JP4261107B2 - Substrate processing equipment - Google Patents

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  • Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造において、特にフォトリソグラフィ工程において半導体基板上に所望のレジストパターンを形成する基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造におけるフォトリソグラフィ工程においては、半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という。)の表面にレジスト膜を形成した後、これを所定のパターンに露光し、さらに現像処理することにより所望のレジストパターンを形成している。
【0003】
このようなフォトリソグラフィ工程は、従来から、ウェハを回転させて遠心力によりレジスト液の塗布を行うレジスト塗布処理ユニットや、ウェハに現像液を供給して現像処理する現像処理ユニット等を有する塗布現像処理装置と、この装置に連続して一体に設けられた露光装置とにより行われている。また、このような塗布現像処理装置は、例えばレジスト膜を形成した後、あるいは現像処理の前後に、ウェハに対し加熱処理や冷却処理等の熱的処理を行う加熱処理ユニットや冷却処理ユニットを有しており、更に、これら各処理ユニット間でウェハの搬送を行う搬送ロボット等を有している。
【0004】
ところで、近年、レジストパターンの微細化はよりいっそう進行しており、例えばレジストパターンの線幅についてはより精密な管理を行うことが要求されている。また、レジスト膜厚はレジストパターンの形状に大きな影響を与えるため、このレジスト膜厚の管理も精密に行うことが要求されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レジストパターンの線幅は、塗布現像処理装置内においてウェハ周囲の環境、例えば、各処理ユニットに搬入されるまでの搬送時間、装置内の温度若しくは湿度、あるいは装置内の気流の流れ等によっても影響を受け得る。また、レジスト膜厚についても同様に、レジスト塗布処理ユニット外における搬送時間や温湿度等、ウェハ周囲の環境が悪影響を及ぼすおそれがある。これまでの塗布現像処理装置では、かかるウェハ周囲の環境については考慮されていなかったため、より精密な線幅やレジスト膜厚の制御が困難となっていた。
【0006】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、これら基板周囲の環境を考慮した、より精密な線幅制御及びレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板処理装置は、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理部と、レジスト膜が形成された基板を現像する現像処理部と、基板に熱的処理を施す熱処理部と、前記現像処理前に露光処理を行う露光装置側に対して基板の受け渡しを行う受け渡し部と、少なくとも前記レジスト膜形成処理部、現像処理部及び熱処理部の間で基板の搬送を行う搬送機構とを有した所望のレジストパターンを形成するための基板処理装置において、前記熱処理部は、露光処理終了後現像処理前に第1の熱的処理を行う第1の熱処理部と、前記レジスト膜の形成後露光処理前に第2の熱的処理を行う第2の熱処理部とを含み、当該基板処理装置は、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき予め作成された関数モデルを格納する関数モデル格納部と、前記関数モデルのうちレジストパターンの線幅に関するモデル式 線幅モデルCD [ nm ] =ax+by+cz+dw+h(a,b,c,d,hは定数、xは前記露光処理終了後から前記第1の熱的処理が開始されるまでの時間 [ ] 、yは前記第2の熱的処理後の基板の待機時間 [ ] 、zは当該基板処理装置内の温度 [ ] 、wは当該基板処理装置内の気圧 [ hPa ] に基づき得られる前記線幅の値を予測し、前記現像処理条件のうちの、現像時間、現像液の濃度及び現像液の温度のうち少なくとも1つをフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段とを具備する。
【0008】
本発明では、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす上記各処理における基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルを予め作成しておく。この関数モデルとしては、例えばレジスト膜厚やパターンの線幅等に関するもの作成しておく。そして、実際の製品ウェハの製造段階においてこの関数モデルに基づきレジスト膜の形成条件、現像処理条件、熱処理条件及び搬送機構における搬送条件のうち少なくとも1つを制御する。これにより、上記関数モデルによって、例えば線幅を予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。また、レジスト膜形成時においてレジスト液を基板の回転により塗布する場合に、この基板の回転数をモニターしただけでは精密な制御を行うことができないレジスト膜厚を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。これによって、パターン微細化の要求に対応して、より精密にパターンの線幅やレジスト膜厚を制御できる。更に、本発明では、関数モデルに基づき熱処理条件や搬送条件をも制御しているので、より高精度な線幅及び膜厚の制御を行うことができる。
また、これらのパラメータのうち、「前記露光処理終了後から前記第1の熱的処理が開始されるまでの時間」及び「前記第2の熱的処理後の基板の待機時間」は、「時間」のパラメータであり、例えば、本基板処理装置内の各処理ユニットが複数あって枚葉処理である場合には、当該「時間」のパラメータは基板1枚ごとに異なるパラメータであるため、この線幅の制御は基板ごとに行うことが好ましい。
特に、最も線幅の変動に影響を及ぼすと考えられる現像時間を制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。
【0015】
特に、最も膜厚の変動に影響を及ぼすと考えられる基板の回転数を制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。
【0016】
本発明の一の形態によれば、前記線幅、レジスト膜厚、又はオーバーレイを検査する検査装置を更に具備し、前記搬送機構は、前記検査装置に対し基板の受け渡し可能に設けられている。これにより、各検査装置による各検査を実際の製品ウェハの製造段階で動的に自動化して行うことができ、例えば、これらの各検査結果に基づきフィードフォワードやフィードバック等の制御が可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0018】
図1〜図3は本発明の一実施形態に係る塗布現像処理装置の全体構成を示す図であって、図1は平面図、図2及び図3は正面図及び背面図である。
【0019】
この塗布現像処理装置1は、被処理基板として半導体ウェハWをウェハカセットCRで複数枚たとえば25枚単位で外部から装置1に搬入し又は装置1から搬出したり、ウェハカセットCRに対してウェハWを搬入・搬出したりするための受け入れ部としてのカセットステーション10と、塗布現像工程の中で1枚ずつウェハ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100との間でウェハWを受け渡しするためのインターフェース部14とを一体に接続した構成を有している。
【0020】
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、例えば5個のウェハカセットCRがそれぞれのウェ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、カセット配列方向(X方向)およびウェハカセットCR内に収納されたウェハのウェハ配列方向(Z方向)に移動可能なウェハ搬送体22が各ウェハカセットCRに選択的にアクセスするようになっている。更に、このウェハ搬送体22は、θ方向に回転可能に構成されており、図3に示すように後述する多段構成とされた第3の処理ユニット部G3に属する熱処理系ユニットにもアクセスできるようになっている。
【0021】
また、カセットステーション10における下方部には、図2に示すように、この塗布現像処理装置1の全体を統括的に制御する集中制御部8が組み込まれている。
【0022】
図1に示すように処理ステーション12は、装置背面側(図中上方)において、カセットステーション10側から第3の処理ユニット部G3、第4の処理ユニット部G4及び第5の処理ユニット部G5がそれぞれ配置され、これら第3の処理ユニット部G3と第4の処理ユニット部G4との間には、第1の主ウェハ搬送装置A1が設けられている。この第1の主ウェハ搬送装置A1は、後述するように、この第1の主ウェハ搬送体16が第1の処理ユニット部G1、第3の処理ユニット部G3及び第4の処理ユニット部G4等に選択的にアクセスできるように設置されている。また、第4の処理ユニット部G4と第5の処理ユニット部G5との間には第2の主ウェハ搬送装置A2が設けられ、第2の主ウェハ搬送装置A2は、第1と同様に、第2の主ウェハ搬送体17が第2の処理ユニット部G2、第4の処理ユニット部G4及び第5の処理ユニット部G5等に選択的にアクセスできるように設置されている。
【0023】
また、第1の主ウェハ搬送装置A1の背面側には熱処理ユニットが設置されており、例えばウェハWを疎水化処理するためのアドヒージョンユニット(AD)110、ウェハWを加熱する加熱ユニット(HP)113が図3に示すように下方から順に2段ずつ重ねられている。なお、アドヒージョンユニット(AD)はウェハWを温調する機構を更に有する構成としてもよい。第2の主ウェハ搬送装置A2の背面側には、ウェハWのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置(WEE)120、パターンの重ね合わせを検査するオーバーレイ検査装置47、ウェハWに塗布されたレジスト膜厚を検査する膜厚検査装置48、レジストパターンの線幅を検査する線幅検査装置49が多段に設けられており、第2の主ウェハ搬送装置A2はこれらの検査装置等に対してウェハの受け渡しが可能となっている。なお、第2の主ウェハ搬送装置A2の背面側は、第1の主ウェハ搬送装置A1の背面側と同様に熱処理ユニット(HP)113が配置構成される場合もある。
【0024】
図3に示すように、第3の処理ユニット部G3では、ウェハWを載置台に載せて所定の処理を行うオーブン型の処理ユニット、例えばウェハWに所定の加熱処理を施す高温度加熱処理ユニット(BAKE)、ウェハWに精度の良い温度管理化で冷却処理を施す冷却処理ユニット(CPL)、ウェハ搬送体22から主ウェハ搬送体16へのウェハWの受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)、上下2段にそれぞれ受け渡し部と冷却部とに分かれて配設された受け渡し・受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)が上から順に例えば10段に重ねられている。なお、第3の処理ユニット部G3において、本実施形態では下から3段目はスペアの空間として設けられている。
【0025】
第4の処理ユニット部G4でも、例えばポストベーキングユニット(POST)、ウェハ受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)、第2の熱的処理としてレジスト膜形成後のウェハWに加熱処理を施すプリベーキングユニット(PAB)、同じく第2の熱的処理としての冷却処理ユニット(CPL)が上から順に例えば10段に重ねられている。更に第5の処理ユニット部G5でも、例えば、第1の熱処理部として露光後のウェハWに加熱処理を施すためのポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)、同じく第1の熱処理部としての冷却処理ユニット(CPL)、ウェハWの受け渡し部となるトランジションユニット(TRS)が例えば上から順に10段に重ねられている。
【0026】
図1において処理ステーション12の装置正面側(図中下方)には、第1の処理ユニット部G1と第2の処理ユニット部G2とがY方向に併設されている。この第1の処理ユニット部G1とカセットステーション10との間及び第2の処理ユニット部G2とインターフェース部14との間には、各処理ユニット部G1及びG2で供給する処理液の温調に使用される液温調ポンプ24,25がそれぞれ設けられており、更に、この塗布現像処理装置1外に設けられた図示しない空調器からの清浄な空気を各処理ユニット部G1〜G5内部に供給するためのダクト31、32が設けられている。
【0027】
図2に示すように、第1の処理ユニット部G1では、カップCP内でウェハWをスピンチャックに載せて所定の処理を行う5台のスピナ型処理ユニット、例えば、レジスト膜形成部としてのレジスト塗布処理ユニット(COT)が3段及び露光時の光の反射を防止するために反射防止膜を形成するボトムコーティングユニット(BARC)が2段、下方から順に5段に重ねられている。また第2の処理ユニット部G2でも同様に、5台のスピナ型処理ユニット、例えば現像処理部としての現像処理ユニット(DEV)が5段に重ねられている。レジスト塗布処理ユニット(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。
【0028】
また、第1及び第2の処理ユニット部G1及びG2の最下段には、各処理ユニット部G1及びG2に上述した所定の処理液を供給するケミカル室(CHM)26,27がそれぞれ設けられている。
【0029】
更に、処理ステーション12には、この処理ステーション12内の温度及び気圧を測定する例えば4つの温度・気圧センサSa,Sb,Sc,Sdが備えられている。例えば、この4つの温度・気圧センサSa,Sb,Sc,Sdによる測定結果の例えば平均値を採ることにより、より高精度な温度及び気圧の管理を行うことができる。
【0030】
インターフェース部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、中央部にはウェハ搬送体27が設けられている。このウェハ搬送体27は、X,Z方向に移動して両カセットCR,BRにアクセスするようになっている。また、ウェハ搬送体27は、θ方向に回転可能に構成され、第5の処理ユニット部G5にもアクセスできるようになっている。更に、図3に示すようにインターフェース部14の背面部には、高精度冷却処理ユニット(CPL)が複数設けられ、例えば上下2段とされている。ウェハ搬送体27はこの冷却処理ユニット(CPL)にもアクセス可能になっている。
【0031】
図4は本発明の一実施形態に係る第1の主ウェハ搬送装置A1を示す斜視図である。なお、第2の主ウェハ搬送装置A2は第1の主ウェハ搬送装置A1と同一であるのでその説明を省略する。
【0032】
図1に示すように、主ウェハ搬送装置A1は筐体41に囲繞されており、パーティクルの侵入を防止している。図4において説明をわかりやすくするため、筐体41の図示を省略している。
【0033】
図4に示すように、この主ウェハ搬送装置A1の両端にはポール33が垂設されており、主ウェハ搬送体16(17)がこのポール33に沿って垂直方向(Z方向)に移動可能に配置されている。主ウェハ搬送体16における搬送基台55にはウェハWを保持する3つのピンセット7a〜7cが備えられており、これらピンセット7a〜7cは搬送基台55に内蔵された図示しない駆動機構により、水平方向に移動可能に構成されている。搬送基台55の下部には、この搬送基台55を支持する支持部45が、θ方向に回転可能な回転部材46を介して接続されている。これにより、ウェハ搬送体16はθ方向に回転可能となっている。支持部45にはフランジ部45aが形成され、このフランジ部45aがポール33に設けられた溝33aに摺動可能に係合しており、このポール33に内蔵されたベルト駆動機構によりスライド可能に設けられている。これにより、主ウェハ搬送体16がこのポール33に沿って垂直方向に移動可能となっている。
【0034】
なお、主ウェハ搬送装置A1の底部には、この搬送装置A1内部の気圧及び温湿度をコントロールするファン36が例えば4つ設けられている。
【0035】
図5は、この塗布現像処理装置1の清浄空気の流れを示している。図5において、カセットステーション10,処理ステーション12およびインターフェース部14の上方にはエア供給室10a,12a,14aが設けられており、エア供給室10a,12a,14aの下面に防塵機能付きフィルタ例えばULPAフィルタ101,102,103が取り付けられている。各エア供給室のULPAフィルタ101,102,103より清浄な空気がダウンフローで各部10,12,14に供給され、これらエア供給室から処理ユニットへダウンフローで供給されるようになっている。このダウンフローの空気は上述したダクト31及び32から矢印方向(上向き)に供給される。
【0036】
また、液供給系ユニット部(G1、G2)のそれぞれ各ユニット全てにおいてこれらの上方にそれぞれファン・フィルタユニットFが取り付けられ、それぞれ気圧を計測する気圧センサS1が設けられている。このファン・フィルタユニットFは、例えばULPAフィルタと図示しない小型のファンとを有している。一方、第3〜第5の処理ユニット部G3〜G5における各ユニット、第1、第2の主ウェハ搬送装置A1,A2にも図示しないが同様のセンサが設けられている。
【0037】
図6及び図7は、本発明の一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニット(COT)を示す平面図及び断面図である。
【0038】
このユニットでは、前述したように筐体41’の上方にファン・フィルタユニットFが取り付けられており、下方においては筐体41’のY方向の幅より小さいユニット底板151の中央付近に環状のカップCPが配設され、その内側にスピンチャック142が配置されている。このスピンチャック142は真空吸着によってウェハWを固定保持した状態で、駆動モータ143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143は回転数コントローラ34の制御によりその回転数が制御されるようになっている。
【0039】
カップCPの中には、ウェハWを受け渡しする際のピン148が駆動装置147により昇降可能に設けられている。これにより、開閉可能に設けられたシャッタ43が開いている間に、開口部41'aを介してピンセット7aとの間でウェハの受け渡しが可能となる。またカップCP底部には、廃液用のドレイン口145が設けられている。このドレイン口145に廃液管141が接続され、この廃液管141はユニット底板151と筐体41’との間の空間Nを利用して下方の図示しない廃液口へ通じている。
【0040】
図6に示すように、ウェハWの表面にレジストを供給するためのノズル135は、供給管134を介してケミカル室(CHM)26(図2)内の液供給機構(図示せず)に接続されている。ノズル135は、カップCPの外側に配設されたノズル待機部146でノズルスキャンアーム136の先端部に着脱可能に取り付けられ、スピンチャック142の上方に設定された所定のレジスト吐出位置まで移送されるようになっている。ノズルスキャンアーム136は、ユニット底板151の上に一方向(Y方向)に敷設されたガイドレール144上で水平移動可能な垂直支持部材149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149と一体にY方向で移動するようになっている。
【0041】
ノズルスキャンアーム136は、ノズル待機部146でノズル135をレジストの種類に応じて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。ここで、レジストの種類については、例えばレジストの濃度や粘度等の相違により種類が異なる。
【0042】
更にカップCPとノズル待機部146との間には、ドレインカップ138が設けられており、この位置においてウェハWに対するレジストの供給に先立ちノズル135の洗浄が行われるようになっている。
【0043】
ガイドレール144上には、上記したノズルスキャンアーム136を支持する垂直支持部材149だけでなく、リンスノズルスキャンアーム139を支持しY方向に移動可能な垂直支持部材も設けられている。リンスノズルスキャンアーム139の先端部にはサイドリンス用のリンスノズル140が取り付けられている。Y方向駆動機構(図示せず)によってリンスノズルスキャンアーム139及びリンスノズル140は、カップCPの側方に設定されたノズル待機位置と、スピンチャック142に載置されているウェハWの周縁部真上に設定されたリンス液吐出位置との間で移動するようになっている。
【0044】
このレジスト塗布処理ユニット(COT)内には、前述したように気圧p[hPa]を計測する気圧センサS1が設けられており、また、カップの温度q[℃]を計測するカップ温度センサS2及びユニット内の湿度r[%]を計測する湿度センサS3が設けられている(図16参照)。
【0045】
図8は、本発明の一実施形態に係る現像処理ユニット(DEV)を示す断面図である。この現像処理ユニット(DEV)は、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)と類似の構成を有しているので、図8において、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)における構成と同一のものについては同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。
【0046】
ウェハWの表面に現像液を供給するためのノズル153は、ウェハWの直径とほぼ同一長さを有しており、図示しないが現像液を吐出する孔が複数形成されている。あるいはスリット状の吐出口が形成されているものノズルでもよい。また、図示しないリンスノズルもウェハW上へ移動可能に設けられている。
【0047】
図9及び図10は、本発明の一実施形態に係り、ウェハWに熱的処理を施すためのプリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)の平面図及び断面図である。これら各ベーキングユニットは処理温度等のプロセスが相違するだけである。
【0048】
これらのユニットは筐体75に囲繞されており、処理室30内において背面側には、温度コントローラ32による制御の下、ウェハWを載置させて例えば100℃前後で加熱処理するための加熱板86が設けられ、正面側には、ウェハWを載置させて温調する温調プレート71が設けられている。加熱板86は支持体88に支持されており、この支持体88の下方部からウェハWを支持するための昇降ピン85が昇降シリンダ82により昇降可能に設けられている。また、加熱板86の上部には、加熱処理の際に加熱板86を覆う図示しないカバー部材が配置されている。
【0049】
温調プレート71の温度調整機構としては例えば冷却水やペルチェ素子等を使用してウェハWの温度を所定の温度、例えば40℃前後に調整して温度制御が行われるようになっている。この温調プレート71は、図9に示すように切欠き71aが形成されており、この温調プレート71の下方に埋没している昇降ピン84が、昇降シリンダ81によって温調プレート表面から出没可能になっている。また、この温調プレート71には、例えばモータ79aによりレール77に沿って移動可能となっており、これにより、ウェハの温調を行いながら加熱板86に対してウェハの受け渡しが行われるようになっている。
【0050】
また、このプリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)には、気圧コントロールのためのエアの流路75cが形成されており、この流路75cからのエアはファン87aを介して処理室30に流入されるようになっている。また、処理室30内のエアは両壁面に設けられたファン87bにより排気口75dから排気されるようになっている。
【0051】
更にこの筐体75の温調プレート71側の一方の側面部分には、例えば第4の処理ユニット部G4に関しては、第1の主ウェハ搬送装置A1との間でウェハWの受け渡しを行うために、開口部75aが設けられており、他方の側面部分には、第2の主ウェハ搬送装置A2側の開口部に対向するように開口部75bが設けられている。これら開口部75a、75bにはそれぞれ図示しない駆動部により開閉自在とされたシャッタ76a、76bが設けられている。
【0052】
なお、冷却処理ユニット(CPL)は、図示しないが例えばウェハWを載置させ、各加熱処理が施されたウェハに対し23℃前後で冷却処理を施す冷却板を有している。冷却機構としてはペルチェ素子等を用いている。
【0053】
図11は、塗布現像処理装置1の制御系を示す構成図である。塗布現像処理装置1には、既述のレジスト塗布処理ユニット(COT)、現像処理ユニット(DEV)、プリベーキングユニット(PAB)、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)、主ウェハ搬送装置A1等の搬送系の装置及びセンサSa〜Sdがバス5に接続されている。図示は省略するが、ポストベーキングユニット(POST)や冷却処理ユニット(CPL)等の他のユニット全て同様にバス5に接続されている。
【0054】
またバス5には上記集中制御部8が接続され、この集中制御部8には、例えば各センサ計測データ格納部61、ウェハデータ格納部62、プロセスレシピデータ格納部63、線幅モデル格納部64、膜厚モデル格納部65、現像時間−線幅モデル格納部56、加熱温度−線幅モデル格納部57及び回転数−膜厚モデル格納部58がそれぞれ接続されている。
【0055】
各センサ計測データ格納部61は、上記レジスト塗布処理ユニット(COT)内におけるセンサS1〜S3、またセンサSa〜Sdによる計測結果を記憶する。ウェハデータ格納部62は、例えばウェハ1枚ごとに付与された識別子を記憶し、これらウェハが塗布現像処理装置1内においていずれのユニットにあるか、また、どのような処理がどれだけの時間で行われたかをウェハごとに記憶する。この識別子は、例えばウェハカセットCRに多段に収容されたウェハ順、例えばカセットCR内の上から順に付すようにすることができる。プロセスレシピデータ格納部63はホストが要求した処理プロセスを記憶する。線幅モデル格納部64は、所望のレジストパターンの線幅を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。膜厚モデル格納部65も同様に所望のレジスト膜厚を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。
【0056】
現像時間−線幅モデル格納部56は、現像時間とパターンの線幅との相関関係を例えば数式にして記憶している。加熱温度−線幅モデル格納部57も同様に、それぞれポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)による加熱温度と線幅との相関関係を数式にして記憶している。また、回転数−膜厚モデル格納部59も同様に、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数とレジスト膜厚との相関関係を例えば数式にして記憶している。
【0057】
次に、以上説明した塗布現像処理装置1の一連の処理工程について、図12に示すフローを参照しながら説明する。
【0058】
先ず、カセットステーション10において、ウェハ搬送体22がカセット載置台20上の処理前のウェハWを収容しているカセットCRにアクセスして、そのカセットCRから1枚のウェハWを取り出す。そして、次にウェハWは、受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)を介して第1の主搬送装置A1に受け渡され、ボトムコーティングユニット(BARC)へ搬送される。そしてここで、露光時においてウェハからの露光光の反射を防止するために反射防止膜が形成される(ステップ12−1)。次に、ウェハWは、第3の処理ユニット部G3におけるベーキング処理ユニットに搬送され、例えば120℃で所定の加熱処理が行われ(ステップ12−2)、冷却処理ユニット(CPL)で所定の冷却処理が行われた後(ステップ12−3)、ウェハWは、レジスト塗布処理ユニット(COT)において、所望のレジスト膜が形成される(ステップ12−4)。
【0059】
このレジスト塗布処理ユニット(COT)では、ウェハWがカップCPの直上位置まで搬送されてくると、先ず、ピン148が上昇してウェハWを受け取った後下降して、ウェハWはスピンチャック142上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル135がウェハWの中心位置の上方まで移動する。そしてウェハW中心に所定のレジスト液の吐出が行われた後に、駆動モータ143により例えば100rpm〜5000rpmで回転させて、その遠心力でレジスト液をウェハW全面に拡散させることによりレジスト膜の塗布が完了する。
【0060】
このレジスト膜形成時におけるウェハWの回転数とレジスト膜厚との関係には相関があり、例えば図17に示すように、回転数が大きいほど膜厚が小さくなるような関係にある。
【0061】
レジスト膜が形成されると、第1の主搬送装置A1によりウェハWはプリベーキングユニット(PAB)に搬送される。ここでは先ず、図9に示した温調プレート71にウェハWが載置され、ウェハWは温調されながら加熱板86側へ移動される。そしてウェハWは加熱板86に載置され、例えば100℃前後で所定の加熱処理が行われる。この加熱処理が終了すると、再び温調プレート71が加熱板86側にアクセスしてウェハWが温調プレート71に受け渡され、温調プレート71は図9に示すような元の位置まで移動し、第1の主搬送装置A1により取り出されるまでウェハWは待機する(ステップ12−5)。この加熱板86による加熱処理が終了してから第1の主搬送装置A1により取り出されるまでの時間を、プリベーキングユニット(PAB)における待機時間y[秒]とする。この待機時間yは、本実施形態に係る塗布現像処理装置1の枚葉処理の下においては、ウェハWごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部62に逐次記憶される。
【0062】
次に、ウェハWは冷却処理ユニット(CPL)で所定の温度で冷却処理される(ステップ12−6)。この後、ウェハWは第2の主搬送装置A2により取り出され、膜厚検査装置119へ搬送され、所定のレジスト膜厚の測定が行われる場合もある。そしてウェハWは、第5の処理ユニット部G5におけるトランジションユニット(TRS)及びインターフェース部14を介して露光装置100に受け渡されここで露光処理される(ステップ12−7)。
【0063】
次に、ウェハWはインターフェース部14及び第5の処理ユニット部G5におけるトランジションユニット(TRS)を介して第2の主搬送装置A2に受け渡された後、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)に搬送される。露光処理終了後、ウェハWはインターフェース部14において一旦バッファカセットBRに収容される場合もある。
【0064】
ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)では、上記プリベーキングユニット(PAB)における動作と同一の動作により所定の加熱処理及び温調処理が行われる(ステップ12−8)。ここで、露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)に搬入されて加熱処理が開始されるまでの時間をx[秒]とする。この時間xは、本実施形態に係る塗布現像処理装置1の枚葉処理の下においては、ウェハWごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部62に逐次記憶される。
【0065】
次に、ウェハWは現像処理ユニット(DEV)に搬送され現像処理が行われる(ステップ12−9)。この現像処理ユニット(DEV)では、ウェハWがカップCPの直上位置まで搬送されてくると、まず、ピン148が上昇してウェハWを受け取った後下降して、ウェハWはスピンチャック142上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル135がウェハWの周辺位置の上方まで移動する。続いて駆動モータ143によりウェハWが例えば10rpm〜100rpmで回転し、そしてノズル135はウェハW周辺からY方向に移動しながら、回転の遠心力により所定の現像液の塗布が行われ、所定時間だけ放置することにより現像処理を進行させる。この現像処理における現像時間tと線幅との関係には相関があり、例えば図14に示すように、現像時間が長いほど線幅が小さくなるような関係にある。その後、ウェハ上にリンス液を供給し現像液を洗い流し、ウェハを回転させることにより振り切り乾燥処理を行う。
【0066】
この後、冷却処理ユニット(CPL)により所定の冷却処理が行われる(ステップ12−10)。
【0067】
次に、ウェハWは第2の主搬送装置A2により取り出され、第4の処理ユニット部G4におけるトランジションユニット(TRS)、第1の主搬送装置A1、第3の処理ユニット部におけるトランジションユニット(TRS)及びウェハ搬送体22を介してカセットステーション10におけるウェハカセットCRに戻される。
【0068】
なお、現像処理の後、ポストベーキングユニット(POST)により所定の加熱処理が行われる場合もある。また、現像処理の後、線幅検査装置49、又はオーバレイ検査装置47においてそれぞれ線幅の検査、又はオーバーレイ検査を行う場合もある。
【0069】
図13は、図11に示した線幅モデル格納部64に格納されるデータを示している。また、図14は、目標の線幅にするために現像時間を補正する場合のモデル式である。更に、図15は、現像時間目標の線幅にするために行う補正工程を示すフロー図である。図13に示す線幅モデルは、上記時間x及びyと、塗布現像処理装置内の温度z[℃]及び塗布現像処理装置内の気圧w[hPa](温度z及び気圧wは、上述したように、図1に示す各センサSa〜Sdにより得られる。)とを用いて、
線幅モデルCD[nm]=ax+by+cz+dw+h(a,b,c,d,hは定数)
と表され、例えば、
線幅モデルCD[nm]=0.02x+0.03y+0,54z+0.65w
−466.608
というモデル式で表すことができる。このモデル式は実験により作成したものである。
【0070】
そして、図15を参照して、先ず1枚又は複数の検査用ウェハを、例えば図12に示すフローで処理し、実際に現像処理まで行い、この処理されたウェハに関するセンサデータや時間データ等をウェハごとに収集する(ステップ15−1)。次に、これらのデータを解析し(ステップ15−2)、上記線幅モデル式で実際に形成されるであろう線幅を現像処理前に求める。すなわち、このモデル式を予め作成しておくことにより、現像処理前に、当該現像処理後の線幅を予測することができる。
【0071】
線幅が予測されると、この線幅値が所定の範囲内(例えば、±5nmの範囲内)にあるか否かの判断を行う(ステップ15−3)。線幅値が所定の範囲内にあればそのまま実際の製品ウェハで処理を続行し(ステップ15−4)、現像処理を行う。これにより、実際に所望の線幅を有するレジストパターンが得られる。
【0072】
一方、所定の範囲内になければ、次のように現像時間を補正する(ステップ15−5)。現像時間tと線幅との関係は予め実験により求められており、例えば図14に示すような関係で表されるので、このような相関関係を利用する。
【0073】
実際に現像時間を補正する場合には、例えば目標となる線幅(所望の線幅)を入力し、図14で表された式

Figure 0004261107
に上記計算により得られたCD値を代入することにより補正現像時間が決定される。このように求められた現像時間で上記のように現像処理することにより、所望の線幅のレジストパターンを現像することができる。
【0074】
このように、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす、「露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱処理が開始されるまでの時間x」と、「プリベーキングユニット(PAB)における待機時間y」と、「塗布現像処理装置内の温度z」と、「塗布現像処理装置内の気圧w」とをパラメータとする線幅モデルを予め作成しておき、この線幅モデルに基づいて、現像処理条件の1つである現像時間tを制御することにより線幅を予測することができる。また、一旦、上記線幅モデルを作成しておくことにより、これに基づいて解析を行えば、実際の製品ウェハを製造する場合においても動的にフィードフォワード制御が可能となる。これにより精密な線幅の制御を行うことができ、歩留まりの向上が図れる。
【0075】
また、複数ある現像処理条件、例えば現像時間、現像液の濃度又は現像液の温度等のうち最も制御しやすい現像時間を制御することにより、容易に線幅を制御できる。
【0076】
また、これらパラメータのうちx及びyは時間に関するパラメータであるため、このような線幅の制御はウェハごとに行うことは、本実施形態に係る枚葉処理の装置にとってはウェハごとに当該時間が異なることを考慮すると効果的である。
【0077】
また、本実施形態においては、オーバーレイ検査装置47、膜厚検査装置48及び線幅検査装置49をインラインとして主ウェハ搬送装置A2により基板を搬送可能としたので、これら各検査を実際の製品ウェハの製造段階で動的に自動化して行うことができる。これにより、例えば、これらの各検査結果に基づきフィードフォワードやフィードバック等の制御が可能となる。
【0078】
更に、上記線幅モデルは、レジストの種類、又は目標膜厚に応じて作成することにより、例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて線幅モデルを作成することができるので、これらレジストの種類、又は目標膜厚に応じて現像処理条件を制御することができる。これは、次に説明する膜厚制御の場合も同様である。
【0079】
図16は、図11に示した膜厚モデル格納部65に格納されるデータを示している。この膜厚モデルは、上記気圧pと、カップ温度qと、湿度rとを用いて、上記線幅モデルと同様に、
膜厚モデルT=ep+fq+gr+i(e,f,g,iは定数)
と表すことができる。このようなモデル式で実際に形成されるであろう膜厚を求め、予測することができる。そして、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数と膜厚との関係は予め実験により求められており、例えば図17に示すような関係で表される。これにより所望のウェハの回転数が得られる。一例として、T=4050Å(405nm)であって、目標膜厚が4000Å(400nm)である場合に、3500rpmであったウェハの回転数を3700rpmとすることにより目標膜厚4000Å(400nm)を達成できる。
【0080】
このように、レジスト膜を形成する際に影響を及ぼす、「気圧p」と、「カップCPの温度q」と、「ユニット内の湿度r」とをパラメータとする膜厚モデルを予め作成しておき、この膜厚モデルに基づいて、レジスト膜形成条件の1つであるウェハの回転数を制御することにより、フィードフォワード制御が可能となる。すなわち、従来においては、気圧、カップCPの温度及び湿度等のデータは膜厚制御には用いられていなかったが、本実施形態ではこれらのパラメータを用いて膜厚を予測することにより、精密な膜厚の制御を行うことができる。これにより歩留まりの向上にも寄与する。
【0081】
また、複数あるレジスト膜形成条件、例えばウェハ回転数、レジスト液の温度、レジスト液の供給量又はレジストの吐出速度等のうち最も制御しやすいウェハの回転数を制御することにより、容易に膜厚を制御できる。
【0082】
また、これらのパラメータp,q,rには時間に関するものはないので、ウェハごとに膜厚を管理する必要はなく、例えばロット単位で最初にダミーウェハを処理する、いわゆるロット先行処理でよい。
【0083】
図18は、ポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱温度と、レジストパターンの線幅との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど線幅が細くなる傾向にあることがわかる。これによって、図14に示す場合と同様に、現像処理条件を制御する代わりに、上記線幅モデルを用いてポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)における加熱温度を制御することにより、線幅をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御と現像時間の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。
【0084】
図19も同様に、プリベーキングユニット(PAB)における加熱温度と、レジスト膜厚との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど膜厚が小さくなる傾向にあることがわかる。これによって、図17に示す場合と同様に、ウェハの回転数を制御する代わりに、上記膜厚モデルを用いプリベーキングユニット(PAB)における加熱温度を制御することにより、膜厚をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御とウェハ回転数の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。
【0085】
更に本実施形態においては、線幅と膜厚との関連性については述べなかったが、この関連性が分かれば、更にこの関連性に基づいて線幅及び膜厚の制御を精密に行うことができる。
【0086】
本発明は以上説明した実施形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【0087】
例えば、上記実施形態では、線幅制御では現像時間及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにし、膜厚制御ではウェハ回転数及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにしたが、これに限らず、ベーキングユニット(BAKE)、加熱ユニット(HP)113等における加熱処理温度、あるいは冷却処理ユニット(CPL)、受け渡し・冷却処理ユニット(TCP)における冷却温度等をも制御することにより更に高精度な線幅制御を行うことができる。
【0088】
また、線幅を制御する場合に現像処理条件として現像時間を制御するだけでなく、現像液の濃度及び温度等を制御するようにしてもよい。あるいは、膜厚を制御する場合にレジスト膜形成条件としてウェハの回転数を制御するだけでなく、レジストの温度やノズルからのレジストの吐出速度等を制御するようにしてもよい。
【0089】
更には、現像時間、ウェハ回転数及び加熱処理温度を補正する代わりに、線幅に関しては、図13における時間x,yや装置1内の温度z、気圧wを補正するようにして所望の線幅が得られるようにしてもよいし、膜厚に関しては図16に示す気圧p,カップ温度q,湿度r等を補正するようにして所望の膜厚のレジスト膜を形成できるようにしてもよい。
【0090】
また、図18及び図19に示したポストエクスポージャーベーキングユニット(PEB)及びプリベーキングユニット(PAB)における加熱温度の制御のみに限らず、加熱時間や昇温速度等をも制御することも可能であり、また冷却処理ユニット(CPL)における冷却温度や冷却時間、あるいは降温速度等を制御することも可能である。
【0091】
また、露光装置100(図1参照)における露光処理条件をも塗布現像処理装置1側の集中制御部8で制御するようにしてもよい。この場合、例えば、露光量と線幅との関係については逆比例的な相関関係があることがわかっているので、この露光量をフィードフォワードで制御することにより、所望の線幅を有するレジストパターンを得ることができる。また、露光量だけでなく、露光フォーカス値をも制御するようにしてもよい。
【0092】
また、例えばエッチング装置を塗布現像処理装置1に対してインライン化し、このエッチング処理条件をも集中制御部8で制御するようにしてもよい。この場合、例えば、エッチング時間と線幅との関係については逆比例的な相関関係があることがわかっているので、このエッチング時間をフィードフォワードで制御することにより、所望の線幅を有するパターンを得ることができる。
【0093】
更に、上記実施形態では半導体ウェハを用いた場合について説明したが、これに限らず液晶ディスプレイ等に使用されるガラス基板についても本発明は適用可能である。
【0094】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板周囲の環境を考慮した、より精密な線幅制御及びレジスト膜厚制御を行うことができる。これにより、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る塗布現像処理装置の平面図である。
【図2】図1に示す塗布現像処理装置の正面図である。
【図3】図1に示す塗布現像処理装置の背面図である。
【図4】一実施形態に係る主ウェハ搬送装置を示す斜視図である。
【図5】図1に示す塗布現像処理装置の清浄空気の流れを説明するための正面図である。
【図6】一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニットを示す平面図である。
【図7】図6に示すレジスト塗布処理ユニットを示す断面図である。
【図8】一実施形態に係る現像処理ユニットを示す断面図である。
【図9】一実施形態に係るプリベーキングユニット又はポストエクスポージャーベーキングユニットを示す平面図である。
【図10】図9に示すユニットの断面図である。
【図11】本発明に係る塗布現像処理装置を制御する制御系を示す構成図である
【図12】本発明に係る塗布現像処理装置の一連の処理工程を示すフロー図である。
【図13】線幅モデル及びその各パラメータを示す図である。
【図14】現像時間と線幅との相関関係を示す図である。
【図15】所望の線幅又は膜厚を得るために現像時間又は基板回転数を補正する場合のフロー図である。
【図16】膜厚モデル及びその各パラメータを示す図である。
【図17】ウェハの回転数と膜厚との関係を示す図である。
【図18】ポストエクスポージャーベーキングユニットにおける加熱温度と、線幅との関係を示す図である。
【図19】プリベーキングユニットにおける加熱温度と、膜厚との関係を示す図である。
【符号の説明】
W...半導体ウェハ
A1…第1の主ウェハ搬送装置
A2…第2の主ウェハ搬送装置
Sa,Sb,Sc,Sd…温度・気圧センサ
S1…気圧センサ
S2…カップ温度センサ
S3…湿度センサ
p,q,r…膜厚モデルの各パラメータ
x,y,z…線幅モデルの各パラメータ
1…塗布現像処理装置
8…集中制御部
28…線幅モデル格納部
29…膜厚モデル格納部
32…温度コントローラ
34…回転数コントローラ
35…制御部
61…センサ計測データ格納部
62…ウェハデータ格納部
63…プロセスレシピデータ格納部
64…線幅モデル格納部
65…膜厚モデル格納部
100...露光装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus for forming a desired resist pattern on a semiconductor substrate in manufacturing a semiconductor device, particularly in a photolithography process.
[0002]
[Prior art]
In a photolithography process in the manufacture of a semiconductor device, a resist film is formed on the surface of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”), then exposed to a predetermined pattern, and further developed to obtain a desired resist. A pattern is formed.
[0003]
Conventionally, such a photolithography process has a coating and developing process including a resist coating processing unit that rotates a wafer and applies a resist solution by centrifugal force, and a development processing unit that supplies a developing solution to the wafer for development processing. This is performed by a processing apparatus and an exposure apparatus provided continuously and integrally with the apparatus. In addition, such a coating and developing treatment apparatus has a heat treatment unit or a cooling treatment unit for performing thermal treatment such as heat treatment or cooling treatment on a wafer after forming a resist film or before and after the development treatment. Furthermore, it has a transfer robot and the like for transferring wafers between these processing units.
[0004]
By the way, in recent years, miniaturization of resist patterns has further progressed. For example, it is required to manage the line width of resist patterns more precisely. Further, since the resist film thickness has a great influence on the shape of the resist pattern, it is required to precisely manage the resist film thickness.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the line width of the resist pattern depends on the environment around the wafer in the coating / development processing apparatus, for example, the transport time until it is loaded into each processing unit, the temperature or humidity in the apparatus, or the flow of airflow in the apparatus. Can also be affected. Similarly, regarding the resist film thickness, the environment around the wafer, such as the transfer time and temperature / humidity outside the resist coating unit, may adversely affect the resist film thickness. In the conventional coating and developing apparatus, since the environment around the wafer has not been taken into consideration, it is difficult to control the line width and the resist film thickness more precisely.
[0006]
In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of performing more precise line width control and resist film thickness control in consideration of the environment around the substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a substrate processing apparatus according to the present invention includes a resist film formation processing unit that forms a resist film on a substrate, a development processing unit that develops the substrate on which the resist film is formed, and a thermal treatment applied to the substrate. A heat treatment section for performing processing, a delivery section for delivering the substrate to the exposure apparatus side that performs exposure processing before the development processing, and a substrate between at least the resist film formation processing section, the development processing section, and the heat treatment section. In a substrate processing apparatus for forming a desired resist pattern having a transport mechanism for transporting,The thermal processing section includes a first thermal processing section that performs a first thermal process after the exposure process and before a development process, and a second thermal process that performs a second thermal process after the formation of the resist film and before the exposure process. The substrate processing apparatus includes:A function model storage unit for storing a function model created in advance based on a plurality of parameters involved in forming the resist pattern; and the function modelModel formula for resist pattern line width  Line width model CD [ nm ] = Ax + by + cz + dw + h (a, b, c, d, h are constants, x is the time from the end of the exposure process to the start of the first thermal process. [ s ] , Y is the waiting time of the substrate after the second thermal treatment [ s ] , Z is the temperature in the substrate processing apparatus [ ] , W is the pressure in the substrate processing apparatus [ hPa ] )Based onPredicting the resulting line width value;Development processing conditionsOf these, development time, developer concentration and developer temperatureAt least one ofFeed forwardControlFeed forward controlMeans.
[0008]
  In the present invention, a plurality of environmental conditions around the substrate in each of the above processes that affect the resist pattern formation are extracted, and a function model using these as parameters is created in advance. As this function model, for example, a model relating to a resist film thickness, a line width of a pattern, and the like is created. Then, at the actual product wafer manufacturing stage, at least one of the resist film formation conditions, the development processing conditions, the heat treatment conditions, and the transport conditions in the transport mechanism is controlled based on this function model. Thereby, feedforward control can be performed by predicting, for example, the line width using the function model. In addition, when the resist solution is applied by rotating the substrate at the time of resist film formation, by predicting the resist film thickness by the above function model, which cannot be precisely controlled only by monitoring the rotation speed of the substrate. Feed forward control is possible. Thus, the line width of the pattern and the resist film thickness can be controlled more precisely in response to the demand for pattern miniaturization. Furthermore, in the present invention, since the heat treatment conditions and the conveyance conditions are also controlled based on the function model, the line width and film thickness can be controlled with higher accuracy.
  Among these parameters, “the time from the end of the exposure process to the start of the first thermal process” and “the waiting time of the substrate after the second thermal process” are “time For example, when there are a plurality of processing units in the substrate processing apparatus and a single wafer processing is performed, the “time” parameter is a parameter that differs for each substrate. The width is preferably controlled for each substrate.
In particular, the line width can be controlled easily and precisely by controlling the development time that is considered to have the greatest influence on the fluctuation of the line width.
[0015]
  In particular, the line width can be controlled easily and precisely by controlling the number of rotations of the substrate that is considered to have the greatest influence on the film thickness variation.
[0016]
According to an aspect of the present invention, the apparatus further includes an inspection device that inspects the line width, the resist film thickness, or the overlay, and the transport mechanism is provided so that a substrate can be delivered to the inspection device. Thereby, each inspection by each inspection apparatus can be performed dynamically and automatically in the manufacturing stage of an actual product wafer. For example, control such as feedforward and feedback can be performed based on each inspection result.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
1 to 3 are views showing the overall configuration of a coating and developing treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view, and FIGS. 2 and 3 are a front view and a rear view.
[0019]
In this coating and developing treatment apparatus 1, a plurality of semiconductor wafers W as wafers to be processed are carried in the wafer cassette CR in units of 25, for example, 25, from the outside to the apparatus 1 or unloaded from the apparatus 1, or the wafer W is loaded into the wafer cassette CR. A cassette station 10 as a receiving unit for carrying in and out the wafer, and various single-wafer processing units for performing predetermined processing on the wafer W one by one in the coating and developing process are arranged in multiple stages at predetermined positions. And the interface unit 14 for delivering the wafer W between the processing station 12 and the exposure apparatus 100 provided adjacent to the processing station 12 are integrally connected.
[0020]
In the cassette station 10, as shown in FIG. 1, a plurality of, for example, five wafer cassettes CR are mounted in a row in the X direction at the position of the protrusion 20 a on the cassette mounting table 20 with the respective wafer entrances facing the processing station 12 side. The wafer carrier 22 that is placed and movable in the cassette arrangement direction (X direction) and in the wafer arrangement direction (Z direction) of the wafers stored in the wafer cassette CR selectively accesses each wafer cassette CR. ing. Further, the wafer transfer body 22 is configured to be rotatable in the θ direction so that it can also access a heat treatment system unit belonging to a third processing unit section G3 having a multistage structure, which will be described later, as shown in FIG. It has become.
[0021]
Further, as shown in FIG. 2, a central control unit 8 that comprehensively controls the entire coating and developing treatment apparatus 1 is incorporated in the lower part of the cassette station 10.
[0022]
As shown in FIG. 1, the processing station 12 includes a third processing unit G3, a fourth processing unit G4, and a fifth processing unit G5 from the cassette station 10 side on the rear side of the apparatus (upper side in the drawing). A first main wafer transfer device A1 is provided between each of the third processing unit part G3 and the fourth processing unit part G4. As will be described later, in the first main wafer transfer device A1, the first main wafer transfer body 16 includes a first processing unit unit G1, a third processing unit unit G3, a fourth processing unit unit G4, and the like. It is installed so that it can be selectively accessed. Further, a second main wafer transfer device A2 is provided between the fourth processing unit G4 and the fifth processing unit G5, and the second main wafer transfer device A2 is similar to the first, The second main wafer carrier 17 is installed so as to selectively access the second processing unit part G2, the fourth processing unit part G4, the fifth processing unit part G5, and the like.
[0023]
In addition, a heat treatment unit is installed on the back side of the first main wafer transfer apparatus A1, for example, an adhesion unit (AD) 110 for hydrophobizing the wafer W, a heating unit (for heating the wafer W) ( HP) 113 is stacked in two steps from the bottom as shown in FIG. The adhesion unit (AD) may further include a mechanism for adjusting the temperature of the wafer W. On the back side of the second main wafer transfer device A2, a peripheral exposure device (WEE) 120 that selectively exposes only the edge portion of the wafer W, an overlay inspection device 47 that inspects the overlay of the pattern, and coating on the wafer W A film thickness inspection device 48 for inspecting the resist film thickness and a line width inspection device 49 for inspecting the line width of the resist pattern are provided in multiple stages, and the second main wafer transfer device A2 is included in these inspection devices. On the other hand, the wafer can be delivered. In addition, a heat treatment unit (HP) 113 may be arranged on the back side of the second main wafer transfer device A2 similarly to the back side of the first main wafer transfer device A1.
[0024]
As shown in FIG. 3, in the third processing unit G3, an oven-type processing unit that performs a predetermined process by placing the wafer W on a mounting table, for example, a high-temperature heat processing unit that performs a predetermined heat process on the wafer W (BAKE), a cooling processing unit (CPL) that cools the wafer W with accurate temperature control, a transition unit (TRS) that serves as a transfer unit of the wafer W from the wafer transport body 22 to the main wafer transport body 16, Delivery / delivery / cooling processing units (TCP), which are separately provided in the upper and lower two stages, respectively, are divided into, for example, 10 stages in order from the top. In the third processing unit G3, in the present embodiment, the third stage from the bottom is provided as a spare space.
[0025]
Also in the fourth processing unit G4, for example, a post-baking unit (POST), a transition unit (TRS) serving as a wafer transfer unit, and a pre-baking unit that heat-treats the wafer W after forming a resist film as a second thermal processing. (PAB), similarly, cooling processing units (CPL) as the second thermal processing are stacked in, for example, 10 stages in order from the top. Further, in the fifth processing unit G5, for example, a post-exposure baking unit (PEB) for performing heat treatment on the exposed wafer W as a first heat treatment unit, and a cooling processing unit (also a first heat treatment unit ( CPL) and transition units (TRS) serving as a transfer part of the wafer W are stacked in, for example, 10 stages in order from the top.
[0026]
In FIG. 1, a first processing unit part G1 and a second processing unit part G2 are provided side by side in the Y direction on the apparatus front side of the processing station 12 (downward in the drawing). Between the first processing unit part G1 and the cassette station 10 and between the second processing unit part G2 and the interface part 14, it is used for temperature control of the processing liquid supplied by the processing unit parts G1 and G2. Liquid temperature control pumps 24 and 25 are provided, respectively, and clean air from an air conditioner (not shown) provided outside the coating and developing treatment apparatus 1 is supplied into the processing units G1 to G5. Ducts 31 and 32 are provided.
[0027]
As shown in FIG. 2, in the first processing unit G1, five spinner type processing units that perform predetermined processing by placing the wafer W on a spin chuck in a cup CP, for example, resist as a resist film forming unit. The coating processing unit (COT) has three stages, and a bottom coating unit (BARC) for forming an antireflection film for preventing reflection of light during exposure is superposed in two stages and five stages in order from the bottom. Similarly, in the second processing unit G2, five spinner type processing units, for example, development processing units (DEV) as development processing units are stacked in five stages. In the resist coating processing unit (COT), the drainage of the resist solution is troublesome both in terms of mechanism and maintenance, and thus is preferably arranged in the lower stage. However, it can be arranged in the upper stage as required.
[0028]
In addition, chemical chambers (CHM) 26 and 27 for supplying the above-described predetermined processing liquid to the respective processing unit units G1 and G2 are provided at the lowermost stages of the first and second processing unit units G1 and G2, respectively. Yes.
[0029]
Further, the processing station 12 is provided with, for example, four temperature / atmospheric pressure sensors Sa, Sb, Sc, and Sd that measure the temperature and pressure in the processing station 12. For example, by taking, for example, an average value of the measurement results obtained by the four temperature / atmospheric pressure sensors Sa, Sb, Sc, and Sd, the temperature and the atmospheric pressure can be managed with higher accuracy.
[0030]
A portable pickup cassette CR and a stationary buffer cassette BR are arranged in two stages on the front surface of the interface section 14, and a wafer carrier 27 is provided in the center. The wafer carrier 27 moves in the X and Z directions to access both cassettes CR and BR. Further, the wafer carrier 27 is configured to be rotatable in the θ direction, and can also access the fifth processing unit G5. Further, as shown in FIG. 3, a plurality of high-precision cooling processing units (CPL) are provided on the back surface of the interface unit 14, for example, in two upper and lower stages. The wafer carrier 27 can also access this cooling processing unit (CPL).
[0031]
FIG. 4 is a perspective view showing a first main wafer transfer device A1 according to an embodiment of the present invention. Since the second main wafer transfer device A2 is the same as the first main wafer transfer device A1, its description is omitted.
[0032]
As shown in FIG. 1, the main wafer transfer device A1 is surrounded by a casing 41 to prevent particles from entering. In FIG. 4, the casing 41 is not shown for easy understanding.
[0033]
As shown in FIG. 4, poles 33 are suspended from both ends of the main wafer transfer device A1, and the main wafer transfer body 16 (17) can move in the vertical direction (Z direction) along the pole 33. Is arranged. The transfer base 55 in the main wafer transfer body 16 is provided with three tweezers 7 a to 7 c for holding the wafer W, and these tweezers 7 a to 7 c are horizontally mounted by a drive mechanism (not shown) built in the transfer base 55. It is configured to be movable in the direction. A support portion 45 that supports the transport base 55 is connected to a lower portion of the transport base 55 via a rotating member 46 that can rotate in the θ direction. Thereby, the wafer carrier 16 can be rotated in the θ direction. A flange portion 45 a is formed in the support portion 45, the flange portion 45 a is slidably engaged with a groove 33 a provided in the pole 33, and can be slid by a belt driving mechanism built in the pole 33. Is provided. Thereby, the main wafer transfer body 16 can move in the vertical direction along the pole 33.
[0034]
For example, four fans 36 for controlling the pressure and temperature / humidity inside the transfer device A1 are provided at the bottom of the main wafer transfer device A1.
[0035]
FIG. 5 shows the flow of clean air in the coating and developing treatment apparatus 1. In FIG. 5, air supply chambers 10a, 12a, 14a are provided above the cassette station 10, the processing station 12, and the interface unit 14, and a filter with a dustproof function, for example, ULPA is provided on the lower surface of the air supply chambers 10a, 12a, 14a. Filters 101, 102, and 103 are attached. Air that is cleaner than the ULPA filters 101, 102, and 103 in each air supply chamber is supplied to each of the units 10, 12, and 14 by downflow, and supplied from the air supply chamber to the processing unit by downflow. This downflow air is supplied in the arrow direction (upward) from the ducts 31 and 32 described above.
[0036]
Further, in each of the units of the liquid supply system units (G1, G2), a fan / filter unit F is attached above them, and an atmospheric pressure sensor S1 for measuring the atmospheric pressure is provided. The fan / filter unit F has, for example, a ULPA filter and a small fan (not shown). On the other hand, although not shown, each sensor in the third to fifth processing unit sections G3 to G5 and the first and second main wafer transfer apparatuses A1 and A2 are provided with similar sensors.
[0037]
6 and 7 are a plan view and a cross-sectional view showing a resist coating unit (COT) according to an embodiment of the present invention.
[0038]
In this unit, as described above, the fan / filter unit F is attached above the casing 41 ′, and below the annular cup near the center of the unit bottom plate 151 smaller than the width in the Y direction of the casing 41 ′. A CP is disposed, and a spin chuck 142 is disposed inside thereof. The spin chuck 142 is configured to rotate by the rotational driving force of the drive motor 143 while the wafer W is fixedly held by vacuum suction. The rotation speed of the drive motor 143 is controlled by the rotation speed controller 34.
[0039]
In the cup CP, pins 148 for transferring the wafer W are provided so as to be moved up and down by the driving device 147. Accordingly, the wafer can be transferred to and from the tweezers 7a through the opening 41′a while the shutter 43 provided to be openable and closable is open. Also, a drain port 145 for waste liquid is provided at the bottom of the cup CP. A waste liquid pipe 141 is connected to the drain port 145, and the waste liquid pipe 141 communicates with a waste liquid port (not shown) below using a space N between the unit bottom plate 151 and the casing 41 '.
[0040]
As shown in FIG. 6, a nozzle 135 for supplying a resist to the surface of the wafer W is connected to a liquid supply mechanism (not shown) in a chemical chamber (CHM) 26 (FIG. 2) via a supply pipe 134. Has been. The nozzle 135 is detachably attached to the tip of the nozzle scan arm 136 by a nozzle standby unit 146 disposed outside the cup CP, and is transferred to a predetermined resist discharge position set above the spin chuck 142. It is like that. The nozzle scan arm 136 is attached to the upper end of a vertical support member 149 that can move horizontally on a guide rail 144 laid in one direction (Y direction) on the unit bottom plate 151, and is not shown in the figure. Accordingly, the vertical support member 149 and the vertical support member 149 move together in the Y direction.
[0041]
The nozzle scan arm 136 is also movable in the X direction perpendicular to the Y direction in order to selectively attach the nozzle 135 according to the type of resist by the nozzle standby unit 146, and is moved in the X direction by an X direction drive mechanism (not shown). Also comes to move. Here, the types of resist differ depending on differences in resist concentration, viscosity, and the like.
[0042]
Further, a drain cup 138 is provided between the cup CP and the nozzle standby unit 146, and the nozzle 135 is cleaned at this position prior to the supply of the resist to the wafer W.
[0043]
On the guide rail 144, not only the vertical support member 149 that supports the nozzle scan arm 136 described above, but also a vertical support member that supports the rinse nozzle scan arm 139 and is movable in the Y direction. A rinse nozzle 140 for side rinse is attached to the tip of the rinse nozzle scan arm 139. The rinse nozzle scan arm 139 and the rinse nozzle 140 are moved by a Y-direction drive mechanism (not shown) so that the nozzle standby position set on the side of the cup CP and the peripheral edge portion of the wafer W placed on the spin chuck 142 are It moves between the rinse liquid discharge positions set above.
[0044]
In the resist coating unit (COT), the atmospheric pressure sensor S1 for measuring the atmospheric pressure p [hPa] is provided as described above, and the cup temperature sensor S2 for measuring the cup temperature q [° C.] and A humidity sensor S3 for measuring the humidity r [%] in the unit is provided (see FIG. 16).
[0045]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a development processing unit (DEV) according to an embodiment of the present invention. Since this development processing unit (DEV) has a configuration similar to that of the resist coating processing unit (COT), the same components as those in the resist coating processing unit (COT) in FIG. Reference numerals will be attached and description thereof will be omitted.
[0046]
The nozzle 153 for supplying the developer to the surface of the wafer W has substantially the same length as the diameter of the wafer W, and a plurality of holes for discharging the developer are formed, although not shown. Alternatively, a nozzle having a slit-like discharge port may be used. A rinse nozzle (not shown) is also provided on the wafer W so as to be movable.
[0047]
9 and 10 are a plan view and a cross-sectional view of a pre-baking unit (PAB) and a post-exposure baking unit (PEB) for performing thermal processing on the wafer W according to an embodiment of the present invention. These baking units are different only in processes such as processing temperature.
[0048]
These units are surrounded by a casing 75, and a heating plate for placing the wafer W on the back side in the processing chamber 30 under the control of the temperature controller 32 and performing a heat treatment, for example, at about 100 ° C. 86 is provided, and on the front side, a temperature control plate 71 for controlling the temperature by placing the wafer W is provided. The heating plate 86 is supported by a support 88, and lift pins 85 for supporting the wafer W from below the support 88 are provided by a lift cylinder 82 so as to be lifted and lowered. A cover member (not shown) that covers the heating plate 86 during the heat treatment is disposed on the upper portion of the heating plate 86.
[0049]
As a temperature adjustment mechanism of the temperature control plate 71, for example, the temperature control is performed by adjusting the temperature of the wafer W to a predetermined temperature, for example, around 40 ° C. by using cooling water, a Peltier element or the like. As shown in FIG. 9, the temperature control plate 71 is formed with a notch 71 a, and an elevating pin 84 buried under the temperature control plate 71 can appear and disappear from the surface of the temperature control plate by the elevating cylinder 81. It has become. The temperature control plate 71 can be moved along the rail 77 by a motor 79a, for example, so that the wafer is delivered to the heating plate 86 while the temperature of the wafer is controlled. It has become.
[0050]
The pre-baking unit (PAB) and the post-exposure baking unit (PEB) have an air flow path 75c for controlling the atmospheric pressure, and the air from the flow path 75c is processed through the fan 87a. It flows into the chamber 30. The air in the processing chamber 30 is exhausted from the exhaust port 75d by the fans 87b provided on both wall surfaces.
[0051]
Further, on one side surface portion of the casing 75 on the temperature control plate 71 side, for example, with respect to the fourth processing unit G4, the wafer W is transferred to and from the first main wafer transfer device A1. , An opening 75a is provided, and an opening 75b is provided on the other side surface so as to face the opening on the second main wafer transfer apparatus A2 side. The openings 75a and 75b are respectively provided with shutters 76a and 76b that can be opened and closed by a driving unit (not shown).
[0052]
Although not shown, the cooling processing unit (CPL) includes a cooling plate on which, for example, the wafer W is placed and the wafer subjected to each heat treatment is subjected to a cooling treatment at around 23 ° C. A Peltier element or the like is used as the cooling mechanism.
[0053]
FIG. 11 is a configuration diagram showing a control system of the coating and developing treatment apparatus 1. The coating and developing apparatus 1 includes a transfer system such as the above-described resist coating unit (COT), development unit (DEV), pre-baking unit (PAB), post-exposure baking unit (PEB), and main wafer transfer unit A1. These devices and sensors Sa to Sd are connected to the bus 5. Although not shown, all other units such as a post baking unit (POST) and a cooling processing unit (CPL) are connected to the bus 5 in the same manner.
[0054]
The central control unit 8 is connected to the bus 5, and the central control unit 8 includes, for example, each sensor measurement data storage unit 61, wafer data storage unit 62, process recipe data storage unit 63, and line width model storage unit 64. The film thickness model storage unit 65, the development time / line width model storage unit 56, the heating temperature / line width model storage unit 57, and the rotation speed / film thickness model storage unit 58 are connected to each other.
[0055]
Each sensor measurement data storage unit 61 stores the measurement results of the sensors S1 to S3 and the sensors Sa to Sd in the resist coating unit (COT). The wafer data storage unit 62 stores, for example, an identifier assigned to each wafer, and in which unit in the coating and developing treatment apparatus 1 these wafers are present, and what processing is performed in what time. It is memorized for every wafer whether it was done. For example, the identifiers can be given in the order of wafers stored in multiple stages in the wafer cassette CR, for example, from the top in the cassette CR. The process recipe data storage unit 63 stores the processing process requested by the host. The line width model storage unit 64 stores a plurality of data collected to obtain a line width of a desired resist pattern as mathematical expressions. Similarly, the film thickness model storage unit 65 stores a plurality of data collected to obtain a desired resist film thickness as mathematical expressions.
[0056]
The development time-line width model storage unit 56 stores the correlation between the development time and the line width of the pattern, for example, as an equation. Similarly, the heating temperature-line width model storage unit 57 stores the correlation between the heating temperature and the line width by the post-exposure baking unit (PEB) as mathematical expressions. Similarly, the rotational speed-film thickness model storage unit 59 stores the correlation between the rotational speed of the wafer and the resist film thickness at the time of forming the resist film as, for example, an equation.
[0057]
Next, a series of processing steps of the coating and developing treatment apparatus 1 described above will be described with reference to the flow shown in FIG.
[0058]
First, in the cassette station 10, the wafer carrier 22 accesses the cassette CR containing the unprocessed wafer W on the cassette mounting table 20, and takes out one wafer W from the cassette CR. Then, the wafer W is transferred to the first main transfer apparatus A1 via the transfer / cooling processing unit (TCP) and transferred to the bottom coating unit (BARC). Here, an antireflection film is formed in order to prevent reflection of exposure light from the wafer during exposure (step 12-1). Next, the wafer W is transferred to a baking processing unit in the third processing unit section G3, where a predetermined heat treatment is performed at 120 ° C., for example (step 12-2), and a predetermined cooling is performed in the cooling processing unit (CPL). After the processing is performed (step 12-3), a desired resist film is formed on the wafer W in the resist coating processing unit (COT) (step 12-4).
[0059]
In this resist coating unit (COT), when the wafer W is transferred to a position directly above the cup CP, first, the pins 148 are raised and lowered after receiving the wafer W, and the wafer W is moved onto the spin chuck 142. It is mounted on and vacuum-adsorbed. Then, the nozzle 135 waiting in the nozzle standby portion moves to above the center position of the wafer W. Then, after a predetermined resist solution is discharged at the center of the wafer W, the resist film is applied to the entire surface of the wafer W by rotating the drive motor 143 at, for example, 100 rpm to 5000 rpm, and diffusing the resist solution over the entire surface of the wafer W. Complete.
[0060]
There is a correlation between the number of rotations of the wafer W and the thickness of the resist film when the resist film is formed. For example, as shown in FIG. 17, the film thickness decreases as the number of rotations increases.
[0061]
When the resist film is formed, the wafer W is transferred to the pre-baking unit (PAB) by the first main transfer device A1. Here, first, the wafer W is placed on the temperature control plate 71 shown in FIG. 9, and the wafer W is moved to the heating plate 86 side while being temperature controlled. Then, the wafer W is placed on the heating plate 86, and a predetermined heat treatment is performed at about 100 ° C., for example. When this heat treatment is completed, the temperature control plate 71 again accesses the heating plate 86 side, and the wafer W is transferred to the temperature control plate 71. The temperature control plate 71 moves to the original position as shown in FIG. The wafer W waits until it is taken out by the first main transfer device A1 (step 12-5). The waiting time y [second] in the pre-baking unit (PAB) is defined as the time from the end of the heat treatment by the heating plate 86 to the removal by the first main transport device A1. Since this waiting time y has a different value for each wafer W under the single wafer processing of the coating and developing treatment apparatus 1 according to this embodiment, the wafer data storage unit 62 is provided for each wafer to which an identifier is attached. Are sequentially stored.
[0062]
Next, the wafer W is cooled at a predetermined temperature by a cooling processing unit (CPL) (step 12-6). Thereafter, the wafer W is taken out by the second main transfer device A2 and transferred to the film thickness inspection device 119, where a predetermined resist film thickness may be measured. Then, the wafer W is transferred to the exposure apparatus 100 via the transition unit (TRS) and the interface unit 14 in the fifth processing unit unit G5 and subjected to exposure processing (step 12-7).
[0063]
Next, the wafer W is transferred to the second main transfer device A2 via the interface unit 14 and the transition unit (TRS) in the fifth processing unit G5, and then transferred to the post-exposure baking unit (PEB). The After the exposure process, the wafer W may be temporarily stored in the buffer cassette BR in the interface unit 14.
[0064]
In the post-exposure baking unit (PEB), predetermined heat treatment and temperature adjustment processing are performed by the same operation as that in the pre-baking unit (PAB) (step 12-8). Here, the time from the completion of the exposure process until the heating process is started after being carried into the post-exposure baking unit (PEB) is defined as x [seconds]. Since this time x has a different value for each wafer W under the single wafer processing of the coating and developing treatment apparatus 1 according to this embodiment, the time x is stored in the wafer data storage unit 62 for each wafer with an identifier. Stored sequentially.
[0065]
Next, the wafer W is transferred to a development processing unit (DEV) and subjected to development processing (step 12-9). In this development processing unit (DEV), when the wafer W is transferred to a position immediately above the cup CP, first, the pins 148 are raised and lowered after receiving the wafer W, and the wafer W is placed on the spin chuck 142. It is placed and vacuum-sucked. Then, the nozzle 135 waiting in the nozzle standby portion moves to above the peripheral position of the wafer W. Subsequently, the wafer W is rotated by, for example, 10 rpm to 100 rpm by the drive motor 143, and the nozzle 135 is applied in the Y direction from the periphery of the wafer W, and a predetermined developer is applied by a centrifugal force of rotation. The development process proceeds by leaving it to stand. There is a correlation between the development time t and the line width in this development processing. For example, as shown in FIG. 14, the longer the development time, the smaller the line width. Thereafter, a rinse solution is supplied onto the wafer, the developer is washed away, and the wafer is rotated to perform a shake-off drying process.
[0066]
Thereafter, a predetermined cooling process is performed by the cooling process unit (CPL) (step 12-10).
[0067]
Next, the wafer W is taken out by the second main transfer device A2, and the transition unit (TRS) in the fourth processing unit unit G4, the first main transfer device A1, and the transition unit (TRS in the third processing unit unit). ) And the wafer cassette CR in the cassette station 10 via the wafer carrier 22.
[0068]
Note that after the development process, a predetermined heat treatment may be performed by a post-baking unit (POST). Further, after the development processing, the line width inspection device 49 or the overlay inspection device 47 may perform a line width inspection or an overlay inspection, respectively.
[0069]
FIG. 13 shows data stored in the line width model storage unit 64 shown in FIG. FIG. 14 is a model formula for correcting the development time to obtain the target line width. Further, FIG. 15 is a flowchart showing a correction process performed to obtain a development time target line width. The line width model shown in FIG. 13 includes the times x and y, the temperature z [° C.] in the coating and developing apparatus, and the atmospheric pressure w [hPa] in the coating and developing apparatus (the temperature z and the atmospheric pressure w are as described above. And obtained by each of the sensors Sa to Sd shown in FIG.
Line width model CD [nm] = ax + by + cz + dw + h (a, b, c, d, h are constants)
For example,
Line width model CD [nm] = 0.02x + 0.03y + 0, 54z + 0.65w
-466.608
It can be expressed by the model formula This model formula was created by experiment.
[0070]
Then, referring to FIG. 15, first, one or a plurality of inspection wafers are processed by, for example, the flow shown in FIG. 12, and the actual development processing is performed. Sensor data, time data, etc. regarding the processed wafers are obtained. Collect for each wafer (step 15-1). Next, these data are analyzed (step 15-2), and the line width that will actually be formed by the above-described line width model formula is obtained before development processing. That is, by creating this model formula in advance, the line width after the development processing can be predicted before the development processing.
[0071]
When the line width is predicted, it is determined whether or not the line width value is within a predetermined range (for example, within a range of ± 5 nm) (step 15-3). If the line width value is within a predetermined range, the process is continued with the actual product wafer as it is (step 15-4), and the development process is performed. Thereby, a resist pattern having a desired line width is actually obtained.
[0072]
On the other hand, if it is not within the predetermined range, the development time is corrected as follows (step 15-5). The relationship between the development time t and the line width is obtained in advance by experiments, and is represented by the relationship as shown in FIG. 14, for example, so that such a correlation is used.
[0073]
When the development time is actually corrected, for example, a target line width (desired line width) is input, and the expression shown in FIG.
Figure 0004261107
The corrected development time is determined by substituting the CD value obtained by the above calculation into. A resist pattern having a desired line width can be developed by performing the development processing as described above for the development time thus obtained.
[0074]
As described above, the “time x from the end of the exposure process to the start of the heat treatment in the post-exposure baking unit (PEB)”, which affects the formation of the resist pattern, and “in the pre-baking unit (PAB)” A line width model having parameters of “waiting time y”, “temperature z in the coating and developing treatment apparatus”, and “atmospheric pressure w in the coating and developing treatment apparatus” is created in advance, and based on this line width model. The line width can be predicted by controlling the development time t, which is one of the development processing conditions. In addition, once the line width model is created, if analysis is performed based on the model, feedforward control can be dynamically performed even when an actual product wafer is manufactured. Thus, precise line width control can be performed, and the yield can be improved.
[0075]
Further, the line width can be easily controlled by controlling the development time that is most easily controlled among a plurality of development processing conditions such as the development time, the concentration of the developer, or the temperature of the developer.
[0076]
In addition, since x and y are parameters related to time among these parameters, such a line width control is performed for each wafer. For the single wafer processing apparatus according to the present embodiment, the time is determined for each wafer. It is effective considering different things.
[0077]
In the present embodiment, since the overlay inspection apparatus 47, the film thickness inspection apparatus 48, and the line width inspection apparatus 49 are in-line and the substrate can be transferred by the main wafer transfer apparatus A2, these inspections are performed on the actual product wafer. It can be performed dynamically and automatically at the manufacturing stage. Thereby, for example, control such as feedforward and feedback can be performed based on each inspection result.
[0078]
Furthermore, by creating the line width model according to the type of resist or the target film thickness, for example, a line width model can be created according to differences in resist concentration, viscosity, etc. Development processing conditions can be controlled according to the type or target film thickness. The same applies to the film thickness control described below.
[0079]
FIG. 16 shows data stored in the film thickness model storage unit 65 shown in FIG. This film thickness model uses the atmospheric pressure p, the cup temperature q, and the humidity r, similarly to the line width model,
Film thickness model T = ep + fq + gr + i (e, f, g, i are constants)
It can be expressed as. The film thickness that will actually be formed can be obtained and predicted by such a model formula. The relationship between the number of rotations of the wafer and the film thickness during the formation of the resist film has been obtained in advance by experiments, and is represented by the relationship shown in FIG. 17, for example. Thereby, the desired number of rotations of the wafer can be obtained. As an example, when T = 4050 mm (405 nm) and the target film thickness is 4000 mm (400 nm), the target film thickness of 4000 mm (400 nm) can be achieved by setting the rotation speed of the wafer, which was 3500 rpm, to 3700 rpm. .
[0080]
In this way, a film thickness model having parameters of “pressure p”, “temperature CP of cup CP”, and “humidity r in unit” that affect the formation of the resist film is prepared in advance. In addition, based on this film thickness model, feedforward control can be performed by controlling the number of rotations of the wafer, which is one of the resist film formation conditions. That is, conventionally, data such as atmospheric pressure, cup CP temperature, and humidity have not been used for film thickness control, but in this embodiment, by predicting the film thickness using these parameters, accurate data can be obtained. The film thickness can be controlled. This also contributes to improved yield.
[0081]
In addition, the film thickness can be easily controlled by controlling the number of resist film formation conditions, for example, wafer rotation speed, resist solution temperature, resist solution supply amount, resist discharge speed, etc. Can be controlled.
[0082]
Further, since these parameters p, q, and r do not relate to time, it is not necessary to manage the film thickness for each wafer. For example, a so-called lot advance process in which a dummy wafer is first processed in units of lots may be used.
[0083]
FIG. 18 shows the relationship between the heating temperature in the post-exposure baking unit (PEB) and the line width of the resist pattern. Thereby, it turns out that there exists a tendency for line | wire width to become thin, so that heating temperature is high. Thus, as in the case shown in FIG. 14, instead of controlling the development processing conditions, the line width can be fed forward by controlling the heating temperature in the post-exposure baking unit (PEB) using the line width model. It can be controlled precisely. Further, by performing both the control of the heating temperature and the control of the development time, the line width can be controlled with higher accuracy.
[0084]
Similarly, FIG. 19 shows the relationship between the heating temperature in the pre-baking unit (PAB) and the resist film thickness. Thereby, it turns out that there exists a tendency for a film thickness to become small, so that heating temperature is high. Thus, as in the case shown in FIG. 17, instead of controlling the number of rotations of the wafer, the film thickness can be controlled in a feed-forward manner by controlling the heating temperature in the pre-baking unit (PAB) using the film thickness model. Can be controlled. Further, by performing both the control of the heating temperature and the control of the number of rotations of the wafer, the line width can be controlled with higher accuracy.
[0085]
Further, in the present embodiment, the relationship between the line width and the film thickness has not been described, but if this relationship is known, the line width and the film thickness can be controlled more precisely based on this relationship. it can.
[0086]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible.
[0087]
For example, in the above embodiment, at least one of the development time and the heating temperature is controlled in the line width control, and at least one of the wafer rotation speed and the heating temperature is controlled in the film thickness control. Not only, but also higher accuracy by controlling the heat treatment temperature in the baking unit (BAKE), the heating unit (HP) 113, etc., or the cooling temperature in the cooling processing unit (CPL), the delivery / cooling processing unit (TCP), etc. Line width control can be performed.
[0088]
In addition, when controlling the line width, not only the development time is controlled as a development processing condition, but also the concentration and temperature of the developer may be controlled. Alternatively, when controlling the film thickness, not only the rotation speed of the wafer is controlled as a resist film formation condition, but also the resist temperature, the resist discharge speed from the nozzle, and the like may be controlled.
[0089]
Furthermore, instead of correcting the development time, the wafer rotation speed, and the heat treatment temperature, with respect to the line width, the desired line is corrected by correcting the time x, y in FIG. A width may be obtained, and with respect to the film thickness, a resist film having a desired film thickness may be formed by correcting the pressure p, the cup temperature q, the humidity r, etc. shown in FIG. .
[0090]
Moreover, it is possible to control not only the heating temperature in the post-exposure baking unit (PEB) and the pre-baking unit (PAB) shown in FIGS. 18 and 19, but also the heating time, the heating rate, and the like. It is also possible to control the cooling temperature, cooling time, cooling rate, etc. in the cooling processing unit (CPL).
[0091]
Further, the exposure processing conditions in the exposure apparatus 100 (see FIG. 1) may also be controlled by the central control unit 8 on the coating and developing processing apparatus 1 side. In this case, for example, since it is known that there is an inversely proportional relationship between the exposure amount and the line width, a resist pattern having a desired line width can be obtained by controlling the exposure amount by feedforward. Can be obtained. Further, not only the exposure amount but also the exposure focus value may be controlled.
[0092]
Further, for example, the etching apparatus may be in-line with respect to the coating and developing treatment apparatus 1, and the etching process conditions may be controlled by the central control unit 8. In this case, for example, it is known that there is an inversely proportional correlation between the etching time and the line width. Therefore, by controlling the etching time by feedforward, a pattern having a desired line width can be obtained. Obtainable.
[0093]
Furthermore, although the case where the semiconductor wafer was used was demonstrated in the said embodiment, this invention is applicable not only to this but the glass substrate used for a liquid crystal display etc.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, more precise line width control and resist film thickness control can be performed in consideration of the environment around the substrate. Thereby, a yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a coating and developing treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the coating and developing treatment apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a rear view of the coating and developing treatment apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a perspective view showing a main wafer transfer device according to an embodiment.
FIG. 5 is a front view for explaining the flow of clean air in the coating and developing treatment apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a plan view showing a resist coating unit according to one embodiment.
7 is a cross-sectional view showing the resist coating unit shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a development processing unit according to an embodiment.
FIG. 9 is a plan view showing a pre-baking unit or a post-exposure baking unit according to one embodiment.
10 is a cross-sectional view of the unit shown in FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing a control system for controlling the coating and developing treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing a series of processing steps of the coating and developing treatment apparatus according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a line width model and its parameters.
FIG. 14 is a diagram illustrating a correlation between development time and line width.
FIG. 15 is a flowchart for correcting the development time or the number of substrate rotations in order to obtain a desired line width or film thickness.
FIG. 16 is a diagram showing a film thickness model and its parameters.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the number of rotations of a wafer and the film thickness.
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the heating temperature and the line width in the post-exposure baking unit.
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between a heating temperature and a film thickness in a pre-baking unit.
[Explanation of symbols]
W ... Semiconductor wafer
A1: First main wafer transfer device
A2 ... Second main wafer transfer device
Sa, Sb, Sc, Sd ... temperature / barometric pressure sensor
S1 ... Barometric pressure sensor
S2 ... Cup temperature sensor
S3 ... Humidity sensor
p, q, r ... Parameters of the film thickness model
x, y, z ... parameters of the line width model
1 ... coating and developing treatment apparatus
8 ... Central control unit
28: Line width model storage unit
29 ... Film thickness model storage
32 ... Temperature controller
34 ... Rotation speed controller
35. Control unit
61 ... Sensor measurement data storage
62: Wafer data storage unit
63 ... Process recipe data storage section
64: Line width model storage unit
65 ... Film thickness model storage
100 ... Exposure equipment

Claims (3)

基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理部と、レジスト膜が形成された基板を現像する現像処理部と、基板に熱的処理を施す熱処理部と、前記現像処理前に露光処理を行う露光装置側に対して基板の受け渡しを行う受け渡し部と、少なくとも前記レジスト膜形成処理部、現像処理部及び熱処理部の間で基板の搬送を行う搬送機構とを有した所望のレジストパターンを形成するための基板処理装置において、
前記熱処理部は、露光処理終了後現像処理前に第1の熱的処理を行う第1の熱処理部と、前記レジスト膜の形成後露光処理前に第2の熱的処理を行う第2の熱処理部とを含み、
当該基板処理装置は、
前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき予め作成された関数モデルを格納する関数モデル格納部と、
前記関数モデルのうちレジストパターンの線幅に関するモデル式
線幅モデルCD[nm]=ax+by+cz+dw+h
(a,b,c,d,hは定数、xは前記露光処理終了後から前記第1の熱的処理が開始されるまでの時間[s]、yは前記第2の熱的処理後の基板の待機時間[s]、zは当該基板処理装置内の温度[°C]、wは当該基板処理装置内の気圧[hPa])
に基づき得られる前記線幅の値を予測し、前記現像処理条件のうちの、現像時間、現像液の濃度及び現像液の温度のうち少なくとも1つをフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
A resist film formation processing unit that forms a resist film on the substrate, a development processing unit that develops the substrate on which the resist film is formed, a heat treatment unit that performs thermal processing on the substrate, and an exposure process before the development processing Forming a desired resist pattern having a transfer portion for transferring the substrate to the exposure apparatus side and a transfer mechanism for transferring the substrate between at least the resist film formation processing portion, the development processing portion, and the heat treatment portion. In a substrate processing apparatus for
The thermal processing section includes a first thermal processing section that performs a first thermal process after the exposure process and before a development process, and a second thermal process that performs a second thermal process after the formation of the resist film and before the exposure process. Including
The substrate processing apparatus
A function model storage unit for storing a function model created in advance based on a plurality of parameters involved in forming the resist pattern;
Among the function models, a model formula relating to the line width of the resist pattern Line width model CD [nm] = ax + by + cz + dw + h
(A, b, c, d, h are constants, x is the time [s] from the end of the exposure process until the first thermal process is started, and y is the time after the second thermal process. The substrate standby time [s], z is the temperature [° C.] in the substrate processing apparatus, and w is the atmospheric pressure [hPa] in the substrate processing apparatus)
Feedforward control means for predicting the value of the line width obtained based on the above, and feedforward controlling at least one of the development time, the concentration of the developer, and the temperature of the developer among the development processing conditions; A substrate processing apparatus.
請求項1に記載の基板処理装置において、
前記関数モデルは、前記レジストの種類又は目標膜厚ごとに作成する
ことを特徴とする基板処理装置。
The substrate processing apparatus according to claim 1,
The function model is created for each type of resist or target film thickness.
請求項1に記載の基板処理装置において、
前記線幅、レジスト膜厚、又はオーバーレイを検査する検査装置を更に具備し、
前記搬送機構は、前記検査装置に対し基板の受け渡しが可能に設けられている
ことを特徴とする基板処理装置。
The substrate processing apparatus according to claim 1,
Further comprising an inspection device for inspecting the line width, resist film thickness, or overlay;
The substrate processing apparatus, wherein the transport mechanism is provided so that a substrate can be delivered to the inspection apparatus.
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