JP2009231726A - 基板処理システムおよび基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布現像処理装置の各ユニットの増加を抑えつつ、塗布現像処理装置の所定ユニットの処理条件の変更に際して露光装置の稼働率の低下を防ぐ。
【解決手段】本発明の基板処理システムは、複数の処理ユニットを有する塗布現像処理装置１と、露光装置２とから構成されたシステムにおいて、処理条件を変更する処理ユニット内へ入力される基板を一時的に格納する前バッファーユニット９と、処理条件を変更する処理ユニットから出力された基板を一時的に格納する後バッファーユニット１１とを備え、露光装置２のサイクルタイムをｔ１とし、処理条件を変更する処理ユニットのサイクルタイムをｔ２とし、同一の処理条件で処理する基板の枚数をｍとし、処理条件を変更するのに要する変更時間をｔ３としたときに、ｔ１＊ｍ≧ｔ２＊ｍ＋ｔ３が成立するように、サイクルタイムｔ１よりもサイクルタイムｔ２を短くする構成としたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路を製造するためのフォトリソグラフィー工程において使用される基板処理システムおよび基板処理方法に関する。

フォトリソグラフィー工程においては、ウエハ（基板）に対して、塗布現像処理装置によって、反射防止膜の塗布処理及びベーク処理を施した後、レジストの塗布処理及びベーク処理を施す。続いて、露光装置によって、ウエハ上に形成されたレジスト膜にマスクを介してパターンを露光する処理を施し、その後、ウエハに対して、塗布現像処理装置によって、露光後のベーク処理と、現像処理とを順に施す。上記した塗布現像処理装置及び露光装置の具体例が、特許文献１、２に記載されている。

さて、露光装置は、塗布現像処理装置と比較して、非常に高価であるため、通常、塗布現像処理装置の処理能力を、露光装置の処理能力と同じか、それ以上に設定するように構成し露光装置の稼働率が低下しないようにしている。塗布現像処理装置の処理能力を設定するに際しては、塗布現像処理装置を構成する塗布ユニット、ベークユニット、現像ユニットの各設置個数を、必要とする処理能力が得られるように決めている。

ここで、処理条件が変わらない場合には、塗布現像処理装置の処理能力を露光装置の処理能力とほぼ同じ処理能力になるように構成すれば良い。しかし、塗布現像処理装置の処理条件を変更する場合、例えば、使用レジストの変更に伴い、処理温度を変更する必要がある場合には、ある程度の時間がかかる。このため、処理温度を変更している間は、処理を停止しなければならず、塗布現像処理装置の処理能力がダウンし、露光装置の稼働率が低下するという問題があった。

この問題を解消するためには、塗布現像処理装置側の処理能力を上げなければならない。この場合、塗布現像処理装置全体の処理能力を上げるために、塗布現像処理装置の各処理ユニットの個数をそれぞれ増加させる必要があり、塗布現像処理装置の製造（設備）コストが高くなってしまうという問題があった。
特開２００３−４５９３１号公報 特開平１１−１１１８００号公報

本発明は、塗布現像処理装置の各ユニットの増加を抑えつつ、塗布現像処理装置の所定ユニットの処理条件の変更に際して露光装置の稼働率の低下を防ぐことができる基板処理システムおよび基板処理方法を提供することを目的とする。

本発明の基板処理システムは、基板を種々処理する複数の処理ユニットを有する塗布現像処理装置と、基板上のレジスト膜に露光する露光装置とから構成されたシステムにおいて、処理条件を変更可能な処理ユニット内へ基板が搬入される前に一時的に基板を格納する前バッファーユニットと、前記処理条件を変更可能な処理ユニットから基板が搬出された後に一時的に基板を格納する後バッファーユニットとを備え、前記露光装置が同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間であるサイクルタイムをｔ１とし、前記処理条件を変更可能な処理ユニットが同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間であるサイクルタイムをｔ２とし、前記処理条件を変更可能な処理ユニットの処理条件を変更するのに要する変更時間をｔ３としたときに、
ｔ１＊ｍ≧ｔ２＊ｍ＋ｔ３
が成立するように、前記サイクルタイムｔ１よりも前記サイクルタイムｔ２を短く設定したところに特徴を有する。

本発明によれば、塗布現像処理装置の各ユニットの増加を抑えつつ、塗布現像処理装置の所定ユニットの処理条件の変更に際して露光装置の稼働率の低下を防ぐことができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１は、本実施形態の基板処理システムで実行するフォトリソグラフィー工程の処理フローを示す図である。この図１を参照して、本実施形態の基板処理システムの概略構成について説明する。本実施形態の基板処理システムは、塗布現像処理装置１と、露光装置２とから構成されている。

塗布現像処理装置１は、カセット３と、塗布前冷却ユニット４と、反射防止膜塗布ユニット５と、反射防止膜ベークユニット６と、塗布前冷却ユニット７と、レジスト塗布ユニット８と、前バッファーユニット９と、レジストベークユニット１０と、後バッファーユニット１１と、冷却ユニット１２と、周辺露光ユニット１３と、露光前バッファユニット１４と、露光後ベークユニット１５と、現像前冷却ユニット１６と、現像ユニット１７とを備えて構成されている。尚、露光装置２並びに塗布現像処理装置１の各処理ユニットは、装置単体または処理ユニット単体としては周知の構成のものである。

ここで、本実施形態のフォトリソグラフィー工程の処理フローについて、図１に従って説明する。まず、図１のステップＳ１０に示すように、予め、カセット３にウエハ（被処理基板）をセットしておく。本実施形態の場合、１個のカセット３に２５枚のウエハをセット（収容）している、即ち、１ロットが２５枚である。本実施形態の場合、この２５枚（１ロット）が同一の処理条件で処理する基板の枚数（ｍ＝２５）である。そして、このようなカセット３を４個（ユニット数が４）、塗布現像処理装置１内に設置している。

次に、図１のステップＳ２０に示すように、カセット３にセットされているウエハを１枚取り出して塗布前冷却ユニット４へ搬送し、ここで、反射防止膜塗布前の冷却処理を実行する。続いて、ステップＳ３０へ進み、冷却処理したウエハを反射防止膜塗布ユニット５へ搬送し、ここで、ウエハ上に反射防止膜を塗布する処理を実行する。次いで、ステップＳ４０へ進み、反射防止膜を塗布したウエハを反射防止膜ベークユニット６へ搬送し、ここで、反射防止膜をベーク（乾燥）する処理を実行する。

この後、ステップＳ５０へ進み、ベーク処理したウエハを塗布前冷却ユニット７へ搬送し、ここで、レジスト塗布前の冷却処理を実行する。続いて、ステップＳ６０へ進み、冷却処理したウエハをレジスト塗布ユニット８へ搬送し、ここで、ウエハ上にレジストを塗布する処理を実行する。

次に、ステップＳ７０へ進み、レジストを塗布したウエハを前バッファーユニット９へ搬送し、前バッファーユニット９内にレジストを塗布したウエハを一時的に格納する。この後、ステップＳ８０へ進み、前バッファーユニット９内からレジストを塗布したウエハを取り出してレジストベークユニット１０へ搬送し、ここで、レジストをベーク（乾燥）する処理を実行する。

そして、ステップＳ９０へ進み、ベークしたウエハを後バッファーユニット１１へ搬送し、後バッファーユニット１１内にベークしたウエハを一時的に格納する。この後、ステップＳ１００へ進み、後バッファーユニット１１内からベークしたウエハを取り出して冷却ユニット１２へ搬送する。ここで、ベークしたウエハを冷却する処理を実行する。続いて、ステップＳ１１０へ進み、冷却したウエハを周辺露光ユニット１３へ移動させ、ここで、ウエハ上のレジスト膜に対して周辺露光処理を実施する。そして、ステップＳ１２０へ進み、周辺露光処理したウエハを露光前バッファユニット１４へ移動させ、露光前バッファーユニット１１内に周辺露光処理したウエハを一時的に搬送する。

この後、ステップＳ１３０へ進み、露光前バッファユニット１４内から周辺露光処理したウエハを取り出して露光装置２へ搬送し、ここで、周辺露光処理したウエハ上のレジスト膜に対してマスクを介して所定のパターンを露光する処理を実行する。続いて、ステップＳ１４０へ進み、露光処理したウエハを露光後ベークユニット１５へ搬送し、ここで、露光後のウエハのベーク処理を実行する。

次いで、ステップＳ１５０へ進み、ベーク処理したウエハを現像前冷却ユニット１６へ搬送し、ここで、ベークしたウエハを現像前に冷却する処理を実行する。そして、ステップＳ１６０へ進み、冷却処理したウエハを現像ユニット１７へ搬送し、ここで、ウエハ上のレジスト膜を現像する処理を実行する。この後、ステップＳ１０へ進み、現像したウエハをカセット３へ搬送して格納する。

さて、上記した構成において、露光装置２は、例えばＡｒＦレーザーを露光光源として用いる露光装置であり、その処理能力は例えば１８０ＷＰＨ(Wafer Per Hour：１時間あたりの処理枚数を示す単位)である。この露光装置２の処理能力を、サイクルタイム（１枚のウエハを処理するのに要する時間）に換算すると、サイクルタイムは３６００秒／１８０ＷＰＨ＝２０秒となる。これにより、露光装置２の稼働率を下げないようにするためには、塗布現像処理装置１のサイクルタイムが露光装置のサイクルタイムと同等の２０秒となるように、即ち、塗布現像処理装置１の各処理ユニットのサイクルタイムがそれぞれ２０秒以下となるように構成しなければならない。この場合、塗布現像処理装置１の設備コストを考慮すると、各処理ユニットの個数（ユニット数）を必要最小数とするように構成しなければならない。

ここで、従来構成（具体的には、本実施形態における前バッファユニット９及び後バッファユニット１１を設けないようにした構成）の場合に、上記したようにして決めた各処理ユニットのユニット数の一例を図３に示す。

図３には、塗布現像処理装置１を構成する各処理ユニットの名称、各処理ユニットのユニット数、プロセスタイム（１個の処理ユニットにより１枚のウエハを処理する時間）、オーバーヘッドタイム（１個の処理ユニットにより１枚のウエハを処理する前に準備として要する時間）、サイクルタイム（プロセスタイムとオーバーヘッドタイムの和をユニット数で割った時間、即ち、設置した個数の処理ユニットにより１枚のウエハを処理するのに要する時間）が示されている。

図３に示す構成の場合、塗布現像処理装置１には、例えば４個（ユニット数が４）のカセット３が設置されており、各カセット３には、例えば２５枚のウエハ（被処理基板）がセット（収容）されている。即ち、１ロットが２５枚である。そして、塗布前冷却ユニット４は、プロセスタイムが１５秒で、オーバーヘッドタイムが５秒であるから、サイクルタイムが２０秒となり、ユニット数は１で良い。

これに対して、反射防止膜塗布ユニット５は、プロセスタイムが５０秒で、オーバーヘッドタイムが１０秒であるから、サイクルタイムを２０秒とするためには、ユニット数を３としなければならない。また、反射防止膜ベークユニット６は、プロセスタイムが１００秒で、オーバーヘッドタイムが２０秒であるから、サイクルタイムを２０秒とするためには、ユニット数を６としなければならない。以下、同様にして、塗布前冷却ユニット７、レジスト塗布ユニット８、レジストベークユニット１０、冷却ユニット１２、周辺露光ユニット１３、露光後ベークユニット１５、現像前冷却ユニット１６、現像ユニット１７の各ユニット数を、図３に示すように決めている。

上記した図３に示す構成の塗布現像処理装置１と露光装置２とで、同一の処理条件でウエハを処理していくと、１時間あたり１８０枚のウエハを処理することができる。
ここで、処理条件を途中で変更する場合について説明する。例えば、最初のロット(カセット３)の２５枚のウエハを処理した後、次のロットで使用レジストが変更となり、レジストベークユニット１０の温度を変更する作業が必要となった場合、温度変更のための時間が確保する必要がある。ここで、レジストベークユニット１０の温度変更に例えば１２５秒が必要であるとし、１ロットが２５枚であると想定する。

この場合、最初のロットの２５枚のウエハを処理するためには、２０秒*２５枚で、５００秒がかかっている。即ち、１８０ＷＰＨの処理能力で処理されている。これに対して、次のロットでレジストベークユニット１０の温度を変更する場合、最初のロットの２５枚のウエハを処理完了した後、すぐに設定温度の変更を開始しても、それから１２５秒の温度変更時間が必要なので、次のロットの１枚目のウエハがレジストベークユニット１０にはいるまでに１２５秒かかってしまう。

このような温度変更にともなう処理能力の低下を防ぐためには、レジストベークユニット１０のサイクルタイムを短くしなければならない。具体的には、サイクルタイムを１５秒に変えると、１５秒*２５枚＝３７５秒となり、この３７５秒と、上記温度変更時間の１２５秒との和を、２５枚で割ると、２０秒となり、温度変更にともなう処理能力の低下を防止できることがわかる。

そして、図３の構成の塗布現像処理装置１のサイクルタイムを１５秒にするに当たっては、塗布前冷却ユニット４から露光前バッファユニット１４までの各処理ユニットのサイクルタイムを１５秒以下に設定する必要がある。ここで、塗布前冷却ユニット４から露光前バッファユニット１４までの各処理ユニットのサイクルタイムを１５秒以下に設定するように、各ユニット数を設定した構成を、図４に示す。

この構成の場合、具体的には、図４に示すように、塗布前冷却ユニット４のユニット数を２とし、反射防止膜塗布ユニット５のユニット数を４とし、反射防止膜ベークユニット６のユニット数を８とし、塗布前冷却ユニット７のユニット数を４とし、レジスト塗布ユニット８のユニット数を４とし、ジストベークユニット１０のユニット数を８とし、冷却ユニット１２のユニット数を３とし、周辺露光ユニット１３のユニット数を２としている。従って、図４に示す構成の場合、各処理ユニットのユニット数を大幅に増やさなければならず、塗布現像処理装置１の設備コストがかなり高くなるという問題点があった。

このような問題点を解消するために、即ち、ユニット数の大幅な増加を防ぐために、本実施形態においては、図１に示すように、温度変更が必要となるレジストベークユニット１０の前後にウエハを一時的に格納できる前バッファーユニット９及び後バッファーユニット１１を設けた。また、レジストベークユニット１０のユニット数については、上記図４の構成と同様にして、温度変更に要する時間である１２５秒を考慮して、８に設定した。他の処理ユニットのユニット数は、温度変更に要する時間である１２５秒を考慮しない図３の構成と同じ数値に設定した。このように設定した構成を、図２に示す。

図２に示すように、塗布前冷却ユニット４から、反射防止膜塗布ユニット５、反射防止膜ベークユニット６、塗布前冷却ユニット７、レジスト塗布ユニット８までは、サイクルタイムを２０秒に設定して処理される。そして、レジストベークユニット１０が温度変更されても、レジストベークユニット１０のサイクルタイムが１５秒に設定されているので、常に２０秒のサイクルタイムでウエハをレジストベークユニット１０からバッファーユニット１１に送り出すことができる。その結果、塗布現像処理装置１の処理のサイクルタイムを一定の２０秒に保つことができる。

ここで、レジストベークユニット１０、前バッファーユニット９及び後バッファーユニット１１の各動作について具板的に説明する。まず、レジストベークユニット１０の温度変更に１２５秒かかったときに、その間に処理されなかったウエハは、レジストベークユニット１０の前の前バッファーユニット９内に格納される。そして、レジストベークユニット１０の温度変更後は、バッファーユニット９内のウエハを取り出して順次サイクルタイム１５秒で処理することができる。このため、１ロットの２５枚のウエハを、（１２５＋１５＊２５）＝５００秒で処理することができる。

そして、レジストベークユニット１０の後の各処理ユニットにおいては、２０秒のサイクルタイムで処理できるため、１ロットの２５枚のウエハを５００秒で処理することができる。但し、レジストベークユニット１０から後のバッファーユニット１１にウエハが格納されるまでは、温度変更時間（１２５秒）の間だけ待ちが生じるが、ウエハが一度格納された後は、何度温度変更しても、すでにレジストベークユニット１０の後の後バッファーユニット１１にウエハが格納されているので、待ちは発生しない。その結果、１ロットの２５枚のウエハをほぼ５００秒（２０秒のサイクルタイム）で処理することができる。

本実施形態では、レジストベークユニット１０の前後に前バッファーユニット９及び後バッファーユニット１１を設け、レジストベークユニット１０のユニット数だけを増やすことにより、所定の処理能力（２０秒のサイクルタイム）を維持できるように構成したが、これに限られるものではない。ロットとロットの間で処理条件を変更するのに時間を必要とする処理ユニットであれば、その前後にバッファーユニットを設け、その処理ユニットだけユニット数を増やすように構成すれば良い。このように構成することにより、処理条件の変更にともなう処理能力の低下を防ぐことができ、その結果、低い設備コストで、高い生産性を維持することができる。

この場合、処理条件の変更にｘ秒、目標とするサイクルタイムをｙ秒、1ロットの枚数をｚ、処理ユニットの処理時間とオーバーヘッド時間の合計をｗ秒とすると、
ｗ／｛（ｙｚ−ｘ）／ｚ｝
の小数点以下を切り上げた数が必要なユニット数となる。また、
ｘ／ｙ
の小数点以下を切り上げた数が必要なバッファーユニットの個数となる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

上記実施形態では、露光装置２のサイクルタイムをｔ１（２０秒）とし、処理条件（温度）を変更するレジストベークユニット１０のサイクルタイムをｔ２（１５秒）とし、同一の処理条件で処理する基板の枚数をｍ（２５枚）とし、処理条件を変更するのに要する変更時間をｔ３（１２５秒）とし、レジスト塗布ユニット８および冷却ユニット１２のサイクルタイムをｔ（２０秒）としたときに、ｔ１＊ｍ＝ｔ４＊ｍ＝ｔ２＊ｍ＋ｔ３が成立するように構成したが、ｔ１＊ｍ＞ｔ４＊ｍ＞ｔ２＊ｍ＋ｔ３が成立するように構成しても良い。

また、上記実施形態では、レジストベークユニット１０の温度を変更する場合に適用したが、他の処理条件を変更する場合、例えばレジスト塗布ユニットや現像ユニットの処理条件を変更する場合に適用しても良い。

本発明の一実施形態を示すもので、製造工程の一部を示すフロチャート 塗布現像処理装置を構成する各処理ユニットの名称、各処理ユニットのユニット数、プロセスタイム、オーバーヘッドタイム、サイクルタイムを示す図 周知構成の図２相当図 周知構成において処理条件を変更する場合の図３相当図

符号の説明

図面中、１は塗布現像処理装置、２は露光装置、３はカセット、４は塗布前冷却ユニット、５は反射防止膜塗布ユニット、６は反射防止膜ベークユニット、７は塗布前冷却ユニット、８はレジスト塗布ユニット、９はバッファーユニット、１０はレジストベークユニット、１１はバッファーユニット、１２は冷却ユニット、１３は周辺露光ユニット、１４は露光前バッファユニット、１５は露光後ベークユニット、１６は現像前冷却ユニット、１７は現像ユニットである。

Claims (3)

1. 基板を種々処理する複数の処理ユニットを有する塗布現像処理装置と、基板上のレジスト膜に露光する露光装置とから構成された基板処理システムにおいて、
   処理条件を変更可能な処理ユニット内へ基板が搬入される前に一時的に基板を格納する前バッファーユニットと、
   前記処理条件を変更可能な処理ユニットから基板が搬出された後に一時的に基板を格納する後バッファーユニットとを備え、
   前記露光装置が同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間であるサイクルタイムをｔ１とし、前記処理条件を変更可能な処理ユニットが同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間であるサイクルタイムをｔ２とし、前記処理条件を変更可能な処理ユニットの処理条件を変更するのに要する変更時間をｔ３としたときに、
   ｔ１＊ｍ≧ｔ２＊ｍ＋ｔ３
   が成立するように、前記サイクルタイムｔ１よりも前記サイクルタイムｔ２を短く設定することを特徴とする基板処理システム。
2. 前記処理条件を変更する処理ユニットは、レジストベークユニットであり、変更する処理条件は温度であることを特徴とする請求項１記載の基板処理システム。
3. 塗布ユニットにより半導体基板上にレジスト膜を塗布し、前記レジスト膜が塗布された半導体基板を第１のバッファユニットに一時的に格納し、ベークユニットにより前記第１のバッファユニットに格納された半導体基板をベーク処理し、前記ベーク処理された半導体基板を一時的に第２のバッファユニットに格納し、冷却ユニットにより前記第２のバッファユニットに格納された半導体基板を冷却し、露光装置により前記冷却された半導体基板上のレジスト膜にパターンを露光する基板処理方法であって、
   前記露光装置が同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間をｔ１とし、前記ベークユニットが同一の処理条件でｍ枚の基板をベーク処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間をｔ２とし、前記ベークユニットの温度条件を変更するのに要する変更時間をｔ３とし、前記塗布ユニットまたは前記冷却ユニットが同一の処理条件でｍ枚の基板を処理する際の基板１枚を処理するのに要する時間をｔ４としたときに、
   ｔ１＊ｍ≧ｔ４＊ｍ≧ｔ２＊ｍ＋ｔ３
   が成立するように、前記時間ｔ１および前記時間ｔ４よりも前記時間ｔ２を短く設定することを特徴とする基板処理方法。

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