JP4261107B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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。
【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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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得る。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悪影響を及ぼすおそれがある。これまでの塗布現像処理装置では、かかるウェハ周囲の環境については考慮されていなかったため、より精密な線幅やレジスト膜厚の制御が困難となっていた。
【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考慮した、より精密な線幅制御及びレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理装置は、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理部と、レジスト膜が形成された基板を現像する現像処理部と、基板に熱的処理を施す熱処理部と、前記現像処理前に露光処理を行う露光装置側に対して基板の受け渡しを行う受け渡し部と、少なくとも前記レジスト膜形成処理部、現像処理部及び熱処理部の間で基板の搬送を行う搬送機構とを有した所望のレジストパターンを形成するための基板処理装置において、前記熱処理部は、露光処理終了後現像処理前に第１の熱的処理を行う第１の熱処理部と、前記レジスト膜の形成後露光処理前に第２の熱的処理を行う第２の熱処理部とを含み、当該基板処理装置は、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予め作成された関数モデルを格納する関数モデル格納部と、前記関数モデルのうちレジストパターンの線幅に関するモデル式 線幅モデルＣＤ [ ｎｍ ] ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄｗ＋ｈ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｈは定数、ｘは前記露光処理終了後から前記第１の熱的処理が開始されるまでの時間 [ ｓ ] 、ｙは前記第２の熱的処理後の基板の待機時間 [ ｓ ] 、ｚは当該基板処理装置内の温度 [ ℃ ] 、ｗは当該基板処理装置内の気圧 [ ｈＰａ ] ）に基づき得られる前記線幅の値を予測し、前記現像処理条件のうちの、現像時間、現像液の濃度及び現像液の温度のうち少なくとも１つをフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを具備する。
【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上記各処理における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を予め作成しておく。この関数モデルとしては、例えばレジスト膜厚やパターンの線幅等に関するもの作成しておく。そして、実際の製品ウェハの製造段階においてこの関数モデルに基づきレジスト膜の形成条件、現像処理条件、熱処理条件及び搬送機構における搬送条件のうち少なくとも１つを制御する。これにより、上記関数モデルによって、例えば線幅を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。また、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、より精密にパターンの線幅やレジスト膜厚を制御できる。更に、本発明では、関数モデルに基づき熱処理条件や搬送条件をも制御しているので、より高精度な線幅及び膜厚の制御を行うことができる。
また、これらのパラメータのうち、「前記露光処理終了後から前記第１の熱的処理が開始されるまでの時間」及び「前記第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。
特に、最も線幅の変動に影響を及ぼすと考えられる現像時間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。
【００１５】
特に、最も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、容易かつ精密に線幅を制御することができる。
【００１６】
本発明の一の形態によれば、前記線幅、レジスト膜厚、又はオーバーレイを検査する検査装置を更に具備し、前記搬送機構は、前記検査装置に対し基板の受け渡し可能に設けられている。これにより、各検査装置による各検査を実際の製品ウェハの製造段階で動的に自動化して行うことができ、例えば、これらの各検査結果に基づきフィードフォワードやフィードバック等の制御が可能となる。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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受け入れ部として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。
【００２０】
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。更に、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。
【００２１】
また、カセットステーション１０における下方部には、図２に示すように、この塗布現像処理装置１の全体を統括的に制御する集中制御部８が組み込まれている。
【００２２】
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。
【００２３】
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、パターンの重ね合わせを検査するオーバーレイ検査装置４７、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４８、レジストパターンの線幅を検査する線幅検査装置４９が多段に設けられており、第２の主ウェハ搬送装置Ａ２はこれらの検査装置等に対してウェハの受け渡しが可能となっている。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。
【００２４】
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・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。
【００２５】
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の熱処理部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の熱処理部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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。例えば、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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を支持する支持部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。支持部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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図６及び図7は、本発明の一実施形態に係る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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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[℃]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１６参照)。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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等のプロセスが相違するだけである。
【００４８】
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３２による制御の下、ウェハＷを載置させて例えば１００℃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。
【００４９】
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℃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。
【００５０】
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。
【００５１】
更にこの筐体７５の温調プレート７１側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。
【００５２】
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℃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。
【００５３】
図１１は、塗布現像処理装置１の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）、主ウェハ搬送装置Ａ１等の搬送系の装置及びセンサ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。
【００５４】
またバス５には上記集中制御部８が接続され、この集中制御部８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５６、加熱温度−線幅モデル格納部５７及び回転数−膜厚モデル格納部５８がそれぞれ接続されている。
【００５５】
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。
【００５６】
現像時間−線幅モデル格納部５６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。加熱温度−線幅モデル格納部５７も同様に、それぞれポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）による加熱温度と線幅との相関関係を数式にして記憶している。また、回転数−膜厚モデル格納部５９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。
【００５７】
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。
【００５８】
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１２−１）。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℃で所定の加熱処理が行われ（ステップ１２−２）、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１２−３）、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１２−４）。
【００５９】
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〜５０００ｒｐｍ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。
【００６０】
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１７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。
【００６１】
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１２−５）。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。
【００６２】
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１２−６）。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１２−７）。
【００６３】
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。
【００６４】
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１２−８）。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。
【００６５】
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１２−９)。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。
【００６６】
この後、冷却処理ユニット（ＣＰＬ）により所定の冷却処理が行われる（ステップ１２−１０）。
【００６７】
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。
【００６８】
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４９、又はオーバレイ検査装置４７においてそれぞれ線幅の検査、又はオーバーレイ検査を行う場合もある。
【００６９】
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。また、図１４は、目標の線幅にするために現像時間を補正する場合のモデル式である。更に、図１５は、現像時間目標の線幅にするために行う補正工程を示すフロー図である。図１３に示す線幅モデルは、上記時間ｘ及びｙと、塗布現像処理装置内の温度ｚ[℃]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。
【００７０】
そして、図１５を参照して、先ず１枚又は複数の検査用ウェハを、例えば図１２に示すフローで処理し、実際に現像処理まで行い、この処理されたウェハに関するセンサデータや時間データ等をウェハごとに収集する（ステップ１５−１）。次に、これらのデータを解析し（ステップ１５−２）、上記線幅モデル式で実際に形成されるであろう線幅を現像処理前に求める。すなわち、このモデル式を予め作成しておくことにより、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。
【００７１】
線幅が予測されると、この線幅値が所定の範囲内（例えば、±５ｎｍの範囲内）にあるか否かの判断を行う（ステップ１５−３）。線幅値が所定の範囲内にあればそのまま実際の製品ウェハで処理を続行し（ステップ１５−４）、現像処理を行う。これにより、実際に所望の線幅を有するレジストパターンが得られる。
【００７２】
一方、所定の範囲内になければ、次のように現像時間を補正する（ステップ１５−５）。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ので、このような相関関係を利用する。
【００７３】
実際に現像時間を補正する場合には、例えば目標となる線幅（所望の線幅）を入力し、図１４で表された式

に上記計算により得られた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。
【００７４】
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を予め作成しておき、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線幅を予測することができる。また、一旦、上記線幅モデルを作成しておくことにより、これに基づいて解析を行えば、実際の製品ウェハを製造する場合においても動的に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、歩留まりの向上が図れる。
【００７５】
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。
【００７６】
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は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ウェハごとに当該時間が異なることを考慮すると効果的である。
【００７７】
また、本実施形態においては、オーバーレイ検査装置４７、膜厚検査装置４８及び線幅検査装置４９をインラインとして主ウェハ搬送装置Ａ２により基板を搬送可能としたので、これら各検査を実際の製品ウェハの製造段階で動的に自動化して行うことができる。これにより、例えば、これらの各検査結果に基づきフィードフォワードやフィードバック等の制御が可能となる。
【００７８】
更に、上記線幅モデルは、レジストの種類、又は目標膜厚に応じて作成することにより、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、又は目標膜厚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。
【００７９】
図１６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１７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、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。
【００８０】
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を予め作成しておき、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。
【００８１】
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。
【００８２】
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最初にダミーウェハを処理する、いわゆるロット先行処理でよい。
【００８３】
図１８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。
【００８４】
図１９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１７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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
更には、現像時間、ウェハ回転数及び加熱処理温度を補正する代わりに、線幅に関しては、図１３における時間ｘ，ｙや装置１内の温度ｚ、気圧ｗを補正するようにして所望の線幅が得られるようにしてもよいし、膜厚に関しては図１６に示す気圧ｐ，カップ温度ｑ，湿度ｒ等を補正するようにして所望の膜厚のレジスト膜を形成できるようにしてもよい。
【００９０】
また、図１８及び図１９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。
【００９１】
また、露光装置１００（図１参照）における露光処理条件をも塗布現像処理装置１側の集中制御部８で制御するようにしてもよい。この場合、例えば、露光量と線幅との関係については逆比例的な相関関係があることがわかっているので、この露光量をフィードフォワードで制御することにより、所望の線幅を有するレジストパターンを得ることができる。また、露光量だけでなく、露光フォーカス値をも制御するようにしてもよい。
【００９２】
また、例えばエッチング装置を塗布現像処理装置１に対してインライン化し、このエッチング処理条件をも集中制御部８で制御するようにしてもよい。この場合、例えば、エッチング時間と線幅との関係については逆比例的な相関関係があることがわかっているので、このエッチング時間をフィードフォワードで制御することにより、所望の線幅を有するパターンを得ることができる。
【００９３】
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。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板周囲の環境を考慮した、より精密な線幅制御及びレジスト膜厚制御を行うことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【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】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】所望の線幅又は膜厚を得るために現像時間又は基板回転数を補正する場合のフロー図である。
【図１６】膜厚モデル及びその各パラメータを示す図である。
【図１７】ウェハの回転数と膜厚との関係を示す図である。
【図１８】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１９】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。
【符号の説明】
Ｗ...半導体ウェハ
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
８…集中制御部
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

Claims (3)

1. 基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理部と、レジスト膜が形成された基板を現像する現像処理部と、基板に熱的処理を施す熱処理部と、前記現像処理前に露光処理を行う露光装置側に対して基板の受け渡しを行う受け渡し部と、少なくとも前記レジスト膜形成処理部、現像処理部及び熱処理部の間で基板の搬送を行う搬送機構とを有した所望のレジストパターンを形成するための基板処理装置において、
   前記熱処理部は、露光処理終了後現像処理前に第１の熱的処理を行う第１の熱処理部と、前記レジスト膜の形成後露光処理前に第２の熱的処理を行う第２の熱処理部とを含み、
   当該基板処理装置は、
   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予め作成された関数モデルを格納する関数モデル格納部と、
   前記関数モデルのうちレジストパターンの線幅に関するモデル式
   線幅モデルＣＤ［ｎｍ］＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄｗ＋ｈ
   （ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｈは定数、ｘは前記露光処理終了後から前記第１の熱的処理が開始されるまでの時間［ｓ］、ｙは前記第２の熱的処理後の基板の待機時間［ｓ］、ｚは当該基板処理装置内の温度［°Ｃ］、ｗは当該基板処理装置内の気圧［ｈＰａ］）
   に基づき得られる前記線幅の値を予測し、前記現像処理条件のうちの、現像時間、現像液の濃度及び現像液の温度のうち少なくとも１つをフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と
   を具備することを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記関数モデルは、前記レジストの種類又は目標膜厚ごとに作成する
   ことを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記線幅、レジスト膜厚、又はオーバーレイを検査する検査装置を更に具備し、
   前記搬送機構は、前記検査装置に対し基板の受け渡しが可能に設けられている
   ことを特徴とする基板処理装置。

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