JP2003203837A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板面内で、更には複数の基板間で線幅等を
均一に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。 【解決手段】 電子顕微鏡等の観察装置９０で検知され
たウェハＷ表面の下地膜の形状に応じて、現像処理条
件、熱的処理条件及び露光処理条件のうち少なくとも１
つを制御する。例えば、現像処理については、現像液を
吐出するための複数の孔が形成された長尺状のノズル５
３Ａ〜５３Ｃを用い、各ノズルにおいて複数の孔の径を
前記ノズルの中央部から端部に沿ってそれぞれ異なるよ
うに形成しウェハＷの表面形状に応じてこれらノズルを
選択することにより、ウェハＷ面内で現像液の供給量を
意図的に異なるように制御することができる。従って、
線幅等の大小を制御でき、ウェハＷ面内で線幅等を均一
にすることができる。またこれにより、複数のウェハ間
でも線幅等の均一性を確保することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【０００３】このようなフォトリソグラフィ工程は、従
来から、金属等の下地膜が形成されたウェハ上にレジス
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
レジスト膜の形成において、下地膜である金属膜の種類
又は形状によっては、その金属膜の上に塗布したレジス
ト膜厚がウェハ面内、又は複数のウェハ間で不均一とな
り、これにより、現像後に形成される線幅等のウェハ面
内、又は複数のウェハ間での均一性を確保できないとい
う問題がある。例えば、下地膜の形状がウェハ面内で平
坦でなく凹凸を有する場合には、線幅等が不均一となる
可能性がある。更に、ウェハ面内で不均一となれば複数
のウェハ間でも不均一となる可能性がある。

【０００６】以上のような事情に鑑み、本発明の目的
は、基板面内で、更には複数の基板間で線幅等を均一に
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。

【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方法は、基板上にレジスト膜
を形成した後、露光処理、熱的処理及び現像処理を行う
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、基板の表面形状を検知する工程と、前
記検知された基板の表面形状に応じて、前記現像処理条
件、露光処理条件及び熱的処理条件のうち少なくとも１
つを制御する工程とを具備する。

【０００８】本発明では、例えば、電子顕微鏡等の観察
装置で検知された基板表面の下地膜の形状に応じて、現
像処理条件、熱的処理条件及び露光処理条件のうち少な
くとも１つを制御する。現像処理条件の制御は、基板に
対する現像液の供給量、現像液の濃度又は現像時間を制
御することが好ましい。また、露光処理条件の制御は、
露光量又はフォーカス値を制御し、更に熱的処理条件の
制御は、当該熱的処理の温度又はその時間を制御するこ
とが好ましい。これにより、下地膜に凹凸がある場合で
あっても、その形状に対応して各処理条件を制御するこ
とで、所望のレジストパターンが得られ、特に基板面
内、又は複数の基板間で、線幅等の均一性を確保するこ
とができる。

【０００９】本発明の一の形態によれば、前記現像液の
供給量、濃度の制御工程は、基板面内で同心円状に当該
供給量又は濃度を異なるように制御する工程を含む。例
えば、下地膜の膜厚が基板中央部と周縁部とで均一でな
い場合に、基板面内で同心円状に現像液の供給量を意図
的に異なるようにすることにより線幅等の大小を制御で
き、基板面内で線幅等を均一にすることができる。ま
た、現像液の濃度についても同様に、濃度の濃薄により
線幅の大小を制御できるので、基板面内で線幅等を均一
にすることができる。更に、現像時間についても同様
に、現像時間の長さにより線幅の大小を制御できるの
で、複数の基板間で線幅等を均一にすることができる。

【００１０】本発明の一の形態によれば、前記露光量又
はフォーカス値の制御工程は、基板面内で同心円状に当
該露光量又はフォーカス値を異なるように制御する工程
を含む。例えば、下地膜の膜厚が基板中央部と周縁部と
で均一でない場合に、基板面内で同心円状に、露光量又
はフォーカス値を意図的に異なるようにすることによ
り、線幅等の大小を制御でき、基板面内又は複数の基板
間で線幅等を均一にすることができる。また、前記熱的
処理の温度の制御についても同様に、基板面内で同心円
状に意図的にその熱処理温度を異なるように制御し、ま
た、熱処理の時間をも同様に制御することにより、基板
面内又は複数の基板間で線幅等を均一にすることができ
る。

【００１１】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熱的処理及び現像処理を行
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、基板の表面形状を検知する手段と、
前記検知された基板の表面形状に応じて、前記現像処理
条件、露光処理条件及び熱的処理条件のうち少なくとも
１つを制御する手段とを具備する。

【００１２】本発明では、例えば、電子顕微鏡等の観察
装置で検知された基板表面の下地膜の形状に応じて、現
像処理条件、熱的処理条件及び露光処理条件のうち少な
くとも１つを制御する。現像処理については、例えば、
現像液を吐出するための複数の孔が形成された長尺状の
ノズルを用い、この複数の孔の径を前記ノズルの中央部
から端部に沿ってそれぞれ異なるように形成することに
より、基板の表面形状に応じて、現像液の供給量を制御
することができる。これによって、例えば、下地膜の膜
厚が基板中央部と周縁部とで均一でない場合に、基板面
内で同心円状に現像液の供給量を意図的に異なるように
することにより線幅等の大小を制御でき、基板面内で、
更には複数の基板間で線幅等を均一にすることができ
る。また、スリット状に形成された現像液吐出口を有す
る長尺状のノズルを用いる場合には、このスリット幅を
その長手方向で異なるように形成することにより、基板
面内で、更には複数の基板間で現像液の供給量を意図的
に異なるようにすることができる。

【００１３】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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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Ｇ
５等に選択的にアクセスできるように設置されている。

【００１９】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（Ａ
Ｄ）１１０、ウェハＷを加熱する加熱ユニット（ＨＰ）
１１３が図３に示すように多段に重ねられている。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。

【００２０】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、熱的処理手段として、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）、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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（ＣＨ
Ｍ）２６，２８がそれぞれ設けられている。

【００２４】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。

【００２５】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２
７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。

【００２６】また、本実施形態では、図１に示すように
カセットステーション１０の背面側に、本発明に係るウ
ェハ表面形状を検知する手段として、ＳＥＭ（走査型電
子顕微）等の観察装置９０が配設されている。この観察
装置９０に対しては、ウェハ搬送体２２がアクセス可能
となっており、ウェハの受け渡しを行うことができるよ
うになっている。なお、この観察装置９０は、本実施形
態のようにインライン化しなくとも、スタンドアロンで
あってデータのみをやり取りするようにしてもかまわな
い。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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１
６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。

【００３０】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。

【００３１】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，１４
ａが設けられており、エア供給室１０ａ，１２ａ，１４
ａ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。

【００３２】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。

【００３３】図６及び図7は、本発明の一実施形態に係
る現像処理ユニット（ＤＥＶ）を示す平面図及び断面図
である。

【００３４】このユニットでは、前述したように筐体４
１’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Ｃ
Ｐ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。

【００３５】カップＣＰの中には、ウェハＷを受け渡し
する際のピン１４８がエアシリンダ等の駆動装置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１
４５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。

【００３６】図６に示すように、ウェハＷの表面に現像
液を供給するための第１ノズル５３Ａは、ウェハの直径
とほぼ同一の長さの長尺状に形成されており、供給管１
３４を介してケミカル室（ＣＨＭ）２８（図２）内の液
供給機構（図示せず）に接続されている。第１ノズル５
３Ａは、カップＣＰの外側に配設されたノズル待機部１
４６でノズルスキャンアーム１３６のノズル保持部材６
０に着脱可能に取り付けられ、ウェハＷ上の所定の位置
まで移送されるようになっている。ノズル待機部１４６
には、第１ノズル５３Ａと同様にウェハＷに現像液を吐
出する第２ノズル５３Ｂ及び第３ノズル５３Ｃが備えら
れている。

【００３７】これらのノズル５３Ａ〜５３Ｃには、図８
に示すように、その下面側に例えば長手方向に１列に複
数の現像液吐出用の孔５６が形成されている。図９
（ａ），（ｂ），（ｃ）は各ノズル５３Ａ〜５３Ｃの下
面から見た平面図であり、各ノズルの吐出孔の配列の違
いを表したものである。図９（ａ）に示すノズル５３Ａ
の吐出孔５６は全て径が同じである。この場合、供給さ
れる現像液の量をウェハ面内で均一にすることができ
る。図９（ｂ）に示すノズル５３Ｂの吐出孔５７は、例
えばノズル中央部から端部にかけて段階的に径が小さく
なるように形成されている。図９（ｃ）に示すノズル５
３Ｃの吐出孔５８は、例えばノズル中央部から端部にか
けて段階的に径が大きくなるように形成されている。こ
のように図９（ｂ），（ｃ）に示すように異なる径の吐
出孔を設けることにより、ウェハに供給される現像液の
量をウェハ面内で異なるようにすることができる。ノズ
ル５３Ｂを用いた場合は、ウェハの端部から中央部にか
けて段階的に現像液の供給量を多くなるようにすること
ができ、逆にノズル５３Ｃを用いた場合は、ウェハの中
央部から端部にかけて段階的に現像液の供給量を多くな
るようにすることができる。

【００３８】また、これらノズル５３Ａ〜５３Ｃの他に
も図９（ｄ）に示すようなノズル５３Ｄを用意してもよ
い。このノズル５３Ｄの吐出孔５９のように、例えばノ
ズル中央部側及び端部側の孔の径を、これら中央部及び
端部の間の径より段階的に大きくすることにより、例え
ばウェハの中央部及び端部への現像液の供給量をその他
より多くすることができる。

【００３９】図６及び図７を参照して、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１
４９と一体にＹ方向で移動するようになっている。移動
機構コントローラ４０は、上記観察装置９０で観察され
たウェハの表面形状の情報を受けてノズルスキャンアー
ム１３６を移動させる移動機構を制御するようになって
いる。これにより、各ノズル５３Ａ〜５３Ｃをウェハの
表面形状に応じて適宜選択することが可能となる。

【００４０】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、ウェ
ハＷ上の現像液を洗い流すためのリンスノズル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。

【００４１】図１０及び図１１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）、ポストベーキングユニット
（ＰＯＳＴ）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。

【００４２】図１０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３２による制御の下、ウェハ
Ｗを載置させて例えば５０℃〜１５０℃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９４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。

【００４３】加熱板８６には、図１２に示すように、例
えば８つのヒータａ〜ｈが同心円状に埋設されており、
これらヒータａ〜ｈは、それぞれ独立して上記温度コン
トローラ３２により温度調整ができるようになってい
る。これにより、この加熱板８６上にウェハを載置させ
て加熱する際、例えば図示するようにウェハ周縁部とウ
ェハ中央部で段階的に加熱温度が異なるようにすること
ができ、温度勾配を設けることができる。なお、このよ
うな温度勾配に限らず、各ヒータａ〜ｈはそれぞれ独立
して制御できるので、制御の組み合わせにより数多くの
加熱処理が可能となる。また、例えば各ヒータａ〜ｈの
電力の投入を制御することにより、１枚のウェハ面内
で、更には複数のウェハ間で加熱時間に差を設けるよう
にすることも可能である。

【００４４】図１０及び図１１を参照して、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１１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８９
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。

【００４５】また、このプリベーキングユニット（ＰＡ
Ｂ）、ポストエクスポージャーベーキングユニット（Ｐ
ＥＢ）には、気圧コントロールのためのエアの流路７５
ｃ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。

【００４６】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７６
ａ、７６ｂが設けられている。

【００４７】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。

【００４８】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１３に示すフローを参照し
ながら説明する。

【００４９】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、ウェハＷは、観察装置９０に搬入されてウェハ
Ｗに形成された下地膜の表面形状を観察する(ステップ
１)。次にウェハＷは受け渡し・冷却処理ユニット（Ｔ
ＣＰ）を介して第１の主搬送装置Ａ１に受け渡され、次
にウェハＷは、第１の主搬送装置Ａ１を介して、ボトム
コーティングユニット（ＢＡＲＣ）へ搬送され、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場合もある。次に、ウェハＷは、
例えばアドヒージョンユニット(ＡＤ)１１０に搬入され
疎水化処理が行われる(ステップ２)。そしてウェハＷ
は、レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）に搬入され、
所望のレジスト膜が形成される（ステップ３）。

【００５０】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（Ｐ
ＡＢ）に搬送される。ここでは先ず、図１０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１０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は待機し
（ステップ４）、その後ウェハ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
５）。そして、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６）。

【００５１】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。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
７）。そして次に、ウェハＷは現像処理ユニット（ＤＥ
Ｖ）に搬送され現像処理が行われる(ステップ８)。

【００５２】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
現像液ノズル５３Ａ〜５３Ｃのうち１つがウェハＷの周
辺位置の上方まで移動し静止する。そして現像液をウェ
ハ上に吐出しながら、駆動モータ１４３によってウェハ
Ｗが例えば３０ｒｐｍで回転することでウェハ上に現像
液が盛られる。

【００５３】ここで、現像液の供給について詳細に説明
する。先ず、例えば図１４（ａ）に示すように、ウェハ
Ｗ上に形成された下地膜４７がウェハ周縁部で凸であっ
て、中央部で凹である場合、この下地膜４７上にレジス
ト膜４８が形成された場合、実際には図１４（ｂ）に示
すようにレジスト膜厚がウェハ面内で均一とならない場
合がある。従って、レジスト膜厚分布に対応して上記現
像液ノズル５３Ｂ（図９（ｂ）参照）を用い現像液を吐
出することにより、図１４（ｃ）に示すように、ウェハ
中央部を凸になるようにし周縁部を凹になるようにして
現像液４９を供給する。現像液量がウェハ面内で一定の
場合であってレジスト膜厚が厚いほど、現像後に形成さ
れるパターン線幅は大きくなる傾向にあることがわかっ
ている。従って、本実施形態のように、レジスト膜厚が
厚い部分に意図的に現像液量を多くすることにより（図
１４（ｄ）参照）、形成されるパターン線幅をウェハ面
内で均一にすることができる。また、同様にウェハ面内
での均一性をも確保することができるので、複数のウェ
ハ間での均一性を得ることも容易になる。

【００５４】また、下地膜４７の形状は、例えば銅、ア
ルミニウム、ナイトライド等の下地膜の種類に応じて異
なる場合があるため、これらの下地膜の種類に応じて各
ノズルを選択することが好ましい。

【００５５】ウェハ上に現像液が盛られた後、所定時間
だけそのまま放置することにより現像処理を進行させ
る。このとき、放置する時間すなわち現像時間の長さを
制御することによって線幅の大小を制御することができ
るので、現像時間を制御することにより複数のウェハ間
での線幅等を均一にすることができる。現像後は、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。

【００５６】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Ａ
１、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。

【００５７】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。

【００５８】ここで、上記ステップ７の加熱処理（ＰＥ
Ｂ）についても現像処理における場合と同様に、図１２
に示すように、ウェハ上に形成された表面形状に応じて
加熱板８６に温度勾配を持たせ加熱処理を行うようにす
る。この加熱温度が高いほど現像後に形成されるパター
ンの線幅を小さくなる傾向にあることがわかっている。
従って、例えば図１４（ｂ）に示すようにレジスト膜厚
が厚い部分に対する加熱温度を意図的に高くすることに
より（図１４（ｄ）参照）、形成されるパターン線幅を
ウェハ面内で均一にすることができる。更に、ウェハ面
内での均一性が得られた上に、複数のウェハ間で加熱時
間を制御することで、複数のウェハ間で線幅等の均一性
を確保することもできる。

【００５９】また、下地膜４７の形状は、例えば銅、ア
ルミニウム、ナイトライド等の下地膜の種類に応じて異
なる場合があるため、これらの下地膜の種類に応じて各
ヒータの加熱温度を選択することが好ましい。

【００６０】また、上記ステップ６の露光処理について
も現像処理及び加熱処理における場合と同様に、ステッ
プ１で観察されたウェハＷ面内で露光量又はフォーカス
値を異なるようにする。例えば図１５に示すように、ウ
ェハＷ上のパターンの形成領域６１に対して露光する場
合、ウェハＷの表面形状に応じて、同心円状に例えば破
線ａで示す部分については１５[ｍＪ]，破線ｂで示す部
分については１６[ｍＪ]，破線ｃで示す部分については
１７[ｍＪ]，・・・というように、ウェハＷの中心部か
ら同心円状に段階的に露光量を強くなるようにしてａ〜
ｆまで露光する。あるいは、ウェハの表面形状によって
は、ウェハＷの中心部から同心円状に段階的に露光量を
弱くなるようにしてもよい。また、露光量のみでなくフ
ォーカス値を同心円状に異なるようにしてもよい。

【００６１】露光量が大きいほど高いほど現像後に形成
されるパターンの線幅を小さくなる傾向にあることがわ
かっているため、例えば図１４（ｂ）に示すようにレジ
スト膜厚が厚い部分に対する露光量を意図的に大きくす
ることにより（図１４（ｄ）参照）、形成されるパター
ン線幅等をウェハ面内で、更には複数のウェハ間で均一
にすることができる。

【００６２】更に、同心円状に段階的に露光量を異なる
ようにする場合に限られず、下地膜の種類又は形状に応
じて種々の組み合わせで露光量又はフォーカス値を可変
することができ、ウェハ面内、更には複数のウェハ間の
線幅等の均一性を確保することができる。

【００６３】図１６、図１７及び図１８は、他の実施形
態に係る現像液ノズルの下から見た平面図である。図１
６（ａ）に示すノズル６６Ａ，６６Ｂ及び６６Ｃは、そ
れぞれスリット状の現像液の吐出口６８，６９及び７０
を有している。ノズル６６Ａの吐出口６８の幅は、この
ノズルの長手方向で一定であり、現像液の供給量をウェ
ハ面内で均一にすることができる。図１６（ｂ）に示す
ノズル６６Ｂの吐出口６９の幅は、ノズル長手方向で中
央部から端部にかけて除々に小さくなるように形成され
ており、これにより、ウェハ上の中央部に供給される現
像液の量をウェハ周縁部より多くできる。図１６（ｃ）
に示すノズル６６Ｃの吐出口７０の幅は、ノズル長手方
向で中央部から端部にかけて除々に大きくなるように形
成されており、これにより、ウェハ上の周縁部に供給さ
れる現像液の量をウェハ中央部より多くできる。このよ
うなノズル６６Ａ〜６６Ｃを適宜選択することにより、
ウェハ面内で、更には複数のウェハ間で均一な線幅等の
レジストパターンを得ることができる。

【００６４】図１７（ａ）に示すノズル８３は、現像液
の吐出孔８１が全て同一ではあるが、各吐出孔８１の開
度を調整する例えば１対の調整部材８２が互いに接離可
能にノズル内部に設けられており、この１対の調整部材
８２の対向する各辺８２ａが凸状に形成されている。従
って、図１７（ｂ）に示すように、調整部材８２同士が
接離することにより、各吐出孔の開度をそれぞれ調整で
きる。しかもノズル中央部から端部にかけて開度を大き
くすることができるので、ウェハ端部に供給される現像
液の量を中央部より多くすることができる。これによ
り、現像液の供給量をウェハ面内で自由調整でき、所望
のレジストパターンを形成することができる。また、ウ
ェハ面内での均一な線幅等を有するレジストパターンを
得ることができるので、複数のウェハ間でも均一な線幅
等に制御することが容易になる。

【００６５】図１８に示すノズル９３もノズル８３と同
様に、同一径を有する各吐出孔９１の開度を調整する１
対の調整部材９２が接離可能に設けられている。この調
整部材９２の各対向辺はノズル８３の調整部材８２とは
逆に凹状に形成されている。従って、ウェハ中央部に供
給される現像液の量を端部より多くすることができる。

【００６６】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。

【００６７】例えば、上記現像処理においては、現像液
の供給量又は現像時間を制御するようにしたが、これに
限らず、現像液の濃度を制御するようにしてもよい。こ
の場合、例えば予め濃度の異なる現像液を段階的に複数
用意しておき、現像液ノズル内に、当該複数の濃度を有
する現像液に合わせて現像液の貯溜室を複数形成し、こ
れら複数の貯溜室に対応して複数の吐出孔から濃度の異
なる現像液を供給するようにすることができる。

【００６８】また、上記加熱処理においては加熱板８６
のヒータａ〜ｈをそれぞれ異なる温度に設定したが、こ
れに限らず、ヒータａ〜ｈの電源を別々にしたり、ある
いはスイッチングによりそれぞれのヒータａ〜ｈの電力
の投入を制御することにより、１枚のウェハ面内で加熱
時間に差を設けるようにすることも可能である。加熱時
間も線幅等に影響があると考えられるため、これによっ
ても線幅等の均一性を確保することができる。

【００６９】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。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パターンの線幅、パターン間のピッチ等をウェハ面内
で、更には複数のウェハ間で均一にすることができ、所
望のレジストパターンを形成することができる。

【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】一実施形態に係る現像処理ユニット（ＤＥＶ）
を示す平面図である。

【図７】図６に示す現像処理ユニット（ＤＥＶ）を示す
断面図である。

【図８】一実施形態に係る現像液ノズルの下方から見た
斜視図である。

【図９】現像液ノズルの下から見た平面図である。

【図１０】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１１】図１０に示すユニットの断面図である。

【図１２】一実施形態に係る加熱板の各ヒータの構造を
示す平面図及びウェハ面内における加熱温度を示す図で
ある。

【図１３】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１４】（ａ）〜（ｃ）は、下地膜が形成されたウェ
ハ上にレジスト膜を形成し現像液を供給する工程を示す
断面図であり、（ｄ）は、ウェハ面内における現像液の
供給量を示す図である。

【図１５】露光処理において、異なる露光量の分布を示
す平面図及びウェハ面内における露光量を示す図であ
る。

【図１６】スリット状の吐出口を有する現像液ノズルの
下から見た平面図である。

【図１７】凸状辺を有する調整部材を設けた現像液ノズ
ルの下から見た平面図である。

【図１８】凹状辺を有する調整部材を設けた現像液ノズ
ルの下から見た平面図である。

【符号の説明】 Ｗ...半導体ウェハ ａ〜ｃ…ヒータ １…塗布現像処理装置 ３２…温度コントローラ ４０…移動機構コントローラ ４７…下地膜 ４８…レジスト膜 ５３Ａ〜５３Ｃ…現像液ノズル ５６，５７，５８…吐出孔 ６６Ａ〜６６Ｃ…現像液ノズル ６８，６９，７０…吐出口 ８６…加熱板 ９０…観察装置 １００...露光装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ｄ ５６９Ｆ ５６７ 21/306 Ｊ (72)発明者 田所 真任 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 岩永 修児 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 DA10 EA30 FA01 GA01 LA30 5F043 AA37 BB25 CC12 DD13 EE07 EE08 5F046 DA02 DA14 KA04 LA03 LA04 LA12

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にレジスト膜を形成した後、露光
   処理、熱的処理及び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、 基板の表面形状を検知する工程と、 前記検知された基板の表面形状に応じて、前記現像処理
   条件、露光処理条件及び熱的処理条件のうち少なくとも
   １つ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。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、 前記現像処理条件の制御工程は、基板に対する現像液の
   供給量、現像液の濃度又は現像時間を制御する工程を含
   むことを特徴とする基板処理方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の基板処理方法におい
   て、 前記現像液の供給量又は濃度の制御工程は、基板面内で
   同心円状に当該供給量又は濃度を異なるように制御する
   工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、 前記露光処理条件の制御工程は、露光量又はフォーカス
   値を制御することを特徴とする基板処理方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の基板処理方法におい
   て、 前記露光量又はフォーカス値の制御工程は、基板面内で
   同心円状に当該露光量又はフォーカス値を異なるように
   制御する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、 前記熱的処理条件の制御工程は、当該熱的処理の温度又
   は時間を制御する工程を含むことを特徴とする基板処理
   方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の基板処理方法におい
   て、 前記熱的処理の温度又は時間の制御工程は、基板面内で
   同心円状に当該温度又は時間を異なるように制御する工
   程を含むことを特徴とする基板処理方法。
8. 【請求項８】 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
   熱的処理及び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、 基板の表面形状を検知する手段と、 前記検知された基板の表面形状に応じて、前記現像処理
   条件、露光処理条件及び熱的処理条件のうち少なくとも
   １つ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。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の基板処理装置におい
   て、 前記現像処理条件を制御する手段は、基板に対する現像
   液の供給量を制御することを特徴とする基板処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の基板処理装置におい
    て、 前記現像液の供給量の制御は、基板面内で同心円状に当
    該供給量を異なるように制御することを特徴とする基板
    処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の基板処理装置にお
    いて、 該現像液を吐出するための複数の孔が形成された長尺状
    のノズルを更に具備し、 前記複数の孔の径は、前記ノズルの中央部から端部に沿
    ってそれぞれ異なるように形成されていることを特徴と
    する基板処理装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の基板処理装置にお
    いて、 長尺状に形成され、該長尺状の長手方向に沿って設けら
    れ前記現像液を吐出するためのスリットを有するノズル
    を更に具備し、 前記スリットの幅は、前記ノズルの長手方向で異なるよ
    うに形成されていることを特徴とする基板処理装置。
13. 【請求項１３】 請求項８に記載の基板処理装置におい
    て、 前記現像処理条件を制御する手段は、前記現像液の濃度
    を制御することを特徴とする基板処理装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記現像液の濃度の制御は、基板面内で同心円状に当該
    濃度を異なるように制御することを特徴とする基板処理
    装置。
15. 【請求項１５】 請求項８に記載の基板処理装置におい
    て、 前記露光処理条件の制御は、露光量又はフォーカス値を
    制御することを特徴とする基板処理装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記露光量又はフォーカス値の制御は、基板面内で同心
    円状に当該露光量又はフォーカス値を異なるように制御
    することを特徴とする基板処理装置。
17. 【請求項１７】 請求項８に記載の基板処理装置におい
    て、 前記熱的処理条件の制御は、当該熱的処理の温度又は時
    間を制御することを特徴とする基板処理装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記熱的処理の温度又は時間の制御は、基板面内で同心
    円状に当該温度又は時間を異なるように制御することを
    特徴とする基板処理装置。