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JPH08236430A - 膜厚制御方法および装置 - Google Patents

膜厚制御方法および装置

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Publication number
JPH08236430A
JPH08236430A JP6152095A JP6152095A JPH08236430A JP H08236430 A JPH08236430 A JP H08236430A JP 6152095 A JP6152095 A JP 6152095A JP 6152095 A JP6152095 A JP 6152095A JP H08236430 A JPH08236430 A JP H08236430A
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JP
Japan
Prior art keywords
film thickness
resist
rotation speed
unit
calibration curve
Prior art date
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Application number
JP6152095A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3960633B2 (ja
Inventor
Atsushi Sekiguchi
淳 関口
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Litho Tech Japan Corp
Original Assignee
Litho Tech Japan Corp
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Publication date
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望のレジスト膜厚、枚数を入力するだけ
で、レジスト膜厚測定、回転数調整を全自動で行う方法
およびそのための装置を提供する。 【構成】 レジスト塗布工程において、塗布工程中にリ
アルタイムで膜厚を測定し、反射強度測定法、リアルタ
イム測定法のいずれかの方法によりスピン回転数又はロ
ールの回転数をリアルタイムで補正する膜厚制御方法、
および予め作成したスピン回転数またはロールの回転数
とレジスト膜厚との関係を示す検量線を、膜厚測定の結
果に基づいて補正し、補正された検量線に基づいてスピ
ン回転数又はロールの回転数を制御する膜厚制御方法、
並びに上記の膜厚測定方法に好適に使用される装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、半導体集積回路装置、液晶表示
装置の作成に際して使用される、レジスト膜厚制御方法
および装置に関する。
【0002】半導体集積回路装置、液晶表示装置の作成
において、リソグラフィ工程を行うために基板へのレジ
スト塗布が必要である。この時、塗布されたレジスト膜
厚が異なると最終的な回路の寸法が変化するため、レジ
スト膜厚は所定の範囲内に制御されなければならない。
現状では、ウェハー面間のレジスト膜厚のばらつきは2
0オングストローム以下にすることが要求されている。
また、レジストメーカー、デバイスメーカー等では、レ
ジスト膜厚を変化させてレジストの特性評価を実施して
いるので、所定の膜厚のサンプルを精度よく作成する必
要がある。レジスト膜厚は塗布環境が同じであれば、ス
ピン塗布の場合には最終スピン回転数により決定され
る。このため、オペレーターは、ある回転数で塗布し、
次いで、膜厚測定装置で塗布膜厚を測定し、所望のレジ
スト膜厚になるようにトライアンドエラーで回転数の調
整を行ってきた。しかし、同一の回転数で塗布を行って
も、上記の「ウェハー面間のレジスト膜厚のばらつきが
20オングストローム以下」という要求を満足するため
には、温度が0.1℃以内、湿度が0.5%以内の範囲
内にあることが必要とされる。しかし、塗布環境を厳密
にコントロールしても、温度や湿度を常時前記の範囲内
に保つことは困難であり、その日の温度や湿度に合わせ
て毎日スピン回転数を調節しなければならなかったのが
実情であった。本発明は、オペレーターが膜厚を測定
し、所望の膜厚が得られるよう回転数を調整しなければ
ならないという現在の現状の問題点を解決し、所望のレ
ジスト膜厚、枚数を入力するだけで、レジスト膜厚測
定、回転数調整を全自動で行う方法およびそのための装
置を提供する。
【0003】本発明は、レジスト塗布工程において、塗
布工程中にリアルタイムで膜厚を測定し、反射強度測定
法、リアルタイム測定法のいずれかの方法によりスピン
回転数又はロールの回転数をリアルタイムで補正する膜
厚制御方法を提供する。塗布工程中にリアルタイムで膜
厚を測定して膜厚を制御する方法としては、以下の方法
が好ましい。
【0004】リアルタイムレジスト膜厚測定補正法 a) 反射強度測定によるリアルタイム膜厚測定におけ
る回転数調整(反射強度測定法) 反射強度測定により膜厚を検出する技術は公知であり、
たとえば、特開平2−63061号において本発明者ら
が開示しているように、レジスト上面から光を照射し、
検出したその反射光の強度変化をモニターして、反射光
強度の最後の極小点までの時間(CPT)を検出し、こ
の時間の多項式として塗布時間を決定する方法が知られ
ている。この方法では、CPT検出時間が長くなればな
るほどレジスト膜厚は薄くなる。CPT検出時間と最終
レジスト膜厚の関係を予め求めておき、反射強度を測定
することによりCPTを検出し、リアルタイムで膜厚測
定をし、所望するレジスト膜厚となるようにリアルタイ
ムでスピン塗布回転数を調整する。スピン時間はレジス
ト膜厚を決定するパラメータとはならないので回転数の
みを考慮すれば膜厚を調製することができる。
【0005】b) 直接リアルタイムレジスト膜厚測定
における回転数調整(リアルタイム測定法) この方法においては、スピン回転中の基板上のレジスト
膜厚を直接非接触で測定する。そして、その時のレジス
トの測定膜厚とベーク後の最終レジスト膜厚の関係を予
め求めておいて、所望するレジスト膜厚となるように、
リアルタイムで膜厚測定を行いながらスピン塗布回転数
を増大させ、所望の膜厚となった時にスピン回転を停止
する。
【0006】インラインレジスト膜厚測定補正法 本発明はさらに、レジスト塗布工程において、ベーク後
にレジストの膜厚を測定し、反射強度測定法、または後
述の検量線法によりスピン回転数又はロールの回転数を
次の基板に対してインライン補正する膜厚制御方法を提
供する。上記の方法においては、リアルタイムで膜厚を
測定しスピン回転数を制御したが、この方法ではベーク
後にレジストの膜厚を測定し、次の基板に対してインラ
イン補正することにより膜厚を制御する。ベーク後の実
測膜厚に基づいて補正を行うので、より高精度の制御を
行うことができる。また、前述のリアルタイムでの膜厚
制御方法における塗布終了点の決定条件に対し、上記の
方法でインライン補正を行うと、より迅速かつ高精度な
制御を行うことができる。
【0007】検量線法によるレジスト膜厚測定補正法 さらに本発明は、予め作成した検量線を膜厚測定の結果
に基づいて補正し、補正された検量線に基づいてスピン
回転数又はロールの回転数を制御する膜厚制御方法を提
供する。この方法によれば、同日におけるウェハー膜厚
のバラツキだけでなく、温度・湿度などの環境条件の異
なる長期間にわたるェハー膜厚のバラツキをも制御する
ことができる。補正・制御は以下の検量線法により行う
ことができる。コーティングの処理フローを図1に示
す。回転数S1,S2、S3,....Sn(単位rpm:
サンプリング数は任意に決定できる)で塗布し、ベーク
処理後にレジスト膜厚を測定する。この測定データを
(スピン回転数と膜厚)を対数グラフにプロットして、
以下の式に近似して検量線とする。 S=a・Tb・ωc・td (1) S:基板回転数 T:レジスト膜厚 ω:レジスト粘度 t:環境パラメータ a,b,c,d:定数
【0008】次いで、所望するレジスト膜厚Tを式
(1)に代入すれば、その基板回転数Sが求められる。
粘度パラメータηは環境パラメータと考えることもでき
る。この検量線をコンピュータに保存しておき、呼出し
て補正して使うことができる。そうすれば異なる日に同
じサンプルを塗布する場合、保存しておいた検量線を用
いて所望の膜厚になる基板回転数を求めることができ
る。さらに、塗布室内の温度の変化等の環境パラメータ
が変化する可能性がある。そこで、環境パラメータのみ
再度補正して塗布を行えばより精度の高い塗布が可能と
なる。基板回転数とレジスト膜厚の関係を示す式に環境
パラメータを変数として導入することは新規であり、こ
のパラメータを設けることにより経日による検量線の変
化を定量化し、迅速に補正することができるようになっ
た。また、環境パラメータは別途モニターすることが可
能であり、かかるパラメータを導入することにより、あ
らゆる種類のレジストに対して式を(1)を適用するこ
とができ、より普遍的な膜厚制御方法を開発することが
できたのである。また、ローラー塗布による場合も上記
(1)式と同様の式により検量線の作成および補正を行
うことができる。
【0009】具体的には、以下の手法により行われる。 1)1ないし2のサンプルを適当な回転数で塗布し、ベー
ク後にレジスト膜厚を測定する。 2)測定結果を保存しておいた検量線の結果と比較す
る。 3)測定結果と検量線が合うように、検量線の環境パラ
メータtを調整し、検量線のシフト量を決定する。この
操作は図1に示された微調整機能に当たる。また、新し
い検量線をコンピュータに保存することができる。 4)新しい検量線に所望するレジスト膜厚を入力し、得
られた基板回転数でレジストを塗布する。 上記の操作を行うことにより、より精度の高いレジスト
塗布が可能となる。クリーンルーム中でも、その日によ
り温度および湿度が若干変動するので、その日の最初に
数枚レジスト塗布を行い、その膜厚をチェックすること
により環境パラメータを決定し、それに基づいて検量線
をシフトさせ、得られた検量線に従って膜厚を決定制御
すれば、迅速に所望の膜厚のレジストの塗布条件が決定
できる。上記の検量線法により経日間の制御を行い、前
述のリアルタイム補正法やインライン補正法により同日
間のウェハー膜厚のバラツキを制御するのが最も好まし
い制御方法である。
【0010】さらに本発明は、上記の膜厚制御方法を実
施するために好適な装置も提供する。すなわち本発明
は、レジスト塗布ユニット、ベークユニット、膜厚測定
ユニットを有し、該膜厚測定ユニットが、レジスト塗布
ユニットにおけるレジスト塗布工程中、およびベーク後
のレジスト膜厚を測定でき、測定された膜厚に基づい
て、反射強度測定法、リアルタイム測定法、検量線法の
いずれかの方法により塗布ユニットのスピン回転数又は
ロールの回転数を制御する膜厚制御装置を提供する。
【0011】本発明にかかる装置の具体的な構成例を図
2に示す。装置は主として塗布ユニット、ベークユニッ
ト、膜厚測定ユニットから構成される。たとえば、図2
の装置においては、スピナーカップ5にレジストをディ
スペンサー6,7,8から供給し、塗布ユニットにより
塗布し、塗布終了後、レジストはベークユニット内で加
熱硬化される。レジスト膜厚は塗布ユニット内におい
て、またはベーク処理後に、膜厚測定ユニットにより測
定することができる。塗布ユニット、ベークユニット、
および膜厚測定ユニットは、公知のものを使用すること
ができる。本発明の装置は、個々のユニットに特徴があ
るのではなく、測定された膜厚に基づいて、反射強度測
定法、リアルタイム測定法、検量線法のいずれかの方法
により塗布ユニットのスピン回転数又はロールの回転数
を制御できるように、各ユニットが関連づけられている
点に特徴を有する。すなわち、反射強度測定法およびリ
アルタイム測定法においては、膜厚の測定手段と塗布ユ
ニットが、膜厚測定データを処理し、、その結果に基づ
き塗布ユニットを制御するコンピュータにより結ばれて
いる。また、検量線法においては、検量線のデータと所
望の膜厚との関連から、一定時間で作動を停止するよう
に制御するコンピュータが塗布ユニットと結ばれてい
る。以下、実施例により本発明を説明する。これらの実
施例は例示であり、本発明の範囲を何等制限するもので
はない。
【0012】実施例1 本実施例は検量線測定法の実施例である。図3に、東京
応化工業社製ポジ型ホトレジストOFPR−800(粘
度35cp)を使用した場合の、基板回転数とレジスト
膜厚の関係を示す。測定結果より、式(1)における各
係数、a,b,c,およびdを決定した。 S=a・Tb・ωc・td (1) S:基板回転数 T:レジスト膜厚 ω:レジスト粘度 t:環境パラメータ a,b,c,d:定数 ωのレジスト粘度としては35cpを、tの環境パラメ
ータとしてはカップ内温度23.5℃を使用した。得ら
れた各係数は以下の通りであった。 a=0.97702x10-1 b=−1.84158 c=7.44992 d=4.66253x10-1 上記の各係数の値を使用して、所望膜厚と実測膜厚との
関係を調べた結果を図4に示す。所望膜厚と実際に得ら
れた膜厚とが非常によい相関を示すことがわかる。
【0013】実施例2 本実施例は反射強度測定法の実施例である。回転するウ
ェハー上部50mmのところに膜厚測定用プローブを置
き、レジスト塗布中のウェハーに光を当て反射強度を測
定した。図5にスピン回転中のレジスト塗布基板におけ
る反射強度の時間的変化を示す。ここでは最後の谷をC
PTとして検出した。図6にCPTと最終レジスト膜厚
の関係を示す。使用レジストは東京応化工業社製ポジ型
ホトレジストOFPR−800(粘度20cp)であ
り、スピン回転数は3000rpmであった。この結果
よりCPTを測定することにより最終レジスト膜厚を予
測できることがわかる。さらに回転数を調整することに
より所望の膜厚に調整することが可能である。表1に5
秒間、表示の回転数で追加の回転を行った時に得られた
最終膜厚を測定した。実験結果を表1に示す。
【0014】
【表1】 追加回転数(rpm) 最終膜厚(オングストローム) 0 10420 50 10397 100 10372 150 10355
【図面の簡単な説明】
【図1】コーティングの処理フローを示す図である。
【図2】本発明にかかる装置の具体的な構成例を示す図
である。
【図3】基板回転数とレジスト膜厚の関係を示す図であ
る。
【図4】実施例1における、所望膜厚と実測膜厚との関
係を示す図である。
【図5】実施例2における、スピン回転中のレジスト塗
布基板における反射強度の時間的変化を示す図である。
【図6】実施例2における、CPTと最終レジスト膜厚
の関係を示す図である。
【符号の説明】
1:ホットプレートベーク 2:膜厚測定装置 3:ロボットアーム 4:ローダー兼アンローダー 5:スピナーカップ 6:レジストディスペンサー 系統1 7:レジストディスペンサー 系統2 8:レジストディスペンサー 系統3 9:PC、CRT、プリンター

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レジスト塗布工程において、塗布工程中
    にリアルタイムで膜厚を測定し、反射強度測定法、リア
    ルタイム測定法のいずれかの方法によりスピン回転数又
    はロールの回転数をリアルタイムで補正する膜厚制御方
    法。
  2. 【請求項2】 レジスト塗布工程において、ベーク後に
    レジストの膜厚を測定し、反射強度測定法、検量線法の
    いずれかの方法によりスピン回転数又はロールの回転数
    を次の基板に対してインライン補正する膜厚制御方法。
  3. 【請求項3】 予め作成したスピン回転数またはロール
    の回転数とレジスト膜厚との関係を示す検量線を、膜厚
    測定の結果に基づいて補正し、補正された検量線に基づ
    いてスピン回転数又はロールの回転数を制御する膜厚制
    御方法。
  4. 【請求項4】 レジスト塗布ユニット、ベークユニッ
    ト、膜厚測定ユニットを有し、該膜厚測定ユニットが、
    レジスト塗布ユニットにおけるレジスト塗布工程中、お
    よびベーク後のレジスト膜厚を測定でき、測定された膜
    厚に基づいて、反射強度測定法、リアルタイム測定法、
    検量線法のいずれかの方法により塗布ユニットのスピン
    回転数又はロールの回転数を制御する膜厚制御装置。
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