JP5506350B2 - 基板搬送装置、それを用いた露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造で基板搬送に使用する基板搬送装置、その基板搬送装置を使って基板の露光を行う露光装置、及びデバイスの製造方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス、液晶デバイス、ＣＣＤ等の撮像デバイス、磁気ヘッド等のデバイスを製造する装置として露光装置がある。露光装置は、基板をステージに供給するために搬入し、又は前記基板をステージから回収するために搬出するハンドを有している。前記基板は、基板の保持手段となる基板チャックを介してステージ上に固定載置される。前記基板の供給又は回収のために、ステージとハンドは、相互に接近、退避の方向に駆動し、基板チャックは、基板の解放と固定のために、基板とステージの間で駆動する。

前記ステージとハンドの駆動及び基板チャックの駆動によって搬送する基板の破損等を防ぐには、相互干渉しないように駆動を制御する必要がある。

一方、製造のスループットを向上させるためには、前記基板搬送の所要時間をなるべく短縮することが望まれる。特に、近年、基板の大型化に伴い、ステージとハンドを相互干渉しない位置まで移動させる距離が長くなり、基板の搬送時間の短縮は、前記スループットの向上に大きな効果をもたらす。

従来、前記基板の搬送時間の短縮を図るために、基板交換後、ステージの移動中に、ハンドをステージの移動方向と反対方向に移動させる技術が開示されていた（例えば特許文献１参照）。なお、ステージとハンドの移動方向は、前記反対方向のほか、干渉しない方向であれば、直交する方向、所定の角度をもった方向であってもよい。また、前記従来技術では、ステージとハンドとの干渉については、それぞれにセンサを設け、そのセンサからの出力に基づいて干渉の有無を判断することも提案されていた。

特開２００６−１７１５０９号公報

しかし、前記従来技術では、ステージ及びハンドが相互に干渉しない位置で停止したことを確認した後、ステージ又はハンドの駆動を行うため、前記確認から次の駆動処理までの待ち時間が生じるという問題があった。

また、ステージとハンドとの干渉については、それぞれにセンサを設け、そのセンサからの出力に基づいて干渉の有無を判断することも提案されていたが、コストが増大するという問題も生じていた。

そこで、本発明は、ステージとハンドが非干渉になる位置の確認を停止せずに行ってスループットを向上させる基板搬送装置を提供することを目的とする。また、センサを用いずに、非干渉になる位置の確認を行うことによって、ステージとハンドの駆動制御を低コストに行う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。

上記の課題を解決するため、本発明は、保持手段を介して基板が載置されるステージと、基板をステージに供給するため、又は保持手段から解放された基板をステージから回収するためのハンドと、ハンドが基板の供給又は回収をするときに基板を支持する支持手段とを有し、保持手段支持手段の少なくとも一方とステージとハンドとの駆動を制御する基板搬送装置であって、ステージとハンドが同時に駆動されるように各々の第１方向における駆動プロファイルを決定する決定手段と、駆動中のステージとハンドの位置情報を取得する取得手段と、取得された位置情報に基づいてステージとハンドの駆動を制御する制御手段とを備え、制御手段は、各駆動プロファイルに基づいて特定された、保持手段又は支持手段とハンドとが非干渉になるステージの第１方向における位置で、保持手段と支持手段の少なくとも一方の第１方向とは異なる第２方向への駆動を開始させることを特徴とする。

本発明によれば、ステージとハンドとが、駆動範囲内で同時に駆動している状態で、保持手段である基板チャックの駆動を開始することができ、スループットの更なる向上を図ることが可能になるという効果を奏する。

また、駆動プロファイルの決定により、ステージとハンドの駆動制御にセンサを用いずに行うことができるため、従来に比べ、低コスト化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１によるステージと供給ハンドの駆動を示す図である。 本発明の実施形態１によるステージと供給ハンドの駆動プロファイルを示す図である。 本発明の実施形態２によるステージと回収ハンドの駆動を示す図である。 本発明の実施形態２によるステージと回収ハンドの駆動プロファイルを示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面等を参照して説明する。なお、以下の説明では、具体的な構成、動作等を示して説明を行うが、これらは、適宜変更することができる。

また、以下の実施形態では、レチクルステージに搭載されたレチクルのパターンを基板ステージに搭載された基板に投影する露光装置の基板ステージに適用したものを例に説明するが、これに限定する趣旨ではない。従って、レチクルステージに適用したものでもよく、また、基板ステージ、レチクルステージ双方に適用したものであってもよい。

図１は、本発明の実施形態に係るステージ及び基板搬送系を備えたステップアンドスキャン方式の露光装置１の構成を示す概略図である。軸は図面上方向をＹ軸、左右方向をＸ軸とし、Ｘ，Ｙ軸に直交な方向をＺ軸とする。

露光装置１は、ステージ空間２にステージ３を有する。ステージ３はステージ支持部４によって支持されており、ステージ支持部４の駆動によりステージ空間２のＸ，Ｙ方向に自由に駆動する。ステージ支持部４のアクチュエータとしてリニアモータや、位置検出用にレーザ干渉計およびリニアエンコーダが構成される（図示せず）。ステージ３は、基板の保持手段としての基板チャック５と、基板搬送系から基板を供給、回収する時に基板を支持する支持手段としての吸着ピン６とを備えている。基板は、基板チャック５を介してステージ３に載置される。基板チャック５は、ステージ３上のアクチュエータ（図示せず）によってＺ軸方向の駆動が可能である。このＺ軸方向の駆動により、基板チャック５による基板の保持、解放が行われる。このＺ軸方向の駆動は、基板の露光時のフォーカス調整、また基板搬送系から基板の回収、供給時に行われる。なお、このＺ軸方向の駆動は、基板チャック５の上面と吸着ピン６との間に空隙が形成されればよい。従って、吸着ピン６をＺ軸方向に駆動させる構成でもよく、また、基板チャック５と吸着ピン６の双方を駆動させる構成であってもよい。露光装置１の外部にあるコータデベロッパ１５は、露光装置１内の基板温調部１４に接続されている。基板温調部１４はコータデベロッパ１５から供給された基板を一時的に保管しており、コーダデベロッパ１５と搬入ハンド１２との間の中継や、基板の温調調整を行う。搬入ハンド１２は、基板を支持するハンドとＸ軸方向に駆動する駆動機構から構成されており、基板温調部１４から未露光の基板を回収し、ＰＡ（プリアライメント）ユニット１１に供給する。また、露光済みの基板を基板回収部１３から回収して基板温調部１４に供給する。なお、搬入ハンド１２は、基板温調部１４からの基板の供給、回収以外にも、オープンキャリア１６からの基板の受け渡しもおこなう。ＰＡユニット１１は、搬入ハンド１２から供給された基板の位置調整を行う。ＰＡユニット１１は、Ｘ軸，Ｙ軸方向及び回転方向に駆動可能なアクチュエータ及び基板のノッチを検出するセンサがあり、前記ノッチの向き調整や、Ｘ，Ｙ軸方向の微小なずれを補正する。

ＰＡユニット１１で位置調整された基板は、基板の供給ハンド７によりステージ３に供給するために搬入される。供給ハンド７はガイド機構８のアクチュエータ及び位置センサにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の駆動、位置合わせが可能である。供給ハンド７はステージ３に未露光の基板を供給するため、ステージ３の駆動範囲外からステージ空間２内を行き来する。ステージ３は、所定の基板の供給位置で供給ハンド７から基板を受け取り、露光処理を開始する。

ステージ３から露光済みの基板を回収して搬出するため、回収ハンド９が装備されている。回収ハンド９は供給ハンド７と同様に、ガイド機構１０によりＸ，Ｙ、Ｚ軸方向の駆動が可能となっている。ステージ３が回収位置に駆動されると、回収ハンド９はハンドをステージ空間２に進入させ、ステージ３から基板を回収する。回収ハンド９は、ステージ３から回収した基板を基板回収部１３に受け渡す。基板回収部１３は、基板の有無を確認するためのセンサがつけられており（図示せず）、基板が有る場合は搬入ハンド１２により回収される。搬入ハンド１２は、回収した露光済みの基板を基板温調部１４又はオープンキャリア１６に搬入する。

露光装置１には、ステージ３と供給ハンド７及び回収ハンド９のハンドと基板チャック５との駆動を制御する機構（制御部）を有する。この制御部は、ステージの駆動を制御するためのステージ制御コントローラ１８、ハンドの駆動を制御するためのハンド制御コントローラ１９が備わっている。ステージ制御コントローラ１８及びハンド制御コントローラ１９では、各ユニットのアクチュエータ及び位置センサにより精密なサーボ制御が行われる。また、ステージ３の駆動及び基板搬送系の駆動のシーケンスは、メインコントローラ１７の指令のもとで行われる。メインコントローラ１７は、ステージ３と前記ハンドとが駆動範囲内において非干渉となる位置の条件を定める駆動プロファイルの決定手段として機能する。また、駆動中のステージ３と前記ハンドの位置情報を取得する取得手段としても機能する。メインコントローラ１７とステージ制御コントローラ１８及びハンド駆動制御コントローラ１９とは、マスタースレーブ方式の共有バス２０で接続されている。マスターとなるメインコントローラ１７は、共有バス２０を経由して駆動指令を前記各制御コントローラに転送する。各制御コントローラは、各ユニットの駆動制御を行い、その結果をメインコントローラ１７に返信する。

また、ステージ制御コントローラ１８とハンド制御コントローラ１９との間は、通信ライン２１で接続されている。下記の実施形態１，２における基板の回収、供給に関わる信号のやり取りは、主にステージ制御コントローラ１８とハンド制御コントローラ１９間で行われる。各制御コントローラが通信ライン２１経由で直接通信することで、メインコントローラ１７の処理負荷を軽減し、高速な処理を可能にする。

（第１実施形態）
以下、図１におけるステージ３と供給ハンド７による基板の供給動作について説明する。図２は、ステージ３の吸着ピン６に供給ハンド７から基板Ｗを供給したあとのステージ３及び供給ハンド７の退避駆動を示す。なお、軸は図面上方向をＺ軸、左右方向をＹ軸とし、Ｚ，Ｙ軸に直交な方向をＸ軸とする。図２（ａ）は、供給ハンド７が、ステージ３上の吸着ピン４に基板Ｗを供給した状態を示している。このとき供給ハンド７は、基板チャック５がＺ軸上方向に駆動すると干渉する位置にいる。ここで、ステージ３、供給ハンド７の両方が所定のＸ，Ｙ軸上の位置に到達したときに、基板チャック５をＺ軸上方向に駆動しても干渉しない位置（Ａ）、（Ｂ）を定める。この干渉しない位置の条件は、ステージ３、供給ハンド７の駆動開始タイミング、駆動速度、加速度、ジャークなどの駆動プロファイルによって定まる。各位置情報の算出はメインコントローラ１７によって行われ、各位置情報はステージ制御コントローラ１８、ハンド制御コントローラ１９に転送される。

図２（ｂ）は供給ハンド７から基板Ｗを吸着ピン６に供給したのち、ステージ３と供給ハンド７が相互に退避する方向に駆動することを示す。図２（ｃ）は供給ハンド７が（Ｂ）に到達したことを示す。このとき、ハンド制御コントローラ１９は、通信ライン２１を経由し、ステージ制御コントローラ１８へステージ駆動許可信号を転送する。図２（ｄ）はステージ３が（Ａ）に到達したことを示す。このとき、ステージ制御コントローラ１８はハンド制御コントローラ１９から転送されたステージ駆動許可信号を判定する。駆動許可信号が許可の場合は、基板チャック５がＺ軸上方向に移動する駆動を開始し、禁止の場合は前記Ｚ軸上方向の駆動をせず、供給ハンド７との干渉を回避する。

図３にステージ３と供給ハンド７が退避する際の駆動プロファイルを示す。ＳＹ１、ＳＹ２はそれぞれステージ３上の基板チャック５、供給ハンド７の干渉対象となる先端部分のＹ駆動プロファイルを示す。また、ＳＺ１は基板チャック５のＺ軸方向の駆動プロファイルを示す。また、Ｃ１、Ｃ２はステージ３、供給ハンド７の駆動開始位置、Ｚ１は基板チャック５のＺ軸方向の駆動開始位置を示す。ステージ３、供給ハンド７の駆動開始タイミングをＴ０とした場合、ステージ３、供給ハンド７は、駆動開始位置Ｃ１，Ｃ２から各駆動プロファイルに従って加速、等速駆動、減速、停止を行う。同様に、基板チャック５の駆動開始タイミングをＴ０とした場合、基板チャック５は、Ｚ１から各駆動プロファイルに従って加速、等速駆動、減速、停止をおこなう。なお、ステージ３、供給ハンド７、基板チャック５は、それぞれ別のタイミングで駆動開始してもよい。基板チャックとハンドが干渉しないためには、Ｙ軸方向に（Ａ）＞（Ｂ）になるタイミングが必要である。また、ステージ３の（Ａ）に到達するタイミングＴ１が、駆動開始タイミングＴ０に近いほど基板チャック５のＺ軸方向の駆動が早く開始できる。そこで、ＳＹ１，ＳＹ２が交錯する箇所Ｋに近い前後の位置を（Ａ），（Ｂ）にするのが望ましい。また、（Ａ）、（Ｂ）間の距離Ｐがステージ３、供給ハンド７の駆動誤差やメカ公差も考慮した値になるように（Ａ），（Ｂ）の位置を調整する。

上記駆動プロファイルにより、ステージ３は退避駆動中に供給ハンド７と干渉しないことが判定でき、安全にＺ軸方向の駆動を開始することができる。また、ステージ３及び供給ハンド７が同時に退避する方向に駆動している中で基板チャック５のＺ軸方向の駆動を行うため、次の駆動までの待ち時間が短くなりスループットが向上する。なお、本実施の形態では、前記Ｚ軸方向の駆動について、基板チャック５を駆動させる形態で説明したが、吸着ピン６を駆動させる形態であってもよい。また、基板チャック５と吸着ピン６の双方を駆動させる形態であってもよい。以下、第２実施形態についても同様である。

（第２実施形態）
以下、図１におけるステージ３と回収ハンド９の基板回収動作について説明する。図４は、ステージ３、回収ハンド９が基板回収位置に向かって接近する駆動をし、基板Ｗを回収する動作を示す。図４（ａ）は、ステージ３と回収ハンド９とが、回収位置に向かって接近する駆動を示す。なお、軸は図面上方向をＺ軸、左右方向をＹ軸とし、Ｚ，Ｙ軸に直交な方向をＸ軸とする。図２（ａ）は、回収ハンド９が、基板Ｗを回収する位置に到達する前の状態、即ち、回収ハンド９とステージ３とが、非干渉の領域にある状態を示している。ここで、ステージ３と回収ハンド９のそれぞれが減速停止をしても互いに干渉しない位置（Ｃ）、（Ｄ）を定める。なお、（Ｃ）、（Ｄ）はステージ３が減速停止、回収ハンド９が静止することで互いに干渉しない位置であっても構わない。この干渉しない位置の条件は、各々の駆動開始タイミング、駆動速度、加速度、ジャークなどの駆動プロファイルによる各ユニットの停止距離によって定まる。なお、Ｚ干渉境界は、回収ハンド５が基板の回収位置に進入しても、基板チャック５のＺ軸方向の位置が、回収ハンド９と干渉しない範囲を画定する基準位置である。

図４（ｂ）は回収ハンド９による基板Ｗの回収を行うために、ステージ３と回収ハンド９とが同時に接近し、ステージ３が（Ｃ）に到達したことを示す。ステージ３が（Ｃ）に到達すると、ステージ制御コントローラ１８は、ステージ３のＺ軸方向の位置とＺ干渉境界との比較をおこなう。比較の結果に基づき、ハンド駆動許可情報をハンド制御コントローラ１９に転送する。ステージ３のＺ軸方向の位置がＺ干渉境界よりも下の場合は、回収ハンド９の回収位置への動作を継続する。一方、ステージ３のＺ軸方向の位置がＺ干渉境界よりも上の場合は、ステージ３の駆動を停止して回収ハンド９との干渉を防止する。ここで安全のために、ステージ３、回収ハンド９の双方にブレーキをかけて全軸停止してもよい。

図４（ｃ）は、回収ハンドが（Ｄ）に到達したことを示す。なお、回収ハンド９は、基板Ｗの回収位置へ駆動する以外に（Ｄ）で静止していてもよい。このとき、ハンド制御コントローラ１９は、ステージ制御コントローラ１８から転送された前記ハンド駆動許可情報を判定する。ハンド駆動許可情報が許可の場合は、基板の回収位置への駆動を継続し、禁止の場合は駆動を停止する。ここで、ステージ３にブレーキをかけて全軸停止してもよい。

図４（ｄ）は、ハンド駆動許可情報を判定した後、ステージ３と回収ハンド９とが基板の回収位置に進出し、基板回収位置に達したことを示す。

図５にステージ３と回収ハンド９とが接近する際の駆動プロファイルを示す。ＳＹ１は、ステージ３上の基板チャック５の先端部分Ｙ軸上の駆動プロファイルを示し、ＳＹ２は、回収ハンド９の先端部分のＹ軸上の駆動プロファイルを示す。また、ＳＺ１は基板チャック５のＺ駆動プロファイルを示す。また、Ｃ１はステージのＹ軸上の駆動開始位置を示し、Ｃ２は、回収ハンド９のＹ軸上の駆動開始位置を示す。Ｚ１は基板チャック５のＺ軸上の駆動開始位置を示す。ステージ３、回収ハンド９の駆動開始タイミングをＴ０とした場合、ステージ３、回収ハンド９は駆動開始位置Ｃ１，Ｃ２から、また、基板チャック５はＺ１から各駆動プロファイルに従って加速、等速駆動、減速、停止を行う。基板チャック５と回収ハンド９とが干渉しないためには、まず、Ｙ軸方向に対し（Ｃ）＞（Ｄ）であることが必要である。また、（Ｃ）（Ｄ）間の距離Ｐをステージ３と回収ハンド９とが緊急停止しても干渉しない距離に調整する必要がある。さらに、ステージ３が、Ｙ軸上の位置（Ｃ）に到達するタイミングＴ１で、Ｚ軸上の位置（Ｅ）＜Ｚ干渉境界になるように調整する必要がある。

上記駆動プロファイルにより、ステージ３は、駆動中に回収ハンド９がステージ３と干渉しないＺ軸上の位置を判定でき、安全に回収ハンド９の進入駆動を開始することができる。また、ステージ３と回収ハンド９とが同時に接近する駆動ができるため、次の駆動までの待ち時間が短くなりスループットが向上する。

次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

１ 露光装置
２ ステージ空間
３ ステージ
４ ステージ支持部
５ 基板チャック
６ 吸着ピン
７ 供給ハンド
８ ガイド機構
９ 回収ハンド
１０ ガイド機構
１１ ＰＡユニット
１２ 搬入ハンド
１３ 基板回収部
１４ 基板温調部
１５ コーダデベロッパ
１６ オープンキャリア
１７ メインコントローラ
１８ ステージ制御コントローラ
１９ ハンド制御コントローラ
２０ 共有バス
２１ 通信ライン

Claims (7)

1. 保持手段を介して基板が載置されるステージと、前記基板を前記ステージに供給するため、又は前記保持手段から解放された基板を前記ステージから回収するためのハンドと、前記ハンドが基板の供給又は回収をするときに基板を支持する支持手段とを有し、前記保持手段と支持手段の少なくとも一方と前記ステージと前記ハンドとの駆動を制御する基板搬送装置であって、
   前記ステージと前記ハンドが同時に駆動されるように各々の第１方向における駆動プロファイルを決定する決定手段と、駆動中の前記ステージと前記ハンドの位置情報を取得する取得手段と、前記取得された位置情報に基づいて前記ステージと前記ハンドの駆動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記各駆動プロファイルに基づいて特定された、前記保持手段又は前記支持手段と前記ハンドとが非干渉になる前記ステージの前記第１方向における位置で、前記保持手段と前記支持手段の少なくとも一方の前記第１方向とは異なる第２方向への駆動を開始させることを特徴とする基板搬送装置。
2. 前記駆動プロファイルは、少なくとも、前記ステージと前記ハンドの駆動開始のタイミング、駆動速度、加速度、ジャークのいずれかの情報を含むことを特徴とする請求項１記載の基板搬送装置。
3. 前記決定手段は、前記ハンドが基板を搬入して前記ステージに供給した後、前記ステージ及び前記ハンドが相互に退避するときの前記ステージ及び前記ハンドの非干渉の位置を決定し、前記取得手段が、前記ステージ及び前記ハンドが退避するときに前記決定された非干渉の位置に到達した位置情報を取得すると、前記制御手段は、前記ハンドと前記ステージとが非干渉の位置にあることを判定し、少なくとも、前記保持手段又は支持手段のいずれか一方の駆動を開始することを特徴とする請求項１または請求項２記載の基板搬送装置。
4. 保持手段を介して基板が載置されるステージと、前記基板を前記ステージに供給するため、又は前記保持手段から解放された基板を前記ステージから回収するためのハンドと、前記ハンドが基板の供給又は回収をするときに基板を支持する支持手段とを有し、前記保持手段と支持手段の少なくとも一方と前記ステージと前記ハンドとの駆動を制御する基板搬送装置であって、
   前記ステージと前記ハンドが同時に駆動されるように各々の第１方向における駆動プロファイルを決定する決定手段と、前記各駆動プロファイルに基づいて特定された、前記保持手段又は前記支持手段と前記ハンドとが非干渉になる前記ステージの前記第１方向における位置で、前記保持手段と前記支持手段の少なくとも一方の前記第１方向とは異なる第２方向への駆動を開始させる制御手段と、を備えることを特徴とする基板搬送装置。
5. 保持手段を介して基板が載置されるステージと、前記基板を前記ステージに供給するため、又は前記保持手段から解放された基板を前記ステージから回収するためのハンドと、前記ハンドが基板の供給又は回収をするときに基板を支持する支持手段とを有し、前記保持手段と支持手段の少なくとも一方と前記ステージと前記ハンドとの駆動を制御する基板搬送装置であって、
   前記ハンドが基板を供給した後に前記ステージと前記ハンドが同時に駆動されるように各々の第１方向における駆動プロファイルを決定する決定手段と、前記各駆動プロファイルに基づいて特定された、前記保持手段又は前記支持手段と前記ハンドとが非干渉になる前記ステージの前記第１方向における位置で、前記保持手段と前記支持手段の少なくとも一方の前記第１方向とは異なる第２方向への駆動を開始させる制御手段と、を備えることを特徴とする基板搬送装置。
6. レチクルステージに搭載されたレチクルのパターンを基板ステージに搭載された基板に投影する露光装置であって、
   少なくとも、前記基板ステージと前記レチクルステージの一方が、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のステージであることを特徴とする露光装置。
7. 請求項６記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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