JP4177620B2

JP4177620B2 - Substrate processing apparatus having a vacuum chamber

Info

Publication number: JP4177620B2
Application number: JP2002254082A
Authority: JP
Inventors: 弘行篠崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004095797A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は真空室を備えた基板処理装置に関し、詳しくは、中にステージ装置が配置された真空室を備え、ステージ装置上に載置された、半導体や液晶を作るための基板を真空室中で処理する基板処理装置であって、その真空室を適正に制御して真空室における良好な真空の質を維持するようにした基板処理装置関する。
【０００２】
【従来技術】
基板処理装置においては、多くの場合、基板は、ステージに上に積載され、基板内の特定の領域を処理位置に移動させて処理を行う構造になっている。
このステージには、可動台と固定台、ガイド要素と駆動要素が含まれている。可動台は、ガイド要素に案内され、駆動要素が可動台に推力を加え、任意の制御指令に基いて積載した基板を移動する。
従来、多くのガイド要素は、転がり案内要素が採用されていた。そのため、潤滑剤を必要する構造であり、転がり運動に伴なう発塵やガス放出をいかに低減するかを課題として、研究開発が進められている。
【０００３】
また、多くの駆動要素は、電気エネルギーを供給して運動エネルギーに変換するモータ、リニアモータが採用されている。特に、（回転式の）モータは、磁性流体シールと組合せて用いられる。この組み合わせのメリットは、モータ自身を基板が位置する真空チャンバ外に配置できることであ。即ち、大気環境に配置できるため、モータの選択範囲も広い。
しかしながら、デメリットもある。それは、（ａ）磁性流体シールの寿命が短くなることである。この寿命は、真空度に反比例する特性がり、そのため、高真空装置ほど不利である。また、（ｂ）回転運動を直線運動に変換する機構が必須であることである。このことは、変換機構のガタや摩擦によって、直線運動の滑らかさを悪化してしまう問題がある。
【０００４】
そこで、最近では、変換機構を不要にできるリニアモータを採用するケースが増えている。これにより上記のデメリット（ｂ）は解消できるが、都合のよい真空シールが無い問題がある。従って、真空中での使用に適した、即ち、（ｃ）ガス放出が無く、（ｄ）発熱が無く、また（ｅ）発塵が無いリニアモータが望まれている。しかし、現実には、ある程度のガス放出や発熱は避けられない。そのため。従来の基板処理装置の一つの例としては、例えば、図１に示す構造を採用しているものがある。
【０００５】
図１において、１は第１の真空室、２は第２の真空室、３は第１及び第２の真空室を画定するハウジング、４は第１の真空室と第２の真空室との間の壁６に形成された通路、１１は第１の真空室１内に配置されていて固定台１２とその固定台上で転がり機構１４により移動可能に支持されている可動台１３とを有するステージ装置、１５は第２の真空室２内に配置されていて通路４を通して伸びる連結部材１６により可動台１３と連結された駆動装置、１７はステージ上に載置された基板Ｓの処理を行う電子線装置のコラムである。通路４は第１の真空室１と第２の真空室２とを連結する絞り部を構成し、真空室１及び２は、別々のイオンポンプのような排気ポンプ１８、１９によって排気され、真空室圧力は第１及び第２の真空室の圧力をそれぞれＰ１及びＰ２とし、大気圧をＰ０とすると、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ０（真空度ＤＶで表現すれば、ＤＶ１＞ＤＶ２＞ＤＶ０）の関係が成立するように制御されている。この構造により、第１の真空室に対する駆動要素によるガス放出や発熱、発塵の影響を低減しようとするものである。なお、本明細書において真空室とは絶対真空状態の室を対象とするものではなく、当該技術分野において一応真空と呼ばれる程度の真空度を有する室を呼ぶ。
【０００６】
従来の基板処理装置の別の構造として図２を示されるものがある。図２において、図１と同じ構成要素は同じ参照番号を付して説明は省略する。図２に示される基板処理装置では図１の絞り部を構成する通路４に対応する通路５にベローズ式シール装置２１を配置し、第２の真空室２から第１の真空室１へのガスの流入を無くすようにしている。しかし、べローズの伸縮に伴なう反力、振動によって滑らかな基板の移動を阻害する。そのため、べローズの材質を柔らかく真空に適したフッソ樹脂製などを採用することがある。Ｐ１とＰ２の圧力差を少なく制御することで、柔らかいベローズでも圧力隔壁として十分なものとできる。
【０００７】
従来の基板処理装置の更に別の構造として図３を示されるものがある。図３において、図１及び２と同じ構成要素は同じ参照番号を付して説明は省略する。図３に示される基板処理装置においては、図２に示される第２の真空室を省略し、駆動装置（例えば、リニアモータ）をＰ０と同じ大気雰囲気下に配置してある。第２の真空室を無くしたため、ベローズ式シール装置は差圧１キロの圧力隔壁としての機能も必要になる。従って、伸縮に伴なう反力や振動の影響がある。しかし、駆動要素の２）発熱問題の対策（冷却）は実施し易くなり、排気系が簡素化できる特徴はある。
【０００８】
従来の基板処理装置の更に別の構造として図４を示されるものがある。図４において、図１ないし３と同じ構成要素は同じ参照番号を付して説明は省略する。図４には、駆動装置（例えば、リニアモータ）を大気圧雰囲気下に配置し、かつステージ装置１１と駆動装置１５とを連結する連結部材１６が伸びる通路４内に真空室１と大気圧雰囲気との間をシールする非接触シール（差動排気シール）２５が設けられている。非接触シール２５は通路内周面に形成された複数、例えば三つの排気溝２６を有し、それらの排気溝をそれぞれ真空排気ラインに接続して、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５と別々の所定の圧力に（Ｐ０＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ１の圧力順序。真空度ＤＶで表現すれば、その逆）なるように排気し、第２の真空室を不要にして装置のコンパクト化を図っている。しかも、図３のべローズ式シールを非接触シール化したので伸縮に伴なう反力や振動問題を回避できる構造になっている。
しかし、この構造では、非接触シール２５の機能が停止した時、大気圧が通路４を通して真空室内に流れるのを阻止できないため、真空室１は大気圧とぼぼ等しい圧力になる。いわゆる真空封じ切りはできない問題がある。そのため、停電時、緊急停止時に真空室１に流入するガスの素性によっては、真空の再立上げに時間を要する。
【０００９】
そこで、図５に示されるように、中にステージ装置が配置される第１の室すなわち真空室１と、カバー８によって周囲雰囲気から隔離されかつ真空室１からも壁６及び非接触シール２５により隔てられていて、中に駆動装置（例えば、リニアモータ）が配置された第２の室すなわち空間７（圧力Ｐ７）とを配置し、ステージ装置１１と駆動装置１５とを連結する連結部材１６が伸びる通路４に、前記図４と同様の構造及び機能を有する非接触シール（差動排気シール）２５を設け、通路内周面に形成された複数、例えば三つの排気溝２６をそれぞれ真空排気ラインに接続して、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５と別々の所定の圧力（Ｐ７＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ１の圧力順序。真空度で表現すれば、その逆）になるように排気し、非接触シール２５の機能が停止した時でも、大気圧が直接第１の真空室１内に流れるのを阻止している。
【００１０】
上記各構造ではステージ装置１１の可動台が転がり機構により移動可能に支持されているため、転がり機構から発生する塵埃を阻止することは理論上不可能である。
このような問題を解決するため、図６に示される基板処理装置では、転がり機構を有しないステージ装置３１を設けている。この基板処理装置では可動台３３を連結部材１６で片持ち式に支持し、連結部材１６を通路４内で非接触シール（差動排気シール）２５に隣接してかつ駆動装置側に非接触式ガイド（例えば、静圧軸受け（エアベアリング））３５を設けて連結部材及び可動台３３を非接触で支持して発塵を無くすと共に、非接触シールによりシール部からの発塵の問題、反力及び振動の問題を無くしている。なお、図６に示される構造では、駆動装置は大気圧雰囲気下に配置されている。また、ステージ装置３１の可動台３３は、いわゆる片持ちタイプであるが、この構成に限るものではない。補足的に、この例では、基板Ｓを積載する可動台３３上に配置した反射ミラー４１とコラム側に配置した反射ミラー４２との相対水平位置をレーザ干渉計４３で測定している。この構造の圧力関係を示せば、Ｐ０＜ＰＢ＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ１となる。真空度ＤＶで表現すれば、ＤＶ１＞ＤＶ５＞ＤＶ４＞ＤＶ３＞ＤＶＢ＜ＤＶ０である。ここで、ＰＢは静圧軸受け部の内圧、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は真空排気ラインで排気される非接触シールの排気溝内の圧力である。また、ＤＶＢは静圧軸受けの真空度を示す。
この図６に示される構造では真空室が一つのみであるため排気系が簡素化でき、コンパクトな装置にできる特徴もある。その反面、図４に示される構造と同様に、非接触シール２５の機能が停止した時、大気圧が通路４を通して真空室内に流れるのを阻止できないため、真空室１は大気圧とぼぼ等しい圧力になる。いわゆる真空封じ切りはできない問題がある。そのため、真空の再立上げに時間がかかる。
【００１１】
これに対して、図７に示される基板処理装置では、図６に示される構造において、駆動装置（例えばリニアモータ）が配置される空間を、カバー８で覆って周囲雰囲気から隔離されかつ真空室１とも壁６及び非接触シール２５により隔てられた室すなわち空間７としている。この装置の圧力差は、Ｐ７＜ＰＢ＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ１となる。真空度ＤＶで表現すれば、ＤＶ１＞ＤＶ５＞ＤＶ４＞ＤＶ３＞ＤＶＢ＜ＤＶ７となる。
尚、駆動装置は、リニアモータに限るものではない。例えば、シリンダーでもよい。シリンダーの場合には、１）差動流体のシール部からのリーク（放出ガス）、２）同シール部からの発塵、３）流体の圧縮や膨張にともなう温度変化がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
（課題１）
図１に示される従来例では、ガス放出や発塵、発熱などの要因となる機器（例えば、駆動装置）を第２の真空室２に置き、基板は第１の真空室１に置き、第１の真空室１と第２の真空室２との圧力差は、Ｐ１＜Ｐ２（真空度ＤＶでは、ＤＶ１＞ＤＶ２）の関係にしている。この圧力関係としている理由を想像すると、処理したい基板が配置される空間はより奇麗な空間としたいため高真空化に設計し、ガス放出など真空室を悪化させる要素を配置した空間は、その要素からのガス放出があることと、一番奇麗にしたい空間は基板を入れた空間であることと、から第１の真空室よりも低い真空度でも仕方ないと思い込んでいるためと考えられる。
しかし、真空度の高い空間には、それより真空度の低い空間からのガスリークがつきものである。即ち、第２の真空室２で発生したガスの一部が、奇麗にしたい第１の真空室１に流入してしまう問題がある。
また、現実的には、油回転真空ポンプからの油分や排気系部品、配管に残存する油分、真空ポンプの潤滑剤などに起因するガスの逆流、逆拡散があるため、図１に示される装置の圧力関係（真空度ＤＶで、ＤＶ２＜ＤＶ１）とすると、その逆流ガスが第２の真空室から第１の真空室へ流入する。
【００１３】
（課題２）
図５に示される従来例では、シール装置として非接触シール（差動排気シール）２５を採用している。そのため、連結部材１６と通路４を画定する隔６の内周面との隙間をｇ０とすると、ｇ０は５〜５０μｍ程度であり、排気系の負担を軽減するために、できるだけ小さい隙間にする必要がある。このことは、ｇ０の値が変動するとシール性能が変化することを示している。小さい隙間であるから真空室の圧力（大気〜真空）変動によって、この隙間が変化しないように強固な構造体とする必要がある。例えば、真空室を画定するハウジング３の肉厚を増加する方向の設計となる。そのため、重量も増加する。
図７に示される構造も同様な問題がある。加えて、非接触式ガイド３５を採用しているため、隙間ｇ０の変化はガイド性能の変化を意味している。従って、ステージの真直度が劣化したり、基板面が上下に変動したりといった現象が発生する問題がある。
【００１４】
（課題３）
次に、第１の室すなわち真空室と第２室又は空間との間に差動排気シール（３段の排気溝を有するタイプ）を採用した場合の圧力関係を示すと、図８に示されるようになる。Ｐ７は大気圧であることもある。真空室（基板の処理室）と室との圧力差により第１の真空室へ流入するガスを３つの排気溝で真空排気し、第１の真空室への流入をシールしている。通常、圧力分布（関係）は、Ｐ７＞Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ５＞Ｐ１としているため、微量ながらも圧力Ｐ５の空間から圧力Ｐ１の第１の真空室へ流入するガスがある。最も望ましくない現象は、油回転真空ポンプからの油分や排気系部品、配管に残存する油分、真空ポンプの潤滑油等が逆流、逆拡散することである。Ｐ１の第１の真空室を最も高い真空度（最も低い圧力）にしようとして大きな高真空ポンプを備えることが多い。この良かれと配置した高真空ポンプによって、例えば圧力Ｐ５を示す排気溝を真空引きする油回転真空ポンプからの油分や排気系部品、配管に残存する油分、真空ポンプの潤滑油等の蒸発分を引込んでしまう現象がある。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、ステージ装置上に載置された基板の処理が行われる第１の真空室の圧力よりも、そのステージ装置を駆動する駆動する装置が収容された第２の真空室の圧力を低く制御して上記問題を解決した基板処理装置を提供することである。
本発明の他の目的は、ステージ装置上に載置された基板の処理が行われる第１の室を真空にし、第１の室とそのステージ装置を駆動する駆動する装置が収容された第２の室との間に非接触シールを配置し、その非接触シールの動作状態に応じて第１及び第２の室の圧力を制御して上記課題を解決できる基板処理装置を提供することである。
本発明の別の目的は、ステージ装置上に載置された基板の処理が行われる第１の室を真空にし、第１の室とそのステージ装置を駆動する駆動する装置が収容された第２の室との間に複数の排気溝を有する差動排気シールを配置し、その排気溝の圧力を適正に制御することによって上記課題を解決できる基板処理装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、ステージ装置を収容し、前記ステージ装置に載置された基板を処理する第１の真空室と、前記第１の真空室と隔てられていて中に前記スデージ装置の駆動要素が配置された第２の真空室とを備えた、基板処理装置において、
第１の真空室の圧力Ｐ１と第２真空室の圧力Ｐ２とが、Ｐ１≧Ｐ２の関係に保持されるように構成されている。
この発明では第１の真空室から第２の真空室内へのガスの流入はあっても、その逆に第２の真空室内で発生した放出ガスが基板の処理室である第１の真空室に流入することは防止でき、基板や反射ミラー或いは図示しないマークなどの汚染を防止できる。
本願の第２の発明は、ステージ装置を収容し、前記ステージ装置に載置された基板を処理する第１の室と、前記第１の室と隔てられていて中に前記スデージ装置の駆動要素が配置された第２の室とを備え、前記第１の室が真空に保持され、前記第１の室と前記第２の室との間に非接触シールが配置された基板処理装置において、
前記第２の室をドライガスの供給源と選択的に接続可能にして、前記第２の室内の圧力を大気圧と同等又はそれに近似の圧力になるようにドライガスの供給と排出によって圧力制御するように構成されている。
本願の第３の発明は、ステージ装置を収容し、前記ステージ装置に載置された基板を処理する第１の室と、前記第１の室と隔てられていて中に前記スデージ装置の駆動要素が配置された第２の室とを備え、前記第１の室が真空に保持され、前記第１の室と前記第２の室との間に非接触シールが配置された基板処理装置において、
前記第２の室をドライガスの供給源と選択的に接続可能にして、前記非接触シール機能の動作時であってステージが駆動される時には、前記第２の室内の圧力を大気圧と同等又はそれに近似の圧力になるようにドライガスの供給と排出によって圧力制御し、
前記非接触シールの機能停止時には前記第２の室と前記ガス供給源との接続を遮断しかつ前記第２の室からのガスの排出を停止できるように構成されている。本願の第４の発明は、ステージ装置を収容し、前記ステージ装置に載置された基板を処理する第１の室と、前記第１の室と隔てられていて中に前記スデージ装置の駆動要素が配置された第２の室とを備え、前記第１の室が真空に保持され、前記第１の室と前記第２の室との間に複数の排気溝を有する差動排気シールが配置された基板処理装置において、
前記差動排気シールの複数の排気溝のうち前記第１の室に最も近い前記排気溝の圧力を前記第１の室の圧力より低い圧力もしくは同じにして構成されている。
【００１７】
【実施の形態】
（実施例１：第１の発明に対する実施例）
この実施例の基板処理装置は、図１に示されるものにおいて、第１の真空室１の圧力Ｐ１と第２の真空室２のＰ２との関係をＰ１≧Ｐ２となるように制御して構成されている。このようにすることによって、第１の真空室から第２の真空室内へのガスの流入はあっても、その逆に第２の真空室内で発生した放出ガスが基板の処理室である第１の真空室に流入することは防止でき、基板や反射ミラー或いは図示しないマークなどの汚染を防止できる。
【００１８】
（実施例２：第２の発明に対する実施例）
図９に示されるこの実施例の基板処理装置の構成部品は図５に示される基板処理装置と実質的に同じであるから、図５と同じ参照番号を付して説明する。図９において、１は第１の室すなわち真空室、７はカバー８により周囲雰囲気から隔てられた第２の室すなわち空間、３は真空室１を画定するハウジング、４は真空室１と室７との間の壁６に形成された通路、１１は真空室１内に配置されていて固定台１２とその固定台上で転がり機構１４により移動可能に支持されている可動台１３とを有するステージ装置、１５は第２の真空室２内に配置されていて通路を通して伸びる連結部材１６により可動台１３と連結された駆動装置、１７はステージ上に載置された基板Ｓの処理を行う電子線装置のコラムである。真空室１は、イオンポンプのような排気ポンプ１８によって排気されるようになっている。室７には制御弁４６で開閉制御可能な排気ライン４５と、制御弁４８で開閉制御可能なドライガス供給ライン４７とが接続されている。ステージ装置１１と駆動装置１５とを連結する連結部材１６が伸びる通路４には、前記図５と同様の構造及び機能を有する非接触シール（差動排気シール）２５が設けられている。非接触シールの通路内周面に形成された複数（この実施形態では三つ）の排気溝２６をそれぞれ真空排気ラインに接続して、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５と別々の所定の圧力に排気できるようになっている。
【００１９】
図１０において、この図の基板処理装置は図７に示されたものと実質的におなじであるから、図７と同じ参照番号を付して説明する。基板処理装置は、転がり機構を有しないステージ装置３１を設けている。この基板処理装置では可動台３３を連結部材１６で片持ち式に支持している。ステージ装置１１と駆動装置１５とを連結する連結部材１６が伸びる通路４には、非接触シール（差動排気シール）２５が設けられている。非接触シールの通路内周面に形成された複数（この実施形態では三つ）の排気溝２６をそれぞれ真空排気ラインに接続して、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５と別々の所定の圧力に排気できるようになっている。連結部材１６を通路４内で非接触シール（差動排気シール）２５に隣接してかつ駆動装置側に非接触式ガイド（例えば、静圧軸受け（エアベアリング））３５を設けて連結部材及び可動台３３を非接触で支持して発塵を無くすと共に、非接触シールによりシール部からの発塵た反力、振動問題を無くしている。真空室１は、イオンポンプのような排気ポンプ１８によって排気されるようになっている。カバーにより周囲雰囲気から隔離された室すなわち空間７には制御弁４６で開閉制御可能な排気ライン４５と、制御弁４８で開閉制御可能なドライガス供給ライン４７とが接続されている。
【００２０】
図９及び図１０に示される構成の基板処理装置において、非接触シールが機能し、ステージが直線駆動されるとき、室７内は、その圧力Ｐ７がＰ０と等しいかそれより僅かに高くなるように、排気ライン４５と強調してドライガス供給ライン４７を制御する。
非接触シールが停止したとき、排気ライン４５及びドライガス供給ライン４７を共にそれぞれの制御弁を閉じて遮断する。この動作によって、真空室１に流入するガスは、圧力Ｐ７の空間ガスのみとできる。即ち、基板を含む空間を限られた空間にする。圧力Ｐ７の空間は、先に述べたようにドライガス（例えば、ドライ空気、ドライ酸素、ドライ窒素、ドライヘリウム、など）にで満たされているため、水分が極めて低い。従って、このガスが第一真空室に流入しても真空の再立上げ時間の長期化の点で問題は発生しない。
【００２１】
（実施例３：第３の発明に対する実施例）
図９、図１０及び図１１において。差動排気シール２５の複数の排気溝２６のうち第１の真空室１に最も近い排気溝内の圧力Ｐ５を、第１の真空室の圧力Ｐ１より低い圧力か、又は同じ圧力にする。この圧力関係を実現することで、第１の真空室への差動排気シールの排気系からのガスの逆流、逆拡散を防止できる。
【００２２】
【効果】
（イ）第１の発明により、駆動装置からの放出ガス、真空排気系からの逆流、逆拡散ガスが、基板の位置する空間ヘ流入することを防止でき、第１の真空室の清浄度を維持できるため、装置のクリーニング、メンテナンスのサイクルを長く設定できる。
（ロ）第２の発明により、非接触シールの停止時に真空室へのクリーンルームなどの広い空間からのガス流入を防止できる。緊急停止動作にも適応できる基板処理装置を提供できる。そのため、真空再立上げ時間を短縮できる。また、非接触シール部の隙間管理の必要性から、カバーやチャンバーを重厚な設計とすることを回避できる。そのため、軽量、コンパクトな装置を実現できる。
（ハ）第３の発明により、差動排気シール用の真空排気系からのガスの逆流、逆拡散によって、第１の真空室を汚染することを防止できる。そのため、第１の真空室の清浄度を維持できるため、装置のクリーニング、メンテナンスのサイクルを長く設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の二つの真空室を有する基板処理装置の一例の概略断面図である。
【図２】従来の二つの真空室を有する基板処理装置の他の例の概略断面図である。
【図３】従来の一つの真空室を有する基板処理装置の一例の概略断面図である。
【図４】従来の一つの真空室を有する基板処理装置の他の例の概略断面図である。
【図５】基板処理用の真空室とその真空室と隔離された室を有する従来の基板処理装置の概略断面図である。
【図６】転がり式支持機構を有しないステージ装置を有する例の概略断面図である。
【図７】転がり式支持機構を有しないステージ装置を有する他の例の概略断面図である。
【図８】二つの真空室とその間に配置された差動排気シールの排気溝の圧力関係を示す図である。
【図９】本発明による真空室を有する基板処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明による真空室を有する基板処理装置の他の例を示す概略断面図である。
【図１１】真空室、室又は空間及びそれらの間に設けられた差動排気シールの排気溝の圧力関係を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing apparatus provided with a vacuum chamber, and more specifically, a vacuum chamber in which a stage device is disposed, and a substrate for making a semiconductor or a liquid crystal placed on the stage device in the vacuum chamber. In the substrate processing apparatus, the vacuum chamber is appropriately controlled to maintain a good vacuum quality in the vacuum chamber.
[0002]
[Prior art]
In many cases, the substrate processing apparatus has a structure in which a substrate is stacked on a stage and processed by moving a specific area in the substrate to a processing position.
This stage includes a movable base and a fixed base, a guide element and a driving element. The movable table is guided by the guide element, and the drive element applies thrust to the movable table to move the loaded substrate based on an arbitrary control command.
Conventionally, a rolling guide element has been adopted for many guide elements. Therefore, it is a structure that requires a lubricant, and research and development is underway with the issue of how to reduce dust generation and gas emission associated with rolling motion.
[0003]
Many drive elements employ a motor or a linear motor that supplies electric energy and converts it into kinetic energy. In particular, (rotary) motors are used in combination with magnetic fluid seals. The advantage of this combination is that the motor itself can be placed outside the vacuum chamber where the substrate is located. That is, since it can be arranged in an atmospheric environment, the selection range of the motor is wide.
However, there are disadvantages. That is, (a) the life of the magnetic fluid seal is shortened. This lifetime has a characteristic that is inversely proportional to the degree of vacuum, and is therefore more disadvantageous for high vacuum devices. In addition, (b) a mechanism for converting rotational motion into linear motion is essential. This has a problem that the smoothness of the linear motion is deteriorated due to play and friction of the conversion mechanism.
[0004]
In recent years, therefore, an increasing number of cases employ linear motors that can eliminate the need for a conversion mechanism. As a result, the above disadvantage (b) can be eliminated, but there is a problem that there is no convenient vacuum seal. Therefore, a linear motor suitable for use in a vacuum, that is, (c) no gas emission, (d) no heat generation, and (e) no dust generation is desired. However, in reality, a certain amount of outgassing and heat generation are unavoidable. for that reason. As an example of a conventional substrate processing apparatus, for example, there is one adopting the structure shown in FIG.
[0005]
In FIG. 1, 1 is a first vacuum chamber, 2 is a second vacuum chamber, 3 is a housing that defines the first and second vacuum chambers, 4 is a first vacuum chamber and a second vacuum chamber. A passage 11 formed in the wall 6 is provided in the first vacuum chamber 1 and has a fixed base 12 and a movable base 13 supported on the fixed base in a movable manner by a rolling mechanism 14. A stage device 15 is disposed in the second vacuum chamber 2 and is connected to the movable base 13 by a connecting member 16 extending through the passage 4. A stage 17 processes the substrate S placed on the stage. This is an electron beam device column. The passage 4 constitutes a throttling portion that connects the first vacuum chamber 1 and the second vacuum chamber 2, and the vacuum chambers 1 and 2 are evacuated by exhaust pumps 18 and 19 such as separate ion pumps. The chamber pressure is P1 and P2 respectively, and the atmospheric pressure is P0, and P1 <P2 <P0 (in terms of the degree of vacuum DV1, DV1>DV2> DV0). It is controlled to be established. With this structure, it is intended to reduce the influence of gas emission, heat generation, and dust generation by the driving element on the first vacuum chamber. Note that in this specification, a vacuum chamber is not intended for a chamber in an absolute vacuum state, but refers to a chamber having a degree of vacuum called vacuum in the technical field.
[0006]
FIG. 2 shows another structure of a conventional substrate processing apparatus. In FIG. 2, the same components as those in FIG. In the substrate processing apparatus shown in FIG. 2, a bellows-type sealing device 21 is disposed in the passage 5 corresponding to the passage 4 constituting the throttle portion in FIG. 1, and the gas from the second vacuum chamber 2 to the first vacuum chamber 1 is arranged. The inflow of is to be eliminated. However, the reaction force and vibration accompanying the expansion and contraction of the bellows obstruct smooth movement of the substrate. For this reason, the material of the bellows may be soft and suitable for vacuum. By controlling the pressure difference between P1 and P2 to be small, a soft bellows can be sufficient as a pressure partition.
[0007]
FIG. 3 shows another structure of a conventional substrate processing apparatus. 3, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the substrate processing apparatus shown in FIG. 3, the second vacuum chamber shown in FIG. 2 is omitted, and a driving device (for example, a linear motor) is arranged in the same atmospheric atmosphere as P0. Since the second vacuum chamber is eliminated, the bellows-type sealing device also needs a function as a pressure partition with a differential pressure of 1 kg. Therefore, there is an influence of reaction force and vibration accompanying expansion and contraction. However, there is a feature that it is easy to implement 2) countermeasures (cooling) of the heat generation problem of the driving element, and the exhaust system can be simplified.
[0008]
FIG. 4 shows another structure of a conventional substrate processing apparatus. 4, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 4, the driving device (for example, a linear motor) is disposed in an atmospheric pressure atmosphere, and the vacuum chamber 1 and the atmospheric pressure atmosphere are disposed in a passage 4 in which a connecting member 16 that connects the stage device 11 and the driving device 15 extends. A non-contact seal (differential exhaust seal) 25 is provided for sealing between the two. The non-contact seal 25 has a plurality of, for example, three exhaust grooves 26 formed on the inner peripheral surface of the passage, and these exhaust grooves are respectively connected to the vacuum exhaust lines so as to be separated from P3, P4 and P5 by a predetermined pressure. (P0>P3>P4>P5> P1 in order of pressure. When expressed in terms of the degree of vacuum DV, the opposite is true), the second vacuum chamber is not required, and the apparatus is made compact. Moreover, since the bellows type seal of FIG. 3 is made a non-contact seal, the structure can avoid the reaction force and vibration problems associated with expansion and contraction.
However, in this structure, when the function of the non-contact seal 25 is stopped, the atmospheric pressure cannot be prevented from flowing into the vacuum chamber through the passage 4, so that the vacuum chamber 1 has a pressure substantially equal to the atmospheric pressure. There is a problem that so-called vacuum sealing cannot be performed. Therefore, depending on the nature of the gas flowing into the vacuum chamber 1 at the time of a power failure or emergency stop, it takes time to restart the vacuum.
[0009]
Therefore, as shown in FIG. 5, the first chamber in which the stage device is arranged, that is, the vacuum chamber 1, is isolated from the ambient atmosphere by the cover 8, and is also separated from the vacuum chamber 1 by the wall 6 and the non-contact seal 25. A connecting member 16 is provided, which is separated from the second chamber, that is, the space 7 (pressure P7) in which a driving device (for example, a linear motor) is arranged, and connects the stage device 11 and the driving device 15. A non-contact seal (differential exhaust seal) 25 having the same structure and function as in FIG. 4 is provided in the extending passage 4, and a plurality of, for example, three exhaust grooves 26 formed on the inner peripheral surface of the passage are respectively provided in the vacuum exhaust line. To P3, P4, and P5, and evacuate to a predetermined pressure (P7>P3>P4>P5> P1 in order of pressure, and vice versa). 25 functions Even when sealed, atmospheric pressure is prevented from flowing into the first vacuum chamber 1 directly.
[0010]
In each of the above structures, since the movable base of the stage device 11 is supported by the rolling mechanism so as to be movable, it is theoretically impossible to prevent dust generated from the rolling mechanism.
In order to solve such a problem, the substrate processing apparatus shown in FIG. 6 includes a stage apparatus 31 that does not have a rolling mechanism. In this substrate processing apparatus, the movable table 33 is supported in a cantilever manner by the connecting member 16, and the connecting member 16 is adjacent to the non-contact seal (differential exhaust seal) 25 in the passage 4 and is not contacted to the drive device side. A guide (for example, a static pressure bearing (air bearing)) 35 is provided to support the connecting member and the movable base 33 in a non-contact manner to eliminate dust generation, and a non-contact seal causes a problem of dust generation from the seal portion and reaction force. And the problem of vibration is eliminated. In the structure shown in FIG. 6, the driving device is arranged in an atmospheric pressure atmosphere. Further, the movable stage 33 of the stage device 31 is a so-called cantilever type, but is not limited to this configuration. In addition, in this example, the relative horizontal position between the reflection mirror 41 arranged on the movable table 33 on which the substrate S is loaded and the reflection mirror 42 arranged on the column side is measured by the laser interferometer 43. If the pressure relationship of this structure is shown, it becomes P0 <PB>P3>P4>P5> P1. In terms of the degree of vacuum DV, DV1>DV5>DV4>DV3> DVB <DV0. Here, PB is the internal pressure of the hydrostatic bearing, and P3, P4, and P5 are the pressure in the exhaust groove of the non-contact seal exhausted by the vacuum exhaust line. DVB indicates the degree of vacuum of the static pressure bearing.
In the structure shown in FIG. 6, since there is only one vacuum chamber, the exhaust system can be simplified, and there is a feature that a compact apparatus can be obtained. On the other hand, similarly to the structure shown in FIG. 4, when the function of the non-contact seal 25 is stopped, the atmospheric pressure cannot be prevented from flowing into the vacuum chamber through the passage 4, so that the vacuum chamber 1 has a pressure approximately equal to the atmospheric pressure. become. There is a problem that so-called vacuum sealing cannot be performed. Therefore, it takes time to restart the vacuum.
[0011]
On the other hand, in the substrate processing apparatus shown in FIG. 7, in the structure shown in FIG. 6, the space where the driving device (for example, linear motor) is arranged is covered with the cover 8 and isolated from the surrounding atmosphere, and the vacuum chamber One is a chamber or space 7 separated by a wall 6 and a non-contact seal 25. The pressure difference of this device is P7 <PB>P3>P4>P5> P1. In terms of the degree of vacuum DV, DV1>DV5>DV4>DV3> DVB <DV7.
The driving device is not limited to a linear motor. For example, a cylinder may be used. In the case of a cylinder, there are 1) leak (discharged gas) from the seal portion of the differential fluid, 2) dust generation from the seal portion, and 3) temperature change accompanying fluid compression and expansion.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
(Problem 1)
In the conventional example shown in FIG. 1, a device (for example, a driving device) that causes gas emission, dust generation, heat generation, or the like is placed in the second vacuum chamber 2, the substrate is placed in the first vacuum chamber 1, and the first The pressure difference between the first vacuum chamber 1 and the second vacuum chamber 2 has a relationship of P1 <P2 (DV1> DV2 in a degree of vacuum DV). Imagine the reason for this pressure relationship. The space where the substrate to be processed is placed is designed to be a more beautiful space, and the space where elements that deteriorate the vacuum chamber, such as gas discharge, are placed. This is because there is a gas release from the air, and the most beautiful space is the space in which the substrate is placed.
However, a space with a high degree of vacuum is accompanied by a gas leak from a space with a lower degree of vacuum. That is, there is a problem that part of the gas generated in the second vacuum chamber 2 flows into the first vacuum chamber 1 to be cleaned.
Further, in reality, there is a backflow and back diffusion of gas due to oil from the oil rotary vacuum pump, exhaust system parts, oil remaining in the piping, lubricant of the vacuum pump, etc., so the apparatus shown in FIG. When the pressure relationship is (the degree of vacuum DV is DV2 <DV1), the backflow gas flows from the second vacuum chamber into the first vacuum chamber.
[0013]
(Problem 2)
In the conventional example shown in FIG. 5, a non-contact seal (differential exhaust seal) 25 is employed as a sealing device. Therefore, if the gap between the connecting member 16 and the inner peripheral surface of the space 6 that defines the passage 4 is g0, g0 is about 5 to 50 μm, and it is necessary to make the gap as small as possible in order to reduce the burden on the exhaust system. There is. This indicates that the seal performance changes when the value of g0 varies. Since the gap is small, it is necessary to make the structure strong so that the gap does not change due to fluctuations in the pressure (atmosphere to vacuum) in the vacuum chamber. For example, the design is such that the thickness of the housing 3 defining the vacuum chamber is increased. Therefore, the weight also increases.
The structure shown in FIG. 7 has the same problem. In addition, since the non-contact type guide 35 is employed, a change in the gap g0 means a change in guide performance. Accordingly, there is a problem that the straightness of the stage is deteriorated or the substrate surface fluctuates up and down.
[0014]
(Problem 3)
Next, FIG. 8 shows the pressure relationship when a differential exhaust seal (a type having a three-stage exhaust groove) is employed between the first chamber, that is, the vacuum chamber and the second chamber or space. It becomes like this. P7 may be atmospheric pressure. The gas flowing into the first vacuum chamber is evacuated by three exhaust grooves due to the pressure difference between the vacuum chamber (substrate processing chamber) and the chamber, and the flow into the first vacuum chamber is sealed. Usually, since the pressure distribution (relationship) is P7>P3>P4>P5> P1, there is a gas flowing from the space of the pressure P5 into the first vacuum chamber of the pressure P1 even though the amount is small. The most undesirable phenomenon is that oil from the oil rotary vacuum pump, exhaust system parts, oil remaining in the piping, lubricating oil of the vacuum pump, etc. flow backward and back diffuse. Often, a large high vacuum pump is provided to try to bring the first vacuum chamber of P1 to the highest degree of vacuum (lowest pressure). With this high vacuum pump, for example, oil from the oil rotary vacuum pump that evacuates the exhaust groove showing the pressure P5, exhaust system components, oil remaining in the piping, evaporation of vacuum pump lubricating oil, etc. are drawn in There is a phenomenon that causes
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a second vacuum chamber in which a device for driving the stage device is accommodated rather than the pressure of the first vacuum chamber in which a substrate placed on the stage device is processed. It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus that solves the above problems by controlling the pressure of the substrate at a low level.
Another object of the present invention is to provide a second chamber in which a first chamber in which processing of a substrate placed on a stage device is performed is evacuated, and the first chamber and a driving device for driving the stage device are accommodated. It is to provide a substrate processing apparatus that can solve the above-mentioned problems by disposing a non-contact seal between the first chamber and the second chamber, and controlling the pressures of the first and second chambers according to the operating state of the non-contact seal. .
Another object of the present invention is to provide a second chamber in which a first chamber in which processing of a substrate placed on a stage device is performed is evacuated, and the first chamber and a driving device for driving the stage device are accommodated. It is an object of the present invention to provide a substrate processing apparatus capable of solving the above-mentioned problems by disposing a differential exhaust seal having a plurality of exhaust grooves between the two chambers and appropriately controlling the pressure of the exhaust grooves.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present application, a stage device is accommodated, and a first vacuum chamber for processing a substrate placed on the stage device is separated from the first vacuum chamber. A substrate processing apparatus comprising: a second vacuum chamber in which a driving element is disposed;
The pressure P1 in the first vacuum chamber and the pressure P2 in the second vacuum chamber are configured to be maintained in a relationship of P1 ≧ P2.
In the present invention, even if gas flows from the first vacuum chamber into the second vacuum chamber, the released gas generated in the second vacuum chamber conversely enters the first vacuum chamber, which is the substrate processing chamber. Inflow can be prevented, and contamination of a substrate, a reflection mirror, or a mark (not shown) can be prevented.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a first chamber for housing a stage device and processing a substrate placed on the stage device, and a drive element of the sage device separated from the first chamber. A substrate processing apparatus in which the first chamber is maintained in a vacuum and a non-contact seal is disposed between the first chamber and the second chamber.
The second chamber can be selectively connected to a dry gas supply source, and pressure control is performed by supplying and discharging dry gas so that the pressure in the second chamber is equal to or close to atmospheric pressure. Is configured to do.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a first chamber for housing a stage device and processing a substrate placed on the stage device, and a drive element of the sage device separated from the first chamber. A substrate processing apparatus in which the first chamber is maintained in a vacuum and a non-contact seal is disposed between the first chamber and the second chamber.
When the second chamber is selectively connectable to a dry gas supply source and the stage is driven during the operation of the non-contact sealing function, the pressure in the second chamber is equal to the atmospheric pressure. Alternatively, control the pressure by supplying and exhausting dry gas so that the pressure is close to that,
When the function of the non-contact seal is stopped, the connection between the second chamber and the gas supply source is cut off, and the discharge of gas from the second chamber can be stopped. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first chamber for housing a stage device and processing a substrate placed on the stage device, and a drive element of the sage device separated from the first chamber. A differential exhaust seal having a plurality of exhaust grooves between the first chamber and the second chamber. In the processed substrate processing apparatus,
Of the plurality of exhaust grooves of the differential exhaust seal, the pressure of the exhaust groove closest to the first chamber is set to a pressure lower than or equal to the pressure of the first chamber.
[0017]
Embodiment
(Example 1 for the first invention)
The substrate processing apparatus of this embodiment is configured by controlling the relationship between the pressure P1 of the first vacuum chamber 1 and P2 of the second vacuum chamber 2 so that P1 ≧ P2 in the one shown in FIG. Has been. By doing so, even if the gas flows from the first vacuum chamber into the second vacuum chamber, the released gas generated in the second vacuum chamber is conversely the first processing chamber of the substrate. Inflow into the vacuum chamber can be prevented, and contamination of the substrate, the reflecting mirror, or a mark (not shown) can be prevented.
[0018]
(Example 2: Example for the second invention)
The components of the substrate processing apparatus of this embodiment shown in FIG. 9 are substantially the same as those of the substrate processing apparatus shown in FIG. 5, so that the same reference numerals as those in FIG. In FIG. 9, 1 is a first chamber or vacuum chamber, 7 is a second chamber or space separated from the ambient atmosphere by a cover 8, 3 is a housing that defines the vacuum chamber 1, and 4 is a vacuum chamber 1 and a chamber 7. A passage 11 formed in the wall 6 between the first stage and the second stage 11 is disposed in the vacuum chamber 1 and includes a fixed base 12 and a movable base 13 supported by the rolling mechanism 14 so as to be movable on the fixed base. A device 15 is disposed in the second vacuum chamber 2 and is connected to the movable table 13 by a connecting member 16 extending through the passage, and 17 is an electron beam for processing the substrate S placed on the stage. It is a column of equipment. The vacuum chamber 1 is exhausted by an exhaust pump 18 such as an ion pump. An exhaust line 45 that can be controlled to open and close by a control valve 46 and a dry gas supply line 47 that can be controlled to open and close by a control valve 48 are connected to the chamber 7. A non-contact seal (differential exhaust seal) 25 having the same structure and function as in FIG. 5 is provided in the passage 4 in which the connecting member 16 that connects the stage device 11 and the driving device 15 extends. A plurality (three in this embodiment) of exhaust grooves 26 formed on the inner peripheral surface of the non-contact seal passage are respectively connected to the vacuum exhaust line so that exhaust can be performed at a predetermined pressure different from P3, P4, and P5. It has become.
[0019]
10, the substrate processing apparatus shown in FIG. 10 is substantially the same as that shown in FIG. 7, and will be described with the same reference numerals as those in FIG. The substrate processing apparatus is provided with a stage apparatus 31 that does not have a rolling mechanism. In this substrate processing apparatus, the movable table 33 is supported by the connecting member 16 in a cantilever manner. A non-contact seal (differential exhaust seal) 25 is provided in the passage 4 in which the connecting member 16 that connects the stage device 11 and the driving device 15 extends. A plurality (three in this embodiment) of exhaust grooves 26 formed on the inner peripheral surface of the non-contact seal passage are respectively connected to the vacuum exhaust line so that exhaust can be performed at a predetermined pressure different from P3, P4, and P5. It has become. A non-contact type guide (for example, a static pressure bearing (air bearing)) 35 is provided in the passage 4 adjacent to the non-contact seal (differential exhaust seal) 25 in the passage 4 and on the driving device side to move the connection member The table 33 is supported in a non-contact manner to eliminate dust generation, and the non-contact seal eliminates the reaction force generated by the seal portion and vibration problems. The vacuum chamber 1 is exhausted by an exhaust pump 18 such as an ion pump. An exhaust line 45 that can be controlled to open and close by a control valve 46 and a dry gas supply line 47 that can be controlled to open and close by a control valve 48 are connected to a chamber or space 7 isolated from the surrounding atmosphere by a cover.
[0020]
In the substrate processing apparatus having the configuration shown in FIGS. 9 and 10, when the non-contact seal functions and the stage is linearly driven, the pressure P7 in the chamber 7 is equal to or slightly higher than P0. Further, the dry gas supply line 47 is controlled with emphasis on the exhaust line 45.
When the non-contact seal stops, both the exhaust line 45 and the dry gas supply line 47 are shut off by closing the respective control valves. By this operation, the gas flowing into the vacuum chamber 1 can be only the space gas having the pressure P7. That is, the space including the substrate is limited. Since the space of the pressure P7 is filled with dry gas (for example, dry air, dry oxygen, dry nitrogen, dry helium, etc.) as described above, the moisture is extremely low. Therefore, even if this gas flows into the first vacuum chamber, there is no problem in terms of extending the vacuum re-startup time.
[0021]
(Example 3: Example for the third invention)
In FIG. 9, FIG. 10 and FIG. The pressure P5 in the exhaust groove closest to the first vacuum chamber 1 among the plurality of exhaust grooves 26 of the differential exhaust seal 25 is set to a pressure lower than or equal to the pressure P1 of the first vacuum chamber. By realizing this pressure relationship, it is possible to prevent the backflow and back diffusion of the gas from the exhaust system of the differential exhaust seal to the first vacuum chamber.
[0022]
【effect】
(A) According to the first invention, it is possible to prevent the gas released from the driving device, the backflow from the vacuum exhaust system and the backdiffusion gas from flowing into the space where the substrate is located, and the cleanliness of the first vacuum chamber can be improved. Since it can be maintained, the cleaning and maintenance cycle of the apparatus can be set longer.
(B) According to the second invention, gas inflow from a wide space such as a clean room to the vacuum chamber can be prevented when the non-contact seal is stopped. It is possible to provide a substrate processing apparatus that can be adapted to an emergency stop operation. Therefore, the vacuum re-startup time can be shortened. In addition, due to the necessity of gap management of the non-contact seal portion, it is possible to avoid making the cover and the chamber have a heavy design. Therefore, a lightweight and compact device can be realized.
(C) According to the third invention, it is possible to prevent the first vacuum chamber from being contaminated by the backflow and reverse diffusion of the gas from the vacuum exhaust system for the differential exhaust seal. Therefore, since the cleanliness of the first vacuum chamber can be maintained, the cleaning and maintenance cycle of the apparatus can be set longer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional substrate processing apparatus having two vacuum chambers.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another example of a substrate processing apparatus having two conventional vacuum chambers.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an example of a conventional substrate processing apparatus having one vacuum chamber.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another example of a substrate processing apparatus having one conventional vacuum chamber.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a conventional substrate processing apparatus having a vacuum chamber for substrate processing and a chamber isolated from the vacuum chamber.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an example having a stage device that does not have a rolling support mechanism.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another example having a stage device that does not have a rolling support mechanism.
FIG. 8 is a view showing a pressure relationship between two vacuum chambers and an exhaust groove of a differential exhaust seal disposed therebetween.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a substrate processing apparatus having a vacuum chamber according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing another example of a substrate processing apparatus having a vacuum chamber according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the pressure relationship between the vacuum chambers, chambers or spaces, and the exhaust grooves of the differential exhaust seal provided between them.

Claims

A first chamber that houses the stage device and processes the substrate placed on the stage device, and a second chamber that is separated from the first chamber and in which the driving element of the stage device is disposed In the substrate processing apparatus, wherein the first chamber is maintained in a vacuum, and a non-contact seal is disposed between the first chamber and the second chamber,
When the second chamber can be selectively connected to a dry gas supply source and the stage is driven during the operation of the non-contact sealing function, the pressure in the second chamber is equal to the atmospheric pressure. Pressure control by supplying and discharging dry gas so that the pressure becomes
When the function of the non-contact seal is stopped, the connection between the second chamber and the dry gas supply source is cut off, and the gas discharge from the second chamber can be stopped.
A substrate processing apparatus.