JPH0281455A - 試料交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造の分野において、基板上の半導体
などの被加工物または被検査物（以下、試料という）を
自動的に交換することができる試料交換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の試料交換装置は、特開昭６０−２４９３２１号公
報に記載されているように、試料を載置する基板露光台
が収納される露光室と、基板露光台を水平方向及び上下
方向に搬送する搬送機構が設けられた交換室と、開閉自
在な真空隔壁を介して前記交換室に隣接して配設さ九た
格納室などからなり、交換室と格納室との間で、描画済
の試料と未描画の試料とを基板露光台ごと交換するよう
になっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術では、露光室と交換室との
間に隔壁が無いため、交換室機構部品の磁気特性により
電子線が曲げ・られたり、昇降機構の真空グリスにより
電子光学系部品が汚染されたりすることのないよう何ら
かの手段を構する必要があった。また、格納室を交換室
より高い位置に設けたため、基板を露光台から交換室の
昇降機構へ、更に格納室へと搬送するために二個の水平
搬送手段を設けなければならなかった。さらに、試料を
基板上に装着するのは人が手作業によって行なっており
、生産性向上の点でも問題があった。

本発明の目的は、簡単な構造で試料を効率良く交換する
ことができる試料交換装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の試料交換装置は、
試料が載置される一対の試料保持板と。

該試料保持板の一方が収納され、かつ常時真空排気され
て荷電粒子線により前記試料の表面に描画を行なうため
の試料室と、該試料室の隣に開閉自在な隔壁を介して配
設され、かつ内部に前記試料保持板の他方が収納される
交換室と、該交換室内の試料保持板を上下に昇降させる
昇降機構と、前記試料室の試料保持板と前記交換室の試
料保持板とを交換する試料保持板交換手段と、前記交換
室の試料保持板上の描画済の試料を外部の未描画の試料
と交換する試料交換手段とを備え、前記隔壁を開ける時
は前記交換室が真空排気され、かつ前記昇降機構が下降
して、前記試料保持板交換手段によって前記試料保持板
が前記試料室と交換室との間で交換され、前記隔壁を閉
じた時は前記交換室が大気圧に戻され、かつ前記昇降機
構が上昇して、前記試料交換手段によって前記試料保持
板上の試料が交換される構成のものである。

〔作用〕

上記構成によれば、試料室で試料の描画が終了すると、
交換室内が真空排気され隔壁が開けられてから、試料保
持板交換手段により試料室の試料保持板と交換室の試料
保持板とが交換される。すなわち、描画済みの試料が載
置された試料保持板が試料室から交換室搬出されたのち
、昇降機構が一階分上昇または下降し、更に未描画の試
料が載置された試料保持板が交換室から試料室へ搬入さ
れる。次に試料保持板の交換が終了すると隔壁が閉じら
れ、試料室での作業と交換室での作業が同時に並行して
行なわれる。すなわち、試料では試料への描画が行なわ
れる一方、交換室では、昇降機構により試料保持板のあ
る側の階を交換位置まで上昇させ、試料保持板が位置決
めされ、更に交換室が大気圧に戻されてから、交換室上
部の交換室カバーが開けられ、試料交換手段により試料
保持板上の描画済の試料が外部の未描画の試料と交換さ
れる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図及び第２図は本発明に係る試料交換装置を示して
いる。図において、試料室１には排気管２が設けられ、
試料室１の内部は常時真空排気されている。試料室１内
にはＸＹ移動台５が配置され、このＸＹ移動台５の上に
試料としてのウェハ３を保持した試料保持板としてのパ
レット４が配設されている（以下、描画済の場合をウェ
ハ３　ａ　Ｈパレット４ａとし、未描画の場合をウェハ
３ｂ。

パレット４ｂとする）、そして、電子銃及び電子光学系
（共に図示せず）から放射される電子線６の走査による
領域描画と、ＸＹ移動台５のステップ移動とによりウェ
ハ４ｂの全面に回路パターンを描画するようになってい
る。

試料室１は開閉可能な隔壁７を介して交換室８に接続さ
れている。交換室８には排気管９が設けられ、交換室８
の内部は真空排気されている。そして、交換室８の真空
度が試料室１の真空度に近くなったとき、隔壁７が開け
られ描画済パレット４ａと未描画パレット４ｂを交換す
るようになっている。未描画パレット４ｂは二階構造の
ケージ１３の中に保持されており、ケージ１３は交換室
８の下部に設けられたエレベータ機構により昇降即動さ
れるようになっている。エレベータ機構はステッピング
モータ１０の回転を磁気流体シール１１で真空シールさ
れたボールねじ１２に伝達する方式のものである。

交換室８の側壁には操作捧１４が設けられ、この操作棒
１４の先端に描画済パレット４ａを引掛け、ガイドレー
ル方式の案内（図示せず）を介してケージ１３の空の階
（第１図では２階）に搬出し、次いでケージ１３を一階
分昇降（第１図では上昇）させることにより、未描画パ
レット４ｂを案内に正対させ、再び操作捧１４によって
ＸＹ移動台５に搬入するようになっている。

交換室８の上部には開閉自在な交換室カバー１５が設け
られている。また、第３図に示すように、交換室８の一
方の側には搬送腕１７ａを有するアンロード側搬送ロボ
ット１６ａが、他方の側には搬送腕１７ｂを有するロー
ド側搬送ロボット１６ｂがそれぞれ配置されている。搬
送腕１７ａ、１７ｂは上下に移動可能であるとともに、
９０度または１８０度回動することができる。またアン
ロード側搬送ロボット１６ａの近傍にはアンロード側ウ
ェハカセットが配設され、その中に描画済ウェハ３ａが
収納される。一方、ロード側搬送ロボット１６ｂの近傍
にはロード側ウェハカセットが配設され、その中に未描
画ウェハ３ｂが収納されている。２０は未描画ウェハ３
ｂの位置合わせを行なうプリアライメントステージであ
る。

また、第１図及び第２図において、試料室１と交換室８
間の隔壁７と、交換室８下部の排気管９との間は直結管
路４８によりバイパス接続されている。交換室８内はそ
の容積と内容物の多さにより試料室の真空度まで到達し
にくいが、バイパス接続により隔壁７付近の真空度が良
くなり交換室８の真空度が多少悪くても試料室１の真空
度を悪化させることなく、隔壁７を開けてパレット交換
を行なうことができ、従って真空到達のための待ち時間
を短縮できるようになっている。

以上の構成の試料交換装置において、隔壁７が閉じられ
、試料室１での描画と交換室８でのウェハ交換が同時に
進行する。すなわち、交換室８にはベント配管（図示せ
ず）を通して窒素ガスが導入され、一方、エレベータ機
構はケージ１３のいずれの階にパレットがあるか検出さ
れ、該出側がウェハ交換位置まで上昇するように制御さ
れ、交換室８が大気圧に戻ったのち、第２図のごとく交
換室カバー１５が開けられる。次いで第３図に示すよう
に交換室８に隣接して設けられたアンロード側搬送ロボ
ット１６ａの搬送腕１７ａが伸び、描画済ウェア３ａを
パレット４ａからすくい上げて吸着し、搬送腕１７ａの
縮退、９０度回転、昇降、再伸長さらに下降により２５
枚入りアンロード側ウェハカセット１８ａの所定ポケッ
ト位置にアンロードして格納する。一方、前記描画済ウ
ェハ３ａがパレット４ａを離れると同時に交換室８の反
対側に隣接するロード側搬送ロボット１６ｂと搬送腕１
７ｂが同様に作用し、前もってロード側ウェハカセット
１８ｂから取出され、プリアライメントステージ２０に
おいて外形基準で位置合せされた未描画ウェア３ｂをパ
レット４ａに装着する０次いで交換室カバー１５が閉じ
て交換室８の真空排気及びエレベータ下降動作に移り、
並列に実行されている描画作業の終了を待つ。

次に前記パレットによるウェハクランプ動作について説
明する。第４図に示すように、エレベータ機構は主にケ
ージ１３を能動する外筒２１とパレット４を押上げる内
筒２２からなる。すなわち、ボールねじ１２に係合する
ナツト２３を保持した内筒２２は下端フランジ部に軸受
２４を設け、固定軸２５との係合により回転が拘束され
、ボールねじ１２の回転により昇降動を行なうようにな
っている。一方、前記内筒２２の上端は角形のフランジ
状をなし、四隅に固定された凸部２６と、スリーブ２７
によって上下動自在に支持されコイルばね２８により上
向きに加圧された上端に凸部を有するロッド２９とが対
に配設されている。他方、外筒２１は前記内筒２２にボ
ールスプライン３゜で上下動自在に係合され、大径のコ
イルばね３１により上向きに加圧され、角形フランジ状
の上端においてケージ１３が取付けられている。従って
、ケージ１３は通常押上げられているため、ケージの下
側（−階側）にあるパレット４が、内筒２２の上端の凸
部に動作を阻止されることはなく、ボールねじ１２の回
転がケージ１３の上下動に変る単純なエレベータ機構を
なしている。

しかるに、ウェハ交換の際は、前記エレベータ機構によ
りパレット４がウェハ交換位置まで上昇し、前記内筒２
２の再上昇によりパレット４の位置決め、そしてウェハ
３の解除が順次行なわれる。

すなわち、あらかじめ前記ケージ１３のいずれの階にパ
レット４があるか検出され、−階にある場合は外筒２１
の角形フランジが対称位置の固定ストッパ３２に接する
まで、二階にある場合はケージ１３の上昇を阻止するよ
うに図示位置までスライドさせた移動ストッパ３３に接
するまでエレベータが遇区動される。

また、パレット４上方の四隅にはパレット４の上昇を阻
止するようにパレットストッパ３４が設けられ、またパ
レット４下面の対応する四隅には凹部３５が設けられ、
前記内筒２２のロッド２９上端とパレットストッパ３４
に挾まれてコイルばね２８が押戻され、パレット４が位
置決めされるまでエレベータ機構が晩動される。

さらに、パレット４上面にはウェハ３を挾むためのクラ
ンパ３６が設けられ、第５図乃至第７図に示すように、
四隅でパレット基台を貫く支柱３７によりクランパベー
ス３８に連結され、４枚の板ばね３９からなる平行板ば
ね機構によりパレット基台に対し上下動自在に支持され
、かつ四隅の支柱３７に設けられたコイルばね４０によ
り下向きに加圧されたウェハ３を保持している。すなわ
ち、エレベータが更に即動されるとパレット４は位置決
めされたままであるが、前記内筒２２の固定凸部２６が
更に上昇してクランパベース３８に接し、ついにはコイ
ルばね４０を圧縮してクランパ３６を押上げウェハ３の
保持を解除する。こののち、パレット４に設けられた溝
４１に沿って前記搬送腕１７ａが進入し、描画済ウェア
３ａをすくい上げて吸着、搬出するのは前記のとおりで
ある。次いでロード側の搬送腕１７ｂが位置合せされた
未描画ウェア３ｂを吸着して搬入してくるが、位置ずれ
を起すことなくパレット４に保持するため、パレット４
にはウェハ３ｂを一時的に真空吸着するための溝４２ａ
、４２ｂと配管路４３ａ。

４３ｂが設けられ、第４図に示すように、パレットの位
置決め状態において０リング４４と継手４５により接続
される真空用配管路及び電磁弁（共に図示せず）につな
がっている。

ところで、プロセスウェハの描画精度を左右する因子の
一つにウェハ３の接地具合がある。例えば、Ｍ！ｉ膜Ｓ
　ｉ　Ｏ２が膜付けされたウェハ３はチャージアップし
易く、蓄積された電荷により電子線が曲げられ、描画精
度を低下させる。このためウェハ３を接地させる訳だが
、クランパ３６には接地用針４６が設けられ、クランパ
３６の下降によるウェハ保持動作と同期して絶縁膜を突
き破り接地するようになっている。一方この接地状態を
検出するために、前記交換室カバー１５に締林支持され
、カバーの閉動作と同期してウェハ３の他端で同様に接
地するように接地検出用針４７が設けられており、接地
不良の場合は警報などのエラー処理を実行するように構
成されている。そして、二九らの針の先端材質は硬度、
非磁性、導電性などの要件から導電性ダイヤモンド（ｎ
ｂ）を採用している。

また、上記交換室カバー１５は長方形の一辺を支点とし
て他の三辺が一体で開閉する簡東なカバー構造の真空隔
壁として機能するためウェハ３のロード・アンロードは
もちろん、支点の対辺側にガイドを追加することにより
清掃のためのパレット出し入れや所定サイズ以外のウェ
ハやマスクを描画するための専用パレットの出し入れに
便利である。

なお、スルーグツ１−向上のため前述のごとく試料室１
での描画と交換室８でのウェハ交換が並行して行なわれ
るが、ここで描画に対する外乱が問題となる。例えば、
交換室８の真空排気の初めは真空容器の圧力バランス変
化により試料室１内の測長値が変化する。これらの変化
は、通常行なわれるウェハ３への描画が前層への重ね描
画であり絶対値を要求されないため、変化したのちに次
の描画のためのマーク検出を実行するように描画の中断
制御を行なうことにより精度低下を回避する。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、試料室と交換室
との間に隔壁が設けられ、この隔壁は試料保持板を交換
するときだけ開くようにしたので。

交換室の材料が試料の描画に影響することを軽減できる
。

また、試料室内の試料保持板と交換室内の試料保持板が
自動的に交換され、かつ交換室内の試料保持板上の試料
が外部の新しい試料と自動的に交換されるようになるの
で、省力化を達成することが可能である。

さらに、試料室での操作と交換室での操作を同時に並行
して行なえるので、生産性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の試料交換装置におけるパレット交換の
状態を示す縦断面図、第２図は第１図の試料交換装置に
おけるウェハ交換の状態を示す縦断面図、第３図は第２
図に対応した平面図、第４図は第２図におけるＩＶ部の
詳細図、第５図はパレットの平面図、第６図は第５図の
ＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図、第７図はパレットの底面
図、第８図は接地検出を説明する概略図、第９図はシス
テム構成を示す概略図である。 １・・・試料室、３・・ウェハ、４・・・パレット、５
ＸＹ移動台、７・・・隔壁、８・・交換室、１２・・ボ
−ルねじ、１３・・ケージ、１４・・・操作捧、１５・
・・交換室カバー、１６・・・ウェハ搬送ロボット、１
７・・・敞送腕、１８・・・ウェハカセット、２１・・
外筒、２２・・・内筒、３３・・・移動ストッパ、３６
・・・クランパ、４６・・・接地用針、４７・・・接地
検出用針。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料が載置される一対の試料保持板と、該試料保持
   板の一方が収納され、かつ常時真空排気されて荷電粒子
   線により前記試料の表面に描画を行なうための試料室と
   、該試料室の隣に開閉自在な隔壁を介して配設され、か
   つ内部に前記試料保持板の他方が収納される交換室と、
   該交換室内の試料保持板を上下に昇降させる昇降機構と
   、前記試料室の試料保持板と前記交換室の試料保持板と
   を交換する試料保持板交換手段と、前記交換室の試料保
   持板上の描画済の試料を外部の未描画の試料と交換する
   試料交換手段とを備え、前記隔壁を開ける時は前記交換
   室が真空排気され、かつ前記昇降機構が下降して、前記
   試料保持板交換手段によって前記試料保持板が前記試料
   室と交換室との間で交換され、前記隔壁を閉じた時は前
   記交換室が大気圧に戻され、かつ前記昇降機構が上昇し
   て、前記試料交換手段によって前記試料保持板上の試料
   が交換される構成とした試料交換装置。 ２、請求項１記載の試料交換装置において、前記試料保
   持板には、前記試料を真空吸着するための溝と、該溝に
   連通した配管路が設けられている試料交換装置。 ３、請求項１記載の試料交換装置において、前記試料保
   持板の下面には、前記昇降機構の上面と弾性的に係合し
   試料保持板の位置決めを行なう係合部が形成されている
   試料交換装置。 ４、請求項１記載の試料交換装置において、前記試料保
   持板の上面には前記試料を押圧して保持する押えが上下
   動自在に設けられ、通常時前記試料を保持する一方、前
   記昇降機構の上面には前記押えに係合可能な凸部が形成
   され、試料交換時該凸部によって前記押えを押し上げて
   前記試料の保持状態を解除する構成とした試料交換装置
   。 ５、請求項４記載の試料交換装置において、前記試料保
   持板には前記押えを下向きに付勢する付勢部材が設けら
   れている試料交換装置。 ６、請求項１記載の試料交換装置において、前記試料保
   持板には前記試料の一端で絶縁膜を突き破る接地用針が
   設けられ、かつ前記試料の他端には接地検出用針が設け
   られた試料交換装置。 ７、請求項６記載の試料交換装置において、前記接地用
   針及び接地検出用針の先端は、導電性ダイヤモンドで構
   成されている試料交換装置。 ８、請求項１記載の試料交換装置において、前記昇降機
   構の上部には前記一対の試料保持板を別個に収納できる
   二階構造のケージが設けられている試料交換装置。 ９、請求項８記載の試料交換装置において、前記ケージ
   の高さを検出する検出部と、該検出部からの信号に基づ
   いて前記ケージを所定位置に停止させるストッパとが配
   設された試料交換装置。 １０、請求項１記載の試料交換装置において、前記試料
   室と交換室の間の隔壁と、交換室を真空排気する排気管
   との間に直結管路を設けた試料交換装置。 １１、請求項１記載の試料交換装置において、前記交換
   室の上部は交換室本体と交換室カバーとに上下に二分割
   され、かつ該交換室カバーは一部が係止部材により交換
   室本体に係止されて開閉自在に構成されている試料交換
   装置。 １２、請求項１記載の試料交換装置において、前記交換
   室の近傍には、前記試料保持板上の描画済みの試料を搬
   出するとともに、前記試料保持板上に未描画の試料を搬
   入する試料搬出入手段が設けられている試料交換装置。 １３、請求項１記載の試料交換装置において、前記交換
   室を真空排気したり大気圧に戻したりする操作を行なう
   際に、前記試料室における試料の描画処理に対する摺動
   などの悪影響をなくすために、前記操作に同期して前記
   描画処理を中断する中断制御手段を設けた試料交換装置
   。