JP2003163256A - 真空対応型ステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空チャンバー内のステージ基板をスムーズに
かつ高速に移動させることができるとともに、１０^-5Ｐ
ａ程度の真空度でも使用可能でかつ比較的製作が容易な
真空対応型ステージ装置を提供する。 【解決手段】大小の真空処理室６ａ，６ｂを有する真空
チャンバー６の小さな真空処理室６ｂ内にスライド軸１
を貫通させ、スライド軸１に結合されたステージ基板５
を大きな真空処理室６ａ内で移動させるとともに、上記
真空チャンバー６外に、二重の排気溝２１，２２を備え
た排気部２を設け、該排気部２と真空チャンバー６との
間に可撓性をもった隔壁３を気密に配置し、スライド軸
１を静圧気体軸受７によって保持案内することにより真
空対応型スライド装置を構成し、さらに真空チャンバー
６より最も離れた排気溝２１から真空チャンバー６側の
排気部端面までの長さＮをステージ基板５の有効移動距
離以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空雰囲気下で使
用される走査型露光描画装置、ＶＵＶ露光描画装置、Ｅ
ＵＶ露光描画装置、走査電子顕微鏡等に用いられる真空
対応型スライド装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程では、
真空雰囲気下で加工や測定を行うことが多く、例えば、
電子ビームを用いた走査型露光描画装置には、真空チャ
ンバー内に転がり軸受によって案内されるステージ基板
を備えた真空対応型スライド装置が用いられており、上
記ステージ基板上に半導体ウエハを載せ、真空チャンバ
ー内を排気して１０^-4〜１０^-5Ｐａの真空度とした後、
電子ビームを半導体ウエハに照射するとともに、ステー
ジ基板を移動させることにより露光描画処理を施すよう
になっていた。

【０００３】しかしながら、転がり軸受を用いた案内で
は摺動抵抗が大きく、移動中にステージ基板が振動する
といった問題があり、近年要求されている描画線幅の微
細化に対応することが難しくなっていた。また、描画線
幅の微細化とともに生産性の向上も求められているが、
転がり軸受を用いた案内ではステージ基板を高速に移動
させることが難しいといった問題もあった。

【０００４】そこで、これらの課題を解決する真空対応
型スライド装置として、図３（ａ）（ｂ）に示すよう
な、真空チャンバー１００を貫通する二本のスライド軸
１１０と、真空チャンバー１００内において上記二本の
スライド軸１１０に接合されたステージ基板１２０と、
真空チャンバー１００の貫通部に近接して配置され、ス
ライド軸１１０を案内するエアースライド軸受１３０
と、真空チャンバー１００の貫通部とエアースライド軸
受端面とを覆い真空チャンバー１００内への気体の流入
を防止する隔壁１４０とからなり、上記エアースライド
軸受１３０の給気孔１３１よりスライド軸１１０に対し
て圧縮気体を噴射して両者の隙間Ｓに静圧気体層を形成
することによりスライド軸１１０を静圧支持し、この状
態で不図示のアクチュエータによってスライド軸１１０
を移動させることにより、スライド軸１１０に結合され
たステージ基板１２０を移動させるようにした真空対応
型スライド装置を本件出願人は先に提案している（特開
２００１−４４１０７公報参照）。

【０００５】この真空対応型スライド装置によれば、ス
テージ基板１２０に結合されたスライド軸１１０を静圧
支持して案内するようにしてあることから、摺動抵抗が
皆無であるため、ステージ基板１２０を高速移動させる
ことができ、加工や測定の作業性を向上させることがで
きるとともに、ステージ基板１２０に振動を発生させる
ようなことがないため、精度良く加工や測定することが
できるといった利点があった。なお、エアースライド軸
受１３０には排気溝１３２が設けられており、静圧気体
層を形成するために供給された圧縮気体を排気溝１３２
より外部へ排気することにより、真空チャンバー１００
内の真空度を維持するようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３（ａ）
（ｂ）に示す真空対応型スライド装置は非常に大きなも
のであり、このスライド装置を用いて各種加工や測定を
行うには、エアースライド軸受１３０の排気溝１３２か
ら真空チャンバー側のエアースライド軸受端面までの距
離Ｔをできるだけ長くする必要があった。

【０００７】即ち、エアースライド軸受１３０の排気溝
１３２から真空チャンバー側のエアースライド軸受端面
までの距離Ｔが短すぎると、排気溝１３２より圧縮気体
を排気するようにしていても排気効率が悪く、スライド
軸１１０に付着する気体分子が真空チャンバー１００内
に流入して加工や測定に必要な真空度を低下させてしま
うといった課題があった。

【０００８】そこで、この問題を解決するためには、エ
アースライド軸受１３０の排気溝１３２から真空チャン
バー側のエアースライド軸受端面までの距離Ｔをできる
だけ長くすれば良いのであるが、真空チャンバー１００
は少なくともステージ基板１２０の長さにステージ基板
１２０の移動距離（以下、有効移動距離という）を足し
た長さ分が最低必要で、この長さは約２ｍ近くもあり、
さらに図３（ａ）（ｂ）に示す真空対応型スライド装置
では、真空チャンバー１００の両側に配置する二つのエ
アースライド軸受１３０の長さ分以上が必要となるた
め、トータルで２ｍ以上のスライド軸１１０を用いなけ
ればならず、このように非常に長いスライド軸１１０を
形成することは難しく、その結果、スライド装置の生産
性が悪く、非常に高価なものになってしまうといった課
題があった。

【０００９】即ち、スライド軸１１０をエアースライド
軸受１３０によって静圧支持する場合、両者の隙間Ｓを
２〜５μｍ、好ましくは３〜４μｍに管理する必要があ
り、そのためにはスライド軸１１０の部品精度を真直度
及び平行度共に１μｍ以下に仕上げなければならないの
であるが、スライド軸１１０に、比重が小さく高剛性で
かつ変形し難いセラミックスを用いたとしても、上述し
た精度を２ｍ以上にわたって得ることが非常に難しく、
また、長さが２ｍにもわたると自重による反りの影響も
大きいため、熟練の技術者でも製作が難しいものであっ
た。

【００１０】さらに、図３（ａ）（ｂ）に示す真空対応
型スライド装置を例えば走査型露光描画装置として用い
る場合、真空チャンバー１００の上面に鏡筒を配置する
のであるが、エアースライド軸受１３０と鏡筒との距離
が比較的近いため、エアースライド軸受１３０とスライ
ド軸１１０の隙間より漏れる微量の気体分子の影響によ
って鏡筒近傍の真空度が乱れ、露光描画精度に悪影響を
与える恐れもあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑
み、本発明の真空対応型スライド装置は、大きな真空処
理室と小さな真空処理室とを有する真空チャンバーと、
上記小さな真空処理室を貫通するスライト軸と、該スラ
イド軸に結合され、大きな真空処理室内を移動するステ
ージ基板と、上記真空チャンバー外に配置され、上記ス
ライド軸を囲繞するとともに、上記スライド軸との隙間
に流入する気体を排出する少なくとも一つの排気溝を備
えた排気部と、上記スライト軸を囲繞するように上記排
気部と真空チャンバーとの間に可撓性を以て気密に設け
られた隔壁と、上記スライド軸を保持案内する静圧気体
軸受とから構成するとともに、上記真空チャンバーより
最も離れた排気溝から真空チャンバー側の排気部端面ま
での長さを上記ステージ基板の有効移動距離以上とした
ことを特徴とする。

【００１２】なお、上記真空チャンバーの小さな真空処
理室のスライド軸方向長さは、上記ステージ基板の有効
移動距離より長く、かつ上記ステージ基板の有効移動距
離と上記ステージ基板のスライド軸方向長さの和未満と
するとともに、上記大きな真空処理室のスライド軸方向
長さは、上記ステージ基板の有効移動距離と上記ステー
ジ基板のスライド軸方向長さの和より長くすることが好
ましい。

【００１３】また、上記真空チャンバーの上部に鏡筒を
配置する場合、大きな真空処理室を上下に仕切る貫通孔
を備えた仕切り板を配置するとともに、大きな真空処理
室の上方に真空引きするための排気孔を設けることが好
ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１５】図１（ａ）は本発明の真空対応型スライド
装置の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は同図（ａ）の一
部を破断した平面図、図１（ｃ）は同図（ａ）の主要部
を示す断面図である。

【００１６】この真空対応型スライド装置は、大きな真
空処理室６ａと小さな真空処理室６ｂとを有する真空チ
ャンバー６と、小さな真空処理室６ｂを貫通する二本の
スライト軸１と、スライド軸１に結合され、大きな真空
処理室６ａ内を移動するステージ基板５と、上記真空チ
ャンバー６外に配置され、上記スライド軸１を囲繞する
とともに、上記スライド軸１との隙間に流入する気体を
排出する二重の排気溝２１，２２を備えた排気部２と、
上記スライト軸１を囲繞するように上記排気部２と真空
チャンバー６との間に可撓性を以て気密に設けられた隔
壁３と、上記スライド軸１を保持案内する静圧気体軸受
７とからなることを特徴とする。

【００１７】また、真空チャンバー６の上部には、鏡筒
等を設置するための穴６ｃを有するとともに、大きな真
空処理室６ａには、その上下を仕切る貫通孔１２ａを備
えた仕切り板１２を配置し、大きな真空処理室６ａの上
方に真空引きするための排気孔６ｄを設けてあり、ま
た、小さな真空処理室６ｂにも真空引きするための排気
孔６ｅを設けてある。

【００１８】ステージ基板５は真空チャンバー６内で二
本のスライド軸１間を結合する第一の連結部（不図示）
に備える支持軸４に結合されており、真空チャンバー６
の大きな真空処理室６ｂ内を図１（ｂ）に示す矢印の方
向に移動するようになっている。

【００１９】大きな真空処理室６ａのスライド軸方向長
さＬは、ステージ基板５の有効移動距離とステージ基板
５のスライド軸方向長さＰの和より長くするとともに、
小さな真空処理室６ｂのスライド軸方向長さＭは、大き
な真空処理室６ａより短く、ステージ基板５の有効移動
距離より長い範囲で形成しておけば良く、例えば、小さ
な真空処理室６ｂのスライド軸方向長さＭは、ステージ
基板５の有効移動距離より２０ｍｍ程度長くしておけば
良い。

【００２０】排気部２のスライド軸１と対向する軸受面
には、二重の排気溝２１，２２を形成してあり、真空チ
ャンバー６より最も離れた位置にある排気溝２１から真
空チャンバー６側の排気部端面までの長さＮがステージ
基板５の有効移動距離以上となるようにしてある。

【００２１】ここで、真空チャンバー６より最も離れた
位置にある排気溝２１から真空チャンバー６側の排気部
端面までの長さＮをステージ基板５の有効移動距離以上
とするのは、この長さＮがステージ基板５の有効移動距
離より短い場合、外部より排気部２とスライド軸１との
隙間に流入する気体を排気溝２１，２２より効率良く排
気することが難しく、スライド軸１の移動によってその
表面に付着する気体分子が真空チャンバー６内に導か
れ、真空チャンバー６内の真空度を低下させてしまうか
らである。

【００２２】なお、気体分子の付着を防止するために
は、スライド軸１の表面をできるだけ平滑に仕上げるこ
とが好ましく、具体的には算術平均粗さ（Ｒａ）で０．
５μｍ以下とすることが良い。

【００２３】このような表面粗さを得るには、スライド
軸１を、比重が小さく、高剛性を有するセラミックスに
より形成し、その表面を研磨加工することにより得るこ
とができるが、セラミックスの表面には微小な気孔が存
在し、この気孔中に気体分子が付着することもあるた
め、気体分子の付着をさらに防止するためには、スライ
ド軸１をセラミックスにより形成し、その表面を算術平
均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ以下とした後、さらにセラ
ミック表面のボイドを埋めるためにアルミナやシリカ等
のセラミック薄膜やダイヤモンド膜、あるいはダイヤモ
ンド・ライク・カーボン膜を被着したものを用いれば良
い。

【００２４】隔壁３は、ゴムや蛇腹など収縮可能な金属
により形成してあり、排気部２と真空チャンバー６との
間に各スライト軸１を囲繞するように可撓性を以て気密
に配置してある。その為、真空チャンバー６内の真空引
きにより真空チャンバー壁が変形したとしても排気部２
は影響を受けるようなことがなく、スライド軸１と所定
の隙間Ｕを保つことができる。

【００２５】静圧気体軸受７は、固定体７１と、この固
定体７１を囲繞する可動体７２とからなり、可動体７２
の固定体７１と対向する軸受面に圧縮気体の給気孔７３
を形成してあり、この給気孔７３より固定体７１と可動
体７２との微少隙間に圧縮気体を供給して静圧気体層を
形成することにより可動体７２を固定体７１上で静圧支
持するようになっている。

【００２６】そして、二本のスライド軸１の両端部に設
けられた第二の連結部１１の端部を保持するとともに、
可動体７２の移動方向がスライド軸１の移動方向と平行
となるように静圧気体軸受７を配置してある。

【００２７】この時、静圧気体軸受７により保持された
スライド軸１は、排気部２と微少隙間Ｕを保つととも
に、真空チャバー６の貫通部とも接触しないように配置
してある。

【００２８】その為、スライド軸１を移動させるにあた
り、接触部分がなく、摺動抵抗が皆無であるため、スラ
イド軸１に結合されたステージ基板５を滑らかにかつ高
速に移動させることができるとともに、ステージ基板５
に振動等が発生するようなことがない。

【００２９】なお、静圧気体軸受７を構成する固定体７
１と可動体７２との微少隙間に供給した圧縮気体は隙間
より漏れることになるが、静圧気体軸受７は真空チャン
バー６外に設けられているため、真空チャンバー６内の
真空度を低下させるようなことがない。

【００３０】かくして、図１（ａ）〜（ｃ）に示す本発
明の真空対応型ステージ装置を用いれば、不図示のアク
チュエータによってスライド軸１を移動させることによ
り、これに連結されたステージ基板５を真空チャンバー
６の大きな真空処理室６ｂ内で移動させることができる
とともに、スライド軸１は静圧気体軸受７によって保持
案内されていることから、スライド軸１の移動時に作用
する摺動抵抗が皆無であり、スムーズにかつ高速に移動
させることができる。

【００３１】また、予め排気部２に備える二重の排気溝
２１，２２を真空ポンプと接続しておくことにより、外
部より排気部２とスライド軸１との隙間を通って真空チ
ャンバー６内に流入しようとする気体を、排気部２に備
える二重の排気溝２１，２２より効率良く排気すること
ができ、特に本発明では、真空チャンバー６より最も離
れた位置にある排気溝２１から真空チャンバー６側の排
気部端面までの長さＮがステージ基板５の有効移動距離
以上となるようにしてあることから、真空チャンバー６
内に流入する気体を極めて微量に留めることができるた
め、真空チャンバー６内の真空度を低下させるようなこ
とがなく、１０^-5Ｐａ程度の真空度でも使用可能なステ
ージ装置を提供することができる。

【００３２】さらに、本発明によれば、真空チャンバー
６と大きな真空処理室６ａと小さな真空処理室６ｂとか
ら構成し、小さな真空処理室６ｂを貫通するようにスラ
イド軸１を配置するとともに、排気部２を小さな真空処
理室６ｂに近接して配置することができるため、スライ
ド軸１のトータル長さは、小さな真空処理室６ｂのスラ
イド軸方向長さＭに、排気部２及び第二の連結部１１の
長さを足した分だけあれば良く、スライド軸１の長さを
本件出願人が先に提案した図３（ａ）（ｂ）に示す真空
対応型ステージ装置よりも大幅に短くすることができ
る。

【００３３】その為、真直度及び平行度共に１μｍ以下
の高精度が要求されるスライド軸１の製作が容易とな
り、製作性を向上させることができるとともに、ステー
ジ装置を安価に製造することができる。

【００３４】さらに、真空チャンバー６には、大きな真
空処理室６ａを上下に仕切る貫通孔１２ａを備えた仕切
り板１２を設けるとともに、大きな真空処理室６ａの上
方より真空引きするようにしてあることから、ステージ
基板５が移動することによって流入する微量の気体分子
によって小さな真空処理室６ｂ内の真空度が悪化したと
してもその上部に設けた大きな真空処理室６ａ、特に真
空チャンバー６の上部に鏡筒が配置される場合、その近
傍の真空度に影響を与え難いため、露光描画精度に悪影
響を与えるようなことがない。

【００３５】次に、本発明の真空対応型スライド装置の
他の実施形態を図２に基づいて説明する。

【００３６】この真空対応型スライド装置は、スライド
軸１の保持案合する静圧気体軸受７の取り付け構造が異
なる以外は図１に示す真空対応型スライド装置と同様の
構造をしたものである。

【００３７】この真空対応型スライド装置は、真空チャ
ンバー６を包囲する枠体８を設け、この枠体８の端辺部
８ａにスライド軸１の両端を結合するとともに、枠体８
の側辺部８ｂを静圧気体軸受７の可動体としたもので、
枠体８にはその側辺部８ｂを囲繞する固定体７１を配置
してある。固定体７１の側辺部８ｂと対向する軸受面に
は圧縮気体の給気孔７３を形成してあり、この給気孔７
３より側辺部８ｂと固定体７１との微少隙間に圧縮気体
を供給して静圧気体層を形成することにより枠体８を固
定体７１内で静圧支持するようになっている。

【００３８】その為、枠体８を不図示のアクチュエータ
によって移動させることにより、枠体８は固定体７１と
非接触状態にあるため、滑らかな移動させることがで
き、枠体８と一体的に形成されたスライド軸１及びスラ
イド軸１に結合されたステージ基板５を高速かつ滑らか
に移動させることができる。

【００３９】なお、図１及び図２に示す真空対応型スラ
イド装置とも、スライド軸１、排気部２、静圧気体軸受
７を形成する固定体７１及び可動体７２は、その断面形
状を長方形又は正方形とすることが好ましく、このよう
な断面形状とすることで、スライド軸１及び固定体７１
の剛性を高めることができるとともに、比較的容易に製
作することができる。

【００４０】また、排気部２には２つの排気溝２１，２
２を設けた例を示したが、排気溝の数は特に限定するも
のではなく、例えば、ＶＵＶ露光描画装置やＥＵＶ露光
描画装置のように比較的低真空で使用されるものである
場合、排気溝は一つでも良く、逆により高真空が要求さ
れるような場合には、３つ以上の排気溝を設ければ良
い。

【００４１】さらに、スライド軸１以外に、排気部２、
可動体７２、固定体７１、ステージ基板５は、軽量で、
高剛性かつ非磁性であるセラミックにより形成すること
が好ましく、例えばアルミナ質焼結体や炭化珪素質焼結
体を用いれば良い。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の真空対応型スラ
イド装置によれば、大きな真空処理室と小さな真空処理
室とを有する真空チャンバーと、上記小さな真空処理室
を貫通するスライト軸と、該スライド軸に結合され、大
きな真空処理室内を移動するステージ基板と、上記真空
チャンバー外に配置され、上記スライド軸を囲繞すると
ともに、上記スライド軸との隙間に流入する気体を排出
する少なくとも一つの排気溝を備えた排気部と、上記ス
ライト軸を囲繞するように上記排気部と真空チャンバー
との間に可撓性を以て気密に設けられた隔壁と、上記ス
ライド軸を保持案内する静圧気体軸受とから構成すると
ともに、上記真空チャンバーより最も離れた排気溝から
真空チャンバー側の排気部端面までの長さを上記ステー
ジ基板の有効移動距離以上としたことによって、ステー
ジ基板をスムーズにかつ高速に移動させることができる
とともに、真空チャンバー内に流入する気体を極めて微
量に留めることができるため、真空チャンバー内の真空
度を低下させるようなことがなく、１０^-5Ｐａ程度の真
空度でも使用可能なステージ装置を提供することができ
る。

【００４３】さらに、スライド軸の長さを本件出願人が
先に提案した真空対応型ステージ装置よりもかなり短く
することができるため、高精度が要求されるスライド軸
の製作が容易となり、製作性を向上させることができる
とともに、ステージ装置を安価に製造することができ
る。

【００４４】特に、上記真空チャンバーの小さな真空処
理室のスライド軸方向長さを、上記ステージ基板の有効
移動距離より長くかつ上記ステージ基板の有効移動距離
と上記ステージ基板のスライド軸方向長さの和未満とす
るとともに、上記大きな真空処理室のスライド軸方向長
さを、上記ステージ基板の有効移動距離と上記ステージ
基板のスライド軸方向長さの和より長くすることによ
り、真空対応型スライド装置を小型化することができ、
好適である。

【００４５】さらに、真空チャンバーの上部に鏡筒が配
置されるような場合、大きな真空処理室を上下に仕切る
貫通孔を備えた仕切り板を設けるとともに、大きな真空
処理室の上方より真空引きするようにすることにより、
ステージ基板が移動することによって流入する微量の気
体分子によって小さな真空処理室内の真空度が悪化した
としてもその上部に設けた大きな真空処理室、特に鏡筒
近傍の真空度に影響を与え難いため、露光描画精度に悪
影響を与えるようなことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の真空対応型スライド装置の一
例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部を破断した平面
図、（ｃ）は（ａ）の主要部を示す断面図である。

【図２】本発明の真空対応型スライド装置の他の例を示
す一部を破断した平面図である。

【図３】（ａ）は本件出願人が先に提案した真空対応型
スライド装置を示す一部を破断した平面図、本件出願人
が先に提案した真空対応型スライド装置を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１：スライド軸 ２：排気部 ２１，２２：排気溝 ３：隔壁 ４：支持軸 ５：ステージ基板 ６：真空チャンバー ６ａ：大きな真空処理室 ６ｂ：小さな真空処理室 ６ｃ：穴 ６ｄ，６ｅ：排気孔 ７：静圧気体軸受 ７１：固定体 ７２：可動体 ７３：給気孔 ８：枠体 ８ａ：端辺部 ８ｂ：側辺部 １１：第二の連結部 １００：真空チャンバー １１０：スライド軸 １２０：ステージ基板 １３０：エアースライド軸受 １３１：給気孔 １３２：排気孔 １４０：隔壁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大きな真空処理室と小さな真空処理室とを
   有する真空チャンバーと、上記小さな真空処理室を貫通
   するスライト軸と、該スライド軸に結合され、大きな真
   空処理室内を移動するステージ基板と、上記真空チャン
   バー外に配置され、上記スライド軸を囲繞するととも
   に、上記スライド軸との隙間に流入する気体を排出する
   少なくとも一つの排気溝を備えた排気部と、上記スライ
   ド軸を囲繞するように上記排気部と真空チャンバーとの
   間に可撓性を以て気密に設けられた隔壁と、上記スライ
   ド軸を保持案内する静圧気体軸受とからなり、上記真空
   チャンバーより最も離れた排気溝から真空チャンバー側
   の排気部端面までの長さが上記ステージ基板の有効移動
   距離以上であることを特徴とする真空対応型スライド装
   置。
2. 【請求項２】上記真空チャンバーの小さな真空処理室の
   スライド軸方向長さが上記ステージ基板の有効移動距離
   より長く、かつ上記ステージ基板の有効移動距離と上記
   ステージ基板のスライド軸方向長さの和未満であるとと
   もに、上記大きな真空処理室のスライド軸方向長さが、
   上記ステージ基板の有効移動距離と上記ステージ基板の
   スライド軸方向長さの和より長いことを特徴とする真空
   対応型スライド装置。
3. 【請求項３】上記真空チャンバーには、大きな真空処理
   室を上下に仕切る貫通孔を備えた仕切り板を備え、大き
   な真空処理室の上方に真空引きするための排気孔を設け
   たことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空
   対応型ステージ装置。