JP3023058B2

JP3023058B2 - ウエハ上の不要レジスト露光装置

Info

Publication number: JP3023058B2
Application number: JP6259798A
Authority: JP
Inventors: 俊行松木; 米太田中; 芳樹三村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: JPH08102439A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハ上の不要レジス
トを現像工程で除去するために必要とされるウエハ上の
不要レジスト露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばＩＣやＬＳＩ等の製造工程におい
て、シリコンウエハ等の半導体ウエハの表面にレジスト
を塗布し、次いで回路パターンを露光し、これを現像し
て、レジストパターンを形成することが行われている。
ここに、レジストの塗布方法としては、通常、ウエハ表
面の中心位置にレジストを注ぎながらウエハを回転さ
せ、遠心力によってウエハの全表面にレジストを塗布す
るスピンコート法が用いられている。従って、ウエハの
周辺部にもレジストが塗布されることになるが、ウエハ
の周辺部はパターン形成領域にあまり利用されることは
ない。これは、ウエハが種々の処理工程に付される際
に、その周辺部を利用して搬送、保持されることが多
く、また周辺部ではパターンの歪みが生じやすく歩留り
が悪いからである。このため、レジストがポジ型レジス
トである場合には、周辺部が露光されないため現像後も
周辺部にレジストが残留し、このレジストがウエハの搬
送、保持の際に周辺機器を汚染し、ひいてはウエハ表面
の汚染となり、歩留りの低下を招く原因となっていた。
そこで、ウエハ周辺部の不要レジストを現像工程で除去
するために、パターン形成領域における回路パターンの
露光工程とは別個に、ウエハ周辺部の不要レジストを露
光する周辺露光が行われている。

【０００３】一方、最近において、逐次移動型縮小投影
露光装置（ステッパー）によってウエハ表面が碁盤の目
のように区画されて逐次露光されることが行われてい
る。そして、この場合におけるパターン形成領域の形状
は方形状または階段状となる。

【０００４】図１は、階段状のパターン形成領域を有す
るウエハＷについて、パターン形成領域の外側に塗布さ
れた不要レジストを露光処理する手順を示す説明図であ
る。不要レジストの露光処理は、通常、ウエハのアライ
メント、第１象限における露光処理、第２象限における
露光処理、第３象限における露光処理、第４象限におけ
る露光処理の順に行われる。以下、同図を用いてその手
順を説明する。

【０００５】（１）ウエハＷのアライメント：パターン
形成領域Ｐの外周縁と平行なオリフラＦ（オリエンテー
ションフラット）を利用してウエハＷのアライメントを
行う。具体的には、オリフラＦとＸ方向とが平行になる
ようにウエハＷを回転させる〔図１（イ）〕。（２）第１象限における露光処理：方形状の照射領域Ｌ
を矢印方向（Ｘ→Ｙ→Ｘ方向）に走査する〔図１
（ロ）〕。以下、走査行路を順次シフトしながら、照射
領域の走査を繰り返す。これにより、図１（ハ）におい
て斜線で示した部分が露光される。（３）第２象限における露光処理：ウエハＷを９０度回
転させ、上記と同様にして照射領域の走査を繰り返して
行う。これにより、図１（ニ）において斜線で示した部
分が露光される。（４）第３象限における露光処理：ウエハＷを更に９０
度回転させ、上記と同様にして照射領域の走査を繰り返
して行う。これにより、図１（ホ）において斜線で示し
た部分が露光される。（５）第４象限における露光処理：ウエハＷを更に９０
度回転させ、上記と同様にして照射領域の走査を繰り返
して行う。これにより、図１（ヘ）において斜線で示し
た部分（パターン形成領域の外側の全範囲）が露光され
る。

【０００６】図２は、図１（ロ）の部分拡大図（部分Ｃ
の拡大図）であり、パターン形成領域Ｐの外周に沿って
方形状の照射領域Ｌを走査させたときの当該照射領域Ｌ
の走査軌跡を示している。なお、照射領域Ｌ内における
括弧付数字は走査順序を表している。同図において、ｐ
ｘおよびｐｙは、それぞれ、Ｘ方向およびＹ方向に伸び
てパターン形成領域Ｐを区画する外周縁であり、ｐｏは
外周縁ｐｘと外周縁ｐｙの交点である。照射領域Ｌは、
縦１０ｍｍ、横３ｍｍの方形状である。この照射領域Ｌ
は、必要に応じて、Ｘ方向、Ｙ方向において、例えば２
ｍｍ程度の重なりを持たせるようにして走査行路をシフ
トしながら走査される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかして、ＩＣやＬＳ
Ｉ等の製造工程において、その製造効率を向上させる観
点からは、不要レジストの露光処理をできるだけ短い時
間で行うことが好ましい。そして、露光処理時間の短縮
化を図るための手段としては、パターン形成領域の外周
に沿って走査される照射領域（有効照射面積）を大きく
設定することが考えられる。照射領域を大きく設定すれ
ば、１回の走査行程において広い範囲を露光処理するこ
とができるからである。

【０００８】しかしながら、照射領域を大きく設定する
と、ウエハ上の不要レジストに対して光照射時間のバラ
ツキが大きくなり、このため、除去すべき不要レジスト
の全てに対して均一な条件で露光処理を行うこができな
くなる、という問題がある。以下、「照射領域の大き
さ」と「光照射時間のバラツキ」の関係について説明す
る。

【０００９】図３は、正方形状の照射領域ＬＡをパター
ン形成領域の外周に沿って走査させたときの当該照射領
域ＬＡの走査軌跡を示している。同図において、（ａ）
〜（ｉ）は、ウエハ表面におけるサンプリング点であ
り、隣合うサンプリング点間の距離は１０ｍｍとする。
一方、照射領域ＬＡの１辺の長さは２０ｍｍである。こ
の照射領域ＬＡは、その一端側の頂点ＱＡが、パターン
形成領域の外周縁ｐｘ，ｐｙ上を「矢印ｖ」の方向に移
動するよう走査されれ、１回目の走査行程によって、サ
ンプリング点（ａ）〜（ｈ）に光が照射される。

【００１０】図４は、図３に示す照射領域ＬＡを走査さ
せた場合において、サンプリング点（ａ）〜（ｈ）にお
ける光照射の有無を時間ごとに追跡したグラフである
（斜線で示す部分は、その間において当該サンプリング
点に光が照射されていることを意味している）。同図に
示すように、サンプリング点における光照射時間の相対
比率（ａ：ｂ：ｃ：ｄ：ｅ：ｆ：ｇ：ｈ）は１：２：
２：２：３：２：２：２となる。この関係を下記表１の
（Ｉ）に示す。

【００１１】また、照射領域ＬＡに代えて、１辺の長さ
が３０ｍｍである正方形状の照射領域（図示省略）を走
査させた場合には、１回目の走査行程によって、サンプ
リング点（ａ）〜（ｉ）に光が照射される。そして、サ
ンプリング点における光照射時間の相対比率（ａ：ｂ：
ｃ：ｄ：ｅ：ｆ：ｇ：ｈ：ｆ）は１：２：２：３：３：
３：４：４：５となる。この関係を下記表１の（II）に
示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】上記表１に示すように、方形状の照射領域
を走査させるときには、（１）照射領域を大きく設定す
るほど光照射時間のバラツキが大きくなり、（２）外周
縁の交点ｐｏからの離間距離が大きいほど光照射時間が
長くなる。

【００１４】そして、照射領域ＬＡを走査させる場合に
おいて、点（ａ）における光照射時間が適正であるとき
には、他のサンプリング点、特に点（ｅ）の近傍におけ
る光照射時間は長すぎることになる。この結果、これら
他のサンプリング点の近傍において、レジストが過剰の
光（紫外線）と反応してバブリングが生じ、これによっ
て発生するパーティクルが、ウエハ表面や周辺機器を汚
染することがある。

【００１５】一方、照射領域ＬＡを走査させる場合にお
いて、点（ｅ）における光照射時間が適正であるときに
は、他のサンプリング点、特に点（ａ）の近傍における
光照射時間は短すぎることになる。この結果、これら他
のサンプリング点の近傍における不要レジストへの露光
量が不足して、当該不要レジストを十分除去することが
できず、その一部が残存してしまうことがある。

【００１６】以上のように、露光処理時間の短縮化を図
るためには照射領域を大きく設定することが好ましい
が、照射領域を大きく設定すると、ウエハ上の不要レジ
ストに対する光照射時間（積算露光量）のバラツキが大
きくなって均一な条件で露光処理を行うこができず、上
記のような問題を招いてしまう。

【００１７】本発明は以上のような事情に基いてなされ
たものである。本発明の目的は、露光処理時間の短縮化
が図れるとともに、不要レジストに対して均一な露光処
理を行うこができるウエハ上の不要レジスト露光装置を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のウエハ上の不要
レジスト露光装置は、光照射手段と、この光照射手段に
よる照射領域がウエハ上において一方向およびこれに直
角な他方向に走査されるよう、前記光照射手段の光出射
端をウエハに対して相対的に移動させる移動手段とを備
えてなり、前記光照射手段による照射領域は、前記一方
向に対し実質上４５度の斜め方向に伸び、当該照射領域
の少なくとも一端側の輪郭は、前記一方向に伸びる一辺
と、前記他方向に伸びる他の一辺とによる直角な頂部を
有することを特徴とする。

【００１９】本発明のウエハ上の不要レジスト露光装置
においては、光照射手段が、光源部と、この光源部から
の光を一端から受光して他端に導く光ファイバと、この
光ファイバの他端に接続されたレンズユニットとを有し
てなり、前記レンズユニットの光出射端からウエハ表面
に向かう光の一部を遮光することにより、前記光照射手
段による照射領域の輪郭のうち少なくとも頂部における
輪郭を整形する遮光手段が設けられていることが好まし
い。

【００２０】

【作用】光照射手段による照射領域を、その一端側の輪
郭を構成する頂部がパターン形成領域の外周縁に沿って
移動するように、ウエハ上において一方向および他方向
に走査させる。このとき、一方向および他方向に走査さ
れる照射領域が、前記一方向に対して実質上４５度の斜
め方向に伸びているので、照射領域の大きさに関わら
ず、不要レジストに対して均一な露光処理を行うことが
できる。ここで、「実質上４５度」には、４５度±２０
度までの角度範囲が含まれるものとする。

【００２１】図５は、Ｘ方向に対し４５度の斜め方向に
伸びる照射領域ＬＢをパターン形成領域の外周に沿って
走査させたときの当該照射領域ＬＢの走査軌跡を示して
いる。同図において、（ｊ）〜（ｍ）は、ウエハ表面に
おけるサンプリング点である。この照射領域ＬＢは、そ
の一端側の頂点ＱＢが、パターン形成領域の外周縁ｐ
ｘ，ｐｙ上を、ｐ１→ｐ２→ｐｏ→ｐ３→ｐ４の順に移
動するよう走査される。

【００２２】ここに、サンプリング点（ｊ）〜（ｍ）
は、それぞれ外周縁の交点ｐｏからの離間距離が異な
り、各点を包含する方形状の照射領域を走査させた場合
には各点への光照射時間にバラツキが生じることにな
る。しかし、斜め方向に伸びる照射領域ＬＢを走査させ
る場合には、各点への光照射時間は全て同じである（頂
点ＱＢが、ｐ２からｐ３に移動する間において各点に光
が照射される）。

【００２３】また、Ｘ方向に対して４５度の斜め方向に
伸びる照射領域ＬＢを走査させることにより、当該照射
領域ＬＢの一端から他端までを対角線とする正方形状の
照射領域を走査させたときと同じ範囲の露光処理を行う
ことができ、光照射条件の均一性を維持しながら、処理
範囲の拡大化に伴う露光処理時間の短縮化を図ることが
できる。

【００２４】さらに、照射領域ＬＢの一端側の輪郭が、
Ｘ方向に伸びる一辺（Ｌｂｘ）と、Ｙ方向に伸びる他の
一辺（Ｌｂｙ）とによる直角な頂部を有しているので、
この頂部が外周縁ｐｘ，ｐｙ上を移動するように前記照
射領域ＬＢを走査させることにより、外周縁のコーナー
部分（点ｐｏ，ｐ２，ｊ，ｐ３で囲まれる部分）も確実
に露光処理することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図６は、
本発明の不要レジスト露光装置の一実施例を示す説明図
である。本発明の不要レジスト露光装置は、光照射手段
１０と、ウエハ回転手段２０と、移動手段３０と、ウエ
ハアライメント手段４０とを備えている。

【００２６】光照射手段１０は、ウエハＷの周辺部（パ
ターン形成領域の外側）の不要レジストの表面に光照射
する手段である。この光照射手段１０は、超高圧水銀灯
よりなるランプ１１と、このランプ１１の光を集光させ
て反射する楕円反射鏡１２と、この楕円反射鏡１２から
の光を反射する反射鏡１３と、反射鏡１３からの光を一
端から受光して他端に導く光ファイバ１４と、この光フ
ァイバ１４の他端に接続されてウエハ表面に平行光を照
射するレンズユニット１５とを有している。

【００２７】しかして、本実施例の不要レジスト露光装
置は、光照射手段による照射領域の形状に特徴点を有す
るものである。図７は、光照射手段１０による照射領域
ＬＣの形状を示す説明図であり、同図における数値は寸
法（ｍｍ）を示している。この照射領域ＬＣは、１辺が
５．７ｍｍである正方形状の照射領域を、０．５ｍｍ×
０．５ｍｍの重なりを持たるようにして、斜め方向に４
つ繋げたものと同じ形状を有している。この照射領域Ｌ
Ｃの形状は、光ファイバ１４の他端の端面形状によって
形成される（照射領域ＬＣの形状は、通常、他端の端面
形状の相似形である。）。光ファイバ１４は数千本から
なる光学繊維の束状体により構成されているので、その
端面形状を、図７に示したような形状を含めて任意の形
状とすることができる。

【００２８】ウエハ回転手段２０は、メガトルクモータ
２１と、ウエハＷが載置される回転台２２とからなる。
この回転台２２にはウエハＷを保持するための真空吸着
孔（図示省略）が設けられている。

【００２９】移動手段３０は、光照射手段１０による照
射領域がウエハＷ上において一方向（Ｘ方向）およびこ
れに直角な他方向（Ｙ方向）に走査されるよう、光ファ
イバ１４の他端に接続されたレンズユニット１５の光出
射端をウエハＷに対して相対的に移動させる手段であ
る。この移動手段３０は、Ｘテーブル３１と、Ｘテーブ
ル３１をＸ方向に往復移動させるモータ３２と、Ｙテー
ブル３３と、Ｙテーブル３３をＹ方向に往復移動させる
モータ３４と、Ｙテーブル３３に取付けられ、レンズユ
ニット１５の光出射端を保持する支持アーム３５とを有
している。図６において、Ｙ方向は、レンズユニット１
５の光出射端から回転台２２の回転中心に向かう方向で
あり、Ｘ方向はＹ方向に対して直角な方向である。従っ
て、レンズユニット１５の光出射端は、Ｘテーブル３１
およびＹテーブル３３の移動によってウエハＷの周辺部
を移動することになる。

【００３０】ウエハアライメント手段４０は、回転台２
２上におけるウエハＷの載置状態を検出する手段であ
る。ウエハアライメント手段４０は、例えばＣＣＤセン
サよりなり、ウエハＷのオリフラとＸ方向とが正確に平
行になっているか否かを検出し、そうでない場合には、
メガトルクモータ２１を回転させて微調整を行う。な
お、ウエハアライメント手段４０による検出データに基
いて、回転台２２の回転中心に対するウエハＷの偏心誤
差を補正することもできる。

【００３１】図８は、図７に示した照射領域ＬＣをパタ
ーン形成領域の外周に沿って走査させたときの当該照射
領域ＬＣの走査軌跡を示している。同図において、
（ｎ）、（ｑ）、（ｓ）および（ｔ）は、ウエハ表面に
おけるサンプリング点である。照射領域ＬＣは、その一
端側の頂点ＱＣが、パターン形成領域の外周縁ｐｘ，ｐ
ｙ上を、ｐ５→ｐ６→ｐｏ→ｐ７→ｐ８の順に移動する
よう走査される。

【００３２】ここに、サンプリング点（ｎ）、（ｑ）、
（ｓ）および（ｔ）は、それぞれ外周縁の交点ｐｏから
の離間距離が異なり、各点を包含する方形状の照射領域
を走査させた場合には各点への光照射時間にバラツキが
生じることになる。しかし、斜め方向に伸びる照射領域
ＬＣを走査させる場合には、各点への光照射時間は全て
同じである（すなわち、頂点ＱＣが、ｐ６からｐ７に移
動する間において各点に光が照射される）。このよう
に、照射領域ＬＣが走査される範囲における光照射時間
にはバラツキがなく、従って、斯かる範囲における不要
レジストに対して均一な条件で露光処理を行うこができ
る。

【００３３】また、斜め方向に伸びる照射領域ＬＣを走
査させることにより、当該照射領域ＬＣの一端側の頂点
ＱＣと、他端側の頂点ＱＣ' とを結ぶ直線（ＱＣ−Ｑ
Ｃ' ）を対角線とする正方形状の照射領域を走査させた
ときと同じ範囲の露光処理を行うことができ、光照射条
件の均一性を維持しながら、処理範囲の拡大化を図るこ
とができる。

【００３４】さらに、照射領域ＬＣの一端側の輪郭が、
Ｘ方向に伸びる一辺（Ｌｃｘ）と、Ｙ方向に伸びる他の
一辺（Ｌｃｙ）とによる直角な頂部を有しているので、
外周縁のコーナー部分（点ｐｏ，ｐ６，ｎ，ｐ７で囲ま
れる部分）も確実に露光処理することができる。

【００３５】既述したように、照射領域の形状は、光フ
ァイバの他端における端面形状によって形成されるが、
光出射端からの光の一部を遮光する遮光手段を利用して
形成することもできる。図９は遮光手段の一例を示す概
略説明図である。同図において、５０は箱状の遮光手
段、１４' は光ファイバ、１５' はレンズユニットであ
る。この遮光手段５０は、レンズユニット１５' を覆う
ように取付けられ、レンズユニット１５' からウエハＷ
の表面に出射される光のうち、光の干渉により完全な平
行光とならずに露光すべき範囲以外の領域（例えばパタ
ーン形成領域Ｐ）に向かう光を遮断する。５１は、遮光
手段５０の開口窓であり、開口窓５１の周縁はナイフエ
ッヂ状に形成され、この開口窓５１の周縁形状によって
照射領域の輪郭が形成されることになる。

【００３６】本実施例の不要レジスト露光装置に遮光手
段５０を設けることにより、次のような効果が奏されれ
る。（１）光ファイバ１４' の他端における端面形状を厳密
に形成しなくても、照射領域における複雑な輪郭形状を
形成することができる。（２）開口窓５１の周縁はナイフエッヂ状に形成されて
いるので、露光すべき範囲（例えば周辺領域）と、露光
してはならない領域（例えばパターン形成領域）との境
界を明確に区画することができ、現像工程を経た後に残
存するレジストは、前記境界におけるテーパの幅が短い
ものとなる。（３）レンズユニット１５' において完全な平行光とす
る必要がないので、レンズユニットのレンズ系の構成を
簡単なものにすることができる。

【００３７】〔実験例〕図６に示した本実施例の露光装
置を用い、ウエハ上の不要レジストの露光処理を行っ
た。ここに、ウエハ試料としては、図１０に示すような
階段状のパターン領域を有し、ノボラック系ポジ型レジ
ストが塗布されているもの（ウエハサイズ：１５０ｍ
ｍ，ショットサイズ：ｓｘ＝１４．３８ｍｍ，ｓｙ＝１
４．７３ｍｍ）を用いた。露光処理操作としては、ウエ
ハ試料の搬入、ウエハ試料のアライメント、第１象限の
露光処理、第２象限の露光処理、第３象限の露光処理、
第４象限の露光処理の順に行い、各象限の露光処理にお
いて、照射領域ＬＣにおける照度は２５００〜２６００
ｍＷ／ｃｍ²とし、照射領域ＬＣの走査速度は３０ｍｍ
／秒とした。この結果、１枚の上試料を露光処理するた
めに必要なスループット時間は６３秒間（ウエハ搬入時
間：１５秒間，ウエハアライメント時間：１２秒間，露
光処理時間：３６秒間）と短いものであった。そして、
このウエハ試料の現像処理を行ったところ、パターン形
成領域の外側の全範囲の不要レジストが完全に除去され
ていた。

【００３８】

【発明の効果】本発明のウエハ上の不要レジスト露光装
置によれば、不要レジストに対して均一な露光処理を行
うことができ、しかも、１回の走査行程によって処理で
きる範囲が広いので露光処理時間の短縮化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ウエハ表面のパターン形成領域の外側に塗布さ
れた不要レジストを露光処理する手順を示す説明図であ
る。

【図２】図１（ロ）の部分拡大図である。

【図３】照射領域ＬＡをパターン形成領域の外周に沿っ
て走査させたときの当該照射領域ＬＡの走査軌跡を示す
説明図である。

【図４】照射領域ＬＡを走査した場合において、サンプ
リング点における光照射の有無を時間ごとに追跡したグ
ラフである。

【図５】照射領域ＬＢをパターン形成領域の外周に沿っ
て走査させたときの当該照射領域ＬＢの走査軌跡を示す
説明図である。

【図６】本発明の不要レジスト露光装置の一実施例を示
す説明図である。

【図７】光照射手段による照射領域ＬＣの形状を示す説
明図である。

【図８】照射領域ＬＣをパターン形成領域の外周に沿っ
て走査させたときの当該照射領域ＬＣの走査軌跡を示す
説明図である。

【図９】遮光手段の一例を示す概略説明図である。

【図１０】ウエハ試料におけるパターン形成領域を示す
説明である。

【符号の説明】

１０光照射手段１１ランプ１２楕円反射鏡１３反射鏡１４光ファイバ１５レンズユニット２０ウエハ回転手段２１メガトルクモータ２２回転台３０移動手段３１Ｘテーブル３２モータ３３Ｙテーブル３４モータ３５支持アーム４０ウエハアライメント手段５０遮光手段５１開口窓Ｌ，ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ照射領域Ｐパターン形成領域ｐｘ，ｐｙパターン形成領域の外周縁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−3153（ＪＰ，Ａ) 特開平４−316310（ＪＰ，Ａ) 特開平３−84921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光照射手段と、この光照射手段による照
射領域がウエハ上において一方向およびこれに直角な他
方向に走査されるよう、前記光照射手段の光出射端をウ
エハに対して相対的に移動させる移動手段とを備えてな
り、前記光照射手段による照射領域は、前記一方向に対し実
質上４５度の斜め方向に伸び、当該照射領域の少なくと
も一端側の輪郭は、前記一方向に伸びる一辺と、前記他
方向に伸びる他の一辺とによる直角な頂部を有すること
を特徴とするウエハ上の不要レジスト露光装置。
【請求項２】光照射手段が、光源部と、この光源部か
らの光を一端から受光して他端に導く光ファイバと、こ
の光ファイバの他端に接続されたレンズユニットとを有
してなり、前記レンズユニットの光出射端からウエハ表面に向かう
光の一部を遮光することにより、前記光照射手段による
照射領域の輪郭のうち少なくとも頂部における輪郭を整
形する遮光手段が設けられていることを特徴とする請求
項１記載のウエハ上の不要レジスト露光装置。