JP5495547B2 - 処理装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気装置を有する処理装置に関する。

例えば、半導体デバイスに対し、近年では更なる高精密化・高精度化が要求されている。その要求を満たす上で、露光工程等の製造工程において雰囲気中に存在する粒子や気体分子の影響を低減することが課題の一つとして挙げられる。

これらの粒子や気体分子は、それ自体またはその化合物が装置内部あるいは加工対象物に付着し、装置の性能や成果物の品質を低下させうる。また、半導体露光装置に限れば、ＥＵＶ（極端紫外）光に代表される波長の短い光は大気中で著しく減衰し、所望の光量が得難いといった問題が存在する。

これらの諸問題を解決するため、高真空環境下における超微細加工について研究が進められてきた。容器内を高真空とすれば、雰囲気中に存在する粒子あるいは分子が相対的に少なくなるため、装置内部及び加工対象物への汚染物質の付着量が低減する。また、短波長光の透過率が著しく向上するため、ＥＵＶ光のように極めて短い波長の光を利用できるメリットもある。

一方、上述のようなデバイスの製造工程においては、製造装置及び加工対象物の熱変形が成果物の品質を左右するため、温度制御技術が重要となる。例えば、ＥＵＶ光を用いる露光装置の場合、輻射等によって熱が伝わることにより温度が変動すると、光学素子（ミラー等）やそれを保持する部材等が変形して光学性能が低下しうる。よって、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプや四重極型質量分析器その他の計測器等に関連した熱源を有する真空容器内において、熱の影響の低減は重要な課題である。

一方、高真空環境下では、大気環境のような熱の対流を利用した温度制御が行えない。熱の移動は、伝導及び輻射によって支配される。特に、輻射については、空間を介して隔たった対象物にも熱が伝わるため、その影響を低減することが望まれる。

熱源からの熱の輻射を遮断するうえでは、熱源からの輻射を遮る遮蔽部材を設けることが知られている（特許文献１）。特許文献１には、真空ポンプからの熱の輻射の影響を低減するため、ルーバーを介して熱の輻射を遮断しつつポンプにより排気を行うことが開示されている。
特開２００５−０２０００９号公報

特許文献１の熱輻射遮蔽部材は、ルーバーの形成する排気路が折れ曲がり、真空ポンプと相対する側から見込んだ際に真空ポンプを遮蔽する形状となっている。すなわち、排気路が折れ曲がった遮蔽部材は、真空ポンプから直進する熱輻射を遮りつつ排気を可能としている。しかし、排気路が折れ曲がっているため、粒子や気体分子が遮蔽部材の表面に少なくとも１回は衝突することになる。よって、特許文献１の遮蔽部材は、排気効率の点で好ましくない。

本発明は、輻射熱の遮蔽および排気効率の点で有利な排気装置を有する処理装置の提供を例示的目的とする。

上記の課題を考慮してなされた本発明の一つの側面は、
真空容器と、前記真空容器に接続された排気容器と、前記真空容器を排気する排気装置とを有し、前記真空容器内で処理を行う処理装置であって、
前記排気装置は、
貫通孔を有する構造体と、
前記貫通孔を介して排気する真空ポンプと、
前記構造体の温度を調節する調節手段と、を有し、
前記排気装置は、さらに、
前記構造体を挟んで前記真空ポンプに対向するように前記排気容器の内部に設けられ、前記真空ポンプからの輻射熱を受ける熱回収板と、
前記熱回収板の温度を調節する温度調節器と、を有し、
前記熱回収板は、前記排気容器の内壁面と前記構造体の間に設けられることを特徴とする処理装置である。

本発明の他の側面は、『特許請求の範囲』や、『発明を実施するための最良の形態』、添付した図面等に記載したとおりである。

本発明によれば、例えば、輻射熱の遮蔽および排気効率の点で有利な排気装置を有する処理装置を提供することができる。

図１、図２、図３は、本発明を適用した真空露光装置（真空雰囲気中で基板を露光して基板にパターンを転写する露光装置）の一例を示す図である。１０４は真空容器であり、１０４’は真空容器１０４と接続された排気容器である。なお、１０４’は、排気容器と便宜上名付けたが、真空容器であることにかわりはない。真空容器１０４および排気容器１０４’は、直接または配管部材等を介して接続している。また、真空容器１０４および排気容器１０４’は、一体の容器で構成されていても互いが分離可能であっても構わない。真空容器１０４には、レチクルステージ１０７、ウェハステージ１０８、放射エネルギーを基板に投影する投影系（投影光学系ともいう）１０９等（１０７乃至１０９は処理部を構成）が収納されており、投影光学系１０９は定盤１１０によって支持されている。放射エネルギーは、紫外線、ＥＵＶ光、Ｘ線、または電子線等の粒子線を含みうる。この露光装置は、処理装置の一例であり、例えば、真空環境下で物品を処理する処理部を含む他の処理装置であってもよい。排気容器１０４’内において、１１１は、排気容器１０４’の内壁面近傍に設けられた熱回収板、１１２は、熱回収板１１１の温度を調節する温度調節器（第２の調節手段）を示している。なお、熱回収板１１１および温度調節器１１２は、必要に応じて設ければよく、また、後述の排気装置（１０１乃至１０３）の排気効率をできるだけ低下させない部位に設けるべきものである。

１０１は、屈曲を持たない柱状の貫通孔（例えば中空の円筒）を有し、当該貫通孔を通じて排気容器１０４’内部の排気を行うための構造体である。排気容器１０４’内部が減圧されることにより、真空容器１０４内部も減圧される。

１０２は、真空ポンプであり、これは、真空容器１０４または排気容器１０４’の内部を例えば１０ｅ−３Ｐａ程度かそれより低い圧力（気圧）に減圧することを目的としたもので、ターボ分子ポンプやクライオ装置（クライオポンプ）等を含みうる。

１０ｅ−３Ｐａ程度かそれ以下の真空状態では、対流による熱の移動が生じなくなる。従って、真空ポンプ１０２で生じた熱は、伝導または輻射によって移動し、真空容器内の要素（例えば投影光学系１０９）へ移動しうる。ここで、真空容器１０４、排気容器１０４’、およびそれらの内部に配置された要素は、通常温度制御されており、真空ポンプ１０２から真空容器１０４内の要素（投影光学系１０９等）への熱伝達は、輻射が主要因となる。

図４は、真空ポンプ１０２と構造体１０１との関係を模式的に示したものである。θは、構造体１０１の貫通孔の開口寸法と軸線方向の長さとの比（開口寸法比ともいう）を表す角度である。真空ポンプ１０２から発した熱輻射は、構造体１０１の貫通孔を通り抜けて直進するか、構造体１０１の内壁面と相互作用を行う。この内壁面においては熱輻射の吸収及び反射が生ずる。内壁面における相互作用について、以下に説明する。

図５は、理想的に平滑かつ可視光に対して不透明な面における熱の吸収・反射の様子を模式的に示したものである。このとき、反射熱Ｑｒと吸収熱Ｑａとの和は、入射熱Ｑに等しい。ＱｒとＱａとの比率は部材表面の各点における輻射率εによって支配され、ε＝Ｑａ／（Ｑｒ＋Ｑａ）が成立する。

しかし、実際には、構造体１０１の貫通孔を形成する部材の局所的な表面状態によって、反射の挙動は変化する。図５のように理想的な平滑状態であれば、入射角と反射角とが概ね等しい鏡面反射のみを生ずるが、通常は、図６に示されるように、鏡面反射成分Ｑｒとともに拡散反射成分Ｑｄを生じる。このとき、入射熱ＱはＱｒ、Ｑｄ、Ｑａの総和として記述される。

貫通孔の内壁面において吸収された熱Ｑａは、熱伝導によって拡散する他、再び輻射として放出される。このとき放出される輻射の強度は、その点を見込む周囲環境との相互関係によって規定されるが、構造体１０１が能動的な発熱を伴わない限りにおいては、少なくとも入射熱Ｑに対して小さくなる。

貫通孔の内壁面では、吸熱・放熱が繰り返される。そして、貫通孔の内壁面への入射角（入射した輻射の方向ベクトルと内壁面の法線ベクトルとの成す角）が小さい輻射は、貫通孔の内壁面の他の点において再度吸収・反射され、次第にその強度は失われていく。結果として、構造体１０１を通過した輻射は、貫通孔の内壁面の法線に対して概ね垂直に入射したもの（貫通孔の軸線方向に沿ったもの）が主成分となる。よって、構造体１０１を通過した輻射の大半は、排気容器１０４内部の限られた領域（構造体１０１の貫通孔の軸線方向と出口側端面とで決まる領域）内に照射（放射）されることとなる。ここで、構造体１０１の真空ポンプ側の端面（入口側端面）を第１の端面、反対側の端面（出口側端面）を第２の端面とする。

以上のように、真空ポンプ１０２から発する熱輻射は、斜方向成分が構造体１０１によって規制され、構造体１０１の貫通孔の軸線方向に沿ったものが主成分となり、排気容器１０４内部の限定された領域へと放射される。なお、構造体１０１の貫通孔は、真空容器１０４内の要素（例えば投影光学系１０９）へは向けず、輻射熱の影響が少ない方向に向けて構成されるのが好ましい。例えば、構造体１０１を介して排気容器から排気を行う真空ポンプ１０２を、真空容器から排気容器への排気方向としての第１の方向とは異なる第２の方向に向けて配置する。そして、構造体１０１は、真空ポンプ１０２から第１の方向への輻射熱を吸収し且つ第２の方向に沿って粒子を通過させる形状（構造）とする。

ここで、ターボ分子ポンプやクライオポンプ等の真空ポンプの取付部分は、規格化された円形（円環または円筒形）フランジ部品によって構成されるのが通常である。この場合、フランジ部品の開口部近傍には円筒形またはそれに準ずる形状の空間が存在することが多い。よって、構造体１０１は、当該空間内またはその近傍に設けることが省空間の観点から望ましい。以下は、排気装置がその円筒形フランジ部品を介して排気容器（真空容器）に接続されている場合を例に説明するが、これは、接続形態や構造体１０１の形状・配置を限定するものではない。

構造体１０１は、主として真空ポンプ１０２との間の熱輻射によって加熱または冷却されるため、構造体１０１の温度を調節する調節器（温度レギュレータまたは調節手段）１０３を設ける。例えば、構造体１０１が排気容器１０４’の内壁と十分な面積で接触している場合、それだけでも熱伝導により排気容器１０４’と概ね同等の温度に維持されるであろう。ところが、例えば、図７のように、構造体１０１の周囲に温度調節された媒体（液体等）を循環する構造を設ければ、より正確または高精度な温度調整が可能となる。ここで、１１３は、温度調設された媒体の流路を形成する部材の一例である。これは、温度調節手段（機構）の一例に過ぎず、必要に応じて適切な形態の温度調節手段を設ければよい。

構造体１０１には、高真空下での利用が可能な金属または非金属（例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、セラミックス）製の板材または板材からの加工品を使用することが好ましい。また、構造体１０１の表面は、母材が露出していても構わないし、母材を研磨処理したもの、母材の表面をショットブラストにより荒らしたもの、母材の表面に改質または付着（被膜）処理等を施したもののいずれであっても構わない。

構造体１０１の貫通孔内壁面の輻射率εは、真空ポンプ１０２からの輻射熱をより多く吸収する目的においては、例えば、０．６以上の高輻射率とすることが望ましい。

また、真空ポンプ１０２からの熱の影響をより確実に低減するためには、熱回収板（輻射部材ともいう）１１１を排気容器１０４’内に実装することが好ましい。構造体１０１によって真空ポンプ１０２からの熱の輻射範囲が限定されるため、熱回収板１１１は真空ポンプ１０２から比較的離れた位置、例えば、少なくとも排気装置の開口径より大きな距離だけ離れた位置に設置することができる。よって、排気装置の排気効率の低下を低減できる。

なお、熱回収板１１１は、必ずしも排気容器１０４’の（排気容器内の）壁面近傍に設けられなければならないわけではない。例えば、図８のように、排気装置の開口に対向して投影光学系１０９のような温度変化を嫌う要素が存在する場合、排気装置の開口部近傍に十分な空間が確保できれば、排気装置と当該要素との間に熱回収板１１１を配置してもよい。このとき、排気装置の開口部と熱回収板１１１との間には、少なくとも排気装置の開口径と同等か、それ以上の距離が設けられるのが好ましい。この場合も、熱回収板１１１の温度を調節する温度調節器１１２（第４の調節手段）を設けうる。

熱回収板１１１は、その目的が達成されるならば、如何なる温度調節器１１２により温度調節されても構わない。当該温度調節器は、例えば、循環液または循環気体によるもの、ペルチェ素子を含むもの、ヒートパイプ等の熱移動機構を含むものでありうる。

熱回収板１１１には、高真空下での利用が可能な金属あるいは非金属（例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、セラミックス）製の加工品を使用することが好ましい。また、熱回収板１１１の表面は、母材が露出していても構わないし、母材を研磨処理したもの、母材の表面をショットブラストにより荒らしたもの、母材の表面に改質あるいは付着（被膜）処理等を施したもののいずれであっても構わない。

熱回収板１１１の表面の輻射率εは、真空ポンプ１０２からの輻射熱をより多く吸収する目的においては、例えば、０．６以上の高輻射率とすることが望ましい。

熱回収板１１１を設けない場合であっても、例えば、図９のように、排気容器１０４’の内壁面を温度調節すれば、排気容器１０４’の内壁面に真空ポンプ１０２からの熱が直接輻射するような構成を採りうる。この場合も、熱回収板１１１を配置した場合と同等の効果が得られうる。この場合も、真空ポンプ１０２からの熱輻射が入射する少なくとも一部の領域における排気容器１０４’の材料・表面・輻射率、温度調節器１１２（第３の調節手段または第５の調節手段）の構成等は、上述した熱回収板１１１の場合と同様としうる。

また、温度調節器１１２の代替となる構成例として、図１０のように、真空ポンプ１０２に対向して熱反射器１１４を設け、熱反射器１１４で反射された熱を他の輻射部材１１５で受ける（吸収・放熱する）ものが考えられる。輻射部材１１５は、温度調節器を含みうる。この構成の場合、複数の熱反射器を含んでも構わないし、１または複数の熱反射器が温度調節器を有していても構わない。このような輻射部材を含む熱回収機構は、必要に応じて適切なものを配置すればよい。

構造体１０１は、真空ポンプ１０２の特性も考慮して適切な形状することが好ましい。図１１乃至２０に、構造体１０１の形状を例示する。これらは、構造体１０１の形状の模式図であって、貫通孔の形状や開口寸法比、製造方法等は、用途に応じて適切に選択すればよい。

図１１は、例えば、丸（円筒）型フランジ内に板材または板状の加工品を少なくとも１枚設けることで実現可能な構造体１０１の断面図である。Ｒは、構造体１０１の外径を表し、これは図１２乃至２０についても同様である。構造体１０１の貫通孔を形成する板面の間隔ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図１２は、例えば。丸型フランジ内に板材または板状の加工品を少なくとも１箇所交差するように配置した形状を有する構造体１０１の断面図である。四角形またはその他の形状が配列された格子状構造としうる。格子寸法ｒについては、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図１３は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品（少なくとも１枚）を螺旋状に形成して配置した構造体１０１の断面図である。板面間隔ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図１４及び図１５は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品（少なくとも１つ）を筒状に形成して入れ子に配置した構造体１０１の断面図である。板面間隔ｒは、構造体１０１の内部において図１４のように均等であっても図１５のように不均等であっても構わない。また、複数の筒状板は、同心であっても互いに偏心したものであっても構わない。

図１６は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品を筒状に形成し束ねて配置した構造体１０１の断面図である。貫通孔の開口寸法ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図１７は、既に挙げた複数の構造（形状）の組み合わせにより実現される構造体１０１の断面図である。各々の構造について、貫通孔の開口寸法ｒは、均等であっても不均等であっても構わない。

図１８は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品（少なくとも１つ）を六角形ハニカム構造に形成して配置した構造体１０１の断面図である。六角形構造要素の開口寸法ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図１９は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品（少なくとも１つ）を三角形格子構造に形成して配置した構造体１０１の断面図である。三角形構造要素の開口寸法ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図２０は、例えば、丸型フランジ内に板材あるいは板状の加工品（少なくとも１枚）を波状（波板状）に形成して螺旋状に配置した構造体１０１の断面図である。螺旋部分の板面間隔ｒは、構造体１０１の内部において均等であっても不均等であっても構わない。

図２１は、図１２に例示した構造体１０１をターボ分子ポンプの開口部に設けた場合、構造体１０１の第２の端面（出口側端面）に対向する面において得られる熱輻射照度の計算結果の一例を示す。破線（円形）は、特定の照度閾値での境界線である。丸型フランジ内を仕切る板の枚数を増やすことにより、構造体１０１内の貫通孔の数が増え、各々の貫通孔の径が小さくなる。この計算結果より、貫通孔数を多く（貫通孔径を小さく）、または貫通孔の軸線方向の長さを大きくした場合に、対向面の受ける熱量を小さくできることがわかる。

図２２は、照度の計算に用いたのと類似の形状を持つ構造体１０１についての排気効率の計算結果の一例である。排気効率は、開口寸法比に依存している。容器内の熱環境及び真空環境について好適とされる条件を満足するように、図２１及び図２２の結果を踏まえて、構造体１０１の形状や寸法を選択することができる。

図２３及び図２４は、排気装置の構成例の断面図である。ここで、構造体１０１の端面の形状は、例えば、図２３に示されるように、第１の端面および第２の端面ともに平坦としうる。しかし、図２４のように、真空ポンプ１０２の側（第１の端面）を凹ませた形状（凹面）としてもよい。また、凸な形状（凸面）や不規則な凹凸を含む形状としてもよい。さらに、真空ポンプ１０２とは反対側の端面（第２の端面）についても、種々の形状を採用し得る。

以上、ＥＵＶ露光装置のような真空露光装置における排気装置の構成例を説明した。しかし、以上説明した排気装置は、真空環境下で物品を処理するその他の処理装置等の真空装置に対して広く適用可能である。

［デバイス製造方法の実施形態］
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。

半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含みうる。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含みうる。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含みうる。

本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コストの少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

排気装置の一例を示す断面図 構造体の一例を示す断面図 処理装置（露光装置）の構成例を示す図 構造体の作用を説明する図 平滑面での熱輻射の鏡面反射・吸収を説明する図 粗面での熱輻射の鏡面反射・拡散反射・吸収を説明する図 構造体の温度調整の一例を示す図。 処理装置（露光装置）の他の構成例を示す図 処理装置（露光装置）の他の構成例を示す図 輻射熱を回収するための構成例を示す図 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図。 構造体の他の例を示す図 本発明における、複数の均等あるいは不均等な筒状構造を束ねることで構成された構造体の一例である。 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図 構造体の他の例を示す図 対向面における熱輻射照度の計算結果の一例を示す図 排気効率の計算結果の一例を示す図 構造体の端面形状の一例を示す図 構造体の端面形状の他の例を示す図

符号の説明

１０１ 構造体
１０２ 真空ポンプ
１０３ 温度調節器（調節手段）

Claims (8)

1. 真空容器と、前記真空容器に接続された排気容器と、前記真空容器を排気する排気装置とを有し、前記真空容器内で処理を行う処理装置であって、
   前記排気装置は、
   貫通孔を有する構造体と、
   前記貫通孔を介して排気する真空ポンプと、
   前記構造体の温度を調節する調節手段と、を有し、
   前記排気装置は、さらに、
   前記構造体を挟んで前記真空ポンプに対向するように前記排気容器の内部に設けられ、前記真空ポンプからの輻射熱を受ける熱回収板と、
   前記熱回収板の温度を調節する温度調節器と、を有し、
   前記熱回収板は、前記排気容器の内壁面と前記構造体の間に設けられることを特徴とする処理装置。
2. 真空容器と、前記真空容器を排気する排気装置とを有し、前記真空容器内で処理を行う処理装置であって、
   前記排気装置は、
   貫通孔を有する構造体と、
   前記貫通孔を介して排気する真空ポンプと、
   前記構造体の温度を調節する調節手段と、を有し、
   前記排気装置は、さらに、
   前記構造体を挟んで前記真空ポンプに対向するように設けられ、前記真空ポンプからの輻射熱を反射する熱反射手段と、
   前記熱反射手段で反射された前記輻射熱を受ける熱回収手段と、を有することを特徴とする処理装置。
3. 前記真空容器内に配置された処理部とをさらに有し、
   前記熱反射手段は、前記真空ポンプからの前記輻射熱を前記処理部から遠ざかる方向へ反射し、
   前記熱回収手段は、前記熱反射手段で前記処理部から遠ざかる方向へ反射された前記輻射熱を受けることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
4. 前記熱反射手段は、曲面形状の反射面を有することを特徴とする請求項２または３に記載の処理装置。
5. 前記真空容器に接続された排気容器とをさらに有し、
   前記熱反射手段は、前記排気容器の内部に設けられ、前記排気容器の内壁面と前記構造体の間に設けられることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１項に記載の処理装置。
6. 前記構造体は、前記真空ポンプに近い側に曲面形状の端面を有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の処理装置。
7. 前記真空容器内で、基板にパターンを転写する処理を行うことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の処理装置。
8. 請求項７に記載の処理装置を用いて基板にパターンを転写する工程と、
   前記パターンを転写された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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