JP6706696B2 - 基板処理方法、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年２月１日に日本国に出願された特願２０１７−０１６４３３号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。

本発明は、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理方法、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システムに関する。

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てレジスト膜を形成するレジスト塗布処理、当該レジスト膜に所定のパターンを露光する露光処理、露光後にレジスト膜の化学反応を促進させるために加熱するポストエクスポージャーベーキング処理（以下、「ＰＥＢ処理」という。）、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る。

ところで近年、半導体デバイスのさらなる高集積化に伴い、レジストパターンの微細化が求められている。そして、かかる微細化の中、レジストパターンは、下地の被処理膜のパターン形状を定めるものであり、厳格な寸法でウェハ面内均一に形成する必要がある。

そこで、特許文献１には、化学増幅型のレジストを使用するフォトリソグラフィー処理を行ってウェハ上にレジストパターンを形成し、レジストパターンの線幅などの寸法を測定した後、その寸法測定結果に基づいて、例えばＰＥＢ処理の加熱温度を補正して、レジストパターンの寸法の適正化を図ることが提案されている。かかる場合、加熱温度の補正は、例えばウェハを載置して加熱する熱板の温度を補正することにより行われる。すなわち、熱板温度とパターンプロファイル（特徴的な構成成分であるゼルニケ係数）との相関式を用いて、ＰＥＢ処理の安定状態における熱板温度を調節する。

また、このようにＰＥＢ処理の加熱温度を補正するシステム、すなわち処理装置の処理条件を補正するシステムとして、従来、例えば製造ラインにおける処理装置の処理条件を自動制御して適正に補正変更するＡＰＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：先端プロセス制御）システムがある。

このＡＰＣシステムに関し、特許文献２には、管理対象の選択と異常判定の定義設定を行うＳＰＣ（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：統計的傾向管理）手法を用いた工程管理が提案されている。具体的には、例えば品質特性（レジストパターンの寸法）に異常が発生した際に、予め定めた定義式を用いて処理装置の処理パラメータ（ＰＥＢ処理の加熱温度）を修正する。

また、特許文献３には、ウェハの処理及び検査を行い、トライアンドチェックを繰り返すことで、ウェハの処理条件（ＰＥＢ処理の加熱温度）を示すレシピを最適化する方法が提案されている。具体的には、複数の候補レシピをデータベース部に記憶させ、各候補レシピを順次に使用して、ウェハの処理および検査を行い、その検査結果に基づいて、複数の候補レシピの中から最良レシピを選択する。かかる場合、トライアンドチェックを自動的に繰り返すことで、オペレータの作業負担の軽減が図られている。

日本国特開２００７−３１１６９０号公報 日本国特開２０１２−４３２４５号公報 日本国特開２０１０−６７８１２号公報

特許文献１に記載された方法では、最終仕上がりパターンからＰＥＢ処理で相殺可能なばらつき成分を求め、必要な分だけ熱板温度を操作するという考え方である。このため、フォトリソグラフィー処理を行うシステム内に並列処理可能な他の処理装置、例えばレジスト塗布処理装置や現像処理装置などが複数搭載されていて、それら処理装置間に機差が存在する場合には、ＰＥＢ処理を含めたウェハ処理を行う一連の搬送経路が１パスに限られる。その結果、搬送経路に制限が生じたり、ＰＥＢ装置の交換時の代替パス設定において汎用性が課題となると予想される。さらに、特許文献１に記載された方法では、熱板温度とパターンプロファイとの相関式を予め準備する工程が必要となり、ウェハ処理が煩雑となる。

特許文献２に記載された方法には、材料（レジスト材料）や装置状態が変化した場合の定義式をどのように定め、見直しを行うかまでは言及はなく、またその示唆もない。さらに、これら定義式の見直しにかかる手間についての言及も当然にない。

特許文献３に記載された方法では、オペレータの作業負担は軽減されるが、複数候補レシピを用いたウェハ処理と結果の検査、さらに候補レシピの見直しを繰り返すことから、処理条件の最適化に時間がかかる。

以上のように、従来の方法では、フォトリソグラフィー処理を行う処理装置間の機差を考慮しつつ、ウェハ面内でレジストパターンを均一に形成するには改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上にレジストパターンを基板面内で均一に形成することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理方法であって、フォトリソグラフィー処理における熱処理を行う複数の熱処理装置において基板温度を経時的に測定し、熱処理装置間における基板温度の差を算出する温度差算出工程と、前記複数の熱処理装置を用いた熱処理を含むフォトリソグラフィー処理を基板に行い、当該基板上にレジストパターンを形成後、レジストパターン寸法を測定し、熱処理装置間におけるレジストパターン寸法の差を算出する寸法差算出工程と、前記基板温度の差と前記レジストパターン寸法の差を用いて、基板温度をレジストパターン寸法に変換するための反応速度を算出し、当該反応速度についての時間の関数である反応モデルを導出するモデル導出工程と、前記反応モデルを用いて基板処理の処理条件を設定する条件設定工程と、を有している。そして前記モデル導出工程において、熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、前記反応速度が時間方向に連続し、且つ、前記基板温度の差と前記反応モデルの積和が前記レジストパターン寸法の差に近くなるように、評価関数を定めて前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する。

本発明の一態様によれば、温度差算出工程における基板温度の測定と寸法差算出工程におけるレジストパターン寸法の測定は、例えばフォトリソグラフィー処理を行う処理装置のセットアップやメンテナンス、或いはレジスト液など薬液投入後の処理条件を調整する際に収集することができる。すなわち、これら基板温度とレジストパターン寸法には、通常時の検査データを流用できる。そして、モデル導出工程においては、前記温度差と寸法差を用いて自動的に反応速度についての時間の関数、すなわち、熱処理工程における時々刻々のパターン潜像形成過程をモデル化することができる。このように、本発明の一態様における反応モデルを導出するには、特別なデータ収集や相関定式化など、通常時とは異なるイレギュラーな作業はほぼ必要がない。

そして、このように反応モデルが導出されると、条件設定工程において当該反応モデルを用いて基板の処理条件を設定することができる。この処理条件の詳細については後述するが、例えば熱処理装置個々に適用する熱処理レシピ（熱板温度）を自動的に調節することができる。また、かかる熱処理と、熱処理装置以外の処理装置、例えばレジスト塗布処理装置や現像処理装置などで行われる処理とを組み合わせた際、良好なレジストパターン寸法が得られるように、基板処理経路の選択を行うことができる。その結果、処理装置間の機差を軽減しつつ、基板上にレジストパターンを基板面内で均一に形成することができる。しかも、反応モデルの導出に際して、上述した従来技術のような手間をかける必要がないので、基板処理のスループットを向上させ、生産性を向上させることができる。

別な観点による本発明の一態様は、前記基板処理方法を基板処理システムによって実行させるように、当該基板処理システム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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体である。

また別な観点による本発明の一態様は、基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理システムであって、基板に熱処理を行う複数の熱処理装置と、基板上のレジストパターン寸法を測定する寸法測定装置と、基板処理の処理条件を設定する制御部と、を有し、前記制御部は、前記複数の熱処理装置において基板温度を経時的に測定し、熱処理装置間における基板温度の差を算出する温度差算出工程と、前記複数の熱処理装置を用いて基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成後、前記寸法測定装置においてレジストパターン寸法を測定し、熱処理装置間におけるレジストパターン寸法の差を算出する寸法差算出工程と、前記基板温度の差と前記レジストパターン寸法の差を用いて、基板温度をレジストパターン寸法に変換するための反応速度を算出し、当該反応速度についての時間の関数である反応モデルを導出するモデル導出工程と、前記反応モデルを用いて基板処理の処理条件を設定する条件設定工程と、を有している。そして前記モデル導出工程において、熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、前記反応速度が時間方向に連続し、且つ、前記基板温度の差と前記反応モデルの積和が前記レジストパターン寸法の差に近くなるように、評価関数を定めて前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する。

本発明の一態様によれば、処理装置間の機差を軽減しつつ、基板上にレジストパターンを基板面内で均一に形成することができる。また、基板処理のスループットを向上させ、生産性を向上させることができる。

本実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を模式的に示す平面図である。 本実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を模式的に示す正面図である。 本実施形態にかかる基板処理システムの構成の概略を模式的に示す背面図である。 熱処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 熱処理装置の構成の概略を模式的に示す平面図である。 熱板に設けられる温度センサの配置（ウェハの測定点の配置）を示す説明図である。 ＰＥＢ処理におけるウェハ温度の経時変化を測定点毎に示したグラフである。 ウェハの測定点に対応した位置におけるレジストパターン寸法を抽出する様子を示す説明図である。 ウェハ温度とレジストパターン寸法の関係を示す説明図である。 ＰＥＢ装置間のウェハ温度差とレジストパターン寸法差を示す説明図である。 反応モデルを示す説明図である。 反応モデルの第１の利用方法において、ＰＥＢ処理時間を短縮する様子を示す説明図である。 反応モデルの第２の利用方法において、ＰＥＢ成分を算出する様子を示す説明図である。 反応モデルの第２の利用方法において、熱板温度の操作量とウェハ温度の変化量との相関を示す説明図である。 反応モデルの第３の利用方法において、ウェハ温度とレジストパターン寸法の関係を示す説明図である。 反応モデルの第３の利用方法において、ＰＥＢ成分と他処理成分を算出する様子を示す説明図である。 反応モデルの第３の利用方法において、レジストパターン寸法を推定する様子を示す説明図である。 反応モデルの第３の利用方法において、レジストパターン寸法を推定した様子を示す説明図である。 実施例において、反応モデルを示す説明図である。 実施例において、第１のＰＥＢ装置の面内平均ＰＥＢ成分を算出する様子を示す説明図である。 実施例において、第２のＰＥＢ装置の面内平均ＰＥＢ成分を算出する様子を示す説明図である。 実施例において、ＰＥＢ装置間の面内平均ＰＥＢ成分の差分から第１のＰＥＢ装置における熱板温度を更新する様子を示す説明図である。 実施例において、熱板温度の操作量とウェハ温度の変化量との相関を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜基板処理システム＞
先ず、本実施形態にかかる基板処理システムの構成について説明する。図１は、基板処理システム１の構成の概略を模式的に示す平面図である。図２及び図３は、各々基板処理システム１の内部構成の概略を模式的に示す、各々正面図と背面図である。本実施形態では、基板処理システム１が基板としてのウェハＷに対してフォトリソグラフィー処理を行う塗布現像処理システムである場合を一例として説明する。

基板処理システム１は、図１に示すように複数枚のウェハＷを収容したカセットＣが搬入出されるカセットステーション１０と、ウェハＷに所定の処理を施す複数の各種処理装置を備えた処理ステーション１１と、処理ステーション１１に隣接する露光装置１２との間でウェハＷの受け渡しを行うインターフェイスステーション１３とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション１０には、カセット載置台２０が設けられている。カセット載置台２０には、基板処理システム１の外部に対してカセットＣを搬入出する際に、カセットＣを載置するカセット載置板２１が複数設けられている。

カセットステーション１０には、図１に示すようにＸ方向に延びる搬送路２２上を移動自在なウェハ搬送装置２３が設けられている。ウェハ搬送装置２３は、上下方向及び鉛直軸周り（θ方向）にも移動自在であり、各カセット載置板２１上のカセットＣと、後述する処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置との間でウェハＷを搬送できる。

処理ステーション１１には、各種装置を備えた複数例えば４つのブロック、すなわち第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４が設けられている。例えば処理ステーション１１の正面側（図１のＸ方向負方向側）には、第１のブロックＧ１が設けられ、処理ステーション１１の背面側（図１のＸ方向正方向側、図面の上側）には、第２のブロックＧ２が設けられている。また、処理ステーション１１のカセットステーション１０側（図１のＹ方向負方向側）には、既述の第３のブロックＧ３が設けられ、処理ステーション１１のインターフェイスステーション１３側（図１のＹ方向正方向側）には、第４のブロックＧ４が設けられている。

例えば第１のブロックＧ１には、図２に示すように複数の液処理装置、例えばウェハＷを現像処理する現像処理装置３０、ウェハＷのレジスト膜の下層に反射防止膜（以下、「下部反射防止膜」という。）を形成する下部反射防止膜形成装置３１、ウェハＷにレジスト液を塗布してレジスト膜を形成するレジスト塗布装置３２、ウェハＷのレジスト膜の上層に反射防止膜（以下、「上部反射防止膜」という。）を形成する上部反射防止膜形成装置３３が下からこの順に配置されている。

例えば現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３は、それぞれ水平方向に３つ並べて配置されている。なお、これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３の数や配置は、任意に選択できる。

これら現像処理装置３０、下部反射防止膜形成装置３１、レジスト塗布装置３２、上部反射防止膜形成装置３３では、例えばウェハＷ上に所定の処理液を塗布するスピンコーティングが行われる。スピンコーティングでは、例えば塗布ノズルからウェハＷ上に処理液を吐出すると共に、ウェハＷを回転させて、処理液をウェハＷの表面に拡散させる。

例えば第２のブロックＧ２には、図３に示すようにウェハＷの加熱や冷却といった熱処理を行う熱処理装置４０〜４３や、レジスト液とウェハＷとの定着性を高めるために疎水化処理を行う疎水化処理装置４４、ウェハＷの外周部を露光する周辺露光装置４５が上下方向と水平方向に並べて設けられている。これら熱処理装置４０〜４３、疎水化処理装置４４、周辺露光装置４５の数や配置についても、任意に選択できる。

熱処理装置４０〜４３において、熱処理装置４０は、レジスト塗布処理後のウェハＷを加熱処理するプリベーキング処理（以下、「ＰＡＢ処理」という。）を行い、以下、ＰＡＢ装置４０という場合がある。熱処理装置４１は、露光処理後のウェハＷを加熱処理するポストエクスポージャーベーキング処理（以下、「ＰＥＢ処理」という。）を行い、以下、ＰＥＢ装置４１という場合がある。熱処理装置４２は、現像処理後のウェハＷを加熱処理するポストベーキング処理（以下、「ＰＯＳＴ処理」という。）を行い、以下、ＰＯＳＴ装置４２という場合がある。熱処理装置４３は、その他の熱処理を行う装置である。なお、これら熱処理装置４０〜４３の構成については後述する。

例えば第３のブロックＧ３には、複数の受け渡し装置５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６が下から順に設けられている。また、第４のブロックＧ４には、複数の受け渡し装置６０、６１、６２が下から順に設けられている。

図１に示すように第１のブロックＧ１〜第４のブロックＧ４に囲まれた領域には、ウェハ搬送領域Ｄが形成されている。ウェハ搬送領域Ｄには、例えばＹ方向、Ｘ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム７０ａを有する、ウェハ搬送装置７０が複数配置されている。ウェハ搬送装置７０は、ウェハ搬送領域Ｄ内を移動し、周囲の第１のブロックＧ１、第２のブロックＧ２、第３のブロックＧ３及び第４のブロックＧ４内の所定の装置にウェハＷを搬送できる。

また、ウェハ搬送領域Ｄには、図３に示すように、第３のブロックＧ３と第４のブロックＧ４との間で直線的にウェハＷを搬送するシャトル搬送装置８０が設けられている。

シャトル搬送装置８０は、例えば図３のＹ方向に直線的に移動自在になっている。シャトル搬送装置８０は、ウェハＷを支持した状態でＹ方向に移動し、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５２と第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２との間でウェハＷを搬送できる。

図１に示すように第３のブロックＧ３のＸ方向正方向側の隣には、ウェハ搬送装置９０が設けられている。ウェハ搬送装置９０は、例えばＸ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム９０ａを有している。ウェハ搬送装置９０は、ウェハＷを支持した状態で上下に移動して、第３のブロックＧ３内の各受け渡し装置にウェハＷを搬送できる。

インターフェイスステーション１３には、ウェハ搬送装置１００と受け渡し装置１０１が設けられている。ウェハ搬送装置１００は、例えばＹ方向、θ方向及び上下方向に移動自在な搬送アーム１００ａを有している。ウェハ搬送装置１００は、例えば搬送アーム１００ａにウェハＷを支持して、第４のブロックＧ４内の各受け渡し装置、受け渡し装置１０１及び露光装置１２との間でウェハＷを搬送できる。

以上の基板処理システム１には、図１に示すように制御部２００が設けられている。制御部２００は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、基板処理システム１におけるウェハＷの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、前記プログラムは、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コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部２００にインストールされたものであってもよい。

また、基板処理システム１の外部には、当該基板処理システム１においてウェハＷ上に形成されるレジストパターンの寸法を測定する寸法測定装置２１０が設けられている。寸法測定装置２１０は、例えばスキャトロメトリ（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いてレジストパターン寸法を測定するものである。具体的には、例えばウェハＷに対して斜方向から光を照射し、当該ウェハＷで反射した光を検出する。この検出された光から得られるウェハ面内の光強度分布と、予め記憶されている仮想の光強度分布とを照合し、その照合された仮想の光強度分布に対応するレジストパターン寸法を求める。本実施形態においては、レジストパターン寸法として、例えばレジストパターンの線幅が測定される。

なお、寸法測定装置２１０は、基板処理システム１の内部に設けられていてもよい。かかる場合、寸法測定装置２１０は基板処理システム１の内部の任意の位置に配置される。例えばカセットステーション１０と処理ステーション１１の間に検査ステーション（図示せず）を設け、この検査ステーションに寸法測定装置２１０を配置してもよい。

次に、以上のように構成された基板処理システム１を用いて行われるウェハ処理について説明する。

先ず、複数のウェハＷを収納したカセットＣが、基板処理システム１のカセットステーション１０に搬入され、カセット載置板２１に載置される。その後、ウェハ搬送装置２３によりカセットＣ内の各ウェハＷが順次取り出され、処理ステーション１１の第３のブロックＧ３の受け渡し装置５３に搬送される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され温度調節処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって例えば第１のブロックＧ１の下部反射防止膜形成装置３１に搬送され、ウェハＷ上に下部反射防止膜が形成される。その後、ウェハＷは、第２のブロックＧ２の熱処理装置４０に搬送され、加熱処理が行われる。その後、ウェハＷは、第３のブロックＧ３の受け渡し装置５３に戻される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によって同じ第３のブロックＧ３の受け渡し装置５４に搬送される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第２のブロックＧ２の疎水化処理装置４４に搬送され、疎水化処理が行われる。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってレジスト塗布装置３２に搬送され、ウェハＷ上にレジスト液が塗布されレジスト膜を形成が形成される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってＰＡＢ装置４０に搬送されて、ＰＡＢ処理される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５５に搬送される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって上部反射防止膜形成装置３３に搬送され、ウェハＷ上に上部反射防止膜が形成される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって熱処理装置４３に搬送されて、加熱され、温度調節される。その後、ウェハＷは、周辺露光装置４５に搬送され、周辺露光処理される。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５６に搬送される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によって受け渡し装置５２に搬送され、シャトル搬送装置８０によって第４のブロックＧ４の受け渡し装置６２に搬送される。その後、ウェハＷは、インターフェイスステーション１３のウェハ搬送装置１００によって露光装置１２に搬送され、所定のパターンで露光処理される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置１００によって第４のブロックＧ４の受け渡し装置６０に搬送される。その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によってＰＥＢ装置４１に搬送され、ＰＥＢ処理される。

次に、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって現像処理装置３０に搬送され、現像される。現像終了後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置９０によってＰＯＳＴ装置４２に搬送され、ＰＯＳＴ処理される。

その後、ウェハＷは、ウェハ搬送装置７０によって第３のブロックＧ３の受け渡し装置５０に搬送され、その後カセットステーション１０のウェハ搬送装置２３によって所定のカセット載置板２１のカセットＣに搬送される。こうして、一連のフォトリソグラフィー工程が終了する。

＜熱処理装置＞
次に、熱処理装置であるＰＥＢ装置４１の構成について説明するが、他の熱処理装置であるＰＡＢ装置４０、ＰＯＳＴ装置４２、熱処理装置４３の構成もＰＥＢ装置４１と同様である。図４は、ＰＥＢ装置４１の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図５は、ＰＥＢ装置４１の構成の概略を模式的に示す平面図である。

ＰＥＢ装置４１は、内部を閉鎖可能な処理容器３００を有している。処理容器３００のウェハ搬送領域Ｄ側の側面には、ウェハＷの搬入出口（図示せず）が形成され、当該搬入出口には開閉シャッタ（図示せず）が設けられている。

処理容器３００の内部には、ウェハＷを加熱処理する加熱部３１０と、ウェハＷを冷却して温度調節する冷却部３１１が設けられている。加熱部３１０と冷却部３１１はＹ方向に並べて配置されている。

加熱部３１０は、上側に位置して上下動自在な蓋体３２０と、下側に位置して蓋体３２０と一体となって処理室Ｒを形成する熱板収容部３２１を備えている。

蓋体３２０は、下面が開口した略円筒形状を有している。蓋体３２０の上面中央部には、排気部３２０ａが設けられている。処理室Ｒ内の雰囲気は、排気部３２０ａから均一に排気される。

熱板収容部３２１は、熱板３３０を収容して熱板３３０の外周部を保持する環状の保持部材３３１と、その保持部材３３１の外周を囲む略筒状のサポートリング３３２を備えている。熱板３３０は、厚みのある略円盤形状を有し、ウェハＷを載置して加熱することができる。また、熱板３３０には、例えば給電により発熱するヒータ３３３が内蔵されている。熱板３３０の加熱温度は例えば制御部２００により制御され、熱板３３０上に載置されたウェハＷが所定の温度に加熱される。

図６に示すように熱板３３０には、当該熱板３３０に載置されたウェハＷの温度を測定する温度センサ３３４〜３３８が設けられている。温度センサ３３４は熱板３３０の中心部に配置され、温度センサ３３５〜３３８は熱板３３０の同心円上に等間隔（９０度間隔）に配置されている。そして、温度センサ３３４はウェハＷの中心部における測定点ｋ１の温度を測定し、温度センサ３３５〜３３８はそれぞれウェハＷの外周部における測定点ｋ２〜ｋ５の温度を測定する。なお、熱板３３０の温度センサ（ウェハＷの測定点）の配置や数は本実施形態に限定されず、任意に設定できる。

図４及び図５に示すように熱板３３０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン３４０が例えば３本設けられている。昇降ピン３４０は、昇降駆動部３４１により上下動できる。熱板３３０の中央部付近には、当該熱板３３０を厚み方向に貫通する貫通孔３４２が例えば３箇所に形成されている。そして、昇降ピン３４０は貫通孔３４２を挿通し、熱板３３０の上面から突出可能になっている。

冷却部３１１は、冷却板３５０を有している。冷却板３５０は、略方形の平板形状を有し、熱板３３０側の端面が円弧状に湾曲している。冷却板３５０には、Ｙ方向に沿った２本のスリット３５１が形成されている。スリット３５１は、冷却板３５０の熱板３３０側の端面から冷却板３５０の中央部付近まで形成されている。このスリット３５１により、冷却板３５０が、加熱部３１０の昇降ピン３４０及び後述する冷却部３１１の昇降ピン３６０と干渉するのを防止できる。また、冷却板３５０には、例えば冷却水やペルチェ素子などの冷却部材（図示せず）が内蔵されている。冷却板３５０の冷却温度は例えば制御部２００により制御され、冷却板３５０上に載置されたウェハＷが所定の温度に冷却される。

冷却板３５０は、支持アーム３５２に支持されている。支持アーム３５２には、駆動部３５３が取り付けられている。駆動部３５３は、Ｙ方向に延伸するレール３５４に取り付けられている。レール３５４は、冷却部３１１から加熱部３１０まで延伸している。この駆動部３５３により、冷却板３５０は、レール３５４に沿って加熱部３１０と冷却部３１１との間を移動可能になっている。

冷却板３５０の下方には、ウェハＷを下方から支持し昇降させるための昇降ピン３６０が例えば３本設けられている。昇降ピン３６０は、昇降駆動部３６１により上下動できる。そして、昇降ピン３６０はスリット３５１を挿通し、冷却板３５０の上面から突出可能になっている。

次に、以上のように構成されたＰＥＢ装置４１を用いて行われるＰＥＢ処理について説明する。

先ず、ウェハ搬送装置７０によってＰＥＢ装置４１にウェハＷが搬入されると、ウェハＷはウェハ搬送装置７０から予め上昇して待機していた昇降ピン３６０に受け渡される。続いて昇降ピン３６０を下降させ、ウェハＷを冷却板３５０に載置する。

次に、駆動部３５３により冷却板３５０をレール３５４に沿って熱板３３０の上方まで移動させ、ウェハＷは予め上昇して待機していた昇降ピン３４０に受け渡される。その後、蓋体３２０が閉じられた後、昇降ピン３４０が下降して、ウェハＷが熱板３３０上に載置される。そして、熱板３３０上のウェハＷは、所定の温度に加熱される。

次に、蓋体３２０が開かれた後、昇降ピン３４０が上昇すると共に、冷却板３５０が熱板３３０の上方に移動する。続いてウェハＷが昇降ピン３４０から冷却板３５０に受け渡され、冷却板３５０が搬入出口側に移動する。この冷却板３５０の移動中に、ウェハＷは所定の温度に冷却される。

＜ＰＥＢ装置の反応モデル＞
本発明者は、基板処理システム１における処理装置間の機差を低減しつつ、ウェハＷ上にレジストパターンをウェハ面内で均一に形成するため、化学増幅型レジストに対して高い操作感度を有するＰＥＢ処理に着目し、当該ＰＥＢ処理の反応メカニズムを明らかにすべくモデル化を行った。具体的には、ＰＥＢ処理において、経時的に変化するウェハ温度とレジストパターン寸法の相関をモデル化した。

そして、この反応モデルによればＰＥＢ処理中の反応進行が推定でき、反応モデルから得られる情報をウェハ処理にフィードバックすることができる。また、この反応モデルを用いることで、レジストパターン寸法に対する、ＰＥＢ処理とそれ以外の工程（レジスト塗布処理、ＰＡＢ処理、露光処理、現像処理など）の影響を分離することが可能となる。そうすると、ウェハ処理を最適化することも可能となる。

以下、反応モデルと、当該反応モデルの利用方法（第１の利用方法〜第３の利用方法）について説明する。先ず、反応モデルの導出方法について説明する。反応モデルは、ＰＥＢ処理におけるウェハ温度と、フォトリソグラフィー処理を行って得られるレジストパターン寸法とを用いる。

ＰＥＢ処理は、化学増幅型レジストを用いるフォトリソグラフィー処理において高精度な温度管理を必要とする。このため、図６に示したようにＰＥＢ装置４１には、熱板３３０に載置されたウェハＷの温度を測定する温度センサ３３４〜３３８が設けられている。そして、ＰＥＢ装置４１のセットアップやメンテナンスの際、これら温度センサ３３４〜３３８を用いてウェハＷの測定点ｋ１〜ｋ５の温度を測定し、熱板３３０の温度プロファイルを調節している。また、基板処理システム１には複数のＰＥＢ装置４１が設けられ、ＰＥＢ装置４１毎にウェハ温度が取得される。

図７は、上述のように取得したＰＥＢ処理におけるウェハ温度の経時変化を測定点ｋ１〜ｋ５毎に示したグラフである。図７の横軸は時間ｔを示し、横軸はウェハ温度θ［ｋ、ｔ］を示す。ｋはウェハＷの測定点の番号である。通常、図７に示すウェハ温度θ［ｋ、ｔ］が予め設定された許容範囲内に収まるように、熱板温度プロファイルが調節される。この際取得したウェハ温度θ［ｋ、ｔ］を、熱板温度プロファイルが調節されたＰＥＢ装置４１毎に紐づけて記録する。そして、これらＰＥＢ装置４１毎のウェハ温度θ［ｋ、ｔ］を反応モデルの導出に用いる。

また、上述したようにＰＥＢ装置４１における熱板温度プロファイルが調節され、レジスト液をはじめとする薬液が各処理装置に投入及び通液されると、続いて基板処理システム１における各処理装置の処理条件（処理レシピやパラメータ）の調節が行われる。そして、基板処理システム１において一連のフォトリソグラフィー処理を行い、ウェハＷ上にレジストパターンを形成した後、寸法測定装置２１０においてレジストパターン寸法を測定し、そのレジストパターンの仕上がりを確認する。

また、基板処理システム１には複数種の処理装置がそれぞれ複数設けられており、例えばＰＡＢ装置４０が複数設けられ、ＰＥＢ装置４１が複数設けられている。そして、フォトリソグラフィー処理における各処理工程は、それぞれ複数の処理装置から１つの処理装置を選択して行われる。以下、このように各処理工程を行う際にウェハＷが経由する処理装置の経路を「処理経路」という。そして、処理経路毎にレジストパターン寸法が取得される。

図８に示すようにレジストパターン寸法は、露光処理におけるショット毎に取得される。ウェハＷの測定点ｋ１〜ｋ５と一致するショットがあれば、そのショットにおけるレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を抽出する。また、ウェハＷの測定点ｋ１〜ｋ５と一致するショットがなければ、例えば測定点ｋ１〜ｋ５の隣接最近傍のショットにおけるレジストパターン寸法を代用するか、或いは測定点ｋ１〜ｋ５の周囲のショットにおけるレジストパターン寸法を適当な２次元補完によって算出する。そして、ウェハＷの測定点ｋ１〜ｋ５に対応するレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を取得する。

このように取得したレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を、処理経路毎に紐づけて記録する。そして、これらレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を反応モデルの導出に用いる。

以上のように、ウェハ温度θ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法ｌ［ｋ］はそれぞれ、ＰＥＢ装置４１のセットアップやメンテナンス、或いはレジスト液などの薬液投入後の処理条件を取得する際に取得することができる。すなわち、ウェハ温度θ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法ｌ［ｋ］には、通常時に取得される検査データが用いられる。このため、反応モデルを導出するには、特別なデータ収集や相関定式化など、通常時とは異なるイレギュラーな作業はほぼ必要がない。

ウェハ温度θ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法ｌ［ｋ］の一例を図９に示す。基板処理システム１にはフォトリソグラフィー処理を行う各種処理装置が複数設けられているが、ここでは、処理経路として、２つの第１のＰＡＢ装置４０（Ａ１）と第２のＰＡＢ装置４０（Ａ２）、２つの第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）と第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）、２つの第１の現像処理装置３０（Ｄ１）と第２の現像処理装置３０（Ｄ２）を組み合わせ、その他の処理装置を共通とした処理経路を例示している。

そして、図１０に示すように第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）のウェハ温度θ［ｋ、ｔ］から第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）のウェハ温度θ［ｋ、ｔ］を差し引き、ＰＥＢ装置４１間におけるウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］を算出する。

また、図９に示したレジストパターン寸法ｌ［ｋ］について、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）と第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）のグループ単位で平均化する。その後、図１０に示すように第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）の平均レジストパターン寸法ｌ［ｋ］から第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）の平均レジストパターン寸法ｌ［ｋ］を差し引き、ＰＥＢ装置４１間におけるレジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］を算出する。

そして、このように第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）と第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）の差分を取ることにより、ＰＡＢ装置４０や現像処理装置３０の影響が排除され、直接的にＰＥＢ処理におけるウェハ温度と、ＰＥＢ処理に起因するレジストパターン寸法の相関を得ることができる。

なお、以下の説明において、これらウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］を総称して「差分データ」という場合がある。

また、図９及び図１０に示した処理経路は例示であり、処理経路の選択は任意に行うことができる。例えば上記例ではＰＥＢ装置４１は２つであり、ＰＥＢ装置４１間の差分データは１つであるが、例えばＰＥＢ装置４１が３つの場合、差分データは３つとなる。また、例えばＰＥＢ装置４１が４つの場合、差分データは６つとなる。このように差分データの数は、ＰＥＢ装置４１の組み合わせの数となる。以下、この差分データの数をｉとする。

反応モデルｃ［ｔ］は、ウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］から導出される。この反応モデルｃ［ｔ］は、ウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］についての時間方向の重み係数である。具体的には、反応モデルｃ［ｔ］とウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］の積和、すなわち反応モデルｃ［ｔ］とウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］の積を時間ｔで積分した値が、レジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］に近くなるようにｃ［ｔ］が定まれば、そのｃ［ｔ］が反応モデルとなる。すなわち、反応モデルｃ［ｔ］は、ＰＥＢ処理中に経時推移するレジストパターンの潜像形成速度（以下、「反応速度」という。）の情報そのものである。なお、以下の説明では、ｃ［ｔ］について反応モデルと称呼する場合と、反応速度と称呼する場合があるが、いずれも意味としては同じである。

反応モデルｃ［ｔ］の導出に際しては、制約条件として、熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、すなわちｃ［０］＝ｃ［Ｔ］＝０とする。Ｔは加熱及び冷却を含めたＰＥＢ処理時間である。そして、反応速度ｃ［ｔ］が時間方向に連続し、且つ、上述したように反応モデルｃ［ｔ］とウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］の積和がレジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］に近くなるように、反応モデルｃ［ｔ］を決定する。

具体的には、下記式（１）で示される評価関数がゼロに近づくように最適化問題を解き、反応モデルｃ［ｔ］を決定する。すなわち、反応モデルｃ［ｔ］を数パターン用意し、制約条件を満たして、且つ、下記式（１）の評価関数がゼロに近づくところを最適化計算すると、反応モデルｃ［ｔ］は１つに決定される。

但し、Ｆ：評価関数、Ｃ［ｔ］：反応モデル、Δθ［ｔ、ｋ］：ウェハ温度差、Δｌ［ｋ］：レジストパターン寸法差、ｔ：ＰＥＢ処理開始をゼロとしたＰＥＢ処理の経過時間、Ｔ：ＰＥＢ処理終了時の時間、ｋ：ウェハ温度の測定点の番号（レジストパターン寸法の測定点の番号）、Ｋ：ウェハ温度の測定点の総数（レジストパターン寸法の測定点の総数）、ｉ：複数のＰＥＢ装置から取得される差分データの総数（ウェハ温度の差の総数、レジストパターン寸法の差の総数）

上記式（１）の右辺第１項は、反応速度ｃ［ｔ］が時間方向に連続するという条件を示している。１つのデータ取得区間（サンプリング時区間）におけるｃ［ｔ］の変化量の二乗和であって、その値が小さいとｃ［ｔ］の時間変化が滑らかであることを示している。

上記式（１）の右辺第２項は、反応モデルｃ［ｔ］とウェハ温度差Δθ［ｋ、ｔ］の積和がレジストパターン寸法差Δｌ［ｋ］に近くなるという条件を示している。積和Σｃ［ｔ］・Δθ［ｋ、ｔ］とΔｌ［ｋ］の偏差二乗和であって、その値が小さいと、ウェハ温度から、ＰＥＢ処理に起因するレジストパターンの寸法成分（以下、「ＰＥＢ成分」という。）を予測する精度が高いことを示している。

また、上記式（１）に加えて、さらにレジスト液に関して、ＰＥＢ処理を行った際の、ウェハ温度に対するレジストパターン寸法の変化率を示す感度情報γが予めわかっていれば、その感度情報γを評価関数に加えてもよい。感度情報γは、ウェハ温度が１℃変化するとレジストパターン寸法がどれだけ変化するかを示す情報である。

具体的には、下記式（２）で示される評価関数がゼロに近づくように最適化問題を解き、反応モデルｃ［ｔ］を決定する。

但し、γ：感度情報（単位はｎｍ／℃）

上記式（２）の右辺第３項は、実感度情報γと、反応モデルｃ［ｔ］から推定される感度、すなわち反応モデルｃ［ｔ］の時間積分値との偏差の二乗和であって、反応モデルｃ［ｔ］の時間積分値が感度情報γに近くなるという条件を示している。

以上の式（１）又は式（２）の評価関数を用いて自動的に、図１１に示す反応モデルｃ［ｔ］を導出することができる。図１１の横軸は時間ｔを示し、縦軸は反応モデルｃ［ｔ］を示す。そして、このように自動的にＰＥＢ処理の反応メカニズムがモデル化されるので、従来のように手間をかける必要がなく、ウェハ処理のスループットを向上させ、生産性を向上させることができる。

なお、本発明者が鋭意検討したところ、差分データ数ｉが大きいほど、確度の高い反応モデルｃ［ｔ］が求まることが経験的に分かっている。

また、反応モデルｃ［ｔ］はレジストの種類に対して一義的に決まるものである。したがって、反応モデルｃ［ｔ］は、複数のＰＥＢ装置４１に共通のモデルである。

＜反応モデルの第１の利用方法＞
次に、ＰＥＢ処理の反応モデルｃ［ｔ］の第１の利用方法について説明する。反応モデルｃ［ｔ］がゼロに近い場合、反応速度がゼロに近いことを意味する。そして、ＰＥＢ処理においてレジストパターンの潜像形成速度が遅い時間帯は、化学反応が進んでいないことを示し、ＰＥＢ処理のプロセス上の観点からはあまり意味を持たない。特に加熱後の冷却過程において反応速度がゼロの時間は、プロセス上、無駄な時間であり、積極的にＰＥＢ処理から除外しても問題はない。

図１２に示すようにＰＥＢ処理において冷却開始後、反応モデルｃ［ｔ］がほぼゼロとなる時間帯ｔｃをカットする。例えばＰＥＢ処理の熱処理条件（レシピ設定など）にウェハＷの冷却時間が指定されている場合、当該冷却時間から時間帯ｔｃをカットする。そうすると、ＰＥＢ処理全体の処理時間が短縮され、ウェハ処理のスループットを向上させて、生産性を向上させることができる。

＜反応モデルの第２の利用方法＞
次に、ＰＥＢ処理の反応モデルｃ［ｔ］の第２の利用方法について説明する。ここでは、各ＰＥＢ装置４１における熱板３３０の温度操作量を導出し、ＰＥＢ装置４１間の機差をキャンセルしつつ、レジストパターンをウェハ面内で均一に形成する。

先ず、ＰＥＢ装置４１毎に記録されたウェハ温度θ［ｋ、ｔ］について面内平均を算出する。以下、Ｎｏ．ｐのＰＥＢ装置４１における面内平均ウェハ温度をθｐ_ｍｅａｎ［ｔ］とする。すなわち、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における面内平均ウェハ温度はθ１_ｍｅａｎ［ｔ］となり、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）における面内平均ウェハ温度はθ２_ｍｅａｎ［ｔ］となる。

一方、図１３に示すように反応モデルｃ［ｔ］とＰＥＢ装置４１毎に記録したウェハ温度θ［ｋ、ｔ］の積和、すなわち反応モデルｃ［ｔ］とウェハ温度差θ［ｋ、ｔ］の積を時間ｔで積分した値を算出する。この積和は、レジストパターン寸法ｌ［ｋ］のうち、ＰＥＢ処理に起因して形成されるレジストパターンの寸法成分（以下、「ＰＥＢ成分」という。）ｌ’［ｋ］と推定される。以下、Ｎｏ．ｐのＰＥＢ装置４１におけるＰＥＢ成分をｌ’ｐ［ｋ］とする。すなわち、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるＰＥＢ成分はｌ’１［ｋ］となり、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）におけるＰＥＢ成分はｌ’２［ｋ］となる。

そして、各ＰＥＢ装置４１について、ＰＥＢ成分の面内平均を算出する。以下、Ｎｏ．ｐのＰＥＢ装置４１における面内平均ＰＥＢ成分をｌ’ｐ_ｍｅａｎとする。すなわち、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における面内平均ＰＥＢ成分はｌ’１_ｍｅａｎとなり、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）における面内平均ＰＥＢ成分はｌ’２_ｍｅａｎとなる。

そして、ＰＥＢ装置４１間に機差がある場合、面内平均ウェハ温度θｐ_ｍｅａｎ［ｔ］と、面内平均ＰＥＢ成分ｌ’ｐ_ｍｅａｎと、反応モデルｃ［ｔ］を用いれば、機差のキャンセルに必要なウェハ温度の操作量を導出することができる。

具体的には、例えば第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）に対する第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）の機差をキャンセルしたい場合、下記式（３）で求められるウェハ温度操作倍率を用いる。

但し、Ｇ：ウェハ温度操作倍率、ｌ’１_ｍｅａｎ：第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における面内平均ＰＥＢ成分、ｌ’２_ｍｅａｎ：第２のＰＥＢ装置４１における面内平均ＰＥＢ成分、Ｃ［ｔ］：反応モデル、θ１_ｍｅａｎ［ｔ］：第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における面内平均ウェハ温度、ｔ：ＰＥＢ処理開始をゼロとしたＰＥＢ処理の経過時間、Ｔ：ＰＥＢ処理終了時の時間

そして、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるウェハ温度の操作量Δθ１_ｍｅａｎは、下記式（６）で算出される。かかる場合、ＰＥＢ装置４１間の機差をキャンセルすることができ、第１のＰＥＢ装置（Ｅ１）における面内平均ウェハ温度θ１_ｍｅａｎ［ｔ］を、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）における面内平均ウェハ温度θ２_ｍｅａｎ［ｔ］に近づけることができる。

但し、Δθ１_ｍｅａｎ：第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるウェハ温度の操作量、θ１_ｍｅａｎ［ｔ］：第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における面内平均ウェハ温度、θｂ：ＰＥＢの加熱温度、Ｇ：ウェハ温度操作倍率

さらに、図１４に示すようにＰＥＢ装置４１における熱板温度の操作量とウェハ温度の変化量との相関を予め求めておく。通常ごく狭い範囲であれば、熱板温度操作量ｘとウェハ温度変化量ｙの間には直線的な相関がある。そして、図１４に示した相関式ｙ＝ａ・ｘに基づき、上記式（３）のウェハ温度操作倍率を用いて得られる第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるウェハ温度操作量Δθ１_ｍｅａｎを、熱板温度操作量に換算し、熱板３３０の温度を設定する。

本実施形態によれば、オペレータを介することなく、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）における熱板３３０の温度を設定することができる。そして、面内平均ＰＥＢ成分ｌ’１_ｍｅａｎとｌ’２_ｍｅａｎの差分を用いて、ＰＥＢ装置４１間の機差をキャンセルすることができ、レジストパターンをウェハ面内で均一に形成することができる。

なお、上記実施形態では、式（３）において面内平均ＰＥＢ成分ｌ’１_ｍｅａｎとｌ’２_ｍｅａｎの差分を用いて、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）に対する第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）の機差をキャンセルしたが、面内平均ＰＥＢ成分ｌ’１_ｍｅａｎとｌ’２_ｍｅａｎの平均値を用いてもよい。

具体的には、下記式（４）を用いてウェハ温度操作倍率Ｇを算出し、上記式（６）を用いて第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるウェハ温度の操作量Δθ１_ｍｅａｎを算出する。また、下記式（５）を用いてウェハ温度操作倍率Ｇを算出し、上記式（６）に相当する式を用いて第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）におけるウェハ温度の操作量Δθ２_ｍｅａｎを算出する。

かかる場合でも、オペレータを介することなく、ＰＥＢ装置４１間の機差をキャンセルすることができ、レジストパターンをウェハ面内で均一に形成することができる。

なお、この反応モデルｃ［ｔ］の第２の利用方法については、後述する実施例においても説明する。

＜反応モデルの第３の利用方法＞
次に、ＰＥＢ処理の反応モデルｃ［ｔ］の第３の利用方法について説明する。ここでは、レジストパターンをウェハ面内で均一に形成するように処理経路を選択する。

図９に示したウェハ温度θ［ｋ、ｔ］とレジストパターン寸法ｌ［ｋ］において、現実的には時間的制約などがあり、すべての処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を測定できるとは限らない。例えば図１５に示すように、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）において第２のＰＡＢ装置（Ａ２）を経由する処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］が取得されていない場合や、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）において第１のＰＡＢ装置（Ａ１）を経由する処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］が取得されていない場合がある。本実施形態では、このような処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を推定し、最適な処理経路を選択する。

先ず、図１６に示すように第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるＰＥＢ成分ｌ’１［ｋ］と、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）におけるＰＥＢ成分ｌ’２［ｋ］とを算出する。これらＰＥＢ成分ｌ’１［ｋ］、ｌ’２［ｋ］の算出方法は、第２の利用法用における算出方法と同様であるので詳細な説明を省略する。

次に、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）におけるレジストパターン寸法ｌ［ｋ］からＰＥＢ成分ｌ’１［ｋ］を差し引く。そうすると、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）以外の処理、すなわち第１のＰＡＢ装置４０（Ａ１）に起因して起因されるレジストパターンの寸法成分（以下、他処理成分）ｌ”１［ｋ］が推定される。

同様に、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）におけるレジストパターン寸法ｌ［ｋ］からＰＥＢ成分ｌ’２［ｋ］を差し引くと、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）以外の処理、すなわち第２のＰＡＢ装置４０（Ａ２）に起因して起因されるレジストパターンの寸法成分（以下、他処理成分）ｌ”２［ｋ］が推定される。

そして、図１７に示すようにＰＥＢ成分ｌ’１［ｋ］と他処理成分ｌ”２［ｋ］を足し合わせると、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）と第２のＰＡＢ装置４０（Ｅ２）を経由する処理経路のレジストパターン寸法が算出される。そうすると、図１８に示すように第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）に対し、すべての処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］が得られる。そして、レジストパターン寸法ｌ［ｋ］が面内均一になる最適な処理経路を選択することができる。図示の例においては、第１のＰＥＢ装置４１（Ｅ１）に対し、第２のＰＡＢ装置４０（Ａ２）と第１の現像処理装置３０（Ｄ１）が選択される。

同様に、図１７に示すようにＰＥＢ成分ｌ’２［ｋ］と他処理成分ｌ”１［ｋ］を足し合わせると、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）と第１のＰＡＢ装置４０（Ｅ１）を経由する処理経路のレジストパターン寸法が算出される。そうすると、図１８に示すように第２のＰＥＢ装置４２（Ｅ２）に対し、すべての処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］が得られる。そして、レジストパターン寸法ｌ［ｋ］が面内均一になる最適な処理経路を選択することができる。図示の例においては、第２のＰＥＢ装置４１（Ｅ２）に対し、第１のＰＡＢ装置４０（Ａ１）と第２の現像処理装置３０（Ｄ２）が選択される。

本実施形態によれば、予めすべての処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］が取得されていない場合でも、すべての処理経路のレジストパターン寸法ｌ［ｋ］を推定することができる。したがって、できるだけ多くの処理経路の中から最適な処理経路を選択することができるので、レジストパターンの面内均一性を向上させることができる。

また、かかる場合、例えば１つのＰＥＢ装置４１をメンテナンスや故障のために交換する場合でも、その代替となるＰＥＢ装置４１で測定したウェハ温度を取得すれば、当該代替となるＰＥＢ装置４１に対する最適な処理経路を選択することができる。したがって、ウェハ処理の効率性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、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。

以上の実施形態では、ＰＥＢ装置４１における熱板３３０の平均温度を調節して、レジストパターンを面内均一にしていた。この点、熱板３３０を複数の領域に区画し、各領域毎に上記実施形態を行って、当該領域毎に温度を調節してもよい。

上述した反応モデルｃ［ｔ］の第２の利用方法について、具体的なデータを用いて説明する。なお、本実施例で示すデータは仮想のデータである。

図１９に示すように、予め反応モデルｃ［ｔ］を導出しておく。

図２０に示すように第１のＰＥＢ装置におけるウェハ温度θ１［ｋ、ｔ］を取得する。そして、ウェハ温度θ１［ｋ、ｔ］から面内平均ウェハ温度をθ１_ｍｅａｎ［ｔ］を算出し、さらにθ１_ｍｅａｎ［ｔ］−θ１_ｍｅａｎ［０］を算出する。そして、図１９に示した反応モデルｃ［ｔ］を用いてＰＥＢ成分ｌ’１［ｋ］を算出し、さらに面内平均ＰＥＢ成分ｌ’１_ｍｅａｎを算出する。こうして面内平均ＰＥＢ成分ｌ’１_ｍｅａｎは１１３．６ｎｍと算出される。

第２のＰＥＢ装置に対しても同様の工程を行う。図２１に示すように第２のＰＥＢ装置におけるウェハ温度θ２［ｋ、ｔ］を取得する。そして、ウェハ温度θ２［ｋ、ｔ］から面内平均ウェハ温度をθ２_ｍｅａｎ［ｔ］を算出し、さらにθ２_ｍｅａｎ［ｔ］−θ２_ｍｅａｎ［０］を算出する。そして、図１９に示した反応モデルｃ［ｔ］を用いてＰＥＢ成分ｌ’２［ｋ］を算出し、さらに面内平均ＰＥＢ成分ｌ’２_ｍｅａｎを算出する。こうして面内平均ＰＥＢ成分ｌ’２_ｍｅａｎは１１３．３６４ｎｍと算出される。

かかる場合、図２２に示すようにＰＥＢ装置間の面内平均ＰＥＢ成分の差分（＝ｌ’２_ｍｅａｎ−ｌ’１_ｍｅａｎ）は、−０．２３６ｎｍとなる。

次に、下記式（３）を用いて、第１のＰＥＢ装置におけるウェハ温度操作倍率Ｇは、０．９９７３７８と算出される。すなわち、第１のＰＥＢ装置においてウェハ温度θ１［ｋ、ｔ］を０．９９７３７８倍すると、第２のＰＥＢ装置におけるウェハ温度θ２［ｋ、ｔ］に近い値が得られる。

次に、下記式（６）を用いて、第１のＰＥＢ装置におけるウェハ温度の操作量Δθ１_ｍｅａｎは、−０．２０９７８℃と算出される。すなわち、第１のＰＥＢ装置においてウェハ温度θ１［ｋ、ｔ］に−０．２０９７８℃を足し合わせると、第２のＰＥＢ装置におけるウェハ温度θ２［ｋ、ｔ］に近い値が得られる。なお、本実施例において、第１のＰＥＢ装置におけるＰＥＢ処理の加熱温度θｂは１００℃である。

ここで、図２３に示すようにＰＥＢ装置における熱板温度の操作量とウェハ温度の変化量との相関を予め求めておく。本実施例では、（ウェハ温度変化量ｙ）＝（係数ａ）×（熱板温度操作量ｘ）について、ａ＝０．４３１７である。

そして、この相関式を用いて、図２２に示すようにウェハ温度の操作量Δθ１_ｍｅａｎである−０．２０９７８℃を、係数ａである０．４３１７で除して、熱板温度操作量Δθｂに換算すると、Δθｂは−０．４８５９３℃と算出される。そして、θｂ＋Δθｂを計算し、第１のＰＥＢ装置における熱板の温度を更新する。以上のように本実施例では、第１のＰＥＢ装置における熱板の温度が、１００℃から９９．５１４０７℃に更新される。

１ 基板処理システム
１２ 露光装置
３０ 現像処理装置
３２ レジスト塗布装置
４０ ＰＡＢ装置
４１ ＰＥＢ装置
４２ ＰＯＳＴ装置
４３ 熱処理装置
２００ 制御部
２１０ 寸法測定装置
３１０ 加熱部
３１１ 冷却部
３３０ 熱板
３３４〜３３８ 温度センサ
３５０ 冷却板
Ｗ ウェハ

Claims (12)

1. 基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理方法であって、
   フォトリソグラフィー処理における熱処理を行う複数の熱処理装置において基板温度を経時的に測定し、熱処理装置間における基板温度の差を算出する温度差算出工程と、
   前記複数の熱処理装置を用いた熱処理を含むフォトリソグラフィー処理を基板に行い、当該基板上にレジストパターンを形成後、レジストパターン寸法を測定し、熱処理装置間におけるレジストパターン寸法の差を算出する寸法差算出工程と、
   前記基板温度の差と前記レジストパターン寸法の差を用いて、基板温度をレジストパターン寸法に変換するための反応速度を算出し、当該反応速度についての時間の関数である反応モデルを導出するモデル導出工程と、
   前記反応モデルを用いて基板処理の処理条件を設定する条件設定工程と、を有し、
   前記モデル導出工程において、
   熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、
   前記反応速度が時間方向に連続し、且つ、前記基板温度の差と前記反応モデルの積和が前記レジストパターン寸法の差に近くなるように、評価関数を定めて前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する、基板処理方法。
2. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   前記モデル導出工程において、前記評価関数は下記式（１）で表され、当該評価関数がゼロに近づくように前記反応モデルを決定することを特徴とする、請求項１に記載の基板処理方法。
   

   

   但し、Ｆ：評価関数、Ｃ［ｔ］：反応モデル、Δθ［ｔ、ｋ］：基板温度の差、Δｌ［ｋ］：レジストパターン寸法の差、ｔ：熱処理開始をゼロとした熱処理の経過時間、Ｔ：熱処理終了時の時間、ｋ：基板温度の測定点の番号（レジストパターン寸法の測定点の番号）、Ｋ：基板温度の測定点の総数（レジストパターン寸法の測定点の総数）、ｉ：複数の熱処理装置から取得される基板温度の差の総数（レジストパターン寸法の差の総数）
3. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   前記熱処理を行った際の、基板温度に対するレジストパターン寸法の変化率を示す感度情報を予め取得し、
   前記モデル導出工程において、さらに前記反応モデルの時間積分値が前記感度情報に近くなるように、前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する。
4. 請求項３に記載の基板処理方法において、
   前記モデル導出工程において、前記評価関数は下記式（２）で表され、当該評価関数がゼロに近づくように前記反応モデルを決定する。
   

   

   但し、Ｆ：評価関数、Ｃ［ｔ］：反応モデル、Δθ［ｔ、ｋ］：基板温度の差、Δｌ［ｋ］：レジストパターン寸法の差、ｔ：熱処理開始をゼロとした熱処理の経過時間、Ｔ：熱処理終了時の時間、ｋ：基板温度の測定点の番号（レジストパターン寸法の測定点の番号）、Ｋ：基板温度の測定点の総数（レジストパターン寸法の測定点の総数）、ｉ：複数の熱処理装置から取得される基板温度の差の総数（レジストパターン寸法の差の総数）、γ：感度情報
5. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   前記条件設定工程において設定される前記処理条件は、熱処理の処理時間であって、
   基板の冷却を開始後、前記反応モデルがゼロになる時間を除外して熱処理を終了する。
6. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   前記条件設定工程において設定される前記処理条件は、前記熱処理装置の熱板の温度操作量であって、
   前記条件設定工程は、
   前記熱処理装置毎に基板温度を経時的に測定して、当該基板温度の面内平均である面内平均基板温度を算出する工程と、
   前記反応モデルと前記熱処理装置毎に測定した基板温度の積和を算出して、前記レジストパターン寸法のうち、当該熱処理装置での熱処理に起因して形成されるレジストパターンの寸法成分である熱処理成分を推定し、さらに当該熱処理成分の面内平均である面内平均熱処理成分を算出する工程と、
   第１の熱処理装置における前記面内平均基板温度及び前記面内平均熱処理成分と、第２の熱処理装置における前記面内平均基板温度及び前記面内平均熱処理成分と、を用いて、少なくとも前記第１の熱処理装置又は前記第２の熱処理装置における基板温度の操作量を算出する工程と、
   予め求められた熱板温度と基板温度の相関を用いて、前記基板温度の操作量に基づき、前記熱板温度の操作量を算出する工程と、を有する。
7. 請求項６に記載の基板処理方法において、
   下記式（３）で求められる基板温度操作倍率に基づいて、前記第１の熱処理装置における基板温度の操作量を算出する。
   

   

   但し、Ｇ：基板温度操作倍率、ｌ’１_ｍｅａｎ：第１の熱処理装置における面内平均熱処理成分、ｌ’２_ｍｅａｎ：第２の熱処理装置における面内平均熱処理成分、Ｃ［ｔ］：反応モデル、θ１_ｍｅａｎ［ｔ］：第１の熱処理装置における面内平均基板温度、ｔ：熱処理開始をゼロとした熱処理の経過時間、Ｔ：熱処理終了時の時間
8. 請求項６に記載の基板処理方法において、
   下記式（４）で求められる基板温度操作倍率に基づいて、前記第１の熱処理装置における基板温度の操作量を算出し、
   下記式（５）で求められる基板温度操作倍率に基づいて、前記第２の熱処理装置における基板温度の操作量を算出する。
   

   

   但し、Ｇ：基板温度操作倍率、ｌ’１_ｍｅａｎ：第１の熱処理装置における面内平均熱処理成分、ｌ’２_ｍｅａｎ：第２の熱処理装置における面内平均熱処理成分、Ｃ［ｔ］：反応モデル、θ１_ｍｅａｎ［ｔ］：第１の熱処理装置における面内平均基板温度、θ２_ｍｅａｎ［ｔ］：第２の熱処理装置における面内平均基板温度、ｔ：熱処理開始をゼロとした熱処理の経過時間、Ｔ：熱処理終了時の時間
9. 請求項１に記載の基板処理方法において、
   フォトリソグラフィー処理は前記熱処理装置の他に複数種の処理装置を用いて行われ、
   前記条件設定工程において設定される前記処理条件は、前記熱処理装置に対する前記処理装置の選択方法であって、
   前記条件設定工程は、
   第１の熱処理装置と第１の処理装置を用いてフォトリソグラフィー処理を行って第１のレジストパターンを形成後、第１のレジストパターン寸法を測定する工程と、
   前記反応モデルと前記第１の熱処理装置で測定した基板温度の積和を算出して、前記第１のレジストパターン寸法のうち、当該第１の熱処理装置での熱処理に起因して形成される第１のレジストパターンの寸法成分である第１の熱処理成分を推定する工程と、
   前記第１のレジストパターン寸法から前記第１の熱処理成分を差し引いて、前記第１の熱処理装置での熱処理以外の他の処理に起因して形成される第１のレジストパターンの寸法成分である第１の他処理成分を推定する工程と、
   第２の熱処理装置と第２の処理装置を用いてフォトリソグラフィー処理を行って第２のレジストパターンを形成後、第２のレジストパターン寸法を測定する工程と、
   前記反応モデルと前記第２の熱処理装置で測定した基板温度の積和を算出して、前記第２のレジストパターン寸法のうち、当該第２の熱処理装置での熱処理に起因して形成される第２のレジストパターンの寸法成分である第２の熱処理成分を推定する工程と、
   前記第２のレジストパターン寸法から前記第２の熱処理成分を差し引いて、前記第２の熱処理装置での熱処理以外の他の処理に起因して形成される第２のレジストパターンの寸法成分である第２の他処理成分を推定する工程と、
   前記第１の熱処理成分と前記第２の他処理成分を足し合わせて、前記第１の熱処理装置と前記第２の処理装置を用いてフォトリソグラフィー処理を行った場合の第３のレジストパターン寸法を算出する工程と、
   前記第１のレジストパターン寸法と前記第３のレジストパターン寸法を比較して、前記第１の熱処理装置に対して前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置を選択する工程と、
   前記第２の熱処理成分と前記第１の他処理成分を足し合わせて、前記第２の熱処理装置と前記第１の処理装置を用いてフォトリソグラフィー処理を行った場合の第４のレジストパターン寸法を算出する工程と、
   前記第２のレジストパターン寸法と前記第４のレジストパターン寸法を比較して、前記第２の熱処理装置に対して前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置を選択する工程と、を有する。
10. 請求項１に記載の基板処理方法において、
    前記熱処理は、フォトリソグラフィー処理における露光処理後であって現像処理前に行われる加熱処理である。
11. 基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理方法を基板処理システムによって実行させるように、当該基板処理システム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を格納した読み取り可能なコンピュータ記憶媒体であって、
    前記基板処理方法は、
    フォトリソグラフィー処理における熱処理を行う複数の熱処理装置において基板温度を経時的に測定し、熱処理装置間における基板温度の差を算出する温度差算出工程と、
    前記複数の熱処理装置を用いた熱処理を含むフォトリソグラフィー処理を基板に行い、当該基板上にレジストパターンを形成後、レジストパターン寸法を測定し、熱処理装置間におけるレジストパターン寸法の差を算出する寸法差算出工程と、
    前記基板温度の差と前記レジストパターン寸法の差を用いて、基板温度をレジストパターン寸法に変換するための反応速度を算出し、当該反応速度についての時間の関数である反応モデルを導出するモデル導出工程と、
    前記反応モデルを用いて基板処理の処理条件を設定する条件設定工程と、を有し、
    前記モデル導出工程において、
    熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、
    前記反応速度が時間方向に連続し、且つ、前記基板温度の差と前記反応モデルの積和が前記レジストパターン寸法の差に近くなるように、評価関数を定めて前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する。
12. 基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成する基板処理システムであって、
    基板に熱処理を行う複数の熱処理装置と、
    基板上のレジストパターン寸法を測定する寸法測定装置と、
    基板処理の処理条件を設定する制御部と、を有し、
    前記制御部は、
    前記複数の熱処理装置において基板温度を経時的に測定し、熱処理装置間における基板温度の差を算出する温度差算出工程と、
    前記複数の熱処理装置を用いて基板にフォトリソグラフィー処理を行い、当該基板上にレジストパターンを形成後、前記寸法測定装置においてレジストパターン寸法を測定し、熱処理装置間におけるレジストパターン寸法の差を算出する寸法差算出工程と、
    前記基板温度の差と前記レジストパターン寸法の差を用いて、基板温度をレジストパターン寸法に変換するための反応速度を算出し、当該反応速度についての時間の関数である反応モデルを導出するモデル導出工程と、
    前記反応モデルを用いて基板処理の処理条件を設定する条件設定工程とを、実行し、
    前記モデル導出工程において、
    熱処理開始時及び熱処理終了時の反応速度をゼロとし、
    前記反応速度が時間方向に連続し、且つ、前記基板温度の差と前記反応モデルの積和が前記レジストパターン寸法の差に近くなるように、評価関数を定めて前記反応モデルについて最適化問題を解き、当該反応モデルを決定する、
    ように構成されている。
    
    
    

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