JP2009224374A - Ｐｅｂ装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【目的】バッチシーケンスとして複数のウエハを連続的に処理するベーキング処理においてウエハ間のパターン寸法変動を効率的に抑制し得るＰＥＢ装置及び制御方法を提供する。
【構成】バッチシーケンスにおける各ウエハの処理順番号毎にベーキング時間オフセット量を設定し、該ウエハ毎のベーキング処理において、当該ウエハのベーキング時間をその処理順番号に対応するベーキング時間オフセット量に従って補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置のフォトリソグラフィ工程において、レジスト材料が塗布された半導体ウエハを露光後にベーキング処理するＰＥＢ（Post Exposure Bake）装置及びその制御方法に関する。

近年では半導体装置に要求されるパターン寸法の微細化が進み、化学増幅型レジストが広く用いられる様になっている。これに伴って、ウエハ毎のパターン寸法に変動を与える要因として、レジスト塗布から露光までの時間（ＰＣＤ：Post Coating Delay）のウエハ毎の変動や、露光から現像までの時間（ＰＥＤ：Post Exposure Delay）のウエハ毎の変動が無視できないレベルになっている。

かかる変動を抑止する技術として、特許文献１は、レジストパターン寸法のバラツキをＰＥＢ装置におけるＰＥＢ処理の時間をウエハ毎に制御することで補正する技術を開示している。しかしながら、かかる技術は、全てのウエハについて個別制御を必要とするものであって半導体装置の効率的大量生産とっては利点が乏しいものである。

一方、半導体装置の効率的大量生産を目的として、ウエハ上面へのレジスト塗布、現像、ベーキング及び冷却の各工程を行う複数のユニットがレジストプロセス装置として一体化されて準備される。そして、かかるレジストプロセス装置による運用では複数のウエハが連続して１つのバッチシーケンスとして処理される。

かかるレジストプロセス装置においては、ウエハ毎のパターン寸法の変動を抑止するために、連続処理されるウエハ間における処理時間に関する履歴を同一にして、ウエハ間のパターン寸法変動を極小になる様にするバッチシーケンスも取り入れられている。すなわち、レジスト塗布、ベーキング、冷却を行う各ユニットのプロセスタイムや、各ユニット間を搬送する時間、待ち時間のタイムチャートをウエハ毎に同一にすることでＰＣＤ時間やＰＥＤ時間の変動を無くしたバッチシーケンスが用いられる。
特開平８−１１１３７０号公報

しかしながら、ウエハ毎に処理時間に関する履歴を同一にしたバッチシーケンスが用いられたとしても、バッチシーケンスに組み入れられた複数ウエハのうち初期のウエハについてはパターン寸法の変動が見られる。例えば、図１の（ａ）の実測結果に示されるように、バッチシーケンスの最初から５枚程度（ウエハ処理順番号＃１〜＃５）のウエハにおいては、その後の大半のウエハ（ウエハ処理順番号＃６以降）に比べてパターン寸法が細くなる現象が生じる。

かかる現象は、あるバッチシーケンスと次のバッチシーケンスとの間の待機時間の存在に起因するものと推察される。例えば、図１の（ｂ）に示されるように、ウエハを処理する前の待機状態においてベーキングユニットの温度制御機構は、ある熱容量を持ったベークプレートの温度を予め１００℃程度の設定温度に保つ様に制御し平衡状態を維持している。しかし、このベークプレート上に２３℃前後のウエハが搬送されてくると、これまで保っていた温度の平衡状態が崩れるため、ベーキングユニットの温度制御機構は予め設定された温度に戻すための昇温制御を行う。かかる昇圧はオーバシュートを引き起こす。さらに、その後３秒程度でベークプレートとウエハを合わせた熱容量に対して温度が安定になるが、ウエハを搬出した時に再び熱容量の減少に伴う温度変化が生じ、ベーキングユニットの温度制御機構は予め設定された温度に戻すための降温制御を行う。ウエハの搬入搬出の度にベーキングユニットの温度制御機構はこの昇温と降温を繰り返すが、バッチシーケンスの開始以前の待機状態で温度が平衡状態に保っている状態から、バッチシーケンスが開始され脈動を伴うものの安定温度状態になるまでには、複数枚のウエハ処理を経なければならない。これは、熱容量の変化に対するベーキングユニットの温度制御機構の制御性能に依存するが、熱容量を有するベークプレートを前提とすると設定温度とベークプレートの実温度との時間的な遅れを完全に無くすことは極めて困難である。

本発明の目的は、以上の問題点に鑑みて考案されたものであり、その目的は、バッチシーケンスとして複数のウエハを連続的に処理するベーキング処理においてウエハ間のパターン寸法変動を効率的に抑制し得るＰＥＢ装置及び制御方法を提供することである。

本発明によるＰＥＢ装置は、各々がレジスト材料を担い且つ１つのバッチシーケンスに組み入れられた複数のウエハを順次ベーキング処理するＰＥＢ装置であって、該バッチシーケンスにおける各ウエハの処理順番号毎にベーキング時間オフセット量を設定するベーキング時間オフセット量設定手段と、該ウエハ毎のベーキング処理において、当該ウエハのベーキング時間をその処理順番号に対応するベーキング時間オフセット量に従って補正するベーキング時間補正手段と、を含むことを特徴とする。

本発明による制御方法は、各々がレジスト材料を担い且つ１つのバッチシーケンスに組み入れられた複数のウエハを順次ベーキング処理する装置における制御方法であって、該バッチシーケンスにおける各ウエハの処理順番号毎にベーキング時間オフセット量を設定するベーキング時間オフセット量設定ステップと、該ウエハ毎のベーキング処理において、当該ウエハのベーキング時間をその処理順番号に対応するベーキング時間オフセット量に従って補正するベーキング時間補正ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によるＰＥＢ装置及び制御方法によれば、バッチシーケンスに組み入れられた各ウエハの処理順番号に従ってＰＥＢ時間を補正する構成が与えられる。これにより、バッチシーケンスの始めの僅かのウエハについて補正されたＰＥＢ時間を適用し、バッチシーケンスの大半のウエハについては一定のＰＥＢ時間にてベーキング処理を行うことができ、ウエハ間のパターン寸法変動を効率的に抑えることができる。

本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例を示し、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）装置の全体構成を示している。ＰＥＢ装置１０は、ウエハ搬送ユニット１１と、ベーキングユニット１２と、温度制御ユニット１３と、パラメータテーブル１４とから構成される。ウエハ搬送ユニット１１は、レジスト塗布後に露光処理されたウエハをベーキングユニットに搬入すると共に、ベーキングがなされたウエハを搬出する。ウエハ搬送ユニット１１は、また、前回のバッチシーケンスの終了から処理待機時間をカウントし、新たなバッチシーケンスが開始されるのに応じて、これ迄カウントしていた処理待機時間を温度制御ユニット１３に通知する。ベーキングユニット１２は、温度制御ユニット１３から設定されるＰＥＢ温度及びＰＥＢ時間に基づいて処理順番号順の各ウエハをベーキング処理する。温度制御ユニット１３は、１つのバッチシーケンスの開始に応じて、当該バッチシーケンスに指定されたレジスト材料の種別に従ったパラメータをパラメータテーブル１４から検索し、得られたパラメータから算定されるＰＥＰ時間をベーキングユニット１２に設定する。パラメータテーブル１４は、レジスト材料の種別毎にＰＥＰ時間算定のための各種パラメータを保持する。ＰＥＰ時間は、平均ＰＥＢ時間とこれに加算されるべきウエハ毎のＰＥＢ時間オフセット量からなる。

図３は、ウエハ毎のＰＥＢ時間オフセット量を求める方法を説明している。ＰＥＢ時間オフセット量は平均ＰＥＢ時間に対するウエハ毎の補正量を意味する。図３を参照して、例えば、ウエハ処理順番号＃３について見ると、パターン寸法の変動としてＣＤ（Critical Distance）オフセット量ΔＣＤが実測されている。そこで、かかるΔＣＤを相殺するＰＥＢ時間オフット量Δｔが必要となる。本実施例では、ΔＣＤとΔｔとの関係を一定の比率、すなわちＰＥＢ時間補正係数として予め与えられている必要がある。

図４は、図２に示されたパラメータテーブルの設定例を示している。パラメータテーブル１４は、レジスト種別毎に、ＰＥＢ温度［℃］と、平均ＰＥＢ時間［sec］と、ＰＥＢ時間補正係数［nm/sec］と、ウエハ毎ＣＤオフセット量［nm］と、適用条件とからなる。ＰＥＢ温度［℃］は、ベーキングユニットの温度調整機構に設定される温度であり、本実施例ではバッチシーケンスの間一定とする。平均ＰＥＢ時間［sec］は、バッチシーケンスの大半のウエハに適用されるベーキング時間である。ＰＥＢ時間補正係数［nm/sec］は、ＣＤオフセット量ΔＣＤとＰＥＢ時間オフセット量Δｔとの比率であり、後述する実測結果から求められる。ウエハ毎ＣＤオフセット量［nm］は、バッチシーケンスの各ウエハの実測されたＣＤオフセット量である。ウエハ毎のＰＥＢ時間オフセット量(ΔT)＝ウエハ毎ＣＤオフセット量(ΔCD)／ＰＥＢ時間補正係数の関係から求められる。

適用条件は、例えば、「処理待機時間＞３分」と設定され、処理待機時間が閾値３分を超えた場合に、補正適用枚数「５枚」についてＰＥＢ時間補正を行うことが設定される。

図５Ａ〜図５Ｃの各々は、異なるレジスト材料におけるＰＥＢ時間に対するパターン寸法の変改量との実測結果を示している。例えば図５Ａを参照すると、ＰＥＢ時間とパターン寸法の関係は、例えば、露光波長が２４８ｎｍ（ＫｒＦ）に対応したハイブリッドタイプのレジストの場合にはＰＥＢ時間に対するパターン寸法の変改量すなわち変化の比率が、パターン寸法の安定している６枚目以降を除くと−０．６５ｎｍ／秒である。そこで、かかる比率を１枚目から５枚目のウエハに対するＰＥＢ時間補正係数とする。

同様に、露光波長が２４８ｎｍ（ＫｒＦ）に対応したＥＳＣＡＰタイプのレジストの場合には、ＰＥＢ時間補正係数は−１．４１ｎｍ／秒である（図５Ｂ参照）。さらに、アセタールタイプのレジストの場合には、ＰＥＢ時間補正係数は−０．４５ｎｍ／秒である（図５Ｃ参照）。このように、ＰＥＢ時間に対するパターン寸法の変化の態様にはレジスト材料の種別毎に差違が見られることから実験的に求めておく必要がある。

尚、図５Ａ〜図５Ｃに示した係数（実測値）は、それぞれ、ハイブリッドタイプ、ＥＳＣＡＰタイプ及びアセタールタイプの１例を各々示したものであることか留意されるべきである。実際には、同じハイブリッドタイプに区分されるＫｒＦレジストに於いても、係数が異なる場合の方が多い。これは、レジストに含有する酸発生剤やクエンチャーの種類（構造）に依存するものと考えられる。レジスト材料は概ね上述の３タイプに区分されるが、レジストメーカー毎に複数の酸発生剤やクエンチャーが組み合わせられるなどして独自の性能が達成されるため、「係数」は一義的に定まるものではない。

図６は、本発明によるＰＥＢ装置制御方法の処理手順を示している。先ず、バッチシーケンスに組み入れられた複数のウエハの最初のウエハがＰＥＢユニットに搬入されることを契機として、温度制御ユニット１３は、使用するレジスト材料の種別に従ったパラメータをパラメータテーブル１４から検索する。検索されるパラメータはＰＥＢ温度、平均ＰＥＢ時間、ＰＥＢ時間補正係数、ウエハ毎ＣＤオフセット量及び適用条件がある。

次に、温度制御ユニット１３は、当該バッチシーケンス直前迄の処理待機時間が運用条件に設定された閾値以上（本図の例では３分）であるか否かを判定する（ステップＳ２）。もし、処理待機時間が３分未満である場合にはステップＳ４に進み、ベーキングユニット１２に対して当該バッチシーケンスの全てのウエハについてＰＥＢ時間を平均ＰＥＢ時間に設定する。これによりウエハ毎のＰＥＤ時間の補正は停止される。

一方、待機時間が閾値（本図の例では３分）以上である場合には、温度制御ユニット１３は、パラメータテーブル１４に記憶されているＰＥＢ時間補正係数及びウエハ毎ＣＤオフセット量に基づいて、ウエハ毎のＰＥＢ時間を算出する（ステップＳ３）。次いで、算出されたＰＥＢ時間をベーキングユニット１２に対して設定する（ステップＳ４）。

図７は、本発明によるＰＥＢ時間制御方法を実行して得られるパターン寸法の結果例を示している。本図を参照すると、バッチシーケンスにおけるウエハの最初の５枚についても６枚目以降のウエハのパターン寸法と同等のパターン寸法を得ることができることが分かる。従って、バッチシーケンスにおいて連続処理されるウエハ全体のパターン寸法を一定にすることが可能となり、ウエハ間でのパターン寸法変動に起因する特性差違が低減され、歩留まり低下を改善することができる。

以上の実施例において、ＰＥＢ装置の処理待機時間が一定時間以上空いているか否かの判定、使用するレジスト材料の種別に応じたＰＥＢ時間の設定、並びに設定されたＰＥＢ時間に基づいてベーキング処理の実行は全て自動的に行われる。

また、以上の実施例では、露光波長が２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザ）に対応したレジスト材料についても主に説明されたが、本発明は、露光波長が１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザ）や３６５ｎｍ（水銀光源のｉ線）に対応したレジスト材料でも同様に実施され得る。また、レジスト材料の種別毎に異なるＰＥＢ補正係数やウエハ毎ＣＤオフセット量が設定される形態が説明されたが、レジスト材料の種別を同一としつつ異なるＰＥＢ補正係数やウエハ毎ＣＤオフセット量を設定する等の多様な態様のバッチシーケンスをパラメータテーブルに設定して運用を行うこともできる。

さらに、以上の実施例では、本発明による制御方法は露光後のベーキング処理を行うＰＥＢ装置の制御方法として説明されたが、レジスト材料塗布後のベーキング処理を行う制御方法を含む多様なベーキング処理の制御方法としても実施し得る。

従来のＰＥＢ装置制御方法におけるウエハ毎のパターン寸法の推移グラフと、ＰＥＢ装置内のプレート温度の変化の様子を示す図である。 本発明の実施例を示し、ＰＥＢ装置の全体構成を示すブロック図である。 ウエハ毎のＰＥＢ時間オフセット量を求める方法を説明するグラフである。 図２に示しパラメータテーブルの設定例を示す図である。 ハイブリッドタイプのレジストにおけるＰＥＢ時間に対するパターン寸法の実測結果を示すグラフである。 ＥＳＣＡＰタイプのレジストにおけるＰＥＢ時間に対するパターン寸法の実測結果を示すグラフである。 アセタールタイプのレジストにおけるＰＥＢ時間に対するパターン寸法の実測結果を示すグラフである。 ＰＥＢ装置制御方法の処理手順を示している。 ＰＥＢ時間制御方法を実行して得られるパターン寸法の結果例を示している。

符号の説明

１０ ＰＥＢ装置
１１ ウエハ搬送ユニット
１２ ベーキングユニット
１３ 温度制御ユニット
１４ パラメータテーブル

Claims (8)

1. 各々がレジスト材料を担い且つ１つのバッチシーケンスに組み入れられた複数のウエハを順次ベーキング処理するＰＥＢ装置であって、
   前記バッチシーケンスにおける各ウエハの処理順番号毎にベーキング時間オフセット量を設定するベーキング時間オフセット量設定手段と、
   前記ウエハ毎のベーキング処理において、当該ウエハのベーキング時間をその処理順番号に対応するベーキング時間オフセット量に従って補正するベーキング時間補正手段と、
   を含むことを特徴とするＰＥＢ装置。
2. 前記バッチシーケンスが新たに開始される都度、前回のバッチシーケンスの終了から今回の新たなバッチシーケンス迄の処理待機時間が所定閾値を越えているか否かを判定する手段を更に含み、前記ベーキング時間補正手段は、前記処理待機時間が前記所定閾値を越えていないと判定された場合に、当該新たなバッチシーケンスにおける各ウエハに対する補正を停止することを特徴とする請求項１記載のＰＥＢ装置。
3. 前記ベーキング時間オフセット量設定手段は、前記レジスト材料の種別毎に、前記ベーキング時間オフセット量を設定し、前記ベーキング時間補正手段は、当該バッチシーケンスのレジスト材料の種別に対応するベーキング時間オフセット量に従って前記ベーキング時間を補正することを特徴とする請求項２記載のＰＥＢ装置。
4. 前記ベーキング時間オフセット量設定手段は、新たなバッチシーケンス毎に、当該バッチシーケンスのレジスト材料の種別に対応する所定のＰＥＢ時間補正係数に基づいて前記ベーキング時間オフセット量を算出する手段を含むことを特徴とする請求項２記載のＰＥＢ装置。
5. 各々がレジスト材料を担い且つ１つのバッチシーケンスに組み入れられた複数のウエハを順次ベーキング処理する装置における制御方法であって、
   前記バッチシーケンスにおける各ウエハの処理順番号毎にベーキング時間オフセット量を設定するベーキング時間オフセット量設定ステップと、
   前記ウエハ毎のベーキング処理において、当該ウエハのベーキング時間をその処理順番号に対応するベーキング時間オフセット量に従って補正するベーキング時間補正ステップと、
   を含むことを特徴とする制御方法。
6. 前記バッチシーケンスが新たに開始される都度、前回のバッチシーケンスの終了から今回の新たなバッチシーケンス迄の処理待機時間が所定閾値を越えているか否かを判定するステップを更に含み、前記ベーキング時間補正ステップは、前記処理待機時間が前記所定閾値を越えていないと判定された場合に、当該新たなバッチシーケンスにおける各ウエハに対する補正を停止することを特徴とする請求項５記載の制御方法。
7. 前記ベーキング時間オフセット量設定ステップは、前記レジスト材料の種別毎に、前記ベーキング時間オフセット量を設定し、前記ベーキング時間補正ステップは、当該バッチシーケンスのレジスト材料の種別に対応するベーキング時間オフセット量に従って前記ベーキング時間を補正することを特徴とする請求項６記載の制御方法。
8. 前記ベーキング時間オフセット量設定ステップは、新たなバッチシーケンス毎に、当該バッチシーケンスのレジスト材料の種別に対応する所定のＰＥＢ時間補正係数に基づいて前記ベーキング時間オフセット量を算出するステップを含むことを特徴とする請求項６記載の制御方法。

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