JP5315275B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

この発明は、描画ステージに保持される基板に対して光ビームを照射して露光する露光装置に関するものである。

感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等（以下、「基板」という）に光ビームを照射してパターンを描画する露光装置（パターン描画装置とも呼ばれる。）として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この露光装置では、チャンバー内部に基台が固定配置されるとともに、基台上でステージが移動自在に設けられている。このステージの上面には吸着保持機構が設けられており、ステージの上面に対して基板が吸着保持される。また、基台の近傍には搬送ロボットを有する搬送部が配置されており、ステージに露光処理を受けていない未処理の基板を搬入し、またステージから露光処理済の基板を搬出する。

搬送ロボットによりステージに搬入されて吸着保持される基板の感光性材料に配線等のパターンを描画するために、基台から上方に離間して光学ヘッド（描画ヘッド）が配置されており、基板上の感光性材料に対して光ビームを照射する。また、光学ヘッドに対して一定の位置関係を保って撮像部がステージの上方に固定配置されており、この撮像部によってステージに吸着保持された基板上の複数のアライメントマークが撮像される。そして、露光装置の制御部は撮像部から出力される画像から各アライメントマークの座標を検出し、それらの座標に基づき露光領域ごとの位置ずれ量、伸縮量などを算出する。さらに、こうして算出された位置などに基づき制御部は光学ヘッドからの光ビームの照射位置を補正しつつパターン描画を行う。

特開２００８−５１８６６号公報（例えば、図１、図２）

ところで、露光装置は半導体製造工場のクリーンルームなどに設置され、クリーンルーム内のダウンフローをチャンバーの天井面から取り込み、搬送部に上方から下方にエアー流を形成している。これによって、搬送部でパーティクルが舞い上がって散乱するのを防止して製品歩留まりの向上を図っている。しかしながら、光学ヘッド（描画ヘッド）や撮像部が基台およびステージの上方に配置されているため、ダウンフローが光学ヘッドや撮像部の上面で遮られて光学ヘッド等とステージとで挟まれた空間にフレッシュなダウンフロー気体が行き渡り難く、当該空間の雰囲気は澱んで温度変化が生じやすい。その結果、次のような問題が発生することがあった。

特許文献１では明確に記載されていないが、光学ヘッドと撮像部とは予め設計した位置で梁部材やフレーム部材などの支持部に取り付けられて一定の位置関係に保たれている。しかしながら、支持部周囲で温度変化が発生すると、その温度変化に応じて支持部が膨張または収縮して光学ヘッドと撮像部との位置関係が変動してしまう。露光装置では、上記したように光学ヘッドと撮像部とが一定の位置関係に保たれていることを前提として光ビームの照射位置を補正している。そのため、光学ヘッドと撮像部との位置関係が変動すると、光ビームの照射位置を正確に補正することができず、誤った位置に光ビームが照射されて描画精度の低下を招いてしまう。

このように、従来の露光装置では、パーティクルの散乱防止を図ることができるものの、描画ステージと光学ヘッド（描画ヘッド）とで挟まれる空間の温度を高精度に制御することが難しく、高精度な描画を行うことが困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高精度な描画と、搬送部でのパーティクル散乱の防止とを同時に達成することができる露光装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる露光装置は、上記目的を達成するため、基台と、基台上に配置されて基板を保持する描画ステージと、基台から上方に離間して配置されて描画ステージに保持される基板に光ビームを上方から照射して描画する描画ヘッドと、水平方向において基台と隣接して配置されて描画ステージとの間で基板の搬送を行う搬送部と、水平方向において基台に対して搬送部の反対側に配置されて描画ステージと描画ヘッドとに挟まれた空間に向けて気体を吹き出す気体吹出部と、搬送部の雰囲気を下方に排気する排気部とを備え、気体吹出部、描画ステージおよび搬送部は前記水平方向に列状に配置されて気体吹出部から吹き出された気体は水平方向に平行な方向で空間内を流れた後、搬送部を取り囲む雰囲気を介して下方に流れて排気されることを特徴としている。

このように構成された発明では、基台上に描画ステージが配置されるとともに、基台から上方に離間して描画ヘッドが配置される。また、水平方向において基台の一方側に搬送部が配置され、他方側に気体吹出部が配置されている。そして、気体吹出部は描画ステージと描画ヘッドとに挟まれた空間に向けて気体を吹き出す。このため、気体吹出部から吹き出された気体が上記空間を通過することで上記空間の雰囲気が入替えられて温度変化が抑制される。また、このように上記空間を通過した気体は搬送部に流れ込むが、この搬送部を取り囲む雰囲気は排気部によって下方に排気されて同雰囲気内で下向きの気流、つまりダウンフローが形成される。したがって、搬送部でパーティクルが舞い上がり散乱するのが効果的に防止される。

また、気体吹出部、描画ステージおよび搬送部をこの順序で水平方向に列状に配置することで気体吹出部から吹き出された気体は水平方向に平行な方向で空間内を流れた後、搬送部を取り囲む雰囲気を介して下方に流れて排気される。

この発明によれば、気体吹出部から吹き出された気体が描画ステージと描画ヘッドとに挟まれた空間を通過することにより、上記空間の雰囲気を入替えることができ、その結果、上記空間の温度変化を抑制することができる。また、上記空間を通過した気体は搬送部に流れ込むが、搬送部を取り囲む雰囲気は排気部によって下方に排気されてダウンフローが形成されるため、搬送部でパーティクルが舞い上がり散乱するのを効果的に防止することができる。

本発明にかかる露光装置の一実施形態を示す図である。 図１に示す露光装置の本体部を示す斜視図である。

図１は本発明にかかる露光装置の一実施形態を示す図であり、図２は図１に示す露光装置の本体部を示す斜視図である。この露光装置１００は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板Ｗの表面に光ビームを照射してパターンを描画する装置である。

この露光装置１００では、本体フレーム１０１に対してカバー１０２が取り付けられて形成される本体内部に装置各部が配置されて本体部が構成されるとともに、本体部の外側（本実施形態では、図１に示すように本体部の右手側）に基板収納カセット１１０が配置されている。この基板収納カセット１１０には、露光処理を受けるべき未処理基板Ｗが収納されており、本体内部に配置される搬送ロボット１２０によって本体部にローディングされる。また、未処理基板Ｗに対して露光処理（パターン描画処理）が施された後、当該基板Ｗが搬送ロボット１２０によって本体部からアンローディングされて基板収納カセット１１０に戻される。このように、この実施形態では、搬送ロボット１２０が本発明の「搬送部」として機能している。

この本体部では、図１および図２に示すように、カバー１０２に囲まれた本体内部の右手端部に搬送ロボット１２０が配置されている。また、この搬送ロボット１２０の左手側には基台１３０が配置されている。この基台１３０の一方端側領域（図１および図２の右手側領域）が、搬送ロボット１２０との間で基板Ｗの受け渡しを行う基板受渡領域となっているのに対し、他方端側領域（図１および図２の左手側領域）が基板Ｗへのパターン描画を行うパターン描画領域となっている。この基台１３０上では、基板受渡領域とパターン描画領域の境界位置にヘッド支持部１４０が設けられている。このヘッド支持部１４０では、図２に示すように、基台１３０から上方に２本の脚部材１４１、１４２が立設されるとともに、それらの脚部材１４１、１４２の頂部を橋渡しするように梁部材１４３が横設されている。そして、図１に示すように、梁部材１４３のパターン描画領域側の側面にカメラ（撮像部）１５０が固定されて、ステージ１６０に保持された基板Ｗの表面（被描画面、被露光面）上の複数のアライメントマーク（図示省略）を撮像可能となっている。

このステージ１６０は基台１３０上でステージ移動機構（図示省略）によりＸ方向、Ｙ方向ならびにθ方向に移動される。すなわち、ステージ移動機構は、ステージ１６０を水平面内で２次元的に移動させて位置決めするとともに、θ軸（鉛直軸）回りに回転させて後述する光学ヘッド１７０に対する相対角度を調整して位置決めする。なお、このようなステージ移動機構としては、従来より多用されているＸ−Ｙ−θ軸移動機構を用いることができる。このように、この実施形態では、ステージ１６０が本発明の「描画ステージ」として機能している。

また、このように構成されたヘッド支持部１４０に対して光学ヘッド１７０が上下方向に移動自在に取り付けられている。このようにヘッド支持部１４０に対し、カメラ１５０と光学ヘッド１７０とが取り付けられており、ＸＹ平面内での両者の位置関係は固定化されている。また、この光学ヘッド１７０は、基板Ｗへのパターン描画を行うもので、ヘッド移動機構（図示省略）により上下方向に移動される。そして、露光制御部（図示省略）からの動作指令に応じてヘッド移動機構が作動することで、光学ヘッド１７０が上下方向に移動し、光学ヘッド１７０とステージ１６０に保持される基板Ｗとの距離を高精度に調整可能となっている。このように、この実施形態では、光学ヘッド１７０が本発明の「描画ヘッド」として機能している。

また、基台１３０の基板受渡側と反対側の端部（図１および図２の左手側端部）においても、２本の脚部材１４４が立設されている。そして、梁部材１４３と２本の脚部材１４４の頂部とを橋渡しするように光学ヘッド１７０の光学系を収納したボックス１７２が設けられており、基台１３０のパターン描画領域を上方から覆っている。したがって、露光装置１００が設置されるクリーンルーム内に供給されているダウンフローを本体内部に引き入れたとしても、パターン描画領域ではステージ１６０と光学ヘッド１７０のボックス１７２とに挟まれた空間ＳＰにダウンフローが供給されない。

そこで、本実施形態にかかる露光装置１００では、空間ＳＰに対して搬送ロボット１２０の反対側に、空間ＳＰに向けて温調された気体を吹き出す気体吹出部１９０が配置されている。すなわち、本体部の左手側壁を構成するカバー１０２を貫通するように２つの気体吹出部１９０が上下に取り付けられている。これらの気体吹出部１９０は空調器１９１に接続されており、空調器１９１で温調された空気を、図１中、矢印で示すように空間ＳＰに向けて吹き出す。これによって、気体吹出部１９０から吹き出された温調気体が、図１中、矢印で示すように水平方向に平行な横向きに流れて空間ＳＰを通過することとなる。

また、このように上記空間ＳＰを通過した空気は、図１中、矢印で示すように搬送ロボット１２０に流れ込むとともに、本体部を右側から覆うカバー１０２に突き当たり、搬送ロボット１２０を取り囲む雰囲気を形成する。この搬送ロボット１２０の下方部には、排気口１９２が設けられるとともに、排気口１９２が配管１９３を介して空調器１９１に接続されている。したがって、排気口１９２を設けたことで搬送ロボット１２０を取り囲む雰囲気は排気されて、図１中、矢印で示すように同雰囲気内で下向きの気流、つまりダウンフローが形成される。そして、排気された空気は配管１９３を介して空調器１９１に戻ることとなる。

以上のように、この実施形態では、搬送ロボット１２０の左手側に配置された基台１３０上にステージ１６０が設けられ、さらに、その左手側に気体吹出部１９０が配置されている。つまり、搬送ロボット１２０、ステージ１６０および気体吹出部１９０が、この順序で水平方向に列状に配置されている。そして、気体吹出部１９０から吹き出された温調気体が横向きに流れて空間ＳＰを通過するようにしている。したがって、ステージ１６０と光学ヘッド１７０のボックス１７２とに挟まれた空間ＳＰの雰囲気を入替えることができ、これによってパターン描画領域での温度変化を抑制することができる。

また、このように温度変化が抑制されることで、カメラ１５０と光学ヘッド１７０とを支持するヘッド支持部１４０の熱膨張や熱収縮を抑制することができ、カメラ１５０と光学ヘッド１７０との位置関係はほぼ一定に保たれる。したがって、カメラ１５０により撮像されるアライメントマーク画像に基づき算出される露光領域ごとの位置ずれ量、伸縮量などに応じて光学ヘッド１７０からの光ビームの照射位置を正確に補正することができる。その結果、本実施形態にかかる露光装置１００では、高精度な描画が可能となっている。

また、この実施形態では、上記空間ＳＰを通過した空気は、搬送ロボット１２０に流れ込むが、排気口１９２を設けたことで搬送ロボット１２０を取り囲む雰囲気は排気されて同雰囲気内で下向きの気流、つまりダウンフローが形成される。したがって、搬送ロボット１２０でパーティクルが舞い上がり散乱するのを効果的に防止することができる。

このように、この実施形態では、空気の流れとして、水平方向の流れと下向きの流れとを本体部内の場所によって使い分けるようにしているため、温度変化の抑制とパーティクルの散乱防止とを同時に実現することが可能となっている。

また、この実施形態では、空調器１９１は、配管１９３を介して戻ってくる気体に加えて、外気を取り込んで、気体吹出部１９０に温調された空気を供給しており、これによって、カバー１０２で覆われた本体部の内部を外部に比べて陽圧にしている。その結果、外部からのパーティクルなどの侵入を効果的に防止することが可能となっている。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、図１に破線で示すように、搬送ロボット１２０の上方にルーバ１９４を設けるようにしてもよい。このルーバ１９４は、例えば板状部材で構成してもよく、各ルーバ１９４の表面が水平方向に対してほぼ４５°に傾斜するようにルーバ１９４は配設してもよい。このようなルーバ１９４を設けることで、空間ＳＰを通過して水平な方向に流れて搬送ロボット１２０の上方に流れ込んできた空気の流れは確実に下向きに変更されて搬送ロボット１２０を取り囲む雰囲気でのダウンフロー形成をより確実なものとすることができる。このようルーバ１９４は搬送ロボット１２０側でダウンフローを形成する整流部材として機能する。また、整流部材としては、例えば気体吹出部１９０と上記空間ＳＰとの間に、気体吹出部１９０からの空気の流れを水平方向に整流するものを備えるようにしてもよい。

この発明は、搬送部によって描画ステージに基板を搬送し、当該描画ステージに保持される基板に対して光ビームを描画ステージの上方側より照射して露光する露光装置全般に適用することができる。

１２０…搬送ロボット（搬送部）、１３０…基台、１６０…ステージ（描画ステージ）、１７０…光学ヘッド（描画ヘッド）、１９０…気体吹出部、１９２…排気口（排気部）、ＳＰ…（ステージと光学ヘッドとに挟まれた）空間、Ｗ…基板

Claims (1)

1. 基台と、
   前記基台上に配置されて基板を保持する描画ステージと、
   前記基台から上方に離間して配置されて前記描画ステージに保持される前記基板に光ビームを上方から照射して描画する描画ヘッドと、
   水平方向において前記基台と隣接して配置されて前記描画ステージとの間で基板の搬送を行う搬送部と、
   前記水平方向において前記基台に対して前記搬送部の反対側に配置されて前記描画ステージと前記描画ヘッドとに挟まれた空間に向けて気体を吹き出す気体吹出部と、
   前記搬送部を取り囲む雰囲気を下方に排気する排気部と
   を備え、
   前記気体吹出部、前記描画ステージおよび前記搬送部は前記水平方向に列状に配置されて前記気体吹出部から吹き出された気体は前記水平方向に平行な方向で前記空間内を流れた後、前記搬送部を取り囲む雰囲気を介して下方に流れて排気される
   ことを特徴とする露光装置。

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