(57)【要約】【課題】高い位置決め精度と高いスループットを維持する基板の位置決めを実現する。【解決手段】プリアライメントステージ３０とレチクルステージ１０を有し、レチクルの位置決めを行なう位置決め装置は、ステージ３０載置されたレチクルに対して、レチクルマークが所定位置に来るようにラフな位置決め、すなわちプリアライメントを行なう。交換ハンド４は、ステージ３０よりレチクルステージ１０へレチクルを移載する。ここで、交換ハンド４による基板上のマークの移動先は既知である。そして、レチクルステージ１０では、画像処理部３１、制御部３２、第１の撮像機構２０、２１により、レチクルマークが所定位置に来るように、レチクルに対して高精度な位置決めを行なう。レチクルステージ１０で位置決めされたレチクルは露光処理等に使用される。そして、レチクルステージ１０における位置決め及び／又は露光処理の実行中に、ステージ３０に新たに載置されたレチクルについてプリアライメントを実行可能である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２ステージで基板の位置決めを行ない、位置決めされた基板を用いて所定の露光処理を実行する露光装置であって、
前記第１ステージに載置された基板に対して、第１撮像機構を用いて該基板上のマークの位置検出を行ない、その検出結果に基づいて位置決めを行なう第１位置決め手段と、
前記第１ステージ上より前記第２ステージ上へ該基板を移載する移載手段と、
該第２のステージに載置された前記基板に対して、前記第１撮像機構より高倍率の第２撮像手段を用いて前記マークの位置検出を行ない、その検出結果に基づいて位置決めを行なう第２位置決め手段と
を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体露光装置におけるレチクルの位置決め等に好適な位置決め装置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レチクル、ウエハの位置決め精度は、装置性能に直接影響する重要な性能である。これは、露光装置においては、レチクル上に描画された回路パターンと、ウエハ上の各ショット領域のパターンとを精度よく重ねあわせ、異なる回路パターンをウエハ上に幾層にも精度よく積み重ねる必要があるためである。このような高い重ねあわせ精度を得る為には、レチクルやウエハを常に精度良く位置決めする必要がある。一般に露光装置においては、ウエハとレチクルの両基板間の高精度な位置決めを行なうために、各基板は各々のステージに対して位置決めされる。その為、レチクルやウエハの移動ステージに対する位置決め精度も重要となる。
【０００３】
例えば、一般に、レチクルのレチクルステージに対する位置決めは、レチクル下面に設けられたレチクルマークと、レチクルステージ上面に設けられた基準マークの位置を重ねあわせ、計測することによって行われている。この場合、レチクルをレチクルステージ上に置き、まずレチクルマークと基準マークの両方が規定の相対位置関係を得られるところへレチクル及び／またはレチクルステージを移動させ、位置決めを行う。
【０００４】
従来、以上のような位置決めを実現するシステムは、例えば図１のように構成されていた。レチクル搬送用のロボット１から供給されたレチクル５は、レチクル保持部２において突き当てピン３によって外形基準による位置決めがなされる。その後、レチクル５は、レチクル交換用の交換ハンド４でレチクルステージ１０へ供給され、レチクルステージ１０に対して位置決めされる。２０、２１はそれぞれ計測用のカメラとその照明用のＬＥＤであり、レチクルマークと基準マークを撮像する。この画像処理部３１は、この撮像データを用いて両マークの位置を計測する。この位置計測結果はレチクルの位置決めに用いられる。この例では、計測結果は制御部３２を通してレチクルステージの駆動部１１に反映され位置決めされ、レチクルステージ上のレチクル保持部１２へレチクルが受け渡されることによりレチクルの位置決めが実現されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３４９０２２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記位置決め時の初期状態として、基準マークとレチクルマークの位置がまったくわからないと、上記位置決めにおいてマークの位置を見つける模索から始めなければならず、装置のスループットが大幅に遅れてしまう。一般に、ステージの基準マークの位置は装置自身が把握できるが、レチクルマークの位置はレチクル毎に異なる。従って、装置のスループットを向上させるために、あらかじめレチクルマークの位置がわかるように、プリアライメントと呼ばれる粗い位置合わせが行われる。
【０００６】
プリアライメントを実現するシステムとして、特許文献１に示されるようなシステムが提案されている。この提案によれば、プリアライメントをレチクルの汚染の検査、在庫表の作成などのレチクルのセットアップ処理と並列に実行することによりスループットの向上を実現している。しかしながら、この例では、プリアライメントの計測手段はレチクル交換用ハンドの回転部に固定された４セル検出器であり、レチクルの供給側および、レチクルステージ側で同じアライメント精度となり、また高い精度を得ることは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、高い位置決め精度と高いスループットを維持する基板の位置決めを実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
第１及び第２ステージで基板の位置決めを行ない、位置決めされた基板を用いて所定の露光処理を実行する露光装置であって、
前記第１ステージに載置された基板に対して、第１撮像機構を用いて該基板上のマークの位置検出を行ない、その検出結果に基づいて位置決めを行なう第１位置決め手段と、
前記第１ステージ上より前記第２ステージ上へ該基板を移載する移載手段と、
該第２のステージに載置された前記基板に対して、前記第１撮像機構より高倍率の第２撮像手段を用いて前記マークの位置検出を行ない、その検出結果に基づいて位置決めを行なう第２位置決め手段とを備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１０】
以下に説明する実施形態では、露光装置におけるレチクルのアライメント機構に本発明を適用した例を説明する。本実施形態の露光装置においては、位置決めされるべきレチクルに対するプリアライメントを露光処理動作と並列に実行させ、これによってレチクル交換時間を短縮し、高いスループットを実現する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図２は第１実施形態によるレチクル位置決め機構の構成を示す図である。本実施形態は上述したように露光装置に適用されたものであるが、レチクル位置決め機構を詳細に示すために、図２では投影光学系やウエハステージの構成は図示を省略している。
【００１２】
図１に示した従来例の構成に加えて、プリアライメントを行うためのステージ３０、及び撮像機構を構成するための撮像部４０と照明用ＬＥＤ４１が設けられている。なお、レチクル搬送用のロボット１は図示を省略した。また、以下、撮像部２０と照明用ＬＥＤ２１を第１の撮像機構、撮像部４０と照明用ＬＥＤ４１を第２の撮像機構と称する。プリアライメントステージ３０は例えばＸＹθ３軸のリニアモータで駆動するステージである。また、撮像部２０、４０は例えばＣＣＤカメラである。第１の撮像機構（２０、２１）、第２の撮像機構（４０、４１）は非可動部の同一構造体（不図示）上に固定される。両撮像部（２０、４０）の基準位置は、例えばカメラの計測中心などの、ある計測座標点とすることによって固定とする。
【００１３】
ここで、レチクルステージ１０のレチクル保持部１２の基準位置を撮像機構２０の基準位置に合わせ、プリアライメントステージ３０上のレチクル保持部２の基準位置を撮像機構４０の基準位置に合わせる。これにより、レチクル保持部２とレチクル保持部１２の相対位置が明確になる。
【００１４】
図８は第１実施形態の露光装置によるレチクルの位置決め処理を説明するフローチャートである。
【００１５】
まず、ステップＳ１で、露光処理に使用すべきレチクルをロボット１によってレチクル保持部２上へ搬送する。ステップＳ２では、突き当てピン３によるレチクルの外形基準での位置決めが行われ、ステップＳ３で、プリアライメントステージ３０と第１の撮像機構（４０、４１）によるレチクルマークの検出と粗い位置決めが行われる。これらステップＳ１の搬送処理、及びステップＳ２、Ｓ３によるプリアライメント処理は、レチクルステージ１０上のレチクルに対する位置決めやこれを用いた露光処理（ステップＳ１１、Ｓ１２）と並行して行うことが可能である。
【００１６】
そして、レチクル交換のタイミングになるとステップＳ４からステップＳ５へ進み、交換ハンド４によって、プリアライメントステージ３０からレチクルステージ１０上へプリアライメント済みのレチクルが移載される。交換ハンド４によるレチクルの移載を終えると、プリアライメントステージ３０には使用済みのレチクルが載っているので、ステップＳ６において、ロボット１によりこれをアンロードする。その後、ステップＳ１に戻り、次に使用すべきレチクルについて粗い位置決めを行なう。一方、レチクルステージ１０上では、ステップＳ５で移載されたレチクルについて精密な位置決めが行われる。すなわち、ステップＳ１１で、第１の撮像機構２０、２１によるレチクルの精度良い位置決めが実現される。そして、ステップＳ１２において、レチクルステージ１０は位置決めされたレチクルを露光処理位置へ移動し、露光処理が実行される。そして、露光が終了すると、ステップＳ１３でレチクル位置決め用の位置（プリアライメントステージ３０からのレチクル移載可能位置）にレチクルを戻し、移載可能である旨を交換ハンド４に通知する。
【００１７】
この通知を受けて交換ハンド４は、使用済みのレチクルをレチクルステージよりアンロードするとともに、プリアライメント済みのレチクルをレチクルステージ１０にロードする（ステップＳ４、Ｓ５）。
【００１８】
以下、より詳細に説明する。
【００１９】
まず、ステップＳ１でロボット１からレチクル保持部２へ搬入されたレチクルはステップＳ２によって外形基準で位置決めされる。レチクル保持部２の構成を図３に示す。突き当てピン３ａは例えば３本のピンを基準として、２本のピン３ｂをそれぞれレチクル端面へ押し付けることによって位置決めされる。この突き当てピンによる位置決めの目的は、その後の撮像によるプリアライメントを効率よく行なうため、レチクルマーク位置を計測することなくある一定の範囲に追い込むことである。そのため、基準側の３つのピン３ａの突き当たる２辺と、レチクルマークの位置関係が、レチクルの情報としてわかっていることが望ましい。この外形による位置決めの後、レチクル保持部２で例えばレチクル下面を真空吸着し、ステップＳ３のプリアライメントへ移行する。
【００２０】
撮像部４０は、外形基準で位置決めされたレチクルマークを模索することなく検出可能にするため、突き当てピン３の精度、及びレチクル個々のレチクルマークの描画誤差を包括して、ステップＳ２の実行後にレチクルマークが確実に検出できるような広視野な検出範囲を持つもので構成する。この第２の撮像機構４０、４１によってレチクルマークを計測し、レチクルマークを基準位置（あらかじめ定めたカメラの計測座標点）４２、４３へ位置決めする。
【００２１】
位置決めの補正量は、例えば図４のように算出される。撮像部４０によって計測された基準位置となる計測座標点４２、４３と、レチクルマーク４４、４５との相対位置から図４に示されるＸＹθを算出する。そして、制御部３４を通じてプリアライメントステージ３０へ反映することによって、アライメントマークが基準位置に来るように移動し、プリアライメントは完了する。
【００２２】
上記粗い位置決め（プリアライメント）の後、レチクルを交換ハンド４によってレチクルステージ１０へ搬入する（ステップＳ５）。このとき、交換ハンド４の駆動量が常に一定であれば、ステージ１０へ搬入されたレチクル上にあるレチクルマークの位置は毎回ほぼ同じ位置で計測することが可能である。そのため、搬入後のレチクルマークの基準とする位置へレチクルを送り込めるようなプリアライメントの基準位置を、第２の撮像機構（４０、４１）及びレチクル保持部２の基準位置として構成することによって、レチクルステージ１０ではレチクルマークを模索することなく検出し、位置合わせすることができる。このためのレチクル保持部２での基準位置は、組付け時に例えばカメラ中心に合わせられれば良いが、困難な場合には、そのずれ量をオフセット量としてカメラ中心からずらした座標点を基準位置として設定すればよい。
【００２３】
交換ハンド４によって送り込まれた後に、レチクルステージ１０の位置でレチクルマークを撮像、計測することによって最終的に位置決めされる（ステップＳ１１）。レチクルステージ１０側では、先のプリアライメントによって既にマークの位置がわかっているので、より狭視野、高倍率な計測手段によってレチクルマークを模索することなく、高精度なレチクルの位置決めが可能となる。実際には交換ハンド４によって搬送されるときにメカ接点によるずれ量は発生し得るが、その量はプリアライメントステージ３０またはレチクルステージ１０側でオフセット量として補正してやれば、プリアライメントの効果を失うことなくレチクル位置決めが可能となる。
【００２４】
なお、ステップＳ１１で計測されるレチクルマークは、ステップＳ３で計測されるレチクルマークと同一でもよいし、異なっても良い。すなわち、精度を上げるために、プリアライメント用と最終的なアライメント用とで異なるレチクルマークを設けてもよい。この場合には、ステップＳ１１で用いられるレチクルマークと、ステップ３で用いられるレチクルマークの相対位置をあらかじめ明確にしておくことで、前述同様にレチクルマークを模索することなく位置決めすることができる。
【００２５】
また、このレチクルの位置決め後、レチクルステージ１０は露光処理を実行するための露光位置へと移動するが、その間に、次のレチクルをレチクル保持部２へ搬入する。先述したように、プリアライメントでは撮像部４０の計測座標点を基準として位置決めされるため、レチクルステージがなくても、レチクルマークの検出が可能である。そのため、ステップＳ１２の露光中にステップＳ２、Ｓ３のプリアライメントを完了することができる。その結果として、露光終了後、レチクルステージ１０が再び位置決めの基準位置へ戻ってきた時点では、交換ハンド４によるレチクルの移載、及びステップ１１によるレチクルの位置決めを行なうだけとなるので、非常に効率よくレチクルの位置決めが実現できる。
【００２６】
なお、上記実施形態ではレチクルの位置決めを説明したが、本発明は、ウエハ等の位置決めにも適用できる。
【００２７】
以上説明したように、第１実施形態の位置決め装置は、第１ステージ（プリアライメントステージ３０、突き当てピン３及びレチクル保持部２）と第２ステージ（レチクルステージ１０）を有し、基板（レチクル）の位置決めを行なう位置決め装置であって、第１ステージに載置された基板に対して、基板上のマーク（レチクルマーク）が所定位置に来るように位置決めを行なう第１位置決め部（突き当てピン３、画像処理部３３、制御部３４、第２の撮像機構４０、４１）と、第１ステージ上より第２ステージ上へ基板（レチクル）を移載する移載装置（交換ハンド４）と、ここで、移載装置による基板上のマークの移動先は既知であり、マークが第２ステージ上の所定位置に来るように、第２のステージに載置された基板に対して上記第１位置決め部より高精度な位置決めを行なう第２位置決め部（画像処理部３１、制御部３２、第１の撮像機構２０、２１）とを有し、第２のステージに載置された基板を用いて例えば露光処理等の所定処理を実行する。そして、第２位置決め部及び／又は露光処理等の所定処理の実行中に、第１ステージに新たに載置された基板について第１位置決め部による位置決めが実行可能である。
【００２８】
このような構成によれば、露光処理等の所定処理を実行している間にプリアライメントが完了するので、装置全体として基板位置決めのための処理時間を節約でき、スループットを向上させることができる。
【００２９】
また、上記第１位置決め部は、基板の外形を基準として位置決めを行なう処理を含む。外形基準でレチクルマークの位置を所定範囲に入れることができるので、装置構成の簡易化、処理の高速化が達成できる。但し、外形位置の基準点と、計測したいマーク位置の相対距離がわかっている必要がある。
【００３０】
また、第１実施形態によれば、上記第１位置決め部は、基板の外形を基準として位置決めした後、基板のマークを撮像、計測して当該基板の位置決めを行なう。特に、第１実施形態では、基板のマークを撮像、計測して得られた結果に基づいて該マークが所定の基準位置に来るように第１ステージを駆動する（レチクルステージ３０をＸＹθ方向に移動する）。
【００３１】
また、第１実施系によれば、第２位置決め部は、マークを撮像して位置を計測し、位置決めを行なう。
【００３２】
また、上述の移載装置は、第１ステージで行った位置決め（プリアライメント）の結果を第２ステージに精度良く反映するために、第１ステージにおける基板の保持位置（レチクル保持部２）と、第２ステージにおける基板の保持位置（レチクル保持部１２）とを関連付けるものである。各保持部の基準点の相対位置関係を明確にすることにより、第２ステージにおいて、基板のマークを模索することのない、効率よい位置決めが実現可能となる。なお、互いの位置を関連付ける手段は、マーク位置決め精度に大きく影響してくるので、例えば各保持部の撮像機構の基準位置などを用いるのが望ましい。
【００３３】
また、上記のような関連付けは、レチクル保持部２で例えば第２の撮像機構（４０、４１）の基準位置にプリアライメントされた基板が、交換用ハンド４によってレチクル保持部１２へ搬送されたときに、第１の撮像機構（２０、２１）の基準位置に対してどのような位置へ送り込まれるかを明確にすることが目的である。この相対位置が明確になっていれば、例えば、その量をレチクル保持部２の基準位置にオフセットとして持たせることにより、レチクル保持部１２（第１の撮像機構２０、２１）の基準位置にほぼ正確に基板を搬入することができる。
【００３４】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、プリアライメントステージ３０のＸＹθ方向への駆動によりプリアライメントを実現した。第２実施形態では、突き当てピンの微小駆動によりプリアライメントを実現し、構成の簡略化を図る。
【００３５】
図５は第２実施形態によるレチクル位置決め機構の構成を示す図である。本実施形態は上述したように露光装置に適用されたものであるが、レチクル位置決め機構を詳細に示すために、図２と同様に投影光学系やウエハステージの構成は図示を省略している。図２との違いは、プリアライメントを行うためのプリアライメントステージ３０を用いず、微小駆動が可能な突き当てピン５０（図６に示すようにピン５０ａ〜５０ｄで構成される）を用いるである。
【００３６】
図５において、５０はレチクルの突き当てピンであり、その詳細を図６に示す。突き当てピン５０ａは計測座標系のＹ軸上に配置されておりＸ方向への微小駆動が可能、突き当てピン５０ｂ、５０ｃは各々計測座標系のＸ軸上に配置されておりＹ方向への微小駆動が可能となっている。また、突き当てピン５０ｄは駆動部との連結部分にばね機構を有しており、５０ａ、５０ｂ、５０ｃの微小駆動および、レチクル外形の歪を吸収できる構成になっている。
【００３７】
第２実施形態による、プリアライメントを含む露光処理の全体の流れは第１実施形態（図８）により説明したとおりである。第２実施形態では、ステップＳ２、Ｓ３によるプリアライメント処理の手順が異なる。
【００３８】
第２実施形態によるプリアライメントは以下の手順で行われる。まず、レチクルをプリアライメントのステージ上に載せた状態で、突き当てピン５０をある所定の位置まで動かして、レチクルに突き当て、外形基準でレチクルの位置合わせを行う。
【００３９】
次にそのままの状態を保持し、第１撮像機構（４０、４１）によってレチクルマーク４４、４５を計測する。第２実施形態では、位置決め補正量は図７のように算出される。計測後の補正量は、画像処理部３３、制御部３４を経て、補正量Ｘはピン５０ａに、Ｙ１はピン５０ｂに、Ｙ２はピン５０ｃにそれぞれ反映される。この結果、レチクルマーク４４、４５を基準位置４２，４３に合わせることができる。第１実施形態では回転成分はθ方向の駆動軸によって補正されていたが、第２実施形態では、ピン５０ｂ、５０ｃを独立にＹ１，Ｙ２に動かすことによって補正している。すべての補正量は基準位置４２、４３とレチクルマーク位置４４、４５の差分から求められる。また、補正方向と、駆動部の操作方向が同じため、直感的にもわかりやすい構成となっている。
【００４０】
第２実施形態の場合、使用するアクチュエータは突き当てピンの４軸となり、突き当てピンとプリアライメントの駆動部を共有化することによって第１実施形態の構成よりも、小型化、軽量化が可能となる。また、第２実施形態では回転ずれが生じることを想定して、計測基準を２点、Ｙ軸の駆動部を２軸としたが、回転ずれの補正が必要ないような場合には計測基準を１点、Ｙ軸駆動部を１軸とすることにより、さらなる小型化、軽量化も可能である。
【００４１】
また、装置の稼動全体のシーケンスとしては、前述したステップＳ２、Ｓ３の構成が変わっただけになるので、レチクル交換の流れは第１実施形態と同様である。すなわち、露光中にステップＳ２、３のプリアライメントを完了することができる。そして、露光終了後にはレチクルステージ１０が再び位置決めの基準位置へ戻ってきたところでは、交換ハンド４によるレチクル交換、及びステップ１１による最終位置決めを実行するのみでレチクルの位置決めが完了となるので、非常に効率よくレチクルの位置決めが実現できる。
【００４２】
以上のように第２実施形態によれば、第１の実施形態ではプリアライメントステージ３０、突き当てピン３及びレチクル保持部２を含んで構成されていた第１ステージを、突き当てピン５０及びレチクル保持部２で構成する。そして、基板のマークを撮像、計測して得られた結果に基づいて該マークが所定の基準位置に来るように更に外形基準で位置決めを行なう。プリアライメントステージ３０を省略でき、構造の簡易化を図ることができる。
【００４３】
以上説明したように、上記各実施形態によれば、レチクルの高い位置決め精度を保持しつつ、マークの模索をすることなく、レチクルの位置決め、及びプリアライメントが実現でき、また露光動作と並行したプリアライメントが可能となる。このため、露光装置全体のスループット向上が実現できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い位置決め精度と高いスループットを維持する基板の位置決めが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な露光装置におけるレチクル搬送及び位置決め機構を説明する図である。
【図２】第１実施形態によるレチクル搬送及び位置決め機構を説明する図である。
【図３】第１実施形態によるプリアライメントステージの構成を説明する図である。
【図４】第１実施形態による補正量の算出を説明する図である。
【図５】第２実施形態によるプリアライメントステージの構成を説明する図である。
【図６】第２実施形態によるプリアライメントステージの構成を説明する図である。
【図７】第２実施形態による補正量の算出を説明する図である。
【図８】実施形態による露光処理手順を説明するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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