JP2005086093A - Aligner and method of controlling stage apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造工程において用いられる露光装置に関し、特にレチクル等のマスク原版のパターンをシリコンウエハ等の感光基板上に投影して転写する投影露光装置に関する。より具体的には、レチクルパターンをウエハ上に投影露光する際に感光基板を投影光学系に対して移動させるステージ装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus used in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a projection exposure apparatus that projects and transfers a pattern of a mask original plate such as a reticle onto a photosensitive substrate such as a silicon wafer. More specifically, the present invention relates to a stage apparatus that moves a photosensitive substrate relative to a projection optical system when a reticle pattern is projected and exposed onto a wafer.
一般的な露光装置及びそのステージ装置について図8及び図9を参照して説明する。101は照明系ユニットであり、露光光源を有し、この露光光源より発生した露光光をレチクルに対して整形照射する。102はレチクルステージであり、露光パターン原版であるレチクルを搭載する。レチクルステージ102は、露光走査時には、ウエハの走査速度に縮小露光倍率比を乗じた速度でレチクルを移動させる。103は縮小投影レンズであり、レチクルのパターンをウエハ(基板)に縮小投影するように露光光を導く。
A general exposure apparatus and its stage apparatus will be described with reference to FIGS.
104はウエハステージであり、基板(ウエハ)を搭載し、露光位置へ基板を移動させ、露光走査時には所定の走査速度でウエハを走査方向に移動させる。105は露光装置本体であり、レチクルステージ102及び縮小投影レンズ103、ウエハステージ104を支持する。106はアライメントスコープであり、ウエハ上のアライメントマーク(不図示)及びステージ上のアライメント用基準マーク(図9の113)を計測するための顕微鏡である。この計測結果は、ウエハ内アライメント及びレチクルとウエハ間のアライメントに用いられる。
A
図9はウエハステージ104の詳細を示す図である。図9において、107はスライダであり、ウエハの位置を縮小露光系の光軸方向及びチルト方向及び光軸まわりの回転方向に微動調整する微動ステージを含む。108はウエハチャックであり、例えば静電吸着によりウエハをスライダ107に支持固定する。109はウエハであり、レチクル基板に描かれたレチクルパターンを縮小露光系を通して投影転写するために、その表面にレジストが塗布された単結晶シリコン基板である。110はXバーミラーであり、スライダ107のX方向の位置をレーザ干渉計により計測するためのターゲットである。111はYバーミラーであり、同じくY方向の位置を計測するためのターゲットである。
FIG. 9 shows details of the
112は照度センサであり、スライダ107の上面に設けられ、露光光の照度を露光前に計測する。この計測結果は、露光量補正に用いられる。113はステージ基準マークであり、スライダ107の上面に設けられ、ステージアライメント計測用のターゲットが設けられている。114はXリニアモータであり、スライダ107をX方向に移動駆動する。115はXガイドであり、スライダ107のX軸方向の移動を案内する。116はYガイドであり、Xガイド115及びスライダ107をY方向に移動案内する。117はステージ定盤であり、スライダ107を平面ガイドする。118、119はYリニアモータであり、スライダ107をY方向に移動駆動する。
An
上記の構成において、露光処理時には、まず、処理対象のウエハが装置内へ搬入されるとウエハチャック108によりウエハがチャックされる。そして、アライメントスコープ106を用いてアライメントを実行してウエハの位置決めを行なった後、レチクルパターンの投影を行なう。なお、上述の静電チャックによるウエハチャック機構や、静電チャックを用いたウエハ搬送機構の一般的な構成を開示する文献としては、例えば、特許文献1、特許文献2が挙げられる。
上述のように、従来、ウエハの受け渡しとアライメント計測と露光動作は同一ステージ(ウエハステージ104、スライダ107)で行われる。このため、それぞれの動作時間がダイレクトに加算されるので、最終的にウエハ1枚あたりの処理時間が増加することになる。従って、上記従来装置においてスループットを上げるためには、ウエハ搬入動作、アライメント動作及び露光動作の少なくとも何れかを高速化しなければならかった。しかしながら、たとえば位置決め動作を高速化すれば、位置決め精度等の劣化を招く可能性がある。また、ウエハの受け渡し時間を短縮しようとすれば、ウエハ搬送系のユニットを大出力駆動可能とする必要が生じるため、発熱量増加及び駆動源の大型化等の不具合が発生してしまう。
As described above, conventionally, wafer transfer, alignment measurement, and exposure operation are performed on the same stage (
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ウエハの露光動作中に次に処理されるウエハのアライメント処理を実行可能とし、装置のスループットを向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable the alignment processing of a wafer to be processed next during the wafer exposure operation and improve the throughput of the apparatus.
上記目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
露光処理を実行するための第1ステージと、
前記第1ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第2ステージと、
前記第1及び第2ステージに着脱可能であり、アライメント計測用の基準マークを有し、基板を保持する保持ユニットと、
前記第2ステージに装着された保持ユニットを、基板が保持、固定された状態を保ちながら前記第1ステージへ移動し、装着させる搬送手段とを備える。
In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to the present invention comprises the following arrangement. That is,
A first stage for performing an exposure process;
A second stage for performing alignment measurement, operable independently of the first stage;
A holding unit that is detachable from the first and second stages, has a reference mark for alignment measurement, and holds a substrate;
The holding unit mounted on the second stage includes transport means for moving and mounting the holding unit mounted on the second stage to the first stage while keeping the substrate held and fixed.
また、上記の目的を達成するための本発明によるステージ装置の制御方法は、
露光処理を実行するための第1ステージと、前記第1ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第2ステージと、前記第1及び第2ステージに着脱可能であり、アライメント計測用の基準マークを有し、基板を保持する保持ユニットと、前記第1ステージと第2ステージの間で前記保持ユニットを搬送する搬送機構とを備えたステージ装置の制御方法であって、
前記第1ステージを用いた露光処理と前記第2ステージを用いたアライメント計測処理を並列的に実行する実行工程と、
前記露光処理及び前記アライメント計測処理の終了後、前記第1ステージに装着された保持ユニットを離脱させ、前記第2ステージに装着されていた保持ユニットを該第1ステージに装着する搬送工程とを備え、
前記搬送工程において、前記第2ステージに装着された保持ユニットは、基板を保持、固定した状態を保つ。
Moreover, the control method of the stage apparatus according to the present invention for achieving the above object is as follows:
A first stage for performing an exposure process, a second stage for performing alignment measurement, which can be operated independently of the first stage, and detachable from the first and second stages. A method for controlling a stage apparatus comprising a holding unit having a reference mark for measurement and holding a substrate, and a transfer mechanism for transferring the holding unit between the first stage and the second stage,
An execution step of executing in parallel an exposure process using the first stage and an alignment measurement process using the second stage;
After the exposure process and the alignment measurement process are completed, a transporting process is performed to disengage the holding unit attached to the first stage and attach the holding unit attached to the second stage to the first stage. ,
In the transfer step, the holding unit mounted on the second stage holds the substrate in a fixed state.
以上の構成により、ウエハの露光動作中に次に処理されるウエハのアライメント処理を実行することが可能となり、装置のスループットを向上することができる。 With the above configuration, it becomes possible to execute the alignment process of the wafer to be processed next during the wafer exposure operation, and the throughput of the apparatus can be improved.
以下の実施形態では、露光装置に露光エリアとアライメントエリアの2つのエリアを設け、それぞれのエリアに露光ステージとアライメントステージを設ける。それぞれのステージの駆動は独立して制御され、露光動作とアライメント動作を並行して実行することが可能である。そして、アライメントが完了したアライメントステージのウエハ保持部材(例えば静電チャック天板)を、その保持状態を維持したまま露光ステージ上に搬送することにより、露光ステージ側ではアライメントの完了した状態(ウエハアライメントマークとステージ基準マークの相対位置が確定した状態)から処理を開始することができる。 In the following embodiments, an exposure apparatus is provided with two areas, an exposure area and an alignment area, and an exposure stage and an alignment stage are provided in each area. The driving of each stage is controlled independently, and the exposure operation and the alignment operation can be executed in parallel. Then, a wafer holding member (for example, an electrostatic chuck top plate) of the alignment stage that has been aligned is transferred onto the exposure stage while maintaining the holding state, so that the alignment on the exposure stage side (wafer alignment is complete). The process can be started from a state in which the relative position between the mark and the stage reference mark is determined.
アライメントステージから露光ステージへのウエハ保持部材の搬送は、例えばアライメントステージ上のウエハ保持部材と露光ステージ上のウエハ保持部材を交換する機構を設けることによりじつげんする。例えば、ウエハ保持部材の搬送のために、ウエハを保持した状態のウエハチャックを搬送するチャック搬送ロボットをステージ間に設ける。ウエハチャックとして静電チャックを用いた場合は、チャック搬送ロボットから静電チャックに対して給電を行った状態でウエハ保持部材を搬送することにより、静電チャックに基板が保持された状態で静電チャックを搬送する。こうして、連続的に露光動作とアライメント動作を並行に実行可能とし、装置のスループットを向上する。 The wafer holding member is transported from the alignment stage to the exposure stage by, for example, providing a mechanism for exchanging the wafer holding member on the alignment stage and the wafer holding member on the exposure stage. For example, a chuck transfer robot for transferring a wafer chuck holding a wafer is provided between the stages for transferring the wafer holding member. When an electrostatic chuck is used as the wafer chuck, the wafer holding member is transferred in a state where power is supplied from the chuck transfer robot to the electrostatic chuck. Transport the chuck. In this way, the exposure operation and the alignment operation can be continuously executed in parallel, thereby improving the throughput of the apparatus.
以下、図1〜図6を参照して本発明の実施形態の詳細を説明する。 Hereinafter, the details of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図1において、照明系ユニット1、レチクルステージ2、縮小投影レンズ3は、それぞれ図8で説明した照明系ユニット101、レチクルステージ102、縮小投影レンズ103と同じである。4は露光ステージであり、基板(ウエハ)を搭載し、露光処理のために、縮小投影レンズ3の露光位置にウエハを移動する。8はX干渉計であり、露光ステージ4のX軸方向の位置を計測する。10はY干渉計であり、露光ステージ4のY軸方向の位置を計測する。以上が露光エリアを構成する。
FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of the exposure apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, an illumination system unit 1, a
また、図1において、6はアライメントスコープであり、ウエハ上のアライメントマーク(不図示)及びアライメントステージ7上のアライメント用基準マーク(図2の31A、31B)を計測し、アライメント計測を行う顕微鏡である。7はアライメントステージであり、ウエハを搭載し、アライメント計測処理のために、アライメントスコープ6の計測位置に上記ウエハ及びアライメント用基準マークを移動位置決めする。9はX干渉計であり、アライメントステージ7のX軸方向の位置を計測する。11はY干渉計であり、アライメントステージ7のY軸方向の位置を計測する。以上がアライメントエリアを構成する。
In FIG. 1,
12はチャック搬送ロボットであり、上記露光エリア内の露光ステージ4とアライメントエリア内のアライメントステージ7との間に設けられ、両ステージ上のウエハを交換するための回転上下動作を行う。なお、チャック搬送ロボット12は、両ステージ間におけるウエハの交換において、ウエハを保持した保持部材(静電チャック天板)を搬送する。5は露光装置本体であり、上述した各構成を支持する。
A
図2は露光ステージ4及びアライメントステージ7の構成を示す図である。図2に示される構成は、概ね、図9により説明したウエハステージをチャック搬送ロボットを挟んで2つ並べたような構成となっている。
FIG. 2 is a view showing the configuration of the exposure stage 4 and the
図2において、13A、13Bはそれぞれ露光ステージ4及びアライメントステージ7に搭載された静電チャック天板であり、それぞれウエハ14A及びウエハ14Bを静電吸着により位置決め保持する。14A、14Bはそれぞれウエハであり、レチクル基板に描かれたレチクルパターンを縮小露光系を通して投影転写するためにその表面にレジストが塗布された単結晶シリコン基板である。15は、露光ステージ4に設けられたスライダであり、その底面に設けられたエアーベアリング(不図示)により、露光ステージ4のステージ定盤4Aに対して浮上した状態、即ち非接触で移動可能に支持されている。16は、アライメントステージ7のスライダであり、その底面に設けられたエアーベアリング(不図示)により、アライメントステージ7のステージ定盤7Aに対して浮上した状態、即ち非接触で移動可能に支持されている。スライダ15、16は、静電チャック天板13A及び13Bをそれぞれ静電チャック機構により保持し、静電チャック天板13A及び13Bに静電吸着されたウエハ14A及び14Bをそれぞれのステージの制御位置に移動させる。
In FIG. 2,
17はXリニアモータであり、スライダ15をX方向に移動させる。19、20はYリニアモータであり、スライダ15をY方向に移動させる。18はXリニアモータであり、スライダ16をY方向に移動させる。21、22はYリニアモータであり、スライダ16をY方向に移動させる。31A,Bはステージ基準マークであり、アライメント計測用のターゲットが設けられている。32A,Bは照度センサであり、露光光の照度を計測する。なお、図9に示したXバーミラー、Yバーミラーは各静電チャック天板13A、Bに設けられるが、図2では図示を省略してある。
図3は本実施形態によるチャック搬送ロボットの制御系を説明する図である。図3において、23はチャック交換ドライバであり、チャック搬送ロボット12を駆動させる。24は宣伝チャック給電ユニットであり、チャック搬送ロボット12を通して静電チャック天板13A及び静電チャック天板13Bに設けられた静電チャック機構に給電し、ウエハを静電吸着させる。25はコントロールユニットであり、チャック交換ドライバ23及び静電チャック給電ユニット24に対して、ウエハ交換動作のための駆動と給電のタイミングを制御する。チャック搬送ロボット12を介しての給電の機構については図6により後述する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the control system of the chuck transport robot according to the present embodiment. In FIG. 3,
以上の構成において、露光ステージ4での露光動作とアライメントステージ7でのアライメント計測動作が並列的に実行され、夫々の動作を終了すると、相互のウエハ14A及び14Bを交換する動作(スワップ動作)が開始される。以下、本実施形態のスワップ動作を図3乃至図7を参照して詳細に説明する。図4A,Bは本実施形態によるウエハのスワップ動作を説明する図である。図5は図4Aに示したスワップ動作をステージ側面から見た様子を示す図である。図6はチャック搬送ロボット12を介した静電チャックへの給電の仕組みを説明する図である。また、図7はコントローラ25によるスワップ動作NO制御手順を示すフローチャートである。
In the above configuration, the exposure operation on the exposure stage 4 and the alignment measurement operation on the
まず、露光ステージ4での露光動作及びアライメントステージ7でのアライメント動作の実行時及び終了時では、チャック搬送ロボット12は、図4A(a)に示す位置(図3、図5(a)では、チャック搬送ロボット12の実線で示された状態)に退避している。そして、露光処理及びアライメント計測処理が終了すると、チャック搬送ロボットは図3及び図5(a)の破線で示すように所定の角度(本実施形態では90度)回転する(ステップS11、S12)。そして、スライダ15、16はそれぞれ図5(a)に示される位置からチャック搬送ロボット12の方へ(図5(b)の矢印方向)に移動し(ステップS13)、一端交換位置決めされる。この状態が図4A(b)である。
First, at the time of executing and ending the exposure operation on the exposure stage 4 and the alignment operation on the
図4A(b)、図5(b)に示す状態で、チャック搬送ロボット12を介して静電チャック天板13A、13Bへの給電が可能となる。この仕組みについて図6を参照して詳細に説明する。図6は、静電チャック天板13Aとチャック搬送ロボット12の結合状態での詳細を示す断面図であり、図4A(b)や図5(b)に示されるようにロボットハンドが静電チャック天板に挿入された状態が示されている。この状態で、静電チャック天板13Bに設けられた静電チャック側給電端子13Cは、ロボットハンド12Dの先端部に設けられたロボットハンド側給電端子12Aと接続される。この結果、チャック搬送ロボット12側に設けられた静電チャック給電ケーブル12Cにより供給された電位が、ロボットハンド側給電端子12Aおよび静電チャック側給電端子13Cを介して供給される。そして、静電チャック給電ケーブル13Dを通して、静電チャック電極13Eに給電される。この結果、静電チャック電極13Eに静電位が励起され、ウエハ14B側に逆電位が発生することにより、ウエハ14Bが静電吸着保持される。
In the state shown in FIG. 4A (b) and FIG. 5 (b), it is possible to supply power to the electrostatic
図6に示されるように、静電チャック天板13Bには、もう一つの静電チャック側給電端子13C’が設けられている。この静電チャック側給電端子13C’は、静電チャック天板13Bがスライダに保持された状態でスライダに設けられた給電部(不図示)と接続され、スライダを介して静電チャック電極13Eへの静電吸着のための電力供給が行なわれる。本実施形態では、図4A(b)の状態で、静電チャックへの給電経路を静電チャック側給電端子13C’から静電チャック側給電端子13Cへ切り換える(ステップS14)ことにより、給電元をスライダ16からチャック搬送ロボット12へ切り換える。
As shown in FIG. 6, the electrostatic chuck
次に、図5(c)に示すように、チャック搬送ロボット12のリフト回転軸12Bを上方向(図示矢印方向)に移動させることにより、静電チャック天板13A及び13Bを、スライダ15及び16から離脱させる。このとき、静電チャック天板13A及び13Bは、スライダ15及び16との間に設けられた静電チャック機構(不図示)によるチャック状態を解除することにより離脱動作を行う(ステップS15、S16)。
Next, as shown in FIG. 5C, the electrostatic chuck top plates 13 </ b> A and 13 </ b> B are moved to the
以上のように、露光終了時及びアライメント計測終了時においては各静電チャック天板13A、13Bに対して各スライダ15、16よりウエハを静電チャックするのに必要な電位が供給されている。そして、上記離脱動作後は、図6で説明したように、静電チャック給電ケーブル12Cより静電チャックの駆動に必要な電位が供給され、ウエハの静電吸着状態は維持される。この給電タイミングは、コントロールユニット25により制御され、コントロールユニット25からの制御指令により静電チャック給電ユニット24を介して電位が供給される。なお、上記と同じ状態で、露光ステージ4側の静電チャック天板13Aとウエハ14Aの静電吸着状態も維持される。
As described above, at the end of exposure and at the end of alignment measurement, a potential necessary for electrostatic chucking of the wafer is supplied from the
さて、図5(c)に示すように静電チャック天板13A,Bを上昇させたならば、図4A(c)に示されるようにチャック搬送ロボット12を所定の角度(本実施形態では180度とする)回転させ、図4B(a)の位置に位置決めする(ステップS17)。そして、リフト回転軸12Bを下方向へ移動し(Z位置を下げる)、スライダ15、16により静電チャック天板13B、Aをチャッククランプする(ステップS18、S19)。即ち、静電チャック天板13A、13Bとスライダ15及び16との間に設けられた静電チャック機構(不図示)に給電することにより、静電チャック天板13B、13Aはそれぞれスライダ15、16にチャッククランプされる。そして、静電チャックへの給電経路を静電チャック側給電端子13Cから静電チャック側給電端子13C’へ切り換えることにより、給電元をチャック搬送ロボット12からスライダ15へ切り換える(ステップS20)。
When the electrostatic
その後、図4B(b)に示す矢印方向にスライダ15及び16を退避させ、図4B(c)に示す様に、チャック搬送ロボット12を矢印方向に回転退避させる(ステップS21、S22)。こうして、ウエハ14A,14B及び静電チャック天板13A,Bの一連の交換動作が終了する。以上の動作を繰り返すことにより、連続的に露光ステージ4とアライメントステージ7との間でのウエハの受け渡しを行うことが可能になる。なお、アライメントステージ7に搬送された静電チャック天板が保持している露光済みのウエハはアンロードされ、その後、新しいウエハが当該静電チャック天板へロードされることになる。
Thereafter, the
以上のように、上記実施形態によれば、露光ステージとアライメントステージが独立に動作し、それぞれで露光処理とアライメント計測処理が実行される。そして、露光ステージとアライメントステージの間で、ウエハを保持した状態の静電チャック天板が交換される。静電チャック天板にはステージ基準マークが設けられているので、ウエハアライメントマークとステージ基準マークの相対位置は保持され、アライメントステージにおけるアライメント計測結果をそのまま用いることができる。従って、露光処理と次ウエハに対するアライメント計測を同時に進行させることができるので、露光装置のスループットが著しく改善される。 As described above, according to the above embodiment, the exposure stage and the alignment stage operate independently, and the exposure process and the alignment measurement process are executed respectively. Then, the electrostatic chuck top plate holding the wafer is exchanged between the exposure stage and the alignment stage. Since the electrostatic chuck top plate is provided with the stage reference mark, the relative position between the wafer alignment mark and the stage reference mark is maintained, and the alignment measurement result on the alignment stage can be used as it is. Therefore, since the exposure process and the alignment measurement for the next wafer can proceed simultaneously, the throughput of the exposure apparatus is remarkably improved.
なお、上記実施形態では詳述しなかったが、静電チャック天板に設けられた照度センサの電気的接続もスライダに保持された状態で達成される。
また、上記実施形態ではウエハ保持部材として静電チャック天板を用いたが、真空チャックを用いることも可能である。但し、この場合、ロボットハンドにバキュームラインを設け、ステージとロボットハンド間でチャック天板への排気経路を切り替えることになる。
また、ステップS14、S20における静電チャックへの給電の切り換えタイミングは、静電チャック側給電端子13C及び13C’の両方から給電される状態を経て切り替わるようにしてもよい。
Although not described in detail in the above embodiment, the electrical connection of the illuminance sensor provided on the electrostatic chuck top plate is also achieved while being held by the slider.
In the above embodiment, the electrostatic chuck top plate is used as the wafer holding member, but a vacuum chuck may be used. However, in this case, a vacuum line is provided in the robot hand, and the exhaust path to the chuck top plate is switched between the stage and the robot hand.
Further, the switching timing of power supply to the electrostatic chuck in steps S14 and S20 may be switched through a state where power is supplied from both electrostatic chuck-side
Claims (7)
前記第1ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第2ステージと、
前記第1及び第2ステージに着脱可能であり、基板を保持する保持ユニットと、
前記第2ステージに装着された保持ユニットを、基板が保持、固定された状態を保ちながら前記第1ステージへ移動し、装着させる搬送手段とを備えることを特徴とする露光装置。 A first stage for performing an exposure process;
A second stage for performing alignment measurement, operable independently of the first stage;
A holding unit that is detachable from the first and second stages and holds a substrate;
An exposure apparatus comprising: a transport unit configured to move and mount the holding unit mounted on the second stage to the first stage while maintaining a state where the substrate is held and fixed.
前記第1ステージを用いた露光処理と前記第2ステージを用いたアライメント計測処理を並列的に実行する実行工程と、
前記露光処理及び前記アライメント計測処理の終了後、前記第1ステージに装着された保持ユニットを離脱させ、前記第2ステージに装着されていた保持ユニットを該第1ステージに装着する搬送工程とを備え、
前記搬送工程において、前記第2ステージに装着された保持ユニットは、基板を保持、固定した状態を保つことを特徴とするステージ装置の制御方法。 A first stage for performing an exposure process, a second stage for performing alignment measurement, which can be operated independently of the first stage, and detachable from the first and second stages. A method for controlling a stage apparatus comprising a holding unit having a reference mark for measurement and holding a substrate, and a transfer mechanism for transferring the holding unit between the first stage and the second stage,
An execution step of executing in parallel an exposure process using the first stage and an alignment measurement process using the second stage;
After the exposure process and the alignment measurement process are completed, a transporting process is performed to disengage the holding unit attached to the first stage and attach the holding unit attached to the second stage to the first stage. ,
In the transporting process, the holding unit mounted on the second stage holds the substrate and keeps the fixed state.
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