JP2002324748A - 荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な形状をした装置や、外部磁場の不均一
性が大きいような状況下でも外乱となる磁場の影響を、
容易にキャンセルすることのできる荷電粒子線露光装置
の磁気シールド法を提供する。 【解決手段】 磁気シールド体７は、図に示す矢印の向
きに磁束が流れやすい異方性磁性材料で構成されてい
る。磁気シールド体７をこのようなものとすることによ
り、鏡筒内への外部磁場の漏れは光軸方向成分に流れが
整えられ、水平方向成分は低減される。よって、主に８
のアクティブキャンセラー用コイルでは、光軸方向成分
を打ち消すことで効果的なキャンセルが実施できる。荷
電粒子線の感度が高い水平方向成分は低減され、感度の
低い光軸方向磁場のキャンセルに集約できるため制御が
容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に、半導体デバイ
スの製造工程でリソグラフィーに用いられる荷電粒子線
露光装置において、外部磁場や鏡筒の外皮を流れる磁場
が荷電粒子線の光路に入り込むのをキャンセルし、荷電
粒子線の光路内の磁場を目的のものに保つための、荷電
粒子線露光装置の磁気シールド方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の荷電粒子線を利用した装置におい
ては、外部の静磁場や変動磁場により電子光学鏡筒の光
学特性が劣化しないように、種々の磁気シールドがなさ
れてきた。例えば、パーマロイ等の初透磁率の高い材料
で鏡筒や真空チャンバを一重、又は二重、三重に覆った
り、更には鏡筒や真空チャンバ自体をパーマロイで作成
することも行われてきた。

【０００３】このような磁気シールドの従来例を図３に
示す。２１は電子光学鏡筒であり、２２はチャンバ、２
３は真空配管、２４は電子源、２５は電子ビーム、２６
は試料台であり、２７が磁気シールドである。図３に示
されているように、実際の鏡筒には例えば真空引き用の
穴や配線用の穴、レチクルステージやウェハステージ等
のメカ機構を導入するための穴が数多くあけられてい
る。従ってどんなにシールド材で覆おうとも、結局はシ
ールド材自体にも穴を開けたり、シールド材を分割しな
ければならないような状況が起こらざるを得なかった。

【０００４】シールド材に穴が空いたり、分割されたり
するとそのシールド特性は劣化せざるを得ず、仕様を満
足するシールド効果が得られない場合もあった。そのよ
うな場合には、装置を設置する部屋又は周囲を完全に磁
気シールド材で覆うということまで行われていた。この
磁気的にシールドされた密閉空間のことを、シールドル
ームと称していた。

【０００５】又、別の方法としては、空間全域に対する
シールドとして、鏡筒やチャンバからある程度離れた距
離に、任意方向の磁場を発生できるコイルを置き、この
コイルから発生する磁場により外部の磁場をキャンセル
するという方法も行われてきた。この手法はアクティブ
キャンセラーと呼ばれていた。アクティブキャンセラー
の例を図４に示す。３１と３１’、３２と３２’、３３
と３３’がそれぞれコイル対になっている。図中の矢印
はコイルに流れる電流の向きを表している。３対のコイ
ルはそれぞれ直行する方向の磁場を発生することがで
き、それぞれに流す電流の強さを調整することにより、
アクティブキャンセラー内部に任意方向、任意強度の磁
場を作り外部磁場を打ち消すような構造になっていた。

【０００６】しかし、これらの磁気シールド方法のう
ち、鏡筒部分をシールド材で覆う方法は、前述のように
シールド材に穴を開けたりシールド材を分割しなければ
ならないという制約のために、シールド効果が十分では
なく、磁場環境の悪い場所に鏡筒を設置する場合、又は
外部磁場に対して敏感な鏡筒を設置する場合には、二重
又は三重シールドにした上に、さらにシールドルーム中
に設置することが必要となり、荷電粒子線装置の重量を
重くしたり、設置面積が大きくならざるを得なかった。
そして、このことによりコストのかかるものとなってい
った。

【０００７】アクティブキャンセラーを用いる手法は、
例えば筒のような単純な形状をした装置には有効であっ
たが、複雑な形状をした装置や、外部磁場の不均一性が
大きいような状況下では、残念ながら鏡筒内の磁場を仕
様値の大きさまでキャンセルすることは不可能であり、
その磁場分布を任意の分布にすることは至難のわざであ
った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、このよう
な問題を解決し、複雑な形状をした装置や、外部磁場の
不均一性が大きいような状況下でも、外乱となる磁場の
影響をキャンセルすることができる新規な荷電粒子線露
光装置の磁気シールド方法を発明し、特願２００１−５
５４８７号として特許出願を行っている（以下、「先願
発明」という）。

【０００９】先願発明の実施の形態の例を図５に示す。
従来技術の欄において説明したように、電子光学鏡筒４
１には、多数の穴や分割部分がある。それによって、図
（ａ）に４４で示されるような、電子光学鏡筒４１より
の漏れ磁場や、矢印４５で示されるような外部磁場がこ
れらの穴や分割部から電子光学鏡筒４１内の電子の光路
部分に入り込む。

【００１０】この実施の形態においては、これらの穴や
分割部の近くに、全部で５段のコイルセット４６を配置
している。各コイルセットの例を（ｂ）、（ｃ）に示
す。（ｂ）、（ｃ）はいずれも、各段のコイルセットを
その位置における平面で切断した断面図である。

【００１１】（ｂ）においては、円形状のコイル４６が
４個、それぞれのコイル４６が電子光学鏡筒４１を取り
巻くように配置されている。各コイル４６は、その中心
が、電子光学鏡筒４１の中心の周りに、９０°の間隔の
同心円上にあるように配置されている。各コイル４６か
らは、配線４７が引き出されているが、この配線は対撚
り線とされ、それを流れる電流によって外部に影響する
磁場を少なくしている。対撚り線の代わりにシールドケ
ーブルを使用してもよいし、対撚り線をさらにシールド
するようにしてもよい。

【００１２】このように、４個のコイル４６を、位置を
ずらせて配置しているので、各コイルに流す電流を調整
することにより、これらのコイル群の発生する合成磁場
の大きさと方向を変えることができる。従って、合成磁
場の方向と大きさが、外乱磁場を打ち消すようにするこ
とにより、外乱磁場の影響をキャンセルすることができ
る。なお、図５において、４２は真空チャンバ、４３は
真空配管である。

【００１３】この方法によれば、外部磁場の影響をきめ
細かくキャンセルできるが、複雑な形状をした装置や、
外部磁場の不均一性が大きいような状況下で起こりう
る、光軸方向磁場とその水平方向磁場を各々、仕様値の
大きさまでキャンセルし、磁場分布を任意の分布にする
ためには、各コイルに流す電流をきめ細かく複雑に制御
せざるを得ず、光軸方向の磁場を小さくすると水平方向
の磁場を小さくできないようなことが起こりえる場合が
あった。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、先願発明を改良し、複雑な形状をした装置や、
外部磁場の不均一性が大きいような状況下でも外乱とな
る磁場の影響を、容易にキャンセルすることのできる荷
電粒子線露光装置の磁気シールド法を提供することを課
題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷
電粒子線露光装置の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、
任意強度の磁場を発生させるコイルを複数個、荷電粒子
線の光路を妨げないような任意の位置関係で配置し、個
々のコイルに流す電流を制御することで鏡筒のギャップ
や穴から光軸に漏れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流
れる磁場をキャンセルし、鏡筒内を目的とする磁場分布
に補正する荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法であ
って、前記鏡筒外壁のシールド材に異方性磁性材料を用
いたことを特徴とする荷電粒子線露光装置の磁気シール
ド方法（請求項１）である。

【００１６】本手段においても、荷電粒子線露光装置の
鏡筒の同一高さ位置に配置された複数のコイルに、各々
所定の電流を流すことにより、これらのコイルにより発
生する合成磁場の大きさと方向を制御し、この合成磁界
により、外部磁場や、鏡筒の外皮を流れる磁場等が荷電
粒子線の光路に入り込むのをキャンセルする。この方法
自体は先願発明と同一である。

【００１７】その際、本手段においては、鏡筒外壁のシ
ールド材に異方性磁性材料を用いているので、異方性磁
性材料によってキャンセルすべき磁場の向きを変え、キ
ャンセルすべき磁場の方向をコイルから発生させる磁場
の方向に整えることができる。よって、複雑な形状をし
た装置や、外部磁場の不均一性が大きいような状況下で
も、コイルに流す電流の制御を容易なものとすることが
できる。

【００１８】実際には、外部からの磁場の方向が、コイ
ルに流す電流によって形成される合成磁場と逆方向にな
るようにコイルの取り付け位置、方向と、異方性磁性材
料の位置、方向を決定すればよい。実際の制御において
は、先願発明と同じように、外部磁場や、鏡筒の外皮を
流れる磁場等の、外乱となる磁場の大きさと方向を測定
し、それを打ち消すような合成磁場が形成されるよう
に、各コイルに流す電流を調整するとよい。

【００１９】なお、本手段（請求項１）でいう「キャン
セル」とは、必ずしも０とすることを意味するものでは
なく、目的とする位置における外部磁場の影響を、装置
構成上問題とならない程度まで低減することをいう。こ
のことは第２の手段（請求項２）、第３の手段（請求項
３）についても同じである。

【００２０】前記課題を解決するための第２の手段は、
鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷電粒子線露光装置
の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、任意強度の磁場を
発生させるコイルを複数個、荷電粒子線の光路を妨げな
いような任意の位置関係で配置し、個々のコイルに流す
電流を制御することで鏡筒のギャップや穴から光軸に漏
れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流れる磁場をキャン
セルし、鏡筒内を目的とする磁場分布に補正する荷電粒
子線露光装置の磁気シールド方法であって、前記鏡筒外
壁のシールド材を、磁気的に分割したことを特徴とする
荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法（請求項２）で
ある。

【００２１】本手段においては、前記第１の手段におい
て鏡筒外壁のシールド材として異方性材料を用いていた
のに対し、鏡筒外壁のシールド材を磁気的に分割してい
ることが異なっている。このようにしても、キャンセル
すべき磁場の方向をコイルから発生させる磁場の方向に
整えることができ、前記第１の手段と同様の作用効果が
得られる。

【００２２】前記課題を解決するための第３の手段は、
鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷電粒子線露光装置
の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、任意強度の磁場を
発生させるコイルを複数個、荷電粒子線の光路を妨げな
いような任意の位置関係で配置し、個々のコイルに流す
電流を制御することで鏡筒のギャップや穴から光軸に漏
れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流れる磁場をキャン
セルし、鏡筒内を目的とする磁場分布に補正する荷電粒
子線露光装置の磁気シールド方法であって、前記鏡筒外
壁のシールド材に異方性磁性材料を用いると共に、前記
鏡筒外壁のシールド材を、磁気的に分割したことを特徴
とする荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法（請求項
３）である。

【００２３】本手段は、前記第１の手段と第２の手段を
複合したものであり、それにより、シールド性をさらに
高めることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第
１の例である電子線露光装置の磁気シールド方法を説明
するための図である。図１において１は電子光学鏡筒、
２は真空チャンバ、３は真空配管、４は電子源、５は電
子ビーム、６は試料台、７は磁気シールド体、８はアク
ティブキャンセラー用コイル、９は配線、１０は外部磁
場を示す。

【００２５】本実施の形態においては、電子光学鏡筒１
の穴や分割部の近くに、全部で５段のアクティブキャン
セラー用コイルセット８を配置している。このコイル配
置やコイルの構成は、図４に示した先願発明と同じであ
るので、その説明を省略する。

【００２６】磁気シールド体７は、図に示す矢印の向き
に磁束が流れやすい異方性磁性材料（たとえば方向性ケ
イ素鋼板）で構成されている。磁気シールド体７をこの
ようなものとすることにより、鏡筒内への外部磁場の漏
れは光軸方向成分に流れが整えられ、水平方向成分は低
減される。よって、主に８のアクティブキャンセラー用
コイルでは、光軸方向成分を打ち消すことで効果的なキ
ャンセルが実施できる。荷電粒子線の感度が高い水平方
向成分は低減され、感度の低い光軸方向磁場のキャンセ
ルに集約できるため制御が容易になる。

【００２７】図２は本発明の実施の形態の第２の例であ
る電子線露光装置の磁気シールド方法を説明するための
図である。この実施の形態においては、基本的な装置構
成は図１に示したものと同じであるが、磁気シールド体
７に異方性磁性材料を用いず、その代わりに磁気シール
ド体を構成する磁気シールド材（パーマロイ等）を、図
に示すように、磁場が光軸方向に流れやすいように分割
している。それにより、第１図に示した第１の実施の形
態と同じ作用効果を奏することができる。

【００２８】電子線露光装置においては、露光に影響す
る磁場は縦方向よりも横方向が１００倍以上大きい。従
って、本実施の形態においては、横方向の磁場が発生し
ないようにして縦方向の磁場のみを制御するようにして
いるが、逆に縦方向の磁場を抑制して横方向の磁場のみ
を制御するようにしても構わない。

【００２９】さらに、縦横両方向の磁場を制御するよう
にしてもよい。この方法は、実施の形態に示したような
例においても、ステージ等の間隙が大きくなる部分で
は、横方向の磁場も大きくなるので、このような部分に
適用すると有効である。

【００３０】また、実施の形態のうち、鏡筒外壁のシー
ルド材を、磁気的に分割したものにおいては、隣接した
シールド材の間には間隙ができることになる。その間隙
は間隙からの荷電粒子線露光装置への直接的な磁束漏れ
につながるため小さいが良いが、約0.5mm程度以下とす
ればこれらの磁束漏れを実質的になくすることが可能で
ある。またこの間隙による直接的な磁束漏れは、間隙位
置をずらし、２重、３重とシールド外壁を多重化するこ
とで対処でき、そのことにより更にシールド効果をあげ
ることができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鏡筒内に侵入する外部磁場の方向を、コイルから発生さ
せる磁場の方向に整えることができる。よって、複雑な
形状をした装置や、外部磁場の不均一性が大きいような
状況下でも、コイルに流す電流の制御を容易なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１の例である荷電粒子
線露光装置の磁気シールド方法を説明するための図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態の第２の例である荷電粒子
線露光装置の磁気シールド方法を説明するための図であ
る。

【図３】従来の磁気シールド方法の例を示す図である。

【図４】従来のアクティブキャンセラーの例を示す図で
ある。

【図５】先願発明による荷電粒子線露光装置の磁気シー
ルド方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１…電子光学鏡筒 ２…真空チャンバ ３…真空配管 ４…電子源 ５…電子ビーム ６…試料台 ７…異方性磁性材料磁気シールド体 ８…アクティブキャンセラー用コイルセット ９…配線 １０…外部磁場

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷電
   粒子線露光装置の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、任
   意強度の磁場を発生させるコイルを複数個、荷電粒子線
   の光路を妨げないような任意の位置関係で配置し、個々
   のコイルに流す電流を制御することで鏡筒のギャップや
   穴から光軸に漏れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流れ
   る磁場をキャンセルし、鏡筒内を目的とする磁場分布に
   補正する荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法であっ
   て、前記鏡筒外壁のシールド材に異方性磁性材料を用い
   たことを特徴とする荷電粒子線露光装置の磁気シールド
   方法。
2. 【請求項２】 鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷電
   粒子線露光装置の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、任
   意強度の磁場を発生させるコイルを複数個、荷電粒子線
   の光路を妨げないような任意の位置関係で配置し、個々
   のコイルに流す電流を制御することで鏡筒のギャップや
   穴から光軸に漏れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流れ
   る磁場をキャンセルし、鏡筒内を目的とする磁場分布に
   補正する荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法であっ
   て、前記鏡筒外壁のシールド材を、磁気的に分割したこ
   とを特徴とする荷電粒子線露光装置の磁気シールド方
   法。
3. 【請求項３】 鏡筒外壁に磁気シールド材を有する荷電
   粒子線露光装置の鏡筒の同一高さ位置に、任意方向、任
   意強度の磁場を発生させるコイルを複数個、荷電粒子線
   の光路を妨げないような任意の位置関係で配置し、個々
   のコイルに流す電流を制御することで鏡筒のギャップや
   穴から光軸に漏れる外部磁場や、鏡筒の外皮自体を流れ
   る磁場をキャンセルし、鏡筒内を目的とする磁場分布に
   補正する荷電粒子線露光装置の磁気シールド方法であっ
   て、前記鏡筒外壁のシールド材に異方性磁性材料を用い
   ると共に、前記鏡筒外壁のシールド材を、磁気的に分割
   したことを特徴とする荷電粒子線露光装置の磁気シール
   ド方法。