JP2004104001A

JP2004104001A - Test sample transfer mechanism

Info

Publication number: JP2004104001A
Application number: JP2002266825A
Authority: JP
Inventors: Shosaku Yamaoka; 山岡　正作; Kunio Harada; 原田　邦男; Masakazu Sugaya; 菅谷　昌和
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure for improving the degree of transfer precision in a positioning device for a wafer or the like used for an electron beam recording device. <P>SOLUTION: In order that shape distortions of a base and X stage 4 due to the preload of a cross roller guide 3 caused by screws 5 makes no pitching error in the transfer of the X stage 4 and Y stage 2 for improving the degree of the transfer precision in stages, the shape of the base 1 for fixing the cross roller guide 3 is formed in a recess shape, the shape of the Y stage 2 arranged on the base is formed in an integral structure having a rectangular-shaped protrusion extending straight in a vertical direction, and further the shape of the X stage 4 mounted with a substrate arranged on the Y stage 2 is formed in the recess shape. Furthermore, a top table arranged with a length measuring mirror 23 using laser and with a test sample holder 6 that are mounted on the uppermost portion of the X stage is supported at three points to prevent shape distortions of the stages from exercising a harmful effect on the top table 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム記録装置に係わり、試料を高精度に移動するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム記録装置等に用いる試料移動機構には、移動テーブルの移動精度を向上させるため、試料を搭載したＸステージとＹステージとの間、Ｙステージの下面と固定ベースとの間に、多数のローラを一列に保持したクロスローラガイドを２本づつ用いて、Ｘステージ、ＹステージをそれぞれＸ，Ｙ方向に移動させる機構が広く知られている。
このクロスローラガイドを用いた試料移動機構は、一般的に移動精度及び剛性を向上させるため、クロスローラガイドにネジやくさびを用いて予圧をかけて使用することも広く知られている。ここでは、ネジを使用して予圧をかける例について述べる。
クロスローラガイドに予圧をかけると、押しネジを有する部材がクロスローラガイドとネジとの反力により変形を起こす。この変形が、予圧をかけたクロスローラガイドと直行するガイドに変形を与え、ステージ移動時にピッチング誤差を誘発する不具合が生じていた。
【０００３】
図２〜図４にこの種の試料移動機構の従来例を示す。なお、図２〜図４各々の（ａ）（ｂ）に示す図は、後で述べる変形を誇張して示してある。ステージの凸凹の組み合わせは、４通り考えられる。　（１）図２に示すように固定ベース上部が凹、Ｙステージ下部が凸、Ｙステージ上部が凹、Ｘステージ下部が凸、（２）図３に示すように固定ベース上部が凸、Ｙステージ下部が凹、Ｙステージ上部が凸、Ｘステージ下部が凹、（３）図４に示すように固定ベースが凸、Ｙステージ下部が凹、Ｙステージ上部が凹、Ｘステージ下部が凸、及び（４）図１に示すように固定ベース上部が凹、Ｙステージ下部が凸、Ｙステージ上部が凸、Ｘステージ下部が凹である。
【０００４】
まず、図２の従来機構１について説明する。図２（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、さらにＹステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載されている。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凹型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凸型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凹型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凸型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【０００５】
図２（ａ）に示す正面図において、まずこの試料移動機構の、固定ベース１側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この固定ベースの変形は、固定ベース１のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向の移動精度に対して影響を及ぼさない。この理由としては、Ｙステージ２下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記固定ベースによる予圧を水平方向に押し合うように力を受けるためである。そのため、Ｙステージ２に変形を及ぼさないので、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対しても変形を及ぼすことはない。
【０００６】
次に図２（ｂ）側面図において、Ｙステージ２の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｙステージ２上部のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｙステージ２のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して弓なりの変形を起こし、Ｙ方向移動時の誤差を起こすことになる。この変形が、Ｙ方向のピッチング誤差の要因になる。Ｘステージ４下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ｂを固定し、前記Ｙステージによる予圧を水平方向に押し合うように力を受ける。この予圧による力が、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。そのため、Ｘステージの移動方向の移動精度に対してピッチング誤差を発生させることは無い。
以上述べてきたように、この従来機構１の場合、Ｙステージの移動時のみ、ピッチング誤差を誘発する構造である。
【０００７】
次に、図３の従来機構２について説明する。図３（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、Ｙステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載される。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凸型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凹型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凸型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凹型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【０００８】
図３（ａ）正面図において、この試料移動機構の、Ｙステージ２側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａを固定する部分の形状を、上向きの凸形状部とし、前期クロスローラガイドを固定している。固定ベース１にかかる予圧による力は、クロスローラガイド３ａを介して、水平方向にお互いが押し合うようにかかるので、Ｙステージ用クロスローラガイド３ａ取付け面に対して変形を及ぼすことは無い。Ｙステージ２は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｘ方向のクロスローラガイド３ｂ部の固定面に対して、弓なりの変形を起こし、Ｘ方向移動時の誤差を起こすことになる。この変形が、Ｘ方向のピッチング誤差の要因になる。
【０００９】
次に図３（ｂ）側面図において、Ｘステージ４の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｘステージ４のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｘステージ４のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向にＸステージの変形による移動精度低下の影響を及ぼさない。また、Ｙステージ２上面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記Ｘステージによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｙステージ２用のクロスローラガイド３ａ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。そのため、Ｙステージの移動方向の移動精度に対してピッチング誤差を発生させることは無い。
この従来機構２の場合、Ｘステージの移動のみ、ピッチング誤差を誘発させる構造である。
【００１０】
図４の従来機構３について説明する。図４（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、Ｙステージ４上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載される。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凸型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凹型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凹型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凸型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【００１１】
図４（ａ）正面図において、この試料移動機構の、Ｙステージ２側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａを固定する部分の形状を、上向きの凸形状部とし、前期クロスローラガイドを固定している。Ｙステージ２は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状の変形を起こす。この変形は、Ｘ方向のクロスローラガイド３ｂ部の固定面に対して、移動方向に弓なりの変形を起こすことになる。この変形が、Ｘ方向のピッチング誤差の要因になる。
【００１２】
図４（ｂ）側面図において、Ｙステージ２の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｙステージ２のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開く形状の変形を起こす。この変形は、Ｙ方向のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して、移動方向に弓なりの変形を起こすことになる。この変形が、Ｙ方向のピッチング誤差の要因になる。
この従来機構３の場合、従来機構１及び２の両方の特性を持ち合せており、Ｘステージ、Ｙステージの移動時とも、ピッチング誤差を誘発する構造である。
【００１３】
また、試料移動機構のＸステージ４上に、試料を固定する試料ホルダ６及びレーザー測長用ミラー７を搭載したトップテーブル８を、図３に示したＸステージ４上に直接固定すると、前記したようにＸステージ上面が変形しており、直接トップテーブル８をＸステージ４上に固定すると、レーザー測長用ミラー７が傾き、直進方向の面内での微小回転は、レーザー測長計の測定誤差（アッベ誤差）を生じさせる。
【００１４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−１９８４６９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術においては、電子ビーム記録装置等に用いる精密加工用の試料移動機構に、移動テーブルの移動精度を向上させるため、多数のローラを一列に保持したクロスローラガイドを用いて、Ｘステージ、ＹステージをそれぞれＸ、Ｙ方向に移動させる機構が広く用いられている。しかし、移動テーブルを構成する組み合わせ方法によってクロスローラガイドに加える予圧によって、移動方向にピッチング誤差を発生させ移動精度を低下させる問題があった。また、トップテーブルの固定方法においても、移動ステージの構成によって移動誤差の要因となる問題があった。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、ステージ移動時のピッチング誤差を抑え、高精度な位置決めを行うことにより、高精度な電子ビーム記録装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、クロスローラガイドを固定する最下部に位置する固定ベースの形状を上側が開いた形状の凹型、ベース上に配置されるＹステージの形状を上下方向に直行する凸型の一体構造とし、さらにＹステージ上に配置される試料を搭載するＸステージの形状を下側が開いた形状の凹型に配置する構成とした。
【００１９】
また、試料ホルダ及びレーザー測長用ミラーを搭載したトップテーブルの固定方法として、Ｘテーブル上面に、３点の円錐状の穴を設け、トップテーブルの下面には、３種類の形状をＸテーブル上３点の円錐の位置に対応付けて配置し、この３箇所に球体状の部材を用いて支える構造とし、Ｘテーブル上の変形をトップテーブル上に及ぼさないようにした。
【００２０】
また、この円錐と向き合った３箇所の円錐状の穴、Ｖ溝、平面の働きとして、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及び回転の規制、円錐と円錐の穴が向き合った部分では、回転を除くＸＹＺ方向規制を、円錐とＶ溝が向き合った場所では、ＸまたはＹとＺ方向及び平面上の回転の規制、円錐と平面が向き合った場所では、Ｚ方向の規制を行っている。
【００２１】
トップテーブルの下面に、３種類の形状を設ける理由は、次の通りである。すなわち、３点を全て平面の形状にすると、Ｚ方向を除く、回転方向の規制ができない。また、３点の全てを円錐またはＶ溝にすると、Ｘテーブルに設けた円錐状の穴との位置合わせのために、円錐またはＶ溝の位置を高い精度で加工する必要があり、製造コストが高くなるという課題が生じる。
また、円錐またはＶ溝を２つ設ける場合は、それぞれの２点間の位置を高い精度が、上記３点の場合と同様に要求され、コスト高になる課題がある。従って、３点がそれぞれ円錐、Ｖ溝および平面とすることで、それぞれの形状の加工精度は高いものは必要としないため、コストの面から有利になり、しかもＸ，Ｙ，Ｚ方向の回転規制の目的も達成でき、最も好ましい形状の組合せとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態につき、以下に、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図５は、本発明に係る電子ビーム記録装置の一例を示す概略図である。電子光学系は、電子線１０を発生させる電子銃１１と、電子銃１１から発生した電子線１０を絞るコンデンサレンズ１２と、電子線１０をブランキングさせるブランキング電極１３と、上記コンデンサレンズ１２で絞られた電子線を試料基板１４上においてナノメータオーダのビームスポットに絞る対物レンズ１５と、ナノメータオーダの電子線をＸ方向及びＹ方向に偏向させる偏向器１６とで構成される。
【００２４】
移動機構は、試料基板１４を搭載したホルダ１７を載置し、ＸＹ駆動源１８ａ，ｂによって移動されるＸＹステージ１９と０．３ｎｍ／ＬＳＢ以上の分解能を有し、ＸＹステージ１９を直行する２方向（ＸＹ方向）からＸＹステージの移動範囲内において測長するレーザー測長器（測長計）２０とを備えて構成される。移動機構制御系２１は、レーザー測長器２０で測長されるＸＹステージ１９の現在の位置座標が直線状の描画軌道を生成する軌道発生手段から順次発生する移動目標位置座標になるようにステージ駆動源１８ａ，ｂを駆動するように制御すると共に、測長されるＸＹステージ１９の現在位置座標と描画軌道から算出される目標位置座標との誤差を位置補正制御信号としてインターフェース２２を介して偏向器１６に与え、目標点に、細くビーム径が絞られた電子ビームを照射するように制御するものである。以上の構成により、移動機構制御系は、レーザー測長器２０によって高精度に測定された試料基板１４を固定したホルダ１７を搭載したＸＹステージ１９の位置と、直線状に移動する目標軌道位置との誤差の値を算出し、この誤差を位置補正制御信号として偏向器１６に与えて、電子ビームを偏向する偏向補正制御を行うことによって、高精度に描画することができる。また、ホルダ１７が搭載されるＸＹステージ１９上には描画高さ位置に、測長用のレーザー光が当たるミラー２３を配置して、アッベ誤差が小さくなる位置を計測している。
【００２５】
図１（ｃ）は、本発明によるＸＹステージの構成を説明するための斜視図、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図を示している。図１（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、さらにＹステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載されている。この試料移動機構のガイド構造部は、固定ベース１の上面が凹型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凸型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凸型形状であり、このＹステージ２部とＸステージ４下面の凹型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【００２６】
図１（ａ）正面図において、まずこの試料移動機構の、固定ベース１側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、固定ベース１のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向に固定ベース１の変形による影響を及ぼさない。また、Ｙステージ２下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記固定ベースによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。
【００２７】
図１（ｂ）側面図において、Ｘステージ４の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｘステージ４のＸ方向固定部は、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｙ方向のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して、変形及ぼすことはない。また、Ｙステージ２上面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記Ｘステージによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｙステージ２用のクロスローラガイド３ａ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。
【００２８】
また、試料ホルダ６及びレーザー測長用ミラー７を搭載したトップテーブル８の固定方法として、Ｘテーブル４上面に、３点の円錐状の穴を設け、トップテーブル８の下面には、円錐状の穴、Ｖ溝、平面の３種類の形状をＸテーブル４上の３点の円錐形状位置に対応付けて配置した。そして、この３箇所に球体状の部材９を用いてＸテーブル４上の変形をトップテーブル８上に及ぼさないようにした。
【００２９】
また、この円錐状の穴が向き合った場所の働きとして、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動に対する規制を、円錐とＶ溝が向き合った場所では、ＸまたはＹ、Ｚ方向の規制、円錐と平面が向き合った場所では、Ｚ方向の規制を行っている。
【００３０】
なお、図５に示す実施例では、ＸＹステージ１９をネジ２４で送り移動させる方式としたが、最近では半導体技術の進歩によって制御技術が飛躍的に発達し、直進モータによるダイレクト移動方式が使用され始めている。
また、同様に摩擦車を用いたダイレクトドライブ回転モータと共に使用する摩擦駆動方式による直進移動台、これとは別に圧電素子の微小移動を用いた超音波モータも直進移動の駆動源装置として有効なものとなりつつある。これらのどのタイプの移動ステージにおいても本発明による試料移動機構は有効に採用され得る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ホルダに固定した試料基板を搭載したステージの移動精度の向上が可能となり、描画時に必要な描画面の高さ方向補正量及び面内の補正量を小さくし、さらに描画位置の誤差を小さくすることができるので、高精度な描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料移動機構の実施例の正面図、側面図、斜視図である。
【図２】試料移動機構の従来例１を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図３】試料移動機構の従来例２を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図４】試料移動機構の従来例３を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図５】電子ビーム記録装置の一構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…固定ベース、２…Ｙステージ、３ａ，ｂ…クロスローラガイド、４…Ｘステージ、５…ネジ、６…試料ホルダ、７…ミラー、８…トップテーブル、９…球体状の部材、１０…電子線、１１…電子銃、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング電極、１４…試料基板、１５…対物レンズ、１６…偏向器、１７…ホルダ、１８ａ，ｂ…駆動源、１９…ＸＹステージ、２０…レーザー測長器（測長計）、２１…移動機構制御系、２２…インターフェース、２３…ミラー、２４…ネジ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam recording apparatus, and more particularly, to a mechanism for moving a sample with high precision.
[0002]
[Prior art]
A sample moving mechanism used in an electron beam recording device or the like has a large number of members between an X stage and a Y stage on which a sample is mounted and between a lower surface of the Y stage and a fixed base in order to improve the moving accuracy of the moving table. 2. Description of the Related Art Mechanisms for moving an X stage and a Y stage in the X and Y directions by using two cross roller guides each holding rollers in a line are widely known.
It is widely known that a sample moving mechanism using a cross roller guide generally uses a cross roller guide with a preload using screws or wedges in order to improve movement accuracy and rigidity. Here, an example in which a preload is applied using a screw will be described.
When a preload is applied to the cross roller guide, a member having a push screw is deformed by a reaction force between the cross roller guide and the screw. This deformation gives deformation to the guide that is orthogonal to the pre-loaded cross roller guide, causing a pitching error when moving the stage.
[0003]
2 to 4 show a conventional example of this kind of sample moving mechanism. In addition, the figures shown in (a) and (b) of each of FIG. 2 to FIG. There are four possible combinations of unevenness of the stage. (1) As shown in FIG. 2, the upper part of the fixed base is concave, the lower part of the Y stage is convex, the upper part of the Y stage is concave, the lower part of the X stage is convex, (2) the upper part of the fixed base is convex as shown in FIG. The lower part is concave, the Y stage upper part is convex, the X stage lower part is concave, (3) as shown in FIG. 4, the fixed base is convex, the Y stage lower part is concave, the Y stage upper part is concave, the X stage lower part is convex, and ( 4) As shown in FIG. 1, the upper portion of the fixed base is concave, the lower portion of the Y stage is convex, the upper portion of the Y stage is convex, and the lower portion of the X stage is concave.
[0004]
First, the conventional mechanism 1 of FIG. 2 will be described. 2C, a Y stage 2 is mounted on a fixed base 1 via a cross roller guide 3a, and an X stage 4 is mounted on the Y stage 2 via a cross roller guide 3b. The structure of this sample moving mechanism is such that the upper surface of the fixed base 1 is concave, and a cross roller guide 3a is arranged in the Y direction between the fixed base 1 and the convex portion on the lower surface of the Y stage 2. The upper surface of the Y stage 2 has a concave shape in the direction perpendicular to the direction, that is, the X direction, and the cross roller guide 3b is arranged between the Y stage 2 and the convex portion on the lower surface of the X stage 4. ing.
[0005]
In the front view shown in FIG. 2 (a), a case will be described in which a preload is applied to the cross roller guide 3a of the sample moving mechanism in the Y direction, that is, the Y stage 2, by the screw 5 attached to the side surface of the fixed base 1. . By pressing the cross roller guide 3a with the screw 5, the fixed base 1 is deformed into a shape in which the upward concave portion is open on the upper side as shown in the figure. This deformation of the fixed base is only the fixed base 1 and does not affect the moving accuracy of the X stage 4 and the moving direction of the Y stage 2. The reason for this is that the lower surface of the Y stage 2 has a convex shape and the cross roller guide 3a is fixed to this portion, and a force is applied so as to press the preload by the fixed base in the horizontal direction. Therefore, since the Y stage 2 is not deformed, the X stage 4 does not deform the mounting surface of the cross roller guide 3b.
[0006]
Next, a case where a preload is applied in the X direction, that is, the cross roller guide 3b of the X stage 4 by a screw 5 attached to the side surface of the Y stage 2 in the side view of FIG. By pressing the cross roller guide 3b with the screw 5, the X-direction fixed portion on the upper part of the Y stage 2 is deformed into a shape in which the upward concave portion is open upward as shown in the figure. This deformation causes a bow-shaped deformation on the fixed surface of the cross roller guide 3a of the Y stage 2 and causes an error when moving in the Y direction. This deformation causes a pitching error in the Y direction. The lower surface of the X stage 4 has a convex shape and the cross roller guide 3b is fixed to this portion, and receives a force so as to press the preload by the Y stage in the horizontal direction. The force due to this preload does not affect the mounting surface of the cross roller guide 3b for the X stage 4. Therefore, a pitching error does not occur with respect to the movement accuracy of the X stage in the movement direction.
As described above, the conventional mechanism 1 has a structure in which a pitching error is induced only when the Y stage is moved.
[0007]
Next, the conventional mechanism 2 of FIG. 3 will be described. In FIG. 3C, a Y stage 2 is mounted on a fixed base 1 via a cross roller guide 3a, and an X stage 4 is mounted on the Y stage 2 via a cross roller guide 3b. The structure of this sample moving mechanism is such that the upper surface of the fixed base 1 has a convex shape, and a cross roller guide 3a is arranged in the Y direction between the fixed base 1 and a concave portion on the lower surface of the Y stage 2. The upper surface of the Y stage 2 has a convex shape in the direction perpendicular to the direction, that is, the X direction, and the cross roller guide 3b is arranged between the Y stage 2 and the concave portion on the lower surface of the X stage 4. ing.
[0008]
In the front view of FIG. 3A, a case will be described in which a preload is applied to the cross roller guide 3a of the Y stage 2 in the Y direction by the screw 5 attached to the side surface of the Y stage 2 of the sample moving mechanism. The fixed base 1 has a cross roller guide 3a fixed to the cross roller guide 3a in an upwardly convex shape to fix the cross roller guide. The force due to the preload applied to the fixed base 1 is applied so as to push each other in the horizontal direction via the cross roller guide 3a, so that no deformation is exerted on the mounting surface of the Y stage cross roller guide 3a. By pressing the cross roller guide 3 a with the screw 5, the Y stage 2 is deformed into a shape in which the downward concave portion is open on the lower side as shown in the figure. This deformation causes a bow-shaped deformation of the fixed surface of the cross roller guide 3b in the X direction, causing an error in moving in the X direction. This deformation causes a pitching error in the X direction.
[0009]
Next, a case where a preload is applied in the X direction, that is, the cross roller guide 3b of the X stage 4 by the screw 5 attached to the side surface of the X stage 4 in the side view of FIG. 3B will be described. By pressing the cross roller guide 3b with the screw 5, the X-direction fixed portion of the X stage 4 is deformed into a shape in which the downward concave portion is open on the lower side as shown in the figure. This deformation is only on the X stage 4 and does not affect the moving direction of the X stage 4 and the moving direction of the Y stage 2 due to the lowering of the moving accuracy due to the deformation of the X stage. The upper surface of the Y stage 2 has a convex shape and the cross roller guide 3a is fixed to this portion, and receives the preload by the X stage in the horizontal direction. This preload does not affect the mounting surface of the cross roller guide 3a for the Y stage 2. Therefore, no pitching error occurs with respect to the movement accuracy of the Y stage in the movement direction.
In the case of the conventional mechanism 2, the pitching error is induced only by the movement of the X stage.
[0010]
The conventional mechanism 3 of FIG. 4 will be described. In FIG. 4C, a Y stage 2 is mounted on a fixed base 1 via a cross roller guide 3a, and an X stage 4 is mounted on a Y stage 4 via a cross roller guide 3b. The structure of this sample moving mechanism is such that the upper surface of the fixed base 1 has a convex shape, and a cross roller guide 3a is arranged in the Y direction between the fixed base 1 and a concave portion on the lower surface of the Y stage 2. The upper surface of the Y stage 2 has a concave shape in the direction perpendicular to the direction, that is, the X direction, and the cross roller guide 3b is arranged between the Y stage 2 and the convex portion on the lower surface of the X stage 4. ing.
[0011]
In the front view of FIG. 4A, a case where a preload is applied in the Y direction, that is, the cross roller guide 3a of the Y stage 2 by the screw 5 attached to the side surface of the Y stage 2 of the sample moving mechanism will be described. The fixed base 1 has a cross roller guide 3a fixed to the cross roller guide 3a in an upwardly convex shape to fix the cross roller guide. By pressing the cross roller guide 3 a with the screw 5, the Y stage 2 is deformed into a shape in which the downward concave portion is open on the lower side as shown in the figure. This deformation causes bow-shaped deformation in the moving direction with respect to the fixed surface of the cross roller guide 3b in the X direction. This deformation causes a pitching error in the X direction.
[0012]
In FIG. 4B, a case where a preload is applied in the X direction, that is, the cross roller guide 3b of the X stage 4 by the screw 5 attached to the side surface of the Y stage 2 will be described. By pressing the cross roller guide 3b with the screw 5, the X-direction fixed portion of the Y stage 2 is deformed in such a shape that the upward concave portion opens upward as shown in the figure. This deformation causes bow-shaped deformation in the moving direction with respect to the fixed surface of the cross roller guide 3a in the Y direction. This deformation causes a pitching error in the Y direction.
The conventional mechanism 3 has the characteristics of both the conventional mechanisms 1 and 2, and has a structure in which a pitching error is induced even when the X stage and the Y stage move.
[0013]
Further, when the top table 8 on which the sample holder 6 for fixing the sample and the laser length measuring mirror 7 are fixed directly on the X stage 4 of the sample moving mechanism is directly fixed on the X stage 4 shown in FIG. When the top of the X stage is deformed as described above and the top table 8 is directly fixed on the X stage 4, the mirror 7 for tilting the laser length is tilted, and the minute rotation in the plane in the rectilinear direction is caused by the measurement error of the laser length meter. (Abbe error).
[0014]
Prior art document information related to the invention of this application includes the following.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-5-198469
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, the X stage is mounted on a sample moving mechanism for precision processing used in an electron beam recording apparatus or the like by using a cross roller guide holding a number of rollers in a line in order to improve the moving accuracy of the moving table. , Y stage are moved in the X and Y directions, respectively. However, there is a problem that a pitching error is generated in the moving direction due to a preload applied to the cross roller guide by a combination method of forming the moving table, thereby lowering the moving accuracy. Also, in the method of fixing the top table, there is a problem that a moving error is caused by the configuration of the moving stage.
[0017]
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-accuracy electron beam recording apparatus by suppressing a pitching error during stage movement and performing high-precision positioning.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the shape of the fixed base located at the lowermost part for fixing the cross roller guide is a concave shape having an open upper side, and the shape of a Y stage disposed on the base is a convex shape which is perpendicular to the vertical direction. And the X stage on which the sample to be placed on the Y stage is mounted is arranged in a concave shape with an open lower side.
[0019]
In addition, as a method of fixing a top table equipped with a sample holder and a mirror for laser measurement, three conical holes are provided on the upper surface of the X table, and three types of shapes are formed on the lower surface of the top table. The structure was arranged in correspondence with the positions of the three cones and supported by using spherical members at these three positions, so that deformation on the X table was not applied to the top table.
[0020]
The three conical holes facing the cone, the V-groove, and the plane function as X, Y, and Z directions and rotation control. In the portion where the cone and the conical hole face each other, the XYZ directions excluding rotation are used. The regulation is performed in the places where the cone and the V groove face each other, the rotation in the X or Y and Z directions and on the plane are regulated, and in the place where the cone and the plane face each other, the Z direction is regulated.
[0021]
The reason why three types of shapes are provided on the lower surface of the top table is as follows. That is, if all three points have a planar shape, the rotation direction cannot be restricted except in the Z direction. Further, if all three points are conical or V-grooves, it is necessary to machine the position of the conical or V-groove with high accuracy in order to align with the conical hole provided in the X table, and the manufacturing cost is reduced. There is a problem that it becomes high.
Further, when two cones or V-grooves are provided, high accuracy is required for the position between the two points as in the case of the three points, and there is a problem that the cost increases. Therefore, since the three points are each a cone, a V-groove, and a plane, it is not necessary to have high machining accuracy for each shape, which is advantageous in terms of cost, and furthermore, the rotation is restricted in the X, Y, and Z directions. Can be achieved, and this is the most preferable combination of shapes.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 5 is a schematic view showing an example of the electron beam recording apparatus according to the present invention. The electron optical system includes an electron gun 11 for generating an electron beam 10, a condenser lens 12 for narrowing the electron beam 10 generated from the electron gun 11, a blanking electrode 13 for blanking the electron beam 10, and the condenser lens 12. It comprises an objective lens 15 for narrowing the focused electron beam to a beam spot on the order of nanometers on the sample substrate 14, and a deflector 16 for deflecting the electron beam on the order of nanometers in the X and Y directions.
[0024]
The moving mechanism mounts the holder 17 on which the sample substrate 14 is mounted, and has a resolution of 0.3 nm / LSB or more with the XY stage 19 moved by the XY driving sources 18a and 18b, and moves perpendicularly to the XY stage 19. And a laser length measuring device (length measuring device) 20 for measuring the length within the moving range of the XY stage from the direction (XY direction). The moving mechanism control system 21 controls the stage so that the current position coordinates of the XY stage 19 measured by the laser length measuring device 20 become the moving target position coordinates sequentially generated from the trajectory generating means for generating the linear drawing trajectory. The drive sources 18a and 18b are controlled to be driven, and an error between the current position coordinates of the measured XY stage 19 and the target position coordinates calculated from the drawing trajectory is deflected as a position correction control signal via the interface 22. The electron beam is applied to the target 16 so as to irradiate the target point with an electron beam having a narrow beam diameter. With the above-described configuration, the moving mechanism control system determines the position of the XY stage 19 on which the holder 17 to which the sample substrate 14 is fixed, which is measured with high precision by the laser length measuring device 20, is mounted, and the target orbital position that moves linearly. By calculating the value of this error, giving this error to the deflector 16 as a position correction control signal, and performing deflection correction control for deflecting the electron beam, it is possible to draw with high accuracy. Further, a mirror 23 on which the laser beam for length measurement is applied is arranged at the drawing height position on the XY stage 19 on which the holder 17 is mounted, and the position where the Abbe error is reduced is measured.
[0025]
1C is a perspective view for explaining the configuration of the XY stage according to the present invention, FIG. 1A is a front view, and FIG. 1B is a side view. In FIG. 1C, a Y stage 2 is mounted on a fixed base 1 via a cross roller guide 3a, and an X stage 4 is mounted on the Y stage 2 via a cross roller guide 3b. In the guide structure of the sample moving mechanism, the upper surface of the fixed base 1 has a concave shape, and a cross roller guide 3a is arranged in the Y direction between the fixed base 1 and the convex shape portion on the lower surface of the Y stage 2, Further, the upper surface of the Y stage 2 has a convex shape in the direction perpendicular to the Y direction, that is, in the X direction, and the cross roller guide 3b is disposed between the Y stage 2 and the concave shape on the lower surface of the X stage 4. It has a structure.
[0026]
In the front view of FIG. 1 (a), the case where a preload is applied to the cross roller guide 3a of the Y stage 2, that is, the Y stage 2, by the screw 5 attached to the side surface of the fixed base 1 of the sample moving mechanism will be described. By pressing the cross roller guide 3a with the screw 5, the fixed base 1 portion is deformed into a shape in which the upward concave portion is open on the upper side as shown in the figure. This deformation occurs only in the fixed base 1 and does not affect the moving direction of the X stage 4 and the moving direction of the Y stage 2 due to the deformation of the fixed base 1. The lower surface of the Y stage 2 has a convex shape, and the cross roller guide 3a is fixed to this portion, and receives the preload by the fixed base in the horizontal direction. This preload does not affect the mounting surface of the cross roller guide 3b for the X stage 4.
[0027]
1B, a case where a preload is applied in the X direction, that is, the cross roller guide 3b of the X stage 4 by a screw 5 attached to the side surface of the X stage 4 will be described. The X-direction fixed portion of the X stage 4 is deformed into a shape in which the downward concave portion is open on the lower side as shown in the figure. This deformation does not affect the fixing surface of the cross roller guide 3a in the Y direction. The upper surface of the Y stage 2 has a convex shape and the cross roller guide 3a is fixed to this portion, and receives the preload by the X stage in the horizontal direction. This preload does not affect the mounting surface of the cross roller guide 3a for the Y stage 2.
[0028]
As a method for fixing the top table 8 on which the sample holder 6 and the laser measuring mirror 7 are mounted, three conical holes are provided on the upper surface of the X table 4, and a conical hole is formed on the lower surface of the top table 8. Three types of shapes, such as a hole, a V-groove, and a plane, were arranged in correspondence with three conical positions on the X table 4. Then, deformation on the X table 4 was prevented from being applied to the top table 8 by using spherical members 9 at these three places.
[0029]
Further, as a function of the place where the conical holes face each other, the restriction on the movement in the X, Y, and Z directions is set. In the places facing each other, the Z direction is regulated.
[0030]
In the embodiment shown in FIG. 5, the XY stage 19 is fed and moved by the screw 24. However, recently, the control technology has been dramatically developed due to the progress of semiconductor technology, and the direct moving system using a straight motor has been used. Has begun.
Similarly, a linear moving table using a friction drive system used together with a direct drive rotary motor using a friction wheel, and an ultrasonic motor using a small movement of a piezoelectric element is also effective as a driving source device for the linear movement. It is becoming. In any of these types of moving stages, the sample moving mechanism according to the present invention can be effectively employed.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to improve the movement accuracy of a stage on which a sample substrate fixed to a holder is mounted, to reduce a height direction correction amount and an in-plane correction amount of a drawing surface required at the time of drawing, and to further reduce a drawing position. Can be reduced, and high-precision drawing can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view, a side view, and a perspective view of an embodiment of a sample moving mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is a front view, a side view, and a perspective view showing a first conventional example of a sample moving mechanism.
FIG. 3 is a front view, a side view, and a perspective view showing a second conventional example of the sample moving mechanism.
FIG. 4 is a front view, a side view, and a perspective view showing a third conventional example of the sample moving mechanism.
FIG. 5 is a schematic diagram showing one configuration example of an electron beam recording apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixed base, 2 ... Y stage, 3a, b ... Cross roller guide, 4 ... X stage, 5 ... Screw, 6 ... Sample holder, 7 ... Mirror, 8 ... Top table, 9 ... Spherical member, 10 ... Electron beam, 11: electron gun, 12: condenser lens, 13: blanking electrode, 14: sample substrate, 15: objective lens, 16: deflector, 17: holder, 18a, b: drive source, 19: XY stage, 20: laser length measuring device (length measuring device), 21: moving mechanism control system, 22: interface, 23: mirror, 24: screw.

Claims

In a sample moving mechanism for moving a sample in the XY directions on a horizontal plane,
A top table on which the sample holder is mounted on one main surface,
An X stage in which the top table is mounted via a support member,
The X stage is mounted, and a Y stage using a cross roller guide is provided in a guide portion thereof.
The X stage and the Y stage are mounted, and the guide portion includes a fixed base using a cross roller guide,
The fixed base has a concave shape with one cross section opened in a first direction,
The X stage has a concave shape whose one section is opened in a direction opposite to the first direction,
The Y stage has a cross section that has a convex shape in the first direction, is fitted so as to allow movement with the recess of the X stage, and has another cross section orthogonal to the one cross section. A sample moving mechanism having a convex shape in a direction opposite to the first direction, and having a structure fitted to a concave portion of the fixed base so as to allow movement.

The sample moving mechanism according to claim 1, wherein the top table is supported at three positions by the support member provided between the top table and the X stage.

Conical holes are provided at three places on one main surface of the X stage,
On the other main surface side of the top table, a conical hole, a V-shaped groove and a groove having a flat bottom are provided at positions corresponding to the holes on the cone, and a support member for the X stage and the top table is provided. 2. The sample moving mechanism according to claim 1, wherein the sample is a sphere.