JPH02148830A - ウエハ周辺露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＩＣ，ＬＳＩ、その他のエレクトロニクス
素子における部品の加工における微細パターンの形成工
程において、シリコンウェハに代表される半導体基板、
あるいは誘電体、金属、絶縁体等の基板に塗布されたレ
ジストの内の該基板周辺部の不要レジストを現像工程で
除去するためのウェハ周辺露光に関するものである。

〔従来の技術〕

ＩＣやＬＳＩ等の製造工程においては、微細パターンを
形成するにあたって、シリコンウェハ等の表面にレジス
トを塗布し、さらに露光、現像を行い、レジストパター
ンを形成することが行われる。次に、このレジストパタ
ーンをマスクにしてイオン注入、エツチング、リフトオ
フ等の加工が行われる。

通常、レジストの塗布はスピンコード法によって行われ
る。スピンコード法はウェハ表面の中心位置にレジスト
を注ぎなからウェハを回転させ、遠心力によってウェハ
の表面にレジストを塗布するものである。しかしこのス
ピンコード法によると、レジストがウェハ周辺部をはみ
出し、ウェハの裏側にまわり込んでしまう場合もある。

第３図は、このウェハの裏側へまわり込んだレジストを
示すウェハの一部断面図であり、Ｗはウェハ、Ｗｐはウ
ェハ周辺部、Ｒａはパターン形成部のレジスト、Ｒｂは
ウェハ周辺部Ｗｐの表面のレジスト、ＲｃがウェハＷの
エツジから裏側へまわり込んだレジストを示す。

第４図はウェハに露光された回路パターンの形状を示す
図である。Ｋで示した１つの領域が１つの回路パターン
に相当する。ウェハ周辺部では大部分の場合正しく回路
パターンを描くことができず、たとえ描けたとしても歩
留りが悪い。したがって、ウェハ周辺部の表面もレジス
トは実際には不要なレジストである。

このようなエツジからウェハ周辺部の裏側にまわり込ん
だ不要なレジスト及びウェハ周辺部の表面の不要なレジ
ストの存在は次のような問題を引き起こす。即ち、レジ
ストの塗布されたウェハはいろいろな処理工程及びいろ
いろな方式で搬送される。この時、ウェハ周辺部を機械
的につかんで保持したり、ウェハ周辺部がウェハカセッ
ト等の収納器の壁にこすれたりする。この時、ウェハ周
辺部の不要レジストがとれてウェハのパターン形成部に
付着すると、正しいパターン形成ができなくなり、歩留
りを下げる。

ウェハ周辺部の不要レジストが「ゴミ」となって歩留り
を低下させることは、特に集積回路の高機能化、微細化
が進みつつある現在、深刻な問題となっている。

そこで、このようなウェハ周辺部の不要レジストを除去
する技術として、溶剤噴射法によってウェハ周辺部の裏
面から溶剤を噴射して不要なレジストを溶かし去り除去
する技術が実用化されている。しかし、この方法では、
第３図のはみ出し部分のレジストＲＣは除去できるが、
ウェハ周辺部の表面のレジストＲｂは除去されない。こ
のウェハ周辺部の表面のレジス）Ｒｂを除去すべくウェ
ハＷの表面から溶剤を噴射するようにしても、溶剤の飛
沫の問題を生ずるばかりでなく、ウェハ周辺部の表面の
不要なレジストＲｂと後のエツチングやイオン注入等の
際のマスク層として必要なレジストであるパターン形成
部のレジストＲａとの境界部分をシャープに、かつ制御
性良く不要レジストのみを除去することはできない。

そこで、最近ではパターン形成のための露光工程とは別
に、ウェハ周辺部の不要レジストを現像工程で除去する
ために別途露光するウェハ周辺露光法が行われている。

このウェハ周辺露光法は、レジストの塗布されたウェハ
を回転させながら、ライトガイドファイバで導かれた光
をウェハ周辺部に照射して、ウェハ周辺部を周状に露光
するものである。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕前述のスピンコ
ード法によってレジストを塗布した場合、ウェハ周辺部
の膜厚が中央部に比べ厚くなり、３〜５μｍ程度となる
場合がある。このような厚いレジストを露光して現像工
程で除去するためには、ある一定収上の照射量の露光が
必要である。この照射量とは照度と時間の積であるから
、照射量を多（するためには照度を強くするか照射時間
を長くするかである。

ここで、生産性を高める要請から、上記の照射時間は極
力短くすることが求められており、いわんや照射時間を
長くすることによって、照射量を多くすることはできな
い。

しかし一方、照度を強くして必要なある一定以上の照射
量を得ようとすると以下のような問題がある。即ち、レ
ジストに強い照度で光を照射すると、レジスト自体の光
化学反応及びレジスト中の溶剤や添加剤の分解等によっ
てガスが急激に発生し、発生したガスがレジスト外部に
放出されず、レジスト内部で泡となることがある。この
レジストの発泡があると発泡した部分のレジストがウェ
ハカセット等にこすれて前記のウェハのパターン形成部
に付着し、前述のパターン欠陥の問題を引き起こす。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる課題を考慮してなされたものであり、
処理時間を短くすることによってウェハ周辺露光におけ
る生産性を高めることができ、かつレジストの発泡が生
じないウェハ周辺露光装置の提供を目的とする。

〔構成〕

係る目的を達成するため、本発明のウェハ周辺露光装置
は、レジストが塗布されたウェハが載置される回転ステ
ージと、回転ステージに設けられた加熱機構及び冷却機
構からなるウェハの温度調節機構と、回転ステージに載
置され回転するウェハの周辺部に光照射するライトガイ
ドファイバ及び光源ランプと、前記加熱機構、冷却機構
及び回転ステージの回転及び照度を制御するコントロー
ラを具備したことを特（枚とする。

〔作用〕

上記構成に係るウェハ周辺露光装置は、まず、弱い照度
でかつレジストを高い温度にして露光した後、ウェハを
冷却し、次に高い照度でかつレジストを低い温度にして
露光することができ、後に説明するように、レジストの
発泡が生ぜずかつ短時間に露光を終えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の実施例のウェハ周辺露光装置の概略
説明図である。

第１図において、１は超高圧水銀灯などの光源ランプ、
２は楕円集光鏡、３は平面反射鏡、４は減光フィルタ、
５はシャッタ、６はライトガイドファイバ、Ｗはレジス
トが塗布されたウェハ、７は回転ステージ、８はモータ
等のステージ駆動機構、９はコントローラを示す。

第１図において、回転ステージ７の内部には加熱機構と
してヒータ７１及び冷却機構として水冷パイプ７２が設
けられ、さらにウェハＷを固定する°ための不図示の真
空吸着孔を有している。ヒータ７１への供給電力及び水
冷パイプ７２への供給水量はコントローラ９によって制
御される。

ヒータ７１としては、シート状゛のヒータ、カートリー
ジ状のヒータ又はシースヒータ等が使用可能であり、回
転ステージ７に埋め込んで取りつけられる。尚、回転ス
テージ７を取り囲んでリング状のランプを配置すること
によってウェハＷを加熱することも可能であるが、コス
ト及び寿命の点で上記埋蔵されるタイプのヒータ７１の
方が優っている。

第１図において、ヒータ７１によって回転ステージ７が
例えば７０℃に加熱された状態で、レジストの塗布され
たウェハＷが不図示の搬送系によって、回転ステージ７
に搬送される。ウェハＷを回転ステージ７に真空吸着し
た後、コントローラ９からの信号により、回転ステージ
７が回転を始めると同時に、シャッタ５が開き、まず弱
い照度での露光（以下、第一の露光工程とする。）がさ
れる。弱い照度とは、例えば１２００ｍＷ／ｃｍ２の弱
い照度であり、照度調節機構としての減光フィルタ４が
光路上に配置される。そして、全体の照射量が例えば２
７５　ｍ　Ｊ／ｃｍ２になるように、ウェハＷを５秒／
回転の速度で６回転させる。尚、回転の制御には、ロー
クリエンコーダ等の公知の回転読み取り機構が使用され
、所定の回転数に達するとコントローラ９からの信号に
よりステージ駆動機構８による回転ステージ７の回転が
停止するよう制御される。

そして、第一の露光工程が終了すると、コントローラ９
からの信号により、回転ステージ７の回転が停止すると
ともに、シャッタ５が閉じる。その後、コントローラ９
からの信号により、水冷パイプによる冷却が開始される
。そして、ヒータ７１及び冷却パイプ７２がコントロー
ラ９によって制御′１■され、ウェハＷは前記第一の露
光工程における温度より低い例えば２５°Ｃに保持され
る。そして回転ステージ７が回転を始めるとともに、減
光フィルタ４が光路から外れ、シャッタ５が開き、前記
第一の露光工程における照度より強い照度での露光（以
下、第二の露光工程とする。）がされる。尚、露光は一
回転で終了し、強い照度とは、例えば３０００ｍＷ／ｃ
ｍ”の照度である。

以上の条件において、実際に東京応化工業株式会社製０
ＦＰＲ−８００を２μｍの厚さで塗布したレジストを露
光して実験したところ、レジストの発泡は発見されず好
適であることが分かった。

以下、本実施例においてレジストの発砲が発生せず、し
かも短時間に露光が終了する理由を具体的に説明する。

第２図は本実施例における照射量を説明するための斜視
図であり、Ｗはウェハ、Ｗｐはウェハ周辺部、Ａはウェ
ハ周辺部の定点、Ｅはライトガイドファイバ６から出射
した光が照射する露光領域を示す。本実施例においては
、照射量とは定点Ａが露光領域Ｅを通過する間に受けた
光の総量であり、例えば、照度をＩ、定点Ａが露光領域
Ｅを通過する時間をｔｏ、ウェハを回転させる回転数を
ｎとすると、照射量は、）Ｘｔ６Ｘｎとなる。

レジストの発泡現象は、具体的には、ガスの単位時間当
たりの生成量（以下、生成速度）がガスの単位時間当た
りの放出量（以下、放出速度）より多いことによって生
ずる。即ち、レジスト外部に放出されるガスの量より発
生するガスの量が多いため、ガスがレジスト内部に充満
し、充満したガスの増加及び集中によって発泡に至る。

ガスの生成速度は光化学反応の速度（以下、反応速度）
により決まり、ガスの放出速度は発生したガスがレジス
ト中を拡散する速度（以下、拡散速度）により決まる。

従って、−ＦＧ的に、レジストの発泡を抑えながら光照
射をするには、反応速度を小さくし拡散速度を大きくし
て、生成速度を放出速度以下にしておけばよいことにな
る。

ここで、反応速度をｖｒ、拡散速度を■ｄ＋照度を１．
レジストの温度をＴとすると、Ｖｒ　　　Ｉ、　ｅｘｐ
　　（−Ｅａ／ｋＴ）−ｉｖ、　　　ｅｘｐ　（Ｑ／ｋ
Ｔ　）　　　−−−ｉｉなる関係があることが知られて
いる。

尚、Ｅａは反応の活性化エネルギ、には気体定数、Ｑは
拡散の活性化エネルギである。

従って、ｖ、＜ｖ、なる関係を成立させるためには、■
を下げてｖｌを小さくすることが考えられる。しかし、
■を下げると、現像工程でレジストを除去するのに必要
なある一定の照射量を与えるためには、照射時間を長く
しなければならなくなる。しかし、レジスト中のガス放
出媒体が予め充分反応・分解放出（以下、ガス放出とい
う。）された状態であるならば、大きいＩで光照射して
も発泡はしない。従って、第一の露光工程で弱い照度で
露光しガス放出媒体を充分ガス放出させるようにすれば
、第二の露光工程で強い照度で照射しても発砲は発生せ
ず、ウェハの回転速度を速くして照射時間を短くするこ
とができる。

ここで、第二の露光工程において強い照度で光照射して
も発泡が生じないように第一の露光工程において充分ガ
ス放出をさせるためには、第一の露光工程においてもあ
る一定以上の照射量が必要であり、この充分なガス放出
に必要な照射量（以下ガス放出照射ｆｆ１Ｈ，）を上記
■、＜ｖ、なる関係を満たす■及びＴで露光すると、や
はりかなりウェハの回転速度を遅くしなければならず、
第一の露光工程での照射時間（以下Ｌ１とする。）が長
くなり、実際には生産性の向上にはあまり貢献しない。

ここで、ｖ、＞ｖ、になったとしてもすぐに発泡が生じ
るわけではなく、充満したガスがある一定以上の量に集
合することが必要である。ｖ、＞■、の条件下で光照射
を開始して充満ガスが一定以上の量に達して集合し発泡
に至るまでの時間を発泡時間ｔｂとすると、通過時間１
０＜発泡時間ｔｂになっていれば、発泡しない。また、
−回の通過により発生するガスの量は、第一の露光工程
の照度（以下１１とする。）と通過時間ｔ０との積１．
ｘｔｏで決まる。つまり、■１を大きくしてもむ。を小
さくすればガスの発生量は変わらない。言い換えれば、
ｔｏを小さくすればＩ、を大きくすることができる。

従って、本実施例においては、第一の露光工程でのウェ
ハの回転数ｎを複数にしてガス放出照射ｔｋ　Ｈｌを各
回の通過に分けてレジストに与え、上記通過時間り。を
小さくする即ち回転速度を速くして、通過時間１０＜発
泡時間ｔ、にする。その上で、ウェハが一回転して次に
同じ場所に光が照射されるまでの光照射されていない時
間帯に、光照射によって発生したガスをレジスト外に放
出させる。このとき、ウェハは加熱されているので、上
記第１１式より、光照射されていない時間帯でのガスの
レジスト外への放出が速やかに行われる。

さらに前述の通りｔｏを小さくすることによって１１を
大きくすることができるので、Ｈ＋＝１１Ｘｔ、Ｘｎの
関係により第一の露光工程の全体の照射時間ｔ、　　（
＝ｔｏ　Ｘｎ）が短くできる。

第二の露光工程においては、第一の露光工程より強い照
度（以下■２とする。）で光照射しているが、第一の露
光工程によりガス放出媒体が充分に反応・分解放出され
ているため、発泡が起こらない。即ち、第一の露光工程
より強い照度■２で光照射するので、現像工程における
レジスト除去に必要な照射量（以下Ｈ２とする。）を与
える第二の露光工程での照射時間ｔ２を短くできる。ま
た、第一の露光工程でレジスト中にガス放出媒体が微量
に残った場合は、上記強い照度Ｉ２の光照射を受けるこ
とになるが、ガス放出媒体の残量が微量である上に、レ
ジストの温度（以下、第二の露光工程のレジストの温度
をＴ２とする。）が第一の露光工程より低いので、上記
第１式からガスの生成速度はガスの放出速度より充分小
さく、発泡には至らない。

上記実施例においては、冷却機構として水冷パイプを用
いたものを挙げたが、これに限られるものではなく、例
えばファン等によって強制空冷したり、回転ステージに
冷却フィン等をつけたちのでも良い。また、照度調節機
構として減光フィルタにかかるものを用いたが、これに
限らず例えば光源ランプへの供給電力を制御するように
しても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明のウェハ周辺露光装置は、
レジストが塗布されたウェハが載置される回転ステージ
と、回転ステージに設けられた加熱機構及び冷却機構か
らなるウェハの温度調節機構と、回転ステージに載置さ
れ回転するウェハの周辺部に光照射するライトガイドフ
ァイバ及び光源ランプと、前記加熱機構、冷却機構２回
転ステージの回転及び照度を制御するコントローラを具
備するので、まず弱い照度でかつレジストを高い温度に
して露光した後、高い照度でかつレジストを低い温度に
して露光することができ、レジストの発泡が生ぜずかつ
短時間に露光を終えることができるウェハ周辺露光装置
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のウェハ周辺露光装置の概略説
明図、第２図は本実施例における照射量を説明するため
の斜視図、第３図はこのウェハの裏側へまわり込んだレ
ジストを示すウェハの一部断面図、第４図はウェハに露
光された回路パターンの形状を示す図である。 図中、 Ｗ・−ｍ−−・−・ウェハ Ｗｐ−一・−ウェハ周辺部 １−−−−−−−−−一光源ランプ ４−−−−−−−−−一減光フィルタ ６−−−−−−−−ライトガイドファイバ７−・−・−
・一回転スチーシ フ　１−−−−ヒータ ７２−・−・−・−水冷バイブ を示す。 已厘の浄書（内容に変更２０ア 第１図 第２図 手続補正書（方式） 第３図 平成 １年４月ｔ９日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レジストが塗布されたウェハが載置される回転ステージ
   と、回転ステージに設けられた加熱機構及び冷却機構か
   らなるウェハの温度調節機構と、回転ステージに載置さ
   れ回転するウェハの周辺部に光照射するライトガイドフ
   ァイバ及び光源ランプと、照度調節機構と、前記加熱機
   構、冷却機構回転ステージの回転及び照度調節機構を制
   御するコントローラを具備したことを特徴とするウェハ
   周辺露光装置。