(57)【要約】本発明は、半導体製造工程中にウェーハの縁部のフォトレジストを除去した後、その除去状態をリアルタイムで検査する方法及び装置に関し、回転チャックと、前記チャックの上に水平に置かれ、前記回転チャックにより回転する半導体ウェーハと、保持シャフトにより前記半導体ウェーハの縁部から上方に離隔されて位置し、前記半導体ウェーハの縁部を撮像する少なくとも１つの撮像装置とを含む。
2004518293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの縁部の表面状態を視覚的に検査する装置において、
ウェーハ保持台と、
前記ウェーハ保持台の上に水平に置かれる半導体ウェーハと、
前記半導体ウェーハの縁部から上方に離隔されて位置し、前記半導体ウェーハの縁部を撮像する少なくとも１つの撮像装置とを含むことを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。
【請求項２】
前記ウェーハ保持台が、回転可能な保持台であることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハ検査装置。
【請求項３】
前記回転可能な保持台が、フォトレジストコーティング装置の回転チャックであることを特徴とする請求項２記載の半導体ウェーハ検査装置。
【請求項４】
前記撮像装置が、光ファイバ型光学顕微鏡であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体ウェーハ検査装置。
【請求項５】
前記撮像装置の撮像部の前面には、開閉可能なシャッタが取付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体ウェーハの検査装置。
【請求項６】
前記撮像装置が、汚染源から保護されるように前記保持シャフトの運動によりウェーハの縁部から移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体ウェーハの検査装置。
【請求項７】
前記撮像装置が、前記保持シャフトにより前記撮像装置の前面を汚染源から保護する保護室内に移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体ウェーハの検査装置。
【請求項８】
半導体ウェーハの縁部の表面状態を検査する方法において、
半導体ウェーハを回転チャック上に水平に置く段階と、
前記回転チャックを回転させて半導体ウェーハを回転させる段階と、
前記半導体ウェーハの縁部から上方に離隔されて位置し、前記半導体ウェーハの縁部の表面を撮像する撮像装置を用いて少なくとも１つの縁部イメージを撮像する段階と、
前記撮像されたイメージを分析する段階と、
前記分析結果を用いて前記半導体ウェーハの縁部の表面状態を検査する段階とを含むことを特徴とする半導体ウェーハの検査方法。
【請求項９】
前記撮像されたイメージを分析する段階は、ウェーハ上の縁部においてフォトレジストが均一に除去されたか否かを分析することを特徴とする請求項８記載の半導体ウェーハの検査方法。
【請求項１０】
写真現像工程における、表面上にフォトレジストが塗布された半導体ウェーハ上の所定の領域に塗布されたフォトレジストの除去状態を検査する方法において、
（ａ）前記半導体ウェーハの端部から所定の距離までの領域に塗布されたフォトレジストを除去する段階と、
（ｂ）前記フォトレジストが除去された前記半導体ウェーハ上の縁部の領域における少なくとも１地点の領域を撮像する段階と、
（ｃ）前記撮像されたイメージより前記半導体ウェーハの端部から前記フォトレジストが除去されたところまでの距離を測定する段階と、
（ｄ）前記測定された距離と予め設定されたしきい値とを比較する段階と、
（ｅ）前記比較結果により、前記（ａ）段階が正常的に実行されたか否かを判断する段階とを含むことを特徴とする半導体ウェーハの検査方法。
【請求項１１】
前記しきい値が、最小値と最大値により示される所定の範囲を有していることを特徴とする請求項１０記載の半導体ウェーハの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、半導体製造工程に関し、更に詳しくは、半導体製造工程中にウェーハの縁部のフォトレジストを除去した後、その除去状態をリアルタイムで検査する装置及び方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
半導体チップは、多くの工程を経て製造される。ＤＲＡＭのＭＯＳＦＥＴを製造するのに必要な工程を簡略に説明すると、先ず、シリコン基板上にゲート酸化膜として使用されるＳｉＯ２層を成長させた後、ゲートとして使用されるポリシリコン層をその上に成長させ、ワードライン、ソース及びドレインを作り出すために、写真現像工程、不純物注入工程及びエッチング工程を経る。
【０００３】
前記工程のうち、写真現像工程とは、パターンを有するマスクを半導体のウェーハ上に合わせて置き、光を照射して、マスク下部のフォトレジスト上にそのパターンを転写する作業をいう。半導体素子の製造工程における多くの部分を占める重要な工程であって、歩留まりに直接的な影響を及ぼす工程であると言える。従って、該工程は、フォトレジストをコーティングする段階から最終の現像まで、精密性及び無欠点性が求められる。
【０００４】
図１は、一般の写真現像工程のフローチャートを示す図である。
先ず、ウェーハは、フォトレジストが酸化膜などの表面に接着されやすいように、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｎｅ）処理を施す（１１）。
その後、ウェーハを一定温度に冷却し（１２）、その上にフォトレジストを滴下しながら、ウェーハの回転遠心力により上部全面に均一に拡散されるようにする（１３）。
フォトレジストが塗布された後、溶剤を蒸発させ、同時に回転力により発生したフォトレジスト内部の応力を緩和させるために、７０〜９０℃程度で約０．５〜３０分間素焼きを行う（１４）。
【０００５】
素焼きが終わると、一定温度に冷却した後（１５）、ウェーハの縁部のフォトレジストを除去するＥＢＲ（Ｅｄｇｅ Ｂｅａｄ Ｒｅｍｏｖａｌ）工程を経て（１６）、露光前段階が完了する。
その後、マスクを合わせ置き、露光工程（１７）及び現像工程（１９）を行いながら、ウェーハ上にパターンを形成する。
【０００６】
また、ウェーハの縁部のフォトレジストの除去を更に確実に行うために、露光工程中やその後に、ＷＥＥ（Ｗａｆｅｒ Ｅｄｇｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）工程を経ることができる（１８）。
パターン形成後、現像された感光膜の残余溶液を除去すると同時に、接着力を向上させるために、ポストベーキングを経る（２０）。
【０００７】
フォトレジストは、一般に粘性を有する液状であり、スピンコータ装備で回転するウェーハ上に滴下され、ウェーハの回転による遠心力により基板の縁部まで拡散しながらコーディングされる。ウェーハは、ディスク状の回転チャック上に置かれるが、このチャックの直径は、ウェーハのそれより小さいのが一般的である。ウェーハがその上に置かれると、チャックは、真空圧を用いてウェーハの裏面を堅く吸着する形態である。
【０００８】
フォトレジストが塗布されたウェーハを、マスクを介して露光させる時、露光はウェーハのチップ領域で行われる。このため、光を照射することにより単位分子に分離されて溶解された陽性フォトレジストを使用する場合には、チップ領域でない縁部のフォトレジストは、露光が行われず、現像後も露光されない状態で残る。
また、理想的な状況では、ウェーハにコーティングされたフォトレジストは、均一な厚さでコーティングされ、それ以上の過剰の溶液は、遠心力によりウェーハの縁部から飛び散って、コータの壁面に付着する。
しかしながら、実際には、この過剰の溶液のうちの一部が、ウェーハの縁部及び裏面にビード状に固まって残る。
【０００９】
図２は、ウェーハ（２１）の縁部に残っているフォトレジスト（２２）とウェーハの裏面に形成されたフォトレジストビード（２３）を示す断面図である。
問題は、クランプなどの移送機構がウェーハを移送する時、接触する部分がウェーハの縁部であるという点である。従って、ウェーハの縁部にフォトレジストが残っていると、前記接触によりウェーハの縁部のフォトレジストが剥離して、工程上のパーティクルとして作用し、チップ不良をもたらす。
このような理由から、フォトレジストの塗布後、溶剤をかけて縁部のフォトレジストを溶かして除去するサイドリンス（Ｓｉｄｅ Ｒｉｎｓｅ）やＥＢＲ（Ｅｄｇｅ Ｂｅａｄ Ｒｅｍｏｖａｌ）工程を行う。
また、更なる確実な除去のために、陽性フォトレジストの場合、別途、縁部を露光させてフォトレジストを除去するＷＥＥ（Ｗａｆｅｒ Ｅｄｇｅ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）工程を更に行うこともできる。
【００１０】
前記ＷＥＥ工程を簡単に説明すると、先端に光源が装着された露光器が直線運動しながら、先ず、ウェーハのフラットゾーンに対する露光を行い、その後、光ケーブルが固定された状態で、回転チャックが１回転または２回転しながら、環状のウェーハの縁部に対して連続して露光を行う。この露光後、現像工程を経ると、現像液により露光された縁部も除去されるようにする工程である。
【００１１】
図３は、縁部のフォトレジスト及びビードが除去された理想的な形態のウェーハを示す平面図である。理想的な形態とは、ウェーハの縁部で一定の幅（ｄ）でフォトレジストが除去されたことをいう。
仮に、前記工程中にフォトレジストの除去が一定に行われない場合、例えば、ウェーハがチャックに噛まれる時や、その以後にチャックの回転中心とウェーハの中心とが正確に整列しない場合には、感光膜の除去が均一にならず、図４のように不均一な形態に除去され得る。
【００１２】
図４に示された状態は一つの例であって、除去工程の際、ウェーハの回転不均一により露光が正確に行われていないことから発生する現象である。すなわち、右側は、過多の面積が剥がされたのに対し、左側は、ほとんど剥がされていないことを示している。ウェーハのフォトレジストは、左側に偏っており、ｄ１の幅がｄ２のそれより狭い。
このような回転不均一は、機械装置の欠陥や工程上の不安定性により発生する。この場合、ウェーハの右側の縁部に存在するチップは、フォトレジストが正確に覆われていない状態であるため、後工程で望ましくないエッチングが行われたり、また、ウェーハの左側のフォトレジストは、前述の理由にてパーティクルとして働き、全体的なウェーハ工程の歩留まりを大きく低下させる。
【００１３】
従って、ウェーハの縁部のフォトレジストの除去が正確に行われたかどうかを観察する検査段階が必ず必要となり、従来では、この検査段階が現像工程が完了した後、または、製品完成後に行われていた。
例えば、現像作業が完了したロットをサンプリングして光学顕微鏡を使用して、作業者が目視でウェーハの縁部を検査するか、または、製品完成後に電気的テストを通じて、ウェーハの縁部の不良チップの分布を確認していた。
【００１４】
しかしながら、このような従来の検査方法は、リアルタイム検査でなく、時間遅延型方式の手作業形態であるため、不良を発見したときは、既に多くのウェーハが同一状態で作業された後である。
このため、該当ランを通ったウェーハの全体が不良になった確率が高く、また、作業者の目視検査の不確実性により、正確な工程管理を期待することも困難であった。
従って、このような遅延型手作業検査の問題点を改善する必要性が、強く求められていた。
【００１５】
（発明の開示）
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、半導体ウェーハの縁部の状態を撮像装置にて撮像し、そのイメージを分析アルゴリズムに応じて分析することにより、工程の異常有無を決める自動化された装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明は、前記のような装置と方法を通じて正確かつ早い検査をリアルタイムで行うことを可能にすることにより、工程異常が発生すると、即時にこれを発見して再調整するようにすることで、半導体工程歩留まりを向上させることを更なる目的とする。
【００１７】
本発明は、特に、ウェーハの縁部のフォトレジスト除去状態を検査するに際して、前記のような自動化された装置及び方法を用いることにより、工程歩留まりを向上させることを更なる目的とする。
【００１８】
上記のような目的を達成するため、本発明に係る検査装置は、回転チャックと、前記チャック上に水平に置かれ、前記チャックにより回転する半導体ウェーハと、保持シャフトにより前記半導体ウェーハの縁部から上方に離隔されて位置し、前記半導体ウェーハの縁部を撮像する少なくとも１つの撮像装置とを含むものである。
【００１９】
また、本発明による半導体ウェーハの縁部のフォトレジスト除去状態を検査する方法は、半導体ウェーハの縁部のフォトレジストを除去する段階と、前記半導体ウェーハを回転チャック上に水平に置く段階と、前記回転チャックを回転させて半導体ウェーハを回転させる段階と、前記半導体ウェーハの縁部から上方に離隔されて位置し、前記半導体ウェーハの縁部を撮像する撮像装置を用いて少なくとも１つの縁部のイメージを撮像する段階と、前記撮像されたイメージからフォトレジストの端部と半導体ウェーハの端部との距離を算出する段階と、前記距離と予め設定されたしきい値の領域とを比較する段階と、前記比較により前記距離が予め設定された所定のしきい値の領域を外れる場合、工程異常と判断し、外れない場合を工程異常無しと決める段階とを含むものである。
【００２０】
（発明を実施するための最良の形態）
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図５は、本発明が具現された装置の一実施の形態を示す斜視図である。
ウェーハ回転トラック本体（５１）の内部に、回転するスピンチャック（５２）が装着され、ウェーハ（５３）はスピンチャックの上部に水平に置かれる。また、ウェーハの縁部に位置しながらウェーハの縁部の状態を撮像し、それにより形成されたイメージを分析ソフトウェアが取付けられた分析装置（５７）などに、ケーブル（５６）やその他の伝送通路を介して伝送する撮像装置、または、ビジョン装置（５４）及びこのビジョン装置を保持し移動させる保持シャフト（５５）が示されている。
【００２１】
本発明は、前述した工程のＥＢＲやＷＥＥ後、即時にフォトレジスト除去状態を観察するものであって、一旦縁部のフォトレジストが除去されたウェーハは、現像工程の前後に前記装置のスピンチャック上に置かれる。その後、スピンチャックを用いてウェーハを一定速度に回転させると、ビジョン装置が、示されたウェーハの縁部の位置でウェーハの上面を瞬時に撮像する。
ビジョン装置は、一般に使用されるカメラなども可能であるが、装置の小型化のためには、内視鏡タイプの光ファイバ型光学顕微鏡を使用することもできる。また、撮像された画像データを分析するコンピュータなどの分析装置（５７）にインターフェイスされ、イメージを前記分析装置に伝送する。
【００２２】
図６は、撮像されたイメージをデータ化して分析するアルゴリズム過程を示している。
先ず、ビジョン装置（５４）が、ウェーハの縁部のイメージを撮像（６１）して分析装置に伝送され、入力される。分析装置は、アルゴリズムに応じて、イメージをフィルタリングし、色補正を行うなどの一般的な画像処理工程を経て（６２）、ウェーハの端部とフォトレジストの端部とを判別して（６３）、その幅（図３のｄ）を測定する（６４）。測定された幅は、設定されたしきい値と比較される（６５）。
【００２３】
比較結果がしきい値を越えると、工程に欠陥があるものと判断して、分析装置自体的に、または、それに接続されている制御装置により、工程異常に対する措置をとる（６６）。
工程異常に対する措置としては、例えば、警報などを発して作業者に知らせる、または、自動的にラインを停止させることが挙げられる。
ラインが停止すると、その原因となった機械的な不安定性や工程欠陥を補正する補正工程を即時に経るようにされ、後続する多くのウェーハが同一の工程欠陥状況で作業が進むことが防止される。
【００２４】
前記撮像イメージを分析する方法をより詳しく説明すると、以下の通りである。入力された撮像イメージは、イメージ分析アルゴリズムを用いて、ウェーハ縁の端部とフォトレジストの端部とを区分し、その幅を測定した後、その幅が予め設定したしきい値またはエラー値内に含まれるか否かを把握し、工程の異常有無を決める。
例えば、ＥＢＲやＷＥＥ工程などで除去されたフォトレジストの幅が２ｍｍ程度である場合、予めしきい値を±１０％に設定すると、撮像されたイメージにおける分析されたｄ値が、１．９ｍｍ〜２．１ｍｍの範囲内に入る場合には、工程異常がないと判断し、ｄ値が前記範囲外の値と判断された場合のみ工程異常と判断する。
前記しきい値は、工程条件及び精度に応じて自由に調整できる。
【００２５】
本発明においては、１つの撮像イメージだけでも工程異常有無の把握が可能であるが、２つ以上のイメージを使用すると、状況をより正確に感知することができる。
１つのイメージだけを使用する場合、ウェーハを敢えて回転させる必要はなく、停止状態で撮像してもよい。この場合は、撮像装備が、フォトレジストの偏りがよく現れない部分を撮ることもあり、異常があるにもかかわらず、これを感知できずに通り過ぎてしまうことがある。
【００２６】
従って、このような問題を防止するためには、所定角度をもって離れている多数地点のウェーハ縁部のイメージを撮像し、分析することが好ましい。そして、撮像されたイメージのいずれか１つの測定値でもしきい値を外れると、工程異常と判断すればよい。
【００２７】
多数地点の縁部のイメージを撮像する方法は、図５のように、１つの固定されたビジョン装置をウェーハの縁部の上方に位置させた後、ウェーハを一定速度で回転させながら撮像することができる。また、多数個のビジョン装置を予めウェーハの縁部の上方に所定の間隔を隔てて位置させ、ウェーハは停止した状態、または、若干回転させながら撮像することもできる。また、ビジョン装置がトラックに沿って回転しながら撮像する方法も可能である。
【００２８】
ウェーハを回転させながら多数地点の縁部のイメージを撮像する時は、３６０°を等分して撮像できるように、撮像時間間隔を一定にすることが好ましい。例えば、１秒に１回転するウェーハに対して、一つのビジョン装置で秒当り６回撮像する場合、６０°の間隔毎に撮像するので、フォトレジストが一方にわずかに偏っている場合でも、正確かつ比較的早期に感知することができる。
【００２９】
図７は、６つの撮像地点のＰ１〜Ｐ６をウェーハに示した一実施の形態を示す図であって、ｄ１〜ｄ６を測定し、そのうちの最小値または最大値を見出し、両値のいずれか１つでも、しきい値を越える場合、工程異常があると判断すればよい。
このとき、フラットゾーン領域のＰ５で撮像されるイメージは空イメージなので、分析データに含まれないようにアルゴリズムを作成しなければならない。
フォトレジストの除去に誤りがある場合、通常は、フォトレジストが一方向に偏った形状を示すため、最大値と最小値を有する撮像地点は対角線をなす場合が多い。
【００３０】
図７は、一実施の形態に過ぎず、撮像及び分析にかかる時間と望ましい精度間のトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）を考慮し、適する撮像イメージの個数を算出しなければならない。
なお、本発明に係る実験により、４〜６つ程度のイメージを撮像し、それらのイメージを分析するのが最も好ましいことが分かった。
【００３１】
本発明に使用されるトラック装置は、既存のスピンコータ装置をそのまま使用することができる。この場合、単に既存のスピンコータにビジョン装置のみを装着すればよく、別途に新たな装備を製作しなければならないという負担をなくすことができる。
【００３２】
但し、スピンコータを使用する際には、ビジョン装置の表面のレンズなどがフォトレジスト溶液やその他の汚染源により汚染され得るので、これを防止する補助装置が必要となる場合もある。
簡単な補助装置としては、シャッタなどをレンズの前面（６０）に取付け、撮像段階外はこのシャッタを閉じてレンズが外気に露出されないようにすればよい。
また他の方法としては、撮像段階時にのみビジョン装置をトラックの撮像位置に向かうようにし、撮像が終わると、保持シャフトを使用してビジョン装置をトラックとは遠く離れた位置に移すか、または、壁面に別途に設けた保護室内に収容されるようにして汚染源と隔離させることもできる。
【００３３】
図５は、ビジョン装置が点線にて表示された位置（５８）に移動するか、または、モジュールの一方側に設けられた保護室（５９）内にビジョン装置が移動した一例を示している。
図５のように、ビジョン装置は、トラックの側面に移動することもでき、または、トラックの上方に垂直移動して高い位置に上昇することで汚染源と離れるように配置することもできる。
【００３４】
（産業上の利用の可能性）
本発明は、自動化されたビジョン装置を装着してウェーハの縁部のフォトレジストの除去状態をリアルタイムで検査するものであるため、既存方式の分離型検査の問題点であった検査時間の遅延とそれに伴う多量の不良ウェーハの発生及び歩留まりの低下を防止することができる。
また、従来の肉眼検査を止め、ハードウェア及びソフトウェアを用いて自動化された検査方法を採用することにより、検査に対する信頼性をより一層向上させることができる。
【００３５】
なお、本発明を具現するための新たな補助装備を更に製作しなければならないという負担が少なく、既存に使用されてきたコータ装備などを簡単に改造すると済むので、設置費用などにおいても有利である。
当業者であれば、本発明がウェーハの縁部のレジストの除去状態に対する検査のみならず、ウェーハの縁部における視覚的検査が必要となるあらゆる分野に応用され得ることが容易に想到し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
一般の写真現像工程のフローチャートである。
【図２】
ウェーハの縁部に残っているフォトレジストとビードを示す断面図である。
【図３】
ウェーハの縁部のフォトレジスト及びビードが正常的に除去された形態を示す平面図である。
【図４】
ウェーハの縁部のフォトレジスト及びビードが非正常的に除去された形態を示す平面図である。
【図５】
本発明の一実施の形態の装置を示す斜視図である。
【図６】
撮像されたイメージをデータ化して分析するアルゴリズム過程を示すフローチャートである。
【図７】
半導体ウェーハ上に示した撮像地点の一実施の形態を示す図である。
【図１】
2004518293.tif 000003
【図２】
2004518293.tif 000004
【図３】
2004518293.tif 000005
【図４】
2004518293.tif 000006
【図５】
2004518293.tif 000007
【図６】
2004518293.tif 000008
【図７】
2004518293.tif 000009
【国際公開パンフレット】
2004518293.tif 000010
2004518293.tif 000011
2004518293.tif 000012
2004518293.tif 000013
2004518293.tif 000014
2004518293.tif 000015
2004518293.tif 000016
2004518293.tif 000017
2004518293.tif 000018
2004518293.tif 000019
2004518293.tif 000020
2004518293.tif 000021
2004518293.tif 000022
2004518293.tif 000023
2004518293.tif 000024
2004518293.tif 000025
2004518293.tif 000026
2004518293.tif 000027
2004518293.tif 000028
【国際調査報告】
2004518293.tif 000029