JP3599330B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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及びエッチング工程において半導体基板上に所望の回路パターンを形成する基板処理方法及び基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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。また、このフォトリソグラフィ工程の後、エッチング処理を行うことにより所望の回路パターンを形成している。そして、エッチング処理後は当該パターン上のレジストを剥離することによって回路配線が形成される。
【0003】
フォトリソグラフィ工程は、従来から、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。この塗布現像処理装置は、ウェハに熱的な処理を行う加熱処理ユニットや冷却処理ユニット等をも一体的に具備している。一方、エッチング工程は、塗布現像処理装置とは別のエッチング装置により行われる。このエッチング装置と塗布現像処理装置とは一体的ではなく、例えばフォトリソグラフィ工程を終えたウェハを作業員がエッチング装置まで運搬し、エッチング処理を行うようにしている。
【0004】
ところで、近年、回路パターンの微細化はよりいっそう進行しており、例えば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。従って塗布現像処理装置においては、所望のレジストパターンの線幅を得るために、このパターン線幅の変動に影響を及ぼすおそれのある上記現像処理ユニットや熱処理ユニット等の処理条件を各ユニットごとに厳しく管理している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように厳しい管理下においても所望の線幅が得られない場合があり、かかる場合には、当然その後のエッチング工程においても所望の回路パターンを得ることはできない。
【0006】
また、このような問題を解決するために、塗布現像処理装置でフォトリソグラフィ工程を終えたウェハを例えばSEM(走査型電子顕微鏡)等の観察装置でレジストパターンを観察して、この観察結果を塗布現像処理装置側にフィードバックすることにより線幅等を制御している。しかし、電子顕微鏡等の観察装置では電子線を用いており、レジストパターンに電子線を照射することによりパターンの収縮が起こるため、実際に形成された線幅を測定することはできない。従って、この測定結果をフィードバックしても所望の線幅を有するレジストパターンの形成を行うことは容易でない。
【0007】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、フォトリソグラフィ工程で実際に形成されたレジストパターンの線幅等を精密に測定でき、エッチング処理後において最終的に所望の回路パターンを形成することができる基板処理方法及び基板処理装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
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方法は、基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識する工程と、(b)前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、(c)前記工程(a)と工程(b)で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、(d)前記工程(b)及び(c)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、(e)前記工程(d)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程とを具備する。
【0009】
本発明では、レジストパターンを認識してパターンの線幅等を測定する。そしてこの測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。この場合、エッチングの処理条件は、エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも1つを含む。特にエッチング時間に関しては、当該時間が長いほど線幅を小さくすることができるという明らかな相関関係があることがわかっている。従って、エッチング時間を制御することにより容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。また、本発明は、実際の製品製造段階及び検査用の基板を用いて製品製造前における初期設定段階共に実行することが可能である。
【0010】
また、前記工程(a)は、光学的観察装置を用いることにより、電子顕微鏡を用いてレジストパターンの認識を行った場合のようにレジストパターンの収縮を発生させることはなく、非破壊で線幅を測定することができる。これにより、実際のレジストパターンの線幅を精密に測定できエッチング処理条件を的確に把握できるため、所望の回路パターンの形成に寄与する。
【0012】
本発明では、例えば、実際に形成されたレジストパターンが複雑な形状である場合、光の干渉等が起こらず上記光学的観察装置では線幅を測定できないので、この場合にはSEM等の電子顕微鏡を用いる。この場合、例えば、先ず検査用の基板を用い、光学的観察装置により基板の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを認識する。これは、例えば露光処理の際に、光学的干渉が起こる程度の大きさのパターンを製品領域以外の領域に予め形成しておくことが好ましい。次に、このグレーティングパターンと製品領域に形成された実際のレジストパターンとを電子顕微鏡で認識し、これらの相関関係を求める。そして、光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関関係を求めることによって、求められた各相関関係に基づきレジストパターンを認識する。
【0013】
このように、例えばグレーティングパターン同士の相関関係を複数の基板又は複数のチップに対して求め、これらのデータベースを構築し、このデータベースを基に光学的観察装置のみを用いて、グレーティングパターンのみを認識することにより、非破壊的に実際のレジストパターンの線幅を精密に測定することができる。なお、上記データベースの構築は例えば検査用の基板を用いて行うことが好ましい。
【0014】
本発明の第2の観点に係る基板処理方法は、基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第1の光学的観察装置で認識する工程と、(b)前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、(c)前記工程(a)と工程(b)で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、(d)前記工程(b)及び(c)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、(e)前記工程(d)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と、(f)前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを第2の光学的観察装置で認識する工程とを具備する。
【0015】
本発明では、レジストパターンを第1の光学的観察装置で認識してパターンの線幅等を測定することにより、非破壊でレジストパターンを認識でき精密な線幅の測定を行うことができる。次に、この測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。
【0016】
また、この形成された回路パターンを第2の光学的観察装置で認識することにより、例えば第1及び第2の光学的観察装置間で共通のデータベースとして利用することができ、検査効率を向上させることができる。例えば、第1の光学的観察装置で認識されたグレーティングパターンのデータベースに基づき、エッチング処理後の回路パターンを認識することにより、効率良く、非破壊で、精密に回路パターンを認識することができる。
【0017】
本発明の第1の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、(b)前記光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、(c)前記手段(a)及び手段(b)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と(d)前記手段(c)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段とを具備する。
【0018】
本発明の第2の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第1の光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、(b)前記第1の光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、(c)前記手段(a)及び手段(b)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、(d)前記手段(c)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と、(e)前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを認識する第2の光学的観察装置とを具備する。
【0019】
本発明の更なる特徴と利点は、添付した図面及び発明の実施の形態の説明を参酌することにより一層明らかになる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0021】
図1〜図3は本発明の第1の実施形態に係る塗布現像処理装置及びエッチング装置の全体構成を示す図であって、図1はその平面図、図2及び図3は塗布現像処理装置の正面図及び背面図である。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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、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。
【0025】
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及び本発明に係る光学観察装置(OCD)40が多段に設けられている。
【0026】
光学観察装置40は、例えば光の回折、干渉によりレジストパターンを認識するものであり、計算上のパターン(ライブラリ)とをパターンマッチングし、一致した計算上のパターンを実際のパターンとするものである。なお、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。
【0027】
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)、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)、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、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)、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。
【0028】
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、図2に示すように、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等(図示せず)が設けられている。
【0029】
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、ウェハ上にレジスト膜を形成する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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
図1を参照して、第2の処理ユニット部G2の正面側には、本発明に係るエッチング装置50が配設されている。このエッチング装置50と第2の処理ユニット部G2との間には、エッチング装置50及び処理ユニット部G2における現像処理ユニット(DEV)に対してウェハの搬送を行うウェハ搬送装置30が設けられている。このウェハ搬送装置30は、現像処理ユニット(DEV)に設けられたシャッタ49が開くことで現像処理ユニット内にアクセス可能となり、現像処理されたウェハを取り出すことができる。なお、このようなシャッタ49は、他の各処理ユニットにも全て備えられているため、各ユニットともウェハを処理中においては処理室内部が密閉されるようになっており、また、シャッタが開くことによりウェハ搬送体22及び27、主ウェハ搬送装置A1及びA2がそれぞれ各所定のユニットに対してアクセス可能となっている。また、エッチング装置50は、多段の現像処理ユニット(DEV)に合わせて多段に構成するようにしてもよい。この場合、ウェハ搬送装置30はZ方向に垂直に移動可能な構成とすることが好ましい。
【0033】
図4は第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。
【0034】
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の図示を一部省略している。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
上記エッチング装置50は、例えば平行平板型のプラズマエッチング装置であり、図5はこのエッチング装置50の断面図を示す。チャンバ37内に一対の電極板43,44が配置されており、上部電極44には高周波(RF)電源48が接続され、下部電極43は接地されている。下部電極43の下部には、基板を支持する例えば3本の支持ピン47が昇降駆動モータ42により昇降可能に配置されている。チャンバ37には、ガス供給源34からのガスをチャンバ37内に供給するための供給口38が設けられており、また、チャンバ37の下部には、チャンバ37内部を真空にする真空ポンプ28が設けられている。チャンバ37の側面には、上記ウェハ搬送装置30との間で基板の受け渡しを行うための開口部37aが形成されており、この開口部36aはシャッタ部材39により開閉可能に構成されている。
【0038】
ここで、図1を参照して、制御部60は、このエッチング装置50のエッチング時間、エッチングガスの組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも1つを制御するようになっている。このエッチングに用いられるガス種は、例えばCF4、O2、N2、Ar、CHF3、SF6等のガスを組み合わせで混合して用いることが可能となっている。これらのエッチング時間、エッチングガスの組成比及びエッチングパワー等の各処理条件は、上記光学観察装置40で認識されたレジストパターンの線幅に基づいて制御されるようになっている。
【0039】
図6は、当該光学観察装置40の概念的な構成図を示す。この光学観察装置40は、破線で示す光学系61を含み、この光学系61は、例えば白色光を発するキセノンランプ62と、このキセノンランプ62からの光を直角下方向に反射させるように配置されたハーフミラー56と、このハーフミラー56による反射光をウェハW表面に形成されたレジストパターンに導くレンズ54と、ウェハWからの反射回折光を検出する検出器57とを有している。また、この光学観察装置40には、ウェハWを載置するステージ53が設けられ、また検出器57による検出結果を処理する処理部11が接続されている。光学系61は、図示しない駆動機構によりウェハWの面方向に平行な方向(X−Y方向)に移動可能に構成されており、ウェハW上に形成された1チップごとに光を照射し観察できるようになっている。
【0040】
処理部11は、例えば、検出器57による検出結果32と、レジストパターンの状態(例えば線幅、各パターンの間ピッチ、高さ等)に対応する回折パターンを計算(シミュレーション)により導出する算出部59と、この算出部59により導出された複数の回折パターンを記憶する記憶部58と、検出結果32と記憶部58に記憶された複数の回折パターンとを比較し、その比較された複数の回折パターンのうち検出結果32に対応する1つの回折パターンを測定結果として記憶部58から抽出する解析部52とを有している。これにより、この光学観察装置40は、検出結果32と記憶部58に記憶された計算上のパターン(ライブラリ)とをパターンマッチングし、一致した計算上のパターンを実際のパターンとみなすことができる。より具体的な一例として、本実施形態では、例えばスキャテロメトリ(Scatterometry)技術によりパターンマッチングを行っている。
【0041】
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7に示すフローを参照しながら説明する。
【0042】
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の主ウェハ搬送装置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)。
【0043】
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℃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)。
【0044】
レジスト膜が形成されると、第1の主ウェハ搬送装置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、例えば100℃前後で所定の加熱処理及び温調処理が行われる(ステップ5)。
【0045】
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により取り出されて膜厚検査装置119へ搬送され、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)。
【0046】
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、ここで所定の加熱処理及び温調処理が行われる(ステップ8)。この後、冷却処理ユニット(CPL)で所定の冷却処理が行われる(ステップ9)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。そして、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10)。
【0047】
次に、ウェハWは第2の主ウェハ搬送装置A2を介して光学観察装置40に搬入され、ここでレジストパターンが認識されてレジストパターンの線幅等が測定される(ステップ11)。ここで、前述したように、測定された線幅に基づき例えばエッチング装置50におけるエッチング時間等のエッチング処理条件を設定する(ステップ12)。そしてウェハWは、例えば第2の処理ユニット部G2及びウェハ搬送装置30を介してエッチング装置50に搬入され、上記設定された処理条件でエッチングされる(ステップ13)。
【0048】
図8は、エッチング時間とエッチングにより形成される回路パターンの線幅との関係を示す。このように、エッチング時間が長いほど線幅が小さくなることがわかっている。従って、光学観察装置40で測定された線幅が所定の値より大きい場合には、エッチング時間を所定時間より長くする等の制御を行うことにより、容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。
【0049】
図9は、エッチングパワーとエッチングにより形成される回路パターンの線幅との関係を示す。この場合もエッチング時間と同様に、エッチングパワーが大きいほど線幅が小さくなることがわかっているため、このエッチングパワーを制御することにより、容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。しかし、必要に応じてエッチングガスの組成比についても合わせて複合的に制御するようにしてもかまわない。
【0050】
エッチングが終了すると、ウェハはウェハ搬送装置30及び第2の処理ユニット部G2を介してウェハWは第2の主搬送装置A2により取り出される。そして第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の主ウェハ搬送装置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。
【0051】
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。
【0052】
以上のように、本実施形態では、現像後のレジストパターンを認識してパターンの線幅等を測定した後、この測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。
【0053】
また、特にエッチング時間と線幅との関係に関しては、図8に示すように明らかな相関関係があることがわかっているため、エッチング時間を制御することにより容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。また、本実施形態は、実際の製品ウェハを用いて製造する場合と、検査用のウェハを用いて製品製造前における初期設定の場合と両者共に実行することが可能である。
【0054】
また、本実施形態では、光の干渉、回折を利用した光学観察装置40を用いることにより、従来において電子顕微鏡を用いてレジストパターンの認識を行った場合のようにレジストパターンの収縮を発生させることはなく、非破壊で線幅を測定することができる。これにより、実際のレジストパターンの線幅を精密に測定できエッチング処理条件を的確に把握できるため、所望の回路パターンの形成に寄与する。
【0055】
更に、光学観察装置40は、SEM等の電子顕微鏡に比べ装置サイズが小さく、しかも電子顕微鏡等のように真空処理等を要しないので、本実施形態のように容易にインライン化することができる。また、光学観察装置40の装置コストも電子顕微鏡に比べて安価という利点があり、更に、スループットも電子顕微鏡に比べ高い。
【0056】
図10は、本発明の第2の実施形態に係る塗布現像処理装置及びエッチング装置等の平面図である。なお、図10において、図1における構成要素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。また、本実施形態では、形成されたレジストパターンが複雑な形状であるため、線幅等を測定できない場合に、検査用のウェハを用いてレジストパターンを形成しこの線幅等をSEM等の電子顕微鏡で認識する場合について説明する。
【0057】
本実施形態では、第1の実施形態と同一の光学観察観察装置を2つ設けている。第1の光学観察装置40Aは、第1の実施形態と同様に第2の主ウェハ搬送装置A2の背面側に配設し、第2の光学観察装置40Bはエッチング装置50にウェハ搬送装置64を介して接続させている。このウェハ搬送装置64は、エッチング装置50と第2の光学観察装置40Bとの間でウェハの搬送を行うようになっている。
【0058】
また、第1の光学観察装置40Aの背面側にはSEM等の電子顕微鏡装置70が配設されており、この電子顕微鏡装置70と第1の光学観察装置40Aとの間には、これらの間でウェハの搬送を行うウェハ搬送装置63が配設されている。なお、この電子顕微鏡装置70は、このように搬送装置63で接続してインライン化せずとも、スタンドアロンであってもかまわない。
【0059】
図11に示すフロー参照して、本実施形態では、例えば、上記第1の実施形態と同様にレジストパターンをウェハ上に形成する。レジストパターンが形成されたウェハは、光学観察装置40Aに搬入される。ここで、図12及び図13を参照して、先ずウェハW上の複数のチップ65以外、すなわち製品領域外に形成されたグレーティングパターンPを認識し、このグレーティングパターンPの線幅を測定する(ステップ11)。この光学観察装置40Aで測定されたグレーティングパターンPの線幅をxとする。なお、この場合、グレーティングパターンPの格子ピッチは光学的に認識できる程度の大きさとされており、このグレーティングパターンPは、露光処理の際のマスク(レチクル)に、露光処理の際にチップパターンである実際のレジストパターンQと共にウェハW上に転写すればよい。
【0060】
次に、ウェハWは電子顕微鏡装置70に搬送され、ここでグレーティングパターンP及びレジストパターンQを認識し、それぞれの線幅の測定を行う(ステップ12)。この電子顕微鏡装置70で測定されたグレーティングパターンPの線幅をaとし、レジストパターンQの線幅をbとする。この電子顕微鏡装置70は電子線を利用しているためレジストに収縮が起こり、測定された各線幅は実際の線幅より若干小さいものとなっている。
【0061】
以上のように求められた線幅x,a,bのデータは制御部60(図10参照)に送られる。図14は、光学観察装置40A及び電子顕微鏡装置70でそれぞれ測定された各線幅x,a,bを示す。ここで最終的に求めたい線幅は、実際のレジストパターンQの線幅yである。しかしこのyは複雑な形状であるために光学観察装置40Aでは観察できないので、このyを制御部60において次のように算出する。
【0062】
先ず、上記電子顕微鏡による検査結果a,bに基づき、このa,b間の相関関係b=f1(a)を求める(ステップ13−1)。次に、グレーティングパターンPの線幅x,aに基づき、このx,a間の相関関係x=f2(a)を求める(ステップ13−2)。そして、これら相関関係f1及びf2に基づきx,y間の相関関係y=f3(x)を求めることができる。これにより、最終的に求めたい実際のレジストパターンQの線幅yが求められることになる(ステップ13−3)。
【0063】
このような相関関係f1及びf2を求める工程は、複数の異なるパターンがそれぞれ形成された複数のチップに対し、又は複数の検査用ウェハに対し行うようにして、複数のデータを集積して求めることが好ましい。これにより、より高精度にレジストパターンQの線幅測定を行うことができる。なお、相関関係f1及びf2を求める順序については、f2を求めてからf1を求めるようにしてもよい。
【0064】
実際に製品ウェハを製造する場合には、以上のようなデータベースを基に光学観察装置40Aのみを用いて、例えばグレーティングパターンのみを認識することにより、非破壊的に実際のレジストパターンの線幅を精密に測定することができる。
【0065】
そして例えば、以上のように求めたレジストパターンの線幅に基づいて、第1の実施形態と同様に最適なエッチング処理条件を設定し(ステップ14)、この処理条件下でエッチング処理を行う(ステップ15)。
【0066】
次に、エッチング処理後に形成された回路パターンの線幅を検査する場合について説明する。上記ステップ15のエッチング処理が施されたウェハWは第2の光学観察装置40Bに搬入される。この第2の光学観察装置40Bでは、上記第1の光学観察装置40Aの測定により求められた相関関係f3に基づいて、グレーティングパターンを認識する(ステップ16)だけで実際の回路パターン上のレジストの線幅を予測することが可能となる(ステップ17)。このように、同一の光学観察装置40A及び40Bを用いることにより、データベースを共有できるので効率良く、しかも非破壊的にエッチング後の線幅測定を精密に行うことができる。
【0067】
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。
【0068】
例えば、上記実施形態では、エッチングの処理条件としてエッチング時間、ガスの組成比、パワーを制御するようにしたが、これらに限らず、チャンバ内の真空度等、線幅の変動に影響を及ぼすと考えられるパラメータ全てについて制御するようにしてもよい。
【0069】
また、上記実施形態では、エッチング装置50と塗布現像処理装置1とを一体的に設けてインラインとしたが、エッチング装置をスタンドアロンとして、作業員によりウェハを運搬するようにしてもよい。この場合、エッチング装置50と塗布現像処理装置1とをLAN等の通信配線で接続し、図7に示すステップ12をもとにステップ13を行う。ステップ12はエッチング装置側の制御部で行ってもよいし、上記実施形態のように塗布現像処理装置側で行うようにしてもよい。更には、別途算出部、記憶部、解析部等を備えた制御装置を設けるようにしてもよい。また、エッチング装置は、図1に示すカセットステーション10の背面側に配設し、ウェハ搬送体22によりウェハをこのエッチング装置に対して搬入出させるようにしてもよい。
【0070】
また、上記実施形態では、パターンの線幅のみについて説明したが、これに限らず、パターン間のピッチ、高さ、サイドウォールの角度等についても光学観察装置を用いて測定することが可能である。
【0071】
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。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトリソグラフィ工程で実際に形成されたレジストパターンの線幅等を精密に測定でき、しかもエッチング処理において最終的に所望の回路パターンを形成することができる。これにより、歩留まりの向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【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】一実施形態に係るエッチング装置の断面図である。
【図6】一実施形態に係る光学観察装置の構成図である。
【図7】塗布現像処理装置における一連の処理工程を示すフロー図である。
【図8】エッチング時間と線幅との関係を示す図である。
【図9】エッチングパワーと線幅との関係を示す図である。
【図10】本発明の第2の実施形態に係る塗布現像処理装置及びエッチング装置等の平面図である。
【図11】第2の実施形態に係る一連の処理工程を示すフロー図である。
【図12】チップ上にレジストパターンが形成されたウェハを示す平面図である。
【図13】図12に示すチップの拡大平面図である。
【図14】光学観察装置及び電子顕微鏡装置でそれぞれ測定された各線幅を示す図である。
【符号の説明】
W...半導体ウェハ
P…グレーティングパターン
Q…レジストパターン
線幅…x,y,a,b
f1,f2,f3…相関関係
1…塗布現像処理装置
40…光学観察装置
40A…第1の光学観察装置
40B…第2の光学観察装置
50…エッチング装置
60…制御部
70…電子顕微鏡装置
Claims (9)
- 基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、
(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識する工程と、
(b)前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、
(c)前記工程(a)と工程(b)で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、
(d)前記工程(b)及び(c)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、
(e)前記工程(d)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法。 - 基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、
(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第1の光学的観察装置で認識する工程と、
(b)前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、
(c)前記工程(a)と工程(b)で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、
(d)前記工程(b)及び(c)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、
(e)前記工程(d)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と、
(f)前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを第2の光学的観察装置で認識する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法。 - 請求項1または請求項2に記載の基板処理方法において、
前記エッチングの処理条件は、
エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする基板処理方法。 - 請求項2に記載の基板処理方法において、
前記第1の光学的観察装置で認識された基板のデータを集積してデータベースを作成し、このデータベースを前記第2の光学的観察装置で認識された基板のデータを解析する際に利用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4に記載の基板処理方法において、
前記工程(f)は、
前記第1の光学的観察装置で認識されたグレーティングパターンのデータベースに基づき、前記エッチング処理後の回路パターンを認識する工程を含む
ことを特徴とする基板処理方法。 - 基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、
(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジス トパターンとの相関を求める手段と、
(b)前記光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、
(c)前記手段(a)及び手段(b)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、
(d)前記手段(c)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、
(a)前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第1の光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、
(b)前記第1の光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、
(c)前記手段(a)及び手段(b)で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、
(d)前記手段(c)での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と、
(e)前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを認識する第2の光学的観察装置と
を具備することを特徴とする基板処理装置。 - 請求項6または請求項7に記載の基板処理装置において、
前記エッチングの処理条件は、
エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも1つを含む
ことを特徴とする基板処理装置。 - 請求項7に記載の基板処理装置において、
前記第1の光学的観察装置で認識された基板のデータを集積してデータベースを作成し、このデータベースを前記第2の光学的観察装置で認識された基板のデータを解析する際に利用する手段
を更に具備することを特徴とする基板処理装置。
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