JP3625761B2

JP3625761B2 - 膜厚測定装置及びその方法

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Publication number: JP3625761B2
Application number: JP2000337765A
Authority: JP
Inventors: 泰治岩下; 公也坂口; 浩富田; 良一上村; 雅浩中鶴; 久仁恵緒方
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-11-06
Also published as: JP2002141274A

Description

【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１２）−（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、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埋設された反射体と、
この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い、反射体から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、
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い、反射体から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，Ｕ２，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Ａ１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Ｕ２（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３３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６１ａ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５ｍｍ×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６１ａ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ＣＰＵ（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７７０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、７Ｃ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６２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Ｓ１）。
【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９２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９２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

Claims

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埋設された反射体と、
この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い、反射体から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。
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、
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い、反射体から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。
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または２に記載の膜厚測定装置。
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。
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４記載の膜厚測定装置。
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。
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６記載の膜厚測定方法。
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６又は７記載の膜厚測定方法。
前記薄膜はレジスト膜であることを特徴とする請求項６ないし８の何れかに一つに記載の膜厚測定方法。