JPS6255293B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転ステージとこれを使用したアラ
イメント方法に係り、特に微細化したLSIパター
ンをウエハにＸ線露光する際に用いる微粗動回転
ステージと、この回転ステージを使用してウエハ
とマスクの回転軸のアライメントをする方法に関
するものである。

従来、ウエハとマスクとの回転軸のアライメン
トに用いる回転ステージとしては、粗動機構を有
するもののみしかなく微動機構を併設したものは
存在していない。すなわち、ウエハを載置するウ
エハチヤツクをベース上に枢着し、このウエハチ
ヤツクの外周部近傍に枢着したカムローラにカム
を当接させ、このカムを減速機構を介在させてモ
ータにて駆動し、前記ウエハチヤツクを回動する
ものが一般であつた。この方法で分解能を高める
ためにはモータの減速比を大くすることが必要と
なる。モータの減速比を大きくすると、カムの回
転速度が低下し、能率的なアライメントや露光作
業ができない欠点を有することになる。又、カム
の製作精度、ローラ精度、ころがり時のステツク
スリツプなどの問題があり精度の高いアライメン
トができない欠点があつた。

特に、LSIパターンの微細化に伴い、マスクと
ウエハを超高精度にアライメントする必要があ
り、高精度で、かつ高速の回転ステージが要望さ
れていた。

一方、従来では、回転ステージによつて回転軸
をアライメントする方法としては、ウエハとマス
クをステツプアンドリピートでアライメントする
たびに回転軸のアライメントを行なう方法がとら
れ、回転角位置を長時間保持するための特別の方
法がとられていなかつた。すなわち、各チツプご
とにｘ，ｙ軸アライメントと共に回転軸アライメ
ントを行なつてた。この方法によると、作業能率
が低下するのみならず、後述するごとく高精度の
アライメントができない欠点があつた。

さらに、回転ステージの駆動源のクリープや各
部の熱変位によつて精度が狂う場合が生ずるが、
これ等に対しても特別な手段が取られていなかつ
た。

本発明は、以上の要望や欠点を解消するもの
で、その目的は、回転ステージの駆動源を微動と
粗動とに分けることにより高精度、高速のアライ
メントの可能な微粗動回転ステージを提供すると
共に、この回転ステージによつて最初回転軸のア
ライメントを行なつたのち、次のステツプアンド
リピートでは回転軸のアライメントを行なうこと
なく、長時間その状態を保持させ、高精度の回転
軸アライメントを可能とすると共に、クリープ、
熱変位等の影響をうけない回転軸アライメントの
可能のアライメント方法を提供するにある。

本発明は、この目的を達成するために、回転ス
テージのウエハチヤツクをボールによつてベース
に支持し、支持部分の隙間等による誤差をなくす
ようにし、かつ、前記ウエハチヤツクの中央部と
外周部近傍とに取着した部材にその両端を弾性支
点を介して支持されるＶ字状のリンクを配置し、
このＶ字状リンクに伝導手段を係合させ、前記ウ
エハチヤツクを粗動するようにし、さらに、Ｖ字
状のリンク中間部に弾性支点を介して支持された
電歪素子を配置し、前記ウエハチヤツクを微動す
るようにした微粗動回転ステージを特徴としたも
のである。

さらに本発明の別の目的は、微粗動回転ステー
ジのウエハチヤツク内に表示された最長間隔のア
ライメントマークによつてウエハとマスクとの回
転方向の位置差分を求め、この位置差分に相当す
る回転角を前記回転ステージの回転面に非接触に
係合する非接触センサによつて検出し、この検出
値を制御装置に記憶させ、この記憶値を基にして
露光時におけるウエハとマスクの回転軸を自動的
に補正するようにした粗微動回転ステージを使用
したアライメント方法を特徴としたものである。

以下、本発明の実施例を図に基ずいて説明す
る。

第１図において、回転ステージ１のウエハチヤ
ツク３２（第２図にて表示）は四角状のベース３
に載置され、第３図に示すボール２およびリテー
ナ１１により保持されるボール１０によりガタな
くスムースに回動するようにされている。すなわ
ち、第４図に示すごとく、ベース３に形成された
溝４とウエハチヤツク３２下面にボルト８にて螺
着された可動部材５の中央部に形成されたＶ溝６
の間にボール２は挾持されてる。そして可動部材
５はベース３との間に挿設された加圧バネ９によ
り加圧され、ボール２を溝４に圧接するようにし
ている。ボール２はちようどボール２の中心がウ
エハチヤツク３２の回転中心と一致するように位
置づけられているため、ウエハチヤツク３２は前
記のごとくボール２まわりに回動する。ストツパ
７は可動部材８の端部と当接するように位置づけ
られ、ウエハチヤツク３２が余分に回動すること
を防止している。

第１図にもどり、ウエハチヤツク３２の下面の
中央部および外周部近傍には部材Ａ１２および部
材Ｂ１３がボルト１４により螺着されている。そ
して、Ｖ字状のリンク２０の両端部が部材Ａ１２
および部材Ｂ１３と弾性支点Ａ１５および弾性支
点Ｃ１７により支持されている。ここで、弾性支
点Ａ１５および１７は幅狭板部による結合支点で
あり、普通のピン等による枢支点のごとくガタ等
による誤差が生じない支点である。よつて微細な
動きをスムースに伝達する。

Ｖ字状のリンク２０のウエハチヤツク３２の外
周部側リンクの中間部には支持部材２４，２５に
より電歪素子１８が介在し、弾性支点Ｂ１６によ
りリンク部に支持されている。なお、支持部材２
５は部材Ｂ１３と弾性支点Ｃ１７により支持され
る。なお、電歪素子１８は図示していない制御装
置と接続している。

Ｖ字状のリンク２０の頂角部にはローラ１９が
枢着され、このローラ１９はカム２１と当接して
いる。カム２１はベース３に取着するモータ２２
に連結し、回動される。なお、Ｖ字状のリンク２
０のリンク部とベース３の間に張架された引張バ
ネ２３によりローラ１９とカム２１とは圧接さ
れ、ガタなくスムースに押し力が伝達される。

第５図はカム２１のカム曲線を表わす。すなわ
ち横軸はカム２１の回転角θ度を表示し、縦軸は
変位δｍ／ｍを表示する。中央０゜は回転原点を
示す。又、第２図においてウエハ３３はウエハチ
ヤツク３２の中央に載置され、外部３４より真空
吸着されている。又、ベース３の下面には通常
Ｘ，Ｙ軸ステージが設置されている。

次に作用を説明する。

まづカム２１をモータ２２により回転すると、
前記したカム曲線に従つてローラ１９が移動す
る。ローラ１９の移動によりウエハチヤツク３２
はその分だけボール２を中心に回動する。よつ
て、カム２１により、粗動の回転角割出しがで
き、かつ、それを迅速にすることができる。カム
２１によつてある程度の粗度で回転角の割出しが
なされた後、電歪素子１８に電圧をかけると電歪
素子１８が伸びる。ローラ１９はカム２１に押え
られているため電歪素子１８は部材Ｂ１３の方向
に伸びる。部材Ｂ１３は前記のごとく、ウエハチ
ヤツク３２に取着しているため、ウエハチヤツク
３２はボーール２を回転中心として回動する。こ
れによつて微動位置決めが可能となる。すなわ
ち、電歪素子が伸縮することにより弾性支点Ａ１
５、弾性支点Ｂ１６、弾性支点Ｃ１７がそれぞれ
の方向に屈曲する。電歪素子１８は電圧を高める
と伸び、低くすると縮む。従つて、電歪素子にあ
らかじめ電圧をかけておき、この電圧を変化させ
ることにより左右の微調を行なうことができる。

カム２１の回転原点０゜は第１図に示すセンサ
２６をドツグ２７でONさせることにより検出で
きる。又、ウエハチヤツク３２が何らかの原因に
よりストツパ７に当つてしまつた場合には、セン
サ２８，２９をドツグ３０，３１でONさせるこ
とで検出でき、この検出信号により対処すること
ができる。

本実施例において、電歪素子１８はＶ字状のリ
ンク２０の外周部片側に配置したが、これに限定
するものでなく、又、複数であつてもかまわな
い。又、伝導機構としてカムを用いたがこれに限
定するものでもない。

以上の構成と作用から明らかのごとく、カムに
よる粗動によつて迅速にある位置まで回転軸の位
置決めができ、電歪素子１８を用いた微動により
精密位置決めが可能となる。

次に以上の粗微動回転ステージを使用した回転
軸のアライメント方法に関する実施例を図に基ず
いて説明する。

第６図はウエハ１０１各チツプ１０２ごとに
Ｘ，Ｙ軸および回転軸（以下θ軸と称呼する）の
アライメントを実施する辱場合のチツプ１０２お
よびアライメントマーク１０３の配置図である。
この場合、回転角Δθだけの補正が回転軸アライ
メントにおいて必要のときには、アライメントマ
ーク１０３をΔｌ＝ｌ×Δθの精度で検出しなけ
ればならない。一方、第７図の場合は各チツプ１
０２ごとのアライメントマーク１０３を用いず
に、ウエハ１０１内に対峙して表示される最長間
隔のアライメントマーク１０４を用いた場合を示
す。この場合、回転軸アライメントが必要な回転
角Δθを補正するためには、アライメントマーク
１０４をΔＬ＝Ｌ×Δθの精度で検出すればよ
い。一般に寸法Ｌは寸法ｌよりはるかに大きいた
め第６図の各チツプ１０２ごとに補正する場合に
較べて精度良くθ軸のアライメントをすることが
できる。本実施例においては第７図のアライメン
トマーク１０２によりθ軸のアライメントを実施
する。

第８図は粗微動回転ステージ１０９を用いてス
テツプアンドリピート方式によりＸ線露光を行な
うアライナ装置の概要を示す。

Ｘ軸ステージ１０５およびＹ軸ステージ１０６
に粗微動回転ステージ１０９が載置されている。
ウエハ１０１は粗微動回転ステージ上面中央部に
載置されてる。ウエハ１０１の上方にはＸ軸およ
びＹ軸方向に微動して精アライメントを行なう微
動ステージ１１２が配設され、マスク１１１はこ
の微動ステージ１１２下面においてウエハ１０１
と約10μｍ隔てて取付けられている。検出器１０
７，１０８はアライメントマーク１０４の位置検
出に用いられる。

高真空に保持されたＸ線発生源１１７内に設置
される電子銃１１３より電子ビーム１１４が発射
する。これをＸ線源１１５に当て、Ｘ線１１６を
発生させる。Ｘ線１１６はベリウム（Bl）１１８
などのＸ線１１６を通し易い窓を通して、マスク
１１１およびウエハ１０１に照射される。

次にこのアライブ装置によるアライメントと露
光の手順について説明する。

まづ、Ｘ軸ステージ１０５およびＹ軸ステージ
１０６を移動させ、ウエハ１０１のアライメント
マーク１０４の一方をマスク１１１のアライメン
トマークの下に配置し、ウエハ１０１のアライメ
ントマーク１０４の位置を検出器１０７で検出す
る。

次に、Ｘ軸ステージ１０５およびＹ軸ステージ
１０６を移動させ、ウエハ１０１の他のアライメ
ントマーク１０４をマスク１１１の他の１方のア
ライメントマークの下に配置し、ウエハ１０１の
アライメントマーク１０４の位置を検出器１０８
で検出する。

その後この検出値を図示していない制御装置で
計算し、マスク１１１のアライメントマーク位置
の差分を求める。

次に粗微動回転ステージ１０９にて前記差分を
回転角として検出し、θ軸のアライメントを行な
う。この回転角を検出する方法としては、後に説
明するごとく粗微動回転ステージ１０９の回転面
に非接触に係合するセンサ１１０で行なう（第９
図）。

θ軸のアライメントが終了すると、このときの
センサ１１０の値を制御装置（図示していない）
内に記憶する。そして、ステツプアンドリピート
でウエハ１０１のすべてのチツプ１０２のアライ
メントと露光が終了するまで粗微動回転ステージ
１０９をこのセンサ１１０の値になるようフイー
ドバツクにより制御する。

θ軸のアライメントが前記したごとく終了した
のち、各チツプ１０２のアライメントと露光がス
テツプアンドリピートで実施される。各チツプ１
０２のアライメントは、ウエハ１０１のアライメ
ントマーク１０３を検出器１０７および１０８で
検出し、Ｘ軸ステージ１０５およびＹ軸ステージ
１０６によりウエハ１０１を粗動し粗位置めした
のち、マスク１１１を前記した微動ステージ１１
２でＸ軸およびＹ軸方向に微動し、精アライメン
トを実施して行なう。そして、前記したごとくθ
軸アライメントは粗微動回転ステージ１０９の回
転角をセンサ１１０の値になるように自動制御し
て行うことになる。その結果正しいアライメント
が行なわれる。

次に、センサ１１０による粗微動回転ステージ
の位置検出方法を説明する。

第９図において、粗微動回転ステージのウエハ
チヤツク１２０の外周面には回転方向に傾斜をも
検出片１１９が取着されている。この検出片１１
９に対峙する位置にセンサ１１０が非接触状態に
設置される。ウエハチヤツク１２０が回転する
と、検出片１１９の傾斜により検出片１１９とセ
ンサ１１０との距離が変り、その変化を検出する
ことができる。この変化値は図示していない制御
装置に入力されるが、制御装置には前記したごと
くθ軸のアライメントの基準値が記憶されている
のでこの基準値と変化値を比較計算し、電歪素子
１２２に加える電圧を制御し、ウエハチヤツク１
２０の位置補正を行なうことになる。

第１０図および第１１図は検出片１１９をウエ
ハチヤツク１２０の下面に取付けたもので、その
構造、作用は第９図の場合と同様である。なお、
検出片１１９はウエハチヤツク１２０の上面に取
着しても同様である。

第１２図ないし第１４図は二個のセンサをウエ
ハチヤツク１２０の外周面、下面（上面にても
可）に配置した場合の実施例を示す。

第１のセンサ１１０は第９図ないし第１１図に
て説明したものと同一機能を有するものである。

第２のセンサ１２３はウエハチヤツク１２０の
回転面に平行に、かつ、非接触に配置されてい
る。

第１のセンサ１１０のみによる検出では、回転
スタージの熱樹脹の影響や、振動の影響と回転変
位の影響を峻別することができない。従つて、第
２のセンサ１２３よつて回転ステージの熱膨脹や
振動などの影響を検出し、第１のセンサによる検
出値と共に補正値を制御装置にて計算し、電歪素
子１２２を介してウエハチヤツク１２０の位置補
正を行なえば、より正確なθ軸のアライメントが
可能となる。

第１５図および第１６図はセンサ１１０，１２
３の検出信号が制御装置１２１，１２４を介して
電歪素子１２２に伝達されることを示したもので
ある。

以上の説明によつて明らかのごとく、本発明に
よれば、高精度、高速のθ軸アライメントが可能
となると共に、熱膨脹等の影響をうけることなく
回転軸のアライメントを長時間保持できる効果を
上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である粗微動回転ステ
ージの構成を示す上面図、第２図は第１図の示矢
Ａ方向の側面図、第３図は第１図のＢ―Ｂ断面
図、第４図は第１図の裏面図（第２図示矢Ｃ方
向）、第５図は粗動用カムのカム曲線図、第６図
はθ軸のアライメントをチツプごとに行う場合の
アライメントマークとチツプとの関係を示す配置
図、第７図はθ軸のアライメントをチツプごとに
行なわない場合のアライメントマークとチツプと
の関係を示す配置図、第８図はＸ線アライナの全
体構成を示す構成図、第９図は実施例の検出部を
示す上面図、第１０図は検出部を示す別の実施例
の側面図（第９図のＡ―Ａ断面を表示する）、第
１１図は第１０図のＢ矢視図、第１２図は検出部
を示すさらに別の上面図、第１３図は別の検出部
を示す側面図（第１２図のＣ―Ｃ断面を表示す
る）、第１４図は第１３図のＤ矢視図、第１５
図、第１６図は制御回路図を示す。 １……粗微動回転ステージ、２，１０……ボー
ル、３……ベース、４……溝、５……可動部材、
６……Ｖ溝、７……ストツパ、８，１４……ボル
ト、９……加圧バネ、１１……リテーナ、１２…
…部材Ａ、１３……部材Ｂ、１５……弾性支点
Ａ、１６……弾性支点Ｂ、１７……弾性支点Ｃ、
１８……電歪素子、１９……ローラ、２０……Ｖ
字状のリンク、２１……カム、２２……モータ、
２３……引張バネ、２４……支持部材、２５……
支持部材、６，２８，２９……センサ、２７，３
０，３１……ドツグ、３２……ウエハチヤツク、
３３……ウエハ、１０１……ウエハ、１０２……
チツプ、１０３，１０４……アライメントマー
ク、１０５……Ｘ軸ステージ、１０６……Ｙ軸ス
テージ、１０７，１０８……検出器、１１０……
センサ、１１１……マスク、１１２……微動ステ
ージ、１１３……電子銃、１１４……電子ビー
ム、１１５……Ｘ線源、１１６……Ｘ線、１１７
……発生源、１１９……検出片、１２０……ウエ
ハチヤツク、１２１，１２４……制御装置、１２
２……電歪素子、１２３……センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウエハとマスクの回転軸のアライメントに使
   用する回転ステージにおいて、該回転ステージの
   ウエハチヤツクをこのウエハチヤツクの回転中心
   部に配置したボールを介して回動自在に載置する
   ベースと、前記ウエハチヤツクの中心部と外周部
   近傍とにそれぞれ取着する部材に、そのリンク端
   部を弾性支点を介して支持されると共に、その頂
   角部を前記ウエハチヤツク外周部近傍位置に配置
   するＶ字状のリンクと、前記ベース側に取着さ
   れ、前記Ｖ字状のリンクの頂角部を前記ウエハチ
   ヤツク回動方向に粗移動させる伝導手段と、前記
   Ｖ字状のリンクの中間部に、両出力端を弾性支点
   を介して一体的に接続すべく装着され、伸縮によ
   りリンクを介してウエハチヤツクを微回動させる
   電歪素子とを備えることを特徴とする粗微動回転
   ステージ。 ２ 回転ステージを用いてウエハとマスクの回転
   軸のアライメントをする方法において、前記ウエ
   ハ内に対峙して表示される最長間隔のアライメン
   トマークにより、前記ウエハとマスクとの回転方
   向の位置差分を求め、前記回転ステージの回転面
   に非接触に係合する非接触センサによつて前記位
   置差分に相当する回転角を検出し、この検出値を
   制御装置に記憶させ、露光時において、前記ウエ
   ハとマスクの回転軸のアライメントを前記記憶値
   を基にして、上記回転ステージのウエハチヤツク
   をこのウエハチヤツクの回転中心部に配置したボ
   ールを介して回動自在に載置するベースと、前記
   ウエハチヤツクの中心部と外周部近傍とにそれぞ
   れ取着する部材に、そのリンク端部を弾性支点を
   介して支持されると共に、その頂角部を前記ウエ
   ハチヤツク外周部近傍位置に配置するＶ字状のリ
   ンクと、前記ベース側に取着され、前記Ｖ字状の
   リンクの頂角部を前記ウエハチヤツク回動方向に
   粗移動させる伝導手段と、前記Ｖ字状のリンクの
   中間部に、両出力端を弾性支点を介して一体的に
   接続すべく装着された電歪素子とを備えた粗微動
   回転ステージの上記伝導手段及び電歪素子を駆動
   して補正することを特徴とする粗微動回転ステー
   ジを使用したアライメント方法。 ３ 非接触センサによる回転角検出方法が、前記
   回転ステージの回転方向に傾斜を有する検出片を
   前記回転ステージの回転面に設置し、該検出片に
   センサを接触させないで対峙して行うものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   粗微動回転ステージを使用したアライメント方
   法。 ４ 非接触センサによる回転角検出方法が、前記
   回転ステージの回転方向に傾斜を形成し、前記回
   転ステージの回転面に設置される検出片に対峙し
   て配置する第１の非接触センサと、前記回転ステ
   ージの回転面に平行に対峙して配置する第２の非
   接触センサとにより行うものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の粗微動回転ス
   テージを使用したアライメント方法。