JPH0331706A - 膜厚測定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば半導体装置の製造工程で使用するフォ
トレジスト膜等の有機薄膜の膜厚測定法に関する。

〔発明の概要］ 本発明は、有機薄膜の膜厚測定法において、基板上の有
機薄膜にレーザビームを照射し、このとき生ずる中空構
造のパターンの幅を測定して有機薄膜の膜厚を算出する
ことによって、微小領域での膜厚測定を可能にしたもの
である。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程では、耐エツチング用マスク、イ
オン注入用マスク等に有機薄膜、即ちフォトレジスト（
以下レジスト）薄膜が用いられている。これらレジスト
マスクはエツチング工程。

イオン注入工程等、夫々に応じて適正な膜厚が必要とな
る。

従来、このようなレジスト薄膜の膜厚測定には主として
次の２種の方法が知られている（真空技術講座第１０巻
「真空蒸着」沢木司著　日刊工業新聞社列Ｐ１３３〜参
照）。

第１の方法は、分光した光をレジスト薄膜に照射し、そ
の反射光の強度を測定し、光の干渉を利用して薄膜を測
定する、所謂光学的測定法である。

長所は非破壊で測定できることであり、短所は測定に際
し、ある程度の面積（被測定薄膜の面積）を必要とする
ことである。

第２の方法は、表面段差部に針状のものを接触し表面を
走査する事で膜厚を測定する、所謂メカニカル的測定法
である。長所は上記光学的測定法と異なり被測定薄膜の
材料の光学的特性に影響されず測定が容易であることで
あり、短所は被測定薄膜の表面をこするため表面構造が
破壊される可能性があり、特に微小領域を測定するのは
困難（即ちある程度の面積が必要）である。

〔課題を解決するための手段］ 本発明の膜厚測定法は、基板（１１）上の有機薄膜（１
２）にレーザビーム（２ａ）を照射し、このとき生ずる
中空構造のパターン（１３）の幅ｄを測定して有機薄膜
（１２）の膜厚りを算出するようになす。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、νＬＳＩ　（超大規模集積回路）のバタン部
のような微小領域での膜厚測定は、上述した２つの測定
方法では困難であり、実際には使わないような大きなパ
ターンで測定する以外に方法が無った。

又、サンプルを割り、その断面を直接ＳＥＭ（走査形電
子顕微鏡）で見て膜厚を測定する方法もあるが、破壊法
であること、評価したい所で必ず割る必要があり手間が
かかる等の欠点を有していた。

本発明は、上述の点に鑑み、微小領域での有機薄膜の膜
厚測定を可能にした新規な膜厚測定法を提供するもので
ある。

［作用］ 有機薄膜（１２）にレーザビーム（２ａ）を照射すると
薄膜内部で熱エネルギーとなり有機薄膜（１２）の−部
が分解、気化して中空構造のパターンク１３）が膨出す
る。有機膜厚しが厚い場合は薄膜内部の温度上昇が大き
くなり、中空構造のパターン（１３）が大きくなる。有
機膜厚しが薄い場合は基体（１，１）−・の熱拡散も加
わり、薄膜内部の温度上昇が小さくなり、中空構造のパ
ターン（１３）も小さくなる。この中空構造のパターン
（１３）の幅ｄを測定するごとにより、有機薄膜（１２
）の膜厚りを測定することができ、微小領域での有機薄
膜の膜厚測定が可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明による膜厚測定法の一例を
説明する。

第１図は本発明に係る膜厚測定装置を示す。この膜厚測
定装置（１）は、中空構造を形成するためのレーザ例え
ばＡｒレーザ（波長４８８ｎｍ、出力５．５ｒａＷ）（
２）と、位置決め用のＩＩｅ−Ｎｅレーザ（３）と、つ
、　ハ（４）をＸ軸方向及びＹ軸方向に動かす移動ステ
ージ（５）と、ウェハ（４）及び両レーザ（２）（３）
間に配されたハーフミラ−（６）及び光学レンズ系（７
）とから構成される。

１ｉｅ−Ｎｅレーザ（３）からのレーザ光（３ａ）はハ
ーフミラ−（６）で反射され光学レンズ系（７）で集光
されてウェハ（４）上に照射される。Ａｒレーザ（２）
からのレーザ光（２ａ）はハーフミラ−（６）を通過し
た後光学レンズ系（７）により集光されてウェハ（４）
上に、即ち上記ＨｅＮｅレーザ光（３ａ）が照射された
と同じ位置に例えは直径１μ信のスポットで照射される
。このとき、＾ｒレーザ（２）の出力は５．５ｍＷであ
るので単位面積当りに喚算すると７００ｋＷ／ｃＪとな
る。

このＡｒレーザ光（２ａ）をウェハ（４）上に塗布形成
した有機薄膜に照射すると薄膜内部で熱エネルギーとな
り、有機薄膜は一部が分解、気化し、独特な形状を呈す
る。即ち中空構造のパターンが膨出する。第３図はシリ
コン基板（１１）上に膜厚ｔが２μｍのレジスト薄膜（
１２）を塗布形成し、計レーザ光（２ａ）を照射した（
この例では走査させている）ときの中空構造のパターン
（１３）を示したものである。

この中空構造のパターン（１３）は照射したＡｒレーザ
のエネルギーがレジス）ＦＪ膜（１２）中を拡散する速
度より内部での温度上昇速度が大きい為、レジストが分
解、気化して形成される。従ってレジスト薄膜（１２）
の薄膜もが薄い場合にはシリコン基板（１１）への熱拡
散も加わる為、内部の温度上昇が小さくなり、この中空
構造のパターン（１３）も小さくなる。第４図はこの例
を示すもので、シリコン基板（１１）上に膜厚ｔが約１
μｍのレジスト薄膜（１２）を塗布形成し、同様にＡｒ
レーザ光（２ａ）を照射した（この例は計レーザ光を走
査させている）ときの中空構造のパターン（１３）であ
る。レジス）Ｆｉｔｔ膜（１２）が薄くなり、レジスト
内部で発生した熱がシリヨン基板（１１）へ拡散し易く
なり、その結果温度上昇も第３図の例より小さく、レジ
スト分解が少なくなって中空構造のパターン（１３）が
小さくなっている。第５図は、第２図に示すシリコン基
板り１１）上のレジスト薄膜（１２）の膜厚ｔに対する
中空構造のパターン（１３）の幅ｄをプロットした検量
線（１）を示したグラフである。この中空構造のパター
ン（１３）の幅ｄを測定することにより、検量線（ｒ）
からレジスト膜厚りを測定することができる。

しかして、上述の第１図の装置（１）を用いて実際に例
えばシリコン基板上に形成したレジスト膜の膜厚測定を
行うには次のようにする。即ち、レジスト薄膜を被着形
成したシリコンウェハ（４）を移動ステージ（５）に設
置する。先ず静レーザ光（２ａ）を照射する前にウェハ
（４）の測定点に１ｌｅ−Ｎｅレーザ光（３ａ）を照射
して位置合せする。このとき）Ｉｅ−Ｎｅレーザ光（３
ａ）ではレジスト薄膜は分解、気化しない。

次に、計レーザ光（２ａ）を照射する。このとき、移動
ステージ（５）を動かしなからＡｒレーザ光（２ａ）を
照射する。Ａｒレーザ照射は連続的に走査するように照
射してもよいし、或はメカニカルシャッタを介してスポ
ット照射するようにしてもよい。その後、形成された中
空構造のパターン（１３）の幅ｄ（例えば線幅、或はス
ポット幅）を測定し、予め作成した第５図に示すような
検量線（１）から、レジスト薄膜の膜厚ｔを算出するよ
うになす。中空構造のパターン（１３）の幅測定はＳＥ
Ｍ、光学顕微鏡又は他の手段を用いて行うことができる
。

上述した膜厚測定法によれば、測定すべきレジスト薄膜
（１３）にＡｒレーザ光（２ａ）を照射し、これによっ
てレジスト薄膜表面に膨出する中空構造のパターン（１
３）の幅ｄを測定してレジスト膜厚ｔを測定するので、
従来困難であった微小領域でのレジスト膜厚ｄの測定を
容易に行うことができる。本測定法ではレジスト薄膜表
面力（Ａｒレーザ照射で変化する（中空構造のパターン
（１３）が形成される）が、この変化する部分は全膜厚
りの２０％程度であり、エツチングなどの工程では特に
問題にならず、工程中での使用も可能である。また、測
定装置（１）を構成する際も、構成部品が簡単で組立て
も容易である。

尚、上側では中空構造のパターン（１３）を形成するた
めのレーザ（２）としてＡｒレーザを用いたが、こ−れ
に限ぎるものでなく、その他例えばエキシマレーザ等を
用いることもできる。

また、静レーザを照射する前の位置決め用手段としてＨ
ｅ−Ｎｅレーザ（３）及びハーフミラ−（６）を用いた
が、これに限るものでなく、その他の手段を用い得、例
えば通常のランプ類即ち可視領域（波長４００ｎｍ〜８
００ｎｍ）の光を絞って用いるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の膜厚測定法によれば、有機薄膜にレーザビーム
を照射し、このときに生ずる中空構造のパターンの幅を
測定して有機薄膜の膜厚を算出するようにしたので、従
来困難であった微小領域での有機膜厚を容易に測定する
ことができる。そして、本測定法では、レーザビーム照
射によって有機薄膜表面で変化する部分が全膜厚の２０
％程度であるので例えばエツチングマスク等に用いた場
合でも特に問題にならず、この膜厚測定を工程中で行う
ことも可能となる。

従って、本発明は例えはりＬＳＩの製造工程で用いるレ
ジスト等の有機薄膜の膜厚測定に適用して好適ならしめ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る膜厚測定装置の例を示す構成図、
第２図は本発明の膜厚測定法の説明に供する断面図、第
３図及び第４図は夫々レジスト膜厚と中空構造のパター
ンの大きさを示す断面図、第５図は有機薄膜（レジスト
膜）の膜厚に対する中空構造のパターンの幅をプロット
した検量線を示すグラフである。 （１）は膜厚測定装置、（２）はＡｒレーザ、（３）は
Ｈｅ−Ｎｅレーザ、（４）はウェハ、（５）は移動ステ
ージ、（１１）はシリコン基板、（１２）はレジスト薄
膜、（１３）は中空構造のパターンである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上の有機薄膜にレーザビームを照射し、このとき生
   ずる中空構造のパターンの幅を測定して上記有機薄膜の
   膜厚を算出することを特徴する膜厚測定法。