JPS60239024A - 基板の位置決め装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は半導体ウェハやガラスマスク等の基板（１） の位置決め装置に関し、特に位置決め精度が要求される
露光装置に好適な位置決め装置に関する。

（発明の背景） 近年、ＩＣ＋ＬＳＩ等の半導体装置を製造する露光装置
として、縮小投影型露光装置が生産現場に多数使わする
ようになってきた。この装置はレチクルと呼ばれる原版
に描かれた回路パターンの像を投影レンズで縮小して半
導体ウェハ（以丁単にウェハとする）上に露光するもの
である。回路パターンの投影像の大きさは高々２０ｃｍ
角程度であり、ウェハの直径は１００ｍ〜１５０■程度
であるため、この装置ではウェハを２次元移動するステ
ージに載置して、ウェハを投影像に対して歩進（ステッ
ピング）させてから露光することを繰り返す、所請ステ
ップアンドリピート法によりウェハ全面への回路パター
ンの転写を行なう。

通常１つの半導体装置を製造するために、１枚のウェハ
について、先に転写さ′ｉ″Ｌだ回路パターンとは異な
る回路パターンの投影像が重ね合せて露光される。この
ため、重ね合せ露光する前につ工（９） ハの投影像に対する２次元的な位置合せと回転ずれの補
正とを行なう必要がある。この種の露光装置にはウェハ
上に設けられたアライメントマークを光電的な顕微鏡で
検出し、ウェノ・と投影像との位置合せ（回転も含む）
を行なう、所謂精密なアライメント装置が組み込壕れて
いる。このアライメント装置は精度が高い代りに、アラ
イメントマークを検出する領域が極めて狭い。これは単
純に狭いという訳ではなく、マークを含む広い領域をサ
ーチしてそのマークを検出することもできるから、その
分サーチ時間が必要となる、という意味で狭いのである
。すなわち、ウエノ・上に形成された複数の回路パター
ン（以下チップと呼ぶ）の設計上の配列方向やピッチ等
に応じてステージを位置決めした後、その位置でアライ
メント装置の顕微鏡の視野内（検出領域内）にマークが
位置すわば、ただちにマークの位置ずれが検出でき、最
も短時間で回転を含めた精密な位置合せ動作が完了する
。このように、ウェハの精密な位置合せを満足に行なう
ために、ウェハはステージに載置され（３） る前に、直線的な切欠き（以下フラットと呼ぶ）を使っ
て粗く位置決めされる。この粗い位置決めは事前゛整合
（プリアライメント）装置と呼ばわ、例えば特開昭５８
−１８７１３号公報に開示されている。このプリアライ
メント装置は、ウエノ・の２次元的な粗い位置合せも去
ることながら、搬送されてきたウェハのフラットの位ｆ
１１、ステージの２次元的な移動方向に対して常に一定
に揃える動作（所謂オリエンテーションフラット）を主
としている。そして、オリエンテーションフラットが達
成されると、ウェハはプリアライメント装置から、その
フラットの位置（２次元的な方向）が変化しないように
ステージ丑で搬送される。ところが、この搬送のために
、ウェハは少なくとも２回の受け渡し７動作を経ること
になる。１つはプリアライメント装置から搬送手段への
受け渡しであり、もう１つは搬送手段からステージへの
受け渡しである。このような受け渡し動作は少なからず
ウェハの位置ずわを招き、ステージに載置された段階で
は、ブリアラメント装置で達成された位置決め（４） 精度が保存されず、悪化したものになってしまうという
欠点があった。また精密な位置合せの際、ウェハの回転
ずれを補正するだめに、ウエノ・は真空吸着用のホルダ
ー（チャック）を介してステージ上に載置され、このホ
ルダーがステージに対して回転可能に設けられている。

このため、先行するウェー・の露光処理が終了して、次
のウニ・・を受け取る場合、先行するウェノ・の回転ず
れを補正するため、ホルダーはステージの移動座標系に
対しである角度だけ回転した状態にある。一般にウェハ
の回転検出はウェハ上のマークをアライメント装置の顕
微鏡で鋭察しながら行なうので、ウエノ・の載置されて
いない状態ではホルダーを精密に回転させることができ
ない。以上のような理由から、プリアライメント装置か
らウエノ・を受け取り精密な位置合せに至るまでの動作
が繁雑になるといった欠点があった。

（発明の目的） 本発明はこれらの欠点を解決し、ウエノ１等の基板を簡
単な構造で正確に位置決めする装置を得る（５） ことを目的とする。

（発明の概要） 本発明は基板（ウェハ）を載置するホルダーと、ホルダ
ーを回転可能に保持するベース（ステージ）と、基板の
端面と当接して基板をホルダー上の所定位置に位置決め
するだめの基準部材（ローラ等）と、位置決めの後、基
板の回転誤差を補正するために、ホルダーを回転させる
手段（モータ２５）とを備え、そのホルダーは載置部（
吸着向）から基板の周辺の少なくとも一部がはみ出すよ
うな形状とし、基準部材は位置決めの際、基板のはみ出
しだ端面に当接する第１位置と、ホルダーの回転の際、
基板の端面と接触しない第２位置との間で移動可能な如
くベースに設けることを技術的要点としている。

（実施例） 第１図は本発明の実施例に好適な縮小投影型露光装置の
ウェハ搬送系の概略的な構成を示す図である。第１図は
ウェハＷが受け渡し位置でステージ１上のホルダー２に
載置された状態を示す。供（Ｇ） 給出のウェハカセット３にはこれから露光しようとする
ウェハ（レジストが塗布）Ｗ′が複数枚収納されている
。ウェハｗ／　（ｆ、搬送用のベルｌ−４，４’によっ
てプリアライメント装置のターンテーブル５に運ばれる
。このプリアライメント装置は特開昭５８−１・８７１
３号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明す
る。

ウェハＷ′はその中心がターンテーブル５の回転中心と
一致するようにセンタリングされた後、ターンテーブル
５に真空吸着される。不図示ではあるが、ターンテーブ
ル５上に吸着されだウェハＷ″はモータによって回転さ
れ、ウェハＷ″の周辺のフラット金光電的に検出して、
フラットが２つのローラ６ａ１６ｂと対向するような位
置で停止される。

その後ターンテーブル５の吸着を解除して、押圧部材７
でウェハＷ″の端面を押圧すると、ウェハＷ″のフラッ
トはローラ６ａ、６ｂと当接し、他の一つのローラ６Ｃ
がウェハＷ″の円周端に当接し、ウェハＷ″を位置決め
する。さて、プリアライメントされたウニ・・Ｗ”　Ｍ
ｙ力方向平行に伸び（７） たガイド８ａ、８ｂに沿って同時に移動するスライダー
アーム９ａ、９ｂに受け渡さｔ、ステージ１のホルダー
２の真上１で搬送される。ホルダー２上に受け渡された
ウェハＷは受け渡し動作によって悪化したプリアライメ
ント精匿ヲ確保するため、本発明の実施例による位置決
め装置で再プリアライメントされる。そして露光動作の
ために、ステージ１は投影レンズ】０によるレチクルの
投影像１１に対して２次元的Ｖこステツピングし、ウェ
ハＷへの繰り返し露光を行なう。露光の終了したウェハ
Ｗは再び第１図の位置でスライダーアーム９ａ、９ｂに
よりターンテーブル５に受け渡された後、ベルト１２ａ
、１２ｂ４Ｃよってウェハカセット１３に搬入される。

次に、本発明の実施例による位置決め装置を第２図、第
３図に基づいて説明する。第２図は第１図のステージ１
上に設けた位置決め装置の平面図であり、第３図はその
部分断面図である。ウェハＷを載置する円形のホルダー
２の表面（載置面）には−例として螺旋状の吸着溝２０
が中央部分か（８） ら外周に向けて設けられている。この吸着溝は螺旋に限
らず、同心円状のものでもよい。この溝２０の内で載置
面２ａの外周に近い位置には３つの吸気孔２０ａ、２０
ｂ、２０ｃがほぼ等角度間隔に設けられ、この吸気孔２
０ａ、２０ｂ、２０ｃから真空排気することによって、
ウェハＷを載置面に従った均一な平面に矯正する。まだ
溝２０の内で載置面２ａの中心に近い位置には３つの噴
出孔２１　ａ、２１　ｂ、２１　ｃがほぼ等角度間隔に
設けられ、この噴出孔２１ａ、２１ｂ、２１ｃから気体
（空気、チッ素等）を噴出することによって、真空吸着
を解除した直後のウェハＷのはく離を良くするとともに
、位置決めのときに載置面２ａとの間に生じる不要な摩
擦を低減する。さて、ホルダー２の周辺でウェハＷのフ
ラットＦと、そこから約９０°　離れた円周端の一部と
が位置する部分には、それらフラン）Ｆと円周端とが載
置面２ａからはみ出すようなコの字形の切欠き２０ｂ、
２ｅが形成されている。このホルダー２はステージ１に
回転軸２ｄの回りに回転可能に設けられている。

回転軸２ｄはホルダー２の載置面２ａの中心とは一致せ
ず、偏心した位置に設けられている。さらに、ホルダー
２の載置面２ａの中心に対して回転軸２ｄの反対側には
ホルダー２と固定されたアーム部２２と、このアーム部
２２の先端部に、直交座標系ｘｙ（ステージ１の移動座
標）ｘｙ平而面で回転自在に設けられたナツト２３と、
このナツト２３と螺合する送りネジ２４と、ステージ１
に固定されて、この送りネジ２４を回転するモータ２５
とが設けられ、ホルダー２の回転を行なう。

さて、ホルダー２の周辺の切欠き２ｂ、２ｃの夫夫には
載置面２ａの中心からほぼ放射方向にホルダー２に対し
て移動可能な基準部材３０．４０が設けられている。基
準部材３０は第２図ではｙ方向に精度よく進退するよう
に、リニアボールレース３０ａ（第３図参照）等を介し
てステージ１に設けられている。この基準部材３０には
、ウェハＷのフラン）Ｆ、又は円周端に当接する円柱状
の３つのローラ３１　ａ　ｓ　３１　ｂ　ｓ　３１　ｃ
がＸ方向に所定の間隔で並ぶように、固定板３２に回転
自在に軸支されている。固定板３２はスライド部３３に
固定され、スライド部３３は、ボールレース３０ａの他
にｙ方向の直進性を保つローラ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ
、３４ｄを介してステージ１にガイドされている。また
スライド部３３の先端（ホルダー２に対向する側）には
ストッパー３５がステージ１に固定されている。このス
トッパー３５によって、再位置決め時の基準部材３０の
繰り出し位置を規制している。この繰り出し位置で、３
つのローラ３１　ａ１３１　ｂ、３１　ｃのうち、両脇
のローラ３１ａと３１ｃは、そのウェハＷとの谷当接位
置を結ぶ線分がＸ軸と平行（一致）になるように配置さ
れ、ウェハＷのフラノ）Ｆに共に当接する。このとき、
中央のローラ３１ｂはフラットＦと当接せず、所定の間
隔だけフラットＦから離れるような位置に設けられる。

こｔは基準部材３０と４０によってフラットＦをＸ軸と
平行に合せるオリエンテーション、（０°の再位置決め
）と、フラン）Ｆをｙ軸と平行に合せるオリエンテーシ
ョン（９０°の再位置決め）とを兼用して行なうためで
ある。さて、基準部材４０についても、３つの同一形状
のローラ４１　ａ、４１　ｂ、４１ｃが、ローラ３１ａ
、３１ｂ、３１ｃの配置と同様に固定板４２にｙ方向に
並ぶ如く回転自在に軸支され、スライド部４３と一体に
Ｘ方向に進退する。

ここで各基準部材の３つのローラ３１ａ、３１ｂ。

３１ｃ及び４１ａ、４１ｂ、４１ｃの配置関係について
述べる。０°の再位置決めのときは、ウェハＷのフラッ
トＦにローラ３１ａと３１ｃが当接し、フラットＦから
約９０°離れた円周端がローラ４１ｂと当接し、他のロ
ーラ３１ｂ１４１ａ。

４１　ｃはウェハＷの端面とは接触しない。一方、９０
°の再位置決めのと＠は、フラットＦにローラ４１ａと
４１ｃが当接し、円周端がローラ３１ｂに当接し、他の
ローラ４１１）、３１ａ、３１ｃはウェハＷの端面とは
接触しない。このように各ローラを配置することによっ
て、オリエンテーションフラットの方向をθ°と９０°
とに兼用することができる。ところで基準部材３０．４
０は第３図に示すようにエアシリンダ５０によって夫々
独立に、あるいはリンク機構を介して連動して移動する
。また、つｚ／’Ｗがローラ３１．ａ、３１ｃ。

４１ｂの一対、又１ｄｏ−ラ４１　ａ、４１　ｃ、３１
ｂの一対のいずれにも当接するようにウェハＷを押圧す
るように、エアシリンダ４５と抑圧部材４６がステージ
ＩＫ固設されている。このためホルダー２の周辺の一部
には押圧部材４６が入いるように、さらに切欠き２ｅが
形成されている。

さて、このような構成において、ステージ１上での再位
置決めをするには、第１図のようにウェハＷをホルダー
２の上に載置した後、エアシリンダ５０によって２つの
基準部材３０．４０を繰り出してから、噴出孔２１ａ、
２１ｂ、２１ｃがら空気やチッ素等の気体を噴出し、ウ
ェ・・Ｗの裏面と載置面２ａとの間に静圧エアベアリン
グを形成する。これによってウェハＷのフリクションは
極めて小さくなる。次にエアシリンダ４５を作動させて
押圧部材４６でウェー”Ｗの円周端を基準部材３０．４
０の方向に押圧する。この抑圧動作が続く間、噴出孔２
１ａ、２１ｂ、２　’１　ｃからの気体（１３） 流出を中止し、代りに吸気孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃか
ら真空引きを行なう。この真空引きが完了すると、押圧
部材４６のウェハＷの端面との当接を解除するとともに
、エアシリンダ５０の動作を中止して、基準部材３０．
４０をホルダー２から退避させ、ローラ３１ａ、３４ｃ
、４１ｂ、（又はローラ３１ｂ、４１ａ、４１ｃ）のウ
ェハｗとの当接を解除する。この基準部材３０．４０の
退避量はウェハＷ（ホルダー２）の最大回転量に応じて
、それらローラがウェハＷと接触しないように定められ
ている。この童はウェハＷのサイズ（直径）によっても
異なるが、高々１〜２ｗｍ程度である。

こうして再位置決めされたウェハＷはステージ１によっ
て、例えば投影レンズ１０の直下まで運ばれ、アライメ
ント装置（顕微鏡）によってウェハＷ上のマークを観察
して、投影像１１に対する２次元的な位置が規定される
と共に、回転ずれの補正もなされる。この回転ずれの補
正は、第２図に示したモータ２５によって行なわれる。

次に本発明の第２の実施例を第４図に基づいて（］４） 説明する。第４図はホルダー２上のウェハＷを基準部材
３０．４０と押圧部材４６によって０°の再位置決めを
完了した時点の様子を示す平面図であり、第２図と同一
の作用を有する部材には同一の符号を付しである。この
第２の実施例では、基準部材３０けステージ１に回転自
在に軸支された支点６０を有するアーム６１を介して、
エアシリンダ５０ａによりｙ方向に直線運動する。アー
ム６１は、エアシリンダ５０ａの力点から支点６０まで
の長さに対して、支点６０からスライダー３３の作用点
までの長さを、例えば約半分程度に短くして、エアシリ
ンダ５０ａのピストンの力を基準部材３０のｙ方向の付
勢力に関して１以上に増力する。また基準部材４０につ
いても同様に、エアシリンダ５０ｂによって支点６２を
中心に回動するアーム６３を介してＸ方向に直線運動す
る。

第４図は０°の再位置決めの様子を示すので、基準部材
３０の２つのローラ３１ａ、３１ｃがウェハＷのフラッ
トＦと当接し、基準部材４０の１つのローラ４１ｂがウ
ェハＷの円周端と当接している。さて、上記エアシリン
ダ５０ａと５０ｂは共通のパイプ７０を介して、エアの
供給をオン・オフする電磁弁７２に配管される。この電
磁弁７２にはさらに押圧部材４６のエアシリンダ４５が
らのパイプ７１も配管され、３つのエアシリンダ４５．
５０ａ、５０ｂは共通のエア供給源に接続される。

以上のような構成で、ウェハＷが００にプリアライメン
トされてホルダー２に載置さノすると、電磁弁７２が開
き、３つのエアシリンダ４５．５０ａ、５０ｂに同一の
圧力のエアが供給される。このエアの供給の前は、各エ
アシリンダのピストンはコイルバネによって付勢され、
押圧部材４６やローラ３１ａ、３１ｃ１４１ｂ等はウェ
ハＷを再位置決めすべき位置からそれぞハ退避している
。第４図では抑圧部材４６の退避位置、基準部材３０（
ローラ３１ａ、３１ｂ、３］ｃ）の退避位置、及び基準
部材４　’Ｏ（０−ラ４］、ａ、４１ｂ、４１ｃ）の退
避位置をともにｄとして示した。電磁弁７２からのエア
供給によって、基準部材３ｏ、４ｏは退避位置ｄから第
３図に示したようなストッパー３５によって決まる位置
（繰り出し位置）まで移動する。この移動の間、押圧部
材４６もウェハＷの中心に向けて移動する。こうして基
準部材３０．４０が繰り出し位置で係止され、押圧部材
４６がウェハＷの円周端を押圧していくと、基準部材３
０．４０は夫々アーム６１．６３によって増力（倍力）
されてストッパー３５に押圧されているので、ウニ／’
Ｗが３つのローラ３１ａ、３Ｊｃ１４１ｂに当接した後
、抑圧部材４６の押圧力に負けて退避位置ｄの方へ移動
してしまうことはない。

以上のようにして、θ°　の再位置決めが完了し、引き
続きホルダー２の真空吸着が開始され、吸着が完ｒした
時点で電磁弁７２を閉じる。これによって、各エアシリ
ンダ４５．５０ａ１５０ｂ内のピストンを付勢するコイ
ルバネの働きで、抑圧部材４６、基準部材３０．４０は
それぞれ退避位置ｄまで戻る。

不実施例によれば、抑圧部材４６、基準部材３０．４０
の運動を１つの電磁弁７２で制御でき、（１７） 配管の簡略化、エア供給源の簡素化が期待できる。

以上、本発明の第１と第２の実施例では、ｏｏの再位置
決めと９００の再位置決めとを兼用するウェハプリアラ
イメント装置について説明しだが、従来の装置のように
００　の再位置決めのみを行な’）＆めＫ、３つ（７）
ＣＩ−ラ３１　ａ、３１　ｃ、４１ｂだけ・金持・った
装置に本発明を適用しても同様の効果が得られる。この
場合、フラットに当接する２つのローラ３′１ａ、３１
ｃのみを退避させるだけでもよい。また基準部材３０，
４０．押圧部材４６の駆動はバキュームによってもよい
。その場合１ｄシＩＪン１５０．５０ａ、５０ｂ、４５
１Ｃ真空を供給することによって退避位置に保持し、位
置決めの際、真空の供給を停止することによってバネ力
で所定の位置まで繰り出すように構成される。

このようにすると、ゴミの発生が少なく、ウェハの端面
を当接（抑圧）するカをバネ力によって弱く調整できる
利点がある。

（発明の効果） 以上本発明によれば、位置決めのための基準部／　１　
Ｑ） 材をベースに移動可能に設けたので、ホルダーの回転位
置とは無関係に、その回転の基準となるベース（座標系
ｘｙ）に対して常に一定の位置でウェハを位置決めでき
、露光装置等においてはウェハ（基板）の回転補正に時
間がかからず、スループットが向上するという効果が得
られる。さらに、基準部材をホルダー上に設けなかった
ことで、基準部材のメンテナンスが容易になるというオ
Ｕ点もある。例えばフォトレジスト付のウェハを多数回
位置決めするとき、そのフォトレジストの微粉が基１？
！部材に付着して、位置決め精度を低下させることがあ
る。従来のように基準部材をホルダー上に固定したもの
だと、基準部材のホルダーの載置面に近い部分に付着し
たレジストは除云しにくいが、本発明によれはこのよう
なことがなく極めて容易に基準部材の清掃作業ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に好適な露光装置ｒｒ用のウェ
ハ搬送、及びウェハ事前位置決め装置の概略的な構成を
示す平面図、第２図は本発明の第】の実施例による位置
決め装置の構成を示す平面図、第３図は第２図の部分断
面図、第４図は第２の実施例による位置決め装置の構成
を模式的に示す平面図である。 ５、〔主要部分の符号の説明］ １・・・・ステージ（ベース）、　２・・・・・ホルダ
ー、２ａ・・・・・載置面、　２５・・・・・モータ、
３０．４０・・・・・・基準部材、 ３１ａ、３１　ｂ、　３１ｃ、　４１　ａ、　４１　ｂ
、　４１　ｃ　−ｏ−ラ、４５．５０．５０ａ１５０ｂ
−＝＝−ｘアシリンダ、４６・・・・・・押圧部材、 出願人　日本光学工業株式会社 代理人　渡　辺　隆　男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板を載置するホルダーと、該ホルダーを回転可能に保
   持するベースと、前記基板の端面と当接して該基板を前
   記ホルダー上の所定位置に位置決めするための基準部材
   と、該位置決めの後前記基板の回転誤差を補正するため
   に、前記ホルダーを回転させる手段とを備え、前記ホル
   ダーはその載置部から前記基板の周辺の少なくとも一部
   がはみ出すような形状とし、前゛記基準部材は前記位置
   決めの際前記基板のはみ出した端面に当接する第１位置
   と、前記ホルダーの回転の際、前期端面と接触しない第
   ２位置との間で移動可能な如く前記ペースに設けられて
   いることを特徴とする基板の位置決め装置。