JP3307853B2 - 膜厚評価方法および処理装置 - Google Patents

膜厚評価方法および処理装置

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JP3307853B2
JP3307853B2 JP14273997A JP14273997A JP3307853B2 JP 3307853 B2 JP3307853 B2 JP 3307853B2 JP 14273997 A JP14273997 A JP 14273997A JP 14273997 A JP14273997 A JP 14273997A JP 3307853 B2 JP3307853 B2 JP 3307853B2
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  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の製造工程
で形成するレジスト膜の評価方法に関り、特に化学増幅
型レジストで形成したレジスト膜の膜厚評価方法および
処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にICやLSI等の半導体チップ
は、ウェハと呼ばれるシリコン単結晶から切り出された
極薄の円盤状基材の表面に、フォトリソグラフィー技術
を利用してマスキングを施し、その上からイオン打ち込
みなどの加工を行うことにより製造される。
【0003】この基材をマスキングするために用いるレ
ジスト材料として、従来よりポジ型レジストが使用され
ているが、このポジ型レジストでは感度や解像度に自ず
と限界がある。そのため、従来のICやLSIに比べて
遥かに高い感度や高い解像度が求められる超LSIの製
造には使用できない。従って、感度や解像度を考慮する
と超LSIを製造するには感度や解像度の点で優れる化
学増幅型レジストの使用が適している。
【0004】しかし、化学増幅型レジストを用いてレジ
スト膜を形成した場合、レジスト膜の膜厚データが経過
時間とともに変動するという問題がある。
【0005】例えば、100枚のウエハについて連続的
にレジスト塗布を行い、レジスト膜形成後に全ウエハの
膜厚をレジスト塗布した順番に一枚ずつ測定する場合を
想定すると、1枚目の膜厚測定から100枚目の膜厚測
定する間には99枚測定するのに必要な時間が経過して
いる。
【0006】このとき、従来のポジ型レジストでレジス
ト膜を形成した場合、時間経過による膜厚データの変動
はほとんどない。そのため、塗布工程に異常がない限
り、1枚目の膜厚データと100枚目までの膜厚データ
とは実質的に等しく、1枚目の膜厚データを左端にと
り、順に2枚目、3枚目…と等間隔に横軸にプロット
し、縦軸にそれぞれの膜厚データをプロットすると図1
1(a)のように膜厚データは横軸に平行で一定の値と
なる。
【0007】この横軸は塗布時からの経過時間に対応し
ているため、図11(a)の結果は、膜厚データは経過
時間と無関係であることを示している。従って、1枚目
から100枚目までの膜厚データを上記と同様にプロッ
トした場合に、図11(b)に示すように膜厚データが
右下がりの傾向を示しているときには塗布工程に何らか
の異常が生じていると判断することができる。
【0008】一方、化学増幅型レジストを用いた場合に
は、膜厚データが経過時間とともに変動する。例えば、
塗布後の膜厚8000オングストロームに対して時間経
過1時間当たり約10オングストローム程度減少する化
学増幅型レジストを用いる場合、上記と同様に100枚
のウエハに連続塗布後に一枚ずつ膜厚測定し、100枚
の膜厚測定に5時間要したとすると、100枚目のレジ
スト膜の膜厚データは1枚目のものより約50オングス
トローム減少する。
【0009】従って、上記と同様にグラフ上にプロット
すると図12(a)に示すようになり、塗布工程に何ら
異常が発生していなくても膜厚データは右下がりの状態
を示す。
【0010】更に、塗布工程に何等かの異常が発生して
レジスト膜の膜厚自体が変動し、その後に塗布したレジ
スト膜の膜厚が順次減少している場合にも、上記図12
(a)の場合と同様、図12(b)に示すように膜厚デ
ータは右下がりの状態を示す。 そのため、上記のよう
に膜厚データを測定した順番にプロットして経過時間と
膜厚データとの関係を調べても、レジスト膜の状態が良
好であるのか、或いは何らかの異常が発生して膜厚が変
動しているのかの判断ができない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、膜厚デ
ータが経過時間によって変動する化学増幅型レジストを
用いてレジスト膜を形成する場合には、単にレジスト膜
の膜厚を測定しただけでは膜厚自体に変動が生じている
か否かの判断が困難であるため、塗布工程やレジスト膜
の状態に異常がないか否かを的確に判断することができ
ないという問題点があった。
【0012】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、化学増
幅型レジストのように経過時間により膜厚データが変動
する性質の材料を用いてウェハにレジスト膜を形成する
場合に、塗布工程や形成されたレジスト膜の膜厚に異常
がないか否かを的確に判断することのできる膜厚評価方
法および処理装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
膜厚評価方法は、被処理基板上に形成された化学増幅型
レジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデー
タを記憶する工程と、前記被処理基板上に形成された化
学増幅型レジスト膜の膜厚を測定する工程と、前記記憶
されたデータに基づき、前記測定された膜厚の値を補正
する工程とを具備する。
【0014】請求項2記載の本発明の膜厚評価方法は、
被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚
の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する工程
と、前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト
膜の膜厚を測定する工程と、前記記憶されたデータに基
づき、前記測定された膜厚の値を補正する工程と、前記
補正された膜厚が予め規定された許容範囲外であるか否
かを判断する工程と、前記補正された膜厚が前記許容範
囲外の場合に警告を発する工程とを具備する。請求項3
記載の本発明の膜厚評価方法は、被処理基板上に形成さ
れた化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過時間に対する変
動に関するデータを記憶する工程と、被処理基板上に形
成された化学増幅型レジスト膜の膜厚を測定する工程
と、前記記憶されたデータに基づき、前記測定した膜厚
の値を補正する工程と、前記測定された膜厚の値に基づ
き、前記記憶されたデータを補償する工程とを具備す
る。請求項4記載の本発明の処理装置は、被処理基板上
に化学増幅型レジスト膜を形成する手段と、前記被処理
基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過
時間に対する変動に関するデータを記憶する手段と、前
記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜
厚を測定する手段と、前記記憶されたデータに基づき、
前記測定された膜厚の値を補正する手段とを一つの装置
内に備えていることを特徴とする。
【0015】請求項5記載の本発明の処理装置は、被処
理基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する手段と、前
記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜
厚の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する手
段と、前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジス
ト膜の膜厚を測定する手段と、前記記憶されたデータに
基づき、前記測定された膜厚の値を補正する手段と、前
記補正された膜厚が予め規定された許容範囲外であるか
否かを判断する手段と、前記補正された膜厚が前記許容
範囲外の場合に警告を発する手段とを一つの装置内に備
えていることを特徴とする。
【0016】請求項6記載の本発明の処理装置は、被処
理基板上に化学増幅型レジスト膜を形成する手段と、前
記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜
厚の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する手
段と、前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジス
ト膜の膜厚を測定する手段と、前記記憶されたデータに
基づき、前記測定された膜厚の値を補正する手段と、前
記測定された膜厚の値に基づき、前記記憶されたデータ
を補償する手段とを一つの装置内に備えていることを特
徴とする。請求項7記載の本発明の液処理方法は、被処
理基板に塗布液を塗布する塗布工程と、この後、前記被
処理基板の塗布膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、前
記塗布工程から前記膜厚測定工程までの時間に基づいて
予め記憶した塗布液の膜厚の経過時間に対する変動に関
するデータから算出する補正値と、前記膜厚測定工程で
測定した膜厚とを演算して前記被処理基板の膜厚値を求
める工程と、を具備したことを特徴とする。請求項8記
載の本発明は、請求項7に記載の液処理方法において、
前記被処理基板の膜厚値を求める工程の後、その膜厚値
が予め記憶された膜厚の許容範囲内か否かを判定する工
程をさらに具備したことを特徴とする。請求項9記載の
本発明の液処理方法は、被処理基板に塗布液を塗布処理
する工程と、この後、前記被処理基板の塗布膜の膜厚を
測定する工程と、前記測定した膜厚と予め記憶した膜厚
測定値と経過時間に基づいた経過時間とともに変動する
膜厚の値とから前記被処理基板の膜厚値を求める工程
と、を具備したことを特徴とする。請求項10記載の本
発明の液処理方法は、被処理基板に塗布液を塗布処理す
る第1段階と、この後、前記被処理基板の塗布膜の膜厚
測定を行うとともに、当該膜厚と前記塗布処理から膜厚
測定までの時間とを関連付けて記憶する第2段階とを複
数回繰り返す工程と、この複数回繰り返す工程により、
前記膜厚と前記塗布処理から膜厚測定までの時間とを関
連付けて記憶されたデータに基づいて、膜厚変動値を形
成或は補正する工程と、を具備したことを特徴とする。
請求項11記載の本発明の液処理方法は、第1の被処理
基板に塗布液を塗布処理する第1の工程と、前記第1の
工程の後、前記第1の被処理基板の塗布膜の膜厚を測定
する第2の工程と、前記第2の工程の膜厚測定値と、
厚測定値と経過時間に基づいた経過時間とともに変動す
る膜厚の値とで実質的な塗布膜の膜厚値を求め記憶する
第3の工程と、前記第3の工程の膜厚値が予め記憶され
た膜厚の許容範囲内か否かを判定する第4の工程と、第
2の被処理基板に塗布液を塗布する第5の工程と、前記
第5の工程の後、前記第2の被処理基板の塗布膜の膜厚
を測定する第6の工程と、前記第6の工程の膜厚測定値
と、膜厚測定値と経過時間に基づいた経過時間とともに
変動する膜厚の値とで実質的な塗布膜の膜厚値を求め記
憶する第7の工程と、前記第7の工程の膜厚値が予め記
憶された膜厚の許容範囲内か否かを判定する第8の工程
と、前記膜厚測定値と経過時間に基づいた経過時間とと
もに変動する膜厚の値を補正する第9の工程と、を具備
したことを特徴とする 求項12記載の本発明の膜厚
評価方法は、経過時間に対する、前記被処理基板上に形
成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の変動に関するデ
ータを記憶する工程と、前記被処理基板上に形成された
化学増幅型レジスト膜の膜厚を測定する工程と、前記記
憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の値を補
正する工程と、を具備したことを特徴とする。請求項
記載の本発明の処理装置は、被処理基板上に化学増幅
型レジスト膜を形成する手段と、経過時間に対する、前
記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜
厚の変動に関するデータを記憶する手段と、前記被処理
基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚を測定
する手段と、前記記憶されたデータに基づき、前記測定
された膜厚の値を補正する手段と、を一体化構成とした
ことを特徴とする。
【0017】請求項1の膜厚評価方法では、被処理基板
上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の値を同レ
ジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデータ
に基づいて補正する構成としたので、経過時間のいかん
にかかわらず正確な膜厚の値を把握することができる。
【0018】請求項2の膜厚評価方法では、被処理基板
上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過時間
に対する変動に関するデータに基づいて補正した膜厚が
前記データに基づいて予め規定された許容範囲外である
か否かを判断し、補正された膜厚が前記許容範囲外の場
合に警報を発しているので、形成されたレジスト膜の異
常の発生を正確かつ速やかに知ることができる。
【0019】請求項3の膜厚評価方法では、被処理基板
上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚を測定し、
この測定して得た膜厚の値に基づき補正に使用するデー
タを補償するように構成したので、経過時間のいかんに
かかわらずより正確に膜厚の値を把握することができ
る。
【0020】請求項4の処理装置では、請求項1の方法
を実現する手段を処理装置内に備えるように構成したの
で、より迅速に正確な膜厚の値を把握することができ、
また被処理基板にパーティクルが付着すること等を防止
することができる。
【0021】請求項5の処理装置では、請求項2の方法
を実現する手段を処理装置内に備えるように構成したの
で、形成されたレジスト膜の異常の発生を正確かつさら
に速やかに知ることができ、また被処理基板にパーティ
クルが付着すること等を防止することができる。
【0022】請求項6の処理装置では、請求項3の方法
を実現する手段を処理装置内に備えるように構成したの
で、データの補償をオンタイムで実現することができ、
また被処理基板にパーティクルが付着すること等を防止
することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】先ず、図1〜図10につき本発明
の一実施形態によるレジスト塗布装置を含む塗布現像処
理システムを説明する。図1〜図3はこの塗布現像処理
システムの全体構成を示す図であって、図1は平面図、
図2は正面図および図3は背面図である。
【0024】この処理システムは、被処理基板として半
導体ウエハWをウエハカセットCRで複数枚たとえば2
5枚単位で外部からシステムに搬入しまたはシステムか
ら搬出したり、ウエハカセットCRに対して半導体ウエ
ハWを搬入・搬出したりするためのカセットステーショ
ン10と、塗布現像工程の中で1枚ずつ半導体ウエハW
に所定の処理を施す枚葉式の各種処理ユニットを所定位
置に多段配置してなる処理ステーション12と、この処
理ステーション12と隣接して設けられる露光装置(図
示せず)との間で半導体ウエハWを受け渡しするための
インタフェース部14とを一体に接続した構成を有して
いる。
【0025】カセットステーション10では、図1に示
すように、カセット載置台20上の突起20aの位置に
複数個たとえば4個までのウエハカセットCRがそれぞ
れのウエハ出入口を処理ステーション12側に向けてX
方向一列に載置され、カセッ卜配列方向(X方向)およ
びウエハカセットCR内に収納されたウエハのウエハ配
列方向(Z垂直方向)に移動可能なウエハ搬送体22が
各ウエハカセットCRに選択的にアクセスするようにな
っている。さらに、このウエハ搬送体22は、θ方向に
回転可能に構成されており、後述するように処理ステー
ション12側の第3の組G3の多段ユニット部に属する
アライメントユニット(ALIM)およびイクステンシ
ョンユニット(EXT)にもアクセスできるようになっ
ている。処理ステーション12では、図1に示すよう
に、中心部に垂直搬送型の主ウエハ搬送機構24が設け
られ、その周りに全ての処理ユニットが1組または複数
の組に亙って多段に配置されている。この例では、5組
G1,G2,G3,G4,G5の多段配置構成であり、
第1および第2の組G1,G2の多段ユニットはシステ
ム正面(図1において手前)側に並置され、第3の組G
3の多段ユニットはカセットステーション10に隣接し
て配置され、第4の組G4の多段ユニットはインタフェ
ース部14に隣接して配置され、第5の組G5の多段ユ
ニットは背部側に配置されている。
【0026】図2に示すように、第1の組G1では、カ
ップCP内で半導体ウエハWをスピンチャックに載せて
所定の処理を行うスピンナ型処理ユニットとして本実施
形態によるレジスト塗布ユニット(COT)および現像
ユニット(DEV)が下から順に2段に重ねられてい
る。第2の組G2でも、本実施形態によるレジスト塗布
ユニット(COT)および現像ユニット(DEV)が下
から順に2段に重ねられている。レジスト塗布ユニット
(COT)ではレジスト液の排液が機構的にもメンテナ
ンスの上でも面倒であることから、このように下段に配
置するのが好ましい。しかし、必要に応じて上段に配置
することも可能である。
【0027】図3に示すように、第3の組G3では、半
導体ウエハWを載置台SPに載せて所定の処理を行うオ
ープン型の処理ユニットたとえばクーリングユニット
(COL)、アドヒージョンユニット(AD)、アライ
メントユニット(ALIM)、イクステンションユニッ
ト(EXT)、プリベーキングユニット(PREBAK
E)およびポストベーキングユニット(POBAKE)
が下から順に8段に重ねられている。第4の組G4で
も、オーブン型の処理ユニット、たとえばクーリングユ
ニット(COL)、イクステンション.クーリングユニ
ット(EXTCOL)、イクステンションユニット(E
XT)、クーリングユニット(COL)、プリベーキン
グユニット(PREBAKE)およびポストベーキング
ユニット(POBAKE)が下から順にたとえば8段に
重ねられている。
【0028】このように処理温度の低いクーリングユニ
ット(COL)、(EXTCOL)を下段に配置し、処
理温度の高いベーキングユニット(PREBAKE)、
ポストベーキングユニット(POBAKE)およびアド
ヒージョンユニット(AD)を上段に配置することで、
ユニット間の熱的な相互干渉を少なくすることができ
る。しかし、ランダムな多段配置とすることも可能であ
る。
【0029】インタフェース部14は、奥行方向では処
理ステーション12と同じ寸法を有するが、幅方向では
小さなサイズにつくられている。インタフェース部14
の正面部には可搬性のピックアップカセットCRと定置
型のバッファカセットBRが2段に配置され、背面部に
は周辺露光装置28が配設され、中央部にはウエハ搬送
体26が設けられている。このウエハ搬送体26は、
X,Z方向に移動して両カセットCR,BRおよび周辺
露光装置28にアクセスするようになっている。さら
に、ウエハ搬送体26は、θ方向に回転可能に構成さ
れ、処理ステーション12側の第4の組G4の多段ユニ
ットに属するイクステンションユニット(EXT)に
も、および隣接する露光装置側のウエハ受渡し台(図示
せず)にもアクセスできるようになっている。
【0030】上記構成の塗布現像処理システムにおいて
は、たとえば次のように順に半導体ウエハWを搬送して
各処理を行う。
【0031】先ず、ウエハカセットCRから処理前の半
導体ウエハWを1枚ずつウエハ搬送体22によって搬出
しアライメントユニット(ALIM)搬入する。ここで
位置決めされた半導体ウエハWを主ウエハ搬送機構24
により搬出してアドヒージョンユニット(AD)に搬入
してアドヒージョン処理を施す。このアドヒージョン処
理の終了後、半導体ウエハWを主ウエハ搬送機構24に
より搬出してクーリングユニット(COL)に搬送し
て、ここで冷却する。以下、半導体ウエハWをレジスト
塗布ユニット(COT)、プリベーキングユニット(P
REBAKE)、イクステンション・クーリングユニッ
ト(EXTCOL)、インタフェース部14を介して露
光装置に搬送し、次に第4の組G4のイクステンション
ユニット(EXT)、現像ユニット(DEV)、ポスト
ベーキングユニット(POBAKE)、第3の組G3の
イクステンションユニット(EXT)等に搬送して各処
理を行い、処理済みの半導体ウエハWをウエハカセット
CRに収納する。
【0032】次に、図4につき本実施形態におけるレジ
スト塗布ユニット(COT)を説明する。図4は、レジ
スト塗布ユニット(COT)の全体構成を示す略断面図
である。なお、本実施形態におけるレジスト塗布ユニッ
ト(COT)では、ウエハW上に化学増幅型レジスト膜
を形成することを前提としている。
【0033】このレジスト塗布ユニット(COT)で
は、ユニット底の中央部に環状のカップCPが配設さ
れ、その内側にスピンチャック52が配置されている。
スピンチャック52は真空吸着によって半導体ウエハW
を固定保持した状態で、駆動モータ54の回転駆動力で
回転するように構成されている。駆動モータ54は、ユ
ニット底板50に設けられた開口50aに昇降移動可能
に配置され、たとえばアルミニウムからなるキャップ状
のフランジ部材58を介してたとえばエアシリンダから
なる昇降駆動手段60および昇降ガイド手段62に結合
されている。駆動モータ54の側面にはたとえばSUS
からなる筒状の冷却ジャケット64が取り付けられ、フ
ランジ部材58はこの冷却ジャケット64の上半部を覆
うように取り付けられている。
【0034】レジスト塗布時には、図4に示すように、
フランジ部材58の下端58aが開口50aの外周付近
でユニット底板50に密着し、ユニット内部が密閉され
るようになっている。スピンチャック52と主ウエハ搬
送機構24のピンセット24aとの間で半導体ウエハW
の受け渡しが行われる時は、昇降駆動手段54が駆動モ
ータ54ないしスピンチャック52を上方へ持ち上げる
ため、フランジ部材58の下端がユニット底板50から
浮くようになっている。
【0035】図5はレジスト塗布ユニット(COT)の
平面図を示したものである。
【0036】図5中、半導体ウエハWのウエハ表面にレ
ジスト液を供給するためのレジストノズル86は、レジ
スト供給管88を介してレジスト供給部(図示せず)に
接続されている。レジストノズル86は、カップ100
の外側に配設されたレジストノズル待機部90でレジス
トノズルスキャンアーム92の先端部に着脱可能に取り
付けられ、スピンチャック52の上方に設定された所定
のレジスト液吐出位置まで移送されるようになってい
る。レジストノズルスキャンアーム92は、ユニット底
板50の上に一方向(Y方向)に敷設されたガイドレー
ル94上で水平移動可能な垂直支持部材96の上端部に
取り付けられており、図示しないY方向駆動機構によっ
て垂直支持部材96と一体にY方向で移動するようにな
っている。また、レジストノズルスキャンアーム92
は、レジストノズル待機部90でレジストノズル86を
選択的に取り付けるためにY方向と直角なX方向にも移
動可能であり、図示しないX方向駆動機構によってX方
向にも移動するようになっている。
【0037】このレジスト塗布ユニット(COT)でレ
ジスト塗布を行うには、まずレジストノズルスキャンア
ーム92がX方向に移動して使用するレジストノズル8
6に対応する位置まで移動し、Y方向の図中上方に移動
して使用するレジストノズル86を装着しにゆく。適合
するレジストノズル86を装着すると、レジストノズル
スキャンアーム92は再びY方向の図中下方に移動して
ウエハWの上側でその中心近傍の適当な位置まで移動す
る。一方、ウエハWは図示しないモータにより回転して
おり、この回転しているウエハW上に前記位置に停止し
ているレジストノズル86からまずシンナが滴下され
る。このシンナはウエハWの表面がレジスト材料に対し
て馴染み易くするために使用されるものである。
【0038】ウエハWの表面に滴下されたシンナはウエ
ハWの遠心力により瞬時にウエハWの半径方向外側に広
がってゆき、ウエハWの表面全体を覆う。余分なシンナ
は遠心力でウエハWの外側に飛ばされ、カップCPによ
り回収される。
【0039】次いで、レジストノズル86からレジスト
溶液がウエハWの表面上に滴下される。滴下されたレジ
スト溶液は前記シンナと同様に、ウエハWの遠心力によ
り瞬時にウエハWの半径方向外側に広がってゆき、ウエ
ハWの表面全体を覆う。余分なレジスト溶液は遠心力で
ウエハWの外側に飛ばされ、カップCPにより回収され
る。ウエハWの表面を覆ったレジスト溶液はウエハWの
回転が惹起する気流と乾燥用に流されるエアフローとに
より瞬時に乾燥する。
【0040】レジスト溶液の滴下が終了すると、レジス
トノズルスキャンアーム92はY方向の図中上方に移動
してレジストノズル待機部90まで戻る。
【0041】それと同時に、リンスノズルスキャンアー
ム120がY方向の図中上方に移動してウエハWの周縁
部の真上辺りで停止する。このリンスノズルスキャンア
ーム120はウエハWの周縁部にレジスト膜が厚膜状に
形成されるものを除去するためのものである。このリン
スノズルスキャンアーム120の先端にはリンスノズル
122が取り付けられており、このリンスノズル122
からはシンナが吐出されるようになっている。リンスノ
ズル122から吐出されるシンナはウエハWの周縁部に
レジスト膜が厚膜状に形成されるものを溶解して除去す
る。
【0042】上記のように、シンナ塗布、レジスト塗
布、及びリンシングの各処理を経て形成工程は完了す
る。
【0043】形成工程が完了すると、表面にレジスト膜
が形成されたウエハWはインタフェース部側に順次搬送
され、一旦ウエハカセットCR内に収容される。そし
て、このこのウエハカセットCR内に収容された形成済
みウエハWの枚数が所定の枚数、例えば25枚になった
とき、この形成済みウエハWはこれを収容するウエハカ
セットCRごと運搬して膜厚測定装置にセットし、ここ
で膜厚が測定される。
【0044】ところで、上述したようにレジスト膜とし
て使われる化学増幅型レジストは、形成後の時間経過と
ともに膜厚データが変動するため、ウエハW上にレジス
ト膜が形成されてから膜厚が測定されるまでの時間が長
いと、上記膜厚測定装置で測定された膜厚の値が正確で
なくなる。特に、ウエハカセットCRごと運搬し、ある
ロットの単位で膜厚を測定するような場合には、例えば
最初のウエハWの膜厚の値と最後のウエハWの膜厚の値
とでは測定結果に相当の差異を生じる。
【0045】そこで、本実施形態では、以下の方法によ
り膜厚の値を補正している。
【0046】図6にこの方法が適用される膜厚測定装置
の概略構成を示す。
【0047】この膜厚測定装置は、図6に示すように、
検知部1、CPU2、表示部3、および記憶装置4から
構成され、膜厚を測定する試料(形成済みウエハW)は
検知部1の近傍に配設された試料台5に固定される。
【0048】ここで、検知部1は試料(形成済みウエハ
W)に光を当てて、その反射光を検知する。CPU2は
検知部1への指示、検知部1からの信号に基づく膜厚計
算、記憶装置4との間でのデータの書き込みや呼び出
し、膜厚値の補正、表示部3への指示などを行う。表示
部3は膜厚測定結果や測定時の条件などの各種パラメー
ターやデータを表示する。記憶装置4は、ウエハW上に
形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過時間に対
する変動に関するデータを記憶する。
【0049】レジスト膜の膜厚は例えば以下の原理によ
り測定される。
【0050】図7に示すように、センサ15の発光部1
5aから光が発せられると、この光はウエハWの表面に
対して入射角αでレジスト膜R内に進入する。光が空気
中からレジスト膜Rに入るとこの界面R1 で光は屈折す
る。このときの屈折角をβとし、レジスト膜の屈折率を
nとすると、入射角α、屈折角β、屈折率nの間には次
の関係が成立する。
【0051】n=sinα/sinβ 次に、一旦レジスト膜内に進入した光はレジスト膜Rの
内部を直進し、ウエハWとの界面R2 で反射される。こ
の反射された光は、界面R1 に向かってレジスト膜R内
を進行し、界面R1 を通過する際に再び屈折して入射角
αで空気中を進行し、センサ15の受光部15bに捕捉
される。
【0052】以上のように、センサ15の発光部15a
から発せられた光がレジスト膜R内を通過し、界面R2
で反射して再び空気中を通過してセンサ15の受光部1
5bに捕捉されるまでの経路は図7に示したように、点
線で示した法線に対して対称な形となる。この図7から
明らかなように、レジスト膜Rの膜厚dの値は次の式で
与えられる。
【0053】d=l/2tanβ また、上記n=sinα/sinβの関係が成立するた
め、結局dの値は、 d=lsinα/2(n2 −sin2 α)1/2 で与えられる。
【0054】従って、α及びnの値は既知であるため、
lの値をセンサ15で検知すれば、膜厚dの値が求めら
れる。
【0055】なお、化学増幅型レジスト材料を用いてレ
ジスト膜を形成した場合に、膜厚測定値が形成時からの
経過時間とともに変動する原因については、上記の原理
に基づいて膜厚dが求められる事実に鑑みれば、レジス
ト膜Rの屈折率nの値が形成時からの経過時間とともに
変動することも一因として考えられる。
【0056】また、記憶装置4に記憶されるデータは、
例えば以下のように収集される。
【0057】即ち、1枚〜数枚程度のウエハWを予備テ
スト用の試料として用い、その表面に上記レジスト塗布
装置を用いて製品と同じ条件下でレジスト膜を形成す
る。そして、一定時間が経過するごとに上記膜厚測定装
置を用いて膜厚を測定し、その測定結果から、基板上に
形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過時間に対
する変動に関するデータを収集する。
【0058】図9はこのようにして収集された膜厚の値
と経過時間との間の関係を示すグラフであり、図10は
図9のグラフの0〜7時間の部分を拡大したものであ
る。図10中の黒い点は実際に膜厚を測定して得たデー
タをプロットしたものであり、図10中の点線はこれら
実測値から近似的に求めた曲線である。近似法としては
例えば最小二乗法などがある。
【0059】次に、この装置による膜厚評価方法を図8
に基づき説明する。
【0060】例えばレジスト膜が形成された25枚のウ
エハWを収容したウエハカセットCRごと塗布現像処理
システム側から膜厚測定装置側に運ぶ。
【0061】次に、ウエハカセットCRからウエハWを
1枚づつ取り出し、膜厚測定装置にセットし(ステップ
801)、膜厚を測定していく(ステップ802)。
【0062】そして、膜厚測定値と経過時間との関係に
基づいて経過時間とともに変動する膜厚の値(以下この
膜厚の値を「変動値」という)を求め、例えば求めた膜
厚測定値からこの変動値を差し引いて、或いは加算して
補正することにより正確な膜厚を求める(ステップ80
3)。
【0063】このように本実施形態によれば、被処理基
板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の値を同
レジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデー
タに基づいて補正する構成としたので、化学増幅型レジ
ストを用いる場合でも、経過時間のいかんにかかわらず
正確に膜厚の値を評価できる。
【0064】次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0065】本実施形態では、膜厚測定装置を塗布現像
処理システムの一部としてその内部に組み込んでインラ
イン化したこと、および、データに基づいて膜厚の許容
範囲を予め規定しておき、データに基づいて補正された
膜厚の値がこの許容範囲外か否かを判断し、許容範囲外
の場合には警報を発するアラーム装置を備えた構成とし
たこと以外は上記第一の実施形態で用いたのと同じ構成
の装置とされている。本実施形態では、膜厚測定装置は
図1の周辺露光装置28の近傍の位置に配設されてお
り、レジスト膜の形成工程が完了したウエハが収容され
たバッファカセットBRから一枚ずつウエハ搬送体26
によって膜厚測定装置の試料台にセットされ、形成済み
ウエハ上のレジスト膜の膜厚が測定される。
【0066】この場合も上記第一の実施の形態と同様
に、1枚目の形成済みウエハ、2枚目、3枚目………2
5枚目、と後になるほど膜厚測定時期が後にずれ込み、
膜厚の変動値が大となる。そのため予備テストの結果か
ら把握したデータに基づいて膜厚測定値を補正すること
により正確な膜厚の値が把握される。
【0067】また、本実施形態では、前記予備テストの
結果から化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過時間に対す
る変動に関するデータから補正後の膜厚値の許容範囲を
規定し、補正後の膜厚値がこの許容範囲外であるか否か
を判断して範囲外であるときは警報を発する構成となっ
ている。そのため、レジスト膜を形成する工程でなんら
かの異常が発生して膜厚が上記範囲外となった場合には
速やかに異常事態の発生を知ることができる。
【0068】なお、上記実施形態では、ウエハに化学増
幅型レジストを塗布する場合を例示して説明したが、本
発明はウエハのみならずLCD等の他の被処理基板にも
適用することができる。
【0069】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の膜厚評
価方法によれば、被処理基板上に形成された化学増幅型
レジスト膜の膜厚の値を同レジスト膜の膜厚の経過時間
に対する変動に関するデータに基づいて補正する構成と
したので、経過時間のいかんにかかわらず正確な膜厚の
値を把握することができる。
【0070】請求項2の膜厚評価方法によれば、被処理
基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の経過
時間に対する変動に関するデータに基づいて補正した膜
厚が前記データに基づいて予め規定された許容範囲外で
あるか否かを判断し、補正された膜厚が前記許容範囲外
の場合に警報を発しているので、形成されたレジスト膜
の異常の発生を正確かつ速やかに知ることができる。
【0071】請求項3の膜厚評価方法によれば、被処理
基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚を測定
し、この測定して得た膜厚の値に基づき補正に使用する
データを補償するように構成したので、経過時間のいか
んにかかわらずより正確に膜厚の値を把握することがで
きる。
【0072】請求項4の処理装置によれば、請求項1の
方法を実現する手段を処理装置内に備えるように構成し
たので、より迅速に正確な膜厚の値を把握することがで
き、また被処理基板にパーティクルが付着すること等を
防止することができる。
【0073】請求項5の処理装置によれば、請求項2の
方法を実現する手段を処理装置内に備えるように構成し
たので、形成されたレジスト膜の異常の発生を正確かつ
さらに速やかに知ることができ、また被処理基板にパー
ティクルが付着すること等を防止することができる。
【0074】請求項6の処理装置によれば、請求項3の
方法を実現する手段を処理装置内に備えるように構成し
たので、データの補償をオンタイムで実現することがで
き、また被処理基板にパーティクルが付着すること等を
防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のレジスト塗布装置を含む塗布現像処
理システムの全体構成を示す平面図である。
【図2】 本発明のレジスト塗布装置を含む塗布現像処
理システムの全体構成を示す正面図である。
【図3】 本発明のレジスト塗布装置を含む塗布現像処
理システムの全体構成を示す背面図である。
【図4】 レジスト塗布ユニット(COT)の全体構成
を示す略断面図である。
【図5】 レジスト塗布ユニット(COT)の平面図で
ある。
【図6】 本発明のレジスト膜評価方法の実施に用いる
膜厚測定装置の概略構成を示した図である。
【図7】 レジスト塗布されたウエハW断面の拡大図で
ある。
【図8】 本発明の膜厚評価方法を実施する手順の概略
を示した図である。
【図9】 膜厚の値と経過時間との間の関係を曲線とし
て描いたグラフである。
【図10】 膜厚の値と経過時間との間の関係を曲線と
して描いたグラフである。
【図11】 従来のポジ型レジストで形成したレジスト
膜の膜厚と経過時間との関係を示す図である。
【図12】 化学増幅型レジストで形成したレジスト膜
の膜厚と経過時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
W…ウエハ(被処理基板) R…化学増幅型レジスト膜 COT…レジスト塗布ユニット(化学増幅型レジスト膜
を形成する手段) 1…検知部 2…中央演算処理装置(CPU) 3…表示部 4…記憶装置(RAM) 5…試料台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 564C (56)参考文献 特開 平7−168362(JP,A) 特開 平7−29809(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 - 7/24

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理基板上に形成された化学増幅型レ
    ジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデータ
    を記憶する工程と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する工程と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する工程とを具備することを特徴とする膜厚評
    価方法。
  2. 【請求項2】 被処理基板上に形成された化学増幅型レ
    ジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデータ
    を記憶する工程と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する工程と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する工程と、 前記補正された膜厚が予め規定された許容範囲外である
    か否かを判断する工程と、 前記補正された膜厚が前記許容範囲外の場合に警告を発
    する工程とを具備することを特徴とする膜厚評価方法。
  3. 【請求項3】 被処理基板上に形成された化学増幅型レ
    ジスト膜の膜厚の経過時間に対する変動に関するデータ
    を記憶する工程と、 被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚
    を測定する工程と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定した膜厚の値
    を補正する工程と、 前記測定された膜厚の値に基づき、前記記憶されたデー
    タを補償する工程とを具備することを特徴とする膜厚評
    価方法。
  4. 【請求項4】 被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を
    形成する手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する
    手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する手段と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する手段とを一つの装置内に備えていることを
    特徴とする処理装置。
  5. 【請求項5】 被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を
    形成する手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する
    手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する手段と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する手段と、 前記補正された膜厚が予め規定された許容範囲外である
    か否かを判断する手段と、 前記補正された膜厚が前記許容範囲外の場合に警告を発
    する手段とを一つの装置内に備えていることを特徴とす
    る処理装置。
  6. 【請求項6】 被処理基板上に化学増幅型レジスト膜を
    形成する手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚の経過時間に対する変動に関するデータを記憶する
    手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する手段と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する手段と、 前記測定された膜厚の値に基づき、前記記憶されたデー
    タを補償する手段とを一つの装置内に備えていることを
    特徴とする処理装置。
  7. 【請求項7】 被処理基板に塗布液を塗布する塗布工程
    と、 この後、前記被処理基板の塗布膜の膜厚を測定する膜厚
    測定工程と、 前記塗布工程から前記膜厚測定工程までの時間に基づい
    て予め記憶した塗布液の膜厚の経過時間に対する変動に
    関するデータから算出する補正値と、前記膜厚測定工程
    で測定した膜厚とを演算して前記被処理基板の膜厚値を
    求める工程と、 を具備したことを特徴とする液処理方法。
  8. 【請求項8】 前記被処理基板の膜厚値を求める工程の
    後、 その膜厚値が予め記憶された膜厚の許容範囲内か否かを
    判定する工程をさらに具備したことを特徴とする請求項
    7に記載の液処理方法。
  9. 【請求項9】 被処理基板に塗布液を塗布処理する工程
    と、 この後、前記被処理基板の塗布膜の膜厚を測定する工程
    と、 前記測定した膜厚と予め記憶した膜厚測定値と経過時間
    に基づいた経過時間とともに変動する膜厚の値とから前
    記被処理基板の膜厚値を求める工程と、 を具備したことを特徴とする液処理方法。
  10. 【請求項10】 被処理基板に塗布液を塗布処理する第
    1段階と、この後、前記被処理基板の塗布膜の膜厚測定
    を行うとともに、当該膜厚と前記塗布処理から膜厚測定
    までの時間とを関連付けて記憶する第2段階とを複数回
    繰り返す工程と、 この複数回繰り返す工程により、前記膜厚と前記塗布処
    理から膜厚測定までの時間とを関連付けて記憶されたデ
    ータに基づいて、膜厚変動値を形成或は補正する工程
    と、 を具備したことを特徴とする液処理方法。
  11. 【請求項11】 第1の被処理基板に塗布液を塗布処理
    する第1の工程と、 前記第1の工程の後、前記第1の被処理基板の塗布膜の
    膜厚を測定する第2の工程と、 前記第2の工程の膜厚測定値と、膜厚測定値と経過時間
    に基づいた経過時間とともに変動する膜厚の値とで実質
    的な塗布膜の膜厚値を求め記憶する第3の工程と、 前記第3の工程の膜厚値が予め記憶された膜厚の許容範
    囲内か否かを判定する第4の工程と、 第2の被処理基板に塗布液を塗布する第5の工程と、 前記第5の工程の後、前記第2の被処理基板の塗布膜の
    膜厚を測定する第6の工程と、 前記第6の工程の膜厚測定値と、膜厚測定値と経過時間
    に基づいた経過時間とともに変動する膜厚の値とで実質
    的な塗布膜の膜厚値を求め記憶する第7の工程と、 前記第7の工程の膜厚値が予め記憶された膜厚の許容範
    囲内か否かを判定する第8の工程と、 前記膜厚測定値と経過時間に基づいた経過時間とともに
    変動する膜厚の値を補正する第9の工程と、 を具備したことを特徴とする液処理方法。
  12. 【請求項12】 経過時間に対する、前記被処理基板上
    に形成された化学増幅型レジスト膜の膜厚の変動に関す
    るデータを記憶する工程と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する工程と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する工程と、 を具備したことを特徴とする膜厚評価方法。
  13. 【請求項13】 被処理基板上に化学増幅型レジスト膜
    を形成する手段と、 経過時間に対する、前記被処理基板上に形成された化学
    増幅型レジスト膜の膜厚の変動に関するデータを記憶す
    る手段と、 前記被処理基板上に形成された化学増幅型レジスト膜の
    膜厚を測定する手段と、 前記記憶されたデータに基づき、前記測定された膜厚の
    値を補正する手段と、を一体化構成としたことを特徴と
    する処理装置。
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