JP2004214385A

JP2004214385A - 塗布膜形成装置及びその方法

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Publication number: JP2004214385A
Application number: JP2002381528A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Omura; 和久大村
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】基板例えばウエハに対して塗布膜の形成が行われる塗布膜形成装置において、塗布膜の膜厚やパターン線幅を高い精度で制御すること。
【解決手段】ウエハに塗布液（レジスト液）を塗布するための塗布装置４Ａと、露光が行われたウエハに現像液を液盛りして現像処理を行うための現像装置４Ｂとを含む塗布膜形成装置において、レジスト液の粘度を含む、前記レジスト膜の膜厚に関与する膜厚パラメータやレジスト膜のパターン線幅に関与する線幅パラメータに基づいて、膜厚関数モデルや線幅関数モデルにより予測膜厚や予測線幅を計算する。これら予測値と目標値との差を求め、これに基づいて塗布膜形成条件であるウエハの回転数や、現像処理条件であるウエハの現像時間を補正する。このため、実際の処理を行う前に回転数や現像時間の補正を行うことができ、塗布膜の膜厚やパターン線幅について精度の高い制御を行うことができる。
【選択図】図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやＬＣＤ基板（液晶ディスプレイ用ガラス基板）等の基板上に、例えばレジスト液を塗布して露光した後、現像してレジストパターンを形成する塗布膜形成装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ（以下ウエハというｋｍ）などの基板にレジスト液を塗布し、フォトマスクを用いてそのレジスト膜を露光し、更に現像することによって所望のレジストパタ−ンを基板上に作製するフォトリソグラフィ技術が用いられている。
【０００３】
このフォトリソグラフィは、従来から、図１８の概略図に示すように、塗布現像装置１Ａに露光装置１Ｂを接続したパターン形成システムによって行われる。このシステムでは、ウエハＷは、キャリアステージ１１に載置されたキャリアＣから受け渡しアーム１２により取り出され、処理部１３の塗布ユニット１５にてレジスト膜が形成される。その後ウエハＷは露光装置１Ｂにて露光された後、処理部１３に戻されて現像ユニット１６にて現像処理され、受け渡しアーム１２を介してキャリアＣに戻される。なお塗布ユニット１５の処理の前後や、現像ユニット１６の処理の前後にはウエハに対して所定の加熱処理や冷却処理が行われ、これらの処理を行う加熱ユニットや冷却ユニットは棚ユニット１７ａ，１７ｂに設けられている。図中１４は、各処理ユニットの間でウエハの搬送を行うための搬送手段、１８は処理部１３と露光装置１Ｂとの間でウエハの受け渡しを行うためのインターフェイス部であり、１９は受け渡しアームである。
【０００４】
ところで近年、レジストパターンの微細化がより一層進行しており、例えばレジスト膜厚やレジストパターンの線幅について影響を与えるパラメータについて精密な管理を行うことが要求されている。
【０００５】
このようなパラメータの制御を行う構成としては、露光後のレジスト膜の露光部及び／又は非露光部の線幅を測定し、この測定値に基づいて現像液の温度や現像時間、レジスト塗布厚、露光装置の露光時間、露光焦点、現像前の基板の加熱温度や加熱時間等のパラメータをフィードフォワード制御する構成（例えば、特許文献１）や、レジスト膜厚の制御を行う場合、塗布ユニットが置かれた雰囲気の気圧や、温度、湿度を検出し、これら検出値に基づいて、レジスト液の粘性や、塗布時の基板の回転数の補正を行う構成（例えば、特許文献２）が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２７５７５５号公報（第３，４頁、第１３，１４頁）
【特許文献２】
特開２００１−１４４０１０号公報（第８−１０頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらレジスト液の粘性はパターン形成システム内においてウエハ周囲の環境、例えばシステム内の温度、湿度、気圧などの変動に影響を受けやすく、このレジスト液の粘性の変化により、レジスト膜厚やレジストパターン線幅の処理状態も異なってくる。従ってレジストパターンの線幅の微細化がさらに進むと、特許文献１や特許文献２の制御を行っても、レジストパターン線幅の精密な制御を行うことが困難になると推察される。
【０００８】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、塗布膜形成装置において、基板周囲の環境を詳細に分析し、より精密なレジスト膜厚やパターン線幅の制御を行うことができる技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る塗布膜形成装置は、処理容器内部において基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給することにより、前記基板表面に塗布膜を形成する塗布装置と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて予測膜厚を計算するための膜厚関数モデルを含み、この膜厚関数モデルにより求められた予測膜厚と目標膜厚との差を求め、これに基づいて前記塗布装置の塗布膜形成条件を補正する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
例えば前記塗布装置は処理容器内部にて基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給すると共に前記基板保持部を回転させてその遠心力により塗布液を広げて基板表面に塗布膜を形成するように構成され、前記塗布膜形成条件は前記塗布装置の基板保持部の回転数であって、前記制御部では前記予測膜厚と目標膜厚との差に基づいて前記回転数を補正するようにしてもよい。また前記膜厚関数モデルは前記複数の膜厚パラメータの関数であり、例えば前記膜厚関数モデルの膜厚パラメータは、塗布膜形成時における気圧と、前記処理容器内の温度と、前記処理容器内の湿度と、塗布液の粘度と、を含むものである。また前記膜厚関数モデルの膜厚パラメータは、塗布液の温度と、ノズルから基板に供給される塗布液の吐出速度と、をさらに含むようにしてもよい。
【００１１】
このような塗布膜形成装置では、例えば塗布装置において基板に形成する塗布膜の目標膜厚及び塗布処理時の塗布膜形成条件を設定する工程と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて、膜厚関数モデルにより、基板に形成される塗布膜の予測膜厚を計算する工程と、
前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差を求め、これにより塗布装置における塗布膜形成条件を補正する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法が実施される。ここで前記塗布膜形成条件は塗布装置の基板保持部の回転数であり、前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差に基づいて前記基板保持部の回転数を補正するようにしてもよい。また前記基板保持部の回転数を補正する工程は、前記基板保持部の回転数と塗布膜の膜厚との相関関係を求めておき、これに基づいて前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差から前記基板保持部の回転数の補正値を得るものであってもよい。
【００１２】
このような発明では、予測膜厚と目標膜厚との差を求め、これに基づいて前記塗布装置にて目標膜厚を得ることができるように、実際の処理を行う前に、塗布膜形成条件を補正しているので、塗布膜の膜厚についてフィードフォワード制御を行うことができ、塗布膜の膜厚についてより精度の高い制御を行うことができる。
【００１３】
また他の発明では、処理容器内部において基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給することにより、前記基板表面に塗布膜を形成する塗布装置と、
塗布液が塗布され、露光が行われた基板の表面に現像液を液盛りし、所定時間現像液を液盛りしたままの状態にすることにより当該基板表面を現像し、所定のパターンを形成する現像装置と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜のパターン線幅に関与する複数の線幅パラメータに基づいて予測線幅を計算するための線幅関数モデルを含み、この線幅関数モデルにより求められた予測線幅と目標線幅との差を求め、これに基づいて前記現像装置の現像処理条件を補正する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで前記現像処理条件は前記現像装置における基板の現像時間であり、制御部では前記予測線幅と目標線幅との差に基づいて前記現像時間を補正するようにしてもよい。また前記線幅関数モデルは前記複数の線幅パラメータの関数である。さらに前記塗布膜形成装置は、前記塗布装置における塗布膜の形成後に、基板に対して第１の加熱処理を行う第１の加熱装置と、前記露光処理後の基板に対して、現像装置にて基板を処理する前に、第２の加熱処理を行う第２の加熱装置と、前記第１の加熱装置及び第２の加熱装置に対して基板の受け渡しを行う搬送機構と、をさらに備え、前記線幅関数モデルの線幅パラメータは、塗布膜形成装置内の温度と、塗布膜形成装置内の気圧と、第１の加熱処理が終わってからこの第１の加熱装置から搬送機構により基板が取り出されるまでの時間と、露光処理が終わってから前記第２の加熱装置にて第２の加熱処理が開始されるまでの時間と、を含むものであってもよい。
【００１５】
この際、塗布膜形成装置に、例えば前記塗布液を貯留するための塗布液タンクと、この塗布液タンク内の塗布液をノズルに供給する塗布液供給路と、塗布液タンク内又は塗布液供給路内の塗布液の粘度を測定する粘度測定部と、を備え、膜厚パラメータ及び線幅パラメータの一つである塗布液の粘度は前記粘度測定部で測定された粘度測定値であってもよい。
【００１６】
このような塗布膜形成装置では、現像装置において基板に形成する塗布膜の目標線幅及び現像処理時の現像処理条件を設定する工程と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜のパターン線幅の形成に関与する複数の線幅パラメータに基づいて、線幅関数モデルにより、基板に形成される塗布膜の予測線幅を計算する工程と、
前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差を求め、これにより前記現像装置における現像処理条件を補正する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法が実施される。また前記現像処理条件は、前記現像装置における基板の現像時間であり、前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差に基づいて、前記現像時間を補正するものであってもよい。また前記基板の現像時間を補正する工程は、前記現像時間と塗布膜のパターン線幅との相関関係を求めておき、これに基づいて前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差から前記基板の現像時間の補正値を得るものであってもよい。
【００１７】
このような発明では、予測線幅と目標線幅との差を求め、これに基づいて前記塗布装置にて目標線幅を得ることができるように、実際の処理を行う前に現像処理条件を補正しているので、塗布膜のパターン線幅についてフィードフォワード制御を行うことができ、前記パターン線幅についてより精度の高い制御を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る塗布膜形成装置ついて説明する。図１は本発明の実施の形態である塗布、現像装置を露光装置に接続してなる塗布膜形成装置を示す平面図であり、図２は同斜視図である。図中Ｂ１は被処理体であるウエハＷが例えば１３枚密閉収納されたキャリアＣを搬入出するためのキャリア載置部であり、キャリアＣを複数個載置可能な載置台２１と、この載置台２１から見て前方の壁面に設けられる開閉部２２と、開閉部２２を介してキャリアＣからウエハＷを取り出すための受け渡し手段Ａ１とが設けられている。
【００１９】
キャリア載置部Ｂ１の奥側には筐体２３にて周囲を囲まれる処理ブロックＢ２が接続されており、この処理ブロックＢ２には手前側から順に加熱・冷却系のユニットを多段化した３個の棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３と、後述するその他の各種ユニットを含む各ユニット間のウエハＷの受け渡しを行うための、進退及び昇降自在且つ鉛直軸回りに回転自在なメイン搬送機構Ａ２，Ａ３とが交互に配列して設けられている。即ち、棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３及びメイン搬送機構Ａ２，Ａ３はキャリア載置部Ｂ１側から見て前後一列に配列されており、各々の接続部位には図示しないウエハ搬送用の開口部が形成されていて、ウエハＷは処理ブロックＢ２内を一端側の棚ユニットＵ１から他端側の棚ユニットＵ３まで自由に移動できるようになっている。
【００２０】
またメイン搬送機構Ａ２，Ａ３は、キャリア載置部Ｂ１から見て前後方向に配置される棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３側の一面部と、右側の液処理ユニットＵ４，Ｕ５側の一面部と、左側の一面をなす背面部とで構成される区画壁２４により囲まれる空間内に置かれている。またメイン搬送機構Ａ３の左側（メイン搬送機構Ａ３を挟んで液処理ユニットＵ５と対向する位置）には、図３に示すように、ウエハに塗布されたレジストの膜厚を検査するための膜厚検査装置２５と、レジストパターンの線幅を検査する線幅検査装置２６とが上下に配置されており、上記の各ユニット同様に図示しない開口部を介してメイン搬送機構Ａ３がその内部にアクセスできるようになっている。図中２７ａ，２７ｂは各ユニットで用いられる処理液の温度調節装置や温湿度調節用のダクト等を備えた温湿度調節ユニットである。
【００２１】
さらにまた処理ブロックＢ１には、当該処理ブロックＢ１内の温度及び気圧を測定するための例えば４個の温度・気圧センサＳ（Ｓ１〜Ｓ４）が取り付けられており、例えばこれら温度・気圧センサＳ１〜Ｓ４による測定結果の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ようになっている。
【００２２】
前記メイン搬送機構Ａ２，Ａ３は、昇降自在、進退自在及び鉛直軸まわりに回転自在に構成され、棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３及び液処理ユニットＵ４，Ｕ５の間でウエハＷを搬送する役割を持っている。但し図２では便宜上受け渡し手段Ａ１は描いていない。
【００２３】
液処理ユニットＵ４，Ｕ５は、例えば図２に示すように塗布液（レジスト液）や現像液といった薬液供給用のスペースをなす収納部２８の上に、例えば塗布装置４Ａ（ＣＯＴ）及び現像装置４Ｂ（ＤＥＶ）、反射防止膜形成装置（ＢＡＲＣ）を複数段例えば５段に積層した構成とされている。また既述の棚ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３は、液処理ユニットＵ４，Ｕ５にて行われる処理の前処理及び後処理を行うための各種ユニットを複数段例えば１０段に積層した構成とされている。
【００２４】
上述の前処理及び後処理を行うための各種ユニットの中には、例えば図３に示すように、レジスト液の塗布前にウエハＷに所定の加熱処理を行うためのベークユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＢＡＫＥ）、ウエハＷをレジスト液の塗布後に所定温度に調整するための温調ユニットである冷却ユニット（ＣＰＬ１）、レジスト液の塗布後にウエハの加熱処理を行うためのプリベーキングユニットなどと呼ばれている第１の加熱装置をなす加熱ユニット（ＰＡＢ）、露光前にウエハを所定温度に調整するための高精度温調ユニットである冷却ユニット（ＣＰＬ２）、露光後のウエハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキングユニットなどと呼ばれている第２の加熱装置をなす加熱ユニット（ＰＥＢ）、現像処理後のウエハＷを加熱処理するポストベーキングユニットなどと呼ばれている加熱ユニット（ＰＯＳＴ）、現像処理後のウエハを所定温度に調整するための高精度温調ユニットである冷却ユニット（ＣＰＬ３）が含まれている。
【００２５】
図３はこれらユニットのレイアウトの一例を示しているが、これに限られるものではない。また棚ユニットＵ１及びＵ３は例えば図３に示すようにウエハＷの受け渡しを行うための受け渡し台を有する受け渡しユニット（ＴＲＳ１），（ＴＲＳ２）を夫々備えている。前記加熱ユニット（ＢＡＫＥ），（ＰＡＢ），（ＰＥＢ），（ＰＯＳＴ）はいずれも加熱プレートを備え、棚ユニットＵ１に設けられた加熱ユニット（ＢＡＫＥ）はメイン搬送機構Ａ２より、棚ユニットＵ３に設けられた加熱ユニット（ＰＥＢ）はメイン搬送機構Ａ３より、棚ユニットＵ２に設けられた加熱ユニット（ＰＡＢ，ＰＯＳＴ）はメイン搬送機構Ａ２、Ａ３の双方から、夫々アクセスできるように構成されている。
【００２６】
処理ブロックＢ２における第３の棚ユニットＵ３の奥側には、例えば第１の搬送室３Ａ及び第２の搬送室３Ｂからなるインターフェイス部Ｂ３を介して露光部Ｂ４が接続されている。インターフェイス部Ｂ３の内部には処理ブロックＢ２と露光部Ｂ４との間でウエハＷの受け渡しを行うための２つの受け渡し手段Ａ４，Ａ５の他、複数例えば２５枚のウエハＷを一時的に収容するバッファカセット（ＳＢＵ）や、ウエハＷのエッジ部のみを選択的に露光するための周縁露光装置（ＷＥＥ）、例えば冷却プレートを備えた高精度温調ユニット（ＣＰＬ）等を備えた棚ユニットＵ６と、前記受け渡し手段Ａ４，Ａ５同士の間でウエハの受け渡しを行うための受け渡しユニット（ＴＲＳ３）３１とが設けられている。
【００２７】
このような液処理ユニットＵ４，Ｕ５の近傍には、これら液処理ユニットＵ４，Ｕ５に供給される処理液の温度調整を行うための液温調ポンプ（図示せず）と、この塗布・現像装置の外部に設けられた図示しない空調器からの清浄な空気を液処理ユニットや棚ユニットの内部に供給するためのダクト（図示せず）が、夫々設けられている。
【００２８】
ここで上述の装置におけるウエハＷの流れについて図４を参照して述べておく。先ず外部からウエハＷが収納されたカセットＣが載置台２１に載置されると、開閉部２２と共にカセットＣの蓋体が外されて受け渡し手段Ａ１によりウエハＷが取り出される。次いでウエハＷは第１の棚ユニットＵ１の一段をなす受け渡しユニット（ＴＲＳ１）を介してメイン搬送機構Ａ２へと受け渡され、棚ユニットＵ１〜Ｕ３内の一の棚にて、塗布処理の前処理として例えば反射防止膜形成装置にて、ウエハ表面に露光時の光の反射を防止するための膜である反射防止膜の形成が行われる（ステップＳ１）。次にウエハＷは、加熱ユニット（ＢＡＫＥ）にて例えば１２０℃にて所定の加熱処理が行われ（ステップＳ２）、冷却ユニット（ＣＰＬ１）にて所定の冷却処理が行われた後（ステップＳ３）、塗布装置４Ａ（ＣＯＴ）にて設定された回転数によりレジスト液が塗布され、所定のレジスト膜が形成される（ステップＳ４）。
【００２９】
ウエハＷ表面にレジスト膜が形成されると、次いでウエハＷは棚ユニットＵ１〜Ｕ３の一の棚をなす加熱ユニット（ＰＡＢ）にて例えば１００℃前後の温度で所定の第１の加熱処理が行われ（ステップＳ５）、この後ウエハＷは、冷却ユニット（ＣＰＬ２）で所定の温度で冷却処理される（ステップＳ６）。
【００３０】
そしてウエハＷは、第２の受け渡しユニットＴＲＳ２を介してインターフェイス部Ｂ３に受け渡され、ここで例えば周縁露光装置（ＷＥＥ）→高精度温調ユニット（ＣＰＬ）に順次搬送された後、受け渡しユニット（ＴＲＳ３）３１を介して露光装置Ｂ４に受け渡され、ここで所定の露光処理が行われる（ステップＳ７）。
【００３１】
露光処理後のウエハＷはインターフェイス部Ｂ３を介して例えば受け渡し手段Ａ４により処理ブロックＢ２の第２の加熱ユニット（ＰＥＢ）に搬送され、ここでプリベーキングユニットにおける動作と同一の動作より、所定の第２の加熱処理及び温調処理が行われる（ステップＳ８）。次にウエハＷは現像ユニット（ＤＥＶ）に搬送されて所定の現像処理が行われ（ステップＳ９）、続いてウエハＷはメイン搬送機構Ａ３により取り出される。
【００３２】
この後ウエハＷはメイン搬送機構Ａ２、Ａ３により加熱ユニット（ＰＯＳＴ）に搬送されて所定の加熱処理が行われ（ステップＳ１０）、次いで冷却ユニット（ＣＰＬ３）にて所定の温度に調整される（ステップＳ１１）。この後ウエハＷは、第１の棚ユニットＵ１の受け渡しユニットＴＲＳ１を介してキャリア載置部Ｂ１における例えば元のキャリアＣに戻される。
【００３３】
続いて前記塗布装置（ＣＯＴ）４Ａの一例について図５を参照しながら説明すると、ウエハの搬出入口４０ａを備えた処理容器４０の内部には、基板保持部であるスピンチャック４１が設けられており、ウエハＷはこのスピンチャック４１により真空吸着により略水平に保持されるように構成されている。前記スピンチャック４１はモータ及び昇降部を含む駆動部４２により鉛直軸まわりに回転でき、且つ昇降できるようになっている。またスピンチャック４１の周囲にはウエハＷからスピンチャック４１に跨る側方部分を囲い、且つ下方側全周に亘って凹部が形成された液受けカップ４３が設けられ、当該液受けカップ４３の底面には排気管４４ａ及びドレイン管４４ｂが接続されている。
【００３４】
液受けカップ４３の上方側には、例えばウエハＷのほぼ回転中心位置に塗布液であるレジスト液を供給するためのノズルである供給ノズル４５が設けられており、このノズル４５はバルブＶ１，温度調整部４５ａ、流量調整部４５ｂを備えた塗布液供給路４５ｃを介して、例えばケミカル室２８に配置され、レジスト液を貯留するための塗布液タンクＴ１に接続されている。前記供給ノズル４５はウエハＷの中央部上方と前記液受けカップ４３の外側との間で移動できるように構成されている。
【００３５】
前記塗布液タンクＴ１について説明すると、タンクＴ１内には塗布液供給路４５ｃが、先端が塗布液であるレジスト液に突入されるように設けられており、塗布液供給路４５ｃの途中には、レジスト液の粘度を測定するための粘度測定部である粘度計４６が、例えば前記塗布液供給路４５ｃの内部を通流するレジスト液の粘度を測定できるように設けられている。この粘度計４６は塗布液タンクＴ１内のレジスト液の粘度を測定するように設けてもよい。
【００３６】
前記粘度計４６としては、細管式動粘度計や、超音波式粘度計、回転式粘度計、振動式粘度計等、種々の構成を用いることができ、例えば粘度計４６のプローブ４６ａが塗布液供給路４５ｃ内に露出し、当該供給路４５ｂ内を通流するレジスト液と接触するように設けられている。前記粘度計４６により塗布液タンクＴ１内のレジスト液の粘度が常時検出されており、検出データは後述する制御部７に出力されている。
【００３７】
また塗布装置４Ａには、処理容器４０内の気圧Ａ［ｈＰａ］を計側する気圧センサＳａと、処理容器４０内の湿度Ｂ［％］を計側する湿度センサＳｂと、処理容器４０内部例えば液受けカップ４３の温度Ｃ［℃］を計測するカップ温度センサＳｃとが設けられている。これらセンサでは夫々のデータが常時検出されており、検出データは後述する制御部７に出力されている。
【００３８】
このような塗布装置４Ａでは、塗布液タンクＴ１から塗布液供給路４５ｃを介して供給ノズル４５にレジスト液供給し、スピンチャック４１上のウエハＷの表面に供給ノズル４５からレジスト液を滴下すると共に、予め設定された回転数でスピンチャック４１を回転させると、レジスト液はその遠心力によりウエハＷの径方向に広がってウエハＷ表面にレジスト液の液膜が形成され、振り切られた分は液受けカップ４３へと流れ落ちるようになっている。この際、スピンチャック４１の駆動部４２、温度調整部４５ａ、流量調整部４５ｂ、バルブＶ１の動作は後述の制御部７によりコントローラＣＴ１を介して制御される。これによりウエハの回転数が制御部７を介して制御されるようになっている。
【００３９】
また現像装置４Ｂの一例について図６を参照しながら説明するが、現像装置４Ｂは上記塗布装置４Ａと類似の構成を有しているので、図６において、塗布装置４Ａと同一の構成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。
【００４０】
供給ノズル４７は例えばウエハＷの直径方向に配列された多数の供給孔を備えており、このノズル４７にはバルブＶ２，温度調整部４７ａを介して現像液供給路４７ｂにより、現像液を貯留するための現像液タンクＴ２が接続されている。図中４８はウエハＷの表面に洗浄液を供給するための洗浄液ノズルであり、このノズル４８はバルブＶ３を介して供給路４８ａにより洗浄液を貯留するための洗浄液タンクＴ３と接続されている。これらノズル４７，４８はウエハＷの中央部上方と前記液受けカップ４３の外側との間で移動できるように構成されている。
【００４１】
このように構成された現像装置４Ｂにおいては、前記メイン搬送機構Ａ２、Ａ３によりウエハＷが搬入されてスピンチャック４１に受け渡される。そしてバルブＶ２を開いてノズル４７からウエハＷの中央部に、所定の温度に調整された現像液を供給すると共に、予め設定された回転数及び加速度でスピンチャック４１を半回転させることにより、ウエハＷ上に現像液が液盛りされる。
【００４２】
こうしてウエハＷ上に現像液を所定時間液盛りしたままの状態にして現像を行った後、バルブＶ３を開いて洗浄ノズル４８によりウエハＷ上に洗浄液を供給して、現像液を洗い流すようにしている。ここで現像時間とはウエハＷ表面に現像液が液盛りされている時間をいい、この例ではウエハＷの洗浄のタイミングにより現像時間の制御が行われる。この際駆動部４２やバルブＶ２，Ｖ３、温度調整部４７ａの動作は後述の制御部７によりコントローラＣＴ２を介して制御されるようになっている。
【００４３】
図７及び図８は、第１の加熱装置であるプリベーキングユニット（ＰＡＢ）、第２の加熱装置である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。
【００４４】
図中５１は筐体であり、この筐体５１の内部にはステージ５２が設けられ、このステージ５２の正面側（図中右側）には、ファン５３を介して連通する通気室５４が設けられている。通気室５４は例えば棚ユニット内を上下に貫通し、図示しない温調用エアーの供給部と接続する構成とされている。筐体５１における左右の側壁５５のうち、ステージ５２を挟む部分には、前方側にウエハＷの搬入出を行うための開口部５０（５０ａ，５０ｂ）が形成され、背面側には冷媒流路５６、通気口５７が上下に貫通して形成されている。開口部５０（５０ａ，５０ｂ）はシャッタ５８により開閉自在とされており、棚ユニットＵ３に設けられた加熱ユニット（ＰＥＢ）では、メイン搬送機構Ａ３と受け渡し手段Ａ４とから筐体５１内にアクセスされ、棚ユニットＵ２に設けられた加熱ユニット（ＰＡＢ）では、メイン搬送機構Ａ２，Ａ３から筐体５１内にアクセスできるようになっている。また通気口５７はファン５９を介して筐体５１内と連通する構成とされている。
【００４５】
ステージ５２の上面には、その前方側に冷却プレート６１が、後方側にヒータ６２ａを備えた加熱プレート６２が夫々設けられている。図中６２ｂはヒータ６２ａへの電力供給部であり、制御部７によりコントローラＣＴ３を介して電力供給部６２ｂからヒータ６２ａへの電力供給量が制御され、こうして加熱プレート６２の温度が制御されるようになっている。
【００４６】
冷却プレート６１は、筐体４１内に開口部５０（５０ａ，５０ｂ）を介して進入してくるメイン搬送機構Ａ２，Ａ３または受け渡し手段Ａ４と、加熱プレート６２との間でウエハＷの受け渡しを行うと共に、搬送時においては加熱されたウエハＷを粗冷却する（粗熱取りを行う）役割を有するものである。このため図７に示すように脚部６１ａが、ステージ５２に設けられるガイド手段６１ｂ（図６参照）に沿ってＹ方向に進退可能に構成されており、これにより冷却プレート６１が開口部５０（５０ａ，５０ｂ）の側方位置から加熱プレート６２の上方位置まで移動できるようになっている。また冷却プレート６１の裏面側には、例えば温度調節水を流すための図示しない冷却流路が設けられている。
【００４７】
ステージ５２におけるメイン搬送機構Ａ２，Ａ３または受け渡し手段Ａ４と冷却プレート６１とのウエハＷの受け渡し位置、及び加熱プレート６２と冷却プレート６１とのウエハＷの受け渡し位置の夫々には、孔部６３を介して突没するように支持ピン６４が３本ずつ設けられており、冷却プレート６１には、これら支持ピン６４が上昇したときに当該冷却プレート６１を突き抜けてウエハＷを持ち上げることができるようにスリット６５が形成されている。
【００４８】
このような加熱ユニットでは、ウエハＷはメイン搬送機構Ａ２，Ａ３から冷却プレート６１上に受け渡され、次いで冷却プレート６１により加熱プレート６２上に受け渡され、ここで所定の加熱処理が行われる。加熱処理後のウエハは、加熱プレート６２から再び冷却プレート６１に受け取られ、ここで粗冷却された後、メイン搬送機構Ａ２，Ａ３，受け渡し手段Ａ４に受け取られて、次工程に搬送される。
【００４９】
また加熱ユニットの内、ベークユニット（ＢＡＫＥ）やポストベーキングユニット（ＰＯＳＴ）は、図示しないが、例えばウエハＷを載置させ、ウエハに対し、所定温度で加熱処理を施す加熱プレートを有している。さらに冷却ユニット（ＣＰＬ）は、図示しないが、例えばウエハＷを載置させ、各加熱処理が施されたウエハに対し、２３℃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、ペルチェ素子を用いている。
【００５０】
ところで上記の塗布膜形成装置は、各処理ユニットやメイン搬送機構Ａ２，Ａ３等の搬送機構の駆動制御やその他各処理ユニットの制御を行う制御部７を備えている。図９はこの制御部７の構成を示すものであり、実際にはＣＰＵ（中央処理ユニット）、プログラム及びメモリなどにより構成されるが、ここでは構成要素の一部をブロック化して説明するものとする。
【００５１】
また制御部７は本装置における各ユニット毎の処理や処理の手順等を記録したレシピの管理を行うものであるが、本発明は、後述する予測膜厚と目標膜厚との差に基づいて塗布膜形成条件を補正してレジスト膜厚のフィードフォワード制御を行ったり、後述する予測線幅と目標線幅との差に基づいて現像処理条件を補正してパターン線幅のフィードフォワード制御を行うものであるため、この部位に重点をおいて説明を行うものとする。ここでは、塗布膜形成条件として塗布装置４Ａのウエハの回転数を補正する場合、現像処理条件として現像装置４Ｂのウエハの現像時間を補正する場合を例にして説明する。
【００５２】
図９中７０はバスであり、このバス７０にレシピ格納部７１、レシピ選択部７２、各センサからの計測データ格納部７３、ウエハデータ格納部７４、膜厚モデル格納部７５、線幅モデル格納部７６、回転数−膜厚モデル格納部７７、現像時間−線幅モデル格納部７８、塗布装置４ＡのコントローラＣＴ１、現像装置４ＢのコントローラＣＴ２、加熱ユニット５のコントローラＣＴ３、搬送系、各温度・気圧センサＳ１〜Ｓ４、気圧センサＳａ、湿度センサＳｂ、温度センサＳｃ、粘度計４６、が夫々接続されている。
【００５３】
レシピ格納部７１は例えばウエハＷの搬送経路が記録されている搬送レシピや、ウエハＷに対して行う処理条件、目標膜厚や目標線幅などが記録された複数のレシピが格納される部位である。レシピ選択部７２はレシピ格納部７１に格納されたレシピから適当なものを選択する部位であり、例えばウエハの処理枚数やレジストの種類などの入力もできるようになっている。
【００５４】
計測データ格納部７３は、温度・気圧センサＳ１〜Ｓ４、気圧センサＳａ、湿度センサＳｂ、温度センサＳｃ、粘度計４６からの計測結果を記憶する。ウエハデータ格納部７４は、例えばウエハ１枚毎に付与された識別子を記憶し、これらウエハが塗布膜形成装置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エハごとに記憶する。この識別子は、例えばウエハキャリアＣに多段に収容されたウエハ順、例えばキャリアＣ内の上から順に付すようにすることができる。
【００５５】
ここでレジスト膜厚やパターン線幅は、レシピに従った処理条件で処理を行った場合であっても目標としている膜厚や線幅と異なることがある。これはレジスト膜厚やパターン線幅が、処理時の気圧や温度、湿度等の環境要因により影響を受け、これにより目標値が得られない場合があるからである。そこで本実施の形態では、レシピに従った処理条件と前記レジスト膜厚やパターン線幅への環境要因の影響とを考慮して予測膜厚と予測線幅を計算している。ここで予測膜厚は、そのときの環境条件においてレシピの処理条件にて塗布処理を行ったときに、得られるであろうレジスト膜厚であり、予測線幅はそのときの環境条件においてレシピの処理条件にて現像処理を行ったときに、得られるであろうパターン線幅をいう。
【００５６】
前記膜厚モデル格納部７５は、レジスト膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて、前記予測膜厚を計算するための膜厚関数モデルを記憶している。この膜厚関数モデルは複数の膜厚パラメータの関数であり、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たものである。膜厚パラメータとしては、レシピの処理条件に従って処理を行った場合であってもレジスト膜の膜厚に影響を与える要因が選択され、この例では、「塗布装置４Ａの処理容器４０内の気圧Ａ［ｈＰａ］」、「前記処理容器４０内の湿度Ｂ［％］」と、「処理容器４０内例えば液受けカップ４３の温度Ｃ［℃］」と、「レジスト液の粘度Ｄ［ｍＰａ・ｓ］」とが膜厚パラメータとして設定されている。
【００５７】
つまり塗布処理時の気圧や温度、湿度、レジスト液の粘度が異なると、ウエハ表面に供給されたレジスト液の広がり方が異なり、結果としてレジスト膜厚に影響を与えるからである。またレジスト液の粘度自体、塗布処理時の気圧や温度、湿度により変化してしまうので、膜厚パラメータとして加えることにより、より精密な膜厚の制御を行うことができる。
【００５８】
例えば膜厚関数モデルは、上述の膜厚パラメータの関数式により表され、例えば次式の通りである。
【００５９】
膜厚関数モデル＝ａ１・Ａ＋ａ２・Ｂ＋ａ３・Ｃ＋ａ４・Ｄ＋ａ５（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５は定数）…（１）
ここで前記定数は、レジスト液の粘度やレジスト液の濃度などのレジスト種類によって異なり、予め実験より求められるものである。従って膜厚関数モデルは、レジスト液の塗布処理のレシピ毎に用意される。一例として膜厚４０００オングストロームを得るための膜厚関数モデルは、次式の通りである。
【００６０】
膜厚関数モデル＝−０．６２Ａ−８．２０Ｂ＋２３２．４９Ｃ＋１５００Ｄ−１８３５７．９７…（２）
この（２）式に、各膜厚パラメータの条件、Ａ：１０００ｈＰａ、Ｂ：４５％、Ｃ：２３℃、Ｄ：１２ｃｐ（ｍＰａ・ｓ）を入れると、膜厚関数モデルは４０００．３オングストロームとなり、約４０００オングストロームの膜厚を得ることができる。
【００６１】
線幅モデル格納部７６は、レジストパターンの線幅に関与する複数の線幅パラメータに基づいて、前記予測線幅を計算するための線幅関数モデルを記憶している。この線幅関数モデルは複数の線幅パラメータの関数であり、所望のパターン線幅を得るために収集された複数のデータを数式にしたものである。線幅パラメータとしては、レシピの処理条件に従って処理を行った場合であってもパターン線幅に影響を与える要因が選択され、この例では、「第１の加熱装置（ＰＡＢ）における加熱処理終了後、搬送機構がウエハを取り出すまでのウエハの待機時間Ｘ［ｓｅｃ］」、「露光処理終了後から第２の加熱装置（ＰＥＢ）における加熱処理が開始されるまでの時間Ｙ［ｓｅｃ］」、「塗布現像装置内の温度Ｚ［℃］」、「塗布現像装置内の気圧Ｐ［ｈＰａ）」、「レジスト液の粘度Ｄ［ｍＰａ・ｓ］」とが線幅パラメータとして設定されている。ここで時間Ｘ，Ｙは、本実施の形態に係る装置の枚葉処理の下においてはウエハＷ毎に異なる値になるため、夫々識別子が付されたウエハごとにウエハデータ格納部７４に逐次記憶される。
【００６２】
上述の線幅パラメータを選択したのは、現像処理時の気圧や温度、時間Ｘ，Ｙや、レジスト液の粘度が異なると、現像処理の進行の程度が異なり、結果としてパターン線幅に影響を与えるからである。この際既述のようにレジスト液の粘度は、処理時の気圧や温度、湿度により変化してしまうので、線幅パラメータとして加えることにより、より精密な線幅の制御を行うことができる。
【００６３】
例えば線幅関数モデルは、上述の線幅パラメータの関数式により表され、例えば次式の通りである。
【００６４】
線幅関数モデル［ｎｍ］＝ｂ１・Ｘ＋ｂ２・Ｙ＋ｂ３・Ｚ＋ｂ４・Ｐ＋ｂ５・Ｄ＋ｂ６（ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ６は定数）…（３）
ここで前記定数は、レジスト液の粘度やレジスト液の濃度などのレジスト種類によって異なり、予め実験より求められるものである。従って線幅関数モデルは、レジスト液の塗布処理のレシピ毎に用意され、一例をあげると、線幅１５０ｍｍを得る場合、次式の通りである。
【００６５】
線幅関数モデル［ｎｍ］＝０．０３Ｘ＋０．０２Ｙ＋０．５４Ｚ＋０．６５Ｐ＋１５０Ｄ−２２６６．６０８…（４）
回転数−膜厚モデル格納部７７は、レジスト膜形成時におけるウエ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。つまりレジスト膜形成時におけるウエハの回転数とレジスト膜厚との間には相関関係があり、例えば図１０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。また膜厚モデル格納部７５にて求められた予測膜厚と、目標膜厚との差を求め、この差に相当する回転数を前記数式に基づいて計算し、回転数の補正量を算出する機能を有する。
【００６６】
つまり図１２（ａ）に示すように、例えば目標膜厚をＴ（このときの回転数Ｒ）、予測膜厚をＴ０（このときの回転数Ｒ０）とし、目標膜厚Ｔよりも予測膜厚Ｔ０が大きい場合には、回転数を（Ｒ−Ｒ０）分大きくする補正を行うことにより、目標膜厚Ｔになるまで膜厚を薄くする制御を行う。また図１２（ｂ）に示すように、目標膜厚Ｔよりも予測膜厚Ｔ０が小さい場合には、回転数を（Ｒ０−Ｒ）分小さくする補正を行うことにより、目標膜厚Ｔになるまで膜厚を厚くする制御を行う。
【００６７】
現像時間−線幅モデル格納部７７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。そして線幅モデル格納部７６にて求められた予測線幅と目標線幅との差を求め、この差に相当する現像時間を前記数式に基づいて計算し、補正現像時間を算出する機能を有する。
【００６８】
つまり現像時間とパターンの線幅との間には、図１１に示す相関関係があり、現像時間が長くなるほど線幅が小さくなるような逆比例関係にある。従って図１３（ａ）に示すように、例えば目標線幅をＷ（このときの現像時間ｔ）、予測線幅をＷ０（このときの現像時間ｔ０）とし、目標線幅Ｗよりも予測線幅Ｗ０が大きい場合には、現像時間を（ｔ−ｔ０）分長くする補正を行うことにより、目標線幅Ｗになるまで線幅を小さくする制御を行う。また図１３（ｂ）に示すように、目標線幅Ｗよりも予測線幅Ｗ０が小さい場合には、現像時間を（ｔ０−ｔ）分短くする補正を行うことにより、目標線幅Ｗになるまで線幅を大きくする制御を行う。
【００６９】
次に上述した装置によりウエハＷ上にレジストパターンを形成する場合を例に、本実施の形態の作用説明を行う。先ず塗布装置４ＡにおけるウエハＷの回転数を補正する場合を例にして図１４により説明するが、ウエハＷに対する処理を開始するのに先立ち、オペレータがレシピの選択を行う（ステップＳ１）。レシピを選択すると、選択されたレシピに基づいて目標膜厚Ｔが決定され、この目標膜厚Ｔに対応して塗布装置４Ａのスピンチャック４１の回転数の設定値が決定される（ステップＳ２）。
【００７０】
一方制御部７では選択されたレシピに基づいて対応する膜厚関数モデルが選択される。ここで塗布装置４Ａでは、気圧センサＳａ、湿度センサＳｂ、温度センサＳｃ、粘度計４６により、処理容器４０内の気圧Ａ［ｈＰａ］、処理容器４０内の湿度Ｂ［％］、処理容器４０内の温度Ｃ［℃］、レジスト液の粘度Ｄ［ｍＰａ・ｓ］が常時検出されて制御部７に出力されている。これにより膜厚モデル格納部７５では前記センサからの検出値に基づいて膜厚関数モデルにより予測膜厚Ｔ０が計算される（ステップＳ３）。この予測膜厚Ｔ０とは、上述の処理条件で実際に得られるであろう膜厚である。つまりこの例では実際にウエハに対して塗布処理が行われる前に、上述の処理条件で得られる膜厚が予測される。
【００７１】
そして回転数−膜厚モデル格納部７７により、この予測膜厚Ｔ０と目標膜厚Ｔの差を算出し、この差に基づいて塗布装置４Ａにおけるウエハの回転数の補正量を求める（ステップＳ４）。制御部７では求められた補正量を塗布装置４ＡのコントローラＣＴ１に出力して塗布装置４Ａではスピンチャック４１の回転数の補正が行われ（ステップＳ５）、以降はこの補正された回転数によりレジスト液の塗布処理が行われる。
【００７２】
続いて現像装置４Ｂにおける現像時間を補正する場合を例にして図１５により説明する。先ずオペレータがレシピの選択を行うと（ステップＳ１）、選択されたレシピに基づいて目標線幅Ｗが決定され、この目標線幅Ｗに対応して現像装置４Ｂの現像時間の設定値が決定される（ステップＳ２）。
【００７３】
一方制御部７では選択されたレシピに基づいて対応する線幅関数モデルが選択される。ここで塗布膜形成装置では、「第１の加熱装置（ＰＡＢ）における加熱処理終了後、搬送機構がウエハを取り出すまでのウエハの待機時間Ｘ」、「露光処理終了後から第２の加熱装置（ＰＥＢ）における加熱処理が開始されるまでの時間Ｙ」、「塗布現像装置内の温度Ｚ（℃）」、「塗布現像装置内の気圧Ｐ（ｈＰａ）」、「レジスト液の粘度Ｄ」の夫々が常時検出されて制御部７に出力される。
【００７４】
これにより線幅モデル格納部７６では前記センサからの検出値に基づいて線幅関数モデルにより予測線幅Ｗ０が計算される（ステップＳ３）。この予測線幅Ｗ０とは、上述の処理条件で実際に得られるであろう線幅であり、つまりこの例では実際にウエハに対して現像処理が行われる前に、上述の処理条件で得られる線幅を予測することができる。
【００７５】
そして現像時間−線幅モデル格納部７７により、この予測線幅Ｗ０と目標線幅Ｗの差を算出し、この差に基づいて既述のように現像装置４Ｂにおける現像時間の補正量を求める（ステップＳ４）。制御部７では求められた補正量を現像装置４ＢのコントローラＣＴ２に出力し、これにより現像装置４Ｂでは現像時間の補正が行われ（ステップＳ５）、以降はこの補正された現像時間によりウエハの現像処理が行われる。
【００７６】
つまりこれら回転数や現像時間の補正作業は、実際にウエハに対して塗布処理や現像処理を行う前に、上述の処理条件で得られるレジスト膜厚やパターン線幅を予測し、この予測された値と目標値とを比較して、前記回転数等の塗布膜形成条件や現像時間等の現像処理条件の補正量を求めることにより、レジスト膜厚やパターン線幅のフィードフォワード制御を行うものである。
【００７７】
このような構成では、レジスト膜厚やパターン線幅に影響を与える要素を膜厚パラメータや線幅パラメータに設定し、これらパラメータに基づく膜厚関数モデルや線幅関数モデルを作成しているので、正確な「予測膜厚」、「予測線幅」を求めることができる。従って膜厚と塗布膜形成条件との関係式や、線幅と現像処理条件との関係式を求めることにより、これら関係式から、前記予測した値と目標値との差に基づいて、前記塗布膜形成条件や現像処理条件の補正量を精度よく算出することができる。このため実際の処理を行う前に、目標膜厚や目標線幅を確保するために処理条件が制御されるので、これにより実際の処理では、確実に目標膜厚や目標線幅を確保することができ、レジスト膜厚やパターン線幅の精密なフィードフォワード制御を行うことができ、パターンの微細化の要求に対応した精度の高い制御を行うことが可能となる。またこれによりスループットの向上を図ることができる。
【００７８】
また上述の例では、膜厚パラメータや線幅パラメータを常時検出し、これらパラメータに基づいて膜厚モデルや線幅モデルを計算しているため、リアルタイムの情報に基づいて回転数や現像時間の補正が行われ、より精度の高い制御を行うことができる。
【００７９】
さらに膜厚パラメータの一つのレジスト液の粘度は、粘度が小さくなるとレジスト液が広がりやすくなり、粘度が大きくなるとレジスト液が広がりにくくなることから、レジスト膜厚に大きな影響を与えるパラメータである。通常、レジスト液はレジスト液製造メーカーからの購入品であり、メーカー側において調整した各レジスト液の粘度が示してある。しかしながらこの表示通りの粘度では正確な膜厚の制御が困難である。これはレジスト液の粘度は処理容器４０内の気圧や湿度、温度の変化により影響を受けやすいからである。従って膜厚パラメータとして、処理容器４０内の気圧や湿度、温度と共にレジスト液の粘度を含めると、回転数のより正確な補正が行われ、より精度の高い制御を行うことができる。
【００８０】
さらにまた線幅パラメータとしてもレジスト液の粘度が含まれているが、レジスト膜厚の精度がパターン線幅に影響を与えることから、塗布膜形成装置内の気圧や温度と共にレジスト液の粘度を線幅パラメータとして設定すると、現像時間についてより精度の高い制御を行うことができる。
【００８１】
上述の実施の形態では、レジスト液の粘度は粘度計４６により常時検出されるようにしたが、例えばオペレータが所定のタイミングでレジスト液の粘度を測定し、この測定値を制御部７に入力して、塗布膜形成条件や現像処理条件の補正量を求めるようにしてもよい。
【００８２】
続いて上述のレジスト膜厚やパターン線幅のフィードフォワード制御にフィードバック制御を組み合わせた例について説明する。このフィードバック制御はレジスト膜厚やパターン線幅の確認のために行うものであり、例えば製品ウエハを一定枚数処理するごとにレジスト膜厚やパターン線幅を測定し、その測定データに基づいて行われる。
【００８３】
先ずレジスト膜厚については、検査対象となるウエハＷは、例えば冷却ユニット（ＣＰＬ２）で所定の冷却処理が行われた後、メイン搬送機構Ａ３により膜厚検査装置２５へ搬送され、ここでレジスト膜厚が測定される。この測定結果は制御部７に出力され、ここで膜厚に異常があるか否かが判断される。異常がない場合には処理が続行され、異常がある場合であって塗布膜形成条件の補正により目標膜厚が確保される場合には、前記条件の補正量が決定され、以降は補正された条件で処理が行われる。また異常がある場合であって塗布膜形成条件の補正を行っても目標膜厚が確保できない場合には、例えばアラームを出力し、処理を停止する。
【００８４】
パターン線幅については、検査対象となるウエハＷは、例えば現像装置４Ｂにて所定の現像処理が行われた後、メイン搬送機構Ａ３により線幅検査装置２６へ搬送され、ここでパターン線幅が測定される。この測定結果は制御部７に出力され、ここで線幅に異常があるか否かが判断される。異常がない場合には処理が続行され、異常がある場合であって現像処理条件の補正により目標線幅が確保される場合には、現像処理条件の補正量が決定され、以降は補正された現像処理条件にて処理が行われる。また異常がある場合であって現像処理条件の補正を行っても目標線幅が確保できない場合には、例えばアラームを出力し、処理を停止する。
【００８５】
このようにフィードフォワード制御にフィードバック制御を組み合わせると、ミスオペレーションが防止され、より高い精度でレジスト膜厚やパターン線幅の制御を行うことができる。ここでこの実施の形態では、膜厚検査装置２５や線幅検査装置２６を塗布膜形成装置の内部に設ける構成としたが、これら検査装置２５，２６は塗布膜形成装置の外部に設けるようにしてもよい。
【００８６】
以上において、塗布膜形成条件として、ウエハの回転数の他に、レジスト液の温度や、レジスト液の供給量、レジスト液の吐出速度を制御することにより、所定のレジスト膜厚を確保するようにしてもよい。つまりレジスト液の温度とレジスト液の粘性との間には関係があり、これにより回転数が同じ場合にはレジスト膜厚が異なるからである。このためレジスト液の種類によりレジスト液の温度と膜厚との間に所定の関数式が得られ、これに基づいて予測膜厚と目標膜厚との差からレジスト液の温度の補正量を求めることができる。
【００８７】
また回転数が同じ場合には、レジスト液の供給量が少なかったり、レジスト液の吐出速度が小さかったりするとレジスト膜厚が小さく、レジスト液の供給量が多かったり、レジスト液の吐出速度が大きかったりするとレジスト膜厚が大きくなることから、レジスト膜厚とレジスト液の供給量やレジスト液の吐出速度との間には所定の関数式が得られ、これに基づいて予測膜厚と目標膜厚との差からレジスト液の供給量や吐出速度の補正量を求めることができる。
【００８８】
さらに膜厚パラメータとして、レジスト液の温度とレジスト液の吐出速度とを含めるようにしてもよい。既述のようにこれらのパラメータもレジスト膜厚に大きな影響を与えるからである。この場合、膜厚関数モデルは次式のように表される。ここで「レジスト液の温度Ｅ［℃］」、「レジスト液の吐出速度Ｆ［リットル／ｓｅｃ］とする。
【００８９】
例えば膜厚関数モデルは、上述の膜厚パラメータの関数式により表され、例えば次式の通りである。
【００９０】
膜厚関数モデル＝ａ１・Ａ＋ａ２・Ｂ＋ａ３・Ｃ＋ａ４・Ｄ＋ａ６・Ｅ＋ａ７・Ｆ＋ａ５（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７は定数）…（５）
さらに塗布装置としては、例えば図１６に示すような構成の装置を用いることができる。この装置では、塗布装置の処理容器内において、図示しない基板保持部により水平に保持されたウエハＷの表面側に対向するように設定された塗布液８０の供給ノズル８１を一方向（図中Ｘ方向）に往復させながら塗布液をウエハＷに供給する。この場合予定とする塗布領域外に塗布液Ｒが供給されないようにプレート８２が設けられている。また供給ノズル８１がウエハの一端面から他端面に移動すると、そのタイミングに合わせて図示しない移動機構によりウエハＷがそれに交差する方向に間欠送りされる。このような動作を繰り返すことにより、いわゆる一筆書きの要領で塗布液Ｒ８０がウエハＷに塗布される。この場合には、レジスト液の温度や、レジスト液の供給量、レジスト液の吐出速度、供給ｈノズル８１の移動速度、ウエハＷの移動速度を制御することにより、所定のレジスト膜厚が確保される。
【００９１】
また現像処理条件として、現像時間の代わりに、現像液の濃度や現像液の温度のいずれかを制御するようにしてもよい。つまり現像液の濃度が高い場合や現像液の温度が高い場合には現像処理が進行しやすく、現像液の濃度が低い場合や現像液の温度が低い場合には現像処理の進行の程度が遅くなることから、現像液の濃度や現像液の温度と現像線幅とは所定の関数式により表される関係にあり、この関数式に基づいて現像液の濃度や温度の補正量を求めることができる。
【００９２】
また第２の加熱装置（ＰＥＢ）における加熱温度と、レジストパターンの線幅との間には、図１７に示すように、前記加熱温度が高いほど、線幅が細くなる傾向がある。従ってこの関係式により、線幅モデルにより求められた予測線幅Ｗ０と目標線幅Ｗとの差に基づいて前記加熱温度の補正量を求めることができ、このように第２の加熱装置の加熱温度を制御することにより、線幅を高精度でフィードフォワード制御することができる。
【００９３】
従って本発明では、塗布膜形成条件のウエハの回転数、レジスト液の温度、レジスト液の吐出速度、現像処理条件の現像時間、現像液の濃度、現像液の温度、第２の加熱装置の加熱温度のいずれかの条件を補正して所定のレジスト膜厚やパターン線幅を確保するようにしてもよいし、これらの条件を組み合わせて補正をしてレジスト膜厚やパターン線幅の制御を行うようにしてもよい。
【００９４】
以上において本実施の形態で用いられる基板は、液晶装置に使用されるＬＣＤ基板であってもよい。また本発明は、塗布液としてレジスト液の他に、ＢＡＲＣ（Ｂｕｔｔｏｍ−ＡＲ）、ＴＡＲＣ、保護膜等を形成するために用いられるポリイミド（ＰＩ）や、層間絶縁膜を形成するために用いられるＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）液や、ＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）液等を用いる処理についても適用できる。さらに本発明の塗布膜形成装置で実施される処理は、上述の処理工程に限らず、例えば疎水化ユニット等の他のユニットを設けるようにしてもよい。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、塗布液の粘度を含む、塗布膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて予測膜厚を計算し、この予測値と目標値との差に基づいて塗布装置の塗布膜形成条件を補正しているので、塗布膜の膜厚の精度の高い制御を行うことができる。また本発明の他の発明によれば、塗布液の粘度を含む、塗布膜の線幅に関与する複数の線幅パラメータに基づいて予測線幅を計算し、これら予測値と目標値との差に基づいて現像装置の現像処理条件を補正しているので、パターン線幅の精度の高い制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる塗布膜形成装置の一実施の形態の全体構成を示す平面図である。
【図２】前記塗布膜形成装置の概観を示す斜視図である。
【図３】前記塗布膜形成装置に設けられる棚ユニットの一例を示す縦断側面図である。
【図４】前記塗布膜形成装置におけるウエハの流れを説明するための工程図である。
【図５】前記塗布膜形成装置に設けられる塗布装置の主要部を示す縦断側面図である。
【図６】前記塗布膜形成装置に設けられる現像装置の主要部を示す縦断側面図である。
【図７】前記塗布膜形成装置に設けられる加熱ユニットの主要部を示す平面図である。
【図８】前記加熱ユニットの主要部を示す縦断側面図である。
【図９】前記塗布膜形成装置の制御系を示すブロック図である。
【図１０】塗布処理時のウエハの回転数とレジスト膜厚との関係を示す特性図である。
【図１１】現像処理時間とパターン線幅との関係を示す特性図である。
【図１２】レジスト膜厚に対応して行われる、塗布処理時のウエハの回転数の補正作業を説明するための図である。
【図１３】パターン線幅に対応して行われる、現像処理時の現像時間の補正作業を説明するための図である。
【図１４】レジスト膜厚に対応して行われる、塗布処理時のウエハの回転数の補正作業を説明するための工程図である。
【図１５】パターン線幅に対応して行われる、現像処理時の現像時間の補正作業を説明するための工程図である。
【図１６】塗布装置の他の例を示す斜視図である。
【図１７】加熱温度とパターン線幅との関係を示す特性図である。
【図１８】従来の塗布現像装置を示す平面図である。
【符号の説明】
Ｂ１キャリア載置部
Ｂ２処理部
Ｂ３インターフェイス部
Ｂ４露光装置
Ｗ半導体ウエハ
Ａ２，Ａ３メイン搬送機構
Ｓ１〜Ｓ４温度・気圧センサ
Ｓａ気圧センサ
Ｓｂ湿度センサ
Ｓｃ温度センサ
４Ａ塗布装置
４５供給ノズル
Ｔ１塗布液タンク
４５ｃ塗布液供給路
４６粘度計
４Ｂ現像装置
５加熱ユニット
７制御部

Claims

処理容器内部において基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給することにより、前記基板表面に塗布膜を形成する塗布装置と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて予測膜厚を計算するための膜厚関数モデルを含み、この膜厚関数モデルにより求められた予測膜厚と目標膜厚との差を求め、これに基づいて前記塗布装置の塗布膜形成条件を補正する制御部と、を備えることを特徴とする塗布膜形成装置。
前記塗布装置は、処理容器内部において基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給すると共に前記基板保持部を回転させてその遠心力により塗布液を広げて基板表面に塗布膜を形成するように構成され、
前記塗布膜形成条件は、前記塗布装置の基板保持部の回転数であり、制御部では前記予測膜厚と目標膜厚との差に基づいて前記回転数を補正することを特徴とする請求項１記載の塗布膜形成装置。
前記膜厚関数モデルは、前記複数の膜厚パラメータの関数であることを特徴とする請求項１又は２記載の塗布膜形成装置。
前記膜厚関数モデルの膜厚パラメータは、塗布膜形成時における気圧と、前記処理容器内の温度と、前記処理容器内の湿度と、塗布液の粘度と、を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の塗布膜形成装置。
前記膜厚関数モデルの膜厚パラメータは、塗布液の温度と、ノズルから基板に供給される塗布液の吐出速度と、をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の塗布膜形成装置。
処理容器内部において基板を基板保持部にて略水平に保持し、この基板にノズルから塗布液を供給することにより、前記基板表面に塗布膜を形成する塗布装置と、
塗布液が塗布され、露光が行われた基板の表面に現像液を液盛りし、所定時間現像液を液盛りしたままの状態にすることにより当該基板表面を現像し、所定のパターンを形成する現像装置と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜のパターン線幅に関与する複数の線幅パラメータに基づいて予測線幅を計算するための線幅関数モデルを含み、この線幅関数モデルにより求められた予測線幅と目標線幅との差を求め、これに基づいて前記現像装置の現像処理条件を補正する制御部と、を備えることを特徴とする塗布膜形成装置。
前記現像処理条件は前記現像装置における基板の現像時間であり、制御部では前記予測線幅と目標線幅との差に基づいて前記現像時間を補正することを特徴とする請求項６記載の塗布膜形成装置。
前記線幅関数モデルは前記複数の線幅パラメータの関数であることを特徴とする請求項７記載の塗布膜形成装置。
前記塗布膜形成装置は、前記塗布装置における塗布膜の形成後に基板に対して第１の加熱処理を行う第１の加熱装置と、
前記露光処理後の基板に対して、現像装置にて基板を処理する前に第２の加熱処理を行う第２の加熱装置と、
前記第１の加熱装置及び第２の加熱装置に対して基板の受け渡しを行う搬送機構と、をさらに備え、
前記線幅関数モデルの線幅パラメータは、塗布膜形成装置内の温度と、塗布膜形成装置内の気圧と、第１の加熱処理が終わってからこの第１の加熱装置から搬送機構により基板が取り出されるまでの時間と、露光処理が終わってから前記第２の加熱装置にて第２の加熱処理が開始されるまでの時間と、を含むことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の塗布膜形成装置。
前記塗布液を貯留するための塗布液タンクと、この塗布液タンク内の塗布液をノズルに供給する塗布液供給路と、塗布液タンク内又は塗布液供給路内の塗布液の粘度を測定する粘度測定部と、を備え、膜厚パラメータ及び線幅パラメータの一つである塗布液の粘度は前記粘度測定部で測定された粘度測定値であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の塗布膜形成装置。
塗布装置において基板に形成する塗布膜の目標膜厚及び塗布処理時の塗布膜形成条件を設定する工程と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜の膜厚に関与する複数の膜厚パラメータに基づいて、膜厚関数モデルにより基板に形成される塗布膜の予測膜厚を計算する工程と、
前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差を求め、これにより塗布装置における塗布膜形成条件を補正する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。
前記塗布膜形成条件は塗布装置の基板保持部の回転数であり、前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差に基づいて前記基板保持部の回転数を補正することを特徴とする請求項１１記載の塗布膜形成方法。
前記基板保持部の回転数を補正する工程は、前記基板保持部の回転数と塗布膜の膜厚との相関関係を求めておき、これに基づいて前記塗布膜の予測膜厚と目標膜厚との差から前記基板保持部の回転数の補正量を得るものであることを特徴とする請求項１２記載の塗布膜形成方法。
現像装置において基板に形成する塗布膜の目標線幅及び現像処理時の現像処理条件を設定する工程と、
塗布液の粘度を含む、前記塗布膜のパターン線幅の形成に関与する複数の線幅パラメータに基づいて、線幅関数モデルにより、基板に形成される塗布膜の予測線幅を計算する工程と、
前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差を求め、これにより前記現像装置における現像処理条件を補正する工程と、を含むことを特徴とする塗布膜形成方法。
前記現像処理条件は前記現像装置における基板の現像時間であり、前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差に基づいて前記現像時間を補正することを特徴とする請求項１４記載の塗布膜形成方法。
前記基板の現像時間を補正する工程は、前記現像時間と塗布膜のパターン線幅との相関関係を求めておき、これに基づいて前記塗布膜の予測線幅と目標線幅との差から前記基板の現像時間の補正量を得るものであることを特徴とする請求項１５記載の塗布膜形成方法。