JP4934060B2 - 基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び塗布処理システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び塗布処理システムに関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の温度を調節した後、当該ウェハ上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布処理が行われている。

上述のレジスト塗布処理では、通常ウェハがスピンチャックに保持され、ウェハが回転した状態で、ウェハの中心にレジスト液が供給される。ウェハの中心に供給されたレジスト液は遠心力によってウェハ表面の全面に拡散し、ウェハ表面上にレジスト膜が形成される。

しかしながら、回転中のウェハにレジスト液を供給した場合、ウェハの中心部と周辺部との周速の違いによりレジスト液中の溶媒の揮発速度に差が生じ、その結果として中心部と周辺部のレジスト膜の膜厚に差が生じる。そこで、レジスト膜の膜厚をウェハ面内で均一にするために、レジスト塗布処理の前のウェハの温度調節において、ウェハ面内に温度分布を持たせる方法が提案されている。例えばウェハの周辺部の膜厚が中心部の膜厚よりも厚くなる場合には、その度合いに応じて中心部の温度が周辺部の温度より高くなるようにウェハの温度分布を制御している（特許文献１）。

特開平５−３６５９７号公報

上述のように周速の違いに応じて中央部と周辺部の温度を変えてウェハの温度を調節した場合、調節直後に塗布処理されるウェハについては、そのレジスト膜の膜厚を均一にすることができる。しかしながら、スピンチャックとウェハの温度差を考慮せずウェハの面内の温度を例えば中心部と周辺部で変えて温度調節しているので、スピンチャックとウェハとの間に温度差が生じてきた場合には、塗布膜が均一にならないおそれがあった。すなわち、例えば温度調節されたウェハの中心部であって、ウェハのスピンチャックに保持される部分の温度がスピンチャックの温度より高い場合、ウェハの塗布処理回数が増加するにつれ、スピンチャックにウェハから伝達される熱が徐々に蓄熱されて、スピンチャックの温度が上昇する。そうすると、ウェハはスピンチャックの温度上昇の影響を受けてウェハの中心部の温度が高くなり、ウェハの中心部の膜厚が周辺部の膜厚より厚くなる。また、例えば温度調節されたウェハの中心部の温度がスピンチャックの温度より低い場合、スピンチャックの温度が下がり、ウェハの中心部の膜厚が周辺部の膜厚より薄くなる。このように、ウェハ塗布処理の積算回数が増加するにつれて、ウェハ上に形成されるレジスト膜の膜厚が不均一になっていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板の塗布処理回数が増加した場合でも、当該基板上に形成される塗布膜の膜厚を均一にすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板の温度を調節する温度調節工程と、その後基板を保持部材で保持し当該基板上に塗布液を塗布する塗布処理工程とを有する基板の処理方法であって、基板が前記保持部材に保持される際に、前記保持部材と接触する基板の接触部の温度が前記保持部材の温度と同じ温度になるように、前記温度調節工程において前記接触部の温度を調節し、前記温度調節工程において、前記基板の接触部以外の部分を、前記接触部の温度と異なる温度に調節することを特徴としている。

本発明によれば、基板が保持部材に保持される際に、保持部材と接触する基板の接触部の温度が保持部材の温度と同じ温度になるように、温度調節工程において接触部の温度を調節するので、基板と保持部材との間での熱伝達がなく、基板の塗布処理を連続して行った場合でも、保持部材の温度が変化することがない。したがって、基板の処理回数を重ねても保持部材が蓄熱しないし、当然の事ながら保持部材の温度の変動に起因する塗布膜の膜厚の不均一さは生じない。
また、例えば塗布処理後に基板上に形成される塗布膜の膜厚において、外側の方が内側に比べて厚くなっている場合には、接触部以外の部分の温度が接触部の温度より高くなるように調節する。また、例えば外側の塗布膜が内側の塗布膜に比べて薄くなっている場合には、接触部以外の部分の温度が接触部の温度より低くなるように調節する。

前記保持部材の温度を測定し、当該測定された保持部材の温度に基づいて、前記温度調節工程における前記接触部の温度調節を制御してもよい。これによって、例えば外的要因によって保持部材の温度が変化した場合でも、その変化に合わせて接触部の温度を調節することができ、基板上に形成される塗布膜の膜厚をより安定して均一にすることができる。なお、この接触部の温度調節の制御は、基板毎に行ってもよいし、また所定の枚数毎に行うようにしてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記の基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。
さらに別な観点による本発明は、基板の表面に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理システムであって、基板を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された基板の表面に塗布液を供給するノズルとを備えた塗布装置と、前記保持部材に基板を受け渡す前に基板の温度を調節する温度調節装置と、前記温度調節装置における基板の温度を調節する制御部と、を有し、前記制御部は、基板が前記保持部材に保持される際に前記保持部材と接触する基板の接触部の温度が前記保持部材の温度と同じになるように、前記接触部の温度を調節し、前記基板の接触部以外の部分を前記接触部の温度と異なる温度に調節するように、前記温度調節装置を制御することを特徴としている。
かかる場合、前記塗布装置は、前記保持部材の温度を測定するセンサを有し、前記制御部は、前記センサで測定された前記保持部材の温度に基づいて前記接触部の温度を調節するように前記温度調節装置を制御してもよい。

本発明によれば、基板を連続処理して処理回数が増加した場合でも、基板上の塗布膜の膜厚を均一にすることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるウェハＷの処理方法を実施するための塗布処理システム１の構成の概略を示す平面図である。

塗布処理システム１は、図１に示すように例えばウェハＷの表面に塗布液としてのレジスト液を供給してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置２と、塗布処理前にウェハＷの温度を調節する温度調節装置３とを有している。レジスト塗布装置２と温度調節装置３との間には、外部から塗布処理システム１内に対してウェハＷを搬入出し、レジスト塗布装置２や温度調節装置３にウェハＷを搬入出するための搬送装置４が設けられている。搬送装置４の内部には、ウェハＷを支持して搬送する搬送アーム５が設けられている。なお、搬送装置４内の雰囲気の温度は、例えば２８℃に維持されている。

レジスト塗布装置２は、図２に示すように内部を閉鎖可能な処理容器１０を有している。処理容器１０の搬送装置４側の側面には、図３に示すように搬送アーム５の搬入領域に臨む面にウェハＷの搬入出口１１が形成され、搬入出口１１には、開閉シャッタ１２が設けられている。

処理容器１０内の中央部には、図２に示すようにウェハＷを保持して回転させる保持部材としてのスピンチャック２０が設けられている。スピンチャック２０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック２０上に吸着保持できる。

スピンチャック２０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構２１を有し、そのチャック駆動機構２１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構２１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック２０は上下動可能である。

スピンチャック２０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ２２が設けられている。カップ２２の下面には、回収した液体を排出する排出管２３と、カップ２２内の雰囲気を排気する排気管２４が接続されている。なお、カップ２２内の雰囲気の温度は、処理容器１０の外部より高い温度、例えば２８℃に維持されている。

図３に示すようにカップ２２のＸ方向負方向（図３の下方向）側には、Ｙ方向（図３の左右方向）に沿って延伸するレール３０が形成されている。レール３０は、例えばカップ２２のＹ方向負方向（図３の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図３の右方向）側の外方まで形成されている。レール３０には、アーム３１が取り付けられている。

アーム３１には、図２及び図３に示すようにレジスト液を吐出するノズル３２が支持されている。アーム３１は、図３に示すノズル駆動部３３により、レール３０上を移動自在である。これにより、ノズル３２は、カップ２２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部３４からカップ２２内のウェハＷの中心部上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。また、アーム３１は、ノズル駆動部３３によって昇降自在であり、ノズル３２の高さを調整できる。ノズル３２には、図２に示すようにレジスト液供給源３５に連通する供給管３６が接続されている。なお、ノズル３２から吐出されるレジスト液の温度は、例えば３３℃である。

温度調節装置３は、図４に示すように内部を閉鎖可能な処理容器４０を有している。処理容器４０の搬送装置４側の側面には、図５に示すように搬送アーム５の搬入領域に臨む面にウェハＷの搬入出口４１が形成され、搬入出口４１には、開閉シャッタ４２が設けられている。

処理容器４０の内部には、図４に示すようにウェハＷを水平に載置する載置台４３が設けられている。載置台４３の内部には、ウェハＷの受け渡しを行うための昇降ピン４４が支持部材４５に支持されて設置されている。昇降ピン４４は、載置台４３内を貫通して鉛直上方に延伸し、例えば載置台４３を中心とする同心円状に等間隔に３本設けられている。支持部材４５の基端部には、昇降ピン４４と支持部材４５を昇降させるための例えばモータを含む駆動機構４６が設けられている。

載置台４３の内部であって支持部材４５の上方には、支持面４３ａが設けられている。支持面４３ａより上方の載置台４３内の空間には、断熱材４７が充填されている。断熱材４７の上面には、ウェハＷを所望の温度に調節する冷却プレート４８が設けられている。これら支持面４３ａ、断熱材４７、冷却プレート４８には、上述の昇降ピン４４が貫通して昇降するための貫通孔４９が形成されている。

冷却プレート４８の内部には、図５に示すように例えば３本の冷却管５０ａ、５０ｂ、５０ｃが冷却プレート４８の中心を円心とする同心円状に設けられている。最も内側の冷却管５０ａには、図４に示すように冷却媒体供給源５１ａに連通する供給管５２ａが接続され、冷却管５０ａの外側にある２本の冷却管５０ｂ、５０ｃには、冷却媒体供給源５１ｂに連通する供給管５２ｂ、５２ｃがそれぞれ接続されている。冷却媒体供給源５１ａ、５１ｂは、制御部１００によりそれぞれ異なる温度に冷却媒体を制御することができる。

内側の冷却管５０ａは、図６に示すようにウェハＷがレジスト液塗布装置２のスピンチャック２０に保持される際に、スピンチャック２０と接触する接触部６０を冷却することができる（図中のハッチング部分）。外側の冷却管５０ｂ、５０ｃは、ウェハＷの接触部６０以外の部分の外周部６１を冷却することができる。

冷却管５０ａには例えば３３℃の冷却媒体を循環させて、接触部６０を冷却する。この冷却媒体の温度は、ウェハＷがスピンチャック２０に保持される際に、接触部６０の温度とスピンチャック２０の温度が同じ温度、すなわち２８℃になるように、制御部１００で決定される。また、冷却管５０ｂ、５０ｃ例えば３５℃の冷却媒体を循環させて、外周部６１を冷却する。この冷却媒体の温度は、ウェハＷ上に形成されるレジスト膜の膜厚が均一になるように、ノズル３２からのレジスト液の吐出量、吐出速度、スピンチャック２０上のウェハＷの回転数等に基づいて、制御部１００で決定される。この外周部６１の温度を決定するにあたっては、例えば図７（ａ）に示すようにウェハＷ上のレジスト膜Ｒの外側が内側に比べて厚くなっている場合には、外周部６１の温度が接触部６０の温度より高くなるように決定される。また、例えば図７（ｂ）に示すようにウェハＷ上のレジスト膜Ｒの外側が内側に比べて薄くなっている場合には、外周部６１の温度が接触部６０の温度より低くなるように決定される。このようにウェハＷを温度調整すると、図７（ｃ）に示すようにウェハＷ上にレジスト膜Ｒが均一な膜厚で形成される。

制御部１００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、上述の冷却媒体供給源５１ａ、５１ｂから冷却管５０ａ、５０ｂ、５０ｃに供給される冷却媒体の温度を制御するプログラムが格納されている。これに加えて、レジスト塗布装置２、温度調節装置３、搬送装置４の駆動系の動作を制御するプログラムも格納されている。なお、前記プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体に記憶されていたものであって、その記憶媒体から制御部１００にインストールされたものが用いられている。

次に、以上のように構成された塗布処理システム１で行われるウェハＷの処理プロセスについて説明する。

先ず、搬送アーム５によって、予め加熱されたウェハＷが温度調節装置３に搬送される。ウェハＷは、昇降ピン４４に受け渡され、冷却プレート４８上に載置される。冷却プレート４８内の冷却管５０ａには３３℃の冷却媒体が循環され、冷却管５０ｂ、５０ｃには３５℃の冷却媒体が循環されている。そして、冷却プレート上のウェハＷの接触部６０が３３℃に冷却され、外周部６１が３５℃に冷却される。このように温度調節されたウェハＷは昇降ピン２２によって搬送アーム５に受け渡される。

搬送アーム５に支持されたウェハＷは、レジスト塗布装置２に搬送される。ウェハＷは、搬送アーム５からスピンチャック２０に受け渡され、スピンチャック２０に吸着保持される。このとき、カップ２２内の雰囲気の温度は２８℃であり、スピンチャック２０の温度も２８℃になっている。また、ウェハＷの接触部６０の温度は、例えば搬送アーム５によって搬送される間に冷却されて、スピンチャック２０の温度と同じ２８℃になっている。

そして、ウェハＷはスピンチャック２０により５０ｒｐｍ程度に回転される。続いて回転中のウェハＷの中心部に溶剤が供給され、ウェハＷがプリウェットされる。

ウェハＷのプリウェットが終了すると、アーム３１により待機部３４のノズル３２がウェハＷの中心部の上方まで移動する。そして、５０ｒｐｍで回転中のウェハＷに対してノズル３２からレジスト液の吐出が開始される。その後、ウェハＷの回転数が高速の３５００ｒｐｍ程度に加速され、回転中のウェハＷには引き続きノズル３２からレジスト液が吐出される。そして、レジスト液が遠心力によりウェハＷの表面の全面に拡散されて、ウェハＷの表面にレジスト液が塗布される。

その後、所定の時間が経過した後、ウェハＷの回転が例えば１０００ｒｐｍ以下、より好ましくは１００ｒｐｍ程度に減速され、ウェハＷ上のレジスト液が均されて平坦化される。

また、ウェハＷを減速すると同時に、アーム３１によりノズル３２がレジスト液を引き続き吐出した状態で、ウェハＷの中心部の上方からウェハＷの径方向に所定距離、例えば５ｍｍ以上、より好ましくは５〜３０ｍｍ程度移動する。これにより、ウェハＷの表面におけるレジスト液の吐出位置がウェハＷの中心部からずらされる。なお、このときのウェハＷの回転速度は、低速の１００ｒｐｍに維持されている。ノズル３２は、ウェハＷの中心部上方から所定距離ずれたところで停止し、このときレジスト液の吐出が停止される。その後、引き続きウェハＷが低速の１００ｒｐｍで回転され、ウェハＷ上のレジスト液が均されて平坦化される。

その後、所定の時間が経過した後、ウェハＷの回転が中速の例えば１５００ｒｐｍ程度に加速され、ウェハＷ上のレジスト液が乾燥される。こうして、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。

ウェハＷの乾燥終了後、ウェハＷの回転が停止されて、スピンチャック２０上からウェハＷが搬出されて、一連のウェハ処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、ウェハＷがスピンチャック２０に保持される際に、接触部６０の温度とスピンチャック２０の温度が同じ温度になるように、温度調節装置３でウェハＷの接触部６０の温度を調節しているので、ウェハＷとスピンチャック２０との間で熱伝達がなく、ウェハＷの塗布処理回数を重ねても、スピンチャック２０が蓄熱せず、スピンチャック２０の温度が変化することがない。したがって、一旦ウェハＷの外周部６１の温度を調節して、ウェハＷ上に形成されるレジスト膜の膜厚が均一になると、その後ウェハＷの処理回数が増加しても、安定してレジスト膜の膜厚を均一にすることができる。

また、本実施の形態のウェハＷの処理方法は、ウェハＷにレジスト液を塗布する際のカップ２２内の雰囲気の温度が高い場合に特に有効である。本実施の形態のカップ２２内の雰囲気の温度は２８℃であり、従来のカップ２２内の雰囲気の温度２３℃（レジスト塗布装置２の外部の雰囲気の温度）より高い。したがって、レジスト膜の乾燥時間を短縮することができ、発明者らの知見によれば、乾燥時間を従来より約２０％短縮することができる。これによって、ウェハＷ処理のスループットを向上させることができる。

以上の実施の形態のスピンチャック２０には、図８に示すようにスピンチャック２０の表面温度を測定するセンサ７０が設けられていてもよい。このセンサ７０で測定されたスピンチャック２０の表面温度は、制御部１００に出力される。そして制御部１００において、測定されたスピンチャック２０の表面温度に基づいて、冷却媒体供給源５１ａから冷却管５０ａに供給される冷却媒体の温度が決定される。このように、スピンチャック２０の温度をモニターし、冷却管５０ａ内の冷却媒体の温度をフィードバック制御することによって、例えばチャック駆動機構２１の発熱等の外的要因によってスピンチャック２０の温度が変化した場合でも、ウェハＷがスピンチャック２０に保持される際の接触部６０の温度と、スピンチャック２０の温度とを常に同じ温度にすることができる。したがって、ウェハＷ上に形成されるレジスト膜の膜厚をより安定して均一にすることができる。なお、この接触部６０の温度調節のフィードバック制御は、ウェハＷ毎に行ってもよいし、また所定の枚数毎に行ってもよい。

以上の実施の形態のレジスト液のノズル３２に接続された供給管３７には、図９に示すようにレジスト液を加熱する加熱処理装置８０が設けられていてもよい。かかる場合、レジスト液供給源３５から供給されたレジスト液は、加熱処理装置８０によって一旦所定の温度、例えば４０℃に加熱されて、一定時間保持される。その後、レジスト液は、処理液温度調節装置８１により例えば３３℃に冷却されてノズル３２からウェハＷ上に吐出される。このように一旦レジスト液を加熱することによって、レジスト液中に含まれるゲル状の不溶化物をレジスト液中に再溶解させることができる。したがって、この不溶化物によるウェハＷ上のレジストパターンの欠陥を軽減することができる。なお、加熱処理装置８０は、ノズル３２の近傍に設けられるのが好ましい。

以上の実施の形態では、レジスト塗布装置２のカップ２２内の雰囲気の温度を２８℃としていたが、３５℃〜４０℃にしてもよい。かかる場合、レジスト塗布処理におけるレジスト膜の乾燥時間をより短縮することができ、発明者らの知見によれば、乾燥時間を従来より約５０％短縮することができる。これによって、ウェハＷ処理のスループットをさらに向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば以上の実施の形態では、レジスト液の塗布処理を例に採って説明したが、本発明は、レジスト液以外の他の塗布液、例えば反射防止膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜などを形成する塗布液、あるいは現像液の塗布処理にも適用できる。また、以上の実施の形態では、ウェハＷに塗布処理を行う例であったが、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板の塗布処理にも適用できる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板に塗布液を塗布する際の基板の処理に有用である。

本実施の形態にかかるウェハの処理方法を実施するための塗布処理システムの構成の概略を示す平面図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面図である。 レジスト塗布装置の構成の概略を示す平面図である。 温度調節装置の構成の概略を示す縦断面図である。 温度調節装置の構成の概略を示す平面図である。 温度調節後のウェハの様子を示す説明図である。 ウェハ上のレジスト膜の様子を示した説明図であり、（ａ）は外側が内側より厚い様子を示し、（ｂ）は外側が内側より薄い様子を示し、（ｃ）は均一に形成された様子を示している。 他の実施の形態にかかるレジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるレジスト塗布装置の構成の概略を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 塗布処理システム
２ レジスト塗布装置
３ 温度調節装置
４ 搬送装置
２０ スピンチャック
２２ カップ
３２ ノズル
４８ 冷却プレート
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 冷却管
６０ 接触部
６１ 外周部
７０ センサ
８０ 加熱処理装置
１００ 制御部
Ｗ ウェハ

Claims (6)

1. 基板の温度を調節する温度調節工程と、その後基板を保持部材で保持し当該基板上に塗布液を塗布する塗布処理工程とを有する基板の処理方法であって、
   基板が前記保持部材に保持される際に、前記保持部材と接触する基板の接触部の温度が前記保持部材の温度と同じ温度になるように、前記温度調節工程において前記接触部の温度を調節し、
   前記温度調節工程において、前記基板の接触部以外の部分を、前記接触部の温度と異なる温度に調節することを特徴とする、基板の処理方法。
2. 前記保持部材の温度を測定し、当該測定された保持部材の温度に基づいて、前記温度調節工程における前記接触部の温度調節を制御することを特徴とする、請求項１に記載の基板の処理方法。
3. 請求項１又は２に記載の基板の処理方法を基板処理装置によって実行させるために、当該基板処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
4. 請求項３に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
5. 基板の表面に塗布液を供給して塗布膜を形成する塗布処理システムであって、
   基板を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された基板の表面に塗布液を供給するノズルとを備えた塗布装置と、
   前記保持部材に基板を受け渡す前に基板の温度を調節する温度調節装置と、
   前記温度調節装置における基板の温度を調節する制御部と、を有し、
   前記制御部は、基板が前記保持部材に保持される際に前記保持部材と接触する基板の接触部の温度が前記保持部材の温度と同じになるように、前記接触部の温度を調節し、前記基板の接触部以外の部分を前記接触部の温度と異なる温度に調節するように、前記温度調節装置を制御することを特徴とする、塗布処理システム。
6. 前記塗布装置は、前記保持部材の温度を測定するセンサを有し、
   前記制御部は、前記センサで測定された前記保持部材の温度に基づいて前記接触部の温度を調節するように前記温度調節装置を制御することを特徴とする、請求項５に記載の塗布処理システム。

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