JP4118071B2

JP4118071B2 - レジスト外周除去幅検査装置

Info

Publication number: JP4118071B2
Application number: JP2002092260A
Authority: JP
Inventors: 栄二米澤; 格青山
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP2003289035A; US20030222231A1; US7009196B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等のフォト工程におけるレジストの外周除去幅の適否を検査するレジスト除去幅検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体ウエハのパターンのフォト工程においては、ウエハにレジストを塗布し、これに写真技術によってパターンを露光し、現像することで微細なパターンをウエハ上に形成する。この際、ウエハ外周に付いたレジストはキャリアと接触して発塵の可能性があるため、レジストの塗布後にウエハ外周から一定の幅でレジストを除去する（ＥＢＲ：edge bead Remover）。このとき、レジストを余計に除去し過ぎると、本来のレジストパターンに影響が出てしまうが、除去幅が狭いと発塵の原因となる。このため、レジストの除去幅が適切であるかを検査する必要がある。従来は、ウエハに光りを当て、オペレータが反射光の色変化を見てレジストのエッジ（境界位置）を見分け、その位置や形状から合否を判定する目視検査であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、オペレータによる目視検査は、オペレータ自身による発塵の影響や、個人差による検査のバラツキがあった。また、検査結果は合否判定だけであり、検査内容の数値による管理はできなかった。このため、レジスト外周除去幅の検査の自動化が望まれている。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、レジスト外周除去幅の検査の自動化が可能な検査装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）被検査基板に塗布されたレジストが被検査基板外周から所定の許容幅で除去されているかを検査するレジスト外周除去幅検査装置であって、被検査基板の外周部を照明する照明手段であって、照明波長を異なる波長に変える波長可変手段を持つ照明手段と、該照明手段により照明された被検査基板の外周部での反射光を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された光強度特性に基づいてレジスト除去幅の適否を判定する判定手段であって、前記所定の許容幅の外周側と内周側の近傍位置において、前記波長可変手段により照明波長を変えたときに検出される波長特性と予め得られている基準の波長特性とを比較し、その比較結果に基づいてレジスト除去幅の適否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
（２）（１）の判定手段は、被検査基板の外周部における複数箇所で検出されたレジスト除去幅方向の光強度の変化特性に基づいてレジスト境界位置を検出する境界検出手段と、該検出結果に基づいて被検査基板の外周方向に対するレジスト境界のうねりを求める演算手段とを備え、レジスト境界位置の検出結果に基づいてレジストの除去幅の適否を判定し、うねりの演算結果に基づいてレジスト除去形状の適否を判定することを特徴とする。
（３）（２）の判定手段は、さらに前記境界検出手段によりレジスト境界位置が検出されなかった箇所の途切れに基づいてレジスト除去幅の適否を判定することを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る検査装置の概略構成を示す図である。
１はＸＹスージ２２に載置された被検査基板のウエハＷを照明するための照明光学系を示し、照明ユニット２及びウエハＷより一回り大きなコリメータレンズ９を備える。１０は照明光学系１により照明されたウエハＷからの反射光を受光する検出光学系であり、照明光学系１と共用されるコリメータレンズ９、ＣＣＤカメラ１１を備える。
【０００７】
検出光学系１０の光軸は、コリメータレンズ９の光軸を挟んで照明光学系１の光軸と対称になるように配置されており、ＣＣＤカメラ１１は照明光学系１により照明されたウエハＷからの正反射光によりウエハＷの検査面を撮像する。また、照明光学系１の光軸は、照明ユニット２とＣＣＤカメラ１１との干渉を避けつつ、ウエハＷをほぼ垂直な方向から照明するようにコリメータレンズ９の光軸に対して傾けられて配置されている。なお、コリメータレンズ９の光軸と照明光学系１の光軸とを一致させて、ウエハＷを垂直方向から照明するとともに、ハーフミラーを使用して検出光学系１０の光軸も同軸にすることにより、照明ユニット２とＣＣＤカメラ１１との干渉を避けつつ、正反射光によりウエハＷの検査面を撮像する構成とすることもできる。
【０００８】
照明ユニット２は、光源であるハロゲンランプ３、グレーティング４、スポット開口を持つアパーチャ５、拡散板６、７を有する。ハロゲンランプ３はスペクトル特性が既知の広帯域の光を発する。グレーティング４の傾き角度を駆動部８によって変化させることにより、グレーティング４の回折により所期する中心波長を持つ狭帯域光のみが、アパーチャ５の開口に集光して通過するように選択される。アパーチャ５を通過した光は２枚の拡散板６、７によって拡散し、輝度が十分に均一な拡散照明光とされる。拡散板７を発した照明光は、コリメータレンズ９によって略平行とされた後、ウエハＷに照射される。
【０００９】
照明光学系１に照明されたウエハＷからの正反射光は、コリメータレンズ９により収束され、ウエハＷの全面の像がＣＣＤカメラ１１により撮像される。ＣＣＤカメラ１１からの映像信号は画像処理部２０に入力される。画像処理部２０は、ＣＣＤカメラ１１からの映像信号にＡ／Ｄ変換等の所定の処理を施した後、ノイズ除去、ＣＣＤカメラ１１が持つ撮像素子の感度補正等の必要な前処理を施し、ウエハＷのレジスト外周除去幅の検査データを得てその適否を判定する。２０ａは画像処理部２０が持つ記憶部、２１は検査条件等を入力する入力部、２２は検査結果を表示するディスプレイである。２５は制御部であり、画像処理部２０、ＸＹステージ２２をＸＹ移動する駆動部２３、グレーティング４の駆動部８が接続されている。
【００１０】
次に、本装置におけるレジスト除去幅の検査について説明する。レジストの外周が除去されたウェハＷを、図示なき搬送装置によりＸＹスージ２２に載置し、照明光学系１及び検出光学系２と所定の位置関係に配置する。制御部２５は駆動部８によりグレーティング４の傾き角度を順次変え、ウェハＷを異なる照明波長で照明する。照明波長（中心波長）は４７０ｎｍ〜８５０ｎｍの範囲で、１６種類に変化させるものとする。画像処理部２０は、制御部２５の制御による照明波長の変化に同期させ、カメラ１１で撮像されるウェハＷの１６枚の画像を順次記憶部２０ａに取り込む。
【００１１】
全ての画像の取り込みができたら、画像処理部２０はレジスト除去幅の検査プログラムを実行する。以下、この検査プログラムの手順を説明する（図２，３のフローチャート参照）。なお、レジスト境界が位置すべき許容幅Ｒｓは、ウェハ外周端から３．０±０．５ｍｍであるものとする（図４参照）。
【００１２】
まず、オープニング処理として、波長を変化させた１６枚の画像について、ウエハ円周上の指定位置３箇所以上でレジスト境界の指定範囲より広い範囲の解析領域を切り出す（ステップ１）。例えば、ウエハ中心に１２０度間隔の３方向で、ウエハ外周端から１〜５ｍｍ内側の長さと円周方向に１０ｍｍの幅を持つ解析領域Ａｓの画像を切り出す（図４参照）。
【００１３】
１６枚の画像からそれぞれ３箇所で切り出した解析領域Ａｓの各画像を処理し、１２０度間隔のライン上で、許容幅Ｒｓより僅かに内側（ウエハ中心側）及び外側（ウエハ外周側）に外れて位置する画素ＰＥ１、画素ＰＥ２の２箇所（図４参照）における光強度の波長特性データをそれぞれ得る（ステップ２）。図５は１箇所における波長特性の例であり、縦軸に光強度を、横軸に波長をとっている。レジストがある場合、検出光は干渉光となる。
【００１４】
合計６箇所の波長特性について、同様にして得た良品の波長特性データ（基準の波長特性データ）と比較し（ステップ３）、その類似度とシフト量で波長特性の相関を判定する（ステップ４）。類似度は、検査個所の波長特性データを光強度の変化方向および波長方向に移動し、良品の波長特性データとの光強度差の絶対値の和が最も小さくなる値として計算する。シフト量は、絶対値の和が最も小さくなる時の波長方向への移動量として計算する（図６参照）。このとき波長方向への移動は、照明波長の１波長変化分を複数段階に分け、これを２波長分まで行うものとする。類似度とシフト量が所定の許容範囲から外れている箇所があれば、波長特性検査の不合格とする（ステップ５）。類似度が低い場合にはレジストの有無状態に問題がある可能性があり、シフト量はレジストの塗布厚の違いを主に反映しているので、２種類の数値で判定することにより、判定の自由度が高くなる。これらの数値に問題がなければ、画像の切り出し位置においてはレジスト境界位置が許容範囲内に存在しているものとして保証できる。
【００１５】
次にレジスト除去範囲を特定するため、ステップ１で切り出した解析領域Ａｓの各画像について、レジスト境界位置を検出する（ステップ６）。ここでは、各切り出し画像において、ウエハ外周と平行方向に光強度を平均化し、ウエハ中心からの距離方向である経線方向の光強度変化からレジスト境界位置を検出する（図７参照）。レジスト塗布部とその外側の下地とでは光強度差が現われるので、光強度の変化が最も急な位置をレジストの境界位置とする。前工程のレジスト境界も存在する場合は、複数の境界位置（図７のＣ１、Ｃ２）を検出する。ウエハ外周と平行な方向の平均化により、経線方向の成分が薄くなり、ウエハ外周と平行な方向の要素のみを取り出すことができる。
【００１６】
１６枚の各解析領域Ａｓで検出されたレジスト境界位置の内、最も内側（ウェハ中心側）のレジスト境界位置と最も外周側のレジスト境界位置を、３箇所の解析領域Ａｓ毎に抽出する（ステップ７）。各解析領域Ａｓで最も内側のレジスト境界位置の３点を通る最小円（以下、最小ＥＢＲ円とする）と、最も外周側のレジスト境界位置の３点を通る最大円（以下、最大ＥＢＲ円とする）を計算する（ステップ８）。この最小ＥＢＲ円と最大ＥＢＲ円の位置データは、各円のウェハ中心（既知の座標）に対する偏心量を求め、ウェハ中心を基準とした位置データに変換する。最小ＥＢＲ円と最大ＥＢＲ円が、それぞれ許容幅Ｒｓ以内に収まっているかにより、レジスト除去幅の適否を判定する（ステップ９）。許容幅Ｒｓから外れている場合は円周検査不合格とする（ステップ１０）。
【００１７】
次に、レジスト境界のうねり状態と途切れ状態の検査に移る。最小ＥＢＲ円で検出されるレジスト境界付近（０．２５ｍｍ）の光強度差が大きい３波長の画像を、波長を変化させた１６枚の中から選択する（ステップ１１）。選択された波長の３枚の各ウェハ全体画像について、ＥＢＲ円の円周方向に沿って所定の幅毎（例えば、０．５ｍｍ毎）に画像を切り出す（ステップ１２）。切り出し画像の経線方向の長さについては、レジスト境界のうねりが実際に０．５ｍｍ程度とすれば、最小ＥＢＲ円を中心に２ｍｍの長さで切り出す。なお、ウエハ外周上にパターンが形成されない部分は、パターン露光後にレジストが除去されるので、画像の切り出しの対象から外しても良い。
【００１８】
各切り出した画像について、前述と同じ要領でレジスト境界位置を検出する（ステップ１３）。ただし、ここでは円周方向に平行な方向での平均化をせずに、サブピクセル単位で境界位置を検出する。レジスト境界位置が存在しない場合は、「境界途切れ」とする。
【００１９】
レジスト境界位置が検出された切り出し画像については、最小ＥＢＲ円に対するレジスト境界位置の傾き角θ（図８参照）を計算する（ステップ１４）。各切り出し画像上のＥＢＲ円及びレジスト境界位置は近似的に直線と見なす。３波長分の画像における全ての傾き角θの絶対値を集計した後、これを平均することにより「うねり角」を計算する（ステップ１５）。多層構造のために１つの切り出し画像にレジスト境界位置が複数ある場合は、その傾き角θも加えて平均計算する。得られたうねり角が所定の許容範囲にあるかにより、レジスト除去形状の適否を判定する（ステップ１６）。なお、多層構造の場合、うねり角は前工程の検査で得られているうねり角分をオフセットして使用する。うねり角が許容範囲から外れていれば、うねり検査不合格とする（ステップ１７）。
【００２０】
また、境界途切れについては、連続して存在する箇所の長さとその位置を検出する（ステップ１８）。境界途切れ長さが所定の許容範囲にあるかを判定する（ステップ１９）。検査精度を高めるため、判定に使用する境界途切れの長さは、違う波長のウェハ画像で同一箇所が２箇所以上見つかった場合に、その連続箇所の最大値を使用するものとする。境界途切れの長さが許容範囲から外れている場合は途切れ検査不合格とする（ステップ２０）。
【００２１】
以上により各検査が終了したら、各検査の判定結果と判定に使用した各数値データを出力する（ステップ２１）。ディスプレイ２２には出力結果が表示される。また、判定結果や数値データは記憶部２０ａに記憶され管理される。合否判定に使用した検査数値も同時に得られるので、不合格品に対する製造工程の是正処置や不良発生の予防処置を行い易くなる。
【００２２】
なお、本装置は、ウェハＷに形成された繰返しパターンの欠陥をマクロ的に検査する機能を合わせ持った装置である。画像処理部２０は、前述のようにカメラ１６で撮像されたウェハＷの全体画像（波長を変化させた１６枚の画像）を画像処理して、キズやゴミ、レジスト塗布不良、各種パターンの欠陥を検出する。繰返しパターンの欠陥は、パターンの位置関係を同じにした複数の画像や基準パターンとのパターンマッチングの処理により検出できる。欠陥の検出処理についての詳細は、本出願人による特開平11-194098号公報、特開2000-28536号公報等を参照されたい。レジスト除去幅の検査は、マクロ検査で使用した画像を処理して一連の検査処理の中で行えるので、高スループットの検査が可能になる。もちろん、レジスト除去幅の検査装置は、マクロ検査装置の光学系や画像処理装置を使用せずに、専用装置として構成しても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レジスト外周除去幅の検査が自動化でき、検査の安定性の向上と検査結果の数値管理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】検査プログラムの手順を示すフローチャートである。
【図３】検査プログラムの手順を示すフローチャートである。
【図４】解析領域の画像切り出しを説明する図である。
【図５】１箇所の解析領域における波長特性の例を示す図である。
【図６】検査箇所と良品との波長特性の比較を説明する図である。
【図７】経線方向の光強度変化からレジスト境界位置を検出する方法を説明する図である。
【図８】最小ＥＢＲ円に対するレジスト境界位置の傾き角θを示す図である。
【符号の説明】
１照明光学系
２照明ユニット
３ハロゲンランプ
４グレーティング
１０検出光学系
１１ＣＣＤカメラ
２０画像処理部
２０ａ記憶部
２５制御部

Claims

被検査基板に塗布されたレジストが被検査基板外周から所定の許容幅で除去されているかを検査するレジスト外周除去幅検査装置であって、被検査基板の外周部を照明する照明手段であって、照明波長を異なる波長に変える波長可変手段を持つ照明手段と、該照明手段により照明された被検査基板の外周部での反射光を検出する光検出手段と、該光検出手段により検出された光強度特性に基づいてレジスト除去幅の適否を判定する判定手段であって、前記所定の許容幅の外周側と内周側の近傍位置において、前記波長可変手段により照明波長を変えたときに検出される波長特性と予め得られている基準の波長特性とを比較し、その比較結果に基づいてレジスト除去幅の適否を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするレジスト外周除去幅検査装置。
請求項１の判定手段は、被検査基板の外周部における複数箇所で検出されたレジスト除去幅方向の光強度の変化特性に基づいてレジスト境界位置を検出する境界検出手段と、該検出結果に基づいて被検査基板の外周方向に対するレジスト境界のうねりを求める演算手段とを備え、レジスト境界位置の検出結果に基づいてレジストの除去幅の適否を判定し、うねりの演算結果に基づいてレジスト除去形状の適否を判定することを特徴とするレジスト外周除去幅検査装置。
請求項２の判定手段は、さらに前記境界検出手段によりレジスト境界位置が検出されなかった箇所の途切れに基づいてレジスト除去幅の適否を判定することを特徴とするレジスト外周除去幅検査装置。