JP2015159261A

JP2015159261A - 基板処理システム、基板処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体

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Publication number: JP2015159261A
Application number: JP2014034651A
Authority: JP
Inventors: 正志榎本; Masashi Enomoto; 真任田所; Masataka Tadokoro
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: JP6196173B2

Abstract

【課題】基板上に混在する粗密なレジストパターンを所定の目標寸法に形成することを目的としている。
【解決手段】塗布現像処理システム１は、複数の処理装置が設けられた処理ステーションと、ウェハ表面に形成されたレジストパターンの線幅を測定するウェハ検査装置と、ウェハ検査装置でのレジストパターンの線幅の測定結果に基づいて、処理ステーション内の各処理装置の処理パラメータまたは露光装置の処理パラメータの少なくともいずれかを補正する制御部３００と、を有している。制御部３００は、規定の処理パラメータにより形成した密パターン及び粗パターンの線幅と、規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成した密パターン及び粗パターンの線幅との相関関係を求め、当該相関関係に基づいて、処理装置または露光装置の少なくともいずれかの処理パラメータを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の処理を行う基板処理システム、基板処理システムにおける基板の処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程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）等の基板上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理、現像処理後のウェハを乾燥させたりするための加熱処理等の各種処理が行われている。これらの一連の処理は、基板を処理する各種処理ユニットやウェハを搬送する搬送ユニットなどを搭載した基板処理システムである塗布現像処理システム、及び塗布現像処理システムに隣接して設けられた露光装置で行われている。

上述のようなフォトリソグラフィー処理により形成されるレジストパターンは、半導体デバイス製造のその後の工程において下地膜加工後の形状を定めるものであり、所望の線幅で形成することが極めて重要である。そのため、上述の塗布現像処理システムでのウェハ処理において、レジストパターンの線幅に影響を与えるものについてパラメータの最適化が行われる。具体的には、レジストパターンの線幅に影響を与えるウェハ処理として、例えば露光処理後の加熱処理であ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）において、ＰＥＢ処理を最適化するために温度条件の補正が行われる。より具体的には、例えば検査用ウェハにフォトリソグラフィー処理によりレジストパターンを形成して当該形成されたレジストパターンの線幅を測定し、その寸法測定結果に基づいて加熱温度が補正される。

ところが、ウェハ上のレジストパターンには、レジストパターン間の距離が近く密集した密な部分と、レジストパターン間の距離が離れた粗な部分が存在し、密な部分のレジストパターン（以下、「密パターン」という）と、粗な部分のレジストパターン（以下、「粗パターン」という）との間で現像処理後の線幅に差が生じる、いわゆる粗密バイアスと呼ばれる現象が起こる。そして、このような粗密バイアスはＰＥＢ処理などにおいても起こり、例えばＰＥＢ処理における加熱温度を変化させた場合に、密パターンにおける線幅の変化量と粗パターンにおける線幅の変化量が異なったものとなる。したがって、上述のように、ＰＥＢ温度を補正しても、密パターンと粗パターンの双方の線幅を最適化することは困難である。

そのため、特許文献１では、密パターンと粗パターンの線幅を最適化するため、露光装置でウェハに露光処理を行う際に、２以上のスペクトルピークを含んだスペクトルエネルギー分布の分離を制御するように放射線ビームを制御することが提案されている。

特開２００６−２１６９４９号公報

しかしながら本発明者らによれば、粗密バイアスはフォトリソグラフィー処理に用いるレジストの種類により異なる。即ち、例えばある所定のレジストにおいて線幅を最適化するための補正値は、他のレジストに適用しても粗密バイアスの違いにより必ずしも最適なものとならない。また、同じレジストであっても、レジスト膜の下地に形成される膜の種類によって粗密バイアスが変化する。そのため、レジストの種類と下地膜との組み合わせに応じてウェハ処理のパラメータの最適な補正値を求める必要がある。

ところが、線幅を最適化するための補正値を求める際には、上述のように検査用ウェハにレジストパターンを形成するので、製品用のウェハの生産を一旦停止する必要がある。したがって、生産性の観点から検査用ウェハを持ちいることなく補正値を求める技術が望まれている。

また、従来は、塗布現像処理システムにおけるＰＥＢ処理による線幅の最適化と、露光装置における線幅の最適化が別個独立に行われていたので、塗布現像処理システムにおける最適化と露光装置における最適化を組み合わせることで、レジストパターンの線幅の更なる最適化も期待されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に混在する粗密なレジストパターンを所定の目標寸法に形成することを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板を処理する基板処理システムであって、基板の表面に粗密のレジストパターンを形成する複数の処理装置が設けられた処理ステーションと、前記基板処理システムの外部に設けられ、複数の露光ステージを備えた露光装置と、前記処理ステーションとの間で基板を受け渡すインターフェイスステーションと、基板表面に形成されたレジストパターンの線幅を測定する基板検査装置と、前記基板検査装置でのレジストパターンの線幅の測定結果に基づいて、前記処理ステーション内の各処理装置の処理パラメータまたは前記露光装置の処理パラメータの少なくともいずれかを補正する制御部と、を有し、前記制御部は、規定の処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅と、前記規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅との間の差分と、前記処理パラメータの変化量との相関関係を求め、前記相関関係に基づいて、前記処理装置または前記露光装置の少なくともいずれかの処理パラメータを補正する制御をさらに行うことを特徴としている。

本発明者らによれば、例えば基板のＰＥＢ処理において、製品としての基板の品質に問題が生じない程度の微小な温度、例えば±０．１度程度を規定の温度から変化させた場合でも、レジストパターンの線幅には基板検査装置で検出可能な程度の差が生じる。そして本発明によれば、制御部において規定の処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅と、前記規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅との間の差分に基づいて、処理パラメータの変化量と当該線幅の差分との相関関係を求めるので、上述のように処理パラメータを微小変化させることで、例えば基板処理システムで製品となる基板を処理する過程において、換言すれば、基板処理システムでの製品用の基板の生産を停止することなく、所望の相関関係を求めることができる。また、例えばレジストの種類が異なると、例えばＰＥＢ処理の際の加熱温度の変化量に対して線幅の変化量が小さく、且つ露光装置での露光量の変化に対して線幅の変化量が大きくなったり、その逆に、ＰＥＢ処理の際の加熱温度に対して線幅の変化量が大きく、且つ露光装置での露光量の変化に対して線幅の変化量が小さくなったりする。これに対して、本発明においては制御部で求めた相関関係に基づいて、例えば処理パラメータの変化量に対する線幅の変化量の大きな処理パラメータを選択して補正することで、基板処理システムにおける線幅の最適化と露光装置における線幅の最適化を組み合わせて、線幅の最適化の更なる向上を図ることができる。

また、レジストパターンが粗密パターンを有する場合は、上述のような相関関係を、密パターンと粗パターンについて個別に求めることで、粗密バイアスに応じた補正値を求めることができる。したがって、基板上に混在する粗密なレジストパターンを精度よく所定の目標寸法に形成することができる。

別の観点による本発明は、基板を処理する基板処理システムにおける基板の処理方法であって、前記基板処理システムは、基板の表面に粗密のレジストパターンを形成する複数の処理装置が設けられた処理ステーションと、前記基板処理システムの外部に設けられ、複数の露光ステージを備えた露光装置と、前記処理ステーションとの間で基板を受け渡すインターフェイスステーションと、基板表面に形成されたレジストパターンの線幅を測定する基板検査装置と、を有し、前記基板の処理方法は、規定の処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅と、前記規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅とを測定し、測定された線幅の差分と、前記処理パラメータの変化量との相関関係を求め、前記相関関係に基づいて、前記処理装置または前記露光装置の少なくともいずれかの処理パラメータを補正することを特徴としている。

別の観点による本発明は、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ように、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。

また別の観点による本発明は、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。

本発明によれば、基板上に粗密なレジストパターンが混在している場合であっても、レジストパターンを精度よく所定の目標寸法に形成することができる。

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構成の概略を示す正面図である。本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの構成の概略を示す背面図である。ウェハ上のレジストパターンを示した縦断面図である。熱処理装置の熱板の構成を示す平面図である。分割されたウェハ領域を示す説明図である。制御部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ＰＥＢ処理における加熱温度との相関関係を示すグラフである。レジストパターンの線幅とＰＥＢ処理における加熱温度との相関関係を示すグラフである。レジストパターンの線幅と露光処理における露光量との相関関係を示すグラフである。レジストパターンの線幅と露光処理における露光量との相関関係を示すグラフである。レジストパターンの線幅と現像処理における現像時間との相関関係を示すグラフである。レジストパターンの線幅と現像後ベーク処理における加熱温度との相関関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、基板処理システムが、ウェハ上にレジストパターンを形成する塗布現像処理システムである場合を例にして説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布現像処理システム１の構成の概略を示す説明図である。図２及び図３は、塗布現像処理システム１の内部構成の概略を示す正面図及び背面図である。なお、本実施の形態においては、例えば図４に示すように、ウェハＷ上のレジストパターン３１０には、密のレジストパターンとして、密パターンＰ１と、粗のレジストパターンとしての粗パターンＰ２が混在して形成される。すなわち、レジストパターン３１０の幅Ｌに対するレジストパターン３１０間のスペース部３１１の幅ＳのＬ分のＳ比率（以下「Ｓ／Ｌ比率」という）が小さい第１のＳ／Ｌ比率の密パターンＰ１と、第１のＳ／Ｌ比率より大きい第２のＳ／Ｌ比率の粗パターンＰ２が混在している。レジストパターン３１０の下層には、例えば被処理膜Ｂが形成されている。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接して設けられインターフェイスステーション１２とを一体に接続した構成を有している。インターフェイスステーション１２のＹ方向正方向側には露光装置１３が隣接して設けられている。インターフェイスステーション１２は、露光装置１３との間でウェハＷの受け渡しを行う。露光装置１３には、例えば２つの露光ステージ１３ａ、１３ｂが設けられている。なお、露光ステージの設置数は本実施の形態に限定されるものではなく、３つ以上の露光ステージが設けられていてもよい。また、露光装置１３には、当該露光装置１３の制御を行う露光制御部１４が設けられている。露光装置１３での露光処理においては、例えば日々の気圧差でフォーカスの制御性が変化するため、露光制御部１４ではそれに伴うレジストパターンの線幅の変化を抑制するように処理パラメータとしての露光量やフォーカス深度などの露光条件が設定される。また、露光装置１３では、同一の処理パラメータで処理を行っても、露光ステージ１３ａ、１３ｂ間で露光処理に差が生じるので、露光制御部１４では、露光ステージ１３ａ、１３ｂ間で生じる差を補正するように処理パラメータの補正が行われる。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０上に複数配置された、カセットＣを載置する複数のカセット載置板２１と、Ｘ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数の、例えば４つのブロックＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４が設けられている。例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下「下部反射防止膜」という）を形成する下部反射防止膜形成装置３０、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３１、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下「上部反射防止膜」という）を形成する上部反射防止膜形成装置３２、ウェハＷを現像処理する現像処理装置３３が、下から順に例えば４段に重ねられている。なお、上部反射防止膜形成装置３２は、露光機が液浸露光方式の場合、液浸水からレジスト膜を保護する膜（上部保護膜）を形成する上部保護膜形成装置３２となる場合がある。

これら第１のブロックＧ１の各装置３０〜３３は、処理時にウェハＷを収容する複数のカップＦ、例えばカップＦを水平方向に４台有し、複数のウェハＷを並行して処理することができる。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの熱処理を行う熱処理装置４０や、ウェハＷを疎水化処理する疎水化処理装置としてのアドヒージョン装置４１、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４２が上下方向と水平方向に並べて設けられている。熱処理装置４０は、ウェハＷを載置して加熱する熱板と、ウェハＷを載置して冷却する冷却板を有し、加熱処理と冷却処理の両方を行うことができる。図５に示すように、熱処理装置４０に設けられた熱板４３は、例えば５つの熱板領域Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５に区画されている。熱板４３は、例えば平面から見て中心部に位置する円形の熱板領域Ｒ_１と、その周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５に区画されている。熱板４３の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５には、給電により発熱するヒータ４４が個別に内蔵され、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５毎に加熱できる。各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ４４の発熱量は、後述する制御部３００により調整され、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度が所定の加熱温度に制御される。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＹ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送機構７０が設けられている。ウェハ搬送機構７０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送機構７０のＸ方向正方向側及び負方向側には、ウェハ検査装置７１、７２がウェハ搬送機構７０を挟んで設けられている。また、ウェハ搬送機構７０のＹ方向正方向側には複数のウェハＷを一時的に収容するウェハ載置部７３、７４が設けられている。ウェハ載置部７３は第２のブロックＧ２寄りに、ウェハ載置部７４は第１のブロックＧ１寄りに配置されている。そして、ウェハ搬送機構７０は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置、ウェハ検査装置７１、７２及びウェハ載置部７３、７４との間でウェハＷを搬送できる。なお、本実施の形態におけるウェハ検査装置７１、７２は、ウェハＷにされているレジストパターン３１０の寸法を測定するものである。また、ウェハ検査装置７１、７２は、ウェハ面内の複数領域、例えば図６に示すような各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５のレジストパターン３１０の寸法を測定することができる。なお、このウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５は、上述する熱処理装置４０の熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５に対応している。また、本実施の形態では、ウェハ検査装置７１、７２により測定されるレジストパターン３１０の寸法としての線幅Ｌは、例えば図４に示すように、レジストパターンの高さ方向における中間点の値Ｍである。中間点の値Ｍとするのは、ＰＥＢ処理における加熱温度の変化に対するレジストパターン３１０の線幅の変化が最も大きいためであるが、レジストパターン３１０の上端部近傍の値や下端部近傍の値を測定してもよい。

図１に示すように第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第４のブロックＧ４及びウェハ載置部７３、７４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、ウェハ搬送機構８０が複数配置されている。ウェハ搬送機構８０は、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送機構８０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２並びに第４のブロックＧ４内の所定の装置及びウェハ載置部７３、７４に対してウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１２には、ウェハ搬送機構９０と受け渡し装置１００が設けられている。ウェハ搬送機構９０は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アームを有している。ウェハ搬送機構９０は、例えば搬送アームにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１００及び露光装置１３との間でウェハＷを搬送できる。

以上の塗布現像処理システム１には、図１に示すように制御部３００が設けられている。制御部３００は、例えば図７に示すように、露光装置１３の露光制御部１４との間で通信を行う通信手段３０１と、ウェハＷのロット毎の処理レシピや各処理装置における処理パラメータを記憶する記憶手段３０２と、例えばウェハ検査装置７１、７２からのレジストパターンの寸法測定結果が入力される入力部３０３と、寸法測定結果から例えば熱処理装置４０における処理パラメータである加熱温度や露光装置１３における処理パラメータである露光量の補正値を算出するためのプログラムＱを格納するプログラム格納手段３０４と、プログラムＱを実行して各処理条件を算出する演算手段３０５と、算出された処理条件を熱処理装置４０に出力する出力手段３０６などを備えている。

プログラム格納手段３０４に格納されているプログラムＱにより実行される、各処理条件を算出する方法について説明する。プログラムＱにより、例えば同一ロットの１番目ウェハＷの処理が、記憶手段３０２に記憶された処理レシピに基づいて規定の処理パラメータで実行されると、例えば同一ロットの後続のウェハＷ、例えば２番目以降のウェハＷの処理において、処理パラメータを製品としてのウェハＷの品質に影響しない程度の微小な値だけ変化させる。具体的には、例えば処理パラメータがＰＥＢ処理における加熱温度や露光装置１３における露光量である場合、２番目のウェハＷにおける全ての熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５において、例えば加熱温度を±０．１℃変化させ、３番目のウェハＷにおいて例えば露光量を０．１ｍＪ／ｃｍ^２だけ変化させる。なお、全ての熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５において同じように加熱温度を変化させることで、ウェハＷの面内全体でレジストパターン３１０の線幅は変化するが、ウェハＷの面内における線幅の分布については変化しない。

そして、プログラムＱでは、１番目のウェハＷと２番目のウェハＷ及び３番目のウェハが処理ステーション１１及び露光装置１３で順次処理されてレジストパターン３１０が形成されると、ウェハ検査装置７１、７２での線幅の測定結果から、処理パラメータの変化量と、レジストパターン３１０の線幅の変化量との間の相関関係を求める。具体的には、１番目のウェハＷと２番目のウェハＷとの間の加熱温度の変化量に対する、レジストパターン３１０の線幅の変化量から、例えば図８に示すような相関関係を求める。この際、プログラムＱでは密のレジストパターンである密パターンＰ１と、粗のレジストパターンである粗パターンＰ２の両方に関しての相関関係が求められる。そうすると、例えばあるレジスト種においては、例えば図８に示すように、密パターンＰ１におけるＰＥＢ処理の温度に対するレジストパターン３１０の変化量が、粗パターンＰ２における変化量よりも大きい（粗密バイアスが大きい）ものや、他のレジスト種においては例えば図９に示すように、密パターンＰ１と粗パターンＰ２とでほとんど差が生じず（粗密バイアスが小さい）、且つレジストパターン３１０の変化量が大きいといったように、レジスト種に応じた相関関係が求められる。なお、図８に示す相関関係は粗密バイアスが大きく、後述するようにＰＥＢ処理において温度補正を行った場合の粗密バイアスリスクが高いため、温度補正は好ましくない。プログラムＱでは、図９に示す相関関係を有するウェハＷについては粗密バイアスリスクが低いため、レジストパターン３１０の線幅の最適化にＰＥＢ処理における温度補正が好ましいものと判断する。

また、１番目と３番目のウェハＷからは、例えば図１０及び図１１に示すように、ＰＥＢ処理における場合と同様の相関関係が求められる。図１０は、露光量の変化に対する粗密バイアスが大きく、図１１では粗密バイアスが小さな場合についてそれぞれ示している。そして、プログラムＱでは、図１１に示す相関関係を有するウェハＷについては、レジストパターン３１０の線幅の最適化に露光処理における露光量の補正が好ましいものと判断する。

なお、図８〜図１１の相関関係におけるレジストパターン３１０の線幅は、ウェハＷ面内における平均値であり、例えばウェハ検査装置７１、７２において、各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５においてそれぞれ複数点の線幅を測定することにより求められる。

そして、プログラムＱでは、図８〜図１１の相関関係に基づいて、レジストパターン３１０の線幅の最適化を行うにあたり、補正する処理パラメータ及び処理パラメータの補正値を算出する。具体的には、先ずプログラムＱでは、上述のように、粗密バイアスが小さく且つレジストパターンの変化量が小さい処理パラメータを特定する。例えば、あるレジスト種で処理されたウェハＷにおいて、同一ロットの１番目のウェハと２番目のウェハＷから図９の相関関係が算出され、１番面のウェハＷと３板面のウェハＷから図１０の相関関係が算出された場合を例にすると、プログラムＱでは、ＰＥＢ処理において加熱温度を補正するほうが粗密バイアスリスクが小さいものと判断され、補正する処理パラメータとしてＰＥＢ処理における加熱温度が特定される。

次に、プログラムＱでは、図９の相関関係と、ウェハ検査装置７１、７２におけるレジストパターン３１０の線幅の測定結果に基づいて、加熱温度の補正値を算出する。具体的には、レジストパターン３１０の線幅の測定結果と、予め定められた所望のレジストパターン３１０の線幅との差を求め、当該所望の値との差の分だけ線幅を変化させるような、ＰＥＢ処理における加熱温度の補正値を図９の相関関係から算出する。そして、算出された補正値は、出力手段３０６から熱処理装置４０に出力されて加熱温度が補正される。

なお、上記の場合と反対に、同一ロットの１番目のウェハと２番目のウェハＷから図８の相関関係が算出され、１番目のウェハＷと３番目のウェハＷから図９の相関関係が算出された場合は、露光処理において露光量を補正するように、プログラムＱにより露光制御部１４の露光量が補正される。

また、例えば同一ロットの１番目のウェハと２番目のウェハＷから図９の相関関係が算出され、１番目のウェハＷと３番目のウェハＷから図１１の相関関係が算出された場合、即ちＰＥＢ処理、露光処理共に粗密バイアスが小さいと判断された場合は、ＰＥＢ処理、露光処理のいずれの処理パラメータを補正してもよい。但し、例えば露光の際のフォーカスやウェハＷ面内のショット間における線幅といった項目の最適化は、露光装置１３によってのみ実施可能であることを考慮すると、ＰＥＢ処理における粗密バイアスが小さいと判断された場合は、露光処理の粗密バイアスの大小に関わらず、ＰＥＢ処理における加熱温度を補正して、露光装置１３では、フォーカスやウェハＷ面内のショット間における線幅の差を最小化するように露光制御部１４により露光装置１３を独立して制御することが好ましい。

なお、上記では、ＰＥＢ処理を行う熱処理装置４０や露光処理を行う露光装置１３の露光ステージ１３ａ、１３ｂ間で装置間差によるレジストパターン３１０の線幅に差が生じないことを前提に説明を行ったが、装置間の差が許容できない範囲にある場合は、各装置ごとに上述のような相関関係を求めるようにしてもよい。例えば熱処理装置４０間の個体差により生じるレジストパターン３１０の線幅の差が許容できない場合は、各熱処理装置４０について個別に相関関係を求めて、当該相関関係に基づいて各熱処理装置４０ごとに補正値を求めるようにしてもよい。

なお上述の制御部３００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、塗布現像処理システム１における塗布処理を実現できる。なお、塗布現像処理システム１における塗布処理を実現するための各種プログラムは、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記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部３００にインストールされたものが用いられている。

次に、以上のように構成された塗布現像処理システム１で行われるウェハＷの線幅の最適化の方法について、塗布現像処理システム１全体で行われるウェハ処理のプロセスに基づいて説明する。

ウェハＷの処理にあたっては、先ず、複数枚のウェハＷを収容したカセットＣがカセットステーション１０の所定のカセット載置板２１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、先ず１番目のウェハＷが処理ステーション１１の第３のブロックＧ３に搬送される。

次にウェハＷは、ウェハ搬送機構７０によって例えばウェハ載置部７３に搬送される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２のアドヒージョン装置４１に搬送され、疎水化処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送機構８０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３０に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理が行われる。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送機構８０によってレジスト塗布装置３１に搬送され、ウェハＷ上にレジスト膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送されて、プリベーク処理される。

次にウェハＷは、上部反射防止膜形成装置３２に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光装置４２に搬送され、周辺露光処理される。

次にウェハＷは第４のブロックＧ４に搬送され、インターフェイスステーション１２のウェハ搬送機構９０によって露光装置１３に搬送される。露光装置１３では、例えば露光ステージ１３ａ、１３ｂのいずれかにウェハＷが載置される。露光処理を終えたウェハＷは、ウェハ搬送機構９０によって第４のブロックＧ４に搬送される。

その後ウェハＷは、ウェハ搬送機構８０によって熱処理装置４０に搬送され、ＰＥＢ処理される。その後ウェハＷは、現像処理装置３３に搬送されて現像処理される。現像処理終了後、ウェハＷは、熱処理装置４０に搬送され、現像後ベーク処理される。

その後ウェハＷは、ウェハ載置部７３に搬送される。次いでウェハＷはウェハ搬送機構７０によってウェハ検査装置７１に搬送され、レジストパターン３１０の密パターンＰ１及び粗パターンＰ２それぞれの線幅が測定され、当該線幅の平均値が算出される。なお、ここでは、ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５による線幅のばらつきはなく、ウェハＷ面内における複数点での測定結果から、ウェハ面内全体での線幅の平均値が求められるものとする。測定された線幅は、例えば制御部３００に出力される。その後ウェハＷは、ウェハ搬送機構７０によって第３のブロックＧ３に搬送され、その後カセットステーション１０のウェハ搬送装置２３によって所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。

それと共に、同一ロットの後続のウェハＷ、例えば２番目のウェハＷにおいては、例えばＰＥＢ処理における加熱温度が例えば０．１℃だけ１番目のウェハＷより高く設定され、他の処理パラメータは１番目のウェハＷと同じのままでウェハＷの処理が行われる。２番目のウェハＷの処理が完了すると、当該２番目のウェハＷはウェハ検査装置７１に搬送され、レジストパターン３１０の密パターンＰ１及び粗パターンＰ２それぞれの線幅の平均値が測定される。また、同一ロットの３番目のウェハＷにおいては、例えば露光量が０．１ｍＪ／ｃｍ^２だけ１番目のウェハＷより高く設定され、他の処理パラメータは１番目のウェハＷと同じのままでウェハＷの処理が行われる。そして３番目のウェハＷの処理が完了すると、当該３番目のウェハＷもウェハ検査装置７１に搬送され、レジストパターン３１０の密パターンＰ１及び粗パターンＰ２それぞれの線幅の平均値が測定される。

そして制御部３００では、１番目のウェハＷと２番目のウェハＷの線幅の測定結果から、ＰＥＢ温度の変化量とレジストパターン３１０の線幅の変化量との相関関係を、１番目のウェハＷと３番目のウェハＷの線幅の測定結果から、露光量の変化量とレジストパターン３１０の線幅の変化量との相関関係が求められる。そして、当該求められた相関関係から、粗密バイアスの小さいものを選択して処理パラメータを補正する。本実施の形態では、例えばＰＥＢ処理における粗密バイアスが露光量における粗密バイアスよりも小さいものと判定され、ＰＥＢ処理における加熱温度の補正値が算出され、当該補正値に基づいてＰＥＢ処理の加熱温度が補正されるものとする。

これにより、後続のロット、例えば４番目以降のウェハＷにおいては、補正後の加熱温度によりＰＥＢ処理が行われて、ウェハＷにおける密パターンＰ１及び粗パターンＰ２の双方の線幅が最適化される。そして、この処理工程が同一ロットの他のウェハＷについても行われ、一連のフォトリソグラフィー処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、例えばウェハＷのＰＥＢ処理において、製品としてのウェハＷの品質に問題が生じない程度の微小な温度、例えば±０．１度程度を規定の温度から変化させることで、ＰＥＢ処理における加熱温度の変化量と、当該加熱温度の変化量に対するレジストパターン３１０の線幅の変化量との相関関係を求めるので、従来は、塗布現像処理システム１を停止して検査用ウェハを用いて求めていた当該相関関係を、塗布現像処理システム１で製品となるウェハＷを処理する過程において求めることができる。そして、露光量に対しても同様の相関関係を求め、制御部３００により、粗密バイアスリスクの小さな相関関係を選択して、当該選択された相関関係に基づいて処理パラメータの補正値を算出し、当該補正値に基づいて処理パラメータを補正するので、塗布現像処理システム１における線幅の最適化と、露光装置１３における線幅の最適化を組み合わせて、線幅の最適化の更なる向上を図ることができる。したがって、ウェハＷ上に混在する粗密なレジストパターン３１０を精度よく所定の目標寸法に形成することができる。また、上述のように、レジストパターン３１０の最適化にあたり、塗布現像処理システム１を停止させる必要がないので、従来のような検査用ウェハを用いる場合のように、生産性が低下することもない。

また、レジストパターン３１０の粗密バイアスは、レジスト種や被処理膜Ｂといった下地膜の種類によっても変化するが、本実施の形態のように、製品となるウェハＷをウェハ検査装置７１で検査して、当該製品ウェハＷについての粗密バイアスを求めるので、膨大な数となるレジスト種と被処理膜Ｂとの組み合わせについて予め粗密バイアスを求める必要がない。したがって、粗密バイアスの補正にかかる労力を大幅に低減できる。なお、最初にレジストパターン３１０の線幅を測定したウェハＷの測定結果により、処理パラメータを補正する必要がないと判断される場合には、後続のウェハＷについて処理パラメータの補正を行わないようにしてもよい。かかる場合、補正が必要か否かについて、例えば作業員が線幅の測定値に基づいて判断するようにしてもよいし、プログラムＱにおいて、線幅の測定値が所定の閾値の範囲内に収まっていない場合のみ、補正を行うようにしてもよい。また、補正の要否を判断するにあたっても、例えばレジストパターン３１０の線幅の平均値が許容範囲内に収まっている場合でも、例えばウェハＷ面内における線幅のばらつきが３シグマで許容範囲を超える場合は補正を行うというように、複数の要素に基づいて補正の要否を判断してもよい。

なお、以上の実施の形態では、ＰＥＢ処理における加熱温度をウェハＷの全面において補正した場合の一例について説明したが、ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５において熱板４３のヒータ４４の個体差により線幅が異なったものとなる場合は、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５における温度の補正値を、それぞれ異なったものとしてもよい。かかる場合、ウェハＷの面内における線幅の差についても最適化することができる。また、各熱板４３毎に個体差が生じる場合についても、各熱板毎に粗密バイアスを求め、当該粗密バイアスに基づいて補正値をそれぞれ異なったものとしてもよい。

同様に、露光ステージ１３ａ、１３ｂにおいて線幅が異なる場合は、各露光ステージ１３ａ、１３ｂにおける露光量の補正値を、露光ステージ１３ａと露光ステージ１３ｂとで異なるものとしてもよい。

なお、以上の実施の形態では、ＰＥＢ処理における加熱温度か、露光処理における露光量のいずれかのみを補正したが、当然に、ＰＥＢ処理における加熱温度と露光処理における露光量の双方を補正してもよい。なお、露光ステージ１３ａと露光ステージ１３ｂとで線幅が異なったものとなる場合は、例えば露光制御部１４から制御部３００に対していずれの露光ステージで露光処理を行ったかの情報を出力し、制御部３００では、ＰＥＢ処理の際の補正値に、露光ステージに個体差による線幅の差をさらに加えるようにしてもよい。こうすることで、露光装置１３と塗布現像処理システム１の間で協調して線幅の最適化を行うことができるので、より精密にレジストパターン３１０の線幅を調整することができる。

なお、以上の実施の形態では、補正する処理パラメータが露光量とＰＥＢ処理の加熱温度である場合を例にして説明したが、補正する処理パラメータとしては本実施の形態の内容に限定されるものではなく、ウェハＷのレジストパターン３１０の線幅に影響する処理パラメータであれば、任意のものが使用できる。例えば他の処理パラメータとして、現像処理装置３３における現像液の供給時間、即ち現像時間であったり、現像処理後に行われる現像後ベーク処理における加熱温度であったり、例えばウェハＷの線幅を調整するために、現像処理後のウェハＷに対して薬液を供給してウェハＷの線幅を細らせるシュリンクプロセスにおいて、薬液の供給後に行われる加熱処理の加熱温度であったりしてもよい。例えば現像時間においても、例えば図１２に示すようなレジストパターン３１０の線幅との相関関係が存在し、現像後ベーク処理における加熱温度においても、図１３に示すような相関関係が求まるので、ＰＥＢ処理における加熱温度に代えて、これらの処理パラメータを補正してもよい。

また、以上の実施の形態では、処理パラメータの補正にあたり、ウェハＷの全面に対して密パターンＰ１及びパターンＰ２のそれぞれの線幅を測定し、当該線幅の平均値を求めた。しかしながら、処理パラメータの補正にあたっては、必ずしも密パターンＰ１及びパターンＰ２の線幅の平均値を求める必要はなく、例えばウェハＷの一部にテスト用パターンを形成し、当該テスト用パターンの線幅を測定して、この線幅に基づいて処理パラメータの補正を行うようにしてもよい。

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。以上の実施の形態では、撮像対象は基板の表であったが、基板の裏面を撮像する場合にも本発明は適用できる。また、上述した実施の形態は、半導体ウェハの塗布現像処理システムにおける例であったが、本発明は、半導体ウェハ以外の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の塗布現像処理システムである場合にも適用できる

本発明は、露光処理後の基板を検査する際に有用である。

１塗布現像処理システム
１０カセットステーション
１１処理ステーション
１２インターフェイスステーション
１３露光装置
２０カセット載置台
２１カセット載置板
２２搬送路
２３ウェハ搬送装置
３０下部反射防止膜形成装置
３１レジスト塗布装置
３２上部反射防止膜形成装置
３３現像処理装置
４０熱処理装置
４１アドヒージョン装置
４２周辺露光装置
７０ウェハ搬送機構
７１、７２ウェハ検査装置
７３、７４ウェハ載置部
８０ウェハ搬送機構
９０ウェハ搬送機構
３００制御部
Ｗウェハ
Ｄウェハ搬送領域
Ｃカセット

Claims

基板を処理する基板処理システムであって、
基板の表面に粗密のレジストパターンを形成する複数の処理装置が設けられた処理ステーションと、
前記基板処理システムの外部に設けられ、複数の露光ステージを備えた露光装置と、前記処理ステーションとの間で基板を受け渡すインターフェイスステーションと、
基板表面に形成されたレジストパターンの線幅を測定する基板検査装置と、
前記基板検査装置でのレジストパターンの線幅の測定結果に基づいて、前記処理ステーション内の各処理装置の処理パラメータまたは前記露光装置の処理パラメータの少なくともいずれかを補正する制御部と、を有し、
前記制御部は、
規定の処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅と、前記規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅との間の差分と、前記処理パラメータの変化量との相関関係を求め、
前記相関関係に基づいて、前記処理装置または前記露光装置の少なくともいずれかの処理パラメータを補正する制御をさらに行うことを特徴とする、基板処理システム。
前記処理パラメータは、前記処理ステーションで行われるＰＥＢ処理における加熱温度、現像処理における現像時間、現像処理後に行われる加熱処理における加熱温度若しくはシュリンク処理後に行われる加熱処理における加熱温度、又は露光装置で行われる露光処理における露光時間の少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理システム。
前記制御部は、密のレジストパターンにおける前記相関関係と、粗のレジストパターンにおける前記相関関係をそれぞれ求めることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の基板処理システム。
基板を処理する基板処理システムにおける基板の処理方法であって、
前記基板処理システムは、
基板の表面に粗密のレジストパターンを形成する複数の処理装置が設けられた処理ステーションと、
前記基板処理システムの外部に設けられ、複数の露光ステージを備えた露光装置と、前記処理ステーションとの間で基板を受け渡すインターフェイスステーションと、
基板表面に形成されたレジストパターンの線幅を測定する基板検査装置と、を有し、
前記基板の処理方法は、
規定の処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅と、前記規定の処理パラメータから所定の値だけ変化させた処理パラメータにより形成したレジストパターンの線幅とを測定し、
測定された線幅の差分と、前記処理パラメータの変化量との相関関係を求め、
前記相関関係に基づいて、前記処理装置または前記露光装置の少なくともいずれかの処理パラメータを補正することを特徴とする、基板処理方法。
前記処理パラメータは、前記処理ステーションで行われるＰＥＢ処理における加熱温度、現像処理における現像時間、現像処理後に行われる加熱処理における加熱温度若しくはシュリンク処理後に行われる加熱処理における加熱温度、又は露光装置で行われる露光処理における露光時間の少なくともいずれかであることを特徴とする、請求項４に記載の基板処理方法。
前記測定された線幅の差分と、前記処理パラメータの変化量との相関関係は、密のレジストパターンにおける前記相関関係と、粗のレジストパターンにおける前記相関関係をそれぞれ求めることを特徴とする、請求項４または５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
請求項４〜６のいずかに記載の基板処理方法を基板処理システムによって実行させるように、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。
請求項７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。