JP3757430B2 - 基板の位置決め装置及び露光装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体ウェハやガラスプレート等の基板をステージ上に位置決めする装置に関し、特に半導体素子、液晶表示素子、撮像素子(CCD)、薄膜磁気ヘッド、光磁気ディスク等のデバイスを製造するための露光装置(ステッパー、アライナー等)に好適な位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体製造用の露光装置においては、一般に感光基板(ウェハ)を露光ステージ(ウェハ上に回路パターンを露光する際に、ウェハを保持してXY平面内で2次元移動するステージ)上に載置する際、ウェハの外周縁の位置を非接触で検出し、ウェハが露光ステージの所定の位置に載置されるように、且つウェハのオリエンテーションフラット(以下、単に「フラット」と記す)の方向が露光ステージの一方の移動方向(例えばX方向)に平行となるように位置決めするための位置決め装置が設けられている。
【0003】
露光ステージに対してウェハを非接触で位置決めする従来技術は、例えば特開昭63−280435号公報に開示されている。この公報では、ウェハを露光ステージ上に載置する前に、露光ステージの外部に設けられたプリアライメント装置の回転テーブル上に配置する。そして、ウェハを回転させてその外周形状を光電的に検出し、ウェハの位置及びウェハのフラットの方向を予め定められた位置及び方向となるように補正する。しかる後、ウェハはその姿勢を維持したまま搬送アームによってプリアライメント装置から露光ステージに搬送される。これにより、ウェハは露光ステージ上の所定位置に、かつフラットの方向がステージの一方の移動方向(X方向)に平行となるように位置決めされる。しかしながら、このような位置決め装置によって露光ステージ上に載置されたウェハは、プリアライメント装置から搬送アームに受け渡されるとき、及びその搬送アームから露光ステージ上に受け渡される(載置される)ときの2回の受渡しの際に、露光ステージに対するウェハの位置、及びX方向に対するフラットの平行度が狂い、ウェハ毎にその位置及び平行度は露光ステージに対して不揃いになってしまう。
【0004】
また、上述の如きプリアライメント装置によってウェハの位置及びフラットの方向が補正されたウェハを露光ステージ上に載置した後、さらに高い精度でプリアライメントを行うために、露光ステージ上におけるウェハの位置、及びフラットの方向を検出する方法が特開昭63−107139号公報によって開示されている。これは、ファインアライメント(ウェハと回路パターンの投影像との高精度な位置合せ)を行う際にウェハ上のアライメントマークに対して照射するレーザー光束を用いるもので、ステージ上に保持されたウェハのフラット部分の互いに離れた2点、及びウェハの円周端縁の2点を上記レーザー光束によって相対走査し、ステージの一方の移動方向(X方向)に対するフラットの回転誤差量、及びフラット(ウェハ)のXY座標位置を求める。そして、その回転誤差量に基づいてウェハを保持するウェハホルダーを回転させてウェハのフラットの方向をX方向と一致させるものである。
【0005】
また、これとは異なり、プリアライメント装置によって位置及びフラットの方向が補正されたウェハを、露光ステージに搭載した後、露光ステージ上に設けられた位置決めピンに機械的にウェハを押し当てる第2のプリアライメント機構を設け、より高いプリアライメント精度を実現しようとする構成もあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ファインアライメント用のレーザー光束を用いてウェハの位置決めを行う場合、レーザー光束がウェハ上に照射される照射位置までウェハの外周部における複数の測定点を移動させなければならず、露光ステージの移動量が多くなる分、スループットが低下してしまう。
【0007】
また、第2のプリアライメント機構によってウェハ外周に機械的に接触してプリアライメントを行う場合は、ウェハに付着したフォトレジスト等の異物を装置内やウェハ上に飛びちらせることがあり、半導体チップの歩留り向上に対する障害となっていた。また、外部に設けるプリアライメント機構と、その外部のプリアライメント機構から露光ステージまでウェハを搬送する搬送アームは、第2のプリアライメント機構がない場合の構成と全く同じものを流用しているため、精度上の冗長性があった。
【0008】
本発明は上記の如き問題点に鑑み、2次元移動可能なステージに対して、ウェハ等の基板をスループットを低下させることなく、高精度に位置決めすることが可能な基板の位置決め装置及びそれを備えた露光装置を提供することを目的とする。さらに詳しくは、基板を保持するホルダーに対して基板の外周の直線部分(フラット)が常に所定の方向を向くように、基板を位置決めする装置及びそれを備えた露光装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる問題点を解決するため本発明における基板の位置決め装置は、所定の基準面内で2次元移動可能なステージ(1)と、ステージ(1)上に回転可能に設けられ、外周の少なくとも一部に直線部分を有する基板(W)を保持するホルダー(2)とを備え、ホルダー(2)の回転位置が所定のニュートラル位置にあるとき、基板(W)の直線部分が所定の基準方向とほぼ平行となるように基板をホルダー(2)上に保持するものであり、
ステージ(1)が基準面内の所定位置にあるとき、基板をステージ(1)の上方で基準面とほぼ水平に保持する保持部材(20)と、
この保持部材上の基板の直線部分に光束を照射する照射手段(11、12、13)と、その光束を基板に関して照射手段と反対側で光電検出する受光手段(14、15、16)とを有し、かつ照射手段及び受光手段の一方がホルダー(2)上に設けられ、受光手段からの光電信号に基づいて、基準方向に対する基板の直線部分の相対的な回転誤差を検出する回転誤差検出手段(11〜16、MCS)と、
ホルダー(2)の回転位置をニュートラル位置から回転誤差に対応した量だけ回転させる駆動手段(SC、5)とを設け、
この駆動手段によってホルダー(2)を回転させた後、基板をホルダー(2)上に載置するようにしたものである。
【0010】
さらに本発明における別の位置決め装置は、所定の基準面内で2次元移動可能なステージ(1)と、ステージ(1)上に設けられ、外周の少なくとも一部に直線部分を有する基板(W)を保持するホルダー(2)とを有し、基板(W)の直線部分が所定の基準方向とほぼ平行となるように基板をホルダー(2)上に保持するものであり、
ステージ(1)が基準面内の所定位置にあるとき、基板をステージ(1)の上方で基準面とほぼ水平に保持する保持部材(20)と、
この保持部材上の基板の直線部分に光束を照射する照射手段(11、12、13)と、その光束を基板に関して照射手段と反対側で光電検出する受光手段(14、15、16)とを有し、かつ照射手段及び受光手段の一方がホルダー(2)上に設けられ、受光手段からの光電信号に基づいて、基準方向に対する基板の直線部分の相対的な回転誤差を検出する回転誤差検出手段(11〜16、MCS)と、
その回転誤差が零となるように基板を回転させる駆動手段(45、HC)とを備え、
この駆動手段によって基板を回転させた後、基板をホルダー上に載置するようにしたものである。
【0011】
また、その駆動手段は、保持部材とホルダーとの間での基板の受け渡しに用いられ、ホルダーに対して相対的に回転可能な可動部材(6〜8又は45)と、回転誤差がほぼ零となるように基板を載置した可動部材の回転を制御する装置(HC)とを有するようにしてもよい。さらに、この回転された可動部材上の基板がホルダー上に載置されるようにそのホルダーと可動部材とを相対移動する駆動部材を設けるようにしてもよい。
【0012】
さらに本発明における他の位置決め装置は、所定面内で2次元移動可能なステージ(1)と、そのステージ上で基板(W)を保持するホルダー(2)とを有するものであり、その基板を保持してステージの上方に搬送する搬送手段(20、21)と;この搬送された基板を載置するとともに、ホルダーに対して相対的に回転可能な可動部材(6〜8又は45)と;その基板がホルダー上に載置されるように可動部材とホルダーとを相対移動させる駆動部材と;基板に光ビームを照射して該光ビームの少なくとも一部を光電検出することで基板の所定の基準方向に対する相対的な回転誤差を検出する検出手段(11〜16、MCS)と;その回転誤差がほぼ零となるように基板を載置した可動部材の回転を制御する制御手段(HC)とを設けるようにしたものである。
【0013】
また、基板(W)は外周の少なくとも一部に直線状の切欠きを有するとともに、検出手段は、搬送手段又は可動部材に保持された基板の切欠きに光ビームを照射する照明系(11〜13)と、基板に関してその照明系と反対側に配置されて該光ビームを光電検出する受光系(14〜16)とを有し、照明系と受光系の一方をステージに設けることが望ましい。さらに検出手段は、搬送部材上に保持された基板の周縁部分を非接触で光電的に検出して基板の位置を求めるようにし、基板を可動部材に載置するのに先立ち、この求められた位置に応じて搬送手段とステージとを相対移動する駆動系(3、4)を更に設けることが望ましい。また、基板の周縁部分を非接触で光電的に検出して基板の位置とその直線部分の向きとの少なくとも一方を予備的に補正するプリアライメント装置(30)を更に設け、搬送手段によってこのプリアライメントされた基板をステージの上方まで搬送することが望ましい。
さらに本発明における他の位置決め装置は、所定面内で2次元移動可能なステージ(1)と、そのステージ上で基板(W)を保持するホルダー(2)とを有する位置決め装置において、ステージに対してその基板の受け渡しが行われる受け渡し位置の上方にその基板を搬送する搬送手段(20,21)と、その受け渡し位置の上方に配置されたその基板の所定の基準方向に対する相対的な回転誤差を検出する検出手段(11〜16、MCS)と、その検出手段で検出された回転誤差に対応した量だけその基板とそのホルダとを相対的に回転させる制御手段(MCS、SC、HC)と、を有することを特徴とするものである。
さらに、本発明の露光装置は、ホルダー(2)上に載置された基板(W)に対して回路パターンを露光する露光装置であって、請求項1〜19のいずれか一項に記載の位置決め装置を有することを特徴とするものである。
【0014】
【作用】
本発明においては基板(W)をホルダー(2)上に載置する前に、所定の位置(受け渡し位置)に配置されたステージ(1)の上方で基板(W)を保持し、基準方向に対する基板(W)の直線部分(フラット)の回転誤差を回転誤差検出手段(11〜16、MCS)によって検出する。そして、駆動手段(SC、5)が例えばホルダー(2)の回転位置をニュートラル位置からその回転誤差に対応する量だけ回転させた後、基板をホルダー上に載置する。そして、再びホルダーの回転位置をニュートラル位置に戻すことにより、常に基板(W)の直線部分の方向と基準方向とがほぼ平行となるようにウェハをステージ上に位置決めすることができる。また、保持部材(搬送手段)とホルダーとの間での基板の受け渡しに用いられる支持部材を、ホルダーに対して相対的に回転可能に構成する場合には、ホルダーに回転機構を設ける場合に比べて簡易な構成で基板の回転誤差を零にすることができるとともに、ホルダーの回転機構が不要となってステージの剛性、即ちステージ上での基板の位置的な安定性が高まるといった利点が得られる。また、基板の位置とその直線部分の向きとの少なくとも一方を予備的に補正するプリアライメント装置を更に設ける場合には、このプリアライメントされた基板がステージの上方まで搬送されるので、ホルダーや支持部材(可動部材)の可動範囲(回転量)が小さくて済むという利点もある。
【0015】
【実施例】
図1は、本発明の実施例に好適な投影露光装置におけるウェハ搬送系の概略的な構成を示す上面図である。図1では、所定の受け渡し位置に配置された露光ステージ1の上方で、搬送アーム20によってウェハWが保持されている状態を示す。
【0016】
供給用のウェハカセット22にはこれから露光しようとするウェハWが複数枚収納されている。ウェハWは搬送用のベルト24a、24bによってラフプリアライメント装置30のターンテーブル30S上に搬送される。このラフプリアライメント装置30は、例えば特開昭63−280435号公報に開示されているプリアライメント装置とほぼ同一の構成であるので、ここでは簡単に説明する。ラフプリアライメント装置30では、ウェハWがターンテーブル30S上に保持されると、ターンテーブル30Sが回転される。そして、ウェハWの外周形状を不図示の検出系によってウェハWに非接触で光電的に検出し、ウェハWの位置及びその外周の一部に設けられた直線状の切欠き(フラット)の方向を検出する。しかる後、ウェハWの位置及びフラットの方向を予め定められた位置及び方向に補正する。また、このラフプリアライメント装置30における位置補正の精度は比較的粗くてよく、例えば±1mm程度の誤差の許容範囲を有する。
【0017】
このラフプリアライメント装置30によって位置補正されたウェハWは、Y方向に平行に伸びたガイド21に沿って移動する搬送アーム20に受け渡される。搬送アーム20は、所定の受け渡し位置に配置されている露光ステージ1の上方までウェハWを移動する。しかる後、ウェハWは、搬送アーム20から後述の3本のピン6、7、8(図2)に受け渡されるとともに、不図示の駆動装置によってその3本のピン、又はウェハホルダー2が上下動して、露光ステージ1上に設けられたウェハホルダー2によって保持される。このとき、ウェハWは後述の如く本発明の実施例による位置決め装置によって露光ステージ1上のウェハホルダー2に対して位置決めされる。ウェハWがウェハホルダー2に保持されると、露光動作のために露光ステージ1は投影レンズPLの下方に移動する。そして、露光ステージ1をステッピングさせて、マスク(レチクル)上に形成された回路パターンの投影像PAに対してウェハWを相対的に移動し、その投影像PAでウェハW上の複数の領域の各々を繰り返し露光する。露光が終了すると、ウェハWは図1に示す受け渡し位置から搬送アーム20によってターンテーブル30Sに受け渡された後、搬送用のベルト25a、25bによってウェハカセット23に搬入される。
【0018】
次に、本発明の第1実施例による位置決め装置を図2及び図3を参照して説明する。図2は本発明の第1実施例における基板の位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図であり、ステージ1が図1に示した受け渡し位置に配置され、ウェハWがステージ1の上方で搬送アーム20によって保持されている状態を示す。
露光ステージ1はXY平面内を2次元移動可能であり、この露光ステージ1上にはウェハWを保持するためのウェハホルダー2が設けられている。露光ステージ1は、X駆動装置3によってX方向に駆動されるとともに、Y駆動装置4によってY方向に駆動される。また、ウェハホルダー2はθ駆動装置5によって所定の角度範囲(例えば±1°)で微小回転可能な機構になっている。これらの駆動装置(3、4、5)はステージ駆動制御装置SCによって制御される。また、図2に示すようにウェハホルダー2はほぼ円形をしており、外周の一部に直線的な切欠きを有する。XY平面内におけるこの切欠きの方向は、ウェハホルダー2の回転位置がニュートラル位置にあるときX方向とほぼ平行となる。
【0019】
露光ステージ1上にはX方向に垂直な反射面を有する反射鏡32とY方向に垂直な反射面を有する反射鏡31とが夫々固設されている。レーザー干渉計34は反射鏡32にレーザー光を投射し、その反射光を受光して露光ステージ1のX方向の位置を検出し、レーザー干渉計33は反射鏡31にレーザー光を投射し、その反射光を受光して露光ステージ1のY方向の位置を検出するように構成されている。レーザー干渉計33、34は露光ステージ1の位置を検出するとその検出信号を主制御系MCSに出力する。また、ウェハホルダー2の回転角は回転角検出系35によって検出され、回転角検出系35はウェハホルダー2の回転角を検出すると、その検出信号を主制御系MCSに出力する。また、主制御系MCSはステージ駆動制御装置SCを介してX駆動装置3、Y駆動装置4、及びθ駆動装置5を駆動し、露光ステージ1の位置及びウェハホルダー2の回転を制御する。
【0020】
露光ステージ1にはウェハ上下ピン6、7、8が設けられている。ウェハホルダー2には円形開口26、27、28が設けられ、その円形開口はそれぞれウェハホルダー2が上述の角度範囲内で回転してもウェハ上下ピン6、7、8に接触しない大きさになっている。また、ウェハホルダー2上には3つの光電検出器14、15、16が設けられている。光電検出器14及び15は上述のウェハホルダー2の切欠きの方向に垂直な方向を長手方向とし、当該切欠きの方向に所定の間隔Lをもって配置されている。光電検出器16はウェハホルダー2の切欠きの方向を長手方向とし、その長手方向の延長線上にウェハホルダー2の中心点がくるようにホルダー2の周縁部に配置されている。また、露光ステージ1が受け渡し位置にあるときの光電検出器14、15、16に対して平行光束を照射する装置、すなわち平行光照明系11、12、13が投影露光装置内に設けられている。これら平行光照明系11、12、13は例えばレーザーダイオードを光源として、ウェハWを感光させない波長のレーザー光束を平行光束として各光電検出器に向けて照射する。また、光電検出器14、15、16は例えばフォトダイオード等からなり、平行光照明系11、12、13からの平行光束を受光すると、受光したレーザー光束の光強度に対応した光電信号を主制御系MCSに出力する。ここで、光電検出器14、15、16から出力される光電信号のレベル(電圧値)を夫々S1、S2、S3とする。また、主制御系MCSは露光ステージ1の移動、ウェハホルダー2の回転、及び搬送アーム20の駆動を制御する他、装置全体を統括制御する。
【0021】
次に本実施例におけるウェハの位置決め動作について図2及び図3(a)〜(d)を用いて説明する。図3(a)〜(d)はウェハW、露光ステージ1、ウェハホルダー2、及びウェハホルダー2上に設けられている光電検出器14、15、16の夫々の相対位置関係を示した上面図であり、ウェハWをウェハホルダー2(露光ステージ1)に位置決めする手順を示す図である。
【0022】
先ず、図3(a)に示すようにウェハW及び露光ステージ1は夫々受け渡し位置に配置される。このときウェハホルダー2の回転位置はニュートラル位置にあるので、ウェハホルダー2上の切欠きの方向はX方向と平行となっている。このとき、ウェハWはラフプリアライメント装置30による位置補正の精度やラフプリアライメント装置30から搬送アーム20へのウェハWの受け渡し等により、受け渡し位置からずれているとともに、フラットの方向とX方向との平行度も狂っている。ここで、主制御系MCSは平行光照明系11、12、13からレーザー光束を照射させ、図2に示すように各光電検出器の受光面上にウェハWの3ヶ所の周縁部分を夫々投影する。この3つ光電検出器のうち、光電検出器14、及び15上にはウェハWのフラットの部分が投影され、光電検出器16上にはウェハWの円周外縁が投影される。各光電検出器はウェハWの周縁部分によって遮光されない光束を受光するため、ウェハWの周縁部の位置に応じて各光電検出器から出力される光電信号のレベルが変化する。
【0023】
ここで主制御系MCSは各光電検出器14、15、16からの光電信号のレベルS1、S2、S3が夫々所定の目標値Sa、Sb、Scとなるように、露光ステージ1の位置とウェハホルダー2の回転とをサーボ制御する。本実施例における目標値Sa、Sb、Scは、各光電検出器の全体に平行光束が照射されているときの光電信号のレベルを予め計測し、その値の半分(50%)の値に設定している。従って、上述の如く露光ステージ1の位置とウェハホルダー2の回転とを制御することにより、各光電検出器の長手方向における中心点の位置と3ヶ所のウェハエッジの位置とを一致させることになる。ここで、先ず主制御系MCSは各光電検出器からの光電信号に基づいて、ウェハWの3ヶ所の周縁部の位置と各光電検出器の中心位置とのずれ量D1、D2、D3を求める。各ずれ量は定数K1、K2、K3を用いてほぼ次の関係式が成立する。
【0024】
D1=K1(S1−Sa)
D2=K2(S2−Sb)
D3=K3(S3−Sc)
主制御系MCSはこれらの位置ずれ量に基づいて、露光ステージ1の移動量(ウェハWとウェハホルダー2との位置ずれ量)ΔX、ΔY及びウェハホルダーの回転量(ウェハWのフラットの方向とX方向との回転誤差量)Δθを夫々次の関係式から求める。
【0025】
ΔX=−D3
ΔY=(D1+D2)/2
Δθ=(D2−D1)/L
ここで、Lは光電検出器14と15とのX方向における距離である。主制御系MCSはこれらの移動量及び回転量(ΔX、ΔY、Δθ)を随時制御偏差信号として用い、露光ステージ1のXY方向への移動とウェハホルダー2の回転をサーボ制御する。そして、露光ステージ1の移動、及びウェハホルダー2の回転が終了したときの状態を図3(b)に示す。このとき、ウェハWのエッジは各光電検出器14、15、16の長手方向における中心位置に投影される。
【0026】
上述のように露光ステージ1の移動とウェハホルダー2の回転が終了すると、主制御系MCSは駆動装置(不図示)を介してウェハ上下ピン6、7、8を上方に移動させる。そして、ウェハ上下ピン6、7、8が搬送アーム20からウェハWを受け取ると、搬送アーム20を露光ステージ1の上方から退避させる。ウェハ上下ピン6、7、8はウェハWを受け取ると、下方へ下がってウェハWをウェハホルダー2上に載置する。さらにウェハホルダー2はウェハWを受け取ると、負圧又は真空等によってウェハWを吸着して保持する。このときの状態を図3(c)に示す。そして、最後にウェハホルダー2の回転位置をウェハWを載置する前の回転位置(ニュートラル位置)に戻すことにより、ウェハWのフラットの方向とX方向とを平行とする。このときの状態を図3(d)に示す。このようなウェハの位置決め動作が終了すると、次に主制御系MCSは露光ステージ1を投影光学系PLの下方に配置して、露光動作やファインアライメント動作等を行う。
【0027】
以上のようなウェハの位置決め装置及び位置決め動作によって、ウェハの回転位置がニュートラル位置にあるとき、ウェハWを露光ステージ1に関して、ウェハのフラットの方向と基準方向(X方向)とが平行となるように、速やかに且つ高精度に位置決めすることが可能となる。また、本実施例におけるラフプリアライメント装置30は従来より用いていたプリアライメント装置のように高精度(誤差の許容範囲が±15μm程度)な装置である必要がないため、コストを抑制することができる。
【0028】
ところで、本実施例においては露光ステージ1の移動とウェハホルダー2の回転が終了した状態(図3(b)に示す状態)から、ウェハホルダー2がウェハWを保持した状態(図3(c)に示す状態)に至る際に、ウェハ上下ピン6、7、8の機械的なガタ等によって、ウェハホルダー2に対するウェハWの位置がずれることがある。従って、主制御系MCSはウェハホルダー2がウェハWを保持した後、再び平行光照明系11、12、13からレーザー光束を照射して、光電検出器14、15、16からの光電信号を入力することにより、ウェハホルダー2がウェハWを保持した状態(図3(c)に示す状態)で生じているウェハWとウェハホルダー2との位置ずれ量ΔX、ΔY、及び回転誤差量Δθを求めることができる。そして、これらの位置ずれ量又は回転誤差量が所定の許容範囲を超えているとき、Δθについてはウェハホルダー2をニュートラル位置に戻す際に補正すればよく、またΔX、ΔYについては、露光動作やファインアライメント動作時にオフセット量として用い、露光ステージの位置を補正してやればよい。
【0029】
また、本実施例においては平行光照明系11、12、13から照射されるレーザー光束の照射領域内における光強度はほぼ均一として考えているため、各光電信号のレベルS1、S2、S3の目標値Sa、Sb、Scを常に一定の値として位置決め動作を行っている。しかしながら、例えばこの照射領域内の光強度にムラがある場合、この目標値Sa、Sb、Scの値が一定の値であると、上述のずれ量D1、D2、D3の計算結果に誤差が生じてしまうことがある。例えば図4(a)に示すように1つの光電検出器16に着目してみると、露光ステージ1の上方に搬送されたウェハのエッジ部分が光強度の比較的高い位置にあると、光電検出器16からの光電信号のレベルS3が目標値Sc(図4(a)における斜線部)になるように露光ステージ1を位置決めしたとき、光電検出器の中心位置16cがウェハエッジの位置よりも−X方向側にずれてしまう。逆に、ウェハのエッジ部分が光強度の比較的小さい位置にあると、露光ステージ1を位置決めしたとき光電検出器16の中心位置16cはウェハエッジの位置よりも+X方向側にずれてしまう。従って、主制御系MCSは露光ステージ1の上方にウェハが搬送されると、図4(b)に示すように光電検出器16を一度ウェハエッジの近傍に配置するとともに、光電検出器16の受光面全体にレーザー光束が照射されるときの光電信号のレベルSxを検出し、そのレベルの半分の値(Sx/2)を目標値として設定する。このことによって露光ステージ1を位置決めしたとき図4(c)に示すように常に光電検出器16の中心位置16cがウェハエッジの位置の近傍に配置される。これは他の光電検出器14、15についても同様のことが言えるため、上述の如く全ての光電検出器からの光電信号の目標値を設定したのち、露光ステージ1の位置決めを行うことによって、さらに高精度な位置決めを行うことができる。
【0030】
また、本実施例においてはウェハエッジの検出系として平行光照明系11、12、13及び光電検出器14、15、16から構成したが、例えばウェハホルダー上に光源を設けてウェハWの下側からレーザー光束を照射し、ウェハの上側に配置された光電検出器によってその光束を受光するような構成であってもよい。また、テレビカメラ、CCD等の撮像素子でエッジ部分を撮像し、ウェハエッジの位置を検出するような構成であっても良い。
【0031】
次に本実施例の変形例について図5を用いて説明する。図5は本変形例における位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図であり、図2と同様にウェハW及び露光ステージ1が夫々受け渡し位置に配置されている状態を示している。
本変形例は、前述の第1実施例のようにウェハホルダー2を回転させる代わりに、図2中のウェハ上下ピン6〜8と同様にウェハホルダー2と搬送アーム20との間のウェハWの受け渡しに用いられる可動支柱(センタピン)45を、ウェハホルダー2のほぼ中心に、ウェハホルダー2に対して回転可能にかつ上下動可能に配置するものである。この可動支柱45は、不図示の駆動機構によって回転及び上下動されるとともに、その上面でウェハWのほぼ中心部を支持する。可動支柱45の上下動及び回転は回転制御装置HCによって制御される。尚、可動支柱45、駆動機構(不図示)及び回転制御装置HC以外の構成は先の第1実施例と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0032】
本変形例においては、先ず可動支柱45を上昇させて、露光ステージ1の上方まで移動された搬送アーム20上のウェハWを可動支柱45上に載せ替え、例えば負圧又は真空等によってウェハWを吸着保持する。しかる後、搬送アーム20は移動されて露光ステージ1の上方から退避する。そして先の第1実施例と同様に、ウェハWの周縁3ヶ所のエッジの位置と各光電検出器の中心の位置とのずれ量D1、D2、D3を求めるとともに、ウェハWとウェハホルダー2との位置ずれ量ΔX、ΔY、及びウェハWのフラットの方向と基準方向(X方向)との回転誤差量Δθを求める。主制御系MCSはこの回転誤差量Δθに基づいて回転制御装置HCに対して指令信号を出力し、フラットの方向と基準方向(X方向)とが平行となるように可動支柱45を回転させる。その後、回転制御装置HCは可動支柱45を下降させるとともに、ウェハWの吸着を解除して、ウェハWをウェハホルダー2上に載置する。また、位置ずれ量ΔX、ΔYについては、露光動作やファインアライメント動作時にオフセット量として用い、露光ステージ1の位置を補正する。このような位置決め装置の動作及び構成によって、例えばウェハホルダー2に回転機構が設けられていない場合でも、先の第1実施例と同様に速やかに且つ高精度にウェハWをステージ1上に位置決めすることが可能となる。
【0033】
本変形例では、ウェハWを可動支柱45に保持した後で位置ずれ量ΔX、ΔY、及び回転誤差量Δθを検出するものとしたが、先の第1実施例と同様に、ウェハWを搬送アーム20に保持した状態で位置ずれ量ΔX、ΔY、及び回転誤差量Δθを検出するようにしてもよい。この場合、ウェハWとウェハホルダー2との位置ずれ量ΔX、ΔYを零とするためには、ウェハWを可動支柱45に保持する前に露光ステージ1をX、Y方向に微動すればよく、回転誤差量Δθを零とするためには、ウェハWを可動支柱45で保持した後に可動支柱45を回転させればよい。さらに本変形例では、前述の回転誤差量Δθを零にするために、図5中の可動支柱45を回転させるものとしたが、図2中の3本のピン6、7、8を一体に回転可能に構成し、この3本のピンをウェハホルダー2に対して相対的に回転させて回転誤差量Δθを零とするようにしてもよい。
【0034】
次に、本発明の第2実施例を図6を用いて説明する。本実施例は先の第1実施例における平行光照明系11、12、13からのレーザー光束の光強度のムラによる上述のずれ量D1、D2、D3の検出誤差を軽減するために、先の第1実施例における光電検出器14、15、16の代わりに、受光領域が微小な光電検出器(以下、「微小光電センサ」と記す)41、42、43を設けたものである。また、光電検出器41、42、43以外の構成は先の第1実施例と同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。
【0035】
図6(a)はウェハW、露光ステージ1、ウェハホルダー2、及びウェハホルダー2上に設けられている微小光電センサ41、42、43の夫々の相対位置関係を示した上面図であり、先の第1実施例の説明で用いた図3(a)に対応する図である。
先の第1実施例の位置決め動作と同様に、主制御系MCSは搬送アーム20を移動させてウェハWを露光ステージ1の上方に配置した後、このウェハWの周縁3ヶ所のエッジ部分の位置を検出する。このとき、図6(a)に示すように全ての微小光電センサ41、42、43の受光面全体にレーザー光束が受光されるように、主制御系MCSは露光ステージ1を受け渡し位置から+X方向及び−Y方向に夫々数mmずれた位置に配置する。次に主制御系MCSは矢印で示した+Y方向及び−X方向に夫々45°傾いた方向(図6(a)における左上の方向)に露光ステージ1を走査させる。このとき、主制御系MCSは微小光電センサ41、42からの光電信号を露光ステージ1のY座標位置の関数として記憶し、微小光電センサ43からの光電信号を露光ステージ1のX座標位置の関数として記憶する。
【0036】
図6(b)〜(d)は主制御系MCS内に記憶された各微小光電センサからの信号波形である。図6(b)〜(d)に示すように、微小光電センサ41、42、43がウェハWの影に隠れる前はレーザー光束の光強度のむらにより、各光電信号のレベルS1、S2、S3は露光ステージ1の位置によって変化している。そして、各微小光電センサがウェハエッジの影に隠れ始めると、光電信号のレベルは急激に低下し、完全に隠れた状態で零となる。主制御系MCSはこれらの信号波形に基づいて、各信号が低下し始めるときの値の半分の値Sd、Se、Sfを光電信号のレベルS1、S2、S3の目標値として求めるとともに、そのときの露光ステージ1の座標値Yd、Ye、Xfを夫々求める。そして、これらの信号に基づいて、各光電信号のレベルS1、S2、S3が夫々目標値Sd、Se、Sfとなるように露光ステージ1のXY座標位置及びウェハホルダー2の回転位置を夫々制御する。露光ステージ1の移動及びウェハホルダー2の回転が終了した後は、先の第1実施例と同様にウェハWをウェハホルダー2上に保持させ、ウェハホルダー2の回転位置をニュートラル位置に戻すことにより、ウェハWの位置決め動作が終了する。
【0037】
以上のような位置決め装置の構成及び動作によって、平行光照明系から照射される照明光の光強度が均一でない場合でもウェハを露光ステージ上に正確に位置決めすることが可能となる。尚、本実施例でもウェハホルダー2を回転させる代わりに、ウェハWを搬送アーム20からウェハホルダー2(又はその逆)に受け渡すための上下動可能な上下ピン6〜8(図2)又は可動支柱45(図5)を回転させるようにしてもよい。
【0038】
以上の第1及び第2実施例では、光電検出器14、15、16を露光ステージ1に固設するものとしたが、例えばウェハホルダー2には細長い矩形開口を有するスリット板のみを設けるようにし、この矩形開口を通過した光を光ファイバー(又はミラー等)を介して露光ステージ1の外部に配置される光電検出器の受光面に導くように構成してもよい。また、照明系11、12、13を露光ステージ1に設ける場合には、照明光を射出する光源を露光ステージ1の外部に配置し、その照明光を光ファイバー等で露光ステージ1の内部に導いてウェハWの周縁端を照明するように構成してもよい。このとき、光ファイバーの射出端を細長い矩形状としてウェハホルダー2に設けてもよいし、あるいはウェハホルダー2に細長い矩形開口を有するスリット板を設け、光ファイバーから射出される照明光でスリット板をその裏面から照射するようにしてもよい。
【0039】
次に、本発明の第3実施例における基板の位置決め装置について図7を用いて説明する。図7は本実施例における位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施例は先の第1実施例における光電検出器14、15、16をウェハホルダー2上とは別の位置に設けた例であり、その他の構成は第1実施例と同様であるため、位置決め装置の構成の詳しい説明は省略する。また、第1実施例と同じ機能を果たす部材については同一の符号を付している。
【0040】
図7においてウェハWは搬送アーム20によって受け渡し位置に配置されている状態を示す。ここで、ウェハWをウェハホルダー2上に載置する前に、平行光照明系11、12、13からウェハWに対してレーザー光束が照射される。ウェハエッジの投影像はミラー51、52、53によって反射され、受光部54、55、56に設けられた光電検出器14、15、16によって受光される。これらの光電検出器14、15、16から出力される光電信号のレベルは、先の第1実施例と同様にウェハエッジの位置に応じて変化する。また、ミラー51及び受光部54は駆動手段57によって一体となってY方向に移動可能であり、ミラー52及び受光部55は駆動手段58によって一体となってY方向に移動可能である。さらに、ミラー53及び受光部56は駆動手段59によって一体となってX方向に移動可能である。主制御系MCSはこれらの駆動装置57、58、59を介して夫々のミラー及び受光部の駆動を制御する。
【0041】
平行光照明系11、12、13からの光束を受光した光電検出器14、15、16は、受光したレーザー光束の光強度に対応した光電信号を主制御系MCSに出力する。主制御系MCSはこれらの光電信号に基づいて、先の第1実施例と同様の計算によってウェハWの受け渡し位置からの位置ずれ量ΔX、ΔY、及びX方向に対するフラットの回転誤差量Δθを夫々求める。このとき露光ステージ1の位置はどの位置にあってもよい。そして主制御系MCSはウェハWをウェハホルダー2上に載置する際に、これらの位置ずれ量及び回転誤差量(ΔX、ΔY、Δθ)に基づいて露光ステージの位置及びウェハホルダー2の回転位置を制御する。このとき、露光ステージ1の位置は基準位置から(ΔX、ΔY)だけずれた位置に配置され、ウェハホルダー2の回転位置はニュートラル位置からΔθだけ回転した位置にある。そして、ウェハWをウェハホルダー2上に載置するとき、主制御系MCSは駆動装置57、58、59に対して指令信号を出力し、ミラー51、52、53がウェハWの下部から退避するようにミラー51、52、53及び受光部54、55、56を夫々移動させる。そして、ウェハWをウェハホルダー2によって保持させた後、先の第1実施例と同様にウェハホルダー2の回転位置をニュートラル位置に戻すことによってウェハWの位置決め動作が終了する。
【0042】
以上のような位置決め装置の構成及び動作によって、ウェハホルダー2上に光電検出器等を設けることなく、ウェハWを露光ステージ1に対して位置決めすることが可能となる。また、このような構成の場合、ウェハの位置ずれ検出をウェハ交換時に行う必要がなく、予め位置ずれを計測しておくことができるため、スループットが向上するという利点がある。
【0043】
以上の各実施例では、ウェハWをウェハホルダー2に載置する前に、露光ステージ1をX、Y方向に微動して、ウェハWとウェハホルダー2との位置ずれ量ΔX、ΔYを零にするものとしたが、例えば搬送アーム20をX、Y方向に微動可能に構成し、ウェハWが載置された搬送アーム20を露光ステージ1(ウェハホルダー2)に対して相対移動して位置ずれ量ΔX、ΔYを零とした後で、搬送アーム20上のウェハWを3本ピン6、7、8、又は可動支柱45を介してウェハホルダー2に受け渡すようにしてもよい。さらに、ウェハホルダー2や可動支柱45(又は3本ピン6、7、8)の代わりに、搬送アーム20を回転可能に構成し、前述の回転誤差量Δθを零とするようにその搬送アーム20を回転させるとともに、この回転された搬送アーム20上のウェハWを3本ピン6、7、8、又は可動支柱45を介してウェハホルダー2に受け渡すようにしてもよい。
【0044】
また、3本ピン6〜8、又は可動支柱45を用いて、搬送アーム20とウェハホルダー2との間でウェハWの受け渡しを行うものとしたが、例えばウェハホルダー2を上下動可能に構成してウェハWの受け渡しを行うようにしてもよい。この場合、露光ステージ1の上方まで移動された搬送アーム20を下降させてウェハWを3本ピン6〜8(又は可動支柱45)に載せ替える。しかる後、搬送アーム20を露光ステージ1の上方から退避させるとともに、ウェハホルダー2をその載置面が3本ピン6〜8(又は可動支柱45)の上端面よりも所定量だけ高くなるようにウェハホルダー2を上昇させてウェハWをウェハホルダー2上に真空吸着保持し、この状態のまま露光ステージ1を駆動して露光動作等を行うことになる。
【0045】
尚、ロード用のウェハカセット22とプリアライメント装置30との間、及びプリアライメント装置30とアンロード用のウェハカセット23との間に設けられる搬送装置は、図1中のベルト24a、24b、及び25a、25bに限られるものではなく、図1中のガイド21とスライダ(搬送アーム)20とを組み合わせたもの、又は市販されている多関節アームを持つ搬送ロボットを用いるようにしてもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、基板をホルダー上に載置する際に、ホルダー上方において基板の外周の直線部分を非接触で検出することにより、速やかに且つ高精度に基板をステージに対して位置決めすることができる。
また、ホルダーの回転位置がニュートラル位置にあるときに、基板の外周の直線部分(フラット)の方向がホルダーに対して常に所定の基準方向を向くように載置されるため、ホルダーが所定の角度範囲しか回転できない場合でも、露光動作時やファインアライメント動作時にホルダーを回転したとき、ホルダーの回転可能な角度範囲を超えることが極めて少なくなる。
【0047】
さらに、保持部材(搬送手段)とホルダーとの間での基板の受け渡しに用いられる可動部材を、ホルダーに対して相対的に回転可能に構成する場合には、ホルダーに回転機構を設ける場合に比べて簡易な構成で基板の回転誤差を零にすることができるとともに、ホルダーの回転機構が不要となってステージの剛性、即ちステージ上での基板の位置的な安定性が高まるという利点も得られる。
【0048】
また、基板の位置とその直線部分の向きとの少なくとも一方を予備的に補正するプリアライメント装置を更に設ける場合には、このプリアライメントされた基板がステージの上方まで搬送されるので、ホルダーや支持部材(可動部材)の可動範囲(回転量)が小さくて済むという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に好適な投影露光装置におけるウェハ搬送系の概略的な構成を示す上面図である。
【図2】本発明の第1実施例における基板の位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図3】図3(a)はウェハWを露光ステージ1上に配置したときの上面図、図3(b)はウェハWと露光ステージ1及びホルダー2とを相対的に位置決めしたときの上面図、図3(c)はウェハWをウェハホルダー2上に配置したときの上面図、図3(d)はウェハホルダー2を初期位置に戻したときの上面図である。
【図4】図4(a)は主制御系MCSによるずれ量D1〜D3の計算結果に生じる誤差を説明するための上面図、図4(b)、(c)はずれ量D1〜D3の計算誤差を低減させるための動作を説明する上面図である。
【図5】図5は第1実施例の変形例における基板の位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図6】図6(a)は本発明の第2実施例における基板の位置決め装置の概略的な構成を示す上面図、図6(b)〜(d)は微小光電センサ34、35、36から得られる光電信号の信号波形を示す図である。
【図7】本発明の第3実施例における基板の位置決め装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1・・・・露光ステージ
2・・・・ウェハホルダー
3・・・・X駆動装置
4・・・・Y駆動装置
5・・・・θ駆動装置
11、12、13・・・平行光照明系
14、15、16・・・光電検出器
20・・・搬送アーム
MCS・・・主制御系
SC・・・ステージ駆動制御装置
W・・・・ウェハ
Claims (20)
- 所定の基準面内で2次元移動可能なステージと、前記ステージ上に回転可能に設けられ、外周の少なくとも一部に直線部分を有する基板を保持するホルダーとを有し、前記ホルダーの回転位置が所定のニュートラル位置にあるとき、前記基板の直線部分が所定の基準方向とほぼ平行となるように前記基板を前記ホルダー上に保持する位置決め装置において、
前記ステージが前記基準面内の所定位置に存在するときに、前記基準面にほぼ水平な面内で基板を水平搬送する搬送手段を用いて水平搬送されてきた前記基板を、前記所定位置の前記ステージの上方において前記基準面とほぼ水平に保持する保持部材と;
前記保持された基板の直線部分に光束を照射する照射手段と、前記光束を前記基板に関して前記照射手段と反対側で光電検出する受光手段とを有し、かつ前記照射手段及び前記受光手段の一方が前記ホルダー上に設けられ、前記受光手段からの光電信号に基づいて、前記基準方向に対する前記基板の直線部分の相対的な回転誤差を検出する回転誤差検出手段と;
前記ホルダーの回転位置を前記ニュートラル位置から前記回転誤差に対応した量だけ回転させる駆動手段とを備え、前記駆動手段によって前記ホルダーを回転させた後に、前記搬送手段による前記水平搬送を介さずに前記基板を前記ホルダー上に載置することを特徴とする基板の位置決め装置。 - 所定の基準面内で2次元移動可能なステージと、前記ステージ上に設けられ、外周の少なくとも一部に直線部分を有する基板を保持するホルダーとを有し、前記基板の直線部分が所定の基準方向とほぼ平行となるように前記基板を前記ホルダー上に保持する位置決め装置において、
前記ステージが前記基準面内の所定位置に存在するときに、前記基準面にほぼ水平な面内で基板を水平搬送する搬送手段を用いて水平搬送されてきた前記基板を、前記所定位置の前記ステージの上方において前記基準面にほぼ水平に保持する保持部材と;
前記保持された基板の直線部分に光束を照射する照射手段と、前記光束を前記基板に関して前記照射手段と反対側で光電検出する受光手段とを有し、かつ前記照射手段及び前記受光手段の一方が前記ホルダー上に設けられ、前記受光手段からの光電信号に基づいて、前記基準方向に対する前記基板の直線部分の相対的な回転誤差を検出する回転誤差検出手段と;
前記回転誤差がほぼ零となるように前記基板を回転させる駆動手段とを備え、
前記駆動手段によって前記基板を回転させた後に、前記搬送手段による前記水平搬送を介さずに前記基板を前記ホルダー上に載置することを特徴とする基板の位置決め装置。 - 前記駆動手段は、前記保持部材と前記ホルダーとの間での前記基板の受け渡しに用いられ、前記ホルダーに対して相対的に回転可能な可動部材と、前記回転誤差がほぼ零となるように前記基板を載置した可動部材の回転を制御する装置とを有することを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記回転された可動部材上の基板が前記ホルダー上に載置されるように前記ホルダーと可動部材とを相対移動する駆動部材を有することを特徴とする請求項3に記載の装置。
- 所定面内で2次元移動可能なステージと、前記ステージ上で基板を保持するホルダーとを有する位置決め装置において、
前記所定面にほぼ水平な面内において、前記基板を保持して搬送可能であり、該基板を前記ステージの上方に水平搬送する搬送手段と;
前記搬送された基板を載置するとともに、前記ホルダーに対して相対的に回転可能な可動部材と;
前記基板が前記ホルダー上に載置されるように前記可動部材と前記ホルダーとを相対移動させる駆動部材と;
前記ステージの上方に水平搬送された基板に対して光ビームを照射して該光ビームの少なくとも一部を光電検出することで前記基板の所定の基準方向に対する相対的な回転誤差を検出する検出手段と;
前記回転誤差がほぼ零となるように前記基板を載置した可動部材の回転を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段によって前記回転誤差がほぼ零となるように前記可動部材の回転を制御した後に、前記搬送手段による前記水平搬送を介さずに、前記駆動部材による相対移動によって前記基板を前記ホルダー上に載置することを特徴とする基板の位置決め装置。 - 前記基板は、外周の少なくとも一部に直線状の切欠きを有し、
前記検出手段は、前記搬送手段、又は前記可動部材に保持された基板の切欠きに光ビームを照射する照明系と、前記基板に関して前記照明系と反対側に配置されて該光ビームを光電検出する受光系とを有し、前記照明系と受光系の一方を前記ステージに設けたことを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記検出手段は、前記搬送部材上に保持された基板の周縁部分を非接触で光電的に検出して前記基板の位置を求め、
前記基板を前記可動部材に載置するのに先立ち、前記求められた位置に応じて前記搬送手段と前記ステージとを相対移動する駆動系を有することを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記基板の周縁部分を非接触で光電的に検出して、前記基板の位置とその直線部分の向きとの少なくとも一方を予備的に補正するプリアライメント装置を有し、前記搬送手段は、該プリアライメントされた基板を保持して前記ステージの上方まで搬送することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 所定面内で2次元移動可能なステージと、前記ステージ上で基板を保持するホルダーとを有する位置決め装置において、
前記所定面にほぼ水平な面内において、前記基板を保持して搬送可能であり、前記ステージに対して前記基板の受け渡しが行われる受け渡し位置の上方に該基板を水平搬送する搬送手段と、
前記受け渡し位置の上方に配置された前記基板の、所定の基準方向に対する相対的な回転誤差を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された回転誤差に対応した量だけ前記基板と前記ホルダとを相対的に回転させる制御手段とを備え、
前記制御手段による相対回転後に、前記搬送手段による前記水平搬送を介することなく、前記ホルダー上に前記基板を載置することを特徴とする基板の位置決め装置。 - 前記搬送手段から前記基板を受け取るとともに前記ホルダーに対して前記基板を受け渡す可動部材をさらに有することを特徴とする請求項9に記載の位置決め装置。
- 前記可動部材は、前記搬送手段から受け取った前記基板を前記ホルダー上に載置するために前記ホルダに対して上下動可能な3本のピンで構成されることを特徴とする請求項10に記載の位置決め装置。
- 前記可動部材は前記ホルダーに対して回転可能に設けられており、
前記制御手段は、前記検出された回転誤差に対応した量だけ前記可動部材を回転させることを特徴とする請求項10に記載の位置決め装置。 - 前記ホルダーは、前記ステージに対して回転可能に設けられており、
前記制御手段は、前記検出された回転誤差に対応した量だけ前記ホルダーを回転させることを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の位置決め装置。 - 前記搬送手段は、前記基板を回転可能に保持し、
前記制御手段は、前記検出された回転誤差に対応した量だけ前記基板が回転するように前記搬送手段を駆動することを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の位置決め装置。 - 前記検出手段は、前記基板の周縁部分を非接触で光電的に検出して、前記基板の回転誤差とともに前記基板の位置を検出することを特徴とする請求項9〜14のいずれか一項に記載の位置決め装置。
- 前記検出手段は、前記搬送手段に前記基板が保持されている状態で前記基板の回転誤差を検出することを特徴とする請求項5〜15のいずれか一項に記載の位置決め装置。
- 前記検出手段は、前記可動部材に前記基板が保持されている状態で前記基板の回転誤差を検出することを特徴とする請求項5〜8及び12のいずれか一項に記載の位置決め装置。
- 前記検出手段は、前記基板が前記ホルダー上に載置された後、再度前記基板の前記所定の基準方向に対する回転誤差を検出することを特徴とする請求項5〜17のいずれか一項に記載の位置決め装置。
- 前記検出手段は、前記ステージを前記受け渡し位置に配置する前に前記基板の回転誤差を検出することを特徴とする請求項9〜18のいずれか一項に記載の位置決め装置。
- ホルダー上に載置された基板に対して回路パターンを露光する露光装置であって、請求項1〜19のいずれか一項に記載の位置決め装置を有することを特徴とする露光装置。
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