JPS6320014B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はTr，IC等の半導体装置製造工程にお
いて、比較的小面積のマスクパタンを大口径ウエ
ハ上にステツプアンドレピート方式によつて露光
転写するために必要とされるウエハの高速移動な
らびにマスク・ウエハ相互位置の高精度位置合わ
せを行なうアライメントステージに関するもので
ある。

現在の半導体装置製造工程においてはウエハよ
りも大面積のマスクによつて多数の同一パタンを
一括して露光転写する方法が用いられているが、
転写すべきパタンの微細化とウエハの大口径化と
によつて、製造工程途中でのウエハ変形がもたら
す転写パタンの局所的な位置ずれが問題となりつ
つあり、これに対処するためのステツプアンドレ
ピート方式による露光転写が研究され始めた。こ
の方式ではウエハを高速・高精度にステツプ移動
させるＸ・Ｙステージとマスクパタンをウエハの
局部変形に応じて位置合わせする微動アライメン
ト機構が必要である。Ｘ・Ｙステージは露光装置
以外にも多く用いられる機構であるが、その多く
は鋼球又はローラなどの摩擦を減少した接触式案
内による１軸ステージの上にこれと直交する他の
１軸ステージを重ねたもので、各軸の駆動にはボ
ールねじなどの機械的駆動機構が用いられてい
る。このため、高速移動時には移動に伴なうステ
ージの上下変動や首振りなどが相加され、高精度
化が達せられず、加うるに機械的駆動による高速
化の限界、駆動時の振動、潤滑油によるウエハや
マスクの汚染、ステイツクスリツプ現象による停
止精度の低下などをまぬがれることが困難であつ
た。また、接触式案内の欠点を除くものとして知
られる空気などによる静圧軸受などの非接触式案
内でも１軸ステージを積重ねた方式では上側ステ
ージの移動による重心変動の影響が精度低下をも
たらすので下側ステージは接触式案内を用いるし
かなかつた。更にこれらのステージは、その上部
に載置すべきウエハとそれに対向して別に保持さ
れるべきマスクの位置合わせについて考慮されて
おらず、ステツプアンドレピート露光用アライメ
ントステージとして満足すべきものは未だ発表さ
れていなかつた。

本発明はこれらの問題点を解決するために、ウ
エハを載置する移動台をＸ、Ｙ、Z3方向の静圧
気体軸受により夫々独立に案内するとともに駆動
源およびその案内をも非接触としたものであり、
更にアライメントの目的に用いる各軸方向の微動
機構を配置し、ステツプアンドレピート露光に適
したアライメントステージを提供するものであつ
て、以下図面について詳細に説明する。

第１図は本発明アライメントステージの一実施
例の概要を示す一部切欠正面図で、１は上面を精
度良く平面に仕上げられた定盤、２はウエハ３を
載置した移動台で、その下面に配置された図示し
ない小穴から吹き出す圧力を制御された空気など
による静圧気体軸受によつて、定盤１に非接触で
保持されている。

４は一方向（図では左右方向）に移動台２を移
動させる移動体で、互に平行な対向する２平面か
らなる案内部（図では断面で示される）を有し、
移動台２との間隙は移動台２の図示しない小穴か
ら吹き出す気体により定盤１と移動台２との間隙
と同様に保持されている。５は他の一方向の移動
体で、図において紙面に、垂直方向に移動台２を
移動させる。また移動体５の案内部（図示されな
い）と移動台２の間隙も静圧気体軸受を構成して
いる。６は移動体５を案内するガイドで、移動体
５との間隙は円筒静圧気体軸受を構成している。
７は移動台５の駆動用リニアモータの移動ヨーク
で、コイル板により構成される。８は同じくリニ
アモータの固定ヨークで、磁気回路により構成さ
れる。そして各案内部を井桁状に交差させ、その
井桁状中央部に前記移動台２を案内部に近接して
保持し、コイル板（移動ヨーク）７のガイド６を
上記円筒静圧気体軸受と共通にしたリニアモータ
により非接触に駆動せしめる送り機構によつて移
動体４及び５は定盤１上を直交する２方向に移動
する。

このような構成であるため、移動台２の上下方
向は定盤１のみによつて規定され、移動体４又は
５に上下方向の変位が生じても影響されることは
ない。９はマスク、１０はマスクホルダであり、
マスクホルダ１０は図示しない支持機構で定盤１
との相対位置が変らないように支持され、また、
その内部に設けられた後述するＸ・Ｙ微動機構、
Ｚ微動機構、θ微動機構によりマスク９の位置な
らびに方向を微調整することができるものであ
る。マスク９の下面とウエハ３の上面は数μｍ乃
至十数μｍのあらかじめ設定された距離に保持さ
れることが必要であり、移動台２の上下変動の少
ない本機構は有効である。第２図は第１図におい
て概要を説明したウエハ移動機構の更に詳細な一
部切欠斜視図である。移動台２と移動体４および
５との夫々の間隙は静圧気体軸受によつて支えら
れ摩擦は全く無いので、移動台２の移動は直交す
る各方向について全く独立であり相互干渉はな
い。本図の実施例におけるリニヤモータは、移動
ヨーク（コイル板）７として平板状に導線を矩形
に巻き回したコイル、固定ヨーク８として夫々２
板の対向した平板上の磁石８ａおよび８ｂを用い
ている。移動ヨーク７のコイルの両端は夫々磁石
８ａと８ｂの磁界の内に入つておりコイル電流を
制御することにより任意の駆動を行ない得る。電
流の制御は、Ｌ形ミラー１１を図示しないレーザ
インタフエロメータにより位置計測し、この計測
値と所要の位置との誤差から演算によつて求める
ことができ、レーザインタフエロメータの高精度
と、近年の高速演算回路（特にマイクロコンピユ
ータなどによる回路）の高精度から十分精度の高
い制御が可能である。

第３図はリニアモータとしてリニアパルスモー
タを用いたときの実施例を示すものであるが、リ
ニアパルスモータは公知の技術であるので説明を
省略する。この場合には位置精度は低下するが制
御が容易となる効果がある。位置精度は本発明に
よるウエハ移動機構には機械的摩擦が全くないの
で、リニアパルスモータを使用したときの位置精
度はリニアパルスモータの誤差のみとなるもので
ある。

第４図は第１図で説明を省略したＸ・Ｙ微動機
構、Ｚ微動機構、θ微動機構の実施例の概要を示
す分解斜視図、第５図は同じくその断面図、第６
図は同じくＸ・Ｙ微動機構、θ微動機構の動作を
説明するための第５図におけるＡ−Ａ断面図であ
る。これらの図において、１２は永久磁石１３
（第５図参照）を含む磁気回路、１４は導線を巻
き回したコイルボビン、１５はコイルボビン１４
を支える環状振動板、１６はコイルボビンと同様
に環状振動板の内周で支えられる剛体で作られた
中空の円筒、１７はマスク９を例えば真空吸着で
保持するマスク保持部、１８は縦方向の伸縮が少
なく、横方向には自由に撓み得る細い金属のワイ
ヤ、１９はワイヤ１８を支え、コイルボビン１４
の下部に固着された剛性の高い支持板、２０，２
１，２２は例えば円筒形の電歪素子で電圧を印加
することにより円筒の軸方向に微少量伸縮できる
ものである。電歪素子２０，２１，２２の各一端
は円筒１６の下部に固着され、他の各一端は剛体
球２３，２４，２５を介してマスク保持部１７接
し、電歪素子２０，２１，２２に対応するバネ２
６，２７，２８の弾力によつて押しつけられてい
る。このような構造となつているため、図示しな
い電源装置から精度良く制御された電流がコイル
ボビン１４の導線に印加されると動電力によつて
コイルボビンがＺ方向に微少量動き、環状振動板
１５の弾性力と釣合つた位置で停止する。これに
よつてマスク９のＺ微動機能が達せられることは
明らかである。このときＸ・Ｙ方向には環状振動
板１５の剛性により動くことがない。つぎに電歪
素子２０に図示しない別な電源から電圧が印加さ
れるとマスク９はＸ方向に微動が与えられる。ま
た電歪素子２１，２２に相互に等しい電圧が印加
されるとマスク９はＹ方向に微動が与えられ、電
歪素子２１，２２に大きさが相等しく極性の逆な
電圧が印加されるとマスク９にはθ微動が与えら
れる。なお、θ微動に伴ないＸ方向の動きも生ず
るが、θの位置合わせをＸ・Ｙの位置合わせに先
立つて行なうように動作させることによつて全体
の動作に支障を与えることはない。これらの微動
機構は高々２〜3μｍのストロークで十分であり、
通常良く知られている機械的な微動機構“例えば
ネジ送り”によることも出来る。また、これらの
微動機構は先に述べた移動台２の上部に載置し
て、ウエハ３に微動を与えても位置合わせの目的
が達せられることは明らかである。

つぎに第７図はＺ微動機構の他の実施例の概要
を示す分解斜視図、第８図は同じくその断面図
で、コイルボビン２９を図に示すように３組の
別々な巻線３０，３１，３２で構成し、永久磁石
３３を含む磁気回路３４の内に設置したものであ
る。また３５は環状振動板である。ここで巻線３
０，３１，３２は夫々同一の電流を印加すれば第
５図において説明したコイルボビン１４と磁気回
路１２の動作と全く同様にＺ微動が得られる。ま
た巻線３０，３１，３２の各々に別々な電流を印
加すればコイルボビン２９はＺ軸に対して微少傾
斜が与えられ、マスク９にも微少傾斜を与えるこ
とができる。この動作はマスク９に対向するウエ
ハ３が局部的な変形などによつて、その上面に微
少傾斜が生じている場合に、マスク９をウエハ３
の表面と平行に設置するのに有効である。

以上説明したＸ・Ｙ微動、θ微動、Ｚ微動およ
びＺ方向の傾斜角微動は、位置合わせ検出顕微鏡
が非接触ギヤツプ検出器によつてマスクとそれに
対向するウエハの部分的な表面の空間的位置誤差
検出信号によつて最適に調整されるものであり、
これらの検出器は既に公知であるので説明は省略
する。

以上説明したように、本発明によれば、ウエハ
を高速、高精度に移動させることが可能であり、
しかもマスクをウエハの対向する部分に高精度に
空間的位置合わせを行なうことが可能となり、例
えウエハに部分的な変形があつても、ウエハの各
部分部分については高精度に位置合わせが可能で
ある。このため大口径のウエハにも微細なパター
ンの露光転写を行なうことができる。しかもウエ
ハ移動時間、位置合わせ時間の短かい優れたステ
ツプアンドレピート露光装置を実現できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明アライメントステージの一実施
例の概要を示す一部切欠正面図、第２図は第１図
のウエハ移動機構の詳細な一部切欠斜視図、第３
図は第２図のリニアモータを別な形式とした一部
切欠斜視図、第４図は第１図のマスクホルダに組
込まれる微動機構を示す分解斜視図、第５図は第
４図の機構断面図、第６図は第５図のＡ−Ａ断面
図、第７図は第４図のＺ微動機構の他の実施例を
示す分解斜視図、第８図は第７図の機構断面図で
ある。 １……定盤、２……移動台、３……ウエハ、
４，５……移動体、６……ガイド、７……リニア
モータの移動ヨーク、８……リニアモータの固定
ヨーク、９……マスク、１０……マスクホルダ、
１１……Ｌ形ミラー、１２……磁気回路、１３…
…永久磁石、１４……コイルボビン、１５……環
状振動板、１６……中空円筒、１７……マスク保
持部、１８……ワイヤ、１９……支持板、２０，
２１，２２……電歪素子、２３，２４，２５……
剛体球、２６，２７，２８……バネ、２９……コ
イルボビン、３０，３１，３２……巻線、３３…
…永久磁石、３４……磁気回路、３５……環状振
動板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互に平行な対向する２平面からなる案内部を
   有し、１対の平行な円筒ガイドからなる静圧気体
   軸受に案内された移動体を、移動ヨークのガイド
   を上記円筒静圧気体軸受と共通にしたリニヤモー
   タにより非接触に駆動する送り機構と、該送り機
   構に直交する他の同一構造の送り機構を、各案内
   部を井桁状に交差させ、その井桁状中央部に、こ
   れとは別に加工精度の良い定盤上を矩形平面形の
   静圧気体軸受によつて浮上しているウエハを搭載
   する移動台を載置し、該移動台の側面に設けられ
   た矩形平面形の静圧気体軸受によつて、案内部に
   近接して保持し、上記送り機構の移動に伴つて定
   盤上を直交する２方向に移動するウエハ移動機構
   と、該ウエハ移動機構の上部に対向近接して置か
   れ、ウエハ移動機構の２つの移動方向と夫々同じ
   方向に微少距離移動するＸ・Ｙ微動機構と、これ
   に直交するＺ微動機構と、Ｘ・Ｙ微動方向の平面
   内で微少角回転するθ微動機構を有するマスクホ
   ルダとから構成されることを特徴とするステツプ
   アンドレピート露光用アライメントステージ。 ２ Ｘ・Ｙ微動機構、Ｚ微動機構、θ微動機構の
   全部又は１部をウエハ移動機構の移動台側にもう
   け、マスクホルダ側の微動機構の全部又は１部を
   とり除いた特許請求の範囲第１項記載のステツプ
   アンドレピート露光用アライメントステージ。 ３ Ｘ・Ｙ微動機構として、その一方向には１個
   の電歪素子を、他の一方向には平行する２個の電
   歪素子を配置し、該平行する２個の電歪素子に互
   に異なる電圧を印加することにより、θ微動を可
   能ならしめθ微動機構をとり除いた特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のステツプアンドレピ
   ート露光用アライメントステージ。 ４ Ｚ微動機構として、Ｚ微動方向に垂直な平面
   に外周を固定した環状振動板を配置し、該環状振
   動板の内周には３個の分離された板状駆動コイル
   をもうけたボビンを取付け、別に固定された環状
   磁気回路と該３個の駆動コイルに流れる電流の動
   電力によつてボビンをＺ方向に微動させるととも
   に、その傾斜角をも微小変させることを可能とし
   た特許請求の範囲第１項または第２項記載のステ
   ツプアンドレピート露光用アライメントステー
   ジ。