JPH0797548B2 - 塗布膜形成方法及びその装置 - Google Patents

塗布膜形成方法及びその装置

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JPH0797548B2
JPH0797548B2 JP63077047A JP7704788A JPH0797548B2 JP H0797548 B2 JPH0797548 B2 JP H0797548B2 JP 63077047 A JP63077047 A JP 63077047A JP 7704788 A JP7704788 A JP 7704788A JP H0797548 B2 JPH0797548 B2 JP H0797548B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、塗布膜形成方法及びその装置に関する。
(従来の技術) 半導体ウェハの表面に形成された膜厚の厚さの精度が厳
しく要求される工程例えばリソグラフィー工程におい
て、回転式のレジスト塗布装置などによる半導体ウェハ
表面へのレジスト塗布の膜の厚さを正確に管理すること
は非常に重要であり、近年、半導体素子の微細化・高集
積度化が進むにつれて高精度微細レジストパターンをい
かにして形成するか大きな課題となっている。
従来、膜厚を測定せずに先行工程の結果から最適条件を
求めてそれに基づいて諸条件例えば半導体ウェハの回転
速度,塗布量,粘度,周囲温度,時間等を設定すること
により、目的とする厚さの膜を形成しようとする方法が
行われている。また、特開昭62−193252号公報にて開示
されたものがある。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、先行工程から求めた最適条件に設定して
も、僅かな諸条件の変動がレジスト膜の厚さの変動をも
たらし、目的とする膜厚の精度を得ることは非常に困難
である。一方、後者公報のものは、半導体ウェハの回転
速度を生後するものであり、膜厚が外部条件の変動の影
響を受けるのは避けがたい。
本発明は、上述の従来事情に対処してなされたもので、
任意の同じ位置を同じタイミングで塗布膜の膜厚を測定
して予め定められた膜厚に高精度で、塗布できる塗布膜
形成方法及びその装置を提供しようとするものである。
(課題を解決するための手段) すなわち本発明の塗布膜形成方法は、被処理体を回転さ
せて、この被処理体の処理面に塗布膜を形成する方法を
前提とし、回転中の上記被処理体の処理面上の所定位置
を検出する工程と、上記所定位置を検出する工程と同時
又は所定時間経過後、回転中の上記被処理体の処理面上
の任意の位置に光を照射し、この光の反射光に基いて上
記塗布膜の膜厚を得る工程と、を有することを特徴とす
る。
また、本発明の塗布膜形成装置は、上記塗布膜形成方法
を具体化するもので、被処理体を回転させて、この被処
理体の処理面に塗布膜を形成する装置を前提とし、回転
中の上記被処理体の処理面上の所定位置を検出する位置
検出手段と、回転中の上記被処理体の処理面上の任意の
位置に光を照射し、この光の反射光に基いて上記塗布膜
の膜厚を検出する膜厚検出手段と、上記位置検出手段及
び膜厚検出手段からの信号に基いて上記被処理体の回転
を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。
本発明において、上記被処理体の処理面に照射される光
の反射光の各波長の成分毎の光強度に基いて塗布膜の膜
厚を検出する方が好ましい。
(作用) 本発明によれば、被処理体の所定位置を検出すると同時
又は所定時間経過後に塗布膜に光を照射し、この光の反
射光に基いて上記塗布膜の厚さを算出し、上記厚さの算
出情報から予め定められた塗布膜の膜厚を得るようにし
たので、塗布中の膜の厚さを迅速に安定して算出でき、
所望する膜厚にすることができる。
(実施例) 以下、本発明をレジスト塗布方法に適用した場合の一実
施例を図面を参照して説明する。
基台(1)には、被処理体例えば半導体ウェハ(2)を
真空により吸着保持するスピンチャック(3)を回転す
るモータ(4)が取着されている。上記スピンチャック
(3)の上方には、レジスト(5)を滴下するためのノ
ズル(6)が設けられており、半導体ウェハ(2)表面
に向ってレジスト(5)を所定量だけ滴下した後、回転
塗布可能に構成されている。また、上記、スピンチャッ
ク(3)に吸着保持された半導体ウェハ(2)の周縁部
上方には、半導体ウェハ(2)のオリエンテーションフ
ラット(7)を検出する例えば反射型の光センサー
(8){位置検出手段}が配置されている。
なお、上記スピンチャック(3)の周囲は、半導体ウェ
ハ(2)の回転時にレジスト(5)が遠心力によって周
辺部に飛散するのを防止するカバー(図示せず)は排液
機構(図示せず)、排気機構(図示せず)などが設けら
れている。
次に、上記の他に光源(9)が設けられており、この光
源(9)から放射された光(10)は凸形の第1のレンズ
(11)によって集束されると共に、可視光透過フィルタ
ー(12)により例えば波長が480nm〜820nm程度の範囲の
光だけを選択的に透過可能に構成されている。
上記可視光透過フィルター(12)を透過した光(13)の
焦点位置付近には、ピンホール(14)を有する板(15)
が配置されている。このピンホール(14)を通過した光
(13)は光路に配置された凸形の第2のレンズ(16)に
より平行な光(17)に変換され、ハーフミラー(18)を
透過し、光ファイバー(19)内に導光されて進行する。
この光ファイバー(19)の先端(20)は半導体ウェハ
(2)上方の所定位置に配置され、光ファイバー(19)
内を進行してきた光(17)を、半導体ウェハ(2)の表
面に形成されるレジスト膜(21){塗布膜}に対して例
えば垂直方向から投射するように構成されている。上記
投射された光、つまりレジスト膜(21)に向う入射光
(22)の、レジスト膜(21)および半導体ウェハ(2)
の表面からの反射光(23)は再び光ファイバー(19)の
先端(20)に戻り、上記光ファイバー(19)内を逆行し
てハーフミラー(18)に到達する。
ハーフミラー(18)に到達した反射光(23)は、ハーフ
ミラー(18)によって反射され、光路に配置された凹形
の第3のレンズ(24)によって発散された後、凸形の第
4のレンズ(25)により平行光(26)に変換される。次
に、この平行光(26)は凹面回折格子(27)に到達した
後、短波長の光は鋭角に、長波長の光が鈍角に反射され
る。つまり波長に対応して分光された状態で反射され
て、例えば10μm四方程度の受光素子を1000個程度直列
に配置したフォトラインセンサー(28)に到達する如く
構成されている。したがって、受光した受光素子の位置
により光の波長を知ることができる。
そして、このフォトラインセンサー(28)により、到達
した反射光(26)の各波長成分毎の光強度を測定し、こ
の測定結果を例えばコンピュータを使用した測定制御部
(29){制御手段}に伝送し、上記光強度と波長からレ
ジスト膜(21)の厚さを算出可能に構成されている。
さらに、半導体ウェハ(2)のオリエンテーションフラ
ット(7)を検出する光センサー(8)の出力信号も上
記測定制御部(29)に伝送され、例えばオリエンテーシ
ョンフラット(7)の中央部分を検出したときの、光フ
ァイバー(19)先端(20)下方のレジスト膜(21)の位
置を、厚さを算出する測定位置(30)であると決定する
ように構成されている。
この場合、レジスト膜(21)の膜厚を測定するタイミン
グはオリエンテーションフラット(7)の検出と同時又
は所定時間経過後のいずれであってもよい。
上記のように、レジスト膜(21)の厚さを算出する手段
と、上記厚さを算出するレジスト膜(21)の位置を決定
する手段が設けられている。
なお、上記のようにして測定したい半導体ウェハ(2)
上のレジスト膜(21)について厚さが所望する値になっ
たとき、測定制御部(29)によりモータ(4)を制御し
て、回転停止し、上記厚さを算出情報から予め定められ
たレジスト膜の膜厚を得るように構成されている。
次に、塗布方法について説明する。先ず、搬送アームな
どを使用した搬送機構(図示せず)により半導体ウェハ
(2)をスピンチャック(3)に載置して吸着保持す
る。
次に、ノズル(6)からレジスト(5)を半導体ウェハ
(2)表面に向けて所定量滴下してから所定の時間モー
タ(4)を低速回転させ、上記滴下したレジスト(5)
を上記半導体ウェハ(2)表面に遠心力を利用して外周
方向に広げて塗布する。
一定時間経過した後、モータ(4)を制御して半導体ウ
ェハ(2)を高速回転することにより、余分なレジスト
(5)を上記半導体ウェハ(2)外に飛ばして均一なレ
ジスト膜(21)を形成する。なお、上記高速回転を開始
してからの時間経過に対するレジスト膜(21)の厚さの
変化は、例えば第3図に示される。
ここで、レジスト膜(21)の厚さの測定について説明す
る。光源(9)から放射された光(10)は第1のレンズ
(11)により集束され、可視光透過フィルター(12)に
より波長480nm〜820nmの範囲の光だけが透過してピンホ
ール(14)によってスポットに絞られる。
そして、第2のレンズ(16)によって平行な光(17)と
なり、ハーフミラー(18)を透過して光ファイバー(1
9)内に導光されて進行し、上記光ファイバー(19)の
先端(20)から、半導体ウェハ(2)のレジスト膜(2
1)に向って垂直方向から入射する。この入射光(22)
は、レジスト膜(21)の表面で反射される光とレジスト
膜(21)を透過し半導体ウェハ(2)の表面で反射され
る光とに分かれ、反射光(23)として光ファイバー(1
9)内を逆行する。
今、レジスト膜(21)の厚さをt、入射光(22)の波長
をλ、入射角をθ、レジスト膜(21)の屈折率をnとす
ると、一般に、上記レジスト膜(21)の表面で反射され
る光とレジスト膜(21)の表面で反射される光に上記半
導体ウェハ(2)の表面で反射される光との光路差は、 光路差=2nt cosθ で表わされる。上記の場合、垂直方向から入射するので
入射角θ=0°であるから、 光路差=2nt となる。したがって、上記反射光(23)は上記光路差を
有する2つの光が混在した状態で光ファイバー(19)内
を逆行し、第3のレンズ(24)、第4のレンズ(25)を
透過して逆行し凹面回折格子(27)に到達する。
そして、この凹面回折格子(27)により波長480nm〜820
nmの範囲の光を各波長成分毎に異なる角度で反射し、こ
れをフォトラインセンサー(28)で受光する。このフォ
トラインセンサー(28)は、上記波長480nm〜820nm程度
の範囲の光を受光可能であり、その受光する受光素子の
位置により、上記各波長の光の光強度を測定する。
この場合、フォトラインセンサー(28)で受光する光の
光強度は反射光(23)の干渉による光の光強度であり、
この光強度は光の波長をλ、整数をmとすれば、 上述の光路差=2nt=mλのとき光強度極大となり、 光路差=2nt=(m−0.5)λのとき光強度極小となる。
そこで、上記光強度極大に対応する波長λMAX、極小に
対する波長λMINの情報を測定制御部(29)に伝達し、
膜の厚さt=mλMAX/2n、t=(m−0.5)λMIN/2nの
関係から膜の厚さtを算出する。
なお、上記整数mの値は、予め実験などにより定めてお
くことができる。
上記膜の厚さを算出する場合、半導体ウェハ(2)は回
転しているのでレジスト膜(21)のどの部分の厚さをも
って膜の厚さとするかを決めておく必要があり、例え
ば、光センサー(8)が半導体ウェハ(2)のオリエン
テーションフラット(7)の中央部分を検出したとき
の、光ファイバー(19)先端(20)下方のレジスト膜
(21)の位置を測定位置(30)と決定し、このときの膜
の厚さtを採用する。なお、上記膜の厚さの算出は、機
械的な構成を含まず、純光学的・純電気的に算出するの
で、迅速に正確に算出できる。この場合、照射光をパル
ス光にすれば、照射位置を予め定める必要はないし、適
宜、数パルス光照射すれば複数点の膜厚を測定できる。
さらに、照射位置を半導体ウェハの半径方向に移動させ
れば、膜厚の均一性を測定できるパルス光の効果が大き
い。
上記の如く膜厚tを直接連続して測定しつつ、このtの
値が所定の膜の厚さに達すると、モータ(4)の回転を
自動的に停止してレジスト塗布を終了する。
なお、上記実施例では反射光を分光する手段として凹面
回折格子を使用したものについて説明したが、例えばプ
リズムを使用することもできる。また、レジスト膜の測
定位置を決定する場合、センサーでオリエンテーション
フラットの中央部分を検出したときの測定位置とした場
合について説明したが、半導体ウェハ上の特定位置の膜
の厚さを算出できればよいので、例えば、オリエンテー
ションフラットの端部を検出したときでもよいことは言
うまでもない。
〔発明の効果〕
上述したように本発明によれば、被処理体の所定位置を
検出すると同時又は所定時間経過後に塗布膜を測定する
ことができるので、塗布膜厚を高精度で被処理体に塗布
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の塗布膜形成方法を適用したレジスト塗
布方法の一実施例を説明するための構成図、第2図は第
1図の部分説明図、第3図はレジスト塗布の膜の厚さの
変化を示す一特性図である。 2…半導体ウェハ、6…ノズル、8…センサー、9…光
源、18…ハーフミラー、19…光ファイバー、27…凹面回
折格子、28…フォトラインセンサー、29…測定制御部、
30…測定位置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B05D 1/04 D 7717−4D G03F 7/16 502

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理体を回転させて、この被処理体の処
    理面に塗布膜を形成する方法において、 回転中の上記被処理体の処理面上の所定位置を検出する
    工程と、 上記所定位置を検出する工程と同時又は所定時間経過
    後、回転中の上記被処理体の処理面上の任意の位置に光
    を照射し、この光の反射光に基いて上記塗布膜の膜厚を
    得る工程と、 を有することを特徴とする塗布膜形成方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の塗布膜形成方法において、 被処理体の処理面に照射される光の反射光の各波長の成
    分毎の光強度に基いて塗布膜の膜厚を得ることを特徴と
    する塗布膜形成方法。
  3. 【請求項3】被処理体を回転させて、この被処理体の処
    理面に塗布膜を形成する装置において、 回転中の上記被処理体の処理面上の所定位置を検出する
    位置検出手段と、 回転中の上記被処理体の処理面上の任意の位置に光を照
    射し、この光の反射光に基いて上記塗布膜の膜厚を検出
    する膜厚検出手段と、 上記位置検出手段及び膜厚検出手段からの信号に基いて
    上記被処理体の回転を制御する制御手段と、 を具備することを特徴とする塗布膜形成装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の塗布膜形成装置おいて、 膜厚検出手段は、被処理体の処理面上に照射される光の
    反射光の各波長の成分毎の光強度に基いて塗布膜の膜厚
    を検出することを特徴とする塗布膜形成装置。
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