JP2003318080A

JP2003318080A - 電子ビーム描画装置

Info

Publication number: JP2003318080A
Application number: JP2002118659A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kurihara; 雅樹栗原; Toshihiko Horiuchi; 敏彦堀内; Yoshimasa Fukushima; 芳雅福嶋; Maki Mizuochi; 真樹水落
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-07
Also published as: US20030197134A1; US6794665B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビーム描画装置において、ステージ移動時
の鏡筒の振動を抑制して、電子ビームの位置ずれを低減
する。【解決手段】電子ビーム描画装置は、底板４、側壁６、
天板７を有する試料室を備える。試料室の４隅には柱部
材５が設けられており、この柱部材には架台１２が固定
されている。天板に載せられた鏡筒１１を架台に対して
位置決めする複数の支持装置３２を、鏡筒周りに配置す
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、半導体やマスク原
版上に微細パターンを露光する電子ビーム描画装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子ビーム描画装置の例が、特開
平８−３２０５７０号公報に記載されている。この公報
では、外部振動や、装置内の振動、特に試料ステージの
移動により電子線カラムが横揺れするのを防止するため
に、電子線カラムの対物レンズ上端を試料室に対して梁
で固定している。これにより、対物レンズの下端が試料
室に固定され、２点支持により横揺れが防止される。

【０００３】電子ビーム描画装置の他の例が、特開平２
０００-１３８２７９号公報に記載されている。この公
報では、ステージを小型、軽量化するために、鏡筒定盤
に投影光学系のフランジ部を搭載し、架台の脚部をこの
鏡筒定盤に固定して、架台にレチクルベースを取り付け
た構造となっている。さらに、鏡筒定盤の角部を指示す
る防振台から磁極部を描画面方向に張り出し、露光用の
穴を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−３２０
５７０号公報に記載の電子線描画装置においては、天板
の面外剛性を高くしなくても、試料室に対して鏡筒の対
物レンズの下端と上端の２点間を支持することにより、
鏡筒の回転振動を低減できることが提唱されている。し
かしながら、本発明者らの実験的研究により、ステージ
が移動して鏡筒に発生する回転振動モードは、天板の面
外変形が主要要因であることが判明した。そのため、天
板の面外変形を拘束しない限り、鏡筒の回転振動を低減
することは困難である。

【０００５】なお、天板の面外変形を拘束し、鏡筒の下
端と上端の２点を支持すれば、ステージ移動時に発生す
る鏡筒の回転振動を低減できる。しかし、ステージの大
型化に伴い試料室も大型化する。大型の天板について
は、面外剛性を増大させることが困難である。つまり、
上記公報では、天板の面外変形については十分には考慮
されていない。

【０００６】ところで、電子ビーム描画装置は試料室内
を真空状態にして稼動される。そのとき、大気圧と試料
室内の真空圧との負圧（以下真空負圧という）により試
料室の天板には大荷重が作用する。この真空負圧による
荷重は、天板の大きさに比例して増大するから、試料室
天板の面外剛性が十分でないと、天板が上下方向に沈み
込み、鏡筒を設けた天板の中央では大変形が発生する。

【０００７】上記特開平２０００−１３８２７９号公報
では、鏡筒定盤上に投影光学系を載置しているが、この
公報に記載の露光装置では、投影光学系が２点では支持
されておらず、鏡筒定盤が大型化したときに上述した不
具合を発生することについては、何等考慮されていな
い。

【０００８】さらに、電子ビーム描画装置においてステ
ージが加減速して移動すると、慣性力が発生しその反力
が試料室に伝達される。その結果、試料室の天板に直立
した鏡筒は、基礎から加振される。鏡筒を支持する天板
の面外剛性が小さいと、鏡筒の固有振動数も低くなる。
鏡筒の固有振動数がステージ反力の振動数成分まで低下
すると、鏡筒はステージ反力によって励振される。この
場合の鏡筒の振動モードは、鏡筒がほぼ剛体で鏡筒を支
持する天板が変形する、回転振動モードであることが本
発明者らの研究により解明した。

【０００９】回転振動モードが発生すると、鏡筒と試料
との間に水平方向の相対変位が生じ、試料上で電子ビー
ムの位置ずれが発生し、電子ビームの位置決め精度が低
下する。この不具合を回避するために、鏡筒を試料室の
天板上に設け天板の面外方向の剛性を高めた高剛性構造
を採用すると、天板の重量が増加してステージの保守性
が低下する。

【００１０】本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みな
されたものであり、その目的は、大型の試料室を有する
電子ビーム描画装置においても、描画の信頼性を向上さ
せることにある。本発明の他の目的は、電子ビーム描画
装置においてステージが移動しても鏡筒の回転振動を防
止することにある。本発明のさらに多の目的は、電子ビ
ーム描画装置におけるスループットを向上させることに
ある。本発明のさらに他の目的は、鏡筒の上下方向の変
位を拘束することにより鏡筒内に設けられた電子レンズ
に歪みが発生するのを防止することにある。そして本発
明は、これらの目的の少なくとも一つを達成することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、試料を搭載するステージを収
納した試料室と、この試料室を保持する定盤と、試料に
電子ビームを照射する電子銃を内蔵した鏡筒とを備えた
電子ビーム描画装置において、記試料室の上部の天板に
前記鏡筒を載置し、定盤の角部から中央に延びる脚部を
有する架台と、この架台に保持した支持装置と、鏡筒と
支持装置間の間隙を調整する位置決め手段とを設けたこ
とにある。

【００１２】そしてこの特徴において、鏡筒の上部およ
び下部側面に振動センサを取付け、位置決め手段はアク
チュエータを有し、振動センサが検出した信号に基づい
てアクチュエータを制御する制御手段を設けるようにし
てもよい。また、架台の脚部は４本あり、支持手段を鏡
筒の外周略４等分位置に設けてもよく、支持手段を鏡筒
の外周略４等分位置に設け、制御装置は鏡筒軸に対し対
称配置されたアクチュエータを同期して制御するように
してもよい。さらに、対称配置されたアクチュエータの
一方が引張り動作のときは、他方のアクチュエータは縮
む動作をさせるよう制御手段が制御するのが望ましい。

【００１３】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、試料を搭載して水平方向に移動するステージ
と、このステージを収納する試料室と、この試料室を載
置する定盤と、試料室の上部に設けられ、電子銃と電子
銃で発生した電子ビームを成形および収束する電子レン
ズと電子ビームを偏向する偏向器とを内蔵した鏡筒とを
備える電子ビーム描画装置において、定盤に付設される
柱部材と、柱部材に固定され鏡筒の周囲に配置される架
台と、この架台に固定され鏡筒を支持する複数個の支持
装置とを有することにある。

【００１４】そしてこの特徴において、柱部材は、試料
室に一体化されていてもよく、支持装置は両端がそれぞ
れ鏡筒と架台に結合されており、鏡筒と架台とを結ぶ直
線方向に剛でかつ少なくともこれに直交する一つの方向
に柔な連結部材を含むようにしてもよい。また、支持装
置は動的な荷重を鏡筒の水平方向に付加する直動アクチ
ュエータを含み、鏡筒の上部と下部に設けた加速度を計
測する振動センサと、振動センサの加速度の相対量が減
少するように直動アクチュエータを制御するコントロー
ラを有するようにしてもよい。

【００１５】このような特徴を有する本発明では、支持
装置を設ける架台を剛性の高い柱部材に固定したので、
架台は真空負圧による天板の面外変形の影響を受けず
に、鏡筒をその上部で水平方向に支持することができ
る。その結果、鏡筒の下部と上部の２点で支持するだけ
で鏡筒の固有振動数を増加させ、ステージの移動反力に
対して鏡筒の回転振動を低減させることができる。ま
た、鏡筒の上部と下部とに設けた加速度振動センサを用
いて、加速度の相対量を低減するように直動アクチュエ
ータを制御したので鏡筒の回転振動をさらに抑制でき
る。

【００１６】また、軸方向に剛で、せん断方向に柔な連
結部材を設けたので、鏡筒の回転振動を低減する。しか
も真空負圧により天板が沈み込んで鏡筒の上下方向が変
位することや電子レンズが発熱して鏡筒が上下方向に伸
びるのを拘束しないので、電子ビームの成形性や収束性
が向上し、電子ビームのドリフトを防止できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
を、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る電
子ビーム描画装置の一実施例の縦断面図であり、図２は
図１に示した電子ビーム描画装置の平面図である。電子
ビーム描画装置３１は、床１上の保持部材１ａに保持さ
れた防振マウント２により支持される定盤３と、この定
盤３上に搭載された試料室３０と、試料室３０の内部に
収納されたステージ８と、試料室３０の上部を形成する
天板７の中央に配置した鏡筒１１とを有している。

【００１８】鏡筒１１の下部にはフランジ１１ａが形成
されている。試料室３０は、底板４と側壁６と天板7と
で直方体状に形成され、４隅部には柱部材５が位置して
いる。鏡筒１１のフランジ１１ａは、天板７とボルトで
固定されている。試料室３０と鏡筒１１の内部は、真空
に保たれている。鏡筒１１の内部の最上部には、電子銃
１５が、鏡筒１１内の下部には電子レンズ１７と偏向器
１８がそれぞれ設けられている。

【００１９】試料室３０の４隅に設けられた各柱部材５
には、図２に示すように、４本脚の架台１２が固定され
ている。架台１２は、中央部が円形でこの円から放射状
に柱部材５まで延びている。複数個のスタンド部材１３
が架台１２上に固定されており、スタンド部材１３は、
架台１２の中心部を貫通する鏡筒１１の外周略等分割し
た位置に配置されている。

【００２０】スタンド部材１３は断面Ｌ字型をしてお
り、その上部には鏡筒１１の上部とスタンド部材１３と
の間の距離を所定位置に設定するための位置決め部材１
４が取付けられている。位置決め部材１４の鏡筒１１側
端部にねじを形成し、このねじを鏡筒１１に設けたねじ
穴に結合する。この代わりに、位置決め部材１４の先端
を鏡筒１１に押し付けるようにしてもよいし、位置決め
部材１４を鏡筒１１に固定し、位置決め部材１４を引い
て鏡筒１１をスタンド部材１３側に引くようにしてもよ
い。

【００２１】真空負圧により天板７が沈み込んだり、あ
るいは鏡筒１１が熱変形して鏡筒１１の位置精度が劣化
する恐れがあるときは、位置決め部材１４に、位置決め
部材１４の軸方向には剛で、せん断方向、すなわち、鏡
筒１１の上下方向には柔である棒部材、ワイヤーもしく
は積層ゴムを用いる。積層ゴムでは、薄い板厚のゴムと
鉄板が交互に積層されているので、圧縮方向の剛性をせ
ん断方向の剛性の１０００倍以上にすることができる。
そこで、ゴム板の圧縮方向が水平方向になるように配置
する。積層ゴムのゴム材料としては、高温特性に優れて
いるシリコン系を用いる。なお、位置決め部材１４の鏡
筒側端部は、上下方向にスライドできるようにしてもよ
い。

【００２２】このように構成した電子ビーム描画装置３
１の動作を、以下に説明する。電子銃１５から放出され
た電子ビーム１６は、電子レンズ１７により収束され
る。そして、偏向器１８で偏向され、試料室３０に収納
されたステージ８上に搭載された試料９に照射される。
ステージ８を駆動するために、試料室３０を貫通するロ
ッドを有するステージ駆動系１０が設けられている。試
料９表面に電子ビーム１６により微細パターンを描画す
るときは、ステージ８をステージ駆動系１０を用いて連
続移動させる。その際、ステージ８が試料９をビーム電
子線照射位置に移動させる。電子ビーム１６とステージ
８の位置決め精度が数十ｎｍであるので、床振動の影響
を受けやすい。そこで、電子ビーム描画装置３１の本体
下方に配置した防振マウント２が、床振動を振動絶縁す
る。

【００２３】ところで、ステージ８が水平方向に移動す
るとき、特に、ステージ８が加減速しながら移動すると
きは、ステージ８の慣性力の反力が加振力となって試料
室３０を加振する。その結果、試料室３０の天板７上に
置かれた鏡筒１１が、天板７の面外変形により回転振動
する。

【００２４】従来の電子ビーム描画装置では、鏡筒１１
の下端を片持ち支持しているので、鏡筒１１は電子銃１
５のある上部ほど大きく振動し、鏡筒１１の上部がほぼ
水平方向に振動するという不具合を生じていた。本実施
例では鏡筒１１の上部を周囲から水平方向に拘束してい
るので、鏡筒１１の下部と上部との２点が支持され、鏡
筒１１の水平方向の支持剛性がを高められている。した
がって、ステージ８を移動させるときに発生する反力の
振動数成分よりも、鏡筒１１の固有振動数を十分高める
ことができるので、鏡筒１１の変位振幅を低減できる。
なお、位置決め部材１４と並列に減衰部材を設ければ、
さらに鏡筒１１の変位振幅を低減できる。

【００２５】図３に、電子ビーム描画装置３１ａの他の
実施例を示す。上記図１に示した実施例では、パッシブ
に鏡筒１１の振動を制御していたが、本実施例では能動
的に鏡筒１１の振動を制御している。図４に、鏡筒１１
の振動を能動的に制御するのに用いる、鏡筒１１の支持
装置３２の縦断面図を示す。

【００２６】支持装置３２は、図４に示すように、断面
Ｌ字型のスタンド部材１３ａと、このスタンド部材１３
ａの上部に回動可能に取付けられたレバー部２６と、こ
のレバー部にナットにより一端部を固定されたロッド１
４ａとを有している。鏡筒１１の上部にロッド１４ａを
引っ張ることにより、鏡筒１１の試料室３０に対する位
置決め及び傾きが制御される。スタンド部材１３ａの上
部は、レバー２６を回動可能にするため、レバー２６部
との間で空間を形成する固定部２４となっている。した
がって、レバー２６部と固定部２４とはＵ字状をなして
いる。

【００２７】レバー２６部の内壁面に一端が接触し、他
端が固定部２４を貫通して形成した穴に挿入された押さ
え部材２５に接触する直動アクチュエータ２０を、Ｕ字
部に配置する。押さえ部材２５は、固定部２４、つまり
スタンド部材１３ａに固定されている。直動アクチュエ
ータ２０は押え部材２５により隙間無く保持される。直
動アクチュエータ２０を制御するため、鏡筒１１の上面
とフランジ１１ａ近傍に、水平方向の加速度を計測する
振動センサ１９ａ、１９ｂが取付けられている。

【００２８】次に振動センサ１９ａ、１９ｂおよび直動
アクチュエータ２０を用いて、鏡筒１１の振動を制御す
る制御系について説明する。振動センサ１９ａ、１９ｂ
が検出した振動信号は、センサアンプ２１に入力され
る。そして、センサアンプ２１で増幅され、コントロー
ラ２２に入力される。コントローラ２２では、振動変位
の相対量が小さくなるように制御信号を作成し、直動ア
クチュエータ２０に駆動アンプ２３を介して制御指令を
与える。このように、振動センサ１９ａ、１９ｂの信号
をフィードバックして鏡筒１１の変位を制御している。

【００２９】鏡筒１１の振動が抑制されると、電子銃１
５と試料９との相対変位が大幅に低減される。特に、図
３に示した実施例では、ロッド１４ａとスタンド部材１
３ａと直動アクチュエータ２０とを備えた支持装置３２
を、鏡筒１１軸に関して対称に設けているので、一方の
直動アクチュエータ２０を伸びるように駆動したとき
は、対称に配置した他方の直動アクチュエータ２０を、
一方の直動アクチュエータに同期して縮むように駆動す
る。

【００３０】つまり、一方のアクチュエータ２０では、
スタンド部材１３ａにピン結合されたレバー２６を外方
に押し付ける。レバー２６の外方への回動に伴い、ロッ
ド１４ａも外方に引かれ、ロッド１４ａの先端が固定さ
れた鏡筒１１に引っ張り力を作用させる。このとき、対
称に配置された直動アクチュエータ２０は縮む動作をし
ているので、同様の動作によりロッド１４ａは内方に移
動し、鏡筒１１に作用していた引っ張り力を低減させ
る。このように、対称に配置した２つの直動アクチュエ
ータ２０を、鏡筒１１の振動と変位方向が逆方向になる
ように動作させれば、ステージ８の移動時における鏡筒
１１の振動を抑制できる。

【００３１】なお、試料９を載置するステージ８を制御
するステージ用コントローラ２７を設け、このコントロ
ーラ２７で生成された制御信号を、ステージ駆動系１０
と直動アクチュエータ２０のコントローラ２２の双方に
入力し、直動アクチュエータ２０をフィードフォワード
制御するようにしてもよい。このようにフィードフォワ
ード制御を用いても、鏡筒１１の振動を抑制できる。

【００３２】上記各実施例では、柱部材を試料室に一体
化して試料室の構成部材としたが、柱部材を必ずしも構
成部材とする必要はない。ただし、柱部材を試料室の構
成部材とすると、電子ビーム描画装置を小型コンパクト
化できる。さらに、上記実施例は本発明の一実施例であ
り、本発明はこれらの実施例に限定されるものでなく、
本発明の真の精神および範囲内にある変形例は、全て特
許請求の範囲に含まれる。

【００３３】

【発明の効果】上述した通り本発明によれば、電子ビー
ム描画装置の鏡筒を受動的または能動的に位置制御した
ので、電子ビーム描画装置のステージが移動して発生す
る鏡筒の振動を大幅に低減できる。その結果、電子ビー
ムを用いた描画において、ずれを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係る電子ビーム描画装置の一実施例の
縦断面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】本発明に係る電子ビーム描画装置の他の実施例
の縦断面図である。

【図４】図３における直動アクチュエータ部の詳細縦断
面図である。

【符号の説明】

１…床、２…防振マウント、３…定盤、４…底板、５…
柱部材、６…側壁、７…天板、８…ステージ、９…試
料、１０…ステージ駆動系、１１…鏡筒、１２…架台、
１３，１３ａ…スタンド部材、１４…位置決め部材、１
４ａ…ロッド、１５…電子銃、１６…電子ビーム、１７
…電子レンズ、１８…偏向器、１９…振動センサ、２０
…直動アクチュエータ、２１…センサアンプ、２２…コ
ントローラ、２３…駆動アンプ、２４…固定部、２５…
押え部材、２６…レバー、２７…ステージ用コントロー
ラ、３０…試料室、３１、３１ａ…電子ビーム描画装
置、３２…支持装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福嶋芳雅茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内 (72)発明者水落真樹茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立ハイテクノロジーズ設計・製造統括本部那珂事業所内Ｆターム(参考） 2H097 AA03 BA10 CA16 KA01 LA10 5F056 EA12 5H303 AA06 BB06 CC08 DD04 QQ03 QQ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を搭載するステージを収納した試料室
と、この試料室を保持する定盤と、試料に電子ビームを
照射する電子銃を内蔵した鏡筒とを備えた電子ビーム描
画装置において、前記試料室の上部の天板に前記鏡筒を載置し、前記定盤
の角部から中央に延びる脚部を有する架台と、この架台
に保持した支持装置と、鏡筒と支持装置間の間隙を調整
する位置決め手段とを設けたことを特徴とする電子ビー
ム描画装置。
【請求項２】前記鏡筒の上部および下部側面に振動セン
サを取付け、前記位置決め手段はアクチュエータを有
し、前記振動センサが検出した信号に基づいて前記アク
チュエータを制御する制御手段を設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項３】前記架台の脚部は４本あり、前記支持手段
を鏡筒の外周略４等分位置に設けたことを特徴とする請
求項１に記載の電子ビーム装置。
【請求項４】前記支持手段を鏡筒の外周略４等分位置に
設け、前記制御装置は鏡筒軸に対し対称配置されたアク
チュエータを同期して制御することを特徴とする請求項
２に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項５】前記対称配置されたアクチュエータの一方
が引張り動作のときは、他方のアクチュエータは縮む動
作をさせるよう制御手段が制御することを特徴とする請
求項４に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項６】試料を搭載して水平方向に移動するステー
ジと、このステージを収納する試料室と、この試料室を
載置する定盤と、前記試料室の上部に設けられ、電子銃
と電子銃で発生した電子ビームを成形および収束する電
子レンズと電子ビームを偏向する偏向器とを内蔵した鏡
筒と、を備える電子ビーム描画装置において、前記定盤
に付設される柱部材と、柱部材に固定され前記鏡筒の周
囲に配置される架台と、この架台に固定され前記鏡筒を
支持する複数個の支持装置とを有することを特徴とする
電子ビーム描画装置。
【請求項７】前記柱部材は、前記試料室に一体化されて
いることを特徴とする請求項６に記載の電子ビーム描画
装置。
【請求項８】前記支持装置は、両端がそれぞれ前記鏡筒
と前記架台に結合されており、前記鏡筒と前記架台とを
結ぶ直線方向に剛でかつ少なくともこれに直交する一つ
の方向に柔な連結部材を含むことを特徴とする請求項６
または請求項７に記載の電子ビーム描画装置。
【請求項９】前記支持装置は動的な荷重を前記鏡筒の水
平方向に付加する直動アクチュエータを含み、前記鏡筒
の上部と下部に設けた加速度を計測する振動センサと、
前記振動センサの加速度の相対量が減少するように前記
直動アクチュエータを制御するコントローラを有するこ
とを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電子ビ
ーム描画装置。
【請求項１０】前記支持装置は、スタンド部材と、この
スタンド部材に対し鏡筒を位置決めするロッドと、この
ロッドを駆動する直動アクチュエータとを有し、前記ス
タンド部材は、固定部とこの固定部にピン結合されたレ
バーとを有し、前記アクチュエータを駆動するとレバー
が回動して前記ロッドを往復動させることを特徴とする
請求項９に記載の電子ビーム描画装置。