JP3644863B2 - 膜厚分布測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法の一工程であるホトリソグラフィ工程において用いられる有機塗布膜の膜厚分布測定方法に関し、特に、段差を有する基板上に形成された有機塗布膜の膜厚分布測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のホトリソグラフィ工程におけるレジスト等の有機塗布膜(以下、有機膜という)の膜厚測定方法としては、「半導体集積回路用レジスト材料ハンドブック(1996.7.31 リアライズ社)245頁」に記載されている方法が知られている。触針法は、基板上に形成された有機膜の一部に傷をつけ基板が露出する部分に対して、基板の露出前後に検査針を走査させることにより膜厚を測定する方法である。干渉式膜厚測定方法は、単層の有機膜に対して波長の異なる複数の光を垂直に入射し、各波長における反射光の強度を測定し、有機膜毎の既知の屈折率を用いて膜厚を算出する方法である。また、段差を有する基板上に形成された有機膜の膜厚測定は、基板の切断面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)を用いて観察することによって行なっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の膜圧測定方法は、次のような課題を含んでいた。触針法では、段差を有する基板上の有機膜に対して連続的な膜厚測定を行うことが困難である。干渉式膜厚測定方法は、単層有機膜の膜厚測定には適しているが、下地膜が形成された基板上の有機膜の膜厚測定には不向きである。さらに、SEMによる観察は、基板を切断する必要がある。このため、基板の再利用ができず、膜厚測定のためだけに用いるウエハが必要となり、コスト面でディメリットである。通常、基板の切断はクリーンルームの外で行われるため、SEMによる観察には多大な時間と工数が必要となる。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜厚分布測定方法は、段差を有する基板上の測定基準となる座標点である第1の基準点を持つ基板露出領域を含む所定区間における段差形状を測定することにより第1のデータL1を抽出し、基板上に有機膜を形成した後、第1の基準点上に位置する第2の基準点を測定基準として所定区間における段差形状を測定することにより第2のデータL2を抽出し、基板露出領域内の第1の基準点上に形成された有機膜の膜厚を測定し、第2のデータL2に該膜厚を加算することにより第3のデータL3を抽出し、第3のデータL3と第1のデータL1との差をとる(L3−L1)ことにより、基板上に形成された有機膜の連続的な膜厚分布を測定することを特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態
図1は、半導体ウエハの平面図である。半導体ウエハ10は表面に段差を有するとともに、シリコン基板露出領域11(本実施形態では、一辺が約100μm)を含んでいる。シリコン基板露出領域11内には、段差形状/膜厚測定の基準となる座標点A(0,0,0)が含まれている。なお、12は要部を拡大した様子を示している。座標点Bおよび座標点Xは、半導体ウエハ10表面の任意に設定した座標点である。
【0006】
本実施形態の膜厚分布測定方法を説明する。図2(a)〜図2(d)は、本発明の第1の実施形態を示す説明図である。
【0007】
(1)第1のステップ
半導体ウエハ10表面上の座標点AB間の段差形状を原子間力顕微鏡(以下、AFMという)により測定する。第1のステップで測定されたデータを第1のデータL1とする。測定結果である第1のデータ曲線を図2(a)に示す。なお、座標点X(a,b,c)は、座標点A(0,0,0)を基準としている。
【0008】
(2)第2のステップ
半導体ウエハ10表面にレジスト等の有機膜を形成する。その後、第1のステップ同様、座標点AB間をAFMにより測定する。第2のステップで測定されたデータを第2のデータL2とする。測定結果である第2のデータ曲線を図2(b)に示す。なお、座標点A’、B’は、座標点A、B上に相当する。座標点X’(a,b,c’)は、座標点X上に相当するとともに、座標点A’(0,0,0)を基準としている。
【0009】
(3)第3のステップ
シリコン基板露出領域11上に形成された有機膜の膜厚を膜厚測定計等により測定する。このとき測定した有機膜の膜厚をdとする。膜厚dは、座標点Aと座標点A’との間隔に相当する。図2(b)に示すデータ曲線に膜厚dを加算することにより求めたデータ曲線、すなわち、段差を有する半導体ウエハ10上における有機膜の膜厚分布形状を表すデータ曲線を図2(c)に示す。なお、座標点A”(0,0,d)、B”は、座標点A、B上に相当する。座標点X”(a,b,c’+d)は、座標点X上に相当するとともに、座標点A(0,0,0)を基準としている。第3のステップで求めたデータを第3のデータL3とする。
【0010】
また、有機膜の膜厚測定は膜厚測定計だけに限定されるものではない。有機膜の下に形成された下地膜の構造および光学定数が既知の場合、分光エリプソメーター等による膜厚の測定が可能である。この場合の、段差を有する半導体ウエハ10上における有機膜の膜厚分布形状を表すデータ曲線を図3に示す。繰り返しになるが、有機膜下に形成された下地膜30は構造および光学定数が既知である。
【0011】
(4)第4のステップ
図2(d)は、段差を有する半導体ウエハ10上における有機膜の膜厚分布を連続するデータ曲線で示している。この有機膜の膜厚分布は、第3のデータL3と前記第1のデータL1との差をとる(L3−L1)ことにより求めることができる。座標点Dの算出を例にさらに具体的に説明する。ここで、座標点Dは、座標点X’、X”と同様、座標点X上に相当する。すなわち、座標点Dにおける有機膜の膜厚は、座標点Xと座標点X”との間隔(c’+d−c)に相当するということが容易に理解される。この結果、座標点Dは、(a,b,c’+d−c)と表されるのである。
【0012】
全てのステップが終了後、硫酸過水洗浄等により半導体ウエハに形成した有機膜を除去すれば再利用可能となる。
【0013】
以上のように、第1の実施形態の膜厚分布測定方法は、半導体ウエハを破壊することなく、段差を有する半導体ウエハ上に形成された有機膜の膜厚分布を連続的な値として測定することが可能となる。
【0014】
第2の実施形態
図4(a)〜図4(e)は、本発明の第1の実施形態を示す説明図である。第1の実施形態と同一なステップについては、詳細な説明を省略している。
【0015】
(1)第1のステップ
第1のステップで測定されたデータを第1のデータL1とし、測定結果である第1のデータ曲線を図4(a)に示す。
【0016】
(2)第2のステップ
第2のステップで測定されたデータを第2のデータL2とする。測定結果である第2のデータ曲線を図4(b)に示す。
【0017】
(3)第3のステップ
半導体ウエハ10表面に形成した有機膜を2次イオン質量分析法(SIMS)等により部分的に除去し、座標点A(0,0,0)を露出させる。具体的には、座標点A付近を直径10μm程度除去する。有機膜が除去された座標点A付近の断面図を図4(c)に示す。続いて、AFMを使って有機膜の膜厚dを測定する。膜厚dは、座標点Aと座標点A’との間隔に相当する。図4(a)に示すデータ曲線に膜厚dを加算することにより求めたデータ曲線、すなわち、段差を有する半導体ウエハ10上における有機膜の膜厚分布形状を表すデータ曲線を図2(d)に示す。なお、座標点A”(0,0,d)、B”は、座標点A、B上に相当する。座標点X”(a,b,c’+d)は、座標点X上に相当するとともに、座標点A(0,0,0)を基準としている。第3のステップで求めたデータを第3のデータL3とする。
【0018】
(4)第4のステップ
図4(e)は、段差を有する半導体ウエハ10上における有機膜の膜厚分布を連続するデータ曲線で示している。この有機膜の膜厚分布は、第3のデータL3と前記第1のデータL1との差をとる(L3−L1)ことにより求めることができる。座標点Dは、座標点X’、X”と同様、座標点X上に相当する。すなわち、座標点Dにおける有機膜の膜厚は、座標点Xと座標点X”との間隔(c’+d−c)に相当するということが容易に理解される。この結果、座標点Dは、(a,b,c’+d−c)と表されるのである。
【0019】
全てのステップが終了後、硫酸過水洗浄等により半導体ウエハに形成した有機膜を除去すれば再利用可能となる。
【0020】
以上のように、第2の実施形態の膜厚分布測定方法は、半導体ウエハを破壊することなく、段差を有する半導体ウエハ上に形成された有機膜の膜厚分布を連続的な値として測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体ウエハの平面図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態を示す説明図である。
【図3】 本発明の第1の実施の形態の他の例を示す説明図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
10 半導体ウエハ
11 シリコン基板露出領域
Claims (9)
- 段差を有する基板上の測定基準となる座標点である第1の基準点を持つ基板露出領域を含む所定区間における段差形状を測定することにより第1のデータL1を抽出し、
前記基板上に有機膜を形成した後、前記第1の基準点上に位置する第2の基準点を測定基準として前記所定区間における段差形状を測定することにより第2のデータL2を抽出し、
前記基板露出領域内の前記第1の基準点上に形成された前記有機膜の膜厚を測定し、前記第2のデータL2に該膜厚を加算することにより第3のデータL3を抽出し、
前記第3のデータL3と前記第1のデータL1との差をとる(L3−L1)ことにより、前記基板上に形成された前記有機膜の連続的な膜厚分布を測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。 - 前記第1、第2のデータL1、L2は、原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microscopy)により測定することを特徴とする請求項1記載の膜厚分布測定方法。
- 前記第2のデータL2は、分光エリプソメーターにより測定することを特徴とする請求項1記載の膜厚分布測定方法。
- 段差を有する基板上の測定基準となる座標点である第1の基準点を含む所定区間における段差形状を測定することにより第1のデータL1を抽出し、
前記基板上に有機膜を形成した後、前記第1の基準点上に位置する第2の基準点を測定基準として前記所定区間における段差形状を測定することにより第2のデータL2を抽出し、
前記第1の基準点を含む前記基板表面を露出させた後、前記第1の基準点を測定基準として前記有機膜の膜厚を測定し、前記第2のデータL2に該膜厚を加算することにより第3のデータL3を抽出し、
(L3−L1)なる演算を施すことにより、前記基板上に形成された前記有機膜の連続的な膜厚分布を測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。 - 前記第1、第2の測定データL1、L2は、原子間力顕微鏡により測定することを特徴とする請求項4記載の膜厚分布測定方法。
- 前記第2の測定データL2は、分光エリプソメーターにより測定することを特徴とする請求項4記載の膜厚分布測定方法。
- 段差を有する基板上の測定基準となる座標点である第1の基準点を持つ基板露出領域を含む所定区間における段差形状を測定することにより第1のデータL1を抽出し、
前記基板上に有機膜を形成した後、前記第1の基準点上に位置する第2の基準点を測定基準として前記所定区間における段差形状を測定することにより第2のデータL2を抽出し、
前記有機膜を部分的に除去し、前記測定基準となる第1の座標点を露出させ、
その後、露出した前記第1の基準点を測定基準として前記有機膜の膜厚を測定し、前記第2のデータL2に該膜厚を加算することにより第3の測定データL3を抽出し、
前記第3のデータL3と前記第1のデータL1との差をとる(L3−L1)ことにより、前記基板上に形成された前記有機膜の連続的な膜厚分布を測定することを特徴とする膜厚分布測定方法。 - 前記有機膜の部分的除去は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により行なうことを特徴とする請求項7記載の膜厚分布測定方法。
- 前記第1、第2の測定データL1、L2および前記有機膜の膜厚は、原子間力顕微鏡により測定することを特徴とする請求項7記載の膜厚分布測定方法。
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