JP4001469B2 - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に所定の処理を行うとともに、併せてその基板の検査を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製品は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対して、洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、層間絶縁膜の形成、熱処理、ダイシング等の一連の諸処理を施すことにより製造されている。このような半導体製品等の品質維持のため、基板の各種検査を行って品質確認を行うことが重要である。
【０００３】
特に、レジスト塗布装置の管理には、線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の変動を抑制することを目的としてレジスト膜厚の管理が適用されている。レジスト膜厚の管理は、レジスト塗布装置に搭載された膜厚計による検査や、抜き取りによる検査により行われている。膜厚計により測定された値が所定の管理値から外れている場合には、基板を回転させつつレジスト塗布を行うスピンコータ（回転塗布装置）の回転数を変更すること等による膜厚調整が行われている。
【０００４】
一方、近年の加工寸法の縮小に伴い線幅の均一性の要求は日増しに高くなってきている。現在は、露光用の光源としてＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が主に用いられ、基板上に線幅０．１８〜０．１３μｍのパターンが作製されている。さらに、線幅０．１３〜０．１μｍに対応するＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長１９６ｎｍ）や線幅０．１〜０．０７μｍに対応するＦ２（フッ素ダイマ）エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用も予想されており、さらなる線幅の精度の向上が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の膜厚測定による検査によって膜厚を均一に保ったとしても、塗布条件や熱処理条件等が異なることによる処理過程の相違により、現像後の線幅が均一に保てなくなってきている。
【０００６】
本発明の目的は、基板上の膜に形成されたパターンの線幅の変動を抑制するために適切な検査を行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る基板処理装置は、基板に所定の処理を行う複数の処理部を備えた基板処理装置であって、複数の処理部は、基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布する塗布処理部と、塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行う熱処理部とを含み、熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査する検査器と、検査器による検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布された基板上のレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定する膜質測定部とをさらに備えたものである。
【０００８】
本発明に係る基板処理装置においては、複数の処理部において基板に所定の処理が行われる。複数の処理部のうちの塗布処理部において基板に溶媒および溶質を含むレジスト液が塗布される。さらに、膜質測定部において基板に塗布されたレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。
【０００９】
このように、レジスト液の膜質としてパターン形成後の線幅の均一性に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、膜厚管理のみでは不可能であったパターン形成後の線幅の変動を管理することができる。それにより、処理過程が相違しても線幅の変動を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜中の残存溶媒量が膜質測定部により測定される。そして、熱処理部による熱処理後に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さが検査器により検査される。
【００１１】
この場合、露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、現像後の線幅の変動を管理することができる。また、熱処理後の膜の厚さを検査器により検査することによって、レジスト液の膜中の残存溶媒量を厳密に測定できる。
【００１２】
第２の発明に係る基板処理装置は、第１の発明に係る基板処理装置の構成において、残存溶媒量は、レジスト液の膜の密度に基づいて測定されるものである。この場合、上記密度を用いて残存溶媒量が測定される。
【００１３】
第３の発明に係る基板処理装置は、第１または第２の発明に係る基板処理装置の構成において、膜質測定部の測定結果に基づいて複数の処理部の少なくとも１つにおける処理条件を制御する制御手段をさらに備えたものである。
【００１４】
本発明に係る基板処理装置においては、膜質測定部において基板上の処理液の膜質が測定され、膜質測定の測定結果に基づいて複数の処理部の少なくとも１つにおける処理条件が制御される。
【００１５】
このように、膜質測定の測定結果を各処理部に反映させることができ、膜厚管理のみでは不可能だったパターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００１６】
第４の発明に係る基板処理装置は、第３の発明に係る基板処理装置の構成において、制御手段は、膜質測定部の測定結果に基づいて測定前の処理における処理条件を制御するものである。
【００１７】
この場合、膜質測定の測定結果に基づいて測定前の処理における処理条件が制御されることにより、測定された基板以降に処理される基板に対してフィードバック調整が行われる。これにより、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００１８】
第５の発明に係る基板処理装置は、第３または第４の発明に係る基板処理装置の構成において、制御手段は、膜質測定部の測定結果に基づいて測定後の処理における処理条件を制御するものである。
【００１９】
この場合、膜質測定の測定結果に基づいて測定後の処理における処理条件が制御されることにより、測定された基板に対してフィードフォワード調整が行われる。これにより、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００２０】
第６の発明に係る基板処理装置は、第１〜第５のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、複数の処理部は、塗布処理部により処理された基板に他の処理を行う他の処理部をさらに含み、膜質測定部は、塗布処理部または他の処理部の内部に設けられたものである。
【００２１】
本発明に係る基板処理装置においては、塗布処理部により基板に処理液が塗布された後、他の処理部において他の処理が行われる。この塗布処理部または他の処理部の内部に設けられた膜質測定部により基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２２】
この場合、膜質測定部のある処理部における処理中に基板上の処理液の膜質が測定できるため、当該処理の終了時間、温度等の処理条件を制御することにより即応性の高い膜質管理を行うことができ、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００２３】
第７の発明に係る基板処理装置は、第１〜第６のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、複数の処理部に基板を搬送する搬送部をさらに備え、膜質測定部は、搬送部に設けられたものである。
【００２４】
本発明に係る基板処理装置においては、複数の処理部における処理前、処理後または当該処理と他の処理との間に基板を搬送させるための搬送部が設けられ、搬送部により基板が搬送される間に基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２５】
この場合、複数の処理部における処理を行っていない基板の搬送時に膜質測定を行うことができるため、膜質測定の時間を各処理とは別に設ける必要がなく効率よく膜質を測定することができる。
【００２６】
第８の発明に係る基板処理装置は、第１〜第７のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、基板を待機させる待機場所をさらに備え、膜質測定部は、待機場所に設けられたものである。
【００２７】
本発明に係る基板処理装置においては、基板が次の処理を待つ間、待機場所に待機させる。基板が待機場所で待機している間に待機場所に設けられた膜質測定部により基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２８】
これにより、膜質測定の時間を各処理とは別に設ける必要がなくなり効率よく膜質を測定することができる。
【００２９】
第９の発明に係る基板処理方法は、基板に所定の処理を行う複数の処理部を用いた基板処理方法であって、複数の処理部は塗布処理部および熱処理部を含み、塗布処理部により基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布するステップと、塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行うステップと、熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査するステップと、検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定するステップとを備えたものである。
【００３０】
本発明に係る基板処理方法においては、基板にレジスト液が塗布され、塗布された基板上のレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。
【００３１】
このように、レジスト液の膜質としてパターン形成後の線幅の均一性に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、膜厚管理のみでは不可能であったパターン形成後の線幅の変動を管理することができる。それにより、処理過程が相違しても線幅の変動を抑制することが可能となる。
【００３２】
また、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。そして、熱処理部による熱処理後に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さが検査される。
【００３３】
この場合、露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、現像後の線幅の変動を管理することができる。また、熱処理後の膜の厚さを検査器により検査することによって、レジスト液の膜中の残存溶媒量を厳密に測定できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の配置構成を示す平面図である。図２は図１の基板処理装置をＶ−Ｖ線から見た縦断面図である。
【００３５】
この基板処理装置は、基板にフォトレジストの塗布処理および現像処理を行う装置であり、レジスト塗布処理を行う塗布処理ユニット１０、現像処理を行う現像処理ユニット２０、これら処理ユニットに基板を搬入するインデクサＩＤ、インデクサ受け渡し部ＩＤＦおよびインターフェイスＩＦＢを備えている。
【００３６】
また、この基板処理装置には、塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接合部分に検査ユニット３０が配置されている。さらに、基板処理装置の外部には、露光処理を行う露光ユニット（ステッパ）ＳＴＰがインターフェイスＩＦＢに接して配置されている。
【００３７】
塗布処理ユニット１０内の搬送路１１に搬送ロボットＴＲが配置され、その搬送路１１を挟み込むようにして４つの塗布処理部ＳＣが２つずつ設けられている。搬送路１１には、上部からクリーンエアの気流、すなわちダウンフローが形成されている。各塗布処理部ＳＣは、基板を回転させつつその基板主面にフォトレジストを滴下することによって均一なレジスト塗布を行うスピンコータである。
【００３８】
図２に示すように、各塗布処理部ＳＣの上方には、３段に積層された熱処理部、すなわち下から順に冷却処理部ＣＰおよび２段の加熱処理部ＨＰが設けられている。加熱処理部ＨＰは、基板を所定の温度にまで加熱処理する、いわゆるホットプレートである。また、冷却処理部ＣＰは、基板を所定温度にまで冷却処理する、いわゆるクールプレートである。
【００３９】
また、塗布処理部ＳＣの直上であり、塗布処理部ＳＣと冷却処理部ＣＰとの間には、塗布処理部ＳＣにクリーンエアを供給するための空調部ＡＣＵが設けられている。空調部ＡＣＵは、ファン１５およびウルパ（ＵＬＰＡ）フィルタ１６を備えている。ファン１５を作動させることにより、搬送路１１に形成されているダウンフローから空調部ＡＣＵに強制的にクリーンエアを吸引する。空調部ＡＣＵ内に吸引されたクリーンエアは、ウルパフィルタ１６によってさらに微粒子（パーティクル）が除去された後、塗布処理部ＳＣへ供給される。
【００４０】
また、塗布処理部ＳＣの下方には、ケミカルキャビネットＣＢが設けられている。ケミカルキャビネットＣＢは、その内部にフォトレジスト等の薬液瓶やフォトレジスト供給のための配管を収納している。
【００４１】
また、搬送ロボットＴＲは、駆動機構（図示せず）によって鉛直方向の上下移動および鉛直方向を軸とする回転動作を行うことができる。搬送ロボットＴＲは、基板を保持して水平面内にて進退移動を行うことにより塗布処理部ＳＣ、冷却処理部ＣＰおよび加熱処理部ＨＰの各処理部にアクセスするための搬入アームＡＭを備えている。この搬送ロボットＴＲによって塗布処理ユニット１０の各処理部に基板を搬入するとともに、各処理部から基板を搬出することができる。なお、搬送アームＡＭは、スループット向上のためダブルアームとするのが好ましい。
【００４２】
一方、図１の現像ユニット２０においては、搬送ロボットＴＲを配置した搬送路２１を挟み込むようにして４つの現像処理部ＳＤが２つずつ設けられている。現像処理部ＳＤは、露光後の基板上に現像液を供給することによって現像処理を行う、スピンデベロッパである。現像処理ユニット２０は、搬送路１１と搬送路２１とが一直線上に整列するように塗布処理ユニット１０と接続されている。
【００４３】
塗布処理ユニット１０と同様に、各現像処理部ＳＤの上方には、３段に積層された熱処理部、すなわち下から順に冷却処理部ＣＰおよび２段の加熱処理部ＨＰが設けられている。そして、現像処理部ＳＤにクリーンエアを供給するための空調部ＡＣＵが設けられていることや、搬送路２１に配置された搬送ロボットＴＲの構成についても塗布処理ユニット１０と同様である。ただし、現像処理ユニット２０においては、加熱処理部ＨＰの一部に代えて露光後加熱処理部ＰＥＢが設けられている。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、塗布処理ユニット１０ならびに現像処理ユニット２０の双方の搬送ロボットＴＲおよび搬送路１１，２１が搬送部に相当する。
【００４５】
インデクサＩＤは、複数の基板を収納可能なキャリア（図示せず）を搭載し、未処理基板を当該キャリアから塗布処理ユニット１０等に搬入するとともに処理済基板を塗布処理ユニット１０、現像処理ユニット２０等から受け取ってキャリアに格納する。なお、キャリアの形態としては、収納基板を外気にさらすＯＣ（Ｏｐｅｎ Ｃａｓｓｅｔｔｅ ）であってもよいし、基板を密閉空間に収納するＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ ）であってもよい。
【００４６】
インデクサＩＤは、インデクサ受け渡し部ＩＤＦを挟み込むようにして塗布処理ユニット１０と接続されている。インデクサ受け渡し部ＩＤＦは、インデクサＩＤと塗布処理ユニット１０との間で基板の受け渡しを行う役割を担っている。具体的には、インデクサ受け渡し部ＩＤＦには、基板移載ロボット（図示せず）が設けられており、その基板移載ロボットがインデクサＩＤのキャリアに収納された未処理基板を取り出して塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡すとともに、当該搬送ロボットＴＲから受け取った処理済基板をインデクサＩＤのキャリアに搬入する。
【００４７】
インターフェイスＩＦＢは、露光ユニットＳＴＰと現像処理ユニット２０との間に挟み込まれるようにして配置されている。インターフェイスＩＦＢは、露光ユニットＳＴＰと現像ユニット２０とを接続するとともに、それらの間で基板の受け渡しを行う役割を担っている。具体的には、インターフェイスＩＦＢには、基板移載ロボットやバッファカセット（ともに図示せず）が設けられており、現像ユニット２０の搬送ロボットＴＲからレジスト塗布済みの基板を受け取って露光ユニットＳＴＰに搬入するとともに、露光ユニットＳＴＰからの露光済みの基板を受け取って現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲに渡す。また、インターフェイスＩＦＢは、処理待ち状態の基板をバッファカセットに待避させることによって露光ユニットＳＴＰおよび基板処理装置における処理時間のずれを調整することもできる。
【００４８】
露光ユニットＳＴＰは、フォトレジストが塗布された基板の主面にエキシマレーザ等を照射することによって所定のパターンを露光する装置である。
【００４９】
また、本実施の形態の基板処理装置においては、塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接続部分に、搬送路１１および搬送路２１の双方に跨るように検査ユニット３０が設置されている。
【００５０】
図３は本実施の形態における検査ユニット３０を示す斜視図である。検査ユニット３０は、下から順に積層された膜質測定器３２、膜厚測定器３３、線幅測定器３４、重ね合わせ測定器３５およびマクロ欠陥検査器３６を含む。なお、検査ユニット３０の最下段（膜質測定器３２の下部）には受渡台３１が設けられている。
【００５１】
また、図３に示すように、図１の塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは矢印ＡＲ１の向きから、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲは矢印ＡＲ２の向きからそれぞれ検査ユニット３０に対してアクセスする。
【００５２】
受渡台３１は、基板を載せる台である。図３に示すように、受渡台３１の周囲は開放されており、塗布処理ユニット１０および現像処理ユニット２０のそれぞれの搬送ロボットＴＲは、受渡台３１を介して相互に基板の受け渡しを行うことができる。ただし、受渡台３１は、双方の搬送ロボットＴＲ間の単なる基板受け渡しのためだけに用いられるものである。
【００５３】
膜質測定器３２は、基板上に塗布されたレジストの膜質、すなわち膜中の残存溶媒量を測定する検査器である。膜質測定器３２には、その側面に搬出入口３２ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３２ａから膜質測定器３２に基板を搬入および搬出することができる。膜質測定器３２の搬出入口３２ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から膜質測定器３２に基板を搬入および搬出することができる。
【００５４】
膜厚測定器３３は、基板上に塗布されたフォトレジストの膜厚を測定する検査器である。膜厚測定器３３には、その側面に搬出入口３３ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３３ａから膜厚測定器３３に基板を搬入および搬出することができる。膜厚測定器３３の搬出入口３３ａの反対側にも同様の排出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から膜厚測定器３３に基板を搬入および排出することができる。例えば、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲがレジスト塗布済みの基板を搬入して膜厚測定器３３がその基板の膜厚測定を行い、検査後の基板を現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲが搬出することができる。
【００５５】
線幅測定器３４は、基板上に形成されたパターンの線幅を測定する検査器である。線幅測定器３４には、その側面に搬出入口３４ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３４ａから線幅測定器３４に基板を搬入および搬出することができる。線幅測定器３４の搬出入口３４ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から線幅測定器３４に基板を搬入および搬出することができる。例えば、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲが現像処理済みの基板を搬入して線幅測定器３４がその基板の線幅測定を行い、検査後の基板を塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲが搬出することができる。
【００５６】
重ね合わせ測定器３５は、基板上に形成されたパターンのずれを測定する検査器である。重ね合わせ検査器３５には、その側面に搬出入口３５ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３５ａから重ね合わせ測定器３５に基板を搬入および搬出することができる。重ね合わせ測定器３５の搬出入口３５ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から重ね合わせ測定器３５に基板を搬入および搬出することができる。
【００５７】
マクロ欠陥検査器３６は、基板上に現出した比較的大きな欠陥、例えばパーティクルの付着の有無を判定する検査器である。マクロ欠陥検査器３６には、その側面に搬出入口３６ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３６ａからマクロ欠陥検査器３６に基板を搬入および搬出することができる。マクロ欠陥検査器３６の搬出入口３６ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口からマクロ欠陥検査器３６に基板を搬入および搬出することができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態においては、基板処理装置内にそれぞれが異なる内容の基板検査を行う５つの検査器が設けられている。
【００５９】
次に、上記の構成を有する基板処理装置における各処理について説明する。図４は基板処理装置における検査工程を除いた処理手順の一例を示す図である。検査工程については後述する。
【００６０】
インデクサＩＤのキャリア内に収納されている未処理基板はインデクサ受け渡し部ＩＤＦによって塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡され、塗布処理ユニット１０内の加熱処理部ＨＰに搬入される。その加熱処理部ＨＰにおいては、主としてレジスト塗布の密着強化のための加熱処理が行われる。加熱処理の終了した基板は、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲによって冷却処理部ＣＰに搬入されて冷却された後、塗布処理部ＳＣに搬入される。なお、４つの塗布処理部ＳＣは並列的な処理が可能な処理部であって、これらのいずれに基板を搬入するかは任意であり、この点については他の処理部においても同様である。
【００６１】
塗布処理部ＳＣにおけるレジスト塗布処理が終了した基板には、塗布処理ユニット１０内の加熱処理部ＨＰおよび冷却処理部ＣＰによって塗布後熱処理が行われる。その後、基板は現像処理ユニット２０の搬出ロボットＴＲおよびインターフェイスＩＦＢを介して露光ユニットＳＴＰに搬入される。露光ユニットＳＴＰによってパターン露光がなされた基板は、インターフェイスＩＦＢを介して現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲに戻され、現像処理ユニット２０内の露光後加熱処理部ＰＥＢに搬入される。露光後加熱処理部ＰＥＢにおいては、主として露光後の酸反応を活性化させるための加熱処理が行われる。露光後加熱処理の終了した基板は、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲによって冷却処理部ＣＰに搬入されて冷却された後、現像処理部ＳＤに搬入される。
【００６２】
現像処理部ＳＤにおける現像処理が終了した基板には、現像処理ユニット２０内の加熱処理部ＨＰおよび冷却処理部ＣＰによって現像後熱処理が行われる。その後、当該基板は現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲから塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡され、さらにインデクサ受け渡し部ＩＤＦを介してインデクサＩＤのキャリア内に処理済基板として収容される。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、図４に示す処理手順に従って基板が複数の処理部間を２つの搬送ロボットＴＲによって搬送されることにより、その基板にレジスト塗布処理および現像処理が行われている。そして、インデクサＩＤに搭載された１つのキャリアに収納されている１組の複数の基板については、全て図４に示す処理手順に従って２つの搬送ロボットＴＲが基板を順次搬送することにより同一の処理が施されている。
【００６４】
次に、検査工程を考慮した基板の処理手順について説明する。図５は基板処理装置における検査工程を考慮した処理手順の一例を示す図であって、図４の処理手順に検査工程を加えたものである。
【００６５】
前述のように、本実施の形態における検査ユニット３０には、それぞれが異なる内容の基板検査を行う５つの検査部が設けられている。図５に示すように、５つの検査のうち膜質測定についてはレジスト塗布後、塗布後熱処理前に行われる。また、膜厚測定についてはレジスト塗布後の熱処理後、露光処理前に行われる。一方、線幅測定、重ね合わせ測定およびマクロ欠陥検査については現像後熱処理の後、インデクサＩＤに戻される前に行われる。
【００６６】
ここで、本実施の形態においては、５つの検査を選択的に行うことができる。例えば、ある基板については、図５に示す手順に従って検査ユニット３０の５つの検査部の全てに搬入して全ての検査を行うようにしてもよい。また、図５に示す手順に従って検査ユニット３０の一部の検査部に搬入して一部の検査のみを行うようにしてもよい。さらに、基板によっては、検査ユニット３０のいかなる検査部にも搬入せずに全く検査を行わないようにすることもできる。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、塗布処理部ＳＣ、現像処理部ＳＤ、加熱処理部ＨＰ、冷却処理部ＣＰおよび露光後加熱処理部ＰＥＢが複数の処理部に相当し、膜質測定器３２が膜質測定部に相当し、インデクサＩＤ、インデクサ受け渡し部ＩＤＦおよびインターフェイスＩＦＢが待機場所に相当する。
【００６８】
次に、本発明において最も特徴的な、膜質測定について詳しく説明する。前述のように、膜質測定においては、基板上に塗布されたフォトレジストの膜質、すなわち膜中の残存溶媒量を測定する。
【００６９】
加工寸法の縮小に伴い、短波長エキシマレーザ等を化学増幅型レジストに照射し、化学反応させることにより露光処理を行うことが一般的となってきている。このとき、フォトレジストに残存する溶媒が露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるが、この残存溶媒量が変化すると、反応速度に影響を与え、線幅の均一性を阻害してしまう。このため、膜質測定は線幅変動を抑制するための重要な管理項目といえる。
【００７０】
膜質測定の方法としては、ガスクロマトグラフィやフーリエ変換赤外分光光度計等の残存溶媒量が分析できる装置により直接的に測定してもよい。また、同一のレジストに対しては残存溶媒量と屈折率とが相関するため、その定量的測定を予め行った上で膜厚や屈折率等の光学特性が測定できるエリプソメータ等により膜質を間接的に測定してもよい。さらに、残存溶媒量の違いによりレジスト膜の密度、すなわち溶質と溶媒との比率が異なる。そこで、膜に光を照射して密度の違いにより反射光または透過光の強度が異なることを利用して残存溶媒量を測定することもできる。なお、膜厚が変化すれば膜中の残存溶媒量も変化するため、膜厚の管理をした上で膜質の測定を行うことが好ましい。
【００７２】
また、本実施の形態においては、基板処理装置に備えられた検査ユニット３０において膜質測定が行われるが、基板処理装置とは別に設けられた測定装置において膜質測定を行ってもよい。この場合、全ての基板について測定する必要はなく、所定の再現性が得られる範囲で一部の基板を抜き取り、その基板を測定することにより行ってもよい。
【００７３】
さらに、基板処理装置内に膜質測定器を設置する場合において、本実施の形態においては図１に示すように塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接続部分に、搬送路１１および搬送路２１の双方に跨るように膜質測定器３２を含む検査ユニット３０を設置しているが、インターフェイスＩＦＢ等の各処理の間における基板の待機場所に膜質測定を行う膜質測定器を設けてもよいし、搬送ロボットＴＲ上に膜質測定器を設けてもよい。
【００７４】
また、各処理装置内に膜質測定を行う膜質測定器を設けてもよい。塗布処理部ＳＣに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えてレジスト塗布中の膜質測定が可能となる。加熱処理部ＨＰに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えて塗布後熱処理中の膜質測定が可能となる。露光ユニットＳＴＰに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えて露光処理中の膜質測定が可能となる。
【００７５】
このように、膜質測定を行い測定結果に基づいて処理条件を調整することにより測定結果を各処理に反映させる。図６は膜質測定器の測定結果に基づく制御系の構成を示すブロック図である。膜質測定器３２の測定結果が制御部１００に伝達される。制御部１００においては、膜質測定器３２の測定結果に基づいて処理条件を調整する項目が取捨選択され、各処理部のそれぞれに対して処理条件の調整が行われる。なお、本実施の形態においては、制御部１００が制御手段に相当する。
【００７６】
調整項目としては、レジスト塗布前の冷却処理部ＣＰの温度（すなわち基板温度）、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、レジスト温度、レジスト粘度、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間、露光量、露光後加熱処理部ＰＥＢの温度、同じく加熱時間、現像前の冷却処理部ＣＰの温度、現像液の温度、現像時間、塗布処理部ＳＣからの排気量や基板処理装置内の温度、湿度、気圧等の設備環境等があり、検査を行う処理手順により最適な調整項目を一または複数選択し、調整する。
【００７７】
例えば、本実施の形態のようにレジスト塗布後に膜質測定を行う場合には、測定された基板に対してフィードフォワード調整を行い、例えば、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間、露光量、露光後加熱処理部ＰＥＢにおける加熱時間、同じく加熱温度、現像液の温度、現像時間等を調整し、当該基板以降に処理される基板に対してフィードバック調整を行い、例えば、基板温度、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、レジスト温度、レジスト粘度等を調整する。特に、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間等を調整することにより、直接的にレジスト膜中の残存溶媒量を調整することが可能となる。
【００７８】
他の処理手順においても、前述した調整項目のうち少なくとも１つについてフィードフォワード調整またはフィードバック調整を行うのが好ましい。また、レジスト塗布等の各処理中に検査を行う場合には、フィードフォワード調整として当該処理の終了時間、温度等を調整することにより、即応性の高い調整も可能となる。
【００７９】
以上のような調整を行う場合、例えばレジスト塗布後の残存溶媒量と露光後加熱処理の加熱時間および加熱温度との相関関係や、レジスト塗布処理における塗布処理部ＳＣの回転数および回転時間の調整のための残存溶媒量と大気圧との相関関係等を予めデータベース化しておき、そのデータベースに基づいて調整を行うことが好ましい。
【００８０】
以上のように、膜質測定およびその管理を行うことにより、膜厚管理のみでは不可能であった線幅の変動が抑制される。基板処理装置内に検査部を設ける場合には、各処理手順上における管理が可能となるため工程数も抑えることができ、低コストである。また、基板処理装置内に膜質測定器を設ける場合、自動調整も可能であるため人為的ミスも低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の配置構成を示す平面図である。
【図２】図１の基板処理装置をＶ−Ｖ線から見た縦断面図である。
【図３】本実施の形態における検査ユニットを示す斜視図である。
【図４】基板処理装置における検査工程を除いた処理手順の一例を示す図である。
【図５】基板処理装置における検査工程を考慮した処理手順の一例を示す図である。
【図６】膜質測定器の測定結果に基づく制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 塗布処理ユニット
１１，２１ 搬送路
２０ 現像処理ユニット
３０ 検査ユニット
３２ 膜質測定器
１００ 制御部
ＣＰ 冷却処理部
ＨＰ 加熱処理部
ＩＤ インデクサ
ＩＤＦ インデクサ受け渡し部
ＩＦＢ インターフェイス
ＰＥＢ 露光後加熱処理部
ＳＣ 塗布処理部
ＳＤ 現像処理部
ＴＲ 搬送ロボット
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に所定の処理を行うとともに、併せてその基板の検査を行う基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の製品は、半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板に対して、洗浄、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、層間絶縁膜の形成、熱処理、ダイシング等の一連の諸処理を施すことにより製造されている。このような半導体製品等の品質維持のため、基板の各種検査を行って品質確認を行うことが重要である。
【０００３】
特に、レジスト塗布装置の管理には、線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の変動を抑制することを目的としてレジスト膜厚の管理が適用されている。レジスト膜厚の管理は、レジスト塗布装置に搭載された膜厚計による検査や、抜き取りによる検査により行われている。膜厚計により測定された値が所定の管理値から外れている場合には、基板を回転させつつレジスト塗布を行うスピンコータ（回転塗布装置）の回転数を変更すること等による膜厚調整が行われている。
【０００４】
一方、近年の加工寸法の縮小に伴い線幅の均一性の要求は日増しに高くなってきている。現在は、露光用の光源としてＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が主に用いられ、基板上に線幅０．１８〜０．１３μｍのパターンが作製されている。さらに、線幅０．１３〜０．１μｍに対応するＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長１９６ｎｍ）や線幅０．１〜０．０７μｍに対応するＦ２（フッ素ダイマ）エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用も予想されており、さらなる線幅の精度の向上が要求されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の膜厚測定による検査によって膜厚を均一に保ったとしても、塗布条件や熱処理条件等が異なることによる処理過程の相違により、現像後の線幅が均一に保てなくなってきている。
【０００６】
本発明の目的は、基板上の膜に形成されたパターンの線幅の変動を抑制するために適切な検査を行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る基板処理装置は、基板に所定の処理を行う複数の処理部を備えた基板処理装置であって、複数の処理部は、基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布する塗布処理部と、塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行う熱処理部とを含み、熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査する検査器と、検査器による検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布された基板上のレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定する膜質測定部とをさらに備えたものである。
【０００８】
本発明に係る基板処理装置においては、複数の処理部において基板に所定の処理が行われる。複数の処理部のうちの塗布処理部において基板に溶媒および溶質を含むレジスト液が塗布される。さらに、膜質測定部において基板に塗布されたレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。
【０００９】
このように、レジスト液の膜質としてパターン形成後の線幅の均一性に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、膜厚管理のみでは不可能であったパターン形成後の線幅の変動を管理することができる。それにより、処理過程が相違しても線幅の変動を抑制することが可能となる。
【００１０】
また、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜中の残存溶媒量が膜質測定部により測定される。そして、熱処理部による熱処理後に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さが検査器により検査される。
【００１１】
この場合、露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、現像後の線幅の変動を管理することができる。また、熱処理後の膜の厚さを検査器により検査することによって、レジスト液の膜中の残存溶媒量を厳密に測定できる。
【００１２】
第２の発明に係る基板処理装置は、第１の発明に係る基板処理装置の構成において、残存溶媒量は、レジスト液の膜の密度に基づいて測定されるものである。この場合、上記密度を用いて残存溶媒量が測定される。
【００１３】
第３の発明に係る基板処理装置は、第１または第２の発明に係る基板処理装置の構成において、膜質測定部の測定結果に基づいて複数の処理部の少なくとも１つにおける処理条件を制御する制御手段をさらに備えたものである。
【００１４】
本発明に係る基板処理装置においては、膜質測定部において基板上の処理液の膜質が測定され、膜質測定の測定結果に基づいて複数の処理部の少なくとも１つにおける処理条件が制御される。
【００１５】
このように、膜質測定の測定結果を各処理部に反映させることができ、膜厚管理のみでは不可能だったパターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００１６】
第４の発明に係る基板処理装置は、第３の発明に係る基板処理装置の構成において、制御手段は、膜質測定部の測定結果に基づいて測定前の処理における処理条件を制御するものである。
【００１７】
この場合、膜質測定の測定結果に基づいて測定前の処理における処理条件が制御されることにより、測定された基板以降に処理される基板に対してフィードバック調整が行われる。これにより、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００１８】
第５の発明に係る基板処理装置は、第３または第４の発明に係る基板処理装置の構成において、制御手段は、膜質測定部の測定結果に基づいて測定後の処理における処理条件を制御するものである。
【００１９】
この場合、膜質測定の測定結果に基づいて測定後の処理における処理条件が制御されることにより、測定された基板に対してフィードフォワード調整が行われる。これにより、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００２０】
第６の発明に係る基板処理装置は、第１〜第５のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、複数の処理部は、塗布処理部により処理された基板に他の処理を行う他の処理部をさらに含み、膜質測定部は、塗布処理部または他の処理部の内部に設けられたものである。
【００２１】
本発明に係る基板処理装置においては、塗布処理部により基板に処理液が塗布された後、他の処理部において他の処理が行われる。この塗布処理部または他の処理部の内部に設けられた膜質測定部により基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２２】
この場合、膜質測定部のある処理部における処理中に基板上の処理液の膜質が測定できるため、当該処理の終了時間、温度等の処理条件を制御することにより即応性の高い膜質管理を行うことができ、パターン形成後の線幅の変動を抑制することができる。
【００２３】
第７の発明に係る基板処理装置は、第１〜第６のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、複数の処理部に基板を搬送する搬送部をさらに備え、膜質測定部は、搬送部に設けられたものである。
【００２４】
本発明に係る基板処理装置においては、複数の処理部における処理前、処理後または当該処理と他の処理との間に基板を搬送させるための搬送部が設けられ、搬送部により基板が搬送される間に基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２５】
この場合、複数の処理部における処理を行っていない基板の搬送時に膜質測定を行うことができるため、膜質測定の時間を各処理とは別に設ける必要がなく効率よく膜質を測定することができる。
【００２６】
第８の発明に係る基板処理装置は、第１〜第７のいずれかの発明に係る基板処理装置の構成において、基板を待機させる待機場所をさらに備え、膜質測定部は、待機場所に設けられたものである。
【００２７】
本発明に係る基板処理装置においては、基板が次の処理を待つ間、待機場所に待機させる。基板が待機場所で待機している間に待機場所に設けられた膜質測定部により基板上の処理液の膜質が測定される。
【００２８】
これにより、膜質測定の時間を各処理とは別に設ける必要がなくなり効率よく膜質を測定することができる。
【００２９】
第９の発明に係る基板処理方法は、基板に所定の処理を行う複数の処理部を用いた基板処理方法であって、複数の処理部は塗布処理部および熱処理部を含み、塗布処理部により基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布するステップと、塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行うステップと、熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査するステップと、検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定するステップとを備えたものである。
【００３０】
本発明に係る基板処理方法においては、基板にレジスト液が塗布され、塗布された基板上のレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。
【００３１】
このように、レジスト液の膜質としてパターン形成後の線幅の均一性に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、膜厚管理のみでは不可能であったパターン形成後の線幅の変動を管理することができる。それにより、処理過程が相違しても線幅の変動を抑制することが可能となる。
【００３２】
また、塗布処理部によるレジスト液の塗布後で熱処理部による熱処理前に、塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜中の残存溶媒量が測定される。そして、熱処理部による熱処理後に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さが検査される。
【００３３】
この場合、露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるレジスト液の膜中の残存溶媒量を測定することにより、現像後の線幅の変動を管理することができる。また、熱処理後の膜の厚さを検査器により検査することによって、レジスト液の膜中の残存溶媒量を厳密に測定できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の配置構成を示す平面図である。図２は図１の基板処理装置をＶ−Ｖ線から見た縦断面図である。
【００３５】
この基板処理装置は、基板にフォトレジストの塗布処理および現像処理を行う装置であり、レジスト塗布処理を行う塗布処理ユニット１０、現像処理を行う現像処理ユニット２０、これら処理ユニットに基板を搬入するインデクサＩＤ、インデクサ受け渡し部ＩＤＦおよびインターフェイスＩＦＢを備えている。
【００３６】
また、この基板処理装置には、塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接合部分に検査ユニット３０が配置されている。さらに、基板処理装置の外部には、露光処理を行う露光ユニット（ステッパ）ＳＴＰがインターフェイスＩＦＢに接して配置されている。
【００３７】
塗布処理ユニット１０内の搬送路１１に搬送ロボットＴＲが配置され、その搬送路１１を挟み込むようにして４つの塗布処理部ＳＣが２つずつ設けられている。搬送路１１には、上部からクリーンエアの気流、すなわちダウンフローが形成されている。各塗布処理部ＳＣは、基板を回転させつつその基板主面にフォトレジストを滴下することによって均一なレジスト塗布を行うスピンコータである。
【００３８】
図２に示すように、各塗布処理部ＳＣの上方には、３段に積層された熱処理部、すなわち下から順に冷却処理部ＣＰおよび２段の加熱処理部ＨＰが設けられている。加熱処理部ＨＰは、基板を所定の温度にまで加熱処理する、いわゆるホットプレートである。また、冷却処理部ＣＰは、基板を所定温度にまで冷却処理する、いわゆるクールプレートである。
【００３９】
また、塗布処理部ＳＣの直上であり、塗布処理部ＳＣと冷却処理部ＣＰとの間には、塗布処理部ＳＣにクリーンエアを供給するための空調部ＡＣＵが設けられている。空調部ＡＣＵは、ファン１５およびウルパ（ＵＬＰＡ）フィルタ１６を備えている。ファン１５を作動させることにより、搬送路１１に形成されているダウンフローから空調部ＡＣＵに強制的にクリーンエアを吸引する。空調部ＡＣＵ内に吸引されたクリーンエアは、ウルパフィルタ１６によってさらに微粒子（パーティクル）が除去された後、塗布処理部ＳＣへ供給される。
【００４０】
また、塗布処理部ＳＣの下方には、ケミカルキャビネットＣＢが設けられている。ケミカルキャビネットＣＢは、その内部にフォトレジスト等の薬液瓶やフォトレジスト供給のための配管を収納している。
【００４１】
また、搬送ロボットＴＲは、駆動機構（図示せず）によって鉛直方向の上下移動および鉛直方向を軸とする回転動作を行うことができる。搬送ロボットＴＲは、基板を保持して水平面内にて進退移動を行うことにより塗布処理部ＳＣ、冷却処理部ＣＰおよび加熱処理部ＨＰの各処理部にアクセスするための搬入アームＡＭを備えている。この搬送ロボットＴＲによって塗布処理ユニット１０の各処理部に基板を搬入するとともに、各処理部から基板を搬出することができる。なお、搬送アームＡＭは、スループット向上のためダブルアームとするのが好ましい。
【００４２】
一方、図１の現像ユニット２０においては、搬送ロボットＴＲを配置した搬送路２１を挟み込むようにして４つの現像処理部ＳＤが２つずつ設けられている。現像処理部ＳＤは、露光後の基板上に現像液を供給することによって現像処理を行う、スピンデベロッパである。現像処理ユニット２０は、搬送路１１と搬送路２１とが一直線上に整列するように塗布処理ユニット１０と接続されている。
【００４３】
塗布処理ユニット１０と同様に、各現像処理部ＳＤの上方には、３段に積層された熱処理部、すなわち下から順に冷却処理部ＣＰおよび２段の加熱処理部ＨＰが設けられている。そして、現像処理部ＳＤにクリーンエアを供給するための空調部ＡＣＵが設けられていることや、搬送路２１に配置された搬送ロボットＴＲの構成についても塗布処理ユニット１０と同様である。ただし、現像処理ユニット２０においては、加熱処理部ＨＰの一部に代えて露光後加熱処理部ＰＥＢが設けられている。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、塗布処理ユニット１０ならびに現像処理ユニット２０の双方の搬送ロボットＴＲおよび搬送路１１，２１が搬送部に相当する。
【００４５】
インデクサＩＤは、複数の基板を収納可能なキャリア（図示せず）を搭載し、未処理基板を当該キャリアから塗布処理ユニット１０等に搬入するとともに処理済基板を塗布処理ユニット１０、現像処理ユニット２０等から受け取ってキャリアに格納する。なお、キャリアの形態としては、収納基板を外気にさらすＯＣ（Ｏｐｅｎ Ｃａｓｓｅｔｔｅ ）であってもよいし、基板を密閉空間に収納するＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ ）であってもよい。
【００４６】
インデクサＩＤは、インデクサ受け渡し部ＩＤＦを挟み込むようにして塗布処理ユニット１０と接続されている。インデクサ受け渡し部ＩＤＦは、インデクサＩＤと塗布処理ユニット１０との間で基板の受け渡しを行う役割を担っている。具体的には、インデクサ受け渡し部ＩＤＦには、基板移載ロボット（図示せず）が設けられており、その基板移載ロボットがインデクサＩＤのキャリアに収納された未処理基板を取り出して塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡すとともに、当該搬送ロボットＴＲから受け取った処理済基板をインデクサＩＤのキャリアに搬入する。
【００４７】
インターフェイスＩＦＢは、露光ユニットＳＴＰと現像処理ユニット２０との間に挟み込まれるようにして配置されている。インターフェイスＩＦＢは、露光ユニットＳＴＰと現像ユニット２０とを接続するとともに、それらの間で基板の受け渡しを行う役割を担っている。具体的には、インターフェイスＩＦＢには、基板移載ロボットやバッファカセット（ともに図示せず）が設けられており、現像ユニット２０の搬送ロボットＴＲからレジスト塗布済みの基板を受け取って露光ユニットＳＴＰに搬入するとともに、露光ユニットＳＴＰからの露光済みの基板を受け取って現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲに渡す。また、インターフェイスＩＦＢは、処理待ち状態の基板をバッファカセットに待避させることによって露光ユニットＳＴＰおよび基板処理装置における処理時間のずれを調整することもできる。
【００４８】
露光ユニットＳＴＰは、フォトレジストが塗布された基板の主面にエキシマレーザ等を照射することによって所定のパターンを露光する装置である。
【００４９】
また、本実施の形態の基板処理装置においては、塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接続部分に、搬送路１１および搬送路２１の双方に跨るように検査ユニット３０が設置されている。
【００５０】
図３は本実施の形態における検査ユニット３０を示す斜視図である。検査ユニット３０は、下から順に積層された膜質測定器３２、膜厚測定器３３、線幅測定器３４、重ね合わせ測定器３５およびマクロ欠陥検査器３６を含む。なお、検査ユニット３０の最下段（膜質測定器３２の下部）には受渡台３１が設けられている。
【００５１】
また、図３に示すように、図１の塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは矢印ＡＲ１の向きから、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲは矢印ＡＲ２の向きからそれぞれ検査ユニット３０に対してアクセスする。
【００５２】
受渡台３１は、基板を載せる台である。図３に示すように、受渡台３１の周囲は開放されており、塗布処理ユニット１０および現像処理ユニット２０のそれぞれの搬送ロボットＴＲは、受渡台３１を介して相互に基板の受け渡しを行うことができる。ただし、受渡台３１は、双方の搬送ロボットＴＲ間の単なる基板受け渡しのためだけに用いられるものである。
【００５３】
膜質測定器３２は、基板上に塗布されたレジストの膜質、すなわち膜中の残存溶媒量を測定する検査器である。膜質測定器３２には、その側面に搬出入口３２ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３２ａから膜質測定器３２に基板を搬入および搬出することができる。膜質測定器３２の搬出入口３２ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から膜質測定器３２に基板を搬入および搬出することができる。
【００５４】
膜厚測定器３３は、基板上に塗布されたフォトレジストの膜厚を測定する検査器である。膜厚測定器３３には、その側面に搬出入口３３ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３３ａから膜厚測定器３３に基板を搬入および搬出することができる。膜厚測定器３３の搬出入口３３ａの反対側にも同様の排出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から膜厚測定器３３に基板を搬入および排出することができる。例えば、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲがレジスト塗布済みの基板を搬入して膜厚測定器３３がその基板の膜厚測定を行い、検査後の基板を現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲが搬出することができる。
【００５５】
線幅測定器３４は、基板上に形成されたパターンの線幅を測定する検査器である。線幅測定器３４には、その側面に搬出入口３４ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３４ａから線幅測定器３４に基板を搬入および搬出することができる。線幅測定器３４の搬出入口３４ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から線幅測定器３４に基板を搬入および搬出することができる。例えば、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲが現像処理済みの基板を搬入して線幅測定器３４がその基板の線幅測定を行い、検査後の基板を塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲが搬出することができる。
【００５６】
重ね合わせ測定器３５は、基板上に形成されたパターンのずれを測定する検査器である。重ね合わせ検査器３５には、その側面に搬出入口３５ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３５ａから重ね合わせ測定器３５に基板を搬入および搬出することができる。重ね合わせ測定器３５の搬出入口３５ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口から重ね合わせ測定器３５に基板を搬入および搬出することができる。
【００５７】
マクロ欠陥検査器３６は、基板上に現出した比較的大きな欠陥、例えばパーティクルの付着の有無を判定する検査器である。マクロ欠陥検査器３６には、その側面に搬出入口３６ａが設けられており、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲは、搬出入口３６ａからマクロ欠陥検査器３６に基板を搬入および搬出することができる。マクロ欠陥検査器３６の搬出入口３６ａの反対側にも同様の搬出入口（図示せず）が設けられており、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲはその搬出入口からマクロ欠陥検査器３６に基板を搬入および搬出することができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態においては、基板処理装置内にそれぞれが異なる内容の基板検査を行う５つの検査器が設けられている。
【００５９】
次に、上記の構成を有する基板処理装置における各処理について説明する。図４は基板処理装置における検査工程を除いた処理手順の一例を示す図である。検査工程については後述する。
【００６０】
インデクサＩＤのキャリア内に収納されている未処理基板はインデクサ受け渡し部ＩＤＦによって塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡され、塗布処理ユニット１０内の加熱処理部ＨＰに搬入される。その加熱処理部ＨＰにおいては、主としてレジスト塗布の密着強化のための加熱処理が行われる。加熱処理の終了した基板は、塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲによって冷却処理部ＣＰに搬入されて冷却された後、塗布処理部ＳＣに搬入される。なお、４つの塗布処理部ＳＣは並列的な処理が可能な処理部であって、これらのいずれに基板を搬入するかは任意であり、この点については他の処理部においても同様である。
【００６１】
塗布処理部ＳＣにおけるレジスト塗布処理が終了した基板には、塗布処理ユニット１０内の加熱処理部ＨＰおよび冷却処理部ＣＰによって塗布後熱処理が行われる。その後、基板は現像処理ユニット２０の搬出ロボットＴＲおよびインターフェイスＩＦＢを介して露光ユニットＳＴＰに搬入される。露光ユニットＳＴＰによってパターン露光がなされた基板は、インターフェイスＩＦＢを介して現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲに戻され、現像処理ユニット２０内の露光後加熱処理部ＰＥＢに搬入される。露光後加熱処理部ＰＥＢにおいては、主として露光後の酸反応を活性化させるための加熱処理が行われる。露光後加熱処理の終了した基板は、現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲによって冷却処理部ＣＰに搬入されて冷却された後、現像処理部ＳＤに搬入される。
【００６２】
現像処理部ＳＤにおける現像処理が終了した基板には、現像処理ユニット２０内の加熱処理部ＨＰおよび冷却処理部ＣＰによって現像後熱処理が行われる。その後、当該基板は現像処理ユニット２０の搬送ロボットＴＲから塗布処理ユニット１０の搬送ロボットＴＲに渡され、さらにインデクサ受け渡し部ＩＤＦを介してインデクサＩＤのキャリア内に処理済基板として収容される。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、図４に示す処理手順に従って基板が複数の処理部間を２つの搬送ロボットＴＲによって搬送されることにより、その基板にレジスト塗布処理および現像処理が行われている。そして、インデクサＩＤに搭載された１つのキャリアに収納されている１組の複数の基板については、全て図４に示す処理手順に従って２つの搬送ロボットＴＲが基板を順次搬送することにより同一の処理が施されている。
【００６４】
次に、検査工程を考慮した基板の処理手順について説明する。図５は基板処理装置における検査工程を考慮した処理手順の一例を示す図であって、図４の処理手順に検査工程を加えたものである。
【００６５】
前述のように、本実施の形態における検査ユニット３０には、それぞれが異なる内容の基板検査を行う５つの検査部が設けられている。図５に示すように、５つの検査のうち膜質測定についてはレジスト塗布後、塗布後熱処理前に行われる。また、膜厚測定についてはレジスト塗布後の熱処理後、露光処理前に行われる。一方、線幅測定、重ね合わせ測定およびマクロ欠陥検査については現像後熱処理の後、インデクサＩＤに戻される前に行われる。
【００６６】
ここで、本実施の形態においては、５つの検査を選択的に行うことができる。例えば、ある基板については、図５に示す手順に従って検査ユニット３０の５つの検査部の全てに搬入して全ての検査を行うようにしてもよい。また、図５に示す手順に従って検査ユニット３０の一部の検査部に搬入して一部の検査のみを行うようにしてもよい。さらに、基板によっては、検査ユニット３０のいかなる検査部にも搬入せずに全く検査を行わないようにすることもできる。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、塗布処理部ＳＣ、現像処理部ＳＤ、加熱処理部ＨＰ、冷却処理部ＣＰおよび露光後加熱処理部ＰＥＢが複数の処理部に相当し、膜質測定器３２が膜質測定部に相当し、インデクサＩＤ、インデクサ受け渡し部ＩＤＦおよびインターフェイスＩＦＢが待機場所に相当する。
【００６８】
次に、本発明において最も特徴的な、膜質測定について詳しく説明する。前述のように、膜質測定においては、基板上に塗布されたフォトレジストの膜質、すなわち膜中の残存溶媒量を測定する。
【００６９】
加工寸法の縮小に伴い、短波長エキシマレーザ等を化学増幅型レジストに照射し、化学反応させることにより露光処理を行うことが一般的となってきている。このとき、フォトレジストに残存する溶媒が露光後の加熱処理による化学反応（触媒的作用）に影響を与えるが、この残存溶媒量が変化すると、反応速度に影響を与え、線幅の均一性を阻害してしまう。このため、膜質測定は線幅変動を抑制するための重要な管理項目といえる。
【００７０】
膜質測定の方法としては、ガスクロマトグラフィやフーリエ変換赤外分光光度計等の残存溶媒量が分析できる装置により直接的に測定してもよい。また、同一のレジストに対しては残存溶媒量と屈折率とが相関するため、その定量的測定を予め行った上で膜厚や屈折率等の光学特性が測定できるエリプソメータ等により膜質を間接的に測定してもよい。さらに、残存溶媒量の違いによりレジスト膜の密度、すなわち溶質と溶媒との比率が異なる。そこで、膜に光を照射して密度の違いにより反射光または透過光の強度が異なることを利用して残存溶媒量を測定することもできる。なお、膜厚が変化すれば膜中の残存溶媒量も変化するため、膜厚の管理をした上で膜質の測定を行うことが好ましい。
【００７２】
また、本実施の形態においては、基板処理装置に備えられた検査ユニット３０において膜質測定が行われるが、基板処理装置とは別に設けられた測定装置において膜質測定を行ってもよい。この場合、全ての基板について測定する必要はなく、所定の再現性が得られる範囲で一部の基板を抜き取り、その基板を測定することにより行ってもよい。
【００７３】
さらに、基板処理装置内に膜質測定器を設置する場合において、本実施の形態においては図１に示すように塗布処理ユニット１０と現像処理ユニット２０との接続部分に、搬送路１１および搬送路２１の双方に跨るように膜質測定器３２を含む検査ユニット３０を設置しているが、インターフェイスＩＦＢ等の各処理の間における基板の待機場所に膜質測定を行う膜質測定器を設けてもよいし、搬送ロボットＴＲ上に膜質測定器を設けてもよい。
【００７４】
また、各処理装置内に膜質測定を行う膜質測定器を設けてもよい。塗布処理部ＳＣに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えてレジスト塗布中の膜質測定が可能となる。加熱処理部ＨＰに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えて塗布後熱処理中の膜質測定が可能となる。露光ユニットＳＴＰに膜質測定器を設けた場合は、独立の検査ユニット３０を用いた場合に加えて露光処理中の膜質測定が可能となる。
【００７５】
このように、膜質測定を行い測定結果に基づいて処理条件を調整することにより測定結果を各処理に反映させる。図６は膜質測定器の測定結果に基づく制御系の構成を示すブロック図である。膜質測定器３２の測定結果が制御部１００に伝達される。制御部１００においては、膜質測定器３２の測定結果に基づいて処理条件を調整する項目が取捨選択され、各処理部のそれぞれに対して処理条件の調整が行われる。なお、本実施の形態においては、制御部１００が制御手段に相当する。
【００７６】
調整項目としては、レジスト塗布前の冷却処理部ＣＰの温度（すなわち基板温度）、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、レジスト温度、レジスト粘度、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間、露光量、露光後加熱処理部ＰＥＢの温度、同じく加熱時間、現像前の冷却処理部ＣＰの温度、現像液の温度、現像時間、塗布処理部ＳＣからの排気量や基板処理装置内の温度、湿度、気圧等の設備環境等があり、検査を行う処理手順により最適な調整項目を一または複数選択し、調整する。
【００７７】
例えば、本実施の形態のようにレジスト塗布後に膜質測定を行う場合には、測定された基板に対してフィードフォワード調整を行い、例えば、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間、露光量、露光後加熱処理部ＰＥＢにおける加熱時間、同じく加熱温度、現像液の温度、現像時間等を調整し、当該基板以降に処理される基板に対してフィードバック調整を行い、例えば、基板温度、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、レジスト温度、レジスト粘度等を調整する。特に、塗布処理部ＳＣの回転数、同じく回転時間、塗布後熱処理時の加熱処理部ＨＰの温度、同じく加熱時間等を調整することにより、直接的にレジスト膜中の残存溶媒量を調整することが可能となる。
【００７８】
他の処理手順においても、前述した調整項目のうち少なくとも１つについてフィードフォワード調整またはフィードバック調整を行うのが好ましい。また、レジスト塗布等の各処理中に検査を行う場合には、フィードフォワード調整として当該処理の終了時間、温度等を調整することにより、即応性の高い調整も可能となる。
【００７９】
以上のような調整を行う場合、例えばレジスト塗布後の残存溶媒量と露光後加熱処理の加熱時間および加熱温度との相関関係や、レジスト塗布処理における塗布処理部ＳＣの回転数および回転時間の調整のための残存溶媒量と大気圧との相関関係等を予めデータベース化しておき、そのデータベースに基づいて調整を行うことが好ましい。
【００８０】
以上のように、膜質測定およびその管理を行うことにより、膜厚管理のみでは不可能であった線幅の変動が抑制される。基板処理装置内に検査部を設ける場合には、各処理手順上における管理が可能となるため工程数も抑えることができ、低コストである。また、基板処理装置内に膜質測定器を設ける場合、自動調整も可能であるため人為的ミスも低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の配置構成を示す平面図である。
【図２】図１の基板処理装置をＶ−Ｖ線から見た縦断面図である。
【図３】本実施の形態における検査ユニットを示す斜視図である。
【図４】基板処理装置における検査工程を除いた処理手順の一例を示す図である。
【図５】基板処理装置における検査工程を考慮した処理手順の一例を示す図である。
【図６】膜質測定器の測定結果に基づく制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 塗布処理ユニット
１１，２１ 搬送路
２０ 現像処理ユニット
３０ 検査ユニット
３２ 膜質測定器
１００ 制御部
ＣＰ 冷却処理部
ＨＰ 加熱処理部
ＩＤ インデクサ
ＩＤＦ インデクサ受け渡し部
ＩＦＢ インターフェイス
ＰＥＢ 露光後加熱処理部
ＳＣ 塗布処理部
ＳＤ 現像処理部
ＴＲ 搬送ロボット
Claims (9)
- 基板に所定の処理を行う複数の処理部を備えた基板処理装置であって、
前記複数の処理部は、
基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布する塗布処理部と、
前記塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行う熱処理部とを含み、
前記熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査する検査器と、
前記検査器による検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、前記塗布処理部によるレジスト液の塗布後で前記熱処理部による熱処理前に、前記塗布処理部により塗布された基板上のレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定する膜質測定部とをさらに備えたことを特徴とする基板処理装置。 - 前記残存溶媒量は、前記レジスト液の膜の密度に基づいて測定されることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
- 前記膜質測定部の測定結果に基づいて前記複数の処理部の少なくとも１つにおける処理条件を制御する制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記膜質測定部の測定結果に基づいて測定前の処理における処理条件を制御することを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
- 前記制御手段は、前記膜質測定部の測定結果に基づいて測定後の処理における処理条件を制御することを特徴とする請求項３または４記載の基板処理装置。
- 前記複数の処理部は、前記塗布処理部により処理された基板に他の処理を行う他の処理部をさらに含み、
前記膜質測定部は、前記塗布処理部または前記他の処理部の内部に設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。 - 前記複数の処理部に基板を搬送する搬送部をさらに備え、前記膜質測定部は、前記搬送部に設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板を待機させる待機場所をさらに備え、前記膜質測定部は、前記待機場所に設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の基板処理装置。
- 基板に所定の処理を行う複数の処理部を用いた基板処理方法であって、前記複数の処理部は塗布処理部および熱処理部を含み、
前記塗布処理部により基板に処理液として溶媒および溶質を含むレジスト液を塗布するステップと、
前記塗布処理部によりレジスト液が塗布された基板に露光前に熱処理を行うステップと、
前記熱処理部による熱処理後で露光前に、膜の厚さを管理するために基板上に形成された膜の厚さを検査するステップと、
前記検査結果に基づいて膜の厚さが管理された状態で、前記塗布処理部によるレジスト液の塗布後で前記熱処理部による熱処理前に、前記塗布処理部により塗布されたレジスト液の膜質として当該レジスト液の膜中の残存溶媒量を測定するステップとを備えたことを特徴とする基板処理方法。
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