JP3910032B2

JP3910032B2 - 基板現像装置

Info

Publication number: JP3910032B2
Application number: JP2001291206A
Authority: JP
Inventors: 修玉田; 雅和真田; 実信松永
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: JP2003100597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハや液晶表示装置用のガラス基板（以下、単に基板と称する）に被着された感光性被膜に対して現像処理を施す基板現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板に対するフォトリソグラフィによる塗布被膜へのパターニングは、塗布装置による塗布液の塗布、熱処理装置による塗布後ベーク、露光装置による露光、熱処理装置による露光後ベーク、基板現像装置による現像、熱処理装置による現像後ベークを順に施すことで行われている。その後、パターン寸法が所望の精度で形成されているか否かを判断するために、ＣＤ(Critical Dimension)の確認が行われる。
【０００３】
ＣＤの確認には一般的にＣＤ用のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）が用いられており、パターン寸法を測定し、それが所望精度を満たしていない場合には、被膜を剥離した後に上述した処理を再び行う「リワーク」と呼ばれる作業を行う。なお、一般的には、パターン精度が向上するようにレシピ等を調整した後にリワークを行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置はＣＤの確認のためにＣＤ−ＳＥＭが使われており、現像後ベークを終えた基板をＣＤ−ＳＥＭに移動して測定する。そのため測定結果が得られるまでは基板現像装置を停止せざるを得ず、稼働時間が低下するという問題がある。なお、精度測定用のパイロット基板を用いて確認が行われた後に、製品用の基板に対して現像処理が行われる場合もあるが、その場合であっても寸法が所望精度を満たしていない場合には所望精度が得られるまでパイロット基板に対してリワークを行う必要がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、ＣＤ−ＳＥＭを基板現像装置に組み込むという提案もなされている。しかし、ＳＥＭの動作原理上、安定した電子ビームを得るためにはチャンバを減圧する必要があるので、測定に長時間を要するという問題がある。そのため、やはり上述の同様の問題が生じる。
【０００６】
また、ＣＤ−ＳＥＭは非常に高価であるので、これを基板現像装置に一体的に取り付けるとなると装置コストが高くなるという問題もある。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、反射光に基づいてパターン寸法の適否を判断することにより、装置の稼働率を向上させることができ、しかも比較的コストで実現可能な基板現像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、基板に対して現象処理を施す基板現像装置において、基板を吸着保持するスピンチャックと、現像された被膜のパターン寸法を反射光に基づき測定するとともに、パターン寸法の適否を判定するための測定手段と、前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には警報を発する警報手段と、を備え、前記測定手段は、前記スピンチャック上の基板に対して光を照射する多波長光源と、前記スピンチャック上の基板からの反射光を分光する分光器と、前記分光器からの出力を処理して、現像された被膜のパターン寸法を求めるとともにパターン寸法の適否を判定する画像処理手段と、を備え、基板に対して前記スピンチャック上で現像・リンスが終了した後に、判定することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板現像装置において、前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、処理を停止することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の基板現像装置において、さらに、オペレータが操作する操作部を備え、前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、同じロットの残りの基板に対して、不適であると判定された基板と同じ処理を施すか、中止するかの選択について、オペレータによる判断を前記操作部から受け付けることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板現像装置において、前記画像処理手段は、測定された分光反射スペクトルに基づきパターン寸法の適否を判定することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板現像装置において、前記画像処理手段は、測定された特定波長の反射光強度に基づきパターン寸法の適否を判定することを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
すなわち、基板現像装置に内蔵された測定手段が反射光に基づきパターン寸法を測定してその適否を判定する。すなわち、測定手段の多波長光源からの光が基板の塗布被膜被着面で反射し、それが分光器で分光される。分光された光は画像処理手段により処理される。そして、パターン寸法が不適である場合には警報手段が警報を発するので、パターン寸法測定のために基板を別体の測定装置に移動させることなく現像処理が適切に行われたかを判断することができ、しかもＳＥＭを用いないのでコストを抑制できる。したがって、装置の稼働率を向上させることができ、比較的低コストで実現することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、処理を停止する。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、同じ処理を施すか、中止するかの選択について、オペレータによる判断を操作部から受け付ける。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、画像処理手段は、測定された分光反射スペクトルがパターン寸法ごとに異なることに基づきパターン寸法の適否を判定する。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、画像処理手段は、測定された反射光強度がパターン寸法ごとに異なることに基づきパターン寸法の適否を判定する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
図１はこの発明の一実施例に係り、その要部を示した斜視図である。
【００１９】
スピンチャック１は、基板Ｗを水平姿勢に吸着保持する。このスピンチャック１は、電動モータ３の回転軸に連結されており、電動モータ３が駆動されると鉛直軸周りに回転される。
【００２０】
基板Ｗの側方にあたる待機位置には、現像ノズル５とリンスノズル７が配置されている。これらのノズル５，７は、図示しない移動機構によって図中に二点鎖線で示す方向に対して基板Ｗの表面に沿って移動される。また、図示省略しているが、それぞれの下面には、上記移動方向に直交する方向に長辺を有するスリット状の開口部を備えている。現像ノズル５は電磁開閉弁９を介して現像液供給源に連通接続されており、リンスノズル７は電磁開閉弁１１を介してリンス液供給源に連通接続されている。
【００２１】
上述した現像ノズル５及びリンスノズル７の移動方向付近には、基板Ｗの側方に離れた「待機位置」と基板Ｗの周辺部上方にあたる「測定位置」とにわたって移動可能であり、測定位置付近においてある一定範囲を自在に移動可能に構成された光学ヘッド１３が配備されている。この光学ヘッド１３は、詳細は後述するが、基板Ｗの表面における反射光を測定するものである。
【００２２】
上述した電動モータ３と、現像ノズル５と、リンスノズル７と、電磁開閉弁９と、電磁開閉弁１１と、光学ヘッド１３とは、コントローラ１５によって制御されている。
【００２３】
図２を参照して光学ヘッド１３とコントローラ１５について詳細に説明する。なお、図２は、それらの詳細を示したブロック図である。
【００２４】
基板Ｗの上方にあたる光学ヘッド１３の下部には、光源部１７が配備されている。光源部１７から横向きに射出された光はビームスプリッタ１９により下方に反射されて対物レンズ２１を通り、基板Ｗに対して照射される。
【００２５】
光源部１７は、ハロゲンランプまたはハロゲンランプ及び重水素ランプを備えたランプ１７ａと、複数個のレンズ１７ｂとを備えており、可視光または紫外光を含んだ可視光を射出する。
【００２６】
基板Ｗからの反射光は、再び対物レンズ２１を通るとともに、その上方の光軸上に配備されたビームスプリッタ１９を透過し、その上方に配備されているチューブレンズ２３により集光されて分光ユニット２５に入射される。
【００２７】
また、分光ユニット２５とチューブレンズ２３の間には、プリズム２７が配備されており、基板Ｗからの反射光の一部を取り出すようになっている。取り出された反射光の一部は、撮像ユニット２９に導かれ、レンズ２９ａを介して所定位置に集光される。集光位置には撮像素子２９ｂが配設されており、測定領域の画像信号が画像処理部３１に出力される。
【００２８】
画像処理部３１は、入力された画像信号に所定の処理を施してＩ／Ｏ３３に出力する。出力された画像信号は、ＣＰＵやメモリを内蔵した制御部３５の制御によりディスプレイ装置３７に出力される。オペレータは、このようにして表示される画像を見ながら、操作部３９を操作して光学ヘッド１３を移動させ、基板Ｗ表面の測定パターンがある位置に測定領域を移動して測定を行う。
【００２９】
分光ユニット２５は、反射光の入射位置にピンホールが形成されたプレート２５ａと、このプレート２５ａの上方に配備されて反射光を分光する凹面回折格子２５ｂと、この凹面回折格子２５ｂによって分光された回折光の分光光強度を検出する光検出器２５ｃとを備える。光検出器２５ｃは、例えば、フォトダイオードアレイやＣＣＤなどにより構成されており、プレート２５ａに形成されているピンホールと共役な関係に配置されている。したがって、分光ユニット２５に入射した反射光は、凹面回折格子２５ｂで分光され、この光の分光光強度に対応した信号が光検出器２５ｃから分光反射スペクトルとしてデータ処理部４１に出力される。
【００３０】
データ処理部４１は、操作部３９を介してのオペレータの指示に基づく制御部３５からの制御信号に応じて処理を行う。簡単に説明すると、まず、予め複数枚の基板Ｗに同一のパターン寸法測定用の測定パターンを含む製品パターンを形成する。なお、そのときの塗布条件、現像条件などをパターン寸法がある程度変動するように異ならせた上で現像・リンスまでの処理を施しておく。そして、全ての基板Ｗについて分光反射スペクトルを測定するとともに、ＣＤ−ＳＥＭなどを用いて各基板Ｗのパターン寸法を測定しておく。次に、パターン寸法と分光反射スペクトルとを対応付けた検量線データを予め作成しておき、これをデータ処理部４１に記憶しておく。
【００３１】
なお、この検量線データは、フォトリソグラフィの工程、基板Ｗの種類、塗布被膜の種類など、分光反射スペクトルとパターン寸法の関係が変わるごとに作成しておくことが好ましい。
【００３２】
そして、実際の製品である基板Ｗの処理の際には、現像・リンス後の基板Ｗで分光反射スペクトルを測定し、データ処理部４１がその分光反射スペクトルと検量線データとから対応するパターン寸法を求める。その結果、所望精度を満たしていない場合には、警報としてディスプレイ装置３７に対して所定の表示を行うようになっている。
【００３３】
なお、上述した光学ヘッド１３が本発明における測定手段に相当し、ディスプレイ装置３７が警報手段に相当する。また、光源部１７が多波長光源に相当し、凹面回折格子２５ｂが分光器に相当し、データ処理部４１が測定手段及び画像処理手段に相当する。
【００３４】
次に、図３のフローチャートを参照して、上述した装置による処理の詳細について説明する。なお、図３のフローチャートは、現像・リンス後の処理だけを示している。
【００３５】
まず、以下の処理が既に行われているものとする。
現像ノズル５及びリンスノズル７並びに光学ヘッド１３が待機位置に移動されている状態で、測定パターンを含む製品パターンが露光された基板Ｗがスピンチャック１に吸着保持される。そして、基板Ｗを静止させた状態で、電磁開閉弁９を開放して一定流量で現像液を現像ノズル５から吐出させながら、現像ノズル５を基板Ｗの表面に沿って一定の速度で移動させる。これにより基板Ｗの表面に一定量の現像液が液盛りされる（パドル現像と呼ばれる）。この状態を一定時間だけ保持した後、電動モータ３を数秒間回転させて現像液を振り切るとともに、回転が停止したら、電磁開閉弁１１を開放してリンス液（純水）を一定流量でリンスノズル７から吐出させながら、リンスノズル７を基板Ｗの表面に沿って移動させる。これによって基板Ｗの現像作用が停止される。その後、所定時間だけ電動モータ３を回転させて、基板Ｗを振り切り乾燥させる。
【００３６】
ステップＳ１
このような現像・リンスが終了した時点で、制御部３５の制御の下で、自動的に光学ヘッド１３が待機位置から図１に実線で示すような位置に移動する。そして、オペレータはディスプレイ装置３７に映し出される基板Ｗの表面を確認しつつ、操作部３９を介して光学ヘッド１３を基板Ｗ上の測定パターンがある位置に測定領域を移動させる。
【００３７】
ステップＳ２
光学ヘッド１３の測定領域が測定パターン上に位置した場合には、オペレータが操作部３９を介して測定開始を指示する。すると、データ処理部４１は、分光ユニット２５からの出力を処理して、分光反射スペクトルを測定する。
【００３８】
なお、データ処理部４１にてパターンマッチングを行いながら、電動モータ３と図示しない光学ヘッド３の移動手段を制御して、基板Ｗ上の測定パターンを探させて光学ヘッド１３が測定パターン上に位置したら自動的に分光反射スペクトルを測定するようにしてもよい。
【００３９】
ステップＳ３
データ処理部４１は、測定した分光反射スペクトルと、予め記憶してある検量線データとに基づいて測定パターンにおけるパターン寸法を求める。
【００４０】
ステップＳ４
データ処理部４１は、求めたパターン寸法と本来必要な寸法とを比較して、所望精度を満たしているか否かを判断する。なお、本来必要な寸法と所望精度（例えば、±５％の精度）は、予め操作部３９を介して設定されているものとする。精度を満たしている場合には、ステップＳ５に移行して次の基板Ｗの処理に移る。その一方、精度を満たしていない場合には、ステップＳ６に移行して警報に相当する表示をディスプレイ装置３７に表示するとともに、処理を停止してオペレータに判断を委ねる。
【００４１】
すなわち、オペレータは、パターン寸法の精度に問題が生じたので、同じロットの残りの基板全てに対して取り敢えず同じ処理を施すか、この時点で同じロットの残りの基板に対する処理を中止するかを選択し、それに応じた操作を行った後に塗布被膜の剥離処理を行うリワークを行う。
【００４２】
このように基板現像装置に内蔵された光学ヘッド１３及びデータ処理部４１が分光反射スペクトルに基づきパターン寸法を測定してその適否を判定する。そして、パターン寸法が不適である場合には警報を発するので、パターン寸法測定のために基板を測定装置に移動させることなく現像処理が適切に行われたかを判断することができ、しかもＳＥＭを用いないのでコストを抑制できる。したがって、基板現像装置の稼働率を向上させることができるとともに、比較的低コストで実現することができる。
【００４３】
なお、本発明は、次のように種々の変形実施が可能である。
【００４４】
（１）上記の説明では、画像処理手段に相当するデータ処理部４１が分光反射スペクトルに基づきパターン寸法の適否を判断しているが、これに代えて特定波長の反射光強度を用いてもよい。これはパターン寸法ごとに特定波長の反射光強度が異なる特性を利用したものである。もちろん、処理に先立ってパターン寸法ごとに特定波長の反射光強度を測定して、検量線データとして保存しておく必要がある。
【００４５】
この場合、比較的簡単な処理で実現でき、データ処理部４１の負荷を軽くすることができる。その一方、先に述べた分光反射スペクトルに基づき判断する場合は、高精度な判断が可能である。したがって、先に述べたスペクトルと反射光強度とは、求める精度に応じて使い分けることが好ましい。
【００４６】
（２）上述した基板現像装置に加えて塗布装置、加熱・冷却装置、搬送装置など複数種類の処理装置を備えた基板処理装置の場合には、基板現像装置に隣接する位置に上述した光学ヘッド１３を備えた測定装置を備える構成としてもよい。この場合には、基板現像装置と測定装置とが本発明おける基板現像装置に相当する。このように構成した場合には、基板現像装置で現像を終えた基板を搬送装置で測定装置に搬送した後に上述した処理を行えばよい。
【００４７】
（３）スリット状の開口部を備えた現像ノズル５及びリンスノズル７によりパドル現像を行う装置を例に採ったが、これに代えて円形状の開口部を有する現像ノズル及びリンスノズルを備え、基板Ｗを回転させつつ現像液等を供給する現像方式の基板現像装置にも適用可能である。
【００４８】
（４）基板Ｗの表面のうち光学ユニット１３が移動可能な範囲を視野とするＣＣＤカメラを配備しておき、撮影した基板Ｗ表面の画像をデータ処理部４１で処理することで基板Ｗ上の測定パターンがある位置を求め、その位置に電動モータ３及び光学ヘッド１３を移動させるようにしてもよい。これにより現像後のパターン測定を自動で迅速に行うことが可能となる。
【００４９】
（５）警報手段としては、ディスプレイ装置３７に代えてランプなどの発光手段や音声発生手段などを採用してもよく、さらに複数の手段を組み合わせてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、基板現像装置に内蔵された測定手段が反射光に基づきパターン寸法を測定してその適否を判定する。具体的には、測定手段の多波長光源からの光が基板の塗布被膜被着面で反射し、それが分光器で分光された後に画像処理手段により処理される。したがってＳＥＭを用いることなく、光強度に基づいてパターン寸法の適否について判断することができる。そして、パターン寸法が不適である場合には警報手段が警報を発するので、パターン寸法測定のために基板を測定装置に移動させることなく現像処理が適切に行われたかを判断することができ、しかもＳＥＭを用いないのでコストを抑制できる。したがって、装置の稼働率を向上させることができるとともに、比較的低コストで実現することができる。
【００５１】
請求項２に記載の発明によれば、測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、処理を停止する。
【００５２】
請求項３に記載の発明によれば、測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、同じ処理を施すか、中止するかの選択について、オペレータによる判断を操作部から受け付ける。
【００５３】
請求項４に記載の発明によれば、測定された分光反射スペクトルがパターン寸法ごとに異なる特性を利用してパターン寸法の適否を判定するので、高精度に判断することができる。
【００５４】
請求項５に記載の発明によれば、測定された反射光強度がパターン寸法ごとに異なる特性を利用してパターン寸法の適否を判定するので、比較的簡単な処理で実現でき、測定手段の負荷を軽くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る基板現像装置の要部を示す斜視図である。
【図２】コントローラ及び光学ヘッドの詳細構成を示すブロック図である。
【図３】動作説明に供するフローチャートである。
【符号の説明】
Ｗ … 基板
１ … スピンチャック
３ … 電動モータ
５ … 現像ノズル
７ … リンスノズル
１３ … 光学ヘッド（測定手段）
１５ … コントローラ
１７ … 光源部（多波長光源）
２５ … 分光ユニット
２５ｂ … 凹面回折格子（分光器）
３７ … ディスプレイ装置（警報手段）
４１ … データ処理部（測定手段、画像処理手段）

Claims

基板に対して現象処理を施す基板現像装置において、
基板を吸着保持するスピンチャックと、
現像された被膜のパターン寸法を反射光に基づき測定するとともに、パターン寸法の適否を判定するための測定手段と、
前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には警報を発する警報手段と、
を備え、
前記測定手段は、
前記スピンチャック上の基板に対して光を照射する多波長光源と、
前記スピンチャック上の基板からの反射光を分光する分光器と、
前記分光器からの出力を処理して、現像された被膜のパターン寸法を求めるとともにパターン寸法の適否を判定する画像処理手段と、
を備え、基板に対して前記スピンチャック上で現像・リンスが終了した後に、判定する
ことを特徴とする基板現像装置。
請求項１に記載の基板現像装置において、
前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、処理を停止することを特徴とする基板現像装置。
請求項１または請求項２に記載の基板現像装置において、
さらに、オペレータが操作する操作部を備え、
前記測定手段がパターン寸法を不適であると判定した場合には、同じロットの残りの基板に対して、不適であると判定された基板と同じ処理を施すか、中止するかの選択について、オペレータによる判断を前記操作部から受け付けることを特徴とする基板現像装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板現像装置において、
前記画像処理手段は、測定された分光反射スペクトルに基づきパターン寸法の適否を判定することを特徴とする基板現像装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の基板現像装置において、
前記画像処理手段は、測定された特定波長の反射光強度に基づきパターン寸法の適否を判定することを特徴とする基板現像装置。