(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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であって、該検量線が以下の式により表される方法：
Ｓ＝ａ・Ｔｂ・ωｃ・ｔｄ  
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。
【請求項２】
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であって、該検量線が以下の式により表される方法：
Ｓ＝ａ・Ｔｂ・ωｃ・ｔｄ  
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。
【請求項３】
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、検量線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であって、該検量線が以下の式により表される装置：
Ｓ＝ａ・Ｔｂ・ωｃ・ｔｄ  
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。
【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２０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ＣＰＴ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】
0003960633.tif 000002
【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
【図１】
0003960633.tif 000003
【図２】
0003960633.tif 000004
【図３】
0003960633.tif 000005
【図４】
0003960633.tif 000006
【図５】
0003960633.tif 000007
【図６】
0003960633.tif 000008