JP2004128249A - 基板保持搬送方法、基板ホルダ、基板搬送装置、基板保持搬送装置及び露光装置 - Google Patents

基板保持搬送方法、基板ホルダ、基板搬送装置、基板保持搬送装置及び露光装置 Download PDF

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菊地 秀和
Hidehiro Maeda
前田 栄裕
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Abstract

【課題】基板の上げ下げ作業とエンドエフェクタの入れ出し作業を一つの機構で行うとともに、基板を安定に保持できる基板保持搬送方法等を提供する。
【解決手段】基板保持搬送装置1は、基板ホルダ10と基板搬送装置20とから構成される。基板搬送装置20のエンドエフェクタ25は、基板の縁部を支持する基板支持部29を有する2又状のアーム27を備える。基板ホルダ10の吸着盤11は、基板のほぼ全面を吸着する吸着面13と、吸着盤の端面に沿って、吸着面13下に掘り込まれたエンドエフェクタの侵入溝15と、侵入溝から吸着面に通じる、エンドエフェクタの基板支持部29が通過可能な切り欠き17とを有する。基板支持部29は、溝15及び切り欠き17を通過し、基板の縁部の3ヶ所に下から当てて基板を持ち上げて搬送する。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置の基板(感応基板、ウェハ)を保持及び搬送する方法等に関する。
【0002】
【従来の技術】
露光装置において、搬送ロボットによって、感応基板(ウェハ)はウェハ収納室からステージ上に搬送されて露光され、露光終了後には、同ロボットによってステージ上からウェハ収納室に搬送される。ステージ上では、基板は全面がホルダの吸着面に吸着されて保持される。同ホルダの中央には、上下に昇降する複数本のピンが設けられている。このホルダから基板を取り外す際は、吸着力(真空や静電力)を解除した後、ピンを上昇させて、基板をホルダの吸着面の上方に持ち上げる(センターアップ方式)。そして、搬送ロボットのエンドエフェクタを基板の下面に侵入させて、エンドエフェクタで基板を保持した後、ピンを下降させて、基板をエンドエフェクタに移し替える。その後、エンドエフェクタを動かして、基板を収納室に搬送する。基板を収納室からホルダに受け渡す際は、この逆の手順となる。
【0003】
基板をホルダからエンドエフェクタに受け渡す方式には、センターアップ方式以外に、ホルダの上部に設置された搬送装置で、基板をエンドエフェクタからホルダの上面に受け渡す方式もある(エレベータ方式)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方式では、ホルダ上で基板を上げ下げする作業と、エンドエフェクタを基板の下に入れ出しする作業とを一連の作業としてシリーズに行わなければならないため、スループットを低下させている。また、基板の上げ下げ機構とエンドエフェクタの入れ出し機構の2つの機構が必要になるため、装置及び作業スペースが大型化し、コストがアップするという問題点があった。
また、センターアップ方式やエレベータ方式では、ピンや搬送装置を駆動するための駆動装置(モータ等)を、露光装置内のホルダの下部に設置しなければならない。このため、EB露光装置のように磁場が露光に影響を与える場合には、駆動装置からの磁場の漏れを防ぐ手段を施す必要がある。
【0005】
これに対して、基板をホルダに搬送して直接受け渡す方式がある。この方式では、ホルダがエンドエフェクタと干渉しないように、ホルダの吸着面の大きさを基板の大きさより小さくしている。すなわち、基板の周縁部がホルダの外に張り出している。このため、吸着面の有効な吸着面積が小さくなって、基板の全面を吸着できず、吸着力が弱くなる。すると、基板のホルダに吸着されていない面が反って、基板が変形することもある。
【0006】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板の上げ下げ作業とエンドエフェクタの入れ出し作業を一つの機構で行うとともに、基板を安定に保持できる基板保持搬送方法等を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基板搬送保持方法は、 基板ホルダの吸着盤の端面に沿って前記吸着面下に溝を掘り込み、該溝から前記吸着面に通じる切り欠きを設けておき、 基板ホルダの吸着盤の吸着面のほぼ全面で吸着して基板を保持するとともに、 前記溝及び切り欠きを通してエンドエフェクタの基板支持部を該基板の縁部の3ヶ所に下から当てて該基板を持ち上げて搬送することを特徴とする。
エンドエフェクタで基板を保持して、直接ホルダ上へ搬送することができるため、基板の受け渡し及び搬送作業を一連の動作で行うことができ、作業時間が短縮できる。また、基板を保持中にもエンドエフェクタを吸着盤に対して出し入れできるので、その分の時間だけ作業時間を短縮できる。さらに、基板はほぼ全面で基板ホルダに保持されるため、反り等の変形を起こし難い。
【0008】
本発明の基板ホルダは、 保持対象物である基板を吸着する吸着盤を備える基板ホルダであって、 該吸着盤が、 前記基板のほぼ全面を吸着する吸着面と、該吸着盤の端面に沿って、前記吸着面下に掘り込まれた、基板搬送ロボットのエンドエフェクタの侵入溝と、 該侵入溝から前記吸着面に通じるように切り欠かれた、前記エンドエフェクタの基板支持部が通過可能な切り欠きと、を有することを特徴とする。
エンドエフェクタは、吸着盤の端面に沿って、吸着面下に掘り込まれた侵入溝を侵入するため、ホルダの吸着面と干渉しない。そして、吸着可能な吸着面の大きさは、基板支持部が通過するための吸着面に通じる切り欠きの部分のみを除いた、ほぼ全吸着面の大きさとなる。このため、十分な基板吸着面積を確保でき、基板の吸着面への吸着力が低下せず、保持される基板の反り等の変形が起こり難い。さらに、エンドエフェクタで基板を基板ホルダに受け渡しするため、基板の昇降機能を設ける必要がなくなる
【0009】
本発明の基板搬送装置は、 搬送対象物である基板の縁部を支持する3ヶ所以上の基板支持部を有するエンドエフェクタを備える基板搬送装置であって、 前記基板支持部が、それぞれその先端部に形成された2又状のエンドエフェクタアームを有し、 該2又状のアームの内縁のプロフィルが前記基板の外縁よりも大きく形成されていることを特徴とする。
3ヶ所以上で基板の縁部を支持するため、基板を安定に保持して搬送できる。
【0010】
本発明の基板保持搬送装置は、 基板を保持及び搬送する装置であって、 該基板を保持する基板ホルダと、該基板を搬送する基板搬送装置とから構成され、前記基板ホルダが、前記基板を吸着する吸着盤を備え、 該吸着盤が、 前記基板のほぼ全面を吸着する吸着面と、 該吸着盤の端面に沿って、前記吸着面下に掘り込まれた、基板搬送ロボットのエンドエフェクタの侵入溝と、 該侵入溝から前記吸着面に通じるように切り欠かれた、前記エンドエフェクタの基板支持部が通過可能な切り欠きと、を有し、 前記基板搬送装置が、前記基板の縁部を支持する3ヶ所以上の基板支持部を有するエンドエフェクタを備え、 前記基板支持部が、それぞれその先端部に形成された2又状のエンドエフェクタアームを有し、 該2又状のアームの内縁のプロフィルが前記基板の外縁よりも大きく形成されており、 前記溝及び切り欠きを通して前記エンドエフェクタの基板支持部を該基板の縁部の3ヶ所に下から当てて該基板を持ち上げて搬送することを特徴とする。
【0011】
本発明の露光装置は、 感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、 上記記載の基板保持搬送装置を備えることを特徴とする。
基板を、ホルダ上で変形することなく保持できるとともに、安定して搬送できる。また、基板の受け渡し及び搬送作業を一連の動作で行うことができるため、露光作業のスループットが向上する。さらに、新たな機構や装置を設ける必要がなく、装置が大型化しない。また、基板の受け渡しに、磁場を発生させるような機構を設けていないため、磁場に影響されやすいエネルギ線を用いた場合にも適用できる。
なお、エネルギ線の種類は特に限定されず、光、紫外光、X線、電子線、イオンビーム等を適用できる。また、露光転写方式も特に限定されず、縮小投影式、近接等倍転写式などを適用できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る基板搬送保持装置の構造を説明するための図であり、図1(A)は平面図、図1(B)は一部断面正面図である。
図2は、本発明の実施の形態に係る基板搬送保持装置の全体の構造を説明するための図である。
図2に示すように、この基板搬送保持装置1は、基板ホルダ10と基板搬送装置20とから構成される。基板ホルダ10は、露光装置のウェハチャンバ121内のウェハステージ131上に設置されている。基板搬送装置20は、同装置内の基板収容室141とウェハステージ131上の基板ホルダ10間で基板Wを搬送するとともに、同ホルダ10に基板Wを受け渡す。
【0013】
まず、基板搬送装置20の構造を説明する。
基板搬送装置20は、図2に示すように、ベース21と、関節運動するように連結された複数のアーム23からなる搬送ロボットである。最も基部のアーム23はベース21に関節運動及び上下に移動するように取り付けられている。最も先端のアーム23にはエンドエフェクタ25が備えられている。エンドエフェクタ25は、XY面内を回転し、Z方向に移動できる。
【0014】
エンドエフェクタ25は、先端で2又状のアーム27に分岐している。図1に拡大して示すように、両アーム27の形状は左右対称であり、両アーム27の内縁のプロフィルは円形である。このプロフィルの大きさは感応基板Wの大きさよりも大きい。アーム分岐点及び各アーム27の先端の3ヶ所には、内側に突き出た基板支持部29が設けられている。基板支持部29は円形もしくは半円形の平面形状で、エンドエフェクタ25及び各アーム27と同じ厚さである。各基板支持部29は、両アーム27の内縁の円形プロフィルの中心に対して、ほぼ等しい中心角度(約120°)に配置されている。この基板支持部29の上面に、基板Wの縁部が支持される。
【0015】
次に、基板ホルダ10の構造を説明する。
図1に示すように、基板ホルダ10は、感応基板Wを吸着して保持する吸着盤11を備える。吸着盤11は円板状で、平面形状は感応基板Wの形状と同じ円形であり、径も感応基板Wの径とほぼ等しい。吸着盤11の上面は、基板Wのほぼ全面を吸着する吸着面13となっている。吸着面13には電圧が印加されて、基板Wの裏面を静電的に吸着して保持する。なお、大気雰囲気下などでは真空チャックを用いることができる。
【0016】
吸着盤11の側壁には、前述したエンドエフェクタアーム27侵入用の2つの侵入溝15が形成されている。各侵入溝15は、吸着面13の下方で、吸着盤11の両側の側壁から、所定の厚さの分を同盤の内方向に掘り込んで形成されている。各侵入溝15は、図1(B)に示すように、吸着盤11の厚さ方向において吸着面13と平行に延びている。また、図1(A)に示すように、同吸着盤11の平面方向において吸着面13の中心を通る線Lに対して対称に配置されている。各溝の奥壁は平行で、真っ直ぐに吸着盤11を横切っている。左右の溝15の奥壁間の間隔は、エンドエフェクタアーム先端の基板支持部29a間の間隔よりやや狭い。各侵入溝15の厚さは、エンドエフェクタアーム27の厚さよりやや大きい。この侵入溝15の長手方向に沿って、エンドエフェクタ25が侵入する。
【0017】
また、吸着盤11には、エンドエフェクタアーム27の基板支持部29が上下方向(Z方向)に通過するための3ヶ所の切り欠き17が設けられている。切り欠き17の平面形状は、基板支持部29の形状より一回り大きい。各切り欠き17は、吸着盤11の中心に対して、ほぼ等しい中心角度(約120°)に配置されている。2つの切り欠き17aは、各侵入溝15のほぼ先端部の、エンドエフェクタアーム先端部の基板保持部29aに対応する位置に位置し、各侵入溝15から吸着面13に通じるように形成されている。他の1つの切り欠き17bは、吸着盤11の中心線L上の、アーム分岐部の基板保持部29bに対応する位置に位置し、吸着盤11の厚さ方向の中心付近から吸着面13に通じるように形成されている。
【0018】
この基板保持搬送装置1の動作について説明する。
最初に、基板Wを収納室141からウェハステージ131上の基板ホルダ10に受け渡す場合を説明する。まず、基板Wを、収納室141から基板搬送装置1のエンドエフェクタ25の基板支持部29上に移す。この動作は従来と同様の動作である。そして、アーム23をXY平面内で移動させて、基板Wを保持したエンドエフェクタ25を、収納室141から基板ホルダ10の真上に移動させる。このとき、エンドエフェクタ25と基板ホルダ10とは、保持された基板Wと基板ホルダ10の吸着面13とが平面的に重なるとともに、エンドエフェクタ25の基板支持部29が各々対応する吸着盤11の切り欠き17に重なるように位置決めする。
【0019】
その後、アーム23をZ方向に移動させて、エンドエフェクタ25を真下に下降させる。エンドエフェクタアーム27の各基板支持部29は、吸着盤11の対応する切り欠き17を通過し、この途中で基板Wが吸着盤11の吸着面13上に移される。エンドエフェクタ25は、侵入溝15の高さに達するまで下降する。そして、エンドエフェクタ25を図1(A)の下方に引くように、そして、侵入溝15を通り抜けるように動かし、エンドエフェクタ25を基板ホルダ10から遠ざけ、待機位置に戻す。
なお、基板ホルダ10の吸着面13上に基板Wが移されると、吸着面13には電圧が印加されて、基板Wは静電力によって同面に吸着して保持される。吸着面13の大きさは、3ヶ所の切り欠き17の部分以外の、ほぼ基板Wの大きさと同じであり、基板Wのほぼ全面を吸着して保持するため、吸着力を確保でき、基板Wの反り等が起こらない。
【0020】
このような動作は、従来の基板受け渡し動作(センターアップ方式)より少ない動作ですむ。すなわち、センターアップ方式の基板受け渡し動作は、▲1▼基板ホルダのピンを基板受け位置まで上昇させる、▲2▼基板を保持したエンドエフェクタをピンの上部まで移動させて、基板をピン上に移す、▲3▼エンドエフェクタを戻す、▲4▼ピンを下降させて、基板を吸着面上に移す、の4つの動作からなる。
一方、本発明の基板保持搬送装置の受け渡し動作は、▲1▼基板を保持したエンドエフェクタを吸着面の上部まで移動させる、▲2▼エンドエフェクタを下降させて、基板を吸着面上に移す、▲3▼エンドエフェクタを戻す、の3つの動作ですむ。このため、基板搬送時間を短縮できる。なお、▲3▼のエンドエフェクタを戻す(吸着盤から出す)動作は、他の工程と併行して(同時に)行うことができるので、露光の時間は基板ハンドリングのタクトタイムから差し引くこともできる。
【0021】
次に、基板Wを基板ホルダ10からエンドエフェクタ25に受け取る場合について説明する。まず、アーム23を操作して、エンドエフェクタ25を吸着盤11の侵入溝15に合う位置に位置させる。そして、アーム23を動かし、図1(A)の上方向にエンドエフェクタを進めて各基板支持部29が各々対応する吸着盤11の切り欠き17に重なる位置に達するまで、エンドエフェクタ25を侵入溝15内に侵入させる。その後、吸着盤11の吸着面13への電圧印加を停止し、基板Wと吸着面13との静電力を解除する。
【0022】
そして、アーム23をZ方向に移動させて、エンドエフェクタ25を真上に上昇させる。エンドエフェクタアーム27の基板支持部29は、吸着盤11の切り欠き17を通過し、この途中で基板Wが基板支持部29上に移される。その後、エンドエフェクタ25を吸着面上方まで上昇させ、アーム23をXY面内で回転させて基板Wを基板収納室141に搬送する。
【0023】
この基板受け取り動作についても、従来の方式と比べて少ない動作で行うことができる。また、いずれの動作も、基板Wの吸着面13への受け渡しをエンドエフェクタ25(搬送装置20)で行っており、基板昇降用の装置をウェハステージ131に設ける必要がない。
【0024】
図3は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を模式的に説明するための図である。
電子線露光装置100の上部には、光学鏡筒101が配置されている。光学鏡筒101には、真空ポンプ(図示されず)が設置されており、光学鏡筒101内を真空排気している。
【0025】
光学鏡筒101の上部には、電子銃103が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃103の下方には、順にコンデンサレンズ104a、電子線偏向器104b等を含む照明光学系104が配置されている。同鏡筒104の下方には、レチクルRが配置されている。
電子銃103から放射された電子線は、コンデンサレンズ104aによって収束される。続いて、偏向器104bにより図の横方向に順次走査(スキャン)され、光学系の視野内にあるレチクルRの各小領域(サブフィールド)の照明が行われる。なお、図ではコンデンサレンズ104aは一段であるが、実際の照明光学系には、数段のレンズやビーム成形開口、ブランキング開口等が設けられている。
【0026】
レチクルRは、レチクルステージ111の上部に設けられたチャック110に静電吸着等により固定されている。レチクルステージ111は、定盤116に載置されている。
【0027】
レチクルステージ111には、図の左方に示す駆動装置112が接続されている。なお、実際には、駆動装置(リニアモータ)112はステージ111に組み込まれている。駆動装置112は、ドライバ114を介して、制御装置115に接続されている。また、レチクルステージ111の側方(図の右方)にはレーザ干渉計113が設置されている。レーザ干渉計113も、制御装置115に接続されている。レーザ干渉計113で計測されたレチクルステージ111の正確な位置情報が制御装置115に入力される。レチクルステージ111の位置を目標位置とすべく、制御装置115からドライバ114に指令が送出され、駆動装置112が駆動される。その結果、レチクルステージ111の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【0028】
定盤116の下方には、ウェハチャンバ(真空チャンバ)121が配置されている。ウェハチャンバ121の側方(図の右側)には真空ポンプ(図示されず)が接続されており、ウェハチャンバ121内を真空排気している。
ウェハチャンバ121内(実際にはチャンバ内の光学鏡筒内)には、コンデンサレンズ(投影レンズ)124a、偏向器124b等を含む投影光学系124が配置されている。ウェハチャンバ121内の下部には、ウェハ(感応基板)Wが配置されている。
【0029】
レチクルRを通過した電子線は、コンデンサレンズ124aにより収束される。コンデンサレンズ124aを通過した電子線は、偏向器124bにより偏向され、ウェハW上の所定の位置にレチクルRの像が結像される。なお、図ではコンデンサレンズ124aは一段であるが、実際には、投影光学系中には複数段のレンズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。
【0030】
ウェハWは、ウェハステージ131の上部に設けられたホルダ10(図1参照の吸着面13に静電力によって吸着されて保持されている。ウェハWは、基板搬送装置20(図1、図2参照)によって、ウェハ収納室141とウェハステージ131のホルダ10との間で受け渡しされる。ウェハステージ131は、定盤136に載置されている。
【0031】
ウェハステージ131には、図の左方に示す駆動装置132が接続されている。なお、実際には駆動装置132はステージ131に組み込まれている。駆動装置132は、ドライバ134を介して、制御装置115に接続されている。ウェハステージ131の側方(図の右方)にはレーザ干渉計133が設置されている。レーザ干渉計133も、制御装置115に接続されている。レーザ干渉計133で計測されたウェハステージ131の正確な位置情報が制御装置115に入力される。ウェハステージ131の位置を目標とすべく、制御装置115からドライバ134に指令が送出され、駆動装置132が駆動される。その結果、ウェハステージ131の位置をリアルタイムで正確にフィードバック制御することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エンドエフェクタで基板を保持して搬送し、直接ホルダ上へ受け渡すため、基板の上げ下げ作業とエンドエフェクタの入れ出し作業を一つの機構で行うことができる。このため、搬送時間を短縮でき、スループットを向上できる。また、基板を変形させることなく安定に保持できる。さらに、ステージ付近に基板受け渡し用の駆動装置を設ける必要がないため、装置が簡単になり、磁場の漏れに対処する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る基板搬送保持装置の構造を説明するための図であり、図1(A)は平面図、図1(B)は一部断面正面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る基板搬送保持装置の全体の構造を説明するための図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を模式的に説明するための図である。
【符号の説明】
1 基板搬送保持装置
10 基板ホルダ           11 吸着盤
13 吸着面             15 侵入溝
20 基板搬送装置          21 ベース
23 アーム             25 エンドエフェクタ
27 アーム             29 基板支持部
17 切り欠き
100 電子線露光装置        101 光学鏡筒
103 電子銃            104 照明光学系
110 チャック           111 レチクルステージ
112 駆動装置           113 レーザ干渉計
114 ドライバ           115 制御装置
116 定盤             121 ウェハチャンバ
124 投影光学系          131 ウェハステージ
132 駆動装置           133 レーザ干渉計
134 ドライバ           136 定盤
141 基板収容室

Claims (5)

  1. 基板ホルダの吸着盤の端面に沿って前記吸着面下に溝を掘り込み、該溝から前記吸着面に通じる切り欠きを設けておき、
    前記基板ホルダの吸着盤の吸着面のほぼ全面で吸着して基板を保持するとともに、
    前記溝及び切り欠きを通してエンドエフェクタの基板支持部を該基板の縁部の3ヶ所に下から当てて該基板を持ち上げて搬送することを特徴とする基板保持搬送方法。
  2. 保持対象物である基板を吸着する吸着盤を備える基板ホルダであって、
    該吸着盤が、
    前記基板のほぼ全面を吸着する吸着面と、
    該吸着盤の端面に沿って、前記吸着面下に掘り込まれた、基板搬送ロボットのエンドエフェクタの侵入溝と、
    該侵入溝から前記吸着面に通じるように切り欠かれた、前記エンドエフェクタの基板支持部が通過可能な切り欠きと、
    を有することを特徴とする基板ホルダ。
  3. 搬送対象物である基板の縁部を支持する3ヶ所以上の基板支持部を有するエンドエフェクタを備える基板搬送装置であって、
    前記基板支持部が、それぞれその先端部に形成された2又状のエンドエフェクタアームを有し、
    該2又状のアームの内縁のプロフィルが前記基板の外縁よりも大きく形成されていることを特徴とする基板搬送装置。
  4. 基板を保持及び搬送する装置であって、
    該基板を保持する基板ホルダと、該基板を搬送する基板搬送装置とから構成され、
    前記基板ホルダが、前記基板を吸着する吸着盤を備え、
    該吸着盤が、
    前記基板のほぼ全面を吸着する吸着面と、
    該吸着盤の端面に沿って、前記吸着面下に掘り込まれた、基板搬送ロボットのエンドエフェクタの侵入溝と、
    該侵入溝から前記吸着面に通じるように切り欠かれた、前記エンドエフェクタの基板支持部が通過可能な切り欠きと、
    を有し、
    前記基板搬送装置が、前記基板の縁部を支持する3ヶ所以上の基板支持部を有するエンドエフェクタを備え、
    前記基板支持部が、それぞれその先端部に形成された2又状のエンドエフェクタアームを有し、
    該2又状のアームの内縁のプロフィルが前記基板の外縁よりも大きく形成されており、
    前記溝及び切り欠きを通して前記エンドエフェクタの基板支持部を該基板の縁部の3ヶ所に下から当てて該基板を持ち上げて搬送することを特徴とする基板保持搬送装置。
  5. 感応基板上にエネルギ線を選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、
    請求項4に記載の基板保持搬送装置を備えることを特徴とする露光装置。
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