JPH04129209A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用露光装置に
関し、特にウェハステージの制御特性を改良して位置決
め精度の向上と位置設定時間の短縮を図り、レチクル上
に形成された電子回路等のパターンをレンズ等の光学手
段を介して、クエへ面上に露光転写する際、レチクルと
ウニへの位置合せ（アライメント）を高精度に行なう露
光装置に関するものである。

［従来の技術］ ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体素子製造用の露光装置には解像
性能、重ね合せ性能という２つの基本的な性能が要求さ
れている。前者は半導体基板（以下「ウェハ」と称す）
面上に塗布されたフォトレジスト面上にいかに微細なパ
ターンを形成するかという能力であり、後者は前工程で
ウェハ面上に形成されたパターンに対し、フォトマスク
上のパターンをいかに正確に位置合せして転写できるか
という能力である。

露光装置はその露光方法により、例えばコンタクト、プ
ロキシミディ、ミラー１：１投影、ステッパー　Ｘ線ア
ライナ−等に大分類され、その中で各々最適な重ね合せ
方式が考案され実施されている。

一般に半導体素子製造用としては解像性能と重ね合せ性
能の双方のバランスがとれた露光方法が好ましく、この
為、現在縮少投影型の露光装置、所謂ステッパーが多用
されている。

これからの露光装置として要求される解像性能は０．５
μｍ近傍であり、この性能を達成可能な露光方式として
は例えばエキシマレーザ−を光源としたステッパー、Ｘ
線を露光源としたプロキシミティタイプのアライナ−、
モしてＥＢの直接描画方式の３方式がある。このうち生
産性の点からすれば前者２つの方式が好ましい。

一方、重ね合せ精度は一般的に焼付最小線幅の１７３〜
１１５の値が必要とされており、この精度を達成するこ
とは一般に解像性能の達成と同等か、それ以上の困難さ
を伴フている。

露光装置に於けるアライメントとは、レチクル面上のパ
ターンとウェハ面上のパターンとの相対位置合せおよび
第１層露光時の各ステップ配列の位置合わせをいう。

従来この種の露光装置は、ウェハ受渡し時に、ウェハス
テージに内蔵されたウェハ受渡し手段（具体的には３点
ピン又はセンターアップ）がウェハを受け取りウェハチ
ャックにこのウェハを受け渡しウェハをチャックに真空
吸着後に粗アライメント（プリアライメント）を行なっ
ていた。

一方、プリアライメントを行なうためには、上下方向（
Ｚ方向）及び回転方向（θ方向）に関し、ストロークは
２方向に１．５ｍｍ程度、θ方向に±３°程度必要とし
、分解能はＺ方向に０．１ｍｍ、θ方向に２５″程度必
要である。従来、プリアライメント時にはウェハを真空
吸着した状態でウェハチャックのみ駆動し、微動ステー
ジに固定されたレーザ、干渉計を用いて参照用ミラーに
より基準位置からの距離を計測してプリアライメントを
行なっていた。このため、微動ステージ内部に、ウェハ
チャック駆動用の機構及びプリアライメント完了後の状
態を維持するためのロック機構が必要となる。従って、
従来は第４図に示すように２粗動ステージおよびθ粗動
ステージが共にθ微動ステージおよびＺ微動ステージの
上に積み重ねられた構成をしていた。

［発明が解決しようとする！！題コ しかしながら、上記従来例では、ウェハステージに内蔵
されたウェハ受け渡し手段がウェハを受け取りウェハチ
ャックにこのウェハを受け渡し、ウェハをチャックに真
空吸着後にウェハ吸着状態でウェハチャックを駆動する
ことにより、粗アライメントを行なっていたため、粗ア
ライメント終了後、ウェハチャックを上下方向、回転方
向にロックするロック機構が必要となる。また、ウェハ
チャック自体をθ移動後、θロックするため確実なロッ
クのためには手間を要しこのためステージ位置決め時間
が増大しスルーブツトの低下を来していた。さらに、ス
テップ・アンド・リピートによりロックずわを生じアラ
イメント精度を劣化させていた。

また、前述のように第４図に示す従来の構造においては
、微動ステージ全高が高くなりステージ重心位置が上方
に移動し、このため平面方向（Ｘ、Ｙ方向）の移動時に
位置決め精度を悪化させ、位置決め時間が増加して装置
全体のスルーブツトを低下させるとともにアライメント
精度と劣化させていた。またウェハの大口径化焼付パタ
ーンの微細化に伴い、ウェハチャックの大口径化及び、
平面度の向上が必要となり、ウエハチャック重量が増大
する。一方スチツパ−は、ステップ・アンド・リピート
を行ないながらウェハ全域を露光するために、各ステッ
プごとにウェハチャックを駆動する。従って、前記理由
によるウェハチャックの重量増大により微動ステージお
よびウェハチャックのロック力を増大させなければなら
ない。ロック力が弱ければ、露光ごとにウェハチャック
が移動ずれし、アライメント精度の劣化となる。またこ
れを防止しようとすればＸＹステージの移動加速度を小
さくしなければならずスルーブツトを低下させる。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、ロック剛性を高め、位置決め精度の向上および位置
決め時間の短縮を図った露光装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］前記目的を達成
するため、本発明によれば、ウェハステージに内蔵され
た、受渡し手段でウェハを受け取った状態で粗アライメ
ント（プリアライメント）を実行し、θ補正したのちウ
ェハチャックに吸着することにより、ウェハステージの
剛性を高め、位置決め精度の向上と位置決め時間の短縮
を可能としたものである。

［実施例コ 第１図、第２図は、本発明の実施例を示し、第１図は装
置全体図、第２図は、微動ステージ部分の詳細図である
。第１図に於いて１−１は投影レンズであり、レチクル
１−２のパターンをウェハ１−４に投影する。１−２は
半導体、回路等のパターンが描かれている原板（レチク
ル）である。

１−３はレチクルステージであり、レチクル１−２を吸
着し、不図示の基準マークに対し位置合せする。レチク
ルステージ１−３は鏡筒定盤１−９に支持されている。

１−４は、レチクル１−２のパターンを投影レンズ１−
１を介して記録するウェハ、１−５はウェハ１−４を真
空吸着するウェハチャックであり、微動ステージ１−６
．Ｘステージ１−７、Ｙステージ１−８およびステージ
定盤１−１６からなるＸＹステージ上に固定される。微
動ステージ１−６は、Ｘステージ１−７に固定され、ウ
ェハ１−４の受け渡し手段を内蔵する。この微動ステー
ジ１−６はウェハ１−４を投影レンズ１−１およびオフ
アクシス１−１０の焦点位置に合せる機能と、投影レン
ズ１−１の光軸回りの方向（θ方向）に回転・駆動する
機能と、紙面に対し垂直なＸＹ平面内のＸ、Ｙ％廻り（
α、β方向）に回転する機能とを有する。Ｘステージ１
−７は、Ｙステージ１−８の上方に設けられ、Ｘ方向に
移動可能である。Ｙステージ１−８はステージ定盤１−
１６上に設けられＹ方向に移動可能である。１−９は、
投影レンズ１−１、レチクルステージ１−３、オフアク
シス１−１０を支持する鏡筒定盤である。オフアクシス
１−１０は投影レンズ１−１の光軸から所定距離の鏡筒
定盤下面に固定されウェハのアライメントマークを観察
してプリアライメントを行う。１−１１は、基礎定盤１
−１５に固定され、レチクル１−２を照明し投影レンズ
１−１を介してウェハ１−４を露光するための照明系で
ある。オフアクシスアライメントスコープ１−１０によ
りウェハ１−４上のアライメント用マークおよび粗アラ
イメントマークを観察しアライメント誤差を計測するた
めにＣＣＤカメラ１−１０ａ、ＣＣＵＩ−１０ｂおよび
イメージプロセッサー１−１０ｃが備わる。微動ステー
ジ１−６上にはＸＹステージの位置計測の基準となるＹ
方向干渉計用参照ミラー１−１２Ｙが固定される。１−
１３は、基礎定盤１−１５に固定されたレーザ測長用レ
ーザヘッドである。１−１４は、装置全体を支持し床振
動等と絶縁するためのマウント、１−１５は装置全体の
基礎となる基礎定盤、１−１６はＹステージ１−８を支
持し基礎定盤に固定されたステージ定盤である。１−２
０はイメージプロセッサ（ＩＰ）１−１００により、求
めたアライメント誤差に基づいて微動ステージ１−６、
Ｘステージ１−７およびＹステージ１−８を駆動する制
御装置である。

第２図は、微動ステージ１−６の詳細図である。２−１
はウェハ、２−２はウェハ２−１を真空吸着し平面矯正
するためのウェハチャック、２−３はウェハチャック２
−２を支持し、ウェハ受け渡し時に下方に移動しプリア
ライメント終了後に上方に移動可能なチエツク保持板、
２−４は、ウェハ２−１を吸着する機能を有しＺ方向及
びθ方向に移動可能でウェハ２−１の真空吸着時にウニ
八表面をオフアクシスアライメントスコープ１−１０の
焦点位置と合致させるウェハ受け渡し用ビンである。２
−５はボールブツシュであり、ウェハ受け渡しピン２−
４がθ及び２方向に移動するときおよびチャック支持板
２−３が２方向に移動するときのガイドとなる。２−６
はＺ駆動用ピエゾ素子であり、ウェハ受け渡しピン２−
４に吸着されたウェハ２−１をオフアクシスアライメン
トスコープ１０の焦点位置に合致するように駆動する。

２−７はＩＰＩ−１０ｃにより計測されたプリアライメ
ント誤差信号によりウェハ受け渡し用ピンをθ方向に駆
動するための粗θ駆動用モータ、２−８は、粗θ駆動用
モータ２−７の駆動力をウェハ受け渡しピンに伝達する
ためのギヤトレイン、２−９は、ウェハ受け渡し用ピン
２−４からウェハ２−１をウェハチャック２−２に受け
渡すためにチャック支持板２−３を２方向に駆動する粗
２駆動用モータである。２−１０は、粗２駆動モータ２
−７の駆動力をカム２−１１に伝達するためのウオーム
ギヤであり、カム２−１１は、ウェハ支持板２−３をＺ
方向に駆動する。２−１２は徴２基板に支持され、微θ
基板２−１６をθ方向に回転させるために紙面に垂直方
向に、伸縮し、鋼球を介し点接触で微θ基板２−１６を
押圧する徴θ駆動用ピエゾ素子である。２−１３は、徴
θ駆動用板バネであり、徴θ基板２−１６と徴２基板２
−１７間を結合する。この板バネ２−１３は紙面に垂直
な方向に剛性が小さくｚ方向に大台な剛性を有するため
徴θ駆動時θ方向のガイドの働きをする。２−１４はＸ
ステージ１−７上の３力所以上に設けられた徴２駆動用
ピエゾ素子であり、徴２基板２−１７を２方向に駆動し
てウェハ２−１を２方向及びα、β方向に移動させる。

２−１５は、Ｘステージ１−７と徴Ｚ基板２−１７を連
結する徴Ｚ駆動用ガイド板バネであり、紙面に垂直な方
向に剛性を有し上下方向（Ｚ方向）に剛性が小さい、２
−１８は、チャック支持板２−３が２移動するとき、θ
方向の回転を規制し、Ｚ移動後、徹θ駆動時にチャック
支持板２−３と徹θ基板２−１６を一体として駆動する
ための回転規制部である。この回転規制部２−１８の詳
細を第３図に示す。２−２１は徹θ基板２−１６とチャ
ック支持板２−３を一定力でつきあてるために一端はチ
ャック支持板にもう一端は徴θ基板に取りつけられた片
よせバネである。２−１９は回転規制時および徴θ駆動
時にチャック支持板に力を伝達するためのベアリングで
ある。２−２０は参照ミラーである。

次に上記構成の露光装置の動作について説明する。

まず図示しないレチクル搬送系によりレチクル１−２が
レチクルステージ１−３に搬送され、レチクルステージ
１−３により所定位置に位置合せされる０次にメヤニア
ルブリアライメントされたウェハ１−４が不図示のウェ
ハ供給ハンドによりウェハ受け渡し位置に位置決めされ
たＸＹステージに内蔵されたウニへ受け渡しピン２−４
に受け渡される。なおこの時、ウェハチャック１−５（
２−２）及びチャック支持板２−３は下方に位置してい
る。ウェハ１−４　（２−１）がウェハ受け渡しピン２
−４へ受け渡されると、これを制御装置１−２０が確認
し、次にＸＹステージに対し、プリアライメント位置へ
移動指令を出す。

ＸＹステージは不図示のレーザ測長器により制御され、
プリアライメント位置へ移動する。

次に、プリアライメント位置でウェハ受け渡し用ビン２
−４は、オフアクシスアライメントスコープ１−１０の
焦点位置にウェハ１−４上面が合致するように制御装置
の指令により微動ステージ１−６内の２駆動用ピエゾを
駆動する。駆動量は、オフアクシスアライメントスコー
プ１−１０のオートフォーカス機能により計測され、制
御系に通信される。フォーカス後、オフアクシスアライ
メントスコープ１−１０によりウェハ１−４（２−１）
上のプリアライメントマークを計測し、誤差をＩＰＩ−
１０ｃにより算出し、制御装置１−２０に通信する。制
御装置１−２０が微動ステージ１−６内の粗θ駆動モー
タに駆動指令を出すとウェハ受け渡し用ピン２−４はウ
ェハ１−４（２−１）を真空吸着した状態でθ方向に回
転しプリアライメントが完了する。

次に、プリアライメント完了信号を受けとった制御装置
１−２０より微動ステージ１−６に対しウェハ１−４（
２−１）をウェハチャック２−２へ受け渡す指令が出さ
れ、ウェハチャック２−２は、粗Ｚ駆動用モータ２−９
、ウオームギヤ２−１０、カム２−１１によりＺ方向に
駆動されウェハ受け渡し用ピン２−４よりウェハ１−４
（２−１）を受け取る。ウェハはこのウェハチャック２
−２に真空吸着される。このと幹、ウェハチャックは回
転規制部２−１８によりθ方向に回転することはなく、
またチャックの支持板２−３と徴θ基板２−１６内にあ
るＺ駆動モータをロックすることにより、チャック支持
板２−３はその位置でロックされる。

ウェハ１−４（２−１）のウェハチャック２−２への吸
着及びチャック支持板のロックが制御装置１−２０で確
認されるとこの制御装置１−２０よりＸＹステージに対
し、アライメント位置への移動指令が出る。その後通常
の露光装置の動作と同様に動作が行なわれる。ただしプ
リアライメント完了後、以降は、θ微動、Ｚ微動のみ駆
動で通常の露光装置の動作が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、ステージに内蔵され
た、ウェハ受け渡し手段がウェハを受け取った状態でプ
リアライメントを実行しウェハ受け渡し手段をθ補正し
たのちクエへをウェハチャックに吸着することにより、
ウェハステージの剛性を高めステージ位置決め精度の向
上と位置決め時間の短縮が図られるため露光装置の高精
度、高スループツト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

３４１図は、本発明の実施例に係る露光装置の主体構成
図、 第２図は、′ｓ１図の露光装置の微動ステージ部分の詳
細図、 第３図は、 の拡大図、 第４図は、 ある。 第２図の微動ステージの回転規制部 従来の微動ステージの構成説明図で １−１：投影レンズ、１−２ニレチクル、１−４：ウェ
ハ、１−６：微動ステージ、１−７：Ｘステージ、１−
Ｂ：Ｙスｆ−ジ、１−１０：オフアクシスアライメント
スコープ２−１：ウェハ、２−２：ウェハチャック、２
−３＝チヤツク保持板、 ２−４＝ウエハ受け渡し用ピン、 ２−６　：　Ｚ駆動用ピエゾ素子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）転写すべきパターンが形成された第１物体と、前
   記パターンを焼付ける第２物体と、前記第１物体を支持
   する第１ステージと、前記第２物体を搭載する第２ステ
   ージと、前記第１および第２物体間に設けた投影光学系
   と、前記第１物体および投影光学系を介して前記第２物
   体を露光する照明系と、前記第２ステージに装着された
   前記第２物体の受け渡し手段と、前記第２物体を前記第
   ２ステージ上に固定するための吸着手段と、前記第１お
   よび第２物体を相互に位置合わせするために前記第２ス
   テージを駆動制御する制御装置とを具備し、前記第２ス
   テージはＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能でかつＸ、Ｙお
   よびＺ軸廻りに回転可能であり、前記制御装置は前記受
   け渡し手段が第２物体を受け取った状態でプリアライメ
   ントおよびＺ軸廻りの回転位置決めを行ない、その後に
   該第２物体を前記吸着手段により固定するように構成し
   たことを特徴とする露光装置。
2. （２）前記第２ステージはＸステージとＹステージと微
   動ステージとからなり、該微動ステージは３か所以上に
   設けたＺ方向の駆動手段とＺ軸廻りの回転駆動手段とを
   具備し、前記受け渡し手段は該微動ステージ上面に突出
   可能であり、前記吸着手段は該受け渡し手段に対しＺ方
   向に移動可能に構成されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の露光装置。