JP2009267144A - 基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム - Google Patents

基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム Download PDF

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Abstract

【課題】所定の寸法のレジストパターンを基板面内に均一に形成する。
【解決手段】検査用ウェハ上にレジストパターンを形成し（ステップＳ１）、当該レジストパターンの第１の線幅を測定する（ステップＳ２）。第１の線幅の測定結果に基づいて、ＰＥＢ処理の加熱温度が各熱板領域毎に補正される（ステップＳ３、Ｓ４）。補正された加熱温度でＰＥＢ処理を行い検査用ウェハ上にレジストパターンを形成し（ステップＳ５）、当該レジストパターンの第２の線幅を測定する（ステップＳ６）。第２の線幅のウェハ面内分布から線形成分を算出し（ステップＳ７）、当該線形成分に基づいて露光量が各露光領域毎に補正される（ステップＳ８、Ｓ９）。以後、補正された加熱温度でＰＥＢ処理を行うと共に、補正された露光量で露光処理を行い、ウェハ上に所定のレジストパターンを形成する（ステップＳ１０）。
【選択図】図１２

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上に所定のレジストパターンを形成する基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに関する。
例えば半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィー処理では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）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、当該レジスト膜を所定のパターンを露光する露光処理、露光後にレジスト膜の化学反応を促進させるために加熱するポストエクスポージャーベーキング処理（以下、「ＰＥＢ処理」という。）、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成される。
上述したレジストパターンは、下地の被処理膜のパターン形状を定めるものであり、厳格な寸法で形成する必要がある。そこで、フォトリソグラフィー処理を行ってウェハ上にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンの寸法を測定した後、その寸法測定結果に基づいて、例えばＰＥＢ処理等の加熱温度を補正して、レジストパターンの寸法の適正化を図ることが提案されている。かかる場合、加熱温度の補正は、例えばウェハを載置して加熱する熱板の温度を補正することにより行われる。熱板には例えば給電により発熱するヒータが内蔵されており、このヒータの温度を調節することによって、熱板は所定の温度に調節される（特許文献１）。
特開２００６−２２８８１６号公報
しかしながら、熱板にはヒータが所定のパターンで固定して配置されているため、熱板を所定の温度に補正できない領域が存在する場合があった。そうすると、この領域ではウェハを適切に加熱することができないため、レジストパターンが所定の寸法で形成されず、レジストパターンをウェハ面内に均一に形成することができなかった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、所定の寸法のレジストパターンを基板面内に均一に形成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、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板の処理方法であって、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第１の寸法を測定し、前記測定された第１の寸法に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の熱処理の処理温度に関する予め求められた関係から、前記熱処理の処理温度を補正する温度補正工程と、前記補正された処理温度で熱処理を行い、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第２の寸法を測定する寸法測定工程と、前記測定された第２の寸法の基板面内分布を、近似曲面で表された線形成分と、それ以外の非線形成分とに分類する寸法分類工程と、前記線形成分を複数の領域に分割し、前記各領域の線形成分に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の露光処理の処理条件に関する予め求められた関係から、前記露光処理の処理条件を前記各領域毎に補正する露光条件補正工程と、を有し、前記温度補正工程で補正された処理温度での熱処理と、前記露光条件補正工程で補正された処理条件での露光処理とを行い、基板上に所定のレジストパターンを形成することを特徴としている。なお、レジストパターンの寸法とは、例えばレジストパターンの線幅、レジストパターンのサイドウォールアングル、コンタクトホールの径などである。また、露光処理の処理条件とは、例えば露光量（露光光源の光のドーズ量）、露光処理時のフォーカス値などである。
本発明によれば、先ず、熱処理の処理温度を補正しているので、その後補正された処理温度で熱処理を行い、基板上にレジストパターンを形成することで、当該レジストパターンの第２の寸法の基板面内の平均値を概ね所定の寸法にすることができる。しかしながら、このレジストパターンの第２の寸法の基板面内分布には、例えば上述したヒータパターンなどの影響により所定の寸法に形成されない不均一領域が存在する場合がある。そこで本発明では、さらに基板上の複数の領域毎に露光処理の処理条件を補正し、その後補正された処理条件で露光処理を行っている。これによって、上述した不均一領域においても、レジストパターンを所定の寸法に形成することができる。したがって、このように補正された処理温度での熱処理を行うと共に、補正された処理条件で露光処理を行うことで、所定の寸法のレジストパターンを基板面内に均一に形成することができる。
また本発明においては、露光処理の処理条件を補正する際に、レジストパターンの第２の寸法の基板面内分布を、線形成分と非線形成分に分類している。ここで、非線形成分には、例えば基板上に付着するパーティクルや基板の反りなど、レジストパターンの寸法が基板毎に不規則に変化する要因が含まれる。したがって、この非線形成分は再現性の低い不安定な成分であるということができ、補正対象としては適さない。本発明によれば、この非線形成分を差し引いた線形成分に基づいて露光処理の処理条件を補正しているので、適切に露光処理の処理条件の補正を行うことができる。
前記温度補正工程において、前記測定された第１の寸法の基板面内分布を複数の領域に分割し、前記各領域の第１の寸法に基づいて、前記熱処理の処理温度を前記各領域毎に補正してもよい。
前記寸法分類工程において、前記線形成分は、ゼルニケ多項式を用いて算出されてもよい。
前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であってもよい。
前記レジストパターンの寸法は、レジストパターンの線幅であってもよい。
別な観点による本発明によれば、前記基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置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、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理システムであって、基板に熱処理を行う熱処理装置と、基板に露光処理を行う露光装置と、基板上のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記熱処理装置における熱処理の処理温度と、前記露光装置における露光処理の処理条件とを補正する制御装置と、を有し、前記制御装置は、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第１の寸法を測定し、前記測定された第１の寸法に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の熱処理の処理温度に関する予め求められた関係から、前記熱処理の処理温度を補正する温度補正工程と、前記補正された処理温度で熱処理を行い、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第２の寸法を測定する寸法測定工程と、前記測定された第２の寸法の基板面内分布を、近似曲面で表された線形成分と、それ以外の非線形成分とに分類する寸法分類工程と、前記線形成分を複数の領域に分割し、前記各領域の線形成分に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の露光処理の処理条件に関する予め求められた関係から、前記露光処理の処理条件を前記各領域毎に補正する露光条件補正工程と、を実行し、前記温度補正工程で補正された処理温度での熱処理と、前記露光条件補正工程で補正された処理条件での露光処理とを行い、基板上に所定のレジストパターンを形成するように前記熱処理装置、前記露光装置及び前記パターン寸法測定装置を制御することを特徴としている。
前記制御装置は、前記温度補正工程において、前記測定された第１の寸法の基板面内分布を複数の領域に分割し、前記各領域の第１の寸法に基づいて、前記熱処理の処理温度を前記各領域毎に補正してもよい。
前記制御装置は、前記寸法分類工程において、ゼルニケ多項式を用いて前記線形成分を算出してもよい。
前記熱処理装置では、露光処理後であって現像処理前に行われる前記熱処理を行ってもよい。
前記パターン寸法測定装置では、前記レジストパターンの寸法として、レジストパターンの線幅を測定してもよい。
本発明によれば、所定の寸法のレジストパターンを基板面内に均一に形成することができる。
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基板処理システムとしての塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。
塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、ウェハＷに対し所定の検査を行う検査ステーション３と、フォトリソグラフィー処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション４と、この処理ステーション４に隣接して設けられている露光装置Ａとの間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。
カセットステーション２では、カセット載置台６が設けられ、当該カセット載置台６は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路７上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送体８が設けられている。ウェハ搬送体８は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、カセットＣ内に上下方向に配列されたウェハＷに対して選択的にアクセスできる。ウェハ搬送体８は、鉛直方向の軸周り（θ方向）に回転可能であり、後述する検査ステーション３側の受け渡し部１０に対してもアクセスできる。
カセットステーション２に隣接する検査ステーション３には、ウェハＷ上のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置２０が設けられている。パターン寸法測定装置２０は、例えば検査ステーション３のＸ方向負方向（図１の下方向）側に配置されている。例えば検査ステーション３のカセットステーション２側には、カセットステーション２との間でウェハＷを受け渡しするための受け渡し部１０が配置されている。この受け渡し部１０には、例えばウェハＷを載置する載置部１０ａが設けられている。パターン寸法測定装置２０のＸ方向正方向（図１の上方向）には、例えば搬送路１１上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送装置１２が設けられている。ウェハ搬送装置１２は、例えば上下方向に移動可能でかつθ方向にも回転自在であり、パターン寸法測定装置２０、受け渡し部１０及び処理ステーション４側の後述する第３の処理装置群Ｇ３の各処理装置に対してアクセスできる。
検査ステーション３に隣接する処理ステーション４は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション４のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、検査ステーション３側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション４のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、検査ステーション３側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置３０が設けられている。第１の搬送装置３０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各装置に対し選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置３１が設けられている。第２の搬送装置３１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各装置に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。
図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハＷ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装置４０、４１、４２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置４３、４４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置５０〜５４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の前記液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室６０、６１がそれぞれ設けられている。
図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、例えば温度調節装置７０、ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置７１、精度の高い温度管理下でウェハ温度を調節する高精度温度調節装置７２〜７４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置７５〜７８が下から順に９段に重ねられている。
第４の処理装置群Ｇ４には、例えば高精度温度調節装置８０、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング装置（以下、「ＰＡＢ装置」という。）８１〜８４及び現像処理後のウェハＷの加熱処理を行うポストベーキング装置（以下、「ＰＯＳＴ装置」という。）８５〜８９が下から順に１０段に重ねられている。
第５の処理装置群Ｇ５では、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置９０〜９３、ウェハＷに熱処理としての加熱処理を行う、熱処理装置としてのポストエクスポージャーベーキング装置（以下、「ＰＥＢ装置」という。）９４〜９９が下から順に１０段に重ねられている。
図１に示すように第１の搬送装置３０のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置１００、１０１、ウェハＷを加熱処理する加熱処理装置１０２、１０３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置３１のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置１０４が配置されている。
インターフェイスステーション５には、例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１１０上を移動するウェハ搬送体１１１と、バッファカセット１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション５に隣接した露光装置Ａと、バッファカセット１１２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。
次に、上述したパターン寸法測定装置２０の構成について説明する。パターン寸法測定装置２０は、例えば図４に示すように側面にウェハＷを搬入出口（図示せず）が形成されたケーシング２０ａを有している。ケーシング２０ａ内には、ウェハＷを水平に載置する載置台１２０と、光学式表面形状測定計１２１が設けられている。載置台１２０は、例えば水平方向の２次元方向に移動できる。光学式表面形状測定計１２１は、例えばウェハＷに対して斜方向から光を照射する光照射部１２２と、光照射部１２２から照射されウェハＷで反射した光を検出する光検出部１２３と、当該光検出部１２３の受光情報に基づいてウェハＷ上のレジストパターンの寸法を算出する測定部１２４を備えている。パターン寸法測定装置２０は、例えばスキャトロメトリ（Scatterometry）法を用いてレジストパターンの寸法を測定するものであり、測定部１２４において、光検出部１２３により検出されたウェハ面内の光強度分布と、予め記憶されている仮想の光強度分布とを照合し、その照合された仮想の光強度分布に対応するレジストパターンの寸法を求めることにより、レジストパターンの寸法を測定できる。なお本実施の形態においては、レジストパターンの寸法として、例えばレジストパターンの線幅が測定される。
また、パターン寸法測定装置２０は、光照射部１２２及び光検出部１２３に対してウェハＷを相対的に水平移動させることによって、ウェハＷ面内の複数領域、例えば図５に示すような各ウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５毎に複数の測定点においてレジストパターンの線幅を測定することができる。このウェハ領域Ｗ１〜Ｗ５は、後述するＰＥＢ装置９４〜９９の熱板領域Ｒ１〜Ｒ５に対応している。なお、ウェハＷ面内の領域の数や形状は、図５に示した領域に限定されず、任意に選択することができる。
次に、上述した露光装置Ａの構成について説明する。露光装置Ａは、図６に示すように側面にウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成されたケーシング１３０を有している。ケーシング１３０内には、ウェハＷを所定の位置に載置する載置台１３１と、載置台１３１上に載置されたウェハＷに対して光を照射する光源１３２と、所定のパターンが面付けされたマスク１３３が設けられている。マスク１３３は、載置台１３１と光源１３２との間に配置されている。露光装置Ａは、光源１３２からマスク１３３を介して載置台１３１上のウェハＷに対して光を照射して、ウェハＷ上のレジスト膜を所定のパターンに露光することができる。このとき、光源１３２から照射される光は、図７に示すようにウェハＷを格子状の複数の領域に分割した露光領域Ｅ毎に照射され、各露光領域Ｅ毎にウェハＷ上のレジスト膜が露光される。そして光源１３２から光を照射する際の露光の処理条件として、例えば露光量（光源１３２の光のドーズ量）等が、後述する制御装置２００により各露光領域Ｅ毎に制御される。
次に上述したＰＥＢ装置９４〜９９の構成について説明する。ＰＥＢ装置９４は、図８に示すように側面にウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成されたケーシング９４ａを有している。ケーシング９４ａ内には、上側に位置して上下動自在な蓋体１４０と、下側に位置して蓋体１４０と一体となって処理室Ｋを形成する熱板収容部１４１が設けられている。
蓋体１４０は、下面が開口した略円筒形状を有している。蓋体１４０の上面中央部には、排気部１４０ａが設けられている。処理室Ｋ内の雰囲気は、排気部１４０ａから均一に排気される。
熱板１５０は、図９に示すように複数、例えば５つの熱板領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５に区画されている。熱板１５０は、例えば平面から見て中心部に位置して円形の熱板領域Ｒ１と、その周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ２〜Ｒ５に区画されている。
熱板１５０の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５には、給電により発熱するヒータ１５１が個別に内蔵され、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５毎に加熱できる。各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５のヒータ１５１の発熱量は、温度制御装置１５２により調節されている。温度制御装置１５２は、ヒータ１５１の発熱量を調節して、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の温度を所定の加熱温度に制御できる。温度制御装置１５２における加熱温度の設定は、例えば後述する制御装置２００により行われる。
図８に示すように熱板１５０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン１６０が設けられている。昇降ピン１６０は、昇降駆動機構１６１により上下動できる。熱板１５０の中央部付近には、熱板１５０を厚み方向に貫通する貫通孔１６２が形成されており、昇降ピン１６０は、熱板１５０の下方から上昇して貫通孔１６２を通過し、熱板１５０の上方に突出できる。
熱板収容部１４１は、例えば熱板１５０を収容して熱板１５０の外周部を保持する環状の保持部材１７０と、その保持部材１７０の外周を囲む略筒状のサポートリング１７１を備えている。
なお、ＰＥＢ装置９５〜９９の構成については、上述したＰＥＢ装置９４と同様であるので説明を省略する。
次に、上述したＰＥＢ装置９４〜９９における加熱温度と露光装置Ａにおける露光量を制御する制御装置２００について説明する。制御装置２００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成され、図４に示すパターン寸法測定装置２０の測定部１２４、図８及び図９に示す温度制御装置１５２、図６に示す露光装置Ａの光源１３２に接続されている。
制御装置２００は、図１０に示すように例えばパターン寸法測定装置２０からの線幅測定結果が入力される入力部２０１と、線幅測定結果からＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度の補正値と露光装置Ａの露光量の補正値を算出するために必要な各種情報が格納されるデータ格納部２０２と、前記加熱温度と露光量の補正値を算出する各種プログラムを格納するプログラム格納部２０３と、線幅測定結果のウェハＷ面内分布を、近似曲面で表した線形成分とそれ例外の非線形成分に分類する寸法分類部２０４と、各種プログラムを実行して前記加熱温度と露光量の補正値を算出する演算部２０５と、算出された加熱温度と露光量の補正値をＰＥＢ装置９４〜９９と露光装置Ａにそれぞれ出力する出力部２０６などを備えている。
データ格納部２０２には、例えば図１１に示すように、レジストパターンの線幅とＰＥＢ装置９４〜９９における加熱温度との相関Ｍ１（図１１（ａ））と、レジストパターンの線幅と露光装置Ａにおける露光量との相関Ｍ２（図１１（ｂ））などが格納されている。相関Ｍ１と相関Ｍ２は、ウェハＷの処理を行う前に予め求められた相関である。例えば相関Ｍ２は、複数枚のウェハＷに対して露光量を変化させてレジストパターンを形成し、この露光量とレジストパターンの線幅の測定値との関係を線形補完して算出される。なお本実施の形態において、相関Ｍ２の傾き（線幅露光量依存性）は、例えば−３．０３ｎｍ／（ｍＪ／ｃｍ２）に設定されている。
プログラム格納部２０３には、例えばパターン寸法測定装置２０からのウェハＷ面内のレジストパターンの線幅測定結果に基づいて、相関Ｍ１から、ＰＥＢ装置９４〜９９における各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の加熱温度の補正値を算出するプログラムＰ１が格納されている。
さらにプログラム格納部２０３には、例えばパターン寸法測定装置２０からのウェハＷ面内のレジストパターンの線幅測定結果から、線形成分と非線形成分とを算出するプログラムＰ２と、算出された線形成分に基づいて、相関Ｍ２から、露光装置Ａにおける各露光領域Ｅの露光量の補正値を算出するプログラムＰ３とが格納されている。
プログラムＰ２は、例えばゼルニケ多項式を用いて線形成分を算出する。ゼルニケ多項式は、光学分野でよく使われる極座標の引数（ｒ、θ）を有する複素関数である。各面内傾向成分を示すゼルニケ係数Ｚｎは、極座標の引数（ｒ、θ）を用いて以下の式により表せられる。
Ｚ１（１）
Ｚ２（ｒ・ｃｏｓθ）
Ｚ３（ｒ・ｓｉｎθ）
Ｚ４（２ｒ２−１）
Ｚ５（ｒ２・ｃｏｓ２θ）
Ｚ６（ｒ２・ｓｉｎ２θ）
Ｚ７（（３ｒ３−２ｒ）・ｃｏｓθ）
Ｚ８（（３ｒ３−２ｒ）・ｓｉｎθ）
Ｚ９（６ｒ４−６ｒ２＋１）
Ｚ１０（ｒ３・ｃｏｓ３θ）
Ｚ１１（ｒ３・ｓｉｎ３θ）
Ｚ１２（（４ｒ４−３ｒ２）・ｃｏｓ２θ）
Ｚ１３（（４ｒ４−３ｒ２）・ｓｉｎ２θ）
Ｚ１４（（１０ｒ５−１２ｒ３＋３ｒ）・ｃｏｓθ）
Ｚ１５（（１０ｒ５−１２ｒ３＋３ｒ）・ｓｉｎθ）
Ｚ１６（２０ｒ６−３０ｒ４＋１２ｒ２−１）
・
・
このゼルニケ多項式を線形結合することにより、種々の曲面を生成することができる。本実施の形態においては、ウェハＷ面内の複数点の線幅測定値をウェハＷ面上の高さ方向に表し、そのウェハＷ面内の線幅傾向を円形の波面として捉える。そしてゼルニケ多項式を用いて、線幅測定値と目標線幅値との差を線形成分として算出することができる。
プログラムＰ２によって算出された線形成分には、例えばヒータパターン（熱板領域Ｒ１〜Ｒ５のパターン）など、レジストパターンの線幅がウェハＷ毎に規則的に変化する要因が含まれ、線形成分は再現性の高い安定した成分であるといえる。また非線形成分には、例えばウェハＷ上に付着するパーティクルやウェハＷの反りなど、レジストパターンの線幅がウェハＷ毎に不規則に変化する要因が含まれ、非線形成分は再現性の低い不安定な成分であるということができる。したがって、プログラムＰ３によって露光量の補正値を算出する際には、線形成分を用いて算出するのが適切である。
なお、制御装置２００の機能を実現するためのプログラムＰ１〜Ｐ３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コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置２００にインストールされたものであってもよい。
次に、以上のように構成された塗布現像処理システム１におけるウェハＷの処理プロセスについて、検査用ウェハＷ’の検査処理と共に説明する。図１２は、これら検査用ウェハＷ’の検査処理工程とウェハＷの処理工程を説明したフローチャートである。
先ず、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正するために、塗布現像処理システム１によって検査用ウェハＷ１’に一連のフォトグラフィー処理を行い、検査用ウェハＷ１’上にレジストパターンを形成する（図１２のステップＳ１）。このフォトリソグラフィー処理の詳細については、後述のウェハＷの処理において説明する。レジストパターンが形成された検査用ウェハＷ１’は、検査ステーション３のパターン寸法測定装置２０に搬送される。
パターン寸法測定装置２０では、検査用ウェハＷ１’が載置台１２０に載置される。次に、検査用ウェハＷ１’の所定部分に光照射部１２２から光が照射され、その反射光が光検出部１２３により検出される。そして測定部１２４において、検査用ウェハＷ１’上のレジストパターンの第１の線幅が測定される（図１２のステップＳ２）。この検査用ウェハＷ１’のレジストパターンの第１の線幅測定結果は、制御装置２００の入力部２０１に出力される。
制御装置２００では、レジストパターンの第１の線幅測定結果に基づいて、演算部２０５でＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度の補正値が算出される。具体的には、プログラムＰ１を用いて、相関Ｍ１から、各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の加熱温度の補正値が算出される（図１２のステップＳ３）。そして、算出された加熱温度の補正値は、出力部２０６からＰＥＢ装置９４〜９９に出力され、温度制御装置１５２によってＰＥＢ装置９４〜９９の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５の加熱温度が補正される（図１２のステップＳ４）。なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ１〜Ｓ４までの工程を温度補正工程Ｑ１という。
次に、露光装置Ａの露光量を補正するために、塗布現像処理システム１によって検査用ウェハＷ２’に一連のフォトグラフィー処理を行い、検査用ウェハＷ２’上にレジストパターンを形成する（図１２のステップＳ５）。このフォトグラフィー処理において、ＰＥＢ装置９４〜９９では、上述したステップＳ４で補正された加熱温度で加熱処理（以下、「ＰＥＢ処理」という。）が行われる。そして、レジストパターンが形成された検査用ウェハＷ２’は、検査ステーション３のパターン寸法測定装置２０に搬送され、上述したステップＳ３と同じ方法で、検査用ウェハＷ２’上のレジストパターンの第２の線幅が測定される（図１２のステップＳ６）。この検査用ウェハＷ１’のレジストパターンの第２の線幅測定結果は、制御装置２００の入力部２０１に出力される。
制御装置２００では、先ず寸法分類部２０４において、プログラムＰ２を用いて、図１３に示すようにレジストパターンの第２の線幅測定結果のウェハＷ面内分布を線形成分と非線形成分とを算出して分類する（図１２のステップＳ７）。その後演算部２０５において、算出された線形成分に基づいて、プログラムＰ３を用いて、露光装置Ａの露光量の補正値を求める。具体的には、先ず線形成分から目標線幅変化量を算出する。目標線幅変化量は、図１４に示すように線形成分の線幅分布の大小を逆にした値であり、線形成分に“−１”を掛けた値である。次に目標線幅変化量を相関Ｍ２の傾き（線幅露光量依存性）で除することで、図１５に示すように露光装置Ａにおける各露光領域Ｅの露光量の補正値が算出される（図１２のステップＳ８）。この露光量の補正値を算出するに際し、線形成分の線幅が細い箇所は露光量を減少させるように補正値が算出され、線形成分の線幅が太い箇所は露光量を増加させるように補正値が算出される。その後、算出された露光量の補正値は、出力部２０６から露光装置Ａに出力され、露光装置Ａの露光量が各露光領域Ｅ毎に補正される（図１２のステップＳ９）。なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ６〜Ｓ９までの工程を露光量補正工程Ｑ２という。
次に、例えば製品用のウェハＷに一連のフォトリソグラフィー処理を行う。先ず、ウェハ搬送体８によって、カセット載置台６上のカセットＣ内から、ウェハＷが一枚ずつ取り出され、検査ステーション３の受け渡し部１０に順次搬送される。受け渡し部１０に搬送されたウェハＷは、ウェハ搬送装置１２によって処理ステーション４に搬送され、レジストパターンの形成処理が行われる。例えばウェハＷは、先ず処理ステーション４の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置７０に搬送され、所定温度に温度調節された後、第１の搬送装置３０によってボトムコーティング装置４３に搬送され、反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置３０によって加熱処理装置１０２、高温度熱処理装置７５、高精度温度調節装置８０に順次搬送され、各処理装置において所定の処理が施される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置３０によってレジスト塗布装置４０に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。
レジスト膜が形成されたウェハＷは、第１の搬送装置３０によって例えばＰＡＢ装置８１に搬送され、加熱処理が施された後、第２の搬送装置３１によって周辺露光装置１０４、高精度温度調節装置９３に順次搬送され、各装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１１１によって露光装置Ａに搬送される。
露光装置Ａに搬送されたウェハＷは、載置台１３１上に載置される。そして、光源１３２から、上述のステップＳ９で補正された露光量の光が、ウェハＷの各露光領域Ｅ毎に照射され、ウェハＷ上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。
露光処理の終了したウェハＷは、次にウェハ搬送体１１１によって処理ステーション４のＰＥＢ装置９４に搬送される。
ＰＥＢ装置９４に搬送されたウェハＷは、予め上昇して待機していた昇降ピン１６０に受け渡され、蓋体１４０が閉じられた後、昇降ピン１６０が下降して、ウェハＷが熱板１５０上に載置される。このとき、熱板１５０の各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５は、上述のステップＳ４で補正された加熱温度に加熱されている。そして、ウェハＷは、この加熱された熱板１５０によって所定の温度に加熱される。
ＰＥＢ装置９４におけるＰＥＢ処理が終了したウェハＷは、第２の搬送装置３１によって高精度温度調節装置９１に搬送されて温度調節され、その後現像処理装置５０に搬送され、ウェハＷ上に現像処理が施され、レジスト膜が現像される。
その後ウェハＷは、第２の搬送装置３１によってＰＯＳＴ装置８５に搬送され、ポストベークが施された後、第１の搬送装置３０によって高精度温度調節装置７２に搬送され温度調節される。その後ウェハＷは、第１の搬送装置３０によってトランジション装置７１に搬送され、ウェハ搬送装置１２によって検査ステーション３の受け渡し部１０に受け渡され、受け渡し部１０からウェハ搬送体８によってカセットＣに戻される。こうして塗布現像処理システム１における一連のウェハ処理が終了し、ウェハＷに所定のレジストパターンが形成される（図１２のステップＳ１０）。
以上の実施の形態によれば、温度補正工程Ｑ１において、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を各熱板領域Ｒ１〜Ｒ５毎に補正しているので、その後補正された加熱温度でＰＥＢ処理を行い、ウェハＷ上レジストパターンを形成することで、当該レジストパターンの第２の線幅のウェハＷ面内の平均値を所定の寸法にすることができる。このレジストパターンの第２の線幅のウェハＷ面内分布には、例えばヒータパターン（熱板領域Ｒ１〜Ｒ５のパターン）などの影響により所定の線幅に形成されない不均一領域が存在する場合がある。そこで本実施の形態では、さらに露光量補正工程Ｑ２において、露光装置Ａの露光量を各露光領域Ｅ毎に補正し、その後補正された露光量で露光処理を行っている。これによって、上述した不均一領域においても、レジストパターンを所定の線幅に形成することができる。したがって、このようにＰＥＢ装置９４〜９９において補正された加熱温度でＰＥＢ処理を行うと共に、露光装置Ａにおいて補正された露光量で露光処理を行うことで、所定の線幅のレジストパターンをウェハＷ面内に均一に形成することができる。
また本実施の形態においては、露光量補正工程Ｑ２において、レジストパターンの第２の線幅のウェハＷ面内分布を、線形成分と非線形成分に分類している。上述したように非線形成分には、例えばウェハＷ上に付着するパーティクルやウェハＷの反りなど、レジストパターンの線幅が不規則に変化する要因が含まれるため、補正対象としては適さない。本実施の形態においては、この非線形成分を差し引いた線形成分に基づいて露光処理の露光量を補正しているので、適切に露光量の補正を行うことができる。
ここで、上述したレジストパターンの線幅が所定の線幅で、かつウェハＷ面内に均一になる効果について、発明者らが本実施の形態の方法でシミュレーションを行った結果を図１６に示す。なお、このシミュレーションにおいて、レジストパターンの目標線幅は１１０ｎｍに設定されている。図１６（ａ）はステップＳ２で測定されたレジストパターンの第１の線幅のウェハＷ面内分布、線幅平均値及び３シグマを示している。なお、３シグマは線幅のウェハＷ面内におけるバラツキを示している。図１６（ｂ）はステップＳ６で測定されたレジストパターンの第２の線幅のウェハＷ面内分布、線幅平均値及び３シグマを示している。図１６（ｃ）はステップＳ１０で形成されたレジストパターンの線幅のウェハＷ面内分布、線幅平均値及び３シグマを示している。図１６（ａ）及び（ｂ）を参照すると、ＰＥＢ処理の加熱温度の補正前の線幅平均値は１１３．６３ｎｍであったのに対し、ＰＥＢ処理の加熱温度の補正後の線幅平均値は１１０．２６ｎｍであった。したがって、ＰＥＢ処理の加熱温度を補正することで、レジストパターンの線幅の平均値を所定の目標線幅にすることができることが分かった。また図１６（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、露光量の補正前の３シグマは１．９０ｎｍであったのに対し、露光量の補正後の３シグマは０．８５ｎｍであった。したがって、ＰＥＢ処理の加熱温度を補正すると共に、露光量を補正することで、所定の目標線幅のレジストパターンをウェハＷ面内に均一に形成できることが分かった。
以上の実施の形態において、ステップＳ１０でウェハＷ上にレジストパターンを形成した後、さらにそのウェハＷをパターン寸法測定装置２０に搬送し、当該ウェハＷ上のレジストパターンの第３の線幅を測定してもよい（図１７のステップＳ１１）。このレジストパターンの第３線幅測定結果は、制御装置２００に出力される。そして制御装置２００において、温度補正工程Ｑ１と露光量補正工程Ｑ２と同じ方法で、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度と露光装置Ａの露光量が補正される（図１７のステップＳ１２）。かかる場合、例えばウェハＷの特性が経時的に変化した場合でも、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度と露光装置Ａの露光量を適時補正することができ、以後ウェハＷに所定のパターンを均一に形成することができる。
以上の実施の形態では、温度補正工程Ｑ１においてＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正した後、露光量補正工程Ｑ２において露光装置Ａの露光量を補正していたが、露光装置Ａの露光量を補正した後、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正してもよい。ここで、ＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正せずに露光装置Ａの露光量を補正しただけでは、例えば露光装置Ａのスキャン交互差や測定誤差などにより、ウェハＷ上のレジストパターンには、所定の線幅に形成されない不均一領域が存在する場合がある。本実施の形態では、露光量を補正した後、さらにＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正しているので、上述した不均一領域においても、レジストパターンを所定の線幅に形成することができる。これによって、所定の線幅のレジストパターンをウェハＷ面内に均一に形成することができる。
ところで、レジストパターンの線幅の非線形成分は上述したように再現性の低い不安定な成分であるが、厳密に言うと、この非線形成分には例えばヒータパターンなどの要因のように再現性の高い成分も一部含まれている。そこで、前記実施の形態では、露光量補正工程Ｑ２において、線形成分に基づいて露光量を補正していたが、非線形成分のうちの再現性の高い成分に基づいて、露光量を補正してもよい。かかる場合、例えば温度補正工程Ｑ１でＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度を補正した後、露光量補正工程Ｑ２において複数のウェハＷに対してレジストパターンを形成し、それぞれのレジストパターンの線幅を測定する。そして制御装置２００において、各露光量域Ｅにおける複数のウェハＷのレジストパターンの線幅の平均値を算出し、レジストパターンの線幅と露光量との相関Ｍ２から、各露光領域Ｅにおける露光量の補正値を算出する。その後、補正された加熱温度でＰＥＢ処理を行うと共に、補正された露光量で露光処理を行うことで、所定の線幅のレジストパターンをウェハＷ面内に均一に形成することができる。
以上の実施の形態では、レジストパターンの寸法としてレジストパターンの線幅の調節を行っていたが、これに代えて、レジストパターンのサイドウォールアングルやコンタクトホールの径の調節を行ってもよい。かかる場合、前記実施の形態で補正していたＰＥＢ装置９４〜９９の加熱温度に代えて、ＰＯＳＴ装置８５〜８９やＰＡＢ装置８１〜８４の加熱温度を補正してもよい。また、以上の実施の形態では、露光処理の処理条件として、露光装置Ａの露光量を補正していたが、これに代えて、露光装置Ａにおける露光処理時のフォーカス値を補正してもよい。
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想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。
例えば上述した実施の形態においてパターン寸法測定装置２０は、検査ステーション３に設けられていたが、処理ステーション４に設けられていてもよい。また、パターン寸法測定装置２０は、例えば電子ビームをウェハＷに照射し、ウェハＷ表面の画像を取得することによって、ウェハ面内のレジストパターンの寸法を測定してもよい。さらに、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である場合にも適用できる。
本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上に所定のレジストパターンを形成する際に有用である。
本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。 本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの正面図である。 本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。 パターン寸法測定装置の構成の概略を示す縦断面図である。 分割されたウェハ領域を示す説明図である。 露光装置の構成の概略を示す縦断面図である。 分割された露光領域を示す説明図である。 ＰＥＢ装置の構成の概略を示す縦断面図である。 ＰＥＢ装置の熱板の構成を示す平面図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 レジストパターンの線幅と補正される処理条件との相関を示すグラフであり、（ａ）レジストパターンの線幅とＰＥＢ処理の加熱温度との相関を示し、（ｂ）レジストパターンの線幅と露光量との相関を示している。 検査用ウェハの検査処理工程とウェハの処理工程を説明したフローチャートである。 レジストパターンの線幅を線形成分と非線形成分に分類した様子を示す説明図である。 目標線幅変化量のウェハ面内分布を示す説明図である。 露光量の補正値を示す説明図である。 本実施の形態にかかる方法でシミュレーションを行った場合のレジストパターンの線幅のウェハ面内分布を示し、（ａ）はＰＥＢ処理の加熱温度を補正する前の線幅のウェハ面内分布を示し、（ｂ）はＰＥＢ処理の加熱温度を補正した後の線幅のウェハ面内分布を示し、（ｃ）は露光量を補正した後の線幅のウェハ面内分布を示している。 他の実施の形態にかかる検査用ウェハの検査処理工程とウェハの処理工程を説明したフローチャートである。
符号の説明
１ 塗布現像処理システム
２０ パターン寸法測定装置
８１〜８４ ＰＡＢ装置
８５〜８９ ＰＯＳＴ装置
９４〜９９ ＰＥＢ装置
２００ 制御装置
Ａ 露光装置
Ｍ１ レジストパターンの線幅とＰＥＢ加熱温度との相関
Ｍ２ レジストパターンの線幅と露光量との相関
Ｐ１〜Ｐ３ プログラム
Ｑ１ 温度補正工程
Ｑ２ 露光量補正工程
Ｗ ウェハ

Claims (12)

  1. 基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板の処理方法であって、
    基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第１の寸法を測定し、前記測定された第１の寸法に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の熱処理の処理温度に関する予め求められた関係から、前記熱処理の処理温度を補正する温度補正工程と、
    前記補正された処理温度で熱処理を行い、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第２の寸法を測定する寸法測定工程と、
    前記測定された第２の寸法の基板面内分布を、近似曲面で表された線形成分と、それ以外の非線形成分とに分類する寸法分類工程と、
    前記線形成分を複数の領域に分割し、前記各領域の線形成分に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の露光処理の処理条件に関する予め求められた関係から、前記露光処理の処理条件を前記各領域毎に補正する露光条件補正工程と、を有し、
    前記温度補正工程で補正された処理温度での熱処理と、前記露光条件補正工程で補正された処理条件での露光処理とを行い、基板上に所定のレジストパターンを形成することを特徴とする、基板の処理方法。
  2. 前記温度補正工程において、前記測定された第１の寸法の基板面内分布を複数の領域に分割し、前記各領域の第１の寸法に基づいて、前記熱処理の処理温度を前記各領域毎に補正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. 前記寸法分類工程において、前記線形成分は、ゼルニケ多項式を用いて算出されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板の処理方法。
  4. 前記熱処理は、露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の基板の処理方法。
  5. 前記レジストパターンの寸法は、レジストパターンの線幅であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の基板の処理方法。
  6. 請求項１〜５の基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
  7. 請求項６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。
  8. 基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理システムであって、
    基板に熱処理を行う熱処理装置と、
    基板に露光処理を行う露光装置と、
    基板上のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
    前記熱処理装置における熱処理の処理温度と、前記露光装置における露光処理の処理条件とを補正する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、
    基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第１の寸法を測定し、前記測定された第１の寸法に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の熱処理の処理温度に関する予め求められた関係から、前記熱処理の処理温度を補正する温度補正工程と、前記補正された処理温度で熱処理を行い、基板上にレジストパターンを形成した後、当該レジストパターンの第２の寸法を測定する寸法測定工程と、前記測定された第２の寸法の基板面内分布を、近似曲面で表された線形成分と、それ以外の非線形成分とに分類する寸法分類工程と、前記線形成分を複数の領域に分割し、前記各領域の線形成分に基づいて、レジストパターンの寸法とフォトリソグラフィー処理中の露光処理の処理条件に関する予め求められた関係から、前記露光処理の処理条件を前記各領域毎に補正する露光条件補正工程と、を実行し、前記温度補正工程で補正された処理温度での熱処理と、前記露光条件補正工程で補正された処理条件での露光処理とを行い、基板上に所定のレジストパターンを形成するように前記熱処理装置、前記露光装置及び前記パターン寸法測定装置を制御することを特徴とする、基板処理システム。
  9. 前記制御装置は、前記温度補正工程において、前記測定された第１の寸法の基板面内分布を複数の領域に分割し、前記各領域の第１の寸法に基づいて、前記熱処理の処理温度を前記各領域毎に補正することを特徴とする、請求項８に記載の基板処理システム。
  10. 前記制御装置は、前記寸法分類工程において、ゼルニケ多項式を用いて前記線形成分を算出することを特徴とする、請求項８又は９に記載の基板処理システム。
  11. 前記熱処理装置では、前記熱処理が露光処理後であって現像処理前に行われることを特徴とする、請求項８〜１０のいずかに記載の基板処理システム。
  12. 前記パターン寸法測定装置では、前記レジストパターンの寸法として、レジストパターンの線幅を測定することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の基板処理システム。
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