JP2006196540A - 基板搬送装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ，レチクル等の基板の搬送を行う基板搬送装置、および、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に関し、基板を搬送する搬送手段に大きな熱負荷をかけることなく搬送時間を短縮する基板搬送装置を提供する。
【解決手段】大気雰囲気内に置かれた基板４１を真空引き室に搬送する搬送手段３５と、基板４１を加熱する加熱手段４５と、加熱手段４５を搬送手段３５で搬送される基板４１に追従して移動させる移動手段３７とを有する。また、搬送手段の搬送アーム３５と移動手段の移動アーム３７が、上下方向に間隔を置いて配置され、加熱手段４５が、搬送アーム３５で搬送される基板４１と上下方向に間隔を置いて移動アーム３７に支持されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウエハ，レチクル等の基板の搬送を行う基板搬送装置、および、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に関する。

電子ビーム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、プリアライナ装置等の前処理装置と露光装置本体との間に、ロードロック室と呼ばれる室やロードチャンバが設けられている。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、前処理装置から常圧下でマスク（レチクル）やウェハ（感応基板）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。

そして、このような操作において、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室内に置かれたマスクやウェハ自身の温度が２〜４℃程度低下する。このように温度が低下すると、温度変化によってマスクやウェハが歪むことがある。一例では、径が２００ｍｍのＳｉウェハにおいて、１℃の温度変化で約０．５μｍの寸法変化が生じることがある。このようにマスクやウェハに寸法変化が生じると、パターンの寸法が変わって高精度パターンを得ることができなくなる。従って、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。

従来、このような問題を解決した露光装置として、例えば特開２００３−２３４２６８号公報に開示されるように、ロードロック室を真空排気する前に、マスクやウェハをロボットアームに埋設される電熱線で加熱し、マスクやウェハの温度を予め上昇させておく技術が知られている。
特開２００３−２３４２６８号公報

しかしながら、上述した露光装置では、ロボットアームに電熱線を埋設し、電熱線によりマスクやウェハ等の基板を加熱しているため、ロボットアームに多大な熱負荷が作用しロボットアームが変形するおそれがある。
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板を搬送する搬送手段に大きな熱負荷をかけることなく搬送時間を短縮することができる基板搬送装置を提供することを目的とする。また、この基板搬送装置を用いた露光装置を提供することを目的とする。

請求項１の基板搬送装置は、大気雰囲気内に置かれた基板を真空引き室に搬送する搬送手段と、前記基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を前記搬送手段で搬送される前記基板に追従して移動させる移動手段とを有することを特徴とする。
請求項２の基板搬送装置は、請求項１記載の基板搬送装置において、前記搬送手段は、前記基板を搬送する搬送アームを有することを特徴とする。

請求項３の基板搬送装置は、請求項１または請求項２記載の基板搬送装置において、前記移動手段は、前記加熱手段を支持する移動アームを有することを特徴とする。
請求項４の基板搬送装置は、請求項３記載の基板搬送装置において、前記搬送アームと前記移動アームは、上下方向に間隔を置いて配置され、前記加熱手段は、前記搬送アームで搬送される前記基板と上下方向に間隔を置いて前記移動アームに支持されていることを特徴とする。

請求項５の基板搬送装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の基板搬送装置において、前記加熱手段は、前記基板を光の照射熱により加熱するランプであることを特徴とする。
請求項６の基板搬送装置は、 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の基板搬送装置において、前記加熱手段は、前記真空引き室内が真空引きされた時の前記基板の温度低下に対応する温度だけ前記基板を加熱して昇温することを特徴とする。

請求項７の露光装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の基板搬送装置を有することを特徴とする。

本発明の基板搬送装置では、基板を搬送する搬送手段と基板を加熱する加熱手段とを分離し、移動手段により加熱手段を基板に追従して移動させるようにしたので、基板を搬送する搬送手段に大きな熱負荷がかかることがなくなる。また、基板の搬送中に基板を加熱することが可能になり搬送時間を短縮することができる。
本発明の露光装置では、基板を真空引きする際の温度低下を防止する有効な手段を与えることができ、基板の温度制御時間を短縮し、スループットを向上させた露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の基板搬送装置の一実施形態を備えた露光装置を模式的に示す平面図である。
この露光装置では、ウエハステージチャンバ１１にはゲートバルブ１３を介してロードチャンバ１５が連通されている。ロードチャンバ１５内には真空ロボット１７が配置されている。ロードチャンバ１５には、ゲートバルブ１９を介してウエハプリアライメントチャンバ２１が連通されている。また、ロードチャンバ１５にはゲートバルブ２３を介してロードロック室２５が連通されている。ロードロック室２５の入口はゲートバルブ２７を介して大気中に開放されている。ロードロック室２５には室内を真空引きするための真空ポンプ(不図示)が設けられている。ロードロック室２５のゲートバルブ２７の外側には、大気ロボット２９が配置されている。この大気ロボット２９の外側には、ウエハカセット部３１およびウエハプリアライナ３３が配置されている。

図２は、大気ロボット２９の詳細を示している。
この大気ロボット２９は、搬送アーム３５と移動アーム３７とを有している。搬送アーム３５および移動アーム３７はロボット本体３９を中心にして回転可能とされている。搬送アーム３５はウエハカセット部３１のウエハ４１をウエハプリアライナ３３およびロードロック室２５内に搬送する。移動アーム３７は搬送アーム３５の上方に間隔を置いて配置されている。この移動アーム３７は搬送アーム３５とは独立して回転可能とされている。

移動アーム３７の先端には、支持部材４３を介して加熱手段であるランプ４５が支持されている。このランプ４５は通電によりウエハ４１に光を照射しウエハ４１を照射熱により加熱する。移動アーム３７は、ランプ４５が、搬送アーム３５で搬送されるウエハ４１の中心部の上方に所定間隔を置いて位置するように、搬送アーム３５の移動に追従して移動される。ランプ４５には、例えば赤外線ランプ等が用いられる。このようにランプ４５によりウエハ４１を加熱することにより、ウエハ４１の全体を比較的均等に加熱することが可能になりウエハ４１に生じる熱負荷を低減することができる。

上述した露光装置では、ウエハステージチャンバ１１内へのウエハ４１の搬送が以下述べるようにして行われる。
先ず、ウエハカセット部３１内のウエハ４１を搬送アーム３５により取り出し、ウエハプリアライナ３３に搬送する。このウエハプリアライナ３３では、検出器４７によりウエハ４１の位置合わせ用マーク(ノッチ)が検出されウエハ４１の位置合わせが行われる。アライメント終了後、搬送アーム３５によりウエハ４１を取り出す。そして、ロードロック室２５のゲートバルブ２７を開け搬送アーム３５によりウエハ４１をロードロック室２５内に搬送する。この後、ゲートバルブ２７を閉め、ロードロック室２５内が目的の真空度に達するまで真空引きを行う。

一方、この実施形態では、ウエハ４１がウエハカセット部３１からロードロック室２５内に搬送されるまでの間、搬送アーム３５によるウエハ４１の搬送に追従して、移動アーム３７が、ウエハ４１の上方にランプ４５が位置するようにして移動される。そして、ウエハ４１がウエハカセット部３１からロードロック室２５内に搬送されるまでの間、移動アーム３７の先端に支持されるランプ４５に通電しウエハ４１に光りを照射する。この光の照射熱によりウエハ４１が加熱される。

なお、この実施形態では、予めロードロック室２５の真空引きによるウエハ４１の温度低下値が求められている。また、予めランプ４５の照射時間とウエハ４１の温度上昇との相関が求められている。そして、ウエハ４１の温度低下値に対応する温度だけウエハ４１を温度上昇するためのランプ４５の照射時間が予め求められている。そして、ウエハ４１がウエハカセット部３１からロードロック室２５内に搬送されるまでの間に、搬送アーム３５で搬送されるウエハ４１の温度が上記の温度低下値の分だけ上昇するように、ランプ４５に通電する時間が制御される。

搬送アーム３５のウエハ４１は上述したように加熱されているので、ロードロック室２５に搬送されたウエハ４１は所定の温度だけ上昇している。この後、ゲートバルブ２７を閉め、ロードロック室２５内を、目的の真空度に達するまで真空に引く。ロードロック室２５が真空排気されると、ウエハ４１の温度は低下するが、低下温度は加熱による上昇温度とほぼ等しいため、ウエハ４１はほぼ元の温度に戻ることになる。なお、図中のハッチング入り矢印は、搬送アーム３５および移動アーム３７の移動経路を示す。

ロードロック室２５内が所定の真空度に達すると、ロードロック室２５とロードチャンバ１５間のゲートバルブ２３が開かれる。そして、ロードチャンバ１５に備えられた真空ロボット１７によって、ロードロック室２５からウエハ４１が取り出され、一旦ロードチャンバ１５内に搬送された後、ゲートバルブ２３が閉められる。この後、ロードチャンバ１５とウエハプリアライメントチャンバ２１間のゲートバルブ１９を開き、ウエハ４１が真空ロボット１７によってロードチャンバ１５からウエハプリアライメントチャンバ２１に搬送される。搬送後にゲートバルブ１９が閉じられる。ウエハプリアライメントチャンバ２１では、ウエハプリアライナ４９の検出器(不図示)によりウエハ４１の位置合わせ用マーク(ノッチ)が検出されウエハ４１の位置合わせが行われる。

ウエハ４１の位置合わせが終了するとゲートバルブ１９が開かれ、ウエハ４１が真空ロボット１７により一旦ロードチャンバ１５内に搬送された後、ゲートバルブ１９が閉められる。この後、ロードチャンバ１５とウエハステージチャンバ１１間のゲートバルブ１３を開き、ウエハ４１が真空ロボット１７によってロードチャンバ１５からウエハステージチャンバ１１へ搬送される。ウエハステージチャンバ１１内のウエハステージ５３にはウエハホルダ５５が備えられており、ウエハ４１がウエハホルダ５５に固定される。なお、図中の白抜き矢印は、真空ロボット１７の移動経路を示す。

上述した露光装置に配置される基板搬送装置では、ウエハ４１を搬送する搬送アーム３５とウエハ４１を加熱するランプ４５とを分離し、移動アーム３７によりランプ４５をウエハ４１に追従して移動させるようにしたので、ウエハ４１を搬送する搬送アーム３５に大きな熱負荷がかかることがなくなる。また、ウエハ４１の搬送中にウエハ４１をランプ４５により加熱するようにしたので搬送時間を短縮することができる。そして、ウエハ４１の温度制御時間を短縮し、スループットを向上させることができる。

そして、上述した露光装置では、ウエハステージ５３でのウエハ４１は標準状態と同じ温度であり、温度低下による形状変化が発生していないため、パターン精度を低下させずに露光操作を行うことができる。
(露光装置の詳細)
図３は上述した露光装置の光学系の詳細を示している。この露光装置は荷電粒子ビーム（電子線）露光装置である。

この露光装置では、露光装置１００の上部には、照明光学系鏡筒１０１が配置されている。この照明光学系鏡筒１０１には真空ポンプ１０２が接続されており、照明光学系鏡筒１０１内を真空排気している。照明光学系鏡筒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、照明光学系１０４を構成するコンデンサレンズ１０４ａ、電子線偏向器１０４ｂが配置されている。なお、図ではコンデンサレンズ１０４ａは一段であるが、実際の照明光学系には複数段のレンズやビーム成形開口等が設けられている。

照明光学系鏡筒１０１の下部には、定盤１１６上に載置されたレチクルチャンバ１１８が配置されている。このレチクルチャンバ１１８内は、真空ポンプ(不図示)で真空排気されている。レチクルチャンバ１１８内において、定盤１１６上にはレチクルステージ１１１が配置されている。レチクルＲは、このレチクルステージ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。レチクルステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。なお、実際の駆動装置１１２は、レチクルステージ１１１内に組み込まれている。この駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して制御装置１１５に接続されている。

レチクルステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が付設されている。このレーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたレチクルステージ１１１の位置情報が制御装置１１５に入力されると、レチクルステージ１１１の位置を目標位置とすべく、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。その結果、レチクルステージ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。

照明光学系鏡筒１０１の電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４ａによって収束される。続いて、偏向器１０４ｂにより図の横方向に順次走査（スキャン）され、レチクルチャンバ１１８内（光学系の視野内）のレチクルステージ１１１上に吸着されたレチクルＲの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。
定盤１１６の下面側には、投影光学系鏡筒１２１が配置されている。この投影光学系鏡筒１２１には真空ポンプ１２２が接続されており、投影光学系鏡筒１２１内を真空排気している。投影光学系鏡筒１２１内には、コンデンサレンズ（投影レンズ）１２４ａ、偏向器１２４ｂ等を含む投影光学系１２４およびウエハ４１が配置されている。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一段であるが、実際の投影光学系１２４中には複数段のレンズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。

投影光学系鏡筒１２１の下部には、定盤１３６上に載置されたウエハステージチャンバ１１が配置されている。このウエハステージチャンバ１１内は、図示せぬ真空ポンプで真空排気されている。ウエハステージチャンバ１１内の定盤１３６上にはウエハステージ５３が配置されている。
ウエハ４１は、このウエハステージ５３の上部に設けられた静電チャックからなるウエハホルダ５５に静電吸着により固定されている。ウエハステージ５３には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際の駆動装置１３２は、ウエハステージ５３内に組み込まれている。この駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して制御装置１１５に接続されている。

ウエハステージ５３には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が付設されている。このレーザ干渉計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５３の位置情報が制御装置１１５に入力されると、ウエハステージ５３の位置を目標位置とすべく、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。その結果、ウエハステージ５３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。

レチクルチャンバ１１８内のレチクルステージ１１１上のレチクルＲを通過した電子線は、投影光学系鏡筒１２１内のコンデンサレンズ１２４ａにより収束される。このコンデンサレンズ１２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂにより偏向され、ウエハ４１上の所定の位置にレチクルＲの像が結像される。そして、これによりウエハ４１への露光が行われる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、ウエハ４１の搬送に本発明を適用した例について説明したが、例えばレチクル(マスク)等の搬送に広く適用することができる。
(２)上述した実施形態では、ランプ４５からなる加熱手段によりウエハ４１を加熱した例について説明したが、例えば電熱線を用いたヒータ等を加熱手段に用いても良い。
(３)上述した実施形態では、ウエハ４１の温度上昇をランプ４５の照射時間により制御した例について説明したが、例えばランプ４５に流れる電流値を制御しても良い。また、ウエハ４１の温度を温度検出器により直接測定し、所定の温度になったところで通電を停止するようにしても良い。

(４)上述した実施形態では、荷電粒子ビーム露光装置に本発明を適用した例について説明したが、真空雰囲気内にウエハ，レチクル等の基板を収容して露光を行う露光装置に広く適用することができる。

本発明の基板搬送装置の一実施形態を備えた露光装置を示す説明図である。 図１の大気ロボットの詳細を示す説明図である。 図１の露光装置の光学系の詳細を示す説明図である。

符号の説明

１１ ウエハステージチャンバ
１５ ロードチャンバ
１７ 真空ロボット
２１ ウエハプリアライメントチャンバ
２５ ロードロック室
２９ 大気ロボット
３１ ウエハカセット部
３３ ウエハプリアライナ
３５ 搬送アーム
３７ 移動アーム
４１ ウエハ
４５ ランプ

Claims (7)

1. 大気雰囲気内に置かれた基板を真空引き室に搬送する搬送手段と、
   前記基板を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段を前記搬送手段で搬送される前記基板に追従して移動させる移動手段と、
   を有することを特徴とする基板搬送装置。
2. 請求項１記載の基板搬送装置において、
   前記搬送手段は、前記基板を搬送する搬送アームを有することを特徴とする基板搬送装置。
3. 請求項１または請求項２記載の基板搬送装置において、
   前記移動手段は、前記加熱手段を支持する移動アームを有することを特徴とする基板搬送装置。
4. 請求項３記載の基板搬送装置において、
   前記搬送アームと前記移動アームは、上下方向に間隔を置いて配置され、前記加熱手段は、前記搬送アームで搬送される前記基板と上下方向に間隔を置いて前記移動アームに支持されていることを特徴とする基板搬送装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の基板搬送装置において、
   前記加熱手段は、前記基板を光の照射熱により加熱するランプであることを特徴とする基板搬送装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の基板搬送装置において、
   前記加熱手段は、前記真空引き室内が真空引きされた時の前記基板の温度低下に対応する温度だけ前記基板を加熱して昇温することを特徴とする基板搬送装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載の基板搬送装置を有することを特徴とする露光装置。
   

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