JP3938110B2 - 基板受渡機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光装置等に使われる基板の受渡技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置における、ステージ、及び搬送装置などの基板受渡機構においては、従来、メカニカルクランプや摩擦保持、もしくは真空吸着などが用いられてきた。特に真空吸着機構は、大気圧中での基板保持手段として有効であった。しかし、近年、露光パターンの微細化に伴い、露光のための装置環境を真空中におかなければならないという要求が大きくなってきている。このような真空の環境下においては、真空吸着機構は用いることができない。また、摩擦保持は可能ではあるが、大きな保持力を得ることができない。装置がメカニカルクランプ等を有すると、クランプを基板に接触させる時に基板の位置ずれを生じるといった問題点がある。そのため、真空中において、基板の位置精度を維持しつつ、高速搬送するなど、高い保持力を必要とする基板受渡機構においては、一般に静電チャックによる静電保持が用いられる（特許文献１）。
【０００３】
しかし、静電チャックにおいては、基板の保持、及び離脱に長時間を要するといったデメリットがある。そのため、基板搬送中に複数の受渡機構を有する露光装置において、静電チャックを用いることは、装置のスループットの観点からは好ましくない場合がある。一方、高速で搬送することが困難な摩擦保持や、基板の位置精度を低下させるメカニカルクランプなどが使用に適さない場合があることも事実である。特に、基板を、ステージに受け渡す前に、プリアライメントするような機構においては、基板位置の精度維持は重要な問題となる。また、摩擦保持やメカニカルクランプにおいては、基板を傷付けることや、基板や機構からの発塵なども懸念される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９―３０６８３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、真空中での使用、または基板受渡時間の点で有利な、静電チャックを用いた基板受渡技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の基板受渡機構は、基板を保持するための第１の静電チャックを含み、前記基板を搬送するための基板搬送手段と、
前記基板を保持するための第２の静電チャックを含む基板保持手段と、
前記基板搬送手段と前記基板保持手段との間での前記基板の受渡を制御する制御手段と、
前記第１の静電チャックが前記基板を保持するための保持力を検出する第１の検出手段と、
前記第２の静電チャックが前記基板を保持するための保持力を検出する第２の検出手段とを備え、
前記制御手段は、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段のうち基板引渡側の方に対応した検出出力が、前記基板受渡完了時の基板引渡側の方に対応した検出出力より大きく、且つ基板受取側の方に対応した検出出力より小さい時点で、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段の少なくとも一方をそれらの隙間を広げるように移動させることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明の基板受渡機構は、基板を保持するための第１の静電チャックを含み、前記基板を搬送するための基板搬送手段と、
前記基板を保持するための第２の静電チャックを含む基板保持手段と、
前記基板搬送手段と前記基板保持手段との間での前記基板の受渡を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記基板の受渡の動作時間が第１の時間に達したことに基づき、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段のうち基板引渡側の方が前記基板を保持するための保持力を弱めさせると共に、前記動作時間が前記第１の時間より後で且つ前記基板受渡完了前の第２の時間に達したことに基づき、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段の少なくとも一方をそれらの隙間を広げるように移動させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
第１の実施形態として、露光装置内の基板受渡機構における、ステージと搬送機構間での基板の受渡について、保持対象がレチクルである場合を例として説明する。図１は本発明により構成された第１の実施形態を表す。この基板受渡機構は、ステージ２と、搬送機構６とを備え、これらにそれぞれ対応する電流計４，８と電圧源５，９が個別に接続されている。
【００１８】
ステージ２にはレチクル１０の保持部または保持手段として静電チャック３が構成されている。また、搬送機構６は、レチクル１０の保持部または保持手段として、ステージ２のチャック３と異なる面を保持するように、静電チャック７が構成されている。電流計４，８は、チャック３，７の保持力を検出するための手段として構成されており、チャック３，７の保持力は、各々異なる電圧源５，９で制御可能である。
【００１９】
図２を用い図３を参照しつつ、搬送機構６上のレチクル１０を、ステージ２へ受け渡す手段について説明する。この受渡は、チャック制御系１００が各部を制御することにより行われる。搬送機構６には、レチクル１０がチャック７によって静電保持された状態で搭載されている（図２（ａ））。レチクル１０をステージ２へ受け渡すためには、ステージチャック３のチャック面と、レチクル１０のチャック面のギャップを維持し、平行にならわせる必要がある。そのため、この露光装置は、ステージ２、または搬送機構６をＺ方向へ駆動する（図３のステップ１１）。このとき、必要であればチルト方向へも駆動する。チャック３とレチクル１０が静電保持可能な位置関係に到達すると、チャック制御系１００によるレチクル１０の受渡を行う（図２（ｂ））。
【００２０】
この受渡にあたって、まず、ステージ２側のチャック電圧源５によるチャック３への電圧印加によって、チャック３がレチクル１０の保持を行う（図３のステップ１２）。その間、チャック３に流れる電流が電流計４によって監視されている。電流計４が、チャック３によりレチクル１０を保持するのに十分な保持力に相当する値を示したところで（図３のステップ１３）、次に、電圧源９によりチャック７がレチクル１０のリリースを開始する（図３のステップ１４）。このリリースのための電圧源９の制御方法については、電圧源のＯＦＦ、逆電圧の印加、または周期的な正逆電圧の印加などが考えられる。この制御方法は前記以外の手段でもよい。この間、電圧源５によるチャック３の保持制御は継続しておく。
【００２１】
また、引き続き、電流計４，８を監視し、ステージ２側のチャック３の保持力が、搬送機構チャック７の保持力を上回ったときに（図３のステップ１５）、搬送機構６、またはステージ２がチャック面に垂直なＺ方向へ駆動されて移動し、搬送機構チャック７とレチクル１０のギャップを広げることにより（図２（ｃ）、図３のステップ１６）、搬送機構チャック７がレチクル１０をリリースする時間を短縮することができる。
【００２２】
以後、電流計４，８による保持力を検出し、ステージチャック３の保持力が、露光に必要な加速度で移動してもレチクル１０がずれない値に達し、かつ、搬送機構チャック７の保持力が実質的にレチクル１０を保持できなくなる値に達した（当該値が所定の閾値以下になった）ことが確認されると（図３のステップ１７）、レチクル１０の受渡が完了する。
【００２３】
ステージ２より搬送機構６又は不図示の他の搬送機構への受渡も、上記と同様又は類似の手順により、実現される。
（実施形態２）
図４は本発明により構成された第２の実施形態に係る基板受渡機構を表す構成図である。第１の実施形態との差異は、本実施形態に係る基板受渡機構が保持力の検出機構を有していないことである。本実施形態においては、保持力を常時検出するのではなく、あらかじめ、必要な保持力に達するまでの所要時間を実測しておく。本実施形態は、この実測時間を利用して最適化された、基板受渡の動作時間に基づく基板受渡シーケンスを採用していることを特徴とする。以下にその手順を説明する。
【００２４】
あらかじめ実測しておくべき時間は、電圧源５の接続オンからステージ２側のチャック３がレチクル１０を保持するのに十分な保持力に達するまでの経過時間Ｔ１と、ステージ２側のチャック３の保持力が、搬送機構チャック７の保持力を上回るまでの時間Ｔ２と、ステージチャック３の保持力が、露光に必要な加速度で移動してもレチクル１０がずれない値に達するまでの時間Ｔ３と、搬送機構チャック７の保持力がレチクル１０を離脱するまでの時間Ｔ４である（図５参照）。このＴ１〜４を用いて以下の受渡が実現される。
【００２５】
実施形態１と同様に、図２を用い、図６を参照しつつ、搬送機構６上のレチクル１０を、ステージ２へ受け渡す手段について説明する。搬送機構６には、レチクル１０がチャック７によって静電保持された状態で搭載されている（図２（ａ））。ステージチャック３とレチクル１０が静電保持可能な位置関係に到達した状態において、レチクル１０をステージ２へ受け渡すためには、ステージチャック３のチャック面と、レチクル１０のチャック面のギャップを維持し、平行にならわせる必要がある。そのため、この露光装置は、ステージ２、または搬送機構６をＺ方向へ駆動する（図６のステップ２１）。
【００２６】
次にまず、ステージ２側のチャック電圧源５によるチャック３への電圧印加（図６のステップ２２）によって、チャック３によるレチクル１０の保持を行う（図２（ｂ））。時間Ｔ１が経過したところで（図６のステップ２３）、チャック７がレチクル１０のリリースを開始する（図６のステップ２４）。チャック７のリリース開始後、Ｔ２が経過したタイミングで（図６のステップ２５）、搬送系またはステージをＺ方向に駆動して搬送機構チャック７とレチクル１０のギャップを広げることにより（図２（ｃ）、図６のステップ２６）、搬送機構チャック７がレチクル１０をリリースする時間を短縮することができる。最終的には、ステージチャック３の保持力が、露光に必要な加速度で移動してもレチクル１０がずれない値に達するまでの時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）、または搬送機構チャック７の保持力が実質的にレチクル１０を保持できなくなる値に達する（当該値が所定の閾値以下になる）までの時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）が経過したところで（図６のステップ２７）、レチクル１０の受渡が完了する。
【００２７】
これら、あらかじめ実測した既知の値を用いる手法としては、上記のように固定の時間を用いても良いし、また、時間に対する保持力のデータをテーブルや関数等の形で持ち、そのようなデータを参照して制御タイミングを決定するシーケンスとしても良い。
【００２８】
以上が、本発明の実施形態であるが、本発明の適用は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、受渡を行う機構は、レチクル搬送機構とレチクルステージとの間のレチクルの受渡に限定されるものではなく、ウエハ搬送機構とウエハステージとの間のウエハの受渡に適用されてもよく、また、他の機構間の基板受渡に適用されてもよい。また、保持力の監視（検出）手段は、電流測定によるものに限定されるものではなく、電圧測定によるものや、直接的に力（圧力）を測定することによってもよい。
【００２９】
以上説明した本発明の実施形態によれば、真空中での使用に適した基板受渡機構を提供することができる。また、静電チャック間の基板受渡時間が短縮でき、かつ、受渡前後の基板保持が静電気力（クーロン力）により行われるため、高速で精度のよい基盤搬送・移動が可能となる。また、これにより、本発明の実施形態に係る基板受渡機構を露光装置に適用した場合、露光のための装置環境を真空とした露光装置が実現でき、または、静電チャックの利点を生かしつつ露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３０】
図８は、上記と同様の基板受渡機構を含むデバイス製造装置の一例として、露光装置を示す。
この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源６１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）６２を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。
【００３１】
この露光装置は、定盤５１上にガイド５２とリニアモータ固定子２１を固設している。リニアモータ固定子２１は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子１１は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子１１を可動部５３として、ステージである可動ガイド５４に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド５４を紙面法線方向に移動させる。可動部５３は、定盤５１の上面を基準に静圧軸受５５で、ガイド５２の側面を基準に静圧軸受５６で支持される。
【００３２】
可動ガイド５４を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ５７は静圧軸受５８によって支持されている。この移動ステージ５７は、リニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド５４を基準に移動ステージ５７が紙面左右方向に移動する。移動ステージ５７の動きは、移動ステージ５７に固設したミラー５９および干渉計６０を用いて計測する。
【００３３】
移動ステージ（ウエハステージ）５７に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源６１、投影光学系６２によって、原版であるレチクルＲ（不図示のレチクルステージ上に保持される）のパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。
【００３４】
なお、本発明の基板受渡機構は、例えば、ウエハステージ５７もしくはレチクルステージに、あるいはそこから、ウエハまたはマスクをそれぞれ受け渡すための機構として適用できる。
【００３５】
また、本発明の基板受渡機構は、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。
【００３６】
次に、上記した露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。
【００３７】
一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００３８】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空中での使用、または基板受渡時間の点で有利な、静電チャックを用いた基板受渡技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る保持機構の構成図である。
【図２】 本発明の搬送系からステージへの受渡シーケンスの一例を示す図である。
【図３】 本発明の実施形態１の搬送系からステージへの受渡フローを示す図である。
【図４】 本発明の実施形態２に係る保持機構の構成図である。
【図５】 本発明の実施形態２に係る静電チャックの保持力と、チャック電圧源の接続オンから該静電チャックが基板を保持するのに十分な保持力に達するまでの経過時間との関係図である。
【図６】 本発明の実施形態２の搬送系からステージへの受渡フローを示す図である。
【図７】 デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図８】 本発明の実施形態に係る基板受渡機構が適用される露光装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：ステージ定盤、２：ステージ、３：ステージチャック、４：ステージチャック電流計、５：ステージチャック電圧源、６：搬送機構、７：搬送機構チャック、８：搬送機構チャック電流計、９：搬送機構チャック電圧源、１０：レチクル。

Claims (6)

1. 基板を保持するための第１の静電チャックを含み、前記基板を搬送するための基板搬送手段と、
   前記基板を保持するための第２の静電チャックを含む基板保持手段と、
   前記基板搬送手段と前記基板保持手段との間での前記基板の受渡を制御する制御手段と、
   前記第１の静電チャックが前記基板を保持するための保持力を検出する第１の検出手段と、
   前記第２の静電チャックが前記基板を保持するための保持力を検出する第２の検出手段とを備え、
   前記制御手段は、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段のうち基板引渡側の方に対応した検出出力が、前記基板受渡完了時の基板引渡側の方に対応した検出出力より大きく、且つ基板受取側の方に対応した検出出力より小さい時点で、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段の少なくとも一方をそれらの隙間を広げるように移動させることを特徴とする基板受渡機構。
2. 基板を保持するための第１の静電チャックを含み、前記基板を搬送するための基板搬送手段と、
   前記基板を保持するための第２の静電チャックを含む基板保持手段と、
   前記基板搬送手段と前記基板保持手段との間での前記基板の受渡を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記基板の受渡の動作時間が第１の時間に達したことに基づき、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段のうち基板引渡側の方が前記基板を保持するための保持力を弱めさせると共に、前記動作時間が前記第１の時間より後で且つ前記基板受渡完了前の第２の時間に達したことに基づき、前記基板搬送手段及び前記基板保持手段の少なくとも一方をそれらの隙間を広げるように移動させることを特徴とする基板受渡機構。
3. 請求項１又は２に記載の基板受渡機構を含むことを特徴とするデバイス製造装置。
4. 請求項１又は２に記載の基板受渡機構を含むことを特徴とする露光装置。
5. 前記基板が原版及び感光基板のいずれかであり、前記基板保持手段が前記基板を保持するステージであることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 請求項４又は５に記載の露光装置を用いて感光基板を露光する工程と、
   前記感光基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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