JPH0750678B2 - ウエハ周辺露光方法 - 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成形工程にお
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５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
ハ周辺部、Raはパターン形成部のレジスト、Rbはウエハ
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６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、ウエハ周辺部を機械
的につかんで保持したり、ウエハ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５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
をウエハ周辺部に照射して、ウエ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〕

前述のスピンコート法によってレジストを塗布した場
合、ウエ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、ある一定以上
の照射量の露光が必要である。この照射量は、照度と時
間の積であるから、照射量を多く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剥
離したり飛散したり、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たりして、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、
照射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方法の提供を目的とする。

〔構成〕

かかる目的を達成するため、本発明のウエハ周辺露光方
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周辺部に照射
して露光するウエハ周辺露光方法であって、第一の露光
工程と第二の露光工程とよりなり、第一の露光工程にお
いてはウエハを加熱した状態でウエハを２回転以上させ
ながら露光し、その後、第二の露光工程において第一の
露光工程のときの照度より強い照度で、かつウエハを第
一の露光工程のウエハの温度より低い温度にしながら露
光することを特徴とする。

〔作用〕

第一の露光工程においては、ウエハを２回転以上させて
露光するので、ウエハ周辺部の定点のレジストは光照射
を受けていない間にガスが放出できる。従って、レジス
トの発泡を抑制しつつ、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な第一の露光工程
でのガス放出に必要な照射量の光をレジストに与えるこ
とができる。また、ウエハが加熱されるため、光照射に
より発生したガスがレジスト中を速く拡散しレジスト外
部に速やかに放出される。従って、各回転の回転速度を
速めても上記光照射を受けていない時間に充分にガス放
出ができ、第一の露光工程での全体の照射時間を短くす
ることができる。

第一の露光工程の後に行われる第二の露光工程において
は、第一の露光工程によって充分ガスがレジストから放
出されているので、強い照度で光を照射してもレジスト
は発泡しない。また、照度を強くすることにより、第二
の露光工程では、現像工程におけるレジスト除去に必要
な照射量を短時間のうちに与えることができる。また、
レジストは第一の露光工程の温度より低い温度になって
いるので、強い照度で照射しても残留したガス放出媒体
からのガスの急激な発生はない。

〔作用の具体的説明〕

第３図は本発明における照射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。本発明において、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t₀、ウエハを回転させる回転数をｎとすると、照
射量は、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。つまり、発泡を抑えるべく小さいＩ
で最初から最後まで露光しようとすると、ウエハの回転
速度をかなり遅くしなければならなくなってしまう。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。

そこで、本発明においては、露光を第一の露光工程と第
二の露光工程に分け、第一の露光工程においては弱い照
度で露光し、ガス放出媒体を充分反応・分解放出（以
下、ガス放出と略す。）させた後、第二の露光工程で強
い照度で照射してウエハの回転速度を速くし、照射時間
を短くする。

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（以下ガス放出照射量H₁）を上記vr＜vd
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（t₀×n,以下t₁とする。）が長くなり
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の条件下で光照射を開始し
て充満ガスが一定以上に達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
ガスの量は第一の露光工程の照度（以下I₁とする。）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。

そこで、第一の露光工程でのウエハの回転数ｎを複数に
してガス放出照射量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
ハが一回転して次に同じ場所に光が照射されるまでの時
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、ウエハを加熱しておけば上記第ii
式より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
り第一の露光工程の全体の照射時間t₁（＝t₀×ｎ）が短
くできる。

次に、第４図に従って、前記の第一の露光工程のガス放
出のメカニズムを説明する。第４図は第一の露光工程に
おけるガス放出のメカニズムを模式的に表した図であ
る。Ｒはレジスト、Ｇはガスを示す。

第３図及び第４図において、ウエハＷが回転して、ウエ
ハ周辺部の定点Ａが露光領域Ｅに進入し光照射を受け始
めると、第３図（イ）に示すようにレジストＲ内部にガ
スＧが発生する。前述のように、第一の露光工程におい
ては、ガスＧの生成速度はガスＧの放出速度よりも速い
場合、第３図の露光領域Ｅを定点Ａが通過するに従っ
て、第４図（ロ）に示すように、次第にレジスト内にガ
スＧが充満する。しかし、この状態ではまだガスＧは集
合しておらず発泡はしていない。そして、第４図（ハ）
に示すようなガスＧが集合し発泡の状態に至る前に、第
３図の露光領域Ｅを定点Ａが通過し終えてしまうため、
発泡以前に定点Ａに対する一回転目の通過の光照射は終
了する。その後ウエハＷが回転を続け、第３図の定点Ａ
が次に露光領域Ｅにくるまでの光照射を受けない時間帯
に、第４図（ニ）示すように、前記一回転目の通過光照
射で発生したガスＧがレジストＲの外部に放出される。
このガス放出は、レジストＲが加熱されているので、第
ii式から効率良く行われる。尚、このときのレジストの
温度を第一の露光工程のレジストの温度T₁とする。そし
て、二回転目に第３図の定点Ａが露光領域Ｅにきたとき
は、前記一回目の通過の際の光照射により発生したガス
Ｇはほとんど放出されているので、再び定点Ａが露光領
域Ｅを通過しても、前記一回転目の通過の際のガス発生
量以上にはガスＧは充満せず、第４図（イ）（ロ）
（ニ）に示す一回転目と同じサイクルを繰り返すことに
より、レジストＲの発泡を抑えながら第一の露光工程が
続けられる。そして、何回かの回転の後、所定の照射量
に達すると、ガス放出媒体は充分に反応・分解放出さ
れ、第一の露光工程は終了する。

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I₂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I₂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。

〔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方法を説明
するためのグラフで、縦軸の上段が照度I,縦軸の下段が
レジストの温度T,横軸が時間ｔを示す。第２図は、上記
の実施例のウエハ周辺露光方法の実施に使用されるウエ
ハ周辺露光装置の概略説明図である。

第２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
トが塗布されたウエハ、７は回転ステージ、８はステー
ジ駆動機構、９はコントローラを示す。

第２図において、回転ステージ７は内部にヒータ71及び
水冷パイプ72が設けられ、ヒータ71の加熱温度及び水冷
パイプ72の冷却温度はコントローラ９によって制御され
る。

第１図及び第２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
布されたウエハ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。ウエハ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、
第一の露光工程の光照射が開始される。第一の露光工程
においては、減光フィルタ４が光路上に配置され、例え
ばI₁＝1200mW/cm²の弱い照度で光照射がされる。そし
て、全体の照射量H₁が例えば275J/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。

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
って制御され、ウエハ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℃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I₁より強い例えば
I₂＝3000mW/cm²の照度で第二の露光工程の露光がされ
る。

〔実験例〕

上記の実施例で掲げた数値は、レジストの発泡を抑えつ
つ短時間に露光が終了する例として、最も好ましいもの
を掲げたものであるが、各露光工程における温度を変え
た実験例を、以下に説明する。

上記表中、照度はmW/cm²、温度は℃、回転時間は秒／回
転で示してある。またNo5及びNo6を除き、各Noの上段が
第一の露光工程でのデータ、下段が第二の露光工程での
データを示す。なお、使用したレジストは東京応化工業
株式会社製OFPR-800であり、２μｍの厚さで塗布したも
のである。

上記実験例において、No1の場合は、レジストの発泡は
認められなかったものの、レジストが現像液に溶解せず
実用上は好ましくないことが判明した。これは、レジス
トが高温に保持された状態で光照射を受けることによ
り、レジストが架橋・重合反応を起こしたためであると
考えられる。公知の文献により、一般にフェノールノボ
ラック・ナフトキノンジアジド系のレジストは約80℃以
上の高温で加熱された状態で光照射を受けると、架橋・
重合反応を起こすとされており、本発明のウエハ周辺露
光に際しても、この架橋・重合反応を起こす温度以下の
温度で実施することが望ましい。この温度は、レジスト
の種類により適宜決定する必要がある。

No2の実験例は、前述の実施例のデータと同一である。
この例でも、レジストの発泡は発見されず、現像後もレ
ジストの残留はなく、実用上最も好ましい。但し、各パ
ラメータの数値は、使用するレジストの特性により適宜
変えるのは勿論である。

No3の実験例によると、第一の露光工程においては、レ
ジストの発泡は発生しなかったが、第二の露光工程後、
多数の発泡が発生した。これは、高い温度で保持しつつ
強い照度で露光したため、第一の露光工程においてガス
放出が行われなかった微量に残ったガス放出媒体から急
激にガスが発生したことによるものと考えられる。

No4の実験例の場合は、第二の露光工程後にレジストの
発泡が20〜30個程度発見された。これは、第一の露光工
程における温度が低いためガスの生成速度がやや小さ
く、第一の露光工程においてガス放出媒体の反応・分解
放出が不充分であったためと考えられる。但しこの場合
も、回転数を増やすようにすれば、全体の照射時間は長
くなるものの発泡は防止できるものと考えられる。

No5の実験例は、第一の露光工程を省略し、第二の露光
工程のみを行った例である。この場合は発泡が多数発生
し、実用上は使用不可である。

No6の実験例は、露光を第一の露光工程と第二の露光工
程に分けず、一回転のみで露光を行った例で、発泡が発
生しないように照度を小さくした例である。発泡は発生
しなかったものの、現像工程におけるレジスト除去に必
要な照射量を照射するためには、900秒／回転という長
時間の照射が必要で、生産性が著しく悪く実用上使用不
可である。

〔発明の効果〕

以上の実施例や実験結果などによって説明した通り、本
発明のウエハ周辺露光方法は、第一の露光工程と第二の
露光工程とよりなり、第一の露光工程においてはウエハ
を加熱した状態でウエハを２回転以上回転させながら露
光し、その後第二の露光工程において、第一の露光工程
のときの照度より強い照度で、かつウエハを第一の露光
工程のウエハの温度より低い温度にしながら露光するこ
とを特徴とするので、レジストの発泡が生ぜず、かつ処
理時間を短くすることができるので、ウエハ周辺露光に
おける生産性の大幅な向上に貢献することができる。

【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方法説明する
ためのグラフ、第２図は該実施例のウエハ周辺露光方法
の実施に使用されるウエハ周辺露光装置の概略説明図、
第３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４図は第一の露光工程におけるガス放出のメカニ
ズムを模式的に表した図、第５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６
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、 Ｉ……照度 Ｔ……レジストの温度 Ｗ……ウエハ Wp……ウエハ周辺部 １……光源ランプ ４……減光フィルタ ６……ライトガイドファイバ ７……回転ステージ を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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周辺部
   に照射して露光するウエハ周辺露光方法において、 第一の露光工程と第二の露光工程とよりなり、 第一の露光工程においてはウエハを加熱した状態でウエ
   ハを２回転以上回転させながら露光し、その後、第二の
   露光工程において、第一の露光工程のときの照度より強
   い照度で、かつウエハを第一の露光工程のウエハの温度
   より低い温度にしながら露光することを特徴とするウエ
   ハ周辺露光方法。