JP2014110420A5

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Publication number: JP2014110420A5
Application number: JP2013212544A
Authority: JP
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2033-10-10

Description

ガスカーテン付可動マイクロチェンバーシステム

本開示は、マイクロチェンバー、特にガスカーテン付可動マイクロチェンバーシステムに関する。

本願で言及されるいずれの刊行物または特許文献の全開示は、参照により組み込まれる。

半導体製造において使用されている従前のプロセスチェンバーシステムは、比較的大きく、固定化されており、ウェハ基板上で特定の製造ステップを行うのに実際に必要な量よりもはるかに多くの量の反応物やガスを充填する必要がある。さらに、いくつかのガス種は腐食性を有し、他のガス種は毒性を有する。そのため、そのようなガスの使用量は最小限とされるのが好ましい。

この目的を達成するために、米国特許第５，９９７，９６３号明細書に開示されるようなマイクロチェンバーシステムが開発されている。このマイクロチェンバーシステムは、比較的小容量のチェンバー（マイクロチェンバー）を有しており、製造のためにマイクロチェンバー内にプロセスガスを密閉する。

米国特許第５，９９７，９６３号明細書

室温で行われる従前の半導体製造にマイクロチェンバーシステムが有益であることは実証済みであるが、アニーリングプロセスを活性化させるために基板温度を高める必要があるウェハのレーザーアニールのような高温半導体製造用途では、同一のマイクロチェンバーシステムを有効に使用することはできない。特に、高基板温度による熱変形によって、マイクロチェンバーシステム内で使用される空気軸受が機能しないであろう。

ガスカーテン付可動マイクロチェンバーシステムが開示される。マイクロチェンバーシステムは、蓋部材およびステージ組立体を有する。蓋部材は、光アクセス機能部を有する。ステージ組立体は、製造される基板を支持する。ステージ組立体は、蓋部材に対して配置されており、マクロチェンバーおよびマイクロチェンバー周辺間隙を規定している。ステージ組立体は、外周面を有している。マイクロチェンバー周辺間隙には不活性ガスが流されており、マイクロチェンバーの直ぐ外側、すなわち、ステージ組立体の外周面近傍にガスカーテンが形成される。ガスカーテンは、ステージ組立体が蓋部材に対して移動しているとき、周囲環境中の反応性ガスがマイクロチェンバーに侵入するのを実質的に阻止する。

本開示の一局面は、周囲環境からの反応性ガスにさらすことなく基板を製造するためのマイクロチェンバーシステムである。システムは、蓋部材を有する。蓋部材は、少なくとも１つの光アクセス機能部を有する。また、システムは、基板を支持するステージ組立体を有する。ステージ組立体は、蓋部材に対して配置されており、マクロチェンバーおよびマイクロチェンバー周辺間隙を規定している。ステージ組立体は、外周面を有しており、蓋部材に対して移動可能である。マイクロチェンバーには、選択量の反応性ガスを含有するガスか、反応性ガスを実質的に含有しないガスが含まれる。システムは、少なくとも１つのガス供給システムを有する。少なくとも１つのガス供給システムは、ステージ組立体に空圧的に接続される。少なくとも１つのガス供給システムは、少なくとも１つのガス供給システムからマイクロチェンバー周辺間隙に流入するガスの流れを支持して外周面近傍にガスカーテンを形成するように構成されている。ガスカーテンは、ステージ組立体が蓋部材に対して移動しているとき、周囲環境の反応性ガスがマイクロチェンバーに侵入するのを実質的に阻止する。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、少なくとも１つの光アクセス機能部は、開口および窓部の少なくとも１つを含む。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、少なくとも１つの光アクセス機能部は、少なくとも１本のレーザービームを、蓋部材に通過させて基板上に当てるように構成されている。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよびネオンより成るガス群から選択されるものである。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、反応性ガスは、酸素である。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、少なくとも１つのガス供給システムは、マイクロチェンバーにガスを供給する。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、ステージ組立体は、冷却チャック組立体を含む。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、蓋部材は冷却される。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、ステージ組立体は、環状部材を含む。環状部材は、部分的にマイクロチェンバー周辺間隙を規定する。ステージ組立体は、複数の開口を含む。複数の開口は、少なくとも１つのガス供給システムからマイクロチェンバー周辺間隙に流入するガスの流れを支持する。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、マイクロチェンバー周辺間隙は、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲内の幅を有する。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、マイクロチェンバー周辺間隙は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲内の幅を有する。

本開示の他の局面は上述のマイクロチェンバーシステムであって、ステージ組立体は、蓋部材に対して最大速度Ｖ_Ｍを有する。マイクロチェンバー周辺間隙に流入するガスは、ガス速度Ｖ_Ｇを有する。そして、Ｖ_Ｇは、Ｖ_Ｍよりも大きい。

本開示の他の局面は、マイクロチェンバーの外側の周囲環境に存在する反応性ガスに基板をさらすことなく基板を製造する方法である。その方法は、マイクロチェンバー内において可動ステージ組立体上に基板を支持する工程を含む。マイクロチェンバーは、固定蓋部材と可動ステージ組立体によって規定される。可動ステージ組立体は、環状部材を有する。環状部材は、固定蓋部材と共にマイクロチェンバー周辺間隙を規定する。また、ステージ組立体は、外周面を有している。さらに、その方法は、第１ガスをマイクロチェンバーに導入する工程を含む。第１ガスは、反応性ガスを実質的に含まないか、選択量の反応性ガスを含む。また、その方法は、環状部材を通してマイクロチェンバー周辺間隙に第２ガスを導入して、可動ステージ組立体の外周面近傍にガスカーテンを形成する工程を含む。また、その方法は、固定蓋部材に対して可動ステージ組立体を移動させる工程を含む。ガスカーテンは、可動ステージ組立体の移動中において、周囲環境中の反応性ガスがマイクロチェンバーに流入するのを阻止する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１および第２ガスは、同一のガスである。

本開示の他の局面は上述の方法であって、その方法は、周囲環境から蓋部材の少なくとも１つの光アクセス機能部を通ってマイクロチェンバーに入る少なくとも１本のレーザービームで基板を製造する工程をさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、少なくとも１本のレーザービームは、少なくとも１本のアニーリングレーザービームを含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、少なくとも１本のレーザービームは、マイクロチェンバー内において選択量の反応性ガスと反応して基板を改質する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、少なくとも１つの光アクセス機能部は、開口および窓部の少なくとも１つを含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、可動ステージ組立体は、蓋部材に対して最大速度Ｖ_Ｍを有する。さらに、マイクロチェンバー周辺間隙に流入するガスをガス速度Ｖ_Ｇで供給する。このとき、Ｖ_Ｇは、Ｖ_Ｍよりも大きくなるように設定される。

本開示の他の局面は上述の方法であって、マイクロチェンバー周辺間隙は、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲内の幅を有する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、マイクロチェンバー周辺間隙は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲内の幅を有する。

本開示の他の局面は上述の方法であって、第１および第２ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよびネオンより成るガス群から選択される少なくとも１種のガスである。

本開示の他の局面は上述の方法であって、可動ステージ組立体は、加熱チャックを含む。そして、その方法は、加熱チャックを用いて基板を加熱する工程をさらに含む。

本開示の他の局面は上述の方法であって、その方法は、可動ステージ組立体および蓋部材を冷却する工程をさらに含む。

本開示の他の局面は、マイクロチェンバーの外側の周囲環境に存在する反応性ガスに基板をさらすことなく基板を製造する方法である。その方法は、マイクロチェンバー内において可動ステージ組立体上に基板を支持する工程を含む。マイクロチェンバーは、固定蓋部材と可動ステージ組立体によって規定される。可動ステージ組立体は、外周面および環状部材を有する。外周面および環状部材は、蓋部材と共にマイクロチェンバー周辺間隙を規定する。さらに、その方法は、マイクロチェンバー内を減圧する工程を含む。また、その方法は、環状部材を通してマイクロチェンバー周辺間隙にガスを導入して、可動ステージ組立体の外周面近傍にガスカーテンを形成する工程を含む。ガスカーテンを形成するために使用されるガスは、反応性ガスを実質的に含まないか、選択量の反応性ガスを含む。マイクロチェンバー内を減圧することによって、マイクロチェンバー周辺間隙からのガスの一部をマイクロチェンバーに引き込む。また、その方法は、固定蓋部材に対して可動ステージ組立体を移動させる工程を含む。ここで、ガスカーテンは、周囲環境中の反応性ガスがマイクロチェンバーに流入するのを阻止する。

さらなる特徴及び利点は、詳細な説明に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。上記の背景技術等に関する記載及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。

添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。

本開示のマイクロチェンバーシステムの一実施形態の模式的断面図（Ｘ−Ｚ面内）である。図１Ａのマイクロチェンバーシステムのマイクロチェンバーのいくつかの主要部品の分解断面図である。図１Ａの一例のマイクロチェンバーの上面図である。マイクロチェンバーは、単一開口の形態の光アクセス機能部を蓋部材に有している。図１に示される他の一例のマイクロチェンバーの上面図である。ここで、蓋部材は、２つの開口の形態の光アクセス機能部を有している。図１Ａのマイクロチェンバーシステムの詳細断面図である。チャック組立体と環状部材の一構成例の上面図である。チャック組立体と環状部材の一構成例の上面図である。マイクロチェンバーの一部の拡大断面図である。本図は、環状部材の上側部分を示しており、併せて環状部材の上面での流路および開口の例を示している。図３のマイクロチェンバーシステムの模式的側面図である。本図は、蓋部材に対するステージ組立体の動きを示している。なお、その動きは矢印ＡＲによって示されている。図３のマイクロチェンバーシステムの模式的側面図である。本図は、蓋部材に対するステージ組立体の動きを示している。なお、その動きは矢印ＡＲによって示されている。図３のマイクロチェンバーシステムの模式的側面図である。本図は、蓋部材に対するステージ組立体の動きを示している。なお、その動きは矢印ＡＲによって示されている。異なる幅Ｗ_Ｇ３すなわち０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍおよび１ｍｍにおけるガス流速（標準リットル／分またはＳＬＭ）に対するガス速度Ｖ_Ｇ（ｍ/ｓ）のプロット図である。本プロット図において、最大ステージ組立体速度Ｖ_Ｍ（ｍ／ｓ）の一例が０．５ｍ／ｓにおいて破線として示されている。図３と同様の図面であって、マイクロチェンバーシステムの一実施形態を示している。ここで、マイクロチェンバーは、１または複数の開口ではなく蓋部材に窓部の形態として光アクセス機能部を含んでいる。

以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。可能な限り、同一または類似の部分の図では、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。

特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。

いくつかの図面において、参考のために直交座標系が描かれているが、これは特定の方向および配置方向を限定するものではない。

図１Ａは、マイクロチェンバーシステム（システム）１０の一実施形態の模式的断面図（Ｘ−Ｚ面内）である。図１Ｂは、図１Ａのシステム１０のいくつかの主要部品の分解図である。図２Ａは、図１Ａのシステム１０の上面図（Ｘ−Ｙ面内）である。ライン１−１は、図１の断面箇所を示している。

システム１０は、Ｚ方向に延びるＺ中心線ＣＺと、Ｘ方向に延びるＸ中心線ＣＸとを有する。システム１０は、周囲空間８に存在している。周囲空間８には、酸素のような少なくとも一種の反応性ガスが含まれている。なお、この周囲空間８には、ネオンやアルゴンのような非反応性ガス、窒素のような安定ガスが含まれてもよい。

システム１０は、蓋部材２０を含む。蓋部材２０は、上面２２、下面２４および外縁２６を有する。例えば、蓋部材２０は、略方形状であって、平行な上面２２および下面２４を有する。蓋部材２０は、例えば、以下、より詳細に記載するように、冷却される。蓋部材２０は、例えば、少なくとも１つの光アクセス機能部３０を含む。少なくとも１つの光アクセス機能部３０は、少なくとも１本のレーザービーム４０を蓋部材２０に通過させる。少なくとも１つの光アクセス機能部３０は、例えば、１または複数の開口を備える。図７に関連して以下に説明する他の例では、光アクセス機能部３０は、少なくとも１つの窓部を含み得る。

また、システム１０は、チャック６０を含む。チャック６０は、上面６２、下面６４および外縁６６を有する。チャック６０は、略円柱形状を呈しており、Ｚ中心線ＣＺを中心とする。チャック６０は、蓋部材２０の下面２４近傍に、下面２４に平行な上面６２を有する。チャック６０の上面６２および蓋部材２０の下面２４は、５０ミクロンから１ｍｍの範囲内の距離Ｄ１だけ離間しており、距離（高さ）Ｄ１のマイクロチェンバー７０を規定している。

チャック６０の上面６２は、半導体基板（基板）５０を支持するように構成されている。基板５０は、上面５２、下面５４および外縁５６を有する。基板５０は、例えば、シリコンウェハである。基板５０は、製品ウェハであってもよい。製品ウェハとは、半導体デバイスを作製するために加工され、さらにレーザービーム４０で処理されたものである。基板５０は、図２Ａの上面図において破線円として示されている。例えば、チャック６０は加熱される。さらなる例では、チャック６０は、約４００℃までのウェハ温度Ｔ_Ｗにまで基板５０を加熱するように構成される。例えば、少なくとも１本のレーザービーム４０は、１または複数のアニーリングレーザービーム、すなわち例えばドーパント拡散のような基板５０のアニールプロセスを実行することができる１または複数のレーザービームを備える。

また、システム１０は、断熱層８０を含む。断熱層８０は、上面８２、下面８４および外縁８６を有する。断熱層８０は、チャック６０の下面６４の直近に配置される。このため、断熱層８０には、それとの熱の授受がある。断熱層８０は、例えば、ガラスやセラミック物質から成るか、あるいは間隙である。例えば、断熱層８０の上面８２は、チャック６０の下面６４と密接している。

また、システム１０は、冷却器９０を含む。冷却器９０は、以下に述べるように、チャック６０によって生じる熱や、基板５０に入射するレーザービーム４０の効力によって生じる熱を熱的に管理するように構成されている。冷却器９０は、例えば、上面９２、下面９４および外縁９６を有する。冷却器９０は、凹部９８を有する。凹部９８は、支持表面１００と内壁１０２によって規定されている。凹部９８は、断熱層８０およびチャック６０を収容するように形成されている。このため、断熱層８０は、支持表面１００によって支持されている。例えば、冷却器９０の内壁１０２、断熱層８０の外縁８６およびチャック６０の外縁６６は、間隙Ｇ１を規定している。さらなる例では、冷却器９０は、１または複数のガス流路１０４を含む。１または複数のガス流路１０４は、支持表面１００から下面９４までのガス流通路となっている。このため、間隙Ｇ１に流入するマイクロチェンバー７０内のガス２０２は、冷却器９０を通って下面９４でマイクロチェンバー７０から流れ出ることができる。断熱層８０は空気間隙であってもよい。

また、システム１０は、可動ステージ１２０を含む。可動ステージ１２０は、上面１２２および下面１２４を有する。システム１０は、さらに環状部材１５０を含む。環状部材１５０は、冷却器９０の外縁９６の近傍に配置される。環状部材１５０は、本体１５１を有する。環状部材１５０は、上面１５２、下面１５４、内面１５５および外縁１５６を有する。チャック６０、断熱層８０および冷却器９０を組み立てることによって、チャック組立体６８が構成される。チャック組立体６８、可動ステージ１２０および環状部材１５０を組み立てることによって、可動ステージ組立体１２８が構成される。蓋部材２０は、可動ステージ組立体１２８に対して固定されている。可動ステージ組立体１２８は、外周１２９を有する。外周１２９は、例えば、環状部材１５０の外縁１５０によって部分的に規定されている。

可動ステージ１２０は、可動ステージ１２０の上面１２２で冷却器９０を支持している。可動ステージ１２０は、保定装置１２６に操作可能に接続されている。保定装置１２６は、可動ステージ１２０を移動させたり、可動ステージ１２０を特定の位置で停止させたり、必要に応じて基準位置に対する可動ステージ１２０の位置を追跡したりするように構成されている。可動ステージ１２０は、可動ステージ１２０をＸ−Ｙ面内で移動させることができるように取付盤１３０上に操作可能に支持されている。取付盤１３０は、上面１３２を有する。

蓋部材２０の下面２４、環状部材１５０の外縁１５６および取付盤１３０の上面１３２は、ガスカーテン領域１５８を規定している。

可動ステージ１２０およびチャック６０は、例えば、一体化されており、単一または二部品の可動チャックを形成している。この可動チャックは、保定装置１２６に操作可能に接続されている。蓋部材２０は、蓋部材２０に対して移動するチャック６０に対してＸ方向に十分長い。このため、レーザービーム４０は、基板５０の上面５２の全体を露光することができる。

図４は、基板５０、チャック６０および環状部材１５０の上面図である。環状部材１５０は、環状部材１５０の内面１５５が冷却器９０の外縁９６近傍に位置し、その間に環状間隙Ｇ２を形成するように冷却器９０に対して配置されている。環状間隙Ｇ２は、例えば、外部に（すなわち周囲環境８に）通気されている。環状間隙Ｇ２の幅Ｗ_Ｇ２は、例えば、０．５ｍｍから２ｍｍの範囲内である。図４Ｃにおいて最良に見られるように、環状部材１５０の上面１５２および蓋部材２０の下面２４は、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３を規定している。このマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３は、幅Ｗ_Ｇ３を有している。幅Ｗ_Ｇ３は、例えば、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲内であるが、他の例では、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲内である。マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３は、マイクロチェンバー７０の外周周辺に位置するように設計されている。

また、システム１０は、少なくとも１つのガス供給システム２００および少なくとも１つの冷却液供給システム２５０を含む。例えば、第１ガス供給システム２００はマイクロチェンバー７０にガス２０２を供給するように構成されており、他のガス供給システム２００は環状部材１５０にガス２０２を供給するように構成されている。一実施形態では、異なるガス供給システム２００が、異なるガス２０２を供給する。また、他の実施形態では、それらは同一のガスを供給する。

他の実施形態では、マイクロチェンバー７０および環状部材１５０にガスを供給するために、単一のガス供給システム２００が採用される。マイクロチェンバー７０は例えばガス２０２を含むが、周囲環境８には実質的に反応性ガスは存在しない。ここで使用される「反応性ガスが実質的に存在しない」との表現は、マイクロチェンバー７０において基板５０上で行われるプロセスに実質的に影響を及ぼすほどの反応性ガスは存在しないことを意味する。ガス２０２は、例えば、ネオン、アルゴン、ヘリウムおよび窒素のような１または複数の不活性ガスを含み得る。ガス２０２は、例えば、１または複数の不活性ガスから構成される。他の例では、ガス２０２は、酸素のような少なくとも１種の反応性ガスを選択量だけ含む。

なお、ガス２０２中に酸素のような反応性ガスを選択量だけ含めるには、マイクロチェンバー７０内の反応性ガスの量が変化しないように周囲環境８中に存在する同一の反応性ガスがマイクロチェンバー７０に侵入するのを阻止する必要がある。例えば、ガス２０２中の選択量の反応性ガスは、少なくとも１本のレーザービーム４０と反応して基板５０を改質する。

環状部材１５０は、図５Ａから５Ｃに示されるように、また、以下により詳細に述べられるように、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３へのガス２０２の流量を制御して環状部材１５０の外縁１５６近傍にガスカーテン２０２Ｃを形成するように構成されている。各冷却液供給システム２５０は、水や水−グリセリン混合液のような冷却液２５２の流れを制御するように構成されている。

また、システム１０は、制御ユニット３００を含む。制御ユニット３００は、ガス供給システム２００および冷却液供給システム２５０に操作可能に接続されており、以下に述べるようにこれらのシステム２００，２５０を制御してガスカーテン２０２Ｃを形成するように構成されている。また、システム１０は、減圧システム２６０を含む。減圧システム２６０は、マイクロチェンバー７０に、例えば、少なくとも１つのガス流路１０４を通じて空圧的に接続されている。減圧システム２６０は、マイクロチェンバー７０内を減圧するために使用され得る。

図３は、システム１０の一実施形態のより詳細な模式図である。図３のシステム１０は、蓋部材２０の開口の形態の第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂを含む。図２Ｂは、図２Ａと同様の図面であって、図３のシステム１０の上面図である。本図は、第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂを示している。例えば、第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂは、Ｚ中心線ＣＺのいずれかのサイズのＸ中心線ＣＸを中心とする。

例えば、第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂは、方形の断面形状を有し、Ｘ-Ｚ平面において蓋部材２０の上面２２から下面２４に向かって内側に傾けられる。第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂは、蓋部材２０を通過する第１および第２のレーザービーム４０Ａ，４０Ｂが通過する大きさとされる。第１および第２レーザービーム４０Ａ，４０ＢがＺ中心線ＣＺに対してある角度をなして蓋部材２０上に入射する場合、第１および第２光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの傾斜角は、第１および第２レーザービーム４０Ａ，４０Ｂの入射角とほぼ一致させてもよい。なお、第１および第２の光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂは、第１および第２のレーザービーム４０Ａ，４０Ｂが基板５０で重なり合うように構成してもよい。

環状部材１５０は、本体１５１内に流路１６２を含む。本体１５１は、環状部材１５０の上面１５２の複数の開口１６４に空圧的に接続されている。例えば、開口１６４は、環状部材１５０の外縁１５６の近くに配置されている。図４Ａは、チャック組立体６８の一構成例の上面図である。チャック組立体６８は、環状部材１５０を有する。環状部材１５０は、冷却器９０の外縁９６を囲っている。ここで、冷却器９０および環状部材１５０は、円形を呈している。図４Ｂは、図４Ａと同様の図面であって、冷却器９０および環状部材１５０がより方形形状（例えば、角丸方形形状）である他の構成例を示している。図４Ａおよび４Ｂに示される例では、環状部材１５０における開口１６４は、環状部材１５０の内面１５５よりも外縁１５６の近くに配設されている。

図４Ｃは、システム１０の部分拡大断面図であって、環状部材１５０の上側部分を流路１６２の一例と共に示している。流路１６２は、環状部材１５０の少なくとも一部の周辺に張り巡らされている。流路１６２を環状部材１５０の上面１５２に接続している複数の開口１６４の一つが図４Ｃに示されている。

例えば、環状部材１５０の一構成例では、１インチ当たり５から５０の数の開口が存在する。開口１６４の大きさ（直径）は、例えば、０．０２インチから０．０５インチの範囲内である。

一実施形態では、各ガス供給システム２００は、ガス源２０４を含む。ガス源２０４は、流量制御装置２１０に空圧的に接続されている。流量制御装置２１０は、マイクロチェンバー７０に空圧的に接続されている。図３に示される一例では、流量制御装置２１０は、第１および第２光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂの反対側に配置されている。第１および第２ガス源２０４は、例えば、加圧されて、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガス２０２を供給する。流量制御装置２１０は、例えば、質量流量制御装置や調整弁である。

例えば、２つのガス供給システム２００はマイクロチェンバー７０にガス２０２を供給するのに用いられており、第３のガス供給システムは環状部材１５０に空圧的に接続されている。特に、第３のガス供給システム２００は、第３のガス源２０４を有する。第３のガス源２０４は、第３の流量制御装置２１０に空圧的に接続されている。また、第３の流量制御装置２１０は、同様に、環状部材１５０の出口側流路１６２に空圧的に接続されている。例えば、第３のガス源２０４は、加圧されてガス２０２を供給する。また、例えば、他のガス供給システム２００によって同じガスが供給される場合もある。

また、一実施形態では、システム１０は、ガス検出器２７０を含む。ガス検出器２７０は、ガス検出ヘッド２７２を含む。ガス検出ヘッド２７０は、マイクロチェンバー７０内に位置する。ガス検出器２７０は、反応性ガス（例えば、酸素）の存在を検出するように構成される。なお、システム１０は、周囲環境８から反応性ガスがマイクロチェンバー７０に侵入するのを実質的に阻止するように設計されている。

例えば、制御ユニット３００は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３０４を含む。Ｄ／Ａ変換器３０４は、マイクロプロセッサ制御装置（マイクロ制御装置）３１０に電気的に接続されている。また、Ｄ／Ａ変換器３０４は、システム１０の流量制御装置２１０に電気的に接続されている。また、マイクロ制御装置３１０は、ガス検出器２７０にも電気的に接続されており、ガス検出信号ＳＧを受信する。なお、ガス検出信号ＳＧとは、ガス検出器２７０によって検出された１または複数のガス２０２を示すものである。

一実施形態では、蓋部材２０は、１または複数の冷却液流路２５６を含む。１または複数の冷却液流路２５６は、冷却液供給システム２５０に流体接続されている。１または複数の冷却液流路２５６は、冷却液２５２を蓋部材２０で循環させて蓋部材２０を冷却するように構成されている。また、環状部材１５０および冷却器９０は、複数の冷却液流路２５６を含む。複数の冷却液流路２５６は、各冷却液供給システム２５０に流体接続されている。そして、複数の冷却液流路２５６は、環状部材１５０および冷却器９０を通る冷却液２５２の流れを支持している。

システム１０が作動されると、マイクロ制御装置３１０が、各ガス供給システム２００からマイクロチェンバー７０およびマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３へガス２０２を流し始める。これは、一例では、マイクロ制御装置３１０がＤ／Ａ変換器３０４に第１デジタル制御信号Ｓ１Ｄを送信することによって達成される。なお、Ｄ／Ａ変換器３０４は、第１デジタル制御信号Ｓ１Ｄを第１アナログ制御信号Ｓ１Ａに変換する。第１アナログ制御信号Ｓ１Ａは、第１および第２の流量制御装置２１０に送信される。そして、第１および第２の流量制御装置２１０は、第１および第２のガス供給システム２００からマイクロチェンバー７０に流れるガス２０２の流量を調節する。これによって、マイクロチェンバー７０がガス２０２で満たされる。ガス検出器２７０は、マイクロチェンバー７０内の雰囲気がガス２０２で構成されており、酸素のような望ましくない反応性ガスが実質的に含まれないことを確認するために用いられている。

その一方で、マイクロ制御装置３１０は、Ｄ／Ａ変換器３０４に第２デジタル制御信号Ｓ２Ｄを送信する。そして、Ｄ／Ａ変換器３０４は、この第２デジタル制御信号Ｓ２Ｄを第２アナログ制御信号Ｓ２Ａに変換する。第２アナログ制御信号Ｓ２Ａは、第３流量制御装置２１０に送信される。なお、この第３流量制御装置２１０は、環状部材１５０に空圧的に接続されている。これによって、対応するガス源２０４からマイクロ流路１６２に流れて環状部材１５０の開口１６４から流出するガス２０２の流量を調節する。開口１６４から流出するガス２０２は、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３に流れ出る。開口１６４から流出してマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３に流れ出るガス２０２のほとんどは、マクロチェンバー７０から流出して、ガスカーテン領域１５８にあふれ出る。これによって、図５Ａから５Ｃに示されるように、ガスカーテン２０２Ｃが形成される。

なお、ここで、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の幅Ｗ_Ｇ３の範囲は、前述の米国特許第５，９９７，９６３号明細書に開示されるもののような従前のマイクロチェンバーの空気軸受間隙の幅よりもはるかに広い。空気軸受間隙の幅は、５ミクロン程度である。このように’９６３特許の空気軸受は、空気圧による力と、減圧による力とを相殺させることによって、かなり接近した状態で蓋部材２０を支持している。空気軸受間隙は、周囲環境からマイクロチェンバーを隔絶するのには有効であるが、その主な機能は、空気圧を用いてスライド間隙を形成することである。空気軸受間隙は、空気圧の力と減圧の力とをバランスさせることによって形成される。通常、間隙は、極めて狭く、表面欠陥や圧力フラストレーションを考慮してさらにもっと狭くすることができる。

マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の大きさ（幅）Ｗ_Ｇ３は、環状部材１５０と蓋部材２０の機械的隙間によって決定される。マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の大きさ（幅）Ｗ_Ｇ３は、空気軸受間隙よりもはるかに広く、例えば、空気軸受間隙の約１００倍である。また、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３は、実質的に蓋部材２０の平滑度の変化または表面欠陥に依存しない。平滑度の変化または表面欠陥は、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の幅Ｗ_Ｇ３のごく小さな一部にすぎないからである。

したがって、空気軸受は、表面接触および相互損傷を避けるため、極めて平滑で均一である一対の対向面を必要とする。空気軸受付のマクロチェンバーが相当量の熱や強い温度勾配にさらされた場合、空気軸受の対向面は、熱変形のためもはや必要とされる平滑度を維持することができない。

その一方、一実施形態では、マイクロ制御装置３１０は、流体接続される２つの冷却液供給システム２５０を稼働させることによって、蓋部材２０および冷却器９０に冷却液２５２を流し始める。このような稼働は、第３および第４のデジタル信号Ｓ３Ｄ，Ｓ４Ｄを用いることによって達成される。また、必要であれば、それらのデジタル信号をＤ／Ａ変換器３０４に送信してアナログ信号としてもよい。

一実施形態では、マイクロチェンバー７０内を減圧するために減圧システム２６０が用いられ、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３にガス２０２が流される。マイクロチェンバー７０内が減圧されると、ガス２０２の一部がマイクロチェンバー７０内に引き込まれる。これによって、異なるガス供給システム２００からマイクロチェンバー７０にガス２０２を流す必要がなくなる。

マイクロチェンバー７０およびマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３へのガス２０２の流れが確立されると共に、蓋部材２０および冷却器９０での冷却液２５２の循環が確立されると、制御信号Ｓ５Ｄによって保定装置１２６が稼働されて可動ステージ１２０が移動する。第１および第２レーザービーム４０Ａ，４０Ｂは、対応する光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂを通過する。そして、第１および第２レーザービーム４０Ａ，４０Ｂに対して基板５０を動かすことによって、第１および第２レーザービーム４０Ａ，４０Ｂが基板５０の表面５２上を走査する。図５Ａから５Ｃは、システム１０の模式的側面図であって、蓋部材に対する可動ステージ組立体１２８の動きを示している。なお、その動きは矢印ＡＲによって示されている。

可動ステージ組立体１２８と、チャック６０上でそれに支持される基板５０とは、蓋部材２０に対して前後方向に移動する。このため、ガス２０２は、開口１６４からマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３に流れ込み、マイクロチェンバー７０から流出する。このガス２０２の流れは、ガスがマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３を流出してガスカーテン領域１５８に流入するときに乱流になる。ガスカーテン領域１５８では、ガス２０２がガスカーテン２０２Ｃを形成する。ガスカーテン２０２Ｃは、周囲環境８中の反応性ガスまたは複数の反応性ガスの侵入を阻止する。その一方、マイクロチェンバー７０中のガス２０２の幾分かは、間隙Ｇ１，Ｇ２に流れ込む。なお、間隙Ｇ１，Ｇ２は、模式的に示されているように、環状間隙Ｇ２に空圧的に接続されているように示される１または複数のガス流路１０４によって周囲環境８と通じている。

図５Ａは、位置Ｐ１における可動ステージ組立体１２８を示している。可動ステージ組立体１２８は−Ｘ方向に移動している。このとき、レーザービーム４０Ａ，４０Ｂは、基板５０の上面５２の左側の縁の近くに入射している。図５Ｂは、位置Ｐ２における可動ステージ組立体１２８を示している。位置Ｐ２は、走査のおよそ中央である。可動ステージ組立体１２８は、まだ−Ｘ方向に移動している。このとき、レーザービーム４０Ａ，４０Ｂは、基板５０のおよそ中央で基板５０の上面５２に入射している。図５Ｃは、位置Ｐ３における可動ステージ組立体１２８を示している。位置Ｐ３は、走査の終端である。ここで、可動ステージ組立体１２８は、反対方向（すなわち＋Ｘ方向）に移動する際、減速したり、停止したり、最大速度Ｖ_Ｍまで加速したりする。また、このプロセスは、反対方向の位置においても繰り返される。

可動ステージ１２０は、例えば、Ｙ方向にチャック６０を移動させるように構成される。このため、レーザービーム４０Ａ，４０Ｂは、基板５０の未走査部分を前もって走査することができる。可動ステージ組立体１２８は、前後に移動し、終端位置Ｐ１，Ｐ３で加速したり減速したりし、さらに任意の走査中、前述の最大速度Ｖ_Ｍに到達する。

システム１０のガスカーテン２０２Ｃを形成する能力は、可動ステージ１２８の最大速度Ｖ_Ｍ、開口１６４から流出するガス２０２の速度Ｖ_Ｇ、およびマイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の幅Ｗ_Ｇ３の関数となる。なお、このガスカーテン２０２Ｃは、周囲環境８内の１または複数の反応性ガスがマイクロチェンバー７０に侵入するのを阻止する。図６は、異なる幅Ｗ_Ｇ３すなわち０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍおよび１ｍｍにおけるガス流速（標準リットル／分またはＳＬＭ）に対するガス速度Ｖ_Ｇ（ｍ/ｓ）のプロット図である。可動ステージ組立体１２８の最大速度Ｖ_Ｍ（ｍ／ｓ）は、０．５ｍ／ｓにおいて破線としてプロットされている。

周囲環境８に存在する１または複数の反応性ガスがマイクロチェンバー７０に侵入するのを阻止するためには、ガス速度Ｖ_Ｇは、可動ステージ組立体１２８の最大速度Ｖ_Ｍよりも高くなければならない。図６のプロットは、０．５ｍ／ｓの最大速度Ｖ_Ｍにおいて、マイクロチェンバー周辺間隙Ｇ３の幅Ｗ_Ｇ３を約０．６ｍｍよりも長くすることができないことを示している。

ガス２０２の質量は、システム１０に含まれる移動機構の質量よりもかなり小さい。このため、加減速による慣性効果は無視できる程度であり、システム１０の開始時および停止時においてガス流れのパターンに顕著な相違は観察されない。

図７は、図３と同様にシステム１０の模式図である。本図は、光アクセス機能部３０Ａ，３０Ｂが第１および第２開口によって規定される代わりに、蓋部材２０が、窓部３２で密閉される単一の開口を有する以外、図３と同じである。窓部３２は、レーザービーム４０Ａ，４０Ｂの光波長で実質的に透過性を有する。窓部３２は、例えば、石英ガラスからつくられている。蓋部材２０を冷却すると、窓部３２も冷却される。蓋部材２０は、例えば、異なるタイプの光アクセス機能部３０、例えば１つの開口と１つの窓部３２を含んでもよい。

図７におけるシステム１０の窓部３２は、低レーザー出力用途に適するように設計されており、基板５０を高度に保護すると共に、ガス消費量を低減する利点を有する。また、マイクロチェンバー７０から漏れて周囲環境８に流入し得るガス２０２の量を制限する窓部３２は、マクロチェンバー７０に導入されるガス２０２が人体に対して有害である用途にも有益である。

当業者には明白であるが、添付の特許請求の範囲に記載される本開示の精神および範囲を逸脱することなく、ここに記述される本開示の好ましい実施形態に対して様々な修正を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等範囲内において本開示の修正および変更を包含する。

Claims

周囲環境からの反応性ガスにさらすことなく基板を製造するためのマイクロチェンバーシステムであって、
少なくとも１つの光アクセス機能部を有する蓋部材と、
前記基板を支持するステージ組立体と、
前記ステージ組立体に空圧的に接続される少なくとも１つのガス供給システムと
を備え、
前記ステージ組立体は、外周面を有し、前記蓋部材に対して配置されてマイクロチェンバーおよびマイクロチェンバー周辺間隙を規定し、前記蓋部材に対して移動可能であり、
前記マイクロチェンバーには、選択量の前記反応性ガスを含有するガスか、前記反応性ガスを実質的に含有しないガスが含まれており、
前記ステージ組立体は、前記少なくとも１つのガス供給システムから前記マイクロチェンバー周辺間隙へ流入する前記ガスの流れを支持して前記ステージ組立体の外周面近傍にガスカーテンを形成するように構成されており、
ガスカーテンは、前記ステージ組立体が前記蓋部材に対して移動しているとき、前記周囲環境の前記反応性ガスが前記マイクロチェンバーに侵入するのを実質的に阻止する
マイクロチェンバーシステム
前記少なくとも１つの光アクセス機能部は、開口および窓部の少なくとも１つを含む
請求項１に記載のマイクロチェンバーシステム。
前記少なくとも１つの光アクセス機能部は、少なくとも１本のレーザービームを前記蓋部材に通過させて前記基板上に当てるように構成されている
請求項１または２に記載のマイクロチェンバーシステム。
前記ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよびネオンより成るガス群から選択されるものである
請求項１から３のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記反応性ガスは、酸素である
請求項１から４のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記少なくとも１つのガス供給システムは、前記マイクロチェンバーに前記ガスを供給する
請求項１から５のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記ステージ組立体は、冷却チャック組立体を含む
請求項１から６のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記蓋部材は、冷却される
請求項７に記載のマイクロチェンバーシステム。
前記ステージ組立体は、環状部材を含み、
前記環状部材は、前記マイクロチェンバー周辺間隙を部分的に規定し、
前記環状部材は、複数の開口を含み、
前記複数の開口は、前記少なくとも１つのガス供給システムから前記マイクロチェンバー周辺間隙に流入する前記ガスの流れを支持する
請求項１から８のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記マイクロチェンバー周辺間隙は、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲内の幅を有する
請求項１から９のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
前記マイクロチェンバー周辺間隙は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲内の幅を有する請求項１０に記載のマイクロチェンバーシステム。
前記ステージ組立体は、前記蓋部材に対して最大速度Ｖ_Ｍを有し、
前記マイクロチェンバー周辺間隙に流入する前記ガスは、ガス速度Ｖ_Ｇを有し、
Ｖ_ＧはＶ_Ｍよりも大きい
請求項１から１１のいずれかに記載のマイクロチェンバーシステム。
固定蓋部材と、前記固定蓋部材と共にマイクロチェンバー周辺間隙を規定する環状部材と外周面とを有する可動ステージ組立体とによって規定されるマイクロチェンバーの外側の周囲環境に存在する反応性ガスに基板をさらすことなく前記基板を製造する方法であって、
前記マイクロチェンバー内において前記可動ステージ組立体上に前記基板を支持する工程と、
前記マイクロチェンバーに第１ガスを導入する工程と、
前記環状部材を通して前記マイクロチェンバー周辺間隙に第２ガスを導入して、前記可動ステージ組立体の外周面近傍にガスカーテンを形成する工程と、
前記固定蓋部材に対して前記可動ステージ組立体を移動させる工程と
を備え、
前記第１ガスは、前記反応性ガスを実質的に含まないか、選択量の前記反応性ガスを含み、
前記ガスカーテンは、前記可動ステージ組立体の移動中において、前記周囲環境中の前記反応性ガスが前記マイクロチェンバーに流入するのを阻止する
方法。
前記第１および第２ガスは、同一のガスである
請求項１３に記載の方法。
前記周囲環境から前記蓋部材の少なくとも１つの光アクセス機能部を通って前記マイクロチェンバーに入る少なくとも１本のレーザービームで前記基板を製造する工程をさらに備える
請求項１３または１４に記載の方法。
前記少なくとも１本のレーザービームには、少なくとも１本のアニーリングレーザービームが含まれる
請求項１５に記載の方法。
前記少なくとも１本のレーザービームは、前記マイクロチェンバー内において前記選択量の反応性ガスと反応して前記基板を改質する
請求項１５または１６に記載の方法。
前記少なくとも１つの光アクセス機能部は、開口および窓部の少なくとも１つを含む
請求項１５から１７のいずれかに記載の方法。
前記可動ステージ組立体は、前記蓋部材に対して最大速度Ｖ_Ｍを有し、
さらに、マイクロチェンバー周辺間隙に流入するガスをガス速度Ｖ_Ｇで供給し、
Ｖ_Ｇは、Ｖ_Ｍよりも大きくなるように設定される
請求項１３から１８のいずれかに記載の方法。
前記マイクロチェンバー周辺間隙は、０．０１ｍｍから２ｍｍの範囲内の幅を有する
請求項１３から１９のいずれかに記載の方法。
前記マイクロチェンバー周辺間隙は、０．１ｍｍから１ｍｍの範囲内の幅を有する
請求項２０に記載の方法。
前記第１および第２ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムおよびネオンより成るガス群から選択される少なくとも１種のガスである
請求項１３から２１のいずれかに記載の方法。
前記可動ステージ組立体は、加熱チャックを含み、
前記方法は、前記加熱チャックを用いて前記基板を加熱する工程をさらに備える
請求項１３から２２のいずれかに記載の方法。
前記可動ステージ組立体および前記蓋部材を冷却する工程をさらに備える
請求項１３から２３のいずれかに記載の方法。
固定蓋部材と、前記固定蓋部材と共にマイクロチェンバー周辺間隙を規定する環状部材と外周面とを有する可動ステージ組立体とによって規定されるマイクロチェンバーの外側の周囲環境に存在する反応性ガスに基板をさらすことなく前記基板を製造する方法であって、
前記マイクロチェンバー内において前記可動ステージ組立体上に前記基板を支持する工程と、
前記マイクロチェンバー内を減圧する工程と、
前記環状部材を通してマイクロチェンバー周辺間隙にガスを導入して、前記外周面近傍にガスカーテンを形成する工程と、
前記固定蓋部材に対して前記可動ステージ組立体を移動させる工程と
をさらに備え、
前記ガスは、前記反応性ガスを実質的に含まないか、選択量の前記反応性ガスを含み、
前記減圧は、前記マイクロチェンバー周辺間隙からの前記ガスの一部を前記マイクロチェンバーに引き込むために行われ、
前記ガスカーテンは、前記周囲環境中の前記反応性ガスが前記マイクロチェンバーに流入するのを阻止する
方法。