JP4418325B2 - Ｘｙステージと半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造装置に関し、特に電子ビーム露光装置のような減圧雰囲気中でウエハを保持して微動させるＸＹステージに対して塵に起因した不具合を防止する手段を設けた製造装置に関する。

半導体装置の半導体素子や磁気装置の磁気ヘッドなどを製造する際においては、ホトリソグラフィを用いて超微細なパターンを生成する技術が不可欠である。しかも、その際には、光源の如何に関わらず、例えば、半導体素子の場合にはシリコンウェーハのような基板を微移動させることが必要である。

一般に、物体を水平のＸＹ方向、場合によっては垂直のＺ方向にも移動させるにはＸＹテーブルとも呼ばれるＸＹステージが用いられる。しかし、半導体装置などの製造においては、移動の絶対量がサブミクロンと小さい上に高精度な極微移動が要求される。

ところで、ＸＹステージを装備した各種製造装置には、例えば、可視光や紫外線、電子ビーム、Ｘ線などを光源としたホトリソグラフィ用の露光装置、ＳＥＭやＴＥＭなどの顕微鏡、欠陥検査装置、イオンビーム打込み装置などがある。これらの装置の多くは、真空チャンバー内で精度よく位置決めが必要な装置である。

図３はＸＹステージを用いた一製造装置の模式図である。製造装置２００は、電子ビーム露光装置を一例としたもので、要部を模式的に示したものである。ウェーハ９をホトリソグラフィによってパターニング加工する場合には、まず、ウェーハ９をロードロック室２０３に移送し、ゲートバルブ２０２を閉じた後ロードロック室２０３を図示してない真空排気系によって減圧する。

ロードロック室２０３が減圧された真空チャンバー２０１と同じ気圧になったらゲートバルブ２０２を開けて、搬送ロボット２０４によってウェーハ９を真空チャンバー２０１内に搬入する。真空チャンバー２０１内にはＸＹステージ１００が装備されており、搬入されたウェーハ９はＸＹステージ１００に載置される。

ＸＹステージ１００には、ウェーハ９などの平板状の被処理物をステージ上に保持するためにチャック２０５が設けられている。チャック２０５には、機械式の外に真空によって吸引する真空チャックと静電引力によって吸引する静電チャックの二つがよく知られているが、真空チャンバー２０１の中では主として静電チャックが用いられる。真空チャンバー２０１の中に搬入にされたウェーハ９は、チャック２０５の上に位置決めして置かれた後、チャック２０５によってＸＹステージ１００の上に吸着固持される。

ウェーハ９は、電子ビーム２０６によって描画される際には、ＸＹステージ１００のテーブルの動きに連動して水平な前後左右のＸＹ方向、場合によっては垂直な上下のＺ方向に移動する。ＸＹステージ１００を他の製造装置内の装備して用いる場合にも、基本的な動作原理は変わらない。

図４はＸＹステージの要部を模式的に示した斜視図である。ＸＹステージ１００は、二つのステージが直交して上下に重なった構成になっている。上下関係はどちらでもよいが、例えば、Ｘ方向に移動する下ステージ１２１とＹ方向に移動する上ステージ１１１とが重なった構成になっている。

上下のステージ１１１、１２１のそれぞれは、できるだけ磨耗した夾雑物が発生しないように、例えば、セラミックス製や金属製の四つの走行車輪で自在に前進・後退の直進移動ができるようになっている。また、走行車輪が乗っかるステージ軌道も、走行車輪との摩擦によって夾雑物が発生しないように、例えば、セラミックス製となっている。

下ステージ１２１は、例えば、基盤２０に固定されたパルスモータやサーボモータなどからなる下駆動部材１２４によって押引され、基盤２０の上に設けられた下ステージ軌道２２の上を下走行車輪１２２が転動してＸ方向に移動する。

上ステージ１１１は、下ステージ１２１に固定された上駆動部材１１４によって駆動され、下ステージ１２１の上に設けられた上ステージ軌道２１の上を上走行車輪１１２が転動してＹ方向に移動する。基本的には、上駆動部材１１４と下駆動部材１２４、上走行車輪１１２と下走行車輪１２２のそれぞれは、名称で分ける程の機能的な相違はない。

また、上下のステージ１１１、１２１のそれぞれには、上拘束ガイド３１と下拘束ガイド３２を把持するように上ガイドローラ１１３と下ガイドローラ１２３が設けられている。そして、上下の走行車輪１１２、１２２のそれぞれが上下のステージ軌道２１、２２から脱輪して上ステージ１１１がＸ方向、下ステージ１２１がＹ方向にそれぞれ揺動しないようになっている。

ここでは、上下のＺ方向については図示してないが、必要があれば拘束ガイドを設けてガイドローラで把持し、ステージが上下方向に移動する際に、前後左右の水平方向に揺動しないように拘束することもできる。

ところで、ＸＹステージ１００が上下の走行車輪１１２、１２２で上下のステージ軌道２１、２２の上を走行する際に、上下のステージ軌道２１、２２の軌道面上にパーティクルと呼ばれる粒子状の塵が付着して汚染されることが間々起こる。

パーティクルは、ＪＩＳによれば、粒径が１０μｍ程度以下を微粒子、粒径が１μｍ程度以下を超微粒子（サブミクロンパーティクル）などに分けられる。近年、パターンの超微細化に伴い、ステージ軌道に付着するパーティクルで不具合の原因となるものは微粒子以上の大きな粒状物質、つまり、粒径が数μｍから数ｍｍまでの大きなパーティクルに止まらず、超微粒子も半導体などの製造精度に多大な不具合を起こすようになっている。

パーティクルは、ＸＹステージが装備される装置自体から発生するものもある。しかし、半導体装置の製造を例にとれば、ウェーハプロセスの際に、ウェーハの表面に形成される生成物や、露光やエッチングの際に被着されるレジスト、ウェーハをチップ状にスクライブする際の切り子や破片、さらに、こうした工程によってウェーハの裏面に付着したものなど種々ある。

一方、ウェーハの裏面に付着したパーティクルを除去することに対しては、特許文献１に示された対応策もある。しかし、パーティクルが除去されて不具合が起らない程に完全ではない（特許文献１参照）。

図５はパーティクルを除塵する一方法の要部の拡大図である。図５は、ＸＹステージ１００の一要部を拡大したものであるが、下ステージ軌道２２の上を下ステージ１２１の下走行車輪１２２が転動しながら矢印の方向に移動している。下走行車輪１２２の前方にはスクレーパ４と呼ぶ引っ掻き具を設ける。このスクレーパ４は、例えば、可撓性をもったプラスチック製で、下ステージ軌道２２の上にあるパーティクル８をスクレーパ４が擦りながら引っ掻いて軌道上から除塵するようになっている。図示してない上ステージの場合にも、全く同様の除塵を行うようになっている。

このようなＸＹステージの軌道上の除塵をスクレーパ４で行うことは、ＸＹステージにおいて実際に行われている。しかし、スクレーパ４を潜り抜けて除塵し切れない微小なパーティクル８の処理について革新的で参考となるような特許文献や非特許文献は見い出せなかった。
特開２０００−２２８４３９

スクレーパによる軌道上の除塵は、比較的大きなパーティクルに対しては有効に機能する。ところが、超微粒子に相当する粒径が１μｍ以下の超微細なパーティクルは、スクレーパで除去できない不具合が間々起こる。その場合には、例えば、ＸＹステージが装備されている真空チャンバーを一旦大気圧に戻し、ワイプを溶剤や水で湿らせて拭き取ることが行われていた。

このようにＸＹステージのクリーニング作業によって、ＸＹステージを装備している製造装置を再稼働するためには数日間を要することもあった。そのため、ＸＹステージのクリーニング作業は非常に非効率的であった。

さらに、走行車輪がステージ軌道上を移動する際に、図６に示したようにステージ軌道上に付着したパーティクルの上を通過した場合を考える。図６（Ａ）に示したように、上または下の走行車輪１１２または１２２がパーティクル８に乗り上がると、上ステージ１１１または下ステージ１２１が傾き、その結果、ＸＹステージ１００それ自体が傾く。

従って、例えば、ＸＹステージ１００を装備している装置が電子ビーム露光を行う半導体製造装置であれば、図６（Ｂ）に示したのように、ＸＹステージ１００が傾斜度：θ°傾けば、ビームの位置ずれ距離：δとなり、所定のパターニングが不能となる不具合が生じることになる。

そこで、本発明は、粘着性の素材をローラに被着した清掃ローラをＸＹステージの走行車輪やステージ軌道に弾接し、車輪や軌道に付着したパーティクルを粘着させて除塵するＸＹステージを提供することを目的としている。

上で述べた課題は、請求項１において、ＸＹステージの少なくとも一方のステージが、複数の走行車輪のそれぞれに回動自在に弾接する車輪清掃ローラと複数のステージ軌道のそれぞれに回動自在に弾接する軌道清掃ローラとを有し、該車輪清掃ローラは、走行車輪の表面に付着したパーティクルを粘着除塵し、該軌道清掃ローラは、ステージ軌道の表面に付着したパーティクルを粘着除塵するように構成されたＸＹステージによって解決される。

つまり、本願発明においては、スクレーパに除塵し切れずにＸＹステージの走行車輪やステージ軌道に付着したパーティクルを、走行車輪と弾接して回動する車輪清掃ローラおよびステージ軌道に弾接して回動する軌道清掃ローラに粘着させて除塵する。

次いで、請求項２において、該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、表面に粘着性を有するゴム系樹脂膜が被着されているように構成された請求項１記載のＸＹステージによって解決される。

つまり、車輪清掃ローラと軌道清掃ローラの表面には、いわゆる粘着性（タッキネス）をもったゴム系の樹脂を被着する。タッキネスの強さは、弾接したローラが自在に回動する程度に弱い必要があり、接着剤自身の凝集力が弱いために粘着力が比較的弱い感圧接着性をもったものなどが好ましい。

次いで、請求項３に置いて、該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、ローラ軸が軸支持部材によって弾発的に押圧されているように構成された請求項１記載のＸＹステージによって解決される。

つまり、車輪清掃ローラと軌道清掃ローラの表面はタッキネスをもったゴム系の樹脂によって被着されている。しかし、車輪清掃ローラや軌道清掃ローラが上下の走行車輪や軌道と弾接することをより円滑にするために、軸支持部材がローラ軸を弾発的に押圧するようにしている。

次いで、請求項４において、請求項１記載のＸＹステージが装備されているように構成された半導体装置の製造装置によって解決される。

つまり、本願発明になるＸＹステージは、例えば、一旦真空を破った後排気して再稼働までのリードタイムが長い真空チャンバーを装備した半導体装置の製造装置において効果的である。

次いで、請求項５において、該ＸＹステージが真空チャンバーの中に装備されているように構成された請求項４記載の半導体装置の製造装置によって解決される。

つまり、本発明になるＸＹステージは、大気中で用いる場合はもちろんであるが、清掃などを含むメンテナンスが行い難い真空チャンバーの中で用いる方が大いに特徴を発揮することができる。

本発明によれば、ＸＹステージの走行車輪やステージ軌道に付着したスクレーパで除塵し切れない微細なパーティクルを、表面に粘着性を付与した清掃ローラを弾接させて自発的に除去することができる。

従って、特に、ＸＹステージが真空チャンバー内に装備されている半導体装置の製造装置の場合には、稼働中にチャンバーの外からクリーニングすることが不可能なので大いに効果がある。

ＸＹステージの全ての走行車輪とステージ軌道のそれぞれに、表面に粘着性をもった樹脂を被着した車輪清掃ローラと軌道清掃ローラを回動自在に弾接し、スクレーパで除塵し切れなかった微細なパーティクルを粘着除塵する。

図１は本発明の一実施例の説明図、図２は図１の要部の拡大図である。図１において、ＸＹステージ１００は、図示してない真空チャンバーなどの中に装備されており、上ステージ１１１が下ステージ１２１の上に重なった構成になっている。

下ステージ１２１は四隅に設けられた、例えば、セラミックス製の四つの下走行車輪１２２の上に載置されている。そして、基盤２０の上に設けられた、例えば、セラミックス製の下ステージ軌道２２の上を自在に移動できるようになっている。ただし、実際の動きは、図示してない駆動源に連なる上駆動部材１１４によって高精度に制御性よく前進・後退し、図１の紙面上では左右に移動するようになっている。

上ステージ１１１は四隅に設けられた、例えば、セラミックス製の四つの上走行車輪１１２の上に載置されている。そして、下ステージ１２１の上に設けられ、下ステージ軌道２２と直交する、例えば、セラミックス製の上ステージ軌道２１の上を自在に移動できるようになっている。ただし、実際の動きは、図示してない駆動源によって高精度に制御性よく前進・後退し、図１の紙面上では前後に移動するようになっている。

また、横方向の揺動を防ぐために、上ステージ１１１の下に設けられた二つの上ガイドローラ１１３が、下ステージ１２１の上に突設された上拘束ガイド３１を挟持して自在に転動するようになっている。下ステージ１２１の揺動についても同様の構成になっているが、ここでは省略している。

下ステージ１２１の前端と後端のそれぞれにはスクレーパ４が取り付けてある。このスクレーパ４は、下ステージ軌道２２の上を扱いて下ステージ軌道２２の上に付着したパーティクル８を除塵するものである。スクレーパ４は上ステージ１１１の前端と後端のそれぞれにも取り付けてあるが、ここでは図示してない。

さらに、上ステージ１１１の上には、チャック２０５が取り付けてあり、例えば、ウェーハ９などが吸着される。チャック２０５は、ＸＹステージ１００が大気圧雰囲気の時には真空チャックが用いられるが、ＸＹステージ１００が、例えば、真空チャンバーの中に装備されている場合には静電チャックが用いられる。ただし、このことは本願発明の作用・効果に直接関係はない。

下ステージ１２１の下走行車輪１２２の表面には、車輪清掃ローラ５が回動自在に弾接している。また、下ステージ軌道２２の軌道面には、下ステージ１２１に取り付けた軌道清掃ローラ６が回動自在に弾接している。

図２（Ａ）において、ＸＹステージ１００の取り付けられた車輪清掃ローラ５と軌道清掃ローラ６は、粘着性（タッキネス）をもった素材をローラの表面に被着した構成になっている。つまり、この素材は、例えば、天然ゴムや、シリコーン系やウレタン系などの合成ゴムにタッキファイアと呼ばれる粘着性付与剤を適宜加えたものである。タッキファイアには、例えば、テルペン系樹脂やキシレン樹脂などを用いる。

また、感圧接着性をもった素材も適用できる。例えば、天然ゴムやブタジェン系の合成ゴムにクマロン樹脂やフェノール樹脂などのタッキファイアを加えたものである。これらの素材は、接着剤としては凝集力が小さいので接着力は強くなく、しかもタッキファイアによって接着力も制御できる。従って、感圧接着性をもった素材も、車輪清掃ローラ５や軌道清掃ローラ６のローラ表面に被着してパーティクルに対する粘着性を付与するのに適用できる。

タッキネスをもった素材は、車輪清掃ローラ５や軌道清掃ローラ６の表面に塗布して被着することもできる。しかし、パーティクルが粘着したあとは適宜剥離して交換するために、フィルムに塗布したものを車輪清掃ローラ５や軌道清掃ローラ６の表面に巻き付けて被着することもできる。

ところで、車輪清掃ローラ５や軌道清掃ローラ６の軸は、軸支持部材７の先端に支持されている。この軸支持部材７には、車輪清掃ローラ５や軌道清掃ローラ６が上下の走行車輪１１２、１２２や上下のステージ軌道２１、２２に弾接するようにアクチュエータが組み込まれている。このアクチュエータには、例えば、直進機構のプランジャマグネットなどが適用できる。しかし、弾接移動のストロークや押圧力がそれ程大きい必要がない。従って、動力源が不要な圧縮ばねを適用することもできる。

スクレーパ４で除塵し切れずに上下のステージ軌道２１、２２の上に残ったパーティクル８は、軌道清掃ローラ６で除塵される。ところが、軌道清掃ローラ６によっても除塵し切れずに残ったパーティクル８は、上下の走行車輪１１２、１２２に付着して乗り移れば、図２（Ｂ）に示したように車輪清掃ローラ５によって除塵される。

ここでは図示してないが、パーティクルは沈降して付着するので、比較的付着し難い傾向にあるが、上下の拘束ガイドのそれぞれを挟持して横揺れを防ぐ上下のガイドローラのそれぞれについても、拘束ガイドあるいはガイドローラに弾接する清掃ローラによって除塵することができる。

本発明になるＸＹステージは、例えば、図示してない真空チャンバー内で電子ビームを用いて露光する電子ビーム露光装置や顕微鏡、欠陥検査装置などのように、特に、パーティクルの存在を嫌うけれども真空チャンバー内で除塵が厄介な半導体装置の製造装置に装備すると威力を発揮する。

ただし、ＸＹステージをクリーンルームの様な大気圧雰囲気の中で用いる場合にも、本発明になるステージを用いれば、ステージの移動がパーティクルに影響されないようにすることができ、種々の変形が可能である。

ＸＹステージの走行車輪やステージ軌道に対して、粘着性をもった素材を被着した清掃ローラを弾接して除塵するに際して、清掃ローラを弾接させる軸支持部材の構成には、例示した以外にも種々の変形が可能である。

ＸＹステージの上下のＺ方向の移動については、ここでは例示しなかった。しかし、粘着性素材を被着した清掃ローラを走行車輪や軌道に弾接することによって除塵が可能であり、種々の変形が可能である。
（付記１） ＸＹステージの少なくとも一方のステージが、複数の走行車輪のそれぞれに回動自在に弾接する車輪清掃ローラと複数のステージ軌道のそれぞれに回動自在に弾接する軌道清掃ローラとを有し、
該車輪清掃ローラは、走行車輪の表面に付着したパーティクルを粘着除塵し、
該軌道清掃ローラは、ステージ軌道の表面に付着したパーティクルを粘着除塵する
ことを特徴とするＸＹステージ（請求項１）。
（付記２） 該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、表面に粘着性を有するゴム系樹脂膜が被着されている
ことを特徴とする付記１記載のＸＹステージ（請求項２）。
（付記３） 該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、ローラ軸が軸支持部材によって弾発的に押圧されている
ことを特徴とする付記１記載のＸＹステージ（請求項３）。
（付記４） 該車輪清掃ローラは、走行車輪の前面部に弾接し、該軌道清掃ローラは、ステージ軌道の前後の走行車輪の中間部に弾接する
ことを特徴とする付記１記載のＸＹステージ。
（付記５） 付記１記載のＸＹステージが装備されている
ことを特徴とする半導体装置の製造装置（請求項４）。
（付記６） 該ＸＹステージが真空チャンバーの中に装備されている
ことを特徴とする付記５記載の半導体装置の製造装置。

産業上の利用の可能性

本発明のＸＹステージは、特に、発生するパーティクルの除塵が難しい真空チャンバー内に装備されて電子ビーム露光を行う電子ビーム露光装置などの半導体装置の製造装置の稼働率向上に寄与する。

本発明の一実施例の説明図である。 図１の要部の拡大図である。 ＸＹステージを用いた一製造装置の模式図である。 ＸＹステージの要部を模式的に示した斜視図である。 パーティクルを除塵する一方法の要部の拡大図である。 付着したパーティクルの振舞いの説明図である。

符号の説明

１００ ＸＹステージ
１１１ 上ステージ １２１ 下ステージ
１１２ 上走行車輪 １２２ 下走行車輪
１１３ 上ガイドローラ １２３ 下ガイドローラ
１１４ 上駆動部材 １２４ 下駆動部材
２０ 基盤 ２１ 上ステージ軌道 ２２ 下ステージ軌道
２０５ チャック
３１ 上拘束ガイド ３２ 下拘束ガイド
４ スクレーパ
５ 車輪清掃ローラ
６ 軌道清掃ローラ
７ 軸支持部材
８ パーティクル
９ ウェーハ

Claims (5)

1. ＸＹステージの少なくとも一方のステージが、複数の走行車輪のそれぞれに回動自在に弾接する車輪清掃ローラと複数のステージ軌道のそれぞれに回動自在に弾接する軌道清掃ローラとを有し、
   該車輪清掃ローラは、走行車輪の表面に付着したパーティクルを粘着除塵し、
   該軌道清掃ローラは、ステージ軌道の表面に付着したパーティクルを粘着除塵する
   ことを特徴とするＸＹステージ。
2. 該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、表面に粘着性を有するゴム系樹脂膜が被着されている
   ことを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ。
3. 該車輪清掃ローラと軌道清掃ローラは、ローラ軸が軸支持部材によって弾発的に押圧されている
   ことを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ。
4. 請求項１記載のＸＹステージが装備されている
   ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
5. 該ＸＹステージが真空チャンバーの中に装備されている
   ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造装置。
   

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