JP2008098451A - ウエハ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、レジストの保護膜異常を確実に検出することの可能なウエハ検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のウエハ検査装置は、レジスト及びその保護膜が表面に形成されたウエハ（１１）を検査するウエハ検査装置であって、前記レジストの外周部と前記保護膜の外周部との位置関係が反映されたデータを前記ウエハから取得する測定手段（１２，１３，１５）と、前記測定手段が取得したデータに基づき前記保護膜の異常を検出する検出手段（１６）とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハを検査対象としたウエハ検査装置に関する。本明細書では、半導体ウエハを単に「ウエハ」という。

半導体製造時の露光工程で液浸露光機を使用する場合、ウエハ表面の最上層に形成されたレジストやその下層が浸液に晒されないよう、ウエハ表面の略全域を撥水性の保護膜で被覆する必要がある（特許文献１等を参照）。
特開２００５−１７５０７９号公報

この保護膜はレジストの剥離、及びそれが原因で起こる液浸露光機の汚染を防ぐ上で重要なので、露光行程前に行われるウエハ検査の項目に、保護膜に関するものを１つ追加することが望ましい。しかし、従来保護膜に関する検査では、ウエハ外周部を除く部分（ウエハ中央部）についてはレジスト膜の塗布不良を検出するのと同様な方法で検査可能であるが、ウエハ外周部において、保護膜がレジストを確実に覆っていることを検査することはできなかった。

そこで本発明は、レジストの保護膜異常を確実に検出することの可能なウエハ検査装置を提供することを目的とする。

本発明のウエハ検査装置は、レジスト及びその保護膜が表面に形成されたウエハを検査するウエハ検査装置であって、前記レジストの外周部と前記保護膜の外周部との位置関係が反映されたデータを前記ウエハから取得する測定手段と、前記測定手段が取得したデータに基づき前記保護膜の異常を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。
なお、前記測定手段は、前記ウエハを回転させながら、前記ウエハの表面側の各周位置における、前記レジストの外周部及び前記保護膜の外周部の画像を撮像してもよい。

また、前記検出手段は、前記画像に現れる前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との位置関係に基づき前記検出を行ってもよい。
また、前記検出手段は、前記画像に現れる複数の像のうち、外周側から数えて所定番目に位置する互いに隣接した２つの像を、前記レジストの外周部像及び前記保護膜の外周部像とみなしてもよい。

また、前記検出手段は、前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との交差箇所又は接触箇所を検出してもよい。
また、前記検出手段は、前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との近接箇所を検出してもよい。

本発明によれば、レジストの保護膜異常を確実に検出することの可能なウエハ検査装置が実現する。

以下、実施形態を説明する。本実施形態は、ウエハ検査装置の実施形態である。
先ず、本装置の全体構成を説明する。
図１は、本装置の全体構成図である。図１に示すとおり本装置には、ウエハ１１を保持する回転ステージ１２と、落射・明視野タイプの顕微鏡１３と、制御回路１５と、コンピュータ１６と、ディスプレイ１７とが備えられる。顕微鏡１３には、光源１４と、照明用レンズ１３Ａと、ハーフミラー１７と、対物レンズ１３Ｂと、結像レンズ１３Ｃと、ラインセンサ１３Ｄ（又はラインカメラ）とが備えられる。検査対象であるウエハ１１は、その表面にレジストが塗布されており、そのレジストの表面が撥水性の保護膜で被覆されている（詳細は後述）。

光源１４から射出した光束は、照明用レンズ１３Ａ、ハーフミラー１７、対物レンズ１３Ｂを介して対物レンズ１３Ｂの視野Ａをケーラー照明する。対物レンズ１３Ｂの視野Ａから対物レンズ１３Ｂへ向かう光束は、対物レンズ１３Ｂ、ハーフミラー１７、結像レンズ１３Ｃを介してラインセンサ１３Ｄの配置面に視野Ａの拡大像Ａ’を形成する。ラインセンサ１３Ｄは、拡大像Ａ’の中心１ラインを撮像してラインデータを生成する。

光源１４には、例えばハロゲンランプなどの白色光源が使用される。ウエハ１１上のレジストが感光しないよう、光源１４の波長範囲（例えば可視域）はレジストの感光波長（例えば紫外域）から外れている、又は光源１４の発光輝度は十分に小さく抑えられる。回転ステージ１２は、ウエハ１１の中心における法線の周りにウエハ１１を回転させ、対物レンズ１３Ｂの視野Ａは、ウエハ１１のエッジ部の一部をその表面側から捉える。ラインセンサ１３Ｄの画素の並び方向はウエハ１１の径方向と平行である。

制御回路１５は、光源１４、ラインセンサ１３Ｄ、回転ステージ１２を同期制御する。そのため、回転ステージ１２を駆動するモータには、例えばパルスモータが使用される。制御回路１５は、回転ステージ１２の回転角度を連続的に変化させながら光源１４及びラインセンサ１３Ｄを連続駆動し、ウエハ１１の各周位置におけるエッジ部のラインデータを順に取得する。この際、制御回路１５は、順に出力されるラインデータの輝度変動などを監視することにより、ウエハ１１の外周に設けられた基準（ノッチ）を検出する。これによって、制御回路１５は、順に出力されるラインデータがウエハ１１の如何なる周位置に対応するかを常に認識する。

制御回路１５は、ラインセンサ１３Ｄが取得した各ラインデータを周位置順に繋げて１枚の短冊状の画像を生成し、その画像（以下「短冊画像」という。）をコンピュータ１６へ入力する。コンピュータ１６は、その短冊画像へ画像処理を施し、ウエハ１１に形成された保護膜の異常を検出する。そのためのコンピュータプログラムは予めコンピュータ１６へインストールされている。

次に、保護膜の異常検出の原理を説明する。
図２（Ａ）は、保護膜に異常が無いときのエッジ部の概略断面図である。図２（Ａ）に示すとおり、ウエハ１１の表面にはレジストＬ_Rと撥水性の保護膜Ｌ_Cとがこの順で設けられている。通常、レジストＬ_Rの上面又は下面には反射防止膜が設けられるが、ここでは反射防止膜がレジストＬ_Rに含まれるとして説明する。

レジストＬ_Rは、ウエハ１１の表面の中央に設けられた層Ｌ₀を完全に被覆している。層Ｌ₀は、先行する工程で形成された回路層などである。レジストＬ_RのエッジＥ_Rは層Ｌ₀のエッジＥ₀よりも外周側に位置するが、レジストＬ_Rにはエッジリンス処理が施されているので、レジストＬ_RのエッジＥ_Rはウエハ１１のエッジＥ_Wより内周側に位置する。
保護膜Ｌ_Cは、異常が無い限りレジストＬ_Rを完全に被覆するので、保護膜Ｌ_CのエッジＥ_CはレジストＬ_RのエッジＥ_Rよりも外周側に位置する。但し、保護膜Ｌ_Cにもエッジリンス処理が施されているので、保護膜Ｌ_CのエッジＥ_Cは、ウエハ１１のエッジＥ_Wよりも内周側に位置する。

このとき、視野Ａの拡大像Ａ’では、図２（Ｂ）に示すとおりウエハ１１のエッジ像Ｅ_IWと、保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_ICと、レジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IRと、その他の層Ｌ₀のエッジ像Ｅ_I0とが略平行（等間隔）な線を描く。
因みに、本装置の顕微鏡１３は白色光による明視野タイプであり、ウエハ１１は白色光を反射し、レジストＬ_R及び保護膜Ｌ_Cは白色光を透過するので、ウエハ１１の像に相当する領域は明部となり、ウエハ１１の像から外れた領域は暗部となる。このうち明部上に、保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_IC、レジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IR、その他の層Ｌ₀のエッジ像Ｅ_I0が散乱により暗線となって表れる。

図３（Ａ）は、保護膜Ｌ_Cに異常があったときのエッジ部の概略断面図である。図３（Ａ）に示すとおり、保護膜Ｌ_Cに異常があると、保護膜Ｌ_CがレジストＬ_Rを完全に被覆できずにレジストＬ_Rが露出するので、保護膜Ｌ_CのエッジＥ_CはレジストＬ_RのエッジＥ_Rよりも内周側に位置する。このとき、視野Ａの拡大像Ａ’では、図３（Ｂ）に示すとおり保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_ICにうねりが生じており、他のエッジ像Ｅ_IW，Ｅ_IR，Ｅ_I0に対し非平行となる（間隔が変わる）。

図４は、コンピュータ１６が取得した短冊画像の概念図である。図４の横方向がウエハ１１の径方向に対応し、図４の縦方向がウエハ１１の周方向に対応する。図４中に符号３０で示すのはノッチの像である。
図４に示すとおり、短冊画像ではウエハ１１のエッジ像Ｅ_IW，保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_IC，レジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IR，その他の層Ｌ₀のエッジ像Ｅ_I0が暗線を描くが、保護膜Ｌ_Cに異常があると、符号３１で示すとおり保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_ICがレジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IRに交差したり、符号３２に示すとおり保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_ICがレジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IRに近接、若しくは重なり合ったりする。

したがって、短冊画像の中にこのような交差箇所３１及び近接箇所３２が１箇所も無ければ保護膜Ｌ_Cに異常無しと判断し、短冊画像の中に交差箇所３１又は近接箇所３２が１箇所でもあれば保護膜Ｌ_Cに異常ありと判断すればよい。
次に、コンピュータ１６の動作を説明する。
図５は、コンピュータ１６の動作フローチャートである。図５に示すとおり、コンピュータ１６は、短冊画像を入力すると（ステップＳ１）、その短冊画像へノイズ除去などの前処理を施してから（ステップＳ２）、輝度方向の二値化処理を施し（ステップＳ３）、さらに細線化処理を施す（ステップＳ４）。細線化処理は、短冊画像中に存在する暗線の太さを１画素分に狭める処理である。これらのステップＳ１〜Ｓ４を経て、短冊画像は図６（Ａ）→（Ｂ）に示すとおりに変換される。図６（Ｂ）に示すとおり、変換後の短冊画像には複数の細い暗線Ｌ_W，Ｌ_C，Ｌ_R，Ｌ₀が表れており、これらの暗線が図６（Ａ）に示したウエハ１１のエッジ像Ｅ_IW，保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_IC，レジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IR，その他の層Ｌ₀のエッジ像Ｅ_I0に対応する。

以下、ステップＳ５〜Ｓ８を順に説明する。
（ステップＳ５）
コンピュータ１６は、短冊画像（図６（Ｂ））の全ての周位置θについて、外周側から数えて２番目の暗点Ｐ₂の径方向の座標ｄ₂と、外周側から数えて３番目の暗点Ｐ₃の径方向の座標ｄ₃とをそれぞれ算出する。座標ｄ₂，ｄ₃の基準は例えば短冊画像の最外周であり、座標ｄ₂，ｄ₃の単位は画素数である。

因みに、図６（Ｂ）の周範囲Ａでは、座標ｄ₂は暗線Ｌ_Cの座標であり、座標ｄ₃は暗線Ｌ_Rの座標であるのに対し、図６（Ｂ）の周範囲Ｂでは、座標ｄ₂は暗線Ｌ_Rの座標であり、座標ｄ₃は暗線Ｌ_Cの座標である。
（ステップＳ６）
コンピュータ１６は、全ての周位置θについて座標ｄ₂と座標ｄ₃との変位Δ＝ｄ₃−ｄ₂をそれぞれ算出する。本ステップで得られた変位Δを縦軸にとり、周位置θを横軸にとると、図６（Ｃ）に示すようなグラフが描ける。

（ステップＳ７）
コンピュータ１６は、全ての周位置θにおける変位Δを閾値εとそれぞれ比較し、Δ＜εを満たすような周位置θ₁，θ₂，θ₃，…を抽出する。但し、閾値εは、ゼロ又は数画素程度の微小値である。このようにして抽出された周位置θ₁，θ₂，θ₃，…は、交差箇所３１の両端に相当する周位置、又は近接箇所３２に相当する周位置である。

（ステップＳ８）
コンピュータ１６は、抽出された周位置θ₁，θ₂，θ₃，…と、周位置θ₁，θ₂，θ₃…の各々における座標ｄ₂，ｄ₃，変位Δなどの情報を、検査結果としてディスプレイ１７へ出力する。このとき同時に短冊画像（図６（Ａ）又は図６（Ｂ））やグラフ（図６（Ｃ））などをディスプレイ１７へ出力してもよい（以上、コンピュータ１６の動作説明）。

したがって、本装置のオペレータ（検査者）は、ディスプレイ１７に周位置θ₁，θ₂，θ₃，…が１つでも出力されたときにはウエハ１１の保護膜Ｌ_Cに異常ありと判断し、周位置θ₁，θ₂，θ₃，…が１つも出力されなかったときにはウエハ１１の保護膜Ｌ_Cに異常無しと判断すればよい。
また、検査者は、ディスプレイ１７に出力された周位置θ₁，θ₂，θ₃，…、座標ｄ₂，ｄ₃、短冊画像（図６（Ａ）又は図６（Ｂ））、グラフ（図６（Ｃ））などを参照し、保護膜Ｌ_Cの異常箇所、異常の種類、異常の程度などを推測することもできる。

以下、本装置の変形例を幾つか説明する。
本装置のコンピュータ１６は、短冊画像中の複数の暗線を分離せずに、外周側から数えて２番目及び３番目の暗点Ｐ₂，Ｐ₃の径方向の変位Δを算出したが、短冊画像中の暗線Ｌ_C，Ｌ_Rを分離してから、暗線Ｌ_Cを基準とした暗線Ｌ_Rの径方向の変位Δを算出すれば、さらに詳細な検査が可能となる。短冊画像中の暗線Ｌ_C，Ｌ_Rを分離するには、傾き量の変化（連続性）を参照しながら周方向にかけて個々の暗線を追跡すればよい。このようにして算出された変位Δを縦軸にとり、周位置θを横軸にとると、図７に示すようなグラフが描ける。

したがって、この場合は０＜Δ＜εを満たすような周位置θ_a1，θ_a2，…にてレジストＬ_Rが露出し易くなっており、Δ＜０を満たすような周位置θ_b1，θ_b2，θ_b3，…にてレジストＬ_Rが露出していると判断すればよい。これらの判断はコンピュータ１６による自動化も可能である。
また、本装置では明視野タイプの顕微鏡１３を使用したが、図８に示すような暗視野タイプの顕微鏡を使用することもできる。暗視野タイプの顕微鏡では対物レンズ１３Ｂの瞳近傍に暗視野照明用のリング１３Ｄが配置される。この場合の短冊画像の明暗パターンは、前述した短冊画像の明暗パターン（図４参照）を反転させたものとなるが、この場合にも、前述した場合と同様の検出を行うことができる。

また、本装置では、ラインセンサ１３Ｄの検出対象がエッジ部の拡大像であったが、ラインセンサ１３Ｄの解像度が十分に高ければ、拡大像ではなく等倍像や縮小像であっても構わない。
また、本装置では、顕微鏡１３の照明方法にケーラー照明を採用したが、エッジ部の像を十分な精度で検出できるのであれば、他の照明方法が採用されても構わない。但し、ウエハ１１は光を透過しない性質を持つので、透過照明ではなく反射照明が採用される必要がある。

また、本装置は、ラインセンサ１３Ｄを使用して短冊画像を１ラインずつ取得したが、エリアセンサを使用して短冊画像を複数ラインずつ取得してもよい。但し、その場合はウエハ１１の回転角度をステップ状に変化させて像の流れを防止することが望ましい。或いは、ウエハ１１の回転角度を連続的に変化させながら照明光を間欠させて像の流れを防止することが望ましい。因みに、後者の方が短冊画像の取得に要する時間が短いので好ましい。

また、本装置は、短冊画像の明暗パターンのみに基づき検査を行ったが、短冊画像の色分布を利用して検査を行ってもよい。例えば、カラーセンサを使用してカラーの短冊画像を取得し、その短冊画像の色分布に基づき、保護膜Ｌ_Cのエッジ像Ｅ_IC（暗線Ｌ_C）と、レジストＬ_Rのエッジ像Ｅ_IR（暗線Ｌ_R）とを分離してもよい。
また、本装置では、白色光源を使用したが、Ｓ／Ｎを良くするために、波長幅の狭い白色光源、又は単波長光源を使用してもよい。その場合、保護膜Ｌ_C及びレジストＬ_Rの厚さや波長特性を考慮し、それらに適合した波長を選択することが望ましい。

また、本装置では、画像処理をコンピュータ１６のソフトウエアで実行したが、その画像処理の一部又は全部を画像処理専用の演算装置（ハードウエア）で実行してもよい。ハードウエアを使用すれば検査時間の短縮が図られる。
また、本装置の本体部分（例えば回転ステージ，顕微鏡１３，制御回路１５）をクリーントラックへ組み込み可能に構成してもよい。その場合、本装置の他の部分（例えばコンピュータ１６，ディスプレイ１７）をクリーントラックのコンピュータやディスプレイと共通化してもよい。図９にはクリーントラック４０の概念図を示した。本実施形態の装置本体５０は、クリーントラック４０のインテグレーテッドモジュールブロック４５へ組み込まれる。

インテグレーテッドモジュールブロック４５へ他のウエハ検査装置（重ね合わせ検査装置など）を組み込む場合は、装置本体５０の一部又は全部を他のウエハ検査装置（重ね合わせ検査装置など）の一部又は全部と共通化してもよい。また、本実施形態のウエハ検査（保護膜Ｌ_Cに関する検査）を、他のウエハ検査（重ね合わせ検査など）のプリアライメント中に行ってもよい。

このようなクリーントラック４０において、ウエハカセット４３に収納された個々のウエハは、不図示の搬送装置によって矢印のとおり搬送され、コーター４４Ａ→コーター４４Ｂ→インテグレーテッドモジュールブロック４５→液浸露光機４１→ディベロッパ４２Ａ→ディベロッパ４２Ｂ→ディベロッパ４２Ｃを順に経由する。このうちコーター４４Ａ，４４Ｂではウエハの表面にレジスト及び保護膜が塗布され（エッジリンス処理も含む）、液浸露光機４１ではウエハと投影レンズとの間隙に浸液（例えば純水）が供給され、その状態でレジストが露光される。また、ディベロッパ４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃでは、レジストを現像するための各処理がウエハに施される。このようなクリーントラック４０の具体例は、特許文献１にも記載されている。

また、装置本体５０の組み込み先は、インテグレーテッドモジュールブロック４５の他、液浸露光機４１の内部であってもよい。その場合、装置本体５０の一部又は全部を、液浸露光機４１の一部と共通化してもよい。また、本実施形態のウエハ検査（保護膜に関する検査）を液浸露光機４１のプリアライメント中に行ってもよい。

実施形態のウエハ検査装置の全体構成図である。 保護膜に異常が無いときのエッジ部の拡大図である。 保護膜に異常があったときのエッジ部の拡大図である。 短冊画像の概念図である。 コンピュータ１６の動作フローチャートである。 コンピュータ１６の動作を説明する図である。 複数の暗線を分離してから変位Δを算出した場合のθ−Δカーブである。 暗視野タイプの顕微鏡を説明する図である。 クリーントラック４０の概念図である。

符号の説明

１１…ウエハ，１２…回転ステージ，１３…顕微鏡，１５…制御回路，１６…コンピュータ，１７…ディスプレイ，１４…光源，１３Ａ…照明用レンズ，１７…ハーフミラー，１３Ｂ…対物レンズ，１３Ｃ…結像レンズ，１３Ｄ…ラインセンサ

Claims (6)

1. レジスト及びその保護膜が表面に形成されたウエハを検査するウエハ検査装置であって、
   前記レジストの外周部と前記保護膜の外周部との位置関係が反映されたデータを前記ウエハから取得する測定手段と、
   前記測定手段が取得したデータに基づき前記保護膜の異常を検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とするウエハ検査装置。
2. 請求項１に記載のウエハ検査装置において、
   前記測定手段は、
   前記ウエハを回転させながら、前記ウエハの表面側の各周位置における前記レジストの外周部及び前記保護膜の外周部の画像を撮像する
   ことを特徴とするウエハ検査装置。
3. 請求項２に記載のウエハ検査装置において、
   前記検出手段は、
   前記画像に現れる前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との位置関係に基づき前記検出を行う
   ことを特徴とするウエハ検査装置。
4. 請求項３に記載のウエハ検査装置において、
   前記検出手段は、
   前記画像に現れる複数の像のうち、外周側から数えて所定番目に位置する互いに隣接した２つの像を、前記レジストの外周部像及び前記保護膜の外周部像とみなす
   ことを特徴とするウエハ検査装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載のウエハ検査装置において、
   前記検出手段は、
   前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との交差箇所又は接触箇所を検出する
   ことを特徴とするウエハ検査装置。
6. 請求項３〜請求項５の何れか一項に記載のウエハ検査装置において、
   前記検出手段は、
   前記レジストの外周部像と前記保護膜の外周部像との近接箇所を検出する
   ことを特徴とするウエハ検査装置。

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