JP6735155B2 - 露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置に関し、更に詳しくは、基板矯正手段を取り付けた基板の搬送機構を有する露光装置に関する。

近年、プリント配線基板の配線パターンの微細化が進み、一部のパッケージ基板においては、従来のマスクコンタクト露光方式に代わって、投影露光方式にて感光基板（以下基板）の表面に紫外光等の露光光によるパターン像を結像させて、配線パターンを露光するようになってきている。

このような投影露光を行う投影露光装置（ステッパーやスキャナ）においては、例えば特許文献１に示す構成が一般的である。すなわち、基板を収納するフープ（基板カセット）２７と、搬送ロボット９２、９３と、基板をプリアライメントするプリアライメント装置（プリアライメント部）４５と、ウエハステージ（露光ステージ）ＷＳＴとを備えている。また、パッケージ基板等の矩形基板の搬送とプリアライメントを行うために、特許文献１に示されるプリアラメント装置４５を特許文献２に示す基板位置決め装置に置き換えることは、技術的に容易である。

投影露光装置では、基板に投影光学系の焦点深度を超えた反りがある場合、基板表面に結像するパターン像の解像精度が低下する。基板の反りが大きい場合には、基板を搬送するロボットハンドや、露光ステージの基板吸着に真空リークが発生し、エラーの原因となる。そこで、基板の周縁部を挟持して補強し、基板の反りを矯正する基板矯正手段を用いることが提案されている。

特開２００６−７１３９５号公報 特開平５−１８２８９１号公報

基板を露光ステージに載置する際には、露光ステージと基板矯正手段との干渉を避けるために、基板矯正手段を露光ステージに対して位置決め（即ちプリアライメント）する。しかし、基板外形の寸法誤差に対応するため、基板矯正手段の内壁面と基板端面とはある程度の隙間が設けられているので、露光ステージに載置した基板のアライメントマークが、アライメントセンサの視野から外れる場合があった。

本発明は、以上の課題に基づき、基板矯正手段を装着した基板を精度よくプリアライメントし、かつ、基板のアライメントマークがアライメントセンサの視野に入るようにすることが可能な露光装置を得ることを目的とする。

露光ステージ上に感光基板を位置させ、投影露光手段により感光基板にパターン像を露光する露光装置において、感光基板の周縁部を保持する基板矯正手段と、感光基板を供給する基板供給部と、基板矯正手段の位置を規制するプリアライメント部と、プリアライメント部により位置規制された感光基板の位置を検知する検知手段と、基板供給部からプリアライメント部へ感光基板を搬送する基板搬送部と、プリアライメント部から露光ステージに感光基板を搬送する基板搬送部とを備える。このような露光装置とすることで、基板矯正手段に支持された基板を精度よくプリアライメントし、かつ基板のアライメントマークをアライメントセンサの視野に入れることができる。

プリアライメント部が、複数の支柱と、支柱の先端部にそれぞれ取り付けられたガイドブロックとを備え、大きさの異なる基板矯正手段を支持するように設けられているので、大きさが異なる複数種類の基板があっても支持位置の調整などの煩雑な作業がいらなくなる。

一方で、検知手段が、感光基板の端面を検知する基板端面検知手段を備える。そのため、アライメントセンサの視野が狭くても、基板を載置した露光ステージのアライメントスタート位置をオフセット補正させることでき、アライメントセンサの視野内に基板のアライメントマークを捉えることができる。

本発明に係る露光装置によれば、基板矯正手段を装着した基板を精度よくプリアライメントし、かつ基板のアライメントマークをアライメントセンサの視野に入れることができる。

本発明による露光装置の全体構成を示す正面図である。 本発明による露光装置の全体構成を示す平面図である。 基板矯正手段の組立状態の平面図と断面図である。 プリアライメント部の構成を示す斜視図である。 プリアライメント部の支柱とガイドブロックの拡大図である。 プリアライメント部のガイドピンの配列と複数の基板サイズを示す平面図である。

図１は、本発明を適用する露光装置１の一例を示している。この露光装置１は、上方から下方（Ｚ方向）に順に、照明光学系ＬＳ、フォトマスクＭ、投影光学系ＰＬ、及び露光ステージ５０を有している。少なくとも一面（上面）にフォトレジストを塗布またはラミネートした感光基板（以下、基板）Ｗは、基板矯正手段６０に保持されて露光ステージ５０上に位置する。照明光学系ＬＳから出射しフォトマスクＭを透過した露光パターン光は、投影光学系ＰＬによって基板Ｗの表面に結像される。

露光ステージ５０は基板Ｗを平面状に固定し、投影光学系に対し位置決めするためのもので、基板Ｗの裏面を吸着固定する機能を備える周知のステージである。露光ステージ５０は図示しない移動機構に支持されており、例えばＸＹＺ方向に移動可能である。また、この移動機構を用いることで、露光ステージ５０を投影光学系ＰＬに対して相対移動（例えばステップ＆リピート、またはスキャン）させながら露光することも可能である。

照明光学系ＬＳは図示しない光源（例えば水銀ランプ）を備える。光源は基板Ｗの表面のフォトレジストに応じた波長の光を発する。また、照明光学系ＬＳは光源の発した光を集光し、光量を均一化する機能を備える。

投影光学系ＰＬはフォトマスクＭと基板Ｗの表面（感光面）とが共役関係にある周知の結像光学系である。投影光学系ＰＬと基板Ｗの表面との間隔は投影光学系の焦点距離によって厳密に定まるが、数十ｍｍ程度（例えば３０ｍｍ程度）と接近して配置される場合がある。

投影光学系ＰＬ、またはその周囲には、図示しない基板距離測定手段が備えられている。この基板距離測定手段は、基板Ｗの感光面と投影光学系ＰＬとの間隔をμｍ単位で測定する。この測定結果に基づき、図示しないフォーカス調整手段によって、投影光学系ＰＬによるパターン像のピントが基板Ｗの表面に合うように調整を行う。

フォーカス調整手段は、周知のように、投影光学系ＰＬ内、または投影光学系ＰＬの出口に設置されている。露光ステージ５０をＺ方向に移動することでフォーカス調整してもよい。

基板Ｗの上方には、フォトマスクＭと基板Ｗの位置合わせを行うためのアライメントセンサ（撮像手段）ＡＳが設置されている。

露光装置１は、基板矯正手段（基板矯正治具）６０に支持された基板Ｗを複数収納する基板カセット（基板供給部）１０ａ、基板カセット（基板回収部）１０ｂ、および搬送ロボット（基板搬送部）２０を備える。搬送ロボット２０は、基板カセット１０ａ中の基板矯正手段６０を装着した基板Ｗをプリアライメント部３０へ搬送する、または、露光済みの基板を露光ステージから基板カセット１０ｂへ搬送する。

露光装置１は、プリアライメント部３０から露光ステージ５０への基板搬送のために、基板ハンドラー（基板搬送部）４０を備えている。搬送ロボット２０と基板ハンドラー４０は、基板Ｗの表裏いずれの面にも接触せずに基板Ｗを搬送するために、基板矯正手段６０を把持する機構を備えている。

基板Ｗは、例えば樹脂、ガラス、シリコン等を基材としたプリント配線板、パッケージ基板、ＬＣＤ用基板、半導体用基板等であり、矩形に整形されている。この基板Ｗは露光装置１による露光を受ける前に、様々な処理がなされており、反りが発生する場合がある。具体的には、例えば複数基板の張り合わせ、熱処理、あるいは片面の研磨等の処理がされており、その結果、内部応力に偏りが生じ、歪みが発生する場合がある。樹脂モールドパッケージ基板（外形寸法２００×２５０ｍｍ）の例では、５０ｍｍ以上の反りが発生しており、このまま露光ステージ２０に載置して真空吸着を行っても、投影光学系ＰＬの焦点深度内に基板表面の変位が収まらないので、パターンの解像度に悪影響を生じる場合がある。

基板矯正手段６０は、この基板Ｗの歪みを矯正し平面性を良好に保った状態で露光ステージ５０上に位置させるものである。図３は基板矯正手段６０の組立状態を表す図である。 なお、図３の（ａ）図は平面図であり、（ｂ）図は（ａ）図に示すＡ−Ａ部の断面拡大図を記している。基板矯正手段６０は外枠６１と内枠６２の２つの枠体から構成されている。

外枠６１は、全体として四角い枠形状をしており、中央部に矩形の開口が形成されている。内枠６２は、矩形の一般断面を有し、外枠６１の開口部の輪郭内に嵌め込まれる矩形をなしている。（ｂ）図にあるように、外枠６１は段差状の断面形状をしており、この段差に基板Ｗと内枠６２が落とし込まれる。外枠６１に設けられた内枠固定手段６４によって、内枠６２が基板周縁に押圧を掛けて基板の反りを矯正し、外枠と基板と内枠とを固定する。

外枠６１には、覗き孔６３が間隔をおいて複数形成されている。後述する光学センサ３４がこの覗き孔６３から基板Ｗの端面を検知することで、基板Ｗの位置を検出することができる。なお、基板Ｗには、フォトマスクＭとの間の正確な位置決めをするためにアライメントマークが形成され、覗き孔６３を通して認識する基板Ｗの端面情報（位置情報）は、基板ＷとアライメントセンサＡＳとのプリアライメントに用いることができる。

続いてプリアライメント部３０について、図４〜図６を用いて説明する。

図４はプリアライメント部３０を斜め上方から見た模式図である。図５は図４の一部を拡大した図である。プリアライメント部３０のベース３１に複数の支柱３２を設け、支柱３２の上端に基準ブロック３３を設置している。図５にあるように、基準ブロック３３は基板矯正手段６０を支持するための段付きブロックであり、段差部の側面はテーパー部Ｔを設けている。なお、基準ブロック３３にはコーナー用のＬ型ブロック（３３ａ）と、中間支持用のストレート型ブロック（３３ｂ）とが存在する。

搬送ロボット２０により基板Ｗがプリアライメント部３０に載置される際には、搬送ロボット２０のハンドの下降に従って、基板矯正手段６０がテーパー部Ｔに沿って移動するようになっている。それにより、基板ハンドラー４０が基板Ｗを搬送する際に、露光ステージ５０と基板矯正手段６０とが干渉しないように、基板矯正手段６０（および基板Ｗ）の位置が規制される。

なお、支柱３２は高さの異なるグループに分かれており、基板Ｗの大きさ（基板矯正手段６０のサイズ）に応じて基板Ｗの支持に使用する支柱が決まっている。例えば、図６のように基板Ｗの大きさが、標準サイズ（ＷＦ）、２線による斜線で示されている１／２サイズ（ＷＨ）、１線による斜線で示されている１／４サイズ（ＷＱ）、の３種類の場合、支柱の高さも３種類となり、支柱の高さは、標準サイズ用（イ）がもっとも高く、次いで１／２サイズ用（ロ）が高く、１／４サイズ用（ハ）が最も低くなっている。それにより、基板サイズにかかわらず、基板Ｗに接触せずに、ガイドブロック３３が基板矯正手段６０を支持することができる。

プリアライメント部３０のガイドブロック３３の上方には、光学センサ（検知手段）３４が設置されている。この光学センサ３４は、基板矯正手段６０の覗き孔６３を通じて、基板Ｗの端面の位置を３箇所検知する。その際、基板ハンドラー４０が基板矯正手段６０を把持した後に基板Ｗの端面の検知を行い、検知工程後の位置ずれを防止するとよい。

アライメントセンサＡＳは高倍率の撮像光学系を備えるため、視野が狭い。そのため、基板Ｗの位置によっては、アライメント開始時に基板ＷのアライメントマークがアライメントセンサＡＳの視野に入らないことがある。プリアライメント部３０の光学センサ３４が検知した基板端面位置に基づいて露光ステージ５０の位置を補正することで、アライメント開始時に、アライメントセンサＡＳの視野内に基板Ｗのアライメントマークを確実に捉えることができる。

実際の露光作業に際しては、次の通り行う。初めに、基板カセット１０ａに収納されている基板矯正手段６０を装着した基板Ｗを、搬送ロボット２０が取り出す。次に、基板Ｗを搬送し、プリアライメント３０に載置する。その際に、搬送ロボットのハンドの下降に従って、基板矯正手段６０がテーパー部Ｔによって位置を規制される。

次に、基板ハンドラー４０が基板矯正手段６０を把持する。次に、光学センサ３４が基板Ｗの端面位置を検知する。次に、基板ハンドラー４０が基板Ｗを露光ステージ５０上に搬送する。

次に、露光ステージ２０が外枠６１から露出している基板Ｗの裏面（露光面の反対側の面）を真空吸着して固定する。基板Ｗを直接吸着固定するので、基板矯正手段６０で平面性を改善されていた基板が、更に平面精度よく固定される。

次に、露光ステージ５０が移動し、アライメントセンサＡＳが基板Ｗのアライメントマークを検知する。このとき、先ほど検知した基板Ｗの端面位置に応じて露光ステージのオフセット量を補正する。

次に、露光ステージ５０を例えばステップ移動させ、照明光学系ＬＳ、マスクＭ、投影光学系ＰＬによって基板Ｗにパターンを順次露光する。最後に、搬送ロボット２０が、露光が終了した基板Ｗを、基板矯正手段６０を装着したまま基板カセット１０ｂに収納する。

なお、搬送ロボット２０が１台である前提で説明したが、投入側と受け取り側とで計２台を設けてもよい。また、基板搬送部はロボットに限るものではなく、基板Ｗに応じて周知の搬送機構から適宜選択し設計してもよい。基板カセットは、供給用と回収用を共用にして１つのカセットとしてもよく、あるいは、基板カセットを設けずに、インラインでコンベア等により上下流の装置と基板矯正手段６０付き基板Ｗのやり取りをしてもよい。

以上に説明したように、本発明に係る露光装置によれば、基板矯正手段に保持された基板を精度よくプリアライメントすることが可能となる。またアライメントセンサが基板のアライメントマークを視野に捉えることが容易となる。さらに、搬送やプリアライメント工程において基板の表裏面のいずれにも接触することがないので、歩留まりが向上する。

１ 露光装置
１０ａ 基板カセット（基板供給部）
１０ｂ 基板カセット（基板回収部）
２０ 搬送ロボット（基板搬送部）
３０ プリアライメント部
３１ ベース
３２ 支柱
３３ ガイドブロック
３３ａ ガイドブロック（コーナー用）
３３ｂ ガイドブロック（直線用）
３４ 光学センサ（検知手段）
４０ 基板ハンドラー（基板搬送部）
５０ 露光ステージ
６０ 基板矯正手段（基板矯正治具）
６１ 外枠
６２ 内枠
ＬＳ 照明光学系
ＰＬ 投影光学系
Ｍ フォトマスク（レチクル）
Ｗ 基板

Claims (3)

1. 露光ステージ上に感光基板を位置させ、投影露光手段により前記感光基板にパターン像を露光する露光装置において、
   前記感光基板の周縁部を保持する基板矯正手段と、
   前記感光基板を供給する基板供給部と、
   前記基板矯正手段の位置を規制するプリアライメント部と、
   前記プリアライメント部により位置規制された前記感光基板の位置を検知する検知手段と、
   前記基板供給部から前記プリアライメント部に前記感光基板を搬送する基板搬送部と、
   前記プリアライメント部から前記露光ステージに前記感光基板を搬送する基板搬送部と
   を備え、
   前記プリアライメント部が、複数の支柱と、前記支柱の先端部にそれぞれ取り付けられたガイドブロックとを備えることを特徴とする露光装置。
2. 前記支柱が、大きさの異なる前記基板矯正手段を支持するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記検知手段が、前記感光基板の端面を検知する基板端面検知手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。

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