(57)【要約】【課題】製品膜厚測定の負担を軽減した半導体装置の製造方法を提供することにある。【解決手段】半導体装置の製造方法は、薄膜４面上の第１の測定位置２６に光を当てるように、偏光した光２２を所定角度３０で照射する。第１の測定位置２６における反射光２４の偏光状態の変化から、第１の膜厚値を取得する。第１の測定位置２６よりｘ軸方向に所定の値ずれた薄膜４面の第２の測定位置２８に光を当てるように、偏光した光２２を所定角度３０で照射する。第２の測定位置２８における反射光２４の偏光状態の変化から、第２の膜厚値を取得する。第１の膜厚値と第２の膜厚値の差が所定のしきい値未満のときには、第１及び第２の測定位置２６，２８を適切な測定位置と認識するとともに、薄膜４の厚さを決定する。差が所定のしきい値以上のときには、他の測定位置に光２２を順次移動させつつ、差がしきい値未満になるまで繰り返し実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）直交座標系Ｏ−ｘｙｚに、基板上の薄膜面がｚ軸に直交するように、前記基板を
配置すること、
（ｂ）前記薄膜面上の第１の測定位置に光を当てるように、前記薄膜面側からｘｚ面に
沿って偏光した光を所定角度で照射すること、
（ｃ）前記第１の測定位置における反射光の偏光状態の変化から、前記第１の測定位置
の前記薄膜の厚さを測定して、第１の膜厚値を取得すること、
（ｄ）前記第１の測定位置よりｘ軸方向に所定の値ずれた前記薄膜面の第２の測定位置
に光を当てるように、前記薄膜面側からｘｚ面に沿って偏光した光を所定角度で照射する
こと、
（ｅ）前記第２の測定位置における反射光の偏光状態の変化から、前記第２の測定位置
の前記薄膜の厚さを測定して、第２の膜厚値を取得すること、
（ｆ）前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値の差が所定のしきい値未満のときには、前
記第１及び第２の測定位置を適切な測定位置と認識するとともに、前記第１及び第２の膜
厚値の少なくとも一方の値に基づいて前記薄膜の厚さを決定すること、及び、
（ｇ）前記差が所定のしきい値以上のときには、前記第１及び第２の測定位置を基準と
して予め定められた他の測定位置に前記光を順次移動させつつ、前記差が前記しきい値未
満になるまで前記工程（ｂ）〜（ｆ）を繰り返し実行すること、
を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜が形成された基板に光を照射すると、前記薄膜の表面で反射する光と、薄膜と基板
との境界面で反射する光とが干渉する。この干渉光の強度は、薄膜の厚みによって異なり
、また同じ基板であっても、その基板に照射される光の波長によって干渉光の強度が変化
することが知られている。
【０００３】
従来の膜厚測定装置は、上記の原理に基づき、計測対象の基板に対し、所定の波長域に
分布する光を照射するとともに、その基板からの反射光を複数の波長成分に分光して各波
長成分毎の反射光の強度を示すスペクトルを作成し、このスペクトルをあらかじめ膜厚毎
に設定された理論上のスペクトルと比較することによって前記薄膜の厚みを特定するよう
にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２２６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、膜厚測定の際に、周辺のパターンと干渉を起こすことにより測定に手間がかか
っていた。製品膜厚測定の負担の軽減が望まれる。
【０００６】
本発明は、製品膜厚測定の負担を軽減した半導体装置の製造方法を提供することにある
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、（ａ）直交座標系Ｏ−ｘｙｚに、基板上
の薄膜面がｚ軸に直交するように、前記基板を配置すること、（ｂ）前記薄膜面上の第１
の測定位置に光を当てるように、前記薄膜面側からｘｚ面に沿って偏光した光を所定角度
で照射すること、（ｃ）前記第１の測定位置における反射光の偏光状態の変化から、前記
第１の測定位置の前記薄膜の厚さを測定して、第１の膜厚値を取得すること、（ｄ）前記
第１の測定位置よりｘ軸方向に所定の値ずれた前記薄膜面の第２の測定位置に光を当てる
ように、前記薄膜面側からｘｚ面に沿って偏光した光を所定角度で照射すること、（ｅ）
前記第２の測定位置における反射光の偏光状態の変化から、前記第２の測定位置の前記薄
膜の厚さを測定して、第２の膜厚値を取得すること、（ｆ）前記第１の膜厚値と前記第２
の膜厚値の差が所定のしきい値未満のときには、前記第１及び第２の測定位置を適切な測
定位置と認識するとともに、前記第１及び第２の膜厚値の少なくとも一方の値に基づいて
前記薄膜の厚さを決定すること、及び、（ｇ）前記差が所定のしきい値以上のときには、
前記第１及び第２の測定位置を基準として予め定められた他の測定位置に前記光を順次移
動させつつ、前記差が前記しきい値未満になるまで前記工程（ｂ）〜（ｆ）を繰り返し実
行すること、を含む。本発明によれば、測定時に、所定の値ずれた第１及び第２の測定位
置の第１及び第２の膜厚値を比較しその差がしきい値未満のとき、その膜厚値を取得する
ので、バラツキの少ない薄膜の膜厚値を得ることができ、製品膜厚測定の負担を軽減する
ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートであ
る。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、膜厚測定装置により基板２の薄膜と
してのレジストパターン４の厚さを測定する。例えば、Ｓｉ基板（半導体基板）２上に形
成されたＳｉＯ2膜（レジストパターン４）を含む全体について光学的に複数の個所の膜
厚を測定し、この測定された複数の膜厚を比較して、レジストパターン４の厚さを決定す
る。
【００１０】
膜厚測定装置は、図１に示すように、ステージ１０と、エリプソメータ１２と、演算処
理手段１４とを備える。
【００１１】
ステージ１０は、レジストパターン４が形成された基板２を保持する。
【００１２】
エリプソメータ１２は、測定光出射部１６と反射光受光部１８と膜厚測定部２０とを備
える。測定光出射部１６は、偏光状態が既知の光としての測定光２２をレジストパターン
４に向けて出射する。反射光受光部１８は、レジストパターン４からの反射光２４を受光
する。膜厚測定部２０は、測定光２２および反射光２４の偏光状態からレジストパターン
４の膜厚を測定する。
【００１３】
演算処理手段１４（例えば、パーソナルコンピュータ）は膜厚測定部２０から出力され
るレジストパターン４の第１の測定位置２６の第１の膜厚値と第２の測定位置２８の第２
の膜厚値を比較処理しレジストパターン４の厚さを決定する。膜厚測定装置は、画像モニ
タや入力装置（図示せず）を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の実施の形態は以上の構成による膜厚測定装置を用いて行う。以下に、膜厚測定
装置により基板２のレジストパターン４の厚さを測定する方法について説明する。まず、
基板上にレジストパターン４を有する基板２を用意する。
【００１５】
次に、図２に示すように、直交座標系Ｏ−ｘｙｚに、基板２上の薄膜としてのレジスト
パターン４面がｚ軸に直交するように、基板２を配置する（ステップＳ１００）。
【００１６】
次に、基板２とステージ１０のノッチ（図示せず）を合わせる（ステップＳ１１０）。
【００１７】
次に、基板２を基準位置（図示せず）に合わせる（ステップＳ１２０）。
【００１８】
次に、レジストパターン４面側からｘｚ面に沿って偏光した光としての測定光２２を所
定角度３０で照射し、ステージ１０を動かし、レジストパターン４面上の第１の測定位置
２６に光を当てる（ステップＳ１３０）。
【００１９】
次に、第１の測定位置２６における反射光の偏光状態の変化から、第１の測定位置２６
のレジストパターン４の厚さを測定して、第１の膜厚値を取得する（ステップＳ１４０）
。
【００２０】
次に、レジストパターン４面側からｘｚ面に沿って偏光した測定光２２を所定角度３０
で照射し、ステージ１０を動かし、第１の測定位置２６よりｘ軸方向に所定の値ずれたレ
ジストパターン４面の第２の測定位置２８に光を当てる（ステップＳ１５０）。
【００２１】
次に、第２の測定位置２８における反射光の偏光状態の変化から、第２の測定位置２８
のレジストパターン４の厚さを測定して、第２の膜厚値を取得する（ステップＳ１６０）
。
【００２２】
次に、第１の膜厚値と第２の膜厚値の差が所定のしきい値未満のときには、第１及び第
２の測定位置２６，２８を適切な測定位置と認識するとともに、第１及び第２の膜厚値の
少なくとも一つの値に基づいてレジストパターン４の厚さを決定し、ステップＳ１８０へ
進む。差が所定のしきい値以上のときには、ステップＳ１３０へ進む（ステップＳ１７０
）。差が所定のしきい値以上のときには、第１及び第２の測定位置２６，２８を予め定め
られた他の測定位置に順次移動させつつ、差がしきい値未満になるまでステップＳ１３０
〜ステップＳ１６０を繰り返し実行する。しきい値は、一概に言えないが、あらかじめ様
々なレジストパターンが形成された基板を含むサンプル品をセットし、検出対象にあった
しきい値を設定する。
【００２３】
次に、レジストパターン４の全ての測定位置の測定が終了したか判断し、全ての測定位
置の測定が終了したときは、ステップＳ１９０へ進む。測定が終了していないときは、ス
テップＳ１３０へ進む（ステップＳ１８０）。測定が終了していないときは、第１及び第
２の測定位置２６，２８を予め定められた他の測定位置に順次移動させつつ、全ての測定
位置の測定が終了するまでステップＳ１３０〜ステップＳ１７０を繰り返し実行する。
【００２４】
次に、基板２をステージ１０から取外し、回収する（ステップＳ１９０）。
【００２５】
以上で、膜厚測定装置による基板２のレジストパターン４の厚さの測定を終了する。
【実施例】
【００２６】
本願の発明者は、本発明の効果を確認するための実験を行った。
【００２７】
従来、図３に示すように、横幅（レーザ入射方向）が１３１μｍと狭い部分を測定して
おり、膜厚にバラツキが生じていた。また、測定の際にレーザが斜め方向から所定角度３
０（例えば、５０〜６０度）をもって入射するためスポットが横方向に広い楕円形となる
。以上の２つの理由から横方向に対してバラツキが生じ易い部分を測定していたと考えら
れる。このため膜厚測定の工程能力がＣｐ＝０．８５、Ｃｐｋ＝０．６６と非常に低かっ
た。このことを証明するために、図４のように、縦方向が５００μｍ、横方向が１３１μ
ｍのパターンと縦方向が１３１μｍ、横方向が５００μｍのパターンで測定結果の比較を
行った。値からも分かるように、図４（Ａ）では横方向に測定点がずれると測定値にバラ
ツキが生じるのに対し、図４（Ｂ）では縦方向も横方向も測定値にバラツキが無かった。
【００２８】
実験では、上記横方向に対してバラツキが生じ易い部分を、第１の測定位置と第２の測
定位置を１μｍの値ずらし、第１の膜厚値と第２の膜厚値の差のしきい値を１０％として
測定し、第１の膜厚値と第２の膜厚値の差が１０％以上の場合は隣の測定位置を自動的に
検出して測定を行うものとした。
【００２９】
実験結果から、図５に示すように、測定の際にマージンを確認してマージンのある点を
測定できるため、バラツキを減少させることができ、安定した測定結果が得られた。これ
により、工程能力は、Ｃｐが０．８５→２．７８、Ｃｐｋが０．６６→２．３５に向上し
た。
【００３０】
なお、第１の膜厚値と第２の膜厚値の差が１０％以上の場合、基板を９０度回転してか
ら同様に測定を実施してもよい。また、３箇所以上の測定位置の薄膜の厚さを測定して、
複数の膜厚値を取得し、全ての膜厚値を比較して、最小膜厚値及び最大膜厚値を特定し、
最小膜厚値と最大膜厚値の差が所定のしきい値未満のときには、全ての測定位置を適切な
測定位置と認識するとともに、全ての膜厚値の少なくとも一つの値に基づいて薄膜の厚さ
を決定してもよい。
【００３１】
このように、エリプソメータ１２を使用してレジストパターン４の膜厚を測定しようと
する場合に、レジストパターン４の微細化に伴い、エリプソメータ１２の測定光２２のス
ポット径がレジストパターン４の幅に比べて大きくる。これにより、エリプソメータ１２
の測定光２２がレジストの存在する領域とレジストを除去した領域の両領域を含む領域に
入射してしまう。これは、膜厚測定の際に、周辺のパターンと干渉を起こすことになるの
で測定に手間がかかっていた。本発明の実施形態によれば、所定の値ずれた第１及び第２
の測定位置の第１及び第２の膜厚値を比較しその差がしきい値未満のとき、その膜厚値を
取得するので、製品膜厚測定の負担の軽減が図れる。
【００３２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機
能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本
発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、
本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達
成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術
を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれか
を限定的に除外した内容を含む。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術
を限定的に除外した内容を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
２…基板  ４…レジストパターン（薄膜）  １０…ステージ  １２…エリプソメータ  
１４…演算処理手段  １６…測定光出射部  １８…反射光受光部  ２０…膜厚測定部  ２
２…測定光（光）  ２４…反射光  ２６…第１の測定位置  ２８…第２の測定位置  ３０
…所定角度。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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