JP2013207030A - レジスト塗布処理装置およびレジスト塗布処理方法 - Google Patents

レジスト塗布処理装置およびレジスト塗布処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハに反りが生じていても、現像後のレジストパターンの出来栄えバラツキを抑制できるレジスト塗布処理装置を提供するを提供する。
【解決手段】本発明のレジスト塗布処理装置100は、ウェハ上のレジストを加熱するベークヒータ107bと、レジストを加熱する際のベークヒータ107bの温度分布を制御する制御部101を有し、制御部101は、ウェハの反り量に応じて加熱する際のベークヒータ107bの温度分布を制御する。
【選択図】図3

Description

本発明は、レジスト塗布処理装置およびレジスト塗布処理方法に関する。
半導体製造装置におけるレジスト塗布処理装置は、シリコン等のウェハ上にフォトレジスト膜を形成するレジスト塗布処理と、塗布されたフォトレジスト膜を所定のパターンで露光する露光処理と、露光されたフォトレジストを所定パターンに現像する現像処理を行うことにより、ウェハ上のフォトレジストに所望のレジストパターンを形成している。
ここで、レジスト塗布処理の際には、ウェハ上に塗布したレジストを乾燥させるため、ウェハを搭載したプレート(ベークプレート)を加熱することにより、ウェハを加熱し、乾燥させている。
また、現像処理の際にも、ベークプレートを加熱することにより、ウェハを加熱する場合がある(特許文献1)。
ここで、レジストを加熱する際に、レジストへの熱の加わり方がばらつくと、現像処理後のレジストパターンの出来栄えにばらつきが発生する。
このようなバラツキを防ぐ方法として、特許文献1では、加熱の際に、ベークプレート面内の温度分布を均一に保つように加熱部の制御を行っている。
特開2000−0286192号公報
しかしながら、特許文献1のように、ベークプレート面内の温度分布を均一に保った場合でも、ウェハに反りが生じていると、ウェハとベークプレートの距離が一定にならないため、ベークプレートからウェハに伝わる熱量がウェハの面内でばらつき、現像後のレジストパターンの出来栄えにバラツキを生じるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ウェハに反りが生じていても、現像後のレジストパターンの出来栄えバラツキを抑制できるレジスト塗布処理装置を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明の第1の態様は、基板上のレジストを加熱する加熱部と、前記レジストを加熱する際の前記加熱部の温度分布を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記基板の反り量に応じて加熱する際の前記加熱部の温度分布を制御する、レジスト塗布処理装置である。
本発明の第2の態様は、基板上のレジストを加熱する際に、前記基板の反り量に応じて加熱する際の加熱部の温度分布を制御する、レジスト塗布処理方法である。
本発明によれば、ウェハに反りが生じていても、現像後のレジストパターンの出来栄えバラツキを抑制できるレジスト塗布処理装置を提供することができる。
第1の実施形態に係るレジスト塗布処理装置100の構成を示すブロック図である。 第1の実施形態に係るウェハベークユニット107の平面図である。 第1の実施形態に係るレジスト塗布処理装置100の動作を示すフロー図である。 ウェハの反りを示す図であって、横軸は測定方向(ウェハの中心を通る方向)であって「0」はウェハの中心を意味し、縦軸はウェハの反り量を示している。 ウェハ・ベークプレート107a間の距離と、ウェハの温度との関係を示す図である。 図4に示すウェハに対応したベークプレート107a表面(搭載面)の温度分布を示す図であって、横軸の「0」はウェハの中心を意味する。 第2の実施形態に係るウェハベークユニット109の平面図である。 第2の実施形態に係るレジスト塗布処理装置100の動作を示すフロー図である。 第3の実施形態に係るウェハベークユニット107、109の平面図である。 ウェハの反りを示す図であって、横軸は測定方向(ウェハの中心を通る方向)であって「0」はウェハの中心を意味し、縦軸はウェハの反り量を示している。
以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1の実施形態に係るレジスト塗布処理装置100の構造について説明する。
ここではレジスト塗布処理装置100として、半導体装置の製造に用いられる装置が例示されている。
図1に示すように、レジスト塗布処理装置100は、装置を構成する各ユニットの動作を制御する制御部101と、装置外部から搬送された半導体基板等のウェハを装置内部に搬入するロードポート102と、装置内部でウェハを移動する際に用いられるウェハ搬送ロボット103を有している。
レジスト塗布処理装置100は、さらに、後述するHMDS処理に用いられるHMDS処理ユニット104と、レジストを塗布するレジスト塗布ユニット106と、現像に用いられる現像処理ユニット111と、レジスト塗布後にウェハを加熱して乾燥させるウェハベークユニット107を有している。
レジスト塗布処理装置100は、また、露光後にウェハを加熱するPEB(ポストエクスポージャーベーク)ユニット109と、現像後にウェハを加熱するポストベークユニット112と、ウェハを冷却する4つのウェハクーリングユニット(ウェハクーリングユニットA105、ウェハクーリングユニットB108、ウェハクーリングユニットC110、ウェハクーリングユニットD113)とウェハの反りを測定する反り量測定部としてのウェハ反り測定ユニット114を有している。
各ユニットは、トランスファーユニット200を介して露光装置300と接続されている。なお、トランスファーユニット200は露光装置300と各装置の間でウェハを受け渡すユニットである。
図2に示すように、ウェハベークユニット107は、ウェハを搭載する搭載面(ここでは紙面表側)を備え、ウェハの平面形状に対応した平面形状(円形)を有するベークプレート107aと、搭載面と反対側の面(ここでは紙面裏側)またはベークプレート107a内に設けられ、搭載面を加熱することによってウェハを加熱・乾燥可能な加熱部としてのベークヒータ107bと、ベークプレート107aの表面(搭載面)各部の温度を測定できる測定部としての複数の温度センサ107c(例えば熱伝対)を有する。
図2では、ベークヒータ107bは、平面形状が環状の形状を有しており、ベークプレート107aの中心を中心とした同心円状に複数設けられている。
次に図1および図3〜図6を用いて、レジスト塗布処理装置100を用いたウェハの処理手順を説明する。
まず、処理の概略について説明する。
図3に示すように、ウェハの処理は、レジストをウェハに塗布する塗布処理(図3のS1)、塗布したレジストを露光する露光処理(図3のS2)、および露光したレジストを現像する現像処理(図3のS3)を有している。
以下、具体的な処理方法について説明する。
<塗布処理>
まず、図1に示すロードポート102にあるウェハをウェハ搬送ロボット103がウェハ反り測定ユニット114搬送し、ウェハ反り測定ユニット114はウェハの反り量を測定する(図3のS21)。このウェハ反り測定ユニット114は、単独の装置でもかまわない。
図4は、ウェハを直径方向にウェハ反り測定ユニット114で測定した結果の例を示すグラフである。ウェハは同心円状に反っていることが多いため、得られるグラフは、該グラフのような下に凸または逆に上に凸になる場合が多い。
なお、ここではウェハの上面の法線の向きを正の向きとし、負の向きの成分が最も大きな部分(即ち、反りが生じていない部分)を反り量0としている。
制御部101は、この測定結果から図4に示すウェハの反りデータを取得する(図3のS41)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はウェハをHMDS処理ユニット104へ搬入し、HMDS処理ユニット104はウェハにHMDS処理を加える(図1のS22)。
ここで、HMDS処理とは、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)等をウェハ表面に蒸気として吹きつけ、ウェハの表面を親水性から疎水性に変換する処理である。
次に、ウェハ搬送ロボット103はHMDS処理ユニット104からウェハを取り出し、ウェハクーリングユニットA105へ搬送し、ウェハクーリングユニットA105はウェハを冷却して常温(24℃程度)にする(図3のS23)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はウェハクーリングユニットA105からウェハを取り出し、レジスト塗布ユニット106へ搬送し、レジスト塗布ユニット106はウェハ表面にレジストを塗布する(図3のS24)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はレジスト塗布ユニット106からウェハを取り出し、ウェハベークユニット107へ搬送し、ウェハベークユニット107はウェハ表面のレジストを焼きしめる(プリベーク処理、図3のS25)。
具体的には、ウェハがウェハベークユニット107へ搬送された後、先にウェハ反り測定ユニット114で測定したウェハの反り量のデータと、あらかじめ測定されているウェハとベークプレート間距離とウェハ表面温度の関係から、制御部101がプリベーク処理におけるウェハ面内の温度差分布を求め(図3のS42)、ベークプレート107aの表面各部の温度を温度センサ107cで測定し、ベークプレート107aの表面各部の温度分布が、該ウェハ面内の温度差分布を補正し、ウェハ表面での温度が一様になるように(ウェハの温度分布が均一になるように)ベークヒータ107bを制御する(図3のS43)。
ここで具体的なプリベーク処理制御方法を説明する。前述のように、ウェハは同心円状に反っている場合が多いため、得られる反り量のグラフは、図4のグラフのような下に凸または逆に上に凸になる。
ここで、例えば、ウェハ上のある点で0.6mmの反りがあるとする。図5は、ウェハとベークプレート107aの距離と温度の関係を示すグラフで、ベークプレート107aの温度を110℃に制御したものである。
図5から明らかなように、ウェハがベークプレート107aから離れるとウェハ温度が低下する。
そこで、制御部101は、図4と図5のグラフから、ウェハ温度を面内で一定にするには、ベークプレート中心温度(ウェハが反っていない部分の温度)に対して、ベークプレート各部分の温度を何度上げればよいか(即ち、ウェハが反っている部分に対応するベークヒータ107bの部分を何度に加熱すればよいか)を計算する。例えば、上記のように、ウェハ上のある点で0.6mmの反りがある場合、図5から温度差が約8度になることが読み取れる。各部分に同じ計算を行い、図4のグラフをウェハの直径方向の位置に対する温度差に置き換えたものが図6のグラフとなる。図2に示すように、第1の実施形態のウェハベークユニット107は、ベークヒータ107bとベークプレート107aの表面各部の温度を測定できる複数の温度センサ107cを有するので、制御部101は、ベークプレート107a内のベークヒータ107bの温度を温度センサ107cの値が図6のグラフに一致するように制御する。
即ち、制御部101は、反り量が大きくなるほど、ベークヒータ107bの当該部分の温度を高くし、反り量が小さくなるほど、ベークヒータ107bの当該部分の温度を低くする。図2に示すように、ベークヒータ107bが同心円状に配置されている場合、制御部101は、ベークヒータ107bのうち、同心円の外側になればなるほど温度が高くなるように各ベークヒータ107bを制御する。
以上が具体的なプリベーク処理制御方法の説明である。
次に、ウェハ搬送ロボット103はウェハベークユニット107からウェハを取り出し、ウェハクーリングユニットB108へ搬送し、ウェハクーリングユニットB108はウェハを冷却して常温(24℃程度)にする(図3のS26)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はウェハクーリングユニットB108からウェハを取り出し、トランスファーユニット200を介して、露光装置300に渡す。
以上が塗布処理の手順である。
<露光処理>
ウェハを受け取った露光装置300は、図示しないマスク等を用いてレジスト上に所定のパターンが形成されるように露光を行う。
<現像処理>
現像処理の手順としては、まず、ウェハ搬送ロボット103はトランスファーユニット200を介して露光装置300から露光後のウェハを受け取り、PEBユニット109(ポストエクスポージャーベークユニット)に入れ、PEBユニット109はレジストに熱処理を加える(図3のS27)。
化学増感レジストではこの熱処理により熱拡散反応が促進し感度が改善され、i線レジストでは定在波効果が低減しレジストの形状が改善される。
次に、ウェハ搬送ロボット103はPEBユニット109からウェハを取り出し、ウェハクーリングユニットC110へ搬送し、ウェハクーリングユニットC110はウェハを冷却して常温(24℃程度)にする(図3のS28)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はウェハクーリングユニットC110からウェハを取り出し、現像処理ユニット111へ搬送し、現像処理ユニット111はウェハ表面に現像液を塗布し、レジストを現像した後、純水でウェハ表面をリンスする(図3のS29)。
次に、ウェハ搬送ロボット103は現像処理ユニット111からウェハを取り出し、ポストベークユニット112へ搬送し、ポストベークユニット112は約100度の熱によりウェハ表面のレジストを焼きしめる(ポストベーク処理、図3のS30)。
次に、ウェハ搬送ロボット103はポストベークユニット112からウェハを取り出し、ウェハクーリングユニットD113へ搬送し、ウェハクーリングユニットD113はウェハを冷却して常温(24℃程度)にする(図3のS31)。
最後に、ウェハ搬送ロボット103はウェハクーリングユニットD113からウェハを取り出し、ロードポート102へ返却する。
以上が現像処理の手順である。
このように、第1の実施形態によれば、レジスト塗布処理装置100はウェハ上のレジストを加熱するベークヒータ107bと、レジストを加熱する際のベークヒータ107bの温度分布を制御する制御部101を有し、制御部101は、ウェハ反り量に応じて加熱する際のベークヒータ107bの温度分布を制御する。
そのため、ウェハに反りが生じていても、現像後のレジストパターンの出来栄えバラツキを抑制できる。
次に、第2の実施形態について、図7および図8を参照して説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態において、制御部101が、プリベークの時だけでなく、現像処理のPEB処理の際にも、ベークプレート109aの表面各部の温度分布に応じて、ベークヒータ109bの温度分布を制御する構成としたものである。
なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、主に第1の実施形態と異なる部分について説明する。
まず、図7を参照して第2の実施形態に係るPEBユニット109の構成について説明する。
図7に示すように、PEBユニット109は、ウェハベークユニット107と同様の構成を有している。
具体的には、PEBユニット109は、ウェハを搭載する搭載面(ここでは紙面表側)を備えたベークプレート109aと、搭載面と反対側の面(ここでは紙面裏側)またはベークプレート109a内に設けられ、搭載面を加熱することによって(露光後の)ウェハを加熱可能なベークヒータ109bと、ベークプレート109aの表面各部の温度を測定できる複数の温度センサ109c(例えば熱伝対)を有する。
図7では、ベークヒータ109bは、平面形状が環状の形状を有しており、ベークプレート109aの中心を中心とした同心円状に複数設けられている。
次に、第2の実施形態におけるウェハの処理の手順について図7および図8を参照して説明する。
まず、図8に示すように、塗布処理(図8のS1)および露光処理(図8のS2)が行われる。
なお、塗布処理および露光処理の具体的な手順については第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
次に、現像処理が行われる(図8のS3)。
具体的には、ウェハがウェハベークユニット119へ搬送された後、以下の手順でPEB処理を行う(図8のS27)。
まず、制御部101は、先にウェハ反り測定ユニット114(図1参照)で測定したウェハの反り量のデータとあらかじめ測定されているウェハとベークプレート間距離とウェハ表面温度の関係から、PEB処理におけるウェハ面内の温度差分布を求め(図8のS44)、図7のベークプレート109aの表面各部の温度を温度センサ109cで測定し、ベークプレート109aの表面各部の温度分布が、該ウェハ面内の温度差分布を補正し、ウェハ表面での温度が均一になるようにベークヒータ109bを制御する(図8のS45)。ここで制御の方法は第1の実施形態のベークヒータ107bの制御の方法と同じである。
以上がPEB処理の手順である。
なお、PEB処理後のウェハの処理の手順(図8のS28〜S31)は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
このように、第2の実施形態によれば、レジスト塗布処理装置100はウェハ上のレジストを加熱するベークヒータ107b、109bと、レジストを加熱する際のベークヒータ107b、109bの温度分布を制御する制御部101を有し、制御部101は、ウェハ反り量に応じて加熱する際のベークヒータ107b、109bの温度分布を制御する。
従って、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
また、第2の実施形態によれば、制御部101が、ベークプレート109aの表面各部の温度分布に応じて、ベークヒータ109bの温度分布を補正する。
そのため、第1の実施形態と比較して、現像後のレジストパターンの出来栄えバラツキをさらに抑制できる。
次に、第3の実施形態について図9および図10を参照して説明する。
第3の実施形態は、第1の実施形態において、ベークヒータ107b、109bを同心円状ではなく、ブロック状に配置し、ウェハの反りが同心円状でないウェハに対応可能としたものである。
なお、第3の実施形態において、第1の実施形態と同様の機能を果たす要素については同一の番号を付し、主に第1の実施形態と異なる部分について説明する。
図9に示すように、第3の実施形態に係るレジスト塗布処理装置100は、平面形状が円形状のベークヒータ107b、109bを有するが、ベークヒータ107b、109bは、ベークプレート107a、109aの表面を、ブロック分けして各ブロックに対応したブロック状の平面形状になるように配置されている。
このように、ベークヒータ107b、109bを、平面形状がブロック状になるように配置し、制御部101がベークヒータ107b、109bを個別に制御することで、図10に示すような、ウェハの反りが同心円状でない場合でも、反りに応じた適切な温度分布の制御が可能である。
このように、第3の実施形態によれば、レジスト塗布処理装置100はウェハ上のレジストを加熱するベークヒータ107b、109bと、レジストを加熱する際のベークヒータ107b、109bの温度分布を制御する制御部101を有し、制御部101は、ウェハ反り量に応じて加熱する際のベークヒータ107b、109bの温度分布を制御する。
従って、第1の実施形態と同様の効果を奏する。
また、第3の実施形態によれば、ベークヒータ107b、109bを同心円状ではなく、ブロック状に配置し、制御部101がベークヒータ107b、109bを個別に制御する。
そのため、第1の実施形態と比較して、ウェハの反りが同心円状でない場合でも、反りに応じた適切な温度分布の制御が可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
100 レジスト塗布処理装置
101 制御部
102 ロードポート
103 ウェハ搬送ロボット
104 HMDS処理ユニット
105 ウェハクーリングユニットA
106 レジスト塗布ユニット
107 ウェハベークユニット
107a ベークプレート
107b ベークヒータ
107c 温度センサ
108 ウェハクーリングユニットB
109 PEBユニット
109a ベークプレート
109b ベークヒータ
109c 温度センサ
110 ウェハクーリングユニットC
111 現像処理ユニット
112 ポストベークユニット
113 ウェハクーリングユニットD
114 ウェハ反り測定ユニット
200 トランスファーユニット
300 露光装置

Claims (16)

  1. 基板上のレジストを加熱する加熱部と、
    前記レジストを加熱する際の前記加熱部の温度分布を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、
    前記基板の反り量に応じて、加熱する際の前記加熱部の温度分布を制御する、レジスト塗布処理装置。
  2. 前記基板を搭載する搭載面を備えたベークプレートと、
    前記基板の反り量を測定する反り量測定部を有し、
    前記加熱部は、前記ベークプレートの内部または前記搭載面と反対側の面に前記搭載面を加熱可能に設けられ、
    前記制御部は、前記反り量測定部が測定した前記基板の反り量に応じて、前記基板の温度分布が均一になるように、前記加熱部の温度分布を制御する、請求項1記載のレジスト塗布処理装置。
  3. 前記搭載面の温度分布を測定する測定部を有し、
    前記制御部は、前記反り量測定部が測定した前記基板の反り量に応じて前記加熱部の温度分布を制御し、かつ、前記測定部が測定した温度分布に基づいて前記基板の温度分布が均一になるように、前記加熱部の温度分布を補正する、請求項2記載のレジスト塗布処理装置。
  4. 前記加熱部は、前記反り量が大きくなるほど、対応する前記加熱部の対応する部分の温度を高くし、前記反り量が小さくなるほど、前記加熱部の対応する部分の温度を低くすることを特徴とする請求項2または3のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理装置。
  5. 前記加熱部は、環状の平面形状を有する複数のベークヒータを有し、
    複数の前記ベークヒータは、平面形状が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理装置。
  6. 前記加熱部は、複数のベークヒータを有し、
    複数の前記ベークヒータは、平面形状がブロック状に配置されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理装置。
  7. 前記加熱部は、前記基板上に塗布されたレジストを加熱して乾燥させる加熱部であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理装置。
  8. 前記加熱部は、露光後の前記基板上のレジストを加熱する加熱部であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理装置。
  9. 基板上のレジストを加熱する際に、前記基板の反り量に応じて加熱する際の加熱部の温度分布を制御する、レジスト塗布処理方法。
  10. 前記基板の反り量を測定し、
    前記基板をベークプレートの搭載面に搭載し、
    前記反り量測定部が測定した前記基板の反り量に応じて、前記基板の温度分布が均一になるように、前記ベークプレートの内部または前記搭載面と反対側の面に設けられた加熱部が前記搭載面を加熱する際の温度分布を制御する、請求項9記載のレジスト塗布処理方法。
  11. 前記搭載面の温度分布を測定し、
    前記反り量測定部が測定した前記基板の反り量に応じて前記加熱部の温度分布を制御し、かつ、前記測定部が測定した温度分布に基づいて、前記基板の温度分布が均一になるように、前記加熱部の温度分布を補正する、請求項10記載のレジスト塗布処理方法。
  12. 前記反り量が大きくなるほど、前記加熱部の対応する部分の温度を高くし、前記反り量が小さくなるほど、前記加熱部の対応する部分の温度を低くすることを特徴とする請求項10または11のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理方法。
  13. 前記加熱部は、環状の平面形状を有する複数のベークヒータを有し、
    複数の前記ベークヒータは、平面形状が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理方法。
  14. 前記加熱部は、複数のベークヒータを有し、
    複数の前記ベークヒータは、平面形状がブロック状に配置されていることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理方法。
  15. 前記基板上に塗布されたレジストを加熱して乾燥させることを特徴とする、請求項9〜14のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理方法。
  16. 前記加熱部は、露光後の前記基板上のレジストを加熱することを特徴とする、請求項9〜14のいずれか一項に記載のレジスト塗布処理方法。
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