JP5537380B2 - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

半導体製造工程で使用される露光装置にとって、微細化の指標となる解像力、各層の位置合わせ性能を示すオーバーレイ精度、生産性を示すスループットが最も重要な三大性能であると考えられている。スループットを向上するために、単位時間当りの露光エネルギーの増加、基板ステージがショット間をステップ移動する時間の短縮、基板を交換し搬送する時間の短縮、スキャナにおけるスキャン時間の短縮等が図られている。

スループットを向上させることを目的とした基板を交換する場合の搬送時間の短縮においては、搬送距離の短縮が効果的な対策と考えられる。しかし、露光装置の装置内レイアウトは、高解像力、高オーバーレイ精度を実現させる為、投影光学系、光源となる照明系、基板ステージ、基板位置の計測ユニットの配置を優先せざるを得ない状況がある。こうした理由により、搬送距離を短縮することによる搬送時間の短縮は極めて厳しい状況である。

搬送時間の短縮対策として、搬送アームの駆動モータの能力を増大することが検討されている。しかし、駆動モータの能力を増大すると、モータの占有体積が増加し、限られた装置空間に駆動モータを配置できなくなる問題や、増加した駆動エネルギーによる発熱量の増加、搬送速度や加速度の増大による基板落下の恐れの増大といった問題を抱えている。

特許文献１には、搬送時間を短縮するために、搬入アームと搬出アームとを用いて、未露光の基板の基板ステージへの供給と露光済みの基板の基板ステージからの回収をほぼ同時に行うことが開示されている。

特開２００６−６６６３６号公報

本発明は、基板の交換に要する時間を短縮し、生産性が向上された露光装置を提供することを目的とする。

本発明は、基板を露光する露光装置であって、基板を保持し、ＸＹＺ座標におけるＸＹ平面上の第１位置から前記ＸＹ平面上の第２位置に至る第１経路を移動可能な基板ステージと、基板を保持して前記ＸＹ平面上の第３位置から前記第２位置に至る第２経路を移動可能な搬送アームと、前記基板ステージに配置され、前記第２位置で前記搬送アームとの間で基板を受け渡しするために、前記ＸＹＺ座標におけるＺ軸の方向に沿って昇降可能な昇降部材と、制御部と、を備え、昇降動作中の前記昇降部材によって保持されている基板と前記搬送アームとの衝突及び昇降動作中の前記昇降部材と前記搬送アームに保持されている基板との衝突を避けるために必要な前記基板ステージと前記搬送アームとの前記ＸＹ平面における間隔をａとするとき、前記制御部は、前記搬送アームとの間で基板を受け渡しするために開始された前記昇降部材による昇降動作が終了する時点で、前記第２位置に向け移動を開始した前記基板ステージが前記第２位置より前記第１経路において前記間隔ａだけ手前側の第４位置に到着するか否かを判断し、前記基板ステージが前記第４位置に到着しないと判断したならば、前記昇降部材による昇降動作の終了よりも前に前記搬送アームが前記第２位置に向けて移動を開始するように、前記基板ステージの移動、前記昇降部材の昇降及び前記搬送アームの移動を制御することを特徴とする。

本発明によれば、基板の交換に要する時間を短縮し、生産性が向上された露光装置を提供することができる。

露光装置を説明する斜視図である。 基板の搬送経路を説明するための模式図である。 制御部の内部構成についての説明図である。 受け取りアームがＸＹステージから基板を受け取る過程を横方向から見た模式図である。 受け取りアームがＸＹステージから基板を受け取る過程を上方から見た模式図である。 従来技術における３ピン機構、ＸＹステージ、受け取りアームの動作を示す模式図である。 本発明の基板を受け取る手法を説明するための模式図である。 受け取りアームがＸＹステージから基板を受け取る過程を横方向から見た別の模式図である。

［露光装置］
以下、図面を用いて露光装置の実施例について説明する。図１に示すように、基板を露光する露光装置は、照明系１とレチクルステージ３とレチクル位置の計測器４と投影光学系５と基板ステージと基板９のピント位置を計測するオートフォーカスユニット１０とを備えている。照明系１は光源とシャッタとを含む。レチクルステージ３は、回路パターンの描かれたレチクル２を保持する。レチクル位置の計測器４は、レチクルステージ３上のレチクル２の位置を計測する。基板ステージは、ＸＹＺ座標におけるＸＹ平面上のＸ及びＹの２方向に移動可能なＸＹステージ６と基板９を垂直方向に移動可能なＺ駆動機構（不図示）とを含む。基板９のＺ駆動機構（不図示）の上には基板チャック８が設置され、基板チャック８は基板９を吸着して保持する。レーザ干渉計７はＸＹステージ６の位置を計測する。オートフォーカスユニット１０は、基板９のピント位置を計測し、その計測結果に基づいて、基板９のＺ駆動機構（不図示）が露光時のピントを調節する（以下、これをフォーカシングと称する）。

図２は、露光装置が半導体工場で外部装置と接続運用される場合の基板９を搬送する経路を説明するための装置上面から見た模式図である。露光装置は、露光環境を一定の温度及び湿度に維持するための露光室２０内に配置されている。ＸＹステージ６には、基板９を受け渡すためにＺ軸の方向に沿って昇降可能な昇降部材（３ピン機構）１１ａ〜１１ｃが配置されている。

露光装置は、未露光の基板９を配置する搬入ステーション１６と、露光済みの基板９を配置する搬出ステーション１７と、露光装置を制御する制御部１５と、基板９の位置合わせを行うためのプリアライメントユニット１３とを備える。露光装置は、露光室内で基板９を搬送する受け取りアーム１４と送り込みアーム１２とをさらに備える。受け取りアーム１４は、搬入された基板９を搬入ステーション１６からプリアライメントユニット１３まで搬送し、かつ、３ピン機構１１上に配置された露光済みの基板９を搬出ステーション１７まで搬送する。送り込みアーム１２は、プリアライメントされた基板９をプリアライメントユニット１３から３ピン機構１１まで搬送する。受け取りアーム１４と送り込みアーム１２とは、基板９を保持し、昇降部材（３ピン機構）１１との間で基板９を受け渡しする搬送アームを構成している。本実施例では、３ピン機構１１を昇降部材として説明するが、昇降可能で搬送アームと基板９の受け渡しが可能であるならば昇降部材は３ピン機構に限定されない。

次に、基板９の受渡しについて説明する。送り込みアーム１２は基板９を基板供給位置１９でＸＹステージ６に配置された３ピン機構１１に引き渡す。受け取りアーム１４は基板９を基板回収位置１８でＸＹステージ６に配置された３ピン機構１１から受け取る。基板回収位置１８及び基板供給位置１９は、実際には図示したような形状の物体が配置されるのではなく、ＸＹステージ６の可動平面上（ＸＹ平面上）の特定位置を示すのみである。基板供給位置１９、基板回収位置１８は、露光装置を使用している途中に変更可能としてもよく、例えば、露光装置の稼働状態に関する情報やプロセスに関する情報に基づいて変更してもよい。露光装置は、基板９のキャリアとなるＦＯＵＰ（不図示）及び外部装置と基板９を受け渡すＦＯＵＰ授受装置２２と接続される。ＦＯＵＰ授受装置２２は露光前の基板９にレジストを塗布し、露光後の基板９を現像処理するための塗布現像装置２１と接続される。露光装置を制御する制御部１５は、１台のコンピュータであっても、複数のコンピュータから構成されてもいずれであっても良い。

この制御部１５の内部構成について図３で説明する。最終処理位置情報の記憶部１５１は、基板９への露光処理が終了するＸＹステージ６の最終位置情報を露光レイアウト情報から計算し、記憶保持する。基板９への最終処理が計測処理である場合は、その計測処理位置を計算し最終処理位置として記憶保持する。最終処理位置情報の記憶部１５１は、更に、保持している最終処理位置情報をステージ制御データの格納部１５３へ送信する。受け取りアーム制御データの格納部１５２は、受け取りアーム１４が待機位置から、基板９を受け取る基板回収位置１８へ移動する際の受け取りアーム１４の制御プロファイル（速度、加速度、継続時間）情報を格納している。受け取りアーム制御データの格納部１５２は、その情報を基板交換制御部１５４へ送信する。ステージ制御データの格納部１５３は、３ピン機構１１が基板９を受け取りアーム１４に引き渡すためにＺ方向に上昇駆動する際の３ピン機構１１の制御プロファイル情報を格納している。ステージ制御データの格納部１５３は、最終処理位置情報の記憶部１５１から送信された最終処理位置情報を用いて、最終処理位置から基板９を引き渡す回収位置へ移動する際のＸＹステージ６の水平方向制御プロファイル情報を格納している。ステージ制御データの格納部１５３は、ＸＹステージ６の水平方向制御プロファイル情報と３ピン機構１１の制御プロファイル情報とを基板交換制御部１５４へ送信する。

基板交換制御部１５４は、受け取りアーム制御データの格納部１５２から受け取りアーム１４の制御プロファイル情報を、ステージ制御データの格納部１５３からＸＹステージ６及び３ピン機構１１の制御プロファイル情報を受け取る。基板交換制御部１５４は、更に、受信した情報に基づいて、３ピン機構１１と受け取りアーム１４との衝突が起きず、基板交換時間が最短となるように受け取りアーム制御部１５５及びステージ・３ピン制御部１５６に指令を出す。受け取りアーム制御部１５５は、基板交換制御部１５４からの指令に基づいて、受け取りアーム１４を制御する。ステージ・３ピン制御部１５６は、基板交換制御部１５４からの指令に基づいて、ＸＹステージ６及び３ピン機構１１を制御する。

図４は、基板チャック８に配置された露光済みの基板９を受け取りアーム１４が３ピン機構１１から受け取る処理を横方向から見たもので、時系列に動きを示した模式図である。図４の（Ａ）では、基板チャック８に配置された露光済みの基板９の吸着保持を解除する。図４の（Ｂ）では、３ピン機構１１が上方に移動し、基板９を基板チャック８の上方に持ち上げる。図４の（Ｃ）では、受け取りアーム１４が基板チャック８と基板９の間に侵入する。図４の（Ｄ）では、受け取りアーム１４が上方に移動して基板９を取得する。図４の（Ｅ）では、受け取りアーム１４が取得した基板９を引き取る。

図５は基板チャック８に配置された露光済みの基板９を受け取りアーム１４が３ピン機構１１から受け取る処理を上方向から見たものである。図５の（Ａ）は、最終露光ショット位置が基板９の中心に位置する場合を、（Ｂ）は、最終露光ショット位置が基板９の左上に位置する場合を、（Ｃ）は、最終露光ショット位置が基板９の右下に位置する場合を、それぞれ示す。受け取りアーム１４は待機位置から基板回収位置１８へ移動し、基板９を受け取る準備をする。黒太線矢印は露光処理が終了した後に基板回収位置１８へ向かうＸＹステージ６の移動経路を示し、白太矢印は受け取りアーム１４の基板回収位置１８へ向かう移動経路を示す。最終露光ショット位置におけるＸＹステージ６の位置は、ＸＹステージ６が受け取りアーム１４と基板９を受け渡すために移動を開始する第１位置であり、基板回収位置１８は基板９の受け渡す第２位置を構成する。また、最終露光ショット位置から基板回収位置１８に至る黒太線矢印の移動経路は、ＸＹステージ６が基板９を受け渡すために移動する第１経路を構成している。受け取りアーム１４の待機位置は、受け取りアーム１４がＸＹステージ６上の３ピン機構１１と基板９を受け渡すために移動を開始する第３位置である。また、白太矢印の移動経路は、受け取りアーム１４が基板９を受け取るために移動する第２経路を構成している。

ＸＹステージ６の図５の（Ａ）の場合の移動距離をＬａ、図５の（Ｂ）の場合の移動距離をＬｂ、図５の（Ｃ）の場合の移動距離をＬｃとすると、Ｌｃ＞Ｌａ＞Ｌｂの関係が成立する。図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、いずれも最終処理が基板９上の露光処理であるが、最終処理が、基板９以外のＸＹステージ６上に設けられた計測用基準マーク（不図示）の計測処理または基板上に設けられた計測用マークの計測処理であっても良い。

図６は、基板チャック８から３ピン機構１１に、さらに３ピン機構１１から受け取りアーム１４に基板９を受け渡す際の従来技術による制御方法を説明する図である。ＸＹステージ６の駆動プロファイルは２種類示してあり、「ＸＹステージ駆動（１）」は、図５の（Ｃ）に示されるように、最終露光位置が基板回収位置から遠い場合のものである。また、「ＸＹステージ駆動（２）」は、図５の（Ｂ）に示されるように、最終露光位置が基板回収位置に近い場合のものである。基板９の最終露光処理を終了したＸＹステージ６は、最終ショット露光位置から基板回収位置１８へ移動する処理と、３ピン機構１１を上（Ｚ）方向に駆動し、基板チャック８から基板９を受け取る処理を行う。受け取りアーム１４は待機位置から基板回収位置１８へ移動する処理を行う。３ピン機構１１は図６のａ点ではチャック内部で待機しており、上方向に駆動を開始し基板９の直近でｂ点に至る。この時点で３ピン機構１１は基板９に接触していない。３ピン機構１１は、更にｃ点からｄ点まで徐々に速度を上げ、基板チャック８から基板９を受け取る。ｄ点からｅ点では３ピン機構１１が急速に速度を上げ、受け取りアーム１４が基板チャック８と基板９の隙間に進入できる位置まで３ピン機構１１に載った基板９が上昇する。

ＸＹステージ６は、３ピン機構１１が基板チャック８から基板９を受け取ったｄ２点又はｄ３点から基板回収位置１８に向けて駆動を開始する。ステージ駆動速度、加速度、時間を示すＸＹステージ６の駆動プロファイルは、最終露光位置が基板回収位置１８に近い場合と遠い場合により異なる。図６に示される「ＸＹステージ駆動（１）」は最終露光位置が基板回収位置１８から遠い場合であり、ＸＹステージ駆動（２）は最終露光位置が基板回収位置１８に近い場合である。いずれの場合も、受け取りアーム１４と３ピン機構１１と基板９との間の衝突の恐れが無くなる３ピン機構１１の駆動が終了したｅ２点、ｅ３点から受け取りアーム１４の駆動を開始し、ｈ２点、ｈ３点で基板回収位置１８に到達する。この動作は図４の説明図と一致する。

図７を用いて、基板チャック８から３ピン機構１１を介して受け取りアーム１４に基板９を受け渡す際の本発明技術を使用した制御手法を説明する。昇降動作中の３ピン機構１１によって保持されている基板９と受け取りアーム１４との衝突及び昇降動作中の３ピン機構１１と受け取りアーム１４に保持されている基板９との衝突を避けるために必要なＸＹステージ６と受け取りアーム１４との間隔をａとする。間隔ａは、例えば、降動作中の３ピン機構１１に保持される基板９と受け取りアーム１４との衝突及び昇降動作中の３ピン機構１１と受け取りアーム１４に保持される基板９との衝突を避けるために必要なＸＹステージ６と受け取りアーム１４との最小間隔である。そして、基板回収位置（第２位置）１８に向け移動を開始したＸＹステージ６が基板回収位置１８より移動経路上で間隔ａだけ手前側の位置を第４位置とする。そして、３ピン機構１１の昇降動作が終了する時点でＸＹステージ６が第４位置に到着しているか否かで２つの場合に分ける。この場合分けの判断は、露光処理が終了した状態のＸＹステージ６の最終位置情報、受け取りアーム１４と３ピン機構１１とＸＹステージ６の制御プロファイルに基づいて基板交換制御部１５４によってなされる。ここで間隔ａは一定の値として設定すればよい。しかしながら、図５におけるＸＹステージ６が基板回収位置１８に進入する経路や、３ピン機構１１の配置と受け取りアーム１４の形状に応じて間隙ａを変化させてもよい。なお、図５においては、進入する経路を直線となるように説明しているが、必ずしも直線で進入する必要も無い。

［ケース１：３ピン機構１１の昇降動作が終了する時点でＸＹステージ６は第４位置に到着していない］
ＸＹステージ６の移動開始位置である露光処理が終了した位置が図５の（Ｃ）に示すように基板回収位置１８から遠く、ＸＹステージ６が第４位置に到着する前に３ピン機構１１の昇降動作が終了するケースである。このケースでは、昇降動作中の３ピン機構１１によって保持されている基板９と受け取りアーム１４との衝突や昇降動作中の３ピン機構１１と受け取りアーム１４に保持されている基板９との衝突は起こりえない。すなわち、図７の「ＸＹステージ駆動（１）」でハッチ部として示すように、受け取りアーム１４がその移動経路のどこに位置していても衝突は生じない。したがって、受け取りアーム１４の移動開始は、ＸＹステージ６の移動動作、３ピン機構１１の昇降動作とは無関係に行えるので、従来技術のように３ピン機構１１の昇降動作の終了よりも前に受け取りアーム１４の移動を開始させうる。この場合、受け取りアーム１４がＸＹステージ６と同時又はそれよりも早く基板回収位置１８に到着するようにすれば、基板９の交換時間をさらに短縮することができる。

［ケース２：３ピン機構１１の昇降動作が終了する時点でＸＹステージ６は第４位置に到着している］
ＸＹステージ６の移動開始位置である露光処理が終了した位置が図５の（Ｂ）に示すように基板回収位置１８に近く、ＸＹステージ６が第４位置を通過した後に３ピン機構１１の昇降動作が終了するケースである。このケースにおいて、受け取りアーム１４が基板回収位置１８まで早く進入していると、例えば、第４位置を通過し昇降動作中の３ピン機構１１によって保持されている基板９と受け取りアーム１４とが衝突するおそれがある。しかし、受け取りアーム１４が図７の「ＸＹステージ駆動（２）」でハッチ部として示す範囲内の位置にいるならば、例えば、昇降動作中の３ピン機構１１によって保持されている基板９と受け取りアーム１４との衝突は起こりえない。すなわち、ＸＹステージ６の移動動作、３ピン機構１１の昇降動作とは無関係に、受け取りアーム１４を図７の「ＸＹステージ駆動（２）」のハッチ部の範囲内の位置まで進入させておくことが出来る。したがって、ケース２においても、従来技術のように受け取りアーム１４の移動を開始するために３ピン機構１１の昇降動作の終了を待つ必要はない。３ピン機構１１の昇降動作が終了する時点における受け取りアーム１４の位置が、ＸＹステージ６との間隔が間隔ａよりも少しだけ大きくなるようにすれば、基板の交換時間を短縮する効果は大きい。ここで「昇降動作が終了する時点」は、完全にピンの駆動が停止した時点に限定されるべきではない。すなわち、受け取りアーム１４と、３ピン機構１１と、基板９とのいずれかが物理的に干渉しない状態まで３ピン機構の昇降動作が進んだ時点をもって「昇降動作を終了する時点」としてもよい。

図８は、図７におけるケース１の、基板チャック８に配置された露光済みの基板９を受け取りアーム１４が３ピン機構１１から受け取る処理を横方向から見たもので、時系列に動きを示した模式図である。図８の（Ａ）では、基板チャック８に配置された露光済みの基板９の吸着保持を解除する。図８の（Ｂ）では、３ピン機構１１が上方に移動し、基板９を基板チャック８の上方に持ち上げる。同時に受け取りアーム１４が待機位置から基板回収位置１８に移動する。図８の（Ｃ）では、ＸＹステージ６が基板回収位置１８で待機している受け取りアーム１４に向かっての移動動作を完了する。図８の（Ｄ）では、受け取りアーム１４が上方に移動して基板９を取得する。

以上、受け取りアーム１４がＸＹステージ６から基板９を受け取る動作を用いて本発明を説明した。しかし、送り込みアーム１２がＸＹステージ６に基板９を引き渡す動作においても上述した手法が利用可能なことは言うまでもない。以上説明したように、本発明によれば、露光装置の装置内レイアウトを変更したり、基板ステージや搬送アームの駆動速度を上げたりすることなく、半導体製造装置の生産性を向上することが可能となる。

［デバイス製造方法］
次に、上記露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。その場合、デバイスは、前述の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、他の周知の工程とを経ることにより製造する。デバイスは、半導体集積回路素子、液晶表示素子等でありうる。基板は、ウエハ、ガラスプレート等でありうる。当該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、ダイシング、ボンディング、パッケージング等の各工程である。

Claims (5)

1. 基板を露光する露光装置であって、
   基板を保持し、ＸＹＺ座標におけるＸＹ平面上の第１位置から前記ＸＹ平面上の第２位置に至る第１経路を移動可能な基板ステージと、
   基板を保持して前記ＸＹ平面上の第３位置から前記第２位置に至る第２経路を移動可能な搬送アームと、
   前記基板ステージに配置され、前記第２位置で前記搬送アームとの間で基板を受け渡しするために、前記ＸＹＺ座標におけるＺ軸の方向に沿って昇降可能な昇降部材と、
   制御部と、を備え、
   昇降動作中の前記昇降部材によって保持されている基板と前記搬送アームとの衝突及び昇降動作中の前記昇降部材と前記搬送アームに保持されている基板との衝突を避けるために必要な前記基板ステージと前記搬送アームとの前記ＸＹ平面における間隔をａとするとき、
   前記制御部は、前記搬送アームとの間で基板を受け渡しするために開始された前記昇降部材による昇降動作が終了する時点で、前記第２位置に向け移動を開始した前記基板ステージが前記第２位置より前記第１経路において前記間隔ａだけ手前側の第４位置に到着するか否かを判断し、前記基板ステージが前記第４位置に到着しないと判断したならば、前記昇降部材による昇降動作の終了よりも前に前記搬送アームが前記第２位置に向けて移動を開始するように前記基板ステージの移動、前記昇降部材の昇降及び前記搬送アームの移動を制御することを特徴とする露光装置。
2. 前記制御部は、前記判断において、前記基板ステージが前記第４位置に到着しないと判断した場合に、前記搬送アームが前記基板ステージと同時又はそれよりも早く前記第２位置に到着するように前記基板ステージの移動、前記昇降部材の昇降及び前記搬送アームの移動を制御することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記制御部は、前記判断において、前記基板ステージが前記第４位置に到着すると判断したならば、前記昇降部材による昇降動作が終了する時点において、前記第２位置に向けて移動を開始した前記搬送アームと前記第２位置に向けて移動を開始した前記基板ステージとの前記ＸＹ平面における間隔が前記間隔ａよりも大きくなるように前記基板ステージの移動、前記昇降部材の昇降及び前記搬送アームの移動をさらに制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
4. 前記第１位置は、前記基板ステージに保持された基板に対する露光処理が終了した状態または計測処理が終了した状態の当該基板ステージの位置であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. デバイスを製造する方法であって、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を含む方法。

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