JP2006319217A - 塗布検査方法及び液浸露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理基板上の塗布状態の検査を簡易かつ安価に行うことが可能な塗布検査方法及び液浸露光方法を提供する。
【解決手段】被処理基板（１２）上に処理液を塗布して塗布膜を形成し、前記塗布膜が形成された前記被処理基板表面の外周部の塗布状態に関する情報を取得し、前記塗布状態に関する情報に基づいて前記処理液の塗布状態の良否を判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程における塗布工程にて成膜状態の可否を判断する技術に関するものであり、特に液浸露光のための保護膜の塗布検査方法及び液浸露光方法に関するものである。

半導体ウェハなどの被処理基板に対してフォトレジスト、下層反射防止膜、転写膜液、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）液、ポリイミド樹脂液、液浸露光用保護膜、上層反射防止膜、シュリンク剤を塗布する工程において、塗布後の成膜状態の可否を判断することを目的とする手段としては、特許文献１のような塗布状態をマクロ検査するシステムが提案されている。

また、正常な塗布状態を形成するために液体の吐出状態を検査するものとして、特許文献２においては配管内の気泡を気泡センサーで検出することを提案しており、特許文献３、特許文献４では液体の吐出状態をＣＣＤカメラで検出して吐出状態の異常を検出する方法を提案している。また、特許文献５では、光センサーから光を投光して、その反射光の反射率を適正量滴下した場合の閾値としての反射率と比較して、滴下量の適否を判断する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１などで提案されている方法では、装置が大掛かりかつ高価であるために、全ての塗布現像装置に取り付けて検査することは、製品のコストアップにつながり現実的でない。また、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５で提案されている吐出状態を検知する方法は、特許文献１などのマクロ検査を行うシステムに比べると、安価に液体の吐出状態を検知できるが、液体の吐出状態しか検査していないために回転成膜中に生じる欠陥に対しては検出できず、塗布状態の検査が不十分である。
特開２０００−２３５９４９号公報 特開平０６−２１６０１７号公報 特開平１０−１３５１００号公報 特開平１１−５０５６号公報 特開２００３−２８２４１６号公報

本発明の目的は、被処理基板上の塗布状態の検査を簡易かつ安価に行うことが可能な塗布検査方法及び液浸露光方法を提供することにある。

本発明の一形態の塗布検査方法は、被処理基板上に処理液を塗布して塗布膜を形成し、前記塗布膜が形成された前記被処理基板表面の外周部の塗布状態に関する情報を取得し、前記塗布状態に関する情報に基づいて前記処理液の塗布状態の良否を判定する。

本発明によれば、被処理基板上の塗布状態の検査を簡易かつ安価に行うことが可能な塗布検査方法及び液浸露光方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る塗布検査方法を実施する装置の構成を示す図である。図１において、回転テーブル１０上に半導体基板（被処理基板）１２が載置されチャックで固定されており、半導体基板１２中央部の上方には吐出ノズル１１が配置されている。

半導体基板１２上に液浸保護膜（塗布膜）を形成する際に、まず吐出ノズル１１から半導体基板１２に薬液（処理液）を吐出する。吐出ノズル１１は、図示しないエアオペレーションバルブとエア駆動用電磁弁を持つ供給系に接続され、所定量の薬液を半導体基板１２上に滴下する。薬液の吐出量は流量計１６によって管理されている。薬液を滴下した後、半導体基板１２を回転テーブル１０により所定の回転数で回転させることによって、薬液の膜厚が決定される。

また、半導体基板１２外周部の上方には、薬液の半導体基板１２への塗布状況を検出するセンサー１３が配置されている。半導体基板１２が回転することによって、センサー１３により、半導体基板１２表面の外周部を円周方向に沿って一様に検査することができる。センサー１３には光センサーを用いており、投光部１４と受光部１５によって構成されている。受光部１５は、光ファイバ２０を介してセンサーアンプ２１に接続されている。

センサー１３は、回転テーブル１０により所定の回転数で回転している半導体基板１２に対して、投光部１４から検査光を照射する。半導体基板１２表面の外周部で反射した光は、受光部１５に入射し、光ファイバ２０からセンサーアンプ２１に入り光信号が増幅された後、その増幅された信号が演算部（コンピュータ）２２に入力される。演算部２２は、入力した信号（塗布状態に関する情報、塗布状態を示す情報である光強度信号）を基に、半導体基板１２上の薬液の塗布状態を判定する。この半導体基板１２外周部の検査は、回転テーブル１０を少なくとも１回転させて行う。

次に、以上のように構成された装置の動作について説明する。

まず、反射防止膜とレジスト膜を順次塗布形成した半導体基板１２を、塗布現像装置内の保護膜塗布ユニットに搬送する。保護膜塗布ユニット内の回転テーブル１０により半導体基板１２を回転させ、センサー１３にて半導体基板１２表面の外周部からの反射光を検出する。

演算部２２は、その反射光の信号（シグナル）（塗布状態に関する情報、塗布状態を示す情報である光強度信号）を、図２に示すように半導体基板１２の外周の０（始点）から２π（終点）まで（少なくとも１周分）測定して、図３に示すように初期値として記録する。本実施の形態は測定の手法としてセンサーを固定して基板を反時計回りに回転しているが、基板の回転方向は反時計回りに限定することなく、時計回りでも良い。また、測定の手法として、センサーが固定されていて基板が回転する場合でも、基板が固定されていてセンサーが回転する場合でも良い。本半導体基板１２には、反射防止膜とレジスト膜が均一に塗布されているため、薬液塗布前の信号は図３に示すように一様な形となる。

続いて、回転テーブル１０により回転している半導体基板１２に、薬液をノズル１１から吐出して、半導体基板１２上に液浸露光用の保護膜を回転塗布する工程を行う。この工程では、所定の回転数で半導体基板１２を回転して薬液を半導体基板１２上に広げ、保護膜の膜厚を決定する。

その後、センサー１３にて薬液塗布後の半導体基板１２表面の外周部の反射光を検出しながら、半導体基板１２を少なくとも一回転させて検査を行い、演算部２２にて図４に示すような薬液塗布後の少なくとも１周分の外周部の信号（塗布状態に関する情報、塗布状態を示す情報である光強度信号）を記録する。次に演算部２２は、図４に示す信号と図３に示す信号との差分をとり、図５の（ａ）に示す信号を得る。図５の（ａ）に示すように信号に塗布異常を示す強度変化がない場合、演算部２２は薬液が正常に塗布されたと判定し、次の所定の液浸露光工程に進む。

また、薬液塗布前の初期値の信号と塗布後の信号との差分を示す信号に、図５の（ｂ）に示すように所定の閾値を越えたピーク６１がある場合、演算部２２は塗布異常を示す強度変化であると判断し、薬液が正常に塗布されていないと判定する。また、所定の閾値以内のピーク６２がある場合、演算部２２はノイズを示す強度変化であると判断する。

さらに、薬液塗布前の初期値の信号と塗布後の信号とがほぼ同一であり、それらの差分がほぼ０の状態も有り得る。この状態としては、薬液の塗布が全く行われていない場合と、保護膜の膜厚が計算にて求められる所定の値である場合とがある。保護膜の膜厚が所定の値である状態としては、薬液が正常に塗布されているのに膜の干渉によりセンサー１３からの信号が塗布していないときと同じになる場合が存在する。このような場合、演算部２２は吐出ノズル１１に接続されている流量計１６の流量値を参照し、半導体基板１２に規定の吐出量が吐出されている場合は、薬液が正常に塗布されたものと判定する。また、規定の吐出量が吐出されていない場合は、薬液が正常に塗布されていないものと判定する。

演算部２２にて、薬液が正常に塗布されていないと判定された場合、その半導体基板１２は塗布現像装置内のバッファーユニットにて待機させ、液浸露光工程には搬送しない。そして、当該半導体基板１２よりも前に薬液が正常に塗布された半導体基板１２を液浸露光処理した後に、基板の塗布手順に従って当該半導体基板１２の保護膜剥離工程を行い、ウエハカセットに搬送し塗布異常を発報する。

なお、半導体基板１２表面の外周部の検査を、半導体基板１２を２回転以上させて得られる２周分以上の信号を基に行うことで、さらに高精度の異常判定を行うことができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、半導体基板１２表面の外周部の塗布状況を測定するセンサー１３として光センサーを用いたが、本第２の実施の形態では、半導体基板１２表面の外周部の色情報を取得するＣＣＤセンサーを用いて測定を行う。本第２の実施の形態の装置のその他の構成は図１と同様である。

次に、以上のように構成された装置の動作について説明する。

まず、反射防止膜とレジスト膜を順次塗布形成した半導体基板１２を、塗布現像装置内の保護膜塗布ユニットに搬送する。保護膜塗布ユニット内の回転テーブル１０により半導体基板１２を回転させ、ＣＣＤセンサー１５にて半導体基板１２表面の外周部からの反射光を検出する。

演算部２２は、その反射光の色情報（塗布状態に関する情報、塗布状態を示す情報）を、図２に示すように半導体基板１２の外周の０（始点）から２π（終点）まで（少なくとも１周分）測定して、図６に示すように初期値として記録する。本半導体基板１２には、反射防止膜とレジスト膜が均一に塗布されているため、薬液塗布前の色情報は図６に示すように一様になる。

続いて、第１の実施の形態と同様に、半導体基板１２上に液浸露光用の保護膜を回転塗布する工程を行う。この工程により保護膜の膜厚が決定した後に、再度ＣＣＤセンサー１５にて薬液塗布後の半導体基板１２表面の外周部の反射光を検出しながら、半導体基板１２を少なくとも一回転させて検査を行い、演算部２２にて図７に示すような薬液塗布後の少なくとも１周分の外周部の色情報（塗布状態に関する情報、塗布状態を示す情報）を記録する。次に演算部２２は、図７に示す色情報と図６に示す色情報との差分をとり、図８の（ａ）に示す色情報を得る。図８の（ａ）に示すように色情報に塗布異常を示す色変化がない場合、演算部２２は薬液が正常に塗布されたと判定し、次の所定の液浸露光工程に進む。

また、薬液塗布前の初期値の色情報と塗布後の色情報との差分を示す信号に、図８の（ｂ）に示すように所定の閾値を越えたピーク９１がある場合、演算部２２は塗布異常を示す色変化であると判断し、薬液が正常に塗布されていないと判定する。また、所定の閾値以内のピーク９２がある場合、演算部２２はノイズを示す強度変化であると判断する。なお、図６、図７、図８では、便宜上色の濃淡を網掛けの粗密で表している。

演算部２２にて薬液が正常に塗布されたと判定された場合と正常に塗布されていないと判定された場合の各動作は、第１の実施の形態と同様である。

なお、半導体基板１２表面の外周部の検査を、半導体基板１２を２回転以上させて得られる２周分以上の色情報を基に行うことで、さらに高精度の異常判定を行うことができる。

（第３の実施の形態）
本第３の実施の形態では、下地が加工されている半導体基板１２に対して、第１の実施の形態と同様に光センサー１３を用いて検査を行う。本第２の実施の形態の装置のその他の構成は図１と同様である。

まず、半導体基板１２が保護膜塗布ユニット内に搬送された際に、第１の実施の形態と同様に、演算部２２は、センサー１３で検出した半導体基板１２からの反射光の信号を初期値として図９に示すように記録する。半導体基板１２に段差が存在する場合、もしくは一部のエリアに異なる膜が成膜されている場合などは、照射光に対して信号強度が異なるエリアが存在するため、信号は図９のように半導体基板の形状や成膜に応じた形となる。

続いて、第１の実施の形態と同様に、半導体基板１２に薬液を塗布した後に再度センサー１３で反射光の取得を行い、演算部２２にて薬液の塗布前後の信号の比較を行う。薬液の塗布が半導体基板１２全体に一様に行われた場合は、半導体基板１２からの反射光の信号は、図１０に示すように初期値の信号よりも強くなるかもしくは弱くなり、さらに初期値の信号よりもブロードな形となる。

これに対して薬液の塗布が一様に行われずに塗布ムラや欠陥が生じた場合は、反射光の信号は、図１１に示すように一様ではなく塗布不良を示すピーク１２−１や塗布ムラを示すピーク１２−２を持つ。演算部２２は、この信号から第１の実施の形態と同様に所定の閾値を基に塗布状態の良否を判定する。半導体基板１２の回転による薬液の広がりが完全ではなく、基板の外周まで薬液が広がらなかった場合には、図１１のような信号は発生しない。しかし、薬液の塗布前後の信号の比較を行うと各信号が図１２に示すように同一となるため、その場合は塗布不良と判定する。

また第１の実施の形態と同様に、吐出ノズル１１からの薬液の吐出が不良である場合には、流量計１６の流量値から塗布不良を判定することが可能である。

（第４の実施の形態）
第１の実施の形態では半導体基板１２の上方にセンサー１３を設置している構成を説明したが、本第４の実施の形態では、図１３に示すようにエッジバックリンス部６１にセンサー１３を設置する。エッジバックリンス部６１にセンサー１３を設置することにより、新たに稼動部を設けることなく、既存の保護膜塗布ユニットに容易に追加取り付けすることが可能である。

本実施の形態によれば、半導体ウェハなどの被処理基板に対してフォトレジスト、下層反射防止膜、転写膜液、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）液、ポリイミド樹脂液、液浸露光用保護膜、上層反射防止膜、シュリンク剤などを塗布する工程において、基板表面の外周部をセンサーで検査して得られた信号もしくは色情報を基に、塗布後の成膜状態の良否を判定することができる。これにより、簡易かつ安価な装置構成で塗布状態の検査を行うことができるとともに、外周部のみの情報を用いるため、良否判定に関わる演算処理時間等を大幅に削減することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。

第１の実施の形態に係る塗布検査方法を実施する装置の構成を示す図。 第１の実施の形態に係る半導体基板外周部の測定法を示す図。 第１の実施の形態に係る薬液塗布前の初期状態の信号を示す図。 第１の実施の形態に係る薬液が正常に塗布された後の信号を示す図。 第１の実施の形態に係る薬液塗布前の信号と塗布後の信号との差分を示す信号を示す図であり、（ａ）は正常に塗布された場合の信号、（ｂ）は塗布異常が生じた場合の信号。 第２の実施の形態に係る薬液塗布前の初期状態の信号を示す図。 第２の実施の形態に係る薬液が正常に塗布された後の信号を示す図。 第２の実施の形態に係る薬液塗布前の信号と塗布後の信号との差分を示す信号を示す図であり、（ａ）は正常に塗布された場合の信号、（ｂ）は塗布異常が生じた場合の信号。 第３の実施の形態に係る薬液塗布前の初期状態の信号を示す図。 第３の実施の形態に係る薬液が正常に塗布された後の信号を示す図。 第３の実施の形態に係る薬液が正常に塗布されなかった後の信号を示す図。 第３の実施の形態に係る基板の外周まで薬液が広がらなかった場合の信号を示す図。 第４の実施の形態に係る塗布検査方法を実施する装置の構成を示す図。

符号の説明

１０…回転テーブル １１…吐出ノズル １２…半導体基板 １３…センサー １４…投光部 １５…受光部 １６…流量計 ２０…光ファイバ ２１…センサーアンプ ２２…演算部 ６１…エッジバックリンス部 ６２,６３…ノズル

Claims (5)

1. 被処理基板上に処理液を塗布して塗布膜を形成し、
   前記塗布膜が形成された前記被処理基板表面の外周部の塗布状態に関する情報を取得し、
   前記塗布状態に関する情報に基づいて前記処理液の塗布状態の良否を判定することを特徴とする塗布検査方法。
2. 前記塗布状態に関する情報は、外周部表面から検出される光強度信号または色情報であり、前記情報の取得は前記被処理基板の少なくとも一周分行うことを特徴とする請求項１に記載の塗布検査方法。
3. 前記被処理基板上に前記処理液を塗布する前に前記被処理基板表面の外周部の塗布状態を示す光強度信号または前記外周部の色情報を取得し、
   その信号または色情報と前記処理液が塗布された後の光強度信号または色情報との差分を取得し、
   前記差分を基に前記処理液の塗布状態の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の塗布検査方法。
4. 前記差分がほぼ０である場合に前記処理液の吐出量を取得し、
   前記吐出量を基に前記処理液の塗布状態の良否を判定することを特徴とする請求項３に記載の塗布検査方法。
5. 前記塗布膜は液浸露光用の保護膜であり、
   前記塗布状態が正常であると判定された被処理基板のみに液浸露光を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液浸露光方法。

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