JP2005044893A - 基板保持装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板保持装置、より好ましくは静電吸着による基板保持装置において、短時間で基板を位置合わせして保持することを目的とする。
【解決手段】基板保持手段1の基板保持面から突出する支持部材21で基板100を基板保持手段1の基板保持面と分離して支持した状態で、基板100と基板保持手段1の位置関係を調整した後に、基板100を所定の状態で基板保持手段1に保持する基板保持装置において、基板100と基板保持手段1の位置関係を調整する前は、基板保持手段1は基板100を所定の状態で保持するための第一保持力より小さい第二保持力もしくは零の保持力で基板100を保持する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造分野でウエハ等の基板を保持する基板保持装置、好ましくは半導体デバイス等を製造するための露光装置等において、基板を保持する基板保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置や液晶表示用装置等のデバイスを製造する工程で利用される露光装置は、マスクやレチクル等の原版や半導体ウエハやガラス基板等の被露光基板(以下、これらを基板と総称する)を保持する基板保持装置を有する。
【0003】
従来の基板保持装置としては、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。特許文献1では、プリアライメントが終了してウエハチャックに受け渡されたウエハのアライメントマークとのずれ量を計測し、そこから算出されるウエハの補正量がXYθステージの最大駆動量より大きいときに、XYθステージを最大駆動量だけ駆動させて、ウエハ受取用チャック(以下、ピンと記載)に持ち換えて、XYθステージを駆動前の状態に戻して、再度ウエハチャックに持ち換えて駆動させることを繰り返すことで、ウエハを補正することが開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−044093号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハをウエハチャックからピンに持ち換えて、ウエハのずれ量の補正を行う基板保持装置では、ウエハをウエハチャックに保持するたびに露光時と同等の力で吸着を行っていたため、ウエハチャックからピンに持ち換えるときに吸着の解除を待つ必要がある。また、時間短縮のためにピンでウエハを強く突き上げてしまうとウエハが大きくずれてしまう可能性がある。
【0006】
近年、露光装置は高解像度を実現するために露光光の短波長化が進んでいる。露光光の短波長化によって、露光環境として真空雰囲気内での露光が求められている。真空雰囲気内では、ウエハの保持は真空吸着ではなく静電吸着によって行う必要があるが、静電吸着は脱着時間が非常に長いため、上述の問題がスループット低下の原因となる。
【0007】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、短時間で基板を位置合わせして保持できる基板保持装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の問題を解決するために、本発明では、基板保持手段の基板保持面から突出する支持部材で基板を前記基板保持手段の基板保持面と分離して支持した状態で、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整した後に、前記基板を所定の状態で前記基板保持手段に保持する基板保持装置において、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前は、前記基板保持手段は前記基板を所定の状態で保持するための第1保持力より小さい第2保持力で前記基板を保持することを特徴としている。
【0009】
また、より好ましくは前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前に、前記基板保持手段が前記第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持した状態で、前記基板の位置ずれ量を計測する計測位置まで前記基板保持手段を移動させることが望ましい。
【0010】
また、より好ましくは前記基板と該基板を位置合わせするための基準座標との位置ずれ量を補正するように、前記基板保持手段を移動させることが望ましく、該位置ずれ量が回転方向の位置ずれ量であることがさらに望ましい。
【0011】
また、より好ましくは前記基板と前記基板保持手段の位置関係の調整を複数回行い、前記複数回のうち少なくとも一回の位置関係の調整の前で、第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持することが望ましい。
【0012】
また、より好ましくは前記基板保持手段が静電力によって前記基板を保持することが望ましい。
【0013】
(作用)
本発明によれば、基板保持装置において、短時間で基板を位置合わせして保持できる。
【0014】
さらに、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前に、前記基板保持手段が前記第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持した状態で、前記基板の位置ずれ量を計測する計測位置に移動、もしくは基準座標との位置ずれ量を補正するように前記基板保持手段が移動することで、短時間で基板と基準座標との位置合わせを行うことができる。
【0015】
さらに、前記位置ずれ量が回転方向の位置ずれ量であると、基板保持手段の回転方向のストロークは制限があるので、前記基板と前記基板保持手段の位置関係の調整がより必要となり、効果的にスループットを向上できる。
【0016】
さらに、前記基板と前記基板保持手段の位置関係の調整を複数回行うときに、そのうちの少なくとも一回の位置関係調整前の基板保持を第二保持力もしくは零の保持力で保持することでスループット向上の効果はあり、第二保持力もしくは零の保持力で保持する回数を多くするほどスループットは向上する。
【0017】
さらに、静電吸着は真空吸着と比べて吸着解除に時間がかかるため、前記基板を静電吸着によって保持する場合には、より効果的にスループットを向上することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
<第1の実施形態>
図1は、本発明に係る第1の実施形態を表す図である。基板保持装置は露光装置に搭載されており、Z方向は露光光軸方向である。基板保持装置は、Z軸方向と垂直なXY方向に長ストローク移動可能な不図示ステージ上に設けられた天板支持台41と、天板支持台41に対してZ方向と、Z軸回りの回転方向に短ストロークで移動可能な天板40と、天板40上に固定され、基板であるウエハ100を保持する基板保持手段としてのチャック1を有している。天板40には、不図示の干渉計で位置計測をするための計測ミラー50が搭載されている。
【0019】
チャック1には小さな切り欠き15が3つ設けられ、そこからウエハ100の支持部材としてのピン21がZ方向に貫通できるようになっている。ピン21はピン動作ユニット2に固定されており、ピン動作ユニット2は天板支持台41に対してZ方向に移動自在に支持されている。このため、ピン動作ユニット2がZ方向に駆動することにより、ピン21はチャック1と独立にZ方向に駆動する。これらの駆動機構に関しては周知であるため、詳細な説明は省略する。
【0020】
図2は、図1(b)の切り欠き15を矢印方向から見た拡大図である。切り欠き15は図2に示すように、ウエハ中心の回転方向にピン21が自由度を有する形状となっている。切り欠き15は、吸着時のウエハの平面度を損なわないためにも小さい方が望ましい。チャック1にはウエハ保持部11が設けられており、段落ち部12より5〜100μmぐらいZ方向に高くなっている。ウエハ100を吸着する時、ゴミ等をウエハ保持部11とウエハ100との間に挟み込まないようにするためにも、ウエハ保持部11の面積はできるだけ小さい方が望ましく、またXY方向におけるウエハ保持部11間のピッチをあまり大きくすると、ウエハ100の変形などを引き起こすためより小さい方が望ましい。
【0021】
チャック1には双極型の静電チャックを用いており、極板13,13’がチャック1内に埋め込まれている。極板13,13’にはリード線18、18’が接続されており、チャック1で静電吸着させるときは、極板13、13’に+V、−Vの電圧を印可する(図1(c)の状態)。
【0022】
なお、ここで双極型の静電チャックを適用しているが、図1(d)に示すような、単極形の静電チャック1’を適用しても構わない。ただし、ウエハ100に導電性針19を打ち込み、ウエハ100の電位を零にしなければならない。
【0023】
さらに、ウエハ100をウエハ保持面から分離した状態でピン21で支持しているときにウエハ100がずれないように、ピン21のウエハ支持面に静電チャックを構成してウエハ100を吸着してもよい。
【0024】
本実施形態においては、ピン21はZ方向に移動可能で、Z軸回りの回転方向には移動しない。これは、ピンをZ軸周りの回転方向に移動させるには、切り欠き15を大きくしなければならず、このことは前述のようにウエハを吸着する際に平面度を低下させるためである。チャック1を搭載した天板40のZ方向の移動量はピン21のZ方向の移動量よりも小さく、Z軸回りの回転方向に移動可能な構成としている。なお、本発明はこのような機構に限られるものではなく、例えばピン21をZ軸回りの回転方向に移動可能にしてもよく、天板40のZ方向の移動量を大きくしてもよい。つまり、ウエハ100をチャック1からピン21に受け渡して、ウエハ100をチャック1に対して相対的に回転させることができる機構であればよい。また、天板40を駆動させる機構は、チャック1そのものを移動もしくは駆動させる機構と実質的に同等であるものとする。
【0025】
次にウエハ受け渡し時におけるシーケンスを、図3を用いて説明する。
【0026】
まず、天板保持台41および天板40は不図示ステージとともにウエハ受け渡し位置まで移動する。オリフラもしくはノッチ等によってプリアライメントされたウエハ100は、不図示の搬送アームで下面を保持されたまま、天板40上のチャック1近傍上空に搬送される。すると、ピン21のウエハ支持面(上端面)がチャック1のウエハ保持(チャック)面としての上面より突出する(図1(a)の状態)。このとき、ウエハ100は、不図示の搬送アーム(搬送ハンド)からピン21のウエハ支持面上に受け渡される。
【0027】
そして、搬送アームがチャック1の近傍上空より退避するのを待って、ピン21のウエハ支持面はチャック1のウエハチャック面よりZ方向に低い位置に下降する(図1(b)の状態)。これにより、ウエハ100は、ピン21からチャック1に受け渡される(図3のステップ1020)。この際、ピン21はチャック1のウエハチャック面(上面)に対して相対的に上昇または下降すればよく、どちらを駆動させても構わない。
【0028】
ウエハ100がチャック1に受け渡されると、天板保持台41は不図示ステージとともにXY方向へマーク計測位置まで移動する。この間、静電チャック(極板13,13’)には、所定の状態(たとえば露光時と実質的に同等の状態)で最終的に吸着固定するための第一保持力を発生するための電圧+V、−Vを印可せず、それよりも小さい第二保持力を発生させるために電圧+v(<V)、−v(>−V)の微弱な電圧をかけるか、v=0として電圧を全くかけないようにして、第二保持力を0としている。
【0029】
印加する電圧は小さいほどウエハの脱着時間が短くできるが、移動時に基板がずれないよう留意する必要がある。また、真空中においては基板のずれが低減されるため、有利である。
【0030】
次に、マークを計測することにより、基板上のパターン座標を、回転方向に合わせこむアライメントのシーケンス(ステップ1030)に入る。
【0031】
図4(a)は、マーク計測時の状態である。ウエハ100には2カ所にマーク101、101’が設けられており、図中の符番99が合わせこみたい基準座標とする。また、破線はピン21を表している。ウエハ100はオリフラ等によって位置合わせをしても、基準座標99に対して回転方向にθiというずれ量を生じてしまう。したがって、ウエハ100を基準座標99に高精度に合わせるために、ウエハ100を搭載したチャック1を天板40とともに回転させる必要がある。
【0032】
しかし、天板40はZ軸回りの回転方向に所定量(所定ストローク)のみ移動可能であり、移動可能な回転量(回転ストローク)θmが回転方向のずれ量θiよりも小さいと、図4(b)に示すように、1回の移動だけではウエハ100は基準座標99に対して、無視できない回転ずれ量θ1(=θi−θm)が残る。そこで、ウエハ上の2点以上のマークに対して、ハロゲンランプを照射し、散乱光をCCDカメラで検出、画像処理することことで、ずれ量θiを算出し、1回の回転で補正できるかどうかを判定する(ステップ1040)。なお、ずれ量の計測方法は一例であり、この限りではない。
【0033】
ステップ1040で1回目の判定がNOの場合、ウエハ100はチャック1に保持されたまま、移動可能な回転量だけ回転し、その後にピン動作ユニット2によりピン21はチャック1に対して相対的に上昇し、そのウエハ支持面としての上端面にウエハ100がチャック1から受け渡される(ステップ1041)。このとき、ウエハ100の下面とチャック1のウエハチャック面との間には、静電吸着力は作用していないか、もしくは非常に弱いので、吸着解除を待つ時間は零もしくはわずかであり、チャック1からピン21へウエハ100は短時間で受け渡される。
【0034】
ウエハ100がピン21に保持された状態で、図4(c)に示すように、チャック1および天板40は−θmだけ回転駆動する(ステップ1041)。この回転駆動によって、ウエハ100とチャック1および天板40の回転方向の相対位置関係を調整する。なお、本実施形態ではピン21を回転させない機構となっているが、ピン21が回転方向に駆動可能であるときにはチャック1の回転とともにピン21を正の回転方向に回転させるようにしてもよい。このことで、一回の補正での回転量を大きくできる。チャック1の回転駆動後に、ピン動作ユニット2によりピン21はチャック1に対して相対的に下降し、ウエハ100はピン21よりチャック1に受け渡される。ピン21を回転駆動させたときには、チャック1に受け渡した後にピン21を回転したストロークだけ戻すようにする。
【0035】
ここで残った回転ずれ量θ1を再度計測して(ステップ1043)、回転ずれ量θ1が2回目の回転で補正できるかどうか(θmより小さいかどうか)を判定する(ステップ1044)。判定がNOの場合、ウエハ100とチャック1を再度θm回転させて、ステップ1041以降の行程を再度行う。
【0036】
ステップ1040またはステップ1044で判定がYESの場合、チャック1(天板40)はウエハ100をθ1(ステップ1040のときはθi)だけ回転させる。それによりウエハ100は、図4(d)に示すように、基準座標99に誤差なく配置されたことになる。ただし、チャック1は天板40とともにθd(=θ1−θm)回転した状態(ステップ1040のときはθi回転した状態)で以降のプロセスにはいる。このとき、初めて静電チャックとしての極板13、13’に電圧+V、−Vが印可され、ウエハ100をチャック1上に吸着する(ステップ1050)。
【0037】
本実施形態においては、位置計測ミラー50は天板40に保持されているので、天板40と共にZ軸回りの回転方向に移動しているが、回転方向の移動量は正確にわかっているため、アッベ誤差は補正することで対応できる。
【0038】
以上により一連の受け渡しおよび位置合わせ動作が完了し、チャック1はウエハ100を静電吸着により保持しながら、たとえばファインアライメントや露光プロセスに移行する(ステップ1060)。
【0039】
なお、本実施形態では、受け渡し位置で搬送アームから受け渡されたウエハ100を、マーク計測位置まで移動させて回転位置ずれ量を計測しているが、受け渡し位置に位置ずれを計測する機構を設けることで、それらの移動を省略することができる。この場合、移動時間がなくなる上、ウエハの移動にともなう位置ずれが軽減するため、第二保持力をさらに小さくできるのでスループットが向上する。
【0040】
なお、本実施形態では、ステップ1043〜1044で一回目のウエハの回転で残った回転ずれ量θ1を計測して、チャック1の回転ストロークθmの内であるか判定を行っているが、これは受け渡しの度に起こりうる位置ずれの影響をなくして、より高精度に位置合わせするために毎回計測を行っているものであり、ステップ1030〜1040において、回転ずれ量θiが何回で補正できるかを算出することでステップ1043〜1044の位置ずれ量計測および判定を省略してもよい。
【0041】
なお、本実施形態でウエハ100とチャック1の位置関係の調整が複数回行われている場合、そのうちの少なくとも一回の位置関係の調整前で第二保持力もしくは零の保持力で保持していれば、スループット向上の効果はある。
【0042】
<第2の実施形態>
図5は、本発明の基板保持装置を用いた半導体デバイス製造用の露光装置を示す。
【0043】
この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルRを介して基板としての半導体ウエハW上に光源161からの露光エネルギーとしての露光光(この用語は、可視光、紫外光、EUV光、X線、電子線、荷電粒子線等の総称である)を投影系としての投影レンズ(この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である)162を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。
【0044】
この露光装置は、定盤151上にガイド152とリニアモータ固定子121を固設している。前述と同様に、リニアモータ固定子121は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子111は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子111を可動部153として、ステージである可動ガイド154に接続し、リニアモータM1の駆動によって可動ガイド154を紙面法線方向に移動させる。可動部153は、定盤51の上面を基準に静圧軸受155で、ガイド152の側面を基準に静圧軸受156で支持される。
【0045】
可動ガイド154を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ157は静圧軸受158によって支持されている。この移動ステージ157は、上記と同様のリニアモータM2によって駆動され、可動ガイド154を基準に移動ステージ157が紙面左右方向に移動する。移動ステージ157の動きは、移動ステージ157に固設したミラー159および干渉計160を用いて計測する。
【0046】
移動ステージ157に搭載したチャック上に基板であるウエハWを保持し、光源161、投影光学系162によって、原版であるレチクルRのパターンをウエハW上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。
【0047】
<第3の実施形態>
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図6は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク作製)では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【0048】
一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ5によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の組み立て工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ7でこれを出荷する。
【0049】
上記ステップ4のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するCVDステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、基板保持装置において、短時間で基板を位置合わせして保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における基板保持装置を表す図
【図2】切り欠き周辺を表す図
【図3】位置合わせのシーケンスを表すフローチャート図
【図4】位置合わせにおけるウエハとチャックの位置を表す図
【図5】第2の実施形態に係る露光装置を表す図
【図6】第3の実施形態に係る半導体製造プロセスを表す図
【符号の説明】
1 静電チャック
2 ピン動作ユニット
13,13’ 極板
15 切り欠き
18,18’ リード線
19 導電性針
21 ピン
40 天板
41 天板支持台
50 位置計測ミラー
100 ウエハ
111 リニアモータ可動子
112 リニアモータ固定子
M1,M2 リニアモータ
151 定盤
152 ガイド
154 可動ガイド
155,156,158 静圧軸受
157 移動ステージ
159 ミラー
160 干渉計
161 光源
162 投影光学系
W ウエハ
R レチクル

Claims (18)

  1. 基板保持手段の基板保持面から突出する支持部材で基板を前記基板保持手段の基板保持面と分離して支持した状態で、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整した後に、前記基板を所定の状態で前記基板保持手段に保持する基板保持装置において、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前は、前記基板保持手段は前記基板を所定の状態で保持するための第一保持力より小さい第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持することを特徴とする基板保持装置。
  2. 前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前に、前記基板保持手段が前記第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持した状態で、前記基板の位置ずれ量を計測する計測位置まで前記基板保持手段を移動させることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
  3. 前記基板と該基板を位置合わせするための基準座標との位置ずれ量を補正するように、前記基板保持手段を移動させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の基板保持装置。
  4. 前記位置ずれ量が回転方向の位置ずれ量であることを特徴とする請求項3に記載の基板保持装置。
  5. 前記基板と前記基板保持手段の位置関係の調整を複数回行い、前記複数回のうち少なくとも一回の位置関係の調整の前で、第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の基板保持装置。
  6. 前記基板保持手段が静電力によって前記基板を保持することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の基板保持装置。
  7. 前記所定の状態において、前記基板を露光することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の基板保持装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の基板保持装置を用いて基板の保持を行うことを特徴とする露光装置。
  9. 請求項8に記載の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造方法。
  10. 基板保持手段の基板保持面から分離して支持された状態で、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整した後に、前記基板を所定の状態で前記基板保持手段に保持する基板保持方法において、前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前は、前記基板を所定の状態で保持するための第一保持力より小さい第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持することを特徴とする基板保持方法。
  11. 前記基板と前記基板保持手段の位置関係を調整する前に、前記基板保持手段が前記第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持した状態で、前記基板の位置ずれ量を計測する計測位置まで前記基板保持手段を移動させることを特徴とする請求項10に記載の基板保持方法。
  12. 前記基板と該基板を位置合わせするための基準座標との位置ずれ量を補正するように、前記基板保持手段を移動させることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の基板保持方法。
  13. 前記位置ずれ量が回転方向の位置ずれ量であることを特徴とする請求項12に記載の基板保持方法。
  14. 前記基板と前記基板保持手段の位置関係の調整を複数回行い、前記複数回のうち少なくとも一回の位置関係の調整の前で、第二保持力もしくは零の保持力で前記基板を保持することを特徴とする請求項10〜13のいずれか一つに記載の基板保持方法。
  15. 前記基板保持手段が静電力によって前記基板を保持することを特徴とする請求項10〜14のいずれか一つに記載の基板保持方法。
  16. 前記所定の状態において、前記基板を露光することを特徴とする請求項10〜15のいずれか一つに記載の基板保持方法。
  17. 請求項10〜16のいずれか一つに記載の基板保持方法を用いて基板の保持を行うことを特徴とする露光装置。
  18. 請求項17に記載の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造方法。
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