JP2003209050A - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に形成されたレジストパターンの線幅
を精密に制御でき、基板ごと又は基板面内での線幅の均
一性を向上させることができる基板処理方法及び基板処
理装置を提供すること。 【解決手段】 線幅の変動に最も影響を与えるおそれの
あるパラメータの１つとして加熱処理の温度があげられ
るが、特に現像処理前の加熱処理温度に着目し、この加
熱温度が高いほど線幅が小さくなる傾向にあることがわ
かっている。従って、例えば、現像後のレジストパター
ンの線幅を測定し、この測定結果に基づいて例えば線幅
が所定より小さければ加熱温度を所定より上げる等の制
御を行うことにより、精密に線幅を制御することがで
き、所望のレジストパターンを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
理方法及び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。特に、基板１枚ごとの線幅の均一性、あるい
はウェハ面内での線幅の均一性が重要な問題となってき
ている。かかる問題を解決するために、上記塗布現像処
理装置においては、例えば線幅やレジストの膜厚の変動
に影響を及ぼすおそれがある上記加熱処理ユニット又は
冷却処理ユニットにおける処理温度、現像処理における
現像時間等を、各ユニットごとに厳しく管理している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな各ユニットの厳しい管理の下であっても、極微細化
の傾向にある線幅を精密に制御することは困難になりつ
つある。また、特に、加熱処理においては、当該加熱処
理温度と線幅とは逆比例的な相関関係を有していること
がわかっているので、この加熱処理温度が一定になるよ
うに精密に制御することにより線幅を精密に管理してい
るが、現状ではこのような精密な温度管理の下において
も、例えば基板ごと、あるいは基板面内での線幅のばら
つきが生じている。

【０００６】以上のような事情に鑑み、本発明の目的
は、基板上に形成されたレジストパターンの線幅を精密
に制御でき、基板ごと又は基板面内での線幅の均一性を
向上させることができる基板処理方法及び基板処理装置
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方法は、基板上にレジスト膜
を形成した後、現像処理前に基板に対し熱処理を行うこ
とにより、所望のレジストパターンを形成する基板処理
方法において、前記現像処理後に形成されたレジストパ
ターンの形状を認識する工程と、前記認識結果に基づき
前記熱処理の温度を制御する工程とを具備する。

【０００８】本発明では、レジストパターンの形状とし
て例えば線幅に関し、この線幅の変動に最も影響を与え
るおそれのあるパラメータの１つとして熱処理の温度が
あげられるが、特に現像処理前の加熱処理温度に着目し
ている。この加熱温度が高いほど線幅が小さくなる傾向
にある。従って、例えば、現像後のレジストパターンの
線幅を認識し、この認識結果に基づいて例えば線幅が所
定より小さければ加熱温度を所定より上げる等の制御を
行うことにより、精密に線幅を制御することができ、所
望のレジストパターンを得ることができる。

【０００９】本発明の一の形態によれば、前記熱処理は
基板を熱板上に載置させて行うものであり、前記熱処理
温度の制御は、前記熱板の温度を制御する。このよう
に、加熱温度を制御する方法として、基板を載置させ例
えば加熱温度の調整が可能なヒータ等を内蔵した熱板を
制御することにより、容易に温度制御が可能となる。

【００１０】本発明の一の形態によれば、前記熱処理温
度の制御工程は、前記レジストパターン形状の基板面内
での分布に基づき、前記熱板面内で温度を制御する工程
を含む。このように、基板面内での例えば線幅の分布に
基づき熱板面内で加熱温度分布を制御することにより、
線幅等の基板面内でのばらつきを抑え均一性を向上させ
ることができる。熱板面内での加熱温度制御は、例え
ば、上記ヒータ等を熱板内に複数用意し、これらヒータ
をそれぞれ熱板面内で温度が異なるように制御すること
で可能となる。

【００１１】本発明の一の形態によれば、前記レジスト
パターン形状の認識は光学的観察装置で行う。電子顕微
鏡を用いてレジストパターンの認識を行った場合は電子
線による影響でレジストパターンの収縮が生じるおそれ
があるが、本発明のように光学的観察装置を用いること
により、このような問題を発生させることはなく非破壊
で線幅を測定することができる。これにより、実際のレ
ジストパターンの線幅を精密に測定できレジストパター
ンの精密な形成に寄与する。

【００１２】本発明の一の形態によれば、前記光学的観
察装置によるレジストパターン形状の認識は、基板面内
で多点で行う。このように基板面内において多点でレジ
ストパターンの認識を行うことにより、より高精度に線
幅等の制御を行うことができるようになる。また、１０
０ポイント〜２００００ポイントで多点認識を行うこと
が好ましい。このように１００００ポイントを超える多
点認識としても、光学的観察装置を用いることで、電子
顕微鏡を用いる場合に比べてはるかに速く処理でき、高
スループット化が図れる。

【００１３】本発明の一の形態によれば、前記熱板を複
数備え、当該複数の熱板上でそれぞれ複数の基板に対し
熱処理を行い、当該複数の熱板についてそれぞれ熱処理
温度を制御する工程を含む。これにより高スループット
化が図れ、また、このように複数の熱板を設けて処理を
行う場合であっても、各熱板の間で生じる線幅等のばら
つきを抑えることができる。

【００１４】本発明に係る基板処理装置は、レジスト膜
が形成された基板に対し、現像処理前に熱処理を行う熱
処理手段と、前記現像処理後に形成されたレジストパタ
ーンの形状を認識する手段と、前記認識結果に基づき前
記熱処理の温度を制御する手段とを具備する。

【００１５】本発明に係る基板処理装置は、レジスト膜
が形成された複数の基板に対し、現像処理前に熱処理を
行う複数の熱処理ユニットと、前記複数の熱処理ユニッ
トに対し基板の搬送を行う搬送機構と、前記現像処理後
に形成されたレジストパターンの形状を前記複数の基板
についてそれぞれ認識する手段と、前記認識結果に基づ
き前記複数の熱処理ユニットについてそれぞれ熱処理の
温度を制御する手段とを具備する。

【００１６】本発明の更なる特徴と利点は、添付した図
面及び発明の実施の形態の説明を参酌することにより一
層明らかになる。

【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は本発明の第１の実施形態に係
る塗布現像処理装置の全体構成を示す図であって、図１
はその平面図、図２及び図３は塗布現像処理装置の正面
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。
さらに、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】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。

【００２２】また、第１の主ウェハ搬送装置Ａ１の背面
側には熱処理系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（Ｈ
Ｐ）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（Ｗ
ＥＥ）１２０、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１１９及び本発明に係る光学観察装
置（ＯＣＤ）４０が多段に設けられている。

【００２３】光学観察装置４０は、例えば光の回折、干
渉によりレジストパターンを認識するものであり、計算
上のパターン（ライブラリ）とをパターンマッチング
し、一致した計算上のパターンを実際のパターンとする
ものである。この光学観察装置４０で得られた観察デー
タは複数の基板ごとに制御部６０に送出されるようにな
っており、制御部６０はこれらのデータに基づき、後述
するようにポストエクスポージャーベーキングユニット
（ＰＥＢ）の制御を行うようになっている。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）１
１３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・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。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)、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）、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には、例えば、本発明に係る熱処理ユニッ
トとして、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）、
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。本実施形態では、ポストエ
クスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）が５つ備
えられており、上段から順にＰＥＢ〜ＰＥＢとす
る。

【００２５】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、図２に示すように、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Ｇ
１〜Ｇ５内部に供給するためのダクト等３１，３２が設
けられている。

【００２６】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、ウェハ上にレジスト膜を形成するレジスト塗布
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。

【００２７】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（ＣＨ
Ｍ）２６，２７がそれぞれ設けられている。

【００２８】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２
７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。

【００２９】図４は第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。

【００３０】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の図示を一部省略している。

【００３１】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
持する支持体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１
６はθ方向に回転可能となっている。支持体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。

【００３２】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。

【００３３】図５は、当該光学観察装置４０の概念的な
構成図を示す。この光学観察装置４０は、破線で示す光
学系６１を含み、この光学系６１は、例えば白色光を発
するキセノンランプ６２と、このキセノンランプ６２か
らの光を直角下方向に反射させるように配置されたハー
フミラー５６と、このハーフミラー５６による反射光を
ウェハＷ表面に形成されたレジストパターンに導くレン
ズ５４と、ウェハＷからの反射回折光を検出する検出器
５７とを有している。また、この光学観察装置４０に
は、ウェハＷを載置するステージ５３が設けられ、また
検出器５７による検出結果を処理する処理部１１が接続
されている。光学系６１は、図示しない駆動機構により
ウェハＷの面方向に平行な方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動可
能に構成されており、ウェハＷ上に形成された１チップ
ごとに光を照射し観察できるようになっている。

【００３４】処理部１１は、例えば、検出器５７による
検出結果３５と、レジストパターンの状態（例えば線
幅、各パターンの間ピッチ、高さ等）に対応する回折パ
ターンを計算（シミュレーション）により導出する算出
部５９と、この算出部５９により導出された複数の回折
パターンを記憶する記憶部５８と、検出結果３５と記憶
部５８に記憶された複数の回折パターンとを比較し、そ
の比較された複数の回折パターンのうち検出結果３５に
対応する１つの回折パターンを測定結果として記憶部５
８から抽出する解析部５２とを有している。これによ
り、この光学観察装置４０は、検出結果３５と記憶部５
８に記憶された計算上のパターン（ライブラリ）とをパ
ターンマッチングし、一致した計算上のパターンを実際
のパターンとみなすことができる。より具体的な一例と
して、本実施形態では、例えばスキャテロメトリ（Ｓｃ
ａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）技術によりパターンマッチン
グを行っている。

【００３５】図６及び図７は、本発明に係るポストエク
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。なお、ＰＥＢ〜ＰＥＢは同一の構
成を有している。また、他の熱処理系のユニットである
プリベーキングユニット（ＰＡＢ）やポストベーキング
ユニット（ＰＯＳＴ）は、このポストエクスポージャー
ベーキングユニット（ＰＥＢ）とほぼ同一の構成を有し
ている。

【００３６】図６に示すように、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３４による制御の下、ウェハＷ
を載置させて例えば７０℃〜１５０度で加熱処理するた
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。

【００３７】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。

【００３８】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７
１は、図６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７
１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。

【００３９】また、この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。

【００４０】更にこの筐体７５の温調プレート側７１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７６
ａ、７６ｂが設けられている。

【００４１】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。冷却機構としては例えば冷却水やペルチ
ェ素子等を用いている。

【００４２】図８は、ＰＥＢ〜ＰＥＢの制御系を示
している。制御部６０は光学観察装置４０の線幅測定で
得られた複数の基板の線幅データを記憶している。図８
においてＰＥＢ〜ＰＥＢにおけるそれぞれの加熱板
を、符号８６〜８６で表している。加熱板８６に
は、図示するように、例えばニクロム線等からなる９個
のヒータ９１〜９９が内蔵されており、各ヒータ９１〜
９９は、温度コントローラ３４ａによりそれぞれ別個独
立してその加熱温度が制御されるようになっている。他
のＰＥＢ〜ＰＥＢにおける加熱板８６〜８６に
ついても同様に温度コントローラ３４ｂ〜３４ｅにより
制御されるようになっている。

【００４３】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９に示すフローを参照しな
がら説明する。

【００４４】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の主ウェハ搬送装置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１）。

【００４５】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４）。

【００４６】レジスト膜が形成されると、第１の主ウェ
ハ搬送装置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、例えば１００℃前後で所定の
加熱処理及び温調処理が行われる（ステップ５）。

【００４７】次に、ウェハＷは冷却処理ユニット（ＣＰ
Ｌ）で所定の温度で冷却処理される（ステップ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
れて膜厚検査装置１１９へ搬送され、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(Ｔ
ＲＳ)及びインターフェース部１４を介して露光装置１
００に受け渡されここで露光処理される（ステップ
７）。

【００４８】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）〜のうちいずれかに搬送され、ここで
所定の加熱処理及び温調処理が行われる（ステップ
８）。この後、冷却処理ユニット（ＣＰＬ）で所定の冷
却処理が行われる（ステップ９）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。そして、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１０)。

【００４９】次に、ウェハＷは第２の主ウェハ搬送装置
Ａ２を介して光学観察装置４０に搬入され、ここでレジ
ストパターンが認識されてレジストパターンの線幅が測
定される。この線幅の測定は、ウェハ上の複数のチップ
について行うようにしてもよい。このように複数のチッ
プに対して測定した場合は、それら線幅の平均値を求め
るようにすればよい。

【００５０】図１０は、例えばＰＥＢ〜ＰＥＢにお
ける加熱板８６〜８６でそれぞれ加熱処理されたウ
ェハＷ〜Ｗ上の線幅の測定結果を示す。例えば目標
線幅が１５０ｎｍであるとき、ウェハＷの線幅が目標
線幅であり、他のウェハＷ，〜は目標より図示の
ようにずれがあったとする。ここで、図１１に示すよう
に、加熱板によるウェハの加熱温度が高いほど線幅が小
さくなる関係にあるため、この関係を利用して図１２に
示すように、加熱板８６，〜の加熱温度にオフセ
ットをかける。すなわち、ウェハＷの線幅が目標線幅
で所望の線幅が得られたので加熱板８６の加熱温度は
変更せず、加熱板８６，〜の加熱温度を図示する
ように補正する。

【００５１】本実施形態は、加熱温度の補正前は、加熱
板８６〜８６すべて同一の加熱温度（例えば９０
℃）で処理した結果、各ウェハ，〜に線幅のずれ
が生じたので、それぞれの加熱板，〜を補正しよ
うとするものである。例えば図１１においては、加熱板
は８９℃、加熱板は９２℃、加熱板は８８℃、加
熱板は９１℃に補正している。この場合、各ヒータ９
１〜９９は加熱板面内で全て同一温度になるように制御
することが好ましい。

【００５２】従来においては、複数のポストエクスポー
ジャーベーキングユニット（ＰＥＢ）間で同じ環境、す
なわち同じ加熱温度に設定して厳しく線幅の管理を行っ
た場合であっても複数のウェハ間で線幅のばらつきが生
じていたが、本実施形態のように、線幅の測定結果に基
づきウェハの加熱温度を補正することにより、精密に線
幅を制御でき、所望のレジストパターンを形成すること
ができる。従って、複数のウェハ間でばらつきを抑え、
線幅の均一性を向上させることができる。

【００５３】また、電子顕微鏡を用いてレジストパター
ンの認識を行った場合は電子線による影響でレジストパ
ターンの収縮が生じるおそれがあるが、本実施形態のよ
うに光学的な観察装置４０を用いることにより、このよ
うな問題を発生させることはなく非破壊で線幅を測定す
ることができる。これにより、実際のレジストパターン
の線幅を精密に測定できレジストパターンの精密な形成
に寄与する。

【００５４】また、本実施形態は、最初に数枚のテスト
用のウェハを用いて加熱温度の補正を行うようにしてか
ら、実際の製品ウェハを用いて製造することも可能であ
るし、あるいは製品製造段階において動的に加熱温度の
制御を行うことも可能である。

【００５５】次に、１枚のウェハ面内における加熱温度
の制御について説明する。図１３（ａ）は、ウェハ面内
（ウェハ径方向）における、光学観察装置４０で測定さ
れた線幅を示している。このように、例えばウェハ面内
における線幅が均一でない場合、図１１に示す相関関係
により、図１４に示すように、加熱板８６に載置された
当該ウェハＷを図１３（ｂ）で示すような温度になるよ
うに制御する。この場合、１つの加熱板８６内における
各ヒータ９１〜９９による加熱温度を別個独立して制御
し加熱板８６内（加熱板８６の径方向）で加熱温度が異
なるようにする。これにより、ウェハ面内における線幅
を均一にすることができる。

【００５６】また、同様に、例えば測定された線幅が図
１５（ａ）のＡに示すような場合には、（ｂ）のＣに示
すように加熱板８６の温度制御をすることにより、ま
た、線幅が（ａ）のＢに示すような場合には、（ｂ）の
Ｄに示すように加熱板８６の温度制御をすることによ
り、ウェハ面内における線幅を均一にすることができ
る。

【００５７】次に、光学観察装置４０による線幅の測定
方法について説明する。ウェハＷ上に形成されたレジス
トパターンを前述のパターンマッチングにより認識して
線幅を測定する場合おいて、例えば図１６に示すように
２０×２０＝４００ポイントによる多点で、ウェハ面内
でまんべんなく測定を行う。この場合、４００ポイント
に限らず、１００ポイント〜２００００ポイントであっ
てもよく、好ましくは１００００ポイントで測定する。

【００５８】このようにウェハ面内において多点でレジ
ストパターンの認識を行うことにより、より高精度にウ
ェハ面内における線幅分布を把握でき、精密な制御を行
うことができるようになる。このように１００００ポイ
ントを超える多点認識としても、パターンマッチングに
よる光学観察装置を用いることで、電子顕微鏡を用いる
場合に比べてはるかに速く処理できる。実際に光学観察
装置を用いた場合、ＳＥＭに比べて１／１０〜１／３０
の時間の時間で処理できる。これによりスループットの
向上が図れる。

【００５９】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。

【００６０】例えば、上記実施形態においては、光学観
察装置４０は塗布現像処理装置１に対してインラインと
したが、これに代えてスタンドアロンとしてもよい。

【００６１】また、上記光学観察装置４０による多点認
識は１００〜２００００ポイントとしたが、これより多
くしより精密なウェハ面内の線幅測定を行うようにして
もよい。

【００６２】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。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェハ上に形成されたレジストパターンの線幅を精密に
制御でき、ウェハごと又はウェハ面内での線幅の均一性
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】主ウェハ搬送装置を示す斜視図である。

【図５】光学観察装置の概念的な構成図である。

【図６】ポストエクスポージャーベーキングユニット
（ＰＥＢ）の平面図である。

【図７】図６に示すポストエクスポージャーベーキング
ユニット（ＰＥＢ）の断面図である。

【図８】ＰＥＢ〜ＰＥＢの制御系を示している。

【図９】塗布現像処理装置１の一連の処理工程を示すフ
ロー図である。

【図１０】加熱板８６〜８６でそれぞれ加熱処理さ
れたウェハＷ〜Ｗ上の線幅の測定結果である。

【図１１】加熱処理における加熱温度と線幅との関係を
示す図である。

【図１２】加熱板８６〜８６によるそれぞれの加熱
温度を示す図である。

【図１３】（ａ）は、ウェハ面内における線幅分布の一
例を示す図であり、（ｂ）は、加熱板面内の温度分布で
ある。

【図１４】ウェハを加熱板に載置させた状態を示す側面
図である。

【図１５】（ａ）は、ウェハ面内における線幅分布の別
の例を示す図であり、（ｂ）は、加熱板面内の温度分布
である。

【図１６】光学観察装置による多点認識を説明するため
の平面図である。

【符号の説明】

Ｗ...半導体ウェハ ＣＯＴ…レジスト塗布処理ユニット ＤＥＶ…現像処理ユニット ＰＥＢ（ＰＥＢ〜ＰＥＢ）…ポストエクスポージャ
ーベーキングユニット １…塗布現像処理装置 ３４…温度コントローラ ４０…光学観察装置 ６０…制御部 ８６（８６〜８６）…加熱板 ９１〜９９…ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村 良一 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 岩永 修児 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H096 AA25 FA01 GB03 GB07

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上にレジスト膜を形成した後、現像
   処理前に基板に対し熱処理を行うことにより、所望のレ
   ジストパターンを形成する基板処理方法において、 前記現像処理後に形成されたレジストパターンの形状を
   認識する工程と、 前記認識結果に基づき前記熱処理の温度を制御する工程
   とを具備することを特徴とする基板処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、 前記熱処理は基板を熱板上に載置させて行うものであ
   り、前記熱処理温度の制御は、前記熱板の温度を制御す
   ることを特徴とする基板処理方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の基板処理方法におい
   て、 前記熱処理温度の制御工程は、 前記レジストパターン形状の基板面内での分布に基づ
   き、前記熱板面内で温度を制御する工程を含むことを特
   徴とする基板処理方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
   項に記載の基板処理方法において、 前記レジストパターン形状の認識は光学的観察装置で行
   うことを特徴とする基板処理方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の基板処理方法におい
   て、 前記光学的観察装置によるレジストパターン形状の認識
   は、基板面内で多点で行うことを特徴とする基板処理方
   法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の基板処理方法におい
   て、 前記多点認識は、１００ポイント〜２００００ポイント
   で行うことを特徴とする基板処理方法。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の基板処理方法におい
   て、 前記熱板を複数備え、 当該複数の熱板上でそれぞれ複数の基板に対し熱処理を
   行い、当該複数の熱板についてそれぞれ熱処理温度を制
   御する工程を含むことを特徴とする基板処理方法。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項３のうちいずれか１
   項に記載の基板処理方法において、 前記レジストパターンの形状は線幅に関するものである
   ことを特徴とする基板処理方法。
9. 【請求項９】 レジスト膜が形成された基板に対し、現
   像処理前に熱処理を行う熱処理手段と、 前記現像処理後に形成されたレジストパターンの形状を
   認識する手段と、 前記認識結果に基づき前記熱処理の温度を制御する手段
   とを具備することを特徴とする基板処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の基板処理装置におい
    て、 前記熱処理手段は基板を載置させて熱処理を行う熱板を
    具備し、 前記熱処理温度の制御手段は、前記熱板の温度を制御す
    ることを特徴とする基板処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記熱処理温度の制御手段は、 前記レジストパターン形状の基板面内での分布に基づき
    前記熱板面内で温度を制御することを特徴とする基板処
    理装置。
12. 【請求項１２】 請求項９から請求項１１のうちいずれ
    か１項に記載の基板処理装置において、 前記レジストパターン形状の認識は光学的観察装置で行
    うことを特徴とする基板処理装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記光学的観察装置によるレジストパターン形状の認識
    は、基板面内で多点で行うことを特徴とする基板処理装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の基板処理装置にお
    いて、 前記多点認識は、１００ポイント〜２００００ポイント
    で行うことを特徴とする基板処理装置。
15. 【請求項１５】 請求項９から請求項１１のうちいずれ
    か１項に記載の基板処理装置において、 前記レジストパターンの形状は線幅に関するものである
    ことを特徴とする基板処理装置。
16. 【請求項１６】 レジスト膜が形成された複数の基板に
    対し、現像処理前に熱処理を行う複数の熱処理ユニット
    と、 前記複数の熱処理ユニットに対し基板の搬送を行う搬送
    機構と、 前記現像処理後に形成されたレジストパターンの形状を
    前記複数の基板についてそれぞれ認識する手段と、 前記認識結果に基づき前記複数の熱処理ユニットについ
    てそれぞれ熱処理の温度を制御する手段とを具備するこ
    とを特徴とする基板処理装置。