JP5186264B2

JP5186264B2 - 基板の処理方法、プログラム、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム

Info

Publication number: JP5186264B2
Application number: JP2008087901A
Authority: JP
Inventors: 真任田所; 久仁恵緒方; 恵城坂
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: KR101387862B1; KR20090103705A; JP2009245996A

Description

本発明は、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理する基板の処理方法、プログラム、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におけるフォトリソグラフィー処理では、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、当該レジスト膜を所定のパターンを露光する露光処理、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る。

上述したレジストパターンを形成する際には、半導体デバイスのさらなる高集積化を図るため、レジストパターンの微細化が求められている。これを受けて従来より露光光源の短波長化が進められている。しかしながら、現状、露光光源の短波長化には技術的、コスト的な限界がある。

そこで、ウェハの現像処理を行った後、ウェハを加熱してレジストパターンのレジスト部分を膨張させることで、レジストパターンの微細化を図ることが提案されている。そしてこのレジストパターンを所定の目標寸法で形成するために、ウェハ上に形成されたレジストパターンの寸法を測定し、その寸法測定結果に基づいて、予め求められた加熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関から現像処理後の加熱処理の温度を補正し、レジストパターンの寸法の適正化を測ることが提案されている（特許文献１）。

特開２００８−４５９１号公報

しかしながら、上述した加熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関は、通常、検査用のウェハ上にレジストパターンを形成し、そのレジストパターンの寸法を測定した後、その寸法測定結果と加熱処理の温度との関係を作業者が手作業で入力して算出している。また、最初に処理されるウェハの加熱処理の初期温度についても、通常、前記加熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関に基づいて、作業者が手作業で設定している。

そうすると、例えば寸法測定結果と加熱処理の温度との関係を誤って入力した場合や、加熱処理の初期温度を誤って設定した場合には、ウェハ上にレジストパターンを所定の目標寸法で形成できないことがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、基板上に所定の目標寸法のレジストパターンを形成することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理する基板の処理方法であって、前記熱処理の初期温度と前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法を設定した後、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関、及び前記熱処理の設定温度を自動で算出する条件設定工程と、以後、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を前記設定温度で熱処理して、前記レジストパターンを前記目標寸法に調整する処理工程と、を有し、前記条件設定工程は、前記熱処理の初期温度と、前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法と、を設定する第１の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第１の工程で設定した初期温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第２の工程と、前記第１の工程で設定した初期温度と異なる前記熱処理の温度を算出する第３の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第３の工程で算出した温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第４の工程と、前記第２の工程と前記第４の工程におけるレジストパターンの寸法測定結果と対応する熱処理の温度から、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関を算出する第５の工程と、前記第５の工程で算出した相関と前記第１の工程で設定したレジストパターンの目標寸法から、前記熱処理の設定温度を算出する第６の工程と、前記第６の工程後、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定して、前記設定温度の適否を確認する第７の工程と、を有し、前記熱処理を行う熱処理装置が複数ある場合には、前記条件設定工程後であって前記処理工程前に、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する工程と、前記レジストパターンの寸法測定結果に基づいて、前記第５の工程で算出した相関から、前記各熱処理装置における熱処理の前記設定温度を補正する工程と、を有する温度補正工程が行われ、前記処理工程は、前記レジストパターンが形成された基板を、前記温度補正工程で補正された設定温度で熱処理し、前記レジストパターンは、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理と、前記レジスト膜を露光する露光処理と、露光されたレジスト膜を現像する現像処理と、現像処理後に基板を加熱する加熱処理を行うことによって形成され、前記熱処理は、前記現像処理後の加熱処理後に、基板上にパターン膨張剤を塗布した後行われることを特徴としている。なお、レジストパターンの寸法とは、例えばコンタクトホールの径、レジストパターンの線幅、レジストパターンのサイドウォールアングルなどである。

本発明によれば、条件設定工程において、熱処理の初期温度と熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法を設定した後、検査用の基板上にレジストパターンを形成し、熱処理後のレジストパターンの寸法を測定しているので、熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関、及び熱処理の設定温度を自動で算出することができる。これによって、従来必要とされていた作業者による手作業を省略することができるので、熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関を適切に算出し、熱処理の設定温度を適切に設定することができる。したがって、以後、基板上に所定の目標寸法のレジストパターンを形成することができる。

別な観点による本発明によれば、前記基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置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、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理する基板処理システムであって、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理と、露光されたレジスト膜を現像する現像処理と、現像処理後に基板を加熱する加熱処理が行われて、基板上にレジストパターンを形成するパターン形成部と、前記現像処理後の加熱処理後に、基板上にパターン膨張剤を塗布する塗布処理装置と、前記パターン膨張剤の塗布後に、前記レジストパターンが形成された基板を熱処理する複数の熱処理装置と、前記熱処理後の基板のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、前記熱処理装置における熱処理の温度を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記熱処理の初期温度と前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法を設定する第１の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第１の工程で設定した初期温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第２の工程と、前記第１の工程で設定した初期温度と異なる前記熱処理の温度を算出する第３の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第３の工程で算出した温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第４の工程と、前記第２の工程と前記第４の工程におけるレジストパターンの寸法測定結果と対応する熱処理の温度から、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関を算出する第５の工程と、前記第５の工程で算出した相関と前記第１の工程で設定したレジストパターンの目標寸法から、前記熱処理の設定温度を算出する第６の工程と、前記第６の工程後、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定して、前記設定温度の適否を確認する第７の工程と、を実行するように前記パターン形成部、前記熱処理装置及び前記パターン寸法測定装置を制御し、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する工程と、前記レジストパターンの寸法測定結果に基づいて、前記第５の工程で算出した相関から、前記各熱処理装置における熱処理の前記設定温度を補正する工程と、をさらに実行するように前記パターン形成部、前記熱処理装置及び前記パターン寸法測定装置を制御することを特徴としている。

本発明によれば、従来手作業で算出していた熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関、及び熱処理の設定温度を自動で算出することができ、基板上に所定の目標寸法のレジストパターンを形成することができる。

以下、本発明の好ましい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基板処理システムとしての塗布現像処理システム１の構成の概略を示す平面図であり、図２は、塗布現像処理システム１の正面図であり、図３は、塗布現像処理システム１の背面図である。

塗布現像処理システム１は、図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から塗布現像処理システム１に対して搬入出したり、カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と、ウェハＷに対し所定の検査を行う検査ステーション３と、フォトリソグラフィー工程の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段に配置している処理ステーション４と、この処理ステーション４に隣接して設けられている露光装置Ａとの間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２では、カセット載置台６が設けられ、当該カセット載置台６は、複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には、搬送路７上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送体８が設けられている。ウェハ搬送体８は、カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり、カセットＣ内に上下方向に配列されたウェハＷに対して選択的にアクセスできる。ウェハ搬送体８は、鉛直方向の軸周り（θ方向）に回転可能であり、後述する検査ステーション３側の受け渡し部１０に対してもアクセスできる。

カセットステーション２に隣接する検査ステーション３には、ウェハＷ上のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置２０が設けられている。パターン寸法測定装置２０は、例えば検査ステーション３のＸ方向負方向（図１の下方向）側に配置されている。例えば検査ステーション３のカセットステーション２側には、カセットステーション２との間でウェハＷを受け渡しするための受け渡し部１０が配置されている。この受け渡し部１０には、例えばウェハＷを載置する載置部１０ａが設けられている。パターン寸法測定装置２０のＸ方向正方向（図１の上方向）には、例えば搬送路１１上をＸ方向に沿って移動可能なウェハ搬送装置１２が設けられている。ウェハ搬送装置１２は、例えば上下方向に移動可能でかつθ方向にも回転自在であり、パターン寸法測定装置２０、受け渡し部１０及び処理ステーション４側の後述する第３の処理装置群Ｇ３の各処理装置に対してアクセスできる。

検査ステーション３に隣接する処理ステーション４は、複数の処理装置が多段に配置された、例えば５つの処理装置群Ｇ１〜Ｇ５を備えている。処理ステーション４のＸ方向負方向（図１中の下方向）側には、検査ステーション３側から第１の処理装置群Ｇ１、第２の処理装置群Ｇ２が順に配置されている。処理ステーション４のＸ方向正方向（図１中の上方向）側には、検査ステーション３側から第３の処理装置群Ｇ３、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５が順に配置されている。第３の処理装置群Ｇ３と第４の処理装置群Ｇ４の間には、第１の搬送装置３０が設けられている。第１の搬送装置３０は、第１の処理装置群Ｇ１、第３の処理装置群Ｇ３及び第４の処理装置群Ｇ４内の各装置に対し選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。第４の処理装置群Ｇ４と第５の処理装置群Ｇ５の間には、第２の搬送装置３１が設けられている。第２の搬送装置３１は、第２の処理装置群Ｇ２、第４の処理装置群Ｇ４及び第５の処理装置群Ｇ５内の各装置に対して選択的にアクセスしてウェハＷを搬送できる。

図２に示すように第１の処理装置群Ｇ１には、ウェハＷに所定の液体を供給して処理を行う液処理装置、例えばウェハ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４０、４１、４２、露光処理時の光の反射を防止する反射防止膜を形成するボトムコーティング装置４３、４４が下から順に５段に重ねられている。第２の処理装置群Ｇ２には、液処理装置、例えばウェハＷに現像液を供給して現像処理する現像処理装置５０〜５４が下から順に５段に重ねられている。また、第１の処理装置群Ｇ１及び第２の処理装置群Ｇ２の最下段には、各処理装置群Ｇ１、Ｇ２内の前記液処理装置に各種処理液を供給するためのケミカル室６０、６１がそれぞれ設けられている。

図３に示すように第３の処理装置群Ｇ３には、例えば温度調節装置７０、ウェハＷの受け渡しを行うためのトランジション装置７１、精度の高い温度管理下でウェハ温度を調節する高精度温度調節装置７２〜７４及びウェハＷを高温で加熱処理する高温度熱処理装置７５〜７８が下から順に９段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には、例えば高精度温度調節装置８０、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装置（以下、「ＰＡＢ装置」という。）８１〜８４及び現像処理後のウェハＷの加熱処理を行う、熱処理装置としてのポストベーキング装置（以下、「ＰＯＳＴ装置」という。）８５〜８９が下から順に１０段に重ねられている。

第５の処理装置群Ｇ５では、ウェハＷを熱処理する複数の熱処理装置、例えば高精度温度調節装置９０〜９３、ウェハＷに加熱処理するポストエクスポージャーベーキング装置（以下、「ＰＥＢ装置」という。）９４〜９９が下から順に１０段に重ねられている。

図１に示すように第１の搬送装置３０のＸ方向正方向側には、複数の処理装置が配置されており、例えば図３に示すようにウェハＷを疎水化処理するためのアドヒージョン装置１００、１０１、ウェハＷを加熱処理する加熱処理装置１０２、１０３が下から順に４段に重ねられている。図１に示すように第２の搬送装置３１のＸ方向正方向側には、例えばウェハＷのエッジ部のみを選択的に露光する周辺露光装置１０４が配置されている。

インターフェイスステーション５には、例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路１１０上を移動するウェハ搬送体１１１と、バッファカセット１１２が設けられている。ウェハ搬送体１１１は、Ｚ方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり、インターフェイスステーション５に隣接した露光装置Ａと、バッファカセット１１２及び第５の処理装置群Ｇ５に対してアクセスしてウェハＷを搬送できる。

なお、本実施の形態においては、例えば処理ステーション４のレジスト塗布装置４０〜４２、ＰＡＢ装置８１〜８４、ＰＥＢ装置９４〜９９及び現像処理装置５０〜５４によりレジストパターン形成部が構成されている。

次に、上述したパターン寸法測定装置２０の構成について説明する。パターン寸法測定装置２０は、例えば図４に示すように側面にウェハＷを搬入出口（図示せず）が形成されたケーシング２０ａを有している。ケーシング２０ａ内には、ウェハＷを水平に載置する載置台１２０と、光学式表面形状測定計１２１が設けられている。載置台１２０は、例えば水平方向の２次元方向に移動できる。光学式表面形状測定計１２１は、例えばウェハＷに対して斜方向から光を照射する光照射部１２２と、光照射部１２２から照射されウェハＷで反射した光を検出する光検出部１２３と、当該光検出部１２３の受光情報に基づいてウェハＷ上のレジストパターンの寸法を算出する測定部１２４を備えている。パターン寸法測定装置２０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の寸法を測定するものであり、測定部１２４において、光検出部１２３により検出された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の寸法を求めることにより、レジストパターンの寸法を測定できる。なお、本実施の形態においては、レジストパターンの寸法として、例えば図５に示すコンタクトホールＣの径Ｄが測定される。

また、パターン寸法測定装置２０は、光照射部１２２及び光検出部１２３に対してウェハＷを相対的に水平移動させることによって、ウェハ面内の複数領域、例えば図６に示すような各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５のレジストパターンの寸法Ｄを測定することができる。なお、このウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５は、後述するＰＯＳＴ装置８５〜８９の熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５に対応している。

次に、上述したＰＯＳＴ装置８５〜８９の構成について説明する。ＰＯＳＴ装置８５は、図７に示すように側面にウェハＷを搬入出口（図示せず）が形成されたケーシング８５ａを有している。ケーシング８５ａ内には、上側に位置して上下動自在な蓋体１３０と、下側に位置して蓋体１３０と一体となって処理室Ｋを形成する熱板収容部１３１が設けられている。

蓋体１３０は、下面が開口した略円筒形状を有している。蓋体１３０の上面中央部には、排気部１３０ａが設けられている。処理室Ｋ内の雰囲気は、排気部１３０ａから均一に排気される。

熱板１４０は、図８に示すように複数、例えば５つの熱板領域Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５に区画されている。熱板１４０は、例えば平面から見て中心部に位置して円形の熱板領域Ｒ_１と、その周囲を円弧状に４等分した熱板領域Ｒ_２〜Ｒ_５に区画されている。

熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５には、給電により発熱するヒータ１４１が個別に内蔵され、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５毎に加熱できる。各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５のヒータ１４１の発熱量は、温度制御装置１４２により調整されている。温度制御装置１４２は、ヒータ１４１の発熱量を調整して、各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の温度を所定の加熱温度に制御できる。温度制御装置１４２における加熱温度の設定は、例えば後述する制御装置２００により行われる。

図７に示すように熱板１４０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１５０が設けられている。昇降ピン１５０は、昇降駆動機構１５１により上下動できる。熱板１４０の中央部付近には、熱板１４０を厚み方向に貫通する貫通孔１５２が形成されており、昇降ピン１５０は、熱板１４０の下方から上昇して貫通孔１５２を通過し、熱板１４０の上方に突出できる。

熱板収容部１３１は、例えば熱板１４０を収容して熱板１４０の外周部を保持する環状の保持部材１６０と、その保持部材１６０の外周を囲む略筒状のサポートリング１６１を備えている。

なお、ＰＯＳＴ装置８６〜８９の構成については、上述したＰＯＳＴ装置８５と同様であるので説明を省略する。

次に、上述したＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱温度を制御する制御装置２００について説明する。制御装置２００は、例えばＣＰＵやメモリなどを備えた汎用コンピュータにより構成され、図７及び図８に示すように温度制御装置１４２に接続されている。

制御装置２００は、図９に示すように例えばパターン寸法測定装置２０からの寸法測定結果等が入力される入力部２０１と、レジストパターンの寸法ＤとＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度との相関を算出する相関算出部２０２と、寸法測定結果からＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度を算出するために必要な各種情報、例えば相関算出部２０２で算出された相関が格納されるデータ格納部２０３と、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度を算出するプログラムＰを格納するプログラム格納部２０４と、プログラムＰを実行して加熱温度を算出する演算部２０５と、算出された加熱温度をＰＯＳＴ装置８５〜８９に出力する出力部２０６などを備えている。

相関算出部２０２では、図１０に示すようなＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱温度Ｔとレジストパターンの寸法Ｄとの相関Ｍが自動で算出され、当該相関Ｍは、データ格納部２０３に格納される。

プログラム格納部２０４に格納されたプログラムＰは、例えばパターン寸法測定装置２０からのウェハ面内のレジストパターンの寸法測定結果に基づいて、相関Ｍから、ＰＯＳＴ装置８５〜８９における各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５の加熱温度を算出できる。なお、制御装置２００の機能を実現するためのプログラムＰ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装置２００にインストールされたものであってもよい。

次に、以上のように構成された塗布現像処理システム１におけるウェハＷの処理プロセスについて、検査用ウェハＷ’の検査処理と共に説明する。図１１は、これら検査用ウェハＷ’の検査処理工程とウェハＷの処理工程を説明したフローチャートである。なお、本実施の形態においては、上述した図５に示したようにレジストパターンの寸法Ｄとして、コンタクトホールＣの径Ｄを所定の目標寸法に調整する場合について説明する。

先ず、ＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱温度Ｔとレジストパターンの寸法Ｄとの相関Ｍを算出するために、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の初期温度Ｔ_１とレジストパターンの目標寸法Ｄ_ｇを設定し、初期温度Ｔ_１と目標寸法Ｄ_ｇを制御装置２００の入力部２０１に入力する（図１１のステップＳ１）。そして、制御装置２００の出力部２０６から温度制御装置１４２に初期温度Ｔ_１が出力され、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度が初期温度Ｔ_１に設定される。

次に、ウェハ搬送体８によって、カセット載置台６上のカセットＣ内から未処理の検査用ウェハＷ_１’が取り出され検査ステーション３の受け渡し部１０に搬送される。受け渡し部１０に搬送された検査用ウェハＷ_１’は、ウェハ搬送装置１２によって処理ステーション４に搬送され、レジストパターンの形成処理が行われる（図１１のステップＳ２）。

具体的なレジストパターンの形成処理について説明すると、検査用ウェハＷ_１’は、先ず処理ステーション４の第３の処理装置群Ｇ３に属する温度調節装置７０に搬送され、所定温度に温度調節された後、第１の搬送装置３０によってボトムコーティング装置４３に搬送され、反射防止膜が形成される。その後検査用ウェハＷ’は、第１の搬送装置３０によって加熱処理装置１０２、高温度熱処理装置７５、高精度温度調節装置９０に順次搬送され、各処理装置において所定の処理が施される。その後検査用ウェハＷ_１’は、第１の搬送装置３０によってレジスト塗布装置４０に搬送され、検査用ウェハＷ_１’上にレジスト膜が形成される。

レジスト膜が形成された検査用ウェハＷ_１’は、第１の搬送装置３０によって例えばＰＡＢ装置８１に搬送され、加熱処理が施された後、第２の搬送装置３１によって周辺露光装置１０４、高精度温度調節装置９３に順次搬送され、各処理装置において所定の処理が施される。その後、インターフェイスステーション５のウェハ搬送体１１１によって露光装置Ａに搬送され、検査用ウェハＷ_１’上のレジスト膜に所定のパターンが露光される。露光処理の終了した検査用ウェハＷ_１’は、ウェハ搬送体１１１によって処理ステーション４のＰＥＢ装置９４に搬送され、検査用ウェハＷ_１’が加熱処理される。

加熱処理が終了した検査用ウェハＷ_１’は、第２の搬送装置３１によって高精度温度調節装置９１に搬送されて温度調節される。その後検査用ウェハＷ_１’は、現像処理装置５０に搬送され、検査用ウェハＷ_１’上のレジスト膜が現像されて、レジストパターンが形成される。その後検査用ウェハＷ_１’は、第２の搬送装置３１によってＰＯＳＴ装置８５に搬送される。

ＰＯＳＴ装置８５に搬送された検査用ウェハＷ_１’は、予め上昇して待機していた昇降ピン１５０に受け渡され、蓋体１３０が閉じられた後、昇降ピン１５０が下降して、検査用ウェハＷ_１’が熱板１４０上に載置される。このとき、熱板１４０は、制御装置２００によって初期温度Ｔ_１に加熱されている。そして、検査用ウェハＷ_１’は、この加熱された熱板１４０によって初期温度Ｔ_１に加熱される。

検査用ウェハＷ_１’が初期温度Ｔ_１に加熱されると、サーマルシュリンク現象により当該検査用ウェハＷ_１’上のレジストパターンのレジスト部分が膨張する。したがって、レジストパターンの寸法Ｄ（コンタクトホールＣの径Ｄ）が小さくなる。

加熱処理が終了した検査用ウェハＷ_１’は、第１の搬送装置３０によって高精度温度調節装置７２に搬送され温度調節される。その後、検査用ウェハＷ_１’は、ウェハ搬送装置１２によって検査ステーション３のパターン寸法測定装置２０に搬送される。

パターン寸法測定装置２０では、検査用ウェハＷ_１’が載置台１２０に載置される。次に、検査用ウェハＷ_１’の所定部分に光照射部１２２から光が照射され、その反射光が光検出部１２３により検出され、測定部１２４において検査用ウェハＷ_１’上のレジストパターンの寸法Ｄ_１（コンタクトホールＣの径Ｄ_１）が測定される（図１１のステップＳ３）。これらの検査用ウェハＷ_１’のレジストパターンの寸法Ｄ_１の測定結果は、制御装置２００の入力部２０１に出力される。なお、レジストパターンの寸法Ｄ_１が測定された検査用ウェハＷ_１’は、その後ウェハ搬送装置１２によって検査ステーション３の受け渡し部１０に受け渡され、受け渡し部１０からウェハ搬送体８によってカセットＣに戻される。

次に相関算出部２０２において、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度Ｔが初期温度Ｔ_１と異なる加熱温度Ｔ_２に自動で変更され、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度が加熱温度Ｔ_２に設定される（図１１のステップＳ４）。なお、初期温度Ｔ_１から加熱温度Ｔ_２に変更する際の加熱温度の変更量は、作業者が任意に設定することができる。その後上述した方法と同様の方法で、次の検査用ウェハＷ_２’上にレジストパターンが形成され（図１１のステップＳ２）、パターン寸法測定装置２０においてレジストパターンの寸法Ｄ_２が測定される（図１１のステップＳ３）。レジストパターンの寸法Ｄ_２の測定結果は、制御装置２００の入力部２０１に出力される。

入力部２０１に入力されたレジストパターンの寸法Ｄ_１、Ｄ_２は、相関算出部２０２に出力される。相関算出部２０２では、レジストパターンの寸法Ｄ_１、Ｄ_２と、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度Ｔ_１、Ｔ_２を線形補完して、図１０に示したように相関Ｍを算出する（図１１のステップＳ５）。相関算出部２０２で算出された相関Ｍは、データ格納部２０３に出力され格納される。

その後制御装置２００では、プログラムＰにより、レジストパターンの目標寸法Ｄ_ｇに基づいて、図１０に示した相関Ｍから、ＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱処理の設定温度Ｔ_ｇが算出される（図１１のステップＳ６）。なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ１〜Ｓ６までの工程を条件設定工程Ｑ１という。また、本実施の形態においては、相関Ｍの算出するにあたって２枚の検査用ウェハＷ’を用いたが、３枚以上の検査用ウェハＷ’を用いて相関Ｍを算出してもよい。さらに、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｇを算出した後、この設定温度Ｔ_ｇで検査用ウェハＷ’に加熱処理を行い、検査用ウェハＷ’上のレジストパターンが目標寸法Ｄ_ｇに形成されるかどうかを確認してもよい。

このように条件設定工程Ｑ１において、レジストパターンが目標寸法Ｄ_ｇで形成されるようにＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｇが算出されるが、ＰＯＳＴ装置８５〜８９間で、レジストパターンが目標寸法Ｄ_ｇで形成するための設定温度Ｔ_ｇが微小に異なる場合がある。そこで次に、検査用ウェハＷ’を用いて、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の各装置における設定温度Ｔ_ｇを補正する。かかる検査を行う際、検査用ウェハＷ’は、ＰＯＳＴ装置８５〜８９と同数枚（又は、その２倍か３倍の枚数）用意される。

先ず、制御装置２００からＰＯＳＴ装置８５〜８９には上述のステップＳ６で算出した設定温度Ｔ_ｇが出力され、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度が設定温度Ｔ_ｇに設定される。その後上述のステップＳ２と同様の方法で、検査用ウェハＷ_３’上にレジストパターンが形成される（図１１のステップＳ７）。このとき、検査用ウェハＷ_３’は例えばＰＯＳＴ装置８５において加熱処理が行われる。その後、パターン寸法測定装置２０において検査用ウェハＷ_３’上のレジストパターンの寸法Ｄが測定される（図１１のステップＳ８）。そして、レジストパターンの寸法Ｄは制御装置２００に出力され、制御装置２００においてＰＯＳＴ装置８５における設定温度Ｔ_ｇが設定温度Ｔ_ｒに補正される（図１１のステップＳ９）。なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ７〜Ｓ９までの工程を温度補正工程Ｑ２という。

温度補正工程Ｑ２は、他のＰＯＳＴ装置８６〜８９に対しても行われる。すなわち、例えば４枚の検査用ウェハＷ_４’〜
Ｗ_７’に温度補正工程Ｑ２が行われ、各ＰＯＳＴ装置８６〜８９における設定温度Ｔ_ｇが設定温度Ｔ_ｒにそれぞれ補正される。なお、各ＰＯＳＴ装置８５〜８９における設定温度Ｔ_ｒは、熱板１４０の各熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５で異なる温度に設定してもよい。この場合、パターン測定装置２０において、検査用ウェハＷ_３’〜
Ｗ_７’の各ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５毎にレジストパターンの寸法Ｄが測定される。

このように検査処理工程である条件設定工程Ｑ１と温度補正工程Ｑ２が終了すると、例えば製品用のウェハＷに一連の処理を行ってレジストパターンを形成する。このとき、制御装置２００からＰＯＳＴ装置８５〜８９には上述のステップＳ１０で算出した設定温度Ｔ_ｒが出力され、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度が設定温度Ｔ_ｒに設定される。そして、上述のステップＳ２又はＳ７と同様の方法で処理を行い、ウェハＷ上にレジストパターンが目標寸法Ｄ_ｇで形成される（図１１のステップＳ１０）。このレジストパターンを形成する際、現像処理後のウェハＷ上には、最終的な目標寸法Ｄ_ｇより大きい寸法のレジストパターンが形成される。そしてＰＯＳＴ装置８５〜８９においてウェハＷを設定温度Ｔ_ｒで加熱処理することにより、レジストパターンのレジスト部分を膨張させて、レジストパターンの寸法が目標寸法Ｄ_ｇに調整される。

そしてこのステップＳ１０のレジストパターンを形成する処理が、ウェハＷに連続して行われる。このとき、パターン寸法測定装置２０においてウェハＷ上のレジストパターンの寸法Ｄが定期的に測定される（図１１のステップ１１）。そして、寸法測定結果はパターン寸法測定装置２０から制御装置２００に出力され、制御装置２００においてＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｒが補正される（図１１のステップＳ１２）。なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ１０〜Ｓ１２までの工程を処理工程Ｑ３という。

以上の実施の形態によれば、条件設定工程Ｑ１において、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の初期温度Ｔ_１とレジストパターンの目標寸法Ｄ_ｇを設定した後、検査用ウェハＷ’上にレジストパターンを形成し、ＰＯＳＴ装置８５〜８９で加熱処理後のレジストパターンの寸法Ｄを測定したので、ＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱温度Ｔとレジストパターンの寸法Ｄとの相関Ｍ、及びＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｇを自動で算出することができる。そうすると、従来必要とされていた作業者による手作業を省略することができるので、ＰＯＳＴ装置８５〜８９における加熱温度Ｔとレジストパターンの寸法Ｄとの相関Ｍを適切に算出し、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｇを適切に設定することができる。

また、条件設定工程Ｑ１において相関Ｍ及び設定温度Ｔ_ｇを自動で算出することができるので、全体の作業時間を短縮することができ、ウェハＷ処理のスループットを向上させることができる。

また、条件設定工程Ｑ１において相関Ｍ及び設定温度Ｔ_ｇを自動で算出した後、さらに温度補正工程Ｑ２においてレジストパターンを形成し、ＰＯＳＴ装置８５〜８９で加熱処理後のレジストパターンの寸法Ｄを測定したので、各ＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｇを設定温度Ｔ_ｒにそれぞれ補正することができる。これによって、ＰＯＳＴ装置８５〜８９のいずれの装置を用いた場合でも、ウェハＷ上に所定の目標寸法Ｄ_ｇのレジストパターンを形成することができる。

また、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の熱板領域Ｒ_１〜Ｒ_５毎に設定温度Ｔ_ｒを設定することができるので、ウェハ領域Ｗ_１〜Ｗ_５をそれぞれ適正な加熱温度で加熱することができる。したがって、ウェハＷ上に形成されるレジストパターンの寸法ＤをウェハＷ面内で均一にすることができる。

また、処理工程Ｑ３においてウェハＷのレジストパターンの寸法Ｄを定期的に測定しているので、ウェハＷの特性が経時的に変化した場合でも、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の設定温度Ｔ_ｒを適正に補正することができる。これによって、ウェハＷ上にレジストパターンを目標寸法Ｄ_ｇで確実に形成することができる。

以上の実施の形態では、ＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度Ｔを制御することで、ウェハＷ上のレジストパターンの寸法Ｄを目標寸法Ｄ_ｇに調整していたが、レジストパターンが形成されたウェハＷ上にパターン膨張剤を塗布した後、当該ウェハＷを加熱処理してもよい。そしてパターン膨張剤塗布後の加熱処理の加熱温度を制御することで、ウェハＷ上のレジストパターンの寸法Ｄが目標寸法Ｄ_ｇに調整される。なお、パターン膨張剤としては、例えばＲＥＬＡＣＳ（Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink）技術に用いられるＲＥＬＡＣＳ剤や、ＳＡＦＩＥＲ（Shrink Assist Film for Enhanced Resolution Process）（東京応化工業株式会社の登録商標）などが用いられる。

かかる場合、例えば図１２に示すように塗布現像処理システム１の第１の処理装置群Ｇ１の最上段に、ウェハＷ上にパターン膨張剤を塗布する塗布処理装置３００が設けられる。また、例えば図１３に示すように第３の処理装置群Ｇ３の上段に、ウェハＷを加熱する加熱処理装置３０１〜３０４が設けられる。なお、加熱処理装置３０１〜３０４の構成は、上述したＰＯＳＴ装置８５〜８９の構成と同一であるので説明を省略する。

塗布処理装置３００は、図１４に示すように側面にウェハＷを搬入出口（図示せず）が形成され、内部を閉鎖可能なケーシング３００ａを有している。ケーシング３００ａ内の中央部には、ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック３１０が設けられている。スピンチャック３１０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３１０上に吸着保持できる。

スピンチャック３１０は、例えばモータなどを備えたチャック駆動機構３１１を有し、そのチャック駆動機構３１１により所定の速度に回転できる。また、チャック駆動機構３１１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３１０は上下動可能である。

スピンチャック３１０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３１２が設けられている。カップ３１２の下面には、回収した液体を排出する排出管３１３と、カップ３１２内の雰囲気を排気する排気管３１４が接続されている。

スピンチャック３１０の上方には、パターン膨張剤を吐出するノズル３１５が設けられている。ノズル３１５は、ノズル駆動部（図示せず）によってケーシング３００ａ内をＸ方向に移動でき、さらにウェハＷの表面上をウェハＷの径方向に移動できる。またノズル３１５は、ノズル駆動部によって昇降自在になっている。

かかる構成の塗現像処理システム１において、前記実施の形態と同様に、条件設定工程Ｑ１、温度補正工程Ｑ２、処理工程Ｑ３が順に行われる。なお、本実施の形態では、前記実施の形態で行われていたＰＯＳＴ装置８５〜８９の加熱温度Ｔの制御と同様の方法で、加熱処理装置３０１〜３０４の加熱温度が制御される（図１１のステップＳ１、Ｓ４〜Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２）。したがって、図１０に示した相関Ｍは、加熱処理装置３０１〜３０４の加熱温度とレジストパターンの寸法Ｄとの相関Ｍとなる。

また本実施の形態では、ウェハＷ上にレジストパターンを形成する際、前記実施の形態と同じ処理プロセスを経てＰＯＳＴ装置８５で加熱処理が行われた後、ウェハＷには、塗布処理装置３００によるパターン膨張剤の塗布処理と加熱処理装置３０１での加熱処理が行われる（図１１のステップＳ１０）。なお、検査用ウェハＷ’上にレジストパターンが形成される場合も同様の処理プロセスが行われ、説明を省略する（図１１のステップＳ２、Ｓ７）。

具体的にはウェハＷは、ＰＯＳＴ装置８５で加熱処理が行われた後、第１の搬送装置３０によって塗布処理装置３００に搬送される。塗布処理搬送装置３００では、ウェハＷはスピンチャック３１０上に吸着保持されて回転されると共に、ノズル３１５からウェハＷ上にパターン膨張剤が吐出される。そして吐出されたパターン膨張剤は、ウェハＷの回転による遠心力によって、ウェハＷ全面に拡散し塗布される。そうすると、ウェハＷ上のレジストパターンのレジスト部分がパターン膨張剤によって膨張する。その後ウェハＷは、第１の搬送装置３０によって加熱処理装置３０１に搬送され、加熱処理が行われる。このとき加熱処理３０１の加熱温度は、制御装置２００によって所定の設定温度に設定されている。そうすると、本実施の形態においても、ウェハＷ上のレジストパターンの寸法Ｄを所定の目標寸法Ｄ_ｇに調整することができる。

以上の実施の形態では、制御装置２００において、ＰＯＳＴ装置８５〜８９又は加熱処理装置３０１〜３０４の加熱温度を算出して各装置の加熱温度を制御していたが、各装置の加熱温度の補正値を算出して各装置の加熱温度を制御してもよい。

また、以上の実施の形態では、レジストパターンの寸法Ｄとしてコンタクトホールの径Ｄの調整を行っていたが、その他、レジストパターンの線幅、レジストパターンのサイドウォールアングルなどの調整を行うこともできる。

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においてパターン寸法測定装置２０においてウェハＷの５つの領域の寸法を測定していたが、それらの領域の数や形状は任意に選択できる。また、上記実施の形態においてパターン寸法測定装置２０は、検査ステーション３に設けられていたが、処理ステーション４に設けられていてもよい。さらに、パターン寸法測定装置２０は、例えば電子ビームをウェハＷに照射し、ウェハＷ表面の画像を取得することによって、ウェハ面内のレジストパターン寸法を測定してもよい。

また、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である場合にも適用できる。

本発明は、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理してレジストパターンの寸法を所定の目標寸法に調整する際に有用である。

本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの構成の概略を示す平面図である。本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの正面図である。本実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。パターン寸法測定装置の構成の概略を示す縦断面図である。ウェハ上に形成されたコンタクトホールを示す平面図である。分割されたウェハ領域を示す説明図である。ＰＯＳＴ装置の構成の概略を示す縦断面図である。ＰＯＳＴ装置の熱板の構成を示す平面図である。制御装置の構成を示すブロック図である。ＰＯＳＴ装置の加熱温度とレジストパターンの寸法との相関を示すグラフである。検査用ウェハの検査処理工程とウェハの処理工程を説明したフローチャートである。他の実施の形態にかかる塗布現像処理システムの正面図である。他の実施の形態にかかる塗布現像処理システムの背面図である。塗布処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。

符号の説明

１塗布現像処理システム
２０パターン寸法測定装置
８５〜８９ＰＯＳＴ装置
２００制御装置
３００塗布処理装置
３０１〜３０４加熱処理装置
Ｄレジストパターンの寸法
Ｐプログラム
Ｑ１条件設定工程
Ｑ２温度補正工程
Ｑ３処理工程
Ｗウェハ

Claims

基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理する基板の処理方法であって、
前記熱処理の初期温度と前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法を設定した後、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関、及び前記熱処理の設定温度を自動で算出する条件設定工程と、
以後、基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を前記設定温度で熱処理して、前記レジストパターンを前記目標寸法に調整する処理工程と、を有し、
前記条件設定工程は、
前記熱処理の初期温度と、前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法と、を設定する第１の工程と、
基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第１の工程で設定した初期温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第２の工程と、
前記第１の工程で設定した初期温度と異なる前記熱処理の温度を算出する第３の工程と、
基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第３の工程で算出した温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第４の工程と、
前記第２の工程と前記第４の工程におけるレジストパターンの寸法測定結果と対応する熱処理の温度から、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関を算出する第５の工程と、
前記第５の工程で算出した相関と前記第１の工程で設定したレジストパターンの目標寸法から、前記熱処理の設定温度を算出する第６の工程と、
前記第６の工程後、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定して、前記設定温度の適否を確認する第７の工程と、を有し、
前記熱処理を行う熱処理装置が複数ある場合には、
前記条件設定工程後であって前記処理工程前に、
基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する工程と、
前記レジストパターンの寸法測定結果に基づいて、前記第５の工程で算出した相関から、前記各熱処理装置における熱処理の前記設定温度を補正する工程と、を有する温度補正工程が行われ、
前記処理工程は、前記レジストパターンが形成された基板を、前記温度補正工程で補正された設定温度で熱処理し、
前記レジストパターンは、基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理と、前記レジスト膜を露光する露光処理と、露光されたレジスト膜を現像する現像処理と、現像処理後に基板を加熱する加熱処理を行うことによって形成され、
前記熱処理は、前記現像処理後の加熱処理後に、基板上にパターン膨張剤を塗布した後行われることを特徴とする、基板の処理方法。
請求項１の基板の処理方法を基板処理システムによって実行させるために、当該基板処理システムを制御する制御装置のコンピュータ上で動作するプログラム。
請求項２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。
基板上にレジストパターンを形成後、当該基板を熱処理する基板処理システムであって、
基板上にレジスト膜を形成するレジスト膜形成処理と、露光されたレジスト膜を現像する現像処理と、現像処理後に基板を加熱する加熱処理が行われて、基板上にレジストパターンを形成するパターン形成部と、
前記現像処理後の加熱処理後に、基板上にパターン膨張剤を塗布する塗布処理装置と、
前記パターン膨張剤の塗布後に、前記レジストパターンが形成された基板を熱処理する複数の熱処理装置と、
前記熱処理後の基板のレジストパターンの寸法を測定するパターン寸法測定装置と、
前記熱処理装置における熱処理の温度を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記熱処理の初期温度と前記熱処理後の基板上のレジストパターンの目標寸法を設定する第１の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第１の工程で設定した初期温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第２の工程と、前記第１の工程で設定した初期温度と異なる前記熱処理の温度を算出する第３の工程と、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第３の工程で算出した温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する第４の工程と、前記第２の工程と前記第４の工程におけるレジストパターンの寸法測定結果と対応する熱処理の温度から、前記熱処理の温度とレジストパターンの寸法との相関を算出する第５の工程と、前記第５の工程で算出した相関と前記第１の工程で設定したレジストパターンの目標寸法から、前記熱処理の設定温度を算出する第６の工程と、前記第６の工程後、基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定して、前記設定温度の適否を確認する第７の工程と、を実行するように前記パターン形成部、前記熱処理装置及び前記パターン寸法測定装置を制御し、
基板上にレジストパターンを形成し、当該基板を前記第６の工程で算出した設定温度で熱処理を行った後、前記レジストパターンの寸法を測定する工程と、前記レジストパターンの寸法測定結果に基づいて、前記第５の工程で算出した相関から、前記各熱処理装置における熱処理の前記設定温度を補正する工程と、をさらに実行するように前記パターン形成部、前記熱処理装置及び前記パターン寸法測定装置を制御することを特徴とする、基板処理システム。