(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、
（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識する工程と、
（ｂ）前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）と工程（ｂ）で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）及び（ｃ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、
（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第１の光学的観察装置で認識する工程と、
（ｂ）前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）と工程（ｂ）で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、
（ｄ）前記工程（ｂ）及び（ｃ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と、
（ｆ）前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを第２の光学的観察装置で認識する工程と
を具備することを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板処理方法において、
前記エッチングの処理条件は、
エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも１つを含む
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
請求項２に記載の基板処理方法において、
前記第１の光学的観察装置で認識された基板のデータを集積してデータベースを作成し、このデータベースを前記第２の光学的観察装置で認識された基板のデータを解析する際に利用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。
【請求項５】
請求項４に記載の基板処理方法において、
前記工程（ｆ）は、
前記第１の光学的観察装置で認識されたグレーティングパターンのデータベースに基づき、前記エッチング処理後の回路パターンを認識する工程を含む
ことを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、
（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、
（ｂ）前記光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、
（ｃ）前記手段（ａ）及び手段（ｂ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、
（ｄ）前記手段（ｃ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項７】
基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、
（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第１の光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、
（ｂ）前記第１の光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、
（ｃ）前記手段（ａ）及び手段（ｂ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、
（ｄ）前記手段（ｃ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と、
（ｅ）前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを認識する第２の光学的観察装置と
を具備することを特徴とする基板処理装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の基板処理装置において、
前記エッチングの処理条件は、
エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも１つを含む
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
請求項７に記載の基板処理装置において、
前記第１の光学的観察装置で認識された基板のデータを集積してデータベースを作成し、このデータベースを前記第２の光学的観察装置で認識された基板のデータを解析する際に利用する手段
を更に具備することを特徴とする基板処理装置。
【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及びエッチング工程において半導体基板上に所望の回路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。また、このフォトリソグラフィ工程の後、エッチング処理を行うことにより所望の回路パターンを形成している。そして、エッチング処理後は当該パターン上のレジストを剥離することによって回路配線が形成される。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程は、従来から、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。この塗布現像処理装置は、ウェハに熱的な処理を行う加熱処理ユニットや冷却処理ユニット等をも一体的に具備している。一方、エッチング工程は、塗布現像処理装置とは別のエッチング装置により行われる。このエッチング装置と塗布現像処理装置とは一体的ではなく、例えばフォトリソグラフィ工程を終えたウェハを作業員がエッチング装置まで運搬し、エッチング処理を行うようにしている。
【０００４】
ところで、近年、回路パターンの微細化はよりいっそう進行しており、例えば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。従って塗布現像処理装置においては、所望のレジストパターンの線幅を得るために、このパターン線幅の変動に影響を及ぼすおそれのある上記現像処理ユニットや熱処理ユニット等の処理条件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、このように厳しい管理下においても所望の線幅が得られない場合があり、かかる場合には、当然その後のエッチング工程においても所望の回路パターンを得ることはできない。
【０００６】
また、このような問題を解決するために、塗布現像処理装置でフォトリソグラフィ工程を終えたウェハを例えばＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等の観察装置でレジストパターンを観察して、この観察結果を塗布現像処理装置側にフィードバックすることにより線幅等を制御している。しかし、電子顕微鏡等の観察装置では電子線を用いており、レジストパターンに電子線を照射することによりパターンの収縮が起こるため、実際に形成された線幅を測定することはできない。従って、この測定結果をフィードバックしても所望の線幅を有するレジストパターンの形成を行うことは容易でない。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、フォトリソグラフィ工程で実際に形成されたレジストパターンの線幅等を精密に測定でき、エッチング処理後において最終的に所望の回路パターンを形成す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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る基板処理方法は、基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識する工程と、（ｂ）前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、（ｃ）前記工程（ａ）と工程（ｂ）で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）及び（ｃ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程とを具備する。
【０００９】
本発明では、レジストパターンを認識してパターンの線幅等を測定する。そしてこの測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。この場合、エッチングの処理条件は、エッチング時間、エッチングガス組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも１つを含む。特にエッチング時間に関しては、当該時間が長いほど線幅を小さくすることができるという明らかな相関関係があることがわかっている。従って、エッチング時間を制御することにより容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。また、本発明は、実際の製品製造段階及び検査用の基板を用いて製品製造前における初期設定段階共に実行することが可能である。
【００１０】
また、前記工程（ａ）は、光学的観察装置を用いることにより、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のようにレジストパターンの収縮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エッチング処理条件を的確に把握できるため、所望の回路パターンの形成に寄与する。
【００１２】
本発明では、例えば、実際に形成されたレジストパターンが複雑な形状である場合、光の干渉等が起こらず上記光学的観察装置では線幅を測定できないので、この場合にはＳＥＭ等の電子顕微鏡を用いる。この場合、例えば、先ず検査用の基板を用い、光学的観察装置により基板の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを認識する。これは、例えば露光処理の際に、光学的干渉が起こる程度の大きさのパターンを製品領域以外の領域に予め形成しておくことが好ましい。次に、このグレーティングパターンと製品領域に形成された実際のレジストパターンとを電子顕微鏡で認識し、これらの相関関係を求める。そして、光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関関係を求めることによって、求められた各相関関係に基づきレジストパターンを認識する。
【００１３】
このように、例えばグレーティングパターン同士の相関関係を複数の基板又は複数のチップに対して求め、これらのデータベースを構築し、このデータベースを基に光学的観察装置のみを用いて、グレーティングパターンのみを認識することにより、非破壊的に実際のレジストパターンの線幅を精密に測定することができる。なお、上記データベースの構築は例えば検査用の基板を用いて行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の観点に係る基板処理方法は、基板上にレジストパターンを形成した後エッチング処理を行うことにより、所望の回路パターンを形成する基板処理方法において、（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第１の光学的観察装置で認識する工程と、（ｂ）前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める工程と、（ｃ）前記工程（ａ）と工程（ｂ）で認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）及び（ｃ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する工程と、（ｅ）前記工程（ｄ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する工程と、（ｆ）前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを第２の光学的観察装置で認識する工程とを具備する。
【００１５】
本発明では、レジストパターンを第１の光学的観察装置で認識してパターンの線幅等を測定することにより、非破壊でレジストパターンを認識でき精密な線幅の測定を行うことができる。次に、この測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。
【００１６】
また、この形成された回路パターンを第２の光学的観察装置で認識することにより、例えば第１及び第２の光学的観察装置間で共通のデータベースとして利用することができ、検査効率を向上させることができる。例えば、第１の光学的観察装置で認識されたグレーティングパターンのデータベースに基づき、エッチング処理後の回路パターンを認識することにより、効率良く、非破壊で、精密に回路パターンを認識することができる。
【００１７】
本発明の第１の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、（ｂ）前記光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、（ｃ）前記手段（ａ）及び手段（ｂ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と（ｄ）前記手段（ｃ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段とを具備する。
【００１８】
本発明の第２の観点に係る基板処理装置は、基板上にレジストパターンを形成し該基板をエッチング装置に受け渡して所望の回路パターンを形成する基板処理装置において、（ａ）前記基板上の製品領域以外の領域に形成されたグレーティングパターンを第１の光学的観察装置で認識した上で、前記グレーティングパターンと前記製品領域に形成されたレジストパターンとをそれぞれ電子顕微鏡で認識し、これらグレーティングパターンとレジストパターンとの相関を求める手段と、（ｂ）前記第１の光学的観察装置及び電子顕微鏡でそれぞれ認識されたグレーティングパターン同士の相関を求める手段と、（ｃ）前記手段（ａ）及び手段（ｂ）で求められた各相関に基づき前記レジストパターンを認識する手段と、（ｄ）前記手段（ｃ）での認識結果に基づき前記エッチングの処理条件を制御する手段と、（ｅ）前記制御の下でエッチング処理された基板上の回路パターンを認識する第２の光学的観察装置とを具備する。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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及びエッチング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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。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）１１３が配置構成される場合もある。
【００２７】
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でも、例えば、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。
【００２８】
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Ｇ１〜Ｇ５内部に供給するためのダクト等（図示せず）が設けられている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
図１を参照して、第２の処理ユニット部Ｇ２の正面側には、本発明に係るエッチング装置５０が配設されている。このエッチング装置５０と第２の処理ユニット部Ｇ２との間には、エッチング装置５０及び処理ユニット部Ｇ２における現像処理ユニット（ＤＥＶ）に対してウェハの搬送を行うウェハ搬送装置３０が設けられている。このウェハ搬送装置３０は、現像処理ユニット（ＤＥＶ）に設けられたシャッタ４９が開くことで現像処理ユニット内にアクセス可能となり、現像処理されたウェハを取り出すことができる。なお、このようなシャッタ４９は、他の各処理ユニットにも全て備えられているため、各ユニットともウェハを処理中においては処理室内部が密閉されるようになっており、また、シャッタが開くことによりウェハ搬送体２２及び２７、主ウェハ搬送装置Ａ１及びＡ２がそれぞれ各所定のユニットに対してアクセス可能となっている。また、エッチング装置５０は、多段の現像処理ユニット（ＤＥＶ）に合わせて多段に構成するようにしてもよい。この場合、ウェハ搬送装置３０はＺ方向に垂直に移動可能な構成とすることが好ましい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
上記エッチング装置５０は、例えば平行平板型のプラズマエッチング装置であり、図５はこのエッチング装置５０の断面図を示す。チャンバ３７内に一対の電極板４３，４４が配置されており、上部電極４４には高周波（ＲＦ）電源４８が接続され、下部電極４３は接地されている。下部電極４３の下部には、基板を支持する例えば３本の支持ピン４７が昇降駆動モータ４２により昇降可能に配置されている。チャンバ３７には、ガス供給源３４からのガスをチャンバ３７内に供給するための供給口３８が設けられており、また、チャンバ３７の下部には、チャンバ３７内部を真空にする真空ポンプ２８が設けられている。チャンバ３７の側面には、上記ウェハ搬送装置３０との間で基板の受け渡しを行うための開口部３７ａが形成されており、この開口部３６ａはシャッタ部材３９により開閉可能に構成されている。
【００３８】
ここで、図１を参照して、制御部６０は、このエッチング装置５０のエッチング時間、エッチングガスの組成比及びエッチングパワーのうち少なくとも１つを制御するようになっている。このエッチングに用いられるガス種は、例えばＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、ＣＨＦ３、ＳＦ６等のガスを組み合わせで混合して用いることが可能となっている。これらのエッチング時間、エッチングガスの組成比及びエッチングパワー等の各処理条件は、上記光学観察装置４０で認識されたレジストパターンの線幅に基づいて制御されるようになっている。
【００３９】
図６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。
【００４０】
処理部１１は、例えば、検出器５７による検出結果３２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３２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３２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５８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３２と記憶部５８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（Ｓｃａｔｔｅｒｏｍｅｔｒｙ）技術によりパターンマッチングを行っている。
【００４１】
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７に示すフローを参照しながら説明する。
【００４２】
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）。
【００４３】
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）。
【００４４】
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）。
【００４５】
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（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）。
【００４６】
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、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）。
【００４７】
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等が測定される（ステップ１１）。ここで、前述したように、測定された線幅に基づき例えばエッチング装置５０におけるエッチング時間等のエッチング処理条件を設定する（ステップ１２）。そしてウェハＷは、例えば第２の処理ユニット部Ｇ２及びウェハ搬送装置３０を介してエッチング装置５０に搬入され、上記設定された処理条件でエッチングされる（ステップ１３）。
【００４８】
図８は、エッチング時間とエッチングにより形成される回路パターンの線幅との関係を示す。このように、エッチング時間が長いほど線幅が小さくなることがわかっている。従って、光学観察装置４０で測定された線幅が所定の値より大きい場合には、エッチング時間を所定時間より長くする等の制御を行うことにより、容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。
【００４９】
図９は、エッチングパワーとエッチングにより形成される回路パターンの線幅との関係を示す。この場合もエッチング時間と同様に、エッチングパワーが大きいほど線幅が小さくなることがわかっているため、このエッチングパワーを制御することにより、容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。しかし、必要に応じてエッチングガスの組成比についても合わせて複合的に制御するようにしてもかまわない。
【００５０】
エッチングが終了すると、ウェハはウェハ搬送装置３０及び第２の処理ユニット部Ｇ２を介してウェハＷは第２の主搬送装置Ａ２により取り出される。そして第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の主ウェハ搬送装置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。
【００５１】
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。
【００５２】
以上のように、本実施形態では、現像後のレジストパターンを認識してパターンの線幅等を測定した後、この測定結果をその後に行われるエッチング処理にフィードフォワードし、最適な処理条件でエッチング処理を行うことにより、最終的に精密な回路パターンを形成することができる。
【００５３】
また、特にエッチング時間と線幅との関係に関しては、図８に示すように明らかな相関関係があることがわかっているため、エッチング時間を制御することにより容易に所望の線幅を有する回路パターンを形成することができる。また、本実施形態は、実際の製品ウェハを用いて製造する場合と、検査用のウェハを用いて製品製造前における初期設定の場合と両者共に実行することが可能である。
【００５４】
また、本実施形態では、光の干渉、回折を利用した光学観察装置４０を用いることにより、従来において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のようにレジストパターンの収縮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エッチング処理条件を的確に把握できるため、所望の回路パターンの形成に寄与する。
【００５５】
更に、光学観察装置４０は、ＳＥＭ等の電子顕微鏡に比べ装置サイズが小さく、しかも電子顕微鏡等のように真空処理等を要しないので、本実施形態のように容易にインライン化することができる。また、光学観察装置４０の装置コストも電子顕微鏡に比べて安価という利点があり、更に、スループットも電子顕微鏡に比べ高い。
【００５６】
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る塗布現像処理装置及びエッチング装置等の平面図である。なお、図１０において、図１における構成要素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。また、本実施形態では、形成されたレジストパターンが複雑な形状であるため、線幅等を測定できない場合に、検査用のウェハを用いてレジストパターンを形成しこの線幅等をＳＥＭ等の電子顕微鏡で認識する場合について説明する。
【００５７】
本実施形態では、第１の実施形態と同一の光学観察観察装置を２つ設けている。第１の光学観察装置４０Ａは、第１の実施形態と同様に第２の主ウェハ搬送装置Ａ２の背面側に配設し、第２の光学観察装置４０Ｂはエッチング装置５０にウェハ搬送装置６４を介して接続させている。このウェハ搬送装置６４は、エッチング装置５０と第２の光学観察装置４０Ｂとの間でウェハの搬送を行うようになっている。
【００５８】
また、第１の光学観察装置４０Ａの背面側にはＳＥＭ等の電子顕微鏡装置７０が配設されており、この電子顕微鏡装置７０と第１の光学観察装置４０Ａとの間には、これらの間でウェハの搬送を行うウェハ搬送装置６３が配設されている。なお、この電子顕微鏡装置７０は、このように搬送装置６３で接続してインライン化せずとも、スタンドアロンであってもかまわない。
【００５９】
図１１に示すフロー参照して、本実施形態では、例えば、上記第１の実施形態と同様にレジストパターンをウェハ上に形成する。レジストパターンが形成されたウェハは、光学観察装置４０Ａに搬入される。ここで、図１２及び図１３を参照して、先ずウェハＷ上の複数のチップ６５以外、すなわち製品領域外に形成されたグレーティングパターンＰを認識し、このグレーティングパターンＰの線幅を測定する（ステップ１１）。この光学観察装置４０Ａで測定されたグレーティングパターンＰの線幅をｘとする。なお、この場合、グレーティングパターンＰの格子ピッチは光学的に認識できる程度の大きさとされており、このグレーティングパターンＰは、露光処理の際のマスク（レチクル）に、露光処理の際にチップパターンである実際のレジストパターンＱと共にウェハＷ上に転写すればよい。
【００６０】
次に、ウェハＷは電子顕微鏡装置７０に搬送され、ここでグレーティングパターンＰ及びレジストパターンＱを認識し、それぞれの線幅の測定を行う（ステップ１２）。この電子顕微鏡装置７０で測定されたグレーティングパターンＰの線幅をａとし、レジストパターンＱの線幅をｂとする。この電子顕微鏡装置７０は電子線を利用しているためレジストに収縮が起こり、測定された各線幅は実際の線幅より若干小さいものとなっている。
【００６１】
以上のように求められた線幅ｘ，ａ，ｂのデータは制御部６０（図１０参照）に送られる。図１４は、光学観察装置４０Ａ及び電子顕微鏡装置７０でそれぞれ測定された各線幅ｘ，ａ，ｂを示す。ここで最終的に求めたい線幅は、実際のレジストパターンＱの線幅ｙである。しかしこのｙは複雑な形状であるために光学観察装置４０Ａでは観察できないので、このｙを制御部６０において次のように算出する。
【００６２】
先ず、上記電子顕微鏡による検査結果ａ，ｂに基づき、このａ，ｂ間の相関関係ｂ＝ｆ１（ａ）を求める（ステップ１３−１）。次に、グレーティングパターンＰの線幅ｘ，ａに基づき、このｘ，ａ間の相関関係ｘ＝ｆ２（ａ）を求める（ステップ１３−２）。そして、これら相関関係ｆ１及びｆ２に基づきｘ，ｙ間の相関関係ｙ＝ｆ３（ｘ）を求めることができる。これにより、最終的に求めたい実際のレジストパターンＱの線幅ｙが求められることになる（ステップ１３−３）。
【００６３】
このような相関関係ｆ１及びｆ２を求める工程は、複数の異なるパターンがそれぞれ形成された複数のチップに対し、又は複数の検査用ウェハに対し行うようにして、複数のデータを集積して求めることが好ましい。これにより、より高精度にレジストパターンＱの線幅測定を行うことができる。なお、相関関係ｆ１及びｆ２を求める順序については、ｆ２を求めてからｆ１を求めるようにしてもよい。
【００６４】
実際に製品ウェハを製造する場合には、以上のようなデータベースを基に光学観察装置４０Ａのみを用いて、例えばグレーティングパターンのみを認識することにより、非破壊的に実際のレジストパターンの線幅を精密に測定することができる。
【００６５】
そして例えば、以上のように求めたレジストパターンの線幅に基づいて、第１の実施形態と同様に最適なエッチング処理条件を設定し（ステップ１４）、この処理条件下でエッチング処理を行う（ステップ１５）。
【００６６】
次に、エッチング処理後に形成された回路パターンの線幅を検査する場合について説明する。上記ステップ１５のエッチング処理が施されたウェハＷは第２の光学観察装置４０Ｂに搬入される。この第２の光学観察装置４０Ｂでは、上記第１の光学観察装置４０Ａの測定により求められた相関関係ｆ３に基づいて、グレーティングパターンを認識する（ステップ１６）だけで実際の回路パターン上のレジストの線幅を予測することが可能となる（ステップ１７）。このように、同一の光学観察装置４０Ａ及び４０Ｂを用いることにより、データベースを共有できるので効率良く、しかも非破壊的にエッチング後の線幅測定を精密に行うことができる。
【００６７】
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。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、エッチングの処理条件としてエッチング時間、ガスの組成比、パワーを制御するようにしたが、これらに限らず、チャンバ内の真空度等、線幅の変動に影響を及ぼすと考えられるパラメータ全てについて制御するようにしてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、エッチング装置５０と塗布現像処理装置１とを一体的に設けてインラインとしたが、エッチング装置をスタンドアロンとして、作業員によりウェハを運搬するようにしてもよい。この場合、エッチング装置５０と塗布現像処理装置１とをＬＡＮ等の通信配線で接続し、図７に示すステップ１２をもとにステップ１３を行う。ステップ１２はエッチング装置側の制御部で行ってもよいし、上記実施形態のように塗布現像処理装置側で行うようにしてもよい。更には、別途算出部、記憶部、解析部等を備えた制御装置を設けるようにしてもよい。また、エッチング装置は、図１に示すカセットステーション１０の背面側に配設し、ウェハ搬送体２２によりウェハをこのエッチング装置に対して搬入出させるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、パターンの線幅のみについて説明したが、これに限らず、パターン間のピッチ、高さ、サイドウォールの角度等についても光学観察装置を用いて測定することが可能である。
【００７１】
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。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトリソグラフィ工程で実際に形成されたレジストパターンの線幅等を精密に測定でき、しかもエッチング処理において最終的に所望の回路パターンを形成することができる。これにより、歩留まりの向上に寄与する。
【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】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５】一実施形態に係るエッチング装置の断面図である。
【図６】一実施形態に係る光学観察装置の構成図である。
【図７】塗布現像処理装置における一連の処理工程を示すフロー図である。
【図８】エッチング時間と線幅との関係を示す図である。
【図９】エッチングパワーと線幅との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る塗布現像処理装置及びエッチング装置等の平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る一連の処理工程を示すフロー図である。
【図１２】チップ上にレジストパターンが形成されたウェハを示す平面図である。
【図１３】図１２に示すチップの拡大平面図である。
【図１４】光学観察装置及び電子顕微鏡装置でそれぞれ測定された各線幅を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ．．．半導体ウェハ
Ｐ…グレーティングパターン
Ｑ…レジストパターン
線幅…ｘ，ｙ，ａ，ｂ
ｆ１，ｆ２，ｆ３…相関関係
１…塗布現像処理装置
４０…光学観察装置
４０Ａ…第１の光学観察装置
４０Ｂ…第２の光学観察装置
５０…エッチング装置
６０…制御部
７０…電子顕微鏡装置
【図１】
0003599330.tif 000002
【図２】
0003599330.tif 000003
【図３】
0003599330.tif 000004
【図４】
0003599330.tif 000005
【図５】
0003599330.tif 000006
【図６】
0003599330.tif 000007
【図７】
0003599330.tif 000008
【図８】
0003599330.tif 000009
【図９】
0003599330.tif 000010
【図１０】
0003599330.tif 000011
【図１１】
0003599330.tif 000012
【図１２】
0003599330.tif 000013
【図１３】
0003599330.tif 000014
【図１４】
0003599330.tif 000015