JPH1022369A

JPH1022369A - 基板のプリアライメント装置

Info

Publication number: JPH1022369A
Application number: JP18872696A
Authority: JP
Inventors: Masato Takahashi; 正人高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】基板の位置決め整定時間を短縮する。【解決手段】保持部材８０により保持された基板Ｗの
直線部分の２個所及び外周部の一部に照射手段３３，３
４，３５から同時に光束がそれぞれ照射され、各光束
は、受光素子３０，３１，３２によって同時に光電検出
される。すなわち、基板Ｗのエッジの３個所（その内、
２個所は直線状切り欠き部）で、基板によって遮られな
かった光の量が各受光素子によって検出される。主制御
装置６０では、３つの受光素子の出力信号と、基板テー
ブル１９の回転軸に対する当該各受光素子の位置関係と
に基づいて、ステージ１５、１４の各移動方向と基板テ
ーブル１９の回転方向とを考慮した非干渉化演算を行
い、ステージ制御装置５０では、演算結果に従って基板
と基板テーブル１９とが所定の位置関係になるように、
モータ１６、１７、２１をサーボ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板のプリアライ
メント装置に係り、更に詳しくは外周部の一部に直線状
の切り欠きを有する基板を基板テーブルに搭載するに先
立って基板と基板テーブルとが所定の位置関係になるよ
うに当該両者を位置合わせする基板のプリアライメント
装置に関する。本発明は、半導体素子、液晶表示素子、
撮像素子（ＣＣＤ）、薄膜磁気ヘッド、光磁気ディスク
等のデバイスを製造するための露光装置（ステッパー、
アライナー等）に好適に適用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造用の露光装置において
は、一般に感光基板（ウエハ）を基板テーブル（ＸＹ平
面内で２次元移動するウエハステージ上に搭載され、ウ
エハを保持してウエハステージと一体的に移動するテー
ブル）上に載置する際、ウエハの外周縁の位置を非接触
で検出し、ウエハが基板テーブルの所定の位置に載置さ
れるように、且つウエハのオリエンテーションフラット
（ウエハ外周部の一部に形成された直線状の切り欠き：
以下「フラット」という）の方向がウエハステージの一
方の移動方向（例えばＸ方向）に平行となるように位置
決めするための位置決め装置（プリアライメント装置）
が設けられている。ここで、ウエハステージは、通常Ｙ
方向に移動可能なＹステージと、このＹステージ上をＸ
方向に移動するＸステージとから構成されている。ま
た、ウエハは、基板テーブル上ではＸＹ平面に直交する
Ｚ軸回りの微小回転が可能なθテーブル（θステージと
もいう）を介して基板テーブル上に載置される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
プリアライメント装置にあっては、制御システムとして
上記の位置決めの際に、例えばＸステージに目標位置と
の位置偏差に基づいて位置サーボをかけるとＹステー
ジ、θテーブルに影響を与える、すなわち軸間干渉を生
じさせるウエハプリアライメントサーボシステムが採用
されていた。このため、目標位置への収束時間が悪く、
上記位置制御ループのゲインが高いと最悪の場合、各ス
テージが位置決め中にハンチングを起こす可能性があっ
た。また、各軸を時間的に別々に制御すれば、具体的に
はθテーブルを駆動して回転方向の位置合わせを行った
後、Ｘステージ、Ｙステージを順次駆動してＸ、Ｙ２次
元方向の位置合わせをすれば、上記の軸間干渉の影響は
受けなくなるが、この場合には位置決めに時間が掛かり
過ぎ、スループットの低下を招くので、このような制御
方法を採用することは、現実的な選択ではない。

【０００４】本発明は、かかる事情の下でなされたもの
で、位置決め整定時間を短縮することができる基板のプ
リアライメント装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、外周部の一部に直線状の切り欠きを有する基板を基
板テーブルに搭載するに先立って前記基板と前記基板テ
ーブルとが所定の位置関係になるように当該両者を位置
合わせする基板のプリアライメント装置であって、所定
の基準面内で２次元移動可能な基板ステージと；前記基
板ステージ上に搭載され前記基準面に直交する軸回りに
微小角度範囲内で回動可能な前記基板テーブルと；前記
基板ステージが前記基準面内の所定位置にあるとき、前
記基板を前記ステージの上方で前記基準面とほぼ平行に
保持する保持部材と；前記保持された基板の直線部分の
少なくとも２箇所及び外周部の一部に同時にそれぞれ光
束を照射する少なくとも３つの照射手段と；前記各照射
手段からの各光束を前記基板に関して前記照射手段とそ
れぞれ反対側で同時に光電検出可能な少なくとも２つの
切り欠き検出用の受光素子及び少なくとも１つの基板外
周部検出用の受光素子を含む少なくとも３つの受光素子
と；前記基板ステージと前記基板テーブルとをそれぞれ
の駆動方向に駆動する駆動系と；前記少なくとも３つの
受光素子の出力信号と、前記基準平面に平行な面内での
前記基板テーブルの回転軸に対する当該各受光素子の位
置関係とに基づいて、前記ステージの各移動方向と前記
基板テーブルの回転方向とを考慮した非干渉化演算を行
う演算手段と；前記演算手段の演算結果に従って前記基
板と前記基板テーブルとが所定の位置関係になるよう
に、前記駆動系をサーボ制御する制御手段とを有する。

【０００６】これによれば、基板ステージが移動して基
準面内の所定位置に来ると、保持部材ではこのステージ
の上方で基板を基準面とほぼ平行に保持する。この保持
された基板の直線部分の少なくとも２箇所及び外周部の
一部に少なくとも３つの照射手段から同時に光束がそれ
ぞれ照射され、各照射手段からの各光束は、少なくとも
２つの切り欠き検出用の受光素子及び少なくとも１つの
基板外周部検出用の受光素子を含む少なくとも３つの受
光素子によって基板に関して反対側で同時に光電検出さ
れる。すなわち、基板のエッジの少なくとも３箇所（そ
の内、２箇所は直線状切り欠き部）で、基板によって遮
られなかった光の量が各受光素子によって検出される。
演算手段では、少なくとも３つの受光素子の出力信号
と、基準平面に平行な面内での基板テーブルの回転軸に
対する当該各受光素子の位置関係とに基づいて、ステー
ジの各移動方向と基板テーブルの回転方向とを考慮した
非干渉化演算を行い、制御手段では、この演算手段の演
算結果に従って基板と基板テーブルとが所定の位置関係
になるように、駆動系をサーボ制御する。

【０００７】これにより、基板と基板テーブルの相対位
置関係が所期の状態になるように基板のプリアライメン
トが行われるが、この際、非干渉化演算に基づいてステ
ージの移動と基板テーブルの回転が制御されるので、軸
間干渉が生じないため、位置決め整定時間（目的位置へ
の収束時間）を短縮することが可能になる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の基板のプリアライメント装置において、前記切り欠き
検出用の受光素子は、前記基準面に平行な面内で第１軸
方向及びこれに直交する第２軸方向に沿って少なくとも
各２つ配置され、各切り欠き検出用受光素子に前記基板
に関して反対側から光束をそれぞれ照射する少なくとも
４つの照射手段が設けられていることを特徴とする。

【０００９】これによれば、例えば、基板の切り欠きを
第１軸方向に沿って配置された２つの切り欠き検出用受
光素子で検出し、これと同時に残りの受光素子のいずれ
かで基板の外周部の一部を検出することにより、基板の
エッジ３箇所を同時に光電検出することができ、また、
例えば基板の切り欠きを第２軸方向に沿って配置された
２つの切り欠き検出用受光素子で検出し、これと同時に
残りの受光素子のいずれかで基板の外周部の一部を検出
することにより、基板のエッジ３箇所を同時に光電検出
することもできる。従って、基板のプリアライメントに
際し、基板の切り欠き方向を第１軸及び第２軸方向の２
方向のいずれかを選択的に指定してその方向での位置決
めが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図４に基づいて説明する。図１には、本発明に
係る基板のプリアライメント装置が適用された第１の実
施形態に係る露光装置におけるウエハ搬送系の概略的な
構成が示されている。この図１は、所定の受け渡し位置
に配置されたウエハテーブル１８の上方で、搬送アーム
８０によってウエハＷが保持されている状態を示す平面
図である。

【００１１】図１において、供給用のウエハカセット８
２にはこれから露光しようとする基板としてのウエハＷ
が複数枚収納されている。ウエハＷは搬送用のベルト８
４ａ、８４ｂによってラフプリアライメント装置９０の
ターンテーブル９０Ｓ上に搬送される。このラフプリア
ライメント装置９０は、例えば特開昭６３−２８０４３
５号公報に開示されているプリアライメント装置とほぼ
同一の構成であるので、ここでは簡単に説明する。ラフ
プリアライメント装置９０では、ウエハＷがターンテー
ブル９０Ｓ上に保持されると、ターンテーブル９０Ｓが
回転される。そして、ウエハＷの外周形状を不図示の検
出系によってウエハＷに非接触で光電的に検出し、ウエ
ハＷの位置及びその外周の一部に設けられた直線状の切
欠き（フラット）方向を検出する。しかる後、ウエハＷ
の位置及びフラットの方向を予め定められた位置及び方
向に補正する。また、このラフプリアライメント装置９
０における位置補正の精度は比較的粗くてよく、例えば
±１ｍｍ程度の誤差の許容範囲を有する。

【００１２】このラフプリアライメント装置９０によっ
て位置補正されたウエハＷは、Ｙ方向に平行に延びたガ
イド８１によって移動する搬送アーム８０に受け渡され
る。搬送アーム８０は、所定の受け渡し位置に配置され
ているウエハテーブル１８の上方までウエハＷを移動す
る。しかる後、ウエハＷは、搬送アーム８０から後述す
る３本のウエハ上下ピン２４、２５、２６（図２参照）
に受け渡されるとともに、不図示の駆動装置によってそ
の３本のウエハ上下ピン２４、２５、２６又はウエハホ
ルダ２０が上下動して、ウエハテーブル１８上のウエハ
ホルダ２０によって保持される。この時、ウエハＷは後
述する如く、一実施形態に係る基板のプリアライメント
装置によってウエハテーブル１８上のウエハホルダ２０
に対して位置決めされる。ウエハＷがウエハホルダ２０
に保持されると、露光動作の為にウエハテーブル１８は
投影レンズＰＬの下方に移動する。そして、ウエハテー
ブル１８が搭載された後述するＸ軸ステージ１５をステ
ッピングさせて、マスク（レチクル）上に形成された回
路パターンの投影像ＰＡに対してウエハＷを相対的に移
動し、その投影像ＰＡでウエハＷ上の複数の領域の各々
を繰り返し露光する。露光が終了すると、ウエハＷは図
１に示す受け渡し位置から搬送アーム８０によってター
ンテーブル９０Ｓに受け渡された後、搬送用のベルト８
５ａ，８５ｂによってウエハカセット８３に搬入され
る。

【００１３】図２には、本第１の実施形態に係る露光装
置１０の主要部の構成が概略的に示されている。この露
光装置１０は、逐次移動型の一括露光方式が採用された
ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置
（いわゆるステッパー）である。

【００１４】図２おいて、ベース１３は図示しない防振
台上にほぼ水平に載置され、このベース１３上に、Ｖフ
ラットガイドに沿ってＹ軸方向に移動可能なＹ軸ステー
ジ１４が設けられ、更にこのＹ軸ステージ１４上をＶフ
ラットガイドに沿ってＹ軸に直交するＸ軸方向に移動可
能な基板ステージとしてのＸ軸ステージ１５が設けられ
ている。従って、このＸ軸ステージはＸＹ２次元平面内
の任意の位置に移動可能となっている。Ｙ軸ステージ１
４は、ベース１３のＹ方向一端に設けられたＹ軸駆動モ
ータ１６によって送りネジを介して駆動されるようにな
っており、Ｘ軸ステージ１５はＹ軸ステージ１４のＸ方
向の一端に設けられたＸ軸駆動モータ１７によって送り
ネジを介して駆動されるようになっている。

【００１５】Ｘ軸ステージ１５上には、ウエハテーブル
１８が搭載されている。このウエハテーブル１８は、図
示しない駆動機構によってＸＹ平面に直交するＺ軸方向
の移動及びＸ軸回りの回転角（Ｙ方向の傾斜角）、Ｙ軸
回りの回転角（Ｘ方向の傾斜角）が調整可能とされてい
る。このウエハテーブル１８上にＺ軸回りの回転方向
（θ方向）に微動可能な基板テーブルとしてのθテーブ
ル１９が載置されている。このθテーブル１９は、外部
に向かって半径方向に凸設された補助部材１９Ａ及び送
りネジを介してθ駆動モータ２１によって所定角度範囲
（例えば、±１゜）内でθ方向に駆動されるようになっ
ている。本実施形態では、前記モータ１６、１７、２１
によって、θテーブル１９（基板テーブル）とＸステー
ジ１５（２次元移動する基板ステージ）との駆動系が構
成されており、これらのモータ１６、１７、２１は制御
手段としてのステージ駆動制御装置５０によって制御さ
れるようになっている。

【００１６】前記θテーブル１９上にウエハホルダ２０
がいわゆるキネマティック構造により保持され図示しな
い吸着手段によって吸着されている。ここで、キネマテ
ィック構造とは、簡単にいうと、ウエハホルダ２０を点
とＶ溝と面とで３点支持するもので、ウエハホルダ２０
を上下方向及び傾斜方向のいずれの方向に動かしても余
分なストレスが掛からないようになっている。

【００１７】ウエハホルダ２０は、図１ないし図２に示
されるように、ほぼ円形をしており、外周の一部に直線
的な切欠きを有する。ＸＹ平面内におけるこの切欠きの
方向は、ウエハホルダ２０の回転位置がニュートラル位
置にある時、Ｘ方向とほぼ平行となる。

【００１８】ウエハテーブル１８上のＸ軸方向の一端に
は、Ｙ軸方向に沿ってＸ軸用移動鏡２２Ｘが配置され、
また、Ｙ軸方向の一端には、Ｘ軸方向に沿ってＹ軸用移
動鏡２２Ｙが配置されている。これらの移動鏡２２Ｘ、
２２Ｙに対向してＸ軸レーザ干渉計２３Ｘ、及びＹ軸レ
ーザ干渉計２３Ｙが設置され、レーザ干渉計２３Ｘ、２
３ＹからのレーザビームＬＢＸ、ＬＢＹが移動鏡２２
Ｘ、２２Ｙにより反射され、これによりＸ軸レーザ干渉
計２３Ｘ及びＹ軸レーザ干渉計２３Ｙによりウエハテー
ブル１８のＸ座標、Ｙ座標が計測されるようになってい
る。これらのレーザ干渉計２３Ｘ、２３Ｙの計測値は、
主制御装置６０に供給されるようになっている。

【００１９】主制御装置６０では、ステージ駆動制御装
置５０を介してモータ１６、１７、２１を駆動し、ウエ
ハテーブル１８の位置及びθテーブル１９の回転（ウエ
ハホルダ２０の回転）を制御する。

【００２０】Ｘ軸ステージ１５上には、ウエハ上下ピン
２４、２５、２６が設けられている。これらのウエハ上
下ピン２４、２５、２６は、ウエハホルダ２０に形成さ
れた円形開口２７、２８、２９及びこれらに対応してウ
エハテーブル１８に形成された３つの円形開口（図示省
略）を介してウエハテーブル１８の下方からウエハホル
ダ２０の上方に延びている。これらのウエハ上下ピン２
４、２５、２６はＸステージ最上面に固定された不図示
の駆動機構により、Ｚ軸方向に駆動される。なお、上述
した円形開口２７、２８、２９及びこれらに対応してウ
エハテーブル１８に形成された３つの円形開口（図示省
略）は、それぞれウエハテーブル１８が傾斜駆動されて
も、あるいはウエハホルダ２０が上述の角度範囲内で回
転してもウエハ上下ピン２４、２５、２６に接触しない
大きさになっている。

【００２１】また、ウエハホルダ２０上には３つの受光
素子としての光電検出器３０、３１、３２が設けられて
いる。この内の２つの光電検出器３０、３１は上述のウ
エハホルダ２０の切欠きの方向に直交する方向を長手方
向とし、当該切欠きの方向に所定の間隔Ｌをもって配置
されている。残りの光電検出器３２は、ウエハホルダ２
０の切欠きの方向を長手方向とし、その長手方向のほぼ
延長線上にウエハホルダ２０の中心点がくるように、ホ
ルダの周縁部に配置されている。なお、θテーブル１９
の回転中心とウエハホルダ２０の中心とは一致しない
が、以下の説明ではθテーブル１９の回転中心のＸＹ座
標値はわかっているものとする。

【００２２】また、ウエハテーブル１８が受け渡し位置
にあるときに、光電検出器３０、３１、３２に対して平
行光束を照射する照射手段としての平行光照明系３３、
３４、３５が露光装置１０内に設けられている。これら
の平行光照明系３３、３４、３５は、例えばレーザダイ
オードを光源として、ウエハＷを感光させない波長のレ
ーザ光束を平行光束としてそれぞれ対向する光電検出器
３０、３１、３２に向けて照射する。また、光電検出器
３０、３１、３２は、例えばフォトダイオード等から成
り、平行光照明系３３、３４、３５からの平行光束をそ
れぞれ受光すると、受光したレーザ光束の光強度に対応
した光電信号を主制御装置６０に出力する。ここで、光
電検出器３０、３１、３２から出力される光電信号のレ
ベル（電圧値）を各々Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とする。

【００２３】また、主制御装置６０は、ウエハステージ
（Ｘ軸ステージ１５、Ｙ軸ステージ１４）の移動、θテ
ーブル１９の回転、ウエハテーブル１８の上下動・傾
斜、及び搬送アーム８０の駆動を制御する他、装置全体
を統括制御する。

【００２４】ウエハＷの上方には、投影レンズＰＬがそ
の光軸をＺ方向に向けて配置されている。この投影レン
ズＰＬとしては、いわゆる両側テレセントリックで、所
定の縮小倍率（例えば、１／５）のものが使用されてい
る。

【００２５】次に、上記のようにして構成された本実施
形態の装置におけるウエハ位置決め（プリアライメン
ト）動作について、図２、図３及び図４に基づいて説明
する。

【００２６】図３（Ａ）から（Ｄ）は、ウエハＷ、ウエ
ハテーブル１８、ウエハホルダ２０、及びウエハホルダ
２０上に設けられている光電検出器３０、３１、３２の
それぞれの相対位置関係を示した平面図であり、ウエハ
Ｗをウエハホルダ２０（θテーブル１９）上に位置決め
する手順を示す図である。

【００２７】まず、図３（Ａ）に示されるように、ウエ
ハＷ及びウエハテーブル１８は各々受け渡し位置に配置
される。この時、ウエハホルダ２０の回転位置はニュー
トラル位置にあるので、ウエハホルダ２０上の切欠きの
方向は、Ｘ方向と平行になっている。このとき、ウエハ
Ｗはラフプリアライメント装置９０による位置補正の精
度やラフプリアライメント装置９０から搬送アーム８０
へのウエハＷの受け渡し等により、受け渡し位置からず
れているとともに、フラットの方向とＸ方向との平行度
も狂っている。ここで、主制御装置６０は、不図示の光
源駆動回路を介して平行光照明系３３、３４、３５から
レーザー光束を照射させ、図２に示されるように、光電
検出器３０、３１、３２の受光面上にウエハＷの３箇所
の周縁部分をそれぞれ投影する。これら３つの光電検出
器３０、３１、３２の内、切り欠き検出用の受光素子と
しての光電検出器３０、３１上には、ウエハＷのフラッ
トの部分が投影され、基板外周部検出用の光電検出器３
２上にはウエハＷの円周外縁が投影される。光電検出器
３０、３１、３２はウエハＷの周縁部分によって遮光さ
れない光束を受光するため、ウエハＷの周縁部の位置に
応じてこれらの光電検出器３０、３１、３２から出力さ
れる光電信号のレベルが変化する。

【００２８】ここで、主制御装置６０は、光電検出器３
０、３１、３２からの光電信号のレベルＳ１、Ｓ２、Ｓ
３がそれぞれ所定の目標値Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃとなるよう
に、ウエハテーブル１８の位置とウエハホルダ２０の回
転とをサーボ制御する。本実施形態では、目標値Ｓａ、
Ｓｂ、Ｓｃとしては、各光電検出器の全体に平行光束が
照射されているときの光電信号のレベルを予め計測し、
その値の半分（５０％）の値に設定している。従って、
上述の如くウエハテーブル１８の位置とウエハホルダ２
０の回転とを制御することにより、各光電検出器の長手
方向における中心位置と３箇所のウエハエッジの位置と
を一致させることになる。

【００２９】これを更に詳述すると、まず主制御装置６
０は、各光電検出器からの光電信号に基づいて、各光電
検出器の光電信号のレベルの目標値とのずれ量ΔＳ１、
ΔＳ２、ΔＳ３を次式に基づいて求める。

【００３０】ΔＳ１＝Ｓ１−Ｓａ ΔＳ２＝Ｓ２−Ｓｂ ΔＳ３＝Ｓ３−Ｓｃ次に、主制御装置６０では、この求めたずれ量ΔＳ１、
ΔＳ２、ΔＳ３を次式に代入して、ウエハテーブル１８
の移動量（ウエハＷとウエハホルダ２０との位置ずれ
量）ΔＸ、ΔＹ及びウエハホルダの回転量（ウエハＷの
フラット方向とＸ方向との回転誤差量）Δθを非干渉化
演算により求める。即ち、本実施形態では主制御装置６
０によって演算手段が構成される。

【００３１】

【数１】

【００３２】上式において、ａ₁、ａ₂は、θテーブル
１９の回転中心からセンサ３０、３１、までのＸ方向距
離である（図４参照）。

【００３３】ここで、上記（数１）の非干渉化演算の式
の求め方について、図４を参照して説明する。

【００３４】図４には、ウエハホルダ２０上の光電検出
器３０、３１、３２とθテーブル１９の回転中心Ｏとの
位置関係が示されている。この場合、光電検出器３０、
３１はＹ方向にのみ反応し、光電検出器３２はＸ方向に
のみ反応するものとする。なお、図４において、各光電
検出器の回転中心Ｏを原点とする（Ｘ、Ｙ）座標を当該
各光電検出器の符号の隣りに付している。また、これら
の光電検出器３０、３１、３２の出力の増減と、Ｘ、
Ｙ、θの増減の方向は同じ方向とする。この図４より、
θ≪１のとき、 ΔＳ１＝ΔＹ+ａ₁×sin（Δθ）＋ｂ₁×｛１- cos（Δθ）｝≒ΔＹ+ａ₁×Δθ ΔＳ２＝ΔＹ+ａ₂×sin（Δθ）＋ｂ₂×｛１- cos（Δθ）｝≒ΔＹ+ａ₂×Δθ ΔＳ３＝ΔＸ+ａ₃×｛１- cos（Δθ）｝ ≒ΔＸ上式を行列を用いて表すと、

【００３５】

【数２】

【００３６】上式を変形することにより、（数１）の非
干渉化演算式が得られる。

【００３７】主制御装置６０は、上記非干渉化演算によ
り求めた移動量及び回転量（ΔＸ、ΔＹ、Δθ）を随時
制御偏差信号としてステージ駆動制御装置５０に与え、
ステージ駆動制御装置５０ではウエハテーブル１８のＸ
Ｙ方向の位置とウエハホルダ２０の回転をサーボ制御す
る。

【００３８】そして、ウエハテーブル１８の移動とウエ
ハホルダ２０の回転が終了したときの状態が図３（Ｂ）
に示されている。このとき、ウエハＷのエッジは光電検
出器３０、３１、３２の長手方向の中心位置に投影され
る。

【００３９】上述のようにウエハテーブル１８の移動と
ウエハホルダ２０の回転が終了すると、主制御装置６０
は、不図示の駆動装置を介してウエハ上下ピン２４、２
５、２６を上昇駆動してウエハＷを下方から支持させ
る。これにより、ウエハＷは搬送アーム上からウエハ上
下ピン２４、２５、２６上に移る。次に主制御装置６０
では、搬送アーム２０をウエハテーブル１８の上方から
退避させる。この搬送アームの退避後、主制御装置６０
ではウエハ上下ピン２４、２５、２６を所定量下降駆動
する。これにより、ウエハＷはウエハホルダ２０上に載
置される。その後、不図示のバキュームチャック等の吸
着手段により負圧又は真空等によってウエハＷがウエハ
ホルダ２０上に吸着保持される。この時の状態が、図３
（Ｃ）に示されている。そして、主制御装置６０ではモ
ータ２１を介してウエハホルダ２０の回転位置をウエハ
Ｗを載置する前の回転位置（ニュートラル位置）に戻す
ことにより、ウエハＷのフラット方向とＸ方向とを平行
とする。この時の状態が図３（Ｄ）に示されている。

【００４０】このようにしてウエハの位置決め動作が終
了すると、次に主制御装置６０は、ウエハテーブル１８
を投影光学系ＰＬの下方に配置して、露光動作やファイ
ンアライメント動作等を行う。

【００４１】以上説明したように、本実施形態に係る露
光装置１０によると、上述のようなプリアライメント動
作（位置決め動作）によって、ウエハＷの回転位置がニ
ュートラル位置にあるとき、ウエハＷをウエハテーブル
１８に関して、ウエハのフラットの方向と基準方向（Ｘ
方向）とが平行となるように、速やかにかつ高精度に位
置決めすることが可能となる。この場合において、プリ
アライメントの際に、上記（数１）で示されるような非
干渉化演算に基づいて各駆動モータ１６、１７、２１が
同時にサーボ制御されるので、従来のプリアライメント
装置のように、軸間干渉が生じることが無く、目標位置
への収束時間（位置決め整定時間）を短縮することがで
き、位置制御ループのゲインを高くしてもハンチングの
可能性も殆どない。

【００４２】また、本実形態におけるラフプリアライメ
ント装置９０は従来より用いていたプリアライメント装
置のように高精度（誤差の許容範囲が±１５μｍ程度）
な装置である必要がないため、コストを抑制することが
できる。

【００４３】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態について、図５ないし図６に基づいて説明す
る。ここで、前述した第１の実施形態と同一若しくは同
等の構成部分については同一の符号を用いるとともにそ
の説明を省略するものとする。

【００４４】図５には、本第２の実施形態に係る基板の
プリアライメント装置が適用された露光装置１００の主
要部の構成が概略的に示されている。

【００４５】この露光装置は、第１の実施形態における
ウエハホルダ２０に代えてウエハホルダ１２０が設けら
れ、このウエハホルダ１２０上に４つの受光素子として
の光電検出器３０、３１、３２Ａ、３２Ｂが設けられて
いる点及びこれに対応して４つの照射手段としての平行
光照明系３３、３４、３５、３６が設けられている点に
特徴を有する。

【００４６】ウエハホルダ１２０には、図５におけるＸ
軸方向に平行な切り欠きＫ１と、Ｙ軸方向に平行な切り
欠きＫ２とが設けられている。このウエハホルダ１２０
上には前述の如く４つの光電検出器３０、３１、３２
Ａ、３２Ｂが設けられているが、この内光電検出器３
０、３１は、一方の切り欠きＫ１の方向に直交する方向
を長手方向として当該切り欠きの方向に所定間隔で配置
され、光電検出器３２Ａ、３２Ｂは他方の切り欠きＫ２
の方向に直交する方向を長手方向として配置されてい
る。

【００４７】また、ウエハテーブル１８が受け渡し位置
にあるときに、光電検出器３０、３１、３２Ａ、３２Ｂ
に対して平行光束を照射する前記平行光照明系３３、３
４、３５、３６が露光装置１００内に設けられている。
その他の部分の構成等は前述した第１の実施形態に係る
装置と同様になっている。

【００４８】このようにして構成された露光装置１００
によれば、前述した第１の実施形態と同様に、主制御装
置６０によって前述と同様の非干渉化演算に基づくサー
ボ制御により軸間干渉のない速やかなプリアライメント
が行われ、位置決め整定時間の短縮が可能となる。この
他、本実施形態では、上記プリアライメントに際し、フ
ラットの方向を０°方向及び９０°方向の２方向（すな
わち、Ｘ軸ステージ１５とＹ軸ステージ１４の移動方
向）のいずれかを選択的に指定できるようになってい
る。このため、ウエハの結晶構造に合わせて半導体チッ
プの特性を変えるととともに回路パターンの設計上から
くる正方形及び長方形の露光フィールド等に対応が可能
となっている。

【００４９】図６（Ａ）には、本第２の実施形態にかか
る装置によりウエハＷがフラットの方向を０°方向とし
て位置決めされた状態が示されており、また、同図
（Ｂ）にはウエハＷがフラットの方向を９０°方向とし
て位置決めされた状態が示されている。

【００５０】ここで、図６（Ａ）に示される０°方向の
位置決めの際には、光電検出器３０、３１が切り欠き検
出用の受光素子として、光電検出器３２Ａが基板外周部
検出用の受光素子としてそれぞれ用いられ、これら３つ
の光電検出器３０、３１、３２Ａの出力に基づいて上記
（数１）の非干渉化演算が行われる。また、図６（Ｂ）
に示される９０°方向の位置決めの際には、光電検出器
３２Ａ、３２Ｂが切り欠き検出用の受光素子として、光
電検出器３１が基板外周部検出用の受光素子としてそれ
ぞれ用いられ、これら３つの光電検出器３２Ａ、３２
Ｂ、３１の出力に基づいて上記（数１）と同様の非干渉
化演算が行われる。このように、本実施形態では、切り
欠き検出用の受光素子としての光電検出器３２Ａ、３１
が、基板外周部検出用の光電素子としても機能している
が、基板外周部検出専用の光電素子を別に設けても良
い。

【００５１】なお、上記第１、第２の実施形態では、ウ
エハエッジの検出系を、平行光照明系３３、３４、３５
（又は３３、３４、３５、３６）及びウエハホルダ２０
上の光電検出器３０、３１、３２（又は３０、３１、３
２Ａ、３２Ｂ）により構成したが、これに限らず、例え
ばウエハホルダ２０上に光源を設けてウエハＷの下側か
らレーザー光束を照射し、ウエハの上側に配置された光
電検出器によってその光束を受光するような構成であっ
ても良い。あるいは照明系をウエハテーブル１８側に設
ける場合には、照明光を射出する光源をウエハテーブル
１８の外部に配置し、その照明光を光ファイバー等でウ
エハテーブル１８の内部に導いてウエハＷの周縁端を照
明するように構成しても良い。このとき、光ファイバー
の射出端を細長い矩形状としてウエハホルダ２０に設け
ても良いし、あるいはウエハホルダ２０に細長い矩形開
口を有するスリット板を設け、光ファイバーから射出さ
れる照明光でスリット板をその裏面から照明するように
しても良い。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板のプリアライメントに際し、軸間干渉を伴なわなく
なり、位置決め整定時間（収束時間）の短縮化を図るこ
とができるという従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の一実施形態に係る露光装置におけるウエ
ハ搬送系の概略的な構成を示す平面図である。

【図２】第１の実施形態に係る投影露光装置の主要部の
構成を概略的に示す斜視図である。

【図３】ウエハをウエハホルダ上に位置決めする手順を
説明するための図である。

【図４】ウエハホルダ上の光電検出器とθテーブルの回
転中心との位置関係を示す図である。

【図５】第２の実施形態に係る露光装置の主要部の構成
を概略的に示す斜視図である。

【図６】図５の装置の作用を説明するための図である。

【符号の説明】

１５Ｘステージ（基板ステージ）１８ウエハテーブル（基板テーブル）１６Ｙ軸駆動モータ（駆動系）１７Ｘ軸駆動モータ（駆動系）１９ θテーブル（基板テーブル）２１ θ駆動モータ（駆動系）３０、３１光電検出器（切り欠き検出用の受光素子）３２、３２Ａ、３２Ｂ光電検出器（基板外周部検出用
の受光素子）３３、３４、３５、３６平行光照明系（照射手段）５０ステージ駆動制御装置（制御手段）６０主制御装置（演算手段）８０搬送アーム（保持部材）Ｗウエハ（基板）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２０Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周部の一部に直線状の切り欠きを有す
る基板を基板テーブルに搭載するに先立って前記基板と
前記基板テーブルとが所定の位置関係になるように当該
両者を位置合わせする基板のプリアライメント装置であ
って、所定の基準面内で２次元移動可能な基板ステージと；前
記基板ステージ上に搭載され前記基準面に直交する軸回
りに微小角度範囲内で回動可能な前記基板テーブルと；
前記基板ステージが前記基準面内の所定位置にあると
き、前記基板を前記ステージの上方で前記基準面とほぼ
平行に保持する保持部材と；前記保持された基板の直線
部分の少なくとも２箇所及び外周部の一部に同時にそれ
ぞれ光束を照射する少なくとも３つの照射手段と；前記
各照射手段からの各光束を前記基板に関して前記照射手
段とそれぞれ反対側で同時に光電検出可能な少なくとも
２つの切り欠き検出用の受光素子及び少なくとも１つの
基板外周部検出用の受光素子を含む少なくとも３つの受
光素子と；前記基板ステージと前記基板テーブルとをそ
れぞれの駆動方向に駆動する駆動系と；前記少なくとも
３つの受光素子の出力信号と、前記基準平面に平行な面
内での前記基板テーブルの回転軸に対する当該各受光素
子の位置関係とに基づいて、前記ステージの各移動方向
と前記基板テーブルの回転方向とを考慮した非干渉化演
算を行う演算手段と；前記演算手段の演算結果に従って
前記基板と前記基板テーブルとが所定の位置関係になる
ように、前記駆動系をサーボ制御する制御手段とを有す
る基板のプリアライメント装置。
【請求項２】前記切り欠き検出用の受光素子は、前記
基準面に平行な面内で第１軸方向及びこれに直交する第
２軸方向に沿って少なくとも各２つ配置され、各切り欠
き検出用受光素子に前記基板に関して反対側から光束を
それぞれ照射する少なくとも４つの照射手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項１に記載の基板のプリア
ライメント装置。