JP6540430B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、パターン露光前の半導体ウエハである基板に対して行う処理を含む基板処理方法及び基板処理装置に関する。
半導体装置は多層配線構造を有している。その多層配線構造を形成するために、半導体装置の製造過程においては、配線を形成するためのマスクパターンであるレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程が、基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）に複数回行われる。各フォトリソグラフィ工程間では、ウエハの同じ領域にショットが行われるように露光処理がなされる。上記の半導体装置の配線の微細化が進められていることにより、先のフォトリソグラフィ工程でショットが行われる領域と、後のフォトリソグラフィ工程でショットが行われる領域との位置合わせの精度、つまりオーバーレイ（重ね合わせ）の精度を高くすることが求められている。
ところで、ウエハは露光処理時には露光機に設けられるステージに載置され、ステージに設けられる吸引口によって当該ステージの表面に向けて吸引され、ステージ上における当該ウエハの位置が固定された状態で露光ショットが行われる。しかし、露光機に搬送されるウエハは平坦では無く、歪みが生じている場合が有る。そのようなウエハがステージに載置されると、歪んだ状態のまま当該ステージに吸着されて露光ショットが行われる場合が有る。その場合、本来のショットが行われる領域からずれた領域にショットが行われることになる。従って、上記のオーバーレイの精度を高くすることについては限界があった。特許文献１にはスキャトロメータを用いてオーバーレイについてのエラーを検出し、それによって露光を行うためのスキャナの動作を制御することについて記載されているが、上記のウエハをステージに載置するときの問題については着眼されておらず、当該問題を解決できるものでは無い。
特開２０１１−１７１７３２号公報
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、パターン露光時において、基板が露光される位置が正常な位置からずれてしまうことを防ぐことができる技術を提供することである。
本発明の基板処理方法は、パターン露光前の半導体ウエハである基板の裏面を研磨して当該裏面を粗面化処理する粗面化処理工程を備え、
当該パターン露光前の前記基板については研磨後の裏面に対して粗さ緩和用の処理が行われず、
前記粗面化処理工程は、
前記基板の裏面が下方を向いた姿勢で当該基板に対して研磨体を相対的に移動させ、前記基板の裏面において前記パターン露光時に研磨済みの領域となる研磨対象領域を研磨する工程と、
前記研磨対象領域の研磨の開始から当該研磨対象領域の研磨を終えるまでの間、前記研磨対象領域の下方に重ならないように当該基板の周縁部に沿って配置される基板保持部によって前記基板の周縁部を保持し続ける基板保持工程と、
を備え、
前記研磨対象領域を研磨する工程は、基板の裏面に各々基板の中心からの半径が異なる位置において共通の前記研磨体により、周方向に溝を形成する工程を含むことを特徴とする。
本発明の基板処理装置は、半導体ウエハである基板に対してレジスト膜を形成し、パターン露光後の基板を現像する基板処理装置において、
前記パターン露光前の基板の裏面を粗面化処理するために当該裏面を研磨する研磨体と、前記基板の裏面において前記パターン露光時に研磨済みの領域となる研磨対象領域が研磨され、且つ基板の裏面に各々基板の中心からの半径が異なる位置において共通の前記研磨体により周方向に溝が形成されるように前記基板に対して当該研磨体を相対的に移動させる移動機構と、
を含む研磨処理部と、
前記基板を、前記研磨処理部によって研磨後の裏面が粗面化された状態のままで、前記研磨処理部からパターン露光を行う露光部へ搬送する基板搬送機構と、
前記研磨対象領域の研磨の開始から当該研磨対象領域の研磨を終えるまでの間、前記基板の周縁部を保持し続けるために、前記研磨対象領域の下方に重ならないように当該基板の周縁部に沿って配置される基板保持部と、
を備えることを特徴とする。
本発明によれば半導体ウエハである基板の裏面を研磨して粗面化処理することで、露光時に当該基板を吸着して載置するステージに対する接触面積が減少する。それによって、吸着された基板の裏面がステージ上を滑ることが可能になり、基板がステージの表面に沿って矯正され、当該ステージ上での基板の歪みが解消される。従って、基板が露光される位置について、正常な位置からのずれを抑えることができる。それによって、露光のオーバーレイの改善を図ることができる。
前記塗布、現像装置の詳細な平面図である。 前記塗布、現像装置の斜視図である。 前記塗布、現像装置の概略縦断側面図である。 前記露光機に含まれるステージの縦断側面図である。 前記露光機のステージの平面図である。 前記塗布、現像装置に設けられる粗面化処理モジュールの構成を示す斜視図である。 前記粗面化処理モジュールの縦断側面図である。 前記粗面化処理モジュールに設けられる砥石の移動を説明する説明図である。 粗面化処理モジュールの動作の説明図である。 粗面化処理モジュールの動作の説明図である。 前記粗面化処理モジュールによってウエハの裏面に形成される溝の概略図である。 前記溝が形成されたウエハが前記露光機のステージに載置される様子を示す説明図である。 前記溝が形成されたウエハが前記露光機のステージに載置される様子を示す説明図である。 前記溝が形成されたウエハが前記露光機のステージに載置される様子を示す説明図である。 前記溝が形成されていないウエハが前記露光機のステージに載置される様子を示す説明図である。 ウエハにおいて動摩擦係数を測定する領域の一例を示す平面図である 他の構成の粗面化処理モジュールを示す斜視図である。 前記粗面化処理モジュールの動作を示す説明図である。 前記粗面化処理モジュールの動作示す説明図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 シミュレーションの結果を示す説明図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験の結果を示すグラフ図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。 評価試験により得られた画像を示す説明図である。
図１〜図３を用いて、本発明の基板処理方法を実施する塗布、現像装置１と露光機Ｄ４からなる基板処理システムについて説明する。図１、図２、図３は夫々当該塗布、現像装置１の平面図、斜視図、概略縦断側面図である。この塗布、現像装置１は、キャリアブロックＤ１と、処理ブロックＤ２と、インターフェイスブロックＤ３と、を直線状に接続して構成されている。インターフェイスブロックＤ３に、露光機Ｄ４が接続されている。以降の説明ではブロックＤ１〜Ｄ３の配列方向を前後方向とする。キャリアブロックＤ１には、塗布、現像装置１の外部から円形の基板であるウエハＷを格納するキャリアＣが搬送され、当該キャリアブロックＤ１は、キャリアＣの載置台１１と、開閉部１２と、開閉部１２を介してキャリアＣからウエハＷを搬送するための移載機構１３とを備えている。
処理ブロックＤ２は、ウエハＷに液処理を行う第１〜第６の単位ブロックＥ１〜Ｅ６が下から順に積層されて構成されている。説明の便宜上ウエハＷに下層側の反射防止膜を形成する処理を「ＢＣＴ」、ウエハＷにレジスト膜を形成する処理を「ＣＯＴ」、露光後のウエハＷにレジストパターンを形成するための処理を「ＤＥＶ」と夫々表現する場合がある。この例では、図２に示すように下からＢＣＴ層、ＣＯＴ層、ＤＥＶ層が２層ずつ積み上げられている。同じ単位ブロックにおいて、互いに並行してウエハＷの搬送及び処理が行われる。
ここでは単位ブロックのうち代表して第３の単位ブロックＥ３を、図１を参照しながら説明する。キャリアブロックＤ１からインターフェイスブロックＤ３へ向かう搬送領域１４の左右の一方側には棚ユニットＵが前後方向に複数配置され、他方側にはレジスト膜形成モジュール１５が２つ前後方向に並べて設けられている。レジスト膜形成モジュール１５は、薬液としてレジストをウエハＷの表面に供給して、レジスト膜を形成する。棚ユニットＵは、多数の加熱モジュール１６を備えている。上記の搬送領域１４には、ウエハＷの搬送機構である搬送アームＦ３が設けられている。
単位ブロックＥ１、Ｅ２、Ｅ５、Ｅ６について、単位ブロックＥ３、Ｅ４との差異点を説明すると、単位ブロックＥ１、Ｅ２は、レジスト膜形成モジュール１５の代わりに反射防止膜形成モジュールを備えている。反射防止膜形成モジュールでは、反射防止膜を形成するための薬液がウエハＷに供給される。単位ブロックＥ５、Ｅ６は、レジスト膜形成モジュール１５の代わりに現像モジュールを備えている。現像モジュールは薬液として現像液をウエハＷの表面に供給して、露光機Ｄ４にて所定のパターンに沿って露光されたレジスト膜を現像して、レジストパターンを形成する。このような差違を除いて、単位ブロックＥ１〜Ｅ６は互いに同様に構成されている。図３では各単位ブロックＥ１〜Ｅ６の搬送アームについて、Ｆ１〜Ｆ６として示している。
処理ブロックＤ２におけるキャリアブロックＤ１側には、各単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＧ１と、タワーＧ１に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な搬送機構である受け渡しアーム１７とが設けられている。タワーＧ１は互いに積層された複数のモジュールにより構成されており、単位ブロックＥ１〜Ｅ６の各高さに設けられるモジュールは、当該単位ブロックＥ１〜Ｅ６の各搬送アームＦ１〜Ｆ６との間でウエハＷを受け渡すことができる。これらのモジュールとしては、各単位ブロックの高さ位置に設けられた受け渡しモジュールＴＲＳ、ウエハＷの温度調整を行う温調モジュールＣＰＬ、複数枚のウエハＷを一時的に保管するバッファモジュール、及びウエハＷの表面を疎水化する疎水化処理モジュールなどが含まれている。説明を簡素化するために、前記疎水化処理モジュール、温調モジュール、前記バッファモジュールについての図示は省略している。
インターフェイスブロックＤ３は、単位ブロックＥ１〜Ｅ６に跨って上下に伸びるタワーＧ２、Ｇ３、Ｇ４と、各タワーＧ２〜Ｇ４に対してウエハＷを搬送する搬送機構であるインターフェイスアーム２１〜２３と、を備えている。インターフェイスアーム２１は、タワーＧ２とタワーＧ３に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な搬送機構であり、インターフェイスアーム２２は、タワーＧ２とタワーＧ４に対してウエハＷの受け渡しを行うための昇降自在な搬送機構である。インターフェイスアーム２３は、タワーＧ２と露光機Ｄ４との間でウエハＷの受け渡しを行うための搬送機構である。
タワーＧ２は、受け渡しモジュールＴＲＳ、露光処理前の複数枚のウエハＷを格納して滞留させるバッファモジュール、露光処理後の複数枚のウエハＷを格納するバッファモジュール、及びウエハＷの温度調整を行う温調モジュールなどが互いに積層されて構成されているが、ここではバッファモジュール及び温調モジュールの図示は省略する。タワーＧ３は、後述する粗面化処理モジュール４を備えている。タワーＧ４にもモジュールが設けられているが、ここでは説明を省略する。
続いて、露光機Ｄ４について説明する。露光機Ｄ４は円形のステージ３１を備えており、図４、図５は、夫々当該ステージ３１の縦断側面図、平面図である。図５に示すように、ウエハＷは、当該ウエハＷの中心がステージ３１の中心に一致するように、ステージ３１に載置される。ステージ３１の表面には、当該ステージ３１の表面の中心を中心とする同心円に沿って多数のピン３２が、互いに間隔をおいて配置されている。突起部であるピン３２の上端は、水平な平坦面として構成されており、この平坦面にウエハＷの裏面が支持される。つまり、ウエハＷの裏面はステージ３１の表面から浮くように支持される。
ステージ３１の表面においては、ピン３２と重ならない位置に多数の吸引口３４が互いに分散して開口しており、各吸引口３４は図示しない排気源に接続されている。この吸引口３４は、鉛直下方にウエハＷの裏面を吸引し、ステージ３１におけるウエハＷの位置を固定する役割を有する。図を見やすくするために、図５では吸引口３４をグレースケールで表示している。図中３５で示す３つの孔（図４では２つのみ表示）には夫々昇降ピン３６が設けられ、図４中３７は、昇降ピン３６を昇降させる昇降機構である。昇降ピン３６が昇降することにより、インターフェイスアーム２３とピン３２との間で、ウエハＷの受け渡しが行われる。
続いて、研磨処理部である粗面化処理モジュール４について図６、図７の斜視図、縦断側面図を夫々参照しながら説明する。この粗面化処理モジュール４は、詳しくは後に説明するように露光機Ｄ４のステージ３１へウエハＷを正常に載置するために、露光機Ｄ４に搬入前のウエハＷの裏面を研磨して粗面化処理するモジュールである。この研磨による粗面化処理とは、より具体的には算術平均粗さＲａを大きくする処理であり、さらに詳しくはウエハＷの裏面における凹凸を密に形成する処理である。
図中４１はウエハＷの側周を囲む縦長の水平なリング部材であり、リング部材４１の内側面には、周方向に間隔をおいて複数の周端保持部４２が設けられている。周端保持部４２は、リング部材４１に囲まれるウエハＷの外周端を中心部へ向けて各々押圧して保持することで、当該ウエハＷを水平に支持する。また、この周端保持部４２は図示しない駆動機構に接続され、リング部材４１の周に沿って移動することで、支持したウエハＷを中心周りに回転させることができる。
図中４３は砥石である研磨体であり、図８ではその平面を示している。研磨体４３は、例えば平面視周方向に８つに分割された水平なリング状に形成されている。図８中にＬ１で示す研磨体４３のリングの外形の幅は、例えば３０ｍｍであり、Ｌ２で示す研磨体４３のリングの径方向の幅は、例えば５ｍｍである。研磨体４３は例えばダイヤモンドにより構成されており、粒度は例えば８０００度以上である。図中Ｑ１は研磨体４３の中心であり、上記のリング部材４１に支持されたウエハＷの直径上に位置している。
また、図６、図７に示すように研磨体４３は垂直な支柱４４Ａの上端に支持され、支柱４４Ａの下端は、水平方向に延びるアーム４４Ｂの一端に接続されている。アーム４４Ｂの他端は移動機構４４に接続されている。当該移動機構４４によって研磨体４３は、ウエハＷの裏面側を昇降自在、且つウエハＷの径に沿って水平方向に移動自在に構成されている。図中４６は純水供給ノズルであり、ウエハＷの裏面に純水を供給する。図中４７Ａは垂直な支柱であり、純水供給ノズル４６は支柱４７Ａの上端に支持される。図中４７Ｂは支柱４７Ａの下端が接続されるアームである。アーム４７Ｂは図示しない移動機構に接続されており、当該移動機構によって純水が供給される位置がウエハＷの裏面の直径に沿って移動するように、純水供給ノズル４６が移動する。図中４８は、昇降機構４９によって昇降し、リング部材４１とインターフェイスアーム２１との間でウエハＷを受け渡す昇降ピンであり、処理中における研磨体４３の移動及び純水供給ノズル４６の移動を妨げないように配置されている。
この粗面化処理モジュール４で行われる処理について、図８〜図１０を参照しながら説明しておく。図８は処理中に回転するウエハＷを示しており、ウエハＷの中心Ｐから見て、研磨体４３の移動方向に沿った直径の一端側を＋、他端側を−として表している。さらに図８では、後述の各ステップＳ１〜Ｓ６の開始時における研磨体４３の位置をＴ１〜Ｔ６、ステップＳ６の終了時における研磨体４３の位置をＴ７として示している。図９、図１０では、粗面化処理モジュール４の各部の動作を示している。
先ず、リング部材４１によって２．０×Ａ（Ａは０より大きい任意の数値）ｒｐｍでウエハＷが回転し、研磨体４３がウエハＷの下方の所定の位置から上昇して、図８中Ｔ１で示す位置（図９に実線で示す位置）にてウエハＷの裏面に例えば１Ｎの力で押し付けられると共に、＋方向へ向けて移動（スキャン）を開始する（ステップＳ１）。上記のＡの一例としては１５であり、その場合はこのステップＳ１のウエハＷの回転数は３０ｒｐｍである。また、上記の位置Ｔ１において、研磨体４３の中心Ｑ１は、ウエハＷの中心Ｐから−方向に１５．０ｍｍずれている。また、研磨体４３の＋方向への移動速度は、例えば６ｍｍ／秒である。
このように研磨体４３が回転するウエハＷの裏面に接触すると共に当該ウエハＷに対して移動することで、当該ウエハＷの裏面が研磨されて微小な無数の溝１０が形成され、当該溝１０はアルキメデス螺旋を描くように延びる。研磨体４３の移動が続けられて、当該研磨体４３の中心Ｑ１がウエハＷの中心Ｐを通過してウエハＷの周縁部へと向かう。そして研磨体４３が図８中の位置Ｔ２に移動すると、ウエハＷの回転数が上昇し、２．２×Ａｒｐｍとなる（ステップＳ２）。当該位置Ｔ２において、研磨体４３の中心Ｑ１はウエハＷの中心Ｐから＋方向に１１．０ｍｍ離れている。
そして、研磨体４３が移動を続けて図８中の位置Ｔ３に移動すると、ウエハＷの回転数が低下して１．９×Ａｒｐｍとなり（ステップＳ３）、位置Ｔ４に移動すると、ウエハＷの回転数が１．５×Ａｒｐｍとなり（ステップＳ４）、位置Ｔ５に移動すると、ウエハＷの回転数が１．３×Ａｒｐｍとなり（ステップＳ５）、図８中の位置Ｔ６に移動すると、ウエハＷの回転数がＡｒｐｍとなる（ステップＳ６）。その後、研磨体４３がさらに移動を続けてウエハＷの周縁部における位置Ｔ７（図９中に鎖線で示す位置）に至り、ウエハＷの裏面全体に溝１０が形成されると、研磨体４３が下降してウエハＷから離れ、溝１０の形成が終了する。位置Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７において、研磨体４３の中心Ｑ１は、ウエハＷの中心Ｐから＋方向に、夫々３４．５ｍｍ、６０．０ｍｍ、８４．５ｍｍ、１０９．０ｍｍ。１３３．５ｍｍ離れている。
図１１は上記のステップＳ１〜Ｓ６によって、ウエハＷの裏面に形成される溝１０を概略的に示したものである。図１１では、溝１０を２本しか示していないが、実際には無数の溝１０がアルキメデスの螺旋状に形成される。つまり、各溝１０は、ウエハＷの中心からの半径が互いに異なる位置に、ウエハＷの周方向に形成される。なお、図１１では１つの溝１０について、ウエハＷの径方向に見たときの間隔を等間隔であるように示しているが、上記のように研磨処理中にウエハＷの回転数を変化させているため、実際には径方向に見たときの間隔は、当該径方向における位置によって異なる。
このように研磨による粗面化処理が行われた後、ウエハＷが所定の回転数で回転すると共に、図１０に示すように純水供給ノズル４６から純水ＬがウエハＷに吐出され、洗浄処理が開始される。純水Ｌの供給位置がウエハＷの裏面中心部から裏面周縁部へと移動するように純水供給ノズル４６が移動し、ウエハＷの裏面全体に純水が供給され、研磨によって発生した削り屑が当該ウエハＷの裏面から除去される。然る後、純水の供給が停止して洗浄処理が終了することによって、この粗面化処理モジュール４における処理が終了する。
ところで、上記のように各ステップＳにおいて、研磨体４３がウエハＷの中心寄りに位置するほど、ウエハＷの回転数を大きくしている。これは、仮に各ステップＳでウエハＷの回転数が一定の場合、ウエハＷの中心に近いほど研磨体４３に作用するウエハＷの回転の遠心力の作用が小さいため、溝１０が形成され難い。つまりウエハＷの中心部では裏面が荒らされ難い。そこで、上述の研磨処理では、上記のようにウエハＷの回転数を制御することで、ウエハＷの裏面各部で研磨体４３に対して作用するウエハＷの遠心力を揃え、ウエハＷの裏面全体が均一性高く荒れるようにしている。このように裏面全体で粗さを揃える理由は後述する。
上記のように研磨処理及び洗浄処理が行われたウエハＷは、上記の露光機Ｄ４のステージ３１に搬送される。研磨処理によって溝１０が形成されてから、露光機Ｄ４に搬送されるまでに、ウエハＷの裏面に対しては、粗さ緩和用の処理は行われない。粗さ緩和用の処理とは、具体的には例えばフッ酸などのウエハＷの裏面を溶解させる薬液を供給することで当該裏面を平坦化する処理が挙げられる。つまり、ステージ３１には溝１０が形成された状態のウエハＷが搬送される。このウエハＷがステージ３１に載置される様子を、図１２〜図１４を参照しながら説明する。図１２〜図１４では、ウエハＷは水平な板ではなく、歪みがあるように示している。また、図１３中の点線の矢印の先には、拡大したピン３２とウエハＷとを示している。
インターフェイスアーム２３によって露光機Ｄ４のステージ３１上に搬送されたウエハＷが、上昇した昇降ピン３６に受け渡された後、昇降ピン３６が下降する（図１２）。この昇降ピン３６の下降時には、吸引口３４から吸引が行われている。そして、ウエハＷの裏面の各部がピン３２に載置され、吸引口３４からの吸引によってウエハＷの裏面はステージ３１に向けて吸引される（図１３）。このときウエハＷに溝１０が形成されていることで、各ピン３２の上面とウエハＷの裏面との接触面積が比較的小さい。そのため、ウエハＷの裏面とピン３２の上面との間に働く摩擦力は小さいので、吸引されるウエハＷの裏面はピン３２の上面に対して滑ることができる。その結果として、ウエハＷは引き延ばされるように矯正され、平坦な状態になるように歪みが解消されてピン３２上に載置される（図１４）。このようにステージ３１に載置されたウエハＷに露光ショットが行われる。
比較のために、溝１０が形成されていないウエハ（Ｗ１とする）が、ステージ３１に載置される様子を説明する。ウエハＷ１は、ウエハＷと同様に歪んだ状態でステージ３１上に搬送されるものとする。先ず、ウエハＷ１がインターフェイスアーム２３から上昇した昇降ピン３６に受け渡され、当該昇降ピン３６が下降して、ウエハＷ１の裏面がピン３２に載置される。しかし、溝１０が形成されていないため、ウエハＷの裏面とピン３２の上面との接触面積が比較的大きいので、ウエハＷの裏面とピン３２の上面との間に働く摩擦力が大きい。従って、ウエハＷの裏面はピン３２上を滑ることができない（図１５）。従って、ウエハＷ１はピン３２上で整形されずに、図１５で示すような歪んだ状態のままで露光ショットを受ける結果として、ショットが行われる位置が正常な位置からずれてしまう。以上に説明したように、ウエハＷの裏面に溝１０を形成することによって、露光時にステージ３１に載置されるウエハＷの載置状態を正常な水平状態とし、それによって正常な位置に露光ショットを行うことができる。
ところで図４及び図５で説明したように、ピン３２はステージ３１上に同心円に沿って多数配置されている。そして、各ピン３２間においてウエハＷの裏面に対する摩擦の均一性が高いと、ピン３２へのウエハＷの載置時にウエハＷの裏面の各部の移動性のばらつきが抑えられ、ウエハＷの歪みが解消されやすい。そのため、粗面化処理モジュール４では上記のように溝１０をウエハＷの中心からの半径が異なる位置において周方向に形成し、各ピン３２に対するウエハＷの裏面の摩擦の均一性が高くなるようにしている。さらに、この各ピン３２上でのウエハＷの裏面の摩擦の偏りを抑えることを目的として、図８で説明したように研磨体４３の位置に応じてウエハＷの回転数を変化させることで、ウエハＷの裏面の各位置で粗さを揃え、ウエハＷの裏面に対する接触面積が各ピン３２間で揃うようにしている。
各ピン３２上で上記のようにウエハＷの歪みが解消できるようにするために、ウエハＷの裏面において、研磨された複数の領域から夫々得られたピン３２に対する動摩擦係数の平均値は、可能な限り低いことが好ましい。この研磨された複数の領域については、ピン３２が同心円状に配置されることから、例えば図１６中にＶ１〜Ｖ８で示した、ウエハＷの中心を中心とする同心円に沿って配置されると共に互いに離れた領域として設定してもよいし、例えば無作為に選ばれた所定の大きさの複数の領域であってもよい。
図１に戻って、塗布、現像装置１に設けられる制御部１００について説明する。制御部１００は例えばコンピュータからなり、不図示のプログラム格納部を有している。このプログラム格納部には、塗布、現像装置１の各モジュールでのウエハＷの処理及びウエハＷの搬送機構による各モジュール間におけるウエハＷの搬送が行えるように命令（ステップ群）が組まれたプログラムが格納されている。そして、当該プログラムによって制御部１００から塗布、現像装置１の各部に制御信号が出力されることで、当該塗布、現像装置１の各部の動作が制御される。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスクまたはメモリーカードなどの記憶媒体に収納された状態でプログラム格納部に格納される。
この塗布、現像装置１及び露光機Ｄ４からなるシステムにおけるウエハＷの搬送経路及び処理について説明する。ウエハＷは、キャリアＣから移載機構１３により、処理ブロックＤ２におけるタワーＧ１の受け渡しモジュールＴＲＳ０に搬送される。この受け渡しモジュールＴＲＳ０からウエハＷは、単位ブロックＥ１、Ｅ２に振り分けられて搬送される。例えばウエハＷを単位ブロックＥ１に受け渡す場合には、タワーＧ１の受け渡しモジュールＴＲＳのうち、単位ブロックＥ１に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ１（搬送アームＦ１によりウエハＷの受け渡しが可能な受け渡しモジュール）に対して、前記ＴＲＳ０からウエハＷが受け渡される。またウエハＷを単位ブロックＥ２に受け渡す場合には、タワーＧ１の受け渡しモジュールＴＲＳのうち、単位ブロックＥ２に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ２に対して、前記ＴＲＳ０からウエハＷが受け渡される。これらのウエハＷの受け渡しは、受け渡しアーム１７により行われる。
このように振り分けられたウエハＷは、ＴＲＳ１（ＴＲＳ２）→反射防止膜形成モジュール→加熱モジュール→ＴＲＳ１（ＴＲＳ２）の順に搬送され、続いて受け渡しアーム１７により単位ブロックＥ３に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ３と、単位ブロックＥ４に対応する受け渡しモジュールＴＲＳ４とに振り分けられる。
このようにＴＲＳ３、ＴＲＳ４に振り分けられたウエハＷは、ＴＲＳ３（ＴＲＳ４）→レジスト膜形成モジュール１５→加熱モジュール１６→タワーＧ２の受け渡しモジュールＴＲＳ３１（ＴＲＳ４１）の順で搬送される。然る後、このウエハＷは、インターフェイスアーム２１によりタワーＧ３の粗面化処理モジュール４へ搬送され、図８，図９で説明したように研磨処理が行われて溝１０が形成された後、図１０で説明したように洗浄処理が行われる。洗浄処理後、ウエハＷは、インターフェイスアーム２１、２３により露光機Ｄ４へ搬入される。つまり、ウエハＷは研磨処理後に裏面の粗さ緩和用の処理を受けずに露光機Ｄ４へ搬送され、図１２〜図１４で説明したようにステージ３１に載置された後、露光ショットが行われる。つまり、ウエハＷの表面に形成されたレジスト膜が所定のパターンに沿って露光される。
露光後のウエハＷは、インターフェイスアーム２２、２３によりタワーＧ２、Ｇ４間を搬送されて、単位ブロックＥ５、Ｅ６に対応するタワーＧ２の受け渡しモジュールＴＲＳ５１、ＴＲＳ６１に夫々搬送される。然る後、ウエハＷは加熱モジュール１６→現像モジュールの順で搬送され、露光機Ｄ４で露光されたパターンに沿ってレジスト膜が溶解し、ウエハＷにレジストパターンが形成される。然る後、ウエハＷは、タワーＧ１の受け渡しモジュールＴＲＳ５（ＴＲＳ６）に搬送された後、移載機構１３を介してキャリアＣに戻される。
この塗布、現像装置１によれば、粗面化処理モジュール４によって露光機Ｄ４に搬入する前のウエハＷの裏面が粗面化処理され、当該裏面の粗さ緩和用の処理を行わずに当該ウエハＷを露光機Ｄ４に搬入している。それによって、露光機Ｄ４のステージ３１のピン３２の上面とウエハＷの裏面との間の摩擦が低減され、歪みが抑えられるようにウエハＷをステージ３１上に載置することができる。そのために露光ショットが行われる位置について、正常な位置からのずれを抑えることができる。従って、露光のオーバーレイの改善を図ることができる。
粗面化処理モジュール４を設ける位置としてはインターフェイスブロックＤ３に限られず、例えば処理ブロックＤ２において、複数の反射防止膜形成モジュールのうちの一つの代り、あるいは複数のレジスト膜形成モジュール１５のうちの一つの代わりに設けてもよい。また、塗布、現像装置１の外部に粗面化処理モジュール４を設け、溝１０が形成されたウエハＷがキャリアＣによって、塗布、現像装置１に搬送されるようにしてもよい。
上記の粗面化処理モジュール４による処理では、研磨体４３の移動速度を一定にしているが、研磨体４３の位置に応じて、当該研磨体４３の移動速度を変化させてもよい。例えば、上記のようにウエハＷの中心部側では周縁部側に比べて遠心力が弱いためにウエハＷを荒らし難いことから、研磨体４３が周縁部側に位置するときには当該研磨体４３を第１の速度で移動させ、研磨体４３が中心部側に位置するときには研磨体４３がウエハＷに比較的長い時間接して荒らすことができるように、当該研磨体４３を第１の速度よりも小さい第２の速度で移動させるようにしてもよい。また、研磨処理中のウエハＷの回転数は、研磨体４３のウエハＷの径方向の位置に関わらず一定としてもよい。さらに、研磨体４３をウエハＷの周縁部側から中心部側へと移動させて、ウエハＷの裏面全体に溝１０を形成してもよい。
上記の例では螺旋状の溝１０を形成しているが、形成する溝としては同心円状であってもよい。具体的には例えば、研磨体４３の位置を固定した状態でウエハＷを回転させて研磨を行った後、研磨体４３を下降させて研磨体４３をウエハＷから離し、当該研磨体４３の位置をウエハＷの径方向にずらす。その後、研磨体４３を上昇させてウエハＷに接触させて、再度、研磨体４３の位置を固定した状態でウエハＷを回転させて研磨を行う。このようなウエハＷの回転と研磨体４３の移動とを繰り返すことで、同心円状に溝を形成することができる。ただし、後述の評価試験で示すように研磨体４３の位置を固定した状態でウエハＷを回転させて研磨を行うと、研磨された領域内においてウエハＷの径方向に沿って粗さにばらつきが生じることから、図８、図９で説明したようにウエハＷを回転させながら研磨体４３を移動させて螺旋状に溝１０を形成することが有効である。
続いて、粗面化処理モジュールの他の構成例である粗面化処理モジュール５について、図１７の斜視図を参照しながら、粗面化処理モジュール４との差異点を中心に説明する。図中５１は水平なリング部材であり、切り欠き５０を備えている。リング部材５１の内周側には、リング部材５１の中心へ向けて突出するように形成されると共に、ウエハＷの裏面の周縁部を吸引して水平に保持する吸引部５２が、リング部材５１の周方向に互いに離れて４つ設けられている。図中５３は円板であり、リング部材５１の上方に当該リング部材５１から離れて設けられている。図中５４は支柱であり、リング部材５１と円板５３とを互いに接続している。図中５５は、円板５３に接続された駆動機構であり、円板５３を介してリング部材５１を昇降且つ周方向に回転させることができる。
また、図中５６はウエハＷの裏面の中央部を吸着するためのスピンチャックであり、回転機構５７によって回転自在に構成される。回転機構５７はアーム５７Ａを介して移動機構４４に接続されている。この移動機構４４は、研磨体４３を支持するアーム４４Ｂと、上記のアーム５７Ａとを互いに独立してウエハＷの径方向に沿って移動させることができる。当該アーム５７Ａの移動によってスピンチャック５６は、リング部材５１の外側と、リング部材５１に保持されたウエハＷの裏面の中央部の下方との間を移動することができる。
また、図示を省略しているが、粗面化処理モジュール５は粗面化処理モジュール４と同様に、純水供給ノズル４６及び当該ノズル４６を移動させる移動機構を備えており、当該純水供給ノズル４６は、スピンチャック５６及び研磨体４３に干渉しないように、ウエハＷの裏面側を移動する。この粗面化処理モジュール５においては、昇降ピン４８が設けられておらず、リング部材５１とインターフェイスアーム２１との受け渡しは、リング部材５１が昇降することで行われる。上記のリング部材５１の切り欠き５０は、この受け渡し時にリング部材５１の外方から内方へ向かうように位置するインターフェイスアーム２１に干渉しないように形成されている。
粗面化処理モジュール５によって行われる研磨処理について図１８、図１９を参照しながら説明すると、先ずリング部材５１により周縁部が保持されたウエハＷが回転する。そして図８で説明した位置Ｔ１（図１８中実線で示す位置）にて研磨体４３がウエハＷの裏面に押し付けられて研磨が開始されると共に、当該研磨体４３がウエハＷの周縁部へとウエハＷの径に沿って移動する。研磨体４３は、吸引部５２に干渉しないようにウエハＷの周縁部より内側の位置、例えば図１８中鎖線で示す位置で移動を停止した後、下降してウエハＷから離れる。さらに、ウエハＷの回転が停止すると共に、リング部材５１が上昇する。
然る後、スピンチャック５６がウエハＷの中央部の下方へと移動し、リング部材５１が下降して、ウエハＷの周縁部がリング部材５１から離れると共にウエハＷの裏面の中央部がスピンチャック５６に保持される。そして、スピンチャック５６によりウエハＷが回転し、研磨体４３がウエハＷの周縁部の下方へ移動した後、上昇してウエハＷの裏面に押し付けられて、ウエハＷの裏面の周縁部が研磨される（図１９）。然る後、研磨体４３が下降してウエハＷから離れ、研磨処理が終了する。以降は、粗面化処理モジュール４と同様に洗浄処理が行われる。
この粗面化処理モジュール５に関してもこのように研磨処理が行われることで、ウエハＷの裏面に多数の溝を形成することができるため、粗面化処理モジュール４で研磨処理を行う場合と同様の効果が得られる。また、既述の各手法は互いに組み合わせることができる。例えば粗面化処理モジュール５においても、粗面化処理モジュール４と同様に研磨体４３の位置に応じて、ウエハＷの回転数を変更してもよい。
（評価試験）
以下、本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
評価試験１
上記の粗面化処理モジュール４と同様に構成された試験装置を用いて、ウエハＷの裏面の研磨を行った。ただし上記の処理とは異なり、ウエハＷの回転中に研磨体４３は移動させず、ウエハＷの裏面周縁部が限定的に研磨されるようにした。そして、ウエハＷの径方向に沿って研磨された領域にレーザー光を照射すると共にウエハから散乱した散乱光を受光して、レーザー光の強度に対する散乱光の強度の割合であるヘイズ（Haze）を測定した。ヘイズの値は粗さに対応し、この値が大きいほど凹凸が密に形成されていることになる。なお、この試験で用いた研磨体４３の形状は、発明の実施の形態で説明したものと同様である。
図２０のグラフはこの評価試験１の結果を示しており、グラフの横軸はウエハＷの中心からの距離（単位：ｍｍ）、グラフの縦軸はヘイズ（単位：ｐｐｍ）である。また、試験中に研磨体４３を配置した位置をグラフの横軸に対応するように示しており、図に示すようにウエハＷの中心から１１８ｍｍ〜１４８ｍｍ離れた領域を研磨している。グラフに示すように、研磨された領域内でヘイズが大きく異なっている。研磨体４３について、ウエハＷの中心部側を一端部、ウエハＷの周縁部側を他端部とすると、研磨体４３の一端部により研磨された、ウエハＷの中心からの距離が１２０ｍｍ〜１２５ｍｍである領域では、ヘイズが４０００〜６５００ｐｐｍであった。研磨体４３の他端部により研磨された、ウエハＷの中心からの距離が１４３ｍｍ〜１４８ｍｍである領域では、ヘイズが２０００〜３５００ｒｐｍであった。そして、研磨体４３の一端部及び他端部以外の箇所で研磨された領域内の殆どの位置では、ヘイズが１０００ｒｐｍ以下であった。
このように回転するウエハＷに対して研磨体４３を固定して研磨すると、ウエハＷの径方向において比較的大きな粗さのばらつきが発生することが確認された。従って、この粗さのばらつきを解消するために、図８で説明したように研磨体４３を移動させて研磨を行うことが有効であると考えられる。
評価試験２
上記の粗面化処理モジュール４と同様に構成された試験装置を用いて、複数のウエハＷに研磨処理を行った。この評価試験２では、図８で説明したように研磨体４３をウエハＷの径に沿って移動させて、ウエハＷの裏面全体を研磨した。ただし、研磨処理中のウエハＷの回転数は、研磨体４３の位置によって変動させずに一定とし、ウエハＷ毎に異なる回転数を設定して研磨処理を行った。回転数を１５ｒｐｍ、３０ｒｐｍ、３００ｒｐｍに設定したウエハＷを、夫々ウエハ６１、ウエハ６２、ウエハ６３とする。
研磨処理後、ウエハ６１、６２については、評価試験１と同様にウエハの径方向に沿った各部のヘイズを測定した。さらにウエハ６１、６２については、ウエハの裏面の面内におけるヘイズの分布を示す画像を取得した。そして、ウエハ６１〜６３については、ウエハＷの裏面における研磨体４３の中心Ｑ１の軌道をシミュレーションにより求め、さらに一辺が９０μｍの正方形で囲まれる領域（検査領域６０とする）の算術平均粗さＲａ（単位：ｎｍ）を取得した。さらに、ウエハ６１〜６３について、上記の露光機Ｄ４のステージ３１のピン３２に対する動摩擦係数を取得した。
図２１、図２２、図２３においては、ウエハ６１、ウエハ６２、ウエハ６３についての各研磨体４３の中心Ｑ１の軌跡を示している。これらの各図に示されるように、回転数が高いほど研磨体４３の中心Ｑ１の軌跡の間隔が密になる。図２４、図２５は、ウエハ６１、ウエハ６２から夫々取得されたウエハの径方向に沿った各部のヘイズを示すグラフである。これら図２４、図２５のグラフの縦軸、横軸は、図２０のグラフと同様に、ヘイズの値、ウエハの中心からの距離を夫々示している。また、図２６、図２７はウエハ６１、６２の裏面の面内におけるヘイズの分布を示す画像であり、画像中の濃淡によってヘイズの大きさの分布が表されている。即ち画像中の濃淡はウエハＷの裏面の凹凸を表示している。
図２４、図２５のグラフから、ウエハ６２の方がウエハ６１よりも各部でヘイズが大きくなっていることが分かる。また、図２６、図２７の画像について、ウエハ６１よりもウエハ６２の方が、濃淡が微細に表示されている。これらのグラフ及び画像から、研磨処理時の回転数が高いウエハ６２の方が、ウエハ６１よりも凹凸が微細且つ密に形成されることが分かる。
図２８、図２９、図３０は、夫々ウエハ６１、ウエハ６２、ウエハ６３についての上記の検査領域６０の画像を示している。そしてウエハ６１、６２、６３の各検査領域６０から取得された算術平均粗さＲａは、夫々３．８ｎｍ、５．７ｎｍ、２７．８ｎｍであった。また、ウエハ６１、６２、６３から取得された動摩擦係数は、夫々０．４２２、０．３８２、０．００４であった。研磨処理を行っていないウエハＷの動摩擦係数は０．４３５であったため、研磨処理を行うことによって動摩擦係数を低くすることができることが確認された。
この評価試験２の結果からは、研磨処理時におけるウエハＷの回転数を高くし、研磨体４３の中心の軌跡の間隔が密になるように研磨を行うことによって、ウエハＷの各部におけるヘイズを高くし、算術平均粗さＲａを上昇させ、動摩擦係数を低下させることができることが確認された。動摩擦係数が低いほどウエハＷの裏面はピン３２に対して滑りやすくなるので、既述の発明の効果に関して高い効果が得られると考えられる。
評価試験３
反り量が３００μｍであり、裏面に膜が形成されてないウエハ６０１〜６０４を用意した。ウエハ６０１については、レジストの塗布後に裏面を研磨せずに、露光機Ｄ４に搬入した。ウエハ６０２〜６０４については、レジストの塗布後、露光前に、評価試験２のウエハ６１〜６３と同様にウエハＷの裏面を研磨した後、露光機Ｄ４に搬入した。研磨処理時のウエハ６０２、６０３、６０４の回転数については、評価試験２のウエハ６１、６２、６３の回転数と同様に、夫々１５ｒｐｍ、３０ｒｐｍ、３００ｒｐｍとした。そして、ウエハ６０１〜６０４について、露光機Ｄ４におけるオーバーレイを測定した。このオーバーレイは、各ウエハの表面において互いに直交するように設定されたＸ方向及びＹ方向に関してのずれ量として取得した。
図３１の各ウエハＷの画像はこの評価試験３の結果を示しており、具体的には先に露光されたパターンと、後から露光されたパターンとを重ね合わせて表示したものである。ウエハ６０１について、Ｘ方向、Ｙ方向のオーバーレイは夫々８．４ｎｍ、８．８ｎｍであった。ウエハ６０２について、Ｘ方向、Ｙ方向のオーバーレイは夫々９．３ｎｍ、９．７ｎｍであった。ウエハ６０３について、Ｘ方向、Ｙ方向のオーバーレイは夫々９．８ｎｍ、９．９ｎｍであった。ウエハ６０４について、Ｘ方向、Ｙ方向のオーバーレイは夫々６．３ｎｍ、７．５ｎｍであった。
裏面の研磨を行っていないウエハ６０１に対して、裏面の研磨を行ったウエハ６０２〜６０４におけるオーバーレイの改善具合を測るために、オーバーレイ改善率を算出した。このオーバーレイ改善率は、｛１−（ウエハ６０１〜６０４のＸＹ移動合成距離）／（ウエハ６０１のＸＹ移動合成距離）｝×１００（％）であり、ＸＹ移動合成距離とは、（Ｘ方向のオーバーレイ）２＋（Ｙ方向のオーバーレイ）２｝１／２である。従って、このオーバーレイ改善率が高いほど、正確な位置からの露光位置のずれが抑えられており、好ましい。ウエハ６０４のオーバーレイ改善率は、１−｛｛（６．３）２＋（７．５）２｝＋｛（８．４）２＋（８．８）２｝｝１／２×１００＝１９．５％である。ウエハ６０１、６０２、６０３のオーバーレイ改善率は、夫々０．０％、−１０.５％、−１４．５％である。
この評価試験３の結果から、研磨処理時の回転数を３００ｒｐｍにしたウエハ６０４については、オーバ−レイ（OL）が改善されたことが示された。評価試験２の結果と評価試験３の結果とから、動摩擦係数が０．００４以下である場合には、オーバーレイを改善できることが確認された。
Ｗ ウエハ
１ 塗布、現像装置
Ｄ４ 露光機
３１ ステージ
３２ ピン
３４ 吸引口
３６ 昇降ピン
４ 粗面化処理モジュール
４３ 研磨体
４４ 移動機構
４６ 純水供給ノズル

Claims (7)

  1. パターン露光前の半導体ウエハである基板の裏面を研磨して当該裏面を粗面化処理する粗面化処理工程を備え、
    当該パターン露光前の前記基板については研磨後の裏面に対して粗さ緩和用の処理が行われず、
    前記粗面化処理工程は、
    前記基板の裏面が下方を向いた姿勢で当該基板に対して研磨体を相対的に移動させ、前記基板の裏面において前記パターン露光時に研磨済みの領域となる研磨対象領域を研磨する工程と、
    前記研磨対象領域の研磨の開始から当該研磨対象領域の研磨を終えるまでの間、前記研磨対象領域の下方に重ならないように当該基板の周縁部に沿って配置される基板保持部によって前記基板の周縁部を保持し続ける基板保持工程と、
    を備え、
    前記研磨対象領域を研磨する工程は、基板の裏面に各々基板の中心からの半径が異なる位置において共通の前記研磨体により、周方向に溝を形成する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
  2. 前記基板保持工程は、前記基板の周縁部を下方から吸引して保持する工程を含む請求項１記載の基板処理方法。
  3. 前記基板の裏面の研磨は、パターン露光機の基板ステージ上に基板を載置して吸引したときに基板の裏面と基板ステージに設けられている複数の突起部の上面との間の摩擦を低減するために行われることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
  4. 前記基板の裏面を研磨した後、純水により当該裏面を洗浄することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  5. 前記基板の裏面の研磨は、前記基板を回転させながら研磨体を基板裏面の中央部と周縁側の部位との間でスキャンさせる工程を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
  6. 半導体ウエハである基板に対してレジスト膜を形成し、パターン露光後の基板を現像する基板処理装置において、
    前記パターン露光前の基板の裏面を粗面化処理するために当該裏面を研磨する研磨体と、前記基板の裏面において前記パターン露光時に研磨済みの領域となる研磨対象領域が研磨され、且つ基板の裏面に各々基板の中心からの半径が異なる位置において共通の前記研磨体により周方向に溝が形成されるように前記基板に対して当該研磨体を相対的に移動させる移動機構と、
    を含む研磨処理部と、
    前記基板を、前記研磨処理部によって研磨後の裏面が粗面化された状態のままで、前記研磨処理部からパターン露光を行う露光部へ搬送する基板搬送機構と、
    前記研磨対象領域の研磨の開始から当該研磨対象領域の研磨を終えるまでの間、前記基板の周縁部を保持し続けるために、前記研磨対象領域の下方に重ならないように当該基板の周縁部に沿って配置される基板保持部と、
    を備えることを特徴とする基板処理装置。
  7. 前記基板保持部は、前記基板の周縁部を下方から吸引して保持する吸引部を備えることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
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