JP4018087B2 - 基板処理システム及び基板処理システムにおける膜厚測定用の装置の劣化検知方法 - Google Patents

基板処理システム及び基板処理システムにおける膜厚測定用の装置の劣化検知方法 Download PDF

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Description

本発明は,基板処理システム及び基板処理システムにおける膜厚測定用の装置の劣化検知方法に関する。
例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトグラフィー工程では,半導体ウェハ(以下,「ウェハ」)の表面にレジスト膜を形成するレジスト塗布処理,ウェハにパターンを照射して露光する露光処理,露光後のウェハに対して現像を行う現像処理等が行われる。これらの処理を行う各処理装置は,露光処理装置をのぞき,一つのシステムとしてまとめられ,塗布現像処理システムを構成している。
ここで,所定のリソグラフィー工程を好適に実施するためには,パターンの露光処理前にウェハ上に塗布されたレジスト膜が所定の膜厚であることが重要である。そこで,パターンの露光前にウェハのレジスト膜の膜厚を検査し,所定の許容値を超えた場合には,その検査に基づいて,例えば,塗布処理装置のウェハの回転数を調整している。
従来,レジスト膜の膜厚の検査は,塗布現像処理システムから露光処理前のウェハを作業員が抜き取り,塗布現像処理システムとは別に設けられた検査用の膜厚測定装置を用いて行われていた。
しかしながら,そのように塗布現像処理システムから該膜厚を検査する装置まで,ウェハを搬送する必要があり手間がかかり,時間がかかる。また往復途中でウェハが汚染されるおそれがある。
本発明は,基板処理システムにおける膜厚測定手段について,事前にセンサ部材の光源の劣化などを知ることを目的としている。
前記目的を達成するため,本発明は,基板上に処理液を塗布する塗布装置と,回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材を有する膜厚測定用の装置と,を備えた基板処理システムであって,前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物が,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込まれていることを特徴としている。
また別な観点によれば,本発明は,基板上に処理液を塗布する塗布装置と,回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,前記載置台上の基板の周辺部に対して光を照射して前記基板周辺部の塗布膜を露光する照射部,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材をケーシング内に有する周辺露光装置と,を備えた,基板処理システムであって,前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物が,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込まれていることを特徴としている。
さらに別な観点によれば,本発明は,基板上に処理液を塗布する塗布装置と,回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材を有する膜厚測定用の装置と,を備えた基板処理システムにおいて,前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物を,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込み,基板を載置していない状態で,センサ部材からの膜厚測定用の光を前記反射物照射し,そのときの反射物から反射する光の強度を測定することによって,センサ部材の光源の劣化を検知することを特徴としている。
本発明によれば,まず同一基板処理システム内の一連の処理中に塗布膜の膜厚が測定されるので,前記基板処理システムから基板を取り出し,個別に設けられた膜厚測定装置に搬送する必要がなく,その手間や時間が削減される。また膜厚測定を周辺露光処理前後で行いレジスト膜が適正に形成されているか否かだけでなく,周辺露光が適切に行われた否かを判断することも可能となる。そして生産用基板に対する歩留まりを向上させることができる。
図1は,基板処理システムとしての塗布現像処理システム1の平面図であり,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,塗布現像処理工程の中で枚葉式に所定の処理を施す各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション3と,この処理ステーション3に隣接して設けられている露光装置52との間でウェハWの受け渡しをするインターフェイス部4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,載置部となるカセット載置台5上の所定の位置に,複数のカセットCをX方向(図1中の上下方向)に一列に載置自在となっている。そして,このカセット配列方向(X方向)とカセット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)に対して移送可能なウェハ搬送体7が搬送路8に沿って移動自在に設けられており,各カセットCに対して選択的にアクセスできるようになっている。
ウェハ搬送体7は,後述するように処理ステーション3側の第3の処理装置群G3に属するアライメント装置32とエクステンション装置33に対してもアクセスできるように構成されている。
処理ステーション3では,その中心部に主搬送装置13が設けられており,主搬送装置13の周辺には各種処理装置が多段に配置されて処理装置群を構成している。該塗布現像処理システム1においては,4つの処理装置群G1,G2,G3,G4,が配置されており,第1及び第2の処理装置群G1,G2は現像処理システム1の正面側に配置され,第3の処理装置群G3は,カセットステーション2に隣接して配置され,第4の処理装置群G4は,インターフェイス部4に隣接して配置されている。さらにオプションとして破線で示した第5の処理装置群G5を背面側に別途配置可能となっている。
第1の処理装置群G1では図2に示すように,2種類のスピンナ型処理装置,例えばウェハWに対してレジストを塗布して処理するレジスト塗布装置15と,ウェハWに現像液を供給して処理する現像処理装置16が下から順に2段に配置されている。第2の処理装置群G2の場合も同様に,レジスト塗布装置17と,現像処理装置18とが下から順に2段に積み重ねられている
第3の処理装置群G3では,図3に示すように,ウェハWを冷却処理するクーリング装置30,レジスト液とウェハWとの定着性を高めるためのアドヒージョン装置31,ウェハWの位置合わせを行うアライメント装置32,ウェハWを待機させるエクステンション装置33,露光処理前の加熱処理を行うプリベーキング装置34,35及び現像処理後の加熱処理を施すポストベーキング装置36,37等が下から順に例えば8段に重ねられている。
第4の処理装置群G4では,例えばクーリング装置40,載置したウェハWを自然冷却させるエクステンション・クーリング装置41,エクステンション装置42,クーリング装置43,露光処理後のウェハWを加熱処理するポストエクスポージャーベーキング装置44,45,ポストベーキング装置46,47等が下から順に例えば8段に積み重ねられている。
インターフェイス部4には,後述するウェハWの周辺部に光を照射して,ウェハW上に形成されたレジスト膜を露光し,必要がある場合にはレジスト膜の膜厚を測定する周辺露光装置51が設けられている。またインターフェイス部4の中央部に設けられたウェハ搬送体50は,第4の処理装置群G4に属するエクステンション・クーリング装置41,エクステンション装置42,周辺露光装置51及び破線で示した露光装置52に対してアクセスできるように構成されている。
次に膜厚測定手段を有する周辺露光装置51の構成を図4,5に基づいて説明する。
周辺露光装置51のケーシング60内には,ウェハWを吸着して保持する載置台61が設けられている。この載置台61は,例えばモータ等を内蔵した駆動機構62によって回転自在である。さらに載置台61は,駆動機構62が長手方向(図5中の左右方向)に伸びるレール63上を移動自在となっているため,長手方向(図5中左右方向)に移動できる。ウェハW上方には,塗布膜としてのレジスト膜の膜厚をレーザー光によって感知するセンサ部材としての膜厚センサ64と露光のための光が照射される照射部65が設けられている。
ケーシング60の一側には,吸気用のファン66が取り付けられ,他側には,排気口72が設けられており,これによって,ファン66から排気口72に向かって気流が形成され,周辺露光装置51の雰囲気が置換される。膜厚センサ64は,この気流中,照射部65より上流側に配置されている。また膜厚センサ64は,アーム67によって吊り下げられており,そのアーム67は,図6に示すようにケーシング60の壁際に設置された回転軸67aを中心として回転自在に取り付けられている。したがって,アーム67が図示しない駆動機構によって回転することで,膜厚センサ64は,ウェハW上から退避できるようになっている。
さらに膜厚センサ64は,ケーシング60外に設けられた膜厚センサ制御装置68に接続されており,膜厚センサ制御装置68は,膜厚センサ64で検出された光をデータに変換して蓄え,そのデータに基づきレジスト膜の膜厚の測定を行う。また照射部65は,ケーシング60に固定されて設けられている。この照射部65は導光路69を介して図示しない光源部からの光をウェハ上に照射し,ウェハW周辺部のレジスト膜を露光する。またウェハの正確な位置を検出するために光を発信するレーザ光源70とその光を検出するCCDセンサ71がウェハWを上下から挟んで設けられている。
次に以上のように構成された周辺露光装置51におけるテストウェハWのプロセスを,一連の塗布現像処理のプロセスと共に説明する。
先ず,ウェハ搬送体7がカセットCから未処理のウェハWを1枚取りだし,第3の処理装置群G3に属するアライメント装置32に搬入する。次いで,アライメント装置32にて位置合わせの終了したウェハWは,主搬送装置13によって,アドヒージョン装置31,クーリング装置30を経て,レジスト塗布装置15又17に搬送される。そこでウェハW上面にレジスト液が塗布され,レジスト膜が形成される。その後ウェハWは,プリベーキング装置33又は34,エクステンション・クーリング装置41に順次搬送され,所定の処理が施される。
次いで,ウェハWはエクステンション・クーリング装置41からウェハ搬送体50によって取り出され,その後,周辺露光装置51に搬送される。
このとき,周辺露光装置51では,ファン66が稼働して,ファン66から排気口72へと気流が形成され,有機物等の不純物が発生してもケーシング60内から排出できるようになっている。しかも,膜厚センサ64は,この気流の上流側に位置しているため,気流の形成により汚染が防止される。
周辺露光装置51に搬送されたウェハWは,載置台61上に載置され吸着保持される。載置台61上に保持されたウェハWは,レーザ光源70とCCDセンサ71によって外周位置の座標を認識され,ウェハWが所定の位置に載置されているか否か確認される。
次にレジスト膜の膜厚測定を図5,6,7を用いて説明する。先ず,図6において破線で示したようにウェハW上から退避していた膜厚センサ64が,アーム67によってウェハWの中心まで移動される。次に,駆動機構62によって,X軸方向(図5中の右方向)にウェハWを移動させながら,膜厚センサ64からレーザー光を照射して,レジスト膜で反射した光を再び膜厚センサ64で検出する。
膜厚センサ64で検出したデータは,随時膜厚センサ制御装置68に送られ,記憶される。やがて膜厚センサ64がウェハWの周辺部上方に位置したところでウェハWは停止し,膜厚測定も停止される。以上の工程でウェハWの一半径の膜厚測定が行われたことになる(図7の(a),なお矢印は,膜厚センサ64の測定の軌跡を示し,丸囲み数字は膜厚測定の順番を示している)。次にウェハWは,駆動機構62によってθ方向(半時計方向)に90度回転する(図7の(b))。今度は,ウェハWをX軸負方向(図5中左方向)に移動させ,膜厚センサ64によって同様に膜厚を測定する。そして膜厚センサ64がウェハWの中心まで移動したところで再びウェハWを停止させ,膜厚測定も停止する(図7の(c))。以上の測定を90度おきに行い,最終的には,図7の(d)に示すように直交する直径上の膜厚がすべて測定され,ウェハWが一周したところで膜厚測定を終了する(図7の(e))。
次に,ウェハWは,駆動機構62によって,照射部65の下方まで移動し,所定の位置で停止する。この時,膜厚センサ64を吊り下げたアーム67が,図示しない駆動機構によって回転し,膜厚センサ64は,ウェハW上方から退避される。その後,ウェハWは所定のレシピに従い回転させられ,ウェハW周辺部のレジスト塗布膜が,照射部65からのレーザー光によって,指定幅露光される。
周辺露光処理の終了したウェハWは,再び上述したプロセスで膜厚測定される。そのときウェハW上の周辺露光処理された部分も測定され,そのデータを膜厚センサ制御装置68に記憶し,測定した膜厚から露光部分が所定の位置に行われているか否かを検査する。
2度目の膜厚測定が終了したウェハWは,搬送体50によって露光装置51外に搬出され,テストウェハWの検査は終了する。
以上のように,塗布現像処理システム1は,周辺露光装置51に膜厚測定手段を設けているため,レジスト膜の膜厚を検査するに当たり,ウェハを塗布現像システム1から取り出す必要が無く,一連の処理中に検査することができる。そのため,ウェハWの搬送に要する余計な手間や時間を削減できる。また,周辺露光装置51には,元々膜厚測定に必要な,回転自在で少なくとも一方向に移動自在な載置台61を有するので,既存の機構を利用して,膜厚測定手段を設けることができるので,ウェハW上の任意の点での膜厚測定が可能であり,またコストの削減が図られる。また,膜厚測定を周辺露光処理前後で行いレジスト膜が適正に形成されているか否かだけでなく,周辺露光が適切に行われた否かを判断することも可能となる。さらに膜厚を測定する膜厚センサ64は露光を行う照射部65に対して,気流の上流側に設けられるため,膜厚センサ64が汚染し,測定能力が低下することを防止できる。また,膜厚センサ64のアーム67を回転自在とし,周辺露光中,ウェハW上から退避させることができるので,この点からも,膜厚センサ64の汚染は防止されている。
ここで,上述した図7に示したような膜厚測定プロセスの他のを説明する。この例では,先ず,膜厚測定の開始位置をウェハWの所定の周辺部とし,膜厚センサ64が先の例と同様に作動して,ウェハWの周辺部上で待機する。そして,図8に示すようにウェハWを駆動機構62によって,X軸負方向(図5中の左方向)に移動させながら,ウェハWの上方で固定されている膜厚センサ64により膜厚測定を行う。そして,膜厚センサ64がウェハWの中心に位置したところで,ウェハWを一旦停止し,膜厚測定も停止される(図8の(a))。次にウェハWは,駆動機構62によってθ方向(半時計方向)に180度回転する(図8の(b))。今度は,ウェハWをX軸正方向(図5中の右方向)に移動させ,膜厚センサ64によって同様に膜厚を測定する。そして膜厚センサ64がウェハWの周辺部上方に位置したところで再びウェハWを停止させ,膜厚測定も停止する(図8の(c))。以上の工程でウェハWの一直径上の膜厚測定が行われたことになる。さらに,駆動機構62によりθ方向に90度回転させて,以上の工程(図8の(a)〜(c))と同様にして一直径上の測定を行う(図8の(d),(e))。その結果,図8の(e)に示すように直交する直径上の膜厚が測定され,最後にウェハWを膜厚測定の開始位置に戻したところで膜厚測定が終了する(図8の(f))。以上の工程を実施し,膜厚を測定しても,先の例と同様の効果が得られる。
さらに他の例について説明する。図9に示すように,先ず,ウェハWの中心に膜厚センサ64を移動し,待機させる。そこで,ウェハW中心の膜厚を膜厚センサ64により測定する(図9の(a))。そして,ウェハWをX方向(図5中の右方向)に所定の距離だけ移動させて停止させる(図9の(b))。そこで駆動機構62によりθ方向(半時計回り)に回転させながら,膜厚を測定し,360度回転したところで膜厚測定と回転を停止させる(図9の(c))。その後,再びウェハWをX方向(図5中の右方向)に所定の距離だけ移動させてから停止させ,同様にして,ウェハWを回転させて,同一円周上の膜厚を測定する(図9の(d))。以上の工程を繰り返し,ウェハWの外側に向かって同心円状に膜厚が測定されていき,ウェハWの周辺部の膜厚が測定されたところで膜厚の測定が終了される(図9の(e))。
このにおいては,ウェハWの中心から外側に向かって同心円状に膜厚を測定していったが,外側から中心に向かって膜厚を測定していっても良い。また,前記膜厚測定は,膜厚センサ64からレーザー光を照射して,レジスト膜で反射した光を再び膜厚センサ64で検出して行われるが,これは,ウェハWが移動しながらでも,測定時に一旦停止して行われてもよい。このにおいても先の例と同様な効果が得られる。
膜厚センサ64に図10に示すような保護部材としてのカバー75を取り付けても良い。このカバー75は,膜厚測定中に開き,それ以外のときは,閉じているように構成されている。カバー75の開閉は,図示しない駆動機構によって行い,膜厚センサ制御装置68によって制御される。かかるカバー75を取り付ければ,さらに膜厚センサ64の汚染が確実に防止できる。
上述のは,周辺露光処理の前後において膜厚測定を行ったが,周辺露光処理前のみ,あるいは,周辺露光処理後のみに行っても良い。
膜厚センサ64からの信号は,膜厚センサ制御装置68に送られて処理されて膜厚値を出力するように構成されていたが,膜厚センサ制御装置68のプログラムを変更することによって,ウエハW上に形成されたパターンの線幅も求めることが可能である。
その原理について説明すれば,予め線幅に対する膜厚センサ64からの信号(例えば反射光の強弱)を,関連づけて記憶させておき,ある数値の線幅と対応付けしておく。これによって,膜厚センサ64からの信号を,前記記憶させたデータと照合することで,ウエハW上の線幅を求めることが可能である。なお実際に線幅を測定するにあたっては,単純なテストパターンを測定用ウエハの表面に形成しておき,この測定用ウエハに対して線幅測定する方が,精度が高い。
ところで膜厚センサ64に使用する光源は,時間の経過と共に劣化し,照射する光の強度もそれに伴って低下することは避けられない。膜厚センサ64からの光の強度が低下すると正確な膜厚の測定は難しい。そこで図11のように,ウエハWを載置する載置台61上に,反射物61aを設ける。反射物61aはウエハWの載置に支障がないように,載置台61に埋め込むことが好ましい。
そして定期的にウエハWを載置していない状態で,膜厚センサ64を載置台61上に移動させて,測定用の光を前記反射物61aに向けて照射する。そうすると反射物61aから反射する光の強度を測定することができる。光源が劣化すると,前記反射する光の強度も低下するので,反射する光の強度を測定することで,光源の劣化の度合いを知ることができる。このように膜厚センサ64に反射物61aを設けることで,事前に膜厚センサ64の光源の劣化,使用の適否,交換の必要性などを知ることができる。
また前記した膜厚測定のプロセスにおいて,実際に膜厚測定に使用するウエハWはテスト用のウエハを使用することが好ましい。このテスト用のウエハは,予め専用のカセットCに複数枚収納しておき,生産用のウエハWと区別する。そして塗布現像処理システム1に,テスト用のウエハを投入するタイミングは,生産用ウエハWのロットの切れ目や,所定の枚数の生産用ウエハWに対して塗布現像処理を行った後がよい。
例えばあるロットの生産用ウエハWに対して塗布現像処理を行った後,次のロットの生産用ウエハWに対して塗布現像処理を実施する前に,テスト用のウエハを塗布現像処理システム1に投入して,レジスト塗布装置15又は17でレジストを塗布し,ベークした後,膜厚を測定する。測定の結果,膜厚が所定の許容範囲にある場合には,生産用ウエハWの塗布現像処理システム1への投入を開始する。
測定の結果,膜厚が所定の許容範囲にある場合には,塗布処理を実際に行ったレジスト塗布装置15又は17に対して,必要な修正,例えばレジスト液の温度,回転速度,気流の温度などに対して補正を行う。補正した後,別のテスト用ウエハWに対してレジスト塗布装置15又は17においてレジスト塗布処理を実施し,その後膜厚を測定する。
そして測定の結果,膜厚が所定の許容範囲にある場合には,生産用ウエハWの塗布現像処理システム1への投入を開始する。測定の結果,膜厚が所定の許容範囲にある場合には,塗布処理を実際に行ったレジスト塗布装置15又は17に対して,再び必要な修正を行い,以後膜厚値が許容範囲内に入るまで,テスト用のウエハで膜厚測定を実施する。
このように事前にテスト用ウエハでレジスト塗布装置15,17の装置状態を調べることによって,生産用ウエハWに対するレジスト塗布処理を常に好適に実施することができる。
なおテスト用のウエハの膜厚を測定した結果,許容範囲内の時は,自動的に生産用ウエハWの投入を開始するように,塗布現像処理システム1のプログラムを制御したり,許容範囲外のときには,例えばNG信号をシステムのディスプレイやコントロールパネルに表示したり,適宜の警報を発して,生産用ウエハWの処理ステーション3への投入を停止するようにすれば,生産用ウエハWの欠陥の発生を未然に防止することができ,また作業員が直ちにレジスト塗布装置15,17に対して必要な修正を実施することが可能になる。
先に説明した実施の形態は,半導体ウェハデバイス製造プロセスのリソグラフィー工程におけるウェハの処理システムについてであったが,半導体ウェハ以外の基板例えばLCD基板の処理システムにおいても応用できる。
塗布現像処理システムの外観を示す平面図である。 図1の塗布現像処理システムの正面図である。 図1の塗布現像処理システムの背面図である。 塗布現像処理システム内の周辺露光装置内部の斜視図である。 塗布現像処理システム内の周辺露光装置の構成を示す縦断面の説明図である。 図5の周辺露光装置の構成を示す横断面の説明図である。 周辺露光装置で行われるウェハ上の膜厚測定ルートを時系列的に示した説明図である。 他の例における周辺露光装置で行われるウェハ上の膜厚測定ルートを時系列的に示した説明図である。 さらに他の例における周辺露光装置で行われるウェハ上の膜厚測定ルートを時系列的に示した説明図である。 周辺露光装置内の膜厚センサに膜厚センサのカバーを取り付けた場合の説明図である。 載置台に反射物を設けた状態を示す斜視図である。
符号の説明
1 塗布現像処理システム
51 周辺露光装置
63 レール
64 膜厚センサ
65 照射部
W ウェハ

Claims (3)

  1. 基板上に処理液を塗布する塗布装置と,
    回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材を有する膜厚測定用の装置と,
    を備えた基板処理システムであって,
    前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物が,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込まれていることを特徴とする,基板処理システム。
  2. 基板上に処理液を塗布する塗布装置と,
    回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,前記載置台上の基板の周辺部に対して光を照射して前記基板周辺部の塗布膜を露光する照射部,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材をケーシング内に有する周辺露光装置と,
    を備えた,基板処理システムであって,
    前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物が,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込まれていることを特徴とする,基板処理システム。
  3. 基板上に処理液を塗布する塗布装置と,
    回転自在でかつ少なくとも一方向に移動自在な載置台,並びに当該載置台上の基板の塗布膜の膜厚を測定するセンサ部材を有する膜厚測定用の装置と,
    を備えた基板処理システムにおいて,
    前記センサ部材から照射される膜厚測定用の光を反射する反射物を,基板の載置に支障がないように前記載置台上に埋め込み,
    基板を載置していない状態で,センサ部材からの膜厚測定用の光を前記反射物に向けて照射し,
    そのときの反射物から反射する光の強度を測定することによって,センサ部材の光源の劣化を検知することを特徴とする,基板処理システムにおける膜厚測定用の装置の劣化検知方法。
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