部、７Ｂは第２アラーム発生部、７
Ｃは第３アラーム発生部である。レシピ作成部７０は、
レジスト種類、第１〜第３の許容値といった、膜厚測定
に必要な条件を組み合わせたレシピの入力を行うことが
できるようになっており、ここで作成されたレシピはレ
シピ格納部７２へ格納される。このレシピ作成部７０は
レシピ作成プログラムやレシピの入力や編集のための操
作画面等からなる。レシピは例えばレジスト膜の種類に
応じて複数用意され、オペレータはレシピ選択部７２に
て前記レシピ格納部７１に格納されている複数のレシピ
から目的とするレシピを選択することとなる。なおＢ１
はバスである。

【００３５】前記第１の許容値とは後述するシリコン片
６２の反射スペクトルＡのいわば誤差範囲であり、この
範囲内にセットアップ時のシリコン片６２の反射スペク
トルである基準スペクトルとレジスト膜の膜厚測定時の
シリコン片６２の反射スペクトルＡとの差分スペクトル
Ｈが入っていれば正常状態として取り扱い、続いてレジ
スト膜の膜厚の測定を行うものである。また第２の許容
値とは、前記差分スペクトルＨが第１の許容値から外れ
た場合であってもこの範囲内に入っていれば、光源５４
の異常として取り扱い、光量の調整を行った後、レジス
ト膜の膜厚の測定を行うものである。また第３の許容値
とは、前記差分スペクトルＨがこの第３の許容値から外
れた場合には、装置等の異常として取り扱い、第２の許
容値から外れた場合であってもこの範囲内に入っていれ
ば、シリコン片６２の汚染等の異常として取り扱い、シ
リコン片６２の交換を行った後、レジスト膜の膜厚の測
定を行うものである。

【００３６】これら第１，２，第３の許容値は、レジス
ト膜の種類に対応して設定されるものであって、本発明
者らがレジスト膜の種類を変えて種々の実験を行った結
果、経験的に得たものである。つまり本発明者らは種々
の実験により、シリコン片６２の反射スペクトルＡが基
準スペクトルと異なっている場合には、その原因は光源
５４の劣化による光量の変化と、シリコン片６２自体の
汚れとの２つに帰着し、これらの原因に応じてスペクト
ルの違いの程度が異なることを見出した。即ちスペクト
ルＡが基準スペクトルの誤差範囲である第１の許容値か
ら外れている場合には、比較的に外れた程度が小さい場
合には光源５４の光量の調整により、反射スペクトルＡ
が基準スペクトルとほぼ同じなり、外れた程度が大きい
場合にはシリコン片６２の交換により基準スペクトルＡ
とほぼ同じなることを認め、これに基づいて第２の許容
値及び第３の許容値の基準値を設定している。

【００３７】前記算出部７３は、後述するセットアップ
時や、実際の膜厚測定時等に、基準スペクトルと他のス
ペクトルの差分スペクトルを算出するためのものであ
り、メモリ部７４は測定された反射スペクトルや、算出
部７３で得られた差分スペクトル等を格納するためのも
のである。スペクトル選択部７５はメモリ部に格納され
たスペクトルや差分スペクトルを選択するためのもので
あり、比較部７６はスペクトル選択部７５にて選択され
た差分スペクトルと第１，第２，第３の許容値とを比較
するためのものである。

【００３８】第１アラーム発生部７Ａ、第２アラーム発
生部７Ｂ，第３アラーム発生部７Ｃは、夫々装置の異常
状態、光源５４の光量調整が必要である場合、シリコン
片６２の交換が必要である場合に警報を発生するための
ものであり、例えばブザー音の鳴動、警報ランプの点
灯、操作画面へのアラーム表示といったことを行う。

【００３９】続いて膜厚測定ユニット４の作用について
説明する。先ず上述のレジストパターン形成装置Ａ１で
形成されたレジスト膜の種類に対応して膜厚測定ユニッ
ト４の測定レシピを作成し、セットアップを行う。この
セットアップの方法は、先ず新規にレシピを作成する場
合には、制御部７のレシピ入力部７０にてレジスト膜の
種類に対応して第１，第２，第３の許容値を入力し、既
存のレシピを利用する場合にはレシピ選択部７２により
レシピ格納部７１から目的のレシピを選択する。

【００４０】次いで載置部６のシリコン片６２の反射ス
ペクトルである基準スペクトル（以下基準スペクトルと
する）を測定する。つまりプローブ５１からシリコン片
６２に孔部６７を介して所定の波長例えば５００ｎｍ〜
８００ｎｍ、所定の強度８０％〜９０％（ＭＡＸ１００
％）の光線を照射し、このシリコン片６２の基準スペク
トルを測定し、これをメモリ部７５に保存する。

【００４１】次いで載置部６上にレジスト膜が形成され
る前の状態のベアシリコンウエハＷ１を載置し、前記基
準スペクトルの測定と同様の条件で、このベアシリコン
ウエハＷ１の反射スペクトル（以下基板スペクトルとす
る）を測定し、これをメモリ部７５に保存する。これに
よりセットアップを終了する。

【００４２】次いで膜厚測定ユニット４にて実際にレジ
スト膜の膜厚を測定する手法について図８のフローチャ
ートに基づいて説明する。この際、先ずレジストパター
ン形成装置Ａ１にてレジスト膜が形成されたウエハＷが
膜厚測定ユニット４に搬入される前に、載置部６のシリ
コン片６２の反射スペクトルをセットアップ時と同条件
で測定し、第１のスペクトルをなす、当該シリコン片６
２の反射スペクトル（スペクトルＡとする）を得（ステ
ップＳ１）、制御部７の比較部７６にてこのスペクトル
Ａと前記基準スペクトルとの比較を行う。この比較は、
例えば制御部７の算出部７３にて、第１の差分スペクト
ルをなす、このスペクトルＡと前記基準スペクトルとの
差分スペクトル（以下差分スペクトルＨとする）を算出
し（ステップＳ２）、この差分スペクトルＨと前記第１
〜第３の許容値とを比較する。ここで差分スペクトル
は、以下に示すような手法により算出する。

【００４３】即ち先ず比較部７６にて差分スペクトルＨ
と第３の許容値とを比較し（ステップＳ３）、差分スペ
クトルが第３の許容値から外れていれば装置の異常とし
て第１アラーム発生部７Ａによりアラームを出力し（ス
テップＳ４）、膜厚測定を終了する。一方第３の許容値
以内であれば次のステップＳ５に進み、ここで差分スペ
クトルＨと第２の許容値とを比較して、第２の許容値か
ら外れていれば第３アラーム発生部７Ｃにてアラームを
出力し（ステップＳ６）、載置部６に埋め込まれるシリ
コン片６２を交換した後（ステップＳ７）、再びシリコ
ン片の反射スペクトルＡの測定を行う（ステップＳ
１）。

【００４４】第２の許容値以内であれば、ステップＳ８
にて差分スペクトルＨと第１の許容値とを比較して、第
１の許容値から外れていれば第２アラーム部７Ｂにてア
ラームを出力し（ステップＳ９）、分光器ユニット５３
の光源５４の光量をスペクトルＡが基準スペクトルとほ
ぼ同じになるように調整して（ステップＳ１０）、ステ
ップＳ１１にてレジスト膜が形成されたウエハＷの膜厚
を測定する。つまりレジスト膜が形成されたウエハＷを
載置部６に載置して、第２のスペクトルをなす、当該ウ
エハＷの反射スペクトル（以下スペクトルＢとする）を
測定する。そして制御部７の算出部７３にてこのスペク
トルＢとメモリ部７５にメモリされたベアシリコンウエ
ハＷ１の基板スペクトルとの差分スペクトル（差分スペ
クトルＩとする）を算出し、この差分スペクトルＩに基
づいてレジスト膜の膜厚を検出する。第１の許容値以内
であれば、ステップＳ１１にて同様にレジスト膜が形成
されたウエハＷの膜厚を測定し、測定プログラムを終了
する。

【００４５】以上においてこの例では、このシリコン片
６２の反射スペクトルＡと前記基準スペクトルとの差分
スペクトルＨを得、この差分スペクトルＨが第１の許容
値以内であればウエハＷ上のレジスト膜の膜厚測定を行
い、第１の許容値から外れて第２の許容値以内であれば
光源５４の光量を調整し、第２の許容値から外れていれ
ば載置部６に埋め込まれるシリコン片６２を交換するこ
とを特徴としたものであるので、オペレータが反射スペ
クトルのデータを見て、差分スペクトルＨを算出するよ
うにしてもよいし、上述の例のように当該差分スペクト
ルＨの算出を自動で行うようにしてもよい。

【００４６】また差分スペクトルＨと第１、第２及び第
３の許容値との比較もオペレータがデータを見て行うよ
うにしてもよいし、自動で行うようにしてもよい。さら
に光源５４の光量の調整もオペレータが手動で行うよう
にしてもよいし、光量を調整しながらスペクトルＡと基
準スペクトルとがほぼ同じになるようにスペクトルＡの
測定とスペクトルＡと基準スペクトルとの比較とを繰り
返して行い、こうして自動で光量の最適値への調整を行
うようにしてもよい。

【００４７】このような膜厚測定ユニット４では、光源
５４の劣化やシリコン片６２の汚染などの発見、いわゆ
るキャリブレーションを、載置部６に組み込まれたシリ
コン片６２の反射スペクトルを測定することにより行っ
ているので、測定毎にベアシリコンウエハを膜厚測定ユ
ニット４に搬送する必要が無くなる。従ってベアシリコ
ンウエハの搬送に要する工程を行わなくて済むので、膜
厚測定工程の工程数が減少し、膜厚測定に要する手間や
時間が削減され、スループットの向上を図ることができ
る。この際この例では、ウエハＷを保持する突部６５を
環状に設け、吸引路６６を介して前記突部６５の間から
ウエハＷの裏面側を吸引することによりウエハＷを真空
吸着して保持する構造を採用しているので、真空吸着用
の載置部６であっても、当該載置部６の表面側にシリコ
ン片を埋設することができる。

【００４８】また予め基準スペクトルと膜厚測定時のシ
リコン片６２のスペクトルＡとの差分スペクトルＨの大
きさと、光源６４の異常やシリコン片６２の汚染のよう
な差分スペクトルＨの発生原因とを対応付けているの
で、差分スペクトルＨの発生原因を排除しやすく、キャ
リブレーションを容易に行うことができる。

【００４９】さらにシリコン片６２の上にカバーを設け
ることにより、シリコン片６２の汚染が防止できるの
で、シリコン片６２の交換間隔が長くなる。このため長
い間シリコン片６２の交換を行わなくても済むので、結
果としてキャリブレーションに要する時間が短縮でき、
スループットの向上につながる。

【００５０】続いて本発明が適用される他の実施の形態
の膜厚測定ユニット８について図９により説明する。こ
のユニット８は、載置部８１にシリコン片６２を埋設す
る代わりに、載置部８１とは別の場所にシリコン片６２
を設ける構成であり、この例では駆動部４２により回転
自在、Ｘ，Ｙ方向に移動自在に構成され、真空吸着によ
りウエハＷを略水平に保持するための載置部８１と、光
干渉式膜厚計５と、略水平な支持アーム８２上に搭載さ
れたシリコン片６２と、を備えている。

【００５１】前記載置部８１は測定位置と待機位置との
間で略水平方向に移動自在に構成され、前記光干渉式膜
厚計５は上述の実施の形態と同様に構成されて、プロー
ブ５１は、載置部８１が測定位置にあるときに当該載置
部８１と対向するように設けられている。また前記支持
アーム８２は、移動機構８３により載置部８１の側方側
（この例では図中右側）において、待機位置と測定位置
との間で略水平方向移動自在に構成されている。これに
よりシリコン片６２と載置部８１とは夫々の測定を行う
ときに互いに干渉しないようになっている。図中上述の
実施の形態と同符号を付した部材は、上述の実施の形態
と同様に構成されたものである。なおこの例のシリコン
片６２も、上述の実施の形態と同様に、光の授受を行う
ための孔部６４が形成されたカバー体６３で表面を被覆
するようにしてもよい。またこの例の膜厚測定ユニット
８にも周辺露光装置を設けるようにしてもよい。

【００５２】このような構成においても上述の実施の形
態と同様に、セットアップ、レジスト膜厚の測定が行わ
れるが、セットアップ時には、図１０(a)に示すように
支持アーム８２を待機位置からシリコン片６２がプロー
ブ５１と対向する測定位置に移動させて当該シリコン片
６２の基準スペクトルを測定し、次いで図１０(b)に示
すように支持アーム８２を待機位置に移動させると共
に、載置部８１にレジスト膜が形成されていないベアシ
リコンウエハＷ１を載置して、当該載置部８１をプロー
ブ５１と対向する測定位置に移動させ、ベアシリコンウ
エハＷ１の基板スペクトルを測定する。

【００５３】また実際の測定時には、支持アーム８２上
のシリコン片６２をプローブ５１と対向させて、当該シ
リコン片６２の反射スペクトルＡを測定し、実際にレジ
スト膜の膜厚を測定するときには、載置部８１にレジス
ト膜が形成されたウエハＷを載置して、当該載置部８１
をプローブ５１と対向する測定位置に移動させ、レジス
ト膜の膜厚を測定する。

【００５４】このような構成では、上述の図４に示す実
施の形態と同様の効果が得られる他、載置部８１とは別
個にシリコン片６２を設けているので、載置部８１の構
成を変化させることなく、シリコン片６２によるキャリ
ブレーションを行なうことができ、既存の載置部を利用
することができ、有効である。

【００５５】図１１は本発明が適用されるさらに他の実
施の形態の膜厚測定ユニット９である。このユニット９
は、駆動部４２により回転自在、Ｘ，Ｙ方向に移動自在
に構成され、真空吸着によりウエハＷを略水平に保持す
るための載置部９１と、光干渉式膜厚計５と、シリコン
片６２を保持するための筒状体９２と、を備えている。
前記筒状体９２は、プローブ５１の先端側（載置部９１
と対向する側）の外周囲に嵌合して設けられており、こ
の筒状体９２の内部の、プローブ５１と近接する部分に
は、例えばプローブ５１の先端部と同じ程度の大きさに
形成された透明反射体例えばガラス９３が当該筒状体９
２に嵌合して設けられている。図中上述の実施の形態と
同符号を付した部材は、上述の実施の形態と同様に構成
されたものである。なおこの例の膜厚測定ユニットにも
周辺露光装置を設けるようにしてもよい。

【００５６】このような構成においても上述の実施の形
態と同様に、セットアップ、レジスト膜厚の測定が行わ
れるが、セットアップ時には、図１２(a)に示すよう
に、載置部９１にレジスト膜が形成されていないベアシ
リコンウエハＷ１を載置して、この反射スペクトル（以
下スペクトルＸとする）を測定する。当該スペクトルＸ
にはガラス９３とベアシリコンウエハＷ１との両方のス
ペクトルが含まれている。次いで図１２(b)に示すよう
に、載置部９１からベアシリコンウエハＷ１を搬出し、
ガラス９３の下方側に反射体がない状態にして、基準ス
ペクトルである、ガラス９３のみのスペクトルを測定す
る。そして基準スペクトルとスペクトルＸとの差分スペ
クトルＫ（スペクトルＸ−基準スペクトル）により、基
板スペクトルをなすベアシリコンウエハＷ１のスペクト
ルを算出する。

【００５７】また実際の測定時には、図１２(c)に示す
ように、ガラス９３の下方側に反射体がない状態にして
ガラス９３のスペクトルＹを測定する。そして（スペク
トルＹ−基準スペクトル）により、第１の差分スペクト
ルをなす、基準スペクトルとスペクトルＹとの差分スペ
クトルＬを算出し、上述の実施の形態と同様に、この差
分スペクトルＬと第１〜第３の許容値とを比較してキャ
リブレーションを行う。こうして差分スペクトルＬが第
１の許容値内である場合には、図１２(d)に示すよう
に、載置部９１にレジスト膜が形成されたウエハＷを載
置して、第２のスペクトルをなす、当該ウエハＷの反射
スペクトルＺを測定し、このスペクトルＺと基板スペク
トルとの差分スペクトルに基づいて膜厚の検出を行う。

【００５８】このような構成においても、上述の図４に
示す実施の形態と同様の効果が得られる他、載置部９１
とは別個にシリコン片６２を設けているので既存の載置
部を利用することができ、またプローブ５１に筒状体９
２を嵌合する構成であり、筒状体９２は小型なので、装
置全体を小型化することができる。

【００５９】以上において本発明では、反射体（透明反
射体）の基準スペクトルの測定、ベアシリコンウエハの
基板スペクトルの測定等といったいわゆるセットアップ
操作をウエハＷを所定枚数検査する毎に定期的に行うこ
とが望ましく、これによりプローブ５１とウエハＷの測
定面の間の高さの変化等の測定環境の変化を抑えること
ができる。

【００６０】また本発明では、図１３に示すように、ウ
エハＷの検査の度に測定された、反射体（透明反射体）
のスペクトルと基準スペクトルとの差分スペクトルの大
きさと、ウエハＷの検査枚数との相関関係を求めること
により、この相関曲線の勾配から、光源５４の寿命つま
り光量調整時期や光源５４自体の交換のタイミングや、
反射体（透明反射体）の交換のタイミングを予測するよ
うにしてもよく、この場合には所定の時期に予め光源や
シリコン片が交換されるので、検査時にこれらの交換を
行う回数が減少し、結果として検査時間を短縮すること
ができて、検査のスループットを向上につながる。

【００６１】さらにまた本発明では、セットアップ時
に、制御部７の算出部７３により基準スペクトルと基板
スペクトルとの差分スペクトルを算出し、これを差分ス
ペクトルＳとしてメモリ部７５に保存する。そして前記
差分スペクトルＳと反射体のスペクトルＡ（又はスペク
トルＹ）との加分スペクトルＫ（スペクトルＳ＋スペク
トルＡ）を算出し、この加分スペクトルＫと前記基板ス
ペクトルの差分スペクトルＰ（加分スペクトルＫ−基板
スペクトル）を算出し、この差分スペクトルＰと第１，
第２，第３の許容値とを比較するようにしてもよい。

【００６２】以上において本発明では、測定室の内部に
設けられた反射体又は透明反射体の反射スペクトルを測
定して、当該スペクトルとこれらの基準スペクトルとの
差分スペクトルを得、この差分スペクトルが第１の許容
値以内であればウエハＷ上のレジスト膜の膜厚測定を行
うことを特徴とするものであるので、上述の実施の形態
に係わらず、反射体（透明反射体）は測定室内の何れの
場所に設けるようにしてもよいし、反射体にカバー体を
設けない構成としてもよい。また光源の光量が調整には
光源の交換も含むものとし、反射体（透明反射体）の交
換には反射体（透明反射体）の交換も含むものとする。
また必ずしも周辺露光装置を設ける必要はない。

【００６３】さらに本発明の膜厚測定装置で測定される
薄膜の種類としては、上述のレジスト膜の他に、反射防
止膜（ＴＡＲＣ，ＢＡＲＣ）、層間絶縁膜（ＳＯＤ膜，
ＳＯＧ膜）、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシ
リコン、金属膜等がある。さらに反射体としてはシリコ
ン片以外にＳＵＳ片、アルミニウム片、セラミックス片
等、透明反射体としてはガラス以外にプラスチック等を
夫々用いることができる。さらにまた本発明で用いられ
る基板はＬＣＤ基板であってもよい。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、基板に形成された薄膜
の膜厚を測定するにあたり、測定室内に設けられた反射
体の反射スペクトルを測定することによって光源の光量
の調整や反射体の交換などを行っているので、膜厚検査
工程数が減少し、膜厚検査作業が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる膜厚測定ユニットを備えたレジ
ストパターン形成装置の一実施の形態の全体構成を示す
平面図である。

【図２】前記レジストパターン形成装置の概観を示す斜
視図である。

【図３】前記レジストパターン形成装置に設けられる塗
布ユニットの主要部を示す縦断側面図である。

【図４】前記膜厚測定ユニットを示す縦断側面図であ
る。

【図５】前記膜厚測定ユニットの載置部を示す平面図と
断面図である。

【図６】前記載置部の主要部を示す断面図である。

【図７】上記実施の形態に用いる制御部を示すブロック
図である。

【図８】上記実施の形態においてレジスト膜厚を測定す
る場合のフロ−チャ−トである。

【図９】本発明の他の実施の形態にかかる膜厚測定ユニ
ットを示す縦断側面図である。

【図１０】前記膜厚測定ユニットの作用を示す工程図で
ある。

【図１１】本発明のさらに他の実施の形態にかかる膜厚
測定ユニットを示す縦断側面図である。

【図１２】前記膜厚測定ユニットの作用を示す工程図で
ある。

【図１３】膜厚測定ユニットで検査されたウエハＷの検
査枚数と、差分スペクトルの大きさとの相関関係を示す
特性図である。

【図１４】光干渉式膜厚計の原理を説明するための特性
図である。

【符号の説明】

１００ 塗布、現像装置 ２００ 露光装置 Ａ１ レジストパターン形成装置 Ｗ 半導体ウエハ Ｗ１ ベアシリコンウエハ ４，８，９ 膜厚測定ユニット ５ 光干渉式膜厚計 ５１ プローブ ５４ 光源 ６ 載置部 ６２ 反射体 ６３ カバー体 ６４ 孔部 ７ 制御部 ９２ 筒状体 ９３ ガラス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月１５日（２０００．１１．
１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図１３】

【図４】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 浩 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロン九州株式会社熊本事業所内 (72)発明者 上村 良一 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロン九州株式会社熊本事業所内 (72)発明者 中鶴 雅浩 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロンエフイー株式会社内 (72)発明者 緒方 久仁恵 熊本県菊池郡菊陽町津久礼2655番地 東京 エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB03 CC19 CC31 FF41 FF51 FF61 GG24 LL02 LL67 PP13 QQ13 QQ25 5F046 CD01 CD05 CD06 JA04 JA21 JA22 LA01 LA18

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水
   平に保持する載置部と、 光源と分光器とを含む分光器ユニットと、 前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前
   記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブ
   と、 前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移
   動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面
   に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクト
   ルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、 前記載置部に基板が載置されたときにこの基板と衝突し
   ないように、当該載置部の基板載置面に一部が前記プロ
   ーブと対向するように反射体を埋設し、 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反
   射体と前記プローブとを対向させて反射体に光を照射
   し、この反射光のスペクトルを測定することを特徴とす
   る膜厚測定装置。
2. 【請求項２】 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水
   平に保持する載置部と、 光源と分光器とを含む分光器ユニットと、 前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前
   記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブ
   と、 前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移
   動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面
   に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクト
   ルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、 反射体を保持するための略水平な支持部材と、 前記プローブと前記反射体とを相対的に略水平方向に移
   動させる水平駆動機構と、を備え、 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反
   射体と前記プローブとを対向させて反射体に光を照射
   し、この反射光のスペクトルを測定することを特徴とす
   る膜厚測定装置。
3. 【請求項３】 前記反射体の表面を被覆するカバー体
   と、 このカバー体の反射体に対応する位置にカバー体を貫通
   するように形成された孔部と、を備え、前記カバー体の
   孔部を介して反射体とプローブとを対向させ、これらの
   間で光の授受を行うことを特徴とする請求項１又は２記
   載の膜厚測定装置。
4. 【請求項４】 前記反射体はシリコンであることを特徴
   とする請求項１ないし３の何れかに記載の膜厚測定装
   置。
5. 【請求項５】 基板を薄膜形成面を上にした状態で略水
   平に保持する載置部と、 光源と分光器とを含む分光器ユニットと、 前記載置部の基板載置面と対向するように設けられ、前
   記分光器ユニットと光ファイバで接続されるプローブ
   と、 前記載置部と前記プローブとを相対的に略水平方向に移
   動させる駆動部と、を備え、前記基板の前記薄膜形成面
   に光を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクト
   ルに基づいて膜厚を検出する膜厚測定装置において、 前記プローブの前記載置部と対向する側の端部の外周囲
   に嵌合するように設けられた筒状体と、 前記筒状体に、前記プローブの前記載置部と対向する側
   の端部と対向するように設けられた透明反射体と、を備
   え、 基板上に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記プ
   ローブの透明反射体に光を照射し、この反射光のスペク
   トルを測定することを特徴とする膜厚測定装置。
6. 【請求項６】 前記透明反射体はガラスであることを特
   徴とする請求項５記載の膜厚測定装置。
7. 【請求項７】 測定室の内部に設けられ、基板を略水平
   に保持するための載置部と、前記載置部と相対的に略水
   平方向に移動可能に構成され、光源と分光器とを含む分
   光器ユニットと光ファイバにより接続されるプローブ
   と、を備えた膜厚測定装置にて、基板の薄膜形成面に光
   を照射して反射光のスペクトルを得、このスペクトルに
   基づいて膜厚を検出する膜厚測定方法において、 前記測定室の内部に設けられた反射体の反射スペクトル
   を得、これを基準スペクトルとする工程と、 前記載置部に薄膜が形成されていない基板を載置してこ
   の基板の反射スペクトルを得、これを基板スペクトルと
   する工程と、 基板に形成された薄膜の膜厚を測定する前に、前記反射
   体の反射スペクトルを得、これを第１のスペクトルとす
   る工程と、 前記基準スペクトルと第１のスペクトルとの差分スペク
   トルを算出し、これを第１の差分スペクトルとする工程
   と、 前記第１の差分スペクトルが第１の許容値以内であれ
   ば、前記載置部に薄膜が形成された基板を載置してこの
   基板の反射スペクトルを得、これを第２のスペクトルと
   する工程と、 前記第２のスペクトルと基板スペクトルとの差分スペク
   トルを算出し、これに基づいて薄膜の膜厚を検出する工
   程と、を含むことを特徴とする膜厚測定方法。
8. 【請求項８】 前記第１の差分スペクトルが第２の許容
   値以内であれば、前記光源の光量を第１のスペクトルが
   基準スペクトルに近づくように調整する工程を含むこと
   を特徴とする請求項７記載の膜厚測定方法。
9. 【請求項９】 前記第１の差分スペクトルが第３の許容
   値以内であれば、前記反射体を交換する工程を含むこと
   を特徴とする請求項７又は８記載の膜厚測定方法。
10. 【請求項１０】 前記薄膜はレジスト膜であることを特
    徴とする請求項７ないし９の何れかに記載の膜厚測定方
    法。