JP7331568B2

JP7331568B2 - 液処理装置及び液処理装置の液検出方法

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Publication number: JP7331568B2
Application number: JP2019165931A
Authority: JP
Inventors: 裕一朗桾本; 隆史羽山; 秀啓鈴木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2039-09-12
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Description

本開示は、液処理装置及び液処理装置の液検出方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に、レジストなどの各種の処理液をノズルから吐出して処理が行われる。特許文献１では、ノズルを撮像部により経時的に繰り返し撮像し、その吐出口部分に存在する異物のデータを取得し、異常の有無を判定することについて記載されている。上記の異物としては、液滴、固形物または傷であることが記載されている。

特開２０１５－１５３９０３号公報

本開示は、基板に液処理を行うにあたり、処理が異常となることを確実性高く防ぐことができる技術を提供する。

本開示の液処理装置は、基板が載置される載置部と、
前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、
前記ノズルを撮像して、画像データを取得するための撮像部と、
前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、取得された各画像間の互いに対応する位置の画素のパラメータの比較に基づいて、前記液面を検出する。
本開示の他の液処理装置は、基板が載置される載置部と、
前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、
前記ノズルを撮像して、画像データを取得するための撮像部と、
前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する検出部と、
を備え、
前記撮像部による撮像中に前記液面を振動させるための振動付与部と、
を備え、
前記検出部は、前記画素のパラメータについて予め設定された範囲となる領域の前記複数の画像間における位置の変動に基づいて、前記液面を検出し、
前記期間は、前記ノズルから前記処理液の吐出及び前記ノズルから当該ノズルの上流側の流路へ向けた前記処理液の引き込みが行われない連続した期間である。

本開示によれば、基板に液処理を行うにあたり、処理が異常となることを確実性高く防ぐことができる。

本開示の液処理装置の一実施形態であるレジスト膜形成装置の斜視図である。前記レジスト膜形成装置の縦断側面図である。前記レジスト膜形成装置に設けられるノズル及び配管の縦断側面図である。前記ノズルの側面図である。前記ノズルを撮像して得られる画像データの模式図である。前記ノズルの側面図である。前記ノズルを撮像して得られる画像データの模式図である。前記ノズルの基準データの一例を示す模式図である。前記画像データの処理を示す説明図である。前記画像データの処理を示す説明図である。前記ノズルの異常を検出するためのフロー図である。前記ノズルの異常を検出するためのフロー図である。

本開示の液処理装置の一実施形態であるレジスト膜形成装置１について、図１の斜視図及び図２の縦断側面図を参照しながら説明する。レジスト膜形成装置１は、ウエハＷに処理液としてレジストを供給して、スピンコーティングによる当該レジストの塗布を行い、レジスト膜を形成する。

図中１１は、ウエハＷが載置される載置部であるスピンチャックである。当該スピンチャック１１は、ウエハＷの裏面中央部を吸着し、当該ウエハＷを水平に保持する。図２中１２は回転機構であり、垂直な軸部１３を介してスピンチャック１１に接続されている。回転機構１２によって当該スピンチャック１１が回転し、スピンチャック１１に保持されたウエハＷが中心軸回りに回転する。

図中２１はカップであり、回転するウエハＷから飛散したり、こぼれ落ちたりした排液を受け止めるために、スピンチャック１１に保持されるウエハＷを囲むように設けられている。図２中２２は、カップ２１の底部に開口する排液口である。図２中２３はカップ２１の底部に起立して設けられた排気管であり、レジスト膜形成装置１におけるウエハＷの処理中にカップ２１内を排気する。図中２４は、３本の垂直な昇降ピン（図２では２本のみ表示している）であり、ウエハＷの回転方向に沿って間隔を空けて設けられており、昇降機構２５により垂直に昇降して、図示しない搬送機構とスピンチャック１１との間で、ウエハＷの受け渡しを行う。

図中３１はカップ２１の外側に設けられた移動部であり、ガイド３２に沿って水平移動する。移動部３１からは、当該移動部３１の移動方向と直交するように、アーム３３が水平に伸び出しており、移動部３１により当該アーム３３は垂直に昇降する。アーム３３の先端部にはノズル保持部３４が設けられ、当該ノズル保持部３４の下側には、ノズル４１が保持されている。ノズル４１は、例えばアーム３３の水平移動方向に沿って多数設けられているが、図１では２つのみ設けられているものとして示している。この２つのノズル４１を互いに区別するために、４１Ａ、４１Ｂとして各々示す場合が有る。各ノズル４１は移動部３１の動作により、後述の待機部１４と、ウエハＷの中心部上におけるレジストを吐出する吐出位置との間で移動することができる。

また、ノズル保持部３４におけるアーム３３に接続される側とは逆側には、照明部３５が設けられており、各ノズル４１に光を照射する。そして、アーム３３の下面側には、撮像部であるカメラ３６が設けられており、照明部３５によって光が照射されたノズル４１を撮像する。そして、カメラ３６はこの撮像により取得された画像データを、後述の制御部７に送信する。この画像データは、被撮像領域についての輝度の情報を含むデータである。カメラ３６の光軸は斜め下方に向けられており、当該カメラ３６は、後述のノズル４１内の流路４２における各液面を、僅かに上方から撮像する。

ノズル４１及びノズル４１に接続される配管の構成を示す図３も参照しながら説明を続ける。ノズル４１は縦長の円筒体であり、側面視、ノズル４１の下部側の周面は、上部側の周面に対して屈曲しており、当該ノズル４１の下部側は尖端形状となっている。そして、ノズル４１内には、垂直下方に向けてレジストを吐出するための流路４２が設けられている。上記のカメラ３６により流路４２における液面の撮像を行うことができるように、ノズル４１は構成されている。具体的に述べると、ノズル４１は照明部３５から照射される光を高い透過率で透過するように構成されており、そのように光を透過できればノズル４１の透明度は高くてもよいし、低くてもよい。照明部３５から照射される光は、例えば赤外光であってもよいし、可視光であってもよい。

ノズル保持部３４には、ノズル４１毎に設けられる三重管５１の一端が接続されており、当該三重管５１を構成する各管を内側から外側へ向けて、内管５２、中管５３、外管５４とする。なお、図１、２では三重管５１の表示を省略している。内管５２と中管５３との間の流路５５と、中管５３と外管５４との間の流路５６とが、ノズル保持部３４に設けられる流路３７を介して接続されている。また、三重管５１の他端側には流路５５と流路５６とを接続すると共に、ポンプ５７及び、温度調整機構５８が介設された配管５９とが設けられている。

流路５５、５６、３６及び配管５９内の流路は、流体、例えば水が循環する循環路として構成されている。上記のポンプ５７は流路５６側からの水の吸引と流路５５側への水の吐出とを行う。温度調整機構５８は、ポンプ５７の動作により上流側から供給される水を温度調整して下流側に供給する。例えばポンプ５７、温度調整機構５８は各三重管５１で共用される。そして、レジスト膜形成装置１の稼働中、ポンプ５７は、上記の吸引及び吐出を周期的に行い、水（温調水）は循環路を脈動する。上記のアーム３３によって空中に支持されるノズル４１は、この温調水の脈動による振動が伝搬され、主に上下方向に微小に周期的に振動する。従って、流路５５、５６、３６、配管５９内の流路及びポンプ５７により、振動付与部が構成されている。

内管５２内はレジストの流路３７であり、上記の温調水の循環によって、当該流路３７を流通するレジストが温度調整される。内管５２の上流側は、サックバックバルブ４３、ポンプ４４を順に介して、レジストの供給源４５に接続されている。処理液供給部であるポンプ４４により、レジスト供給源４５に貯留されるレジストが、ノズル４１に圧送される。また吸引部であるサックバックバルブ４３により、内管５２における当該サックバックバルブ４３よりも下流側の部位が吸引されて負圧となり、ノズル４１の外部からノズル４１の流路４２への液の吸引、及びノズル４１の流路４２側から内管５２側への液の引き込みが行われる。

サックバックバルブ４３、ポンプ４４、レジスト供給源４５についてはノズル４１毎に設けられ、各ノズル４１は個別にレジストの吐出及び後述の流路４２における空気層及びシンナー層の形成を行うことができる。また、各レジスト供給源４５には互いに異なる種類のレジストが貯留される。つまり、ノズル４１毎に異なるレジストが吐出されるように構成されており、ウエハＷのロットに応じて選択されたレジストを用いて処理が行われる。

カップ２１の外側には、待機部１４が設けられている。ウエハＷに処理を行わないときには各ノズル４１は、当該待機部１４に設けられる凹部１５内に、上方側から進入した状態で待機する。そして、待機部１４は、凹部１５内における乾燥防止液であるシンナー（処理液以外の液体）の供給と、凹部１５内からの排液とを行えるように構成されている。従って、待機部１４は乾燥防止液供給部として構成されている。

続いて、ノズル４１を、カメラ３６の光軸に沿って見た状態を示す図４も参照しながら、説明を続ける。上記の待機部１４におけるシンナーの供給と、既述のサックバックバルブ４３の吸引との協働により、ノズル４１の流路４２において、空気層６１、シンナー層６２、空気層６３、レジスト層６４を上流側に向けて、順に形成された状態（封止状態）とすることができる。待機部１４にて待機中の各ノズル４１について当該封止状態とされるが、図４の模式図ではノズル４１Ａについてのみ、封止状態とされた様子を示している。この封止状態の形成により、流路４２におけるレジストの乾燥による固化を抑制することができる。

上記のような封止状態が形成されるため、シンナー層６２、レジスト層６４の各々と空気層６１、６３の各々との間には液面６５が形成される。なお、空気層６３は、シンナー層６２からレジスト層６４へのシンナーの浸透を防ぐために形成される。空気層６１は、ノズル４１の移動中において当該ノズル４１からシンナーの落下を防ぐために形成される。

ウエハＷに処理を行うためにノズル４１が待機部１４から搬出される直前に、当該ウエハＷに処理を行うノズル４１についてのみ、上記のポンプ４４の動作により、当該待機部１４の凹部１５内へのレジストの吐出（ダミーディスペンス）が行われる。それによって、空気層６１、６３、シンナー層６２が除去される。ダミーディスペンス後、ノズル４１の流路４２からレジストが液滴として落下することを防止するために、サックバックバルブ４３による吸引が行われ、流路４２においてレジスト層７４の液面６５が引き上げられ、吐出準備状態とされる。図４ではノズル４１Ｂが、当該吐出準備状態とされた様子を示している。このように一のノズル４１が吐出準備状態とされた後に、各ノズル４１は、待機部１４から搬出される。

続いて、レジスト膜形成装置１におけるウエハＷの処理について説明する。待機部１４にて各ノズル４１が、上記の封止状態とされて待機している。一方、ロットの先頭のウエハＷがスピンチャック１１に載置される。当該ロットのウエハＷを処理するように予め設定されたノズル４１についてダミーディスペンスが行われ、吐出準備状態とされる。然る後、各ノズル４１は上昇して待機部１４の凹部１５内からウエハＷ上へ移動し、吐出準備状態とされたノズル４１がウエハＷの中心部上の処理位置へと移動する。

その後、当該ノズル４１からレジストが吐出され、ウエハＷが回転し、レジストがウエハＷの周縁部へと展伸されて、レジスト膜が形成される。その後、搬入出されるウエハＷとの干渉を防ぐためにノズル４１が一旦カップ２１上から退避し、処理済みのウエハＷがレジスト膜形成装置１から搬出される。続いて、処理済みのウエハＷと同じロットのウエハＷがスピンチャック１１に載置され、先に処理されたウエハＷと同様に処理される。そして、同じロットに属するウエハＷの処理が全て終了すると、ノズル４１は待機部１４に戻り、使用されたノズル４１が封止状態とされる。

このように一連の処理が行われるにあたり、ノズル４１が待機部１４の凹部１５から上昇して当該待機部１４上に位置している期間を第１の異常検出期間とする。また、ロットの先頭のウエハＷ上にノズル４１が移動し、当該ウエハＷにレジストを吐出する直前の期間を、第２の異常検出期間とする。これらの第１の異常検出期間、第２の異常検出期間にて、夫々照明部３５からの光照射及びカメラ３６によるノズル４１の撮像が行われ、各ノズル４１について、後述する液面の位置及び液滴の付着に関する異常の有無の判定が行われる。

なお、このように撮像が行われる各異常検出期間は、後述のようにノズル４１内の液面の位置を検出できるように、ポンプ４４及びサックバックバルブ４３の動作が行われない期間である。つまり、ノズル４１からのレジストの吐出及びノズル４１から流路４２への液の引き込みが行われない連続した期間である。即ち、異常検出期間はポンプ４４及びサックバックバルブ４３が各々動作停止した後、次にこれらのいずれかが動作開始するまでの期間である。第１の異常検出期間、第２の異常検出期間においては、夫々カメラ３６により断続的に撮像が行われ、複数の画像データ（フレーム）が取得される。より具体的には、例えば３０ｆｐｓ～５００ｆｐｓ、さらに具体的には例えば３０ｆｐｓ～１２０ｆｐｓのフレームレートで、例えば０．０５秒～１秒の間、さらに具体的には例えば約０．６６秒撮像が行われる。従って、互いに異なるタイミングで画像データが取得される。なお、液面の揺れの周期に合わせることを目的として、２～３秒程度撮像するようにしてもよい。

ところで、図４で説明した吐出準備状態とされたノズル４１について、流路４２におけるレジストの液面６５の高さが低すぎると、ウエハＷにレジストが液滴として落下してしまうことが考えられる。反対に流路４２におけるレジストの液面６５の高さが、高すぎるとウエハＷに供給されるレジストの量が設定量よりも少なくなり、レジスト膜の膜厚が設定値からずれてしまうことが考えられる。一方、封止状態とされたノズル４１については、シンナー層６２の下側の液面６５の高さが低すぎると、ウエハＷにシンナーが液滴として落下してしまうことが考えられる。また、シンナー層６２における上側の液面６５と下側の液面６５との間隔が小さすぎる、即ちシンナー層６２の厚さが小さいと、レジスト層６４が乾燥してしまうおそれがある。このようにノズル４１の流路４２における各液面６５の位置が異常になることで、ウエハＷの処理に不具合を発生させる懸念が有る。そのため、カメラ３６によって取得される画像データから、各液面６５を検出することが望まれる。

図５はカメラ３６により取得される、液面６５の検出が可能である理想的な画像の例を、極めて模式的に示しており、図４に対応して、ノズル４１Ａが封止状態、ノズル４１Ｂが吐出準備状態となっている。この図５の撮像元のノズル４１には、後述する液滴が付着していない。なお、この図５及び後述の図７などでは、輝度が低い領域は黒く塗りつぶし、輝度がやや低い領域はドットを付した領域とし、輝度が高い領域は白抜きの領域として夫々表している。またドットの粗密により、輝度の程度を表す場合が有る。照明部３５からの光照射により、ノズル４１の外縁と各液面６５とが光った（光反射した）状態で撮像されることで、画像中、ノズル４１の外縁及び各液面６５については、周囲よりも高い輝度を有している。従って、輝度に基づいて、封止状態のノズル４１Ａ、吐出準備状態のノズル４１Ｂの外縁（エッジ）を特定し、これらノズル４１Ａ、４１Ｂにおける液面６５の位置を検出することができる。

ところがノズル４１の状態によっては、液面６５の検出が困難となる場合が考えられる。図６、図７を参照しながら具体的な一例を説明する。図６は撮像元のノズル４１を示し、図７は図６のノズル４１から得られる画像の模式図である。流路４２においては、例えばレジストの液面６５が乾燥、固化し、図６に示すように、液面６５と同様の大きさの汚れ６６となって残ることが考えられる。そして、この汚れ６６についても液面６５と同様に撮像時に光り、画像中において液面６５と同様ないしは略同様の輝度を有する領域となってしまうおそれが有る。

さらに、ノズル４１の外周面には、例えば待機部１４にて供給されるシンナーなどが液滴６７として付着したまま残るおそれが有る。このノズル４１の外側に付着した液滴６７が液面６５に重なることで、液面６５からカメラ３６に向かう光が遮られ、画像中における液面６５の輝度が低くなってしまう場合が有る。なお、図７では液面６５の一部に液滴６７が重なることで重なった領域の輝度が低くなり、液面６５が欠けたように見える例を示している。このような図７の画像からは、液面６５の検出を行うことができず、その一方で、汚れ６６が液面６５として検出されてしまうおそれが有る。

図７について補足して説明しておく。カメラ３６から見たときに液滴６７がノズル４１の外縁に重なることで、液面６５からの光と同様、この外縁からの光もカメラ３６に入射し難くなる。つまり、カメラ３６から見たノズル４１の外縁において液滴６７に重なった部位については、画像中で輝度が低い領域として表される。従って図７では、図５と比べて明らかなように、ノズル４１の外縁について、液滴６７に覆われた部位が欠けたように示されている。

また、上記したようにノズル４１の外周面は屈曲部を備える。液面６５の位置によっては当該液面からの反射光がノズル４１の屈曲部にて比較的大きく屈折することで、カメラ３６に十分に入射せず、輝度が低くなってしまうことが考えられる。それにより、画像において液面６５と液面６５の周囲とのコントラストが低くなってしまい、当該液面６５の検出が困難となるおそれが有る。

その他に、上記の液滴６７がウエハＷに落下すると、処理に不具合が生じてしまうおそれが有る。従って液面６５の他に、ノズル４１に付着する液滴６７についても画像から検出することが望まれる。そのように液滴６７を検出するにあたり、付着する液滴６７が大きいほど、ウエハＷに落下したときに処理に与える影響が大きくなるため、当該液滴６７の大きさについて推定し、当該大きさに応じた対処を行うことが望まれる。

レジスト膜形成装置１は上記した各問題に対処することができるように構成されている。以下、図１に示す、レジスト膜形成装置１に設けられるコンピュータである制御部７について説明する。液面６５を検出する検出部である制御部７は、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、上述のようにレジスト膜形成装置１が動作し、ウエハＷにレジスト膜が形成されるように命令（ステップ群）が組まれたプログラム７１が格納されている。当該プログラム７１によって、制御部７からレジスト膜形成装置１の各部に制御信号が出力されることで、上記のレジスト膜の形成が行われる。また、当該プログラム７１によって、画像データに基づいた各液の液面６５の検出、液滴６７の検出、液滴６７の大きさの推定が行われ、さらにこれらの検出結果及び推定結果に基づいた異常判定が行われる。プログラム７１は、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカードまたはＤＶＤなどの記憶媒体に収納された状態で、プログラム格納部に格納される。

また制御部７に含まれるメモリ７２には、ノズル４１における液滴６７の付着の有無を検出するための基準データ７０が記憶されている。この基準データ７０は、図８に例示するように、液滴６７が付着していない状態のノズル４１のデータである。さらに詳しくは、画像中におけるノズル４１の外縁の位置を特定するデータである。このデータとしては例えばノズル４１の外縁の位置を特定するための座標データのように、画像ではないデータであってもよいし、ノズル４１の外縁が特定される画像データであってもよい。図８では説明の便宜上、当該基準データを画像であるものとして表している。さらに制御部７は、音声や画面表示などによりアラームを出力するアラーム出力部７３を備えている。液面６５の位置の異常が検出されたり、液滴６７の付着による異常が検出されたりした場合に、当該アラームが出力される。

続いて制御部７により行われる、液面６５の検出手法について説明する。図９は一つの異常検出期間中に取得される多数の画像データ８１について、時系列で上下に並べたものである。なおカメラ３６により、一括で各ノズル４１が撮像されるが、図示の便宜上、画像データ８１としては一つのノズル４１のみ示している。

制御部７は、取得された多数の画像データ８１について重ね合わせて、画像データ８２を作成する。この画像データ８２の各位置における画素の輝度は、各画像データ８１の互いに同じ位置における画素の輝度の最大値となるように重ね合わせ処理（フレーム加算処理）を行う。つまり、４つの画像データ８１から画像データ（ＭＡＸイメージと記載する場合が有る）８２を作成するものとして概略的に説明すると、画像データ８１における互いに同じ位置の画素の輝度が各々、３０、４０、５０、６０であったとする。その場合には画像データ８２の当該位置の画素の輝度を３０、４０、５０、６０の中で最大の６０とする。つまり、多数の画像データ８１における互いに同じ位置の画素を比較した結果、最大値の輝度の画素が選択されて、画像データ８２の画素とされていることになる。同様に取得された多数の画像データ８１について重ね合わせて、画像データ（ＭＩＮイメージ）を作成する。このＭＩＮイメージの各位置における画素の輝度は、各画像データ８１の互いに同じ位置における画素の輝度の最小値である。

そして制御部７は、上記のＭＡＸイメージ８２について、例えば輝度に基づいてノズル４１の外縁を特定し、さらにこの外縁から、流路４２が位置する領域を特定する。そして検出の概要としては、この流路４２において、ＭＡＸイメージ８２、ＭＩＮイメージの各々で予め設定された値よりも大きい輝度値を有すると共に予め設定された範囲内の大きさの画素のまとまり（特徴領域）があるか否かが判定される。そして、この特徴領域についてＭＡＸイメージとＭＩＮイメージとの間で、ピクセル数（面積）の差が比較的大きいものについては、揺れによって輝度の変動が比較的大きくなるもの、即ち液面６５である可能性が有る。従ってピクセル数の差が閾値よりも大きく、且つ例えばその重心について、ノズル４１の縦方向の中心線から閾値以内となる特徴領域を、液面６５として検出する。一方で、上記の輝度の差が閾値以下のものについては汚れ（傷も含む）６６として検出する。
より具体的に、ＭＡＸイメージとＭＩＮイメージとを用いた液面６５の検出手法について述べる。なお、後述のフローのステップＳ３においては、例えば以下のようにして液面６５を特定する。ＭＡＸイメージに対して例えば輝度の閾値４０として２値化し、２値化した画像から液面６５の候補となる２値化エリア（白色となったエリアで、上記の特徴領域に相当）を特定する。同様にＭＩＮイメージに対して例えば輝度の閾値４０として２値化し、２値化した画像から液面６５の候補となる上記の２値化エリアを特定する。そして、ピクセル数について、ＭＡＸイメージの２値化エリアと、ＭＩＮイメージの２値化エリアとを比較し、これらの２値化エリア間のピクセル数の差分値を算出する。続いて、そのピクセル数の差分値が、閾値を超えるか否かを判定する。閾値を超え、且つノズル４１の中心線との位置関係が上記の条件を満たしていれば、特定した特徴領域を液面６５として判定する。算出したピクセル数が閾値以下である場合には、特定した特徴領域を汚れ（傷も含む）６６とみなす。
上記のようにＭＡＸイメージ、ＭＩＮイメージを夫々２値化することによって、液面６５の候補となる特徴領域が存在する範囲を限定できるので、ＭＡＸイメージと、ＭＩＮイメージとの比較処理（ピクセル数の差分値の算出）が容易となる。なお、上記の例では、特徴領域を特定するために予め２値化を行っているが、画像中において特徴領域が現れると予測される領域が既知であれば、特徴領域を特定した後に２値化し、上記の比較処理を行ってもよい。

上記のように付着した液滴６７の影響やノズル４１の形状の影響により、液面６５からカメラ３６に入光する光量が少ない場合が有る。しかし、画像データ８２の液面６５に対応する画素の輝度は、画像データ８１の液面６５に対応する画素の輝度以上となる。つまり、画像データ８２においては、液面６５に対応する画素と、その周囲の画素とのコントラストが高くなる。従って、上記のように画像データ８２を用いて液面６５を検出することで、１つの画像データ８１を用いて液面６５を検出することに比べて、検出精度を高くすることができる。

さらに補足して説明すると、既述したように温調水の流通によってノズル４１は微小に振動しており、その振動によって液面６５は揺れている。それ故に時間毎に液面６５からカメラ３６に入射する光の強度が変化し、例えば時系列では液面６５が明滅するように見える場合が有る。従って、一の画像データ８１では液面６５の輝度が低い一方で、他の画像データ８１では液面６５の輝度が高い場合が有る。本手法によれば、液面６５の輝度が低い画像データ８１のみに基づいて検出が行われて液面６５の検出が不可になってしまうことを防ぐことができる。

ところで、液体の粘度や色などの要因によっては、時系列で画像を見たときに、上記の液面６５の明滅が見える代わりに、液面６５が周期的に振動する様子が見える場合が有る。流体であるため、ノズル４１の振動よりも液面６５の振動は大きい。制御部７は、この液面６５の振動（揺れ）に基づいて、当該液面６５を検出することができる。

この振動に基づいた液面６５の検出について具体的に述べると、一つの異常検出期間にて取得された多数の画像データ８１について、輝度に基づいてノズル４１の外縁を特定し、さらにノズル４１の流路４２に相当する範囲を特定する。そして、当該範囲に位置する上記の特徴領域（所定の大きさ及び所定の輝度を持つ画素のまとまり）を液面６５と推定する。多数の画像データ８１の中から、この液面６５と推定される特徴領域が存在する画像データ８１を選ぶ。続いて、選ばれた各画像データ８１において、この液面６５と推定される特徴領域について、例えば重心を算出する。そして特徴領域毎に、画像データ８１間における重心の変移量を検出し、この変移量が予め設定された基準値を超えている特徴領域について、液面６５として特定する。

図１０を用いて、より具体的にこの液面６５の検出手法について説明する。図１０は液面６５と推定される特徴領域があるとして選ばれた画像データ８１を模式的に表し、時系列で並べたものであり、矢印で示すように画像の状態が順番に推移しているものとする。なお図１０では、図が不明確となることを防ぐために、既述の画像を表す各図で明暗を示す目的で付したドットや黒塗りを省略している。

図１０に示す例では、液面６５に対応する特徴領域及び図６で説明した汚れ６６に対応する特徴領域が、夫々液面６５として推定されているものとし、これらの特徴領域について夫々重心が算出されたものとする。実際の液面６５の特徴領域の重心をＰ１、汚れ６９の特徴領域の重心をＰ２として夫々図中に示している。画像データ８１間における重心Ｐ１の変移量（図１０中Ｌ１として表示している）、重心Ｐ２の変移量が夫々算出される。ここでは重心Ｐ２の変移量は略０で基準値を超えず、重心Ｐ１の変移量Ｌ１は、基準値を超えたものとする。従って、重心Ｐ１の変移量が基準値を超える特徴領域が正しく液面６５として特定され、汚れ６９に対応する特徴領域については液面６５としては特定されない。つまり、画像データ８１間における、輝度について予め設定した領域の位置の変動に基づき、液面６５が特定される。

続いて、制御部７によって行われる液滴６７の検出手法について説明する。この検出には図８で説明したノズル４１の基準データ７０が用いられる。制御部７は、取得された画像の各画素の輝度に基づき、画像中のノズル４１の外縁を検出する。そして、検出した外縁と基準データ７０におけるノズル４１の外縁とを比較し、取得された画像において、ノズル４１の外縁の欠けの有無を検出する。基準データ７０が座標データである場合は、上記の画像中のノズル４１の外縁の検出は、外縁の座標の特定であり、特定した座標と基準データ７０の座標とを比較して、欠けの有無を検出することになる。上記のように一つの異常検出期間においては多数の画像データが取得されるが、この外縁の欠けを検出するには、例えば任意の１つの画像データ８１を用いればよい。

そして、外縁の欠けが検出された場合には、液滴６７が付着しているものとみなし、この欠けの長さ（欠けた部分のノズル４１の外縁の長さ）Ｌ２（図７参照）を検出する。つまり、画像データ８１から検出されるノズル４１の外縁と、予め記憶されたデータのノズル４１の外縁とが重複しない距離が求められる。この欠けの長さＬ２が、液滴６７の大きさに対応するものとみなして、後述するように異常判定が行われる。

続いて異常検出期間において制御部７により行われる、上記の液面６５及び液滴６７の検出を含むノズル４１の異常判定のフローの一例について、図１１、図１２のチャート図を参照しながら説明する。ここでは上記した待機部１４からノズル４１を搬送する際の第１の異常検出期間において、異常判定が行われる手順を説明する。

先ずノズル４１が待機部１４から上昇すると照明部３５により各ノズル４１に光照射されると共にカメラ３６による撮像が行われ、上記したフレームレートで画像データ８１が取得される（図１１中、ステップＳ１）。続いて取得された画像データ８１について、図９で説明したように重ね合わせの画像データ（ＭＡＸイメージ）８２及びＭＩＮイメージが作成される（ステップＳ２）。そして、このＭＡＸイメージ８２及びＭＩＮイメージを用いて、液面６５の数及び位置について正常か否かが判定される。より具体的には、上記の所定の輝度を有し且つ所定の大きさの画素のまとまり（特徴領域）が、画像中の流路４２の範囲内に適切な数、位置しているか否かが判定される（ステップＳ３）。なお、封止状態、吐出準備状態となっているノズル４１で、然るべき液面６５の位置、数は夫々異なるので、例えば吐出状態のノズル４１、吐出準備状態のノズル４１の夫々について予め設定された基準に基づいて、当該判定が行われる。

ステップＳ３で、液面６５の数、位置について異常有りと判定された場合、画像データ８２において特徴領域の数が規定値よりも多いか否か判定される。つまり画像中で液面６５と推定される特徴領域について、本来の数よりも多いか否か判定される（ステップＳ４）。ステップＳ４で特徴領域の数が規定値よりも多いと判定された場合は、汚れ６６がノズル４１に付着している可能性が有る。そこで図１０で説明したように、各特徴領域が存在する画像データ８１について、各特徴領域の重心を算出し、画像データ８１間での重心の位置の変移量の検出、検出した変移量と基準値との比較を行うことで、各特徴領域が液面６５か否かを判定し、液面６５を特定する（ステップＳ５）。そして、特定した液面６５の位置が正常か否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６で液面６５の位置が正常であると判定された場合、及びステップＳ２で液面６５の数及び位置について正常であると判定された場合は、液面６５について異常は無く、ウエハＷの処理を中止しないものとする（ステップＳ７）。一方、ステップＳ６で液面６５の位置が異常であると判定された場合、及びステップＳ４で特徴領域が本来の数よりも多い異常では無いと判定された場合はアラームが出力され、ウエハＷへの処理が中止される。従って、ウエハＷ上へのノズル４１の搬送が中止される（ステップＳ８）。なお、ステップＳ３で液面の数が正常か否か判定しているため、ステップＳ４でこのように特徴領域が多い異常ではないと判定されるということは、検出されるべき液面６５が検出されなかったということである。

このように液面６５についての異常判定が行われる一方で、液滴６７についての異常判定が行われる。先ず、基準データ７０と取得された画像データのうちの一つとが比較され（図１２中、ステップＴ１）、図７で説明したように、取得された画像中のノズル４１の外縁に欠けが有るか否かが判定される（ステップＴ２）。このステップＴ２において外縁に欠けが有ると判定された場合は、欠けの大きさＬ２が予め設定された閾値を超えているか否か判定される（ステップＴ３）。上記のように欠けの大きさＬ２は、液滴６７の大きさに対応し、欠けの大きさＬ２が閾値を超えている場合、液滴６７がノズル４１から落下する可能性が高いのでアラームが出力され、ウエハＷの処理が中止される。従って、ウエハＷ上へのノズル４１の搬送が中止される（ステップＴ４）。

ステップＴ２でノズル４１の外縁に欠けが無いと判定された場合、及びステップＴ３で液滴６７の大きさが基準値以下と判定された場合には、ウエハＷの処理を中止しないものとする（ステップＴ５）。液面６５についてのフローのステップＳ７でウエハＷへの処理が中止しないとされ、且つ当該ステップＴ５でウエハＷへの処理が中止しないとされた場合は、液面６５及び液滴６７による異常が無いとして、ノズル４１がウエハＷ上に搬送される。

待機部１４からノズル４１を搬出した直後の第１の異常検出期間に行われるフローについて説明したが、ノズル４１をウエハＷ上に位置させた後の第２の異常検出期間についても同様のフローが実行される。なお、この第２の異常検出期間に行われるフローにおいて、ステップＳ８、Ｔ４でウエハＷの処理を中止すると決定された場合には、ウエハＷ上に搬送されているノズル４１から、ウエハＷへのレジストの吐出が中止される。このレジスト吐出の中止のタイミング次第では、例えば次にレジスト膜形成装置１に搬送されるロットのウエハＷの処理を中止する、即ち当該ロットのレジスト膜形成装置１への搬送を中止したり、モジュールブロックを実行するケースも有る。モジュールブロックとは、当該レジスト膜形成装置１へ搬送される予定となっていた各ロットについて、ウエハＷの搬送が中止されるように、レジスト膜形成装置１にウエハＷを搬送する搬送機構の動作を制御することである。

このレジスト膜形成装置１については、複数の画像データ８１に基づき、ノズル４１の流路４２における液面６５の検出を行うため、精度高く当該液面６５の検出を行うことができる。従って、この液面６５の位置の異常に起因する液処理の異常の発生を、確実性高く防ぐことができる。また、この液面６５は、画像データ８１間での液面６５と推定される特徴領域の位置の変動を検出することによって行う。そのように液面６５の振動を検出することで、液面６５と液面６５以外のノズル４１の付着物とを精度高く区別することができ、結果として、より確実に当該液面６５を検出することができる。さらに、そのように液面６５の振動に基づいた検出が行われる他、画像データ８１の重ね合わせによっても液面６５の検出が行われる。このように異なる手法の検出が併用されることで、さらに確実に液面６５を検出することができる。

さらに、レジスト膜形成装置１については、画像データ８１に基づいてノズル４１に付着した液滴６７の有無を検出することで、液処理において異常の発生をより確実に防止することができる。さらに、この画像データ８１から、ノズル４１に付着した液滴６７の大きさに相当するノズル４１の外縁の欠けの大きさを検出し、検出した大きさに基づいて異常の判定を行っている。従って、必要以上に処理が中止されることを防ぐことができる。ただし、液滴６７が検出されたらその大きさに関わらず、ウエハＷの処理が中止されるようにしてもよい。

ところで、液滴６７の有無を検出するにあたり、一つの画像データ８１と基準データとの比較を行っているが、そのように一つの画像データ８１を用いて比較することには限られない。例えば図９で説明した重ね合わせた画像データ８２と基準データとを比較して、液滴６７の有無を検出してもよい。

また、振動に基づいた液面６５の検出については、上記のように行うことに限られない。例えば上記のように算出した特徴領域の重心Ｐ１、Ｐ２について変動量が基準値を超えるか否か判定することに加えて、重心Ｐ１、Ｐ２の移動方向が上下方向に繰り返されているか否かも、特徴領域が液面６５であるか否かの判定基準にしてもよい。さらに、ノズル４１の振動が周期的であることにより、液面６５の揺れについても周期的である。従って、重心Ｐ１、Ｐ２の上下移動が周期的であるか否かについても特徴領域が液面６５であるか否かの判定基準としてもよい。さらに例えば、予め実験により特徴領域の重心の振動周期を求めておき、撮像して得られた特徴領域の振動周期がこの振動周期に一致しているか否かについて、判定基準とすることもができる。なお、特徴領域の上端または下端の移動量が基準値を超えるか否かについて判定することで液面６５か否かを判定してもよい。つまり、特徴領域の重心Ｐを算出して液面６５であるか否かを判定することには限られない。

また、画像データ８２を作成するにあたり、上記の例では取得された全ての画像データを重ね合わせているが、例えば任意の間隔で取得された画像データのみを重ね合わせてもよい。つまり液面６５の検出を行うにあたり、取得された多数の画像データ８１の一部のみを用いてもよい。そして、上記の例では各画像データ８１の互いに同じ位置の画素を比較して輝度の最大値を求めているが、若干ずれた位置における画素を比較するようにしてもよい。具体的には、上記のようにノズル４１は微小に振動しているため、各画像データ８１間でその位置が僅かに異なる。画像データ８１間でノズル４１の外縁が揃うように重ね合わせ、重なり合った画素間の最大値を各位置について求めて、画像データ８２を作成するようにするようにしてもよい。このように画像間で互いに対応する位置（同じ位置を含む）の画素の輝度を比較することで、最大値を求めて液面６５の位置の特定を行うことができる。

また、図１１、図１２で示した処理を中止するか否かの判定は一例である。例えば液面６５が検出されず、液滴６７が検出された場合には、図７で示した例のように、液滴６７によって液面６５が隠されていることが考えられるので、液面６５は正常であるものとみなして、処理を続行するようにしてもよい。レジスト膜形成装置１によれば、このように液面６５及び液滴６７の両方を検出するため、これらの検出結果に応じて、自由度が高い対応をとれる利点が有る。

なお、液面６５を振動させて当該液面６５の検出を行うにあたり、水晶振動子などの振動子をアーム３３に設けて、ノズル４１を振動させることで液面６５を振動させてもよい。つまり、レジスト膜形成装置１において、温調水の流通機構が設けられない構成であってもよい。さらに、レジスト膜形成装置１に例えば上方に向けてガスを吐出するガスノズルを設け、例えばノズル４１を撮像する際に、当該ガスノズルの上方側へノズル４１を配置する。そして、このガスノズルからガスがノズル４１内の液層に吹き付けられることで、ノズル４１内の液面６５が揺れる構成としてもよい。つまり、ノズル４１を振動させることで液面６５が振動するように装置を構成することには限られない。なお、上記のようにガスを吹き付けるにあたりノズル４１に付着した液滴６７は吹き飛ばされたり、位置が変わるので、このガスの吹き付け中、あるいは吹きつけ前後の画像から、ノズル４１に付着したものが液滴６７か、液滴６７ではない固着物かの判別が可能になる。さらに、上記の例では、アーム３３にカメラ３６及び照明部３５が設けられているが、例えばカップ２１に固定して設けることで、ノズル４１からレジストを吐出する直前の期間のみ、異常判定を行うようにしてもよい。つまり、カメラ３６及び照明部３５を設ける場所はアーム３３に限られない。

上記の例では、液面６５の位置、液滴６７の大きさについて異常となったときに、対処動作として、ウエハＷの処理の中止とアラームの出力とを行っている。対処動作としてはこのような動作に限られず、ノズル４１を待機部１４に戻した後のダミーディスペンスの実行や、待機部１４へのシンナーの供給による液滴６７の除去などを行うようにしてもよい。また、上記の例では液滴６７の大きさが比較的小さい場合には異常無しとして対処動作を行わないが、液滴６７の付着が検出された場合には大きさに関わらず異常として、上記の各対処動作が行われてもよい。

本技術は、レジスト膜形成装置１以外の各種の液処理装置についても適用可能である。例えば露光されたレジスト膜を現像する現像液、反射防止膜形成用の薬液、絶縁膜形成用の薬液などが処理液としてノズルから、ウエハＷに供給される装置に本技術を適用することができる。その他に、薬液供給前のプリウエットとしてウエハＷに供給されるシンナー、レジストの保護膜形成用の薬液、ウエハＷを貼り合わせるための接着剤などが処理液として、ノズルからウエハＷに吐出される装置に本技術を適用することができる。なお、上記のレジスト膜形成装置１についても例えばウエハＷへのレジストの供給前にプリウエットが行われるが、説明の複雑化を避けるために、プリウエットを行うノズルについての説明は省略している。

また、カメラ３６はモノクロの画像データを取得するが、当該カメラ３６の代わりに、カラーの画像データを取得するカメラを設けてもよい。その場合、画素のパラメータとして、輝度の代わりに例えば画像データのＲＧＢ値に基づいて、画像データ８１、８２中におけるノズル４１の外縁や液面６５の特定を行うことができる。つまり、画像中の色に基づいて、液面６５の位置の検出や液滴６７の検出を行うことができる。従って、画素のパラメータとして、輝度を利用することには限られない。

なお、今回開示された実施形態は、全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。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよいし、互いに組み合わされてもよい。

Ｗウエハ
１レジスト膜形成装置
１１スピンチャック
３６カメラ
４１ノズル
４２流路
４４ポンプ
６５液面
７制御部

Claims

基板が載置される載置部と、
前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、
前記ノズルを撮像して、画像データを取得するための撮像部と、
前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、取得された各画像間の互いに対応する位置の画素のパラメータの比較に基づいて、前記液面を検出する液処理装置。
前記画素のパラメータは輝度であり、
前記検出部は、前記複数の各画像間で互いに対応する位置の画素間における輝度の最大値を、画像の各位置について求めて、前記液面を検出する請求項１記載の液処理装置。
基板が載置される載置部と、
前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、
前記ノズルを撮像して、画像データを取得するための撮像部と、
前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する検出部と、
前記撮像部による撮像中に前記液面を振動させるための振動付与部と、
を備え、
前記検出部は、前記画素のパラメータについて予め設定された範囲となる領域の前記複数の画像間における位置の変動に基づいて、前記液面を検出し、
前記期間は、前記ノズルから前記処理液の吐出及び前記ノズルから当該ノズルの上流側の流路へ向けた前記処理液の引き込みが行われない連続した期間である液処理装置。
前記画素のパラメータは輝度であり、
前記検出部は、複数の画像間における、予め設定された輝度を有する領域の位置の変動に基づいて前記液面を検出する請求項３記載の液処理装置。
前記振動付与部は、前記ノズルに供給される前記処理液の温度を調整するための流体が流通する流体用の流路と、
前記流体用の流路において前記流体を流通させるためのポンプと、
を備える請求項４記載の液処理装置。
前記ノズルに関する基準データが予め記憶されたメモリが設けられ、
前記検出部は、前記複数の画像データのうちの少なくとも一つと、前記基準データと、に基づいて、前記ノズルの外側への液滴の付着の有無を判定する請求項１ないし５のいずれか一つに記載の液処理装置。
前記検出部は、前記液滴の大きさを推定し、推定した大きさに基づいて対処動作が行われるように制御信号を出力する制御部である請求項６記載の液処理装置。
前記検出部は、検出した前記液面の位置が異常であるときに対処動作が行われるように制御信号を出力する制御部である請求項１ないし７のいずれか一つに記載の液処理装置。
前記ノズル内における処理液の乾燥を防止するための乾燥防止液を当該ノズルの外側に供給する乾燥防止液供給部と、
前記ノズルから前記乾燥防止液を吸引するための吸引部と、が設けられ、
前記処理液以外の液体は、当該乾燥防止液であり、
前記互いに異なるタイミングは、当該吸引部による吸引が行われない期間内のタイミングである請求項１ないし８記載の液処理装置。
基板が載置される載置部と、前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、を備える液処理装置の液検出方法であって、
撮像部により前記ノズルを撮像して画像データを取得する工程と、
検出部により、前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する工程と、
を備え、
前記液面を検出する工程は、取得された各画像間の互いに対応する位置の画素のパラメータの比較に基づいて、前記液面を検出する工程を備える液処理装置の液検出方法。
基板が載置される載置部と、前記載置部に載置された前記基板に処理液を供給して処理を行うノズルと、を備える液処理装置の液検出方法であって、
撮像部により前記ノズルを撮像して画像データを取得する工程と、
検出部により、前記ノズルからの前記処理液の供給が行われない期間内における互いに異なるタイミングで取得された複数の前記画像データに基づいて、前記ノズル内に設けられる前記処理液の流路における当該処理液または当該処理液以外の液体によって形成される液面を検出する工程と、
前記撮像部による撮像中に振動付与部によって前記液面を振動させる工程と、
前記画素のパラメータについて予め設定された範囲となる領域の前記複数の画像間における位置の変動に基づいて、前記液面を検出する工程と、
を備え、
前記期間は、前記ノズルから前記処理液の吐出及び前記ノズルから当該ノズルの上流側の流路へ向けた前記処理液の引き込みが行われない連続した期間である液処理装置の液検出方法。