(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から隔離された処理空間において、基板に対して所定の処理を行う処理装置が設置された空間を覆う保護チャンバと、
前記保護チャンバ外部の外気圧を検出する外気圧検出手段と、
前記保護チャンバ内部の内気圧を検出する内気圧検出手段と、
前記外気圧検出手段により検出された外気圧と前記内気圧検出手段により検出された内気圧との差圧に基づいて目標圧力を設定し、前記目標圧力に基づいて前記保護チャンバ内の圧力を制御し、基板毎に、又は１ロット分の基板の処理が終了した後の基板又はカセットの交換時に、前記目標圧力を更新して前記保護チャンバ内の処理中の圧力を一定に維持する圧力制御装置とを備えたことを特徴とする環境チャンバ。
【請求項２】
前記圧力制御装置は、少なくとも基板１枚又は１ロット分の基板を処理する間は前記保護チャンバ内の圧力を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の環境チャンバ。
【請求項３】
前記圧力制御装置は、前記保護チャンバ外部の外気圧の変動を予測し、該予測に応じて前記保護チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の環境チャンバ。
【請求項４】
基板に対して所定の処理を行う処理装置を備えた基板処理装置において、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の環境チャンバを備えたことを特徴とする基板処理装置。
【請求項５】
基板に対して所定の処理を行う基板処理方法において、
外部から隔離された処理空間において、基板に対して所定の処理を行う処理装置を保護チャンバ内に収容し、
前記保護チャンバ外部の外気圧を検出し、
前記保護チャンバ内部の内気圧を検出し、
前記検出された外気圧と前記検出された内気圧との差圧に基づいて目標圧力を設定し、
前記目標圧力に基づいて前記保護チャンバ内の圧力を制御し、基板毎に、又は１ロット分の基板の処理が終了した後の基板又はカセットの交換時に、前記目標圧力を更新して前記保護チャンバ内の処理中の圧力を一定に維持することを特徴とする基板処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の基板処理方法において、
少なくとも基板１枚又は１ロット分の基板を処理する間は前記保護チャンバ内の圧力を一定に制御することを特徴とする基板処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の基板処理方法において、
前記保護チャンバ外部の外気圧の変動を予測し、該予測に応じて前記保護チャンバ内の圧力を制御することを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置及び基板処理方法、特に半導体ウェハや液晶表示基板などの基板の製造や検査などを行う基板処理装置及び基板処理方法に関するものである。また、本発明はかかる基板処理装置に設置される環境チャンバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造する半導体製造装置や半導体ウェハや液晶表示基板などの基板の欠陥などを検査する検査装置等は、図６に示すように、温度、湿度、及び清浄度が制御されたクリーンルームＣ内に設置される。従って、クリーンルームＣ内に設置された半導体製造装置や検査装置などの処理装置１００は、クリーンルームＣ内の環境条件（温度、湿度、圧力など）に大きく左右されることとなる。
【０００３】
例えば、処理装置として、図７に示すような、基板に対して微細パターンを露光するための露光装置を考える。このような露光装置は、レチクルが載置されるレチクルステージ１０１と、半導体ウェハを載置するウェハステージ１０２と、レーザ光源１０３と、レーザ光源１０３からの光をレチクル上の照明エリアに対して均一に照明するための照明光学系１０４と、レチクルのパターンを半導体ウェハ上に結像するための投影光学系１０５とを備えている。
【０００４】
大気中での光の波長は、気温、湿度、圧力に依存してわずかに変化するので、クリーンルームＣ内の環境条件は露光装置の処理に影響を与える。また、クリーンルームＣの温度が変化すると、露光装置内の各部材の寸法の変化や基板の熱膨張などを引き起こす場合がある。従って、クリーンルームＣ内の環境条件の変動は、投影光学系１０５の収差、アライメント変動、フォーカス変動、レチクルステージ１０１やウェハステージ１０２の位置誤差として現れる。このように、処理装置１００が設置された空間、即ちクリーンルームＣ内の環境条件の変動は、処理装置１００における処理プロセスに多大な影響を与える。
【０００５】
このような問題に対し、従来から、処理装置１００の内部に処理チャンバを設けて、空調部１０６によって処理チャンバ内の環境条件（温度、湿度、圧力）を制御したり、クリーンルームＣ内の環境条件の変動に応じて補正処理したりすることが行われている。
【０００６】
処理装置１００の内部に処理チャンバを設けて、処理チャンバ内の環境条件（温度、湿度、圧力）を制御する場合には、処理チャンバ内を外部のクリーンルームＣに対して常に陽圧となるような一定の圧力に制御する。これによって、外部から塵や埃が入るのを防止することができるのと同時に、クリーンルームＣ内の環境条件が変動することにより光の屈折率が変わり露光プロセスに影響を与えるのを防止することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クリーンルーム内の環境条件は、遅い周期で変動することもあれば、早い周期で変動することもある。また、上述のように、処理チャンバ内の環境条件を制御したり、補正処理をしたりする場合における変動の許容範囲も狭い。従って、上述した従来の方法では、クリーンルーム内の環境条件の変化に完全に対応することは困難である。
【０００８】
また、上述した露光装置においては、近年の集積回路の高密度化及び微細化に対応するために、露光光を短波長化する傾向にある。従って、クリーンルーム内の環境条件が露光装置に与える影響がますます大きくなると予想される。このような影響を極力抑えるためには、露光装置が設置されたクリーンルームに対しても厳しい環境条件が求められ、クリーンルームの空調制御の高精度化、高応答性、高信頼性が要求されるため、製造工場全体の高コスト化につながってしまう。
【０００９】
現在のメモリを中心にした少品種大量生産のシステムが疑問視され、システムＬＳＩを中心にした多品種少量生産のシステムに移行していく構想がある。このような多品種少量生産のシステムを構築するためには、大量生産のシステムとは異なり、製造工場のコストは極力抑えなければならない。従って、集積回路の高密度化及び微細化を進めるためには、処理装置を設置する空間における環境条件が重要な要素となってくる。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安定した処理を行うことができ、省エネルギー化を図ることができる基板処理装置及び基板処理方法を提供することを目的とする。また、本発明はかかる基板処理装置に設置される環境チャンバを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、外部から隔離された処理空間において、基板に対して所定の処理を行う処理装置が設置された空間を覆う保護チャンバと、上記保護チャンバ外部の外気圧を検出する外気圧検出手段と、上記保護チャンバ内部の内気圧を検出する内気圧検出手段と、上記外気圧検出手段により検出された外気圧と上記内気圧検出手段により検出された内気圧との差圧に基づいて上記保護チャンバ内の圧力を制御し、基板毎に、又は１ロット分の基板の処理が終了した後の基板又はカセットの交換時に、上記目標圧力を更新して上記保護チャンバ内の処理中の圧力を一定に維持する圧力制御装置とを備えたことを特徴とする環境チャンバである。
【００１３】
このような構成により、半導体製造装置や検査装置などの処理装置を保護チャンバの内部に設置して、この保護チャンバの内部空間、即ち、処理装置が設置される空間の環境条件を独立して制御することができる。従って、外部の環境条件の変動の影響を処理装置に与えることなく、安定した処理を行うことが可能となる。
【００１５】
また、外気圧と内気圧との差圧が一定範囲内になるように保護チャンバ内の圧力を制御することができるので、保護チャンバ内の圧力に対する外気圧の変動の影響をなくすことができる。従って、処理装置を安定した環境条件の下で運転することが可能となる。
【００１６】
また、外気圧に関係なく絶対圧において保護チャンバ内の圧力が一定となるように制御する場合には、保護チャンバの壁に外気圧と内気圧との差圧に耐え得る強度と気密性が要求される。この場合には、保護チャンバが大型化し、コストも高くなってしまう。上記のような構成にすれば、保護チャンバを大型化する必要がなく、コストを低減することができる。また、制御系の消費するエネルギーを軽減することができ、省エネルギー化を図ることができる。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、上記圧力制御装置は、少なくとも基板１枚又は１ロット分の基板を処理する間は上記保護チャンバ内の圧力を一定に制御することを特徴としている。
【００１８】
このような構成により、処理装置においてプロセスが進行している間の内気圧を一定とすることができ、プロセスに対する外気圧変動の影響をなくすことができる。
【００１９】
本発明の他の好ましい一態様は、上記圧力制御装置は、上記保護チャンバ外部の外気圧の変動を予測し、該予測に応じて上記保護チャンバ内の圧力を制御することを特徴としている。
【００２０】
このような構成により、外気圧の変動の予測に基づいて目標圧力の変動を前もって予測することができるので、外気圧との差圧を極力抑え、外気圧の変動に対して遅れることなく、処理装置に対して安定した圧力雰囲気を提供することが可能となる。また、将来の内気圧も予測することができるので、保護チャンバ内の圧力を常時把握することができ、保護チャンバ内に配置された処理装置に対しても常に圧力情報を提供して、より高精度の処理を行うことが可能となる。
【００２１】
本発明の第２の態様は、基板に対して所定の処理を行う処理装置を備えた基板処理装置において、上述した環境チャンバを備えたことを特徴とする基板処理装置である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、基板に対して所定の処理を行う基板処理方法において、外部から隔離された処理空間において、基板に対して所定の処理を行う処理装置を保護チャンバ内に収容し、上記保護チャンバ外部の外気圧を検出し、上記保護チャンバ内部の内気圧を検出し、上記検出された外気圧と上記検出された内気圧との差圧に基づいて目標圧力を設定し、上記目標圧力に基づいて前記保護チャンバ内の圧力を制御し、基板毎に、又は１ロット分の基板の処理が終了した後の基板又はカセットの交換時に、前記目標圧力を更新して前記保護チャンバ内の処理中の圧力を一定に維持することを特徴としている。
【００２３】
本発明の好ましい一態様は、少なくとも基板１枚又は１ロット分の基板を処理する間は上記保護チャンバ内の圧力を一定に制御することを特徴としている。
【００２４】
本発明の他の好ましい一態様は、上記保護チャンバ外部の外気圧の変動を予測し、該予測に応じて上記保護チャンバ内の圧力を制御することを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る基板処理装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態における基板処理装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、温度、湿度、清浄度がコントロールされた、外部から隔離された処理空間としてのクリーンルームＣ内に保護チャンバ１０が設置されている。この保護チャンバ１０の内部には、半導体ウェハや液晶表示基板などの基板に対して所定の処理を行う処理装置２０が収容されている。このような処理装置として、例えば、半導体ウェハや液晶表示基板などの基板を製造する製造装置やこのような製造装置により製造された基板の欠陥などを検査する検査装置を用いることができる。なお、保護チャンバ１０は、遮音材で形成することが好ましい。
【００２６】
近年、集積回路の高密度化及び微細化に対応するために、露光光を短波長化する傾向にあり、露光装置における露光光としてエキシマレーザ等のＤＵＶ光（Deep Ultra Violet）が使用され、化学増幅型レジストなどの高感度レジストが多く用いられるようになっている。従って、露光装置内の雰囲気中に不純物ガスが存在すると、レジストの特性劣化を引き起こしてしまう。このため、保護チャンバ１０には、物理的に不純物を除去するＨＥＰＡフィルタに加え、化学物質（アルカリ物質）を除去するためのケミカルフィルタ等の清浄用フィルタ（図示せず）が設けられており、物理的にも化学的にもクリーンな状態に保たれている。
【００２７】
保護チャンバ１０の内部には、保護チャンバ１０内における温度、湿度、圧力などの環境条件を制御する環境制御装置３０が設置されており、この環境制御装置３０には、保護チャンバ１０の外部及び内部の少なくとも一方における環境条件を検出するセンサ（環境条件検出手段）４０が接続されている。図１では、保護チャンバ１０の外部及び内部の双方にセンサを設置した例が示されている。処理装置２０を収容した保護チャンバ１０と環境制御装置３０と環境条件検出手段４０とによって本発明に係る環境チャンバが構成されている。
【００２８】
環境制御装置３０は、上記センサ４０からの出力信号を受けて保護チャンバ１０内の環境条件を制御するための制御信号を演算する演算部３１と、演算部３１からの制御信号を受けて保護チャンバ１０内の環境条件を実際に制御する制御部３２とを備えている。この環境制御装置３０によって、上記センサ４０からの出力信号に基づいて保護チャンバ１０内の環境条件が制御され、例えば、保護チャンバ１０内の環境条件の変動がゼロになるように制御される。なお、このような環境制御装置３０の全体又は一部を保護チャンバ１０又はクリーンルームＣの外部に設置することもできる。また、図１においては、保護チャンバ１０がクリーンルームＣによって覆われている例を説明したが、保護チャンバ１０は外部から隔離された処理空間にあればよく、例えば工場建屋などの処理空間に保護チャンバを設置してもよい。
【００２９】
このような環境制御装置３０によって、温度を制御する場合には、例えば、上記制御部３２を冷凍機、加熱ヒータ、循環ファンから構成し、保護チャンバ１０内の空気を循環させて保護チャンバ１０内の温度の制御を行う。また、圧力を制御する場合には、例えば、制御部３２を給気部と排気部とから構成し、給気部からの給気風量と排気部からの排気風量とを調節して保護チャンバ１０内の圧力の制御を行う。湿度を制御する場合には、例えば、制御部３２を除湿器、加湿器、冷却器、加熱ヒータ、ファンから構成し、保護チャンバ１０内を加除湿して保護チャンバ１０内の湿度を精密に制御する。このように保護チャンバ１０内の湿度を直接制御するのではなく、保護チャンバ１０内の圧力と温度とを制御することによって間接的に保護チャンバ１０内の湿度を制御してもよい。なお、２種類以上の環境条件を制御する場合には、種類別に環境制御装置を設けてもよいし、１つの環境制御装置によって複数種類の環境条件を制御するようにしてもよい。
【００３０】
このような環境制御装置３０によって、保護チャンバ１０の内部空間、即ち、処理装置２０が設置される空間の環境条件を制御することができるので、クリーンルームＣにおける環境条件の変動の影響を処理装置２０に与えることなく安定した処理を行うことが可能となる。
【００３１】
ここで、上記環境制御装置によって保護チャンバ１０内の圧力を制御する場合を例として説明する。図２は、保護チャンバ１０内の圧力を制御する場合における基板処理装置の全体構成を示す概略図である。
【００３２】
図２に示す環境制御装置３０（圧力制御装置）には、保護チャンバ１０外部の圧力（外気圧）を検出する外気圧センサ４０ａと、保護チャンバ１０内部の圧力（内気圧）を検出する内気圧センサ４０ｂとが接続されている。
【００３３】
圧力制御装置３０の制御部３２は、給気ブロワ（ファン）、風量調節弁、風量調節ダンパを有する給気部３２ａと、排気ブロワ（ファン）、風量調節弁、風量調節タンパを有する排気部３２ｂとから構成されており、制御部３２の給気部３２ａからの給気風量と排気部３２ｂからの排気風量とを調節して保護チャンバ１０内の圧力を制御している。
【００３４】
外気圧に関係なく絶対圧において保護チャンバ１０内の圧力が一定となるように制御する場合には、保護チャンバ１０の壁に外気圧と内気圧との差圧に耐え得る強度と気密性が要求されるので、保護チャンバ１０が大型化し、コストも高くなってしまう。また、外気圧と内気圧との圧力差が大きい場合には、保護チャンバ１０内の圧力を一定にするために大きなエネルギーが制御部３２に必要となる。そこで、本実施形態では、以下に述べるように、外気圧センサ４０ａにより検出された外気圧と内気圧センサ４０ｂにより検出された内気圧との差圧に基づいて保護チャンバ１０内の圧力の制御を行っている。即ち、上記差圧が保護チャンバ１０の壁の許容圧力の範囲内に収まるように内気圧の目標圧力を変更し、この目標圧力に追従するように内気圧を制御して、保護チャンバ１０内に安定した一定圧力環境を形成している。
【００３５】
図３は、図２に示す圧力制御装置３０における制御を示すブロック図である。まず、外気圧センサ４０ａからの出力信号（外気圧）Ｐｏｕｔは、ローパスフィルタ３３ａを通過してその低周波成分が取り出された信号Ｐｏｆとなる。低周波成分を取り出すのは、圧力の大きな変動を制御するための参照値とするためである。なお、ローパスフィルタ３３ａの代わりに移動平均法を用いて低周波成分を取り出すこともできる。
【００３６】
一方、内気圧センサ４０ｂからの出力信号（内気圧）Ｐｉｎは、ローパスフィルタ３３ｂを通過してその低周波成分が取り出された信号Ｐｉｆとなる。そして、上記ローパスフィルタ３３ａを通過した低周波成分を含む外気圧信号Ｐｏｆと、ローパスフィルタ３３ｂを通過した低周波成分を含む内気圧信号Ｐｉｆとが比較され、その差（差圧）ＰＤがコンパレータ３４に入力される。コンパレータ３４では、差圧ＰＤと予め設定された保護チャンバ１０の許容圧力差Ｐａとが比較される。そして、差圧ＰＤの絶対値が許容圧力Ｐａよりも大きい場合には、保護チャンバ１０内の圧力に関する目標値テーブル３５を参照して、目標圧力Ｐｔの値を目標値テーブル３５中の新たな値に更新する。一方、差圧ＰＤの絶対値が許容圧力Ｐａよりも小さい場合には、目標圧力Ｐｔは更新されない。なお、許容圧力Ｐａ、目標値テーブル３５及び目標圧力Ｐｔは、圧力制御装置３０内に設けられた記憶装置（図示せず）に記憶される。
【００３７】
保護チャンバ１０内の圧力の制御に際しては、内気圧センサ４０ｂからの出力信号（内気圧）Ｐｉｎが上記目標圧力Ｐｔと比較され、その偏差（圧力エラー）Ｐｅｒｒがコントローラ３６に入力される。コントローラ３６は、圧力エラーＰｅｒｒがゼロとなるように制御部３２を制御する制御信号を演算し、この制御信号を制御部３２に出力する。制御部３２では、制御信号に基づいて給気部３２ａからの給気風量と排気部３２ｂからの排気風量とが調節される。従って、保護チャンバ１０内の圧力は、差圧ＰＤの絶対値が許容圧力Ｐａよりも大きい場合には新たに設定された目標圧力になるように制御され、小さい場合にはそのままの目標圧力に維持されて、保護チャンバ１０内の圧力変動がゼロとなるような制御が行われる。
【００３８】
図４は、上述した圧力制御装置３０を用いて圧力制御を行った場合の外気圧と内気圧の時間的推移を示すグラフである。外気圧（図４においてＡで示す）の変動は、遅い周期の変動と速い周期の変動からなっている。本実施形態における圧力制御装置３０では、このうちの遅い周期の変動を抽出し、内気圧と外気圧との差圧に基づいて保護チャンバ１０内の圧力（図４においてＢで示す）を制御している。
【００３９】
上述したように、内気圧と外気圧との差圧が保護チャンバ１０の許容圧力の範囲内であれば、内気圧は一定に維持される。一方、許容圧力の範囲を越えた場合には、目標圧力が更新され内気圧が高圧側又は低圧側にシフトされる。この内気圧のシフトにおいては、処理装置２０において対応可能な速度で圧力をシフトさせるのが好ましい。
【００４０】
ここで、本実施形態では、より安定した制御を行うため、外気圧の変動を予測し、この予測に応じて保護チャンバ１０内の圧力を制御している。即ち、ローパスフィルタ３３ａを通過した外気圧センサ４０ａの信号Ｐｏｆは微分器３７にも入力され、外気圧の微分値Ｐｄが導出される。この微分値Ｐｄによって、外気圧が上昇中であるのか下降中であるのか、更には、一定時間後に外気圧がどのくらいになっているのかを予測することができる。従って、上述したコンパレータ３４での差圧ＰＤと許容圧力Ｐａとの比較において、上記外気圧の予測結果も利用して比較を行えば、より安定した制御が可能となる。
【００４１】
図５においては、上述のようにして外気圧Ｃ（低周波成分）を予測しておけば、基板毎に、又は１ロット分の基板の処理が終了し、次の基板又はカセットの交換時に、上述した目標圧力を定期的に更新することで、処理装置２０において処理中の内気圧を一定に維持することができる（この場合の保護チャンバ１０内の圧力を図５においてＤで示す）。従って、処理装置２０においてプロセスが進行している間の内気圧を外気圧に関係なく一定とすることができ、プロセスに対する外気圧変動の影響をなくすことが可能となる。
【００４２】
なお、内気圧が外部のクリーンルームＣに対して常に陽圧となるように、保護チャンバ１０内の圧力を外気圧よりも常に高くして外部からの塵や埃が保護チャンバ１０内に入らないようにすることもできる。この場合には、保護チャンバ１０内の圧力が常に外気圧よりも高いので、圧力を制御する際の負担も軽減される。
【００４３】
また、上述した制御部３２の循環ファン、給気ブロワ（ファン）、排気ブロワ（ファン）の回転体を支持する軸受として磁気軸受を用いれば、保護チャンバ１０内の空気を汚染することなく循環又は給排気することができる。この場合において、コイルが巻回された磁気軸受の固定側をキャンで覆うことが好ましい。更に、処理装置２０内に有害なガスが混入することを防止するために、保護チャンバ１０内を不活性ガスでパージすることが好ましく、この場合には特に上記磁気軸受が好ましい。また、上述したように、保護チャンバ１０には、物理的に不純物を除去するＨＥＰＡフィルタに加え、化学物質（アルカリ物質）を除去するためのケミカルフィルタ等の清浄用フィルタが設けられており、物理的にも化学的にもクリーンな状態に保たれている。
【００４４】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、半導体製造装置や検査装置などの処理装置を保護チャンバの内部に設置して、この保護チャンバの内部空間、即ち、処理装置が設置される空間の環境条件を独立して制御することができる。従って、外部の環境条件の変動の影響を処理装置に与えることなく、安定した処理を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における基板処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における基板処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】図２に示す圧力制御装置における制御を示すブロック図である。
【図４】図２に示す基板処理装置を用いて圧力制御を行った場合の外気圧と内気圧の時間的推移を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態における基板処理装置を用いて圧力制御を行った場合の外気圧と内気圧の時間的推移を示すグラフである。
【図６】従来の基板処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】露光装置の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
Ｃ    クリーンルーム
１０    保護チャンバ
２０    処理装置
３０    環境制御装置
３１    演算部
３２    制御部
３２ａ  給気部
３２ｂ  排気部
３３ａ，３３ｂ    ローパスフィルタ
３４    コンパレータ
３５    目標値テーブル
３６    コントローラ
３７    微分器
４０    センサ（環境条件検出手段）
４０ａ  外気圧センサ
４０ｂ  内気圧センサ
【図１】
0003936153.tif 000002
【図２】
0003936153.tif 000003
【図３】
0003936153.tif 000004
【図４】
0003936153.tif 000005
【図５】
0003936153.tif 000006
【図６】
0003936153.tif 000007
【図７】
0003936153.tif 000008