JPH02177421A - 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，ＬＳｌ、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０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、レジストがウェハの周辺部をはみ出し、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
ェハの周辺部、Ｒａはパターン形成部のレジスト、Ｒｈ
はウェハの周辺部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。にで示した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、ウェ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。

このようなエツジからウェ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ェ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、ウェハの周辺部
を機械的につかんで保持したり、ウェハの周辺部がウェ
ハカヤ１．ト等の収納器の壁にこすれたりする。この時
、ウェハの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、このようなウェ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ェハの周辺部
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、ウェハの周辺部の表面のレジス）Ｒｈは除去されな
い、このウェハの周辺部の表面のレジストＲｈ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、ウェハの周辺
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）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ェハ周１２２ｎ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、う４ガイドフアイバで導か
れた光をウェハの周辺部に照射して、ウェハの周辺部を
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
ード法によってレジストを塗布した場合、ウェハの周辺
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、ある一定板上の露光量の露光
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（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、上記の露光時間は権
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二回転以上
回転する第一の回転ステージと、該第−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
れたウェハの周辺部を露光するライトガイドファイバ及
び光源ランプジにおいて露光されたウェハが！３！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
されたウェ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
露光されたウェハが第二の回転ステージに搬送されるま
での間で該ウェ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〕

上記構成に係るウェハ周辺露光装置においてはレジスト
の塗布されたウェハが、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、１１．２１は超高圧水銀灯等の光源ラ
ンプ、１２．２２は楕円集光鏡、１３２３は平面反射鏡
、１４は減光フィルタ、１５゜２５はシャ・ツタ、１６
．２６はライトガイドファイバ、Ｗはレジストが塗布さ
れたウェハ、１？。

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、１８．２８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３Ｂ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ェ
ハＷが冷却ステージ３７に載置されることによりウェハ
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ェハ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／ｃ
ｍ”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／ｃｓ＋”になるように、ウェハＷ
を５抄／回転の速度で６回転させる。なお、この時のウ
ェハＷの温度が例えば７０℃となるにように、ヒータ７
１が不図示のコントローラによす１１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ェハ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、ウェハ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℃までウェハＷを冷却した後、不図
示の搬送機構がウェハ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におけるウェハの
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／ｃ―
＝の照度であり、ウェハＷを一回転させて露光は終了す
る。この時のウェハ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、ウェハ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０ＦＰＲ−８
００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砲が発生せず、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はウェハ、Ｗｐはウェハ周辺部、Ａはつ巴
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０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１．定点Ａ、が露光
領域Ｅを通過する時間をｔ、、ウェハを回転させる回転
数をｎとすると、露光量はｌＸｔ、Ｘｎ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Ｎ（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、−Ｓ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（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ｖＰ、拡散速度をｖ４ｒ照度を１．
レジストの温度をＴとすると、／ ｖ、ＯＣＴ　、　ｅｘｐ　　（−Ｈａ／ｋＴ　）　−ｉ
ｖ　ａ　　ｅｃ　　ｅｘｐ　　＜−〇／に？　　）　　
　　　−−−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、ｌ
を下げてＶ、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ｌ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！１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２
７で強い照度（以下１．とする、）で露光しても発砲は
発生せず、ウェハ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！！
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！（以
下、ガス放出露光ＩＨ１とする。）を上記ｖｒ＜ｖ４な
る関係を満たす１及びＴで露光すると、やはりかなりウ
ェハ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（ｔ、Ｘｎ、以下ｔ、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−窓以上の量に集
合することが必要である。ｖ、＞Ｖ、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【。〈発泡時
間（ｂ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照度りと通過時間ｔ・との＼ 積＋１　×（。で決まる。つまり、１．を大きくしても
ｔ、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、ｔ、を小さくすればＩｔ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
でのウェハ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
１．＜発泡時間ｔ。

にする、その上で、ウェハ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、ウェハ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ｔ。

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，＝ｌ、Ｘｉ、Ｘｎの関係により第一の回転
ステージ１７における露光時間１゜（＝（。ｘｎ）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
■１より強い照度１２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Ｎ（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ｔ、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１２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１代
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及び水冷バイ１３８からなるものを用いたが
、これに限られるものではなく、例えばウェハをアーム
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〃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１
６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、本発明のウェハ周辺露光装置は、レ
ジストが塗布されたウェハが載ｌされ二回転以上回転す
る第一の回転ステージと、該第−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
ェ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ェ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ェハの周
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
て露光されたウェハが第二の回転ステージに搬送される
までの間で該ウェ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
ェ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拒るの
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ェハを冷却機構で冷却す
ることができ、さらに次のウェ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露光量を説明するため
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、 １１．２１　−・−・−一−−−−−光源ランプ１６．
２６　−・−−−−−−−ライトガイドファイバ１’ｌ
−・・・・・−−−ｍ＝−・・−・−第一の回転ステー
ジ２７・−・・−・・−・・・・−−−一−−−−−第
二の回転ステージ７１−−・・−・・−・・−・−・・
ヒータ３０−・・・・−−−−一−−−−・〜−−−−
・−冷却機構ｐ を示す。 丸 檜吟 る 」 吊２０ ウェハ ウェハの周辺部

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
   ェ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ェ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ェハの周
   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ェハが
   第二の回転ステージに搬送されるまでの間で該ウェハを
   冷却する冷却機構とを具備したことを特徴とするウェハ
   周辺露光装置。