JP6956024B2 - 液処理装置及び液膜状態判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に処理液の液膜を形成し、当該液膜により基板に対して所定の処理を行う液処理装置及び上記液膜の状態を判定する方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、所定のパターンに露光されたレジスト膜を現像する現像処理などの一連の処理が順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。これらの一連の処理は、ウェハを処理する各種処理部やウェハを搬送する搬送機構などを搭載した基板処理システムである塗布現像処理システムで行われている。

この塗布現像処理システムにおいてレジスト液等の処理液を用いて行われるレジスト膜形成処理等の液処理は、通常、液処理装置で行われている。液処理装置は、ウェハを保持するチャックと、処理液をウェハに供給するノズルと、チャックに保持されるウェハを囲み得るようにチャックの外側に配置されるカップと、を備え、チャックに保持されたウェハに対して、上記ノズルからレジスト液等の処理液が供給されて当該ウェハ上に液膜が形成される。

液処理に際しては、ウェハ上の液膜の状態の監視を求められることがある。特許文献１の液処理装置では、カップの上部開口を塞ぎ上方に延出した形状を有する上部蓋部材内に、撮影時の照明として用いられるストロボと、ウェハの表面を撮影するＣＣＤカメラとを備えており、ウェハ上に供給されたレジスト液をＣＣＤカメラにより撮影している。また、特許文献１の液処理装置では、撮影画像において、レジスト液に覆われずにウェハの表面が露出した箇所が白画素となり、ウェハ上のレジスト液が塗布された箇所が黒画素となるものとして、撮影画像からウェハ上のレジスト液の形状を判断している。

特開平１１−３５４４１９号公報

しかし、ウェハを撮影すると、ウェハ表面に形成された回路パターンの影響により、ウェハのレジスト液に覆われてない部分と覆われた部分とで同様な撮影結果となってしまったり、照明の照射範囲によってはウェハ以外の他の構造物（例えばノズル）がウェハの表面に映り込んでしまったりする等、外乱の影響を受けることがある。したがって、撮影結果から、ウェハ上の液膜の状態を正確に判定するのは難しい場合がある。特に、人間の目視によらない自動の判定を行うのは困難な場合がある。
特許文献１には、この点に関し、何らの開示の示唆もしていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された液膜の状態を正確に判定することができるようにすることをその目的とする。

上記課題を解決する本発明は、基板上に処理液の液膜を形成し、当該液膜により基板に対して所定の処理を行う液処理装置であって、基板を保持する基板保持部と、該基板保持部に保持された基板に対して処理液を供給する処理液供給部材と、該処理液供給部材から供給された処理液により基板上に形成された前記液膜に光を照射する照射部と、該照射部から光が照射されている前記液膜を撮像する撮像部と、を備え、前記照射部は、前記基板保持部に保持される基板の外側に設けられ、前記撮像部は、前記照射部から出射され前記液膜の当該撮像部とは反対側の側端面から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の当該撮像部側の側面から出射された光を受光する位置に設けられていることを特徴としている。

前記撮像部による撮像結果に基づいて、基板上に形成された前記液膜の状態を判定する判定部を備えてもよい。

前記判定部により、基板上に形成された前記液膜の状態が不良であると判定された場合に、警告を出力する出力部を備えてもよい。

前記照射部は、複数の領域に分割され、前記領域毎に独立して制御され、前記領域それぞれと、前記基板保持部を間に挟んで対向する位置に前記撮像部が配設されていてもよい。

前記基板保持部に保持される基板を囲み得るように、前記基板保持部の外側に配置されると共に、前記基板保持部に対する基板の受け渡しの際に当該基板が通過する開口を有するカップを備え、前記照射部は、前記カップの前記開口の縁部に沿って設けられていてもよい。

前記基板保持部に保持される基板を囲み得るように、前記基板保持部の外側に配置されたカップを備え、当該カップは、前記照射部からの光を透過する材料で形成され、前記照射部は、前記カップの外側に設けられていてもよい。

前記照射部は、照射する光の波長を切替可能に構成されていてもよい。

前記照射部からの光の照射角を調整する調整機構を備えていてもよい。

前記撮像部の位置は、前記照射部から出射され前記基板保持部に保持された基板の上面で反射された光、及び、前記照射部から出射され前記液膜の上面で反射された光のいずれも受光しない位置であってもよい。

別な観点による本発明は、基板上に形成された処理液の液膜の状態を判定する判定方法であって、基板保持部に保持された基板に対して処理液を供給して当該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、前記基板保持部に保持された基板の外側に設けられた照射部から、基板上に形成された液膜に光を照射する工程と、前記照射部から出射され前記液膜の撮像装置側と反対側の側端面から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の前記撮像装置側の側端面から出射された光を受光する位置に設けられた撮像部により、前記照射部から光が照射されている前記液膜を撮像する撮像工程と、該撮像工程での撮像結果に基づいて、前記液膜の状態を判定する判定工程とを含むことを特徴としている。

本発明によれば、基板上に形成された液膜の状態を正確に判定することができる。

本実施の形態にかかる液処理装置を備えた基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる液処理装置を備えた基板処理システムの構成の概略を示す正面図である。 本実施の形態にかかる液処理装置を備えた基板処理システムの構成の概略を示す背面図である。 レジスト膜形成装置の構成の概略を示す縦断面図である。 レジスト膜形成装置の構成の概略を示す横断面図である。 光源からの光が撮像装置に受光される様子を模式的に示す側面図である。 光源の光軸を基板の表面と略平行にして円板状の液膜に光を照射したときに、撮像装置で取得される画像を説明する模式平面図である。 照射部の一例を模式的に示す平面図である。 制御部の構成の概略を模式的に示すブロック図である。 照射部の他の例を説明する平面図である。 照射部と撮像部の他の例を説明する平面図である。 照射部の別の例を説明する側面図である。 照射部のさらに別の例を説明する側面図である。 図１３の照射部の効果を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる液処理装置を備えた基板処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を模式的に示す、正面図と背面図である。なお、本実施の形態では、処理液がレジスト液であり、液処理装置が基板にレジスト液による液膜を形成するレジスト膜形成装置である場合を例にとって説明する。

基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。

カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数、例えば第１〜第４の４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を供給してレジスト膜を形成するレジスト膜形成装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。

例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト膜形成装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト膜形成装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う熱処理装置４０や、レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。これら熱処理装置４０、アドヒージョン装置４１、周辺露光装置４２の数や配置についても、任意に選択できる。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。

シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置１００が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム１００ａを有している。ウェハ搬送装置１００は、搬送アーム１００ａによってウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１１０と受け渡し装置１１１が設けられている。ウェハ搬送装置１１０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム１１０ａを有している。ウェハ搬送装置１１０は、例えば搬送アーム１１０ａにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１１１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。

次に、上述したレジスト膜形成装置３２の構成について図４〜図８を用いて説明する。図４及び図５はそれぞれ、レジスト膜形成装置３２の構成の概略を示す縦断面図及び横断面図である。図６は、光源からの光が撮像装置に受光される様子を模式的に示す側面図である。図７は、光源の光軸を基板の表面と略平行にして、円板状の液膜に光を照射したときに、光源と対向する位置に設けられた撮像装置により取得される画像を説明する模式平面図である。図８は後述の照射部の一例を示す模式平面図である。

レジスト膜形成装置３２は、図４、図５に示すように内部を密閉可能な処理容器１２０を有している。処理容器１２０の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成されている。

処理容器１２０内には、ウェハＷを保持する基板保持部としてのスピンチャック１２１が設けられている。このスピンチャック１２１は、保持したウェハＷを回転させることもできる。スピンチャック１２１は、例えばモータなどのチャック駆動部１２２により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動部１２２には、例えばシリンダなどの昇降駆動機構が設けられており、スピンチャック１２１は昇降自在になっている。ない、スピンチャック１２１の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン（図示せず）が設けられている。

また、処理容器１２０内には、スピンチャック１２１に保持されるウェハＷを囲み得るようにスピンチャック１２１の外側に配置されるカップ１２５が設けられている。カップ１２５は、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するアウターカップ１３０と、アウターカップ１３０の内周側に位置するインナーカップ１４０と、を含む。アウターカップ１３０の上部には、スピンチャック１２１に対するウェハＷの受け渡しの前後にウェハＷが通過する開口１３１が形成されている。

図５に示すようにアウターカップ１３０のＸ方向負方向（図５の下方向）側には、Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール１５０が形成されている。レール１５０は、例えばアウターカップ１３０のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール１５０には、２本のアーム１５１、１５２が設けられている。

第１のアーム１５１には、処理液としてレジスト液をウェハＷ供給する、処理液供給部材であるレジスト液供給ノズル１５３が支持されている。第１のアーム１５１は、移動機構としてのノズル駆動部１５４により、レール１５０上を移動自在である。これにより、レジスト液供給ノズル１５３は、アウターカップ１３０のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１５５からアウターカップ１３０内のウェハＷの中心部上方を通って、アウターカップ１３０のＹ方向負方向側の外側に設けられた待機部１５６まで移動できる。また、ノズル駆動部１５４によって、第１のアーム１５１は昇降自在であり、レジスト液供給ノズル１５３の高さを調節できる。

第２のアーム１５２には、ウェハＷ上にシンナー等の有機溶剤を供給する溶剤供給ノズル１５７が支持されている。第２のアーム１５２は、移動機構としてのノズル駆動部１５８によってレール１５０上を移動自在となっている。これにより、溶剤供給ノズル１５７は、アウターカップ１３０のＹ方向正方向側の外側に設けられた待機部１５９から、アウターカップ１３０内のウェハＷの中心部上方まで移動できる。待機部１５９は、待機部１５５のＹ方向正方向側に設けられている。また、ノズル駆動部１５８によって、第２のアーム１５２は昇降自在であり、溶剤供給ノズル１５７の高さを調節できる。

溶剤供給ノズル１５７から供給される有機溶剤は、レジスト液がウェハＷ上で拡散し易くするためにレジスト液の塗布前に行われるプリウェット処理の際に、ウェハＷ上に供給されるプリウェット液として機能する。

また、処理容器１２０内には、スピンチャック１２１に保持されたウェハＷ上に形成されたレジスト液による液膜に光を照射する照射部１６０と、照射部１６０から光が照射されているウェハＷ上の液膜を撮像する撮像部１７０とが設けられている。照射部１６０による光のタイミング及び撮像部１７０による撮像のタイミングは後述の制御部２００により制御され、また、撮像部１７０での撮像結果は当該制御部２００に出力される。

本発明者らの実験によれば、図６に示すように、光源Ｓと撮像装置ＩとをウェハＷを挟んで対向するように配置させ、光源Ｓの光軸を、ウェハＷに対して角度をつけずに例えばウェハＷの表面と略平行にし、円板状の液膜Ｆの光源Ｓ側の側端面Ｆ１に光を照射すると、撮像装置Ｉにより以下の画像が得られる。すなわち、図７に示すように、ウェハＷ上面及び液膜Ｆの上面Ｆ３は光らずに、上記側端面Ｆ１及び光源Ｓとは反対側の側端面Ｆ２が光り、その他の側端面Ｆ４が光らない画像が得られる。側端面Ｆ２が光る理由／明るくなる理由としては、図６に示すように、光源Ｓからの光をウェハＷに対して角度をつけずにおくと、光源Ｓから出射され液膜Ｆ中に光源Ｓ側の端面Ｆ１から入射した光が、ウェハＷによる反射と、液膜Ｆの上面での全反射を交互に繰り返し、液膜Ｆ中を効率良く伝播し、液膜Ｆの反対側の端面Ｆ２から出射され、撮像装置Ｉに受光されるため、と考えられる。なお、側端面Ｆ１が明るくなる理由は光源Ｓからの光が側端面Ｆ１により反射され撮像装置Ｉに受光されるため、と考えられる。

この結果を踏まえると、液膜に光を照射する照射部と液膜を撮像する撮像部との位置関係などを調整することにより、液膜Ｆの側端面のみが全周にわたって明るい像を得ることができる。このような画像が得られれば、ウェハＷ上の液膜Ｆの外周形状を判定することができ、該液膜Ｆの状態を判定することができる。

上述の検討結果に基づき、本実施形態では、照射部１６０と撮像部１７０の構成や互いの位置関係等は、以下のようになっている。

照射部１６０は、図５に示すように、平面視環状に形成され、また、スピンチャック１２１に保持されるウェハＷの外側に設けられ、具体的には、アウターカップ１３０の開口１３１の縁部に沿って設けられている。この照射部１６０は、水平方向に幅のある側面視略線状の光を内側に向けて出射可能に構成されると共に、その光軸がウェハＷの表面と略平行になるように配設されている。なお、照射部１６０は、例えば図８に示すように、内側に向けて光を出射する複数の光源（例えばＬＥＤ）１６１が同一円周上に並べられて構成されている。

撮像部１７０の位置は以下の通りである。すなわち、照射部１６０から出射されレジスト液の液膜の撮像部１７０とは反対側の側端面（図７の符号Ｆ１参照）から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の撮像部１７０側の側端面（図７の符号Ｆ２参照）から出射された光を受光する位置に、撮像部１７０は設けられている。また、本実施形態における撮像部１７０の位置は、照射部１６０が出射され液膜の撮像部１７０側の側端面以外の側端面（図７の符号Ｆ１、Ｆ４参照）で反射された光が当該撮像部１７０に受光される位置である。さらに、本実施形態における撮像部１７０の位置は、照射部１６０から出射されウェハＷの上面や液膜の上面（図７の符号Ｆ３）で反射された光が当該撮像部１７０に受光されない位置である。
したがって、本実施形態の撮像部１７０では、液膜のうち側端面のみが明るい画像を得ることができる。
なお、撮像部１７０には例えばＣＣＤカメラを用いることができる。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、撮像部１７０で撮像された画像に基づいて行われるウェハＷ上の液膜の状態の判定を制御するプログラムが格納されている。これに加えて、プログラム格納部には、上述した各種処理ユニットや搬送装置などの駆動系の動作を制御して、基板処理システム１の所定の作用、すなわちウェハＷへのレジスト液の塗布、現像、加熱処理、ウェハＷの受け渡し、各ユニットの制御などを実現させるためのプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばハードディスク（ＨＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルディスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体Ｈに記録されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部２００にインストールされたものであってもよい。

図９は、制御部２００の構成の概略を模式的に示すブロック図である。
制御部２００は、図９に示すように、撮像部１７０で撮像された画像に基づいてウェハＷ上に形成されたレジスト液の液膜の状態を判定する判定部２１０と、判定部２１０の判定で用いられる基準画像や撮像部１７０で撮像された画像を記憶する記憶部２１１と、撮像部１７０で撮像された画像等を表示する表示部２１２とを有する。

判定部２１０は、撮像結果に基づいて、ウェハＷ上の液膜が所望の外周形状を有するかの判定を行う。この判定は、例えば、撮像部１７０で撮像された画像中の明るい部分すなわちレジスト液の液膜の外周形状を示す部分と基準画像とをパターンマッチングにより比較することで行われる。例えば、マッチング度が所定の範囲内であれば、上記液膜の外周形状を示す画像と基準画像とが一致し液膜が所望の外周形状を有すると判定し、マッチング度が所定の範囲内になければ上記液膜の外周形状を示す画像と基準画像とが一致せず液膜が所望の外周形状を有さないと判定する。なお、基準画像は、例えば、実際にスピンチャック１２１に保持されたウェハＷ上に所望の形状（例えば平面視略真円の平板形状）の液膜を形成し当該液膜を撮像部１７０で撮像した画像から事前に得ることができる。

また、判定部２１０は、撮像結果に基づいて、ウェハＷ上の液膜中のレジスト液の量すなわちレジスト液の塗布量が適切であるか否かの判定を行う。この判定は、例えば、撮像部１７０で撮像された画像中の明るい部分で囲まれた領域の面積を計算し、この計算結果に基づいて行う。例えば、計算された面積が基準値を基準とした所定の範囲内の値を示せば、レジスト液の塗布量が適切であると判定し、計算された面積が上記所定の範囲内の値を示さなければレジスト液の塗布量が不適切であると判定する。なお、上記基準値は、例えば、実際にスピンチャック１２１に保持されたウェハＷ上に、所望の量のレジスト液を供給し判定対象の液膜と同じ液膜形成条件（ウェハＷの回転数やウェハＷを回転させる時間等）で液膜を形成し当該液膜を撮像部１７０で撮像した画像から事前に得ることができる。

判定部２１０は、液膜が所望の外周形状を有さないと判定した場合、及び、レジスト液の塗布量が不適切であると判定した場合、ウェハＷ上に形成された液膜の状態が不良であると判定する。
表示部２１２は、ウェハＷ上に形成された液膜の状態が不良であると判定部２１０により判定された場合、警告を表示する。なお、表示部２１２は、警告を出力する出力部の一例であるが、警告の出力の形態はこの例に限られず、音声により出力してもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。まず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次処理ステーション１１の受け渡し装置５３に搬送される。

次にウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理され、温度調節される。

次にウェハＷはアドヒージョン装置４１に搬送され、アドヒージョン処理される。その後ウェハＷは、第１のブロックＧ１のレジスト膜形成装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、プリベーク処理される。なお、プリベーク処理においても下部反射防止膜形成後の熱処理と同様な処理が行われ、また、後述の反射防止膜形成後の熱処理、露光後ベーク処理、ポストベーク処理においても同様な処理が行われる。ただし、各熱処理に供される熱処理装置４０は互いに異なる。

次にウェハＷは、上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。

次にウェハＷは、露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される。

次いで、ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、露光後ベーク処理される。その後ウェハＷは、たとえば現像処理装置３０に搬送されて現像処理される。現像処理終了後、ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、ポストベーク処理される。そして、ウェハＷは、カセット載置板２１のカセットＣに搬送され、一連のフォトリソグラフィー工程が完了する。

ここで、レジスト膜形成装置３２におけるレジスト膜処理について詳述する。レジスト膜形成処理にあたっては、先ずスピンチャック１２１の上面でウェハＷを吸着保持する。そして溶剤供給ノズル１５７をウェハＷの中心部の上方に移動させ、プリウェット処理を行う。プリウェット処理では、ウェハＷを高回転数（例えば３０００ｒｐｍ）で回転させながら、溶剤供給ノズル１５７からウェハＷ上に溶剤を供給する。

その後溶剤供給ノズル１５７を退避させた後、ウェハＷの中心部上方にレジスト液供給ノズル１５３を移動させ、ウェハＷを低回転数（例えば３００ｒｐｍ）で回転させながら、レジスト液供給ノズル１５３からウェハＷ上にレジスト液を供給し液膜を形成する。

そしてレジスト液供給ノズル１５３からのレジスト液の供給時間が所定の長さに達した時点で、ウェハＷの回転数を維持したまま、レジスト液の供給を停止し、次いでレジスト液供給ノズル１５３を退避させる。その後、照射部１６０を用いてウェハＷ上の液膜への光を照射させながら、撮像部１７０によりウェハ上の液膜を撮像する。そして、判定部２１０により、撮像部１７０で撮像された画像中で明るく示された液膜の外周形状に基づいて、液膜の状態を判定する。具体的には、前述のような基準画像を用いたパターンマッチングによる液膜の形状の判定と、撮像部１７０で撮像された画像中の明るい部分で囲まれた領域の面積に基づくレジスト液の量の判定とを行い、液膜の状態の良否を判定する。

判定の結果、液膜が所望の外周形状を有し、且つ、液膜中のレジスト液の量が適切であり、ウェハＷ上に形成された液膜の状態が良好であると判定された場合、高回転数（例えば３０００ｒｐｍ）でウェハＷを回転させ、ウェハＷの中心部に供給されたレジスト液をウェハＷの全面に拡散させ所定の膜厚の塗布膜を形成する拡散処理を行う。次いで所定の回転数（例えば１５００ｒｐｍ）でウェハを回転させ、ウェハＷ上の塗布膜を乾燥させる乾燥処理を行う。その後、スピンチャック１２１に吸着保持されていたウェハＷがレジスト膜形成装置３２から搬出され、次のウェハＷが搬入される。以後、上述の処理が繰り返される。

一方、判定の結果、液膜が所望の外周形状を有さず、及び／または、液膜中のレジスト膜の量が不適切であり、ウェハＷ上に形成された液膜の状態が不良であると判定された場合、以降の処理を中止し、表示部２１２により警告を出力する。この際、スピンチャック１２１に吸着保持されていたウェハＷはレジスト膜形成装置３２から搬出される。なお、液膜が所望の外周形状を有さない場合とは、例えば、ウェハＷ上の液膜が平面視において楕円形を有する場合である。レジスト液供給ノズル１５３からのレジスト液の吐出位置とウェハＷの回転中心とが一致していないときや、ウェハＷの中心とスピンチャック１２１の中心とが一致していないときに、ウェハＷ上の液膜が平面視において楕円形となる。

本実施形態では、前述のように、照射部１６０から出射されレジスト液の液膜の撮像部１７０とは反対側の側端面から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の撮像部１７０側の側端面から出射された光を受光する位置に、撮像部１７０は設けられている。そのため、ウェハＷ上に形成された液膜のうち側端面のみが明るく示された画像すなわち外乱の影響がない液膜の撮像画像を取得することができる。したがって、ウェハＷ上に形成された液膜の状態を正確に判定することができる。

本発明者らの実験によれば、図４及び図８等のように照射部１６０と撮像部１７０を設けることにより、ウェハＷ上の液膜の側端面のみが明るく示された画像を撮像部１７０により実際に取得することができる。特に、液膜の厚さが０．１μｍ以上であれば、液膜の状態を判定できる程度にウェハＷ上の液膜の側端面のみが明るく示された画像を取得することができる。

以上の説明では、撮像結果に基づいて、ウェハＷ上の液膜の状態が良好であるか否かを判定し、判定結果に基づいて、ウェハ処理を中止し警告を出力していた。言い換えると、撮像結果に基づく判定をウェハ処理の中止や警告出力のトリガーに用いていた。これに代えて、撮像結果に基づく判定をウェハＷの回転速度の切り替えタイミングの決定に用いてもよい。例えば、所定の回転速度で回転するウェハＷ上に対してレジスト液供給ノズル１５３からのレジスト液の供給を開始してから、液膜への照射部１６０からの光の照射と撮像部１７０による撮像を所定間隔毎に行い、撮像結果に基づき、ウェハ上の液膜の平面視における大きさが所定値を超えたか否か判定し、超えた場合に、ウェハＷの回転速度を切り替えるようにしてもよい。

また、ウェハＷ上の液膜の状態の良否の判断基準は上述の例に限られない。例えば、ウェハＷを高速で回転させ液膜を広げるタイミングでウェハＷを撮像するときは、撮像結果から液膜の中心の位置を算出し、算出結果に基づいて、液膜の状態の良否を判定してもよい。この例では、判定部２１０は、液膜の中心がウェハＷの中心と一致しない場合、ウェハＷ上の液膜の状態が不良であると判定する。

また、ウェハＷを高速で回転させる場合にレジスト液の吐出位置とウェハＷの回転中心が一致していないと、液膜の上面に畝状の隆起が形成される。照射部１６０からウェハＷ上の液膜の光を照射すると、上記畝状の隆起の側端面からの光が撮像部１７０に入射するため、撮像部１７０で撮像される画像において上記畝状の隆起の側端面が明るく示される。この畝状の隆起の側端面が撮像部１７０による撮像画像において明るく示される場合、判定部２１０は、液膜の状態が不良であると判定してもよい。撮像画像において明るく示される部分が、畝状の隆起の側端面に該当するか否かは、当該明るく示される部分の形状や、他の明るく示される部分（液膜の外周を形成する側端面による部分）との位置関係から判定することができる。

以上の説明では、撮像部１７０は１つであるとしたが、撮像部１７０を周方向に沿って等間隔で複数（例えば４つ）設け、円環状の照射部１６０の全周を点灯させてウェハＷ上の液膜に光を照射し、複数の撮像部１７０それぞれで撮像し、複数の撮像結果に基づいて当該液膜の状態を判定してもよい。これにより、ウェハＷ上の液膜の外周形状をより正確に把握することができる。なお、この場合、複数の撮像部１７０それぞれでの撮像タイミングは同時であってもよいし、異なってもよい。

図１０は、照射部の他の例を説明する平面図である。
本発明者らの実験によれば、図４等に示したように、ウェハＷ上の円板状の液膜を撮像する場合において、平面視円環状の照射部１６０全体から光を照射したときと、平面視円環状の照射部１６０の撮像部１７０側の半分を遮光部材で覆い当該照射部１６０の撮像部１７０とは反対側の部分のみから光を照射したときとで、撮像部１７０による液膜の撮像結果に大きな違いはなかった。

この実験結果によれば、図１０に示すように、ウェハＷすなわちスピンチャック１２１を間に挟んで撮像部１７０と対向する位置に平面視半円環状の照射部３００を設けるようにしてもよい。
このように構成することにより、コストを削減することができる。

ただし、本発明者らの実験によれば、ウェハＷ上の液膜の形状が円板状ではなく複雑である場合、図１０の照射部３００では液膜の側端面全体が明るく示された画像を得ることができず、液膜の外周形状を判定することが難しい。そのため、本例の照射部３００は、液膜の外周形状を正確に把握する必要がなく、ウェハＷ上の液膜が円板状であるか否かのみの判定で足りる場合に好適に用いられる。
なお、照射部３００は、照射部１６０と同様に、内側に向けて光を出射する複数の光源（例えばＬＥＤ）を半円弧上に並べて構成することができる。

図１１は、照射部と撮像部の他の例を説明する平面図である。
図１１の照射部４００は、ウェハＷの周方向に沿って複数の領域（本例では４つの領域Ｒ１〜Ｒ４）に区分され、各領域Ｒ１〜Ｒ４の照射部４０１〜４０４はその点灯が領域毎に独立して制御される。また、本例では、平面視において、各領域Ｒ１〜Ｒ４の照射部４０１〜４０４それぞれとウェハＷすなわちスピンチャック１２１を間に挟んで対向する位置に、撮像部１７０_１〜１７０_４が設けられている。領域Ｒ１の照射部４０１から光を照射するときには照射部４０１と対向する位置に設けられた撮像部１７０_１により撮像が行われ、領域Ｒ２の照射部１６０から光を照射するときには領域Ｒ２と対向する位置に設けられた撮像部１７０_２により撮像が行われ、領域Ｒ３の照射部１６０から光を照射するときには領域Ｒ３と対向する位置に設けられた撮像部１７０_３により撮像が行われ、領域Ｒ４の照射部１６０から光を照射するときには領域Ｒ４と対向する位置に設けられた撮像部１７０_４により撮像が行われる。
判定部２１０では、撮像部１７０_１〜１７０_４での撮像結果に基づいて、ウェハＷ上の液膜の状態の判定を行う。これにより、ウェハＷ上の液膜の外周形状をより正確に把握することができる。

本例では、各領域Ｒ１〜Ｒ４の照射部４０１〜４０４はそれぞれ平面視１／４円環状に形成され、具体的には、照射部１６０と同様に平面視１／４円環上に複数の光源を並べて構成されたものであり、４つの照射部４０１〜４０４により平面視において円環を形成するように構成されている。各領域Ｒ１〜Ｒ４の照射部４０１〜４０４の平面視における形状は、これに限られず例えばそれぞれ平面視直線状に形成され、具体的には、平面視における直線上に複数の光源（例えばＬＥＤ）を並べたものであってもよく、４つの照射部４０１〜４０４で平面視円環を形成しなくてもよい。

図１２は、照射部の別の例を説明する側面図である。
図４及び図５の例では、照射部１６０は、アウターカップ１３０の開口１３１の縁に沿って設けられていた。しかし、照射部５００の位置はこれに限られず、例えばアウターカップ５１０が照射部５００からの光を透過する材料で形成されている場合、図１２に示すようにアウターカップ５１０の外側に照射部５００を設けても良い。これにより、ウェハＷ上の液膜の側端面に対する照射部５００からの光の入射角を小さくすることができる。したがって、ウェハＷ上の液膜が薄くても、照射部５００からの光を、当該液膜中を導光させることができ、液膜の状態の判定を行うことができる。

なお、アウターカップ５１０は、その全体が透明材料で形成されている必要はなく、照射部５００からの光が通過する位置のみ透明材料で形成されていてもよい。
また、撮像部１７０もアウターカップ５１０越しにウェハＷ上の液膜を撮像するようにしてもよい。

図１３は、照射部のさらに別の例を説明する側面図である。
図１３の照射部６００は、当該照射部６００からの光の照射角を調整する調整機構６０１を有する。より具体的には、照射部６００は、ＬＥＤ等の光源６０２を有し、該光源６０２からの光の照射角を調整する調整機構６０１を備える。なお、光の照射角の調整は例えばピエゾ素子（図示せず）等を用いて行うことができる。

図１４は、図１３の照射部６００の効果を説明する図である。
図１４に示すように、液膜Ｆからの光の出射位置Ｐは、当該光の液膜Ｆに対する照射部６００からの光の入射角に依存するところ、図１３のように光の照射角を調整し当該光の液膜Ｆに対する入射角を調整することで、液膜Ｆからの光の出射位置を制御することができ、液膜Ｆの側端面の所望の位置を光らせることができる。

なお、上述の例の照射部からの光の波長は例えば可視光域の所定の波長である。ただし、照射部からの光の波長はこの例に限られず、当該光によってウェハＷ上の液膜が感光しなければよい。また、照射部は出射光の波長を選択可能に構成されていることが好ましい。例えば、それぞれ異なる波長を有する光源を照射部内に複数設け、照射に用いる光源を選択することにより波長を選択することができる。また、複数の波長を選択的に出射可能な光源を照射部に設けてもよいし、波長の幅が広い光を出射する光源と、それぞれ異なる波長を透過する複数の波長選択フィルタとを用いて波長選択可能としてもよい。

このように照射部が出射光の波長を選択可能に構成されていることにより、以下の効果がある。ウェハＷに形成されたパターンや下地膜の反射率には波長依存性があるため、パターン等の反射の状態に応じて波長を切り替えることにより上記反射率を低減させることができる。

以上の例では、液処理装置内において、ウェハＷを回転させて液膜を形成し、また、ウェハＷを回転させている状態で液膜を撮像し、撮像結果に基づいて、当該液膜の状態を判定していた。図４及び図５と同様な構成を採用することで、ウェハＷを回転させないで液膜の形成と液膜の撮像の両方を行う場合にも、撮像結果に基づいて、撮像対象の液膜の状態を判定することができる。なお、ウェハＷを回転させないで液膜の形成を行う場合とは、例えば、静止現像用の液膜として１ｍｍ程度の厚さの液膜を形成する場合である。この場合、撮像画像に基づいて、現像液の液盛り（パドル）すなわち液膜が所望の形状でないと判定されたときや、現像液の液膜の上面の面積が不適当であると判定されたとき、パドルの厚さが不適切なときに、液膜の状態が不良であると判定される。具体的には、静止現像では、プルバックという、静止したウェハの上面全体に液盛り（パドル）を形成した後、液盛り量が少ないと表面張力によってウェハ上の液同士が引っ張り合い、現像液で覆われていない領域がウェハに生じる現象が起こることがあり、プルバックが生じているか否かが、上述のような撮像対象の液膜の状態の判定に基づいて判定される。

なお、以上の液膜の状態の判定は、製品製造時に行ってもよいし、所定間隔毎に行われるメンテナンス時に行ってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板である場合にも適用できる。

本発明は、基板上に処理液の液膜を形成し基板を処理する技術に有用である。

３２ レジスト膜形成装置
１２１ スピンチャック
１２５ カップ
１３０，５１０ アウターカップ
１３１ 開口
１５３ レジスト液供給ノズル
１６０，３００，４００，５００，６００ 照射部
１６１ 光源（ ＬＥＤ）
１７０ 撮像部
２００ 制御部
２１０ 判定部
２１１ 記憶部
２１２ 表示部
６０１ 調整機構
Ｆ 液膜
Ｗ ウェハ

Claims (10)

1. 基板上に処理液の液膜を形成し、当該液膜により基板に対して所定の処理を行う液処理装置であって、
   基板を保持する基板保持部と、
   該基板保持部に保持された基板に対して処理液を供給する処理液供給部材と、
   該処理液供給部材から供給された処理液により基板上に形成された前記液膜に光を照射する照射部と、
   該照射部から光が照射されている前記液膜を撮像する撮像部と、を備え、
   前記照射部は、前記基板保持部に保持される基板の外側に設けられ、
   前記撮像部は、前記照射部から出射され前記液膜の当該撮像部とは反対側の側端面から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の当該撮像部側の側面から出射された光を受光する位置に設けられていることを特徴とする液処理装置。
2. 前記撮像部による撮像結果に基づいて、基板上に形成された前記液膜の状態を判定する判定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の液処理装置。
3. 前記判定部により、基板上に形成された前記液膜の状態が不良であると判定された場合に、警告を出力する出力部を備えることを特徴とする請求項２に記載の液処理装置。
4. 前記照射部は、複数の領域に分割され、前記領域毎に独立して制御され、
   前記領域それぞれと、前記基板保持部を間に挟んで対向する位置に前記撮像部が配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液処理装置。
5. 前記基板保持部に保持される基板を囲み得るように、前記基板保持部の外側に配置されると共に、前記基板保持部に対する基板の受け渡しの際に当該基板が通過する開口を有するカップを備え、
   前記照射部は、前記カップの前記開口の縁部に沿って設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液処理装置。
6. 前記基板保持部に保持される基板を囲み得るように、前記基板保持部の外側に配置されたカップを備え、
   当該カップは、前記照射部からの光を透過する材料で形成され、
   前記照射部は、前記カップの外側に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液処理装置。
7. 前記照射部は、照射する光の波長を切替可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液処理装置。
8. 前記照射部からの光の照射角を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液処理装置。
9. 前記撮像部の位置は、前記照射部から出射され前記基板保持部に保持された基板の上面で反射された光、及び、前記照射部から出射され前記液膜の上面で反射された光のいずれも受光しない位置であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液処理装置。
10. 基板上に形成された処理液の液膜の状態を判定する判定方法であって、
    基板保持部に保持された基板に対して処理液を供給して当該基板上に液膜を形成する液膜形成工程と、
    前記基板保持部に保持された基板の外側に設けられた照射部から、基板上に形成された液膜に光を照射する工程と、
    前記照射部から出射され前記液膜の撮像装置側と反対側の側端面から当該液膜に入射し当該液膜中を導光され当該液膜の前記撮像装置側の側端面から出射された光を受光する位置に設けられた撮像部により、前記照射部から光が照射されている前記液膜を撮像する撮像工程と、
    該撮像工程での撮像結果に基づいて、前記液膜の状態を判定する判定工程とを含むことを特徴とする液膜状態判定方法。
    

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