JPH0750680B2 - ウエハ周辺露光装置 - Google Patents

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、シリコンウエ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
るためのウエ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、シリコンウエ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，エッチング，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ト法によって行われ
る。スピンコート法は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
ピンコート法によると、レジストがウエハの周辺部をは
み出し、ウエハの裏側にまわり込んでしまう場合もあ
る。

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

第４図はウエ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。ウエハの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、ウエハの周辺部の表面のレ
ジストも実際には不要なレジストである。

このようなエッジからウエハの周辺部の裏側にまわり込
んだ不要なレジスト及びウエハの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エ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、ウエハの周辺部
を機械的につかんで保持したり、ウエハの周辺部がウエ
ハカセット等の収納器の壁にこすれたりする。この時、
ウエハの周辺部の不要レジストがとれてウエハのパター
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。

ウエハの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、このようなウエハの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エハの周辺部
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４図のはみ出し部分のレジストRcは除去できる
が、ウエハ周辺部の表面のレジストRbは除去されない。
このウエハの周辺部の表面のレジストRbを除去すべくウ
エハ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、ウエハの周辺部の表
面の不要なレジストRbと後のエッ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、ウエハの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エハ周辺露光法が行われてい
る。このウエハ周辺露光法は、レジストの塗布されたウ
エハを回転させながら、ライトガイドファイバで導かれ
た光をウエハの周辺部に照射して、ウエハの周辺部を周
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〕 前述のスピンコート法によってレジストを塗布した場
合、ウエハの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、ある一定以
上の露光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、露光量を多くするためには照度を
強くするか露光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、上記の露光時間は極
力短くすることが求められており、いわんや露光時間を
長くすることによって、露光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露光
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エ
ハカセット等にこすれて前記のウエ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、かかる課題に考慮してなされたものであり、
露光時間を短くすることによってウエハ周辺露光におけ
る生産性を高めることができ、かつレジストの発泡が生
じないウエ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、本発明のウエハ周辺露光装置
は、レジストが塗布されたウエハが載置され二回転以上
回転する第一の回転ステージと、該第一の回転ステージ
に設けられた温調機構と、第一の回転ステージに載置さ
れたウエハの周辺部を露光するライトガイドファイバ及
び光源ランプからなる第一の光照射機構と、第一の回転
ステージにおいて露光されたウエハが載置される第二の
回転ステージと、第二の回転ステージに設けられた冷却
機構と、第二の回転ステージに載置されたウエハの周辺
部に前記第一の光照射機構により強い照度で露光するラ
イトガイドファイバ及び光源ランプからなる第二の光照
射機構とを具備したことを特徴とする。

〔作用〕

上記構成に係るウエハ周辺露光装置は、レジストの塗布
されたウエハは、まず第一の回転ステージにおいて弱い
照度でかつ高い温度で露光された後、第一の回転ステー
ジより低い温度になっている第二の回転ステージにおい
て高い照度で露光される。従って、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、本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の実施例のウエハ周辺露光装置の概略
説明図である。

第１図において、11,21は超高圧水銀灯等の光源ラン
プ、12,22は楕円集光鏡、13,23は平面反射鏡、14は減光
フィルタ、15,25はシャッタ、16,26はライトガイドファ
イバ、Ｗはレジストが塗布されたウエハ、17,27は不図
示の真空吸着孔を有する第一，第二の回転ステージ、1
8,28はステージ駆動機構を示す。

第１図において、光源ランプ11及びライトガイドファイ
バ16は第一の光照射機構を構成し、光源ランプ21及びラ
イトガイドファイバ26は第二の光照射機構を構成する。

第１図において、第一の回転ステージ17は温調機構とし
てヒータ71を内蔵し、ヒータ71の加熱温度は回転ステー
ジ17に設けられた不図示の温度センサからの信号により
不図示のコントローラによって制御される。

また、第二の回転ステージ27は冷却機構として水冷パイ
プ271を内蔵し、水冷パイプ271を流れる冷却水の量は、
回転ステージ27に設けられた不図示の温度センサからの
信号によりコントローラによって制御される。これによ
り第二の回転ステージ27の温度は第一の回転ステージ17
の温度より低い所定の温度に保たれる。

第１図において、レジストの塗布されたウエハＷを不図
示のウエハカセットから搬送機構10が第一の回転ステー
ジ17に搬送し、真空吸着した後、回転ステージ17が回転
を始めると同時に、シャッタ15が開いて、第一の回転ス
テージ17における露光が開始される。第一の回転ステー
ジ17における露光では、減光フィルタ４が光路上に配置
され、例えば1200mW/cm²の弱い照度で露光がされる。そ
して、全体の露光量が例えば275mJ/cm²になるように、
ウエハＷを５秒/1回転の速度で６回転させる。尚、この
時のウエハＷの温度は例えば70℃となるように、ヒータ
71がコントローラにより制御される。

そして、第一の回転ステージ17での露光が終了すると、
コントローラからの信号により、回転ステージ17の回転
が停止するとともに、シャッタ15が閉じる。その後、コ
ントローラからの信号により搬送機構10がウエハＷを第
一の回転ステージ17から第二の回転ステージ27に搬送す
る。

搬送機構10がウエハＷを第二の回転ステージ27に搬送す
ると、第一の回転ステージ17の場合と同様に、ウエハＷ
を真空吸着した後シャッタ25が開き、ライトガイドファ
イバ26によって第二の回転ステージ27における露光がさ
れる。第二の回転ステージ27は、ウエハＷの温度が例え
ば25℃になるように水冷パイプ271及びコントローラに
よって冷却制御される。また、第二の光照射機構には減
光フィルタは配置されておらず、照度は前記の第一の回
転ステージ17における照度より強い例えば3000mW/cm²の
照度であり、ウエハＷを一回転させて露光は終了する。

以上の条件にて、東京応化工業株式会社製OFPR-800を２
μｍ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現像工程において確実
にレジストを除去することができ、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泡が発生せず、し
かも短時間に露光が終了する理由を、より具体的に説明
する。

第２図は、本実施例における露光量を説明するための斜
視図であり、Ｗはウエハ、Wpはウエハの周辺部、Ａはウ
エハの周辺部の定点、Ｅはライトガイドファイバから出
射した光が露光する露光領域を示す。本実施例において
は、露光量とは定点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t₀、ウエハＷを回転させる回転数を
ｎとすると、露光量は、Ｉ×t₀×ｎ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、一般的に、レジストの発泡を抑えながら露光す
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vd,照度をI,レジスト
の温度をＴとすると、 vr∝I,exp（−Ea/kT） ……ｉ vd∝exp（−Q/kT） ……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,kは気体定数,Qは拡散の
活性化エネルギである。

従って、vr＜vdなる関係を成立させるためには、Ｉを下
げてvrを小さくすることが考えられる。しかし、Ｉ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
一定の露光量を与えるためには、露光時間を長くしなけ
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で露光しても発泡は
しない。

従って、第１図において、第一の回転ステージ17で弱い
照度（以下I₁とする。）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、第二の回転ステージ27で強
い照度（以下I₂とする。）で露光しても発泡は発生せ
ず、ウエハＷの回転速度を速くして露光時間を短くする
ことができる。

ここで、第二の回転ステージ27で強い照度で露光しても
発泡が生じないように、第一の回転ステージ17での露光
において充分ガス放出をさせるためには、第一の回転ス
テージ17での露光においてもある一定以上の露光量が必
要である。この充分なガス放出に必要な露光量（以下ガ
ス放出露光量H₁）を上記vr＜vdなる関係を満たすＩ及び
Ｔで与えると、やはりかなりウエハＷの回転速度を遅く
しなければならず、第一の回転ステージ17での露光時間
（t₀×n,以下t₁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、vr＞vd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。vr＞vdの条件下で露光を開始して
充満ガスが一定以上に集合して発泡に至るまでの時間を
発泡時間tbとすると、通過時間t₀＜発泡時間tbになって
いれば、発泡しない。また、一回の通過により発生する
ガスの量は、照度I₁と通過時間t₀との積I₁×t₀で決ま
る。つまり、I₁を大きくしてもt₀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、t₀を小さくすれば
I₁を大きくすることができる。

従って、本実施例では、第一の回転ステージ17でのウエ
ハＷの回転数ｎを複数にしてガス放出露光量H₁を各回の
通過に分けてレジストに与え上記通過時間t₀を小さくす
る即ち回転速度を速くして、通過時間t₀＜発泡時間tbに
する。その上で、ウエハＷが一回転して次に同じ定点が
露光されるまでの光照射を受けていない時間帯に、露光
によって発生したガスをレジスト外に放出させる。この
時、ウエハＷは加熱されているので、上記第ii式より、
露光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t₀を小さくす
ることによってI₁を大きくすることができるので、H₁＝
I₁×t₀×ｎの関係により第一の回転ステージ17での露光
時間t₁（＝t₀×ｎ）を短くできる。

第二の回転ステージ27では、第一の回転ステージ17での
照度I₁より強い照度で露光しているが、第一の回転ステ
ージ17での露光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、照度I₁
より強い照度I₂で露光するので、現像工程におけるレジ
スト除去に必要な露光量を与える第二の回転ステージ27
での露光時間t₂を短くできる。また、第一の回転ステー
ジ17での露光後レジスト中にガス放出媒体が微量に残っ
た場合には、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
の温度が第一の回転ステージ17での露光のときより低い
ので、上記第ｉ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。

尚、前記実施例において、冷却機構として水冷パイプ27
1からなるものを用いたが、これに限られるものではな
く、例えばウエハＷに不活性ガスを吹きつせて強制空冷
したり、回転ステージ27に冷却フィン等をつけたものを
用いても良い。

また、ヒータ71としては、シート状のヒータやカートリ
ッジ状のヒータ，シースヒータ等の各種のヒータが使用
可能である。

尚、前述の光源ランプ11及びライトガイドファイバ16か
らなる第一の光照射機構と光源ランプ21及びライトガイ
ドファイバ26からなる第二の光照射機構について、途中
から二つに分岐したライトガイドファイバを用いれば、
一つの光源ランプ及びライトガイドファイバで両方を兼
ねることができる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明のウエハ周辺露光装置は、レ
ジストが塗布されたウエハが載置され二回転以上回転す
る第一の回転ステージと、該第一の回転ステージに設け
られた温調機構と、第一の回転ステージに載置されるウ
エハの周辺部を露光するライトガイドファイバ及び光源
ランプからなる第一の光照射機構と、第一の回転ステー
ジにおいて露光されたウエハが載置される第二の回転ス
テージと、第二の回転ステージに設けられた冷却機構
と、第二の回転ステージに載置されるウエハの周辺部を
露光するライトガイドファイバ及び光源ランプからなる
第二の光照射機構とを具備したので、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る。従
って、レジストの発泡が発生せずかつ短時間に露光を終
えることができ、生産性の高いウエハ周辺露光装置とな
る。

また、回転ステージが二つあるので、各回転ステージの
構造が複雑にならず、かつ第二の回転ステージでの露光
の際には次のウエハを第一の回転ステージで露光するこ
とができ、この点でも生産性の高いウエハ周辺露光装置
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のウエ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図はこのウエハの裏側へまわり込んだレ
ジストを示すウエハの一部断面図、第４図はウエハに露
光された回路パターンの形状を示す図である。 図中、 11,21……光源ランプ 16,26……ライトガイドファイバ 17……第一の回転ステージ 27……第二の回転ステージ 71……ヒータ 271……水冷パイプ Ｗ……ウエハ Wp……ウエハの周辺部 を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レジストが塗布されたウエハが載置され二
   回転以上回転する第一の回転ステージと、該第一の回転
   ステージに設けられた温調機構と、第一の回転ステージ
   に載置されたウエハの周辺部に露光するライトガイドフ
   ァイバ及び光源ランプからなる第一の光照射機構と、第
   一の回転ステージにおいて露光されたウエハが載置され
   る第二の回転ステージと、第二の回転ステージに設けら
   れた冷却機構と、第二の回転ステージに載置されるウエ
   ハの周辺部に前記第一の光照射機構より強い照度で露光
   するライトガイドファイバ及び光源ランプとからなる第
   二の光照射機構とを具備したことを特徴とするウエハ周
   辺露光装置。