JP5327135B2 - 周縁露光装置及び周縁露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、感光性の薄膜が形成された円形の基板の周縁を露光する技術に関する。

半導体ウエハ（以下、ウエハという。）等の製造工程の一つであるフォトリソグラフィ技術に用いられるレジスト塗布工程は、一般に基板であるウエハの表面にレジスト液を供給すると共にウエハを回転させて、遠心力によってレジスト膜を形成している。このレジスト膜は、塗布後に表面張力の影響で基板の周縁部でレジスト液が盛り上がり膜厚が大きくなる。このように基板の周縁部に不均一な膜が形成されると、現像時に周縁部のレジスト膜が完全に除去されずに残存することになり、その後の基板の搬送工程中などにその残存したレジストが剥がれ、パーティクル発生の原因となる。

そこで従来から、レジスト膜が形成された基板の周縁部の不要なレジスト膜を、図１０に示すように、ウエハを回転させながら光例えば紫外線の照射により露光し、現像時に除去することが行われている。

この場合、基板への照射のオン、オフは、遮光シャッタ５０の開閉により行っている。

図１１及び図１２は、遮光シャッタ５０及び基板動作のタイムチャートの例であり、いずれの場合も光源照度Ｓ１（遮光シャッタ５０上側の照度）は一定とされ（図中（ａ））、時刻ｔ１及びｔ４に遮光シャッタ５０を夫々開、閉し（図中（ｂ））、基板に対して照射のオン、オフを行っている。図１１では、遮光シャッタ５０を開いた後、基板を設定速度まで徐々に加速し、照射終了時には基板を徐々に減速させて停止させた後、遮光シャッタ５０を閉じている（図中（ｄ））。また、図１２では、遮光シャッタ５０を開いた直後に基板を急速に設定速度まで回転させ、照射終了時に基板を急速に停止させた後、遮光シャッタ５０を閉じている（図（ｄ））。しかしながら、露光照度Ｓ２が一定なのに対し（図中（ｃ））、特に露光開始時および終了時（時刻ｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４）において、基板の回転速度が変化していることから（図中（ｄ））、結果として基板単位面積あたりの露光量が異常発生の閾値を越えてしまう傾向があった（図中（ｅ））。そのため、光エネルギーによる急激な温度上昇あるいは紫外線に起因する化学反応等が原因でレジスト膜内に気泡が発生し、これがレジスト膜の表面を突き破る時にレジストのパーティクルが飛散してしまう場合があった。このような飛散したパーティクルが基板表面に付着すると、基板の現像処理の際に現像残りとなって歩留まり低下の原因となっていた。逆に、照射する光のエネルギーを気泡が発生しない程度まで低下させると、光を照射する時間がかなり長くなってしまい、スループットが低下してしまう。

なお、特許文献１には、基板に不活性ガスを吹き付けることにより、パーティクルを除去するとともにレジスト膜の温度上昇が抑制されるためパーティクルの発生自体を抑えることができる露光装置が記載されている。しかし、基板単位面積あたりの露光量そのものを制御するものではない。

特開平６−２１６０２５（段落００２７及び図１）

本発明はかかる事情においてなされたものであって、その目的は、円形の基板の周縁を露光するにあたって、基板単位面積あたりの露光量を露光領域内で揃えることができる周縁露光装置及び周縁露光方法を提供することにある。

本発明は、感光性の薄膜が形成された円形の基板の周縁部を光照射部により露光する装置において、
前記基板を保持して当該基板の表面に沿って回転させるための回転ステージと、
この回転ステージを回転駆動するための回転駆動部と、
この回転駆動部の速度を予め設定された速度パターンに基づいて制御する速度制御部と、
前記光照射部と前記基板との間に配置され、その位置に応じて前記光照射部からの光の透過率が徐々に変化する調光部材と、
前記基板の通過領域における前記光照射部からの光の照度を変化させるために、前記調光部材を前記光照射部の光軸と交差する方向に移動させる移動機構と、
前記基板の単位面積当たりに照射される光量が前記基板の露光領域の間で揃うように、前記基板の速度に応じて、前記調光部材の位置を移動機構を介して制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の周縁露光方法は、感光性の薄膜が形成された円形の基板の周縁部を光照射部により露光する方法において、
前記基板を回転ステージに保持して回転駆動部により予め設定された速度パターンに基づいて当該基板の表面に沿って回転させる工程と、
前記光照射部と前記基板との間に配置され、その位置に応じて前記光照射部からの光の透過率が徐々に変化する調光部材を用い、前記基板の単位面積当たりに照射される光量が前記基板の露光領域の間で揃うように、前記基板の速度に応じて、前記基板の通過領域における前記光照射部からの光の照度を変化させるために、前記調光部材を前記光照射部の光軸と交差する方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、円形の基板を回転ステージにより回転させながら周縁の露光を行うにあたって、位置に応じて光の透過率が徐々に変化する調光部材を光照射部と基板との間に介在させ、基板の移動速度に対応して調光部材を動かすことにより基板への露光照度を調整している。このため、基板への単位面積あたりの露光量を基板の露光領域内で揃えることができ、露光量の過多による歩留まりの低下が抑えられる。

以下に本発明に係る周縁露光装置の実施形態を説明する。周縁露光装置は、図１に示すように、円形基板であるウエハＷを真空吸着保持するための回転ステージ１０を備えている。この回転ステージ１０は、回転軸１２を介して、例えばステッピングモータ１３を含む回転駆動部１１上に設けられている。この回転駆動部１１には、図１では示されていないエンコーダ１４が連結されており、このエンコーダ１４のパルスによりウエハＷの位置制御及び回転速度の制御が可能となっている。そして、この回転駆動部１１は、例えばステッピングモータ７３を含む直線移動駆動部７１上に設けられており、回転ステージ１０をＸ方向に移動可能としている。この直線移動駆動部７１には、図１では示されていないエンコーダ７４が連結されており、このエンコーダ７４のパルスによりウエハＷの位置制御が可能となっている。

回転ステージ１０の回転中心とその中心とが位置合わせされた状態で前記回転ステージ１０により真空吸着保持されたウエハＷの周縁部の上方には、この周縁部を露光するための光照射部２が設けられている。この光照射部２は、例えば水銀ランプやキセノンランプ等よりなる光源部２０と、例えば光ファイバ等よりなる光路形成部材２１からなり、この光源部２０より発せられた光例えば紫外線を前記光路形成部材２１により露光箇所まで伝搬して、これによりウエハＷの周縁部に向けて照射し得るように構成されている。

周縁露光装置は、前記光路形成部材２１から照射された光の強度を調整するための調光機構３を備えている。この調光機構３は、図１及び図２に示すように、調光部材である長方形の調光プレート３０と、この調光プレート３０の長手方向の一端側を保持する保持部材３２と、この保持部材３２を調光プレート３０の長手方向に沿って移動させる移動機構３１とを備えている。この移動機構３１は、保持部材３２を調光プレート３０の長手方向に沿ってガイドできるように構成された基台３５と、この基台３５に設けられた駆動部であるステッピングモータ３３と、このモータ３３の駆動力を保持部材３２に伝達する伝達機構（図示せず）とを備えている。伝達機構としては、モータ３３を駆動制御することにより調光プレート３０の長手方向の位置を制御できるものであればよく、例えば周知のタイミングベルト機構やボールネジ機構などが挙げられる。

調光プレート３０は、長手方向の位置に応じて光路形成部材２１からの光の透過率を徐々に変化させるように構成されている。用語の混乱を避けるために保持部材３２により保持されている調光プレート３０の端部を一端（基端）、この端部の反対側の調光プレート３０の端部を他端（先端）と定義すると、調光プレート３０の透過率は他端側から一端側に向かうにつれて前記透過率が例えば０％から１００％の間で連続的に変化するように構成されている。なお、ここでいう一端及び他端とは、保持部材３２に保持される領域や他端から一端に向かう例えば数ミリの領域を除いた、調光プレート３０の使用領域における一端及び他端を指す。図３は、調光プレート３０における長手方向の位置と光の透過率との関係の一例を示し、この例では光の透過率が位置に応じて直線的に変化している。調光プレート３０は、光の透過率が位置に応じて直線状ではなく曲線状に変化するものであってもよい。

調光プレート３０は、板面が光路形成部材２１の光軸と直交するように保持部材３２に取り付けられており、移動機構３１は、調光プレート３０の他端側における透過率０％の位置と１００％の位置とが光軸を通過できるストロークを確保している。ステッピングモータ３３にはエンコーダ３４が接続されており、調光機構３は後述の制御部４により調光プレート３０の位置及び移動速度が制御できるように構成される。

ここで、調光プレート３０の構成例について説明しておく。調光プレート３０は、例えば透明な基材である例えばガラス板に金属薄膜を成膜し、この金属薄膜の膜種をガラス板の長手方向に沿って徐々に変化させることにより、前記光の反射率を０％から１００％に徐々に変わっていくように構成される。膜種を変化させるとは、膜の成分比を変化させる例が挙げられ、具体例としては、紫外線域における一般金属薄膜の反射率が、Ｓｎ＜Ａｇ＜Ｃｕ＜Ｃｄ＜Ｎｉ＜Ａｕ＜Ｐｔ＜Ｒｈ＜Ａｌとなる物性を利用する。また、金属膜に代えて誘電体膜を用いてもよく、この場合には例えば膜厚により光の吸収率を調整する。更にはまた、金属薄膜と誘電体とを積層し、光の反射率と吸収率との両方を変えて透過率を調整するようにしてもよい。

本実施形態に係る周縁露光装置は、図４に示すようにコンピュータからなる制御部４を備えている。図４中、６０は、経過時間とモータ１３の速度（回転数）との関係を規定した回転ステージ１０の速度パターンデータである。この速度パターン６０は、例えば入力部４２により設定してもよいが、レジストの塗布、現像装置に周縁露光装置が組み込まれている場合には、例えばプロセスレシピにて予め設定されている。６１は、調光プレート３０の位置と光の透過率との対応を示すデータであり、調光プレート３０の位置は移動機構３１のモータ３３に接続されたエンコーダ３４のパルス数により管理される。６２は、調光プレート３０の移動パターンデータであり、回転ステージ１０の速度と調光プレート３０の位置とを対応付けるデータである。即ち、調光プレート３０は、基板の周縁部（周縁露光領域）の周速度に応じて調光プレート３０の位置を決めている。これらのデータ６０、６１及び６２は記憶部６に記憶されている。

図４中、４０はプログラム格納部（図示せず）に格納されたプログラムであり、このプログラム４０は後述の実施形態の一連の動作を実施するようにステップが組まれている。４１はＣＰＵ、４３はバス、１４及び７４はエンコーダである。

次に、上記のように構成された本実施形態の動作について説明する。まず、図示しない搬送アームにより、例えばレジスト膜が塗布されたウエハＷが回転ステージ１０に受け渡され吸着保持される。このとき、ウエハＷの中心は回転ステージ１０の回転中心に概ね一致していることが必要であるが、搬送アームがウエハＷの中心合わせを自動的に行う構造（例えば、ウエハＷの周縁をガイドして所定位置にウエハＷを落とし込む構造）の場合には、予めティーチングをしておくことにより、ウエハＷの中心の位置合わせが達成される。なお、ウエハＷの中心の位置合わせは、回転ステージ１０上のウエハＷを１回転させ、このときのウエハＷの周縁位置を図示しない光学センサにより検出することでウエハＷの中心位置を検知し、前記搬送アームによりウエハＷを回転ステージ１０上に置き直すことなどにより実施できる。また、前記光学センサにより検出したウエハＷの中心位置がずれていても、前記搬送アームにてウエハＷを置き直さずに、直線移動駆動部７１と回転駆動部１１とを同期制御することにより、位置制御（ウエハＷの偏芯補正）しながらウエハ周縁部を露光することも可能である。

一方、回転ステージ１０と光路形成部材２１とは、ウエハＷの外周から予め設定された寸法だけ内側に寄った領域に光路形成部材２１からの光が照射されるように位置設定される。この位置設定は、例えばウエハＷのロット間で周縁露光の位置が異なる場合にはロットの切り替わり時にモータ７３を介して回転ステージ１０のＸ方向位置を調整することにより行われる。そして、回転駆動部１１を回転駆動することによりウエハＷを１〜２回転すると共に、光源部２０を作動させて発生した光例えば紫外線を光路形成部材２１の照射端からウエハ周縁部に向けて照射し、この部分における感光性の薄膜であるレジスト膜を周縁部に沿って露光する。この時、ウエハ周縁部のレジスト膜の露光される幅は、ウエハのハンドリング時に接触して剥離する虞のある幅、例えば３〜５ｍｍ程度に設定される。

ここで、この周縁露光における動作制御の詳細について図２、図４及び図５を用いて説明する。今、プロセスレシピによりウエハＷの周縁部の周速度パターンが設定されているものとする。ウエハＷの周縁部と回転ステージ１０の回転中心との距離は既知であるため、周速度パターンは結局回転ステージ１０の速度パターンデータ６０が設定されていることと同じである。周速度パターンにおける設定速度は、ウエハＷの単位面積あたりの露光量が目標値となるように決められる。そして、この実施形態では既述のように、等速度領域のみならず、加速及び減速領域においても単位面積あたりの露光量を一定値としようとするものであることから、調光プレート３０による光の透過率が回転ステージ１０の速度に応じて変わるように、回転ステージ１０の速度に同期させて調光プレート３０を移動させている。記憶部６内の位置−透過率対応データ６１により、調光プレート３０の位置、つまり調光機構３のモータ３３のエンコーダパルスにより管理される位置と、調光プレート３０における光軸上の光透過率との関係は予め分かっていることから、プログラム４０は、ウエハＷが停止しているときには光軸上の調光プレート３０の光透過率が０％となるように、また回転ステージ１０が設定速度になったとき（ウエハＷの周縁部の周速度が設定速度になったとき）には前記透過率が１００％になるように、回転ステージ１０の速度に応じて調光プレート３０の位置を設定する。

回転ステージ１０の速度パターンは、図４に示す記憶部６内に予めデータ６０として記憶されていることから、回転ステージ１０の速度は、ウエハＷの周方向の位置あるいはウエハＷの回転開始時点からの経過時間と対応している。従って、プログラムは、ウエハＷの周方向の位置あるいは前記経過時間をアドレスとして調光プレート３０の位置を規定した調光プレート３０の移動パターンデータを作成することができる。図５（ｄ）はウエハＷ周縁部の周速度と時間との関係を示す周速度パターンの一例であり、図５（ｂ）は前記周速度パターンに基づいて作成された調光プレート３０の透過率（調光プレート３０の位置）パターンの一例である。

このように記憶部６内に各データ６０、６１及び６２が記憶されている状態で、時刻ｔ０にてウエハＷが回転ステージ１０上に載置されたとする。時刻ｔ０においては、調光プレート３０は光軸の位置が透過率０％に設定されているので、ウエハＷの周縁部における光軸上の領域の照度Ｓ２は０である（図５（ｃ））。次いで、時刻ｔ１にてウエハＷが回転し始め、時刻ｔ２まで例えば一定の加速度で加速される。このとき、ＣＰＵは、ウエハＷの周方向の位置つまり回転駆動部１１のエンコーダ１４のパルスカウント値をアドレスとして、調光プレート３０の移動パターンデータ６２から調光プレート３０の位置（調光機構３のモータ３３のエンコーダ３４のパルスカウント値）を読み出し、モータ３３を介して、光軸上の調光プレート３０の位置を制御する。この結果、時刻ｔ１からｔ２の間では光軸上の光の透過率が０％から１００％に徐々に、この例では直線的に変化する（図５（ｂ））。

続いて、時刻ｔ２を過ぎると回転ステージ１０が設定速度に維持され、前記透過率も１００％に維持される。その後、時刻ｔ３からｔ４まで回転ステージ１０が一定の減速度で減速され、この減速に合わせて前記透過率が１００％から０％に連続的に変化する。これら一連の動作の間、調光プレート３０の光路形成部材２１側の照度Ｓ１は、一定に維持される（図５（ａ））。このようにウエハＷの加速時及び減速時に調光プレート３０により光路形成部材２１からの光の透過率を夫々０％から１００％及び１００％から０％に変化させて、ウエハＷの周縁部の照度Ｓ２を夫々増加及び減少させることにより、ウエハＷの周縁部への露光開始から終了に至るまでの間（時刻ｔ１〜ｔ４）、ウエハＷの単位面積あたりの露光量が一定となる。

上述の実施形態によれば、円形の基板を回転ステージ１０により回転させながら周縁の露光を行うにあたって、位置に応じて光の透過率が徐々に変化する調光プレート３０を光照射部２と基板との間に介在させ、調光プレート３０を動かすことにより基板の移動速度に対してその基板への露光照度Ｓ２を調整している。このため、基板への単位面積あたりの露光量を基板の露光領域内で揃えることができるため、露光量の過多による歩留まりの低下が抑えられ、かつスループットの向上を図ることができる。

調光プレート３０の設定位置をデータから読み出す作業は、回転ステージ１０のモータ１３のエンコーダパルスをアドレスとする代わりに、ウエハＷの回転開始時点からの経過時間をアドレスとして行うようにしてもよいし、あるいは回転ステージ１０の速度を所定区間毎のエンコーダパルスのカウント値から求め、この速度をアドレスとして行うようにしてもよい。また、調光プレート３０を用いた光透過率の制御を行った結果、ウエハＷ上の露光領域の間で単位面積あたりの露光量が一定になっていなくても、許容範囲内にて変化している場合、露光量が「揃っている」ものとして取り扱い、本発明の範囲に含まれる。更に、調光プレート３０と光路形成部材２１の光軸とは必ずしも直交していることに限られない。

なお、本発明における調光部材としては、既述長方形のプレートのものに限らず、例えば、図６及び図７に示すように、円板状のプレート（調光プレート３０ａ）を用いてもよい。この円板状の調光プレート３０ａは、その円周方向に沿って透過率が連続的に変化しており、この例では、調光プレート３０ａの一周を０度〜３６０度として割り当てると、０度を少し過ぎた部位から１８０度に至るまで連続的に光の透過光が大きくなるように構成され、また０度と１８０度とを結ぶ直径に対して光透過特性が対称に形成されている。このような調光プレート３０ａは、例えば調光プレート３０ａの半径に対応する長さの成膜ガス供給用のガスノズルを当該半径に対向させ、調光プレート３０ａの中心を回転中心として鉛直軸まわりに回転させながらガスノズルからのガス流量を連続的に増やして、膜厚が周方向に連続的に増える誘電体薄膜を形成することによって製作できる。図８は、この調光プレート３０ａを用いた調光機構の一例を示しており、位置決め制御可能なモータ３３ａにより、駆動プーリ３６、タイミングベルト３８及び従動プーリ３７を介して調光プレート３０ａを回転移動させることで光の透過率を調整できる構造となっている。また、調光部材としては、位置に応じて光の透過率が連続的に変化するものであることに限らず、図９に示すように、例えば透過率が段階的に順次変化している調光プレート３０ｂを用いてもよい。

そして、上記実施形態においては、周縁露光の場合について説明したが、本発明は周縁露光だけでなく、直線状に露光する直線露光、例えばレジスト膜で覆われている基板表面にある識別マークを露出させるための露光処理、に対しても適用することができる。この場合には、図１において、直線移動駆動部７１による直線移動と回転駆動部１１による回転移動とを組み合わせてウエハＷ上に直線状に光路形成部材２１の光照射スポットをスキャンするようにし、例えば回転駆動部１１のエンコーダを用いてウエハＷの回転位置と調光部材の位置とを対応付けたテーブルを利用し、直線移動の速度に対応させて調光部材の位置を制御することにより先の実施形態と同様の結果が得られる。

本発明の実施の形態に係る、露光装置を示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る、露光装置を示す縦断面図である。 プレート状の前記調光部材に関する平面図及びそれと対応付けてその光透過率特性を表す特性図である。 本発明の実施の形態に係る制御部を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るタイムチャートである。 調光部材の他の例を示す平面図である。 図６に示す調光部材における光透過特性を示す特性図である。 図６に示す調光部材を用いた調光機構を示す側面図である。 調光部材の他の例を示す平面図及びそれと対応付けてその光透過率特性を表す特性図である。 従来の実施の形態に係る、露光装置の概要を示す縦断面図である。 従来の実施の形態に係る、露光装置の動作と露光量の関係を説明するタイムチャートである。 従来の実施の形態に係る、露光装置の動作と露光量の関係を説明するタイムチャートである。

１０ 回転ステージ
１１ 回転駆動部
１２ 回転軸
１３ 回転駆動部のモータ
１４ 回転エンコーダ
２ 光照射部
２０ 光源部
２１ 光路形成部材
３ 調光機構
３０ 調光プレート
３１ 移動機構
３２ 保持部材
３３ 調光プレート位置制御用のモータ
３４ 調光エンコーダ
３５ 基台
４ 制御部
４０ プログラム
４１ ＣＰＵ
４２ 入力部
４３ バス
５０ 遮光シャッタ
５１ 遮光シャッタ動作機構
６ 記憶部
６０ 回転ステージの速度パターンデータ
６１ 調光プレートの位置−透過率の対応データ
６２ 調光プレートの移動パターンデータ
７１ 直線移動駆動部
７３ 直線移動駆動部のモータ
７４ 直線移動エンコーダ
Ｗ ウエハ
Ｎ ノッチ
Ｓ１ 光源照度
Ｓ２ 露光照度

Claims (5)

1. 感光性の薄膜が形成された円形の基板の周縁部を光照射部により露光する装置において、
   前記基板を保持して当該基板の表面に沿って回転させるための回転ステージと、
   この回転ステージを回転駆動するための回転駆動部と、
   この回転駆動部の速度を予め設定された速度パターンに基づいて制御する速度制御部と、
   前記光照射部と前記基板との間に配置され、その位置に応じて前記光照射部からの光の透過率が徐々に変化する調光部材と、
   前記基板の通過領域における前記光照射部からの光の照度を変化させるために、前記調光部材を前記光照射部の光軸と交差する方向に移動させる移動機構と、
   前記基板の単位面積当たりに照射される光量が前記基板の露光領域の間で揃うように、前記基板の速度に応じて前記調光部材の位置を移動機構を介して制御する制御部と、を備えたことを特徴とする周縁露光装置。
2. 前記調光部材に用いられる薄膜は、金属薄膜及び誘電体薄膜の少なくとも一方からなり、薄膜の膜種及び膜厚の少なくとも一方を位置に応じて変化させていることを特徴とする請求項１に記載の周縁露光装置。
3. 前記基板の回転方向の位置を検出する位置検出部を設け、
   前記制御部は、前記位置検出部の検出位置に基づいて前記調光部材の位置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の周縁露光装置。
4. 前記制御部は、前記基板の回転開始時点からの経過時間に基づいて制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の周縁露光装置。
5. 感光性の薄膜が形成された円形の基板の周縁部を光照射部により露光する方法において、
   前記基板を回転ステージに保持して回転駆動部により予め設定された速度パターンに基づいて当該基板の表面に沿って回転させる工程と、
   前記光照射部と前記基板との間に配置され、その位置に応じて前記光照射部からの光の透過率が徐々に変化する調光部材を用い、前記基板の単位面積当たりに照射される光量が前記基板の露光領域の間で揃うように、前記基板の速度に応じて、前記基板の通過領域における前記光照射部からの光の照度を変化させるために、前記調光部材を前記光照射部の光軸と交差する方向に移動させる工程と、を含むことを特徴とする周縁露光方法。

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