JPWO2003077291A1 - 半導体製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

半導体製造ラインの各製造工程で半導体基板を加工処理する半導体製造方法において、各製造工程に配置された製造装置に搬入される半導体基板を加工処理前と加工処理後にそれぞれ画像データを取得し、加工処理前の画像データ又は良品のマスタ画像データと加工処理後の画像データから製造装置の処理条件に起因する欠陥を検出し、この検出結果に基づいて製造装置の処理条件を変更制御して半導体基板を加工処理する。

Description

技術分野
本発明は、例えば液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、半導体ウエハなどの半導体製造方法及びその装置に関する。
背景技術
図２１Ａ〜図２１Ｇは、半導体製造の前工程を示す。半導体ウエハ１の表面上に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、この酸化膜上にシリコン窒化膜の薄膜２を堆積する。
次に、フォトリソグラフィー工程に移り、半導体ウエハ１の表面上にフォトレジスト（感光性樹脂）３の薄膜を塗布する。フォトレジスト３の塗布は、コータ（塗布機）によってフォトレジスト３の液を半導体ウエハ１の表面上に滴下し、半導体ウエハ１を高速回転することにより半導体ウエハ１の表面上にフォトレジスト３の薄膜を塗布する。
次に、ステッパなどの露光機において、紫外線をフォトマスク基板（以下、マスクと省略する）４を通して半導体ウエハ１上のフォトレジスト３に照射する。これにより、マスク４に描かれた半導体パターンがフォトレジスト３に転写（露光）される。
次に、現像を行なうことにより、露光部のフォトレジスト３を溶剤により溶かされて、未露光部のレジストパターン３ａを残す（ポジ型）。逆に、露光部のフォトレジスト３を残し、未露光部のレジストパターン３ａを溶かすのがネガ型である。
現像が終了すると、半導体ウエハ１の表面上に形成されたレジストパターン３ａの外観検査が行なわれる。
次に、半導体ウエハ１の表面上に残ったレジストパターン３ａをマスクにして半導体ウエハ１の表面上の酸化膜とシリコン窒化膜とが連続的に選択除去（エッチング）される。
次に、半導体ウエハ１の表面上のレジストパターン３ａがアッシングにより除去される（レジスト剥離）。次に、半導体ウエハ１の洗浄が行われ、不純物が取り除かれる。
これ以降、フォトレジスト３の塗布から半導体ウエハ１の洗浄までの工程が繰り返されて、半導体ウエハ１の表面上に複数層のパターンが形成される。
フォトレジスト３の塗布から現像までは、コータ／デベロッパー及び露光機を一体的にシステム化したフォトリソグラフィ装置により行われる。
しかしながら、フォトリソグラフィ装置におけるコータでは、異物の付着やフォトレジスト粘度、回転条件により半導体ウエハ１の表面上へのフォトレジスト３の成膜の不均一を発生する。
露光機では、デフォーカス、マスクを間違えて他の回路パターンを転写する。又、マスキングブレードが大きすぎたり小さすぎたりする。マスク４上の欠陥の影響を受ける。マスク４に付着した異物の影響を受ける。半導体ウエハ１に対して二重露光をしたり、又は未露光のままとなる。
デベロッパーでは、現像液の温度や現像時間により現像不良が起こる。
ところが、このような不具合を検査する半導体ウエハ１の外観検査は、半導体ウエハ１をフォトリソグラフィ装置外に一担搬出し、フォトリソグラフィ装置外の外観検査装置に搬入して行う。
このため、コータ、露光機及びデベロッパーの各動作条件に起因する不具合を即時に検出することが困難である。この結果、不良品を大量に発生させ、半導体を安定して製造することができない。
そこで本発明は、半導体製造工程中に配置された各製造装置の動作条件に関連する欠陥を検出して各製造装置の動作条件を可変設定することにより安定した半導体製造を行う半導体製造方法及び装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の主要な観点によれば、半導体製造ラインの各製造工程で半導体基板を加工処理する半導体製造方法において、各製造工程に配置された製造装置に搬入される半導体基板を加工処理前と加工処理後にそれぞれ画像データを取得し、加工処理前の画像データ又は良品のマスタ画像データと加工処理後の画像データから製造装置の処理条件に起因する欠陥を検出し、この検出結果に基づいて製造装置の処理条件を変更制御して半導体基板を加工処理する半導体製造方法及びその装置が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１Ａはフォトリソグラフィ工程中に配置される半導体製造装置の構成図である。半導体製造装置は、コータ／デベロッパー１０と露光機１１とを備える。コータ／デベロッパー１０の投入口にカセット１２が設けられている。カセット１２は、フォトリソグラフィー処理前の複数の半導体ウエハ１を収納する。コータ／デベロッパー１０の取出口にカセット１３が設けられている。カセット１３は、フォトリソグラフィー処理を終了した複数の半導体ウエハ１を収納する。
コータ／デベロッパー１０内には、コータ１４とデベロッパー１５とリワーク装置１６と第１〜第３の検査部６０〜６２とを備える。
なお、半導体製造装置の外部には、図１Ｂに示すように良品の複数の半導体ウエハ１を収納するカセットＣ１と、リワーク不可能なＮＧの半導体ウエハ１を収納するカセットＣ２と、リワーク装置１６とを設け、かつコータ／デベロッパー１０内に搬出ロボットＲｂを設けてもよい。カセットＣ１内には、フォトリソグラフィー処理前の複数の半導体ウエハ１と、フォトリソグラフィー処理を終了した良品の複数の半導体ウエハ１を収納する。搬出ロボットＲｂは、各カセットＣ１、Ｃ２とリワーク装置１６との間に移動可能であり、デベロッパー１５による現像後の半導体ウエハ１が良品であれば、この半導体ウエハ１をカセットＣ１に収納し、リワーク可能な半導体ウエハ１であればリワーク装置１６に送り、リワーク不可能なＮＧの半導体ウエハ１であればカセットＣ２に収納する。
図２はコータ１４の構成図である。コータ本体容器１４ａの内部にモータ１７が設けられている。モータ１７の軸１８に真空チャック１９が設けられている。真空チャック１９は、半導体ウエハ１を吸着保持する。
半導体ウエハ１の上方にレジストノズル２０が配置されている。レジストノズル２０は、接続管２１を介してフォトレジストタンク２２に接続されている。フォトレジストタンク２２内にフォトレジスト３の液が収容されている。フォトレジストタンク２２にヒータ２３が設けられている。フォトレジストタンク２２は、フォトレジスト３の温度を検出する温度計２４を内設する。ヒータ２３は、温度計２４により検出されるフォトレジスト３の液温度を設定温度（定温）にするように通電制御される。
フォトレジスト３の粘度は温度に応じて変化する。半導体ウエハ１の表面上に形成されるフォトレジスト３の膜厚は、図３に示すようにコータ１４におけるモータ１７の回転数とフォトレジスト３の粘度との関係から設定膜厚となるようにタ１４の回転数をフォトレジストの液温度が制御される。
接続管２１にポンプ２５と流量計２６とが接続されている。ポンプ２５は、フォトレジストタンク２２内のフォトレジスト液をレジストノズル２０へ送り出す。流量計２６は、レジストノズル２０に送られるフォトレジスト３の液量を計測する。ポンプ２５により送り出されるフォトレジスト３の液量は、流量計２６により検出された液量に基づいて制御される。これにより、レジストノズル２０から半導体ウエハ１の表面上に滴下されるフォトレジスト３の液量は、所定の量に制御される。
真空チャック１９により吸着保持される半導体ウエハ１の周囲には、半導体ウエハ１を囲うようにカップ２７が設けられている。コータ本体容器１４ａにはヒータ２８が設けられている。コータ本体容器１４ａ内には、温度計２９及び湿度計３０が設けられている。ヒータ２８は、温度計２９により検出された温度に基づいてコータ本体容器１４ａ内の温度を所定の温度（例えば２０〜２５°）にするように通電制御される。コータ本体容器１４ａ内の湿度は、湿度計３０により検出された湿度に基づいて所定の湿度（例えば相対湿度４０％以下）に保たれる。湿度制御によりフォトレジスト３の薄膜の接着性の低下が防止される。
モータ１７に回転数センサ３１が取り付けられている。モータ１７は、回転数センサ３１によって検出された回転数に基づいて所定の回転数になるように制御される。モータ１７の回転制御により半導体ウエハ１の表面上のフォトレジスト３の膜厚は、所定の膜厚に形成される。
コータ１４は、図４Ａに示すエッジリンスカット機４７を備える。エッジリンスカット機４７は、図５に示すようにフォトレジスト３を塗布した後の半導体ウエハ１の外周縁のフォトレジスト３をカットする。
具体的にリンスノズル４７ａが半導体ウエハ１の外周縁の上方に設けられている。リンスノズル４７ａは、リンス液３２をフォトレジスト３の外周縁に対して適量滴下する。これにより、半導体ウエハ１の外周縁のフォトレジスト３は、図４Ｂに示すように所定のエッジリンスカット幅Ｅだけカットされる。
コータ１４は、コータ制御部１４ａによりコータ１４の動作条件、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の滴下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間が制御される。
図６はデベロッパー１５の構成図である。デベロッパー容器１５ａ内にモータ３３が設けられている。モータ３３の軸３４に真空チャック３５が設けられている。真空チャック３５は、半導体ウエハ１を吸着保持する。
半導体ウエハ１の上方に現像ノズル３６が配置されている。現像ノズル３６は、接続管３７を介して現像液タンク３８に接続されている。現像液タンク３８に現像液が収容されている。現像液タンク３８にヒータ３９が設けられている。現像液タンク３８内に現像液の温度を検出する温度計４０が設けられている。現像液タンク３８においてヒータ３９は、温度計４０により検出される現像液の温度を設定温度にするように通電制御される。
接続管３７にポンプ４１と流量計４２とが接続されている。ポンプ４１は、現像液タンク３８内の現像液を現像ノズル３６へ送り出す。流量計４２は、現像ノズル３６に送られる現像液の液量を計測する。ポンプ４１により送り出される現像液の量は、流量計４２により検出された液量に基づいて制御される。これにより、現像ノズル３６から半導体ウエハ１の表面上に滴下される現像液の量は、所定の量に制御される。
真空チャック３５の下部には、カップ４３が設けられている。デベロッパー容器３２にはヒータ４３が設けられている。デベロッパー容器１５ａ内には、温度計４４及び湿度計４５が設けられている。ヒータ４３は、温度計４４により検出された温度に基づいて通電制御される。これにより、デベロッパー容器１５ａ内の温度は、所定の温度に制御される。デベロッパー容器１５ａ内の湿度は、湿度計４５により検出される湿度に基づいて所定の湿度に保たれる。
モータ３３に回転数センサ４６が取り付けられている。モータ３３は、回転数センサ４６によって検出された回転数に基づいて所定の回転数になるように回転数制御される。モータ３３の回転制御により現像液は、半導体ウエハ１の表面上を均一に流れる。
デベロッパー１５は、デベロッパー制御部１５ａにより半導体ウエハ１の表面上に滴下される現像液の量、温度などが制御される。
図７は露光機１，１の概略構成図である。露光機１１は、例えばステッパー（縮小投影露光装置）である。光源５０は、例えば水銀灯が用いられる。光源５０の光軸５１上にコンデンサレンズ５２、半導体パターンが形成されたフォトマスク基板（以下、マスクと省略する）５３、投影レンズ５４が設けられている。光軸５１上に半導体ウエハ１を載置するステージ５５が設けられている。ステージ５５は、ＸＹＺチルト機構５６によってＸＹＺ方向に移動可能で、かつＺ方向に対する傾き角も可変可能である。露光機１１は、マスク５３に形成されているパターンを例えば１０分の１、５分の１、４分の１などに縮小して半導体ウエハ１に投影する。
露光機１１は、露光制御部１１ａにより光源５０による露光量、露光光学系によるフォーカス量、ステージ５５の傾きなどが制御される。
リワーク装置１６は、コータ１４によるレジスト塗布、露光機１１によるパターン転写、及びデベロッパー１５による現像の行なわれた半導体ウエハ１に不具合を生じた場合に、半導体ウエハ１上に形成された薄膜２によるパターンを除去する。
第１の検査部６０がカセット１２を配置する搬入ライン側に設けられている。第１の検査部６０は、フォトレジスト３を塗布される前の半導体ウエハ１を撮像して画像データＩｍ_１を取得する。
第２の検査部６１がコータ１４と露光機１１との間に設けられている。第２の検査部６１は、フォトレジスト３の塗布された後の半導体ウエハ１を撮像して画像データＩｍ_２を取得する。
第３の検査部６２がカセット１３を配置する搬出ライン側に設けられている。第３の検査部６２は、露光・現像が終了した後の半導体ウエハ１を撮像して画像データＩｍ_３を取得する。
図８は第１〜第３の検査部６０〜６２の構成図である。第１〜第３の検査部６０〜６２は同一構成である。ステージ６５上に半導体ウエハ１が載置される。ステージ６５の上方にライン状の照明部６６とラインセンサカメラなどからなる撮像部６７とが配置されている。照明部６６は、半導体ウエハ１の表面に対して光軸を所定角度θ_１だけ傾けて配置されている。照明部６６は、ライン状の照明光を半導体ウエハ１の表面に照射する。照明部６６は、回動可能に設けられ、半導体ウエハ１の表面に対する傾き角度θ_１を所定の範囲内で調整可能である。照明部６６は、電気的又は機械的ストッパにより所望の傾き角度θ_１に固定できる。
撮像部６７は、半導体ウエハ１の表面に対して光軸を所定角度θ_２だけ傾けて配置されている。撮像部６７は、照明部６６からの照明により生じる半導体ウエハ１の表面からの回折光を１ラインずつ撮像する。撮像部６７は、光軸を所定角度θ_２傾いた状態で固定されている。
干渉フィルタ６８が撮像部６７の撮像光路に対して挿脱可能に設けられている。干渉フィルタ６８は、半導体ウエハ１の表面の干渉画像を撮像するときに撮像部６７の撮像光路に挿入する。
コータ／デベロッパー１０内には、搬送ロボットＲａが備えられている。搬送ロボットＲａは、コータ１４によりレジスト塗布された半導体ウエハ１を取り出して露光機１１に渡し、露光機１１により露光処理された半導体ウエハ１を取り出してデベロッパー１５に渡す。又、搬送ロボットＲａは、フォトレジスト塗布の前、フォトレジスト塗布の後、露光・現像の後において、コータ／デベロッパー１０、露光機１１から半導体ウエハ１を取り出して第１〜第３の検査部６０〜６２のステージ６５上に載置し、表面欠陥検査の後にステージ６５上から半導体ウエハ１を取り出してラインに戻す。
搬出ロボットＲｂは、コータ／デベロッパー１０外に設けられ、破棄すると判定された半導体ウエハ１をリワーク装置１６から取り出して破棄用のカセットに納める。
図９は表面欠陥検査装置６３の構成図である。ホストコンピュータ７０に第１〜第３の検査部６０〜６２における各撮像部６７が接続されている。ホストコンピュータ７０は、ＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイなどの画像表示部７１、入力部７２、ステージ移送回転制御部７３、光学系制御部７４、照明角度制御部７５、基板搬送部７６及び設計情報解析部７７に対して各動作指令を発する。設計情報解析部７７は、チップ設計工程に用いられる設計情報を保有するＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）部７８に接続されている。
ホストコンピュータ７０は、図１０に示すような照明部６６の傾き角度θ_１に対する輝度値との関係を示すグラフを生成し、このグラフに基づいて撮像部６７の撮像により取得される画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３から回折光で最も観察に適しているｎ次光（１次光、２次光）の位置を判定する。
ホストコンピュータ７０は、記憶部８０と検査処理部８１とを有する。記憶部８０は、撮像部６７の撮像により取得された各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３、検査処理部８１により得られた検査結果の情報（欠陥情報）を記憶する。
検査処理部８１は、第１〜第３の検査部６０〜６２の各撮像部６７の撮像により取得される画像データ、すなわちフォトレジスト３を塗布する前の半導体ウエハ１の画像データＩｍ_１と、フォトレジスト３を塗布した後の半導体ウエハ１の画像データＩｍ_２と、現像後の半導体ウエハ１の画像データＩｍ_３とをそれぞれ受け取り、各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３を解析処理してレジスト塗布後、露光処理後、現像後の半導体ウエハ１に対する検査を行う。
検査処理部８１は、半導体ウエハ１に対する検査結果としてレジスト塗布後、露光処理後、現像後における各欠陥情報、例えば欠陥の種類、数、位置、面積などの情報を求め、欠陥情報を画像表示部７１に表示する。
検査処理部８１は、図１１に示すようにレジスト処理部８２、露光・現像処理部８３、工程処理部８４、カット幅処理部８５及びマスタ画像処理部８６を有する。
レジスト処理部８２は、記憶部８０に記憶されている各画像データＩｍ_１とＩｍ_２とを比較して差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）を求め、差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）から半導体ウエハ１の表面上の異物を検出すると共に、差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）からフォトレジスト３の塗布状態を検出する。
露光・現像処理部８３は、記憶部８０に記憶されている画像データＩｍ_３と予め記憶されている現像後の良品の半導体ウエハ１の画像データ（以下、マスタ画像データと称する）Ｉ_Ｒｅｆ３とを比較して差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）を求め、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）から製造直後の半導体ウエハ１に対して外観検査を行う。
露光・現像処理部８３は、半導体ウエハ１に対して外観検査の結果から露光機１１におけるデフォーカス、マスク違い、マスキングブレードが大きすぎたり小さすぎたりすること、マスク５３上の欠陥又は異物の検出、半導体ウエハ１に対する二重露光、未露光、デベロッパー１５での現像不良を検出する。
工程処理部８４は、記憶部８０に記憶されている画像データＩｍ_３とＩｍ_１とを比較して差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）を求め、差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）から１回目のフォトリソグラフィ工程（フォトレジスト塗布、露光・現像）での処理状態を検査する。
工程処理部８４は、フォトリソグラフィ工程を終了して不良と検査された半導体ウエハ１をリワーク装置１６に投入し、修正した半導体ウエハ１を再度コータ１４に投入する。工程処理部８４は、再度コータ１４に投入した半導体ウエハ１の製品番号を記憶し、不良と検査された回数をカウントする。
工程処理部８４は、不良と検査された回数が所定の不良回数以上になると、当該半導体ウエハ１をＮＧと判断し、フォトリソグラフィ工程ラインから取り外すと判断する。
カット幅処理部８５は、記憶部８０に記憶されている画像データＩｍ_２から図４Ｂに示すエッジリンスカット幅Ｅを半導体ウエハ１の周縁部の複数箇所、例えば図１２に示すように４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４で検出し、エッジリンスカット幅Ｅが予め設定された許容幅を満たしているか否かを判定する。
カット幅処理部８５は、画像データＩｍ_２から半導体ウエハ１の周縁部全周のエッジ画像からエッジ部の欠け、クラックなどの欠陥を検出する。
マスタ画像処理部８６は、予め記憶部８０に記憶されているフォトレジスト３を塗布する前の良品の半導体ウエハ１のマスタ画像データＩ_Ｒｅｆ１と、フォトレジスト３を塗布した後の良品の半導体ウエハ１のマスタ画像データＩ_Ｒｅｆ２と、現像後の良品の半導体ウエハ１のマスタ画像データＩ_Ｒｅｆ３とを読み込む。
マスタ画像処理部８６は、各マスタ画像データＩ_Ｒｅｆ２とＩ_Ｒｅｆ１とのマスタ差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ２−Ｉ_Ｒｅｆ１）を求め、マスタ差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ２−Ｉ_Ｒｅｆ１）と差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）との差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ２−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）からフォトレジスト３の塗布状態を検出する。
又、マスタ画像処理部８６は、各マスタ画像データＩ_Ｒｅｆ３とＩ_Ｒｅｆ１とのマスタ差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）を求め、マスタ差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）と差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）との差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）から１回目のフォトリソグラフィ工程での処理状態を検査し、１回目のフォトリソグラフィ工程を終了した半導体ウエハ１から不良品を検出する。
工程制御装置８７は、検査処理部８１の検査結果を受け取り、この検査結果とコータ１４とデベロッパー１５と露光機１１との各動作条件との比較結果に基づいてコータ１４とデベロッパー１５と露光機１１とを各フィードバック制御する。工程制御装置８７は、図１３に示すように記憶部８８、レジスト制御部８９、露光・現像制御部９０、工程制御部９１、カット幅制御部９２及びマスタ画像制御部９３を有する。
記憶部８８は、検査処理部８１の検査結果に対応してフィードバック制御されるコータ１４とデベロッパー１５と露光機１１との各動作条件を記憶する。コータ１４の動作条件は、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の滴下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間などである。デベロッパー１５の動作条件は、例えば半導体ウエハ１の表面上に滴下される現像液の量、温度などである。露光機１１の動作条件は、例えば光源５０による露光量、露光光学系によるフォーカス量、ステージ５５の傾き、マスク基板の番号などである。
レジスト制御部８９は、レジスト処理部８２による半導体ウエハ１の表面上のフォトレジスト３の塗布状態の検査結果に応じてコータ１４の動作条件、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の半導体ウエハ１への滴下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間のうち少なくとも１つを変更するフィードバック制御信号をコータ制御部１４ａに送出する。
露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３による半導体ウエハ１の外観検査結果に応じて露光機１１又はデベロッパー１５のいずれか一方又は両方の動作条件を変更するフィードバック制御信号を露光制御部１１ａ又はデベロッパー制御部１５ａに送出する。
露光・現像制御部９０は、例えば露光機１１の動作条件としての光源５０による露光量、露光光学系によるフォーカス量、ステージ５５の傾きを制御するＸＹＺチルト機構５６へのチルディングのうち少なくとも１つを制御するフィードバック制御信号を露光制御部１１ａに送出する。
露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３によりデベロッパー１５での現像不良を検出すると、デベロッパー１５の動作条件として半導体ウエハ１の表面上に滴下する現像液の量、温度のうち少なくとも１つを制御するフィードバック制御信号をデベロッパー１５に送出する。
工程制御部９１は、工程処理部８４からの１回目のフォトリソグラフィ工程を終了した半導体ウエハ１の検査結果を受け、この検査結果から半導体ウエハ１の不良品を検出するとこの半導体ウエハ１をリワーク装置１６に投入し、さらにコータ１４に再投入させる制御信号をリワーク装置１６に送出する。
工程制御部９１は、検査処理部８１によりリワーク不能と判断されたＮＧ基板や工程処理部８４により所定のリワーク回数を越えた不良と判断されたＮＧ基板をフォトリソグラフィ工程ラインから取り外すため、搬出ロボットＲｂに対して半導体ウエハ１を破棄用のカセットに納める指令を送出する。
カット幅制御部９２は、図１２に示すようにカット幅処理部８５により検出された４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４での各エッジリンスカット幅Ｅをそれぞれ許容範囲内になるようにリンス液の滴下量を調整するカット幅制御信号をコータ制御部１４ａに送出する。
カット幅制御部９２は、エッジリンスカット幅Ｅが予め設定された許容幅を満たしていないと判断した場合、不良の半導体ウエハ１をリワーク装置１６に再投入する。
マスタ画像制御部９３は、マスタ画像処理部８６により検出されたフォトレジスト３の塗布状態を受け、フォトレジスト３の塗布状態に応じてコータ１４の動作条件、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の半導体ウエハ１への滴下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間のうち少なくとも１つ変更するフィードバック制御信号をコータ制御部１４ａに送出する。
マスタ画像制御部９３は、マスタ画像処理部８６により検出された１回目のフォトリソグラフィ工程の最終検査結果によりリワーク可能な不良品と判断すると、この半導体ウエハ１をリワーク装置１６に投入し、再度コータ１４に投入する指令をリワーク装置１６及びコータ制御部１４ａに送出する。
なお、各検査部６０〜６２は、コータ１４、露光機１１、デベロッパー１５の前後にそれぞれ配置されているが、１つの検査部をコータ／デベロッパー１０内に配置し、この検査部を搬送ロボット等によってコータ１４、露光機１１、デベロッパー１５間に搬送してもよい。
露光機１１とデベロッパー１５との間に第４の検査部９４を配置してもよい。第４の検査部９４は、露光処理後の半導体ウエハ１の画像データＩｍ_４を取得する。
検査処理部８１は、画像データＩｍ_４とＩｍ_２との差画像データ（Ｉｍ_４−Ｉｍ_２）を求め、差画像データ（Ｉｍ_４−Ｉｍ_２）から露光機１１におけるデフォーカス、マスク違い、マスク５３のマスキングブレードが大きすぎたり小さすぎたりすること、マスク５３上の欠陥又は異物、半導体ウエハ１に対する二重露光、未露光のうち少なくとも１つを検出する。
ステージ移送回転制御部７３は、半導体ウエハ１を載置したステージ６５を、撮像部６７での撮像に同期したピッチで、かつ照明部６６によるライン照明の長手方向に対して交差する方向に移動制御する。
ステージ移送回転制御部７３は、ステージ６５を回転制御及び位置決め制御する。半導体ウエハ１を回転するには、ステージ６５自体を回転させる。又、一軸移動可能なステージ６５上に回転ステージを設け、この回転ステージを回転させることが好ましい。そして、回転中の半導体ウエハ１のオリフラ又はノッチをセンサにより検出し、このオリフラ又はノッチの位置に基づいて回転ステージなどを停止して半導体ウエハ１を所定の姿勢に位置決めする。
光学系制御部７４は、干渉画像を取得する際、干渉フィルタ６８の挿入や、照明部６６の光量を制御する。
照明角度制御部７５は、ホストコンピュータ７０の指示に応じて照明部６６による照明の半導体ウエハ１の表面に対する傾き角度を制御する。
基板搬送部７６は、搬送ロボットＲａを動作制御し、フォトレジスト塗布の前、フォトレジスト塗布の後、露光・現像の後において、半導体ウエハ１を受け取ってステージ６５上に載置し、表面欠陥検査の後、ステージ６５上の半導体ウエハ１を受け取ってラインに戻す。
次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。
図２１Ｂに示すように薄膜２を堆積された半導体ウエハ１は、複数枚カセット１２に収納される。カセット１２は、図１に示すコータ／デベロッパー１０の投入口にセットされる。カセット１２に収納されている半導体ウエハ１が１枚ごとにコータ／デベロッパー１０に投入されると、半導体ウエハ１は、搬送ロボットＲａにより図２に示すコータ１４に搬入される。
コータ１４内において、半導体ウエハ１は真空チャック１９上に吸着保持される。ポンプ２５の動作によりフォトレジストタンク２２に収容されているフォトレジスト３の液が所定量だけレジストノズル２０に送られ、半導体ウエハ１の表面上の略中央部に滴下される。
次に、モータ１７の駆動によって半導体ウエハ１が高速回転すると、フォトレジスト３の薄膜が半導体ウエハ１の表面上に塗布される。
次に、エッジリンスカット機４７は、図４Ａに示すようにリンスノズル４７ａからリンス液３２をフォトレジスト３の外周縁に適量滴下する。これにより、半導体ウエハ１の外周縁のフォトレジスト３は、図４Ｂに示すように所定幅だけカットされる。
次に、半導体ウエハ１は、搬送ロボットＲａにより露光機１１に搬入され、図７に示すようにステージ５５上に載置される。光源５０から露光光が放射されると、マスク５３に形成されたパターンが半導体ウエハ１の表面上に、例えば１０分の１、５分の１、４分の１などで縮小投影される。露光の終了した半導体ウエハ１は、搬送ロボットＲａにより図６に示すデベロッパー１５に搬入される。
デベロッパー１５において、半導体ウエハ１は真空チャック３５により吸着保持される。ポンプ４１の動作により現像液タンク３８に収容されている現像液が所定量だけ現像ノズル３６に送り出されて半導体ウエハ１の表面上の略中央部に滴下される。これと共にモータ３３の駆動によって半導体ウエハ１が高速回転すると、半導体ウエハ１の表面上に現像液が流されて現像処理される。これにより、ポジ型であれば、露光部のフォトレジスト３が溶かされ、未露光部のレジストパターン３が残る。ネガ型であれば、露光部のフォトレジスト３が残り、未露光部のレジストパターン３が溶かされる。
コータ／デベロッパー１０及び露光機１１での一連の工程処理中に、図８に示す第１〜第３の検査部６０〜６２は、それぞれフォトレジスト塗布の前、フォトレジスト塗布の後、露光・現像の後において半導体ウエハ１の各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３を取得する。
図９に示す基板搬送部７６は、ストッカから回折光の角度設定用の半導体ウエハを取り出してステージ１上に載置する。ステージ移送回転制御部７３は、角度設定用の半導体ウエハを載置したステージ１の位置決めを行なう。
ホストコンピュータ７０は、照明部６６の半導体ウエハ上における照射位置を設定する。照明角度制御部７５は、照明部６６の半導体ウエハ表面に対する傾き角度を初期設定角度（回動開始位置）に設定し、初期設定角度から照明部６６の傾き角度を順に変える。
撮像部６７は、各傾き角度ごとに半導体ウエハ表面からの回折光を取り込み、回折光のデータをホストコンピュータ７０に送る。
ホストコンピュータ７０は、照明部６６の傾き角度ごとに撮像部６７から取り込んだ回折光データの輝度値の平均値を求め、これら平均輝度値を各傾き角度に対応する輝度値を求める。そして、ホストコンピュータ７０は、回折光データから図１０に示す輝度値と角度との関係を示すグラフを生成し、このグラフから撮像部６７により撮像される回折光で最も観察に適しているｎ次光の位置を判定する。
照明角度制御部７５は、ホストコンピュータ７０により判定された角度θｇを、照明部６６の半導体ウエハに対する傾き角度θｇして設定する。照明部６６の傾き角度の設定は、半導体ウエハ１の各品種ごと、さらに半導体ウエハ１の各製造工程ごとに行なわれる。そして、同品種の半導体ウエハ１に対して同工程で表面欠陥検査を行なう場合は、記憶部８０に記憶されている傾き角度を用いる。
照明部６６を最適な傾き角度θｇに設定した状態で、フォトレジスト塗布の前、フォトレジスト塗布の後、露光・現像の後においてそれぞれ半導体ウエハ１に対する表面欠陥検査が行われる。
第１の検査部６０において基板搬送部７６は、半導体ウエハ１をステージ６５上に載置する。ステージ移送回転制御部７３は、ステージ６５を一方向（Ｘ方向）に一定速度で移動する。これに同期して撮像部６７は、ステージ１の移動方向に直交する方向の１ラインずつの回折光を撮像する。撮像部６７により撮像された回折画像データは、半導体ウエハ１全面の走査が終了するまで検査処理部８１に転送される。
半導体ウエハ１全面について回折画像の撮像が終了すると、光学系制御部７４は、図８に示すように干渉フィルタ６８を撮像光路中に挿入すると共に、照明部６６の光量を最適に制御する。照明角度制御部７５は、照明部６６の半導体ウエハ１表面に対する傾き角度を干渉画像を撮像するのに最適な角度に設定する。ステージ移送回転制御部７３は、ステージ６５を回折画像を撮像したときと反対の方向に一定速度で移動制御する。これに同期して撮像部６７は、ステージ６５の移動方向に直交する方向の１ラインずつの干渉光を撮像する。撮像部６７で撮像された干渉画像データは、半導体ウエハ１全面の走査が終了するまで画像解析部７９に転送される。
フォトレジスト塗布の前に取得された回折画像データと干渉画像データとは、画像データＩｍ_１として記憶部８０に記憶される。
半導体ウエハ１全面について回折画像と干渉画像との撮像が終了すると、検査処理部８１は、回折画像データと干渉画像データとをそれぞれ解析処理し、フォトレジスト工程前の半導体ウエハ１の表面上における膜厚むら、塵埃、傷などの欠陥を抽出し、欠陥の種類、数、位置、面積などの欠陥情報を画像表示部７１に表示する。検査処理部８１は、抽出した欠陥情報を欠陥の種類等ごとに分類し、記憶部８０に記憶する。
第２の検査部６１においても同様に、フォトレジスト塗布された半導体ウエハ１全面について回折画像データと干渉画像データとが取得され、画像データＩｍ_２として記憶部８０に記憶される。検査処理部８１は、画像データＩｍ_２を解析処理してフォトレジスト塗布された半導体ウエハ１の表面上における膜厚むら、塵埃、傷などの欠陥を抽出する。
第３の検査部６２においても同様に、現像後の半導体ウエハ１全面について回折画像データと干渉画像データとが取得され、画像データＩｍ_３として記憶部８０に記憶される。検査処理部８１は、画像データＩｍ_３を解析処理して露光・現像処理された半導体ウエハ１の表面上におけるレジストパターン、塵埃、傷などの欠陥を抽出する。
次に、レジスト処理部８２は、各画像データＩｍ_１とＩｍ_２との差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）からフォトレジスト３の塗布状態の良否を判断する。
フォトレジスト３の塗布状態が不良であれば、例えば図１４に示すようにフォトレジスト３の塗布されない部分ｓ_１、フォトレジスト膜厚が所定の膜厚よりも厚い部分ｓ_２、フォトレジスト膜厚が所定の膜厚よりも薄い部分ｓ_３などが現われる。フォトレジスト３の塗布されない部分ｓ_１において、異物Ｇによってフォトレジスト３の液が流れず、フォトレジスト３を塗布されない部分ｓ_１が生じるものもある。
レジスト制御部８９は、レジスト処理部８２からのフォトレジスト３の塗布状態の良否を受け取り、フォトレジスト３の塗布状態に応じてコータ１４の動作条件、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の半導体ウエハ１への適下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間のうち少なくとも１つを変更する。
次に、エッジリンスカット機４７は、リンス液３２をフォトレジスト３の外周縁に対して適量滴下し、図４Ｂに示すようにフォトレジスト３を所定のエッジリンスカット幅Ｅだけカットする。
カット幅処理部８５は、画像データＩｍ_２から図４Ｂに示すエッジリンスカット幅Ｅを図１２に示すように４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４で検出する。カット幅制御部９２は、エッジリンスカット幅Ｅが許容範囲内になければ、４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４での各エッジリンスカット幅Ｅがそれぞれ許容範囲内になるようにエッジリンスカット機４７でのリンス液の滴下量を調整する。
次に、露光・現像処理部８３は、現像後の画像データＩｍ_３と予め記憶されている現像後の良品の半導体ウエハの画像データＩ_Ｒｅｆ３との差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）を画像処理することでデフォーカスを検出する。
又、露光・現像処理部８３は、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）からマスク違い、マスキングブレード、マスク５３上の欠陥又は異物、二重露光、未露光を検出する。
露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３の検査結果を受けて、例えば露光機１１の光源５０による露光量、露光光学系によるフォーカス量のうち少なくとも１つを制御するフィードバック制御信号を露光制御部１１ａに送出する。
又、露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３からデベロッパー１５での現像不良の結果を受けると、デベロッパー１５における半導体ウエハ１の表面上に滴下する現像液の量、温度のうち少なくとも１つを制御するフィードバック制御信号をデベロッパー制御部１５ａに送出する。
又、露光・現像処理部８３は、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）を画像処理し、図１５に示すように半導体ウエハ１上の各１チップごとの露光の状態が一律に露光量の多い部分Ｑ_１と少ない部分Ｑ_２との現われることを検出すると、ステージ５５と共に半導体ウエハ１が傾いていると判断する。
露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３から半導体ウエハ１の傾いていることの判断結果を受けると、ＸＹＺチルト機構５６のチルティングを制御する制御信号を露光機制御部１１ａに送出する。
又、露光・現像処理部８３は、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）を画像処理し、図１６に示すデベロッパー１５での現像不良の部分ｅ_１、ｅ_２を検出する。露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３から現像不良の部分ｅ_１、ｅ_２を受けると、デベロッパー１５における半導体ウエハ１の表面上に滴下する現像液の量、温度のうち少なくとも１つのフィードバック制御信号をデベロッパー制御部１５ａに送出する。
工程処理部８４は、差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）から１回のフォトリソグラフィ工程の処理状態を検査し、この検査結果又はマスタ画像処理部８６による１回目のフォトリソグラフィ工程での処理状態の検査結果（マスタ差画像データ）を受け、これら検査結果から半導体ウエハ１に対する良品、リワーク可能な不良品、又はリワーク不可能なＮＧ基板を検出する。半導体ウエハ１からリワーク可能な不良品を検出すると、工程処理部８４は、リワーク装置１６に対して不良の半導体ウエハ１を修正する指示を送出する。
リワーク装置１６は、リワーク可能な不良の半導体ウエハ１上に形成されたレジストパターン３ａを除去し、半導体ウエハ１を再びコータ１４に投入する。
工程処理部８４は、コータ１４に再投入した半導体ウエハ１の製品番号を記憶し、不良と判断された回数をカウントし、不良と判断された回数が所定の不良回数以上になると、当該半導体ウエハ１をＮＧと判断し、フォトリソグラフィ工程ラインから取り外すと判断する。そうすると、搬出ロボットＲｂは、破棄すると判定された半導体ウエハ１を破棄用のカセットに納める。
マスタ画像処理部８６は、上記同様に差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）からフォトレジスト３の塗布状態を検出する。マスタ画像制御部９３は、マスタ画像処理部８６により検出された塗布状態に応じてコータ１４の動作条件、例えば温度、湿度、フォトレジスト３の半導体ウエハ１への滴下量、半導体ウエハ１の回転数及びその回転時間のうち少なくとも１つ変更する。
又、マスタ画像処理部８６は、上記同様に差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）から１回目のフォトリソグラフィ工程での処理状態の検査結果を出力する。
次に、本発明装置の校正について説明する。
装置校正は、定期的に標準の半導体ウエハを１枚〜数枚流す。標準の半導体ウエハがフォトレジスト塗布、露光、現像の各工程に流れると、フォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後の各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３が取得される。
レジスト処理部８２は、各画像データＩｍ_１とＩｍ_２との比較結果からフォトレジスト３の塗布状態を検出し、この検出結果をレジスト制御部８９に送る。レジスト制御部８９は、塗布状態に応じてコータ１４の動作条件のうち少なくとも１つ変更してフィードバック制御する。これによりコータ１４は校正される。
カット幅処理部８５は、画像データＩｍ_２からエッジリンスカット幅Ｅを４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４で検出する。カット幅制御部９２は、４箇所Ｐ_１〜Ｐ_４での各エッジリンスカット幅Ｅをそれぞれ許容範囲内になるようにコータ１４でのリンス液の滴下量を制御する。これにより、エッジリンスカット幅Ｅの校正が行なわれる。
露光・現像制御部９０は、上記同様に差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）から半導体ウエハ１の外観検査を行う。露光・現像制御部９０は、露光・現像処理部８３の外観検査結果に応じて露光機１１又はデベロッパー１５のいずれか一方又は両方の動作条件をフィードバック制御する。これにより、露光機１１は、光源５０による露光量、光学系によるフォーカス量などが校正される。デベロッパー１５は、現像液の容量、温度などが校正される。
又、露光・現像処理部８３は、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）を画像処理することで、図１４に示すように露光量の多い部分Ｑ_１と少ない部分Ｑ_２との現われることを検出すると、ステージ５５と共に半導体ウエハ１が傾いていると判断する。露光・現像制御部９０は、ステージ５５の傾きを制御するためのＸＹＺチルト機構５６へのチルティングを露光機１１にフィードバック制御してＸＹＺチルト機構５６を校正する。
このように上記第１の実施の形態によれば、第１〜第３、（第４）の検査部６０〜６２、（６９）により取得された各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３、（Ｉｍ_４）からフォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後における各処理結果を検査し、この検査結果に応じてコータ１４、露光機１１又はデベロッパー１５の動作条件を個別にフィードバック制御する。これにより、フォトレジスト塗布、露光、現像の各工程の条件を可変設定することにより安定した半導体製造ができる。
フォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後における各検査は、画像データＩｍ_１とＩｍ_２との差画像データ（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）と、画像データＩｍ_３とマスタ画像データＩ_Ｒｅｆ３との差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉｍ_３）と、画像データＩｍ_３とＩｍ_１との差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）と、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ２−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_２−Ｉｍ_１）と、差画像データ（Ｉ_Ｒｅｆ３−Ｉ_Ｒｅｆ１）−（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）とに基づいて行なう。これにより、コータ／デベロッパー（Ｃ／Ｄ）１０内でのフォトレジスト塗布、現像の各処理状態が余すところなく的確に検査でき、この検査結果に応じてコータ／デベロッパー（Ｃ／Ｄ）１０に対する最適なフィードバック制御ができる。
工程処理部８４は、１回目のフォトリソグラフィ工程での処理状態の検査結果から半導体ウエハ１の良品又はリワーク可能な不良品を検出し、この不良品の半導体ウエハ１をリワーク装置１６で修復する。これにより、１回目のフォトリソグラフィ工程での処理で不良品となった半導体ウエハ１を再びフォトリソグラフィ処理して良品の半導体ウエハ１にすることができ、無駄にする半導体ウエハ１を減少できる。
さらに、不良と検査された回数が所定の不良回数以上になると、当該不良の半導体ウエハ１をＮＧと判断し、半導体ウエハ１自体に問題があるとして破棄できる。
フォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後における半導体ウエハ１の表面欠陥検査がコータ／デベロッパー（Ｃ／Ｄ）１０と露光機１１とからなる半導体製造装置内においてインラインでできる。そして、半導体ウエハ１の表面欠陥検査結果に基づいてコータ１４、露光機１１及びデベロッパー１５の動作条件をフィードバック制御できる。
又、画像データＩｍ_３とＩｍ_１との差画像データ（Ｉｍ_３−Ｉｍ_１）から１回のフォトリソグラフィ工程全体での処理状態を検査できる。
フォトレジスト塗布後の検査結果と露光・現像後の検査結果とを比較することにより、フォトレジスト塗布後の検査結果から不良が検出されず、露光・現像後の検査結果から不良が検出されれば、露光・現像の工程において不良発生の原因があることが判明する。
各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３を画像解析処理することにより、フォトレジスト塗布、露光・現像の各工程における半導体ウエハ１の表面上における膜厚むら、塵埃、傷などの欠陥をインラインで検出でき、かつ欠陥の種類、数、位置、面積などの情報をインラインで取得できる。
定期的に標準の半導体ウエハを１枚〜枚数流すことにより、コータ１４における温度、湿度、フォトレジストタンク２２内のフォトレジスト３の液温度、フォトレジスト３の滴下量、モータ１７の回転数及びその回転時間を校正できる。又、エッジリンスカット機４７におけるリンス液の滴下量、露光機１１における光源５０による露光量、光学系によるフォーカス量、ＸＹＺチルト機構５６へのチルティング、デベロッパー１５における現像液の容量、温度なども自動的に校正できる。
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
図１７は半導体製造装置の構成図である。欠陥抽出部１００は、第１〜第３の検査部６０〜６２によりそれぞれ取得された各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３を取り込み、各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３に基づいてフォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後における半導体ウエハ１上の欠陥を抽出する。
欠陥分類部１０１は、以下に列挙する欠陥抽出部１００により抽出された半導体ウエハ１上の欠陥部の特徴量を求める。
ａ：露光機１１において露光光の１ショットをマスク５３を通して半導体ウエハ１の表面上に縮小投影したときのショットに依存する特徴量、
ｂ：露光機１１において１ショットの露光光を半導体ウエハ１の表面上に縮小投影したときのショットの傾きに依存する特徴量、
ｃ：露光機１１において露光光を連続して照射した場合に依存する特徴量、半導体ウエハ１の表面上に照射する露光光の抜けに依存する特徴量、
ｄ：露光機１１において半導体ウエハ１の全面に露光光を照射しなかった場合に依存する特徴量、
ｅ：露光機１１において半導体ウエハ１の表面上に露光光を照射したときのショットの周辺における異常例えばパターン欠けに依存する特徴量、
ｆ：露光機１１において半導体ウエハ１の表面上に縮小投影したマスクパターンが異なる場合に依存する特徴量、
ｇ：現像処理におけるパターンだれに依存する特徴量、
ｈ：第１〜第３の検査部６０〜６２において、回折画像データを取得するときの半導体ウエハ１からの回折光の変化を示す特徴量、
ｉ：第１〜第３の検査部６０〜６２において、回折画像データを取得するときの半導体ウエハ１からの回折光の異常を示す特徴量、
ｊ：第１〜第３の検査部６０〜６２において、干渉画像データを取得するときの半導体ウエハ１からの干渉光の異常を示す特徴量、
ｋ：半導体ウエハ１の円周縁上のむら、凹凸形状に依存する特徴量、
ｌ：半導体ウエハ１の表面に現れる円心状の形状に依存する特徴量、
ｍ：半導体ウエハ１の表面に現れる細長い形状に依存する特徴量、
ｎ：半導体ウエハ１の表面に現れる斜方状の形状に依存する特徴量、
ｏ：露光後や現像後における半導体ウエハ１の表面上の正常なパターンに依存する特徴量、
ｐ：コータ１４での回転むらに依存する特徴量、
ｑ：半導体ウエハ１の全面が良品の半導体ウエハ１の全面と異なる全面異常に依存する特徴量、などである。
欠陥解析部１０２は、欠陥分類部１０１により求められた欠陥部の特徴量を受け取り、特徴量から欠陥部の種類を解析する。以下、欠陥部の種類の解析の一例を列挙する。
ａ：ショットに依存、回折光変化、パターンだれ、露光量などの依存する各特徴量から欠陥部は、デフォーカスであると判定する。
ｂ：ショットに依存、ショットの傾き、露光光の連続性などの依存する各特徴量から欠陥部は、チルト異常であると判定する。
ｃ：ショット抜け、全面エラーなどの依存する各特徴量から欠陥部は、未露光であると判定する。
ｄ：ショット周辺異常、パターン欠けなどの依存する各特徴量から欠陥部は、マスキングプレートミスであると判定する。
ｅ：ショットに依存、干渉異常、回折異常などの依存する各特徴量から欠陥部は、アライメントミスであると判定する。
ｆ：パターンが異なる、全面異常などの依存する各特徴量から欠陥部は、マスク違いであると判定する。
ｇ：半導体ウエハ１の円周縁上のむら、凹凸形状に依存する各特徴量から欠陥部は、塗布むらであると判定する。
ｈ：半導体ウエハ１の円周縁上のむら、表面に現れる円心状の形状に依存する各特徴量から欠陥部は、レジスト塗布過少であると判定する。
ｉ：半導体ウエハ１の表面に現れる円心状の形状、細長い形状に依存する各特徴量から欠陥部は、異常むらであると判定する。
ｊ：半導体ウエハ１の表面に現れる斜方状の形状、全面異常に依存する各特徴量から欠陥部は、現像不良であると判定する。
ｋ：全面異常、パターン正常に依存する各特徴量から欠陥部は、ベーク過多であると判定する。
ｌ：全面異常に依存する特徴量から欠陥部は、レジスト違いであると判定する。
ｍ：回転状むらに依存する特徴量から欠陥部は、レジストの粘度過多であると判定する、などである。
欠陥解析部１０２は、解析した欠陥部の種類を詳細に測定するために最適な検査方法を図１８に示す検査方法選定テーブル１０３を用いて選定する。検査方法選定テーブル９３には、エッジ検査、膜厚検査、分光検査、線幅検査、重ね合わせ検査及びミクロ検査に対してそれぞれ欠陥部の種類が書き込まれている。
エッジ検査は、例えば塗布むら、塗布過少、マスキングプレートミスなどの欠陥部を記載する。膜厚検査は、例えばアライメントミス、塗布むら、塗布過少、塗布過多などの欠陥部を記載する。従って、欠陥解析部１０２は、欠陥部の種類が例えば塗布むらであれば、検査方法選定テーブル１０３からエッジ検査を選定する。
欠陥解析部１０２は、欠陥分類部１０１から受け取った欠陥部の特徴量を測定データベース１０４に格納し、かつ解析結果である欠陥部の種類や選定した検査方法を測定データベース１０４に格納する。又、欠陥解析部１０２は、エッジ検査、膜厚検査、分光検査、線幅検査、重ね合わせ検査及びミクロ検査により得られた各測定データを測定データベース１０４に格納する。
検査管理部１０５は、欠陥解析部９２により選定された検査方法を受け取り、検査方法を実行する検査装置、例えばエッジ検査装置１０６、膜厚検査装置１０７、分光検査装置１０８、線幅検査装置１０９、重ね合わせ検査装置１１０又はミクロ検査装置１１１を選択して検査動作する。なお、検査管理部１０５は、１台の検査装置に限らず、複数台の検査装置を組み合わさて検査動作する。
エッジ検査装置１０６は、半導体ウエハ１の円周縁におけるエッジリンスカット幅Ｅ、欠け、クラックなどを検査する。
膜厚検査装置１０７は、半導体ウエハ１表面上に形成される膜厚、例えばレジストの膜厚を検査する。
分光検査装置１０８は、半導体ウエハ１表面上に照明光を照射したときの反射光の分光を測定する。
線幅検査装置１０９は、半導体ウエハ１表面上に形成されている例えば微細なパターンの線幅などを検査する。
重ね合わせ検査装置１１０は、半導体ウエハ１表面上にパターンを転写したり、半導体ウエハ１表面上に形成されたパターンのアライメントを測定する。
ミクロ検査装置１１１は、半導体ウエハ１表面上における特定の領域を顕微鏡を用いて拡大し、拡大像から半導体ウエハ１表面上における欠陥部を検査する。
又、検査管理部１０５は、エッジ検査装置１０６、膜厚検査装置１０７、分光検査装置１０８、線幅検査装置１０９、重ね合わせ検査装置１１０又はミクロ検査装置１１１により得られた各測定データを欠陥解析部１０２を通して測定データベース１０４に格納し、かつプロセス制御部１１２に送る。
プロセス制御部１０２は、エッジ検査装置９６、膜厚検査装置９７、分光検査装置９８、線幅検査装置９９、重ね合わせ検査装置１００及びミクロ検査装置１０１からの各測定データを受け取り、各測定データに基づいてコータ１４、露光機１１及びデベロッパー１５の動作条件をフィードバック制御する。
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
欠陥抽出部１００は、第１〜第３の検査部６０〜６２によりそれぞれ取得された各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３に基づいてフォトレジスト塗布前、フォトレジスト塗布後、露光・現像後における上記各差画像データから半導体ウエハ１上の欠陥部を抽出する。
欠陥部は、例えば塵埃、傷、図１４に示すようにフォトレジスト３の塗布されない部分ｓ_１やフォトレジスト膜厚が所定の膜厚よりも厚い部分ｓ_２、フォトレジスト膜厚が所定の膜厚よりも薄い部分ｓ_３、図４Ｂに示すエッジリンスカット幅Ｅが許容範囲内にない部分である。
欠陥分類部１０１は、欠陥抽出部１００により抽出された欠陥部の特徴量を求める。
欠陥解析部１０２は、欠陥分類部１０１により求められた欠陥部の特徴量を受け取り、特徴量から欠陥部の種類を解析する。そして、欠陥解析部１０２は、欠陥部の種類の解析結果から当該欠陥部の種類を詳細に測定するために最適な検査方法を図１８に示す検査方法選定テーブル１０３から選定する。
これと共に欠陥解析部１０２は、欠陥分類部１０１から受け取った欠陥部の特徴量を測定データベース１０４に格納し、かつ解析結果である欠陥部の種類や選定した検査方法を測定データベース１０４に格納する。
次に、検査管理部１０５は、欠陥解析部１０２により選定された検査方法を受け取り、この検査方法を実行する少なくとも１台の検査装置１０６〜１１１を選択して検査動作させる。
エッジ検査装置１０６、膜厚検査装置１０７、分光検査装置１０８、線幅検査装置１０９、重ね合わせ検査装置１１０又はミクロ検査装置１１１により測定が行われると、各検査装置１０６〜１１１から出力される各測定データは、検査管理部１０５に送られる。
検査管理部１０５は、各検査装置１０６〜１１１からの各測定データを欠陥解析部１０２を通して測定データベース１０４に格納すると共に、プロセス制御部１１２に送る。
プロセス制御部１１２は、各検査装置１０６〜１１１からの各測定データを受け取り、各測定データに基づいてコータ１４、露光機１１及びデベロッパー１５の動作条件をフィードバック制御する。例えば、プロセス制御部１０２は、エッジ検査装置９６や膜厚検査装置９７などの各測定データに基づいてフォトレジスト３の塗布状態に応じてコータ１４の動作条件を変更する。又、プロセス制御部１０２は、例えば分光検査装置９８や線幅検査装置９９などの各測定データに基づいて露光機１１の動作条件を変更する。
このように上記第２の実施の形態においては、各画像データＩｍ_１〜Ｉｍ_３に基づいて抽出された半導体ウエハ１上の欠陥部の特徴量から半導体ウエハ１の欠陥部を詳細に検査する方法を選定し、選定された検査方法を実行する各検査装置１０６〜１１１を動作させて各測定データを取得し、各測定データに基づいてコータ１４、露光機１１及びデベロッパー１５の動作条件をフィードバック制御する。
これにより、半導体ウエハ１の欠陥部の種類に応じて最適な検査の方法を選定でき、欠陥部に対する詳細な検査な測定ができる。そして、検査により取得される測定データに基づいてコータ１４、露光機１１及びデベロッパー１５の動作条件を適正にフィードバック制御できる。この結果、フォトレジスト塗布、露光、現像の各工程の処理条件を適正に設定して、より安定した半導体製造ができる。
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して説明する。第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態を図１９に示す半導体製造装置に適用したものである。
六角形の装置筐体１２０の内部には、搬送ロボット１２１を中心として放射状にカセット１２２、検査装置１２３、コータ１２４、露光機１２５、デベロッパ１２６、リワーク装置１２７及びエッチング装置１２８が設けられている。
カセット１２２は、半導体ウエハ１を収納する。カセット１２２は、装置筐体１２０の出入口１２９を通して搬入・搬出される。
検査装置１２３は、第１の実施の形態における第１〜第３（第４）の検査部６０〜６２（６９）と、表面欠陥検査装置６３と、工程制御装置８７とを組み込んでいる。
表面欠陥検査装置６３は、第２の実施の形態で説明したのと同様に、欠陥抽出部１００、欠陥分類部１０１、欠陥解析部１０２、検査方法選定テーブル１０３、測定データベース１０４、検査管理部１０５、エッジ検査装置１０６、膜厚検査装置１０７、分光検査装置１０８、線幅検査装置１０９、重ね合わせ検査装置１１０、ミクロ検査装置１１１及びプロセス制御部１１２を組み込んでいる。
搬送ロボット１２１は、半導体ウエハ１をカセット１２２から取り出し、フォトリソグラフィ工程の処理順序に従って検査装置１２３、コータ１２４、検査装置１２３、露光機１２５、検査装置１２３、デベロッパ１２６、検査装置１２３の順に搬送する。
検査装置１２３により半導体ウエハ１の不良品が判定された場合、搬送ロボット１２１は、半導体ウエハ１をリワーク装置１１８に搬送し、再度フォトリソグラフィ工程に投入する。
このような構成の装置であっても、第１又は第２の実施の形態で説明した装置と同様に、検査装置１２３によりコータ１２４、露光機１２５、デベロッパ１２６、エッチング装置１２８での各処理結果を検査し、各検査結果に応じてコータ１２４、露光機１２５、デベロッパ１２６、エッチング装置１２８に対して個別に各動作条件をフィードバック制御できる。
エッチング装置１２８を組み込んだので、１つの装置筐体１２０内でパターニングができる。
図２０は第３の実施の形態に示す装置の応用例を示す構成図である。各装置筐体１２０は、六角形の各壁が相互に嵌め合うように配置されている。各装置筐体１２０の各出入口１２９は、相対向するように設けられ、半導体ウエハ１の搬送路ｆ１、ｆ２を確保している。
各装置筐体１２０は、半導体ウエハ１上に形成する第１層目の膜形成工程〜第ｎ層目の膜形成工程の順に複数配置されている。各装置筐体１２０内では、半導体ウエハ１の表面上に１層の膜を形成するためにフォトリソグラフィ工程とエッチングの処理とを行う。
そして、半導体ウエハ１は、各装置筐体１２０に順次搬送されて複数回のフォトリソグラフィ工程とエッチング処理とが行なわれる。
多品種少量生産の半導体ウエハ１を製造する場合は、１つの装置筐体１２０内でフォトリソグラフィ工程とエッチング処理とを複数回繰り返すことにより半導体ウエハ１の表面上に第１層〜第ｎ層の膜を順次形成すればよい。
このように半導体ウエハ１に対して複数回フォトリソグラフィ工程を繰り返して処理する装置であっても、コータ１２４、露光機１２５及びデベロッパー１２６の動作条件を適正にフィードバック制御でき、より安定した半導体製造ができる。
なお、本発明は、第１乃至第３の実施の形態に限定されるものでない。
例えば、第１〜第３の検査部６０〜６２は、図８に示す構成に限定されるものでない。例えば、照明部６６から照射される照明光をライン状とせず、半導体ウエハ１の表面全体を一括して照明するか、又は半導体ウエハ１の表面を部分的にスポット照明するようにしてもよい。
一括照明の場合は、面状の照明光により半導体ウエハ１の表面全体を平均的に照明する。これにより、半導体ウエハ１の全領域が一括して撮像できる。スポット照明の場合は、点状の照明光により半導体ウエハ１上の所望の領域のみ照明する。これにより、半導体ウエハ１の所望の領域のみが撮像できる。
半導体ウエハ１の外観検査は、半導体ウエハ１の表面上における互いに隣接する所定サイズの各領域の画像データを取得し、これら画像データ同士を比較して欠陥部を検出してもよい。又、半導体ウエハ１の外観検査は、半導体ウエハ１の表面全体の画像データを取得し、画像データから互いに隣接する各領域の各画像データを抽出し、各画像データ同士を比較して欠陥部を検出してもよい。
このような外観検査は、良品の半導体ウエハを入手しにくいライン立ち上げ時に有効である。ラインの安定した後は、良品の半導体ウエハと比較する良品比較方式に切り換える。
コータ１４、デベロッパー１５、露光機１１の各フィードバック制御は、コータ１４、デベロッパー１５、露光機１１における半導体ウエハ１の搬入口と搬出口にそれぞれ第１〜第３の検査部６０〜６２と同様の各検査部を配置し、各検査部の検査結果に応じて個別にフィードバック制御してもよい。
第２の実施の形態に用いる検査装置１０６〜１１１は、コータ１４、デベロッパー１５、露光機１１などの各種半導体製造装置で発生する各種欠陥、及び動作条件による特有の現象を検出できるものであれば、パターン検査装置や走査型電子顕微鏡やエッジ検査装置等の各種検査装置を用いてもよい。
産業上の利用可能性
本発明は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板の表面欠陥検査、ガラス基板上に形成される各画素の各表示電極の線幅検査やパターン検査などに用いられる。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは本発明に係わる半導体製造装置の第１の実施の形態を示す構成図。
図１Ｂは同装置におけるカセット、リワーク装置及び搬出ロボットの配置例を示す図。
図２は同装置におけるコータの構成図。
図３はレジストの粘度をパラメータとしたコータの回転数とレジスト膜厚との関係を示す図。
図４Ａはエッジリンスカット機の構成図。
図４Ｂはエッジリンスカット幅を示す図。
図５は半導体ウエハ外周縁のフォトレジストのカットを示す図。
図６は本発明に係わる半導体製造装置の第１の実施の形態におけるデベロッパーの構成図。
図７は同装置における露光機の構成図。
図８は同装置における第１〜第３の検査部の構成図。
図９は同装置における表面欠陥検査装置の構成図。
図１０は同装置における照明部の傾き角度に対する輝度値との関係を示す図。
図１１は同装置における検査処理部の構成図。
図１２は同装置におけるエッジリンスカット幅の検出箇所を示す図。
図１３は同装置における工程制御装置の構成図。
図１４は同装置におけるフォトレジスト塗布の不良を示す模式図。
図１５は同装置における半導体ウエハが傾いたときの露光状態を示す模式図。
図１６は同装置における現像不良を示す模式図。
図１７は本発明に係わる半導体製造装置の第２の実施の形態を示す構成図。
図１８は同装置における欠陥データベースの模式図。
図１９は本発明に係わる半導体製造装置の第３の実施の形態を示す構成図。
図２０は同装置の応用例を示す構成図。
図２１Ａは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｂは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｃは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｄは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｅは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｆは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。
図２１Ｇは半導体製造工程におけるフォトリソグラフィー工程を示す図。

Claims (14)

1. 半導体製造ラインの各製造工程で半導体基板を加工処理する半導体製造方法において、
   前記各製造工程に配置された製造装置に搬入される前記半導体基板を加工処理前と加工処理後にそれぞれ画像データを取得し、前記加工処理前の画像データ又は良品のマスタ画像データと前記加工処理後の画像データから前記製造装置の処理条件に起因する欠陥を検出し、この検出結果に基づいて前記製造装置の処理条件を変更制御して前記半導体基板を加工処理することを特徴とする半導体製造方法。
2. 半導体製造ラインの各製造工程で半導体基板を加工処理する半導体製造方法において、
   前記半導体製造ラインのフォトリソグラフィ工程に搬入される前記半導体基板を少なくとも加工処理前と加工処理後にそれぞれ画像データを取得し、これらの画像データから前記フォトリソグラフィ工程に配置されるレジストを塗布するコータ、パターンを焼き付ける露光機、現像するデベロッパーの各処理条件に起因する欠陥を検出し、この検出結果に基づき前記コータ、前記露光機、前記デベロッパーの少なくとも一つの処理条件を変更制御して前記半導体基板を加工処理することを特徴とする半導体製造方法。
3. 前記フォトリソグラフィ工程は、前記半導体基板に対してレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
   前記レジストに対して露光を行なってパターンを焼き付ける露光工程と、
   前記レジストを現像する現像工程とからなり、
   前記レジスト塗布工程においてレジスト塗布前と塗布後の画像データとの差画像データからレジスト工程に配置されるコータの処理条件に起因する欠陥を検出し、また、前記露光・現像工程後の画像データと予め記憶された現像後の良品画像データとの差画像データから露光機とデベロッパーのいづれか一方の処理条件に起因する欠陥を検出することを特徴とする請求項２記載の半導体製造方法。
4. 前記各工程で前記半導体基板が不良品で再生可能と判断されると、当該半導体基板はリワーク工程を介して不良レジストを剥離した後、前記レジスト塗布工程に投入されることを特徴とする請求項２記載の半導体製造方法。
5. 前記各工程で前記半導体基板が複数回不良品と判断されたとき、当該半導体基板を前記工程中から排出することを特徴とする請求項２記載の半導体製造方法。
6. 半導体製造ラインの各製造工程に配置され半導体基板に種々の加工を施す各種の半導体製造システムにおいて、
   前記各製造工程に配置された前記各半導体製造装置の少なくとも一つに搬入される半導体基板に対して搬入前と搬入後の画像データを取得する欠陥検査部と、
   前記欠陥検査部で取得された画像データから前記対象となる半導体製造装置の処理条件に起因する欠陥を求め、当該半導体製造装置の処理条件を制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする半導体製造システム。
7. 前記各種の半導体製造装置は、前記半導体製造ラインのフォトリソグラフィ工程に配置されるレジストを塗布するコータ、パターンを焼き付ける露光機、現像処理するデベロッパーからなり、
   前記欠陥検査部は、前記レジストが塗布される前とその後前記制御手段は、前記第１と第２の検査部の画像データの差画像データから前記コータの処理条件に起因する欠陥を検出し、また、前記第３の検出部の画像データと予め記録された現像後の良品画像データとの差画像データから前記露光機及び前記デベロッパーのいずれか一方の動作条件に起因する欠陥を検出し、前記コータ、前記露光機、前記デベロッパーの処理条件を変更制御することを特徴とする請求項６記載の半導体製造システム。
8. 前記欠陥検査部は、前記レジストが塗布される前の前記半導体基板の画像を取得する第１の検査部、及び前記デベロッパーの現像処理後の前記半導体基板の画像を取得する第３の検査部とからなり、
   前記制御手段は、前記第１の検査部で取得された前記レジストが塗布される前の画像データと前記第３の検査部で取得された前記現像処理後の画像データ又は予め記憶された現像後のマスタ画像データから１回目の前記フォトリソグラフィ工程での処理結果を検査し、この検査結果から前記コータ、前記露光機及び前記デベロッパーの処理条件を変更制御することを特徴とする請求項７記載の半導体製造システム。
9. 前記制御手段は、前記コータの処理条件として温度、前記レジストの前記半導体基板への滴下量、前記半導体基板の回転速度、レジストカット幅の少なくとも一つをフィードバック制御し、
   前記露光機の処理条件として露光量、デフォーカス、マスク違い、前記マスクにおけるマスキングブレード、前記マスク上の欠陥、二重露光、未露光、アライメントの少なくとも一つをフィードバック制御し、
   前記デベロッパーの処理条件として現像液の容量、温度をフィードバック制御することを特徴とする請求項７記載の半導体製造システム。
10. 前記第１の検査部と第３の検査部との間に不良と判断された前記半導体基板のレジストを剥離処理するリワーク装置を配置し、不良品の半導体基板のレジストをリワーク装置で剥離した後に、前記第１の検査部を介して前記コータに再投入することを特徴とする請求項７記載の半導体製造システム。
11. 前記各種の半導体製造装置は、前記半導体製造ラインのフォトリソグラフィ工程を構成するレジストを塗布するコータ、パターンを焼き付ける露光機、現像処理するデベロッパー、不良品の半導体基板のレジストを剥離するリワーク装置からなり、
    前記検査部は半導体基板全面を検査できるマクロ検査と詳細な検査を行なう検査結果からなるもので、搬送ロボットを中心に前記半導体基板を収納するカセットと前記コータ、前記露光機、前記デベロッパー、前記リワーク装置を放射状に配置したことを特徴とする請求項６記載の半導体製造システム。
12. 前記各種の半導体装置に、前記デベロッパーで現像処理された半導体基板をエッチング処理するエッチング装置をさらに加えたことを特徴とする請求項１１記載の半導体製造システム。
13. 前記半導体製造ラインに前記半導体製造を代えて校正用の半導体基板を定期的に投入することにより、前記制御手段は、半導体製造ラインの各製造工程に配置された半導体製造装置に対して自動メンテナンスを行なうことを特徴とする請求項６記載の半導体製造システム。
14. 前記制御手段は、前記欠陥検査部で取得された画像データから前記対象となる半導体製造装置の処理条件に起因する欠陥を特定できないときに、この欠陥の特徴量から詳細な検査を行なう検査方法を選定し、ライン外に配置されたエッジ検査装置、膜厚検査装置、分光検査装置、線幅測定装置、重ね合わせ検査装置およびミクロ検査装置のいずれかにより詳細検査することを特徴とする請求項６記載の半導体製造システム。

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