特許 7325260 真空装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-03

(45)【発行日】2023-08-14

(54)【発明の名称】真空装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20230804BHJP

   H01L 21/027 20060101ALI20230804BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20230804BHJP

   B25J 15/00 20060101ALI20230804BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

H01L21/30 541L

G03F7/20 504

G03F7/20 506

G03F7/20 521

B25J15/00 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019151411

(22)【出願日】2019-08-21

(65)【公開番号】P2021034482

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】504162958

【氏名又は名称】株式会社ニューフレアテクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】篠原 義明

(72)【発明者】

【氏名】川口 通広

【審査官】杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】特開平６－２０４３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－６４２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－７８２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－４８９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１４７３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１４１０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０７３３７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｂ２５Ｊ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部を減圧されたチャンバと、
前記チャンバ内へ処理対象を搬送する搬送ロボットと、
前記搬送ロボットを駆動する駆動源と、
を備え、
前記搬送ロボットは、
前記駆動源からの発熱が伝熱されるアーム部と、
前記アーム部の先端部に設けられ、該アーム部よりも熱伝導率の低い支持部と、
前記支持部と前記処理対象との間に設けられ、前記支持部よりも熱伝導率の高いプレートと、
前記支持部上に設けられ、前記処理対象に接触して該処理対象を支持する支持パッドとを備え、
前記支持部と前記プレートとの間には、前記支持部と前記プレートとを接触させる接触領域と、該支持部と該プレートとの間を離間させるスペース領域とがあり、
前記プレートは、前記接触領域において前記支持部に接触し、前記支持部よりも熱伝導率の高い突出部を有することを特徴とする、真空装置。

【請求項2】

前記プレートは、前記支持部と前記処理対象との間の前記支持パッド中に介在している、請求項１に記載の真空装置。

【請求項3】

前記プレートの輻射率は、前記処理対象の輻射率よりも低い、請求項１または請求項２に記載の真空装置。

【請求項4】

前記支持部には、セラミックが用いられ、
前記プレートには、銅、アルミニウムまたは金が用いられ、
前記支持パッドには、樹脂が用いられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空装置。

【請求項5】

前記プレートの外縁は、略鉛直方向から見たときに前記処理対象の外縁よりも外側にある、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の真空装置。

【請求項6】

前記支持部の表面には、導電性材料がコーティングされている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空装置。

【請求項7】

前記支持パッドの熱伝導率は、前記アーム部の熱伝導率よりも低い、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明による実施形態は、真空装置に関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子ビーム描画装置では、マスクにパターンを描画するために、搬送ロボットが真空チャンバ内にマスクを搬入し、描画ステージ上に載置する。マスクをステージへ載置するまでに、マスクは、搬送ロボットとの接触により、搬送ロボットからの熱を受ける。搬送ロボットの熱は、ロボットアームを介してマスクに伝わるため、マスクと搬送ロボットのパッドとの接触箇所のみに伝わる。従って、マスクの面内に温度ばらつきが発生し、マスクの熱膨張が不均一になる。これは、描画精度の悪化に繋がる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１５７６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

そこで、本実施形態は、マスクの温度の面内均一性を向上させることができる真空装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態による真空装置は、内部を減圧されたチャンバと、チャンバ内へ処理対象を搬送する搬送ロボットとを備え、搬送ロボットは、アーム部と、アーム部の先端部に設けられ、該アーム部よりも熱伝導率の低い支持部と、支持部と処理対象との間に設けられ、支持部よりも熱伝導率の高いプレートと、支持部上に設けられ、処理対象に接触して該処理対象を支持する支持パッドとを備え、支持部とプレートとの間には、支持部とプレートとを接触させる接触領域と、該支持部と該プレートとの間を離間させるスペース領域とがある。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態による荷電粒子ビーム描画装置の構成の一例を示す図。

【図2】荷電粒子ビーム描画装置の構成の一例を示す図。

【図3】第１実施形態による搬送ロボットの先端部の構成例を示す平面図および側面図。

【図4】搬送ロボットからステージ上に載置されたマスクの温度変化を示すグラフ。

【図5】第２実施形態による搬送ロボットの先端部の構成例を示す平面図および側面図。

【図6】第３実施形態による搬送ロボットの先端部の構成例を示す側面図。

【図7】第４実施形態による搬送ロボットの先端部の構成例を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による荷電粒子ビーム描画装置１０の構成の一例を示す図である。図１に示す荷電粒子ビーム描画装置１０は、例えば、処理対象（マスクＷ）に電子ビームを照射して所定のパターンを描画する。尚、本実施形態は、描画装置の他、露光装置、電子顕微鏡、光学顕微鏡等の電子ビームや光を処理対象に照射する装置であってもよい。従って、処理対象は、マスクの他、半導体基板等であってもよい。荷電粒子ビームは、例えば、電子ビーム、光、イオンビーム等でよい。

【0009】

真空装置としての荷電粒子ビーム描画装置１０は、描画チャンバ１と、電子鏡筒２と、ロボットチャンバ３と、搬送ロボット４と、ロードロックチャンバ５とを備えている。

【0010】

描画チャンバ１は、真空引きされており、マスク（マスクブランクス）Ｗを載置する描画ステージ１ａを収容している。電子鏡筒２は、図示しない電子銃、アパーチャアレイ等を有し、電子ビーム（荷電粒子ビーム）を描画ステージ１ａ上のマスクＷへ照射する。ロボットチャンバ３は、描画チャンバ１とロードロックチャンバ５との間に配置されており真空引きされている。ロボットチャンバ３は、その内部に搬送ロボット４を収容しており、描画チャンバ１とロードロックチャンバ５との間でマスクＷを搬送するために用いられる。搬送ロボット４は、ロボットチャンバ３内において、回転機構４１を軸に回転可能に構成されており、昇降ロッド４２、ロボットアーム４３、エンドエフェクタ４４でマスクＷを搬送する。ロードロックチャンバ５は、外部とロボットチャンバ３との間でマスクＷを搬送する際に用いられる。ロードロックチャンバ５は、外部からマスクＷを搬入する際には、大気開放されるが、マスクＷをロボットチャンバ３へ搬送する際には、ロボットチャンバ３と同様に真空引きされる。描画チャンバ１とロボットチャンバ３との間、および、ロボットチャンバ３とロードロックチャンバ５との間には、それぞれゲートバルブ６，７が設けられている。

【0011】

図２は、荷電粒子ビーム描画装置１０の構成の一例を示す図である。搬送ロボット４は、ロボットチャンバ３内に収容され、マスクＷを保持するエンドエフェクタ４４を有し、マスクＷを搬送する。搬送ロボット４は、回転機構４１と、昇降ロッド４２と、ロボットアーム４３と、エンドエフェクタ４４とを備えている。回転機構４１は、ロボットアーム４３およびエンドエフェクタ４４を、略鉛直方向の軸を中心として回転させることができる。昇降ロッド４２は、回転機構４１において、ロボットアーム４３およびエンドエフェクタ４４を昇降させることができる。ロボットアーム４３は、昇降ロッド４２に取り付けられ、複数のシャフトを屈伸させてマスクＷを保持して搬送する。回転機構４１には、回転機構４１、昇降ロッド４２、ロボットアーム４３を動作させる駆動源が内蔵されている。エンドエフェクタ４４は、ロボットアーム４３の先端部に設けられており、マスクＷを保持可能なように構成されている。搬送ロボット４のより詳細な構成は、図３を参照して後述する。ロボットチャンバ３の周囲には、マスクＷを位置決めするアライメントチャンバ８が設けられている。

【0012】

ところで、搬送ロボット４の駆動源の発熱（例えば、通電によるジュール熱）により、駆動源からの熱がロボットアーム４３を介してエンドエフェクタ４４に伝わり、エンドエフェクタ４４の温度が上昇する場合がある。例えば、エンドエフェクタ４４にマスクＷを載置して描画ステージ１ａに搬送する際に、マスクＷの温度がエンドエフェクタ４４からの熱伝導で０．０４～０．０５℃程度上昇してしまうことがある。ＬＳＩ等の微細なパターンを描画する場合には、この程度の温度上昇でも描画精度に悪影響が及ぶ可能性がある。また、マスクＷに温度ムラが生じ、マスクＷの熱膨張が不均一になり、描画精度が悪化する可能性がある。

【0013】

通常、マスクＷの描画は、描画ステージ１ａに載置されたマスクＷが描画ステージ１ａの温度とほぼ等しい温度になるまで待ってから行われる。しかし、描画チャンバ１の真空中では、媒体の対流による熱伝達がほとんどなく、マスクＷの熱が排熱され難い。従って、マスクＷが描画ステージ１ａの温度になるまでの待ち時間（ソーキング時間）は、かなり長い時間となる。また、図示しないが、ロボットチャンバ３に、マスクＷの温度を均一化するためにソーキングチャンバが設けられている場合がある。しかし、ソーキングチャンバにおいても、非接触によるソーキング処理が行われるため、ソーキング時間は、やはり、比較的長い時間となってしまう。従って、エンドエフェクタ４４からの熱伝導によってマスクＷの温度がばらつくと、その後のソーキング時間が長期化してしまう。

【0014】

そこで、本実施形態による搬送ロボットは、以下のような構成を有する。

【0015】

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、第１実施形態による搬送ロボット４の先端部の構成例を示す平面図および側面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ－Ｂ線に沿った断面を示している。

【0016】

搬送ロボット４は、エンドエフェクタ４４と、プレート４５と、支持パッド４６とを備えている。支持部としてのエンドエフェクタ４４は、アーム部としてのロボットアーム４３の先端部に設けられており、ロボットアーム４３よりも熱伝導率の低い材料で構成されている。ロボットアーム４３には、例えば、ステンレス、アルミ合金等の熱伝導率の比較的高い金属が用いられている。エンドエフェクタ４４には、例えば、ジルコニアなどのセラミック、ＰＥＥＫ（PolyEtherEtherKetone）などのエンジニアリングプラスチック等の熱伝導率の比較的低い材料が用いられている。これにより、回転機構４１または昇降ロッド４２で発生した熱は、ロボットアーム４３を介して伝達されるが、エンドエフェクタ４４にはほとんど伝導しない。

【0017】

尚、エンドエフェクタ４４が帯電すると、パーティクルを吸着したり、放電による故障が生じ易くなる。これに対処するために、エンドエフェクタ４４は、電子ビームによって帯電することを抑制するために、導電性の薄膜材料でコーティングされていることが好ましい。

【0018】

しかし、熱伝導率が低いとは言え、エンドエフェクタ４４とロボットアーム４３との接続部近傍において、エンドエフェクタ４４の温度は高くなっている。一方、ロボットアーム４３から離れたエンドエフェクタ４４の先端部はほぼ断熱されており、その温度は低いままである。従って、エンドエフェクタ４４においても、温度の面内分布（温度ばらつき）が発生している。エンドエフェクタ４４の温度が面内でばらついていると、エンドエフェクタ４４からの輻射によって、マスクＷの温度も面内でばらつくおそれがある。

【0019】

そこで、プレート４５がエンドエフェクタ４４とマスクＷとの間に設けられている。プレート４５は、エンドエフェクタ４４よりも熱伝導率の高い材料で構成されている。また、プレート４５は、マスクＷよりも輻射率の低い材料で構成されている。例えば、マスクＷが石英である場合、プレート４５には、例えば、銅、アルミニウムまたは金等の熱伝導率が高く、かつ、輻射率が低い金属材料が用いられている。

【0020】

図３（Ａ）に示すように、プレート４５は、平面上、マスクＷよりも大きな面積を有する。鉛直方向から見たときに、プレート４５の外縁は、マスクＷのそれよりも外側にあり、プレート４５は、マスクＷに重畳している。また、図３（Ｂ）に示すように、プレート４５は、マスクＷおよびエンドエフェクタ４４の表面に対して略平行に配置されており、マスクＷには直接接触していない。一方、プレート４５は、突出部４５ａを有し、突出部４５ａを介してエンドエフェクタ４４に接触している。突出部４５ａは、プレート４５と同一材料で構成されている。

【0021】

このように、熱伝導率の高いプレート４５をエンドエフェクタ４４とマスクＷとの間に設け、このプレート４５をエンドエフェクタ４４と接触させる。これによって、エンドエフェクタ４４の熱がプレート４５に伝達し、プレート４５の面内において略均一化される。即ち、エンドエフェクタ４４の温度の面内分布（ばらつき）がプレート４５によって均一化される。また、プレート４５の輻射率は、マスクＷのそれよりも低い。これにより、マスクＷは、プレート４５からの熱輻射による影響をあまり受けない。プレート４５からの熱輻射の影響が多少あったとしても、マスクＷは、プレート４５によって略均一化された温度の影響を受けることになる。さらに、プレート４５の外縁は、鉛直方向から見たときに、マスクＷのそれよりも外側にあり、プレート４５は、マスクＷよりも大きい。従って、プレート４５は、マスクＷ全体をエンドエフェクタ４４からの輻射から遮ることができる。これにより、マスクＷは、エンドエフェクタ４４の温度の面内分布（ばらつき）にほとんど影響されない。その結果、マスクＷの温度は、面内においてあまりばらつかず、略均一な温度に維持され得る。尚、銅は酸化されると輻射率が上昇する。しかし、プレート４５は真空中で移動するため、プレート４５に銅を用いても、酸化されず、輻射率は低い状態を維持することができる。

【0022】

また、図３（Ａ）に示すように、支持パッド４６がマスクＷの面内の３カ所に接触し支持しており、マスクＷをエンドエフェクタ４４上で保持可能としている。図３（Ｂ）に示すように、支持パッド４６は、エンドエフェクタ４４上に設けられ、ロボットアーム４３およびプレート４５よりも熱伝導率の低い材料で構成されている。支持パッド４６には、例えば、樹脂、セラミック等の熱伝導率が低い材料が用いられる。支持パッド４６の熱伝導率は、ロボットアーム４３のそれよりも低い。支持パッド４６は、エンドエフェクタ４４とプレート４５との間およびプレート４５とマスクＷとの間に設けられており、プレート４５を支持するとともにマスクＷをも支持している。換言すると、プレート４５は、エンドエフェクタ４４とマスクＷとの間の支持パッド４６中に介在しており、マスクＷ全体をエンドエフェクタ４４から分離している。これにより、プレート４５は、マスクＷをエンドエフェクタ４４の輻射熱から或る程度分離することができ、温度の面内分布を緩和することができる。

【0023】

プレート４５とエンドエフェクタ４４との間には、接触領域としての突出部４５ａおよびスペース領域ＳＰがある。突出部４５ａは、上述の通り、エンドエフェクタ４４とプレート４５とを接触させる接触領域として機能する。スペース領域ＳＰは、エンドエフェクタ４４とプレート４５とを離間させる領域である。

【0024】

もし、スペース領域ＳＰを設けることなく、プレート４５全体がエンドエフェクタ４４と接触していると、プレート４５は、エンドエフェクタ４４の温度分布をそのまま伝達することになり、温度の均一化をすることができなくなる。

【0025】

これに対し、本実施形態では、接触領域としての突出部４５ａおよびスペース領域ＳＰの両方がプレート４５とエンドエフェクタ４４との間に設けられている。これにより、突出部４５ａが接触領域におけるエンドエフェクタ４４の温度をプレート４５に伝達する。一方、スペース領域ＳＰは、プレート４５をエンドエフェクタ４４から離間させ、エンドエフェクタ４４からの熱をプレート４５へ伝えない。従って、プレート４５は、突出部４５ａを介して接触領域のみの熱を面内に伝達し、プレート４５の面内の温度分布を略均一にすることができる。また、プレート４５自体が、輻射率の比較的小さな材料で構成されている。よって、マスクＷは、プレート４５の輻射の影響を受け難く、かつ、マスクＷの面内の温度分布があまりばらつかない。

【0026】

図４は、搬送ロボット４からステージ１ａ上に載置されたマスクＷの温度変化を示すグラフである。横軸は、マスクＷの位置を示し、０がマスクＷの中心である。縦軸は、マスクＷの温度変化を示し、０は温度変化がないことを示す。温度が正（＋ΔＴ）側に変化することは、マスクＷをステージ１ａ上に載置したときに、マスクＷの温度が上昇したことを意味する。温度が負（－ΔＴ）側に変化することは、マスクＷをステージ１ａ上に載置したときに、マスクＷの温度が低下したことを意味する。即ち、マスクＷの面内において温度変化は０に近いことが好ましいと言える。

【0027】

ラインＬ０は、エンドエフェクタ４４がロボットアーム４３と同じ金属材料で構成され、かつ、プレート４５が設けられていない場合のマスクＷの温度変化を示す。この場合、温度変化は、マスクＷの中心近傍において＋ΔＴ側へ大きなピークを持ち、＋Ｘにおいて大きく－ΔＴ側へ低下している。従って、マスクＷの面内における温度ばらつきは大きい。

【0028】

ラインＬ１は、本実施形態による搬送ロボット４を用いたマスクＷの温度変化を示す。即ち、エンドエフェクタ４４がセラミック等の熱伝導率の低い材料で構成され、かつ、プレート４５が設けられている。この場合、温度変化は、＋Ｘにおいて－ΔＴ側へ低下しているものの、Ｌ０に比べてピークがなく、マスクＷの面内における温度ばらつきは比較的小さい。このように、本実施形態による搬送ロボット４は、マスクＷの温度の面内におけるばらつきを抑制することができる。これにより、描画中におけるマスクＷの変形を抑制し、描画精度の劣化を抑制することができる。

【0029】

尚、エンドエフェクタ４４、プレート４５および支持パッド４６の形状は、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に限定されず、以下の実施形態ように変更してもよい。

【0030】

（第２実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、第２実施形態による搬送ロボット４の先端部の構成例を示す平面図および側面図である。第２実施形態では、鉛直方向から見たときに、プレート４５の大きさはマスクＷよりも小さい。即ち、鉛直方向から見たときに、プレート４５の外縁は、マスクＷの外縁よりも内側にある。プレート４５は、支持パッド４６に接触しておらず離間している。第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。

【0031】

このように、プレート４５は、マスクＷより小さく、支持パッド４６に接触していなくても、突出部４５ａを介してエンドエフェクタ４４からの熱を面内に略均一に伝達することができる。また、プレート４５の輻射率が比較的小さいので、マスクＷの温度は、エンドエフェクタ４４からの輻射熱の影響を受け難く、マスクＷの面内においてあまりばらつかない。

【0032】

第２実施形態によれば、プレート４５は、マスクＷの下方全体に設けられているわけではないが、マスクＷの温度の面内ばらつきを或る程度抑制することができる。

【0033】

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態による搬送ロボット４の先端部の構成例を示す側面図である。第３実施形態の平面図は、図３（Ａ）と同様でよい。第３実施形態では、複数の脚部４７が設けられている。互いに隣接する脚部４７間には、スペース領域ＳＰが設けられている。支持パッド４６は、プレート４５とマスクＷとの間には設けられているが、プレート４５とエンドエフェクタ４４との間には設けられていない。複数の脚部４７は、プレート４５よりも熱伝導率の低い材料から構成されており、プレート４５を支持し、プレート４５をエンドエフェクタ４４から離間している。第３実施形態のその他の構成は、第１実施形態の対応する構成と同様でよい。

【0034】

このように、プレート４５は、複数の脚部４７を介してエンドエフェクタ４４からの輻射熱を受け、プレート４５の面内に略均一に伝達することができる。尚、脚部４７の熱伝導率は低いので、エンドエフェクタ４４の熱は、脚部４７を介してプレート４５へはあまり伝達されない。また、プレート４５の輻射率は比較的小さいので、マスクＷの温度は、エンドエフェクタ４４からの輻射熱の影響を受け難く、マスクＷの面内においてあまりばらつかない。従って、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0035】

（第４実施形態）
図７は、第４実施形態による搬送ロボット４の先端部の構成例を示す側面図である。第４実施形態の平面図は、図５（Ａ）と同様でよい。第４実施形態は、第２および第３実施形態の組み合わせである。即ち、鉛直方向から見たときに、プレート４５の大きさはマスクＷよりも小さい。尚且つ、複数の脚部４７がプレート４５の下に設けられている。互いに隣接する脚部４７間には、スペース領域ＳＰが設けられている。第４実施形態のその他の構成は、第２実施形態の対応する構成と同様でよい。従って、第４実施形態は、第２および第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0036】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0037】

１０ 荷電粒子ビーム描画装置、１ 描画チャンバ、１ａ ステージ、２ 電子鏡筒、３ ロボットチャンバ、４ 搬送ロボット、５ ロードロックチャンバ、４１ 回転機構、４２ 昇降ロッド、４３ ロボットアーム、４４ エンドエフェクタ、４５ プレート、４６ 支持パッド、４５ａ 突出部、４７ 脚部、ＳＰ スペース領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】