JPH0374504B2

JPH0374504B2 -

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Publication number: JPH0374504B2
Application number: JP60297215A
Authority: JP
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1991-11-27
Also published as: US4810889A; JPS62155517A

Description

【発明の詳細な説明】（分野）本発明は半導体装置の製造に利用されるパター
ン描画装置及び方法に関するものである。

（従来）従来この種装置においては露光パターン発生器
が単数であり、露光に長時間を要し、またウエハ
ステージもｘ、ｙ、θ、ｚ等の多段に構成されて
いたため大型にならざるを得なかつた。

（目的）本発明は、上記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、その目的は、露光速度が早
く、装置の小型化を可能にするパターン描画装置
及び方法を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明のパターン描
画装置は、ウエハ上に半導体装置用パターンを描
画するため利用される複数の露光ビームを発生す
る露光ビーム発生ヘツドと、露光ビーム発生ヘツ
ドをウエハの表面に対向するように支持するキヤ
リツジと、キヤリツジをウエハの表面に沿つて第
１方向に移動させる第１移動機構と、ウエハを吸
着保持するウエハチヤツクと、ウエハチヤツクを
第１方向と実質的に直交する第２方向に移動させ
る第２移動機構と、ウエハに対して露光ビーム発
生ヘツドの位置または姿勢を調整するためにキヤ
リツジに対して露光ビーム発生ヘツドを微動させ
る駆動機構を有している。

また、駆動機構がウエハの表面と露光ビーム発
生ヘツドの間隔を調整する間隔調整機構と、ウエ
ハの表面に沿つて露光ビーム発生ヘツドを回転さ
せる回転調整機構と、露光ビーム発生ヘツドを第
２方向に移動させる移動調整機構の少なくとも一
つを有していたり、キヤリツジが前記ウエハ上の
アライメントマークを検出する検出器を露光ビー
ム発生ヘツドと一体的に支持し、駆動機構がウエ
ハに対して露光ビーム発生ヘツドの位置または姿
勢を調整するために検出器からのマーク信号に基
づいてキヤリツジに対して露光ビーム発生ヘツド
と検出器を一体的に微動させている。

本発明のパターン描画方法は、複数の露光ビー
ムを発生する露光ビーム発生ヘツドのウエハに対
する位置または姿勢の調整を前記露光ビーム発生
ヘツドをキヤリツジに対して微動させることによ
り行うと共に、キヤリツジをウエハの表面に沿つ
て第１方向に移動させながら露光ビームによりウ
エハ上の第１領域に半導体装置用パターンを描画
し、第１領域の描画が終了した後にウエハを第１
方向と実質的に直交する第２方向に移動し、露光
ビーム発生ヘツドのウエハに対する位置または姿
勢の調整を露光ビーム発生ヘツドをキヤリツジに
対して微動させることにより行うと共に、キヤリ
ツジを第１方向と逆方向に移動させながら露光ビ
ームによりウエハ上の第２領域に半導体装置用パ
ターンを描画している。

また、露光ビーム発生ヘツドのウエハに対する
位置または姿勢の調整を、ウエハ上のアライメン
トマークを検出することにより行つている。

（実施例）第１図は本発明の一実施例である。シリコン等
の半導体で成るウエハWFはウエハチヤツクWC
に吸着されて垂直（Ｙ方向）に移動するように構
成される。本装置は真空中で作動させるのでウエ
ハチヤツクWCはいわゆる静電チヤツクが好まし
い。この静電チヤツクWCはいわゆるＹステージ
SYに固定され、ＹステージSYによりＹ方向に間
欠的に微少送りされる。この送り制御はレーザ干
渉計LKにより成される。キヤリツジCAは軸Ｇ
１，Ｇ２に案内されてｘ方向にロープLPにより
連続的に移動する。移動制御は同様にレーザ干渉
計LZにより成される。キヤリツジCAにはウエハ
WFを露光するためのパターン例えば露光ビーム
EBを発生するビーム発生ヘツドEHが搭載され
る。これには発光ダイオード、半導体レーザ発生
素子等が用いられ、さらにその前面に解像度を上
げるために液晶セルによる微少高密度電子シヤツ
ター群を備えても良い。この露光ビームのオンオ
フにより回路パターンをウエハWF上に描画でき
る。第１図のウエハWF上に拡大部WPとして示
すようにドツトDTを複数形成し、また近接もし
くは重ね合せて露光することにより回路パターン
になる。

LER，LELは発光ダイオード、半導体レーザ
発生装置等の光源で、これにはウエハWFを感光
させない波長領域のものが用いられ、ウエハ上の
アライメントマークや実素子パターンの照射用に
用いられる。この照射により反射された画像情報
をチヤージカツプルドデバイス（CCD）等の二
次元状固体受光素子群CDR，CDLで受けてビー
ム発生ヘツドEHの姿勢をウエハ上のパターンに
合わせるように変更する。キヤリツジCAにはさ
らに太陽電池SBや受光素子群PSが搭載され、太
陽電池SBは本体側に設置された光源LPより電力
供給を受け、キヤリツジCA内に搭載された電子
部品を駆動する。受光素子群PSは本体側に設置
された制御部CC及び露光パターン発生器PGから
のパターン情報を光通信方式により受けてヘツド
EHに供給する。このようなワイヤレス方式によ
りキヤリツジCAは移動量や移動方向の変動にか
かわらず一定に移動できるので精密露光に好まし
い。SP，OPはキヤリツジCAの軸受部に気体等
の流体を供給及び排出するためのパイプである。
これも左右均等になるように配置するとキヤリツ
ジCAの変動成分が少なくなり好ましい。KMR，
KMLは本体側に設置された基準原点信号発生板
で例えば一対の十字マークを反射材で作る。第２
図はキヤリツジCAのウエハWF側を示す図であ
る。露光ビーム発生ヘツドEH及び光源LER，
LEL、受光素子CDR，CDLは支持板YSに取付け
られる。光源LER，LELはキヤリツジCAに固定
しても良い。支持板YSにはピエゾ等の電歪素子
が取付けられ、その駆動によりヘツドEH、受光
素子LER，LEL等を案内溝GMに沿つてＹ方向に
上下させる。これによりＹ方向のヘツド位置の補
正を行なわせることができる。PZは軸ZSに取付
けられた前例同様の電歪素子で、ヘツドEHをＺ
方向に移動させることによりＺ方向のヘツド位置
の補正即ち焦点合せを行なわせることができる。

軸Gθは同様にヘツドEHの回転（θ）方向の補
正のための軸で、キヤリツジCA内の不図示のモ
ータ、電歪素子等の微駆動素子により駆動され
る。これらヘツド位置もしくは姿勢変更のための
駆動素子は発光素子群LEL、受光素子群CDL等
によりキヤリツジCAの走行前または走行中にウ
エハWF上のパターンを受光して動作する。この
パターン受光素子群はヘツドEHの左右にCDL，
CDRのように一対設けられ、キヤリツジCAの右
移動による正順露光のときは右側の受光素子
CDRを用い、キヤリツジCAの左移動による逆順
露光のときは左側の受光素子CDLを用いる。露
光ビーム発生ヘツドEHの露光ビームEBは垂直に
多数１列分有しており、逆順露光のときは露光パ
ターン情報発生器PGから露光パターン情報を正
順のときとは逆の順序で発生させる。第３図はウ
エハWFの正面図である。露光ヘツドEHにより、
露光ヘツドEHとウエハWFとのアライメント用
マークWM及び回路パターンCPが最初に何も露
光されていないウエハWFに描画されて行く。こ
のときヘツドEHはまず本体側基準マークKML
を受光素子CDLが読取り、ヘツドの姿勢を制御
した後、左から右に１行連続走行しながら露光を
行なう。第３図右方の速度曲線に示すようにヘツ
ドEHはサーボ制御により駆動され、その定速区
間Ｔのときにアライメント用マークWM、回路パ
ターンCPが露光される。

露光領域１〜５の連続露光が終了するとウエハ
WFの行の露光が終了したことになり、第１図
のウエハチヤツクWCがＹ方向に１行に移動さ
れ、ウエハWFの行目の露光が露光領域６〜12
の右から左への順で連続露光される。またこの前
に第１図のWPとして示す拡大図内の垂直方向の
ドツトDTの重ね合せラインのようにするために
Ｙ方向移動を１行内でさらに細かく送つても良
い。これはレーザ干渉計LKにより制御される。
このように往復連続露光させることにより露光時
間を短縮できる。上述の動作手順を第４図に示
す。第４図のステツプS1においてまず何も露光
されていないウエハWFをチヤツクWCに周知の
プリアライメントした後、装着し静電吸引して固
定する。ステツプS2でキヤリツジCAを左端にプ
リセツトした後、本体側の一対の基準マーク
KMLと露光ヘツドEHのフアインアライメント
を行なう。これにはまずヘツドEHの左端の光源
LELが反射材で成る一対の基準マークKMLを照
射し、反射光を二次元受光素子CDLが受光し、
その位置座標（x₁、y₁）を検出する。一方二次元
受光素子CDLはその指標となる座標（x₂、y₂）
を不図示の制御コントローラが記憶しており、こ
れによりずれ量x₁−x₂、y₁−y₂が求められる。Ｘ
方向のずれ量x₁−x₂はキヤリツジCAの走行時に
ヘツドEHからの露光ビームの出射タイミングを
調節することにより補正できる。Ｙ方向のずれ量
は、−y₂は第２図の電歪素子PYの駆動によりヘツ
ドEH及び受光素子CDLを上下することにより補
正できる。或いはＹステージSYを微少送りして
補正しても良い。θ（回転）方向の補正もマーク
KML，KMRの一対有するから周知の如く算出
でき、軸GθによりヘツドEH及び受光素子CDL全
体を回転することにより補正できる。焦点合せ即
ちＺ方向は例えば受光素子CDLの受光領域を検
出することによりできる。即ち光源LELよりス
ポツト状の光を放射させ、ウエハWFから反射し
て来るスポツト光の直径を二次元受光素子により
検出すればヘツドEHとウエハWF間の距離が測
定でき、最適の距離に電歪素子PZを駆動して制
御すれば良い。その他周知の空気の吐出し式や
種々の焦点合せ機構をキヤリツジCAに取付ける
ことができる。また上記の二次元状受光素子に限
らず、一次元受光素子（このときはキヤリツジ
CAの走行により二次元受光素子と同等の効果を
得る）やその他種々の位置合せ原理及び機構を用
いることができる。このフアインアライメント即
ちヘツドの姿勢（位置）制御が完了するとステツ
プS3でキヤリツジCAの走行が開始され、キヤリ
ツジCAが第３図の如く定速になつた直後から
行目の露光が開始される。図示の如くまずアライ
メントマークWMLがヘツドEHにより露光され、
次いで回路露光領域１に回路パターンCPが露光
され、スクライブ領域を走行中はヘツドEHから
露光ビームEBは出射されず、露光領域２に来て
再び回路パターンCPが露光され、以下同様に左
から右に正順に露光されて行く。露光領域５が露
光終了するとキヤリツジCAは減速され、右端の
基準マークKMRの所で停止する。ステツプS4で
ウエハWFはＹステージSYにより１行Ｙ方向送
りされる。この精密送りはレーザ干渉計LKによ
り制御される。同時にキヤリツジCAは右端でス
テツプS2と同様なステツプS5で一対の基準マー
クKMRとヘツドEHの位置合せを行なう。しか
しこれは必ずしも必要とせずとも良い。次いでス
テツプS6でアライメントマークWMRを露光し、
回路露光領域６に回路パターンCPをステツプS3
とは逆の順序で露光し、以下領域７、８〜12と右
から左に回路パターンが連続的に露光されて行
く。以下ステツプS3に戻り１枚のウエハが終了
するまで上述同様に往復連続露光が行なわれる。
２回目のウエハ露光がステツプS8より始まる。
ステツプS9でまずステツプS1と同様のヘツドEH
の姿勢制御を行なう。しかしステツプS2と異な
る点は位置合せのための相手が異なることであ
る。即ち合わせる相手が一対の基準マークKML
ではなく、ウエハWF上に露光された一対のアラ
イメント用マークWMLである。この位置合せ用
マークがKMLからWMLにシフトするだけで受
光素子CDLにより位置検出及びヘツドEHの補正
駆動方式はステツプS2と同様である。しかしこ
のとき回路パターンCPをマークWMLと合わせ
て位置合せ用マークとして使用することもでき、
または回路パターンCPのみを使用して位置合せ
することももちろん可能である。ヘツドEHとマ
ークWMLとの位置合せ完了の後、１回目に露光
された回路パターン上に第２の回路パターンが重
ね露光される。これも１回目と同様キヤリツジ
CAの連続走行により成される。ウエハWFの
行目が露光完了し、ステツプS10で前述同様にウ
エハが行送りされ、同時または次いで動作とし
て、ステツプS11に示すように今度はウエハWF
上の一対のマークWMRとヘツドEHの位置合せ
が前述同様に行なわれ、キヤリツジCAが今度は
右から左に連続走行しながら行目とは逆の順で
パターン情報を出射して露光して行き、行目を
終了する。

以下同様にして２回目の露光を終了する。

上述例においてキヤリツジCAの走行中に受光
素子CDL，CDRによりヘツドEHの姿勢を変更さ
せることもできる。キヤリツジCAが右に移動中
のときは右側の受光素子CDRを用い、左に移動
中のときは左側の受光素子CDLを用いれば良い。
この受光素子が回路パターンもしくは途中に設け
られた第３図の中間アライメント用マークWMM
を検出して前述同様に駆動素子PY，PZ，Gθ等
によろ補正駆動をキヤリツジ走行中に行なわせれ
ば良い。この受光素子は一対必ずしも必要とせ
ず、またヘツドの位置合せのための微駆動素子も
Ｙ、Ｚ、θ全て必要とせず、所望の方向の駆動素
子を必要に応じて少なくとも１〜２個取付ければ
良い。またｘ方向の補正は前述の如く露光ビーム
の出射タイミングの変更だけで可能であるから好
ましい。これは周知の制御技術を用いて容易に達
成できる。また露光ビームもウエハが感応できる
性質を有するビームであればいずれでも良い。さ
らにこのヘツドEHは基材が前述の如く半導体で
成るので固体受光素子CDL，CDR、固体光源
LEL，LER等を共通のシリコン基板上に一体的
に形成可能であり、例えばヘツドと受光素子の位
置関係の設定が極めて精密に製作できる利点があ
る。

また露光ビーム発生器をキヤリツジに搭載して
移動できるようにしたことによりウエハ移動ステ
ージがＹ方向の一方向のみとなり小型化、軽量化
が計れることも大きな利点である。特にこの種装
置においては露光室の気圧一定化、真空化、クリ
ーン化等の要請により小型化が望まれており、従
来のＸ、Ｙ、θ、ｚの多段構成ステージでは大型
化が免れ得なかつた。本発明は露光ヘツドをＸ方
向及びまたはΔY、ｚ、θ方向にそれ自身移動で
きるようにし、ウエハはＹ方向駆動ステージとい
うように駆動機構をウエハ中心に２分したため、
大幅な小型化、薄型化が可能となつたものであ
る。またウエハを垂直とし、本体の下側から装填
し、上方に排出するように構成したのでゴミの蓄
積もなく、またウエハ搬送スペースも極少とな
る。したがつて処理時間も短縮される。本装置は
必ずしも真空室で作動させる必然性はないが、真
空室使用の場合のキヤリツジ軸受に好ましい例を
第５，６図に示す。この技術は本装置の他の真空
と大気との境界部にも利用できる。

第５図が軸受の第１の実施例で、１は軸、２ａ
は支持面、２は多孔質材よりなる軸受、３はハウ
ジング、４は給気口、５は支持面１ａより流出し
た空気が流れ込む空気溜り、６は排気口、１１は
給気道、１２は排気道、１３は吸引ポンプ、１４
は給気ポンプである。

真空雰囲気外から給気ポンプ１４により給気口
４に導かれた空気は軸受２の支持面から噴出さ
れ、軸表面との隙間に潤滑膜を形成した後、空気
溜り５に流出し、更に吸引ポンプ１３により排気
口６から排気道１２を通つて真空雰囲気外へ強制
排気される。

軸受２の多孔質は孔数、孔径が十分小さい。又
真空ポンプ１３の排気量は軸受２に給気される空
気流量よりも十分大きい。この為空気溜り５の圧
力を小さくでき、磁性流体シールユニツト８を用
いても外部との遮蔽が可能である。実際、空気溜
り５の圧力を数十torr程度にする事によつて、
10^-5〜10^-8torrである高真空雰囲気７と空気溜り
５とを磁性流体シール装置で遮蔽する事ができ
る。

８ａは永久磁石、８ｂはポールピース、８ｃは
磁性流体、８ｄ保持部材である。８ｅは軸受が軸
方向に移動する場合、磁性流体８ｃが軸表面に残
らないようにする為の弾性体よりなるかき取り部
材である。軸との摩擦力を減少させる為、かき取
り部材８ｅの先端は鋭角になつている。軸表面は
磁性流体が付着しにくくする目的でテフロンコー
テイング等の表面処理が施されている。

磁性流体シールユニツト８は磁性体９に接着さ
れ、弾性体９は弾性体位置決め部材１０ａ，１０
ｂを介してハウジング３に固定されている。弾性
体９の剛性は軸受剛性より十分小さく、従つて移
動精度は磁性流体シールにほとんど影響されず、
高精度な送りが可能になる。

第６図に第２の実施例を示す。第５図に示した
ものと同じ部材は第６図でも同じ参照数字で指示
している。

軸受２の多孔質は前記の第５図の実施例よりも
さらに孔数、孔径が小さく、真空ポンプ１３の排
気量と軸受２の給気される空気流量の差は前記の
ものより更に大きい。これにより空気溜り５の圧
力を高真空雰囲気７の圧力に近づける事ができ、
７の真空度がそれほど高くない状態では軸受から
の空気のもれをそれ程問題にせずにすむので、シ
ール装置は用いていない。隔壁１４は軸１に接触
しない様設置され、１と１４の間には磁性流体等
のシール部材を用いない。従つて、軸１はシール
装置による送り精度の悪影響を受けずに静圧軸受
の高い送り精度で移動できる。このような静圧静
受を用いるとキヤリツジCAの位置（姿勢）の制
御を給気量、排気量を調節することによつても行
なわせることができ、いわゆるヨーイング、ピツ
チング、ローリング等の補正をこの微駆動手段に
よつても好ましく、また先のPY，PZ，Gθ等の
微駆動手段と協働させても良い。

（効果）以上詳述した如く、本発明によれば、複数の露
光ビームを発生する露光ビーム発生ヘツドとウエ
ハをそれぞれ実質的に直行する方向に移動可能と
したので、ウエハ上に高速に半導体装置用パター
ンを描画できると共に、その装置を小型化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例の斜視図、第２図はその
一部拡大斜視図、第３図はウエハ正面図、第４図
はその動作説明フローチヤート、第５図はその一
部具体実施例図、第６図はそのさらに他の実施例
図である。 CA……キヤリツジ、WF……ウエハ、EH……
露光パターン発生手段、PY，PZ，Gθ……微駆
動手段、CDL，CDR……受光素子。

Claims

【特許請求の範囲】１ウエハ上に半導体装置用パターンを描画する
ために利用される複数の露光ビームを発生する露
光ビーム発生ヘツドと、前記露光ビーム発生ヘツ
ドを前記ウエハの表面に対向するように支持する
キヤリツジと、前記キヤリツジを前記ウエハの表
面に沿つて第１方向に移動させる第１移動機構
と、前記ウエハを吸着保持するウエハチヤツク
と、前記ウエハチヤツクを前記第１方向と実質的
に直交する第２方向に移動させる第２移動機構
と、前記ウエハに対して前記露光ビーム発生ヘツ
ドの位置または姿勢を調整するために前記キヤリ
ツジに対して前記露光ビーム発生ヘツドを微動さ
せる駆動機構を有することを特徴とするパターン
描画装置。２前記駆動機構は、前記ウエハの表面と前記露
光ビーム発生ヘツドの間隔を調整する間隔調整機
構と、前記ウエハの表面に沿つて前記露光ビーム
発生ヘツドを回転させる回転調整機構と、前記露
光ビーム発生ヘツドを前記第２方向に移動させる
移動調整機構の少なくとも一つを有していること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパター
ン描画装置。３前記キヤリツジは前記ウエハ上のアライメン
トマークを検出する検出器を前記露光ビーム発生
ヘツドと一体的に支持し、前記駆動機構は前記ウ
エハに対して前記露光ビーム発生ヘツドの位置ま
たは姿勢を調整するために前記検出器からのマー
ク信号に基づいて前記キヤリツジに対して前記露
光ビーム発生ヘツドと前記検出器を一体的に微動
させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のパターン描画装置。４複数の露光ビームを発生する露光ビーム発生
ヘツドのウエハに対する位置または姿勢の調整を
前記露光ビーム発生ヘツドをキヤリツジに対して
微動させることにより行うと共に、前記キヤリツ
ジを前記ウエハの表面に沿つて第１方向に移動さ
せながら前記露光ビームにより前記ウエハ上の第
１領域に半導体装置用パターンを描画し、前記第
１領域の描画が終了した後に前記ウエハを前記第
１方向と実質的に直交する第２方向に移動し、前
記露光ビーム発生ヘツドの前記ウエハに対する位
置または姿勢の調整を前記露光ビーム発生ヘツド
を前記キヤリツジに対して微動させることにより
行うと共に、前記キヤリツジを前記第１方向と逆
方向に移動させながら前記露光ビームにより前記
ウエハ上の第２領域に半導体装置用パターンを描
画することを特徴とするパターン描画方法。５前記露光ビーム発生ヘツドのウエハに対する
位置または姿勢の調整は、前記ウエハ上のアライ
メントマークを検出することにより行われること
を特徴とする特許請求の範囲第４項記載のパター
ン描画方法。