JP2005108960A - 移動体の配線部材及び配線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 アウトガスの発生を抑え、耐屈曲性があって信頼性が高く、大電力供給にも支障がない移動体の配線部材及び配線構造を提供する。
【解決手段】 真空内で相対的に移動する固定部品２および可動ステージ３の２物体間に配線部材として複数の薄板部品１を使用し、薄板部品１は伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料からなり、固定部品２および可動ステージ３の少なくとも一方は薄板部品１の非湾曲端部１２が接触している冷却された冷却物体であり、該冷却物体としての固定部品２に接し、該薄板部品１の輻射エネルギーに敏感な方向への影響を軽減する熱遮蔽板４を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体の配線部材及び配線構造に関し、特に、真空内で使用するステージの配線、ＥＵＶ（極紫外）光、Ｘ線または電子ビーム（ＥＢ）などを使用する半導体製造装置等の配線に適している。

半導体製造装置は日を追って微細化、かつ大規模集積化の方向に向かっており、そのためフォトレジスト膜に形成されるパターニングもますます微細化かつ高精度化されている。

特に超ＬＳＩなどにおいて微細、かつ、高精度なパターンを必要とする場合、従来の光を照射してフォトレジスト膜に露光する方法では光の波長などによる制限があって所要のパターニングを得られない。これを打破する一つの方法として従来よりもさらに短い波長のＥＵＶ（極紫外）光を使用する方法がある。

ＥＵＶ光は大気中では減衰が多く、また光反応により投影光学系表面を曇らせるため、超高真空内での露光を行わねばならない。

このようなＥＵＶ露光装置のＸＹステージは、ＥＵＶ光による原版の像が基板上を逐次露光してパターニングするため、二軸方向に制御される可動構造となっている。

ＥＵＶ露光装置が対象とする像の解像度は大気中の露光装置よりも高いものが要求されているため、ＸＹステージも高精度化、大型化している。そのため、ＸＹステージ可動部に供給する電力も大気中のものと同等以上となる。

これらの可動構造の配線部には大気中の場合は配線部材としてフレキシブルケーブルやロボットケーブルが用いられている。
上記の先行技術は例えば特許文献１及び２に開示されている。
特開平０６−２６７４８６号公報 特開２００１−０９３８２１号公報

このようなケーブルを真空中に使用する場合、可能な限りアウトガスの少ない材料、例えばテフロン等を絶縁材料として使用しなければ、ＥＵＶ露光装置に必要な真空度が維持できない。

しかしながら上記のようなケーブルでは、少なからず絶縁材料からアウトガスが発生し、曇りの原因となる。また、ロボットケーブルのような撚り線の場合、表面積が大きいため、導体表面に吸着した水の分子等が放出されるまでに長い時間を要し、大気圧から超高真空へ達するまでに数日かかってしまう可能性があり、露光装置のメンテナンス時に装置停止期間が長くなり生産性の低下を招く。

撚り線を使わずに単線を用いるようにすれば表面積は押えられるが、可動部分に用いる場合、単線は可撓性が悪く断線の危険性が増加するため使用できない。

一方、可撓性の高い配線としてはフラットケーブルが知られている。フラットケーブルは薄い銅箔をポリイミド等のフィルムに接着させたものである。このケーブルもフィルム材や接着剤からのアウトガスが発生して、曇りを発生させるため、投影光学系表面のクリーニング頻度を増加させ、メンテナンスコストの増大と生産性の低下を招いてしまう。

また、超高真空中では大気中の如く配線からの発熱は、大気への熱伝導が無く、輻射でしか逃げないため、絶縁体で覆われているような配線の場合は、熱が逃げず高温になる可能性がある。可動部に冷媒を通すことも考えられるが、その場合冷媒のリークによる真空度低下の可能性が増加する。

本発明の目的は、極力アウトガスの発生を抑え、耐屈曲性があって信頼性が高く、大電力供給にも支障がない移動体の配線部材及び配線構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、相対的に移動する２物体間に使用する配線部材であって、伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、前記２物体の一方が冷却された冷却物体であり該冷却物体に対し主たる移動方向に沿った複数個所で端部を接触させて結合する結合手段を有することを特徴とする。従たる移動方向への移動可能量は、前記配線部材の幅及び隣り合う該配線部材間の隙間のうちの小さい方よりも大きいことが望ましい。

また、本発明は、相対的に移動する２物体間に配線部材を使用する配線構造であって、前記配線部材は伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、前記２物体の少なくとも一方は前記配線部材の端部が接触している冷却された冷却物体であることを特徴とすることができる。この場合、該冷却物体に接し、該配線部材の輻射エネルギーに敏感な方向への影響を軽減する熱遮蔽板を有することが好ましい。

また、本発明は、相対的に移動する２物体間に配線部材を使用する配線構造であって、前記配線部材は伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、前記２物体の一方に対し主たる移動方向に沿った複数個所で前記配線部材の端部を結合する結合手段を有することを特徴とすることができる。上記いずれの配線構造の場合も、従たる移動方向への移動可能量が、前記配線部材の幅及び隣り合う該配線部材間の隙間のうちの小さい方よりも大きいことが好ましい。

本発明の骨子は、例えば、ＥＵＶ露光装置の真空槽内にあるステージ等の可動部の信号又は電力供給のための配線部材として、導線を伝熱性、導電性、及び屈曲性または可撓性の高い材料の薄板で構成し、この導線の端部は冷却された冷却物体と接触していることにある。薄板の材料は例えばベリリウム銅やリン青銅などである。複数の導線が必要な場合は、薄板同士の絶縁距離をおいて配置し、可動時に導線間距離が変化しないように規制する。場合によっては絶縁材料による案内を設けてもよい。

複数の電極を電気的に絶縁する絶縁体には、真空中でのアウトガス（out gas）量をできるだけ抑えるために、高純度Ａｌ₂Ｏ₃などを使うことが好ましい。上記絶縁体は内部に流通孔があり冷媒を流して温度を押えておくことができる。絶縁体に薄板の端部を複数個所で固定し伝熱により導線から熱を奪うことが望ましい。
薄板の両端を上記絶縁体で構成しても薄板の中央付近の温度上昇はある程度避けられない場合がある。

この温度差がＥＵＶ露光装置内の温度敏感度の高い部分、例えば投影光学系やフォーカス検出系等へ影響するのを避けるため、上記絶縁体に接して温度敏感度の高い部分と薄板との間に熱伝導性の良い熱遮蔽板を設けることができる。

本発明は、可動配線ケーブルからのアウトガスを減少させることができる製造装置組立部品を提供することができる。特に、本発明は、真空系内部のステージに、超高真空内ステージにも好適な製造装置組立部品を提供することができる。

また、本発明は、ケーブルなどの可動配線部材の部品点数を削減することができる製造装置組立部品を提供することができる。さらに、本発明は、可動配線ケーブルの発熱による熱輻射の影響を低減した半導体製造装置を提供することができる。さらに、本発明は、製作コストを削減することができる半導体製造装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置のステージ真空内配線の基本的構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る配線構造は、配線部材である複数の薄板部品１と、この薄板部品１の一方の端部が接続されて接触する固定部品２とを備えて構成され、薄板部品１の他方の端部が可動ステージ３に接続されている。薄板部品１及び固定部品２の一方の側方には、熱遮蔽板４が起立して配置されている。

複数の薄板部品１は、伝熱性、導電性、及び可撓性または屈曲性に富む材料の一様な厚さと幅のリボン状または帯状の細長い同一形状の複数の部材を、所定の間隔（ピッチ）にて配置し並設してある。各薄板部品１は、可動のステージ３の側面に突設した接続部材１０にて真空系内部で支持されており、非湾曲端部１１と、固定部品２にて支持されている非湾曲端部１２と、これら両端部の間にあるほぼＵ字形に湾曲した湾曲部１３とを有する。非湾曲端部１１は、１箇所に穴が開けられ、該穴に挿通されるボルト１６またはリベットにて接続部材１０に固定されている。非湾曲端部１２は、薄板部品１の長手方向に間隔を置いて複数箇所に穴が開けられ、対応するそれぞれの該穴に挿通される複数個所のボルト１７またはリベットにて固定部品２に固定されている。そして、薄板部品１は、ステージ３が矢印Ａで示す主たる移動方向に移動するのに伴い、湾曲部１３の位置も移動する。前記薄板部品１は例えばリン青銅等の金属板で形成されていて、不図示の給電線に接続されている。

前記固定部品２は、内部に冷媒７が流れる流路が構成されていて、一方の側面が冷媒供給ライン５と冷媒回収ライン６に接続され、冷却された冷却物体として形成されている。また、固定部品２は、薄板部品１の幅と間隔に対応して主たる移動方向である矢印Ａに平行にかつ真直ぐに連続する複数の真直ぐ溝２１を備え、この真直ぐ溝２１内の平らな底面における２箇所にボルト１７をねじ込むためのねじ穴が開けられている。

前記固定部品２は、例えばアルミナセラミック等の比較的熱伝導率の高い材料で作られる。そして固定部品２は、表面には前記薄板部品１を密着して固定することができ、かつステージ３が移動した際にも、複数の薄板部品１間の距離が変化しないよう複数個所即ち２個所で支持する構造となっている。

ステージ３は、固定部品２に面した側の同一高さの位置に複数の接続部材１０が固着突設されており、矢印Ａで示す主たる移動方向と、この主たる移動方向に対して直角をなす従たる移動方向とに移動可能である。この従たる移動方向への移動可能量は、薄板部品１の幅及び隣り合う該薄板部品１間の隙間寸法のうちの小さい方よりも大きく、主たる移動方向への移動可能量よりも小さい。

熱遮蔽板４は、不図示の温度敏感度の高い部分への熱輻射の影響を低減するように、起立し薄板部品１の片側を該温度敏感度の高い部分に対して覆う状態にて、薄板部品１との間に、前記固定部品２の冷媒供給ライン５と冷媒回収ライン６に接続されてる側面とは反対の側面に下部を密着させて配置されている。

接続部材１０は、固定部品２の複数の真直ぐ溝２１の間隔に合わせて複数個がステージ３の同一高さの位置に並べて固着され、それぞれ薄板部品１の幅と厚さに対応する幅と深さの真直ぐ溝を有し、この真直ぐ溝内の１箇所にボルト１６をねじ込むためのねじ穴が開けられている。そして、各接続部材１０は、対応する薄板部品１の非湾曲端部１１が、真直ぐ溝２１内に入れられて１個所のみのボルト１６をもって締結されている。

図１において、不図示の給電線よりステージ３に電力が供給される。ステージ３に供給される電力とは、ステージ３を移動させるモータの駆動電流である。ステージ３上に他の負荷、例えばヒータ等が構成されている場合はその電力も供給される。

電力は、固定部品２から薄板部品１を経由してステージ３に送られる。薄板部品１は導電率の良い材料で形成されているものの、可撓性を必要とするために厚くすることは困難である。

ゆえに、電気抵抗が無視できず、電力の伝送に伴い発熱を生じる。電気抵抗をＲ，電流をＩとすると、発生するジュール熱Ｗは、よく知られているように、次の式（１）、即ち
Ｗ＝Ｒ×Ｉ×Ｉ （１）
で表される。

真空内では空気が無いため、大気中の電線の電流定格を定める際の前提となる空気への熱伝導が存在しない。固定部品２への熱伝導を考えない場合は、発生したジュール熱Ｗは熱輻射に頼ることになり、薄板基板１からの熱輻射とジュール熱が釣り合うまで薄板基板１の温度は上昇する。薄板部品の熱輻射係数をＫｅとすると、薄板部品１の温度上昇ΔＴｅは、次の式（２）、即ち
Ｗ＝Ｋｅ・ΔＴｅ
∴ΔＴｅ＝Ｗ／Ｋｅ （２）
で表される。
ステージに与える電流によっては、薄板部品１は、温度が上がりすぎて、薄板材料の融点に到達し溶断する場合も考えられる。また、発生したジュール熱は周囲にある部品の温度上昇を招く。

一方、固定部品２は冷媒供給ライン５から一定温度に温度調節された冷媒７が内部に流れており、固定部品２と冷媒７との温度差に比例した熱交換が行われ、結果として冷媒回収ライン６へ熱が流れる。
薄板部品１と固定部品２が密着し、熱伝導によりジュール熱Ｗは固定部品２の温度を上昇させる。

熱伝導を考えた場合の薄板部品１の温度上昇ΔＴｃは、薄板部品１から冷媒７までの熱抵抗をＲｃ、薄板部品１の熱輻射係数をＫｅとすると、次の式（３）、即ち
ΔＴｃ＝（Ｗ−Ｋｅ・ΔＴｃ）／Ｒｃ
（１＋Ｋｅ／Ｒｃ）ΔＴｃ＝Ｗ／Ｒｃ
∴ΔＴｃ＝Ｗ／（Ｒｃ＋Ｋｅ） （３）
で表される。

この温度上昇ΔＴｃは、熱輻射のみの放熱の場合の温度上昇ΔＴｅよりも低くなる。この場合でも、熱輻射による熱移動がＫｅ・ΔＴｃだけ存在する。この熱が周囲の部品へ伝わっていくが、温度敏感度の高い系への影響を低減するように設けた熱輻射板４により、その一部の熱を冷媒側へ回収する。

本発明は、上記実施の形態によって記載し説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、上記実施の形態は固定部品２のみ冷媒７を通しているが、ステージ３側も冷媒を通して両側から熱伝導により、薄板部品１等の温度上昇を回避するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では固定部品はアルミナセラミックで構成されている場合の例であるが、電極、例えば銅ブロック等で構成してもよい。また、薄板部品１は複数でも単数でもよく、固定部品２はステージ３に対して多少移動してもよく、熱遮蔽板４は固定部品２の両側または三方に設けてもよい。

また、例えば、上記実施の形態は半導体製造装置としてＥＵＶ露光装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は基本的には真空系とこの真空系の内部に配設された機器に広く適用することができる。特に、真空系内部において可動ケーブルを多用する場合に、本発明は有効である。例えば、本発明は、走査型電子顕微鏡等の製造装置や検査装置に広く適用することができる。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の妥当な特許請求の範囲に係る発明を特定するために必要と認める事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光装置ステージ配線部の基本的構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…薄板部品、２…固定部品、３…ステージ、４…熱遮蔽板、５…冷媒供給ライン、６…冷媒回収ライン、７…冷媒、１０…接続部材、１１…非湾曲端部、１２…非湾曲端部、１３…湾曲部、１６…ボルト、１７…ボルト、２１…真直ぐ溝。

Claims (6)

1. 相対的に移動する２物体間に使用する配線部材であって、
   伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、
   前記２物体の一方が冷却された冷却物体であり該冷却物体に対し主たる移動方向に沿った複数個所で端部を接触させて結合する結合手段を有することを特徴とする移動体の配線部材。
2. 従たる移動方向への移動可能量が、前記配線部材の幅及び隣り合う該配線部材間の隙間のうちの小さい方よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の移動体の配線部材。
3. 相対的に移動する２物体間に配線部材を使用する配線構造であって、
   前記配線部材は伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、
   前記２物体の少なくとも一方は前記配線部材の端部が接触している冷却された冷却物体であることを特徴とする移動体の配線構造。
4. 該冷却物体に接し、該配線部材の輻射エネルギーに敏感な方向への影響を軽減する熱遮蔽板を有することを特徴とする請求項３に記載の移動体の配線構造。
5. 相対的に移動する２物体間に配線部材を使用する配線構造であって、
   前記配線部材は伝熱性、導電性、及び可撓性を有する材料の薄板であり、
   前記２物体の一方に対し主たる移動方向に沿った複数個所で前記配線部材の端部を結合する結合手段を有することを特徴とする移動体の配線構造。
6. 従たる移動方向への移動可能量が、前記配線部材の幅及び隣り合う該配線部材間の隙間のうちの小さい方よりも大きいことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の移動体の配線構造。
   

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