JP2019071356A - エッジリンス幅測定装置、エッジリンス幅測定方法、およびレジスト塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジリンス幅を自動で測定することができるエッジリンス幅測定装置、エッジリンス幅測定方法およびレジスト塗布装置を提供する。【解決手段】画像センサ１は、半導体ウエハ６を撮影する。画像処理部２０は、画像センサ１で得られた画像に基づいて、ウエハエッジとレジストエッジとを検出し、ウエハエッジとレジストエッジとの間の距離をエッジリンス幅として測定する。【選択図】図４

Description

本発明は、エッジリンス幅測定装置、エッジリンス幅測定方法、およびレジスト塗布装置に関する。

従来は、作業者が、予めレジスト塗布装置を用いてポジレジスト塗布し、その後エッジリンス処理した基準ウエハを金属顕微鏡の付いた検査ステーションを用いて、エッジリンス幅をマニュアルで測定している。作業者が金属顕微鏡を用いて目視で測定しているため、作業者による測定バラツキがある。また、作業者は、装置台数分同じ作業を行う必要があるため、測定効率も悪い。

このような問題に対して、たとえば、特許文献１には、エッジリンス処理において、レジストが表面に塗布されたウエハのエッジ部を検出し、その検出結果に応じて、リンス液の滴下位置を移動させ、ウエハのエッジ部から一定の幅でレジストを除去することが記載されている。

特開２００４−１７９２１１号公報

しかしながら、特許文献１では、エッジリンス処理された後のレジストエッジを検出できない。したがって、エッジリンス処理された後のエッジリンス幅を自動で測定することができない。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、エッジリンス幅を自動で測定することができるエッジリンス幅測定装置、エッジリンス幅測定方法およびレジスト塗布装置を提供することである。

本発明は、半導体ウエハを撮影する画像センサと、画像センサで得られた画像に基づいて、ウエハエッジとレジストエッジとを検出し、ウエハエッジとレジストエッジとの間の距離をエッジリンス幅として測定する画像処理部とを備える。

本発明によれば、画像センサで得られた半導体ウエハの撮影画像を用いて、ウエハエッジとレジストエッジを検出できるので、エッジリンス幅を自動で測定することができる。

エッジリンス幅測定装置の構成を表わす図である。 エッジリンス幅測定装置の構成を表わす図である。 エッジリンスされた半導体ウエハ６の例を表わす図である。 計測用パーソナルコンピュータ５の機能ブロック図である。 計測用パーソナルコンピュータ５のハードウエハ構成図である。 エッジリンス幅の自動測定手順を表わすフローチャートである。 図６のステップＳ１０４の画像処理および異常処理の手順を表わすフローチャートである。 検査部分画像ＩＭＧ内の輝度波形の求め方を説明するための図である。 複数の輝度波形の例を表わす図である。 レジストエッジおよびウエハエッジの検出例を表わす図である。 塗布装置の構成を表わす図である。

図１および図２は、エッジリンス幅測定装置の構成を表わす図である。
エッジリンス幅測定装置は、画像センサ１と、画像センサ固定ガイド２と、ウエハガイド３と、コントローラ４と、計測用パーソナルコンピュータ５とを備える。

ウエハガイド３に、半導体ウエハ６が設置される。
半導体ウエハ６は、レジスト塗布後エッジリンス処理されたウエハである。

エッジリンスとは、半導体ウエハ６の外周部（エッジ）におけるフォトレジストを除去する処理である。エッジリンスが必要な理由は、塗布条件によっては半導体ウエハ６の外周端部にフォトレジストが厚く残ることがあり、それが原因で外周端部の露光時にフォーカスが合わない（デフォーカス）などの問題が発生し、後工程のエッチング処理においてレジストが除去しきれず、不良に繋がる恐れがあるからである。なお、エッジリンスは、通常の写真製版（露光および現像）の際にも行なわれる。

図３は、エッジリンスされた半導体ウエハ６の例を表わす図である。
図３に示すように、エッジリンスされた部分には、レジストが除去されている。半導体ウエハ６上レジストの端をレジストエッジと呼び、半導体ウエハ６の端をウエハエッジと呼ぶ。レジストエッジとウエハエッジとの間の距離をエッジリンス幅と呼ぶ。

ウエハガイド３は、ステージ１９上に固定され、半導体ウエハ６を回転可能な状態で支持する。

ウエハガイド３は、直径φ４、５、６、８の複数インチサイズ対応のウエハ落とし込み形状を有する。半導体ウエハ６をセットする際の切り欠きがある。また、ウエハガイド３は、中心に固定ネジがあり、４方向（旋回角度９０度毎）にガイド摘みがあるため、半導体ウエハ６を旋回させて４方向（０、９０、１８０、２７０度）を測定することができる。

画像センサ固定ガイド２は、支柱１５と、固定板１６と、固定ネジ８とを備える。
固定板１６には、画像センサ１を固定できる。

支柱１５は、ステージ１９に固定される。
支柱１５は、Ｚ方向に一定の高さ毎に切り欠き部１８を有する。固定板１６は、支柱１５の切り欠き部１８に取り付け可能である。固定ネジ８は、固定板１６を支柱１５に対して固定する。

固定板１６を取り付ける支柱１５の切り欠き部１８の位置を変えることによって、半導体ウエハ６に対する画像センサ１のＺ方向の位置を調整して撮像範囲を調整できる。

支柱１５を軸に固定板１６をＸＹ平面で回転することによって、画像センサ１のＸ方向、およびＹ方向の位置を調整することができる。

画像センサ１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを内蔵し、レンズなどの光学系要素を備えるカメラであって、画像データを生成する。画像センサ１は、高画素（50メガピクセル以上）で分解能も高く、画像取り込みのトリガー信号を受信できる。画像センサ１の画像取り込み速度がデジタル可変式である。

画像センサ１は、コントローラ４を介して、計測用パーソナルコンピュータ５と接続される。画像センサ１とコントローラ４の間、およびコントローラ４と計測用パーソナルコンピュータ５の間は、通信ケーブル６９で接続される。コントローラ４は、画像センサ１からの信号を計測用パーソナルコンピュータ５で処理できる信号に変換する。コントローラ４は、計測用パーソナルコンピュータ５からの制御信号を画像センサ１が処理できる信号に変換する。

図４は、計測用パーソナルコンピュータ５の機能ブロック図である。
計測用パーソナルコンピュータ５は、画像処理部２０と、異常通知部２９とを備える。

画像処理部２０は、画像センサ１で得られた画像に基づいて、ウエハエッジとレジストエッジとを検出し、ウエハエッジとレジストエッジとの間の距離をエッジリンス幅として測定する。

画像処理部２０は、フィルタ演算部２１と、領域設定部２２と、テンプレート記憶部２３と、エッジ検出部２４と、エッジリンス幅算出部２８とを備える。

フィルタ演算部２１は、画像センサ１で得られた画像に含まれる半導体ウエハ６からの反射光の成分などのノイズ成分を除去する。

テンプレート記憶部２３は、検査レシピごとに予め定めたテンプレート画像を記憶する。検査レシピには、所望のレジスト膜厚条件など含む。

領域設定部２２は、フィルタ演算部２１から出力される画像の中の一部の領域を検査部分画像として設定する。領域設定部２２は、予め定められたテンプレート画像に一致する部分画像を検査部分画像として設定する。

エッジ検出部２４は、検査部分画像における画素の輝度成分に基づいて、ウエハエッジの位置とレジストエッジの位置を検出する。エッジ検出部２４は、波形変換部２５と、平均化部２６と、検出部２７とを備える。

波形変換部２５は、検査部分画像の一方向に沿った複数の画素の輝度成分からなる輝度波形を求める。

平均化部２６は、複数の輝度波形を平均化する。
検出部２７は、平均化された輝度波形と閾値と比較によって、ウエハエッジの位置とレジストエッジの位置とを検出する。

エッジリンス幅算出部２８は、ウエハエッジの位置とレジストエッジの位置との間の距離を算出して、算出した距離をエッジリンス幅とする。

異常通知部２９は、エッジリンス幅が予め定められた範囲外の場合に、異常を通知する。たとえば、異常通知部２９は、アラームを音声出力部３１または表示部３０に出力する。あるいは、異常通知部２９は、図示しない外部の装置へエラー信号を出力する。

図５は、計測用パーソナルコンピュータ５のハードウエハ構成図である。
計測用パーソナルコンピュータ５は、プロセッサ１１０と、メモリ１２０と、ＨＤ（HardDisk)１３０と、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）１４０と、ディスプレイ１５０と、スピーカ１６０と、ネットワークＩ／Ｆ１７０とを備える。

ＨＤ１３０またはＤＶＤ１４０は、ネットワークＩ／Ｆ１７０を通じて入力されるプログラムを記憶する。

画像処理部２０および異常通知部２９は、プロセッサ１１０がメモリ１２０に展開されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実行してもよい。表示部３０は、ディスプレイ１５０で実現される。音声出力部３１は、スピーカ１６０で実現される。

図６は、エッジリンス幅の自動測定手順を表わすフローチャートである。
ステップＳ１０１において、半導体ウエハ６をウエハガイド３にセットする。

ステップＳ１０２において、計測用ＰＣ５にて測定対象箇所（レジスト除去エッジからウエハエッジ含む領域）の画像データが取り込めるように、画像センサ１を固定している画像センサ固定ガイド２にてＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置調整を行う。

ステップＳ１０３において、画像センサ１が半導体ウエハ６を撮影する。
ステップＳ１０４において、計測用パーソナルコンピュータ５が、画像センサ１から出力される画像の処理および異常がある場合に異常処理を行なう。

ステップＳ１０５において、ウエハガイド３を９０度回転させる。
ステップＳ１０６において、４方向（０，９０，１８０，２７０度）を測定していない場合に（Ｓ１０６：ＮＯ）、処理がステップＳ１０２に戻る。４方向（０，９０，１８０，２７０度）を測定した場合に（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、処理が終了する。

図７は、図６のステップＳ１０４の画像処理および異常処理の手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ２０１において、フィルタ演算部２１は、画像センサ１で得られた画像のノイズ成分を除去する。

ステップＳ２０２において、領域設定部２２は、予め定められたテンプレート画像パターンに一致する部分画像を検査部分画像として設定する。

ステップＳ２０３において、波形変換部２５は、検査部分画像の一方向に沿った複数の画素の輝度成分からなる輝度波形を求める。

図８は、検査部分画像ＩＭＧ内の輝度波形の求め方を説明するための図である。
１つの輝度波形は、検査部分画像ＩＭＧ内の水平方向Ｈの１行に沿った画素の輝度成分からなる。検査部分画像の複数行の各々に対して、輝度波形が得られる。

図９は、複数の輝度波形の例を表わす図である。
ステップＳ２０４において、平均化部２６は、複数の輝度波形を平均化する。つまり、平均化部２６は、複数の輝度波形の各画素の輝度成分を、垂直方向Ｖに沿って平均化する。

ステップＳ２０５において、検出部２７は、平均化された輝度波形の大きさＩが閾値ＴＨと一致する２つの位置を検出し、それぞれレジストエッジの位置およびウエハエッジの位置とする。

図１０は、レジストエッジおよびウエハエッジの検出例を表わす図である。
図１０に示すように、輝度の大きさＩが閾値ＴＨと一致する２つの画素がレジストエッジおよびウエハエッジとして検出される。また、ウエハエッジよりも外側では、光が反射されないため、ウエハエッジの外側では、輝度の大きさＩが高くなる部分が存在しない。一方、レジストエッジよりも外側では、ウエハに照射した光が反射されるため、輝度の大きさＩが高くなる部分も存在する。よって、ウエハエッジとレジストエッジの識別も可能である。

ステップＳ２０６において、エッジリンス幅算出部２８は、ウエハエッジの位置とレジストエッジの位置の間の距離を算出し、算出した距離をエッジリンス幅とする。

ステップＳ２０７において、エッジリンス幅が予め定められた範囲外の場合に（Ｓ２０７：ＮＯ）、処理がステップＳ２０８に進み、エッジリンス幅が予め定められた範囲内にある場合に（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、処理が終了する。

ステップＳ２０８において、異常通知部２９は、異常を通知する。
以上のように、本実施の形態では、測定方法が顕微鏡による目合わせから自動測定となった結果、作業者による測定バラツキを無くすことができるとともに、測定効率を上げることができる。

また、本実施の形態では、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に画像センサ１の位置を調整出きる。

また、本実施の形態では、半導体ウエハ６のサイズに合わせて、画像センサ１の位置を自由に調整し、撮影範囲を決められるので、インチサイズが変わっても、エッジリンス幅の測定方法は同じである。

また、下地パターンの異なる製品に対して下地からのハレーション等による画像認識率低下の影響を抑えられるため、半導体ウエハを特定することなく測定ができるようになる。

また、レジストの種類および膜厚に関わらず、下地との色差およびコントラスト差を波形データによって検出できるため、レジスト塗布条件の制約が無くなる。

また、オンライン処理中の製品の半導体ウエハにおけるエッジリンス幅の管理が出来るようになる。エッジリンス幅が規格外となった時に、タイムリーに異常を検知できるので、後工程へ異常な半導体ウエハ６が流出されるのを防止できる。

なお、計測用パーソナルコンピュータ５によって得られた回転方向および位置情報に基づいて、塗布ユニットの偏心量を計算し、塗布ユニットのウエハ搬送アームのティーチング量を算出することもできる。

実施の形態２．
図１１は、塗布装置の構成を表わす図である。

塗布装置は、塗布ユニット７と、画像センサ１と、コントローラ４と、計測用パーソナルコンピュータ５とを備える。画像センサ１と、コントローラ４と、計測用パーソナルコンピュータ５とは、実施の形態１で説明したものと同様なので、説明を繰り返さない。

塗布ユニット７は、第１のノズル５１、第２のノズル５２と、ノズルアーム４５と、ノズル支持部４６と、移動部材１３と、ウエハ塗布ステージ１７と、カップ９と、レール１２と、固定板１６と、固定ネジ８とを備える。

第１のノズル５１は、半導体ウエハ６にレジスト液を吐出する。
第２のノズル５２は、半導体ウエハ６のウエハエッジ部分にリンス液を吐出する。

ノズルアーム４５は、第１のノズル５１を支持する。第１のノズル５１は、Ｚ軸方向に延びている。

ノズル支持部４６は、第２のノズル５２を支持する。第２のノズル５２は、Ｚ軸方向に延びており、ノズル支持部４６を軸に旋回動作できる。

ノズルアーム４５は、画像センサ１を支持する。画像センサ１を固定することができる固定板１６が、ノズルアーム４５の上部に固定ネジ８によって固定される。固定板１６をノズルアーム４５に取り付けるＺ軸方向の位置は、調整可能である。これによって、画像センサ１のＺ軸方向の位置の調整が可能である。

ノズルアーム４５が取り付けられる移動部材１３がレール１２に接触した状態でＹ方向に移動することができる。これによって、画像センサ１のＹ軸方向の位置の調整が可能である。

カップ９は、半導体ウエハ６から飛散または落下するレジスト液およびリンス液を受ける。

コントローラ４と計測用パーソナルコンピュータ５は、塗布ユニット７の外に設置される。コントローラ４は、塗布ユニット７内に配置される画像センサ１と、信号制御用の通信ケーブル６９で接続される。

たとえば、塗布レシピは、以下のような手順を含むことができる。
（１）ポジレジストを塗布する。

（２）その後、半導体ウエハ６を回転させながら、エッジリンス処理して、レジストを溶解させて除去する。

（３）その後、塗布ユニット７において半導体ウエハ６を一定時間静止する。
（４）半導体ウエハ６を９０度回転させる。

（５）４方向（０、９０、１８０、２７０度）について、（３）、（４）を繰り返す。
（３）の半導体ウエハ６が静止している間に、作業者が計測用パーソナルコンピュータ５を使用して、エッジリンス幅の自動測定を行うことができる。

画像センサ１と、コントローラ４と、計測用パーソナルコンピュータ５とを信号制御用の通信ケーブル６９で接続することによって、塗布ユニット７からの測定開始の信号を計測用パーソナルコンピュータ５が受信して、計測用パーソナルコンピュータ５がエッジリンス幅を自動測定することができる。これによって、作業者が測定開始のトリガーを計測用パーソナルコンピュータ５に与えることなく、エッジリンス幅を自動測定することができるため、測定効率が更に向上する。

以上のように、本実施の形態によれば、ウエハ塗布ステージ上でエッジリンス処理直後に半導体ウエハのエッジリンス幅の測定ができるので、従来の管理方法よりも作業性が改善する。

上述のように、実施の形態１および２では、エッジリンス幅を測定する装置について説明したが、これに限定するものではない。ウエハガイド３のウエハガイド幅を短くし、半導体ウエハ６のエッジ箇所で保持する形状に変更することで、半導体ウエハ６を逆さにセットすることで裏面のエッジ箇所における外観形状を撮影することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 画像センサ、２ 画像センサ固定ガイド、３ ウエハガイド、４ コントローラ、５ 計測用パーソナルコンピュータ、６ 半導体ウエハ、７ 塗布ユニット、８ 固定ネジ、９ カップ、１２ レール、１３ 移動部材、１５ 支柱、１６ 固定板、１７ ウエハ塗布ステージ、１８ 切り欠き部、１９ ステージ、２０ 画像処理部、２１ フィルタ演算部、２２ 領域設定部、２３ テンプレート記憶部、２４ エッジ検出部、２５ 波形変換部、２６ 平均化部、２７ 検出部、２８ エッジリンス幅算出部、２９ 異常通知部、３０ 表示部、３１ 音声出力部、４５ ノズルアーム、４６ ノズル支持部、５１ 第１のノズル、５２ 第２のノズル、６９ 通信ケーブル、１１０ プロセッサ、１２０ メモリ、１３０ ＨＤ、１４０ ＤＶＤ、１５０ ディスプレイ、１６０ スピーカ、１７０ ネットワークＩ／Ｆ。

Claims (9)

1. 半導体ウエハを撮影する画像センサと、
   前記画像センサで得られた画像に基づいて、ウエハエッジとレジストエッジとを検出し、前記ウエハエッジと前記レジストエッジとの間の距離をエッジリンス幅として測定する画像処理部とを備えるエッジリンス幅測定装置。
2. 前記画像処理部は、
   前記画像センサで得られた前記画像のノイズ成分を除去するフィルタと、
   前記フィルタから出力される画像の中の一部の領域を検査部分画像として設定する領域設定部と、
   前記検査部分画像における画素の輝度成分に基づいて、前記ウエハエッジの位置と前記レジストエッジの位置を検出するエッジ検出部と、
   前記ウエハエッジの位置と前記レジストエッジの位置とに基づいて、前記エッジリンス幅を算出するエッジリンス幅算出部とを含む、請求項１記載のエッジリンス幅測定装置。
3. 前記エッジ検出部は、
   前記検査部分画像の一方向に沿った複数の画素の輝度成分からなる輝度波形を求める波形変換部と、
   複数の前記輝度波形を平均化する平均化部と、
   平均化された前記輝度波形と閾値とを比較することによって、前記ウエハエッジと前記レジストエッジの位置を検出する検出部とを含む、請求項２記載のエッジリンス幅測定装置。
4. 前記領域設定部は、予め定められたテンプレート画像に一致する部分画像を前記検査部分画像として設定する、請求項２記載のエッジリンス幅測定装置。
5. 前記テンプレート画像は、前記半導体ウエハの検査レシピ毎に異なる、請求項４記載のエッジリンス幅測定装置。
6. 前記エッジリンス幅が定められた範囲外の場合に、異常を通知する異常通知部を備える、請求項１記載のエッジリンス幅測定装置。
7. 前記半導体ウエハを回転可能な状態で支持するウエハガイドと、
   一定高さ毎に切り欠き部が設けられた支柱と、
   前記支柱の切り欠き部に取り付け可能で、かつ前記支柱を軸に回転可能で、前記画像センサを固定可能な固定板と、
   前記固定板を前記支柱に対して固定するネジとを備える、請求項１記載のエッジリンス幅測定装置。
8. 画像センサが、半導体ウエハを撮影するステップと、
   前記画像センサで得られた画像に基づいて、ウエハエッジとレジストエッジとを検出し、前記ウエハエッジと前記レジストエッジとの間の距離をエッジリンス幅として測定するステップとを備えるエッジリンス幅測定方法。
9. 半導体ウエハを撮影する画像センサと、
   前記画像センサで得られた画像に基づいて、ウエハエッジ端とレジストエッジ端とを検出し、前記ウエハエッジ端と前記レジストエッジ端との間の距離をエッジリンス幅として測定する画像処理部と、
   前記半導体ウエハにレジスト液を吐出するための第１のノズルと、
   前記半導体ウエハにリンス液を吐出するための第２のノズルと、
   前記第１のノズルを支持するノズルアームと、
   前記第２のノズルを支持するノズル支持部とを備え、
   前記画像センサが、前記ノズルアームによって支持される、レジスト塗布装置。