JPS61201107A - 透明な膜の表面検査方法 - Google Patents

透明な膜の表面検査方法

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JPS61201107A
JPS61201107A JP4194685A JP4194685A JPS61201107A JP S61201107 A JPS61201107 A JP S61201107A JP 4194685 A JP4194685 A JP 4194685A JP 4194685 A JP4194685 A JP 4194685A JP S61201107 A JPS61201107 A JP S61201107A
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JP
Japan
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light
wafer
camera
resist
image
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Pending
Application number
JP4194685A
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English (en)
Inventor
Yukihiro Goto
幸博 後藤
Nobushi Suzuki
鈴木 悦四
Hiroshi Inoue
広 井上
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS61201107A publication Critical patent/JPS61201107A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的背景およびその問題点〕表面に透明な膜
例えば半導体素子の製造工程において、単結晶ロフトか
ら切り出した半導体ウェーハに多数の半導体素子を形成
するが、この工程はレジスト例えばフォトレジストを塗
布し、このフォトレジストを選択的にエツチングして所
望形状の一導電形半導体層や電極、リードを形成するこ
とが行なわれていることは当業者において周知のことで
ある。これらの各工程は都度マスク合せが行なわれるが
、レジスト表面の状態例えば膜厚の変化、異物、キズな
どは半導体の不要の原因となるため、早い工程で発見す
ることが要望される。
このため各工程毎に作業者による目視で検査しているの
が現状である。しかし、最近のIC工業においては25
6にビット、 1Mビットと高集積化が要望されるにつ
れ、超クリーンルームなどが建築されているが、このよ
うな超クリーンルームでは塵のもとである人間の入室人
員などは制限され1機械によって自動的に検査すること
などが要望されている。
従来、半導体ウェー八表面のキズを機械的に検知する方
法などは多数提案されているが、半導体ウェーハに設け
られるレジストのような透明な膜の表面についての膜厚
の変化と異物、傷を検出する方法はない。特に膜厚の変
化のうち、レジストのボタ落ち、前工程におけるマスク
合せ時の光学系調整不良による部分的非焦点部に発生す
るような膜厚の変化の検知は困難である。
〔発明の目的〕
この発明は上記点に対処してなされたもので。
透明膜の表面でも膜厚の変化を適格に検査しうる検査方
法を提供するものである。
〔発明の概要〕
即ち、この発明は、透明な膜面に拡散光を照射する手段
と、この照明手段によシ上記膜面から正反射する位置で
光電変換素子により撮像し、撮像信号をディジタル信号
に変換したのち予め定められた単位で区分し、この各区
分単位の加算信号について予め設定した基準信号と比較
して各区分単位での分散を求める手段を具備してなる透
明な膜の検査方法を得るものである。
導体素子製造各工程における半導体ウェーハ表面に形成
されるレジスト膜例えば現像終了後のフォトレジスト表
面の膜厚の変化を測定するための半導体ウェーハ表面の
レジスト膜の検査装置に適用した実施例を図面を参照し
て説明する。
半導体ウェーハ(1)の表面にフォトレジスト(2)が
設けられた被検体(3)を設ける。この被検体(3)に
対して右斜め上方に拡散板(4)を配置し、この拡散板
(4)に光源(5)から照射する。すなわち、光源(5
)からの光を拡散板(4)で拡散光にしてレジスト(2
)の表面に照射する。この時の入射角はレジスト膜(2
)の表面に対して20度乃至30度が最適である。この
拡散光によシ照射されたレジスト(2)表面からの正反
射光路には光電変換装置(6)を配置する。この光電変
換装置(6)は光電変換素子として例えばITVカメラ
(7)が用いられる。とのITVカメラ(7)の入射光
路には特定の波長の光のみを通過させる光学フィルタ例
えば干渉フィルタ(8)が配設される。
このような光学系で撮像することによシ、レジスト(2
)の膜厚の変化を良好に撮像できる。撮像例としてレジ
スト膜を塗布する際の不手際でレジストのボタ落ちがあ
る場合がその例である。ボタ落ちのあった薄い丘かはっ
きシ映像している。中央部が暗くこれは極めて微細な膜
厚の変化で薄い高所であ)、シかし漸次高くなるもので
肉眼でも大変苦労して検出するものである。干渉フィル
タ(8)はなくてもよいが、干渉フィルタ(8)を用い
て撮像した方がよシ鮮明な出力像が得られる。
次に本発明方法を用いて、超クリーンルームにおける半
導体製造工程に好適なレジスト膜厚の変化、異物、傷の
有無検査装置に適用した実施例を第3図を参照して説明
する。
回転テーブル01J上に被検体として半導体ウェハ上に
レジスト膜の設けられた半導体製造工程途中のウェーハ
02をレジスト膜を上方にして載置する。
この載置手段は半導体製造工程の検査毎にロボット駆動
などでコレットによりレジスト膜の設けられていない裏
面を吸着して移送載置し、検査終了後再びコレットによ
シ吸着して次工程に移送するシステムラインを作る。
上記ウェーハOaの垂直方向上方に第1の光電変換素子
として例えば第1のITVカメラ(至)を配置する。こ
のカメラ(至)への入射光は光源(ロ)の光軸がウェー
ハ04の中心となるようにした照明光によるレジスト膜
の表面からの散乱光である。さらに第1図で説明した光
学系が設置されている。即ち光源(財)からの光の一部
は拡散板C3!9で拡散され、この拡散された拡散光は
レジスト膜C32の表面に入射する。
この時の入射角はレジスト膜C3a面に対して20度乃
至30度が好適である。この拡散光の入射による正反射
光路に第2の光電変換素子例えば第2のITVカメラ(
至)を配置する。このカメラ(至)の入射光路【は光学
フィルタ例えば干渉フィルタ6?)が配設されている。
上記回転テーブル3υは駆動機構台(至)上に設けられ
1回転テーブル0υ上に被検体C33が載置された時正
しくテーブルのυ面に密着される如くバキーームによる
吸気孔(至)が設けられている。上記駆動機構台(至)
内にはモータ(40からの回転を予め定められた速度に
変換する速度変換ギヤが設けられている。
上記モータ10はテーブルコントロール回路(41)に
よシ制御される。
上記第1のITVカメラ(至)の出力にはカメラコント
ローラ回路(47Jが接続され、カメラ(至)の出力信
号を増幅成形されて画像処理装置(43に入力する。ま
た同様に第2のITVカメラ(至)出力にもカメラコン
トローラ回路G14)Ic接続され、カメニアC3E9
出力信号を増幅成形して上記画像処理装置(43に入力
する。
この画像処理装置I43で信号処理することによシ異物
、傷や膜厚の変化情報を電気的波形整形して情報処理装
置(ハ)に入力する。この装置(ハ)には検査機能が内
蔵され、コンビ、−夕などによシ画像処理装置03出力
信号を演算処理して上記異物、傷や膜厚の変化の有無と
か、良否などの検査を行う。
検査結果を画像処理装置(ハ)に戻してTVモニタなど
に表示する。情報処理装置(ハ)での検査状況に応じて
ウェーハcI2を移動させたい時、テーブルコントロー
ラ(41)を介して回転テーブル01)を移動させる。
第2図の画像処理装置G13内の信号処理系の具体例は
第3図に示めす通シである。
次に検査動作を説明する。
ウェーハ0りが回転テーブルGη上に載置されると。
もし被検ウニl5Oa上に傷、異物があれば、この傷。
異物によシ光源(ロ)からの光が散乱し、その散乱光の
一部が第1のITVカメラ(ハ)に入射し、撮像される
。もし傷、異物がなければ照明光は被検ウエノ・(3a
上で正反射するため、第1のITVカメラ@には入射光
はない。照明装置即ち光源(ロ)から出た光は通常ある
広がり角を持っているため、そのままウェハ表面で正反
射した像をITVカメラ(至)Kて撮像しても、ウェハ
(至)の中心のみが光って周辺部は暗くなる。これを避
けるため光源(財)からの光の一部は光拡散板(ハ)で
拡散され、この拡散板(ハ)からの散乱光をウェハ(至
)のレジスト膜表面にて正反射させると、第2のITV
カメラ(至)には正反射光による照度ムラのない均一光
学像が入射される。
この時、ウェハ0りの表面にはレジストの薄い膜が形成
されておシ、前記正反射光像を見るとレジストの厚さの
違いによって色が異って見える。これは透明なレジスト
薄膜によ〕光の干渉現象がおき、特定の波長が強調もし
くは弱められるためである。従って第2のITVカメラ
(至)の入射光路に光学フィルタ、例えば干渉フィルタ
CI?)を設置することにより、特定の波長のみを撮像
することができる。これはとりもなおさず被検ウェノ・
02上のレジスト膜厚変化を第2のI’l’Vカメ′y
OI19で撮像できる。
まな第1のITVカメラ(至)および第2のITVカメ
ラ(至)は画像処理装置(43および全体制御を行う情
報処理装置(ハ)とが接続されておシ、ウェノ・(34
上の傷。
異物、レジスト表面状態を自動的に知ることができる。
即ち、第1のITVカメラ(至)出力信号をカメラコン
トローラ回路(6)で、増幅、成形したのち1画像処理
装置(43でディジタル化してメモリに記憶する。
メモリに記憶した情報を予め定めた手段で読み出して傷
、異物信号の有無の判定を行うため情報処理装置1(a
で予め定められた設定値と比較して傷。
異物の検知を行う。その検査結果を画像処理装置囮に設
けられているTVモニタに表示する。
また第2のITVカメラ(至)出力信号は同様にカメラ
コントローラ回路Q4で増幅成形され、画像処理装置G
i3でディジタル信号に変換されてメモリに記憶される
。このメモリから読み出し、情報処理装置(ハ)で予め
定められ九設定値と比較してレジスト表面状態の検査を
行う。例えば表面状態異常の有無、有るとすれば例えば
第2図に示めすレジストのボタ落ちがどの部分に有るか
の検査を行い、その結果を画像処理装置(43のモニタ
やデータとして出力する。上記情報処理装置(4りの検
査にお陽て入力情報からウェーハ0′IJを移動させた
い場合、移動のプログラムをテーブルコントローラけυ
に出力して回転テーブルC31)を回転させる。移動の
プログラムは例えば何度回転させて停止させ1次に何度
回転させて停止するなどの動作プログラムである。
これらは、予め複数種メモリに記憶され、適宜選択でき
るようになっている。このような検査が終了すると、ウ
ェハG2はコレットによシ吸着されて次の半導体製造工
程に移送される。
このようKこの発明方法を用いることによシ表面が透明
なレジスト膜が付着されたウェーハの検査を自動的に実
行できる。
次に第3図を参照して第2図面像処理系の具体例を説明
する。
I’ffカメラ@によシ得られたウェハc3つの像信号
を第4図(A)に示す。ウェハC321内の斜線で示し
たのは他の部分とレジスト厚の異なる部分6υである。
この偲号はA/D変換器63でディジタル信号に変換さ
れ、アンド回路−に出力する。この回路(支)にはマス
ク発生回路(財)によって生成された第5図(B)K示
めすマスク信号も出力される。このマスク信号は第4図
(A)のウェハ翰像よシ少し小さめに作られておシ、ア
ンド回路閲出力にウェハ04周辺部の形状的なダレによ
る悪影響を排除した信号を得る。こうして得られたウェ
ハ像のディジタル信号を第4図(C)に示す。このディ
ジタル信号を記憶回路霞に記憶する。記憶装fta団に
記憶されたウェハ像を予め記憶設定されているアドレス
発生回路−出力によシ小区画に分けた第5図(D)の信
号を出力に得る。そして各小区画内で加算された信号を
得てこれを記憶回路(至)に記憶する。情報処理装at
aではこの小区画毎にあらかじめ設定された値以上の画
素データの分散を計算する。もしレジスト厚の異なる領
域があれば正常な領域との境界で明るさが変化する九め
1画素データの分散は大きくなシ、不良を知ることがで
きる。ここでウエノ・像を小区画に分けたのは、ウニノ
ー全体のゆるやかな明るさの変化を排除するためであシ
1分散を求めるのに、あらかじめ設定値を設けて、それ
以上のデータを採用したのは、ウェハ境界におけるウェ
ハ外のデータを排除するためであり、こうすることでウ
ェハ境界においてもデータの分散を正しく求めることが
できる。
このようKしてレジスト上の「ボタ落ち」の有無や位置
を出力することができる。出力の手段はTVモニタに表
示することやデータ表示することは容易である。TVそ
ニタをカラーモニタを使用する場合には、レジスト表面
の色と厚さの異なる部分6〃の色とを区別して表示(カ
ラー表示)することが可能である。
上記情報処理装置(451の検査において入力情報から
ウェーハG2を移動させたい場合、移動のプログラムを
テーブルコントローラ(4υに出力して回転テーブルG
υを回転させる。移動のプログラムは例えば何度回転さ
せて停止させ1次に何度回転させて停止するなどの動作
プログラムである。これらは。
予め複数種メモリに記憶され、適宜選択できるようにな
っている。このような検査が終了すると。
ウェハC35はコレットによシ吸着されて次の半導体製
造工程に移送される。
このようにこの発明方法を用いることによシ表面が透明
なレジスト膜が付着されたウェーノーの検査を自動的に
実行できる。
上記実施例ではウェーハG21のみを回転させる例につ
いて説明したが光源(財)、拡散板(ト)、 I’l’
Vカメラ(至)(至)を適宜移動させても、相対的なも
のであることは当業者には理解されることである。
肯らに上記実施例ではITVカメラ(1)による傷。
異物検査とITVカメラ(2)による膜の厚さ検査を同
時に実施した例について説明したが1時分割で検査して
もよい。これは傷、異物、膜の厚さの変化が存在する場
合に有効である。勿論同時でも処理系表示系を2系統又
は切換え可能に設定しておけばよい。
さらにまた上記実施例では表面が透明な)莫として半導
体製造工程におけるウェー71上に設けられるレジスト
膜の表面状態について説明したが、表面に透明な膜を有
するものであれば写真のフィルムやグラスチック薄板の
表面の撮像に適用して効果がある。
さらKまた上記実施例では光電変換素所としてITVカ
メラの例について説明したが、うにフサ1カラーカメラ
でもよい。カラーカメラの場合には干渉フィルタは不用
である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明検査方法によれば、透明な膜
の微細な膜厚の変化を高精度に検査できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の膜厚の変化を測定する光学系の実
施例を説明するための略図、第2図は第1図の光学系を
用いた半導体製造工程でのレジスト膜表面検査装置に適
用した実施例説明図、第3囚、第マ嘔。ml、処理装ヨ
。4体例や1図、第4図(A)(B) (C)CD)は
第3図の動作を説明するための各ブロック出力信号の画
像を示めす図である。 3.32・・・ウェーハ。 7、33.36 ・ITV fy メラ。 4.35・・・拡 散 板。 5.34・・・光 源。 代理人 弁理士  則 近 憲 佑 ほか1名 第1図 5光贋、 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)透明な膜の表面に拡散光を照射する手段と、この
    照明手段による正反射光を光電変換素子により電気信号
    に変換する手段と、この光電変換手段により得られた信
    号をディジタル信号に変換する手段と、この手段により
    得られたディジタル信号を予め定められた単位で区分す
    る手段と、この手段による各区分単位内の加算信号につ
    いて予め設定された基準値と比較して上記区分単位での
    分散を求める手段とを具備してなることを特徴とする透
    明な膜の表面検査方法。
JP4194685A 1985-03-05 1985-03-05 透明な膜の表面検査方法 Pending JPS61201107A (ja)

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