JP2601309B2 - 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］ この考案は、感光性レジストを塗布した半導体ウエハ
における不要レジストを除去するためのウエハ周辺露光
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来この種の技術、例えば半導体ウエハの回路パター
ンの形成技術にあっては、ウエハ上に感光性レジスト膜
を形成する場合、一般にスピンコート法と言われる回転
塗布法が用いられる。

第３図は半導体ウエアに塗布されたレジストの不要部
分であるウエハ周辺部に光をファイバで導光して照射す
る場合の斜視図であり、第４図（ａ），（ｂ）は第３図
の方法で露光するためのレジストを塗布されたウエハに
光照射を行う状態を示す図で、同図（ａ）は平面図、同
図（ｂ）はその周辺部の断面図である。

第３図，第４図において、１はウエハ、1aはパターン
形成部で、不図示の所望パターンを用いて、これをレン
ズ（不図示）により数分の１に縮小してウエハ１に露光
し、この露光を次々と繰返す縮小露光方式（STEP AND R
EPEAT方式）によってパターンを形成する。また、1bは
ウエハ周辺部、1cはレジストはみ出し部、1dはウエハ１
のオリエンテーション・フラット部（以下オリフラとい
う）、３は不図示の照射光源から光を導く導光ファイ
バ、4aはこの導光ファイバ３から光が照射される照射部
分であり、ウエハ１が回転してウエハ周辺部1bを光照射
する。

ウエハ１にレジストを塗布するスピンコート法は、第
４図（ａ）に示すウエハ１を回転台上に載置し、このウ
エハ１上の中心付近にレジストを注いで回転させ、遠心
力をもってウエハ１上の表面全体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、第
４図（ｂ）に示すようにレジストがウエハ１の側端縁で
あるウエハ周辺部1bをはみ出し、裏側にも回りこんでし
まうことがある。ウエハ周辺部1bは、一般に第４図
（ｂ）の如く断面が丸みを帯びていることが多く、よっ
て裏側への回り込みの可能性が大きい。かつ、回路パタ
ーンはウエハ１の表面のウエハ周辺部1bには形成せず、
それ以外の部分（パターン形成部）1aに形成する（第４
図（ａ）参照）ので、ウエハ周辺部1bにはパターン形成
用レジストは特に塗布する必要がない。しかし、スピン
コート法では、この部分にもどうしてもレジストが塗布
される。従来、ウエハ周囲のレジストのバリをなくすよ
うにしたスピンコート法の提案はあるが、その場合でも
周辺部1bへのレジストの塗布は残る。このような不要な
レジスト、即ち第４図（ｂ）に示す裏側にも回り込んだ
レジストはみ出し部1cや、ウエハ周辺部1bに塗布された
レジスト部分は、これが残ったままだと問題を起こすこ
とがある。

レジストは一般に樹脂そのものが固くてもろいという
特徴があるため、工程中にウエハを搬送のために掴んだ
り、こすったりするような機械的ショックが加わると欠
落し、ダストとなって悪影響を及ぼすことがあるからで
ある。特に、ウエハ１の搬送中にウエハ１の側端縁であ
るレジストはみ出し部1c（第４図（ｂ）参照）からレジ
スト片が欠落して、これがウエハ１上に付着し、エッチ
ングされないなどのことによりパターン欠陥をもたらし
たり、イオン注入時のマスクとして働いて必要なイオン
打込みが阻害されたりして、歩留りを低下させることが
ある。また、高エネルギー高濃度のイオン注入を行う場
合、イオン注入時のウエハ周辺から発生する熱ストレス
により、レジストクラック（割れ）が発生することがあ
る。このレジストクラックは、ウエハ側端縁のレジスト
が不規則な部分や、きずがついている部分から発生し、
中央に向って走るものであることが確認されている。

この問題は、半導体素子について高度週高集積化が進
み、歩留り維持のため、従来のコンタクト方式または1:
1プロジェクション方式のアライナを用いる露光方法か
ら、前述のステッパと呼ばれる縮小投影方式に露光方法
が変わってきたこと及びそれに伴い、従来のパターン形
成用フォトプロセスでの主力であったネガ型レジスタに
代り、ポジ型レジストを使わざるを得なくなってきたと
いう背景下で、極めて重要である。

このような不要部分のレジストを除去する方法とし
て、溶剤噴射法が用いられている。これは、レジストが
付着されたウエハ１の裏面から溶剤を噴射して、不要な
レジストを溶かし去るものである。しかしこの方法で
は、第４図のレジストはみ出し部1cのレジストは除去で
きるが、ウエハ周辺部1bのレジストは除去されない。こ
のウエハ周辺部1bのレジストも除去すべく、表面から溶
剤を噴射することは、パターンを形成しているレジスト
部分1aに悪影響を及ぼすことがある。

前述したレジスト片遊離による不都合は、レジストは
み出し部1cのレジストを除去するということにより改善
されるが、未だ充分でなく、ウエハ周辺部1bのレジスト
も除去する必要がある。従って、この部分の不要レジス
トをも、容易に、しかも確実に除去する方法として、従
来は第５図に示すような光照射を行っていた。

第５図（ａ）は導光ファイバ３の出射部の端部に投影
レンズ５を設けてウエハ周辺を露光する状態を示した図
で、同図（ｂ）は露光後、現像した状態を示す図であ
る。

第５図（ａ）において、ウエハ１の周辺を露光するに
際して、導光ファイバ３からの光が、この投影レンズ５
によって集光されて、レジストの不要部分であるウエハ
周辺部1bを照射して露光し、周知の現像法によって不要
部分のレジストを除去する。第５図（ａ）の露光方法に
よると、不要レジストの除去は改善されているが、同図
（ｂ）に示すように、パターン形成部1aとウエハ周辺部
1bとの境界領域Ａの幅ｄがボケてしまってシャープな境
界ができない。幅ｄのところは完全にレジストが除去で
きない状態となってしまう。

［発明が解決しようとする課題］ レンズの結像性能は一般に光軸付近は良いが、光軸か
ら離れ、端部になる程、悪くなる傾向にある。この不要
レジスト除去に用いられる照射光は例えば436nmの光の
ように、単一の波長の光を使用することがあるので、導
光ファイバの出射部先端にレンズを設ける場合、レンズ
の色収差はさほど問題にする必要はないが、コマ収差等
によって像がボケたりする。この場合、この像のボケの
ため、パターン形成部1aの露光現像後も境界領域Ａにお
いて不要レジスト残留し、ダスト等となる問題がある。
そこで、この像のボケ、即ち第５図（ｂ）における境界
領域Ａの幅を1mm以内でできるだけ小さく抑えることが
要求されている。ところが、従来のウエハ周辺露光装置
を用いても、ウエハ周辺部の不要レジストの露光に際し
て、パターン形成部のレジスト部分の境界領域Ａの幅ｄ
は１〜2mmになってしまい、前記要求を満たすことが困
難である。

この発明はかかる従来の課題を解決するためになされ
たもので、ウエハ周辺部の露光部分と、パターン形成部
との境界を鮮明にして、不要レジストの除去を確実に行
うことのできるウエハ周辺露光装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、この発明のウエハ周辺露
光装置は、露光ウエハの矩形状の出射端とウエハとの間
に、複数枚のレンズが配置され、これらレンズの光軸が
前記ウエハの周辺部とパターン形成部との境界と一致、
またはほぼ一致する位置に設けられ、さらに前記導光フ
ァイバの出射端の一方の端部は光軸上に、他方の端部は
光軸に対してウエハの中心側に配置される構成を有する
ものである。

［作用］ 一般にレンズの結像性能は、像面において光軸上の点
に集まる光が最も良いことが知られている。これはレン
ズによる収差のうち、像面における光軸上では球面収差
と色収差のみが問題で、他の収差は光軸外で発生するも
のであるから、像面で光軸から離れる程収差が大きくな
り、結像性能が悪くなる傾向がある。

本発明では、この性質を利用し、パターン形成部とウ
エハ周辺部との境界をレンズの光軸と一致させるように
し、境界を照射する光が最も精度良く結像するようにす
る。

そして、パターン形成部には不必要に光が照射されな
いように、導光ファイバの出射端の一方の端部を光軸上
に配置するとともに、他の端部はウエハの中心側に配置
する。

従って、パターン形成部とウエハ周辺部との境界部の
露光は鮮明に行われ、ボケは問題にならない程度に小さ
く、現像後、不要レジストのみが完全に除去され、パタ
ーン形成部に対する不必要な露光もなく、ウエハに形成
されているパターンを乱すことがない。

［実施例］ 第１図（ａ）はこの発明における不要レジスト除去を
実施するための装置の一実施例の主要部の概略構成を示
す斜視図で、同図（ｂ）は同図（ａ）のファイバ出射部
を説明するための図である。第１図（ａ）において、８
及び８′はカセット、10及び10′はそれぞれローダ，ア
ンローダ、10a及び10′ａはそれぞれローダ10,アンロー
ダ10′を順次下方に駆動するローダ駆動機構，アンロー
ダ駆動機構である。12はそれぞれ一体に駆動される搬送
ベルトであり、６は不図示の真空吸着孔を有する昇降及
び回転可能な処理ステージ、７は回動によりウエハ搬送
ライン上の所定位置に配置及び退避するウエハ中心出し
アーム、11はこの処理ステージ６を駆動し制御するステ
ージコントローラ、またＨはスポット光照射装置、３は
スポット光照射装置Ｈに取付けられる導光ファイバ、3a
は該導光ファイバの出射部、９は装架台である。

第１図（ａ）の制御機構を説明すると、ウエハ１を多
数収納したカセット８をローダ10に載置し固定する。次
にローダ駆動機構10aが働いてローダ10が所定距離だけ
下降し、処理すべきウエハ１が搬送ベルト12上に載置さ
れる。そして、搬送ベルト12が駆動し、ウエハ１を処理
ステージ６の上方に搬送する。その間にウエハ中心出し
アーム13が退避位置から回動して中心出し側壁13aがウ
エハ搬送ライン上の所定値に配置される。そして、ウエ
ハ１が搬送ベルト12により搬送されてきて、中心出し側
壁13aにあたり、自動的にウエハ１の中心と処理ステー
ジ６の中心がほぼ一致するようになっている。この状態
で処理ステージ６が上昇しウエハ１を真空吸着した後、
ウエハ搬送ラインよりも若干上方に持ち上げる。そし
て、不図示の発光素子及び受光素子からなるフォトセン
サがウエハ１のエッジ検出機構によってウエハ１のエッ
ジ検出し、この結出結果を出射部3aに送る、出射部3aの
制御はサーボ機構により行われ、ステージが回転すると
ウエハ１のエッジにならって所定の露光がされる。

そして、ウエハ周辺部1bの所定の露光が終了すると、
出射部3aは退避位置に退避し、処理ステージ６は下降
し、ウエハ１が再び搬送ベルト12上に載置され、処理ス
テージ６の真空吸着が解除される。その後、搬送ベルト
12がウエハ１を搬送し、アンローダ10′上に載置，固定
されたカセット８′内に搬入すると、本実施例の不要レ
ジスト除去のための露光工程が終了する。この導光ファ
イバ３の出射部3aにおける露光について、第１図（ｂ）
を用いて詳細に説明する。

第１図（ｂ）において、導光ファイバ３の出射部3aの
形状は矩形状に束ねられており、5a,5b,5cはそれぞれ凸
レンズからなる投影レンズで、鏡筒５′内に収納されて
おり、Ｓはこれら投影レンズ5a,5b,5c（以下、まとめて
５という）の光軸を示し、1btはこの投影レンズ郡５の
光軸Ｓの直下に位置するウエハ周辺部1bとパターン形成
部1aの境界を示している。尚、第１図（ａ）の出射部3a
は投影レンズ郡５及びこれらを納める鏡筒５′からな
る。また、第３図及び第５図と同一符号は同一または相
当部分を示す。

第２図（ａ）は第１図によってウエハ周辺部を照射し
た時の露光像を示す平面図で、同図（ｂ）は同図（ａ）
の現像後の側断面図、４′ａは光が照射されている露光
像である。

投影レンズ郡５によって導光ファイバ３の出射部3aの
端部の像は逆転されて投影されるから、光軸上より中心
側に位置する出射部3aの端部の像は境界1btより外側の
ウエハ周辺部1bに投影される。その際、境界1btは投影
レンズ群５の光軸上に位置するから、境界1btには最も
収差の少ない光が結び、像のボケが最も少なくなる。こ
の場合、境界1btから離れた位置での像はかなりボケた
ものとなるが、境界部のレジストをシャープに取除くこ
とが重要であるので、ボケが大きくても全く問題となら
ない。

尚、光軸上にある境界1btも、若干の球面収差の影響
があるが、球面収差除去に関する公知のレンズ設計技術
を投影レンズ群５に行えば、さらに良い結果が得られ
る。

しかし、第１図（ｂ），（ｃ）に示した凸レンズのみ
で構成される投影レンズを使って、第５図（ｂ）に示し
たｄの幅が約100μｍという非常に良い結果が得られ
た。これは本発明による光学系、即ち投影レンズの光軸
に対して導光ファイバの出射端と、露光の境界部を第１
図（ｂ），（ｃ）の様に配置したこと、即ち、露光部の
境界位置を光軸位置に一致させていることによる効果で
ある。このように第５図（ａ）の光学配置を第１図
（ｂ），（ｃ）の様にすることで、露光性能を著しく向
上させることができた。

第２図（ａ）及び第１図（ａ）において、処理ステー
ジ６の回転によりウエハ１が回転すると、露光像４′ａ
はウエハ１の周辺部1bを相対的に移動し、前述のサーボ
機構によりウエハ１のエッジにならってウエハ周辺部1b
を１周して露光する。その際、境界1btは前述の通りボ
ケの非常に小さい解像度の高い光で露光される。従っ
て、第２図（ｂ）に示す如く、不要領域であるウエハ周
辺部1bのレジストが現像後シャープに解除される。境界
部のシャープさは前述した様に第５図（ｂ）のｄ幅で約
100μｍである。

また、第１図（ｃ）は第１図（ａ）のファイバ出射端
の他の実施例を示す図で、導光ファイバ３の出射部に凸
レンズ15を付加したもので、その他の構造は第１図
（ｂ）と同じであり、基本的は働きも第１図（ｂ）と同
じである。

導光ファイバ３の出射部3aの端部から出射される光は
動向ファイバ３への最大入射角度を最大角度として拡が
る。この場合、出射部3aの端部の近傍に第１図（ｃ）の
如く凸レンズ15を設けると、出射部3aの端部より拡がる
光束が光軸方向に屈折し、拡がりを押えられる。従っ
て、第１図（ｂ）の場合に比べて、投影レンズ群５の
径，肉厚を小さくすることができ、結果的にこれらレン
ズを納める鏡筒を小さくすることができ、狭い場所での
露光処理に有効である。

尚、上記実施例で露光された不要レジストは、公知の
スプレイ現像もしくはその他の現像工程によって除去さ
れる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明は導光ファイバの矩形
状の出射端とウエハとの間に、複数枚のレンズが配置さ
れ、これらレンズの光軸が前記ウエハの周辺部とパター
ン形成部との境界即ち露光する部分としない部分の境
界、またはレジストを除去する境界部と一致、またはほ
ぼ一致する位置に設けられ、さらに前記導光ファイバの
出射端の一方の端部は光軸上に、他方の端部は光軸に対
してウエハの中心側に配置される構成を有するので、ウ
エハ周辺部のレジスト除去を行う境界で結像性能の高い
露光ができ、現像後、境界ではシャープなレジスト除去
がなされる。その上、ウエハに不要な残留レジストがな
く、かつパターン形成部が露光されるということがな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明における不要レジスト除去を実
施するための装置の一実施例の主要部の概略構成を示す
斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のファイバ出射部を説
明するための図、同図（ｃ）は同図（ａ）のファイバ出
射部の他の実施例を示す図、第２図（ａ）は第１図によ
ってウエハ周辺部を照射した時の露光像を示す平面図、
同図（ｂ）は同図（ａ）の現像後の側断面図、第３図は
半導体ウエハに塗布されたレジストの不要部分であるウ
エハ周辺部に光をファイバで導光して照射する場合の斜
視図、第４図（ａ），（ｂ）は第３図の方法で露光する
ためのレジストを塗布されたウエハに光照射を行う現像
前の状態を示す図、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は
その側断面図、第５図（ａ）は従来例で導光ファイバの
出射部の端部に投影レンズ設けてウエハ周辺を露光する
状態を示した図、同図（ｂ）は露光後、現像した状態を
示す図である。 図中． 1:ウエハ 1a:パターン形成部 1b:ウエハ周辺部 3:導光ファイバ 5,5a,5b,5c:投影レンズ ５′：鏡筒 6:処理ステージ

Claims (1)

(57)【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の周辺部を導
   光ファイバで導かれた光を照射して露光するウエハ周辺
   露光装置において、前記導光ファイバの矩形状の出射端
   とウエハとの間に、複数枚のレンズが配置され、これら
   レンズの光軸が前記ウエハの周辺部とパターン形成部と
   の境界と一致、またはほぼ一致する位置に設けられ、さ
   らに前記導光ファイバの出射端の一方の端部には光軸上
   に、他方の端部は光軸に対してウエハの中心側に配置さ
   れることを特徴とするウエハ周辺露光装置。