JPH0588532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体焼付装置に関し、特にウエハを
載置して水平移動するXYステードの停止位置制
御方式の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来より、縮小投影型露光装置（ステツパ）と
称される半導体焼付装置において、ウエハを載置
するXYステージの制御には高停止精度、高スル
ープツトが要求されている。このため、XYステ
ージ位置のレーザー測長による高分解能と高精度
化、およびXYステージ構成部分の加工精度や、
合成アツプ等、種々の改善がされており、これに
加えてサーボ系のゲインと周波数特性の向上がな
され、高停止精度と高スループツトが達成されて
きた。このようなXYステージの駆動系において
は、XYステージの停止位置精度に頼つて行なわ
れる焼付工程に限つて言えば正確な露光がなされ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、ウエハ上のアライメント用マー
クと装置側の基準マークとの相対的ズレを検知し
てアライメントする工程においては、相対的ズレ
を検知する測長器と前記レーザー測長の環境に対
する変化の度合の違い及び外部振動に対するXY
ステージの敏感性等が問題となり、ウエハ上のア
ライメントマークと基準マークとの相対的ズレを
検出するアラメイント工程においてはXYステー
ジのサーボ系のゲインと周波数特性の向上が逆に
アライメント精度に悪影響を及ぼす結果になつて
いるのと同時に、スールプツトをダウンさせる原
因にもなつていた。

従つて本発明の課題は、上記の問題点を解決し
て各工程に応じてXYステージの停止位置制御を
最適に行なうことのできる高精度・高スループツ
トの半導体焼付装置を提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、前述の課題を達成するため
に、XYステージの停止位置制御をサーボ系によ
つて行なう半導体焼付装置において、前記サーボ
系が工程に応じてサーボ特性をプログラマブルに
設定可能にされる。ひとつの態様において、XY
ステージの駆動制御用サーボ系内に、位相補償特
性の遅れ率、周波数特性の減衰率およびゲインな
ど、サーボ特性を可変設定できるサーボアンプが
設けられ、このサーボアンプのサーボ特性をマイ
クロコンピユータにより工程に応じて可変設定す
るようになされている。このサーボ特性は、例え
ばアライメント機能の要否に応じて変えられるも
のである。

［作用］ 本発明では、ウエハの焼付工程において、例え
ばXYステージをレーザー測長器を用いて絶対移
動する場合と、他の測長器によつてウエハのアラ
イメントマークと基準マークの相対ズレを検出す
る位置に移動する場合とを選択し、前者の場合に
はXYステージの絶対位置精度を保障し得るサー
ボ特性を設定し、後者の場合にはXYステージの
停止安定性を保障し得るサーボ特性を設定するな
ど、工程に応じてサーボ系のサーボ特性の設定が
プログラマブルに可能であり、例えば縮小投影型
の半導体焼付装置が必要とする全ての焼付工程に
おいて常に最適なXYステージのサーボ制御が可
能となる。

本発明の実施例を図面と共に説明すれば以下の
通りである。

［実施例］ 第１図は、本発明を適用したステツパ方式によ
る焼付け装置の概略を示す斜視図である。

図中、１は焼付パターンを有するレチクル、２
はＸ方向とＹ方向とθ方向に各々移動可能なレチ
クルステージ、３は焼付け用レンズ、４はウエハ
で、レチクルパターンはレンズ３にてウエハ上に
投影される。５はTTLアライメント及び観察用
のアライメントスコープ、６はＸ方向とＹ方向と
θ方向に各々移動可能なウエハ保持用のYXステ
ージであり、７はテレビプリアライメント用の対
物レンズ、８はテレビプリアライメント用の撮像
管、９は焼付け用光学系を介してウエハ４を観察
するための撮像管である。１０はレチクルを照明
する焼付け用光源、１１ａ，１１ｂはウエハ供給
用のキヤリア、１２ａ，１２ｂはウエハ回収用キ
ヤリアである。１３は、プリアライメン用撮像管
７及びTTL観察用撮像管８にて撮像した映像を
選択的にモニタするモニタ・テレビ、１４はジヨ
イステツク及びスイツチ等を有する操作パネル、
１５は装置を制御するコンソールである。また、
１６はウエハをXYステージ６に受け渡す供給ハ
ンドである。

第２図はXYステージの駆動制御回路のブロツ
ク図である。

WX（WY）はXYステージ、ＤはDCモータで
あり、XYステージとDCモータとはボールネジ
でカツプリングされている。DCモータはモータ
ドライバMDによつて駆動される。またDCモー
タにはタコジエネレータ（速度信号発生器）Ｔが
付加されており、タコジエネレータＴの出力は、
スピード制御用としてドライバMDにフイードバ
ツクされている。XYステージの位置は、測長器
LZの出力信号をもとに現在位置カウンタPCPに
て計測される。測長器としてはレーザー干渉計及
び光学スケール等が用いられる。この測長器LZ
の出力は相対位置出力であり、このためXYステ
ージの現在位置の原点検出として原点センサ
XH，Ｓ（YH，Ｓ）及び原点検出回路SOが設け
られており、これらの出力によりXYステージの
原点位置が検出されると、ゲート回路APにより
測長が開始され、現在位置カウンタPCPにてXY
ステージの現在位置が計測される。XYステージ
全体をコントロールしているマイクロプロセツサ
CPでは、現在位置ラツチ回路PLPを通してXY
ステージの現在位置を知ることができる。

XYステージの目標位置ラツチCLPには、マイ
クロプロセツサCPよりステージの移動目標位置
が設定される。差分器DIFは、現在位置カウンタ
PCPと目標位置ラッチCLPの差分を出力する。
すなわちこの差分出力は、現在位置から目標位置
までの移動量を示すもので、位置サーボのフイー
ドバツク信号となると同時に、XYステージの駆
動パターンを設定する為のタイミングを検出する
手段にも使用される。位置サーボのフイードバツ
ク信号としての差分器の出力はＤ／Ａコンバータ
DAPのビツト数に合せる為のビツト変換器BCに
入力され、ビツト変換された出力がＤ／Ａコンバ
ータDAPに入力され、そのアナログ出力がサー
ボアンプGAに位置フイードバツク信号として入
力される。サーボアンプGAのサーボ特性は、可
変設定回路FDによりマイクロプロセツサCPから
プログラマブルに可変設定可能である。又XYス
テージの駆動パターンを設定するタイミング信号
を発生する為のコンパレータCOMPがあり、ビ
ツト変換器BCの出力と移動量設定用ラツチRPL
の内容とが比較され、両者が一致したときにコン
パレータからCOMPから駆動パターン設定用の
タイミング信号が出力される。そのタイミング信
号は、駆動パターン情報が記憶されているランダ
ムアクセスメモリRMのアドレス発生器RAGに
入力され、そのタイミングに必要なRAMアドレ
スが発生して駆動パターン情報がランダムアクセ
スメモリRMから出力される。又、前記タイミン
グ信号は割込み発生器INTにも入力され、割込
み信号の発生によつてマイクロプセツサCPはそ
のタイミングを関知することができる。

駆動パターン情報には前述した移動量データの
他に、DCモータを制御する指令値情報があり、
この指令値情報にはDCモータを実際に駆動する
現在指令値初期情報、その目標値となる目標指令
値情報、目標指令値までの過程を制御する種々の
情報がある。現在指令値カウンタPCVはDCモー
タを駆動する指令値を発生する。ラツチ回路
CLVは目標指令値情報をラツチする。関数発生
器FGは、分周器DIVの分周比を設定するもので、
発振器OSのパルス周波数を分周器DIVで所望の
周波数に分周することにより現在指令値カウンタ
PCVの値が目標指令値用ラツチCLVの値に到達
するまでの過程を制御する。コンパレータ
COMVは現在指令値カウンタPCVの値と目標指
令値用ラツチCLVの値を比較し、一致するまで
ゲートAVを有効にさせる役割と同時に一致した
タイミングをマイクロプロセツサCPへ割込み発
生器INTの割込み信号により知らせる。現在指
令値カウンタPCVの値はＤ／ＡコンバータDAV
に入力され、そのアナログ出力はスピードサーボ
制御時においてドライバMDに切換スイツチSW
のON側を通して入力され、スピード指令値とな
る。又位置サーボ制御時は加算回路ADに位置指
令値として入力され、コンバータDAPの出力即
ち位置フイードバツク信号との加算信号が位置サ
ーボアンプGA及び切換スイツチSWのOFF側を
通してドライバMDにに入力される。

駆動モード発生器DMGはその出力信号により
駆動モード切換スイツチSWをON側又はOFF側
へ切換える。例えばON側がスピードサーボ制御
モードになり、Ｄ／ＡコンバータDAVの出力が
ドイバMDに入力され、XYステージは動作開始
区間においてスピードサーボ制御で駆動される。
OFF側では位置サーボ制御をモードになり、位
置サーボアンプGAの出力がドイバMDに入力さ
れ、XYステージは動作終了区間において位置サ
ーボ制御で駆動される。装置の各工程に応じて、
この位置サーボ制御時のサーボアンプのサーボ特
性（位相補償特性の遅れ率、周波数特性の減衰
率、ゲインなど）は、マイクロプロセツサCPか
ら可変設定回路FDを制御することで所望の特性
に可変設定される。

第３図は横軸に時間、縦軸に速度をとつた時の
ステージの速度変化を示す図である。第３図の時
刻toからt₄までの区間SSはスピード制御、時刻t₄
からt₆までの区間PSは位置制御の区間である。
スピード制御区間は一定の加速度で加速する加速
区間AB、一定の最高速度Vmaxで運動する定速
区間BC、一定の減速度で減速する減速区間CD、
一定の最低速度Vminで運動する定速区間DEか
ら成つている。加減速の直線AB，BC，CD及び
DOWNスピード切換点Ｄは、現在位置点Ａと目
標位置点Ｐの差、即ち移動距離によつて決定され
る。これは例えば移動距離に応じた加減速度、最
高速度及びDOWNスピード切換点をマイクロプ
ロセツサCPがデータテーブルを参照することに
より求められる。求められたそれぞれのデータは
マイクロプロセツサCPにより第２図のランブム
アクセスメモリRMに格納される。

第４図はそのランダムアクセスメモリの記憶内
容を示した図である。ランダムアクセスメモリ
RMの記憶内容は３つのブロツク、FASE1，
FASE2，FASE3に分けられ、それぞれブロツク
内容は４つのデータで構成されている。FASE1
のデータはスタート点ＡからDOWNスピード切
換点Ｃまでの制御を行なうデータであり、
FASE2のデータはDOWNスピード切換点Ｃから
位置サーボ切換点Ｅまでの制御を行なうデータで
あり、FASE3のデータは位置サーボ切換点Ｅか
ら停止点Ｐまでの制御を行なうデータである。

次に第２図、第３図、第４図を用いてXYステ
ージの制御方法を説明する。まずマイクロプロセ
ツサCPはランダムアクセスメモリRMへ駆動に
必要なデータを書込む。次に目標位置を目標位置
ラツチCCPに設定し、またRAMアドレス発生器
RAGにスタート信号STを送る。これにより
RAMアドレス発生器RAGからFASE1のアドレ
スが発生し、ランダムアクセスメモリRMより現
在指令値カウンタPCVにＯスピードデータが、
目標指令値ラツチCLVにMAXスピードデータ
が、回数発生器FGに加速勾配データが、そして
移動量設定用ラツチRPLにDOWNスピード切換
点Ｃまでの移動量がそれぞれセツトされ、駆動モ
ード発生器DMGはスイツチSWをON側にセツト
する。Ｘ，ＹステージはコンバータDAVの出力
により目標位置に向かつて第３図Ａ〜Ｂに示すよ
うな加速動作を始める。即ち現在指令値カウンタ
PCVの値が目標指令値CLVの値と等しくなるま
では分周器DIVの出力を係数するカウタンPCV
の可変出力により第３図の加速動作ABを行な
い、一致した後に分周器DIVの入力が断たれたカ
ウンタPCVの一定出力により、定速動作BCを行
なう。

次に、DOWNスピード切換点Ｃにおいて、コ
ンパレータCOMPから一致信号が出力され、
RAMアドレス発生器RAGに入力される。これに
よりRAMアドレス発生器RAGからFASE2のア
ドレスが発生し、ランダムアクセスメモリRMよ
り現在指令値カウンタPCVに最高スピードデー
タ（Vmax）が、目標指令値ラツチCLVに最低
スピードデータ（Vmin）が、関数発生器FGに
減速勾配データが、そして移動量設定用ラツチ
PRLに位置サーボ切換点Ｅまでの移動量がそれ
ぞれセツトされ、XYステージは減速動作を始め
る。即ち現在指令値カウンタPCVの値が目標指
令値CLVの値と等しくなるまでは前述同様に減
速動作CDを行ない、一致した後に定速動作DEを
行なう。

次に位置サーボ切換点Ｅにおいて、コンパレー
タCOMPから一致信号が出力され、RAMアドレ
ス発生器RAGに入力される。これによりRAMア
ドレス発生器からFASE3のアドレスが発生し、
ランダムアクセスメモリRMより現在指令値カウ
ンタPCVに位置サーボ切換点Ｅまでの移動量、
例えば目標値の手前25μmに対応したデータが、
目標指令値ラツチCLVに目標位置データが、関
数発生器FGに位置サーボ勾配データが、そして
移動量設定用ラツチに目標停止点Ｐまでの移動量
がそれぞれセツトされると同時に、駆動モード発
生器DMGに位置制御をモードが設定され、スイ
ツチSWがOFF側にセツトされて、XYステージ
が位置制御モードで駆動される。

次に制御終了点Ｆにおいてコンパレータ
COMV及びCOMPよりそれぞれ一致信号が出力
され、これが割込み発生器INTに入力されて割
込み信号が発生する。これを検出したマイクロプ
ロセツサCPは、基本的なXYステージ制御が終了
したとみなし、ステージの停止位置精度の許容値
（以下トレランス）の判定を行なう。マイクロプ
ロセツサは現在位置カウンタPCPの現在位置デ
ータを現在位置ラツチPLPを経由して読みとり、
目標位置との差がトレランス内であるか、及びあ
る区間現在位置データを入力しその変動がトラレ
ランス内であるかを判定し、停止位置精度及び変
動がトレランス内に入つたところで制御は完了
し、XYステージの移動は終了する。

第５図はステツパ方式による半導体焼付装置の
シーケンスフローチヤートである。第１図を用い
て説明する。

ステツプS₁において供給キヤリア１１ａから搬
出されたウエハ４は供給ハンド１６によつとXY
ステージ６に供給される。次いでステツプS₂では
これから行なう工程がXYステージの停止位置精
度に頼つて行なわれる焼付工程（フアーストマス
ク工程）なのか、ウエハ上のアライメントマーク
とレチクル上の基準マークとの相対的ズレを検知
し、アライメントしながら焼付工程を行なう焼付
工程（セカンドマスク以降の工程）なのかの判断
をする。もしフアーストマスク工程ならばステツ
プS₄ｂでXYステージを第１露光位置に駆動し、
ステツプS₆で露光を行ない、ステツプS₇，S₈でシ
ヨツト数を確認しつつウエハに必要なシヨツト数
分だけXYステージ駆動S₄ｂと露光S₆を繰り返
し、全シヨツト終了したかどうかをステツプS₇で
判断したのちステツプS₉でウエハを回収ハンドに
よつて回収し、回収キヤリア１２ａに収納する。

実行工程がフアーストマスク工程でない場合に
はアライメント工程となるので、ステツプS₃で
XYステージ６をテレビプリアライメント対物レ
ンズ７の下へ移動してプリアライメントを行な
い、その後、ステツプS₄ａでTTLアライメント
位置へXYステージを駆動し、ステツプS₅でTTL
アライメントを行なつたのち、ステツプS₆で露光
を行ない、ステツプS₇，S₈でシヨツト数を判断し
ながら、全シヨツトが終了するまで前記と同様に
ステツプS₄ａ，S₅，S₆を繰り返し行ない、。全
SHOT終了したならばステツプS₉でウエハを回
収する。

この場合、本発明に従つて、前記シーケンスの
ステツプS₄ａ，S₄ｂにおいて、XYステージの位
置サーボアンプGAのサーボ特性可変設定回路
FDに対し、第６図および第７図に示したように
位相補償、周波数特性、ゲインの各特性をマイク
ロプロセツサCPから設定できるようにし、フア
ーストマスク工程時のステツプ駆動の位置サーボ
制御のステツプS₄ｂにはXYステージの絶対位置
精度を保障し得るサーボ特性をマイクロプロセツ
サCPからサーボアンプGAの可変設定回路FDに
設定し、アライメント工程においては、停止安定
性を保障し得るサーボ特性を設定する。これによ
り、各工程毎に最適のサーボ特性で位置サーボ制
御が行なわれる。

尚、以上の説明においてはフアーストマスク工
程及びその後のTTLアライメント工程について
サーボ特性を可変設定する例を述べたが、グロー
バルオフアクシスアライメント方式、グローバル
TTLアライメント方式においても同様に適用で
きることは述べるまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、ウエハ
の焼付工程の種類に応じてステツプアンドリピー
ト中のXYステージの位置サーボ制御をプログラ
マブルにコントロールすることが可能になり、縮
少投影型の半導体焼付装置が必要とする全ての焼
付工程においてXYステージの停止位置サーボ制
御を最適に行なうことができ、ウエハ上の配列精
度を高めることがてきるばかりでなく、装置のス
ルーブツトを高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したステツパ方式の半導
体焼付装置の概略を示す斜視図、第２図はその
XYステージの駆動制御系の回路構成を示すブロ
ツク図、第３図はXYステージの駆動パターンの
一例を示す速度線図、第４図はランダムアクセス
メモリの記憶内容を示す説明図、第５図はステツ
パ方式による半導体焼付装置のシーケンスフロー
チヤート、第６図はサーボ特性可変設定回路に対
するマイクロプロセツサからの指令内容を示す説
明図、第７図はサーボ特性中の周波数特性の種々
の特性曲線を示す線図である。 ６，WX（WY）……XYステージ、Ｄ……駆動
モータ、MD……モータドライバ、GA……サー
ボアンプ、FD……サーボ特性可変設定回路、CP
……マイクロプロセツサ、LZ……測長器、PCP
……現在位置カウンタ、CLP……目標位置ラツ
チ、DIF……差分器、RPL……移動量設定用ラツ
チ、COMP……コンパレータ、RM……ランダム
アクセスメモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ XYステージの停止位置制御をサーボ系によ
   つて行なう半導体焼付装置において、工程に応じ
   てサーボ特性をプログラマブルに設定するサーボ
   系を備えたことを特徴とする半導体焼付装置。 ２ XYステージの駆動制御用サーボ系内に、位
   相補償特性、周波数特性、およびゲイン等のサー
   ボ特性を可変設定できるサーボアンプを備え、該
   サーボアンプのサーボ特性をマイクロコンピユー
   タによつて工程に応じて可変設定するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   半導体焼付装置。 ３ サーボ特性を、装置の工程のうちアライメン
   ト機能を要する工程と要しない工程とで変えて設
   定するようにした特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の半導体焼付装置。