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発明の名称 基板処理装置及び基板処理方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−88485(P2007−88485A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2006−278483(P2006−278483)
出願日 平成18年10月12日(2006.10.12)
代理人 【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
発明者 岩永 修児 / 田所 真任 / 片山 恭成 / 田中 道夫 / 上村 良一
要約 課題
基板周囲の環境をより詳細に分析し、より精密なレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。

解決手段
レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす、「気圧p」と、「カップCPの温度q」と、「ユニット内の湿度r」とをパラメータとする膜厚モデルの作成を予め実験的に行い、この作成した膜厚モデルに基づいて、レジスト膜形成条件の1つであるウェハの回転数を制御することにより、フィードフォワード制御が可能となる。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの膜厚を予測することができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
基板上にレジスト膜を形成して該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第1の熱的処理を行った後現像処理を行うことにより、所望のレジストパターンを形成する基板処理装置において、
前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの膜厚に関する第1の関数モデルとを記憶する記憶手段と、
前記第1の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する制御手段と
を具備し、
前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
前記第1の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項2】
請求項1に記載の基板処理装置において、
前記記憶手段は、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの線幅に関する第2の関数モデルを更に具備し、
前記制御手段は、前記第2の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第2の関数モデルに基づき第1の加熱処理前に第1の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第1の熱的処理条件を制御する
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項3】
請求項1に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項4】
請求項3に記載の基板処理装置において、
前記制御手段は、
前記レジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを更に制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項5】
請求項2に記載の基板処理装置において、
前記レジスト膜形成後に第2の熱的処理を行う手段を更に具備し、
前記制御手段は、第2の熱的処理条件のうち少なくとも当該第2の熱的処理の温度、時間及び昇降温速度のいずれかを制御することを特徴とする基板処理装置。
【請求項6】
請求項2から請求項5のうちいずれか1項に記載の基板処理装置において、
前記第1の関数モデル又は第2の関数モデルは前記レジストの種類ごとに作成することを特徴とする基板処理装置。
【請求項7】
請求項5に記載の基板処理装置において、
前記レジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、前記第1及び第2の熱的処理を行う熱処理部と、前記現像処理を行う現像処理部と、少なくとも前記レジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部の間で基板の受け渡しを行う搬送機構とを有し、
前記第1の関数モデル又は第2の関数モデルは、前記搬送機構による基板の搬送時間を更にパラメータとしていることを特徴とする基板処理装置。
【請求項8】
基板上にレジスト膜を形成し該基板に熱的処理を行った後該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第1の熱的処理を行った後現像処理を行うことにより、所望のレジストパターンを形成する基板処理方法において、
(a)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの膜厚に関する第1の関数モデルを作成する工程と、
(b)前記第1の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する工程と
を具備し、
前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
前記第1の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする基板処理方法。
【請求項9】
請求項8に記載の基板処理方法であって、
(c)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第2の関数モデルを作成する工程と、
(d)前記第2の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第2の関数モデルに基づき第1の加熱処理前に第1の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第1の熱的処理条件を制御する工程と
を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項10】
請求項9に記載の基板処理方法であって、
(e)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第3の関数モデルを作成する工程と、
(f)前記第3の関数モデルに基づき露光処理前に露光処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて露光処理条件を制御する制御工程とを更に具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項11】
請求項9に記載の基板処理方法において、
前記工程(d)は、前記現像処理条件のうち現像時間を制御する工程を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項12】
請求項8に記載の基板処理方法において、
前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
前記工程(b)は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御する工程を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項13】
請求項8に記載の基板処理方法において、
(c)前記工程(b)で制御された前記レジスト膜形成条件により形成されたレジスト膜厚を検査する工程と、
(d)前記工程(c)で検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正する工程と
を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項14】
請求項13に記載の基板処理方法において、
前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
前記工程(d)は前記レジスト膜形成条件のうち基板の回転数を補正することを特徴とする基板処理方法。
【請求項15】
請求項9に記載の基板処理方法において、
(e)前記工程(d)で制御された前記現像処理条件により形成されたレジストパターンを検査する工程と、
(f)前記工程(e)で検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する工程と
を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項16】
請求項15に記載の基板処理方法において、
前記工程(f)は前記現像処理条件のうち現像時間を補正することを特徴とする基板処理方法。
【請求項17】
請求項9から請求項11のうちいずれか1項に記載の基板処理方法において、
前記第1、第2の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項18】
請求項10に記載の基板処理方法において、
前記第3の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイスの製造において、特にフォトリソグラフィ工程において半導体基板上に所望のレジストパターンを形成する基板処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)の表面にレジスト膜を形成した後、これを所定のパターンに露光し、さらに現像処理することにより所望のレジストパターンを形成している。
【0003】
このようなフォトリソグラフィ工程は、従来から、ウェハを回転させて遠心力によりレジスト液の塗布を行うレジスト塗布処理ユニットや、ウェハに現像液を供給して現像処理する現像処理ユニット等を有する塗布現像処理装置と、この装置に連続して一体に設けられた露光装置とにより行われている。また、このような塗布現像処理装置は、例えばレジスト膜を形成した後、あるいは現像処理の前後に、ウェハに対し加熱処理や冷却処理等の熱的処理を行う加熱処理ユニットや冷却処理ユニットを有しており、更に、これら各処理ユニット間でウェハの搬送を行う搬送ロボット等を有している。
【0004】
ところで、近年、レジストパターンの微細化はよりいっそう進行しており、例えばレジストパターンの線幅についてはより精密な管理を行うことが要求されている。また、レジスト膜厚はレジストパターンの形状に大きな影響を与えるため、このレジスト膜厚の管理も精密に行うことが要求されている。このようなレジストパターンの線幅の制御は、露光装置における露光条件である例えば露光光の強度やフォーカス値等を基にしてフィードバック制御により行っている。また、レジスト膜厚の制御は、上記レジスト塗布処理ユニットにおけるウェハの回転数の影響が大きいことを考慮し、この回転数を基にしてフィードバック制御により行っている。(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平2000−218219号公報(段落[0058]等)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、レジストパターンの線幅は、塗布現像処理装置内においてウェハ周囲の環境、例えば、各処理ユニットに搬入されるまでの搬送時間、装置内の温度若しくは湿度、あるいは装置内の気流の流れ等によっても影響を受けるため、上記のように露光光の強度やフォーカス値等を変えても微細化の傾向にある線幅を一定に制御することは困難になりつつある。また、レジスト膜厚についても同様に、レジスト塗布処理ユニット外における搬送時間や温湿度等、ウェハ周囲の環境がもたらす悪影響によって、精密な制御が困難となってきている。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、これら基板周囲の環境をより詳細に分析し、より精密なレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジスト膜を形成して該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第1の熱的処理を行った後現像処理を行うことにより、所望のレジストパターンを形成する基板処理装置において、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの膜厚に関する第1の関数モデルとを記憶する記憶手段と、前記第1の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する制御手段とを具備し、前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記第1の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする。
【0008】
本発明では、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、レジスト膜の形成条件を制御する。これにより、例えばレジスト膜形成時においてレジスト液を基板の回転により塗布する場合に、この基板の回転数をモニターしただけでは精密な制御を行うことができないレジスト膜厚を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。これによって、パターン微細化の要求に対応して、より精密にレジスト膜厚を制御できる。さらに、例えば上記環境条件を常にモニターしていれば、そのモニターした情報から関数モデルを用い線幅や膜厚を予測できるので、制御の応答が迅速化され、製品不良を極力低減させることができる。
【0009】
また、これらのパラメータは、レジストパターンの線幅及びレジスト膜厚のうち、特にレジスト膜厚の変動に大きな影響を及ぼすものであるため、これらをパラメータとする関数モデルを作成することにより、上記のように各処理条件等を制御し精密にレジスト膜厚の管理を行うことができる。
【0010】
本発明の一の形態によれば、前記記憶手段は、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの線幅に関する第2の関数モデルを更に具備し、前記制御手段は、前記第2の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第2の関数モデルに基づき第1の加熱処理前に第1の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第1の熱的処理条件を制御することを特徴とする。すなわち、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、現像処理条件又は第1の熱的処理条件を制御する。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの線幅を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。
【0011】
ここで、レジストパターンとは線幅だけでなくパターンラインのピッチ、サイドウォール(側面の基板面に対する角度等)、アスペクト比も含む概念である。
【0012】
これらのパラメータは、レジストパターンの線幅及びレジスト膜厚のうち、特に線幅の変動に大きな影響を及ぼすものであるため、これらをパラメータとする関数モデルを作成することにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅の管理を行うことができる。
【0013】
また、これらのパラメータのうち、「露光処理終了後から第1の熱的処理が開始されるまでの時間」及び「第2の熱的処理後の基板の待機時間」は、「時間」のパラメータであり、例えば、本基板処理装置内の各処理ユニットが複数あって枚葉処理である場合には、当該「時間」のパラメータは基板1枚ごとに異なるパラメータであるため、この線幅の制御は基板ごとに行うことが好ましい。
【0014】
本発明の一の形態によれば、前記制御手段は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御することを特徴とする。このようにレジスト膜形成条件のうち、最もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすと考えられる基板の回転数を制御することにより、迅速かつ精密に線幅を制御することができる。基板回転数とレジスト膜厚との関係に相関があることが分かっており、これを制御することにより、容易かつ精密にレジスト膜厚を制御することができる。
【0015】
本発明の一の形態によれば、前記レジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを更に制御することを特徴とする。このように、基板回転数の他にもレジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを制御し、より高精度な線幅の管理を行うことができる。
【0016】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜形成後に第2の熱的処理を行う手段を更に具備し、前記制御手段は、第2の熱的処理条件のうち少なくとも当該第2の熱的処理の温度、時間及び昇降温速度のいずれかを制御することを特徴とする。これらの条件もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすため、より高精度な線幅の管理を行うことができる。
【0017】
本発明の一の形態によれば、前記第1の関数モデル又は第2の関数モデルは前記レジストの種類ごとに作成することを特徴とする。例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて前記関数モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じてレジスト膜の形成条件、現像処理条件を制御することができる。
【0018】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、前記第1及び第2の熱的処理を行う熱処理部と、前記現像処理を行う現像処理部と、少なくとも前記レジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部の間で基板の受け渡しを行う搬送機構とを有し、前記第1の関数モデル又は第2の関数モデルは、前記搬送機構による基板の搬送時間を更にパラメータとしていることを特徴とする。この搬送機構によるレジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部間における基板の搬送時間が、線幅やレジスト膜厚の変動に影響を及ぼす要因の1つと考えられるため、この搬送時間をもパラメータとして関数モデルを作成する。これにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅等の管理を行うことができる。
【0019】
なお、前記制御手段により制御された前記レジスト膜形成条件で形成されたレジスト膜厚を検査する膜厚検査手段を更に具備し、前記制御手段は、前記膜厚検査手段により検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正するレジスト膜形成条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジスト膜の形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により膜厚が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対して、膜厚検査を行ってレジスト膜形成条件を適応的に補正することにより、すなわちフィードバック制御を加えることにより高精度な膜厚の制御を行うことができ所望のレジスト膜を形成することができる。
【0020】
また、前記制御手段により制御された前記現像処理条件で形成されたレジストパターンを検査するパターン検査手段を更に具備し、前記制御手段は、パターン検査手段により検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する現像処理条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し、レジストパターンの検査を行って現像処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。
【0021】
本発明の第2の観点に係る基板処理方法は、基板上にレジスト膜を形成し該基板に熱的処理を行った後該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第1の熱的処理を行った後現像処理を行うことにより、所望のレジストパターンを形成する基板処理方法において、(a)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの膜厚に関する第1の関数モデルを作成する工程と、(b)前記第1の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する工程とを具備し、前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記第1の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする。
【0022】
本発明では、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、レジスト膜の形成条件を制御する。これにより、例えばレジスト膜形成時においてレジスト液を基板の回転により塗布する場合に、この基板の回転数をモニターしただけでは精密な制御を行うことができないレジスト膜厚を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。これによって、パターン微細化の要求に対応して、より精密にレジスト膜厚を制御できる。さらに、例えば上記環境条件を常にモニターしていれば、そのモニターした情報から関数モデルを用い線幅や膜厚を予測できるので、制御の応答が迅速化され、製品不良を極力低減させることができる。
【0023】
本発明の一の形態によれば、(c)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第2の関数モデルを作成する工程と、(d)前記第2の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第2の関数モデルに基づき第1の加熱処理前に第1の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第1の熱的処理条件を制御する工程とを更に具備することを特徴とする。すなわち、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、現像処理条件又は第1の熱的処理条件を制御する。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの線幅を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。
【0024】
本発明の一の形態によれば、(e)前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第3の関数モデルを作成する工程と、(f)前記第3の関数モデルに基づき露光処理前に露光処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて露光処理条件を制御する制御工程とを更に具備することを特徴とする。このように、本発明では上記レジスト膜の形成条件、現像処理条件の制御に加え露光処理条件をも制御しているので、より精密にパターンの線幅やレジスト膜厚を制御できる。露光量と線幅との関係はほぼ比例関係にあることが分かっているため、これを制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。
【0025】
なお、前記制御する工程により制御された露光処理条件で形成されたレジストパターンを検査するパターン検査手段を更に具備し、前記制御手段は、パターン検査手段により検査された前記レジストパターンに基づき前記露光処理条件を補正する露光処理条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対して、レジストパターンの検査を行って露光処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。例えば、前記露光処理条件補正手段は前記露光量を補正する。
【0026】
本発明の一の形態によれば、前記工程(d)は、前記現像処理条件のうち現像時間を制御する工程を具備することを特徴とする。現像時間と線幅との関係はほぼ逆比例関係にあることが分かっており、これを制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。
【0027】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記工程(b)は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御する工程を具備することを特徴とする。このようにレジスト膜形成条件のうち、最もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすと考えられる基板の回転数を制御することにより、迅速かつ精密に線幅を制御することができる。
【0028】
本発明の一の形態によれば、(c)前記工程(b)で制御された前記レジスト膜形成条件により形成されたレジスト膜厚を検査する工程と、(d)前記工程(c)で検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正する工程とを更に具備することを特徴とする。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジスト膜の形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により膜厚が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し本発明では、膜厚検査を行ってレジスト膜形成条件を適応的に補正することにより、すなわちフィードバック制御を加えることにより高精度な膜厚の制御を行うことができ所望のレジスト膜を形成することができる。
【0029】
本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記工程(d)は前記レジスト膜形成条件のうち基板の回転数を補正することを特徴とする。
【0030】
本発明の一の形態によれば、(e)前記工程(d)で制御された前記現像処理条件により形成されたレジストパターンを検査する工程と、(f)前記工程(e)で検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する工程とを更に具備することを特徴とする。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し本発明では、レジストパターンの検査を行って現像処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。
【0031】
本発明の一の形態によれば、前記工程(f)は前記現像処理条件のうち現像時間を補正することを特徴とする。
【0032】
本発明の一の形態によれば、前記第1、第2の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする。
【0033】
本発明の一の形態によれば、前記第3の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする。
【0034】
例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて前記関数モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じてレジスト膜の形成条件、現像処理条件を制御することができる。
【発明の効果】
【0035】
以上説明したように、本発明によれば、容易かつ精密にレジスト膜厚の制御を行うことができ、歩留まり向上に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0036】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0037】
図1〜図3は本発明の一実施形態に係る塗布現像処理装置の全体構成を示す図であって、図1は平面図、図2及び図3は正面図及び背面図である。
【0038】
この塗布現像処理装置1は、被処理基板として半導体ウェハWをウェハカセットCRで複数枚たとえば25枚単位で外部から装置1に搬入し又は装置1から搬出したり、ウェハカセットCRに対してウェハWを搬入・搬出したりするためのカセットステーション10と、塗布現像工程の中で1枚ずつウェハWに所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位置に多段配置してなる処理ステーション12と、この処理ステーション12と隣接して設けられる露光装置100との間でウェハWを受け渡しするためのインターフェース部14とを一体に接続した構成を有している。
【0039】
カセットステーション10では、図1に示すように、カセット載置台20上の突起20aの位置に複数、例えば5個のウェハカセットCRがそれぞれのウェハ出入口を処理ステーション12側に向けてX方向一列に載置され、カセット配列方向(X方向)およびウェハカセットCR内に収納されたウェハのウェハ配列方向(Z方向)に移動可能なウェハ搬送体22が各ウェハカセットCRに選択的にアクセスするようになっている。さらに、このウェハ搬送体22は、θ方向に回転可能に構成されており、図3に示すように後述する多段構成とされた第3の処理ユニット部G3に属する熱処理系ユニットにもアクセスできるようになっている。
【0040】
図1に示すように処理ステーション12は、装置背面側(図中上方)において、カセットステーション10側から第3の処理ユニット部G3、第4の処理ユニット部G4及び第5の処理ユニット部G5がそれぞれ配置され、これら第3の処理ユニット部G3と第4の処理ユニット部G4との間には、一実施形態に係る第1の主ウェハ搬送装置A1が設けられている。この第1の主ウェハ搬送装置A1は、後述するように、この第1の主ウェハ搬送体16が第1の処理ユニット部G1、第3の処理ユニット部G3及び第4の処理ユニット部G4等に選択的にアクセスできるように設置されている。また、第4の処理ユニット部G4と第5の処理ユニット部G5との間には第2の主ウェハ搬送装置A2が設けられ、第2の主ウェハ搬送装置A2は、第1と同様に、第2の主ウェハ搬送体17が第2の処理ユニット部G2、第4の処理ユニット部G4及び第5の処理ユニット部G5等に選択的にアクセスできるように設置されている。
【0041】
また、第1の主ウェハ搬送装置A1の背面側には熱処理ユニットが設置されており、例えばウェハWを疎水化処理するためのアドヒージョンユニット(AD)110、ウェハWを加熱する加熱ユニット(HP)113が図3に示すように下方から順に2段ずつ重ねられている。なお、アドヒージョンユニット(AD)はウェハWを温調する機構を更に有する構成としてもよい。第2の主ウェハ搬送装置A2の背面側には、ウェハWのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置(WEE)120、ウェハWに塗布されたレジスト膜厚を検査する膜厚検査装置119及びレジストパターンの線幅を検査する線幅検査装置118が多段に設けられている。これら膜厚検査装置119及び線幅検査装置118は、このように塗布現像処理装置1内に設けなくても装置外に設けるようにしてよい。また、第2の主ウェハ搬送装置A2の背面側は、第1の主ウェハ搬送装置A1の背面側と同様に熱処理ユニット(HP)113が配置構成される場合もある。
【0042】
図3に示すように、第3の処理ユニット部G3では、ウェハWを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えばウェハWに所定の加熱処理を施す高温度加熱処理ユニット(BAKE)、ウェハWに精度の良い温度管理化で冷却処理を施す冷却処理ユニット(CPL)、ウェハ搬送体22から主ウェハ搬送体16へのウェハWの受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)、上下2段にそれぞれ受け渡し部と冷却部とに分かれて配設された受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)が上から順に例えば10段に重ねられている。なお、第3の処理ユニット部G3において、本実施形態では下から3段目はスペアの空間として設けられている。第4の処理ユニット部G4でも、例えばポストベーキングユニット(POST)、ウェハ受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)、第2の熱的処理としてレジスト膜形成後のウェハWに加熱処理を施すプリベーキングユニット(PAB)、同じく第2の熱的処理としての冷却処理ユニット(CPL)が上から順に例えば10段に重ねられている。更に第5の処理ユニット部G5でも、例えば、第1の熱的処理として露光後のウェハWに加熱処理を施すためのポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)、同じく第1の熱的処理としての冷却処理ユニット(CPL)、ウェハWの受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)が例えば上から順に10段に重ねられている。
【0043】
図1において処理ステーション12の装置正面側(図中下方)には、第1の処理ユニット部G1と第2の処理ユニット部G2とがY方向に併設されている。この第1の処理ユニット部G1とカセットステーション10との間及び第2の処理ユニット部G2とインターフェース部14との間には、各処理ユニット部G1及びG2で供給する処理液の温調に使用される液温調ポンプ24,25がそれぞれ設けられており、更に、この塗布現像処理装置1外に設けられた図示しない空調器からの清浄な空気を各処理ユニット部G1〜G5内部に供給するためのダクト31、32が設けられている。
【0044】
図2に示すように、第1の処理ユニット部G1では、カップCP内でウェハWをスピンチャックに載せて所定の処理を行う5台のスピナ型処理ユニット、例えば、レジスト膜形成部としてのレジスト塗布処理ユニット(COT)が3段及び露光時の光の反射を防止するために反射防止膜を形成するボトムコーティングユニット(BARC)が2段、下方から順に5段に重ねられている。また第2の処理ユニット部G2でも同様に、5台のスピナ型処理ユニット、例えば現像処理部としての現像処理ユニット(DEV)が5段に重ねられている。レジスト塗布処理ユニット(COT)ではレジスト液の排液が機構的にもメンテナンスの上でも面倒であることから、このように下段に配置するのが好ましい。しかし、必要に応じて上段に配置することも可能である。
【0045】
また、第1及び第2の処理ユニット部G1及びG2の最下段には、各処理ユニット部G1及びG2に上述した所定の処理液を供給するケミカル室(CHM)26,27がそれぞれ設けられている。
【0046】
更に、処理ステーション12には、この処理ステーション12内の温度及び気圧を測定する例えば4つの温度・気圧センサSa,Sb,Sc,Sdが備えられている。この4つの温度・気圧センサSa,Sb,Sc,Sdによる測定結果の例えば平均値を採ることにより、より高精度な温度及び気圧の管理を行うことができる。
【0047】
インターフェース部14の正面部には可搬性のピックアップカセットCRと定置型のバッファカセットBRが2段に配置され、中央部にはウェハ搬送体27が設けられている。このウェハ搬送体27は、X,Z方向に移動して両カセットCR,BRにアクセスするようになっている。また、ウェハ搬送体27は、θ方向に回転可能に構成され、第5の処理ユニット部G5にもアクセスできるようになっている。更に、図3に示すようにインターフェース部14の背面部には、高精度冷却処理ユニット(CPL)が複数設けられ、例えば上下2段とされている。ウェハ搬送体27はこの冷却処理ユニット(CPL)にもアクセス可能になっている。
【0048】
図4は本発明の一実施形態に係る第1の主ウェハ搬送装置A1を示す斜視図である。なお、第2の主ウェハ搬送装置A2は第1の主ウェハ搬送装置A1と同一であるのでその説明を省略する。
【0049】
図1に示すように、主ウェハ搬送装置A1は筐体41に囲繞されており、パーティクルの侵入を防止している。図4において説明をわかりやすくするため、筐体41の図示を省略している。
【0050】
図4に示すように、この主ウェハ搬送装置A1の両端にはポール33が垂設されており、主ウェハ搬送体16(17)がこのポール33に沿って垂直方向(Z方向)に移動可能に配置されている。主ウェハ搬送体16における搬送基台55にはウェハWを保持する3つのピンセット7a〜7cが備えられており、これらピンセット7a〜7cは搬送基台55に内蔵された図示しない駆動機構により、水平方向に移動可能に構成されている。搬送基台55の下部には、この搬送基台55を支持する支持体45が、θ方向に回転可能な回転部材46を介して接続されている。これにより、ウェハ搬送体16はθ方向に回転可能となっている。支持体45にはフランジ部45aが形成され、このフランジ部45aがポール33に設けられた溝33aに摺動可能に係合しており、このポール33に内蔵されたベルト駆動機構によりスライド可能に設けられている。これにより、主ウェハ搬送体16がこのポール33に沿って垂直方向に移動可能となっている。
【0051】
なお、主ウェハ搬送装置A1の底部には、この搬送装置A1内部の気圧及び温湿度をコントロールするファン36が例えば4つ設けられている。
【0052】
図5は、この塗布現像処理装置1の清浄空気の流れを示している。図5において、カセットステーション10,処理ステーション12およびインターフェース部14の上方にはエア供給室10a,12a,14aが設けられており、エア供給室10a,12a,14aの下面に防塵機能付きフィルタ例えばULPAフィルタ101,102,103が取り付けられている。各エア供給室のULPAフィルタ101,102,103より清浄な空気がダウンフローで各部10,12,14に供給され、これらエア供給室から処理ユニットへダウンフローで供給されるようになっている。このダウンフローの空気は上述したダクト31及び32から矢印方向(上向き)に供給される。
【0053】
また、液供給系ユニット部(G1、G2)のそれぞれ各ユニット全てにおいてこれらの上方にそれぞれファン・フィルタユニットFが取り付けられ、それぞれ気圧を計測する気圧センサS1が設けられている。このファン・フィルタユニットFは、例えばULPAフィルタと図示しない小型のファンとを有している。一方、第3〜第5の処理ユニット部G3〜G5における各ユニット、第1、第2の主ウェハ搬送装置A1,A2にも図示しないが同様のセンサが設けられている。
【0054】
図6及び図7は、本発明の一実施形態に係るレジスト膜形成部としてのレジスト塗布処理ユニット(COT)を示す平面図及び断面図である。
【0055】
このユニットでは、前述したように筐体41’の上方にファン・フィルタユニットFが取り付けられており、下方においては筐体41’のY方向の幅より小さいユニット底板151の中央付近に環状のカップCPが配設され、その内側にスピンチャック142が配置されている。このスピンチャック142は真空吸着によってウェハWを固定保持した状態で、駆動モータ143の回転駆動力で回転するように構成されている。駆動モータ143は回転数コントローラ34の制御によりその回転数が制御されるようになっている。
【0056】
カップCPの中には、ウェハWを受け渡しする際のピン148が駆動装置147により昇降可能に設けられている。これにより、開閉可能に設けられたシャッタ43が開いている間に、開口部41’aを介してピンセット7aとの間でウェハの受け渡しが可能となる。またカップCP底部には、廃液用のドレイン口145が設けられている。このドレイン口145に廃液管141が接続され、この廃液管141はユニット底板151と筐体41’との間の空間Nを利用して下方の図示しない廃液口へ通じている。
【0057】
図6に示すように、ウェハWの表面にレジストを供給するためのノズル135は、供給管134を介してケミカル室(CHM)26(図2)内の液供給機構(図示せず)に接続されている。ノズル135は、カップCPの外側に配設されたノズル待機部146でノズルスキャンアーム136の先端部に着脱可能に取り付けられ、スピンチャック142の上方に設定された所定のレジスト吐出位置まで移送されるようになっている。ノズルスキャンアーム136は、ユニット底板151の上に一方向(Y方向)に敷設されたガイドレール144上で水平移動可能な垂直支持部材149の上端部に取り付けられており、図示しないY方向駆動機構によって垂直支持部材149と一体にY方向で移動するようになっている。
【0058】
ノズルスキャンアーム136は、ノズル待機部146でノズル135をレジストの種類に応じて選択的に取り付けるためにY方向と直角なX方向にも移動可能であり、図示しないX方向駆動機構によってX方向にも移動するようになっている。ここで、レジストの種類については、例えばレジストの濃度や粘度等の相違により種類が異なる。
【0059】
更にカップCPとノズル待機部146との間には、ドレインカップ138が設けられており、この位置においてウェハWに対するレジストの供給に先立ちノズル135の洗浄が行われるようになっている。
【0060】
ガイドレール144上には、上記したノズルスキャンアーム136を支持する垂直支持部材149だけでなく、リンスノズルスキャンアーム139を支持しY方向に移動可能な垂直支持部材も設けられている。リンスノズルスキャンアーム139の先端部にはサイドリンス用のリンスノズル140が取り付けられている。Y方向駆動機構(図示せず)によってリンスノズルスキャンアーム139及びリンスノズル140は、カップCPの側方に設定されたノズル待機位置と、スピンチャック142に載置されているウェハWの周縁部真上に設定されたリンス液吐出位置との間で移動するようになっている。
【0061】
このレジスト塗布処理ユニット(COT)内には、前述したように気圧p[hPa]を計測する気圧センサS1が設けられており、また、カップの温度q[°C]を計測するカップ温度センサS2及びユニット内の湿度r[%]を計測する湿度センサS3が設けられている(図15参照)。
【0062】
図8は、本発明の一実施形態に係る現像処理ユニット(DEV)を示す断面図である。この現像処理ユニット(DEV)は、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)と類似の構成を有しているので、図8において、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)における構成と同一のものについては同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【0063】
ウェハWの表面に現像液を供給するためのノズル153は、ウェハWの直径とほぼ同一長さを有しており、図示しないが現像液を吐出する孔が複数形成されている。あるいはスリット状の吐出口が形成されているものノズルでもよい。また、図示しないリンスノズルもウェハW上へ移動可能に設けられている。
【0064】
図9及び図10は、本発明の一実施形態に係り、ウェハWに熱的処理を施すためのプリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)の平面図及び断面図である。これら各ベーキングユニットは処理温度が相違するだけである。
【0065】
図9に示すように、これらのユニットは筐体75に囲繞されており、処理室30内において背面側には、温度コントローラ132による制御の下、ウェハWを載置させて例えば100°C前後で加熱処理するための加熱板86が設けられ、正面側には、ウェハWを載置させて温調する温調プレート71が設けられている。加熱板86は支持体88に支持されており、この支持体88の下方部からウェハWを支持するための昇降ピン85が昇降シリンダ82により昇降可能に設けられている。また、加熱板86の上部には、加熱処理の際に加熱板86を覆う図示しないカバー部材が配置されている。
【0066】
温調プレート71の温度調整機構としては例えば冷却水やペルチェ素子等を使用してウェハWの温度を所定の温度、例えば40°C前後に調整して温度制御が行われるようになっている。この温調プレート71は、図9に示すように切欠き71aが形成されており、この温調プレート71の下方に埋没している昇降ピン84が、昇降シリンダ81によって温調プレート表面から出没可能になっている。また、この温調プレート71には、例えばモータ79aによりレール77に沿って移動可能となっており、これにより、ウェハの温調を行いながら加熱板86に対してウェハの受け渡しが行われるようになっている。
【0067】
また、このプリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)には、気圧コントロールのためのエアの流路75cが形成されており、この流路75cからのエアはファン87aを介して処理室30に流入されるようになっている。また、処理室30内のエアは両壁面に設けられたファン87bにより排気口75dから排気されるようになっている。
【0068】
更にこの筐体75の温調プレート側71の一方の側面部分には、例えば第4の処理ユニット部G4に関しては、第1の主ウェハ搬送装置A1との間でウェハWの受け渡しを行うために、開口部75aが設けられており、他方の側面部分には、第2の主ウェハ搬送装置A2側の開口部に対向するように開口部75bが設けられている。これら開口部75a、75bにはそれぞれ図示しない駆動部により開閉自在とされたシャッタ76a、76bが設けられている。
【0069】
なお、冷却処理ユニット(CPL)は、図示しないが例えばウェハWを載置させ、各加熱処理が施されたウェハに対し23°C前後で冷却処理を施す冷却板を有している。冷却機構としてはペルチェ素子等を用いている。
【0070】
図11は、塗布現像処理装置1を制御する制御系を示す構成図である。塗布現像処理装置1には、既述のレジスト塗布処理ユニット(COT)、現像処理ユニット(DEV)、プリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)及びセンサSa〜Sdがバス5に接続されている。図示は省略するが、ポストベーキングユニット(POST)や冷却処理ユニット(CPL)等の他のユニット全て同様にバス5に接続されている。
【0071】
またバス5には制御部35が接続され、この制御部35には、例えば各センサ計測データ格納部61、ウェハデータ格納部62、プロセスレシピデータ格納部63、線幅モデル格納部64、膜厚モデル格納部65、現像時間−線幅モデル格納部28、回転数−膜厚モデル格納部29がそれぞれ接続されている。
【0072】
各センサ計測データ格納部61は、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)内におけるセンサS1〜S3、またセンサSa〜Sdによる計測結果を記憶する。ウェハデータ格納部62は、例えばウェハ1枚ごとに付与された識別子を記憶し、これらウェハが塗布現像処理装置1内においていずれのユニットにあるか、また、どのような処理がどれだけの時間で行われたかをウェハごとに記憶する。この識別子は、例えばウェハカセットCRに多段に収容されたウェハ順、例えばカセットCR内の上から順に付すようにすることができる。プロセスレシピデータ格納部63はホストが要求した処理プロセスを記憶する。線幅モデル格納部64は、所望のレジストパターンの線幅を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。膜厚モデル格納部65も同様に所望のレジスト膜厚を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。現像時間−線幅モデル格納部28は、現像時間とパターンの線幅との相関関係を例えば数式にして記憶している。回転数−膜厚モデル格納部29も同様に、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数とレジスト膜厚との相関関係を例えば数式にして記憶している。
【0073】
次に、以上説明した塗布現像処理装置1の一連の処理工程について、図12に示すフローを参照しながら説明する。
【0074】
先ず、カセットステーション10において、ウェハ搬送体22がカセット載置台20上の処理前のウェハWを収容しているカセットCRにアクセスして、そのカセットCRから1枚のウェハWを取り出す。そして、次にウェハWは、受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)を介して第1の主搬送装置A1に受け渡され、ボトムコーティングユニット(BARC)へ搬送される。そしてここで、露光時においてウェハからの露光光の反射を防止するために反射防止膜が形成される(ステップ1)。次に、ウェハWは、第3の処理ユニット部G3におけるベーキング処理ユニットに搬送され、例えば120°Cで所定の加熱処理が行われ(ステップ2)、冷却処理ユニット(CPL)で所定の冷却処理が行われた後(ステップ3)、ウェハWは、レジスト塗布処理ユニット(COT)において、所望のレジスト膜が形成される(ステップ4)。
【0075】
このレジスト塗布処理ユニット(COT)では、ウェハWがカップCPの直上位置まで搬送されてくると、先ず、ピン148が上昇してウェハWを受け取った後下降して、ウェハWはスピンチャック142上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル135がウェハWの中心位置の上方まで移動する。そしてウェハW中心に所定のレジスト液の吐出が行われた後に、駆動モータ143により例えば100rpm〜4000rpmで回転させて、その遠心力でレジスト液をウェハW全面に拡散させることによりレジスト膜の塗布が完了する。
【0076】
このレジスト膜形成時におけるウェハWの回転数とレジスト膜厚との関係には相関があり、例えば図16に示すように、回転数が大きいほど膜厚が小さくなるような関係にある。
【0077】
レジスト膜が形成されると、第1の主搬送装置A1によりウェハWはプリベーキングユニット(PAB)に搬送される。ここでは先ず、図9に示した温調プレート71にウェハWが載置され、ウェハWは温調されながら加熱板86側へ移動される。そしてウェハWは加熱板86に載置され、例えば100℃前後で所定の加熱処理が行われる。この加熱処理が終了すると、再び温調プレート71が加熱板86側にアクセスしてウェハWが温調プレート71に受け渡され、温調プレート71は図9に示すような元の位置まで移動し、第1の主搬送装置A1により取り出されるまでウェハWは待機する(ステップ5)。この加熱板86による加熱処理が終了してから第1の主搬送装置A1により取り出されるまでの時間を、プリベーキングユニット(PAB)における待機時間y[秒]とする。この待機時間yは、本実施形態に係る塗布現像処理装置1の枚葉処理の下においては、ウェハWごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部62に逐次記憶される。
【0078】
次に、ウェハWは冷却処理ユニット(CPL)で所定の温度で冷却処理される(ステップ6)。この後、ウェハWは第2の主搬送装置A2により取り出され、膜厚検査装置119へ搬送され、所定のレジスト膜厚の測定が行われる場合もある。そしてウェハWは、第5の処理ユニット部G5におけるトランジションユニット(TRS)及びインターフェース部14を介して露光装置100に受け渡されここで露光処理される(ステップ7)。
【0079】
次に、ウェハWはインターフェース部14及び第5の処理ユニット部G5におけるトランジションユニット(TRS)を介して第2の主搬送装置A2に受け渡された後、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)に搬送される。露光処理終了後、ウェハWはインターフェース部14において一旦バッファカセットBRに収容される場合もある。
【0080】
ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)では、上記プリベーキングユニット(PAB)における動作と同一の動作により所定の加熱処理及び温調処理が行われる(ステップ8)。ここで、露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)に搬入されて加熱処理が開始されるまでの時間をx[秒]とする。この時間xは、本実施形態に係る塗布現像処理装置1の枚葉処理の下においては、ウェハWごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部62に逐次記憶される。
【0081】
次に、ウェハWは現像処理ユニット(DEV)に搬送され現像処理が行われる(ステップ9)。この現像処理ユニット(DEV)では、ウェハWがカップCPの直上位置まで搬送されてくると、まず、ピン148が上昇してウェハWを受け取った後下降して、ウェハWはスピンチャック142上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル135がウェハWの周辺位置の上方まで移動する。続いて駆動モータ143によりウェハWが例えば10rpm〜100rpmで回転し、そしてノズル135はウェハW周辺からY方向に移動しながら、回転の遠心力により所定の現像液の塗布が行われ、所定時間だけ放置することにより現像処理を進行させる。この現像処理における現像時間tと線幅との関係には相関があり、例えば図14に示すように、現像時間が長いほど線幅が小さくなるような関係にある。その後、ウェハ上にリンス液を供給し現像液を洗い流し、ウェハを回転させることにより振り切り乾燥処理を行う。
【0082】
次に、ウェハWは第2の主搬送装置A2により取り出され、第4の処理ユニット部G4におけるトランジションユニット(TRS)、第1の主搬送装置A1、第3の処理ユニット部におけるトランジションユニット(TRS)及びウェハ搬送体22を介してカセットステーション10におけるウェハカセットCRに戻される。
【0083】
なお、現像処理の後、ポストベーキングユニット(POST)により所定の加熱処理が行われる場合もある。また、現像処理の後、線幅検査装置118において線幅の検査を行う場合もある。
【0084】
図13は、図11に示した線幅モデル格納部64に格納されるデータを示している。この線幅モデルは、上記時間x及びyと、塗布現像処理装置内の温度z[°C]及び塗布現像処理装置内の気圧w[hPa](温度z及び気圧wは、上述したように、図1に示す各センサSa〜Sdにより得られる。)とを用いて、

線幅モデルCD[nm]=ax+by+cz+dw+h
(a,b,c,d,hは定数)

と表され、例えば、

線幅モデルCD[nm]=0.02x+0.03y+0,54z+0.65w
−466.608

というモデル式で表すことができる。このモデル式は実験により作成したものである。
【0085】
このようなモデル式で実際に形成されるであろう線幅を求める。すなわち、このモデル式により、ウェハの現像処理前に、当該現像処理後の線幅を予測することができる。そして、現像時間tと線幅との関係は予め実験により求められており、例えば図14に示すような関係で表される。これにより所望の現像時間が得られる。
【0086】
実際には、このように得られる線幅(CD)とは別に、目標となる線幅(所望の線幅)を入力し、図14で表された式

補正現像時間[秒]=(CD−目標線幅)÷定数A

にCD値を代入することにより補正現像時間が決定される。このように求められた現像時間で上記のように現像処理することにより、所望の線幅のレジストパターンを現像することができる。
【0087】
このように、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす、「露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱処理が開始されるまでの時間x」と、「プリベーキングユニット(PAB)における待機時間y」と、「塗布現像処理装置内の温度z」と、「塗布現像処理装置内の気圧w」とをパラメータとする線幅モデルの作成を行い、この線幅モデルに基づいて、現像処理条件の1つである現像時間tを制御することにより、露光装置100における露光条件だけでは精密な制御を行うことができない線幅を予測することができフィードフォワード制御が可能となる。これにより精密な線幅の制御を行うことができ、歩留まりの向上にも寄与する。
【0088】
また、複数ある現像処理条件、例えば現像時間、現像液の濃度又は現像液の温度等のうち最も制御しやすい現像時間を制御することにより、容易に線幅を制御できる。
【0089】
また、これらパラメータのうちx及びyは時間に関するパラメータであるため、このような線幅の制御をウェハごとに行うことは、本実施形態に係る枚葉処理の装置にとっては効果的である。すなわち、ウェハごとに当該時間が異なる場合があるからである。
【0090】
更に、上記線幅モデルは、レジストの種類に応じて作成することにことにより、より、例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて線幅モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じて現像処理条件を制御することができる。これは、次に説明する膜厚制御の場合も同様である。
【0091】
図15は、図11に示した膜厚モデル格納部65に格納されるデータを示している。この膜厚モデルは、上記気圧pと、カップ温度qと、湿度rとを用いて、上記線幅モデルと同様に、

膜厚モデルT=ep+fq+gr+i(e,f,g,iは定数)

と表すことができる。このようなモデル式で実際に形成されるであろう膜厚を求め、予測することができる。そして、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数と膜厚との関係は予め実験により求められており、例えば図16に示すような関係で表される。これにより所望のウェハの回転数が得られる。一例として、T=4050Å(405nm)であって、目標膜厚が4000Å(400nm)である場合に、例えば3500rpmであったウェハの回転数を3700rpmとすることにより目標膜厚4000Å(400nm)を達成できる。
【0092】
このように、レジスト膜を形成する際に影響を及ぼす、「気圧p」と、「カップCPの温度q」と、「ユニット内の湿度r」とをパラメータとする膜厚モデルの作成を行い、この膜厚モデルに基づいて、レジスト膜形成条件の1つであるウェハの回転数を制御することにより、フィードフォワード制御が可能となる。すなわち、従来においては、気圧、カップCPの温度及び湿度等のデータは膜厚制御には用いられていなかったが、本実施形態ではこれらのパラメータを用いて膜厚を予測することにより、精密な膜厚の制御を行うことができる。これにより歩留まりの向上にも寄与する。
【0093】
また、複数あるレジスト膜形成条件、例えばウェハ回転数、レジスト液の温度、レジスト液の供給量又はレジストの吐出速度等のうち最も制御しやすいウェハの回転数を制御することにより、容易に膜厚を制御できる。
【0094】
また、これらのパラメータp,q,rには時間に関するものはないので、ウェハごとに膜厚を管理する必要はなく、例えばロット単位でよい。
【0095】
図17は、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱温度と、レジストパターンの線幅との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど線幅が細くなる傾向にあることがわかる。これによって、図14に示す場合と同様に、現像処理条件を制御する代わりに、上記線幅モデルを用いてポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱温度を制御することにより、線幅をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御と現像時間の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。
【0096】
図18も同様に、プリベーキングユニット(PAB)における加熱温度と、レジスト膜厚との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど膜厚が小さくなる傾向にあることがわかる。これによって、図16に示す場合と同様に、ウェハの回転数を制御する代わりに、上記膜厚モデルを用いプリベーキングユニット(PAB)における加熱温度を制御することにより、膜厚をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御とウェハ回転数の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。
【0097】
更に本実施形態においては、線幅と膜厚との関連性については述べなかったが、この関連性が分かれば、更にこの関連性に基づいて線幅及び膜厚の制御を精密に行うことができる。
【0098】
本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0099】
例えば、上記実施形態では、線幅制御では現像時間及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにし、膜厚制御ではウェハ回転数及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにしたが、これに限らず、ベーキングユニット(BAKE)、加熱ユニット(HP)113等における加熱処理温度、あるいは冷却処理ユニット(CPL)、受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)における冷却温度等をも制御することにより更に高精度な線幅制御を行うことができる。
【0100】
また、線幅を制御する場合に現像処理条件として現像時間を制御するだけでなく、現像液の濃度及び温度等を制御するようにしてもよい。あるいは、膜厚を制御する場合にレジスト膜形成条件としてウェハの回転数を制御するだけでなく、レジストの温度やノズルからのレジストの吐出速度等を制御するようにしてもよい。
【0101】
更には、第1の主搬送装置A1及び第2の主搬送装置A2によるウェハの搬送時間についても線幅やレジスト膜厚の変動に影響を及ぼす要因の1つと考えられるため、この搬送時間をもパラメータとして上記線幅モデル及び膜厚モデルを作成することもでき、これにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅等の管理を行うことができる。
【0102】
また、図17及び図18に示したポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)及びプリベーキングユニット(PAB)における加熱温度の制御のみに限らず、加熱時間や昇温速度等をも制御することも可能であり、また冷却処理ユニット(CPL)における冷却温度や冷却時間、あるいは降温速度等を制御することも可能である。
【0103】
更に、上記実施形態では半導体ウェハを用いた場合について説明したが、これに限らず液晶ディスプレイ等に使用されるガラス基板についても本発明は適用可能である。
【0104】
次に、他の実施の形態について説明する。
【0105】
図19は、本実施の形態を説明するための概念的な制御ブロック図である。この制御系は、例えばフィードフォワード制御系FFとフィードバック制御系FBとが結合したものである。
【0106】
このフィードフォワード制御系FFは、フィードフォワードコントローラ51が、制御対象58の目標値53と、外乱検出手段52による外乱情報と、関数モデル50とに基づいて操作手段57に操作量情報を出力する。このフィードフォワード制御系FFは、これまで説明した制御系であり、例えば制御対象58はレジスト膜厚や線幅等である。関数モデル50は上記線幅モデル、膜厚モデル等を含み、外乱検出手段52は各パラメータ値を検出する上記センサS1〜S3、Sa〜Sdを含み、さらに時間x,y等のパラメータ値を記憶する図示しないメモリ等も含む。また、操作手段57は現像時間やレジストの塗布処理時のウェハ回転数等を含み、あるいは、上述してないが露光装置100における露光量を含む。図23(a)は、露光量(Dose)(mJ)と線幅(nm)との関係を示している。このように露光量と線幅とはほぼ比例関係にあることが分かっているので、露光量により線幅を容易に制御することが可能となる。なお、この露光量−線幅モデルは予め図示しない記憶手段により記憶させておけばよい。
【0107】
フィードバック制御系FBは、制御対象58を制御量検出手段56が検出し、制御量情報を比較手段59で目標値53と比較し、この比較結果に基づいてフィードバックコントローラ54が、操作手段57に操作量情報を出力する。制御量検出手段56は、例えば膜厚検査装置119や線幅検査装置118(図3参照)を含む。膜厚検査装置119は、例えば光干渉計や分光光度計等が挙げられるがこれらに限られるものではない。また線幅検査装置118は、例えば走査型電子顕微鏡やパターンマッチングによる検査装置等が挙げられるがこれらに限られるものではない。
【0108】
そして図20に示すように、フィードフォワードコントローラ51及びフィードバックコントローラ54は、メインコントローラ60に接続され、それぞれメインコントローラ60の命令の基で動作するようになっている。本実施の形態では、この制御系66は例えば図11に示す制御部35に含まれるものである。
【0109】
なお、フィードフォワードコントローラ51やフィードバックコントローラ54は、図示するまでもなく、所定の処理を行うためのプログラムを格納する記憶装置やプロセッサ等を有している。
【0110】
次に、図21及び図22に示すフローを参照して本実施の形態についてより具体的に説明する。
【0111】
図21は例えばレジスト膜厚を制御対象とする制御フローを示す。この例では、まず塗布現像処理装置1での処理前(ロット開始の前)に上記各パラメータのデータ収集を行う(ステップ211)。データ収集を行った後、フィードフォワードコントローラ51は膜厚モデル(膜厚モデルT、回転数−膜厚モデル格納部29(図11及び図16参照)に格納されたモデル)を用い、ウェハの回転数を算出することにより予測する(ステップ212−1、212−2)。ウェハの回転数を予測した後、その回転数レシピを装置1に入力し(ステップ213)、そのレシピに従ってウェハ上に実際にレジスト膜を形成する(ステップ214)。レシピの入力は作業員の手動により行われるようにしてもよい。
【0112】
レジスト膜を形成した後、膜厚検査装置119によりレジスト膜厚を測定する(ステップ215)。膜厚を測定した後、この膜厚の測定値から目標膜厚となるウェハの回転数を算出する(ステップ216)。この回転数は、例えば回転数−膜厚モデルより算出することができる。なお、この回転数の算出結果とともに、この回転数でレジスト膜の形成を行った時の各パラメータ値(例えばセンサデータである上記気圧p、カップ温度q、湿度r等)を膜厚モデルのデータベースに追加しておくことが好ましい。追加した内容で再計算を行えば、データベースが豊富化し、より精密な制御が可能となるからである。
【0113】
ステップ216で回転数を算出した後、実際にレジスト膜の形成を行った時のウェハの回転数(ステップ212−2で予測した回転数)と、ステップ216で算出した回転数とが一致しているか否かの判断を行う(ステップ217)。一致していればその回転数でウェハの処理を続行する(ステップ218−1)。一致していなければ、ステップ216で算出した回転数に変更(補正)した後(ステップ218−2)、ウェハの処理を続行する。図24は、回転数−膜厚モデル格納部29に格納された回転数−膜厚モデルを示している。
【0114】
この図24を参照してステップ218−1、218−2について具体的に説明する。今、目標膜厚を400(nm)とし、実際の処理時の回転数(予測回転数)が3700rpmであったとし、測定膜厚が405nmであったとする。すなわち、測定膜厚が目標値とずれていた場合、回転数を3700rpmから例えば3950rpmに補正しウェハの処理を行う。また、このように破線で示す補正された後の回転数−膜厚モデルをもデータベースに追加または更新することが好ましい。
【0115】
図22は例えばレジストパターンの線幅を制御対象とする制御フローを示す。この制御フローでは、線幅を露光量(Dose)で操作する例を挙げている。この例では、まず塗布現像処理装置1での処理前(ロット開始の前)に、線幅の変動に関与するパラメータのデータ収集を行う(ステップ221)。このパラメータとしては、上述したように例えば時間yが挙げられるがこれに限られるものではない。ここで、上述したように図23(a)及び(b)で示す露光量−線幅モデルを予め用意しておくことにより、露光量を操作することで線幅を制御できる。なお、時間xについては露光処理を終えた後の時間であるため、このパラメータを用いることはできない。
【0116】
データ収集を行った後、フィードフォワードコントローラ51は線幅モデル(線幅モデルCD、露光量−線幅モデル)を用い、露光量を算出することにより予測する(ステップ222−1、222−2)。露光量を予測した後、その回転数レシピを露光装置100に入力し(ステップ223)、そのレシピに従ってウェハに対して露光処理を行う(ステップ224)。レシピの入力は作業員の手動により行われるようにしてもよい。
【0117】
露光処理を終えた後、現像処理等の所定の処理を行うことでレジストパターンを形成する。その後、線幅検査装置118により線幅を測定する(ステップ225)。線幅を測定した後、この線幅の測定値から目標線幅となる露光量を算出する(ステップ226)。この露光量は、例えば露光量−線幅モデルより算出することができる。なお、この露光量の算出結果とともに、この露光量で露光処理を行った時の各パラメータを線幅モデルのデータベースに追加しておくことが好ましい。追加した内容で再計算を行えば、データベースが豊富化し、より精密な制御が可能となるからである。
【0118】
ここで、図23(c)に示すように、露光量(Dose)は、光源としてのランプの強度と、ランプからの光を通過及び遮蔽するためのシャッタが開いている時間との積で求められる。シャッタが開いている時間とは、つまり露光光が通過し基板に照射されている時間である。従って、ランプの強度またはシャッタが開いている時間で露光量を操作し、線幅を制御することができる。
【0119】
ステップ226で露光量を算出した後、実際に露光処理を行った時の露光量(ステップ222−2で予測した露光量)と、ステップ226で算出した露光量とが一致しているか否かの判断を行う(ステップ227)。一致していればウェハの処理を続行する(ステップ228−1)。一致していなければ、ステップ216で算出した露光量に変更(補正)した後(ステップ228−2)、ウェハの処理を続行する。
【0120】
このような線幅のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、現像処理における現像時間を操作することにより行うことは、説明するまでもなくもちろん可能である。
【0121】
本実施形態では、フィードフォワード制御で処理したウェハに対し、膜厚、線幅測定を行ってウェハの回転数、露光量、現像時間を適応的に補正しているので、高精度な膜厚、線幅の制御を行うことができる。従って所望のレジスト膜、レジストパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0122】
【図1】本発明の一実施形態に係る塗布現像処理装置の平面図である。
【図2】図1に示す塗布現像処理装置の正面図である。
【図3】図1に示す塗布現像処理装置の背面図である。
【図4】一実施形態に係る主ウェハ搬送装置を示す斜視図である。
【図5】図1に示す塗布現像処理装置の清浄空気の流れを説明するための正面図である。
【図6】一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニットを示す平面図である。
【図7】図6に示すレジスト塗布処理ユニットを示す断面図である。
【図8】一実施形態に係る現像処理ユニットを示す断面図である。
【図9】一実施形態に係るプリベーキングユニット又はポストエクスポージャーベーキングユニットを示す平面図である。
【図10】図9に示すユニットの断面図である。
【図11】本発明に係る塗布現像処理装置を制御する制御系を示す構成図である
【図12】本発明に係る塗布現像処理装置の一連の処理工程を示すフロー図である。
【図13】線幅モデル及びその各パラメータを示す図である。
【図14】現像時間と線幅との相関関係を示す図である。
【図15】膜厚モデル及びその各パラメータを示す図である。
【図16】ウェハの回転数と膜厚との関係を示す図である。
【図17】ポストエクスポージャーベーキングユニットにおける加熱温度と、線幅との関係を示す図である。
【図18】プリベーキングユニットにおける加熱温度と、膜厚との関係を示す図である。
【図19】他の実施形態に係る制御系を示すブロック図である。
【図20】図19に示す制御系のコントローラ部を示すブロック図である。
【図21】レジスト膜厚を制御対象とする制御フロー図である。
【図22】レジストパターンの線幅を制御対象とする制御フロー図である。
【図23】(a)、(b)は露光量と線幅との関係を示し、(c)は露光量の式を示す図である。
【図24】膜厚を制御対象とする場合の操作量の補正動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【0123】
A1…第1の主ウェハ搬送装置
A2…第2の主ウェハ搬送装置
Sa,Sb,Sc,Sd…温度・気圧センサ
S1…気圧センサ
S2…カップ温度センサ
S3…湿度センサ
p,q,r…膜厚モデルの各パラメータ
x,y,z…線幅モデルの各パラメータ
1…塗布現像処理装置
28…線幅モデル格納部
29…膜厚モデル格納部
32…温度コントローラ
34…回転数コントローラ
35…制御部
61…センサ計測データ格納部
62…ウェハデータ格納部
63…プロセスレシピデータ格納部
64…線幅モデル格納部
65…膜厚モデル格納部
100…露光装置
51…フィードフォワードコントローラ
54…フィードバックコントローラ
60…メインコントローラ
118…膜厚検査装置
120…線幅検査装置




 

 


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