JPH0323631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、真空中で処理を実行するための装置
に関する。特に、対象物の表面上の局部的な領域
において真空処理を実行するためのエンベロプ
（envelop）装置に関する。

〔発明の背景〕

地球大気外の真空領域での処理は、特別な宇宙
実験以外不可能であるので、真空中での対象物処
理は通常、シールドチエンバ内で行われている。
地上での真空処理の場合には、対象物をチエンバ
内へロードして、次にチエンバをシールし排気す
る。スパツタリング、真空蒸着、溶接又は荷電粒
子ビームによる他の処理のうちから選ばれた処理
がチエンバ内部で実行される。

半導体処理産業においては、バツチ方式が広く
用いられている。バツチ方式の場合には、１回分
のウエフアがロードされ或いはアンロードされる
たびにチエンバが外界に開けられる。そのため、
連続するバツチのたびにチエンバの完全な排気が
要求される。チエンバの真空が破られることによ
つて、装置内へ汚染物の混入の可能性が生じ、チ
エンバ内部の全露出表面がガスを吸着してしま
う。ひき続く排気の際に、チエンバ容積を満たす
ガスを除去することに加えて、吸着ガスも除去す
べきである。さらに、装置が自動ローデイング及
び自動輸送の特色を備えている場合には特に、装
置の複雑性が増す。従来の真空バツチ処理の例と
しては、米国特許第3749838号、第3892198号及び
第4298443号を参照されたい。

特に半導体処理産業で実施される真空処理技術
の発展において、真空を効率良く利用することが
行われてきている。効率的な真空利用を達成する
ために、ローデイング及びアンローデイングに要
する時間を最小にする装置、対象物のロード・ア
ンロードのたびに主処理チエンバを外界圧力へと
戻すようなことを防止するためのロードロツクチ
エンバを利用する装置、並びにガス吸着表面を最
小にして排気要求量を減少するために主チエンバ
の寸法を減少させた装置が開発された。さらに、
主チエンバ及びその内部の処理装備が不揮発性材
料で製作され、チエンバへの脱ガスを減少させ
た。

真空チエンバの寸法そしてしばしば複雑性を減
少させることその他の理由のために、個々的な半
導体ウエフアの直列処理が実行されてきた。理論
的には、チエンバはウエフア寸法近くまで寸法を
減少させることができ、処理ステーシヨンがチエ
ンバの一つの壁を形成することもできる。直列処
理の例としては、J.D.Helmsの米国特許第
3721210号の装置がある。この装置においては、
半導体ウエフアが支持デイスク上にロードされ、
小容積反応チエンバへと連続的に移動される。F.
T.Turner等のIndividual Wafer Metalizing
System −Ａ Case History（Industrial
Research ＆ Development、1982年３月150
頁、同年４月148頁）に開示された装置によれば、
個々的なウエフアがロードロツクを通してカセツ
トから移送プレートへと導入される。ウエフア
は、移送プレート上の適所にクリツプで保持され
る。移送プレートが回転されて、ウエフアを連続
する処理ステーシヨンにおける処置のために提供
する。ウエフアが各処理装置に向い合つて接近し
て提示されるので、各連続ステーシヨンにおける
チエンバ容積は非常に小さい。さらに各チエンバ
は外気に対して開けられることなく、ただウエフ
ア移送の際に隣接チエンバへと短時間露出される
に過ぎない。このようにして、ウエフアのバツチ
処理に伴う真空の非効率的利用が除去された。し
かしながら、ウエフアをロードロツク又はチエン
バへとロードする必要性及びそれに伴う処理開始
前の排気要求によつて、スループツトは依然とし
て好ましくない。そして、最終的に高真空が発生
されるべき体積中に半導体ウエフアをロードする
ので、少なくともウエフアと同程度の大きさの包
囲体が要求される。さらに、真空と空気の中間面
のために、ウエフア移送装置は依然として機械的
に複雑である。ウエフア全体が真空内に維持され
るので、ウエフアを加熱又は冷却するためには輻
射熱移送しか容易に得られない。故に、イオン注
入又はスパツタエツチングなどの処理中に過度の
温度上昇が生じ得る。或いは、ウエフア加熱を要
する処理中に、真空内部でウエフアを十分に加熱
できないこともある。

集束荷電粒子ビーム処理の場合に、従来技術の
真空領域は通常、真に処理すべき局部的領域より
もかなり大きい。この局部的領域は、ウエフアの
全表面積よりも小さいスポツト領域又は良く局限
された走査域である。代表的には、ビームが細か
な運動をしている間に半導体ウエフアがビームに
対して相対移動して、ウエフア表面の全処理が得
られる。ウエフア並進運動装置は代表的には真空
容積内に含まれていて、それにより真空チエンバ
の寸法及び複雑性並びに関連する機構が増大す
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、対象物の表面上の局部的真空
処理を可能にするエンベロプ装置を提供すること
である。

他の目的は、処理すべき対象物の表面におい
て、内部真空処理領域と外部環境との間の段階的
真空シールを形成するエンベロプ装置を提供する
ことである。

他の目的は、処理すべき対象物の表面上のうち
真空が要求される局部的領域のみに真空をもたら
すエンベロプ装置を提供することである。

他の目的は、対象物に物理的に接触することな
く対象物の表面上の局部的領域に真空をもたらす
エンベロプ装置を提供することである。

〔発明の概要〕

半導体ウエフアなどの対象物の表面上の局部的
領域において真空を容易に生成するためのエンベ
ロプ装置を提供する。真空の存在によつて、特別
の処理が実施可能になる。エンベロプ構造体が内
方処理領域を面成し、そこで処理レベルの真空が
維持される。さらに、内方処理領域を包囲する中
間真空領域も画成される。内方処理領域及びそれ
を包囲する真空領域がエンベロプ装置の表面に晒
され、該表面は処理すべき対象物に近接対向して
位置され、それにより内方処理領域から外方へと
段階的真空シールが形成される。真空エンベロプ
は固定位置に保持され或いは対象物表面の外形を
機敏に追尾する。それにより、エンベロプ先端と
対象物表面との間の間隙が許容範囲内に収まる。
このことによつて、真空エンベロプ外側の外部環
境に対する非接触段階的真空シールが形成され
る。半導体処理に応用した場合には、２段階排気
により形成され且つ20〜40マイクロメートルの範
囲内の間隙を有する段階的シールが、エンベロプ
装置の内方処理領域内部に10^-5Torr又はそれ以
下の真空を設定できることが解つた。

〔従来技術の説明〕

シールされた真空チエンバ内で真空処理状態が
達成される。第１図に示すように、真空チエンバ
１０は、拡散ポンプ、イオンポンプ又はクライオ
ポンプなどの高真空ポンプ１４によつて、高真空
に排気され、維持される。高真空ポンプ１４は、
冷却トラツプ１７及びバルブ１６を介して荒引き
ポンプ１９によつてバツクアツプされている。ブ
ースタポンプ１５又はルーツブロアポンプ等の他
の補助ポンプを、中間排気段として用いることも
ある。高真空バルブ１３は、チエンバのローデイ
ング及びアイローデイングの間に真空ポンプをチ
エンバ１０からシールする。高真空マノメータ１
１がチエンバ１０内の真空度をモニターし、マノ
メータ１８が前段の荒い真空度を指示する。動作
にあたり、真空処理すべき対象物の全体をチエン
バ１０内に位置する。対象物のバツチのたびに装
置を完全に排気して、処理を実行するのに十分な
高真空レベルにする必要がある。そして処理中に
温度上昇によるチエンバ壁の脱ガスが生じたとし
ても、真空度を維持する必要がある。入手可能な
真空チエンバの寸法よりも大きな対象物は、バツ
チ真空処理を施すことができない。

局部的真空処理が真空の効率的利用をもたら
し、真空処理装置の寸法及び複雑性を減少させ
る。或る特定応用例においては、処理すべき対象
物に接触させて良く、シールを形成する。例え
ば、米国特許第4342900号においては、耐熱可撓
性材料で製作されたシールド部材が、対象物に対
して押圧される。シールド部材内部の空間が処理
領域を形成し、そこで真空が維持され、電子ビー
ム溶接処理が実施される。しかし、或る他の応用
例にあつては、処理装置はウエフアへの接触が禁
じられる。例えば半導体ウエフアの処理において
は、ウエフアの表面の既に処理された領域に損傷
を与えないように、そしてひき続く処理を妨害し
ウエフアを汚染するような微粒子の発生の防止及
びウエフアの破損の防止のために、ウエフアの上
方表面への接触が禁じられる。こうして、半導体
ウエフアを処理するときには、ウエフアとの物理
的接触なしに局部的真空処理を達成することが望
まれる。

〔好適実施例の概略〕

本発明のエンベロプ（envelope）装置は、ウ
エフアとの物理的接触をしない。エンベロプ装置
を組入れた装置の模式図を第２図に示す。エンベ
ロプ装置２９が、処理装置２７の底部に取付けら
れる。エンベロプ装置２９は円錐形状の局所エン
ベロプ部を有し、そのエンベロプ部は装置２７に
より処理される対象物３０の表面２４に対向して
位置する截頭端３１を有する。可撓性の対象物を
処理する場合には、以下に述べる種々の真空領域
と外界との間の圧力差によつて対象物の反りを生
じさせないように、エンベロプ装置を必要に応じ
て小さくすることができる。処理の実施を支持す
るための高真空が高真空ポンプ２８により発生さ
れて、高真空バルブ３３を通じて処理装置２７の
チエンバへと連通される。加工処理は、幅ｄの開
口部を通して表面２４へと適用される。截頭端３
１と処理すべき対象物の表面２４との間に段階的
真空シールが形成される。すなわち、開口部３２
のところに高真空が存在し、円錐２９の外方に外
圧が存在する。これらの間に中間的真空が存在
し、エンベロプ要素である環状円錐スリーブ３４
を通して荒引きポンプ２６に連通している。処理
に要求される真空度に応じて、追加的な中間真空
段を用いることができる。エンベロプ装置２９の
端部３１と対象物３０の表面２４との間の間隙が
連続的に維持される。この間隙は、固定されるか
或いは、20〜40マイクロメートルの許容範囲内で
手段２５により動的に維持されるかのいずれかで
ある。この範囲の上限は、内方処理領域内で必要
な真空度を維持するのに許容されるガス流入量に
よつて制限される。この範囲の下限は、ウエフア
との非接触を保障するのに必要な余裕量によつて
制限される。上述した理由のためにウエフア接触
は常時避けなければならないからである。

間隙維持技術には、平坦な空気ベアリングの使
用、対象物及びエンベロプ装置のための固定位置
設定、米国特許出願第3194055号に示された型の
空気マイクロメータの使用が含まれる。本発明の
型のエンベロプ装置に使用する他の間隙維持装置
が、本出願人に譲渡された米国特許出願第435177
号（局部真空処理のための間隙制御装置）に記載
されている。簡単に説明すれば、その間隙維持装
置は、真空エンベロプの先端と処理すべき対象物
との間の間隙の測定値に対応した間隙感知信号を
もたらすよう動作する検知手段を含む。制御手段
が、間隙の変化に応じて動作し、所要間隙寸法又
は許容寸法範囲と測定値との差に対応した制御信
号をもたらす。作動手段が、制御信号に応じて真
空エンベロプ装置と対象物との間隙を変化させる
ように動作する。好適実施例においては、作動手
段は３基の離隔した独立に制御される作動器を有
する。作動器は、被加工物ホルダーを通じて被加
工物に結合される。制御手段は、作動器の各々に
対して独立な作動信号をもたらす。独立な作動器
が不等量だけ作動されるときに、作動手段は処理
すべき対象物表面と真空エンベロプ装置との間の
角度を変化させるように動作する。

真空が失われ或いはかなり減少されたときに、
真空エンベロプ装置は新しく供給された基板に対
してロツクイン（lock−in）する必要があろう。
真空エンベロプ装置のロツクインは、数通りの方
法でなされ得る。或る実施例においては、２段階
の真空ロツクイン工程が用いられる。ここで内方
処理領域の高品質真空が達成される前に、容量セ
ンサなどの検知器が用いられて真空エンベロプ装
置の対象物表面に対する相対的接度を検出する。
真空エンベロプ装置は、上方又は横方向の位置か
ら対象物に向けて移動する。真空エンベロプ装置
及び対象物が互いに近接して低レベル真空閾値を
達成するのに十分なほどになると、容量センサが
位置決め手段へと情報をもたらす。低レベル真空
閾値を越すと、内方処理領域のための高真空源が
ターンオンされる。次に、上述の間隙維持装置が
起動されて、段階的真空シールのための平衡真空
レベルが速やかに達成される。既知の一様な厚さ
を有する半導体ウエフアの場合には、第３図に示
すように、整合パツド６３に隣接した真空チヤツ
ク４６の上にウエフアを位置することができる。
チヤツクは、ウエフアの厚さに等しい距離だけパ
ツドの下方にある。こうして、ステージ４７は真
空エンベロプ３９に対して横方向に移動可能であ
り、パツド６３又はウエフア４５の上のどこにで
も真空を保持することができる。或いは、イオン
注入又は金属化のためには、第８，９図に示すよ
うなくぼみを有するリンク搬送器８３が用いられ
ても良い。

本発明は、真空エンベロプ装置と対象物表面と
の間に非接触シールをもたらす。シールが確立さ
れると、エンベロプ装置の内方領域内部で真空が
発生され維持される。この領域は、処理すべき対
象物表面上の局部的範囲に対応する。この領域内
部では、例えば電子ビーム溶接、イオンビームミ
リング、リソグラフイツクプロセス等の特定の真
空処理が実行される。代表的には、真空エンベロ
プ及び基板が互いに相対的に移動し、エンベロプ
真空領域は異なる時刻には対象物の異なる局部的
領域の上方にある。或るパターンに従つて相対的
運動がなされるので、対象物の適切な全ての領域
が真空処理により処置されて、その後対象物は取
除かれて新しい対象物が処理のために挿入され
る。

ほぼ平坦な表面又は外形が緩やかに変化する表
面を有する対象物が処理されるときに、本発明の
非接触要求が適えられる。外形の緩慢変化の結果
として、真空エンベロプ装置の先端をウエフアに
近接させる急激なＺ軸移動が要求される。真空装
置と対象物との間の間隙の範囲の許容値は、処理
のために必要な真空の品質にも依存する。例えば
溶接装置内におけるような約10^-4Torr以上の低
品質真空が許容されるならば、大きい間隙又は不
規則表面対象物が許される。半導体処理装置にお
けるように約10^-4Torrよりも低い高品質の真空
が要求されるならば、より狭い間隙が維持され且
つウエフアが狭い範囲内に平坦であることが必要
とされる。半導体産業界において、そのような高
度の表面平坦性を有するウエフアが業者により日
常的に供給されている。1981年における磨かれた
単結晶スライスのためのSEMI規準M1.1は、ウエ
フア厚の最大許容変化を特定し、それについての
将来の修正について指示している。半導体産業の
処理において、処理中のウエフアのねじれを防止
するために大きな注意が払われていて、ウエフア
は自動的ウエフア操作装置によつて操作される傾
向にある。例えば、D.C.Guidiciによる「ウエフ
ア平坦性（Wafer Flatness）」（An Overview
of Mesurement Considerations and
Equipment Correlation、SPIE、第174巻、
Developments in Semiconductor
Microlithography 、1979年第132頁）を参照
されたい。ねじれの主要源の一つである高温処理
が、本発明の装置を用いることによりほぼ減少さ
れる。そういうねじれは、半導体素子の処理に伴
う最大の問題点の一つである。例えば、D.
Thebault等のReview of Factors Affecting
Warpage of Silicon Wafers（RCA Review、
1980年12月、第41巻第592頁）を参照されたい。
本発明のエンベロプ装置に伴うねじれの減少は、
任意の時点でウエフアの大部分が外部環境に露出
していて以つて外界とウエフアとの間の全体的に
高い熱移動がもたらされることに起因する。ウエ
フアの処理すべき局部的領域付近の部分における
熱損失が特に高い。何故ならば、そこでは温度差
及び熱移送量が最も大きいからである。こうし
て、ウエフアねじれは非常に減少され、間隙は許
容範囲内に容易に維持される。

〔好適実施例の説明〕

第２図の模式図に示すように、処理装置２７は
本発明の真空エンベロプ装置２９を用いる。表面
処理されるべき対象物３０は、エンベロプ装置２
９の先端３１と離れて近接対向位置に存置され
る。処理を保持するのに十分な真空が、真空ポン
プ２８によりバルブ３３を通じて装置２７へそし
てエンベロプ装置２７の内方処理装置３２へ供給
される。代表的には対象物３０の移動により、或
いは処理装置２７の移動によつてエンベロプ装置
２９が対象物３０に対して相対的に移動するとき
に、処理すべき表面領域の各部分が内方処理領域
３２へと連続的に晒される。領域３２は、真空エ
ンベロプ装置２９内部に寸法ｄの開孔を有する。
対象物３０の全表面２４が同時に真空に晒される
ことはなく、ほんの小さな局部的部分のみが任意
の時刻に真空及び付随処理に晒される。荒引きポ
ンプ２６によつて中間真空レベルが発生され、内
方処理領域３２を包囲するエンベロプ要素である
スリーブ３４を通して先端３１に連通している。
このようにして、エンベロプ装置２９の先端３１
と対象物３０の表面２４との間に段階的真空シー
ルが生じる。段階的真空シールは、チヤネル３４
の開口の下での内方処理領域３２から外界への間
で存在する。先端３１と対象物３０の表面２４と
の間隙は、処理真空要求が厳格でない場合には固
定しても良い。或いは、本出願人の米国特許出願
第435177号に詳細に記載したような手段２５によ
つて、間隙を動的に制御しても良い。真空エンベ
ロプ装置２９が機械的手段（図示せず）によつて
対象物３０に対して相対的に移動するにつれて、
処理される領域の位置が変化する。ビームに応用
した場合には、真空エンベロプ装置２９の開孔下
方に同時的に晒されている対象物３０の表面２４
の部分に対して、ビームが全体に又は選択的に指
向され走査され得る。このような組合わせた移動
法は、米国特許出願第3900737号に開示された型
のもので良い。

本発明のエンベロプ装置を電子ビームリソグラ
フイ装置に応用した場合の特定応用例を第３図に
示す。エンベロプ装置３９は、電子ビームコラム
３５の底部に据え付けられる。１２０は電子源、
１２１はイルミネーシヨン及び成形手段、１２２
は縮小手段、１２３は射出及び偏向手段である。
エンベロプ装置３９の先端４０は、真空チヤツク
４６上に載置された半導体ウエフア４５の表面の
わずか上方に位置する。エンベロプ装置３９の先
端４０とウエフア４５の表面との間の間隙が維持
される。装置が動作すると、この間隙内部で段階
的真空シールが形成される。真空エンベロプ装置
３９が截頭円錐形状の局所エンベロプ部を有する
ので、放射状のシールが形成される。局所エンベ
ロプ部は隔置されたエンベロプ要差である円錐部
材を有し、各エンベロプ要素は開孔を有し、一連
の分離した内方領域４３、並びに中間領域４２お
よび４１が画成される。各領域は真空ポンプに気
密連通されている。中間的領域４１及び４２が、
第１段ポンプ５３及び第２段ポンプ５４にそれぞ
れ連通する。領域４３は、高真空ポンプ３６に連
通している。ポンプ３６は、リソグラフイツク処
理を支持するのに十分な真空をもたらす。先端に
おける真空の質は、ポンプ３６と先端４０との間
の低いコンダクタンスを反映する。真空度は段階
的に形成され、すなわち外部環境のレベルから、
第１段真空ポンプ５３により生じた低真空レベル
へ、そして第２段真空ポンプ５４により形成され
た高い真空レベルへ、さらに先端４０に連通した
高真空ポンプ３６により形成されたより高い真空
レベルへと段階的な真空度が達成される。レンズ
６０などの電子光学素子をもつてコラム３５を充
填することにより生じた低いコンダクタンスのた
めに、高真空の一部のみが真空エンベロプ装置３
９の先端４０に連通する。しかしながら、内方領
域４３を通して十分な高真空が配分され、領域４
１及び４２を通して中間的な真空が配分される。
それにより、コラム３５に対してのステージ組立
体４７の相対的移動が達成されている際にも、段
階的真空シールが維持される。加工用ビームの処
理の点が半導体ウエフアの表面上を移動したとし
ても、処理の点において常に真空が維持される。

ｘ−ｙレーザ干渉計からのフイードバツクなど
の制御信号に応答して適切に正確な移動をもたら
し得る任意の手段によつて、ステージの移動が達
成される。決定時間の短いことも要求される。例
えば、直交円筒形状の空気ベアリングを用いても
良い。例えば、D.R.Herriott等の「EBES：Ａ
Practical Electron Lithography System」
（IEEE Transactions on Electron Devices，
ED−22、1975年 第385頁）を参照されたい。平
坦な空気ベアリングも提案された。例えば米国特
許出願第4191385号を参照されたい。或いは、ダ
ブルサイド平坦空気ベアリングも用い得る。B.
G.Lewis等の「ウエフア直接露光電子ビームリソ
グラフイのためのレーザ干渉計制御Ｘ，Ｙ空気ベ
アリング」（電子及びイオンビーム科学技術に関
する第10回国際会議、1982年第477頁）を参照さ
れたい。そこで用いられた空気ベアリング並進手
段は、しかしながら、嵩が大きくコスト高であり
且つ良好な作動状態を維持するのが困難である。
好適には本出願人の同時係属米国特許出願第
435178号に開示したような線形モータを閉ループ
系内で用いても良い。例えば、Sawyer原理型等
のような線形モータを用いることにより、設計の
単純化及び滑らかな動作特性が得られる。
Sawyer原理型モータの場合には、可動ステージ
は、ワイヤ巻きで電磁石として機能する磁極のネ
ツトワークを有する。ベースプレートが、整合す
る又は補足的な磁極ネツトワークを有する。可動
ステージ上の磁石の極性を適切にスイツチングす
ることにより、その磁極はベースプレート上の反
対極性磁極により間欠的に選択的に引きつけられ
る。スイツチングのタイミングがモータの速度を
決定する。極めて滑らかな移動が得られる。例え
ば、B.A.SawyerのMagnetic Positioning
Device（Re 27，289）、及びJ.Dunfield等の
Sawyer−Principle Linear Motor Positions
Without Feedback（Power Transmission
Design、1974年６月第72頁）を参照されたい。

自動ウエフア処理装置においては、直列ローデ
イングの可能性が望まれる。その可能性によつ
て、ウエフアは或る処理ステーシヨンから他の処
理ステーシヨンへと移動され一時停止することな
しに次の連続する処理工程へと導入されて、バツ
チを形成する。例えば、F.T.Turner等の
Individual Wafer Metallizing System−Ａ
Case History（Industrial Research and
Development、1981年３月第150頁、1981年４月
第148頁）を参照されたい。そこでは、任意の時
刻に特定の処理ステーシヨンにウエフアの大量な
バツチが位置されるということはない。本発明の
真空エンベロプ装置にとつて直列ローデイングは
本来的なものである。というは、任意の時刻に単
一のウエフアのみが真空エンベロプ装置へと輸送
され、処理に課せられる。このことは、第３，４
図を参照すれば理解できる。そこではリソグラフ
イ装置が、真空チヤツク４６上のウエフア４５に
隣接して位置した整合パツド６３を有するものと
して示されている。ステージ４７上に真空チヤツ
ク４６からウエフア４５がアンロードされ或いは
そこへロードされるときには、ステージ４７は移
動して真空エンベロプ装置３９の真下に整合パツ
ド６３がくるようにし得る。それにより、ウエフ
アの妨害ないローデイング及びアンローデイング
が可能になる。真空エンベロプ装置の先端が新し
くロードされたウエフア上に位置されたときに処
理用真空を再度確立するという必要はない。何故
ならば、真空はそのまま保持されているからであ
る。

真空エンベロプ装置の先端の底面図を第５，６
図に、断面図を第７図に示す。第５図の先端は、
第３、４図に側面断面図で示した３段真空エンベ
ロプに対応する。第６、７図の先端は、第１０図
に示す３段エンベロプに空気ベアリングを加えた
実施例に対応するものである。３段真空エンベロ
プの場合には、高真空領域６５が円錐部材６８に
より包囲され、高真空ポンプ３６に連通してい
る。中間真空領域６６が環状円錐部材６９により
包囲され、第２段真空ポンプ５４に連通してい
る。中間真空領域６７が外方表面となる円錐部材
７０により包囲され、第１段真空ポンプ５３に連
通している、３段エンベロプ＋空気ベアリングの
場合には、前記と同一の構成に加えて、空気供給
孔７２、環状溝７３及び放射状空気溝７１を有す
る。空気供給孔７２は、領域１０６を介して正の
空気供給器１１３に連通する。動作にあたり、適
切な圧力の空気が供給されて、真空エンベロプの
先端の外方表面円錐部材７０と半導体ウエフア９
９の表面との間に空気ベアリングを生じさせる。
真空溝６７への空気の流入を最小にするために、
内方に流入する空気を受ける環状溝７３が配置さ
れて、外方へ通ずる放射状空気溝７１へとその空
気を導通させる。空気はほとんど真空領域６７へ
は進入しない。外方表面円錐部材７０の周囲を横
切つて外界へと到達する空気もあるが、大部分の
空気は環境溝７３及び放射状空気溝７１を通つて
外界へと流れる。

第６，７及び１０図の空気ベアリング実施例の
場合には、ステージ１０１と真空チヤツク１０２
と真空エンベロプ装置１０３との間に活動的Ｚ軸
追尾を設ける必要はない。その代わりに、エンベ
ロプ装置１０３はベローズ１０７によつて処理チ
エンバ１０９に付着している。処理チエンバは、
例えば加工用ビーム１０８を生じる電子光学コラ
ムであつて良い。ステージ１０１は、Ｘ、Ｙ駆動
装置によつてエンベロプ装置１０３の先端１０５
に対して移動する。ベローズ１０７の弾性力と空
気ベアリングによる浮揚力との間の動的平衡によ
つて、相対的なＺ軸移動がもたらされる。

本明細書及び図面においては簡単のために、真
空エンベロプ装置な鉛直方向であるものとして説
明し、処理装置は対象物の上方にあるものとし
た。しかし実際の応用においては何れの方向を選
択しても良い。例えば半導体ウエフアの処理にお
いては、水平方向の真空エンベロプ装置が好適で
あり、それによりウエフア自身は鉛直方向であつ
てウエフア表面上への粒子沈降を防止する。不規
則な形状の対象物の表面を真空処理する場合に
は、可動装置が対象物表面上で横方向に移動する
際に、真空エンベロプ装置の方向を変化させる必
要がある。或いは、処理装置の形状及び性質に適
合するようにエンベロプ装置の方向を選択しても
良い。対象物は、エンベロプ装置による段階的シ
ールの形成に適切な方向に位置することができ
る。

ところで、真空エンベロプ装置は例示・説明の
ために円錐形状であるものとした。このことによ
つて、小さな局部的領域全体にわたつて集束ビー
ム処理が支持され得る。しかしながら、一般に先
端の形状は特定の処理に見合うように選択され
る。例えば、ライン走査のためには長方形状が良
いだろう。電子ビーム溶接の場合には、真空エン
ベロプ部の形状は、溶接すべき対象物表面の外形
に適合するように作られる。いずれの場合にも、
エンベロプ装置の先端と対象物の表面との間に真
空シールが維持されて、内方処理領域から外界に
わたり段階的真空シールが達成される。エンベロ
プ部の寸法はあまり大きくすべきではない。処理
すべき対象物が、種々の真空レベルと外界圧力と
の差圧によつて曲げを被るからである。一般に、
対象物の剛性が大きくなり又は真空レベルが低く
なるほど、真空に晒される内方処理領域の面積は
大きくできる。内方高真空領域を包囲してそこを
外界から分離するための真空段の数は、低真空要
求に対しては１つ、より高い真空が要求される場
合には２つ又はそれ以上にすることができる。第
６，７及び１０図に示すように、真空エンベロプ
装置は平坦空気ベアリングで支持され、許容範囲
内の間隙を維持することができる。本発明のエン
ベロプ装置を用い得る応用例として、原理的に２
つの型がある。大表面積処理とリソグラフイであ
る。後者の応用の場合には、内方の高真空領域は
小さい。何故ならば、ビームは数ミリメートル程
度の距離しか走査せず、基板の並進運動がより大
きなサイズの相対的移動をもたらすからである。
例えば電子ビームなどの集束ビームの深さによつ
て、本出願人の米国特許出願第435177号及び第
435178号に示したような正確なＺ軸制御を得るこ
とが必要な場合もある。できるだけ多くのマスク
又はシリコンを利用するために、エンベロプ装置
はできるだけ縁部に接近するよう機能する必要が
ある。以て、小寸法の装置を採択することが好ま
れる。集束ビーム処理の場合には、円錐形状の先
端が好適である。何故ならばその形状は先端への
良好な真空コンダクタンスをもたらし、小さな先
端は対象物に小さな差圧しか与えないからであ
る。大規模な応用の場合には、縁部のことは考慮
せずに種々の形状の大きなエンベロプ構造を用い
ることができる。

第８，９図を参照すると、可動搬送器８３が、
くぼみ８４を有する表面８２を備える。くぼみ８
４は、平坦部８１を有する半導体ウエフア８０の
受容するように形状づけられている。好適には、
半導体表面の露光表面は、搬送器８３の表面８２
と同一平面である。さらに好適には、ウエフアは
在来の真空チヤツク手段（図示せず）によつてく
ぼみ８４内に保持される。搬送器は、真空エンベ
ロプ要素７７（断面で示してある）の下を移動す
ることができる。真空エンベロプ要素７７は、例
えばイオン注入器、プラズマエツチング装置又は
スパツタ付着装置の端部に位置される。内方真空
領域７９内部で処理が維持され、領域７８内で中
間的真空が確立される。内方真空領域７９から、
エンベロプ要素７６の下方、中間的真空領域７８
を横切り、エンベロプ要素７７の下方、そして外
界へと、段階的な真空シールが達成される。内方
真空領域７９がくぼみ８４に隣接する表面８２上
に重なると、その場所に処理がなされてしまう。
この処理の衝撃を最小にするために、イオン注入
において特別の走査パターンを用いたり、搬送器
８３を周期的に再生したり交換したりすることが
できる。そういう連続的処理は、太陽電池のため
に製作されたリボン半導体材料に特に好適であ
る。例えば、縁部が画成された膜供給成長によつ
て成長させられたシリコンリボンのイオン注入
が、イオン注入器に付設されたエンベロプ装置の
下でリボンを走らせることにより達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術のバツチ型真空処理装置の
概略図である。第２図は、本発明のエンベロプ装
置を組入れた局部的真空処理装置の模式側面図で
ある。第３図は、本発明のエンベロプ装置を組入
れた電子ビームリソグラフイ装置の側面断面図で
ある。第４図は、本発明の真空処理のためのエン
ベロプ装置の詳細な側面断面図である。第５図
は、本発明の局所エンベロプ部の先端の底面図で
ある。第６図は、本発明の局所エンベロプ部の先
端の変形実施例の底面図である。第７図は、第６
図の線分７−７に沿つて取つた断面図である。第
８図は、本発明のエンベロプ装置を組入れた装置
により処理されるべき半導体ウエフアを保持する
ための搬送器機構の平面図である。第９図は、第
８図の搬送器機構の拡大縦断面図である。第１０
図は、第６及び７図の装置の詳細な側面断面図で
ある。 〔主要符号の説明〕、１０……真空チエンバ、
１１……高真空マノメータ、１３……高真空バル
ブ、１４……高真空ポンプ、１５……ブースタポ
ンプ、１６……バルブ、１７……冷却トラツプ、
１９……荒引きポンプ、２４……表面、２６……
荒引きポンプ、２７……処理装置、２８……真空
ポンプ、２９……エンベロプ装置、３０……対象
物、３１……截頭端、先端、３２……開口部、３
３……真空バルブ、３４……環状円錐スリーブ、
３５……電子ビームコラム、３６……高真空ポン
プ、３９……真空エンベロプ装置、４０……先
端、４１，４２，４３……分離した領域、４５…
…ウエフア、４６……真空チヤツク、４７……ス
テージ、５３……第１段ポンプ、５４……第２段
ポンプ、６３……整合パツド、６５……高真空領
域、６６……中間真空領域、６７……真空溝、６
８……円錐部材、６９……環状円錐部材、７０…
…外方円錐部材、７１……放射状空気溝、７２…
…空気供給孔、７３……環状溝、７６，７７……
エンベロプ要素、７９……内部真空領域、８３…
…リンク搬送器、８４……くぼみ、９９……ウエ
フア、１０７……ベローズ、１０８……加工用ビ
ーム、１０９……処理チエンバ、１１３……正の
空気供給器、１１６……Ｘ、Ｙ駆動装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象物の表面上の局所的領域の真空処理を容
   易にするためのエンベロプ装置であつて、 内方真空処理領域を画成する第１の開孔を有す
   る第１のエンベロプ要素、および前記真空処理領
   域を包囲する少なくとも１つの中間真空領域を画
   成する追加的開孔を有する追加的エンベロプ要素
   から成り、前記対象物と対向する外方表面を有す
   る、局部エンベロプ部と、 前記第１のエンベロプ要素と気密連通し、前記
   内方真空処理領域内部に真空をもたらす第１の真
   空発生装置と、 前記追加的エンベロプ要素と気密連通し、前記
   少なくとも１つの中間真空領域に真空をもたらす
   追加的真空発生装置と、 から成り、 前記外方表面が、前記対象物の前記局所領域に
   近接対向して配置されたとき、前記追加的真空発
   生装置の動作により前記少なくとも１つの中間真
   空処理領域と前記対象物との間に段階的処理シー
   ルが形成され、該シールが前記内方真空処理領域
   から外部環境へと延在する、 ところのエンベロプ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 真空処理装置と連結し、該真空処理装置の出口
   に付設されたエンベロプ装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 前記エンベロプ要素のそれぞれが円錐部材から
   成り、 前記エンベロプ要素のそれぞれの開孔が同一平
   面上にある、 ところのエンベロプ装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 前記外方表面が前記円錐部材の截頭端から成
   る、ところのエンベロプ装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 前記截頭端が前記円錐部材の正截頭端である、
   ところのエンベロプ装置。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 正の空気流れを発生させるための空気発生器を
   組み入れ、 前記エンベロプ部は、前記少なくとも１つの中
   間真空領域を包囲する空気流通領域を前記外方表
   面上に画成するための供給口を有し、 前記空気流通領域を画成する前記供給口と前記
   空気発生器とが気密連通し、当該真空エンベロプ
   装置と前記対象物との間に空気ベアリングが形成
   される、 ところのエンベロプ装置。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 前記空気流通領域が、前記外方表面上で前記全
   真空領域のうち最外の真空領域を包囲するように
   形成される、ところのエンベロプ装置。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 該外方表面はその中に溝を有し、 該溝は、前記外方表面上で前記空気流通領域付
   近から前記外方表面の周縁部まで延在し、 もつて、空気は原理的に前記空気流通領域から
   外界へと流れる、ところのエンベロプ装置。 ９ 特許請求の範囲第８項に記載されたエンベロ
   プ装置であつて、 前記溝が、前記の最外の真空領域の外側に位置
   する環状リング形状溝と、該リング形状溝から前
   記周縁部へと延在する一連の放射状の溝とから成
   る、ところのエンベロプ装置。 １０ 特許請求の範囲第８項に記載されたエンベ
   ロプ装置であつて、 前記真空処理装置が、当該エンベロプ装置にベ
   ローズにより取り付けられ、 もつて、当該エンベロプ装置が、前記空気ベア
   リングの力と前記ベローズの力との間の動的平衡
   状態のＺ軸位置に保持される、ところのエンベロ
   プ装置。 １１ 特許請求の範囲第８項に記載されたエンベ
   ロプ装置であつて、 前記空気流通領域が、一連の供給口を通して前
   記外方表面上に形成される、ところのエンベロプ
   装置。 １２ 特許請求の範囲第２項に記載されたエンベ
   ロプ装置であつて、 前記エンベロプ要素が複数の隔置した直方体部
   材から成り、該直方体部材はこれらの間に前記内
   方真空処理領域と前記の少なくとも１つの中間真
   空領域とを画成する、ところのエンベロプ装置。 １３ 特許請求の範囲第２項に記載されたエンベ
   ロプ装置であつて、 前記エンベロプ要素の前記内方真空処理領域を
   横切つてそこに近接対向した状態で前記対象物を
   移動させるための搬送器を有する、ところのエン
   ベロプ装置。 １４ 特許請求の範囲第１３項に記載されたエン
   ベロプ装置であつて、 前記搬送器がそこに、前記対象物を受容するた
   めのくぼみを有し、 もつて、前記対象物の表面が前記搬送器の表面
   と同一平面になる、ところのエンベロプ装置。