JP5276912B2

JP5276912B2 - 塗布処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び塗布処理装置

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Publication number: JP5276912B2
Application number: JP2008166740A
Authority: JP
Inventors: 智弘井関; 克憲一野; 康治 ▲タカヤナギ▼
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: JP2010010314A

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上に塗布液を塗布する塗布処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び塗布処理装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造プロセスにおけるフォトリソグラフィー工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上にレジスト液を塗布しレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、レジスト膜を所定のパターンに露光する露光処理、露光されたレジスト膜を現像する現像処理などが順次行われ、ウェハ上に所定のレジストパターンが形成されている。

上述したレジスト塗布処理では、回転中のウェハの表面上に塗布ノズルからレジスト液を供給し、遠心力によりウェハ上でレジスト液を拡散することよってウェハの表面にレジスト液を塗布する、いわゆるスピン塗布法が多く用いられている。

このスピン塗布法において、例えば塗布ノズルがウェハの中心からずれて位置した状態でレジスト液を供給すると、レジスト液がウェハ上を均一に拡散せず、レジスト液が局部的に薄く又は厚く塗布されるといった塗布不良（塗布斑）が生じることがある。そうすると、例えば露光処理における焦点がずれるなどの要因により、最終的にウェハ上に所望の寸法のレジストパターンが形成されなくなる。

そこで、ウェハ上にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成した後、レジスト膜に発生する塗布不良を検出し、この検出された塗布不良に基づいて、塗布ノズルのセンタリングを行うことが提案されている（特許文献１）。

特開２０００−２２３４０３号公報

しかしながら、上述のようにレジスト膜を形成した後に、そのレジスト膜の塗布不良を検出する場合、塗布不良が発生した場所と塗布ノズルとの相対位置関係を把握することができない。すなわち、ウェハの中心と塗布ノズルの距離（塗布ノズルの位置ずれ量）を把握することはできるが、ウェハに対する塗布ノズルの位置ずれの方向を把握することができない。それ故、この塗布ノズルの位置ずれの方向を把握するために、試行錯誤的に塗布ノズルの位置調整を行う必要があり、塗布ノズルを正確にセンタリングするのに時間がかかっていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板に塗布液を塗布する際に、塗布ノズルの水平方向の位置調整を短時間で行い、基板面内において塗布液を均一に塗布することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上に塗布液を塗布する方法であって、基板上を拡散する塗布液の比較画像が予め取得され、かつ前記比較画像と塗布ノズルの水平方向の位置との関係が予め求められ、基板上に塗布ノズルから塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させ、当該基板上を拡散する塗布液の画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得された画像と前記比較画像とを比較し、前記関係から、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整する位置調整工程と、を有し、以後、前記位置を調整された塗布ノズルから基板の中心に塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させることを特徴としている。

本発明によれば、基板上を拡散する塗布液の画像を取得するので、当該画像から、基板上を拡散中の塗布液の波紋の中心を把握することができる。この塗布液の波紋の中心は、塗布ノズルから供給される塗布液の位置と一致するので、基板に対する塗布ノズルの水平方向の位置を把握することができる。すなわち、取得された塗布液の画像から、基板の中心と塗布ノズルとの間の水平距離のみならず、基板の中心に対する塗布ノズルの方向も把握することができる。そして、このように塗布ノズルの水平方向の位置を把握した上で、塗布液の波紋の中心、すなわち塗布ノズルの位置が基板の中心と一致するように、塗布ノズルの位置を調整するので、従来のように試行錯誤的に塗布ノズルの位置調整を行う必要がなく、短時間で塗布ノズルの水平方向の位置を調整することができる。また、このように塗布ノズルの位置調整を行ってセンタリングすることで、塗布ノズルから基板の中心に塗布液を塗布することができ、基板面内において塗布液を均一に塗布することができる。

前記画像取得工程と前記位置調整工程は、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整するための検査用基板を用いて行われるようにしてもよい。

別な観点による本発明によれば、前記塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラムが提供される。

また別な観点による本発明によれば、前記プログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体が提供される。

さらに別な観点による本発明は、基板上に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、基板上に塗布液を供給する塗布ノズルと、基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、基板上の塗布液の画像を撮像する撮像部と、基板上を拡散する塗布液の比較画像が予め取得され、かつ前記比較画像と塗布ノズルの水平方向の位置との関係が予め求められ、基板上に前記塗布ノズルから塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させ、当該基板上を拡散する塗布液の画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得された画像と前記比較画像とを比較し、前記関係から、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整する位置調整工程と、を有し、以後、前記位置を調整された塗布ノズルから基板の中心に塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させるように、前記塗布ノズル、前記回転保持部及び前記撮像部を制御する制御部と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、塗布ノズルの水平方向の位置調整を短時間で行うことができ、基板面内において塗布液を均一に塗布することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる塗布処理装置１の構成の概略を示す縦断面図であり、図２は、塗布処理装置１の構成の概略を示す横断面図である。なお、本実施の形態の塗布液には、例えばレジスト液が用いられる。

塗布処理装置１は、図１に示すように内部を閉鎖可能な処理容器１０を有している。処理容器１０内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させる回転保持部としてのスピンチャック２０が設けられている。スピンチャック２０は、水平な上面を有し、当該上面には、例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により、ウェハＷをスピンチャック２０上に吸着保持できる。

スピンチャック２０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構２１を有し、そのチャック駆動機構２１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構２１には、シリンダなどの昇降駆動源が設けられており、スピンチャック２０は上下動可能になっている。

スピンチャック２０の周囲には、ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め、回収するカップ２２が設けられている。カップ２２の下面には、回収した液体を排出する排出管２３と、カップ２２内の雰囲気を排気する排気管２４が接続されている。

図２に示すようにカップ２２のＸ方向負方向（図２の下方向）側には、Ｙ方向（図２の左右方向）に沿って延伸するレール３０が設けられている。レール３０は、例えばカップ２２のＹ方向負方向（図２の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図２の右方向）側の外方まで形成されている。レール３０には、アーム３１が取り付けられている。

アーム３１には、図１及び図２に示すように塗布液を供給する塗布ノズル３２が支持されている。アーム３１は、図２に示すノズル駆動部３３により、レール３０上を移動自在である。これにより、塗布ノズル３２は、カップ２２のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部３４からカップ２２内のウェハＷの上方まで移動でき、さらに当該ウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。また、アーム３１は、ノズル駆動部３３によって昇降自在であり、塗布ノズル３２の高さを調整できる。

塗布ノズル３２には、図１に示すように、塗布液供給源３５に連通する供給管３６が接続されている。塗布液供給源３５内には、塗布液が貯留されている。供給管３６には、塗布液の流れを制御するバルブや流量調節部等を含む供給機器群３７が設けられている。

スピンチャック２０上に吸着保持されたウェハＷの斜め上方には、撮像部４０が設けられている。撮像部４０は、処理容器１０の天井部分に設けられている。撮像部４０には、例えば広角型のＣＣＤカメラが用いられ、ウェハＷ上を拡散する塗布液を撮像し、その画像を取得することができる。

上述のスピンチャック２０の回転動作と上下動作、ノズル駆動部３３による塗布ノズル３２の移動動作、供給機器群３７による塗布ノズル３２の塗布液の供給動作などの駆動系の動作や撮像部４０による撮像動作は、制御部５０により制御されている。制御部５０は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えたコンピュータにより構成され、例えばメモリに記憶されたプログラムを実行することによって、塗布処理装置１における塗布処理を実現できる。なお、塗布処理装置１における塗布処理を実現するための各種プログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどの記憶媒体Ｈに記憶されていたものであって、その記憶媒体Ｈから制御部５０にインストールされたものが用いられている。

制御部５０には、例えば図３に示すように、ウェハＷ上を拡散する塗布液の比較画像Ａ_１〜Ａ_４が予め取得されて記憶されている。これらの比較画像Ａ_１〜Ａ_４は、塗布ノズル３２がウェハＷの中心Ｃからずれて配置されている場合、すなわちウェハＷ上を拡散する塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心Ｃからずれている場合に、当該塗布液がウェハＷ上を拡散する様子を撮像した画像である。なお、図３中の点線は、ウェハＷ上を拡散中の塗布液の波紋を示している。比較画像Ａ_１は、塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心ＣからＸ方向負方向にずれた場合の塗布液の波紋の画像であり（図３（ａ））、比較画像Ａ_２は、塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心ＣからＸ方向正方向にずれた場合の塗布液の波紋の画像であり（図３（ｂ））、比較画像Ａ_３は、塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心ＣからＹ方向正方向にずれた場合の塗布液の波紋の画像であり（図３（ｃ））、比較画像Ａ_４は、塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心ＣからＹ方向負方向にずれた場合の塗布液の波紋の画像である（図３（ｄ））。このように塗布液の波紋の中心ＰがウェハＷの中心Ｃからずれている場合、図３に示すようにウェハＷ上を拡散する塗布液は、ウェハＷの同心円状に拡散しない。

また制御部５０には、比較画像Ａ_１〜Ａ_４と、それぞれの比較画像Ａ_１〜Ａ_４が取得された際の塗布ノズル３２の水平方向の位置との関係が予め求められて記憶されている。なお、本実施の形態においては、制御部５０に４枚の比較画像Ａ_１〜Ａ_４が記憶されている場合について説明したが、これに限定されず、その他の比較画像が記憶されていてもよい。

次に、以上のように構成された塗布処理装置１で行われる塗布処理プロセスについて、塗布処理の立ち上げ時に行われる、検査用ウェハＥを用いた検査処理と共に説明する。図４は、塗布処理装置１における塗布処理プロセスの主な工程を示すフローチャートである。

塗布処理装置１に搬入された検査用ウェハＥは、先ず、スピンチャック２０に吸着保持される。そして、検査用ウェハＥはスピンチャック２０により所定の回転数で回転される。続いて回転中の検査用ウェハＥに、図示しないノズルから塗布液の溶剤が供給され、検査用ウェハＥがプリウェットされる。

検査用ウェハＥのプリウェットが終了すると、アーム３１により待機部３４の塗布ノズル３２が検査用ウェハＥの上方まで移動する。このとき、例えば塗布ノズル３２は、図５に示すように検査用ウェハＥの中心Ｃからずれて配置される。本実施の形態においては、塗布ノズル３２は検査用ウェハＥの中心ＣからＸ方向正方向にずれて配置されている。そして、この塗布ノズル３２から所定の回転数で回転中の検査用ウェハＥ上に塗布液が供給され、検査用ウェハＥ上を塗布液が拡散する（図４の工程Ｓ１）。

塗布液が検査用ウェハＥ上を拡散している間、撮像部４０により、当該拡散中の塗布液が撮像され、例えば図６に示す画像が取得される（図４の工程Ｓ２）。取得された画像Ｂは、撮像部４０から制御部５０に出力される。なお、図６中の点線は、ウェハＷを拡散中の塗布液の波紋を示している。また、この画像Ｂが取得されると、検査用ウェハＥは、塗布処理装置１から搬出される。

制御部５０では、撮像部４０から出力された画像Ｂと、制御部５０に記憶された比較画像Ａ_１〜Ａ_４を比較する（図４の工程Ｓ３）。この比較において、比較画像Ａ_１〜Ａ_４のうち、画像Ｂの塗布液の波紋形状（波紋の中心Ｐの位置）と一致する比較画像が選択され、本実施の形態においては、例えば比較画像Ａ_２が選択される。そして、制御部５０に記憶された比較画像Ａ_２と塗布ノズル３２の水平方向の位置との関係から、塗布ノズル３２の水平方向の位置を把握する。すなわち、取得された塗布液の画像Ｂから、検査用ウェハＥの中心Ｃと塗布ノズル３２との間の水平距離のみならず、検査用ウェハＥの中心Ｃに対する塗布ノズル３２の方向も把握することができる。そして、この塗布ノズル３２の水平方向の位置に基づいて、塗布ノズル３２がウェハＷの中心Ｃの上方に配置されるように塗布ノズル３２の水平方向の位置の補正値を算出する。この算出結果は、制御部５０からノズル駆動部３３に出力され、塗布ノズル３２の水平方向の位置が調整される（図４の工程Ｓ４）。このようにして、塗布ノズル３２がセンタリングされる。なお、塗布ノズル３２の水平方向の位置の調整は、制御部５０による算出結果に基づいて手動で行ってもよい。

塗布ノズル３２の水平方向の位置が調整されると、以後、例えば製品用のウェハＷが塗布処理装置１に搬入される。搬入されたウェハＷは、スピンチャック２０に吸着保持される。そして、ウェハＷにプリウェットが行われた後、アーム３１により塗布ノズル３２がウェハＷの上方まで移動する。このとき、塗布ノズル３２は、図７に示すようにウェハＷの中心Ｃの上方に位置するようにセンタリングされている。そして、塗布ノズル３２から所定の回転数で回転中のウェハＷの中心に塗布液が供給され、図８に示すように塗布液がウェハＷの同心円状に拡散する（図４の工程Ｓ５）。こうして、塗布液がウェハＷ上に均一に塗布されて、一連の塗布処理が終了する。

以上の実施の形態によれば、検査用ウェハＥ上を拡散する塗布液の画像Ｂを取得するので、画像Ｂから検査用ウェハＥ上を拡散中の塗布液の波紋形状（波紋の中心Ｐの位置）を把握することができる。そして、この画像Ｂと比較画像Ａ_２を比較して、制御部５０に記憶された比較画像Ａ_２と塗布ノズル３２の水平方向の位置との関係から、塗布ノズル３２の水平方向の位置を把握することができる。このように塗布ノズル３２の水平方向の位置を把握した上で、塗布ノズル３２の水平方向の位置を調整するので、従来のように試行錯誤的に塗布ノズルの位置調整を行う必要がなく、短時間で塗布ノズル３２の水平方向の位置を自動調整することができる。また、このように塗布ノズル３２の水平方向の位置を調整して塗布ノズル３２をセンタリングすることで、以後、塗布ノズル３２からウェハＷの中心Ｃに塗布液を塗布することができ、ウェハ面内において塗布液を均一に塗布することができる。

以上の実施の形態では、制御部５０に、比較画像Ａ _１〜Ａ _４が記憶されていたが、かかる比較画像がない場合でも、塗布ノズル３２の水平方向の位置調整を行うことができる。例えば上述の図４の工程Ｓ２に示したように、検査用ウェハＥ上を拡散する塗布液の画像Ｂを取得すると、取得された画像Ｂから、塗布液の波紋の中心Ｐの位置を把握することができる。この塗布液の波紋の中心Ｐの位置は、塗布ノズル３２から供給される塗布液の位置であり、塗布ノズル３２の位置とほぼ一致する。そうすると、画像Ｂから塗布ノズル３２の水平方向の位置を把握することができる。そして、このように塗布ノズル３２の水平方向の位置を把握した上で、塗布液の波紋の中心Ｐ、すなわち塗布ノズル３２の水平方向の位置がウェハＷの中心Ｃと一致するように、塗布ノズル３２の水平方向の位置調整を行う。かかる場合においても、従来のように試行錯誤的に塗布ノズルの位置調整を行う必要がなく、短時間で塗布ノズル３２の水平方向の位置を調整することができる。

以上の実施の形態では、塗布処理の立ち上げ時に、検査用ウェハＥを用いて塗布ノズル３２の水平方向の位置を調整していたが、以後、ウェハＷを用いて定期的に塗布ノズル３２の水平方向の位置を調整してもよい。この場合の塗布ノズル３２の位置調整は、上記実施の形態において検査用ウェハＥを用いて行った位置調整と同様の方法で行われるので、説明を省略する。かかる場合、例えば塗布処理装置１を長期的に使用して塗布ノズル３２の水平方向の位置がウェハＷの中心Ｃからずれてきた場合でも、塗布ノズル３２の位置調整を定期的に行うので、塗布ノズル３２を確実にセンタリングすることができる。そうすると、複数のウェハＷに対して塗布液を均一に塗布することができるので、最終的にウェハ製品の歩留まりを向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば上述した実施の形態では、塗布液としてレジスト液を例にとって説明したが、本発明は、下部反射防止膜（ＢＡＲＣ：ＢｏｔｔｏｍＡｎｔｉ−ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）や上部反射防止膜（ＴＡＲＣ：ＴｏｐＡｎｔｉ−ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＣｏａｔｉｎｇ）など、種々の塗布液にも適用できる。また、上述した実施の形態では、ウェハに塗布処理を行う例であったが、本発明は、基板がウェハ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの他の基板の塗布処理にも適用することができる。

本発明は、例えば半導体ウェハ等の基板上に塗布液を塗布する際に有用である。

本実施の形態にかかる塗布処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。塗布処理装置の構成の概略を示す横断面図である。ウェハ上を拡散する塗布液の画像であり、（ａ）は塗布液の波紋の中心が中心からＸ方向負方向にずれた場合の塗布液の画像を示し、（ｂ）は塗布液の波紋の中心が中心からＸ方向正方向にずれた場合の塗布液の画像を示し、（ｃ）は塗布液の波紋の中心が中心からＹ方向正方向にずれた場合の塗布液の画像を示し、（ｄ）は塗布液の波紋の中心が中心からＹ方向負方向にずれた場合の塗布液の画像を示している。塗布処理プロセスの主な工程を示すフローチャートである。塗布ノズルがウェハの中心からずれて配置された様子を示す説明図である。撮像部により取得された塗布液の画像を示す説明図である。センタリング後の塗布ノズルの配置を示す説明図である。センタリング後の塗布ノズルから供給された塗布液が拡散する様子を示す説明図である。

符号の説明

１塗布処理装置
２０スピンチャック
３２塗布ノズル
４０撮像部
５０制御部
Ａ_１〜Ａ_４比較画像
Ｂ画像
Ｃウェハの中心
Ｅ検査用ウェハ
Ｐ波紋の中心
Ｗウェハ

Claims

基板上に塗布液を塗布する方法であって、
基板上を拡散する塗布液の比較画像が予め取得され、かつ前記比較画像と塗布ノズルの水平方向の位置との関係が予め求められ、
基板上に塗布ノズルから塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させ、当該基板上を拡散する塗布液の画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程で取得された画像と前記比較画像とを比較し、前記関係から、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整する位置調整工程と、を有し、
以後、前記位置を調整された塗布ノズルから基板の中心に塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させることを特徴とする、塗布処理方法。
前記画像取得工程と前記位置調整工程は、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整するための検査用基板を用いて行われることを特徴とする、請求項１に記載の塗布処理方法。
請求項１又は２の塗布処理方法を塗布処理装置によって実行させるために、当該塗布処理装置を制御する制御部のコンピュータ上で動作するプログラム。
請求項３に記載のプログラムを格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体。
基板上に塗布液を塗布する塗布処理装置であって、
基板上に塗布液を供給する塗布ノズルと、
基板を保持して基板を所定の速度で回転させる回転保持部と、
基板上の塗布液の画像を撮像する撮像部と、
基板上を拡散する塗布液の比較画像が予め取得され、かつ前記比較画像と塗布ノズルの水平方向の位置との関係が予め求められ、基板上に前記塗布ノズルから塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させ、当該基板上を拡散する塗布液の画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得された画像と前記比較画像とを比較し、前記関係から、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整する位置調整工程と、を有し、以後、前記位置を調整された塗布ノズルから基板の中心に塗布液を供給し、基板を回転させながら、基板上に塗布液を拡散させるように、前記塗布ノズル、前記回転保持部及び前記撮像部を制御する制御部と、を有することを特徴とする、塗布処理装置。
前記画像取得工程と前記位置調整工程は、前記塗布ノズルの水平方向の位置を調整するための検査用基板を用いて行われることを特徴とする、請求項５に記載の塗布処理装置。