JP2006086162A - 基板搬送方法及び半導体露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の静電チャックにより、基板を吸着する際に、各チャックの製造誤差から生じる高さ及び傾きの差や被吸着面のうねり、或は基板搬送ハンドの変形が生じた場合でも、各チャックが一様に基板に密着することにより、保持力を高めて、信頼性の高い基板搬送を行うことを目的とする。
【解決手段】基板搬送ハンドに複数の静電チャックを用いて基板を搬送する搬送装置を具備し、各静電チャックの姿勢を傾き自在、高さ自在に保持する手段を具備した。又、傾き自在、高さ自在に保持する手段として上記ハンドと各々の静電チャックの間に弾性体（フッ素ゴム）により静電チャックを挟み込むように配置した。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体製造装置、半導体検査装置等において用いられる、マスクやレクチル、又は、半導体ウエーハやガラス基板等の薄板状の基板を保持、搬送する基板保持、搬送機構に関するものであり、特に、真空雰囲気下で半導体基板を露光する半導体露光装置の静電吸着装置に関する。

半導体製造工程においてレチクルパターンをシリコンウエーハ上に投影して転写する投影露光装置として、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：極紫外）光である１３〜１４ｎｍ程度の波長の露光光を光源として使用するＥＵＶ露光装置が提案されている。

現在公表されているＥＵＶ露光装置について図７を用いて説明する。

３０６Ａはデバイスパターンの描画されたレチクル、３０３は露光領域を真空にするための真空チャンバー、３０６はレチクル３０６Ａを搭載するレチクルステージ、３２０はレチクル３０６Ａを真空チャンバー３０３内に搬入する時に使用するレチクルロードロック、３１３はレチクル３０６Ａを搬送するためのレチクルハンド、３１２はレチクル３０６Ａを真空領域内で保管する為のレチクルストッカーである。

このような、従来構成の露光装置ではロードロック３２０を通ったレチクル３０６Ａはレチクルチェンジャーハンド３１３により真空領域内のレチクルストッカー３１２へ搬送される。更に、レチクルチェンジャーハンド３１３は、レチクルストッカー３１２内のレチクル３０６Ａをレチクルステージ３０６へ搬送し露光を行う。

真空領域で静電チャックにより基板を保持する手段として、特許文献１において、半導体基板の裏面を静電吸着する手段が開示されている。又、露光装置内で静電チャックによりレチクルを保持する手段として、特許文献２公報に複数の静電チャックによるレチクル吸着が開示されている。

特開２００１−１９６２９０号公報 特開２００１−３５８０５５号公報

しかしながら、レチクルを搬送するハンドに静電チャックを用いてレチクルを保持する場合は、パターン面に異物が付着しないように露光エリア以外の部分を保持しなければならず、特許文献１（特開２００１―１９６２９０号公報）に開示されているように、ウエーハを保持する時のように、裏面全面を保持することはできない。又、一般に基板搬送ハンドは薄いハンド状を成しており、レチクルステージほど剛性がないので複数の静電チャックを配置しても、各チャック間の平面度を精密に加工することは困難であった。更に、特許文献２(特開２００１―３５８０５５号公報)に開示されているような複数静電チャックの構成では、各チャックの製造誤差から生じる高さ及び傾きの差や被吸着面のうねり等があった場合では、それぞれのチャックと被吸着面が密着することができず、よって、所望の保持力が得られず、搬送中にレチクルを落下させる危険があった。

更に、レチクル搬送ハンドに静電チャックを使用する場合には、レチクルの重さによりハンドが変形して、各チャックが一様にレチクルに密着することは困難であり、よって、所望の保持力が得られず、搬送中にレチクルを落下させる危険があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、複数の静電チャックにより基板を吸着する際に各チャックの製造誤差から生じる高さ及び傾きの差や被吸着面のうねり或は基板搬送ハンドの変形が生じた場合でも、各チャックが一様に基板に密着することにより保持力を高めて信頼性の高い基板搬送を行うことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の露光装置は、基板搬送ハンドに複数の静電チャックを用いて基板を搬送する搬送装置を具備し、各静電チャックの姿勢を傾き自在、高さ自在に保持する手段を具備した。又、傾き自在、高さ自在に保持する手段として
上記ハンドと各々の静電チャックの間に弾性体（フッ素ゴム）により静電チャックを挟み込むように配置した。

本発明によれば、複数の静電チャックにより基板を吸着する際に各チャックの製造誤差から生じる高さ及び傾きの差や被吸着面のうねり或は基板搬送ハンドの変形が生じた場合でも、各チャックが一様に基板に密着することにより、保持力を高めて、信頼性の高い基板搬送を行うことが可能となる。

本発明は、半導体製造装置、半導体検査装置等において用いられる、マスクやレチクル、又は半導体ウエーハやガラス基板等の薄板状の基板を保持、搬送する基板保持搬送機構であれば公知のものに適用される。

以下に本発明の実施の形態を説明する。

＜実施の形態１＞
図1は、本発明の実施の形態１に係る真空中におけるレチクル搬送ハンドを示す概略図である。図１において、１は光源の発光点となる光源材料をガス化、液化又は噴霧ガス化させたポイントに向けてレーザー光を照射して、光源材料原子をプラズマ励起することにより発光させるための励起レーザーで、ＹＡＧ固体レーザー等を用いる。

２は露光用光源の光源発光部で、内部は真空に維持された構造を持ち、２Ａは露光用光源の発光ポイント（以下、光源と言う）である。２Ｂは光源ミラーで、光源２Ａからの全球面光を発光方向に揃え集光反射するために、光源２Ａを中心に半球面状のミラーとして配置される。光源２Ａのポイントには、発光元素として液化Ｘｅ、液化Ｘｅ噴霧体、又はＸｅガスを不図示のノズルにより噴出させ、且つ、励起レーザー１からの光が照射される。

３は露光装置全体を格納する真空チャンバーで、真空ポンプ４により真空状態を維持することが可能である。５は光源発光部２からの露光光を導入して成形する露光光導入部で、ミラー５Ａ〜５Ｄにより構成され、露光光を均質化し、且つ、整形する。

６はレチクルステージで、レチクルステージ上の可動部には、露光パターンの反射原版である原版６Ａが搭載されている。７は原版６Ａから反射した露光パターンを縮小投影する縮小投影ミラー光学系であり、原版６Ａにより反射された露光パターンをミラー７Ａ〜７Ｅに順次投影反射し最終的に規定の縮小倍率比でウエーハ８Ａ上に縮小投影する。８はウエーハステージで、原版６Ａにより反射縮小投影されたパターンを露光するＳｉ基板であるウエーハ８Ａを、所定の露光位置に位置決めするために、ＸＹＺ、ＸＹ軸回りのチルト、Ｚ軸回りの回転方向の６軸駆動可能に位置決め制御される。

９はレチクルステージ支持体で、レチクルステージ６を装置設置床に対して支持する。１０は投影系支持体で、縮小投影ミラー光学系７を装置設置床に対して支持する。１１はウエーハステージ支持体で、ウエーハステージ８を装置設置床に対して支持する。

以上のレチクルステージ支持体９と投影系支持体１０とウエーハステージ支持体１１により分離独立して支持された、レチクルステージ６と縮小投影ミラー光学系７間及び縮小投影ミラー光学系７とウエーハステージ８間は、相対位置を位置計測し、所定の相対位置に連続して維持制御する手段（不図示）が設けられている。

又、レチクルステージ支持体９と投影系支持体１０とウエーハステージ支持体１１には、装置設置床からの振動を絶縁するマウント（不図示）が設けられている。

１２は装置外部から一旦装置内部に原版６Ａであるレチクルを保管するレチクルストッカーで、保管容器に密閉状態で異なるパターン及び異なる露光条件に合わせたレチクルが保管されている。１３はレチクルストッカー１２から使用するレチクルを選択して搬送するレチクルチェンジャーである。１４はＸＹＺ及びＺ軸周りに回転可能な回転ハンドから成るレチクルアライメントユニットで、レチクルチェンジャー１３から原版６Ａを受け取って１８０度回転することにより、レチクルステージ６端部に設けられたレチクルアライメントスコープ１５部分に搬送し、縮小投影ミラー光学系７基準に設けられたアライメントマーク１５Ａ（図９参照）に対して原版６Ａ上をＸＹＺ軸回転方向に微動してアライメントする。アライメントを終了した原版６Ａはレチクルステージ６上にチャッキングされる。

１６は装置外部から一旦装置内部にウエーハ８Ａを保管するウエーハストッカーで、保管容器に複数枚のウエーハが保管されている。１７はウエーハ搬送ロボットで、ウエーハストッカー１６から露光処理するウエーハ８Ａを選定し、ウエーハメカプリアライメント温調器１８に運ぶ。ウエーハメカプリアライメント温調器１８では、ウエーハの回転方向の送り込み粗調整を行うと同時に、ウエーハ温度を露光装置内部温調温度に合わせ込む。１９はウエーハ送り込みハンドで、ウエーハメカプリアライメント温調器１８にてアライメントと温調されたウエーハ８Ａをウエーハステージ８に送り込む。

２０及び２１はゲートバルブで、装置外部からレチクルおよびウエーハを挿入するゲート開閉機構である。２２も同じくゲートバルブで、装置内部でウエーハストッカー１６及びウエーハメカプリアライメント温調器１８の空間と露光空間とを隔壁で分離し、ウエーハ８Ａを搬入搬出するときのみ開閉する。このように、隔壁で分離することによりウエーハ８Ａの装置外部との搬入搬出の際に、一旦大気開放される容積を最小限にして、速やかに真空平衡状態にすることを可能にしている。
又、原版（レチクル）６Ａをレチクルステージ６に位置決めクランプする際は、レチクルストッカー１２に保管された原版（レチクル）６Ａをレチクルチェンジャー１３により選定搬送し、更に、レチクルアライメントユニット１４のレチクルアライメントハンド１１４Ａに、持ち替えて回転搬送すると同時に、レチクルステージ６を、レチクルアライメントスコープ１５によるレチクルアライメント位置まで移動させる。

レチクルステージ６に位置決めクランプされた原版（レチクル）６Ａは、レチクルステージ６を駆動することにより露光位置へ移動し、光源２Ａから照射された露光光により原版（レチクル）６Ａにパターニングされた回路パターンは、ミラーを介してウエーハ８Ａ上に結像される。
図２はレチクルチェンジャー13を表す概要図である。

レチクルチェンジャー１３はレチクルストッカー１２に保管されているレチクル６Ａを下方からレチクルチェンジャーハンド１３Ａによって保持し、レチクルチェンジャーハンド１３Ａへ搬送する。レチクルアライメントハンド１１４Ａにはレチクルチェンジャーハンド１３Ａとの干渉回避の為の溝が設けられており、レチクル６Ａを下方から保持した状態で受け渡しを行う。
図３はレチクルチェンジャーハンド１３Ｂを表す概要図である。

レチクルチェンジャーハンド１３Ｂには、レチクルパターン面上の露光領域を避けて、レチクルの端部４箇所を保持するための静電チャックパッド１３Ｂが取り付けられている。

図４は静電チャックパッド１３Ｂの１箇所を横から見た概要図である。

静電チャックパッド１３Ｂは絶縁体の部分と正極、負極の電極、誘電体部分で成り立っている。静電チャックはレチクル等の被吸着物体と電極の間の誘電体を介して高電圧を印加して、このとき、被吸着物体と電極との間に生じる静電気的な吸引力を利用して被吸着物を電極側に吸引保持する。

不図示の電源及び配線より、正極、負極の電極に直流高電圧が印加されると、誘電体の内部に誘電分極を生じ、誘電体の電極側に印加した電圧の極性と反対側の極性を持つ電荷分布σを生じる。これに伴って、誘電体の反対の面には同じ容量で逆極性を持つ電荷分布−σを生じ、レチクル等の被吸着物の表面には電荷分布σを生じる。このとき、誘電体と被吸着物に生じた電荷分布により静電気的な吸引力（ジョンセン―ラーベック力）が発生し、被吸着物は静電チャックに吸着される。

このとき、下からレチクルを支えている４箇所の静電チャックとレチクルの密着性が悪いと、所望の吸着力を得ることができない。一般に、基板搬送ハンドはレチクルステージほど剛性がないので複数の静電チャックを配置しても、各チャック間の平面度を精密に加工することは困難である。又、各チャックの製造誤差から生じる高さ及び傾きの差や被吸着面のうねり等があった場合では、それぞれのチャックと被吸着面が密着することができず、よって所望の保持力が得られない。更に、レチクルの重さによりハンドが変形して、各チャックが一様にレチクルに密着することは困難である。よって、所望の保持力が得られず、搬送中にレチクルを落下させる可能性があった。
そこで、本発明では、各静電チャックの姿勢を傾き自在、且つ、高さ自在に保持した。図４において、ハンドと各々の静電チャックの間には弾性体により静電チャックを挟み込むように配置した。前記弾性体は、ばねでもゴムでもスポンジでも良いが、レチクルへのケミカルコンタミの影響が小さい材質が好ましい。本実施の形態では、フッ素ゴムを使用した。レチクルが静電チャック上に受け渡されると、レチクルの自重により、各静電チャックが垂直方向変位を行いながらイコライズすることにより各チャック全面がレチクルに密着する。よって、レチクル保持力が大きくなり、高速、高信頼性の搬送が実現する。又、弾性体をチャックとハンドの間だけでなくチャックと固定ねじの間にも配置したため、上方向から常に軽い力が掛かり、搬送中の振動があってもレチクルに伝わり難いというメリットがある。

図５（ａ）は静電チャックの高さのみ移動でき、傾きは変えることができない場合のレチクルとチャックの密着性を表す図である。高さのみの移動では静電チャック自身の傾きやレチクルのうねり等に追従できず、密着性が悪いことが分かる。図５（ｂ）は静電チャックの傾きのみ移動でき、高さは変えることができない場合のレチクルとチャックの密着性を表す図である。図５（ｂ）のように直線上に３箇所のチャックがある場合は２箇所のチャックには追従できるが、３箇所目のチャックはチャック間の高さ誤差やレチクルのうねり等に追従できないことが分かる。レチクル端部の４箇所にチャックを配置した場合では、３箇所のチャックまでは追従できるが４箇所目のチャックは密着できない。よって、本発明のように各静電チャックの姿勢を傾き自在、且つ、高さ自在に保持した場合のみ、各チャックが一様にレチクルに密着することができる。

＜実施の形態２＞
図６は本発明の実施の形態２に係る静電チャックパッド１３Ｂの１箇所を横から見た概要図である。

本実施の形態では、弾性体とハンド、静電チャックを接着している。前記弾性体は、ばねでもゴムでもスポンジでも良いが、レチクルへのケミカルコンタミの影響が小さい材質が好ましい。本実施の形態ではフッ素ゴムを使用した。接着剤についてもケミカルコンタミの影響が小さい材質が好ましい。本実施の形態ではエポキシ系接着剤を使用した。本実施の形態の構成でも実施の形態１と同様にレチクルが静電チャック上に受け渡されると、レチクルの自重により各静電チャックが垂直方向変位を行いながらイコライズすることにより、各チャック全面がレチクルに密着する。よって、レチクル保持力が大きくなり高速、高信頼性の搬送が実現する。又、弾性体をチャックとハンドの間だけでなく、チャックと固定ねじの間にも配置したため、上方向から常に軽い力が掛かり、搬送中の振動があってもレチクルに伝わり難いというメリットがある。

本発明の実施の形態１に係る露光装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るレチクルチェンジャーの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るレチクルチェンジャーハンドの構成を示す図である。 図３に示した静電チャックパッドの構成を示す図である。 （ａ）は静電チャックの高さのみ移動でき、傾きは変えることができない場合のレチクルとチャックの密着性を表す図、（ｂ）は静電チャックの傾きのみ移動でき、高さは変えることができない場合のレチクルとチャックの密着性を表す図である。 本発明の実施の形態２に係る静電チャックパッド１３Ｂの１箇所を横から見た概要図である。 従来のＥＵＶ露光装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 励起レーザー
２ 光源発光部
２Ａ 光源
３ 真空チャンバー
４ 真空ポンプ
５ 露光光導入部
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ ミラー
６ レチクルステージ
６Ａ 原版（レチクル）
６Ｂ レチクルチャックスライダー
６Ｃ レチクル駆動手段
６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、６Ｊ、６Ｋ、６Ｌ 静電チャック電極
６Ｍ、６Ｎ、６Ｐ、６Ｑ ギャップセンサー
７ 縮小投影ミラー光学系
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ ミラー
８ ウエーハステージ
８Ａ ウエーハ
９ レチクルステージ支持体
１０ 投影系支持体
１１ ウエーハステージ支持体
１２ レチクルストッカー
１３ レチクルチェンジャー
１３Aレチクルチェンジャーハンド
１３B 静電チャックパッド
１４ レチクルアライメントユニット
１４Ａ レチクルアライメントハンド
１５ レチクルアライメントスコープ
１５Ａ レチクルアライメントマーク
１６ ウエーハストッカー
１７ ウエーハ搬送ロボット
１８ ウエーハメカプリアライメント温調器
１９ ウエーハ送り込みハンド
２０、２１、２２ ゲートバルブ
１１４Ａ レチクルアライメントハンド
３０３ 真空チャンバー
３０６ レチクルステージ
３０６Ａ 原版（レチクル）
３１２ レチクルストッカー
３１３ レチクルチェンジャー
３２０ ゲートバルブ

Claims (6)

1. 基板搬送ハンドに複数の静電チャックを用いて基板を搬送する搬送装置を具備し、各静電チャックの姿勢を傾き自在、且つ、高さ自在に保持する手段を具備したことを特徴とする基板搬送方法。
2. 傾き自在、且つ、高さ自在に保持する手段として上記ハンドと各々の静電チャックの間に弾性体を配置することを特徴とする請求項１記載の基板搬送方法。
3. 
   前記弾性体は、フッ素ゴムであることを特徴とする請求項２記載の基板搬送方法。
4. 基板搬送ハンドに複数の静電チャックを用いて基板を搬送する搬送装置を具備し、各静電チャックの姿勢を傾き自在、且つ、高さ自在に保持する手段を具備したことを特徴とする半導体露光装置。
5. 
   傾き自在、且つ、高さ自在に保持する手段として、上記ハンドと各々の静電チャックの間に弾性体を配置したことを特徴とする請求項４記載の半導体露光装置。
6. 
   前記弾性体はフッ素ゴムであることを特徴とする請求項４記載の半導体露光装置。

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