JP2005158333A - トロイダル型コイル構造体および荷電粒子線露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 板状コイルの基板の反りにも対応した板状コイルの位置合わせを簡単かつ高い精度で行うことができるトロイダル型コイル構造体を提供する。
【解決手段】 外周面にその軸方向に延びる複数の溝を有する円筒部材と、少なくとも１面が前記円筒部材の軸方向に垂直になるように前記円筒部材に嵌合され、前記円筒部材の軸との交点を中心として放射状に延びる複数の溝を有する板状部材と、少なくとも片面にコイルが形成された基板からなる複数の板状コイルと、を有し、前記板状コイルは前記円筒部材の溝および前記板状部材の溝に挿入され、前記円筒部材の軸に対して前記板状コイルが放射状に配置されてなるトロイダル型コイル構造体であって、
前記板状コイルの少なくとも一方のコイル形成面には、前記円筒部材または前記板状部材への被挿入部に、前記板状コイルの挿入方向に沿って溝側に突出量が減少する傾斜面を有する傾斜突起が形成され、前記傾斜突起の傾斜面と前記溝との当接によって前記板状コイルの溝取付位置が調整されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、荷電粒子線露光装置の偏向器および非点補正器に使用されるトロイダル型コイル構造体において、特に、放射状に配置される板状コイルの位置合わせを簡単かつ高い精度で行えるトロイダル型コイル構造体に関する。

近年、半導体集積回路の集積度はますます高くなり、より微細な半導体集積回路を作製できる荷電粒子線露光装置の研究開発が盛んに行われている。その中でも、レチクルと呼ばれる回路パターンを電子光学系の投影レンズによりウエハに縮小転写する電子線露光装置が注目されている。
レチクルは、例えば、直径約２００ｍｍのシリコンウエハから作製されるが、電子線露光装置の露光視野は２５０μｍ程度と小さいため、数十ｍｍ四方のチップを露光するためには細分化されたパターンを繋ぎながら露光する。すなわち、電子線露光装置では、どのような電子線露光装置でも電子線を偏向することが必須であり、この技術無くしては電子線露光装置は成り立たない。したがって、どの電子線露光装置にも偏向器や、非点収差を補正する非点補正器などが備わっており、重要な構成部品の一つとなっている。

これらの偏向器、非点補正器は種々の構造のものが考案されており、その中の一つにトロイダル型コイルといわれるものがある。特許文献１には、このトロイダル型コイルのコイル基板（板状コイル）の取付位置精度向上に関する技術が開示されている。特許文献１のトロイダル型コイル構造体は、板状コイルの基板上にコイルを形成して、その板状コイルを放射状に配置するものである。板状コイルは、円筒部材の外周に形成された溝と、円筒部材に嵌め込まれた板状部材における円筒部材の軸に垂直な平面に形成された溝とに、それぞれ嵌め込まれる。そして、板状コイルの端部と溝底を当接させて、板状コイルが位置決め固定されている。

また、上記のトロイダル型コイル構造体を用いた荷電粒子線露光装置では、放射状に配置される板状コイルの円周方向角度の誤差が、最大偏向位置でのぼけ、解像度に影響を与えることが知られている。したがって、板状コイルの円周方向角度の許容公差は±０．１°以内とされている。ここで、特許文献２には、本発明者によるトロイダル型コイル構造体の組み立て方法が開示されている。この特許文献２では、板状コイルの表面または溝内部に光硬化樹脂で位置決め用の突起を形成し、板状コイルの溝取付位置を調整するものである。
米国特許第６，１５３，８８５号明細書 特開２００３−７７７９２号公報

ここで、板状コイルに用いられる基板には、その構造上、被磁性の石英、ファインセラミックス、マシナブルセラミックス等が用いられる。この基板には、コイルの形成工程等で反りが生じることがある。しかし、上記の特許文献２の方法による場合には、板状コイルの基板に反りが生じると、基板の反りを矯正しながら円筒部材に板状コイルをセットすることができなかった。特に円筒部材の軸方向に沿って基板の反りが許容公差に収まらない場合には、トロイダル型コイル構造体の性能に大きな影響を及ぼす中心側の磁束の位置に誤差が大きくなり、この点で改善の余地があった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、その目的は、板状コイルの基板の反りにも対応した板状コイルの位置合わせを簡単かつ高い精度で行うことができるトロイダル型コイル構造体を提供することである。

請求項１の発明は、外周面にその軸方向に延びる複数の溝を有する円筒部材と、少なくとも１面が前記円筒部材の軸方向に垂直になるように前記円筒部材に嵌合され、前記円筒部材の軸との交点を中心として放射状に延びる複数の溝を有する板状部材と、少なくとも片面にコイルが形成された基板からなる複数の板状コイルと、を有し、前記板状コイルは前記円筒部材の溝および前記板状部材の溝に挿入され、前記円筒部材の軸に対して前記板状コイルが放射状に配置されてなるトロイダル型コイル構造体であって、前記板状コイルの少なくとも一方のコイル形成面には、前記円筒部材または前記板状部材への被挿入部に、前記板状コイルの挿入方向に沿って溝側に突出量が減少する傾斜面を有する傾斜突起が形成され、前記傾斜突起の傾斜面と前記溝との当接によって前記板状コイルの溝取付位置が調整されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記傾斜突起の基端部に、前記板状コイルの溝挿入方向に直交して延長する弾性変形用切り欠きが形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記傾斜突起および前記コイルは、前記基板の表面に配した導電膜と、リソグラフィー法および電鋳法により前記導電膜から成長させた金属凸部とで形成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のトロイダル型コイル構造体を備えたことを特徴とする荷電粒子線露光装置である。

本発明のトロイダル型コイル構造体では、板状コイルの被挿入部に形成された傾斜突起が円筒部材または板状部材の溝の壁面と当接することで、板状コイルが所定の溝取付位置に案内されて取り付けられる。特に、板状コイルの基板に反りがある場合でも、板状コイルは傾斜突起に案内されて取付時に反りが矯正された状態となるので、非常に高い精度で板状コイルが配置され、より高性能のトロイダル型コイル構造体を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態の説明）
図１から図３は、第１実施形態のトロイダル型コイル構造体を示す図である（請求項１、請求項３に対応する）。第１実施形態のトロイダル型コイル構造体１は、円筒部材２と、板状部材３と、複数の板状コイル４とから構成されている。このトロイダル型コイル構造体１は、板状コイル４に流す電流を制御することにより、光軸上に光軸と垂直な方向の合成磁界を発生させ、その磁界と電子線との相互作用によるローレンツ力で電子線を偏向させるものである。

円筒部材２の外周面には、複数の溝５が、円筒部材２の軸方向に延長するように形成されている。また、板状部材３はリング状に形成された部材であって、その内周に円筒部材２が嵌り込むようになっている。板状部材３の１面には、板状部材３の中心から放射状に広がる複数の溝６が形成されている。この溝６の位置は、円筒部材２の溝５にそれぞれ対応するように形成されている。

円筒部材２および板状部材３は、図１（ａ）に示すように、板状部材３の溝形成面が円筒部材２の軸方向に垂直をなす状態で、板状部材３の内周に円筒部材２が嵌合され、両者が接着剤等で固定されて組み立てられる。この組立時において、円筒部材２の溝５の位置と、板状部材３の溝６の位置とはそれぞれ対応した状態となっている。
板状コイル４は、図２に示すように、上記組立後の円筒部材２の溝５および板状部材３の溝６に挿入されて、円筒部材２の軸を中心に放射状に配置される。板状コイル４は、基板７と、基板７の両面に形成されたコイル８と、複数の傾斜突起９とから構成されている。

基板７は、石英、マシナブルセラミックス、ファインセラミックス等の絶縁体で形成されている。基板７の厚さは溝５、６の溝幅より若干小さく設定され、溝５、６に基板７を挿入できるようになっている。
コイル８は、基板７の表面に配した導電膜と、リソグラフィー法および電鋳法により導電膜から成長させた銅製の金属凸部とで形成されている。コイル８のパターンは、基板７の表側（あるいは裏側）で右巻き、基板７の裏側（あるいは表側）で左巻きであり、基板７の表裏でコイルパターンが線対称形状をなしている。そして、板状コイル４の両面のコイル８は、基板７を隔てて背中合わせに合致し、表裏均等な位置に形成されている。また、コイル８の中心部では両面のコイル８が基板７を貫通して導通されている。

なお、特に限定するものではないが、基板７における溝５、６への被挿入部の境界に沿ってコイル８の外周部を形成し、かつコイル８の突出量を溝５、６の幅からはみ出す高さに設定するのが好ましい。この場合、板状コイル４の溝挿入時に、コイル８の外縁部が、円筒部材２または板状部材３の表面に引っ掛かるので、円筒部材２または板状部材３の表面を基準として、複数の板状コイル４間におけるコイル８の相対位置を調整することが容易となる。

傾斜突起９は、基板７における溝５、６への被挿入部に複数形成されている。この傾斜突起９は、板状コイル４の挿入方向に沿って溝側に基板７からの突出量が減少する傾斜面１１を有している。また、各傾斜突起９は、コイル８と同様に、基板７の表面に配した導電膜と、リソグラフィー法および電鋳法により前記導電膜から成長させた銅製の金属凸部とで形成されている。

第１実施形態では、傾斜突起９は基板７の両面にそれぞれ形成されている。複数の傾斜突起９のコイル外縁部からの位置および傾斜面１１の傾斜角度は、基板７の表側または裏側ごとにそれぞれ揃えられている。また、図３に示すように、基板７の表裏の傾斜突起９では、その傾斜面１１が基板７を隔てて表裏でテーパー形状をなすように設定されている。なお、第１実施形態における個々の傾斜突起９の位置は、基板７の両面でその位置が背中合わせに合致するように配置してもよく、また、両面の傾斜突起９を溝延長方向に千鳥状にずらして非対称に配置してもよい。あるいは、片面の傾斜突起９のみを連続的に形成するなど、適宜変更することができる（いずれも図示を省略する）。

ここで、第１実施形態のコイル８および傾斜突起９の製造工程を図５により説明する。
（ａ）第１に、基板７の両面に数μｍ〜数十μｍの導電膜である金属膜１０を蒸着等で形成し、基板７の導電化処理を行う。この金属膜１０はその後の電鋳プロセスでの電極となる。
（ｂ）第２に、厚膜レジスト１２を基板７の両面に塗布する。その後、リソグラフィー法によりコイル８および傾斜突起９の配置をパターニングする。この厚膜レジスト１２のパターンは以後の電鋳プロセスで、電鋳の成長方向を基板７から垂直方向に制限する役割を果たす。
（ｃ）第３に、銅を含む電鋳液中に基板７を浸漬し、電鋳により銅を電極上に析出させていく。
（ｄ）第４に、電鋳により金属凸部（８、９）が生成された後、厚膜レジスト１２を取り去る。
（ｅ）第５に、金属膜１０の不要な部分をエッチング等により除去する。
（ｆ）第６に、機械加工または放電加工で傾斜突起９の傾斜面１１を形成する。以上でコイル８および傾斜突起９が板状コイル４に形成される。

また、傾斜突起９の基板７からの突出量は、図４に示す溝幅、基板の厚さ、許容公差等を考慮して以下のように設定される。まず、傾斜突起９の溝側（板状コイル挿入方向の先頭側）の突出量は、所定の基準線に合わせて配置された基板７の表面と溝５、６とのすき間から許容公差分を減じた長さに設定される。また、傾斜突起９のコイル側（板状コイル挿入方向の後側）の突出量は、基準線に合わせて配置された基板７の表面と溝５、６とのすき間よりも若干大きい長さに設定され、傾斜突起９の後側が溝５、６からはみ出るようになっている。

すなわち、板状コイル４の取付時において、傾斜突起９の先頭部を溝５、６に合わせて挿入すれば、板状コイル４が許容公差の範囲内でスムーズに配置される。そして、板状コイル４を溝５、６に押し込む際には、基板７の表裏でテーパーをなす傾斜突起９の傾斜面と溝５、６との当接によって板状コイル４が溝の中心に案内されるので、基板７に反りがある場合でもその反りが矯正される。

また、板状コイル４の取付時において、傾斜突起９の溝からはみ出す部分（傾斜突起９の後側）は、石英等で構成された円筒部材２および板状部材３の溝５、６で削られて溝内に収まるようになっている。したがって、板状コイル４の取付時には傾斜突起９と溝５、６とが当接して板状コイル４が取付位置で安定保持される。
一例として、溝幅１．４ｍｍの溝に厚さ１ｍｍの板状コイル４を配置して、基板７の表面と溝とのすき間を両側で０．２ｍｍずつに設定し、許容公差を０．１ｍｍに設定した場合、傾斜突起９の溝側の突出量は、すき間長さ０．２ｍｍから片側分の許容公差０．０５ｍｍを減じた０．１５ｍｍに設定される（図４参照）。すなわち、傾斜突起９の先頭部では、両面の傾斜突起９の突出量を加味した板状コイル４の厚さが１．３ｍｍとなるので、傾斜突起９の先頭部を溝に合わせて挿入すれば、板状コイル４を許容公差の範囲内で配置できる。この場合には、円周方向角度の角度公差が±０．０５°の範囲内で板状コイル４を配置できる。なお、傾斜突起９のコイル側の突出量や挿入方向の寸法は、設計により適宜変更することができる。

以上のように構成された第１実施形態のトロイダル型コイル構造体１は、以下の作用を有する。第１実施形態では、板状コイル４の両面の傾斜突起９の案内によって板状コイル４が許容公差の範囲内で配置され、トロイダル型コイル構造体１の精度がより向上する。 特に、板状コイル４の基板７に反りがある場合でも、傾斜突起９の傾斜面１１によって板状コイル４が溝５、６の中心に案内されて反りが矯正されるので、板状コイル４を溝５、６に沿って反りが極めて少ない状態で配置できる。トロイダル型コイル構造体１では、中心側の磁束の位置がその性能に大きな影響を及ぼすので、円筒部材２の軸方向における基板７の反りの矯正の場合はより大きな効果を奏する。

また、第１実施形態では傾斜突起９の金属凸部がコイル８の生成工程で同時に生成でき、金属凸部に簡単な加工で傾斜面１１を形成すれば足りる。したがって、従来技術のように板状コイル４に突起を別途形成する場合と比べて、板状コイル４の加工コストは大幅に低下する。
（第２実施形態の説明）
図６は第２実施形態のトロイダル型コイル構造体１において、板状コイル４と溝５、６との取付状態を示す図である（請求項１、請求項３に対応する）。なお、以下の実施形態において、第１実施形態と共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態では、板状コイル４の片面のみに傾斜突起９を形成し、板状コイル４の被挿入部の平坦面（傾斜突起９の形成されてない面）を溝５、６に押し当てて、板状コイル４の位置決め等を行う構成である。かかる第２実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態の説明）
図７は、第３実施形態のトロイダル型コイル構造体１において、板状コイル４と溝５、６との取付状態を示す図である（請求項１から請求項３に対応する）。第３実施形態では、傾斜突起９のコイル側の基端部に、板状コイル４の溝挿入方向に直交して延長する弾性変形用切り欠き１３が形成され、傾斜突起９のコイル側の突出量を変更することができる。すなわち、弾性変形用切り欠き１３の空間の分だけ、傾斜突起９の後側部分は基板７と接近するようにバネ状に弾性変形し、この弾性変形時には傾斜突起９の後側部分を溝に収納できるようになっている。また、溝５、６に押し込まれて傾斜突起９が弾性変形した場合には、弾性変形用切り欠き１３の離間方向に反発力が作用するので、溝の中心に板状コイル４が案内される。

ここで、第３実施形態のコイル８および傾斜突起９の製造工程を図８により説明する。図８の（ａ）から（ｆ）の工程は図５の各工程とそれぞれ対応する。第３実施形態では、基板７に金属膜１０を形成する工程で、傾斜突起９の弾性変形用切り欠き１３に対応する位置には金属膜１０を形成しない。その後、リソグラフィー法による厚膜レジスト１２のパターニングおよび電鋳プロセスを経て傾斜突起９の金属凸部が形成されるが、金属膜１０のない部分がそのまま空間として残って弾性変形用切り欠き１３を形成する。

第３実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加えて、板状コイル４の取付時において、傾斜突起９の後側部分が弾性変形して溝内に収納されるので、傾斜突起９の後側部分（溝からはみ出す部分）が溝５、６の壁面との接触で削られることはない。したがって、板状コイル４の傾斜突起９がほとんど損傷しないため、板状コイル４を取り外して別の円筒部材２等に取り付けて修理するような場合等でも、許容公差の範囲内で板状コイル４を配置することができる。なお、図８の例では、板状コイル４の両面に傾斜突起９を設けた場合のみ説明したが、第２実施形態のように板状コイル４の片面に傾斜突起９を設けた場合にも、第３実施形態の構成を適用することができる。
（第４実施形態の説明）
図９は第４実施形態であって、本発明のトロイダル型コイル構造体１を使用した電子線露光装置の概略を示した図である（請求項４に対応する）。

図９の電子線露光装置は、電子銃２０と、照明光学系２１と、レチクルステージ２２と、投影レンズ２３、２４と、ウエハステージ２５とから構成される。
電子線露光装置の電子銃２０より電子線が放出され、それが照明光学系２１を通過して、レチクル２６に照射される。レチクル２６面を照射した電子線のうち、レチクル２６に形成されたパターンを通過したものは、投影レンズ２３、２４によりパターン像をウエハ２７面に縮小転写される。本発明のトロイダル型コイル構造体１は、電子線の起動を制御可能にシフトするために設けられている。

なお、上記の説明では、トロイダル型コイル構造体１を全ての個所に用いたが、必ずしも、トロイダル型コイル構造体１を全ての個所に用いる必要はない。更に、偏向器と磁気レンズの両方の機能を持つトロイダル型コイル構造体１を用いても構わない。また、以上の例は投影光学系に関するものであったが、照明光学系にも同様に本発明のトロイダル型コイル構造体１を用いることができることはいうまでもない。

本発明のトロイダル型コイル構造体は、放射状に配置される板状コイルの位置合わせを簡単かつ高い精度で行う場合に好適である。

（ａ）は第１実施形態のトロイダル型コイル構造体の組立状態を示す斜視図であり、（ｂ）は板状コイルが溝に取り付けられた状態を示す図である。 トロイダル型コイル構造体の平面図である。 第１実施形態における板状コイルの取り付け前と取り付け後の状態を示す断面図である。 図３（ａ）の一部拡大図である。 第１実施形態のコイルおよび傾斜突起の製造工程を説明する図である。 第２実施形態における板状コイルの取り付け前と取り付け後の状態を示す断面図である。 第３実施形態における板状コイルの取り付け前と取り付け後の状態を示す断面図である。 第３実施形態のコイルおよび傾斜突起の製造工程を説明する図である。 第４実施形態の荷電粒子線露光装置の概要図である。

符号の説明

１ トロイダル型コイル構造体
２ 円筒部材
３ 板状部材
４ 板状コイル
５、６ 溝
７ 基板
８ コイル
９ 傾斜突起
１０ 金属膜
１１ 傾斜面
１２ 厚膜レジスト
１３ 弾性変形用切り欠き
２０ 電子銃
２１ 照明光学系
２２ レチクルステージ
２３、２４ 投影レンズ
２５ ウエハステージ
２６ レチクル
２７ ウエハ
２８ 散乱アパーチャ

Claims (4)

1. 外周面にその軸方向に延びる複数の溝を有する円筒部材と、少なくとも１面が前記円筒部材の軸方向に垂直になるように前記円筒部材に嵌合され、前記円筒部材の軸との交点を中心として放射状に延びる複数の溝を有する板状部材と、少なくとも片面にコイルが形成された基板からなる複数の板状コイルと、を有し、前記板状コイルは前記円筒部材の溝および前記板状部材の溝に挿入され、前記円筒部材の軸に対して前記板状コイルが放射状に配置されてなるトロイダル型コイル構造体であって、
   前記板状コイルの少なくとも一方のコイル形成面には、前記円筒部材または前記板状部材への被挿入部に、前記板状コイルの挿入方向に沿って溝側に突出量が減少する傾斜面を有する傾斜突起が形成され、前記傾斜突起の傾斜面と前記溝との当接によって前記板状コイルの溝取付位置が調整されることを特徴とするトロイダル型コイル構造体。
2. 前記傾斜突起の基端部に、前記板状コイルの溝挿入方向に直交して延長する弾性変形用切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型コイル構造体。
3. 前記傾斜突起および前記コイルは、前記基板の表面に配した導電膜と、リソグラフィー法および電鋳法により前記導電膜から成長させた金属凸部とで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトロイダル型コイル構造体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のトロイダル型コイル構造体を備えたことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
   

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