JP2001284219A - 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置用試料室 - Google Patents
荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置用試料室Info
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- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/3175—Lithography
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、荷電粒子ビーム装置におけ
る、温度変動に伴う試料室の熱膨張によって、試料室内
壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置が変動
を低減することである。 【解決手段】 レーザー干渉計用の固定鏡（１８）が内
壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する試料室（１
４）と、前記試料室内に配置される試料に、前記開口部
を通過して荷電粒子ビームを照射する電子銃（１２）
と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒（１１）を有し、
前記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置さ
れている部分までの領域の材質がインバー合金であるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
る、温度変動に伴う試料室の熱膨張によって、試料室内
壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置が変動
を低減することである。 【解決手段】 レーザー干渉計用の固定鏡（１８）が内
壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する試料室（１
４）と、前記試料室内に配置される試料に、前記開口部
を通過して荷電粒子ビームを照射する電子銃（１２）
と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒（１１）を有し、
前記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置さ
れている部分までの領域の材質がインバー合金であるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板へのパターン
描画あるいはパターン転写に用いられる電子ビーム露光
装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、特に荷電粒子ビー
ム装置用試料室に関する。
描画あるいはパターン転写に用いられる電子ビーム露光
装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、特に荷電粒子ビー
ム装置用試料室に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩデバイスの集積化が進むにつれ
て、ＬＳＩの製造に用いられるリソグラフィ装置の描画
精度及びスループットに対する要求は、ますます厳しく
なる。現在、リソグラフィ装置として用いられている電
子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム装置では、十分な
スループットを確保するために、可変成形ビーム（Vari
able Shaped Beam:ＶＳＢ）方式、またはキャラクタプ
ロジェクション（CharacterProjection:ＣＰ）方式、あ
るいは、パターン転写方式等の描画方式が採用されてい
る。
て、ＬＳＩの製造に用いられるリソグラフィ装置の描画
精度及びスループットに対する要求は、ますます厳しく
なる。現在、リソグラフィ装置として用いられている電
子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム装置では、十分な
スループットを確保するために、可変成形ビーム（Vari
able Shaped Beam:ＶＳＢ）方式、またはキャラクタプ
ロジェクション（CharacterProjection:ＣＰ）方式、あ
るいは、パターン転写方式等の描画方式が採用されてい
る。
【０００３】図５は、ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置
の模式図である。これについて、順を追って説明する。
電子銃５１から放出された電子ビームは、コンデンサレ
ンズ５２を通り、第１成形アパーチャ５３を照明する。
ここで、第１成形アパーチャ５３は、例えば１００μｍ
□の矩形であり、この第１成形アパーチャ５３を通過し
た電子ビームは、一辺１００μｍの矩形に成形されてい
る。成形された電子ビームは、投影レンズ５４を通っ
て、第２成形アパーチャ５６に投影される。ここで、第
２成形アパーチャ５６は、例えば一辺１００μｍの矩形
である。この第２成形アパーチャ５６の上流には、成形
偏向器５５が設けられている。この成形偏向器５５に適
当な電圧を印可することによって、電子ビームの進行方
向を変え、その結果、第２成形アパーチャ５６上に投影
される第１成形アパーチャ像の位置を変えることができ
る。このように投影位置を変えることによって、第１成
形アパーチャ像と第２成形アパーチャの重なり方が変わ
り、大きさの異なる矩形ビームに成形することができ
る。矩形に成形されたビームは、縮小レンズ（不図示）
によって縮小され、また副偏向器５７、及び主偏向器５
９によって位置決めされ、さらに対物レンズによって焦
点位置を決められて、試料６０の所定の位置に到達す
る。
の模式図である。これについて、順を追って説明する。
電子銃５１から放出された電子ビームは、コンデンサレ
ンズ５２を通り、第１成形アパーチャ５３を照明する。
ここで、第１成形アパーチャ５３は、例えば１００μｍ
□の矩形であり、この第１成形アパーチャ５３を通過し
た電子ビームは、一辺１００μｍの矩形に成形されてい
る。成形された電子ビームは、投影レンズ５４を通っ
て、第２成形アパーチャ５６に投影される。ここで、第
２成形アパーチャ５６は、例えば一辺１００μｍの矩形
である。この第２成形アパーチャ５６の上流には、成形
偏向器５５が設けられている。この成形偏向器５５に適
当な電圧を印可することによって、電子ビームの進行方
向を変え、その結果、第２成形アパーチャ５６上に投影
される第１成形アパーチャ像の位置を変えることができ
る。このように投影位置を変えることによって、第１成
形アパーチャ像と第２成形アパーチャの重なり方が変わ
り、大きさの異なる矩形ビームに成形することができ
る。矩形に成形されたビームは、縮小レンズ（不図示）
によって縮小され、また副偏向器５７、及び主偏向器５
９によって位置決めされ、さらに対物レンズによって焦
点位置を決められて、試料６０の所定の位置に到達す
る。
【０００４】試料６０は、Ｘステージ、及びＹステージ
と呼ばれる移動機構によって移動することができる。こ
の移動機構によって、ステップ アンド リピート方式、
あるいはステージ連続移動方式による描画を行う。ここ
で、ステージ連続移動方式について説明する。ステージ
連続移動方式では、描画しようとするパターンをストラ
イプ状に分割し、ストライプ毎に描画していく。この
時、各ストライプの描画中に、ステージ（例えばＸステ
ージ）を連続的に移動させていく。一つのストライプを
描画し終わると、次のストライプを描画するために、ス
テージ（この場合、Ｘステージと直交するＹステージ）
をストライプの幅分だけステップ移動させる。こうする
ことによって、大きな描画面積をもつＬＳＩパターンを
効率よく、高速に描画することができる。
と呼ばれる移動機構によって移動することができる。こ
の移動機構によって、ステップ アンド リピート方式、
あるいはステージ連続移動方式による描画を行う。ここ
で、ステージ連続移動方式について説明する。ステージ
連続移動方式では、描画しようとするパターンをストラ
イプ状に分割し、ストライプ毎に描画していく。この
時、各ストライプの描画中に、ステージ（例えばＸステ
ージ）を連続的に移動させていく。一つのストライプを
描画し終わると、次のストライプを描画するために、ス
テージ（この場合、Ｘステージと直交するＹステージ）
をストライプの幅分だけステップ移動させる。こうする
ことによって、大きな描画面積をもつＬＳＩパターンを
効率よく、高速に描画することができる。
【０００５】このようなステージ連続移動方式の場合、
試料の位置が刻々と変化していくため、ビームの到達す
べき位置の情報には、このステージの移動分を加味しな
ければならない。そのためには、それぞれの時刻におけ
るステージの位置を正確に知らなければならない。ステ
ージの位置を測定するためには、普通、レーザー干渉計
を用いる。
試料の位置が刻々と変化していくため、ビームの到達す
べき位置の情報には、このステージの移動分を加味しな
ければならない。そのためには、それぞれの時刻におけ
るステージの位置を正確に知らなければならない。ステ
ージの位置を測定するためには、普通、レーザー干渉計
を用いる。
【０００６】図６は、レーザー干渉計の原理を説明する
ための模式図である。まず、レーザー光源６１から射出
されたレーザー光は、ビームスプリッタ６３によって２
方向に分割され、固定鏡６２と可動鏡６４とにそれぞれ
入射する。固定鏡６２及び可動鏡６４によって反射され
たレーザー光は、ビームスプリッタ６３上で合流し、干
渉縞が発生する。この干渉成分を検出器６５によって検
出し、さらに分析器６６によって分析することによっ
て、可動鏡６４の位置を知ることができる。
ための模式図である。まず、レーザー光源６１から射出
されたレーザー光は、ビームスプリッタ６３によって２
方向に分割され、固定鏡６２と可動鏡６４とにそれぞれ
入射する。固定鏡６２及び可動鏡６４によって反射され
たレーザー光は、ビームスプリッタ６３上で合流し、干
渉縞が発生する。この干渉成分を検出器６５によって検
出し、さらに分析器６６によって分析することによっ
て、可動鏡６４の位置を知ることができる。
【０００７】可動鏡６４は、試料ステージ上に設置され
る。また、固定鏡６２は、試料室内の、例えば天井部分
に固定されている。
る。また、固定鏡６２は、試料室内の、例えば天井部分
に固定されている。
【０００８】固定鏡は、レーザ干渉計システム全体の中
で、常に位置が固定されている必要がある。さもなけれ
ば、可動鏡の位置の変化を正確に検出することができな
くなるからである。
で、常に位置が固定されている必要がある。さもなけれ
ば、可動鏡の位置の変化を正確に検出することができな
くなるからである。
【０００９】一方、試料室の壁は、温度の変動によっ
て、熱膨張あるいは収縮が起こる。そのため、試料室が
設置されている環境に温度の変化があると、試料室の内
壁に取り付けられている固定鏡の位置が変化してしまう
という問題が生じる。
て、熱膨張あるいは収縮が起こる。そのため、試料室が
設置されている環境に温度の変化があると、試料室の内
壁に取り付けられている固定鏡の位置が変化してしまう
という問題が生じる。
【００１０】試料室は、通常、ステンレス鋼などで作ら
れている。ステンレス鋼の線膨張係数αは、室温付近で
は１５×１０-6／℃・ｍである。これは、例えば長さ１
ｍのステンレス鋼の線膨張が、１℃当たり１５μｍであ
ることを意味する。
れている。ステンレス鋼の線膨張係数αは、室温付近で
は１５×１０-6／℃・ｍである。これは、例えば長さ１
ｍのステンレス鋼の線膨張が、１℃当たり１５μｍであ
ることを意味する。
【００１１】荷電粒子ビーム装置の設置環境の温度調節
を±０．１℃で行っているとする。この時、ステンレス
製の試料室の中心から１５０ｍｍ離れた地点では、熱膨
張によって±０．２２５μｍ程度の位置の変化が生じる
ことになる。したがって、この地点に取り付けられてい
る固定鏡の位置も０．２２５μｍ変化してしまうことに
なる。電子ビームの到達位置は、前述のように、ステー
ジの位置情報を参照して決められるため、固定鏡の位置
変化に呼応した誤差が生じ、描画精度を著しく劣化させ
てしまう。これは、ナノメータ級の寸法精度を要求され
る描画においては、まさに致命的になる。
を±０．１℃で行っているとする。この時、ステンレス
製の試料室の中心から１５０ｍｍ離れた地点では、熱膨
張によって±０．２２５μｍ程度の位置の変化が生じる
ことになる。したがって、この地点に取り付けられてい
る固定鏡の位置も０．２２５μｍ変化してしまうことに
なる。電子ビームの到達位置は、前述のように、ステー
ジの位置情報を参照して決められるため、固定鏡の位置
変化に呼応した誤差が生じ、描画精度を著しく劣化させ
てしまう。これは、ナノメータ級の寸法精度を要求され
る描画においては、まさに致命的になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、荷電
粒子ビーム装置の温度変動に伴い、試料室内壁に固定し
てあるレーザー干渉計の固定鏡の位置変動を低減するこ
とである。
粒子ビーム装置の温度変動に伴い、試料室内壁に固定し
てあるレーザー干渉計の固定鏡の位置変動を低減するこ
とである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、レー
ザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に
開口部を有する試料室と、前記試料室内に配置される試
料に、前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射する
電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒を有し、前
記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置され
ている部分までの領域の材質がインバー合金であること
を特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
ザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に
開口部を有する試料室と、前記試料室内に配置される試
料に、前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射する
電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒を有し、前
記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置され
ている部分までの領域の材質がインバー合金であること
を特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【００１４】本願第２の発明は、前記インバー合金がイ
ンバーであることを特徴とする本願第１の発明に記載の
荷電粒子ビーム装置である。
ンバーであることを特徴とする本願第１の発明に記載の
荷電粒子ビーム装置である。
【００１５】本願第３の発明は、前記インバー合金がス
ーパーインバーであることを特徴とする本願第１の発明
に記載の荷電粒子ビーム装置である。
ーパーインバーであることを特徴とする本願第１の発明
に記載の荷電粒子ビーム装置である。
【００１６】本願第４の発明は、レーザー干渉計用の固
定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有し、イ
ンバー合金からなる試料室と、前記試料室内に配置され
る試料に、前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射
する電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒を備え
る荷電粒子ビーム装置である。
定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有し、イ
ンバー合金からなる試料室と、前記試料室内に配置され
る試料に、前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射
する電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒を備え
る荷電粒子ビーム装置である。
【００１７】本願第５の発明は、レーザー干渉計用の固
定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する荷
電粒子ビーム装置用試料室であって、前記試料室のう
ち、前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分ま
での領域の材質がインバー合金であることを特徴とする
荷電粒子ビーム装置用試料室である。
定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する荷
電粒子ビーム装置用試料室であって、前記試料室のう
ち、前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分ま
での領域の材質がインバー合金であることを特徴とする
荷電粒子ビーム装置用試料室である。
【００１８】本発明によれば、試料室のうち、開口部か
ら固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がイン
バー合金という熱膨張係数の小さな材質であるので、熱
膨張・収縮によるレーザー干渉系の固定鏡の位置変動を
低減することができる。
ら固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がイン
バー合金という熱膨張係数の小さな材質であるので、熱
膨張・収縮によるレーザー干渉系の固定鏡の位置変動を
低減することができる。
【００１９】室温付近で熱膨張係数が小さい材料の一つ
として、いわゆるインバーと呼ばれる合金がある。イン
バーはニッケルを３６重量％程度含んだ鉄合金がある。
図２は、鉄に添加するニッケルの量によって変動する線
膨張係数αを示すグラフである。このグラフより、ニッ
ケルを３６重量％程度含んだ鉄合金が線膨張係数が低く
なることがわかる。この３６ニッケル−鉄合金の室温付
近での線膨張係数αは、１．２×１０-6／℃・ｍ程度で
ある（図３）。同様に、ニッケルを３２重量％、コバル
トを５重量％含んだ鉄合金、いわゆるスーパーインバー
では、線膨張率は０．４×１０-6／℃・ｍ程度と、非常
に小さくなる。これらインバー、またはスーパーインバ
ーを総称してインバー合金という。
として、いわゆるインバーと呼ばれる合金がある。イン
バーはニッケルを３６重量％程度含んだ鉄合金がある。
図２は、鉄に添加するニッケルの量によって変動する線
膨張係数αを示すグラフである。このグラフより、ニッ
ケルを３６重量％程度含んだ鉄合金が線膨張係数が低く
なることがわかる。この３６ニッケル−鉄合金の室温付
近での線膨張係数αは、１．２×１０-6／℃・ｍ程度で
ある（図３）。同様に、ニッケルを３２重量％、コバル
トを５重量％含んだ鉄合金、いわゆるスーパーインバー
では、線膨張率は０．４×１０-6／℃・ｍ程度と、非常
に小さくなる。これらインバー、またはスーパーインバ
ーを総称してインバー合金という。
【００２０】また、試料室は真空容器として用いられる
ため、試料室を構成する材質としては、大気圧や、ある
いは試料室の上部に搭載される部品の重量に十分耐えら
れることが必要である。また、脱ガスが十分に小さいこ
とも、よい真空を保つために必要である。さらに、容器
の形状に加工できること、真空フランジやポートを取り
付けられることが必要になる。インバー合金は、十分な
剛性を持っているので、真空容器に用いても十分な強度
を持つ。
ため、試料室を構成する材質としては、大気圧や、ある
いは試料室の上部に搭載される部品の重量に十分耐えら
れることが必要である。また、脱ガスが十分に小さいこ
とも、よい真空を保つために必要である。さらに、容器
の形状に加工できること、真空フランジやポートを取り
付けられることが必要になる。インバー合金は、十分な
剛性を持っているので、真空容器に用いても十分な強度
を持つ。
【００２１】本発明の特徴は、試料室の全部または試料
室の開口部から固定鏡が設置される部分までの領域を、
上記のインバーまたはスーパーインバーで製作し、干渉
計の構成部品である固定鏡をこれらに固定する。
室の開口部から固定鏡が設置される部分までの領域を、
上記のインバーまたはスーパーインバーで製作し、干渉
計の構成部品である固定鏡をこれらに固定する。
【００２２】本発明によれば、熱膨張がステンレスや鉄
などに比べて非常に小さい、インバー、あるいはスーパ
ーインバーを用いて試料室を製作する。そして、この試
料室の内壁に、干渉計の部品、特に固定鏡を固定する。
これによって、描画装置が設置される環境の温度変動に
よる、試料室の熱膨張によって引き起こされる固定鏡の
位置変動を従来のステンレス製、あるいは鉄製の試料室
の場合に比べて、１桁以上小さくすることが可能とな
る。このようにして、ステージの位置情報を正確に知る
ことによって、環境の温度変動に影響されずに、高精度
の描画をすることが可能となる。例えば、スーパーイン
バー製の試料室の場合、試料室の中心から１５０ｍｍの
地点に固定鏡を設置したとする。環境の温度変動が±
０．１℃とすると、熱膨張による位置の変動は±６ｎｍ
となる。これは、上記のステンレス製試料室の場合の位
置変動±０．２５μｍに対して、１／４０になってい
る。このように、±６ｎｍ程度の位置変動であれば、ナ
ノメータ級の寸法精度を要求される描画の描画精度に大
きな影響を与えることはない。したがって、環境の温度
に左右されずに、高精度の描画が実現できることにな
る。
などに比べて非常に小さい、インバー、あるいはスーパ
ーインバーを用いて試料室を製作する。そして、この試
料室の内壁に、干渉計の部品、特に固定鏡を固定する。
これによって、描画装置が設置される環境の温度変動に
よる、試料室の熱膨張によって引き起こされる固定鏡の
位置変動を従来のステンレス製、あるいは鉄製の試料室
の場合に比べて、１桁以上小さくすることが可能とな
る。このようにして、ステージの位置情報を正確に知る
ことによって、環境の温度変動に影響されずに、高精度
の描画をすることが可能となる。例えば、スーパーイン
バー製の試料室の場合、試料室の中心から１５０ｍｍの
地点に固定鏡を設置したとする。環境の温度変動が±
０．１℃とすると、熱膨張による位置の変動は±６ｎｍ
となる。これは、上記のステンレス製試料室の場合の位
置変動±０．２５μｍに対して、１／４０になってい
る。このように、±６ｎｍ程度の位置変動であれば、ナ
ノメータ級の寸法精度を要求される描画の描画精度に大
きな影響を与えることはない。したがって、環境の温度
に左右されずに、高精度の描画が実現できることにな
る。
【００２３】さらに、インバー、あるいはスーパーイン
バーを用いることによる、もう１つの効果として磁気シ
ールド効果がある。従来のステンレス製の試料室の場合
には、ステンレスの透磁率が小さいので、磁気シールド
効果を期待できない。そのため、高透磁率材料であるパ
ーマロイを試料室の内壁、あるいは外壁に貼り付けるな
どの方法を用いている。この場合、パーマロイ板の厚さ
は、通常１ｍｍ程度である。これによって、環境の磁気
変動によって電子ビームの軌道が変えられることに生じ
る、描画精度の劣化を抑えることができる。
バーを用いることによる、もう１つの効果として磁気シ
ールド効果がある。従来のステンレス製の試料室の場合
には、ステンレスの透磁率が小さいので、磁気シールド
効果を期待できない。そのため、高透磁率材料であるパ
ーマロイを試料室の内壁、あるいは外壁に貼り付けるな
どの方法を用いている。この場合、パーマロイ板の厚さ
は、通常１ｍｍ程度である。これによって、環境の磁気
変動によって電子ビームの軌道が変えられることに生じ
る、描画精度の劣化を抑えることができる。
【００２４】インバー、あるいはスーパーインバーの透
磁率μは、２,０００〜３,０００である（図３）。これ
は、鉄の１０倍以上になる。したがって、鉄製の試料室
の場合よりも、格段に優れた磁気シールド効果が実現で
きる。一方、パーマロイに比べると、透磁率は１桁小さ
くなる。しかし、インバー製試料室では、真空容器とし
ての機能を持たせるために、壁の肉厚を数ｃｍ〜１０ｃ
ｍ程度にしている。そのため、１ｍｍ厚程度のパーマロ
イ板を用いる場合に比べて、遜色のない磁気シールド効
果を得ることができる。
磁率μは、２,０００〜３,０００である（図３）。これ
は、鉄の１０倍以上になる。したがって、鉄製の試料室
の場合よりも、格段に優れた磁気シールド効果が実現で
きる。一方、パーマロイに比べると、透磁率は１桁小さ
くなる。しかし、インバー製試料室では、真空容器とし
ての機能を持たせるために、壁の肉厚を数ｃｍ〜１０ｃ
ｍ程度にしている。そのため、１ｍｍ厚程度のパーマロ
イ板を用いる場合に比べて、遜色のない磁気シールド効
果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。
明の実施形態について説明する。
【００２６】図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子
ビーム描画装置の概略断面図である。スーパーインバー
を用いて製作した試料室１４の大きさは、７００ｍｍ×
７００ｍｍ×５００ｍｍ（高さ）で、容器の壁の厚さは
５０ｍｍである。この試料室１４の上部には、電子光学
鏡筒１１が取り付けられている。レーザ干渉計で用いる
固定鏡１８は、この試料室１４の天井部分に取り付けら
れている。固定鏡から電子ビーム１２が通るビーム軸ま
での距離は、１５０ｍｍである。このような構成であれ
ば、上述したように、±０．１℃の環境の温度変動に起
因する寸法精度の誤差成分は、±６ｎｍ以下になり、十
分に高精度な描画を行うことができる。
ビーム描画装置の概略断面図である。スーパーインバー
を用いて製作した試料室１４の大きさは、７００ｍｍ×
７００ｍｍ×５００ｍｍ（高さ）で、容器の壁の厚さは
５０ｍｍである。この試料室１４の上部には、電子光学
鏡筒１１が取り付けられている。レーザ干渉計で用いる
固定鏡１８は、この試料室１４の天井部分に取り付けら
れている。固定鏡から電子ビーム１２が通るビーム軸ま
での距離は、１５０ｍｍである。このような構成であれ
ば、上述したように、±０．１℃の環境の温度変動に起
因する寸法精度の誤差成分は、±６ｎｍ以下になり、十
分に高精度な描画を行うことができる。
【００２７】さらに、厚さ５０ｍｍのスーパーインバー
を用いているため、電磁軟鉄製の試料室の場合よりも、
さらによい磁気シールド効果が得られ、またステンレス
製の試料室に１ｍｍ厚程度のパーマロイパネルを貼った
場合に比べても遜色のない磁気シールド効果が得られ
る。
を用いているため、電磁軟鉄製の試料室の場合よりも、
さらによい磁気シールド効果が得られ、またステンレス
製の試料室に１ｍｍ厚程度のパーマロイパネルを貼った
場合に比べても遜色のない磁気シールド効果が得られ
る。
【００２８】試料室の側壁には、図示していない試料の
搬入、搬出用の開口がある。この開口は、ゲートバルブ
を介して、ロードロック室等の前室と結合されている。
さらに、真空引き用の開口が設けられており、ターボ分
子ポンプ、またはイオンポンプ等が取り付けられてい
る。また、他にもいくつかの開口が設けられている。
搬入、搬出用の開口がある。この開口は、ゲートバルブ
を介して、ロードロック室等の前室と結合されている。
さらに、真空引き用の開口が設けられており、ターボ分
子ポンプ、またはイオンポンプ等が取り付けられてい
る。また、他にもいくつかの開口が設けられている。
【００２９】この試料室をインバー、またはスーパーイ
ンバー（以下、総称してインバー合金と呼ぶ）で製作す
るには、以下のような工程を用いる。まず、材料となる
インバー合金は、不純物、特にリン（Ｐ）とイオウ
（Ｓ）とを極力少なくすることが、後の溶接工程に問題
を生じさせないために重要である。これらの不純物が多
いと、溶接箇所に割れやひびなどが生じやすくなる。不
純物のリンとイオウとは、それぞれ０．００５重量％以
下、０．００２重量％以下にするのが望ましい。インバ
ー合金を真空炉で溶解し、冷却した後、所望の大きさと
形とに鍛造、または圧延する。次いで、表面の切削を行
う。次いで、熱処理を行う。これは、鍛造、圧延や切削
工程において生じた歪みを除去するための処理である。
歪みを除去しないと、インバーとしての特性が発揮され
ないことがある。熱処理工程では、真空炉、もしくは
（窒素）雰囲気炉で、９５０℃まで１時間以上かけて昇
温し、９５０℃で保持する。保持時間は２５ｍｍ当たり
約１時間あればよい。次いで、炉内で徐冷し、５００℃
程度まで冷えたら、フォーミングガス（窒素＋水素）、
あるいは窒素ガスで冷却する。水素ガスを添加した場合
には、表面が還元され、金属面が出る。窒素のみの場合
には、表面に曇りが生じる。その場合には、適当な研磨
処理を行えばよい。
ンバー（以下、総称してインバー合金と呼ぶ）で製作す
るには、以下のような工程を用いる。まず、材料となる
インバー合金は、不純物、特にリン（Ｐ）とイオウ
（Ｓ）とを極力少なくすることが、後の溶接工程に問題
を生じさせないために重要である。これらの不純物が多
いと、溶接箇所に割れやひびなどが生じやすくなる。不
純物のリンとイオウとは、それぞれ０．００５重量％以
下、０．００２重量％以下にするのが望ましい。インバ
ー合金を真空炉で溶解し、冷却した後、所望の大きさと
形とに鍛造、または圧延する。次いで、表面の切削を行
う。次いで、熱処理を行う。これは、鍛造、圧延や切削
工程において生じた歪みを除去するための処理である。
歪みを除去しないと、インバーとしての特性が発揮され
ないことがある。熱処理工程では、真空炉、もしくは
（窒素）雰囲気炉で、９５０℃まで１時間以上かけて昇
温し、９５０℃で保持する。保持時間は２５ｍｍ当たり
約１時間あればよい。次いで、炉内で徐冷し、５００℃
程度まで冷えたら、フォーミングガス（窒素＋水素）、
あるいは窒素ガスで冷却する。水素ガスを添加した場合
には、表面が還元され、金属面が出る。窒素のみの場合
には、表面に曇りが生じる。その場合には、適当な研磨
処理を行えばよい。
【００３０】以上の工程で加工された、インバー合金製
のパネルを組合せて、真空容器に加工する。まず、１次
加工を行う。これは、真空フランジ、ゲートバルブ、試
料搬出入口などの取付け用開口の形成や、試料台取付け
座を固定するための表面加工（平行度、水平度の高い表
面にする）、種々のネジ穴の形成、リークチェック用の
溝の形成、あるいは表面の研磨処理などを含む。次い
で、１次加工されたパネルを組合せて溶接を行い、容器
形状に加工する。溶接は、電子ビーム（ＥＢ）溶接によ
って行う。このＥＢ溶接は、容器が構造的に十分な強度
を持つようにするために行う。さらに、真空を保持する
ための溶接加工として、容器内壁のパネル接合部分のテ
ィグ（ＴＩＧ，Tungsten Inert Gas Arc Welding）溶接
を行う。これらの溶接後、再び熱処理を行う。これは、
開口部の切削や溶接工程で生じた歪みを除去するために
行う。熱処理工程の内訳は、最初の熱処理工程に準じ
る。次いで、２次加工を行う。これは、ＩＣＦフランジ
類のＴＩＧ溶接、Ｏ−リング用の溝の加工などを含む。
なお、これらのＴＩＧ溶接においては、溶接棒にインバ
ー合金を用いる。また、フランジをインバー合金を用い
て製作すれば、フランジと容器との溶接による接合に、
割れ、ひびなどの問題が生じ難い。次いで、表面のバフ
研磨を行い、さらにカニゼンメッキ、もしくはニッケル
メッキなどのメッキ処理を行う。最後に、インバー合金
の磁気変曲点（インバーで１９０℃程度、スーパーイン
バーで１２０℃程度）を超える温度で再度熱処理を行う
とよい。
のパネルを組合せて、真空容器に加工する。まず、１次
加工を行う。これは、真空フランジ、ゲートバルブ、試
料搬出入口などの取付け用開口の形成や、試料台取付け
座を固定するための表面加工（平行度、水平度の高い表
面にする）、種々のネジ穴の形成、リークチェック用の
溝の形成、あるいは表面の研磨処理などを含む。次い
で、１次加工されたパネルを組合せて溶接を行い、容器
形状に加工する。溶接は、電子ビーム（ＥＢ）溶接によ
って行う。このＥＢ溶接は、容器が構造的に十分な強度
を持つようにするために行う。さらに、真空を保持する
ための溶接加工として、容器内壁のパネル接合部分のテ
ィグ（ＴＩＧ，Tungsten Inert Gas Arc Welding）溶接
を行う。これらの溶接後、再び熱処理を行う。これは、
開口部の切削や溶接工程で生じた歪みを除去するために
行う。熱処理工程の内訳は、最初の熱処理工程に準じ
る。次いで、２次加工を行う。これは、ＩＣＦフランジ
類のＴＩＧ溶接、Ｏ−リング用の溝の加工などを含む。
なお、これらのＴＩＧ溶接においては、溶接棒にインバ
ー合金を用いる。また、フランジをインバー合金を用い
て製作すれば、フランジと容器との溶接による接合に、
割れ、ひびなどの問題が生じ難い。次いで、表面のバフ
研磨を行い、さらにカニゼンメッキ、もしくはニッケル
メッキなどのメッキ処理を行う。最後に、インバー合金
の磁気変曲点（インバーで１９０℃程度、スーパーイン
バーで１２０℃程度）を超える温度で再度熱処理を行う
とよい。
【００３１】なお、ＩＣＦフランジは、普通ステンレス
を用いて製作されるが、これをインバー合金を用いて製
作してもよい。インバー製フランジを用いることによっ
て、熱処理工程で生じる可能性がある、溶接部分での割
れやひびなどを抑えることができる。
を用いて製作されるが、これをインバー合金を用いて製
作してもよい。インバー製フランジを用いることによっ
て、熱処理工程で生じる可能性がある、溶接部分での割
れやひびなどを抑えることができる。
【００３２】次に、図４を用いて、本発明の実施形態の
変形例１について説明する。この変形例の特徴は、試料
室１４の天井部のうち、電子ビーム１３が通るために設
けられた開口部周辺から固定鏡が取付けられる部分まで
の領域（以下、取付け部２０という）をインバー合金で
作成したことである。この変形例も前述した実施形態同
様、レーザー干渉計の固定鏡の位置が変動するのを低減
することができる。
変形例１について説明する。この変形例の特徴は、試料
室１４の天井部のうち、電子ビーム１３が通るために設
けられた開口部周辺から固定鏡が取付けられる部分まで
の領域（以下、取付け部２０という）をインバー合金で
作成したことである。この変形例も前述した実施形態同
様、レーザー干渉計の固定鏡の位置が変動するのを低減
することができる。
【００３３】次に、本発明の実施形態の変形例２につい
て説明する。ここでは、試料室をインバー合金で製作し
ていることに加えて、電子光学鏡筒（図１の１１）の構
造的な部分（機械的強度を担う部分）をインバー合金で
製作している。
て説明する。ここでは、試料室をインバー合金で製作し
ていることに加えて、電子光学鏡筒（図１の１１）の構
造的な部分（機械的強度を担う部分）をインバー合金で
製作している。
【００３４】従来は、電子光学鏡筒を電磁軟鉄などで製
作していた。電磁軟鉄は、ステンレスや、通常の鉄鋼な
どに比べて、透磁率が大きい。したがって、磁気シール
ド効果を期待して、電磁軟鉄を用いている。電磁軟鉄の
熱膨張率は、１０×１０-6／℃・ｍ程度である。したが
って、±０．１℃程度の環境の温度変動があった場合、
長さ８００ｍｍの電子光学鏡筒は、±０．８μｍ程度の
熱膨張が生じる。電子光学鏡筒１１と試料室１４との接
続（普通ボルトを用いる）の強度が、各々のボルトで均
一でない場合、電子光学鏡筒１１が傾いてしまう。この
傾きによっても、電子ビームの到達位置が変化してしま
う。例えば、鏡筒の直径が３００ｍｍ、対物偏向器であ
る主偏向器から試料面までの距離、すなわち、試料室１
４の天井から試料面１５までの距離が１００ｍｍとし、
電子光学鏡筒の片側部分のみが伸びたという最悪ケース
を想定すると、０．８μｍの伸びに対して、電子ビーム
が本来のビーム軸から傾いて試料に入射することによる
位置ずれは、０．２７μｍ程度にもなる。これは、ナノ
メータ級の寸法制御を要求される描画においては、許容
される値ではない。
作していた。電磁軟鉄は、ステンレスや、通常の鉄鋼な
どに比べて、透磁率が大きい。したがって、磁気シール
ド効果を期待して、電磁軟鉄を用いている。電磁軟鉄の
熱膨張率は、１０×１０-6／℃・ｍ程度である。したが
って、±０．１℃程度の環境の温度変動があった場合、
長さ８００ｍｍの電子光学鏡筒は、±０．８μｍ程度の
熱膨張が生じる。電子光学鏡筒１１と試料室１４との接
続（普通ボルトを用いる）の強度が、各々のボルトで均
一でない場合、電子光学鏡筒１１が傾いてしまう。この
傾きによっても、電子ビームの到達位置が変化してしま
う。例えば、鏡筒の直径が３００ｍｍ、対物偏向器であ
る主偏向器から試料面までの距離、すなわち、試料室１
４の天井から試料面１５までの距離が１００ｍｍとし、
電子光学鏡筒の片側部分のみが伸びたという最悪ケース
を想定すると、０．８μｍの伸びに対して、電子ビーム
が本来のビーム軸から傾いて試料に入射することによる
位置ずれは、０．２７μｍ程度にもなる。これは、ナノ
メータ級の寸法制御を要求される描画においては、許容
される値ではない。
【００３５】本変形例のように、電子光学鏡筒をインバ
ー合金で製作することによって、環境の温度変動に起因
する、上記のような電子光学鏡筒の傾きによる位置ずれ
を、ほとんど無くすることができる。また、インバー合
金は、電磁軟鉄と比較して、透磁率が１桁以上大きいの
で、磁気シールド効果も、さらに大きくなるという利点
もある。
ー合金で製作することによって、環境の温度変動に起因
する、上記のような電子光学鏡筒の傾きによる位置ずれ
を、ほとんど無くすることができる。また、インバー合
金は、電磁軟鉄と比較して、透磁率が１桁以上大きいの
で、磁気シールド効果も、さらに大きくなるという利点
もある。
【００３６】本発明によれば、環境の温度変動に起因す
る描画精度の劣化を著しく小さくすることができ、さら
に、ステンレスや電磁軟鉄を用いていた従来の場合より
も、大きな磁気シールド効果を得ることもできる。
る描画精度の劣化を著しく小さくすることができ、さら
に、ステンレスや電磁軟鉄を用いていた従来の場合より
も、大きな磁気シールド効果を得ることもできる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、荷電粒子ビーム装置に
おける、温度変動に伴う試料室の熱膨張によって、試料
室内壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置が
変動するのを低減することができる。
おける、温度変動に伴う試料室の熱膨張によって、試料
室内壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置が
変動するのを低減することができる。
【図１】 本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム描画
装置の概略断面図。
装置の概略断面図。
【図２】 鉄に添加するニッケルの量によって変動する
線膨張係数αを示すグラフ。
線膨張係数αを示すグラフ。
【図３】 インバー等の線膨張係数及び透磁率を示す
図。
図。
【図４】 本発明の実施形態の変形例１に係る荷電粒子
ビーム描画装置の概略断面図。
ビーム描画装置の概略断面図。
【図５】 従来のＶＳＢ方式の荷電粒子ビーム装置の模
式図。
式図。
【図６】 レーザー干渉計の原理を説明するための模式
図。
図。
１１ 電子光学鏡筒 １２ 電子銃 １３ 電子ビーム １４ 試料室 １５ 試料 １６ ステージ １７ 可動鏡 １８ 固定鏡 １９ レーザー ５１ 電子銃 ５２ コンデンサレンズ ５３ 第１成形アパーチャ ５４ 投影レンズ ５５ 成形偏向器 ５６ 第２成形アパーチャ ５７ 副偏向器 ５８ 対物レンズ ５９ 主偏向器 ６０ 試料 ６１ レーザー光源 ６２ 固定鏡 ６３ ビームスプリッタ ６４ 可動鏡 ６５ 検出器 ６６ 分析器
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｕ ５４１Ｌ (72)発明者 服部 清司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 明野 公信 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 砂押 仁 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 下村 尚治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 2H097 AA03 CA16 LA10 5C034 BB06 5F056 BA08 BD03 CB22 CC05 EA12 EA14 FA06
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置
され、かつ、上面に開口部を有する試料室と、 前記試料室内に配置される試料に、前記開口部を通過し
て荷電粒子ビームを照射する電子銃と、 前記電子銃が設けられた光学鏡筒を有し、 前記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置さ
れている部分までの領域の材質がインバー合金であるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 【請求項２】 前記インバー合金がインバーであること
を特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。 - 【請求項３】 前記インバー合金がスーパーインバーで
あることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装
置。 - 【請求項４】 レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置
され、かつ、上面に開口部を有し、インバー合金からな
る試料室と、 前記試料室内に配置される試料に、前記開口部を通過し
て荷電粒子ビームを照射する電子銃と、 前記電子銃が設けられた光学鏡筒を備える荷電粒子ビー
ム装置。 - 【請求項５】 レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置
され、かつ、上面に開口部を有する荷電粒子ビーム装置
用試料室であって、 前記試料室のうち、前記開口部から前記固定鏡が設置さ
れている部分までの領域の材質がインバー合金であるこ
とを特徴とする荷電粒子ビーム装置用試料室。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000094573A JP4148627B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置用試料室 |
| US09/810,478 US6617592B2 (en) | 2000-03-30 | 2001-03-19 | Charged particle beam system and chamber of charged particle beam system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000094573A JP4148627B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置用試料室 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001284219A true JP2001284219A (ja) | 2001-10-12 |
| JP4148627B2 JP4148627B2 (ja) | 2008-09-10 |
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ID=18609603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000094573A Expired - Fee Related JP4148627B2 (ja) | 2000-03-30 | 2000-03-30 | 荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置用試料室 |
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|---|---|
| US (1) | US6617592B2 (ja) |
| JP (1) | JP4148627B2 (ja) |
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| JP7482760B2 (ja) | 2020-11-20 | 2024-05-14 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | 荷電粒子ビーム照射装置 |
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- 2000-03-30 JP JP2000094573A patent/JP4148627B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2001-03-19 US US09/810,478 patent/US6617592B2/en not_active Expired - Lifetime
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