JP2006086387A

JP2006086387A - 基板搬送装置、露光装置及び基板搬送方法

Info

Publication number: JP2006086387A
Application number: JP2004270637A
Authority: JP
Inventors: Motoko Suzuki; 素子鈴木; Noriyuki Hirayanagi; 徳行平柳
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】基板の温度を正確に制御できる搬送装置等を提供すること。
【解決手段】ランプを照射していない場合、ランプはランプケース及びシャッタで熱的
にシールドされているため、全ての基板に対して基板に加える熱量が一定となり、基板温
度の一定の上昇が可能な基板搬送装置を提供することができる。従って、搬送装置による
基板温度制御が正確になり、基板毎の温度のばらつきが少なくなり、高精度の露光を行な
うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィに用いられる露光装置及びそのような露光
装置にウエハ及びレチクル（マスク）等の基板を供給する基板搬送装置に関する。特には
、真空下で露光を行う、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線やＸ線を用いた露光装
置等に関する。

電子ビーム露光装置やＸ線露光装置のように真空雰囲気下で露光を行う装置においては
、ウエハ及びレチクル（マスク）は、大気雰囲気中におかれているカセットから取り出さ
れてプリアライナ装置等でプリアライメントされた後、ロードロック室と呼ばれる室やロ
ードチャンバに搬送される。ロードロック室には真空ポンプが付設されており、室内を真
空に引くことができる。ロードロック室では、プリアライナから常圧下でウエハまたはレ
チクル（マスク）を受け取り、室内を真空に引いた後、これらを露光装置内に移動する。

通常、ウエハの場合、ロードロック室を真空排気する際、気体の断熱膨張により同室内
に置かれたウエハの温度が２〜４℃程度低下する。このように温度が低下すると、温度変
化によってウエハが歪むことがある。一例では、径が２００ｍｍのＳｉウエハにおいて、
１℃の温度変化で約０．５μｍの寸法変化が生じる。このような寸法変化により高精度パ
ターンを得ることができなくなる。したがって、温度が元の温度に上昇するまで数十分間
待機したり、露光前にアライメントを何度もやり直す必要がある。

そのため、大気中でのプリアライメント終了後に、ランプによってウエハＷを予め加熱
している。これにより、ロードロック室で真空排気する際、気体の断熱膨張により室内に
置かれたウエハの温度が低下しても、ウエハの温度は元の標準温度程度に戻るため、ウエ
ハの温度変化による寸法変化が起きない。
特開２００３−３１４７０号公報

上記装置では、ウエハカセットに数枚から数十枚のウエハが置かれている。露光装置で
このウエハを露光する際には、ほぼ一定の間隔でウエハが送り出され、それぞれのウエハ
が昇温された後、露光される。しかし、昇温手段はそれ自体に熱容量があり、昇温手段に
よる加熱を停止した後でも所定量の熱量を発散し続ける。そのため、例えば、昇温手段の
上にウエハを待機させると、昇温手段で加熱していなくとも、直前の昇温手段の作動に伴
う余熱の影響で、ウエハに必要とされない熱量が加わってしまう。この状態で昇温手段を
通常通り作動させると必要以上の熱量がウエハに加わることになり、ウエハの温度が必要
以上に上がってしまい、ウエハに寸法変化が生じてしまう。また、昇温手段による熱量は
蓄積される傾向があるため、所定の枚数を処理する基板処理シーケンスにおける最初の１
枚に比べ、最後の１枚に加わる熱量が多くなり、ウエハ毎に寸法変化が生じてしまう場合
があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、全ての基板に対して、基板に加え
る熱量が一定となり、基板温度の一定の上昇が可能な基板搬送装置及びそのような基板搬
送装置を備えた露光装置、並びに基板搬送方法を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、「基板を１枚毎に昇温させる昇温手段を備え、真空下でパタ

ーンを形成する露光装置に前記基板を供給する基板搬送装置であって、前記昇温手段と前
記基板の間に、開閉可能な遮蔽シャッタを設けたことを特徴とする基板搬送装置」
（請求項１）を提供する。本発明によれば、全ての基板に対して、基板に加える熱量が一
定となり、基板温度の一定の上昇が可能な基板搬送装置を提供することができる。従って
、搬送装置による基板温度制御が正確になり、基板毎の温度のばらつきが少なくなる。

また、「前記昇温手段は、ランプであることを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置
」（請求項２）を提供する。本発明においては、非接触で効率的に基板を昇温させること
のできる基板搬送装置を提供することができる。

また、「前記昇温手段の作動に合わせて前記シャッタが開くことを特徴とする請求項１
又は２記載の基板搬送装置」（請求項３）を提供する。本発明においては、必要に応じて
シャッタを開閉することにより、ランプによる余熱の影響を制御することができる。

また、「前記昇温手段は、真空下の断熱冷却による前記基板の温度の低下分にほぼ等し
い温度だけ、前記基板を昇温することを特徴とする請求項１、２又は３記載の基板搬送装
置」（請求項４）を提供する。本発明においては、真空下の断熱冷却による温度の低下
分を正確に補正し、高精度の温度管理が可能となる。

また、「真空下において、レチクル基板（マスク基板含む）上のパターンをエネルギ線
を用いてウエハ基板上に転写する露光装置であって、請求項１から４いずれか１項記載の
基板搬送装置を備えることを特徴とする露光装置」（請求項５）を提供する。本発明にお
いては、全ての基板に対して、基板に加える熱量が一定となり、基板温度の一定の上昇が
可能な露光装置を提供することができる。従って、基板温度制御が正確になり、基板毎の
温度のばらつきが少なくなり、高精度の露光を行なうことができる。

また、「基板を１枚毎に昇温させる昇温手段を備え、真空下でパターンを形成する露光
装置に前記基板を供給する基板搬送方法であって、前記昇温装置の作動に合わせて前記シ
ャッタを開くことを特徴とする基板搬送方法」（請求項６）を提供する。本発明において
は、全ての基板に対して、基板に加える熱量が一定となり、基板温度の一定の上昇が可能
な基板搬送方法を提供することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ランプを照射していない場合、ラン
プはランプケース及びシャッタで熱的にシールドされているため、全ての基板に対して、
基板に加える熱量が一定となり、基板温度の一定の上昇が可能な基板搬送装置を提供する
ことができる。従って、搬送装置による基板温度制御が正確になり、基板毎の温度のばら
つきが少なくなり、高精度の露光を行なうことができる。

以下、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る基板搬送装置を
模式的に説明する図である。図２は、図１の基板搬送装置を備える露光装置の光学系全体
における結像関係及び制御系の概要を示す図である。図３は、本発明の実施形態に係わる
搬送装置の詳細を説明する図である。

まず、図２を参照して、露光装置全体の構成を説明する。電子線露光装置１００の上部
には、光学鏡筒１０１が配置されている。光学鏡筒１０１には、真空ポンプ（図示せず）
が接続されており、光学鏡筒１０１内を真空排気している。

光学鏡筒（マスクチャンバも含む）１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており

、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、順にコンデンサレンズ１０
４、電子線偏向器１０５、マスクＭが配置されている。電子銃１０３から放射された電子
線は、コンデンサレンズ１０４によって収束され、続いて、偏向器１０５により図の横方
向に順次走査され、光学系の視野内にあるマスクＭの各小領域（サブフィールド）の照明
が行われる。なお、照明光学系は、ビーム成形開口やブランキング開口等（図示せず）も
有している。

マスクＭは、マスクステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等に
より固定されている。マスクステージ１１１は、マウントボディ１１６に載置されている
。

マスクステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。駆動装
置１１２は、ドライバ１１４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、マスク
ステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が設置されている。レーザ干渉
計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたマスク
ステージ１１１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装
置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。このよう
にして、マスクステージ１１１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御するこ
とができる。

マウントボディ１１６の下方には、ウエハチャンバ１０６（真空チャンバ）が示されて
いる。ウエハチャンバ１０６には、真空ポンプ（図示せず）が接続されており、チャンバ
内を真空排気している。ウエハチャンバ１０６には、真空ロードチャンバ３３やロードロ
ック室２７等から構成されるウエハ搬送機構（ウエハローダ）が接続している。このウエ
ハ搬送機構については後述する。

ウエハチャンバ１０６内の投影光学系鏡筒（図示せず）には、プロジェクションレンズ
１２４、偏向器１２５等が配置されている。さらにその下方のウエハチャンバ１０６の底
面上には、ウエハステージ（精密機器）１３１が載置されている。ウエハステージ１３１
の上部には、チャック１３０が設けられており、静電吸着等によりウエハＷが固定されて
いる。

マスクＭを通過した電子線は、プロジェクションレンズ１２４により収束される。プロ
ジェクションレンズ１２４を通過した電子線は、偏向器１２５により偏向され、ウエハＷ
上の所定の位置にマスクＭの像が結像される。なお、投影光学系は、各種の収差補正レン
ズやコントラスト開口（図示せず）なども有している。

ウエハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。駆動装
置１３２は、ドライバ１３４を介して、制御装置１１５に接続されている。また、ウエハ
ステージ１３１には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が設置されている。レーザ干渉
計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウエハ
ステージ１３１の正確な位置情報が制御装置１１５に入力される。それに基づき、制御装
置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。このよう
にして、ウエハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御するこ
とができる。

次に、図１及び図３を参照して、この露光装置の基板搬送装置について説明する。図１
に示すように、複数枚のウエハが収容されるウエハカセット（容器）１０、第1プリアラ
イナ２０、搬送用ロボットアーム２５は、大気中に配置されている。ウエハＷの下方には
、ランプ２１が配置されている。このランプ２１は、ウエハＷの下面を照射する。

図３は、ランプ２１の周囲の構成を示した図である。ランプ２１はランプケース２６で
周囲を取り囲まれている。ランプケース２６の材質は断熱性能の高いものならばどのよう
な材料を用いても構わない。ランプケース２６の上方は開口があいており、その開口を覆
うようにシャッタ２４が配置されている。シャッタ２４の材質は熱伝導率の小さいものが
好ましい。シャッタ２４は必要に応じて開閉し、シャッタ２４が開いた状態で、ランプ２
１を照射するとランプ２１からの熱は直接外に向かって放出される。シャッタ２６閉じた
状態では、シャッタ２４はランプケース２６の開口部を閉じ、ランプケース２６内部の熱
を外部に漏らさない構造となっている。

第１プリアライナ２０には、回転可能なウエハ支持部２２（図示せず）、ウエハＷの外
周に形成されたノッチの位置を検出するセンサ２３（図示せず）が備えられている。ウエ
ハＷはウエハ支持部２２（図示せず）に支持され、同支持部を１回転以上回転させる間に
、センサ２３（図示せず）でウエハＷのノッチの位置を検出する。

第１プリアライナ２０は、ロードロック室２７の近傍に配置されている。ロードロック
室２７の入口には、ゲートバルブ２９が設けられている。また、ロードロック室２７は、
ゲートバルブ３１を介してウエハ真空ロードチャンバ３３に接続している。ウエハ真空ロ
ードチャンバ３３内には、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５が配置されている。ウエ
ハ真空ロードチャンバ３３はゲートバルブ３９を介してプリアライナチャンバ４１に接続
している。同チャンバ４１内には、第２プリアライナ４３が備えられている。また、ウエ
ハ真空ロードチャンバ３３は、ゲートバルブ４５を介して露光装置１００のウエハチャン
バ１０６に接続している。同チャンバ１０６内には、ウエハステージ１３１が備えられて
おり、ウエハステージ１３１上にはウエハホルダ１３０が設けられている。

次に、ウエハＷの搬送手順について説明する。まず、ウエハ搬送用ロボットアーム２
５でカセット１０からウエハＷを取り出し、第１プリアライナ２０の回転支持部２２上に
搬送する。そして、ウエハＷのプリアライメントを行う。プリアライメント中は、上述の
ように、ウエハＷが回転支持部２２に支持されて１回転以上回転する。プリアライメント
時間は、約４秒である。

プリアライメント終了後、ロボットアーム２５で第１プリアライナ２０からウエハＷを
取り出し、ランプ２１の上部で停止させる。次にシャッタ２４を開く動作が始まり、シャ
ッタ２４が開くと、ランプ２１を照射させる。ウエハＷの下面はランプ２１で照射されて
加熱される。ランプ２１の照射が終了すると同時にシャッタ２４が閉じる。この状態で、
ランプ２１照射後のランプからの余熱はランプケース２６及びシャッタ２４によって、ラ
ンプケース２６の外には出ていかない。

次に、ロボットアーム２５で加熱されたウエハを取りだし、ゲートバルブ２９を開けて
、ロードロック室２７に搬送する。そして、ゲートバルブ２９を閉めてロードロック室２
７を真空に引く。このとき、ウエハＷは気体の断熱膨張により温度が低下するが、その分
ウエハの温度を予め上昇させているため、温度が低下しても元の温度程度となる。目的の
真空度に達すると、ウエハ真空ロードチャンバ３３側のゲートバルブ３１を開いて、同チ
ャンバ３３内のウエハ搬送用真空ロボットアーム３５で、ロードロック室２７からウエハ
Ｗを取り出し、真空ロードチャンバ３５内の待機位置に搬送し、ゲートバルブ３１を閉じ
る。

その後、ゲートバルブ３９を開けて、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハを
プリアライナチャンバ４１内の第２プリアライナ４３に搬送し、より高精度なプリアライ
メントを行う。アライメント終了後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５でウエハを取

り出し、ゲートバルブ４５を開けてウエハチャンバ１０６内のウエハステージ１３１上の
ホルダ１３０に載置する。露光動作が終了した後、ウエハ搬送用真空ロボットアーム３５
で、ウエハＷをステージ１３１から取り出し、ロードロック室２７を経てカセット１０に
戻す。

上記実施例は基板がウエハ基板の場合の例を示したが、基板はレチクル（マスク）を含
む他の基板であっても構わない。基板に加える熱量に差はあるが、ウエハ基板の場合と全
く同様の操作で行なうことができ、全く同様の効果が期待できる。また、上記実施例では
第一プリアライナで位置決めをした後にランプで加熱しているが、他の場所で加熱しても
同様の効果が得られる。例えば、第一プリアライナでの作業中に加熱しても良い。また、
昇温装置の例としてランプを示したが、熱風を吹きつける装置等他の装置を用いても構わ
ない。更に、上記実施例においては、開閉するシャッタを設けてランプの余熱を遮断する
例を示したが、ランプを照射しない間には、ランプを別の場所に移動させることにより、
余熱の影響を回避することも考えられる。また、上記実施例では、シャッタとランプケー
スによりランプの余熱を遮断する例を示したが、ランプケースを使用しないでランプと基
板の間にシャッタのみを配置する構成にしても構わない。

本発明の実施の形態に係る基板搬送装置を模式的に説明する図である。図１の基板搬送装置を備える露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。本発明の実施の形態に係わる基板搬送装置を模式的に説明する図である。

符号の説明

１０ウエハカセット
２０第１プリアライナ２１ランプ
２２ウエハ支持部２３センサ
２４シャッタ２５ウエハ搬送用ロボットアーム
２６ランプケース２７ロードロック室
２９ゲートバルブ３３ウエハ真空ロードチャンバ
３５ウエハ搬送用真空ロボットアーム３９ゲートバルブ
４１プリアライナチャンバ４３第２プリアライナ
４５ゲートバルブ
１００電子線露光装置１０１光学鏡筒
１０３電子銃１０４コンデンサレンズ
１０５電子線偏向器１０６ウエハチャンバ
１１０チャック１１１マスクステージ
１１２駆動装置１１３レーザ干渉計
１１４ドライバ１１５制御装置
１１６マウントボディ１２４プロジェクションレンズ
１２５偏向器１３０チャック
１３１ウエハステージ１３２駆動装置
１３３レーザ干渉計１３４ドライバ

Claims

基板を１枚毎に昇温させる昇温手段を備え、真空下でパターンを形成す
る露光装置に前記基板を供給する基板搬送装置であって、
前記昇温手段と前記基板の間に、開閉可能な遮蔽シャッタを設けたことを特徴とする基
板搬送装置。
前記昇温手段は、ランプであることを特徴とする請求項１記載の基板搬
送装置。
前記昇温手段の作動に合わせて前記シャッタが開くことを特徴とする請
求項１又は２記載の基板搬送装置。
前記昇温手段は、真空下の断熱冷却による前記基板の温度の低下分にほ
ぼ等しい温度だけ、前記基板を昇温することを特徴とする請求項１、２又は３記載の基板
搬送装置。
真空下において、レチクル基板（マスク基板含む）上のパターンをエネ
ルギ線を用いてウエハ基板上に転写する露光装置であって、
請求項１から４いずれか１項記載の基板搬送装置を備えることを特徴とする露光装置。
基板を１枚毎に昇温させる昇温手段を備え、真空下でパターンを形成す
る露光装置に前記基板を供給する基板搬送方法であって、
前記昇温装置の作動に合わせて前記シャッタを開くことを特徴とする基板搬送方法。