JP2015115548A

JP2015115548A - 真空容器内のステージの設置構造

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Publication number: JP2015115548A
Application number: JP2013258484A
Authority: JP
Inventors: 松太郎宮本; Matsutaro Miyamoto
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-22
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP6271991B2

Abstract

【課題】真空容器内のステージの設置構造において、差圧により真空容器が変形したとしても、ステージが搭載される基準面の変位を生じさせずに、高いステージ性能を維持できるようにする。
【解決手段】ステージ２が構築される基準面を石定盤４の上面４ａとするべく、ステージ２の直線運動する可動部を案内するリニアガイド２２のレール部２２ａを、真空容器１の底板１１に形成された開口部１１ａを通して当該底板下面に面した石定盤４の上面４ａに直接取り付けて固定し、このレール部２２ａに沿ってステージ本体２１が作動するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空中で試料の検査を行う検査装置や材料の加工を行う半導体製造装置などに装備されるステージを内包した真空容器（真空チャンバ）におけるステージの設置構造に関する。

図７は、検査装置や半導体装置に装備されるステージを内包した真空容器の一例の構成を示しており、この真空容器１００は、除振マウント１０１上に水平に支持され、その底板１００ａの上面にステージベース１０２を収納し、このステージベース１０２上に試料や材料である対象物を保持しつつ移動させるステージ１０３を設置して構成してある（例えば特許文献１参照）。

このような真空容器１００は、容器内部の真空と容器外部の大気圧の差圧による変形が少なくなるように強固（高剛性）に設計されており、また、対象物を微細加工する装置や微細加工品を検査する装置では、保持した対象物を所定の位置に正確に移動させる高いステージ性能（走行精度や位置決め精度）が要求されることから、ステージ１０３を設置する基準面となる真空容器１００の底板１００ａは前記差圧による変形が少なくなるように特に高剛性に設計されるとともに、前記図示したように、前記装置が設置される床から伝わる振動を低減するため、空気バネや振動制御機器を具備した除振装置（除振マウント１０１）で真空容器１００の底板１００ａの下面を複数点支持により支持するように設計されている。
また、真空容器１００内へのステージ１０３の設置は、一般的に、ステージベース１０２上にステージ１０３を一体に組み立てて調整した後、これを真空容器１００の底板１００ａ上に搭載する工程により行われている。

また、真空容器内でステージが正確な基準面に基づいて固定されるようにするため、石定盤上に真空容器を設置するとともに、ステージの下部を支持する複数の固定基台を真空容器の底板を貫通させて、石定盤の上面に直接固定した構成のものが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１１−６５９５６号公報特開２００４−２３５２２６号公報

前記のようにステージが収納される真空容器を高剛性に設計したとしても、真空と大気圧の差圧による真空容器の変形を完全になくすことはできず、容器内外の差圧が大きくなると、真空容器の全体に僅かな変形が必ず生じてしまう。
ステージを構築する際の基準面となる真空容器の底板の変形は、その変形量が僅かであってもステージの走行精度などに重大な影響を与えることから、可能な限り変形しないように設計しておく必要があるが、底板を高剛性にしただけの従来の容器の構成では変形の発生を完全になくすことはできず、ステージの性能が劣化することは避けられない。

また、ステージの組み立て及び調整は、必然的に大気圧の環境下で行うことになるが、実際の作動は真空容器内の真空の環境下であり、前記基準面が変形することで当初の調整精度が維持されなくなり、また、予め容器の変形に伴う基準面の真空中での変位を考慮してステージを組み立てて調整することも非常に困難であり、そのような調整はそもそも非現実的である。また、前記基準面の変位の最小化を目指して、さらなる高剛性化を図ったのでは、真空容器の底部の寸法が大きくなって、真空容器及びこれを用いた装置が大型化し、重量の増加及び装置の高コストを招くことになる。

また、従来技術のように、真空容器内でステージの下部を支持する複数の固定基台を真空容器の下部を支持する石定盤の上面に直接固定すれば、真空容器の底板が変形することによるステージへの影響は極めて小さくなるが、このものは、複数の固定基台の上にステージが走行するガイドを取り付け、その上にステージ本体が取り付けられてガイド上を走行するように設けられており、ステージを構築する際の基準面は各固定基台の上面となるため、各固定基台の上面を一定の高さに揃えて石定盤に固定する調整が難しく、各固定基台上に組み立てられるステージの精度を出し難く、調整に時間を要して組み立てコストが嵩張り、装置全体がコスト高になるという問題がある。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、真空容器内のステージの設置構造において、真空容器を大型化することなく、差圧により真空容器が変形したとしても、ステージが搭載される基準面の変位を生じさせずに、高いステージ性能を維持することができるようにするとともに、ステージの組み立て及び調整が高精度で行えるようにすることを課題とする。

前述の通り、ステージの下部を支持する固定基台を、真空容器の下側の石定盤の上面に固定すれば、真空容器の底板が変形することによるステージへの影響を抑えることができるが、固定基台上にステージを構築する際の精度出しが困難である。そこで、本発明では、ステージの可動部が直動するレール部を石定盤に直接固定し、このレール部に沿ってステージ本体が走行するように設けることで、つまりステージが構築される基準面を石定盤の上面とすることで、ステージの組み立てと調整の際の精度出しを正確に行えるようにし、真空容器の変形に関わりなく、前記基準面が変位しないようにして、調整後のステージの走行精度や位置決め精度が維持されるようにした。

すなわち、前記課題を解決するため本発明は、石定盤上に設置された真空容器内にステージを設置する構造において、
ステージの直線運動する可動部を案内するリニアガイドのレール部が、真空容器の底板に形成された開口部を通して当該底板下面に面した石定盤の上面に直接取り付けられた構成を有することを特徴する。

これによれば、高剛性で正確な面精度の確保が容易な石定盤の上面に、ステージの軌道路であるリニアガイドのレール部が直に固定してあるので、リニアガイドに沿って直動するステージを高精度に設置しその性能の調整を行うことができる。
すなわち、上面を正確な面精度を確保して形成された石定盤は、体積（厚さ）があり、石定盤が備える高剛性であること及び金属材料と比較して線膨張係数が低いことの特徴により、真空容器内部を真空状態とした際に石定盤自体の変形・膨張が極めて少なく、その上面の面精度が正確に確保される。
よって、石定盤の上面を基準面として構築されるステージは、基準面の変位による影響を受けて、その走行精度や位置決め精度が低下するようなことはなく、真空容器内部を真空にしたときの容器の変形度合いなどを考慮することなく、容器内部に組み立てて調整することができ、且つ調整後の当初の走行性能を維持して、真空中で保持した対象物を正確な位置に移動し位置決めすることができる。石定盤の上面をステージ構築の基準面としているので、真空容器の底板の剛性を高めたり大型化したりする必要はない。

前記構成のステージの設置構造において、真空容器の内部は、その気密性を確保するために真空容器の底板と石定盤の上面とは真空シールがされて、外部から隔離した密閉空間に設けられる。真空シールは、真空容器の底板に形成された開口部の周囲にＯリングなどの密封部材を設置し、真空となる開口部内と大気中にある石定盤の上面間を隔離することにより形成することができる。

また、開口部周囲の真空シールに加え又はこれとは別に、真空容器の底板の下面外周近傍と石定盤の上面間を真空シールし、底板下面と石定盤上面とが面する空間に通じた排気口を底板側部に設け、この排気口から前記空間を真空排気可能に設けた構成としてもよい。
これによれば、石定盤の上面に面する真空容器の底板下面全体を真空下に保つことができるので、外気温の変化が真空容器内の気圧に及ぼす影響を少なくすることができ、また、底板の前記開口部周辺の真空シール性能が確保できない場合にも、真空容器の底板下面全体の空間を真空吸引することで、真空容器内の真空度を良好に保つことができる。

さらに、リニアガイドのレール部が挿通される開口部に加えて、周囲が真空シールされた他の開口部が真空容器の底板に少なくとも一つ以上設けられた構成とすれば、リニアガイドの取り付けや、その上部へのステージ本体の組み立てと調整の際に、ステージ構築の基準面である石定盤の上面を他の開口部を通して視認及び計測して直接活用することが可能となるため、正確で高精度なステージの組み立て、調整及び確認が可能となる。

本発明によれば、真空容器を大型化することなく、真空容器内の気圧の変化に関わりなく、ステージが搭載される基準面の変位を生じさせずに、ステージをその組み立て及び調整した当初の走行性能を維持して、真空中で保持した対象物を正確な位置に移動し位置決めすることができるようにステージを作動させることが可能である。ステージ構築の基準面が石定盤上面であり、その変位が極めて小さいので、真空容器内部を真空にしたときの容器の変形度合いなどを考慮することなく、ステージの組み立て及び調整を高精度で行うことが可能である。

本発明を適用した一実施形態の真空容器の要部を破断した外観構成図である。図１の真空容器の側面板と上板を取り去った要部外観構成図である。図１の真空容器を構成する底板の（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。図１の真空容器の石定盤、底板及びステージの設置態様を示した要部断面図である。図４のガイドレール取り付け部分を拡大した図である。底板が石定盤に設置された状態における図３中のＶＩ−ＶＩ線に沿った要部拡大断面図である。従来の真空容器の構成を示した断面図である。

本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、図面には主として真空容器及びその内部に設置されるステージと石定盤の設置態様を示し、ステージ本体の詳細な構成や真空容器とともに検査装置や半導体製造装置に装備される他の装置・機器類、例えば真空容器に取り付けられる真空ポンプや送・排気管などの図示は省略してある。

図１は本発明を適用した一実施形態の真空容器を検査装置に用いた状態の要部外観構成図、図２は真空容器の側面板と上板を取り去った要部外観構成図であり、両図に示されるように、真空容器１は、その内部に検査試料である対象物を保持・移動させるステージ本体２１を有するステージ２が設置されて、除振装置３上に支持された石定盤４上に載せられるとともに、ステージ２を構成するリニアガイド２２のレール部２２ａを真空容器１の底板１１に形成された開口部１１ａを通して下方へ露出させ、この露出した部分を底板１１下面に面して重なった石定盤４の上面４ａに直に固定して設置してある（図４及び図５参照）。

詳しくは、真空容器１は、何れも鋼板を加工してなる、平面視方形状の底板１１と、底板１１の周辺を囲う四側面板１２と、四側面板１２の上端開口を閉鎖する上板１３とを組み合わせて方形箱型に形成してある。
底板１１は、図３に示されるように、その面内に、後述するリニアガイド２２のレール部２２ａが挿通する幅で当該底板の長手方向に伸びた複数の開口部１１ａ、図では三つの開口部１１ａを設けるとともに、当該底板の両短手側辺の近傍に平面視正方形の他の開口部１１ｂをそれぞれ設けて形成してある。
また、底板１１の下面には、前記開口部１１ａ，１１ｂが形成された部分であって当該底板の周辺部よりも内側の部分に一定の幅で凹んだ凹部１１ｃが設けられており、底板１１の側面には、この凹部１１ｃと連通した排気口１１ｄを形成してある。
なお、後述するように、各開口部１１ａ，１１ｂと凹部１１ｃは、底板１１の下面でこれらを囲うように密封部材であるＯリング５が各々設置されて、各部の内側と石定盤４とが真空シールされる（図５参照）。

ステージ２は、下側ステージと上側ステージを上下段に重ねて配置し、それぞれモータ（図示せず）で互いに直交する方向へ直線移動するように構成されたステージ本体２１と、下側ステージの可動部を直動案内する複数のリニアガイド２２を具備し、図４及び図５に示されるように、各リニアガイド２２のレール部２２ａが前記真空容器１の底板１１に形成された開口部１１ａを通して石定盤４の上面４ａに固定され、レール部２２ａの上面を摺動するガイドブロック部２２ｂにステージ本体２１の可動部を連結して、ステージ本体２１が真空容器１の底板１１上をレール部２２ａに沿って直線運動するように構成してある。

石定盤４は、花崗岩（グラナイト）を用いて上下が１００ｍｍ以上の厚みを有する六面ブロック形に形成されており、その上面４ａを含む全面を、ＪＩＳで規定する０級以上の平面度で高精度な平滑面に形成してある。

本形態の真空容器１の検査装置への設置は以下のようにして行うことができる。
先ず、除振装置３上に石定盤４を支持させ、石定盤４の上面４ａに真空容器１の底板１１を重ねた状態で、底板１１の各開口部１１ａに予めガイドブロック２２と組み合わせたステージ２のリニアガイド２２のレール部２２ａを嵌め入れて、レール部２２ａを石定盤４の上面４ａに載せ、留めネジなどでレール部２２ａを石定盤４の上面４ａに固定する。なお、リニアガイド２２のレール部２２ａを予め石定盤４の上面４ａに設置した後に底板１１を設置してもよい。

この際、図６に示されるように、底板１１に形成された各開口部１１ａ，１１ｂ及び凹部１１ｃの下側には、これらを各々囲うようにしてＯリング５を設置し、底板１１の下面と石定盤４の上面４ａ間にＯリング５を弾圧接させて、互いに面する石定盤４の上面４ａと、各開口部１１ａ、１１ｂの内側の空間及び凹部１１ｃの内側の空間が、Ｏリング５により隔離されるようにする。また、底板１１の側面に形成した排気口には、真空ポンプに接続された排気管を接続しておく。

次いで、石定盤４の上面４ａを取り付け基準面として、リニアガイド２２上に、すなわちガイドブロック２２ｂ上にステージ本体２１を組み立てる。さらに、底板１１の周辺に真空容器１の四側面板１２を取り付けて、前記基準面に基づきステージ２の作動調整を行う。

そして、前記底板１１の排気口１１ｄに取り付ける排気管も含めて、真空ポンプの送気管や排気管などの真空容器１内外の送排気系統を取り付けた後、前記四側面板１２の上端開口を、上板１３を取り付けて閉鎖することで真空容器１の設置が完了する。

検査装置を使用した対象物の検査は、真空容器１の内部を真空にした状態で行われる。なお、真空容器１の内部の真空度や外気温度の変化の程度等、状況に応じて、真空容器１の底板１１の排気口１１ｄを通して、底板１１の下面と石定盤４の上面４ａとが面する空間である底板１１の凹部１１ｄ内を真空排気した状態で行われる場合もある。
この際、真空容器１の内部を真空することで容器外部との差圧により真空容器１が変形するが、容器内部のステージ２は、そのステージ本体２１の軌道路であるリニアガイド２２のレール部２１を高剛性で正確な面精度が確保された石定盤４の上面４ａに直に固定して取り付けられているので、真空容器１の変形に伴って石定盤４の上面４ａが変位するようなことはなく、ステージ２により真空中で保持した対象物を正確な位置に移動し位置決めすることが可能である。

また、真空容器１の底板１１に形成した各開口部１１ａ，１１ｂは、その下面側で周囲をＯリング５で囲って、その周辺の石定盤４の上面４ａ間を真空シールしてあるので、ステージ２の作動に関わりなく真空容器１内は真空に保持され、また、底板１１の凹部１１ｃをＯリング５で囲い、その内部空間を真空排気することで底板１１の下面全体が真空下に保たれ、外気温の変化が真空容器１内の気圧に及ぼす影響を少なくすることができる。
さらに、ステージ２のステージ本体２１の直接の軌道路であるリニアガイド２２のレール部２２ａを石定盤４の上面４ａに直に固定してあるので、ステージ２を組み立てる際の精度出しに手間がかからず、石定盤４の上面４ａを基準面として、底板１１の上方にステージ２を高精度で取り付けて調整することが可能である。

なお、図示した真空容器１やステージ２の形態は一例であり、本発明はこれに限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。

１真空容器、１１底板、１１ａ開口部、１１ｂ他の開口部、１１ｃ凹部、１１ｄ排気口、１２側面板、１３上板、２ステージ、２１ステージ本体、２２リニアガイド、２２ａレール部、２２ｂガイドブロック部、３石定盤、３ａ上面、４除振装置、５Ｏリング

Claims

石定盤上に設置された真空容器内にステージを設置する構造において、
ステージの直線運動する可動部を案内するリニアガイドのレール部が、真空容器の底板に形成された開口部を通して当該底板下面に面した石定盤の上面に直接取り付けられた構成を有することを特徴する真空容器内のステージの設置構造。
真空容器の底板に形成された開口部と石定盤の上面間が真空シールされた構成を有することを特徴とする請求項１に記載の真空容器内のステージの設置構造。
真空容器の底板の下面外周近傍と石定盤の上面間が真空シールされているとともに、前記底板下面と石定盤上面とが面する空間に通じた排気口を底板側部に設け、当該排気口から前記空間を真空排気可能に設けた構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空容器内のステージの設置構造。
リニアガイドのレール部が挿通される開口部に加えて、周囲が真空シールされた他の開口部が真空容器の底板に少なくとも一つ以上設けられた構成を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の真空容器内のステージの設置構造。