JPH10247681A - 位置ずれ検出方法及び装置、位置決め装置並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板ステージ上では基板の切り欠き部を含む
２箇所の外縁位置を検出するだけで基板の搬送に伴う位
置ずれを正確に検出する。 【解決手段】 基板位置決め装置１４上では搬送前の基
板Ｗの切り欠き部を含む３箇所の外縁位置をセンサ３２
ａ〜３２ｃにより検出し、基板Ｗの真円度に製造誤差等
があっても該基板Ｗの位置（回転を含む）を正確に検出
する。基板ステージＷＳ上に搬送後に基板位置決め装置
１４上で検出された基板Ｗの３箇所の外縁位置の内、切
り欠き部を含む２箇所の外縁位置をセンサ４０ａ、４０
ｂで検出する。そして、当該２箇所の検出結果と基板位
置決め装置１４上で検出された検出結果とに基づいて基
板Ｗの搬送前後での位置ずれを正確に算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置ずれ検出方法
及び装置、位置決め装置並びに露光装置に係り、更に詳
しくはウエハローダ等の搬送系によって基板位置決め装
置、例えばウエハプリアライメント装置から１又は２以
上の基板ステージ上に搬送されるウエハ等の基板の搬送
前後の位置ずれを検出する位置ずれ検出方法及びその装
置、該基板を基板ステージ上の所望の位置に位置決めす
る位置決め装置、並びにこれらの装置が適用される露光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、撮像素子（ＣＣ
Ｄ等）、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド等を製造する
ためのフォトリソグラフィ工程（マスクパターンのレジ
スト像を基板上に形成する工程）では、マスクとしての
レチクルのパターンを投影光学系を介して、フォトレジ
ストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に
露光する投影露光装置（ステッパー等）、あるいはマス
クのパターンを直接ウエハ上に転写するプロキシミティ
方式の露光装置等の露光装置が使用されている。

【０００３】例えば、半導体素子はウエハ上に多数層の
回路パターンを所定の位置関係で積み重ねて形成される
ので、そのような露光装置で２層目以降の回路パターン
をウエハ上に露光する際には、露光時にレチクルとウエ
ハの各ショット領域内の回路パターンとの位置合わせ
（アライメント）を高精度に行う必要がある。

【０００４】この場合、レチクルとウエハ上の回路パタ
ーンとの最終的な位置合わせ（ファインアライメント）
は、ウエハ上に形成された位置検出マークを露光装置に
装備されたアライメントセンサによって位置検出するこ
とによって行なうが、その前段階として、ウエハ外縁に
基づいてウエハの２次元面内の位置ズレ及び回転ズレを
ある程度の許容値以内に追い込んでおくプリアライメン
トが必要となる。

【０００５】一般に露光装置では、ウエハホルダとよば
れる保持機構を介してウエハが基板ステージ上に例えば
真空吸着等により保持されており、このステージを移動
させながらウエハ上の各ショット領域に露光が行われ
る。この場合、被露光基板であるウエハは、ウエハロー
ダと呼ばれる搬送系によってウエハホルダ上に搬入さ
れ、露光終了後に搬出される。従来の露光装置における
ウエハのプリアライメント方法は、次の３つの方法に大
別される。すなわち、 ウエハプリアライメント装置上でウエハを所定の位置
にプリアライメントした後、ウエハローダにてウエハホ
ルダ上に搬送（搬入）する。すなわち、この場合は、搬
送後にはプリアライメントは行なわない。

【０００６】ウエハプリアライメント装置上でウエハ
を所定の位置にプリアライメントした後、ウエハローダ
にてウエハホルダ上に搬送（搬入）する。続いて、ウエ
ハホルダ上でウエハ位置を再計測し、その結果をウエハ
ステージ位置及び回転量にフィードバックする。

【０００７】ウエハプリアライメント装置上でウエハ
をラフにプリアライメントした後、ウエハローダにてウ
エハホルダ上に搬送（搬入）する。続いて、ウエハホル
ダ上で再度正確にプリアライメントし直す。

【０００８】上記３つの方法の内、の方法は、精度的
に問題があり、将来の高精度化要求には対応できないと
いう不都合がある。また、の方法は、プリアライメン
トに時間が掛かりスループット面で問題があり、また、
ウエハホルダ（又はウエハステージ）上に高精度な位置
決め機構等が必要になるので、ウエハステージ、ひいて
は装置全体の大型化を招き、この結果フットプリント
（装置設置面積）が増大するので好ましくない。従っ
て、将来的には上記の方法が最も現実的な方法である
と言える。

【０００９】ウエハは、一般に円形で、かつその面内回
転位置の基準とするためのノッチ又はオリエンテーショ
ンフラット（以下、「ＯＦ」と略称する）等の切り欠き
が外周部に形成されている。但し、ＯＦを形成すると１
枚のウエハの面積がノッチの場合より狭くなり、ウエハ
１枚当たりのデバイス生産量の低下等につながるので、
将来的には回転位置の基準はノッチ（Ｖ字状の切り欠
き）に統一されていくようである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ノッチ付き
のウエハの場合、ウエハ自体の真円度ないしウエハ中心
に対する円周方向の半径に製造バラツキが無ければ、原
理的にはノッチ位置とノッチ以外のウエハ外周部の１箇
所の外縁２箇所を検出すれば、ウエハの位置（より正確
にはウエハ中心の位置）及び回転は求まる筈である。し
かし、実際のウエハには製造バラツキがあり、この影響
を押さえるために、さらにもう１箇所を追加し、ウエハ
外縁３箇所の位置検出を行なうことにより、ウエハの位
置検出を行なっている。

【００１１】図４には、前述したのプリアライメント
方法を採用する従来の露光装置におけるプリアライメン
ト装置１１４と、ウエハステージＷＳ近傍の概略平面図
が示されている。この図４の装置では、プリアライメン
ト装置１１４上の不図示のプリアライメント機構に保持
されたウエハＷのノッチを含む３箇所をプリアライメン
トセンサ１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃで位置検出して
ウエハＷを所定位置にプリアライメントした後、該ウエ
ハＷ搬送アーム１３８によりウエハステージＷＳ上の不
図示のウエハホルダ上に搬送した後、ウエハホルダ上に
受け渡すのであるが、この受け渡しの際に、装置全体の
振動の影響等でウエハＷをウエハホルダ上の所望の位置
へ載置できない場合がある。

【００１２】このため、ウエハホルダに載置後、ウエハ
Ｗの位置を検出し直すために、図４に示されるローディ
ングポジションにあるウエハステージＷＳの上方にもウ
エハＷのノッチを含む３箇所を検出するプリアライメン
トセンサ１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃが設けれてお
り、これらのプリアライメントセンサ１４０ａ〜１４０
ｃの検出結果からウエハＷの所望の位置からの位置ずれ
を再度求め、この位置ずれ量を、例えばウエハステージ
ＷＳの位置を管理する不図示の干渉計のオフセットとし
てその後のウエハステージＷＳの位置制御がなされてい
た。

【００１３】しかしながら、最近では半導体素子の高集
積化に対応すべく、ウエハサイズは大口径化し、露光装
置においては、大ＮＡ化及び大フィールド化に伴い投影
光学系ＰＬはますます大口径化する傾向にあり（図４中
に実線で示されるＰＬ及び仮想線で示されるＰＬ参
照）、もはや露光装置内に、従来の如くウエハホルダに
載置されたウエハの外縁位置３箇所を検出可能な３つの
センサを全て配置することは、スペース的に困難となっ
てきた。図４の場合には、センサ１４０ｃが配置できな
くなった状態が示されている。

【００１４】かかる不都合を回避するための第１の方策
として、ウエハホルダへウエハＷを受け渡すウエハステ
ージＷＳの位置（ローディングポジション）を、図４に
示される位置より同図中の右側又は上側に設定すれば、
図４に示される位置にセンサ１４０ｃを設置することは
可能にはなるが、そのためには、ウエハステージＷＳの
移動距離（ストローク）をより長くする必要があり、ウ
エハステージＷＳを始め露光装置全体が大型化するとい
う不都合があった。

【００１５】また、第２の方法として、図４中のセンサ
１４０ａ、１４０ｂの如き、２つのセンサのみを用い
て、ウエハＷの外形に基づいてその位置を検出すること
が原理的には考えられるが、この２つのセンサ１４０
ａ、１４０ｂのみを用いた位置合わせシーケンスとして
は、ノッチ部を検出するセンサ１４０ａの出力に基づい
てノッチ部のＸ，Ｙ方向を合わせ、残りのセンサ１４０
ｂでウエハＷの半径方向（ｒ方向）の位置を合わせる特
殊なシーケンスしか採用できない。しかしながら、実際
の露光工程、あるいはその他の半導体製造工程では新旧
を含めて様々な装置が混用されており、これらの装置で
は、後述するような種々のシーケンスが採用されてお
り、しかもこれらは全て、上述したウエハの製造バラツ
キを考慮した３つのセンサ出力に基づくシーケンスであ
ることから、上記の特殊な位置合わせシーケンスを採用
すると、これらの装置との間でプリアライメントシーケ
ンスの互換性が保てず、プリアライメント装置の共用が
不可能になってしまうという不都合を有している。

【００１６】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明の目的は、基板ステージ上で
は基板の切り欠き部を含む２箇所の外縁位置を検出する
だけで基板の搬送に伴う位置ずれを正確に検出すること
ができるとともに、複数の基板ステージがそれぞれ別の
装置に設けられたものであっても、特に支障なく、基板
位置決め装置を共用できるようになる位置ずれ検出方法
を提供することにある。

【００１７】また、請求項２及び３に記載の発明の目的
は、基板ステージ上に基板の切り欠き部を含む２箇所の
外縁位置を検出する第２の外縁位置検出系を配置するだ
けで基板の搬送前後の位置ずれを正確に算出することが
できる位置ずれ検出装置を提供することにある。

【００１８】また、請求項４に記載の発明の目的は、基
板ステージ上に基板の切り欠き部を含む２箇所の外縁位
置を検出する第２の外縁位置検出系を配置するだけで基
板を基板ステージ上の所望の位置へ位置決めすることが
できる位置決め装置を提供することにある。

【００１９】また、請求項５に記載の発明の目的は、感
応基板として大口径ウエハを使用しても、基板ステージ
の移動範囲（ストローク）の増大がなく、装置の大型化
を防止することができる露光装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、搬送系（１６）によって基板位置決め装置（１４）
から１又は２以上の基板ステージ（ＷＳ）上に搬送され
る基板（Ｗ）の搬送前後の位置ずれを検出する位置ずれ
検出方法であって、前記基板位置決め装置（１４）上で
搬送前の前記基板（Ｗ）の所定の切り欠き部（Ｎ）を含
む少なくとも３箇所の外縁位置を検出する第１工程と；
前記いずれかの基板ステージ（ＷＳ）上で、前記第１工
程で検出された前記基板の前記少なくとも３箇所の外縁
位置の内、前記切り欠き部（Ｎ）を含む少なくとも２箇
所の外縁位置を検出する第２工程と；前記第１及び第２
工程の検出結果に基づいて前記基板（Ｗ）の搬送前後で
の位置ずれを算出する第３工程とを含む。

【００２１】これによれば、第１工程において、基板位
置決め装置上で搬送前の基板の所定の切り欠き部を含む
少なくとも３箇所の外縁位置が検出される。次いで、そ
の基板が搬送系によって基板位置決め装置から所定の基
板ステージ上に搬送されると、第２工程において、その
基板ステージ上で、第１工程で検出された基板の少なく
とも３箇所の外縁位置の内、切り欠き部を含む少なくと
も２箇所の外縁位置が検出される。そして、第３工程に
おいて、第１及び第２工程の検出結果に基づいて基板の
搬送前後での位置ずれが算出される。このように、本発
明によれば、基板位置決め装置上では搬送前の基板の切
り欠き部を含む３箇所の外縁位置を検出することによ
り、基板の真円度に製造誤差等があっても該基板の位置
（回転を含む）を正確に検出することができ、基板ステ
ージ上に搬送後に基板位置決め装置上で検出された基板
の３箇所の外縁位置の内、切り欠き部を含む２箇所の外
縁位置を検出するのみでも、当該２箇所の検出結果と基
板位置決め装置上で検出された外縁位置の検出結果とに
基づいて基板の搬送前後での位置ずれを正確に算出する
ことができる。従って、基板ステージ上では基板の切り
欠き部を含む２箇所の外縁位置を検出するだけで基板の
搬送に伴う位置ずれを正確に検出することができる。ま
た、この場合、基板位置決め装置上では基板の３箇所の
外縁位置に基づき基板の位置を正確に検出するので、複
数の基板ステージがそれぞれ別の装置、例えば新旧いろ
いろなタイプの露光装置に設けられたものであっても特
に支障なく、基板位置決め装置を共用することができる
ようになる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、搬送系（１６）
によって基板位置決め装置（１４）から基板ステージ
（ＷＳ）上に搬送される基板（Ｗ）の搬送前後の位置ず
れを検出する位置ずれ検出装置であって、前記基板位置
決め装置（１４）上で搬送前の前記基板（Ｗ）の所定の
切り欠き部（Ｎ）を含む少なくとも３箇所の外縁位置を
検出する第１の外縁検出系（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）
と；前記基板ステージ（ＷＳ）上で前記第１の外縁検出
系で検出された前記基板（Ｗ）の前記少なくとも３箇所
の外縁位置の内、前記切り欠き部（Ｎ）を含む少なくと
も２箇所の外縁位置を検出する第２の外縁検出系（４０
ａ，４０ｂ）と；前記第１及び第２の外縁検出系の検出
結果に基づいて前記基板（Ｗ）の搬送前後での位置ずれ
を算出する算出手段（５０）とを有する。

【００２３】これによれば、第１の外縁検出系により、
基板位置決め装置上で搬送前の基板の所定の切り欠き部
を含む少なくとも３箇所の外縁位置が検出される。次い
で、その基板が搬送系によって基板位置決め装置から基
板ステージ上に搬送されると、第２の外縁検出系により
基板ステージ上で第１の外縁検出系で検出された基板の
前記少なくとも３箇所の外縁位置の内、切り欠き部を含
む少なくとも２箇所の外縁位置が検出される。そして、
算出手段により、第１及び第２の外縁検出系の検出結果
に基づいて基板の搬送前後での位置ずれが算出される。
このように、本発明によれば、第１の外縁位置検出系に
より基板位置決め装置上で搬送前の基板の切り欠き部を
含む３箇所の外縁位置が検出されるので、基板の真円度
に製造誤差等があっても該基板の位置（回転を含む）を
正確に検出することができ、基板ステージ上に搬送後に
第２の外縁位置位置検出系により第１の外縁位置検出系
で検出された基板の３箇所の外縁位置の内、切り欠き部
を含む２箇所の外縁位置を検出するのみでも、当該２箇
所の検出結果と第１の外縁位置検出系の検出結果とに基
づいて、算出手段では基板の搬送前後での位置ずれを正
確に算出することができる。従って、基板ステージ上
（ここでいう基板ステージ上とは、ステージ自体の上と
いう意味のみではなく、ステージの上方、又はステージ
上及びステージ上方の両者のいずれの意味をも含む：以
下の請求項４、５においても同じ）には基板の切り欠き
部を含む２箇所の外縁位置を検出する第２の外縁位置検
出系を配置すれば足りる。

【００２４】この場合において、第１の外縁検出系の検
出値と第２の外縁検出系の検出値とが正確に対応付けら
れていることが、位置ずれを正確に検出する前提となる
が、例えば、請求項３に記載の発明の如く、前記第１の
外縁検出系（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）の検出値と前記
第２の外縁検出系（４０ａ，４０ｂ）の検出値との対応
付けは、予め前記基板（Ｗ）を前記搬送系（１６）によ
り前記基板位置決め装置（１４）上から前記基板ステー
ジ（ＷＳ）上に搬送した際に、前記第１、第２の外縁検
出系でそれぞれ検出された同一の基準位置と外縁位置と
の差を用いて行なっても良い。この場合、複数枚の基板
を予め前記搬送系により基板位置決め装置上から基板ス
テージ上に搬送し、各基板について、第１、第２の外縁
検出系でそれぞれ同一の基準位置と外縁位置との差を検
出し、それらの平均値を用いて、第１の外縁検出系の検
出値と第２の外縁検出系の検出値との対応付けを行なう
ようにしても良い。

【００２５】請求項４に記載の発明は、搬送系（１６）
によって基板位置決め装置（１４）から搬送される基板
（Ｗ）を基板ステージ（ＷＳ）上の所定の位置に位置決
めする位置決め装置であって、前記基板位置決め装置
（１４）上で搬送前の前記基板（Ｗ）の所定の切り欠き
部（Ｎ）を含む少なくとも３箇所の外縁位置を検出する
第１の外縁検出系（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）と；前記
基板ステージ（ＷＳ）上で前記第１の外縁検出系で検出
された前記基板（Ｗ）の前記少なくとも３箇所の外縁位
置の内、前記切り欠き部（Ｎ）を含む少なくとも２箇所
の外縁位置を検出する第２の外縁検出系（４０ａ，４０
ｂ）と；前記基板ステージ（ＷＳ）に対し前記基板
（Ｗ）を２次元平面内で相対移動させる移動手段（２
４）と；前記第１及び第２の外縁検出系の検出結果に基
づいて前記基板が前記基板ステージ上の所望の位置に位
置決めされるように前記移動手段を制御する制御手段
（５０）とを有する。

【００２６】これによれば、第１の外縁検出系により、
基板位置決め装置上で搬送前の基板の所定の切り欠き部
を含む少なくとも３箇所の外縁位置が検出される。次い
で、その基板が搬送系によって基板位置決め装置から基
板ステージ上に搬送されると、第２の外縁検出系により
基板ステージ上で第１の外縁検出系で検出された基板の
前記少なくとも３箇所の外縁位置の内、切り欠き部を含
む少なくとも２箇所の外縁位置が検出される。そして、
制御手段により、第１及び第２の外縁検出系の検出結果
に基づいて基板が基板ステージ上の所望の位置に位置決
めされるように移動手段が制御される。ここで、制御手
段による移動手段の制御は、第１の外縁検出系と第２外
縁検出系との検出結果に基づく位置ずれ量を算出して、
これを零とするような制御方法であっても良いが、第１
外縁検出系の検出結果に第２の外縁検出系の検出結果が
一致するようなサーボ制御によるものであっても良い。

【００２７】このように、本発明によれば、第１の外縁
位置検出系により基板位置決め装置上で搬送前の基板の
切り欠き部を含む３箇所の外縁位置が検出されるので、
基板の真円度に製造誤差等があっても該基板の位置（回
転を含む）を正確に検出することができ、基板ステージ
上に搬送後に第２の外縁位置位置検出系により第１の外
縁位置検出系で検出された基板の３箇所の外縁位置の
内、切り欠き部を含む２箇所の外縁位置を検出するのみ
でも、当該２箇所の検出結果と第１の外縁位置検出系の
検出結果とに基づいて、制御手段により基板が基板ステ
ージ上の所望の位置に位置決めされる。従って、基板ス
テージ上には基板の切り欠き部を含む２箇所の外縁位置
を検出する第２の外縁位置検出系を配置すれば足り、し
かも基板を基板ステージ上の所望の位置へ位置決めでき
る。

【００２８】請求項５に記載の発明は、マスク（Ｒ）の
パターンを基板ステージ（ＷＳ）上の感応基板（Ｗ）に
露光する露光装置であって、前記感応基板の基板座標系
上の所望の位置に対する位置決め用として請求項２ない
し４のいずれか一項に記載の装置を具備することを特徴
とする。これによれば、前述の如く、基板の切り欠き部
を含む２箇所の外縁位置を検出する第２の外縁位置検出
系を基板ステージ上に配置すれば良いので、感応基板と
して大口径ウエハを使用しても、基板ステージの移動範
囲（ストローク）を増大させる必要がなく、装置の大型
化を防止することができ、特に大口径投影光学系を使用
する投影露光装置の場合にその効果が大きい。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。

【００３０】図１には本発明に係る位置決め装置が適用
された一実施形態の露光装置１０の概略構成が示されて
いる。

【００３１】この露光装置１０は、露光装置本体１２、
基板位置決め装置としてのプリアライメント装置１４、
及び搬送系としてウエハローダの一部を構成するウエハ
搬送機構１６等を備えている。

【００３２】この内、露光装置本体１２は、マスクとし
てのレチクルＲを上方から均一に照明する照明光学系Ｉ
ＯＰ、レチクルＲを保持するレチクルホルダＲＳ、レチ
クルＲに形成された回路パターンの像を表面にフォトレ
ジストが塗布された基板（及び感応基板）としてのウエ
ハＷ上に縮小投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持
してベースＢＳ上をＸ軸方向（図１における紙面左右方
向）及びこれに直交するＹ軸方向（図１における紙面直
交方向）に２次元移動する基板ステージとしてのウエハ
ステージＷＳ等を備えている。

【００３３】ウエハステージＷＳ上面の端部にはＬ字ミ
ラーから成る移動鏡２０が設けられており、この移動鏡
２０に向けて外部に配置されたレーザ干渉計２２から測
長ビームが照射され、当該レーザ干渉計２２によってウ
エハステージＷＳのＸＹ座標が計測されるようになって
いる。このレーザ干渉計２２の計測値は、主制御装置５
０に供給され、主制御装置５０では、このレーザ干渉計
２２の計測値をモニタしつつ、ウエハステージＷＳの位
置制御を行なう。ここで、実際には、図２に示されるよ
うに、移動鏡２０にＸ軸方向の測長ビームを投射するＸ
レーザ干渉計２２Ｘと、移動鏡２０にＹ軸方向の測長ビ
ームを投射するＹレーザ干渉計２２Ｙとが設けられてい
るが、図１ではこれらが代表的にレーザ干渉計２２とし
て図示されている。

【００３４】また、ウエハステージＷＳの上面には、ウ
エハホルダ１８が載置されており、このウエハホルダ１
８上にウエハＷが真空吸着され、この状態でレチクルＲ
上のパターンのウエハＷ上への露光が、主制御装置５０
によって、例えばステッピングアンドリピート方式で行
われる。この露光に先だって、主制御装置５０では、後
述するようにして、ウエハＷをウエハホルダ１８上の所
定の位置にプリアライメントした後、ウエハＷ上に形成
されたアライメントマークの位置を、ファインアライメ
ントセンサ２３を用いて検出し、ウエハＷ上の既存の回
路パターンの位置をより正確に位置検出し、その結果に
基づいてウエハＷを重ね合わせ露光位置に正確に位置決
めする。従って、本実施形態の露光装置１０では高精度
な重ねあわせ露光が行われる。

【００３５】さらに、前記ウエハステージＷＳ上には、
ＸＹ方向に微小移動及びＸＹ面に直交するＺ軸回りの微
小回転が可能でかつＺ軸方向に上下動可能な移動手段と
してのセンターアップ２４がウエハホルダ１８を貫通し
た状態で装備されている。このセンターアップ２４の動
作も不図示のセンターアップ駆動機構を介して主制御装
置５０によって制御される。なお、このセンターアップ
２４を用いたウエハＷの位置決め動作については、後に
詳述する。

【００３６】前記プリアライメント装置１４は、複数の
ウエハＷを上下方向に所定間隔で収納するウエハカセッ
ト２６が搭載された搬送台２８と、この搬送台２８上に
設けられたプリアライメント機構３０と、このプリアラ
イメント機構３０に吸着保持されたウエハＷの外縁部３
箇所の位置を検出する３つのプリアライメントセンサ３
２ａ、３２ｂ、３２ｃ（図１においては、プリアライメ
ントセンサ３２ｂと３２ｃとが重なった状態が示されて
いる：図２参照）から成る第１の外縁検出系とを備えて
いる。プリアライメント機構３０は、前述したセンター
アップ２４と同様に、ＸＹ方向に微小移動及びＸＹ面に
直交するＺ軸回りの微小回転が可能でかつＺ軸方向に上
下動可能な駆動軸から構成されており、この駆動軸の上
端面に真空吸着部が設けられている。このプリアライメ
ント機構３０の動作も不図示の駆動系を介して主制御装
置５０によって制御される。

【００３７】前記第１の外縁検出系を構成する３つのプ
リアライメントセンサは、所定半径（ウエハＷの半径と
ほぼ同一）の円周上の中心角１２０度間隔の位置にそれ
ぞれ配置され、その内の１つ、ここではプリアライメン
トセンサ３２ａがプリアライメント機構３０上に保持さ
れたウエハＷのノッチＮ（Ｖ字状の切り欠き）を検出可
能な位置に配置されている。これらのプリアライメント
センサとしては、撮像素子と画像処理回路とから成る画
像処理方式のセンサが用いられている。

【００３８】ここで、このプリアライメント装置１４に
よるウエハＷのプリアライメント方法について説明す
る。不図示のウエハローダを構成する不図示の搬送アー
ムによりウエハカセット１６から取り出された未処理
（露光前）のウエハＷは、プリアライメント機構３０上
に載置され真空吸着される。この真空吸着されたウエハ
Ｗが、図１、図２には仮想線Ｗ１で示されている。この
状態で、プリアライメント機構３０では、主制御装置５
０の指示に応じてそのウエハＷのノッチＮの位置が第１
の外縁検出系を構成するプリアライメントセンサ３２ａ
の真下に来るように、ウエハＷの回転及び位置を大まか
に合わせる。プリアライメントセンサ３２ａは、図３
（Ａ）に示されるように、ウエハＷの外周上のノッチＮ
の位置を、図中のＸ方向及びＹ方向について検出可能な
構成となっている。

【００３９】他方、第１の外縁検出系を構成するプリア
ライメントセンサ３２ｂ，３２ｃが検出すべき対象は、
ノッチ部のような２次元パターンではなく、ウエハ外縁
の１次元的な位置で良い。従って、プリアライメントセ
ンサ３２ｂ，３２ｃは、図３（Ｂ）に示されるウエハＷ
の半径方向（ｒ方向）の１次元位置が検出可能であれば
良い。また、プリアライメントセンサ３２ｂ，３２ｃ
は、プリアライメントセンサ３２ａが検出するノッチＮ
の位置から、それぞれ中心角１２０度ずつ離れた場所で
のウエハＷの外縁を検出する。

【００４０】続いて、主制御装置５０では、それぞれの
プリアライメントセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの検出
値をモニターしつつプリアライメント機構３０を駆動す
る。この場合、ウエハＷの半径や真円度はその製造誤差
によりばらつくので、所定の位置において各センサの検
出値が常に一定となるわけではない。従って、主制御装
置５０では、この製造誤差を踏まえた上でウエハＷを正
確に所定の位置に合わせる。

【００４１】この位置合わせのための具体的なシーケン
スとしては、次のような３つのシーケンスが採用可能で
ある。

【００４２】ａ．プリアライメントセンサ３２ｂ，３２
ｃの検出値とプリアライメントセンサ３２ａのＹ方向の
検出値が所定値となるように追い込む方法。すなわち、
ノッチ位置から１２０度ずつ離れた２点を並進位置の基
準として位置合わせを行なう。

【００４３】ｂ．プリアライメントセンサ３２ａのＸ，
Ｙ両方向の検出値が所定値となり、かつプリアライメン
トセンサ３２ｂ，３２ｃの検出値とそれぞれの所定の値
との各差が等しくなる様に追い込む方法。すなわちノッ
チを並進位置の基準として位置合わせを行なう。

【００４４】ｃ．プリアライメントセンサ３２ａのＹ検
出値を所定値とし、かつプリアライメントセンサ３２ａ
のＸ検出値とプリアライメントセンサ３２ｂ，３２ｃの
検出値と、それぞれの所定の値との各差が等しくなるよ
うに追い込む方法。すなわちウエハ中心を並進位置の基
準として位置合わせを行なう。

【００４５】上記３つの何れのシーケンスを採用する場
合にも、主制御装置５０では、位置合わせ完了後に、各
プリアライメントセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの検出
値をメモリに記憶する。

【００４６】前記ウエハ搬送機構１６は、ベースＢＳの
図１における紙面奥側の面とほぼ同一位置の上方に、Ｘ
軸方向に延設されたＸガイド３４と、このＸガイド３４
に沿って往復移動する（図１、図２の矢印Ａ、Ａ’参
照）スライダ３６に一体的に取り付けられた二股の搬送
アーム３８とを備えている。この搬送アーム３８の動作
も不図示の駆動系を介して主制御装置５０によって制御
されるようになっている。

【００４７】ここで、この搬送アーム３８によるウエハ
Ｗの搬送動作、及びこの搬送アーム３８とプリアライメ
ント機構３０、ウエハホルダ１８との間のウエハＷの受
け渡し動作について簡単に説明する。

【００４８】上記の如くして、プリアライメント機構３
０によりウエハＷの位置及び回転の調整を行なった後、
主制御装置５０ではウエハＷを保持したプリアライメン
ト機構３０を上昇駆動して、ウエハＷを搬送アーム３８
の移動面の上方まで持ち上げる。次いで、主制御装置５
０では搬送アーム３８を不図示の駆動系を介してスライ
ダ３６と一体的に矢印Ａ方向に駆動してウエハＷの下方
に位置させる。この状態で主制御装置５０ではプリアラ
イメント機構３０を下降駆動するとともにウエハＷが搬
送アーム３８に当接した位置でプリアライメント機構３
０によるウエハＷの吸引を解除する。このとき同時に、
主制御装置５０では搬送アーム３８の吸引を開始する。
これによりウエハＷが搬送アーム３８により吸着保持さ
れる。次に、主制御装置５０ではウエハＷを保持した搬
送アームを矢印Ａ’方向に駆動して、ウエハＷをウエハ
ホルダ１８の上方まで搬送する。この搬送途中のウエハ
Ｗが図１では仮想線Ｗ２で示されている。

【００４９】ウエハＷが、搬送アーム３８によってウエ
ハホルダ上方の所定の位置まで搬送されると、主制御装
置５０ではセンターアップ２４を不図示のセンターアッ
プ駆動機構を介して所定量上昇駆動する。これにより、
ウエハＷにセンターアップ２４の上面が当接する。次い
で、主制御装置５０ではセンターアップ２４の吸引を開
始すると同時に搬送アーム３８によるウエハＷの吸引を
解除する。その後、主制御装置５０では、センターアッ
プ２４を更に所定量上昇駆動し、搬送アーム３８を矢印
Ａ方向に駆動してウエハホルダ１８上から退避させる。
このようにして、ウエハＷが搬送アーム３８からセンタ
ーアップ２４に渡される。図２には、このセンターアッ
プ２４に保持されたウエハＷが実線で示されている。

【００５０】上記の搬送アーム３８からセンターアップ
２４へのウエハＷの受け渡し動作の際の装置全体の振動
の影響等により、上述のようにして搬送アーム３８から
ウエハを受け取ったセンターアップ２４をそのまま下降
させただけではウエハＷをウエハホルダ１８上の所望の
位置へ載置できない場合がある。

【００５１】かかる点を考慮して、本実施形態では、セ
ンターアップ２４に渡されたウエハＷの位置を再度検出
（計測）するために、露光装置本体１２側に、例えば投
影光学系ＰＬに付設して、第２の外縁検出系が設けられ
ている。この第２の外縁検出系は、図１、図２に示され
るように、ウエハホルダ１８上方に、ＸＹ面内で所定距
離を隔てて配置された２つのプリアライメントセンサ４
０ａ、４０ｂとから構成されている。これらのプリアラ
イメントセンサ４０ａ、４０ｂとしては、第１の外縁検
出系と同様に撮像素子と画像処理回路とから成る画像処
理方式のセンサが用いられている。ここで、これらのプ
リアライメントセンサ４０ａ、４０ｂの配置について更
に詳述すると、一方のプリアライメントセンサ４０ａ
は、搬送アーム３８からセンターアップ２４上に渡され
たウエハＷのノッチを撮像可能な位置に配置され、他方
のプリアライメントセンサ４０ｂは、ウエハＷとほぼ同
一半径の円周上でプリアライメントセンサ４０ｂの配置
位置から反時計周りに１２０度の中心角をなす位置に配
置されている。すなわち、本実施形態の場合、第２の外
縁検出系を構成するプリアライメントセンサ４０ａ、４
０ｂの位置関係は、前述した第１の外縁検出系を構成す
るプリアライメントセンサ３２ａ、３２ｂと同じ位置関
係になっており、しかもプリアライメントセンサ３２
ａ、３２ｂをＸ軸方向に所定距離平行移動すると、それ
ぞれプリアライメントセンサ４０ａ、４０ｂにほぼ重な
るような位置関係となっている。このため、本実施形態
では第１の外縁検出系で検出されたウエハＷの３箇所の
外縁位置の内、ノッチＮを含む２箇所の外縁位置を第２
の外縁検出系により検出できるようになっている。

【００５２】そして、この第２の外縁検出系を構成する
プリアライメントセンサ４０ａ，４０ｂを用いてウエハ
ホルダ１８上方でのウエハＷの位置を検出することで、
搬送アーム３８からウエハホルダ１８へのウエハＷの受
け渡し誤差を補正することができる。この詳細について
は後述する。

【００５３】次に、搬送アーム３８によりプリアライメ
ント装置１４からウエハホルダ１８上まで搬送されるウ
エハＷの搬送前後の位置ずれの補正、主として上述した
搬送アーム３８からウエハホルダ１８へのウエハＷの受
け渡し誤差の補正方法について詳述する。

【００５４】前述した如くして、ウエハＷがプリアライ
メント機構３０から搬送アーム３８に渡され、搬送アー
ム３８によってウエハホルダ１８上方まで搬送され、ウ
エハステージＷＳ上のセンターアップ２４に渡される。
このとき、ウエハＷは、受け渡し時の装置の振動の影響
等により、所望の位置より僅かにずれたウエハホルダ１
８上の位置にある場合が殆どである。

【００５５】そこで、主制御装置５０では、このウエハ
Ｗの位置を第２の外縁検出系を構成するプリアライメン
トセンサ４０ａ、４０ｂにより検出する。この検出の
際、主制御装置５０ではプリアライメントセンサ４０ａ
のＸ、Ｙ両方向の位置検出値と、プリアライメントセン
サ４０ｂのｒ方向の位置検出値が、内部のメモリに記憶
されているプリアライメント装置１４上でのプリアライ
メント時の、各プリアライメントセンサ３２ａ，３２ｂ
の検出値と同じ値になるように、センターアップ２４を
ＸＹ２次元駆動してウエハＷのウエハホルダ１８、ひい
てはウエハステージＷＳに対する相対位置合わせを行な
う。この場合、主制御装置５０では、プリアライメント
センサ４０ａとプリアライメントセンサ３２ａとの検出
値との差、プリアライメントセンサ４０ｂとプリアライ
メントセンサ３２ｂとの検出値との差に基づいてウエハ
Ｗの搬送アーム３８による搬送前後の位置ずれを算出
し、この位置ずれが零となるようにセンターアップ２４
を駆動しても良いが、プリアライメントセンサ４０ａ、
４０ｂの検出値が、メモリに記憶されているプリアライ
メントセンサ３２ａ，３２ｂの検出値に一致するように
センターアップ２４をサーボ制御により駆動しても良
い。これにより、上述した搬送アーム３８からウエハホ
ルダ１８へのウエハＷの受け渡し誤差が補正され、ウエ
ハホルダ１８上の所望の位置へのウエハＷの位置決めが
完了する。

【００５６】この状態で主制御装置５０ではセンターア
ップ２４を下降駆動してセンターアップ２４の上面がウ
エハホルダ１８の上面と同一高さになった時点でセンタ
ーアップ２４によるウエハＷの吸引を解除し、ウエハホ
ルダ１８によるウエハＷの吸引を開始し、これによりウ
エハＷの受け渡しが完了する。

【００５７】ここで、上述した一連の手順により、ウエ
ハＷをウエハホルダ１８上の所望の位置に正確に位置決
めするためには、プリアライメント装置４０側に設けら
れた第１の外縁検出系を構成するプリアライメントセン
サ３２ａ、３２ｂの検出値と、露光装置本体１２側のウ
エハステージＷＳ上方に設けられた第２の外縁検出系を
構成するプリアライメントセンサ４０ａ、４０ｂの検出
値と、「所望の位置」との間に、正確な対応付けを行な
うことが前提となるが、これは例えば装置の初期調整時
に実際に数枚のウエハについて、上述したようなプリア
ライメント機構３０上でのプリアライメント→搬送アー
ム３８による搬送→ウエハホルダ１８上での外縁位置の
再計測という流れに沿った動作を行ない、各ウエハにつ
いて、例えばファインアライメントセンサ２３を用いて
計測した「所望の位置」と、各プリアライメントセンサ
３２ａ、３２ｂ、４０ａ、４０ｂが検出した「外縁位
置」との差を、各プリアライメントセンサの検出値にフ
ィードバックすることで調整が可能である。この場合、
複数枚のウエハを予め搬送アーム３８によりプリアライ
メント装置１４上からウエハステージＷＳ上に搬送し、
各ウエハについて、第１、第２の外縁検出系でそれぞれ
同一の基準位置、例えばファインアライメントセンサ２
３を用いて計測した「所望の位置」と外縁位置との差を
検出し、それらの平均値を用いて、第１の外縁検出系の
検出値と第２の外縁検出系の検出値との対応付けを行な
うようにしても良い。勿論、使用中の装置に対しても、
このような調整を一定の期間毎に行ない、プリアライメ
ント精度の確認を行なうことも可能である。

【００５８】以上説明したように、本実施形態の露光装
置１０によると、プリアライメント装置１４上でウエハ
ＷのノッチＮを含む外縁３点の位置を第１の外縁検出系
を構成するプリアライメントセンサ３２ａ，３２ｂ，３
２ｃで検出するとともにこれらの検出値に基づいてウエ
ハＷの製造バラツキを考慮した所望の位置に対する位置
決めを行ない、その位置決め状態でのプリアライメント
センサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置検出値をメモリに
記憶し、ウエハホルダ１８上に搬送後に、上記のメモリ
内に記憶しているプリアライメントセンサ３２ａ，３２
ｂの位置検出値と、当該センサ３２ａ，３２ｂと同一の
外縁位置をウエハホルダ１８上で検出する第２の外縁検
出系を構成するプリアライメントセンサ４０ａ，４０ｂ
の位置検出値とに基づいてウエハＷの所望の位置への位
置決めが行なわれる。このため、ウエハホルダ１８上で
はウエハＷの外縁２箇所のみを検出しても、ウエハＷの
製造バラツキの影響を受けることがなく、ウエハＷをウ
エハホルダ（ウエハステージ）上の所望の位置に正確に
位置決めすることが可能になる。また、この場合、ウエ
ハが大口径化し、投影光学系ＰＬが大型化しても、外縁
検出系と投影光学系ＰＬとが干渉する恐れがないので、
ウエハステージの移動範囲を拡大する必要もない。

【００５９】また、プリアライメント装置１４上ではウ
エハＷのノッチＮを含む外縁３点の位置をプリアライメ
ントセンサ３２ａ，３２ｂ，３２ｃで検出するので、前
述したａ．〜ｃ．のいずれのシーケンスをも採用するこ
とが可能であり、上記ａ．〜ｃ．の何れを採用しても、
ウエハホルダ１８上で上記の如き位置検出を行なうこと
で、上記ａ．〜ｃ．の各シーケンスと等価なプリアライ
メントを行なうことが可能である。従って、プリアライ
メント装置１４を従来からある他の露光装置、あるいは
その他の半導体製造装置と共用しても何等の不都合を生
じることのない、異機種間互換性の高いプリアライメン
トを実現することが可能となる。

【００６０】なお、上記実施形態ではウエハステージＷ
Ｓ上にＸＹ面内での移動が可能なセンターアップ２４を
設け、第１及び第２の外縁検出系の検出結果に基づいて
センターアップ２４を移動させることにより、所定のロ
ーディングポジションに停止しているウエハステージＷ
Ｓ上の所望の位置にウエハＷを位置決めする場合につい
て説明したが、これに限らず、例えば、上記とほぼ同様
の手順でウエハホルダ１８上にウエハＷを載置した後、
主制御装置５０が第１及び第２の外縁検出系の検出結果
に基づいてウエハＷの搬送前後の位置ずれを算出し、こ
の位置ずれが零となるようにウエハステージＷＳを駆動
し、ウエハホルダ１８，ひいてはウエハＷを所望の位置
に位置合わせすし、このときのウエハステージＷＳの位
置をレーザ干渉計２２Ｘ，２２Ｙで計測するようにして
も良い。このようにしても、主制御装置５０ではウエハ
Ｗのウエハ座標系上の正確な位置を検出することができ
る。

【００６１】あるいは、また、上記とほぼ同様の手順で
ウエハホルダ１８上にウエハＷを載置した後、主制御装
置５０が第１及び第２の外縁検出系の検出結果に基づい
てウエハＷの搬送前後の位置ずれを算出し、この位置ず
れをレーザ干渉計２２Ｘ、２２Ｙの計測値に対するオフ
セットとして加え、以後このオフセットを用いたウエハ
ステージＷＳの位置制御するようにしても、上記と同様
の高精度のプリアライメントが可能となり、これに続く
アライメントマークを用いたファインアライメントを支
障なく行なうことが可能である。

【００６２】これまでの説明から明らかなように、上記
実施形態では、主制御装置５０によって算出手段及び制
御手段が構成され、プリアライメントセンサ３２ａ、３
２ｂ、３２ｃと、プリアライメントセンサ４０ａ、４０
ｂと、主制御装置５０とによって本発明に係る位置ずれ
検出装置が構成され、また、プリアライメントセンサ３
２ａ、３２ｂ、３２ｃと、プリアライメントセンサ４０
ａ、４０ｂと、センターアップ２４と主制御装置５０に
よって本発明に係る位置決め装置が構成されている。

【００６３】なお、上記実施形態では、第１、第２の外
縁検出系を構成するプリアライメントセンサとしてウエ
ハの外縁形状を撮像しその画像信号から検出する画像処
理方式のセンサを用いる場合を説明したが、本発明がこ
れに限定されることはなく、例えばウエハの外縁近傍に
シート状のレーザビームを照射しその透過率（又は反射
率）からウエハ外縁位置を検出するレーザ検出方式のセ
ンサ等、他の方式のセンサを用いても良いことは言うま
でもない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、基板ステージ上では基板の切り欠き部を
含む２箇所の外縁位置を検出するだけで基板の搬送に伴
う位置ずれを正確に検出することができるとともに、複
数の基板ステージがそれぞれ別の装置に設けられたもの
であっても、特に支障なく、基板位置決め装置を共用で
きるようになるという従来にない優れた位置ずれ検出方
法が提供される。

【００６５】また、請求項２及び３に記載の発明によれ
ば、基板ステージ上に基板の切り欠き部を含む２箇所の
外縁位置を検出する第２の外縁位置検出系を配置するだ
けで基板の搬送前後の位置ずれを正確に算出することが
できるという優れた位置ずれ検出装置を提供することが
できる。

【００６６】また、請求項４に記載の発明によれば、基
板ステージ上に基板の切り欠き部を含む２箇所の外縁位
置を検出する第２の外縁位置検出系を配置するだけで基
板を基板ステージ上の所望の位置へ位置決めすることが
できるという優れた位置決め装置を提供することができ
る。

【００６７】また、請求項５に記載の発明によれば、感
応基板として大口径ウエハを使用しても、基板ステージ
の移動範囲（ストローク）の増大がなく、装置の大型化
を防止することができるという優れた露光装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】図１の装置の動作を説明するための図であっ
て、主要な構成部分を示す平面図である。

【図３】第１の外縁検出系を構成する各プリアライメン
トセンサの検出対象を示す図であって、（Ａ）はウエハ
のノッチ部を示す図、（Ｂ）はウエハのノッチ以外の外
縁部を示す図である。

【図４】発明が解決しようとする課題を説明するための
図である。

【符号の説明】

１０ 露光装置 １４ プリアライメント装置（基板位置決め装置） １６ ウエハ搬送機構（搬送系） ２４ センターアップ（移動手段） ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ プリアライメントセンサ（第
１の外縁検出系） ４０ａ，４０ｂ プリアライメントセンサ（第２の外縁
検出系） ５０ 主制御装置（算出手段、制御手段） ＷＳ ウエハステージ（基板ステージ） Ｗ ウエハ（基板、感応基板） Ｎ ノッチ（切り欠き部） Ｒ レチクル（マスク）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 搬送系によって基板位置決め装置から１
   又は２以上の基板ステージ上に搬送される基板の搬送前
   後の位置ずれを検出する位置ずれ検出方法であって、 前記基板位置決め装置上で搬送前の前記基板の所定の切
   り欠き部を含む少なくとも３箇所の外縁位置を検出する
   第１工程と；前記いずれかの基板ステージ上で、前記第
   １工程で検出された前記基板の前記少なくとも３箇所の
   外縁位置の内、前記切り欠き部を含む少なくとも２箇所
   の外縁位置を検出する第２工程と；前記第１及び第２工
   程の検出結果に基づいて前記基板の搬送前後での位置ず
   れを算出する第３工程とを含む位置ずれ検出方法。
2. 【請求項２】 搬送系によって基板位置決め装置から基
   板ステージ上に搬送される基板の搬送前後の位置ずれを
   検出する位置ずれ検出装置であって、 前記基板位置決め装置上で搬送前の前記基板の所定の切
   り欠き部を含む少なくとも３箇所の外縁位置を検出する
   第１の外縁検出系と；前記基板ステージ上で前記第１の
   外縁検出系で検出された前記基板の前記少なくとも３箇
   所の外縁位置の内、前記切り欠き部を含む少なくとも２
   箇所の外縁位置を検出する第２の外縁検出系と；前記第
   １及び第２の外縁検出系の検出結果に基づいて前記基板
   の搬送前後での位置ずれを算出する算出手段とを有する
   位置ずれ検出装置。
3. 【請求項３】 前記第１の外縁検出系の検出値と前記第
   ２の外縁検出系の検出値との対応付けは、予め前記基板
   を前記搬送系により前記基板位置決め装置上から前記基
   板ステージ上に搬送した際に、前記第１、第２の外縁検
   出系でそれぞれ検出された同一の基準位置と外縁位置と
   の差を用いて行われていることを特徴とする請求項２に
   記載の位置ずれ検出装置。
4. 【請求項４】 搬送系によって基板位置決め装置から搬
   送される基板を基板ステージ上の所定の位置に位置決め
   する位置決め装置であって、 前記基板位置決め装置上で搬送前の前記基板の所定の切
   り欠き部を含む少なくとも３箇所の外縁位置を検出する
   第１の外縁検出系と；前記基板ステージ上で前記第１の
   外縁検出系で検出された前記基板の前記少なくとも３箇
   所の外縁位置の内、前記切り欠き部を含む少なくとも２
   箇所の外縁位置を検出する第２の外縁検出系と；前記基
   板ステージに対し前記基板を２次元平面内で相対移動さ
   せる移動手段と；前記第１及び第２の外縁検出系の検出
   結果に基づいて前記基板が前記基板ステージ上の所望の
   位置に位置決めされるように前記移動手段を制御する制
   御手段とを有する位置決め装置。
5. 【請求項５】 マスクのパターンを基板ステージ上の感
   応基板に露光する露光装置であって、 前記感応基板の基板座標系上の所望の位置に対する位置
   決め用として請求項２ないし４のいずれか一項に記載の
   装置を具備することを特徴とする露光装置。