JP2012084812A - 処理設備、保守装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理チャンバを大気開放することなくその内部空間に配置された構成要素を交換する機能を処理装置の大型化を抑制しつつ実現するために有利な技術を提供する。
【解決手段】処理設備は、物品を処理する処理チャンバを含む処理装置と、保守チャンバを含む保守装置とを備える。前記処理装置は、前記処理チャンバに物品を搬入したり前記処理チャンバから物品を搬出したりするためのロードロックチャンバを備え、前記処理チャンバは、第１バルブと、第１フランジとを含み、前記保守チャンバは、第２バルブと、前記第１フランジに対する連結および前記第１フランジからの切り離しが可能な第２フランジと、前記処理チャンバの内部空間と前記保守チャンバの内部空間との間で構成要素を移送する移送機構とを含む。前記第１フランジと前記第２フランジとが連結され、前記第１バルブおよび前記第２バルブが開いた状態において前記保守チャンバの内部空間と前記処理チャンバの内部空間とが連通する。
【選択図】図３

Description

本発明は、処理設備、保守装置、および、該処理設備を使って物品を製造する製造方法に関する。

真空装置における部品交換手順としては、真空装置を停止させて処理チャンバを大気開放してから部品を交換し、処理チャンバを真空排気して真空装置を再稼働させる、という手順が一般的である。このような部品交換手順では、真空装置の停止から再稼働までに非常に長い時間を必要とする。例えば、大容積の真空チャンバを大気開放するため、および真空排気するためには、長い時間を必要とする。大気開放された処理チャンバの内部では、大気雰囲気中の水分子の付着や、物理的および／または化学的な汚染が発生する。処理チャンバの内部に付着した水分子を蒸発させたり汚染物質を除去したりするために、真空状態で処理チャンバを加熱する方法がある。しかし、処理チャンバを加熱することは、その内部空間に配置された精密機械の故障や精度劣化の原因となりうる。また、真空装置の再稼働のための真空排気工程において、処理チャンバ内では断熱膨張による冷却が発生する。処理チャンバの内部の温度が不安定な状態では、例えば、物品の位置決め機構による位置決めの精度が低下しうる。そのため、処理チャンバの内部が加熱または冷却された場合、温度が安定するまでの長い時間にわたって真空装置を稼働させることができない。これは真空装置の生産性の低下をもたらす。また、真空装置以外でも、処理チャンバの内部空間を外部空間とは異なる環境に維持する処理装置では、同様の問題が発生しうる。

以上のことから処理装置では、処理チャンバを大気開放せずに内部空間に配置された部品を交換する技術が求められている。これまでにも、交換部品を予めチャンバ内に格納しておき必要に応じて真空チャンバ内で部品を交換する技術（特許文献１）や、基板の搬出入のためのロードロックを介して交換部品を搬出入する技術（特許文献２）が提案されている。

特開２００２−３１１２００号公報 特開２００４−３４３０６９号公報

特許文献１に記載された技術では、交換のための部品を処理チャンバ内に格納しておくので、大型部品の交換に対応するためには、その分だけチャンバが大型化する。よって、特許文献１に記載された技術は、大型部品の交換には不利である。特許文献２に記載された技術は、基板の搬出入用のロードロックを介して部品を搬送するので、大型部品の交換に対応するためには、その分だけロードロックが大型化する。よって、特許文献２に記載された技術もまた、大型部品の交換には不利である。

本発明は、上記のような課題認識を背景としてなされたものであり、処理チャンバを大気開放することなくその内部空間に配置された構成要素を交換する機能を処理装置の大型化を抑制しつつ実現するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、物品を処理する処理チャンバを含む処理装置と、保守チャンバを含む保守装置とを備える処理設備に係り、前記処理装置は、前記処理チャンバに物品を搬入したり前記処理チャンバから物品を搬出したりするためのロードロックチャンバを備え、前記処理チャンバは、第１バルブと、第１フランジとを含み、前記保守チャンバは、第２バルブと、前記第１フランジに対する連結および前記第１フランジからの切り離しが可能な第２フランジと、前記処理チャンバの内部空間と前記保守チャンバの内部空間との間で、前記処理チャンバの内部空間に配置され前記処理装置の一部を構成する構成要素を移送する移送機構とを含み、前記第１フランジと前記第２フランジとが連結され、前記第１バルブおよび前記第２バルブが開いた状態において前記保守チャンバの内部空間と前記処理チャンバの内部空間とが連通する。

本発明によれば、処理チャンバを大気開放することなくその内部空間に配置された構成要素を交換する機能を処理装置の大型化を抑制しつつ実現するために有利な技術が提供される。

処理設備の構成例を示す図。 保守チャンバの構成例を示す図。 第１実施形態を説明する図。 第２実施形態を説明する図。 第３実施形態を説明する図。

真空環境のように外部環境から隔離された環境で物品を処理する処理装置としては、例えば、Ｘ線露光装置、ＥＵＶ露光装置、電子線露光装置、電子顕微鏡、成膜装置などがある。なお、この明細書において、「処理」とは、広義に用いられ、「処理」には、例えば、物品を変化させることのほか、物品を検査することも含まれうる。以下では、本発明の実施形態として本発明に係る処理設備における処理装置が電子線露光装置である例を説明するが、本発明において、処理装置の機能や動作は特定のものに限定されない。処理装置の範疇には、電子線露光装置のほか、例えば、Ｘ線露光装置、ＥＵＶ露光装置、成膜装置および電子顕微鏡などが含まれうる。

図１を参照しながら本発明の第１実施形態の処理設備について説明する。第１実施形態の処理設備は、物品を処理する処理チャンバ４０を含む処理装置１と、保守チャンバを含む保守装置（後述）とを備える。処理装置１は、電子線露光装置として構成されている。電子線露光装置は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に対して真空環境下で電子線によってパターンを描画することによって潜像パターンを形成する。電子銃１１から出射された電子線は、電子鏡筒１２を介して、処理チャンバ（真空チャンバ）４０の内部空間に配置された基板ステージ２０の上によって保持された基板Ｗに照射される。電子鏡筒１２は、例えば、電子線を収束させる電子レンズ、描画すべき領域以外への電子ビームの照射を遮断するブランキング機構、電子線の位置補正を行う偏向器などを含む。電子鏡筒１２の照射端（電子を出射する端部）は、処理チャンバ４０の内部空間に配置されている。

処理チャンバ４０の内部空間には、基板（物品）Ｗを保持する基板ステージ２０と、基板ステージ２０を駆動する駆動機構４９と、基板Ｗを搬送する基板搬送機構３４が配置されている。ここで、基板ステージ２０は、少なくとも基板Ｗを保持する基板チャックを含み、その他、基板Ｗの位置および姿勢を微調整する機構を含んでもよい。駆動機構４９は、例えば、ＸＹステージ機構を含みうる。ＸＹステージ機構は、例えば、リニアモータを含みうる。処理チャンバ４０には、例えば、その内部空間の気体を排出する真空ポンプ４１と、内部空間の圧力を監視する圧力センサ４２と、内部空間を大気圧にするための大気開放ライン４３とが接続されうる。処理装置１は、処理チャンバ４０に基板Ｗを搬入したり処理チャンバ４０から基板Ｗを搬出したりするためのロードロックチャンバ３０を備えている。

基板キャリヤ３１に格納されている基板Ｗは、ロードロックチャンバ３０の大気側バルブ３３が開かれた状態で、基板搬送機構３５により大気側バルブ３３を通してロードロックチャンバ３０の中に搬送される。基板Ｗを格納したロードロックチャンバ３０は、その内部空間の気体が排出される。ロードロックチャンバ３０の内部空間の圧力が処理チャンバ４０の内部空間の圧力と等しくなった後に、真空側バルブ３２が開かれる。この状態で、基板搬送機構３４は、ロードロックチャンバ３０から処理チャンバ４０の内部空間に基板Ｗを搬送する。基板Ｗは、例えば、シリコンウエハであってもよいし、ガラス基板であってもよいし、他の基板であってもよい。基板Ｗには、感光剤としてのフォトレジストが塗布されている。

処理チャンバ４０は、第１バルブ４４と、第１フランジ４５とを含む。第１バルブ４４は、第１フランジ４５の内側の開口部で動作する弁体を有する。第１バルブ４４の開閉は、第１バルブ４４の弁体を駆動することによって第１フランジ４５の内側の開口部を開閉することを意味する。第１バルブ４４は、ロードロックチャンバ３０の真空側バルブ３２が配置された位置とは異なる位置に配置されている。

図２、図３を参照しながら第１実施形態の処理設備における保守手順を説明する。第１実施形態では、保守装置１００は、第１保守チャンバ５０と第２保守チャンバ６０とを含む。第１保守チャンバ５０と第２保守チャンバ６０とは、同一の構成を有しうるが、それらの機能が確保される限りにおいて、互いに異なる構成を有してもよい。図２を参照しながら第１保守チャンバ５０の構成を例示的に説明する。第１保守チャンバ５０は、第２バルブ５４と、第２フランジ５５とを含む。第２バルブ５４は、第２フランジ５５の内側の開口部で動作する弁体を有する。第２バルブ５４の開閉は、第２バルブ５４の弁体を駆動することによって第２フランジ５５の内側の開口部を開閉することを意味する。第２フランジ５５は、処理チャンバ４０の第１フランジ４５に対する連結および第１フランジ４５からの切り離しが可能である。

処理チャンバ４０の第１フランジ４５と保守チャンバ５０の第２フランジ５５とが連結され、第１バルブ４４および第２バルブ５４が開いた状態において保守チャンバ５０の内部空間と処理チャンバ４０の内部空間とが連通する。第１保守チャンバ５０には、図示されていないが、例えば、その内部空間の気体を排出する真空ポンプと、内部空間の圧力を監視する圧力センサと、内部空間を大気圧にするための大気開放ラインとが接続されうる。第１保守チャンバ５０は、基板ステージ２０を固定する固定機構５７と、処理チャンバ４０の内部空間と第１保守チャンバ５０の内部空間との間で基板ステージ２０を移送する基板ステージ２０を移送する移送機構５８とを備える。

同様に、第２保守チャンバ６０は、第２バルブ６４と、第２フランジ６５と、基板ステージ２０を固定する固定機構６７と、移送機構６８とを備える。移送機構６８は、処理チャンバ４０の内部空間と第２保守チャンバ６０の内部空間との間で基板ステージ２０を移送する基板ステージ２０を移送する。図示されていないが、第２保守チャンバ６０には、例えば、その内部空間の気体を排出する真空ポンプと、内部空間の圧力を監視する圧力センサと、内部空間を大気圧にするための大気開放ラインとが接続されうる。第２フランジ６５は、処理チャンバ４０の第１フランジ４５に対する連結および第１フランジ４５からの切り離しが可能である。

処理チャンバ４０と第１保守チャンバ５０とは、第１フランジ４５と第２フランジ５５とをボルト等の連結部品によって連結することによって連結される。同様に、処理チャンバ４０と第２保守チャンバ６０とは、第１フランジ４５と第２フランジ６５とをボルト等の連結部品によって連結することによって連結される。第１フランジ４５と第２フランジ５５または第２フランジ６５との間にはＯリング等のシール部材２５が配置されてもよい。処理チャンバ４０の第１バルブ４４と第１保守チャンバ５０の第２バルブ５４または第２保守チャンバ６０の第２バルブ６４との間には、チャンバ連結空間７０が形成される。第１保守チャンバ５０および第２保守チャンバ６０、および／または、処理チャンバ４０は、チャンバ連結空間の圧力を調整する圧力調整部を含む。該圧力調整部は、例えば、チャンバ連結空間７０の気体を排出する真空ポンプと、チャンバ連結空間７０の圧力を監視する圧力センサと、チャンバ連結空間７０を大気圧にするための大気開放ラインとを含む。

保守装置１００は、第１保守チャンバ５０を処理チャンバ４０に連結する際に第１保守チャンバ５０が処理チャンバ４０に対して位置決めされるように第１保守チャンバ５０を駆動する駆動機構９１を備えうる。保守装置１００はまた、第２保守チャンバ６０を処理チャンバ４０に連結する際に第２保守チャンバ６０が処理チャンバ４０に対して位置決めされるように第２保守チャンバ６０を駆動する駆動機構９２を備えうる。駆動機構９１、９２は、第１保守チャンバ５０、第２保守チャンバ６０を処理チャンバ４０から切り離す際にも使用されうる。

以下、図３を参照しながら第１実施形態における構成要素の交換手順を説明する。ここで、構成要素は、処理チャンバ４０の内部空間に配置され処理装置１の一部を構成するものである。なお、図３では、記載の簡略化のためにロードロックチャンバ３０は省略されている。処理チャンバ４０の内部空間には、交換されるべき構成要素（取り外されるべき構成要素）としての基板ステージ２０が配置され、該内部空間は、真空状態に維持されている。第１保守チャンバ５０の内部空間も真空状態に維持されている。第２保守チャンバ６０の内部空間には、交換されるべき構成要素（新しい構成要素）としての基板ステージ２１が格納され、該内部空間は、真空状態に維持されている。

この状態において、図３に例示されるように、第１フランジ４５と第２フランジ５５とを連結することによって処理チャンバ４０と第１保守チャンバ５０とが連結される。次いで、チャンバ連結空間７０の気体が圧力調整部によって排出される。チャンバ連結空間７０の圧力と処理チャンバ４０の内部空間の圧力および第１保守チャンバ５０の内部空間の圧力が等しくなったら、第１バルブ４４および第２バルブ５４が開かれる。次いで、処理チャンバ４０の内部空間に配置された基板ステージ２０が移送機構５８によって第１保守チャンバ５０の内部空間に移送される。ここで、基板ステージ２０の移送は、他の機構によって補助されてもよい。次いで、第１バルブ４４および第２バルブ５４を閉じて、チャンバ連結空間７０を圧力調整部によって大気開放した後に、処理チャンバ４０から第１保守チャンバ５０が切り離される。

次いで、第１フランジ４５と第２フランジ６５とを連結することによって処理チャンバ４０と第２保守チャンバ６０とが連結される。次いで、チャンバ連結空間７０の気体が圧力調整部によって排出される。チャンバ連結空間７０の圧力と処理チャンバ４０の内部空間の圧力および第２保守チャンバ６０の内部空間の圧力が等しくなったら、第１バルブ４４および第２バルブ６４が開かれる。次いで、第２保守チャンバ６０の内部空間に格納されていた新しい基板ステージ２１が移送機構６８によって処理チャンバ４０の内部空間に移送され、処理装置１に組み込まれる。処理装置１への基板ステージ２１の組み込みは、例えば、基板ステージ２１と処理装置１における他の構成要素との間での信号ケーブル、電源ケーブル、冷媒チャネル等のラインの接続を含みうる。基板ステージ２１の移送は、他の機構によって補助されてもよい。次いで、第１バルブ４４および第２バルブ６４を閉じて、チャンバ連結空間７０を圧力調整部によって大気開放した後に、処理チャンバ４０から第２保守チャンバ６０が切り離される。

以上のように、第１実施形態によれば、処理装置１としての電子線露光装置の処理チャンバ４０を大気開放することなく、基板ステージに代表されるような大型の構成要素を交換することができる。そのため、構成要素の交換のために要する時間が短縮されるとともに、処理チャンバ４０の内面や内部空間に配置された構成要素への水分子の付着や、物理的および／または化学的な汚染を防止することができる。また、交換すべき新しい構成要素を格納している保守チャンバ６０の内部空間を予め真空状態にしておくことにより、当該構成要素の表面の水分子や汚染物質を予め蒸発させることができる。更に、真空排気工程での断熱膨張による冷却がない。すなわち、構成要素交換等の保守作業において、大気開放および真空排気のための時間、および環境の安定化のための時間を短縮することができるため、処理装置の再稼働までの時間を短縮することができる。しかも、構成要素の交換用の保守チャンバを用意し、かつ処理チャンバとの連結・切り離しを可能としたことで、基板ステージに代表されるような大型の構成要素の交換を、処理装置のフットプリントを拡大することなく実現することができる。

図４を参照しながら本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、矛盾が生じない範囲において第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、処理チャンバ４０は、第１バルブおよび第１フランジを含む連結部を２つ備えていて、第１保守チャンバ５０が処理チャンバ４０に連結された状態で第２保守チャンバ６０を処理チャンバ４０に連結することができる。すなわち、処理チャンバ４０は、第１バルブ４４および第１フランジ４５を含む連結部と、第１バルブ４６および第１フランジ４７を含む連結部とを含む。なお、図４では省略されているが、処理チャンバ４０は、処理チャンバ４０に基板Ｗを搬入したり処理チャンバ４０から基板Ｗを搬出したりするためのロードロックチャンバ３０が連結されている。

第１保守チャンバ５０および第２保守チャンバ６０が処理チャンバ４０に連結された状態でバルブ４４、４６、５４、６４が開かれる。次いで、処理チャンバ４０の内部空間に配置された基板ステージ２０を第１保守チャンバ５０の内部空間に移送し、それに連続して第２保守チャンバ６０の内部空間に配置された新しい基板ステージ２１が処理チャンバ４０に移送される。次いで、バルブ４４、４６、５４、６４を閉じて、処理チャンバ４０から第１保守チャンバ５０および第２保守チャンバ６０が切り離される。第２実施形態によれば、処理チャンバ４０からの構成要素の搬出と処理チャンバ４０への構成要素の搬入を連続して実行することができるので、構成要素の交換時間を更に短縮することができる。

図５を参照しながら本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態は、矛盾が生じない範囲において第１実施形態に従いうる。なお、図５では省略されているが、処理チャンバ４０は、処理チャンバ４０に基板Ｗを搬入したり処理チャンバ４０から基板Ｗを搬出したりするためのロードロックチャンバ３０が連結されている。第３実施形態では、構成要素の交換のために１つの保守チャンバ５０が処理チャンバ４０に連結される。第３実施形態の保守チャンバ５０は、処理装置１から取り外す基板ステージ２０とそれに代えて処理装置１に組み込むべき基板ステージ２１との双方を収容することができる容積を有する。

まず、第１フランジ４５と第２フランジ５５とを連結することによって処理チャンバ４０と保守チャンバ５０とが連結される。次いで、チャンバ連結空間７０の気体が圧力調整部によって排出される。チャンバ連結空間７０の圧力と処理チャンバ４０の内部空間の圧力および保守チャンバ５０の内部空間の圧力が等しくなったら、第１バルブ４４および第２バルブ５４が開かれる。次いで、処理チャンバ４０の内部空間に配置された基板ステージ２０が移送機構５８によって保守チャンバ５０の内部空間に移送される。次いで、保守チャンバ５０の内部空間に格納されていた新しい基板ステージ２１が移送機構６８によって処理チャンバ４０の内部空間に移送され、処理装置１に組み込まれる。処理装置１への基板ステージ２１の組み込みは、例えば、基板ステージ２１と処理装置１における他の構成要素との間での信号ケーブル、電源ケーブル、冷媒チャネル等のラインの接続を含みうる。基板ステージ２１の移送は、他の機構によって補助されてもよい。次いで、第１バルブ４４および第２バルブ６４を閉じて、チャンバ連結空間７０を圧力調整部によって大気開放した後に、処理チャンバ４０から保守チャンバ５０が切り離される。第３実施形態によれば、構成要素の交換のために１つの保守チャンバ５０のみを処理チャンバ４０に連結されば良いので、構成要素交換時間の短縮と保守作業のためのスペースの削減とを同時に実現できる。

以上の説明では、交換されるべき構成要素が基板ステージである例であるが、交換されるべき構成要素は、基板ステージには限定されず、種々の構成要素でありうる。交換されるべき構成要素は、例えば、基板搬送機構３４またはその構成要素でもよい。

本発明に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスの製造に好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の電子線露光装置によって潜像パターンを形成する工程と、当該工程で潜像パターンが形成され他基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

Claims (10)

1. 物品を処理する処理チャンバを含む処理装置と、保守チャンバを含む保守装置とを備える処理設備であって、
   前記処理装置は、前記処理チャンバに物品を搬入したり前記処理チャンバから物品を搬出したりするためのロードロックチャンバを備え、
   前記処理チャンバは、第１バルブと、第１フランジとを含み、
   前記保守チャンバは、
   第２バルブと、
   前記第１フランジに対する連結および前記第１フランジからの切り離しが可能な第２フランジと、
   前記処理チャンバの内部空間と前記保守チャンバの内部空間との間で、前記処理チャンバの内部空間に配置され前記処理装置の一部を構成する構成要素を移送する移送機構とを含み、
   前記第１フランジと前記第２フランジとが連結され、前記第１バルブおよび前記第２バルブが開いた状態において前記保守チャンバの内部空間と前記処理チャンバの内部空間とが連通する、
   ことを特徴とする処理設備。
2. 前記保守装置は、前記保守チャンバが前記処理チャンバに対して位置決めされるように前記保守チャンバを駆動する駆動機構を更に含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の処理設備。
3. 前記保守装置は、第１保守チャンバおよび第２保守チャンバとして、２つの前記保守チャンバを含み、
   前記処理チャンバの内部空間に配置された構成要素が前記第１保守チャンバに移送された後に、当該構成要素に代えて前記第２保守チャンバに格納されていた構成要素が前記処理チャンバの内部空間に移送される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の処理設備。
4. 前記第１保守チャンバが前記処理チャンバに連結されて前記処理チャンバの内部空間に配置されていた構成要素が前記第１保守チャンバに移送された後に、前記第１保守チャンバに代えて前記第２保守チャンバが前記処理チャンバに連結されて前記第２保守チャンバに格納されていた構成要素が前記処理チャンバの内部空間に移送される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の処理設備。
5. 前記処理チャンバは、２つの前記第１バルブおよび２つの前記第１フランジを含み、前記第１保守チャンバを前記処理チャンバに連結した状態で前記第２保守チャンバを前記処理チャンバに連結することができる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の処理設備。
6. 前記処理チャンバの内部空間に配置された構成要素が前記保守チャンバに移送された後に、当該構成要素に代えて前記保守チャンバに格納されていた構成要素が前記処理チャンバの内部空間に移送される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の処理設備。
7. 前記処理装置は、感光剤が塗布された基板の該感光剤に潜像パターンを形成するための露光装置を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の処理設備。
8. 物品を処理する処理チャンバと、前記処理チャンバに物品を搬入したり前記処理チャンバから物品を搬出したりするためのロードロックチャンバとを備える処理装置を保守するための保守装置であって、
   前記処理チャンバは、第１バルブと、第１フランジとを含み、
   前記保守装置は、保守チャンバを含み、前記保守チャンバは、第２バルブと、前記第１フランジに対する連結および前記第１フランジからの切り離しが可能な第２フランジと、前記処理チャンバの内部空間と前記保守チャンバの内部空間との間で構成要素を移送する移送機構とを含み、
   前記第１フランジと前記第２フランジとが連結され、前記第１バルブおよび前記第２バルブが開かれた状態において前記保守チャンバの内部空間と前記処理チャンバの内部空間とが連通する、
   ことを特徴とする保守装置。
9. 前記保守チャンバが前記処理チャンバに対して位置決めされるように前記保守チャンバを駆動する駆動機構を更に含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の保守装置。
10. 感光剤が塗布された基板の該感光剤に請求項７に記載の処理設備によって潜像パターンを形成する工程と、
    前記工程で潜像パターンを形成された基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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