JPH0750681B2 - 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３図のはみ出し部分のレジストRcは除去できる
が、ウエハの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。この露光量とは照度と
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載置されたウエ
ハの周辺部を第一の光照射機構よりも強い照度で露光す
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、第一の回転ステージにおいて露光された
ウエハが第二の回転ステージに搬送されるまでの間で該
ウエハを冷却する冷却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においてはレジスト
の塗布されたウエハが、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、次に冷却機構で
冷却された後、第二の回転ステージにおいて高い照度で
かつ低い温度で露光される。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、30は冷却機構を示す。

第１図において、回転ステージ17には温調機構として内
部にヒータ71が設けられ、ヒータ71の加熱温度は不図示
のコントローラによって制御される。

また、冷却機構30は、内部に水冷パイプ38を有する冷却
ステージ37からなり、不図示の搬送系によりウエハＷが
冷却ステージ37に載置されることによりウエハＷは冷却
される。冷却ステージ37は不図示の温度センサを有し、
該温度センサからの信号により不図示のコントローラが
水冷パイプ38の冷却水量を制御し、冷却ステージが所定
の温度になるようにする。

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、レジストの塗布されたウエハＷを不図
示の搬送機構が第一の回転ステージ17に搬送し、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17が回転を始めると同時に、シャッタ15が開き、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での露光においては、減光フィルタ14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／回転の速度で６回転させ
る。なお、この時のウエハＷの温度が例えば70℃となる
にように、ヒータ71が不図示の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がウエハＷを回転ス
テージ17から冷却ステージ37に搬送する。

冷却機構30では、ウエハＷの温度が例えば25℃になるよ
うにコントローラによって前述の制御がされる。

そして、例えば25℃までウエハＷを冷却した後、不図示
の搬送機構がウエハＷを冷却ステージ37から第二の回転
ステージ27に搬送し、第一の回転ステージ17の場合と同
様、真空吸着の後第二の回転ステージ27が回転を始め、
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におけるウエハの周辺部Wpの露光が
される。照度は、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。この時のウエハＷの温度は室
温で足りるが、第二の回転ステージ27にも温調機構を設
け、ウエハＷが例えば前述の25℃に保持されるようコン
トローラによって制御しても良い。

以上の条件にて、東京応化工業株式会社製OFPR−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６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v_r,拡散速度をv_d,照度をI,レジスト
の温度をＴとすると、 v_r∝I,exp（−Ea/KT） ……ｉ v_d∝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、v_r＜v_dなる関係を成立させるためには、Ｉを下
げてv_r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において強い照度I₂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
の露光により充分ガス放出をさせるためには、第一の回
転ステージ17においてもある一定以上の露光量が必要で
あり、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とする。）を上記v_r＜v_dなる関係を満たす
Ｉ及びＴで露光すると、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、v_r＜v_d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_r＞v_d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にすると、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、本実施例においては、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t_bにする。その上で、ウエハＷが一回転して次に
同じ定点Ａが露光されるまでの定点Ａが光照射を受けて
いない時間帯に、露光によって発生したガスをレジスト
に放出させる。このとき、ウエハＷは加熱されているの
で、上記第ii式より、光照射を受け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における露光時間t₁（＝t₀×ｎ）が
短くなる 第二の回転ステージ27においては、第一の回転ステージ
17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（以下H₂とする。）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
の際より低いので、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は、冷却機構30として冷却ステ
ージ37及び水冷パイプ38からなるものを用いたが、これ
に限られるものではなく、例えばウエハをアーム等で保
持して不活性ガスを吹きつけて強制空冷したり、冷却ス
テージに冷却フィン等をつけたものを用いても良い。

また、温調機構としてのヒータ71は、シート状のヒー
タ，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
らなる第二の光照射機構と、第一の回転ステージにおい
て露光されたウエハが第二の回転ステージに搬送される
までの間で該ウエハを冷却する冷却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、冷却機構が回転ステージとは別個に設けられるの
で回転ステージの構造が複雑にならず、回転ステージが
二つあり、冷却機構が別個に設けられるので、第二の回
転ステージで露光の時に次のウエハを冷却機構で冷却す
ることができ、さらに次のウエハを第一の回転ステージ
で同時に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露光量を説明するため
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 30……冷却機構 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、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載置され
   たウエハの周辺部に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からなる第
   二の光照射機構と、第一の回転ステージにおいて露光さ
   れたウエハが第二の回転ステージに搬送されるまでの間
   で該ウエハを冷却する冷却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。