JPH0628225B2 - 露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、半導体製造用としして好適な露光方法に関す
る。

［発明の背景］ 半導体製造に用いられる露光装置としてステッパと呼ば
れる装置が知られている。このステッパは、基板例えば
半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させなが
ら、原板すなわちレチクル上に形成されているパターン
像を投影レンズで縮小して１枚のウエハ上の複数箇所に
順次露光して行くものである。ステッパは、解像度およ
び重ね合せ精度等の性能面から、これからのアライナ
（露光装置）の主流と見られている。

このようなアライナで処理される半導体ウエハのサイズ
は製品である半導体デバイスの種類に応じて多様化して
いる。つまり、ＭＯＳメモリのような少品種大量生産デ
バイスでは、バッチ処理によるウエハ１枚当りの取得デ
バイス数を増やしてコストの低減を図るため、大口径の
半導体ウエハを用いている。この方面における半導体ウ
エハのサイズは、現在φ６″（φ150mm）が主流である
が、1987年にはφ８″〜10″（φ200mm〜250mm）になる
ものと見込まれている。

一方、ゲートアレイ等の小量多品種生産デバイスでは、
半導体ウエハのサイズはφ３″〜φ４″に止まってい
る。また、最近注目されているＧａＡｓを基板とするＦ
ＥＴが発光素子などは結晶技術の困難なことから最大φ
３″である。

このような現状から、現在、口径８″〜10″の半導体ウ
エハに対応し得るステッパで、しかも、φ３″〜φ４″
の半導体ウエハに用いた場合でも従来のφ３″〜φ４″
用露光装置に対してディメリットの少ない露光装置の実
現が切望されている。

しかし、従来のφ３″〜φ４″用露光装置を単にφ８″
〜10″用にサイズアップしただけではφ３″〜φ４″用
として用いる場合以下の問題点が生じる。

すなわち、 ＸＹステージのストロークはウエハサイズの３〜４倍
が必要であるが、このストローク増加によりこのＸＹス
テージ等を含む移動ステージのサイズが増大する。

従って、サイズアップ前のものと同じ精度を保証する
ことが困難になる。また、同じ精度を保証するにはガイ
ド等の剛性を上げる必要がある。

そのため、ステージ重量はさらに大きくなり、 ステージ重量とステージ移動時の加速度による振動対
策としてレンズ保持等の構造体の強化が必要で、 移動マスの増加による立ち上げおよび立ち下げ速度減
や振動増加による位置決め時間増等のため距離送りおよ
び位置決めに時間が掛る。

ＸＹステージのコストアップ、装置全体のサイズ増加
および装置全体のコストアップが無視できない。

等である。

これらのことが、従来装置を単にサイズアップしただけ
のφ８″〜10″用装置をφ３″〜φ４″またはφ５″等
の小口径ウエハ用として共用した場合に、専用機例えば
φ３″ウエハ専用機と比べて 装置が大きすぎる（，，） 価格が高すぎる（，） スループットが低下する（） ということになり、ユーザに取って多大の不利益とな
り、負担となる。

そこで、現在、多様化するウエハのサイズに同一の露光
装置で対応でき、かつ小サイズウエハの処理においても
上述の不利益をユーザに負担させないようなコンパクト
な露光装置、および大口径ウエハにとって有利なウエハ
ハンドリング方法の開発が希求されている。

この「ウエハハンドリング方法が有利」とは、例えば、 ウエハの交換時間を短縮しスループットを向上させる ウエハの平面矯正にとって有利なチャック−ハンド間
の受け渡し方法である。

ウエハの搬送経路を最小限にし、装置のコンパクト化
を図る ＸＹステージに載せるウエハ方向に自由度をもたせる ウエハのリトライができる こと等である。

［発明の目的］ 本発明の目的は、処理時間をより短縮し得る露光方法を
提供することである。

［発明の概要および効果］ 上記目的を達成するため本発明では、ＸＹステージをＸ
およびＹの走り方向に対して斜めにステップ移動させる
とともに、その移動の方向とチップ領域の配列方向とを
ほぼ一致させることを特徴とする。

このためには、ＸおよびＹの両方向に駆動することが必
要であり、従ってステップ速度がＸおよびＹ方向の合成
速度となりＸまたはＹ方向の単一の駆動速度より速くな
る。しかも、その合成速度の方向とチップ領域の配列方
向とがほぼ一致するため、各ステップ間の距離は最短の
ままである。この結果、処理時間の短縮が可能となり、
装置のスループットが向上する。

［実施例の説明］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体露光装置（ス
テッパ）のウエハ受け渡し位置におけるウエハステージ
とその近傍の概略構成を示す。同図の装置のレチクルス
テージ、投影レンズおよびＴＴＬアライメント光学系等
は特に図示しないが、これらは従来の例えばφ３″ウエ
ハ用ステッパと同様に構成されているものとする。

同図において、ＷＤは基盤で、この基盤ＷＤ上には、Ｙ
方向に移動可能なステージＷＹとＸ方向に移動可能なス
テージＷＸとθ回転およびＺ方向に移動（昇降）可能な
ステージθＺからなるウエハステージが搭載されてい
る。ステージＷＹとステージＷＸとはＸＹステージを構
成する。また、基盤ＷＤ上には上記投影レンズ等他の構
造物も搭載または固定されている。

ＭＸ，ＭＹはレーザ干渉計を用いたレーザ測長系の光学
スクウエア、ＨＡはウエハ供給・回収用のハンド、ＨＢ
は小口径ウエハ回収用のハンド、ＨＣはウエハ移し換え
用のハンド、Ｗ１，Ｗ２はウエハ、ＷＣはウエハチャッ
クである。ウエハチャックＷＣには、ハンドＨＢがチャ
ックＷＣから直接ウエハを回収する際、ウエハの裏面側
にハンドＨＢが侵入可能であるようにハンド逃げ部Ｌ
Ｌ，ＬＲを左右に設けてある。また、ハンドＨＣはチャ
ックＷＣ上からウエハを取り上げるためのフィンガ部Ｆ
Ｇ、このフィンガ部ＦＧを昇降および回転するためのア
ームＡＭ等からなる。アームＡＭの回転中心は取り上げ
るウエハＷ１に対して偏心させてある。

第２図は、ウエハチャックＷＣの上面図およびＡ−Ａ断
面図である。このチャックＷＣには上面に直線状の吸着
溝Ｇが多数設けてあり、これらの吸着溝を適宜グループ
分けして各グループごとにニップルＤ１，Ｄ２，Ｄ３を
介して別系統の真空が供給されるようになっている。こ
れらのグループは、このチャックＷＣに搭載するウエハ
サイズに応じ、また、そのウエハをチャックＷＣで移し
換えた場合にもニップルＤ１またはＤ３のいずれかに接
続されたグループの吸着溝全部とニップルＤ２に接続さ
れたグループの吸着溝全部とが常にウエハに覆われるよ
うに設定してある。なお、吸着溝で構成されるパターン
は、チャックＷＣに搭載するウエハのサイズおよび移し
換えた場合の状態に合せて、ウエハが常に良好に保持さ
れ、かつ平面矯正されるならば任意に定めることができ
る。また、このチャックＷＣはウエハを線で支持してい
るが、ウエハを点で支持するいわゆるピンチャック構成
にしてもよく、また、吸着溝の代りに多数の吸着孔を設
けてウエハを面支持するようにしてもよい。

第３図は第１図の装置の各動作段階を示す説明図であ
る。同図において、ＲＴはレチクル、ＰＯは投影レンズ
である。

次に、上記構成に係る露光装置の動作を説明する。ここ
では、第４図に示すように、ＸＹステージの可動領域Ｔ
Ｅをφ３″ウエハ専用機と同等の200mm×230mm（Ｙステ
ージＷＹの可動距離230mm、ＸステージＷＸの可動距離2
00mm）、投影レンズＰＯの有効画面をφ20mmとし、５mm
×16mmの実素子パターンをφ10″ウエハ上にできるだけ
多く形成する場合について説明する。投影レンズＰＯの
有効画面がφ20mmであるから、レチクルＲＴ上に２個分
の実素子パターンを形成しておき、１回の露光で実素子
パターン２個（10mm×16mm）ずつを焼き付けることで、
スループットの向上を図る。また、従来の露光方法では
ウエハＷ１をＸＹステージにどのように搭載しても全面
に実素子パターンを焼き付けることは不可能である。従
って、ここでは、第４図に示すように、ウエハの露光面
をそれぞれＸＹステージの可動領域に含まれる２つの領
域に分割して一方の領域を露光後、ＸＹステージに対す
るウエハの位置を移し換えて他方の領域を露光する。こ
のようにウエハ上を２つの領域に分割して露光する場合
の処理し得るウエハの最大径は第４図からも明らかなよ
うにＸＹステージの矩形の可動領域の対角ストローク
と、１回で露光する領域ＴＥのサイズとにより定まる。

レチクルＲＴ等を設定後、露光開始が指令されると、こ
の露光装置は図示しないＣＰＵの制御の下に以下の分割
露光動作を開始する。

すなわち、先ず、チャックＷＣを長径方向が第４図の可
動領域の対角線ａ〜ａの方向に一致するように傾けた状
態で、図示しないウエハキャリアからウエハＷ１を取り
出してハンドＨＡによりチャックＷＣ上に載置する（第
３図ａ）。この時のチャックＷＣに対するウエハＷ１の
位置関係を第２図に二点鎖線で示す。ハンドＨＡは、ハ
ンドＨＣにウエハＷ２が保持されていれば、そのウエハ
を受け取って搬出する（第３図ｂ）。

続いて、ＸＹステージを移動し、ウエハＷ１の第１領域
の第１ショットＳ11を投影レンズＰＯの下に送り込んで
露光し（第３図ｂ）、以下、ＸＹステージを送りながら
順次Ｓ12，Ｓ13、…というように第４図の分割線ＤＬの
右側の第１領域の全ショットをステップ・アンド・リビ
ートで露光して行く。この露光動作と並行してハンドＨ
Ｃを180゜回転し第３図ｃの状態にしておく。

第１領域の露光を終了すると、ＸＹステージを受け渡し
位置側（図面右方向）へ移動させ、その途中でチャック
ＷＣ上のウエハＷ１をハンドＨＣに取り上げる（第３図
ｃ）。そして、ＸＹステージが受け渡し位置に達する
（第３図ｄ）と、ハンドＨＣを降下させてウエハＷ１を
再度チャックＷＣ上に載置し、チャックＷＣ側をウエハ
Ｗ１の第２領域の下に位置させる（第３図ｅ）。この状
態で上記同様にＸＹステージを移動し、ウエハＷ１の第
２領域の第１ショットＳ21を投影レンズＰＯの下に送り
込んで露光し（第３図ｆ）、以下、Ｓ22、Ｓ23、…とい
うように第４図の分割線ＤＬの左側の第２領域の全ショ
ットをステップ・アンド・リピートで露光する。これら
の露光動作と並行してハンドＨＡには新たな未露光ウエ
ハＷ２が供給されている（第３図ｆ）。

このようにしてウエハ全面の露光を終了すると、ＸＹス
テージを受け渡し位置まで移動させて、そこでチャック
ＷＣ上の露光済ウエハＷ１をハンドＨＣに取り上げる
（第３図ｇ）。そして、ハンドＨＡからは未露光ウエハ
Ｗ２がチャックＷＣ上に持ち来たらされ（第３図ｈ）、
同時にハンドＨＣが180゜回転されて、未露光ウエハを
Ｗ１、露光済ウエハをＷ２で示す第３図（ａ）の状態に
戻る。

このようにハンドＨＡによるチャックＷＣからのウエハ
搬出時は、先ず、ハンドＨＣがチャックＷＣから露光済
ウエハを取り上げ、さらに180゜回転してこの露光済ウ
エハをハンドＨＡ側に差し出す状態となるため、チャッ
クＷＣはハンドＨＡを逃げるための切欠が不要であり、
ウエハをより広い範囲ですなわちより安定に支持するこ
とができる。また、ウエハ回収用のハンド（特に大口径
ウエハ用ハンド）が不要であるため、装置の小型化に役
立つ。

この装置において、チャックＷＣ内に嵌まり込む大き
さ、つまり口径がチャックＷＣの短径例えばφ５″以下
のウエハは、ハンドＨＢでＸＹステージより直接回収す
るようにしている。これにより、小口径ウエハを処理す
る場合のハンドＨＣの交換または設定等の手間を省き、
小口径ウエハについては小口径ウエハ専用機と同様の使
い勝手を実現している。

この装置においては、１枚のウエハ露光中にウエハの移
し換えを行なっており、この分の時間的ロスが発生す
る。しかし、10インチフルストロークのＸＹステージと
８インチフルストロークのＸＹステージとでは前述した
ようにそのマス等のため10″の装置の方が同一距離のス
テップ時間は長い。例えば10mm当りのステップ時間は
８″の装置が０．４秒とすれば、10″の装置では０．５
秒になる。従って、第４図のφ10″のウエハの場合、シ
ヨット数は250であるから、ウエハ１枚当りのステップ
時間は８″の装置が100秒、10″の装置では125秒とな
る。つまり、８″の装置では、10秒の載せ換え時間を見
込んでも、ウエハ１枚当りの処理時間はまだ10″の装置
より15秒も短いことになる。

［変形例］ なお、上述の実施例においては、チャックＷＣをＸ軸お
よびＹ軸に対して約45゜、正確にはＸＹステージの可動
領域の対角線ａ〜ａに平行となるように、傾けている
が、分割線ＤＬをＸまたはＹ軸に平行に設定し得る場
合、つまり、上述においてφ230mm以下のウエハを処理
する場合については必ずしも傾ける必要はない。

また、上述においてはＸ軸およびＹ軸に対してチャック
ＷＣを傾けているが、チャックＷＣは長径をＸ軸と平行
または直角にセットした状態で、ウエハ上のチップ配列
の方を傾けるようにしてもよい（第４図ｃ参照）。この
場合、ウエハの主なステップ送りはＸステージとＹステ
ージとを同時に駆動して送ることができるため、従来の
Ｘステージのみで送る場合に比べてＸステージとＹステ
ージの速度が合成された速い速度となり、スループット
の向上に役立つ。つまり、ＸステージとＹステージとの
速度比が４：３であれば上記チップ配列をＸ軸に対しθ
＝tan^-1（３／４）傾けた場合が速度５となり、最も速
くなる。

また上述においては、露光途中のウエハ移し換え時、ウ
エハを単純に昇降し、この昇降の間のＸＹステージの移
動量分だけウエハをずらすようにしているが、１つの領
域の露光を終了したウエハを投影レンズＰＯの像面平面
と平行な方向に回転成分無しに移動する機構をＸＹステ
ージの上方に設け、この機構により上記移し換えを行な
うようにしてもよい。

さらに、上述のハンドＨＢでウエハを回収する際にハン
ドＨＣによりＸＹステージからウエハを取り上げ、次に
このハンドＨＣを90゜回転してハンドＨＢに引渡すよう
にすればチャックＷＣのハンド逃げ部ＬＲ，ＬＬは不要
となり、ウエハをより広い範囲ですなわちより安定に支
持することができる。

［他の実施例］ 上述の実施例においては、チャックＷＣはＸＹステージ
上に載置したままウエハのみをＸＹステージに着脱（搬
入、搬出および移し換え）しているが、ウエハをチャッ
クに固定した状態でチャックごと一体としてＸＹステー
ジ着脱することも可能である。この場合、同一形状の２
個のチャックを用意して、一方がＸＹステージ上にある
とき他方はウエハ搬送系中にあるようにしておけば、供
給回収兼用ハンドＨＡによる未露光ウエハと露光ウエハ
との交換も問題無く実施することができる。

第５図は、ウエハＷとウエハチャックＷＣとを一体化し
たままＸＹステージへの着脱（搬入（交換）→第１領域
露光→移し換え→第２領域露光→搬出（交換）を行なう
場合の動作説明図である。この動作は、ウエハＷとチャ
ックＷＣとが常に一体であることを除いては第３図のウ
エハのみを着脱する場合と全く同様に行なわれる。

このようにウエハＷとチャックＷＣとを一体化して扱う
メリットは、ウエハを単独でハンドリングする場合に比
べてウエハ損傷の可能性が減ること、およびチャックＷ
Ｃの外形寸法を一定にすれば、ハンドＨＣおよび後述す
る第９図のハンドＨＡ等の機構部分をウエハ寸法に合わ
せて交換または設定し直す必要がないことである。

第６図は、この一体化着脱に用いるためのチャックの一
例を示す。同図において、チャックＷＣはウエハＷの口
径より直径のやや大きい円盤状に構成されている。Ｎ
Ｒ，ＮＬはウエハを不図示のウエハキャリアに対して出
し入れする際などにチャックＷＣから分離して受け渡し
するための切欠である。また、このチャックＷＣは直径
方向に突出させてウエハに覆われないようにした部分Ｐ
Ｒ，ＰＬが設けてあり、この突出部ＰＲ，ＰＬにそれぞ
れ位置合せ用マークＡＲ，ＡＬが設けられている。この
マークＡＲ，ＡＬとウエハ上のアライメントマークによ
り、ウエハとチャックとの相対位置関係を搬送系等にお
いて予め計測しておけば、ＸＹステージに載置した際、
このマークＡＲ，ＡＬを参照することにより、ウエハの
位置合せをより高速かつ高精度に行なうのに役立つ。ま
た、露光途中におけるウエハとチャックの一体化移し換
えに先立ってチャック上の位置合せマークＡＲ，ＡＬと
装置側またはレチクル側基準マーク（不図示）とＸＹス
テージの位置関係を読み取りこの値を記憶するととも
に、移し換えの後、再度マークＡＲ，ＡＬと装置側また
は上記レチクル側基準マークとＸＹステージの位置関係
を読み取り、移し換え前後の誤差を算出して回転成分は
θＺステージによりこれを修正し、ＸＹ成分については
これをオフセット値としてＸＹステージの位置に加味し
た上、ウエハ上の未露光領域を露光するようにすれば、
これもスループットの向上に役立つ。

第７図は、前記一体化着脱式の他の実施例を示す。同図
において、ＨＡはウエハチャックＷＣ交換用ハンド、Ｈ
ＣはチャックＷＣ昇降用ハンドである。動作は、第５図
に示したのと全く同様である。なお、ハンドＨＡはステ
ージＷＸＹに対するウエハおよびチャック交換をウエハ
チャックＷＣを側面で保持して軸ＡＳを中心に回転する
ことにより、実現している。

搬送系において、未露光ウエハＷ０は供給キャリアＳＣ
から取り出されて不図示のプリアライメント位置でプリ
アライメント後位置決めされて待機しているウエハチャ
ックＷＣ０上に載置された後、ウエハＷ０とＷＣ０との
一体物としてハンドＨＡに引き渡される。また、ハンド
ＨＡより受け取った露光済ウエハはチャックとともに所
定の位置まで搬送された後、チャックから分離され回収
キャリアＲＣ内に収納される。

第８図は、上記一体化着脱に好適なハンドＨＣ、チャッ
クＷＣおよびステージＷＳの構造を模式的に示したもの
である。ウエハＷおよびチャックＷＣをハンドＨＣに引
き渡す場合は、ハンドＨＣのゴムパッキンＰ１の開口部
でチャックＷＣの表面の孔Ｈ１を覆い、チューブＴ１を
介して真空を供給する。すると、管路Ｕ１、パッキンＰ
１、管路Ｕ２および吸着孔Ｈ２が減圧され、チャックＷ
Ｃは吸着孔Ｈ２でウエハＷを吸着したままパッキンＰ１
でハンドＨＣに吸着される。なお、この場合のチャック
ＷＣによるウエハＷの吸着は、ウエハＷとチャックＷＣ
との一体化が崩れない程度に実現されれば足りるから、
吸着孔Ｈ２はここではウエハＷの周辺部に小数が設けて
ある。

一方、ウエハＷおよびチャックＷＣをステージＷＳに引
き渡す場合は、ステージＷＳのゴムパッキンＰ２の開口
部でチャックＷＣの裏面の孔Ｈ３を覆った状態で、チュ
ーブＴ２を介して真空を供給する。すると、チューブＴ
２からパッキンＰ２および管路Ｕ３を介して吸着孔Ｈ４
が減圧され、チャックＷＣは吸着孔Ｈ４でウエハＷを吸
着したままパッキンＰ２でステージＷＳに吸着される。
なお、この場合のチャックＷＣによるウエハＷの吸着
は、ウエハＷを平面矯正する程度のものが好ましいの
で、吸着孔Ｈ４はウエハＷの裏面全体に渡って設けてあ
る。チャックＷＣには、必要に応じてさらに別の真空吸
着系例えば側面に開口を有するハンドＨＡ用のものを設
けることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る半導体露光装置の要
部概観図、 第２図は、第１図におけるウエハチャックの拡大上面図
およびそのＡ−Ａ断面図、 第３図は、第１図の装置の動作説明図、 第４図は、第１図の装置で露光するウエハのチップ配置
図および有効露光面内の実素子パターン配置図、 第５図は、本発明の他の実施例の装置の動作説明図、 第６図は、第５図の装置で用いられるウエハチャックの
斜視図、 第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る半導体露光
装置の概略上面図、 第８図は、第５または７図の装置に用いて好適なウエハ
チャック、移し換えハンドおよびＸＹステージの構造説
明図である。 ＲＴ：レチクル、ＰＯ：投影レンズ、 ＷＹ：Ｙ方向移動ステージ、 ＷＸ：Ｘ方向移動ステージ、 θＺ：θＺステージ、ＷＸＹ：ＸＹステージ、 ＨＡ：ウエハ供給・回収用ハンド、 ＨＢ：小口径ウエハ回収用ハンド、 ＨＣ：ウエハ移し換え用ハンド、ＡＭ：アーム、 Ｗ，Ｗ１，Ｗ２：ウエハ、ＤＬ：分割線、 Ｓ11，Ｓ12，…，Ｓ21，Ｓ22…：ショット、 ＷＣ：ウエハチャック、 ＡＲ，ＡＬ：位置合せ用マーク、 Ｇ：吸着溝、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３：ニップル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光性薄膜を有する基板をチャックに搭載
   し、前記チャックをＸ軸方向に移動するＸステージとＹ
   軸方向に移動するＹステージによってステップ移動する
   ことにより、原板上のパターンを投影レンズを介して前
   記基板上の複数のチップ領域に順次投影露光するステッ
   プアンドリピート方式の露光方法であって、前記基板上
   の複数のチップ領域の配列方向が前記Ｘ軸方向と前記Ｙ
   軸方向に対して傾くように前記基板を前記チャックに搭
   載すると共に、前記基板上の複数のチップ領域のそれぞ
   れを前記ステップアンドリピート方式で順次投影露光す
   る際、前記Ｘステージと前記Ｙステージを共に移動させ
   ることにより前記基板を前記基板上の複数のチップ領域
   の配列方向に沿って斜めにステップ移動を繰り返すこと
   を特徴とする露光方法。