JP2008141085A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理中の基板の温度および温度分布を計測することができる装置を提供する。
【解決手段】複数の熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにより複数枚の基板Ｗを同時に熱処理する装置であって、各熱処理ユニットごとにファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの先端部を、その先端部の対物レンズの視野角内に基板が位置するように配設し、各ファイバスコープの接眼部側２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを単一のサーモグラフィ２４に、伝送路を択一的に切り替える切替器２２を介して光学的に接続し、各熱処理ユニットで処理されている基板の温度および温度分布をそれぞれ計測して監視する。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対し熱処理等の処理を施す基板処理装置に関する。

半導体デバイスや液晶ディスプレイなどの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体ウエハやガラス基板などの基板に対しレジスト塗布、露光、現像、エッチングなどの一連の処理を施すことにより製品が製造されている。これらの一連の処理のうち、例えばレジスト塗布処理および現像処理ならびにそれらに付随する熱処理をそれぞれ行う複数の処理ユニットと、それらの各処理ユニット間で基板の搬送を行う複数の搬送ロボットとを備えた基板処理装置（一般に「コータ＆デベロッパ」と呼ばれている）が広く用いられている。そして、そのような基板処理装置に露光装置を併設して、レジスト塗布から露光、現像までの一連の処理が行われている。

上記した半導体デバイスや液晶ディスプレイなどを製造する場合において、例えば、基板を熱処理するときは、熱プレート（ホットプレート）の上面に基板を直接にもしくは近接して載置し、熱プレートに内設されたヒータによって基板を加熱するようにする。このような基板の熱処理工程において、例えば、フォトレジストの塗布処理後に行われる熱処理中の基板の温度分布は、基板表面に形成されるレジストの膜厚に影響を及ぼす。また、露光による光化学反応によって生じた生成物をレジスト膜内部に均一に拡散させる目的で露光後に行われる基板の熱処理（露光後ベーク（ＰＥＢ）処理）中の基板の温度分布や、現像処理後に行われる基板の熱処理中の基板の温度分布は、レジスト膜に形成されるパターン線幅に影響を及ぼす。その他、各種時点における基板の温度や温度分布は、熱処理後の酸化膜厚や膜質等、各種の処理品質に影響を及ぼすことが知られている。したがって、基板が一定温度にかつ均一に加熱されているどうかを監視するためには、実際に処理している基板の温度や温度分布を計測する必要がある。さらに、熱処理中の基板の温度や温度分布に限らず、フォトレジストの塗布処理中における基板の温度や温度分布なども、基板表面に形成されるレジストの膜厚などの処理品質に影響を及ぼす。

ここで、基板の温度を測定する方法としては、従来から、基板に熱電対もしくは測温抵抗体の検出端を直接に取着して基板の温度を測定したり、放射温度計を使用して基板に非接触で基板の温度を測定したりする方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。そして、基板の温度分布を見る場合には、複数の熱電対もしくは測温抵抗体を基板に取着して、基板上の複数個所の温度をそれぞれ個別に測定するようにしていた。
特開２００５−１１８５２号公報（第６−７頁、図１、図３、図４）

熱電対による基板の温度の測定では、熱電対に電流を流してそのときの電圧値を計測し、この電圧値を温度に換算する。また、測温抵抗体による基板温度の測定では、測温抵抗体に電流を流してそのときの電流値を計測し、この電流値を温度に換算する。したがって、熱電対のセンサ部と計測部とを導線で接続して温度測定を行うこととなるため、熱処理中の基板の温度を直接に測定することは不可能である。また、近年では、導線が不要な熱電対もあるが、そのような熱電対を使用する場合でも、熱処理中の基板の温度を直接に測定することは困難である。

一方、放射温度計を使用すれば、熱処理中の基板の温度を測定することが可能である。しかしながら、放射温度計には空間分解能が無いので、単一の放射温度計では基板の温度分布を見ることができない。このため、放射温度計を使用して基板の温度分布を見ようとすると、複数の放射温度計を設置する必要があるが、処理チャンバ内等に複数の放射温度計を設置することは、スペース的に難しい。このように、放射温度計を用いる方法では、基板の温度分布を見ることが困難である。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、熱処理等の処理中の基板の温度および温度分布を計測することができる基板処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、同種の処理を行う複数の処理ユニットにより複数枚の基板を同時に処理する基板処理装置において、前記各処理ユニットごとにファイバスコープ（内視鏡）の先端部を、その先端部の対物レンズの視野角内に基板が位置するようにそれぞれ配設し、前記各ファイバスコープの接眼部側を単一のサーモグラフィに、伝送路を択一的に切り替える切替手段を介してそれぞれ光学的に接続し、前記各処理ユニットで処理されている基板の温度および温度分布をそれぞれ計測して監視することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板処理装置において、前記処理ユニットが、熱プレートで基板を加熱する熱処理ユニットであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、前記サーモグラフィによって計測される各基板の温度および温度分布を、正常に処理された基板の温度および温度分布とそれぞれ比較し、基板の温度または温度分布に異常が検出されたときに当該基板の処理を行った処理ユニットを特定して、その処理ユニットでの基板の処理を行わないように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る発明の基板処理装置においては、処理ユニットで処理されている基板面から放射される赤外線エネルギ（熱エネルギ）がファイバスコープを介してサーモグラフィに伝送されることにより、サーモグラフィによって処理中の基板の温度および温度分布を基板に非接触で計測することができる。また、切替手段を切替え操作することにより、複数の処理ユニットで同時に処理されている複数枚の基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィによって計測し監視することができる。この場合、共通のサーモグラフィにより、複数の処理ユニットで処理されている各基板の温度および温度分布を計測するので、それぞれの基板の温度および温度分布を比較するときにサーモグラフィの温度校正を行う必要が無い。また、各処理ユニットにはファイバスコープの先端部がそれぞれ配置されるだけで、サーモグラフィは、処理ユニット外に１つだけ設置すればよいので、処理ユニットの省スペース化を図るとともに、装置スペースを有効的に利用することができる。

請求項２に係る発明の基板処理装置では、複数の熱処理ユニットで熱処理されている複数枚の基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィによって計測し監視することができる。

請求項３に係る発明の基板処理装置では、制御手段において、サーモグラフィによって計測される各基板の温度および温度分布が、正常に処理された基板の温度および温度分布とそれぞれ比較されることにより、基板の温度または温度分布の異常が発生したときにその異常を検出することができる。また、基板の温度または温度分布に異常が検出されたときに、当該基板の処理を行った処理ユニットでの基板の処理を行わないで、それ以外の処理ユニットで基板の処理を行うようにすることにより、製品歩留まりを向上させることができる。

以下、この発明の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の概略構成を示す模式図である。

この基板処理装置は、複数の熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから構成されている。各熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄはそれぞれ、上面に基板Ｗを載置する熱プレート１２と、熱プレート１２の上面全体を開放および閉塞可能に覆うチャンバ１４とを備えている。詳しい説明および図示を省略するが、熱プレート１２には、それを貫通して昇降する複数本、例えば３本の支持ピンが設けられており、それらの支持ピンの昇降動作により、基板Ｗの搬入および搬出に際して基板搬送ロボットと熱プレート１２との間での基板Ｗの受け渡しが行われる。そして、基板Ｗは、熱プレート１２の上面に直接に載置され、あるいは、熱プレート１２の上面に固設された複数の小突起（図示せず）に支持されて、熱プレート１２の上面と僅かな隙間を介し近接して載置される。また、チャンバ１４には、その内部へ窒素ガス等のパージ用ガスを供給するガス供給手段、および、外部へガスを排出するガス排出手段が設けられている。

それぞれのチャンバ１４には、ファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの先端部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄが取り付けられている。ファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの先端部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄは、熱プレート１２上に載置された基板Ｗの表面を臨むようにして、対物レンズの視野角内に基板Ｗが位置するように配置される。各ファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの接眼部側２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、熱処理ユニット外に配設された単一のサーモグラフィ２４に切替器２２を介してそれぞれ光学的に接続されている。そして、各ファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、切替器２２による伝送路の切替え動作により、サーモグラフィ２４にそれぞれ択一的に光学的に接続されるように構成されている。サーモグラフィ２４は、ＣＰＵ２６に接続されており、ＣＰＵ２６にメモリ２８およびカラーモニタ３０が接続されている。また、ＣＰＵ２６にメインコントローラ３２が接続されている。

切替器２２による伝送路の切替えは、例えば一定時間ごとに行われる。そして、各熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで同時に熱処理されている基板Ｗ面から放射される赤外線エネルギがファイバスコープ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを介してサーモグラフィ２４に順次伝送されて、熱処理中の各基板Ｗの温度および温度分布がサーモグラフィ２４によって順次計測され、その計測信号がＣＰＵ２６へ送られる。ＣＰＵ２６では、計測信号がいずれの熱処理ユニットで熱処理中の基板のものであるかを特定して、そのデータをカラーモニタ３０へ送り、熱処理中の基板Ｗの温度および温度分布を表す画像がカラーモニタ３０に表示される。このとき、カラーモニタ３０には、各熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで熱処理されている基板Ｗの温度および温度分布を表す画像３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄを同時に表示させるようにしてもよいし、各熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで熱処理されている基板Ｗの温度および温度分布を表す画像を１つずつ一定時間ごとに順次表示させるようにしてもよい。あるいは、任意の熱処理ユニットを指定してその熱処理ユニットで熱処理されている基板Ｗの温度および温度分布を表す画像をカラーモニタ３０に表示させるようにしてもよい。

図１に示した基板処理装置を使用すると、複数の熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで同時に熱処理されている基板Ｗの温度および温度分布を単一のサーモグラフィ２４によって基板Ｗに非接触で計測することができ、複数の熱処理ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで同時に熱処理されている基板Ｗの温度または温度分布に異常が発生していないかどうかを監視することができる。この監視は、例えば、メモリ２８に基板Ｗの温度または温度分布が異常であるかどうかを判定するための閾値を記憶させておき、ＣＰＵ２６において、サーモグラフィ２４によって計測された熱処理中の基板Ｗの温度または温度分布の計測値を、メモリ２８から読み出された閾値と比較することにより行われる。そして、サーモグラフィ２４による計測値が異常であると判定されたときには、ＣＰＵ２６からメインコントローラ３２へ信号が送られ、メインコントローラ３２から出力される制御信号により、例えば、異常のあった基板を熱処理工程後に直ちに検査工程へ移したりそれ以前の処理工程へ戻したり、それ以後の処理工程において異常のあった基板の処理を行うときの処理条件を調整したりされる。

図２および図３は、図１に示したような構成を備える基板処理装置を組み入れた基板処理システムの１例を示すものであって、各処理ユニット間を基板が移動する順序を示して一連の基板処理工程を説明する図である。この図２および図３に示した一連の基板処理工程は、レジスト塗布処理および現像処理ならびにそれらに付随する熱処理と露光処理であって、一般に「コータ＆デベロッパ」と呼ばれる装置を用いそれに露光装置を併設して行われる。図２には、レジスト塗布工程から露光工程までを示し、図３に、露光工程から現像工程までを示している。以下に、この基板処理システムにおける処理動作について説明するが、各処理ユニットについての詳しい説明および図示は省略する。

まず、インデクサ部３６において、基板移載機構により載置台上に載置されたキャリア内から未処理の基板を取り出し、基板移載機構から搬送ロボットへ基板を受け渡し、搬送ロボットにより基板をクールプレート３８へ搬送して、クールプレート３８で基板を冷却する。冷却後の基板は、搬送ロボットによって塗布処理ユニット４０へ搬送される。塗布処理ユニット４０では、基板の表面に反射防止膜形成用の塗布液が塗布される。

塗布処理ユニット４０での塗布処理が終了すると、搬送ロボットによって基板を熱処理ユニット４２へ搬送する。そして、熱処理ユニット４２において熱プレートにより基板が加熱されて基板上の塗布液が乾燥させられ、基板上に下地の反射防止膜が形成される。この熱処理工程において、図１に示したような構成の装置により、複数の熱処理ユニット４２で同時に熱処理される各基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィ４４によってそれぞれ計測し、それぞれの基板の温度および温度分布に異常が無いかどうかを監視する。熱処理が終わった基板は、搬送ロボットによってクールプレート４６へ搬送され、クールプレート４６で冷却される。

クールプレート４６で冷却された基板は、搬送ロボットによって塗布処理ユニット４８へ搬送される。塗布処理ユニット４８では、基板の表面にフォトレジストが塗布される。この塗布処理工程において、複数の塗布処理ユニット４８で同時に塗布処理される各基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィ５０によってそれぞれ計測し、それぞれの基板の温度および温度分布に異常が無いかどうかを監視する。

塗布処理ユニット４８での塗布処理が終了すると、搬送ロボットによって基板を熱処理ユニット５２へ搬送する。そして、熱処理ユニット５２において熱プレートにより基板が加熱されて、基板上に形成されたフォトレジスト中の溶媒成分が蒸発し除去されることにより、基板上にレジスト膜が形成される。この熱処理工程において、図１に示したような構成の装置により、複数の熱処理ユニット５２で同時に熱処理される各基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィ５４によってそれぞれ計測し、それぞれの基板の温度および温度分布に異常が無いかどうかを監視する。熱処理が終わった基板は、搬送ロボットによってクールプレート５６へ搬送され、クールプレート５６で冷却される。クールプレート５６で冷却された基板は、搬送ロボットによって膜厚測定ユニット５８へ搬送され、膜厚測定ユニット５８において基板の表面に形成されたレジスト膜の厚みを膜厚計により測定する。そして、膜厚計によって測定されたレジスト膜の厚みに異常が無ければ、表面にレジスト膜が形成された基板は、インターフェイス部（図示せず）を経て露光装置６０へ搬送され、露光装置６０においてパターン露光処理される。一方、膜厚の異常が検出されたときには、例えば再生工程へ基板を移す。

なお、各処理工程において、それぞれ複数の処理ユニット４２、４８、５２で同時に処理された各基板の、サーモグラフィ４４、５０、５４によって計測された温度および温度をそれぞれメモリに記憶させておいて、各基板について温度履歴をたどることができるようにするとよい。このようにしておくと、基板の表面に形成されたレジスト膜の厚みの異常が膜厚計による測定によって検出されたときに、正常な膜厚のレジスト膜が形成された基板の温度および温度分布と膜厚の異常があった基板の温度および温度分布とを比較することにより、レジストの膜厚異常が、いずれの処理工程の、いずれの処理ユニットでの基板の温度または温度分布の異常に起因しているかを特定することができる。そして、温度または温度分布に異常がある基板の処理を行った処理ユニットが特定されると、当該処理ユニットでの基板の処理を行わないで、それ以外の処理ユニットで基板の処理を行うようにすることにより、製品歩留まりを向上させることができる。

パターン露光処理が終了した基板は、露光装置６０から再びインターフェイス部を経て元の装置へ戻される。そして、図３に示すように、搬送ロボットによって基板を熱処理ユニット６２へ搬送する。熱処理ユニット６２においては、露光による光化学反応によって生じた生成物をレジスト膜内部に均一に拡散させるための熱処理（露光後ベーク（ＰＥＢ）処理）が行われる。この熱処理工程において、図１に示したような構成の装置により、複数の熱処理ユニット６２で同時に熱処理される各基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィ６４によってそれぞれ計測し、それぞれの基板の温度および温度分布に異常が無いかどうかを監視する。

熱処理が終わった基板は、搬送ロボットによってクールプレート６６へ搬送され、クールプレート６６で冷却された後、現像処理ユニット６８へ搬送される。現像処理ユニット６８では、基板上に現像液が供給されて、基板表面に形成された露光後のレジスト膜が現像処理される。そして、現像処理が終了した基板を搬送ロボットによって熱処理ユニット７０へ搬送し、熱処理ユニット７０において熱プレートにより基板を加熱する。この熱処理工程において、図１に示したような構成の装置により、複数の熱処理ユニット７０で同時に熱処理される各基板の温度および温度分布を単一のサーモグラフィ７２によってそれぞれ計測し、それぞれの基板の温度および温度分布に異常が無いかどうかを監視する。熱処理が終わった基板は、搬送ロボットによってクールプレート７４へ搬送され、クールプレート７４で冷却される。クールプレート７４で冷却された基板は、搬送ロボットによって線幅測定ユニット７６へ搬送され、線幅測定装置により基板の表面上のレジスト膜に形成されたパターン線幅を測定する。そして、線幅測定装置によって測定されたパターン線幅に異常が無ければ、表面にレジストパターンが形成された基板は、搬送ロボットによってインデクサ部３６へ戻され、搬送ロボットから基板移載機構に基板を受け渡し、インデクサ部３６において、基板移載機構により載置台上に載置されたキャリア内へ処理済みの基板を収納する。一方、パターン線幅の異常が検出されたときには、例えば再生工程へ基板を移す。

なお、各処理工程において、それぞれ複数の熱処理ユニット６２、７０で同時に熱処理された各基板の、サーモグラフィ６４、７２によって計測された温度および温度をそれぞれメモリに記憶させておいて、各基板について温度履歴をたどることができるようにするとよい。このようにしておくと、基板の表面に形成されたレジストパターンの線幅の異常が線幅測定装置による測定によって検出されたときに、正常なパターン線幅のレジストパターンが形成された基板の温度および温度分布とパターン線幅の異常があった基板の温度および温度分布とを比較することにより、レジストパターンの線幅異常が、いずれの処理工程の、いずれの処理ユニットでの基板の温度または温度分布の異常に起因しているかを特定することができる。そして、温度または温度分布に異常がある基板の処理を行った処理ユニットが特定されると、当該処理ユニットでの基板の処理を行わないで、それ以外の処理ユニットで基板の処理を行うようにすることにより、製品歩留まりを向上させることができる。

なお、この発明は、熱プレート上に基板を支持して熱処理する各種の熱処理ユニットについて適用し得るものであり、また、熱処理ユニット以外にも、例えば、基板の表面にフォトレジストを塗布する塗布処理ユニットにおいて、塗布処理中の基板の温度および温度分布を計測して監視する装置などにも適用し得るものである。

この発明の実施形態の１例を示し、基板処理装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示したような構成を備える基板処理装置を組み入れた基板処理システムの１例を示すものであって、各処理ユニット間を基板が移動する順序を示して一連の基板処理工程を説明する図である。 同じく、各処理ユニット間を基板が移動する順序を示して一連の基板処理工程を説明する図である。

符号の説明

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、４２、５２、６２、７０ 熱処理ユニット
１２ 熱プレート
１４ チャンバ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ ファイバスコープ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ ファイバスコープの先端部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ ファイバスコープの接眼部側
２２ 切替器
２４、４４、５０、５４、６４、７２ サーモグラフィ
２６ ＣＰＵ
２８ メモリ
３０ カラーモニタ
３２ メインコントローラ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ 基板の温度および温度分布を表す画像
３６ インデクサ部
３８、４６、５６、６６、７４ クールプレート
４０、４８ 塗布処理ユニット
４２ 熱処理ユニット
５８ 膜厚測定ユニット
６０ 露光装置
６８ 現像処理ユニット
７６ 線幅測定ユニット
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 同種の処理を行う複数の処理ユニットにより複数枚の基板を同時に処理する基板処理装置において、
   前記各処理ユニットごとにファイバスコープの先端部を、その先端部の対物レンズの視野角内に基板が位置するようにそれぞれ配設し、前記各ファイバスコープの接眼部側を単一のサーモグラフィに、伝送路を択一的に切り替える切替手段を介してそれぞれ光学的に接続し、前記各処理ユニットで処理されている基板の温度および温度分布をそれぞれ計測して監視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、
   前記処理ユニットは、熱プレートで基板を加熱する熱処理ユニットであることを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記サーモグラフィによって計測される各基板の温度および温度分布を、正常に処理された基板の温度および温度分布とそれぞれ比較し、基板の温度または温度分布に異常が検出されたときに当該基板の処理を行った処理ユニットを特定して、その処理ユニットでの基板の処理を行わないように制御する制御手段を備えたことを特徴とする基板処理装置。

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