(57)【要約】【課題】ウエハの露光動作中に次に処理されるウエハのアライメント処理を実行可能とし、装置のスループットを向上する。【解決手段】露光装置は、露光処理を実行するための露光ステージ４とアライメント計測を実行するためのアライメントステージ７を有する。ここで、露光ステージ４とアライメント計測ステージ７はそれぞれ独立に動作可能であり、それぞれウエハが保持された保持ユニットを装着して露光処理とアライメント計測処理を独立して実行する。ウエハを保持する保持ユニットは、アライメント計測用のステージ基準マークを有し、露光ステージ４及びアライメントステージ７に着脱可能である。チャック搬送ロボット１２は、アライメントステージ７に装着された保持ユニットを、ウエハが保持、固定された状態を保ちながら露光ステージ４へ移動し、装着させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光処理を実行するための第１ステージと、
前記第１ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第２ステージと、
前記第１及び第２ステージに着脱可能であり、基板を保持する保持ユニットと、
前記第２ステージに装着された保持ユニットを、基板が保持、固定された状態を保ちながら前記第１ステージへ移動し、装着させる搬送手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記保持ユニットにアライメント計測用の基準マークが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記保持ユニットは静電チャックにより基板を保持、固定することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記搬送手段は静電チャック駆動用の給電端を有し、該搬送手段が前記保持ユニットを保持した状態で、該給電端から該保持ユニットの静電チャックへの給電が可能となることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記第１ステージ及び前記第２ステージへの前記保持ユニットの装着が静電チャックにより実現されることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】
前記搬送手段は、前記第１ステージ及び前記第２ステージのそれぞれに装着されている保持ユニットを交換することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
【請求項７】
露光処理を実行するための第１ステージと、前記第１ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第２ステージと、前記第１及び第２ステージに着脱可能であり、アライメント計測用の基準マークを有し、基板を保持する保持ユニットと、前記第１ステージと第２ステージの間で前記保持ユニットを搬送する搬送機構とを備えたステージ装置の制御方法であって、
前記第１ステージを用いた露光処理と前記第２ステージを用いたアライメント計測処理を並列的に実行する実行工程と、
前記露光処理及び前記アライメント計測処理の終了後、前記第１ステージに装着された保持ユニットを離脱させ、前記第２ステージに装着されていた保持ユニットを該第１ステージに装着する搬送工程とを備え、
前記搬送工程において、前記第２ステージに装着された保持ユニットは、基板を保持、固定した状態を保つことを特徴とするステージ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程において用いられる露光装置に関し、特にレチクル等のマスク原版のパターンをシリコンウエハ等の感光基板上に投影して転写する投影露光装置に関する。より具体的には、レチクルパターンをウエハ上に投影露光する際に感光基板を投影光学系に対して移動させるステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な露光装置及びそのステージ装置について図８及び図９を参照して説明する。１０１は照明系ユニットであり、露光光源を有し、この露光光源より発生した露光光をレチクルに対して整形照射する。１０２はレチクルステージであり、露光パターン原版であるレチクルを搭載する。レチクルステージ１０２は、露光走査時には、ウエハの走査速度に縮小露光倍率比を乗じた速度でレチクルを移動させる。１０３は縮小投影レンズであり、レチクルのパターンをウエハ（基板）に縮小投影するように露光光を導く。
【０００３】
１０４はウエハステージであり、基板（ウエハ）を搭載し、露光位置へ基板を移動させ、露光走査時には所定の走査速度でウエハを走査方向に移動させる。１０５は露光装置本体であり、レチクルステージ１０２及び縮小投影レンズ１０３、ウエハステージ１０４を支持する。１０６はアライメントスコープであり、ウエハ上のアライメントマーク（不図示）及びステージ上のアライメント用基準マーク（図９の１１３）を計測するための顕微鏡である。この計測結果は、ウエハ内アライメント及びレチクルとウエハ間のアライメントに用いられる。
【０００４】
図９はウエハステージ１０４の詳細を示す図である。図９において、１０７はスライダであり、ウエハの位置を縮小露光系の光軸方向及びチルト方向及び光軸まわりの回転方向に微動調整する微動ステージを含む。１０８はウエハチャックであり、例えば静電吸着によりウエハをスライダ１０７に支持固定する。１０９はウエハであり、レチクル基板に描かれたレチクルパターンを縮小露光系を通して投影転写するために、その表面にレジストが塗布された単結晶シリコン基板である。１１０はＸバーミラーであり、スライダ１０７のＸ方向の位置をレーザ干渉計により計測するためのターゲットである。１１１はＹバーミラーであり、同じくＹ方向の位置を計測するためのターゲットである。
【０００５】
１１２は照度センサであり、スライダ１０７の上面に設けられ、露光光の照度を露光前に計測する。この計測結果は、露光量補正に用いられる。１１３はステージ基準マークであり、スライダ１０７の上面に設けられ、ステージアライメント計測用のターゲットが設けられている。１１４はＸリニアモータであり、スライダ１０７をＸ方向に移動駆動する。１１５はＸガイドであり、スライダ１０７のＸ軸方向の移動を案内する。１１６はＹガイドであり、Ｘガイド１１５及びスライダ１０７をＹ方向に移動案内する。１１７はステージ定盤であり、スライダ１０７を平面ガイドする。１１８、１１９はＹリニアモータであり、スライダ１０７をＹ方向に移動駆動する。
【０００６】
上記の構成において、露光処理時には、まず、処理対象のウエハが装置内へ搬入されるとウエハチャック１０８によりウエハがチャックされる。そして、アライメントスコープ１０６を用いてアライメントを実行してウエハの位置決めを行なった後、レチクルパターンの投影を行なう。なお、上述の静電チャックによるウエハチャック機構や、静電チャックを用いたウエハ搬送機構の一般的な構成を開示する文献としては、例えば、特許文献１、特許文献２が挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−３４５２７３号公報
【特許文献２】特開平１１−１６８１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、従来、ウエハの受け渡しとアライメント計測と露光動作は同一ステージ（ウエハステージ１０４、スライダ１０７）で行われる。このため、それぞれの動作時間がダイレクトに加算されるので、最終的にウエハ１枚あたりの処理時間が増加することになる。従って、上記従来装置においてスループットを上げるためには、ウエハ搬入動作、アライメント動作及び露光動作の少なくとも何れかを高速化しなければならかった。しかしながら、たとえば位置決め動作を高速化すれば、位置決め精度等の劣化を招く可能性がある。また、ウエハの受け渡し時間を短縮しようとすれば、ウエハ搬送系のユニットを大出力駆動可能とする必要が生じるため、発熱量増加及び駆動源の大型化等の不具合が発生してしまう。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ウエハの露光動作中に次に処理されるウエハのアライメント処理を実行可能とし、装置のスループットを向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記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、
露光処理を実行するための第１ステージと、
前記第１ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第２ステージと、
前記第１及び第２ステージに着脱可能であり、アライメント計測用の基準マークを有し、基板を保持する保持ユニットと、
前記第２ステージに装着された保持ユニットを、基板が保持、固定された状態を保ちながら前記第１ステージへ移動し、装着させる搬送手段とを備える。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明によるステージ装置の制御方法は、
露光処理を実行するための第１ステージと、前記第１ステージとは独立に動作可能な、アライメント計測を実行するための第２ステージと、前記第１及び第２ステージに着脱可能であり、アライメント計測用の基準マークを有し、基板を保持する保持ユニットと、前記第１ステージと第２ステージの間で前記保持ユニットを搬送する搬送機構とを備えたステージ装置の制御方法であって、
前記第１ステージを用いた露光処理と前記第２ステージを用いたアライメント計測処理を並列的に実行する実行工程と、
前記露光処理及び前記アライメント計測処理の終了後、前記第１ステージに装着された保持ユニットを離脱させ、前記第２ステージに装着されていた保持ユニットを該第１ステージに装着する搬送工程とを備え、
前記搬送工程において、前記第２ステージに装着された保持ユニットは、基板を保持、固定した状態を保つ。
【発明の効果】
【００１１】
以上の構成により、ウエハの露光動作中に次に処理されるウエハのアライメント処理を実行することが可能となり、装置のスループットを向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の実施形態では、露光装置に露光エリアとアライメントエリアの２つのエリアを設け、それぞれのエリアに露光ステージとアライメントステージを設ける。それぞれのステージの駆動は独立して制御され、露光動作とアライメント動作を並行して実行することが可能である。そして、アライメントが完了したアライメントステージのウエハ保持部材（例えば静電チャック天板）を、その保持状態を維持したまま露光ステージ上に搬送することにより、露光ステージ側ではアライメントの完了した状態（ウエハアライメントマークとステージ基準マークの相対位置が確定した状態）から処理を開始することができる。
【００１３】
アライメントステージから露光ステージへのウエハ保持部材の搬送は、例えばアライメントステージ上のウエハ保持部材と露光ステージ上のウエハ保持部材を交換する機構を設けることによりじつげんする。例えば、ウエハ保持部材の搬送のために、ウエハを保持した状態のウエハチャックを搬送するチャック搬送ロボットをステージ間に設ける。ウエハチャックとして静電チャックを用いた場合は、チャック搬送ロボットから静電チャックに対して給電を行った状態でウエハ保持部材を搬送することにより、静電チャックに基板が保持された状態で静電チャックを搬送する。こうして、連続的に露光動作とアライメント動作を並行に実行可能とし、装置のスループットを向上する。
【００１４】
以下、図１〜図６を参照して本発明の実施形態の詳細を説明する。
【００１５】
図１は本実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。図１において、照明系ユニット１、レチクルステージ２、縮小投影レンズ３は、それぞれ図８で説明した照明系ユニット１０１、レチクルステージ１０２、縮小投影レンズ１０３と同じである。４は露光ステージであり、基板（ウエハ）を搭載し、露光処理のために、縮小投影レンズ３の露光位置にウエハを移動する。８はＸ干渉計であり、露光ステージ４のＸ軸方向の位置を計測する。１０はＹ干渉計であり、露光ステージ４のＹ軸方向の位置を計測する。以上が露光エリアを構成する。
【００１６】
また、図１において、６はアライメントスコープであり、ウエハ上のアライメントマーク（不図示）及びアライメントステージ７上のアライメント用基準マーク（図２の３１Ａ、３１Ｂ）を計測し、アライメント計測を行う顕微鏡である。７はアライメントステージであり、ウエハを搭載し、アライメント計測処理のために、アライメントスコープ６の計測位置に上記ウエハ及びアライメント用基準マークを移動位置決めする。９はＸ干渉計であり、アライメントステージ７のＸ軸方向の位置を計測する。１１はＹ干渉計であり、アライメントステージ７のＹ軸方向の位置を計測する。以上がアライメントエリアを構成する。
【００１７】
１２はチャック搬送ロボットであり、上記露光エリア内の露光ステージ４とアライメントエリア内のアライメントステージ７との間に設けられ、両ステージ上のウエハを交換するための回転上下動作を行う。なお、チャック搬送ロボット１２は、両ステージ間におけるウエハの交換において、ウエハを保持した保持部材（静電チャック天板）を搬送する。５は露光装置本体であり、上述した各構成を支持する。
【００１８】
図２は露光ステージ４及びアライメントステージ７の構成を示す図である。図２に示される構成は、概ね、図９により説明したウエハステージをチャック搬送ロボットを挟んで２つ並べたような構成となっている。
【００１９】
図２において、１３Ａ、１３Ｂはそれぞれ露光ステージ４及びアライメントステージ７に搭載された静電チャック天板であり、それぞれウエハ１４Ａ及びウエハ１４Ｂを静電吸着により位置決め保持する。１４Ａ、１４Ｂはそれぞれウエハであり、レチクル基板に描かれたレチクルパターンを縮小露光系を通して投影転写するためにその表面にレジストが塗布された単結晶シリコン基板である。１５は、露光ステージ４に設けられたスライダであり、その底面に設けられたエアーベアリング（不図示）により、露光ステージ４のステージ定盤４Ａに対して浮上した状態、即ち非接触で移動可能に支持されている。１６は、アライメントステージ７のスライダであり、その底面に設けられたエアーベアリング（不図示）により、アライメントステージ７のステージ定盤７Ａに対して浮上した状態、即ち非接触で移動可能に支持されている。スライダ１５、１６は、静電チャック天板１３Ａ及び１３Ｂをそれぞれ静電チャック機構により保持し、静電チャック天板１３Ａ及び１３Ｂに静電吸着されたウエハ１４Ａ及び１４Ｂをそれぞれのステージの制御位置に移動させる。
【００２０】
１７はＸリニアモータであり、スライダ１５をＸ方向に移動させる。１９、２０はＹリニアモータであり、スライダ１５をＹ方向に移動させる。１８はＸリニアモータであり、スライダ１６をＹ方向に移動させる。２１、２２はＹリニアモータであり、スライダ１６をＹ方向に移動させる。３１Ａ，Ｂはステージ基準マークであり、アライメント計測用のターゲットが設けられている。３２Ａ，Ｂは照度センサであり、露光光の照度を計測する。なお、図９に示したＸバーミラー、Ｙバーミラーは各静電チャック天板１３Ａ、Ｂに設けられるが、図２では図示を省略してある。
【００２１】
図３は本実施形態によるチャック搬送ロボットの制御系を説明する図である。図３において、２３はチャック交換ドライバであり、チャック搬送ロボット１２を駆動させる。２４は宣伝チャック給電ユニットであり、チャック搬送ロボット１２を通して静電チャック天板１３Ａ及び静電チャック天板１３Ｂに設けられた静電チャック機構に給電し、ウエハを静電吸着させる。２５はコントロールユニットであり、チャック交換ドライバ２３及び静電チャック給電ユニット２４に対して、ウエハ交換動作のための駆動と給電のタイミングを制御する。チャック搬送ロボット１２を介しての給電の機構については図６により後述する。
【００２２】
以上の構成において、露光ステージ４での露光動作とアライメントステージ７でのアライメント計測動作が並列的に実行され、夫々の動作を終了すると、相互のウエハ１４Ａ及び１４Ｂを交換する動作（スワップ動作）が開始される。以下、本実施形態のスワップ動作を図３乃至図７を参照して詳細に説明する。図４Ａ，Ｂは本実施形態によるウエハのスワップ動作を説明する図である。図５は図４Ａに示したスワップ動作をステージ側面から見た様子を示す図である。図６はチャック搬送ロボット１２を介した静電チャックへの給電の仕組みを説明する図である。また、図７はコントローラ２５によるスワップ動作ＮＯ制御手順を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、露光ステージ４での露光動作及びアライメントステージ７でのアライメント動作の実行時及び終了時では、チャック搬送ロボット１２は、図４Ａ（ａ）に示す位置（図３、図５（ａ）では、チャック搬送ロボット１２の実線で示された状態）に退避している。そして、露光処理及びアライメント計測処理が終了すると、チャック搬送ロボットは図３及び図５（ａ）の破線で示すように所定の角度（本実施形態では９０度）回転する（ステップＳ１１、Ｓ１２）。そして、スライダ１５、１６はそれぞれ図５（ａ）に示される位置からチャック搬送ロボット１２の方へ（図５（ｂ）の矢印方向）に移動し（ステップＳ１３）、一端交換位置決めされる。この状態が図４Ａ（ｂ）である。
【００２４】
図４Ａ（ｂ）、図５（ｂ）に示す状態で、チャック搬送ロボット１２を介して静電チャック天板１３Ａ、１３Ｂへの給電が可能となる。この仕組みについて図６を参照して詳細に説明する。図６は、静電チャック天板１３Ａとチャック搬送ロボット１２の結合状態での詳細を示す断面図であり、図４Ａ（ｂ）や図５（ｂ）に示されるようにロボットハンドが静電チャック天板に挿入された状態が示されている。この状態で、静電チャック天板１３Ｂに設けられた静電チャック側給電端子１３Ｃは、ロボットハンド１２Ｄの先端部に設けられたロボットハンド側給電端子１２Ａと接続される。この結果、チャック搬送ロボット１２側に設けられた静電チャック給電ケーブル１２Ｃにより供給された電位が、ロボットハンド側給電端子１２Ａおよび静電チャック側給電端子１３Ｃを介して供給される。そして、静電チャック給電ケーブル１３Ｄを通して、静電チャック電極１３Ｅに給電される。この結果、静電チャック電極１３Ｅに静電位が励起され、ウエハ１４Ｂ側に逆電位が発生することにより、ウエハ１４Ｂが静電吸着保持される。
【００２５】
図６に示されるように、静電チャック天板１３Ｂには、もう一つの静電チャック側給電端子１３Ｃ’が設けられている。この静電チャック側給電端子１３Ｃ’は、静電チャック天板１３Ｂがスライダに保持された状態でスライダに設けられた給電部（不図示）と接続され、スライダを介して静電チャック電極１３Ｅへの静電吸着のための電力供給が行なわれる。本実施形態では、図４Ａ（ｂ）の状態で、静電チャックへの給電経路を静電チャック側給電端子１３Ｃ’から静電チャック側給電端子１３Ｃへ切り換える（ステップＳ１４）ことにより、給電元をスライダ１６からチャック搬送ロボット１２へ切り換える。
【００２６】
次に、図５（ｃ）に示すように、チャック搬送ロボット１２のリフト回転軸１２Ｂを上方向（図示矢印方向）に移動させることにより、静電チャック天板１３Ａ及び１３Ｂを、スライダ１５及び１６から離脱させる。このとき、静電チャック天板１３Ａ及び１３Ｂは、スライダ１５及び１６との間に設けられた静電チャック機構（不図示）によるチャック状態を解除することにより離脱動作を行う（ステップＳ１５、Ｓ１６）。
【００２７】
以上のように、露光終了時及びアライメント計測終了時においては各静電チャック天板１３Ａ、１３Ｂに対して各スライダ１５、１６よりウエハを静電チャックするのに必要な電位が供給されている。そして、上記離脱動作後は、図６で説明したように、静電チャック給電ケーブル１２Ｃより静電チャックの駆動に必要な電位が供給され、ウエハの静電吸着状態は維持される。この給電タイミングは、コントロールユニット２５により制御され、コントロールユニット２５からの制御指令により静電チャック給電ユニット２４を介して電位が供給される。なお、上記と同じ状態で、露光ステージ４側の静電チャック天板１３Ａとウエハ１４Ａの静電吸着状態も維持される。
【００２８】
さて、図５（ｃ）に示すように静電チャック天板１３Ａ，Ｂを上昇させたならば、図４Ａ（ｃ）に示されるようにチャック搬送ロボット１２を所定の角度（本実施形態では１８０度とする）回転させ、図４Ｂ（ａ）の位置に位置決めする（ステップＳ１７）。そして、リフト回転軸１２Ｂを下方向へ移動し（Ｚ位置を下げる）、スライダ１５、１６により静電チャック天板１３Ｂ、Ａをチャッククランプする（ステップＳ１８、Ｓ１９）。即ち、静電チャック天板１３Ａ、１３Ｂとスライダ１５及び１６との間に設けられた静電チャック機構（不図示）に給電することにより、静電チャック天板１３Ｂ、１３Ａはそれぞれスライダ１５、１６にチャッククランプされる。そして、静電チャックへの給電経路を静電チャック側給電端子１３Ｃから静電チャック側給電端子１３Ｃ’へ切り換えることにより、給電元をチャック搬送ロボット１２からスライダ１５へ切り換える（ステップＳ２０）。
【００２９】
その後、図４Ｂ（ｂ）に示す矢印方向にスライダ１５及び１６を退避させ、図４Ｂ（ｃ）に示す様に、チャック搬送ロボット１２を矢印方向に回転退避させる（ステップＳ２１、Ｓ２２）。こうして、ウエハ１４Ａ，１４Ｂ及び静電チャック天板１３Ａ，Ｂの一連の交換動作が終了する。以上の動作を繰り返すことにより、連続的に露光ステージ４とアライメントステージ７との間でのウエハの受け渡しを行うことが可能になる。なお、アライメントステージ７に搬送された静電チャック天板が保持している露光済みのウエハはアンロードされ、その後、新しいウエハが当該静電チャック天板へロードされることになる。
【００３０】
以上のように、上記実施形態によれば、露光ステージとアライメントステージが独立に動作し、それぞれで露光処理とアライメント計測処理が実行される。そして、露光ステージとアライメントステージの間で、ウエハを保持した状態の静電チャック天板が交換される。静電チャック天板にはステージ基準マークが設けられているので、ウエハアライメントマークとステージ基準マークの相対位置は保持され、アライメントステージにおけるアライメント計測結果をそのまま用いることができる。従って、露光処理と次ウエハに対するアライメント計測を同時に進行させることができるので、露光装置のスループットが著しく改善される。
【００３１】
なお、上記実施形態では詳述しなかったが、静電チャック天板に設けられた照度センサの電気的接続もスライダに保持された状態で達成される。
また、上記実施形態ではウエハ保持部材として静電チャック天板を用いたが、真空チャックを用いることも可能である。但し、この場合、ロボットハンドにバキュームラインを設け、ステージとロボットハンド間でチャック天板への排気経路を切り替えることになる。
また、ステップＳ１４、Ｓ２０における静電チャックへの給電の切り換えタイミングは、静電チャック側給電端子１３Ｃ及び１３Ｃ’の両方から給電される状態を経て切り替わるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態による露光ステージ４及びアライメントステージ７の構成を示す図である。
【図３】実施形態によるチャック搬送ロボットの制御系を説明する図である。
【図４Ａ】実施形態によるウエハのスワップ動作を説明する図である。
【図４Ｂ】実施形態によるウエハのスワップ動作を説明する図である。
【図５】図４Ａに示したスワップ動作をステージ側面から見た様子を示す図である。
【図６】チャック搬送ロボット１２を介した静電チャックへの給電の仕組みを説明する図である。
【図７】図７はコントローラ２５によるスワップ動作ＮＯ制御手順を示すフローチャートである。
【図８】一般的な露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】一般的なウエハステージの構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図９】
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