JP2009537969A - デュアルステージ交換露光における精確位置決めシステム - Google Patents

Abstract

本発明はデュアルステージ交換露光における精確位置決めシステムを開示しており、それは基台、基台上に配置された、前工程ワークステーション用の第１のウェハステージ位置決めユニット及び露光ワークステーション用の第２のウェハステージ位置決めユニットを少なくとも含む。ウェハステージ位置決めユニットのそれぞれは、ウェハステージ、移動位置決め検知器、Ｘ方向ガイドバー及びＹ方向ガイドバーを少なくとも含む。システムの前工程ワークステーションと露光ワークステーションの両方は、Ｙ方向ガイドバー上に位置しかつＹ方向ガイドバーに沿って移動可能な二つのＸ方向ガイドバーを有する。隣り合うワークステーションのＸ方向ガイドバーを互いに接続することができる。本発明の利点はウェハステージの交換進路が短くなり、ガイドバーは同じ程度に押し進められ、ウェハステージサイズにほとんど制約がなく、そのため交換速度、操作正確性及びシステムの融通性が大幅に向上する。さらに、本発明は特別な衝突防止装置の採用を必要とせず、したがってシステムをシンプルにでき、コストを削減でき、かつ実際上信頼性が増加する。

Description

本発明は移動位置決め(motion positioning)技術の分野に関するものであり、特にデュアルステージ(dual stage)交換露光における精確位置決めシステムに関する。

露光はマスク上のチップパターンをシリコンウェハの上へ露光転写する工程をいい、半導体製造中の重要プロセスの一つである。露光プロセスは、ウェハローディング／アンローディング、プリアライメント、アライメント、レベル調節検知、露光等のいくつかのサブ工程を含む。露光工程の装置はリソグラフィ機と呼ばれる。リソグラフィ機の主な部分はウェハステージ移動位置決めシステムであり、その操作効率はリソグラフィ機のスループットに大きく影響する。

現在の高解像リソグラフィ機はデュアルウェハステージ構造を採用する傾向にある。図１に示すように、デュアルステージ構造を採用するリソグラフィ機は上から下へ順に、照明システム４、レチクルステージ位置決めシステム３、投影対物レンズシステム２、フォーカス及びレベル調節検知システム５、アライメントシステム６、二つのウェハステージ位置決めユニット１００ａ、１００ｂ、基台１等を含む。ウェハローディング／アンローディング、プリアライメント、アライメント、レベル調節検知及び他の前工程ステップはウェハステージユニット１００ａ上で実行され、それは露光工程を担うウェハステージユニット１００ｂと同時に作業することができる。

デュアルウェハステージ構造はＰＣＴ特許出願(例えば特許文献１参照)で述べられており、各ウェハステージは二つの交換可能な移動ユニットと一つのオブジェクトホルダを有している。オブジェクトホルダはガイドバーと接続されている。操作中、露光工程前にいくつかの前工程ステップが前工程ワークステーションでウェハに実行され、露光工程が露光ワークステーションで他のウェハに実行される。これら二つの一連のステップが終了した後、二つのウェハステージは二つのオブジェクトホルダを交換するために中間位置へ移動して、どちらのオブジェクトホルダもそれの移動ユニットから他のオブジェクトホルダの移動ユニットへ移動し、それにより二つのウェハステージ交換を成し遂げる。

国際公開第ＷＯ９８／４０７９１号パンフレット

上述した構造では、同時操作と二つのウェハステージの交換をすることができるが、次の欠点を有する。二つのウェハステージを交換している時、ウェハステージが短い期間中で自由な状態になっているので、システムの位置決め正確性が影響を受ける。さらに、二つのステージの移動エリアの重なりと高走行速度のために、交換工程中に二つのウェハステージの衝突の危険性がある。どのような衝突も重大な結果を導くことになる。ウェハステージを制御保護するためにソフトウェアを使用することができるが、ソフトウェアの調子が狂ったり又は電源が突然に切れたりすれば、衝突の可能性がある。

本発明の目的は、操作正確性とリソグラフィ機のスループットを向上させる、デュアルステージ交換露光における精確位置決めシステムを提供することである。

前述の目的を達成するために、本発明は次の通りである。システムは基台、基台上に配置された、前工程ワークステーション用の第１のウェハステージ位置決めユニット及び露光ワークステーション用の第２のウェハステージ位置決めユニットを少なくとも含んでおり、ウェハステージ位置決めユニットのそれぞれは、さらに、ウェハステージ、移動位置決め検知器、Ｘ方向ガイドバー及びＹ方向ガイドバーを少なくとも含んでおり、それぞれのワークステーションは、Ｙ方向ガイドバー上に位置しかつＹ方向ガイドバーに沿って移動可能な二つのＸ方向ガイドバーを有しており、隣り合うワークステーションのＸ方向ガイドバーを互いに接続することができることを特徴としている。Ｘ方向ガイドバーはウェハステージを支持するために使用される。前工程ワークステーションでのウェハアライメント工程中と露光ワークステーションでのウェハ露光工程中において、ガイドバー上に位置するリニアグレーティングは移動位置決め検知器と協同して、ステージの位置データを測定しそしてフィードバックする。

ケーブルステージがウェハステージのそれぞれに接続されている。ケーブルステージはシステムのケーブルステージガイドバーによって基台の両側を移動する。

ウェハステージはＸ方向ガイドバーと非接触関係で配置されている。Ｘ方向ガイドバーはＹ方向ガイドバーと非接触関係で配置されている。非接触関係はガス浮上ベアリング又は磁気浮上ベアリングで達成することができ、ステッピング移動中の摩擦を減少できる。

ウェハステージはＸ方向ガイドバーのどちらか一方に位置しており、Ｘ方向ガイドバーに沿ってステップすることができる。ワークステーションのそれぞれは二つのＹ方向ガイドバーを有しており、Ｙ方向ガイドバーと、対応するワークステーションのＸ方向ガイドバーのどちらか一方とは、“Ｈ”型構造を形成している。Ｘ方向ガイドバーを駆動してＹ方向ガイドバーに沿ってステップするために、リニアモータがＸ方向ガイドバー内に取り付けられている。

移動位置決め検知器はレーザ干渉計とリニアグレーティングである。レーザ干渉計は前工程ワークステーションでのレベル調節検知及びアライメント並びに露光ワークステーションでの露光位置測定に使用される。リニアグレーティングは、それぞれのワークステーションのＸ方向ガイドバーの両方とＹ方向ガイドバーの少なくとも一つに位置しており、レーザ干渉計と協同してウェハの位置を測定しそしてフィードバックをする。

従来技術と比較して本発明は次の利点を有する。ワークステーションのそれぞれは二つのＸ方向ガイドバーを有するので、ウェハステージを交換する時、交換進路が短くなり、ウェハステージ交換速度が大幅に高くなり、よって、リソグラフィ機のスループットが向上する。さらに、ウェハステージは、ガイドバーの中心軸に対称に位置されかつ二つのワークステーションでの工程中と交換工程中との両方でガイドバーに接続されており、それによってシステムの操作正確性を保証している。さらに、デュアルステージ構造は、二つのステージの重なった移動エリアをなくし、ステージ間の衝突を防止するので、特別な保護装置を必要とせず、したがってシステムの構造をシンプルにすることができる。さらに、ウェハステージサイズに特別な制約がなく、したがって、異なるサイズのウェハに関する露光工程にシステムを使用することができる。二つのワークステーションのウェハステージ位置決めユニットの類似性により、システムを複数ステージ位置決めシステムに容易に拡張することができる。

本発明を図面及び最良の実施形態を参照することによって詳細に説明する。

図２は本発明のデュアルウェハステージ位置決めシステムの操作状態を示しており、基台１、基台１上に配置された、前工程ワークステーション用の第１のウェハステージ位置決めユニット、及び基台１上に配置された、露光ワークステーション用の第２のウェハステージ位置決めユニットを含む。ウェハステージ位置決めユニットのそれぞれは、ウェハステージ１００ａ(前工程ワークステーション用)又は１００ｂ(露光ワークステーション用)、移動位置決め検知器(レーザ干渉計)５０ａ、５１ａ、５０ｂ、５１ｂ、二つのＸ方向ガイドバー１０ａ、１１ａ又は１０ｂ、１１ｂ(Ｘ方向ガイドバー１０ａ、１１ａは前工程ワークステーションのウェハステージ位置決めユニットに属し、Ｘ方向ガイドバー１０ｂ、１１ｂは露光ワークステーションのウェハステージ位置決めユニットに属する)、二つのＹ方向ガイドバー２０ａ、２１ａ又は２０ｂ、２１ｂ(Ｙ方向ガイドバー２０ａ、２１ａは前工程ワークステーションのウェハステージ位置決めユニットに属し、Ｙ方向ガイドバー２０ｂ、２１ｂは露光ワークステーションのウェハステージ位置決めユニットに属する)を含む。

ウェハステージはＸ方向ガイドバー上に位置しかつＸ方向ガイドバーに沿って移動可能である。Ｘ方向ガイドバーはＹ方向ガイドバー上に位置しかつリニアモータの駆動によりＹ方向ガイドバーに沿って移動する。隣り合うワークステーションのＸ方向ガイドバーは互いに接続することができる。ガイドバーはその上に配置されたリニアグレーティング(linear gratings)４０ａ、４１ａ、４２ａ、４０ｂ、４１ｂ、４２ｂを有しており、そのうち、４０ａはＸ方向ガイドバー１１ａ上に配置されており、４１ａはＸ方向ガイドバー１０ａ上に配置されており、４２ａはＹ方向ガイドバー２０ａ上に配置されており、４０ｂはＸ方向ガイドバー１１ｂ上に配置されており、４１ｂはＸ方向ガイドバー１０ｂ上に配置されており、４２ｂはＹ方向ガイドバー２０ｂ上に配置されている。ウェハステージ１００ａはケーブルステージガイドバー３９ａに沿って移動するケーブルステージ３０ａに接続されている。ウェハステージ１００ｂはケーブルステージガイドバー３９ｂに沿って移動するケーブルステージ３０ｂに接続されている。

図２に示すように、ウェハステージ１００ａはＸ方向ガイドバー１０ａによって支持されている。前工程ワークステーションにおいて、露光前に一連の前工程ステップがウェハステージ１００ａで実行される。ウェハステージ１００ｂはＸ方向ガイドバー１１ｂによって支持されている。露光ワークステーションにおいて、露光工程がウェハステージ１００ｂで実行される。Ｘ方向ガイドバー１１ａ、１０ｂは一時的に遊休状態にあり、それぞれ、操作中のウェハステージと干渉することなく、自身のワークステーションの端に位置している。ケーブルがウェアステージ１００ａ、１００ｂと同期移動するのを保つために、ケーブルステージ３０ａ、３０ｂが内部にセットされたモータによって駆動される。

本発明は、ウェハステージ１００ａとＸ方向ガイドバー１０ａ、１１ａの間、ウェハステージ１００ｂとＸ方向ガイドバー１０ｂ、１１ｂの間、Ｘ方向ガイドバー１０ａ、１１ａとＹ方向ガイドバー２０ａ、２１ａの間、Ｘ方向ガイドバー１０ｂ、１１ｂとＹ方向ガイドバー２０ｂ、２１ｂの間で、無摩擦真空プリロード静圧ガスベアリング(non-friction vacuum preload hydrostatic gas bearings)を採用している。必要であれば替わりに、永久磁界静圧ガスベアリング(permanent magnetic hydrostatic gas bearings)を使用することができる。

本発明の各ガイドバーはその上に配置されたリニアグレーティングを有している。グレーティング４０ａ、４１ａはウェハステージ１００ａがＸ方向に移動する時に位置フィードバック装置として使用される。グレーティング４０ｂ、４１ｂはウェハステージ１００ｂがＸ方向に移動する時に位置フィードバック装置として使用される。グレーティング４２ａはＸ方向ガイドバー１０ａ、１１ａがＹ方向に移動する時に位置フィードバック装置として使用される。グレーティング４２ｂはＸ方向ガイドバー１０ｂ、１１ｂがＹ方向に移動する時に位置フィードバック装置として使用される。移動位置決め検知器５０ａ、５１ａは前工程ワークステーションでのアライメント、レベル調節検知において、リアルタイム検知制御に使用される。移動位置決め検知器５０ｂ、５１ｂは露光ワークステーションでの露光位置決定において、リアルタイム検知制御に使用される。

図３〜図６はデュアルステージ交換工程の概念図である。

図３は操作状態の二つのウェハステージの平面図である。ウェハステージ１００ａ、１００ｂの移動が干渉しないように、遊休状態のＸ方向ガイドバー１１ａ、１０ｂがそれぞれ、自身のワークステーションの端に位置している。

図４は交換位置の二つのウェハステージ１００ａ、１００ｂの平面図である。ウェハステージ１００ａ、１００ｂがそれぞれのワークステーションでの作業を終了した時、当初遊休のＸ方向ガイドバー１１ａ；１０ｂはリニアモータにより駆動されて、Ｙ方向ガイドバー２０ａ、２１ａ；２０ｂ、２１ｂに沿って端から交換位置まで移動する。Ｘ方向ガイドバー１１ａと１１ｂ；１０ａと１０ｂを互いに正確に接続させるために、Ｘ方向ガイドバー１０ａ；１１ｂも交換位置へ移動する。その次に、ウェハステージ１００ａはリニアモータにより駆動されて、前工程ワークステーションから露光ワークステーションへＸ方向に沿って移動する。ウェハステージ１００ｂはリニアモータにより駆動されて、露光ワークステーションから前工程ワークステーションへ移動する。

図５は交換工程中の二つのウェハステージの平面図である。

二つのステージが交換されて、そして対応するワークステーションに到達すると、前工程ステップと露光工程が対応するワークステーションで実行される。図６は交換工程後の二つのウェハステージの平面図である。Ｘ方向ガイドバー１０ａ、１１ｂはそれら自身のワークステーションの端に移動し、遊休状態となる。ウェハステージ１００ａ、１００ｂはそれぞれＸ方向ガイドバー１０ｂ、１１ａにより支持されている。露光ワークステーションにおいて、露光工程がステージ１００ａで実行される。前工程ワークステーションにおいて、露光前に前工程ステップがステージ１００ｂで実行される。二つのステージの露光工程と前工程ステップが終了すると、四つのＸ方向ガイドバーは同様にして交換位置に再び移動し、上述した図４〜図６で示す交換工程を繰り返し、それにより連続的で完全なウェハ露光工程が完了する。

図７は本発明の融通性を説明するための、上述したシステムから派生する三つのステージシステムの平面図である。システムの二つのワークステーションの構造が全く同じなので、別の技術的要求の下にさらなるワークステーションが必要とされる場合、システムを容易にマルチステージ構造に拡張することができる。図７を参照して、二つのＸ方向ガイドバー１０ｃ、１１ｃを有するウェハステージ位置決めユニットｃが原システムに加えられている。操作と検知の方法は上述の二つの位置決めユニットと同じである。ウェハステージ１００ａ又は１００ｂがワークステーションｃへ移動する必要がある時、Ｘ方向ガイドバー１０ｃ、１１ｃと１０ａ、１１ａだけを接続し、そしてウェハステージをＸ方向に沿って移動するために駆動する。それにより三つのウェハステージを交換することができる。同様に、本システムは三つ以上のワークステーションを有するマルチステージシステムにさらに拡張することができる。

上述した説明は本発明のいくつかの実施形態を開示している。しかしながら、本発明は半導体リソグラフィプロセスの移動位置決めの分野に限定されない。本発明は精確位置決め技術に関係しかつ二つのステージの交換と同時操作とを必要とする如何なる装置又はシステムに使用することができる。上記の通り本発明の好ましい実施形態を開示したが、当業者が本発明の原理内で認識すべき修正、改変、又は変形は本発明の範囲に含まれるべきである。

ステップアンドスキャン投影リソグラフィ機のデュアルウェハステージ交換構造の概念図である。 本発明のデュアルステージ位置決めシステムの構造のレイアウトである。 操作状態の二つのウェハステージの平面図である。 交換位置における二つのウェハステージの平面図である。 交換工程中の二つのウェハステージの平面図である。 交換工程後の二つのウェハステージの平面図である。 複数のステージシステムの概念図である。

符号の説明

１・・・基台、２・・・投影対物レンズシステム、３・・・レチクルステージ位置決めシステム、４・・・照明システム、５・・・フォーカス及びレベル調節検知システム、６・・・アライメントシステム、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ・・・Ｘ方向ガイドバー、２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ・・・Ｙ方向ガイドバー、３０ａ，３０ｂ・・・ケーブルステージ、３９ａ，３９ｂ・・・ケーブルステージガイドバー、４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ・・・リニアグレーティング、５０ａ，５１ａ，５０ｂ，５１ｂ・・・移動位置決め検知器、１００ａ，１００ｂ・・・ウェハステージ又はウェハステージ位置決めユニット

Claims (8)

1. 基台、
   前記基台上に配置された、前工程ワークステーション用の第１のウェハステージ位置決めユニット及び
   露光ワークステーション用の第２のウェハステージ位置決めユニット
   を少なくとも含むデュアルステージ交換露光における精確位置決めシステムであって、
   前記ウェハステージ位置決めユニットのそれぞれは、さらに、ウェハステージ、移動位置決め検知器、Ｘ方向ガイドバー及びＹ方向ガイドバーを少なくとも含んでおり、
   それぞれのワークステーションは、前記Ｙ方向ガイドバー上に位置しかつ前記Ｙ方向ガイドバーに沿って移動可能な二つのＸ方向ガイドバーを有しており、
   隣り合うワークステーションの前記Ｘ方向ガイドバーを互いに接続することができる
   ことを特徴とするデュアルステージ交換露光における精確位置決めシステム。
2. ケーブルステージが前記ウェハステージのそれぞれに接続されており、
   前記ケーブルステージは前記システムのケーブルステージガイドバーによって前記基台の両側を移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載された精確位置決めシステム。
3. 前記ウェハステージは前記Ｘ方向ガイドバーと非接触関係(noncontact association)で配置されており、
   前記Ｘ方向ガイドバーは前記Ｙ方向ガイドバーと非接触関係で配置されており、
   それらの間で摩擦の無い相対移動をすることができる
   ことを特徴とする請求項１に記載された精確位置決めシステム。
4. 前記非接触関係はガス浮上ベアリング(gas levitation bearing)又は磁気浮上ベアリング(magnetic levitation bearing)で達成することができる
   ことを特徴とする請求項３に記載された精確位置決めシステム。
5. 前記ワークステーションのそれぞれは二つのＹ方向ガイドバーを有しており、
   前記Ｙ方向ガイドバーと、対応するワークステーションの前記Ｘ方向ガイドバーのどちらか一方とは、“Ｈ”型構造を形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載された精確位置決めシステム。
6. 前記移動位置決め検知器はレーザ干渉計とリニアグレーティングである
   ことを特徴とする請求項１に記載された精確位置決めシステム。
7. 前記レーザ干渉計は各ウェハステージ位置決めユニットの隣り合う側面にそれぞれ位置している
   ことを特徴とする請求項６に記載された精確位置決めシステム。
8. 前記リニアグレーティングは、それぞれのワークステーションのＸ方向ガイドバーの両方とＹ方向ガイドバーの少なくとも一つに位置している
   ことを特徴とする請求項６に記載された精確位置決めシステム。

Images