JP2007088485A - 基板処理装置及び基板処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板周囲の環境をより詳細に分析し、より精密なレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす、「気圧ｐ」と、「カップＣＰの温度ｑ」と、「ユニット内の湿度ｒ」とをパラメータとする膜厚モデルの作成を予め実験的に行い、この作成した膜厚モデルに基づいて、レジスト膜形成条件の１つであるウェハの回転数を制御することにより、フィードフォワード制御が可能となる。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの膜厚を予測することができる。
【選択図】図１１

Description

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装置及び基板処理方法に関する。

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。

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。

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。また、レジスト膜厚はレジストパターンの形状に大きな影響を与えるため、このレジスト膜厚の管理も精密に行うことが要求されている。このようなレジストパターンの線幅の制御は、露光装置における露光条件である例えば露光光の強度やフォーカス値等を基にしてフィードバック制御により行っている。また、レジスト膜厚の制御は、上記レジスト塗布処理ユニットにおけるウェハの回転数の影響が大きいことを考慮し、この回転数を基にしてフィードバック制御により行っている。（例えば、特許文献１参照）。
特開平２０００−２１８２１９号公報（段落［００５８］等）。

しかしながら、レジストパターンの線幅は、塗布現像処理装置内においてウェハ周囲の環境、例えば、各処理ユニットに搬入されるまでの搬送時間、装置内の温度若しくは湿度、あるいは装置内の気流の流れ等によっても影響を受けるため、上記のように露光光の強度やフォーカス値等を変えても微細化の傾向にある線幅を一定に制御することは困難になりつつある。また、レジスト膜厚についても同様に、レジスト塗布処理ユニット外における搬送時間や温湿度等、ウェハ周囲の環境がもたらす悪影響によって、精密な制御が困難となってきている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、これら基板周囲の環境をより詳細に分析し、より精密なレジスト膜厚制御を行うことができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジスト膜を形成して該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第１の熱的処理を行った後現像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装置において、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの膜厚に関する第１の関数モデルとを記憶する記憶手段と、前記第１の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する制御手段とを具備し、前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記第１の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする。

本発明では、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、レジスト膜の形成条件を制御する。これにより、例えばレジスト膜形成時においてレジスト液を基板の回転により塗布する場合に、この基板の回転数をモニターしただけでは精密な制御を行うことができないレジスト膜厚を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。これによって、パターン微細化の要求に対応して、より精密にレジスト膜厚を制御できる。さらに、例えば上記環境条件を常にモニターしていれば、そのモニターした情報から関数モデルを用い線幅や膜厚を予測できるので、制御の応答が迅速化され、製品不良を極力低減させることができる。

また、これらのパラメータは、レジストパターンの線幅及びレジスト膜厚のうち、特にレジスト膜厚の変動に大きな影響を及ぼすものであるため、これらをパラメータとする関数モデルを作成することにより、上記のように各処理条件等を制御し精密にレジスト膜厚の管理を行うことができる。

本発明の一の形態によれば、前記記憶手段は、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの線幅に関する第２の関数モデルを更に具備し、前記制御手段は、前記第２の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第２の関数モデルに基づき第１の加熱処理前に第１の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第１の熱的処理条件を制御することを特徴とする。すなわち、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、現像処理条件又は第１の熱的処理条件を制御する。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの線幅を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。

ここで、レジストパターンとは線幅だけでなくパターンラインのピッチ、サイドウォール（側面の基板面に対する角度等）、アスペクト比も含む概念である。

これらのパラメータは、レジストパターンの線幅及びレジスト膜厚のうち、特に線幅の変動に大きな影響を及ぼすものであるため、これらをパラメータとする関数モデルを作成することにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅の管理を行うことができる。

また、これらのパラメータのうち、「露光処理終了後から第１の熱的処理が開始されるまでの時間」及び「第２の熱的処理後の基板の待機時間」は、「時間」のパラメータであり、例えば、本基板処理装置内の各処理ユニットが複数あって枚葉処理である場合には、当該「時間」のパラメータは基板１枚ごとに異なるパラメータであるため、この線幅の制御は基板ごとに行うことが好ましい。

本発明の一の形態によれば、前記制御手段は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御することを特徴とする。このようにレジスト膜形成条件のうち、最もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすと考えられる基板の回転数を制御することにより、迅速かつ精密に線幅を制御することができる。基板回転数とレジスト膜厚との関係に相関があることが分かっており、これを制御することにより、容易かつ精密にレジスト膜厚を制御することができる。

本発明の一の形態によれば、前記レジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを更に制御することを特徴とする。このように、基板回転数の他にもレジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを制御し、より高精度な線幅の管理を行うことができる。

本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜形成後に第２の熱的処理を行う手段を更に具備し、前記制御手段は、第２の熱的処理条件のうち少なくとも当該第２の熱的処理の温度、時間及び昇降温速度のいずれかを制御することを特徴とする。これらの条件もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすため、より高精度な線幅の管理を行うことができる。

本発明の一の形態によれば、前記第１の関数モデル又は第２の関数モデルは前記レジストの種類ごとに作成することを特徴とする。例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて前記関数モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じてレジスト膜の形成条件、現像処理条件を制御することができる。

本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、前記第１及び第２の熱的処理を行う熱処理部と、前記現像処理を行う現像処理部と、少なくとも前記レジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部の間で基板の受け渡しを行う搬送機構とを有し、前記第１の関数モデル又は第２の関数モデルは、前記搬送機構による基板の搬送時間を更にパラメータとしていることを特徴とする。この搬送機構によるレジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部間における基板の搬送時間が、線幅やレジスト膜厚の変動に影響を及ぼす要因の１つと考えられるため、この搬送時間をもパラメータとして関数モデルを作成する。これにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅等の管理を行うことができる。

なお、前記制御手段により制御された前記レジスト膜形成条件で形成されたレジスト膜厚を検査する膜厚検査手段を更に具備し、前記制御手段は、前記膜厚検査手段により検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正するレジスト膜形成条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジスト膜の形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により膜厚が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対して、膜厚検査を行ってレジスト膜形成条件を適応的に補正することにより、すなわちフィードバック制御を加えることにより高精度な膜厚の制御を行うことができ所望のレジスト膜を形成することができる。

また、前記制御手段により制御された前記現像処理条件で形成されたレジストパターンを検査するパターン検査手段を更に具備し、前記制御手段は、パターン検査手段により検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する現像処理条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し、レジストパターンの検査を行って現像処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。

本発明の第２の観点に係る基板処理方法は、基板上にレジスト膜を形成し該基板に熱的処理を行った後該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第１の熱的処理を行った後現像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、（ａ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの膜厚に関する第１の関数モデルを作成する工程と、（ｂ）前記第１の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する工程とを具備し、前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記第１の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする。

本発明では、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、レジスト膜の形成条件を制御する。これにより、例えばレジスト膜形成時においてレジスト液を基板の回転により塗布する場合に、この基板の回転数をモニターしただけでは精密な制御を行うことができないレジスト膜厚を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。これによって、パターン微細化の要求に対応して、より精密にレジスト膜厚を制御できる。さらに、例えば上記環境条件を常にモニターしていれば、そのモニターした情報から関数モデルを用い線幅や膜厚を予測できるので、制御の応答が迅速化され、製品不良を極力低減させることができる。

本発明の一の形態によれば、（ｃ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第２の関数モデルを作成する工程と、（ｄ）前記第２の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第２の関数モデルに基づき第１の加熱処理前に第１の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第１の熱的処理条件を制御する工程とを更に具備することを特徴とする。すなわち、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす基板周囲の環境条件を複数抽出し、これらをパラメータとする関数モデルの作成を行い、この関数モデルに基づいて、現像処理条件又は第１の熱的処理条件を制御する。これにより、露光装置における露光条件だけでは精密な制御を行うことができないレジストパターンの線幅を、上記関数モデルによって予測することによりフィードフォワード制御が可能となる。

本発明の一の形態によれば、（ｅ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第３の関数モデルを作成する工程と、（ｆ）前記第３の関数モデルに基づき露光処理前に露光処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて露光処理条件を制御する制御工程とを更に具備することを特徴とする。このように、本発明では上記レジスト膜の形成条件、現像処理条件の制御に加え露光処理条件をも制御しているので、より精密にパターンの線幅やレジスト膜厚を制御できる。露光量と線幅との関係はほぼ比例関係にあることが分かっているため、これを制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。

なお、前記制御する工程により制御された露光処理条件で形成されたレジストパターンを検査するパターン検査手段を更に具備し、前記制御手段は、パターン検査手段により検査された前記レジストパターンに基づき前記露光処理条件を補正する露光処理条件補正手段を具備するようにしてもよい。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対して、レジストパターンの検査を行って露光処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。例えば、前記露光処理条件補正手段は前記露光量を補正する。

本発明の一の形態によれば、前記工程（ｄ）は、前記現像処理条件のうち現像時間を制御する工程を具備することを特徴とする。現像時間と線幅との関係はほぼ逆比例関係にあることが分かっており、これを制御することにより、容易かつ精密に線幅を制御することができる。

本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記工程（ｂ）は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御する工程を具備することを特徴とする。このようにレジスト膜形成条件のうち、最もレジスト膜厚の変動に影響を及ぼすと考えられる基板の回転数を制御することにより、迅速かつ精密に線幅を制御することができる。

本発明の一の形態によれば、（ｃ）前記工程（ｂ）で制御された前記レジスト膜形成条件により形成されたレジスト膜厚を検査する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正する工程とを更に具備することを特徴とする。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジスト膜の形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により膜厚が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し本発明では、膜厚検査を行ってレジスト膜形成条件を適応的に補正することにより、すなわちフィードバック制御を加えることにより高精度な膜厚の制御を行うことができ所望のレジスト膜を形成することができる。

本発明の一の形態によれば、前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、前記工程（ｄ）は前記レジスト膜形成条件のうち基板の回転数を補正することを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、（ｅ）前記工程（ｄ）で制御された前記現像処理条件により形成されたレジストパターンを検査する工程と、（ｆ）前記工程（ｅ）で検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する工程とを更に具備することを特徴とする。例えばフィードフォワード制御のみでは、レジストパターンの形成に関与する上記複数パラメータのうち、実際にはモニターしていないパラメータの影響により例えば線幅が変動し、予測値が不正確になる場合がある。これに対し本発明では、レジストパターンの検査を行って現像処理条件を適応的に補正することにより、高精度な線幅の制御を行うことができ所望のレジストパターンを形成することができる。

本発明の一の形態によれば、前記工程（ｆ）は前記現像処理条件のうち現像時間を補正することを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記第１、第２の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする。

本発明の一の形態によれば、前記第３の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする。

例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて前記関数モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じてレジスト膜の形成条件、現像処理条件を制御することができる。

以上説明したように、本発明によれば、容易かつ精密にレジスト膜厚の制御を行うことができ、歩留まり向上に寄与する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１〜図３は本発明の一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は平面図、図２及び図３は正面図及び背面図である。

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。

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。

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、一実施形態に係る第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。

また、第１の主ウェハ搬送装置Ａ１の背面側には熱処理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（ＨＰ）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（ＷＥＥ）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及びレジストパターンの線幅を検査する線幅検査装置１１８が多段に設けられている。これら膜厚検査装置１１９及び線幅検査装置１１８は、このように塗布現像処理装置１内に設けなくても装置外に設けるようにしてよい。また、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）１１３が配置構成される場合もある。

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）、第２の熱的処理として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）、同じく第２の熱的処理としての冷却処理ユニット（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でも、例えば、第１の熱的処理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）、同じく第１の熱的処理としての冷却処理ユニット（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。

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、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Ｇ１〜Ｇ５内部に供給するためのダクト３１、３２が設けられている。

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、レジスト膜形成部としての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、例えば現像処理部としての現像処理ユニット（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。

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（ＣＨＭ）２６，２７がそれぞれ設けられている。

更に、処理ステーション１２には、この処理ステーション１２内の温度及び気圧を測定する例えば４つの温度・気圧センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄが備えられている。この４つの温度・気圧センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄによる測定結果の例えば平均値を採ることにより、より高精度な温度及び気圧の管理を行うことができる。

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２７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。

図４は本発明の一実施形態に係る第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。

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の図示を省略している。

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１６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。

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。

図５は、この塗布現像処理装置１の清浄空気の流れを示している。図５において、カセットステーション１０，処理ステーション１２およびインターフェース部１４の上方にはエア供給室１０ａ，１２ａ，１４ａが設けられており、エア供給室１０ａ，１２ａ，１４ａの下面に防塵機能付きフィルタ例えばＵＬＰＡフィルタ１０１，１０２，１０３が取り付けられている。各エア供給室のＵＬＰＡフィルタ１０１，１０２，１０３より清浄な空気がダウンフローで各部１０，１２，１４に供給され、これらエア供給室から処理ユニットへダウンフローで供給されるようになっている。このダウンフローの空気は上述したダクト３１及び３２から矢印方向（上向き）に供給される。

また、液供給系ユニット部（Ｇ１、Ｇ２）のそれぞれ各ユニット全てにおいてこれらの上方にそれぞれファン・フィルタユニットＦが取り付けられ、それぞれ気圧を計測する気圧センサＳ１が設けられている。このファン・フィルタユニットＦは、例えばＵＬＰＡフィルタと図示しない小型のファンとを有している。一方、第３〜第５の処理ユニット部Ｇ３〜Ｇ５における各ユニット、第１、第２の主ウェハ搬送装置Ａ１，Ａ２にも図示しないが同様のセンサが設けられている。

図６及び図７は、本発明の一実施形態に係るレジスト膜形成部としてのレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）を示す平面図及び断面図である。

このユニットでは、前述したように筐体４１’の上方にファン・フィルタユニットＦが取り付けられており、下方においては筐体４１’のＹ方向の幅より小さいユニット底板１５１の中央付近に環状のカップＣＰが配設され、その内側にスピンチャック１４２が配置されている。このスピンチャック１４２は真空吸着によってウェハＷを固定保持した状態で、駆動モータ１４３の回転駆動力で回転するように構成されている。駆動モータ１４３は回転数コントローラ３４の制御によりその回転数が制御されるようになっている。

カップＣＰの中には、ウェハＷを受け渡しする際のピン１４８が駆動装置１４７により昇降可能に設けられている。これにより、開閉可能に設けられたシャッタ４３が開いている間に、開口部４１’ａを介してピンセット７ａとの間でウェハの受け渡しが可能となる。またカップＣＰ底部には、廃液用のドレイン口１４５が設けられている。このドレイン口１４５に廃液管１４１が接続され、この廃液管１４１はユニット底板１５１と筐体４１’との間の空間Ｎを利用して下方の図示しない廃液口へ通じている。

図６に示すように、ウェハＷの表面にレジストを供給するためのノズル１３５は、供給管１３４を介してケミカル室（ＣＨＭ）２６（図２）内の液供給機構（図示せず）に接続されている。ノズル１３５は、カップＣＰの外側に配設されたノズル待機部１４６でノズルスキャンアーム１３６の先端部に着脱可能に取り付けられ、スピンチャック１４２の上方に設定された所定のレジスト吐出位置まで移送されるようになっている。ノズルスキャンアーム１３６は、ユニット底板１５１の上に一方向（Ｙ方向）に敷設されたガイドレール１４４上で水平移動可能な垂直支持部材１４９の上端部に取り付けられており、図示しないＹ方向駆動機構によって垂直支持部材１４９と一体にＹ方向で移動するようになっている。

ノズルスキャンアーム１３６は、ノズル待機部１４６でノズル１３５をレジストの種類に応じて選択的に取り付けるためにＹ方向と直角なＸ方向にも移動可能であり、図示しないＸ方向駆動機構によってＸ方向にも移動するようになっている。ここで、レジストの種類については、例えばレジストの濃度や粘度等の相違により種類が異なる。

更にカップＣＰとノズル待機部１４６との間には、ドレインカップ１３８が設けられており、この位置においてウェハＷに対するレジストの供給に先立ちノズル１３５の洗浄が行われるようになっている。

ガイドレール１４４上には、上記したノズルスキャンアーム１３６を支持する垂直支持部材１４９だけでなく、リンスノズルスキャンアーム１３９を支持しＹ方向に移動可能な垂直支持部材も設けられている。リンスノズルスキャンアーム１３９の先端部にはサイドリンス用のリンスノズル１４０が取り付けられている。Ｙ方向駆動機構（図示せず）によってリンスノズルスキャンアーム１３９及びリンスノズル１４０は、カップＣＰの側方に設定されたノズル待機位置と、スピンチャック１４２に載置されているウェハＷの周縁部真上に設定されたリンス液吐出位置との間で移動するようになっている。

このレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）内には、前述したように気圧ｐ［ｈＰａ］を計測する気圧センサＳ１が設けられており、また、カップの温度ｑ［°Ｃ］を計測するカップ温度センサＳ２及びユニット内の湿度ｒ［％］を計測する湿度センサＳ３が設けられている（図１５参照）。

図８は、本発明の一実施形態に係る現像処理ユニット（ＤＥＶ）を示す断面図である。この現像処理ユニット（ＤＥＶ）は、上記レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）と類似の構成を有しているので、図８において、上記レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）における構成と同一のものについては同一の符号を付すものとし、その説明を省略する。

ウェハＷの表面に現像液を供給するためのノズル１５３は、ウェハＷの直径とほぼ同一長さを有しており、図示しないが現像液を吐出する孔が複数形成されている。あるいはスリット状の吐出口が形成されているものノズルでもよい。また、図示しないリンスノズルもウェハＷ上へ移動可能に設けられている。

図９及び図１０は、本発明の一実施形態に係り、ウェハＷに熱的処理を施すためのプリベーキングユニット（ＰＡＢ）、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。これら各ベーキングユニットは処理温度が相違するだけである。

図９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１３２による制御の下、ウェハＷを載置させて例えば１００°Ｃ前後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。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。

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°Ｃ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７１は、図９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７１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。

また、このプリベーキングユニット（ＰＡＢ）、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。

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７６ａ、７６ｂが設けられている。

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°Ｃ前後で冷却処理を施す冷却板を有している。冷却機構としてはペルチェ素子等を用いている。

図１１は、塗布現像処理装置１を制御する制御系を示す構成図である。塗布現像処理装置１には、既述のレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）、現像処理ユニット（ＤＥＶ）、プリベーキングユニット（ＰＡＢ）、ポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）及びセンサＳａ〜Ｓｄがバス５に接続されている。図示は省略するが、ポストベーキングユニット（ＰＯＳＴ）や冷却処理ユニット（ＣＰＬ）等の他のユニット全て同様にバス５に接続されている。

またバス５には制御部３５が接続され、この制御部３５には、例えば各センサ計測データ格納部６１、ウェハデータ格納部６２、プロセスレシピデータ格納部６３、線幅モデル格納部６４、膜厚モデル格納部６５、現像時間−線幅モデル格納部２８、回転数−膜厚モデル格納部２９がそれぞれ接続されている。

各センサ計測データ格納部６１は、上記レジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）内におけるセンサＳ１〜Ｓ３、またセンサＳａ〜Ｓｄによる計測結果を記憶する。ウェハデータ格納部６２は、例えばウェハ１枚ごとに付与された識別子を記憶し、これらウェハが塗布現像処理装置１内においていずれのユニットにあるか、また、どのような処理がどれだけの時間で行われたかをウェハごとに記憶する。この識別子は、例えばウェハカセットＣＲに多段に収容されたウェハ順、例えばカセットＣＲ内の上から順に付すようにすることができる。プロセスレシピデータ格納部６３はホストが要求した処理プロセスを記憶する。線幅モデル格納部６４は、所望のレジストパターンの線幅を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。膜厚モデル格納部６５も同様に所望のレジスト膜厚を得るために収集された複数のデータを数式にして記憶している。現像時間−線幅モデル格納部２８は、現像時間とパターンの線幅との相関関係を例えば数式にして記憶している。回転数−膜厚モデル格納部２９も同様に、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数とレジスト膜厚との相関関係を例えば数式にして記憶している。

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１２に示すフローを参照しながら説明する。

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）。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°Ｃ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）。

このレジスト塗布処理ユニット（ＣＯＴ）では、ウェハＷがカップＣＰの直上位置まで搬送されてくると、先ず、ピン１４８が上昇してウェハＷを受け取った後下降して、ウェハＷはスピンチャック１４２上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル１３５がウェハＷの中心位置の上方まで移動する。そしてウェハＷ中心に所定のレジスト液の吐出が行われた後に、駆動モータ１４３により例えば１００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍで回転させて、その遠心力でレジスト液をウェハＷ全面に拡散させることによりレジスト膜の塗布が完了する。

このレジスト膜形成時におけるウェハＷの回転数とレジスト膜厚との関係には相関があり、例えば図１６に示すように、回転数が大きいほど膜厚が小さくなるような関係にある。

レジスト膜が形成されると、第１の主搬送装置Ａ１によりウェハＷはプリベーキングユニット（ＰＡＢ）に搬送される。ここでは先ず、図９に示した温調プレート７１にウェハＷが載置され、ウェハＷは温調されながら加熱板８６側へ移動される。そしてウェハＷは加熱板８６に載置され、例えば１００℃前後で所定の加熱処理が行われる。この加熱処理が終了すると、再び温調プレート７１が加熱板８６側にアクセスしてウェハＷが温調プレート７１に受け渡され、温調プレート７１は図９に示すような元の位置まで移動し、第１の主搬送装置Ａ１により取り出されるまでウェハＷは待機する（ステップ５）。この加熱板８６による加熱処理が終了してから第１の主搬送装置Ａ１により取り出されるまでの時間を、プリベーキングユニット（ＰＡＢ）における待機時間ｙ［秒］とする。この待機時間ｙは、本実施形態に係る塗布現像処理装置１の枚葉処理の下においては、ウェハＷごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部６２に逐次記憶される。

次に、ウェハＷは冷却処理ユニット（ＣＰＬ）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、膜厚検査装置１１９へ搬送され、所定の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（ＴＲＳ）及びインターフェース部１４を介して露光装置１００に受け渡されここで露光処理される（ステップ７）。

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）に搬送される。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。

ポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）では、上記プリベーキングユニット（ＰＡＢ）における動作と同一の動作により所定の加熱処理及び温調処理が行われる（ステップ８）。ここで、露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）に搬入されて加熱処理が開始されるまでの時間をｘ［秒］とする。この時間ｘは、本実施形態に係る塗布現像処理装置１の枚葉処理の下においては、ウェハＷごとに異なる値となるため、それぞれ識別子が付されたウェハごとに、ウェハデータ格納部６２に逐次記憶される。

次に、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９）。この現像処理ユニット（ＤＥＶ）では、ウェハＷがカップＣＰの直上位置まで搬送されてくると、まず、ピン１４８が上昇してウェハＷを受け取った後下降して、ウェハＷはスピンチャック１４２上に載置されて真空吸着される。そしてノズル待機部に待機していたノズル１３５がウェハＷの周辺位置の上方まで移動する。続いて駆動モータ１４３によりウェハＷが例えば１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍで回転し、そしてノズル１３５はウェハＷ周辺からＹ方向に移動しながら、回転の遠心力により所定の現像液の塗布が行われ、所定時間だけ放置することにより現像処理を進行させる。この現像処理における現像時間ｔと線幅との関係には相関があり、例えば図１４に示すように、現像時間が長いほど線幅が小さくなるような関係にある。その後、ウェハ上にリンス液を供給し現像液を洗い流し、ウェハを回転させることにより振り切り乾燥処理を行う。

次に、ウェハＷは第２の主搬送装置Ａ２により取り出され、第４の処理ユニット部Ｇ４におけるトランジションユニット（ＴＲＳ）、第１の主搬送装置Ａ１、第３の処理ユニット部におけるトランジションユニット（ＴＲＳ）及びウェハ搬送体２２を介してカセットステーション１０におけるウェハカセットＣＲに戻される。

なお、現像処理の後、ポストベーキングユニット（ＰＯＳＴ）により所定の加熱処理が行われる場合もある。また、現像処理の後、線幅検査装置１１８において線幅の検査を行う場合もある。

図１３は、図１１に示した線幅モデル格納部６４に格納されるデータを示している。この線幅モデルは、上記時間ｘ及びｙと、塗布現像処理装置内の温度ｚ［°Ｃ］及び塗布現像処理装置内の気圧ｗ［ｈＰａ］（温度ｚ及び気圧ｗは、上述したように、図１に示す各センサＳａ〜Ｓｄにより得られる。）とを用いて、

線幅モデルＣＤ［ｎｍ］＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄｗ＋ｈ
（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｈは定数）

と表され、例えば、

線幅モデルＣＤ［ｎｍ］＝０．０２ｘ＋０．０３ｙ＋０，５４ｚ＋０．６５ｗ
−４６６．６０８

というモデル式で表すことができる。このモデル式は実験により作成したものである。

このようなモデル式で実際に形成されるであろう線幅を求める。すなわち、このモデル式により、ウェハの現像処理前に、当該現像処理後の線幅を予測することができる。そして、現像時間ｔと線幅との関係は予め実験により求められており、例えば図１４に示すような関係で表される。これにより所望の現像時間が得られる。

実際には、このように得られる線幅（ＣＤ）とは別に、目標となる線幅（所望の線幅）を入力し、図１４で表された式

補正現像時間［秒］＝（ＣＤ−目標線幅）÷定数Ａ

にＣＤ値を代入することにより補正現像時間が決定される。このように求められた現像時間で上記のように現像処理することにより、所望の線幅のレジストパターンを現像することができる。

このように、レジストパターンを形成する際に影響を及ぼす、「露光処理終了後からポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）における加熱処理が開始されるまでの時間ｘ」と、「プリベーキングユニット（ＰＡＢ）における待機時間ｙ」と、「塗布現像処理装置内の温度ｚ」と、「塗布現像処理装置内の気圧ｗ」とをパラメータとする線幅モデルの作成を行い、この線幅モデルに基づいて、現像処理条件の１つである現像時間ｔを制御することにより、露光装置１００における露光条件だけでは精密な制御を行うことができない線幅を予測することができフィードフォワード制御が可能となる。これにより精密な線幅の制御を行うことができ、歩留まりの向上にも寄与する。

また、複数ある現像処理条件、例えば現像時間、現像液の濃度又は現像液の温度等のうち最も制御しやすい現像時間を制御することにより、容易に線幅を制御できる。

また、これらパラメータのうちｘ及びｙは時間に関するパラメータであるため、このような線幅の制御をウェハごとに行うことは、本実施形態に係る枚葉処理の装置にとっては効果的である。すなわち、ウェハごとに当該時間が異なる場合があるからである。

更に、上記線幅モデルは、レジストの種類に応じて作成することにことにより、より、例えばレジストの濃度や粘度等の違いに応じて線幅モデルを作成することができるので、これらレジストの種類に応じて現像処理条件を制御することができる。これは、次に説明する膜厚制御の場合も同様である。

図１５は、図１１に示した膜厚モデル格納部６５に格納されるデータを示している。この膜厚モデルは、上記気圧ｐと、カップ温度ｑと、湿度ｒとを用いて、上記線幅モデルと同様に、

膜厚モデルＴ＝ｅｐ＋ｆｑ＋ｇｒ＋ｉ（ｅ，ｆ，ｇ，ｉは定数）

と表すことができる。このようなモデル式で実際に形成されるであろう膜厚を求め、予測することができる。そして、レジスト膜形成時におけるウェハの回転数と膜厚との関係は予め実験により求められており、例えば図１６に示すような関係で表される。これにより所望のウェハの回転数が得られる。一例として、Ｔ＝４０５０Å（４０５ｎｍ）であって、目標膜厚が４０００Å（４００ｎｍ）である場合に、例えば３５００ｒｐｍであったウェハの回転数を３７００ｒｐｍとすることにより目標膜厚４０００Å（４００ｎｍ）を達成できる。

このように、レジスト膜を形成する際に影響を及ぼす、「気圧ｐ」と、「カップＣＰの温度ｑ」と、「ユニット内の湿度ｒ」とをパラメータとする膜厚モデルの作成を行い、この膜厚モデルに基づいて、レジスト膜形成条件の１つであるウェハの回転数を制御することにより、フィードフォワード制御が可能となる。すなわち、従来においては、気圧、カップＣＰの温度及び湿度等のデータは膜厚制御には用いられていなかったが、本実施形態ではこれらのパラメータを用いて膜厚を予測することにより、精密な膜厚の制御を行うことができる。これにより歩留まりの向上にも寄与する。

また、複数あるレジスト膜形成条件、例えばウェハ回転数、レジスト液の温度、レジスト液の供給量又はレジストの吐出速度等のうち最も制御しやすいウェハの回転数を制御することにより、容易に膜厚を制御できる。

また、これらのパラメータｐ，ｑ，ｒには時間に関するものはないので、ウェハごとに膜厚を管理する必要はなく、例えばロット単位でよい。

図１７は、ポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）における加熱温度と、レジストパターンの線幅との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど線幅が細くなる傾向にあることがわかる。これによって、図１４に示す場合と同様に、現像処理条件を制御する代わりに、上記線幅モデルを用いてポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）における加熱温度を制御することにより、線幅をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御と現像時間の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。

図１８も同様に、プリベーキングユニット（ＰＡＢ）における加熱温度と、レジスト膜厚との関係を示している。これにより、加熱温度が高いほど膜厚が小さくなる傾向にあることがわかる。これによって、図１６に示す場合と同様に、ウェハの回転数を制御する代わりに、上記膜厚モデルを用いプリベーキングユニット（ＰＡＢ）における加熱温度を制御することにより、膜厚をフィードフォワードで精密に制御できる。また、このような加熱温度の制御とウェハ回転数の制御とを両方行うことにより、更に高精度に線幅を制御することができる。

更に本実施形態においては、線幅と膜厚との関連性については述べなかったが、この関連性が分かれば、更にこの関連性に基づいて線幅及び膜厚の制御を精密に行うことができる。

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。

例えば、上記実施形態では、線幅制御では現像時間及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにし、膜厚制御ではウェハ回転数及び加熱温度のうち少なくとも一方を制御するようにしたが、これに限らず、ベーキングユニット（ＢＡＫＥ）、加熱ユニット（ＨＰ）１１３等における加熱処理温度、あるいは冷却処理ユニット（ＣＰＬ）、受け渡し・冷却処理ユニット（ＴＣＰ）における冷却温度等をも制御することにより更に高精度な線幅制御を行うことができる。

また、線幅を制御する場合に現像処理条件として現像時間を制御するだけでなく、現像液の濃度及び温度等を制御するようにしてもよい。あるいは、膜厚を制御する場合にレジスト膜形成条件としてウェハの回転数を制御するだけでなく、レジストの温度やノズルからのレジストの吐出速度等を制御するようにしてもよい。

更には、第１の主搬送装置Ａ１及び第２の主搬送装置Ａ２によるウェハの搬送時間についても線幅やレジスト膜厚の変動に影響を及ぼす要因の１つと考えられるため、この搬送時間をもパラメータとして上記線幅モデル及び膜厚モデルを作成することもでき、これにより、上記のように各処理条件等を制御し精密に線幅等の管理を行うことができる。

また、図１７及び図１８に示したポストエクスポージャーベーキングユニット（ＰＥＢ）及びプリベーキングユニット（ＰＡＢ）における加熱温度の制御のみに限らず、加熱時間や昇温速度等をも制御することも可能であり、また冷却処理ユニット（ＣＰＬ）における冷却温度や冷却時間、あるいは降温速度等を制御することも可能である。

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。

次に、他の実施の形態について説明する。

図１９は、本実施の形態を説明するための概念的な制御ブロック図である。この制御系は、例えばフィードフォワード制御系ＦＦとフィードバック制御系ＦＢとが結合したものである。

このフィードフォワード制御系ＦＦは、フィードフォワードコントローラ５１が、制御対象５８の目標値５３と、外乱検出手段５２による外乱情報と、関数モデル５０とに基づいて操作手段５７に操作量情報を出力する。このフィードフォワード制御系ＦＦは、これまで説明した制御系であり、例えば制御対象５８はレジスト膜厚や線幅等である。関数モデル５０は上記線幅モデル、膜厚モデル等を含み、外乱検出手段５２は各パラメータ値を検出する上記センサＳ１〜Ｓ３、Ｓａ〜Ｓｄを含み、さらに時間ｘ，ｙ等のパラメータ値を記憶する図示しないメモリ等も含む。また、操作手段５７は現像時間やレジストの塗布処理時のウェハ回転数等を含み、あるいは、上述してないが露光装置１００における露光量を含む。図２３（ａ）は、露光量（Ｄｏｓｅ）（ｍＪ）と線幅（ｎｍ）との関係を示している。このように露光量と線幅とはほぼ比例関係にあることが分かっているので、露光量により線幅を容易に制御することが可能となる。なお、この露光量−線幅モデルは予め図示しない記憶手段により記憶させておけばよい。

フィードバック制御系ＦＢは、制御対象５８を制御量検出手段５６が検出し、制御量情報を比較手段５９で目標値５３と比較し、この比較結果に基づいてフィードバックコントローラ５４が、操作手段５７に操作量情報を出力する。制御量検出手段５６は、例えば膜厚検査装置１１９や線幅検査装置１１８（図３参照）を含む。膜厚検査装置１１９は、例えば光干渉計や分光光度計等が挙げられるがこれらに限られるものではない。また線幅検査装置１１８は、例えば走査型電子顕微鏡やパターンマッチングによる検査装置等が挙げられるがこれらに限られるものではない。

そして図２０に示すように、フィードフォワードコントローラ５１及びフィードバックコントローラ５４は、メインコントローラ６０に接続され、それぞれメインコントローラ６０の命令の基で動作するようになっている。本実施の形態では、この制御系６６は例えば図１１に示す制御部３５に含まれるものである。

なお、フィードフォワードコントローラ５１やフィードバックコントローラ５４は、図示するまでもなく、所定の処理を行うためのプログラムを格納する記憶装置やプロセッサ等を有している。

次に、図２１及び図２２に示すフローを参照して本実施の形態についてより具体的に説明する。

図２１は例えばレジスト膜厚を制御対象とする制御フローを示す。この例では、まず塗布現像処理装置１での処理前（ロット開始の前）に上記各パラメータのデータ収集を行う（ステップ２１１）。データ収集を行った後、フィードフォワードコントローラ５１は膜厚モデル（膜厚モデルＴ、回転数−膜厚モデル格納部２９（図１１及び図１６参照）に格納されたモデル）を用い、ウェハの回転数を算出することにより予測する（ステップ２１２−１、２１２−２）。ウェハの回転数を予測した後、その回転数レシピを装置１に入力し（ステップ２１３）、そのレシピに従ってウェハ上に実際にレジスト膜を形成する（ステップ２１４）。レシピの入力は作業員の手動により行われるようにしてもよい。

レジスト膜を形成した後、膜厚検査装置１１９によりレジスト膜厚を測定する（ステップ２１５）。膜厚を測定した後、この膜厚の測定値から目標膜厚となるウェハの回転数を算出する（ステップ２１６）。この回転数は、例えば回転数−膜厚モデルより算出することができる。なお、この回転数の算出結果とともに、この回転数でレジスト膜の形成を行った時の各パラメータ値（例えばセンサデータである上記気圧ｐ、カップ温度ｑ、湿度ｒ等）を膜厚モデルのデータベースに追加しておくことが好ましい。追加した内容で再計算を行えば、データベースが豊富化し、より精密な制御が可能となるからである。

ステップ２１６で回転数を算出した後、実際にレジスト膜の形成を行った時のウェハの回転数（ステップ２１２−２で予測した回転数）と、ステップ２１６で算出した回転数とが一致しているか否かの判断を行う（ステップ２１７）。一致していればその回転数でウェハの処理を続行する（ステップ２１８−１）。一致していなければ、ステップ２１６で算出した回転数に変更（補正）した後（ステップ２１８−２）、ウェハの処理を続行する。図２４は、回転数−膜厚モデル格納部２９に格納された回転数−膜厚モデルを示している。

この図２４を参照してステップ２１８−１、２１８−２について具体的に説明する。今、目標膜厚を４００（ｎｍ）とし、実際の処理時の回転数（予測回転数）が３７００ｒｐｍであったとし、測定膜厚が４０５ｎｍであったとする。すなわち、測定膜厚が目標値とずれていた場合、回転数を３７００ｒｐｍから例えば３９５０ｒｐｍに補正しウェハの処理を行う。また、このように破線で示す補正された後の回転数−膜厚モデルをもデータベースに追加または更新することが好ましい。

図２２は例えばレジストパターンの線幅を制御対象とする制御フローを示す。この制御フローでは、線幅を露光量（Ｄｏｓｅ）で操作する例を挙げている。この例では、まず塗布現像処理装置１での処理前（ロット開始の前）に、線幅の変動に関与するパラメータのデータ収集を行う（ステップ２２１）。このパラメータとしては、上述したように例えば時間ｙが挙げられるがこれに限られるものではない。ここで、上述したように図２３（ａ）及び（ｂ）で示す露光量−線幅モデルを予め用意しておくことにより、露光量を操作することで線幅を制御できる。なお、時間ｘについては露光処理を終えた後の時間であるため、このパラメータを用いることはできない。

データ収集を行った後、フィードフォワードコントローラ５１は線幅モデル（線幅モデルＣＤ、露光量−線幅モデル）を用い、露光量を算出することにより予測する（ステップ２２２−１、２２２−２）。露光量を予測した後、その回転数レシピを露光装置１００に入力し（ステップ２２３）、そのレシピに従ってウェハに対して露光処理を行う（ステップ２２４）。レシピの入力は作業員の手動により行われるようにしてもよい。

露光処理を終えた後、現像処理等の所定の処理を行うことでレジストパターンを形成する。その後、線幅検査装置１１８により線幅を測定する（ステップ２２５）。線幅を測定した後、この線幅の測定値から目標線幅となる露光量を算出する（ステップ２２６）。この露光量は、例えば露光量−線幅モデルより算出することができる。なお、この露光量の算出結果とともに、この露光量で露光処理を行った時の各パラメータを線幅モデルのデータベースに追加しておくことが好ましい。追加した内容で再計算を行えば、データベースが豊富化し、より精密な制御が可能となるからである。

ここで、図２３（ｃ）に示すように、露光量（Ｄｏｓｅ）は、光源としてのランプの強度と、ランプからの光を通過及び遮蔽するためのシャッタが開いている時間との積で求められる。シャッタが開いている時間とは、つまり露光光が通過し基板に照射されている時間である。従って、ランプの強度またはシャッタが開いている時間で露光量を操作し、線幅を制御することができる。

ステップ２２６で露光量を算出した後、実際に露光処理を行った時の露光量（ステップ２２２−２で予測した露光量）と、ステップ２２６で算出した露光量とが一致しているか否かの判断を行う（ステップ２２７）。一致していればウェハの処理を続行する（ステップ２２８−１）。一致していなければ、ステップ２１６で算出した露光量に変更（補正）した後（ステップ２２８−２）、ウェハの処理を続行する。

このような線幅のフィードフォワード制御及びフィードバック制御を、現像処理における現像時間を操作することにより行うことは、説明するまでもなくもちろん可能である。

本実施形態では、フィードフォワード制御で処理したウェハに対し、膜厚、線幅測定を行ってウェハの回転数、露光量、現像時間を適応的に補正しているので、高精度な膜厚、線幅の制御を行うことができる。従って所望のレジスト膜、レジストパターンを形成することができる。

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１に示す塗布現像処理装置の正面図である。 図１に示す塗布現像処理装置の背面図である。 一実施形態に係る主ウェハ搬送装置を示す斜視図である。 図１に示す塗布現像処理装置の清浄空気の流れを説明するための正面図である。 一実施形態に係るレジスト塗布処理ユニットを示す平面図である。 図６に示すレジスト塗布処理ユニットを示す断面図である。 一実施形態に係る現像処理ユニットを示す断面図である。 一実施形態に係るプリベーキングユニット又はポストエクスポージャーベーキングユニットを示す平面図である。 図９に示すユニットの断面図である。 本発明に係る塗布現像処理装置を制御する制御系を示す構成図である 本発明に係る塗布現像処理装置の一連の処理工程を示すフロー図である。 線幅モデル及びその各パラメータを示す図である。 現像時間と線幅との相関関係を示す図である。 膜厚モデル及びその各パラメータを示す図である。 ウェハの回転数と膜厚との関係を示す図である。 ポストエクスポージャーベーキングユニットにおける加熱温度と、線幅との関係を示す図である。 プリベーキングユニットにおける加熱温度と、膜厚との関係を示す図である。 他の実施形態に係る制御系を示すブロック図である。 図１９に示す制御系のコントローラ部を示すブロック図である。 レジスト膜厚を制御対象とする制御フロー図である。 レジストパターンの線幅を制御対象とする制御フロー図である。 （ａ）、（ｂ）は露光量と線幅との関係を示し、（ｃ）は露光量の式を示す図である。 膜厚を制御対象とする場合の操作量の補正動作を説明するための図である。

符号の説明

Ａ１…第１の主ウェハ搬送装置
Ａ２…第２の主ウェハ搬送装置
Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ…温度・気圧センサ
Ｓ１…気圧センサ
Ｓ２…カップ温度センサ
Ｓ３…湿度センサ
ｐ，ｑ，ｒ…膜厚モデルの各パラメータ
ｘ，ｙ，ｚ…線幅モデルの各パラメータ
１…塗布現像処理装置
２８…線幅モデル格納部
２９…膜厚モデル格納部
３２…温度コントローラ
３４…回転数コントローラ
３５…制御部
６１…センサ計測データ格納部
６２…ウェハデータ格納部
６３…プロセスレシピデータ格納部
６４…線幅モデル格納部
６５…膜厚モデル格納部
１００…露光装置
５１…フィードフォワードコントローラ
５４…フィードバックコントローラ
６０…メインコントローラ
１１８…膜厚検査装置
１２０…線幅検査装置

Claims (18)

1. 基板上にレジスト膜を形成して該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第１の熱的処理を行った後現像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装置において、
   前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの膜厚に関する第１の関数モデルとを記憶する記憶手段と、
   前記第１の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する制御手段と
   を具備し、
   前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
   前記第１の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記記憶手段は、前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき作成された該レジストパターンの線幅に関する第２の関数モデルを更に具備し、
   前記制御手段は、前記第２の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第２の関数モデルに基づき第１の加熱処理前に第１の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第１の熱的処理条件を制御する
   ことを特徴とする基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置において、
   前記制御手段は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御することを特徴とする基板処理装置。
4. 請求項３に記載の基板処理装置において、
   前記制御手段は、
   前記レジストの温度及びレジストの吐出速度のいずれかを更に制御することを特徴とする基板処理装置。
5. 請求項２に記載の基板処理装置において、
   前記レジスト膜形成後に第２の熱的処理を行う手段を更に具備し、
   前記制御手段は、第２の熱的処理条件のうち少なくとも当該第２の熱的処理の温度、時間及び昇降温速度のいずれかを制御することを特徴とする基板処理装置。
6. 請求項２から請求項５のうちいずれか１項に記載の基板処理装置において、
   前記第１の関数モデル又は第２の関数モデルは前記レジストの種類ごとに作成することを特徴とする基板処理装置。
7. 請求項５に記載の基板処理装置において、
   前記レジスト膜を形成するレジスト膜形成部と、前記第１及び第２の熱的処理を行う熱処理部と、前記現像処理を行う現像処理部と、少なくとも前記レジスト膜形成部、熱処理部及び現像処理部の間で基板の受け渡しを行う搬送機構とを有し、
   前記第１の関数モデル又は第２の関数モデルは、前記搬送機構による基板の搬送時間を更にパラメータとしていることを特徴とする基板処理装置。
8. 基板上にレジスト膜を形成し該基板に熱的処理を行った後該基板を露光装置に受け渡し、該露光装置から受け取った基板に第１の熱的処理を行った後現像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、
   （ａ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの膜厚に関する第１の関数モデルを作成する工程と、
   （ｂ）前記第１の関数モデルに基づきレジスト膜形成前にレジスト膜形成後の膜厚を予測し予測結果に応じてレジスト形成条件を制御する工程と
   を具備し、
   前記レジスト膜の形成は、基板を容器内で回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
   前記第１の関数モデルは、レジスト膜厚に関するものであり、少なくとも、レジスト膜形成時における気圧と、前記容器の温度と、前記容器内の湿度とをパラメータとしていることを特徴とする基板処理方法。
9. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
   （ｃ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第２の関数モデルを作成する工程と、
   （ｄ）前記第２の関数モデルに基づき現像処理前に現像処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて現像処理条件を制御する、又は前記第２の関数モデルに基づき第１の加熱処理前に第１の加熱処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて第１の熱的処理条件を制御する工程と
   を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
10. 請求項９に記載の基板処理方法であって、
    （ｅ）前記レジストパターンを形成する際に関与する複数のパラメータに基づき該レジストパターンの線幅に関する第３の関数モデルを作成する工程と、
    （ｆ）前記第３の関数モデルに基づき露光処理前に露光処理後の前記レジストパターンの線幅を予測し予測結果に応じて露光処理条件を制御する制御工程とを更に具備することを特徴とする基板処理方法。
11. 請求項９に記載の基板処理方法において、
    前記工程（ｄ）は、前記現像処理条件のうち現像時間を制御する工程を具備することを特徴とする基板処理方法。
12. 請求項８に記載の基板処理方法において、
    前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
    前記工程（ｂ）は、前記レジスト膜形成条件のうち前記基板の回転数を制御する工程を具備することを特徴とする基板処理方法。
13. 請求項８に記載の基板処理方法において、
    （ｃ）前記工程（ｂ）で制御された前記レジスト膜形成条件により形成されたレジスト膜厚を検査する工程と、
    （ｄ）前記工程（ｃ）で検査されたレジスト膜厚に基づき前記レジスト膜形成条件を補正する工程と
    を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
14. 請求項１３に記載の基板処理方法において、
    前記レジスト膜の形成は、基板を回転させることによりレジスト膜を形成するものであって、
    前記工程（ｄ）は前記レジスト膜形成条件のうち基板の回転数を補正することを特徴とする基板処理方法。
15. 請求項９に記載の基板処理方法において、
    （ｅ）前記工程（ｄ）で制御された前記現像処理条件により形成されたレジストパターンを検査する工程と、
    （ｆ）前記工程（ｅ）で検査された前記レジストパターンに基づき現像処理条件を補正する工程と
    を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
16. 請求項１５に記載の基板処理方法において、
    前記工程（ｆ）は前記現像処理条件のうち現像時間を補正することを特徴とする基板処理方法。
17. 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方法において、
    前記第１、第２の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。
18. 請求項１０に記載の基板処理方法において、
    前記第３の関数モデルを前記レジストの種類ごとに作成する工程を更に具備することを特徴とする基板処理方法。

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