JP2005294712A - 電子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子光学鏡筒と試料室との締結部剛性を高める。
【解決手段】電子光学鏡筒のフランジ面を広く、高い接触面圧をかけるために、ボルト２列で締結する。さらに、電子光学鏡筒フランジ面と試料室搭載面との間に軟金属材料の薄い層を挿入して、締結部剛性を高める。
【効果】試料室に対する電子光学鏡筒の取付剛性を向上させることで、耐振性能が向上でき、描画時のビームの位置ずれが低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は電子ビーム描画装置に係わり、電子光学鏡筒の締結部剛性を高め、高精度描画を実現する電子ビーム描画装置に関する。

周知の通り、半導体素子は、光学式ないし電子式の描画装置を用いて、シリコンウェハ上に所定の回路パターンを形成することにより製造される。電子ビーム描画装置は、試料をステージで移動させながら、電子ビームを電磁レンズで収束させ、偏向器で偏向させ、試料上に微細パターンをナノメートルの位置精度で描画する装置である。半導体素子の集積度が向上するにともなって、電子線描画装置には、微細な加工寸法と高い描画精度とが要求されている。

電子線描画装置は、一般に、電子銃や偏向器等の光学系および試料ステージ等を真空中に保持するための電子光学鏡筒を備えている。電子光学鏡筒は、電子銃を有するブロック、あるいは電磁レンズまたは偏向器等を有するブロックなど、複数のブロックが積み重ねられた構造を有している。各ブロックは、各々ボルトで締結されており、締結のためのフランジ面を備えている。各ブロックの締結部分は剛性が小さく、よって、電子線鏡筒は、外部振動に対する減衰作用が弱いと言える。電子光学鏡筒は、内部に試料ステージを備えているため、試料室内部に設置されているステージが駆動されると、振動が電子光学鏡筒に伝わりやすい。

電子ビーム描画装置の低次の振動モードに電子光学鏡筒が試料室に対して傾くモードである。振動が試料室に伝達されると、電子光学鏡筒が傾き試料上のビームの照射位置がずれて、パターンの位置精度が低下するという問題が生ずる。この振動モードは対物レンズと試料室との締結部の剛性の影響が大きいために、これまで対物レンズの外径を大きくまたは試料室のフタを厚くするなどといった対策がなされてきた。

そこで、本発明は、締結部分の剛性を高めるブロック締結方法ないし当該締結方法で締結されたブロックを開示することにより、振動の少ない電子光学鏡筒を実現することを目的とする。合わせて、当該電子光学鏡筒を利用した、振動が少なく高精度に描画が可能な電子線描画装置を実現することを目的とする。

フランジ締結部は、高精度加工された面が組み合わされた締結部であっても、連続した弾性体に比べるとはるかに弱いバネ特性を示す。これは、ミクロに見れば締結面は平面でなく無数の凹凸があり、締結面同士は、凹凸の凸部で接触しているに過ぎないからである。
図４には、フランジ接触面の断面を拡大した模式図を示す。締結部分は２個の個体のアスペリティ（突起）１８同士が接触しているために、真実接触面積は見かけの面積の数万〜数千分の１程度である。母材１６、１７は硬くても、アスペリティの押しつぶされたときの圧縮量は数ミクロンと大きい。

バネ定数を高めるためには、面圧Ｐを高めて接触面積Ｓを増やすことが効果的である。電子光学鏡筒の構造部材の外径はフランジの外径で決まるため、フランジ外径の小さい方が素材コストは安くすむ。従来はこの常識的な観点から、フランジ締結部は狭く１列のボルトで締めるのが一般的であった。しかし、装置の設置環境やステージの駆動条件を変えずに振動起因のビームの位置ずれを１ｎｍ以下に低減するためには、フランジ締結部剛性をさらに高める必要がある。

本発明では、電子光学鏡筒と試料室間のフランジ締結部のバネ特性を強くするために、接触面圧を高く維持したまま、面積を増やす。具体的には、対物レンズのフランジの幅を半径方向に広くとり、複数列以上のボルトで締める。

他に面圧を高める方法として、ネジ径を変えずに１列分のボルトのピッチ間隔を短くする、または１列分の本数を変えずにネジ径を大きくすることも有効である。しかし、ネジ径を変えずに１列分のボルト間隔を短くする方法では、幅が広いフランジに圧力を均等に加えることが難しい。
また、実効的な接触面積を増加させるために、締結面にアルミニウムなどの軟らかい金属のシートを挿入したり、あるいは締結部の片面にアルミニウム、亜鉛、すずなどの軟金属材料を蒸着してもよい。試料室と電子光学鏡筒の締結部の剛性を高めることができると考えられる。

電子光学鏡筒の取付剛性を向上でき、振動の影響を少なくできるので、大型の電子光学鏡筒でも高精度描画が実現できる。

本発明の第１の実施例を図１に示す。
電子ビーム描画装置はおもに試料室１と電子光学鏡筒２から構成されている。電子光学鏡筒２は電磁レンズを内蔵した円筒形ブロックが積み重ねられている。（図１では、円筒形ブロック間の境界は省略されている。）
電子光学鏡筒２内では、電子銃３から放出された電子ビーム４を電磁レンズ５で収束し、偏向器６で偏向する。

試料室１内部には、試料７を移動させるステージ８があり、ステージ８はモータ９で駆動されてＸ−Ｙ平面を移動できる。（図１では、一軸の駆動系のみ示している。実際には他軸にも同様の駆動系がある。）
電子ビーム描画では、電子ビーム４を偏向させることにより照射位置をわずかに変え、試料７をステージ８で移動させることで、試料７全面にデバイスのパターンが描画される。

図１では、電子光学鏡筒２の取付剛性を高めることを目的として、フランジ１０の接触面の幅が広く、かつ高い接触面圧を維持するために２列のボルト１１で締められている。なお、試料室１内部は真空ポンプで排気され、Ｏリング１２で真空が保持されている。
一方、一般的な従来技術を図２に示す。実施例１に比べて、フランジ１０の接触面の幅が狭く、ボルト１列で締結されている。

本発明の第２の実施例を図３に示す。
実施例１と同様に、電子光学鏡筒２と試料室１との締結は幅広いフランジ１０面で接触し、２列のボルト１１で締結されている。さらに、フランジ１０根元の応力集中を避けるため、フランジ１０上部をテーパ形状にしている。

本発明の第３の実施例を図７に示す。
電子光学鏡筒２と試料室１との接続部分に軟金属材料のシート１３を挿入することによって、より一層、密接に接触させ締結部の剛性を高め、Ｏリングで真空が保持されている例である。
ここで、軟金属材料としては、アルミニウムが良い。銅、りん青銅なども期待されるが、加工硬化しやすいので効果はあまり期待できない。なお、軟金属材料のシートは真空シールを兼ねることもでき、Ｏリングは無くても良い。

本発明の第４の実施例を図８に示す。
電子光学鏡筒２のフランジ１２下面に軟金属材料を蒸着させて、試料室に締結している。軟金属材料が塑性流動することによって、密接に接触させ締結部の剛性を高めた例である。ここで、軟金属材料としては、アルミニウム、亜鉛、すず等が良い。
なお、軟金属材料の蒸着層は真空シールを兼ねることもでき、Ｏリングは無くても良い。

本発明の第５の実施例を図９に示す。
電子光学鏡筒２の幅広いフランジ１１面と試料室１搭載面との間に軟金属のシート１３を挿入することによって、密接に接触させ締結部の剛性を高めた例である。
なお、軟金属材料のシートは真空シールを兼ねることもでき、Ｏリングは無くても良い。

本発明の第６の実施例を図１０に示す。
電子光学鏡筒を構成している円筒形ブロック１４のフランジ１０は外側に突き出し、フランジ１０面を２列のボルト１１で締結されている。内部の真空はフランジ１０間のＯリング１２で保持される。幅広いフランジで接触面圧を高くすることで、電子光学鏡筒自体の剛性を高く維持できる。
さらに結合部の剛性を高めるために、締結部に軟金属の層を入れても良い。

本発明の第７の実施例を図１１に示す。
電子ビーム４をブランキングするデバイス等をレンズ間に設ける場合には、レンズとレンズの間に真空に保たれた空間が必要になる。本実施例では、図１１に示すような断面形状がコの字のリング構造体１５を挟み込むようにレンズブロックと結合し、２列のボルト１１で挟み込むように締結されている。内部の真空はフランジ間のＯリング１２で維持される。さらに結合部の剛性を高めるために、締結部に軟金属の層を入れても良い。

本発明の第１の実施例を示す図である。 従来技術を示す図である。 本発明の第２の実施例を示す図である。 ２個体間のアスペリティの接触を示す図である。 面圧と圧縮量のとの関係を示す図である。 ２個体間に軟金属材料のシートを挟んだ状態を示す図である。 本発明の第３の実施例を示す図である。 本発明の第４の実施例を示す図である。 本発明の第５の実施例を示す図である。 本発明の第６の実施例を示す図である。 本発明の第７の実施例を示す図である。

符号の説明

１：試料室、２：電子光学鏡筒、３：電子銃、４：電子ビーム、５：電磁レンズ、６：偏向器、７：試料、８：ステージ、９：モータ、１０：フランジ、１１：ボルト、１２：Ｏリング、１３：シート、１４：レンズブロック、１５：リング構造体、１６：母材、１７：母材、１８：アスペリティ、１９：軟金属の蒸着層。

Claims (10)

1. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージとを有し、
   前記電子光学鏡筒と試料室とは、締結のためのフランジ部を備え、
   上記電子光学鏡筒のフランジ部と試料室のフランジ部とが複数列のボルトで締結されたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
2. 請求項１に記載の電子ビーム描画装置において、
   前記フランジ部の締結面に配置された、前記電子光学鏡筒または試料室の材質に比べて降伏点が小さい材料からなるシートを有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
3. 請求項２に記載の電子ビーム描画装置において、前記シートの材料がアルミニウムであることを特徴とする電子ビーム描画装置。
4. 請求項３に記載の電子ビーム描画装置において、前記シートの厚さが２０μｍ以下であることを特徴とする電子ビーム描画装置。
5. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージとを有し、
   前記電子光学鏡筒と試料室とは、締結のためのフランジ部を備え、
   前記フランジ部の締結面に配置された、前記電子光学鏡筒または試料室の材質に比べて降伏点が小さい材料からなるシートを有することを特徴とする電子ビーム描画装置。
6. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージとを有し、
   前記電子光学鏡筒と試料室とは、締結のためのフランジ部を備え、
   前記電子光学鏡筒または試料室の少なくともいずれか１方のフランジ部の締結面に、該電子光学鏡筒または試料室の材質に比べて降伏点が小さい金属材料が蒸着されていることを特徴とする電子ビーム描画装置。
7. 請求項６に記載の電子ビーム描画装置において、電子光学鏡筒のフランジ部と試料室のフランジ部とが複数列のボルトで締結されたことを特徴とする電子ビーム描画装置。
8. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージから構成される電子ビーム描画装置であって、電子光学鏡筒を構成する部材をボルト複数列で締結することを特徴とする電子ビーム描画装置。
9. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージから構成される電子ビーム描画装置であって、電子光学鏡筒を構成部材間に、電子光学鏡筒の材質に比べて降伏点が小さい金属材料の薄いシートを挿入して締結することを特徴とする電子ビーム描画装置。
10. 電子ビームを収束する電磁レンズと上記電子ビームを偏向する偏向器からなる電子光学鏡筒と、試料を真空状態に保持する試料室と、上記試料を移動させるステージから構成される電子ビーム描画装置であって、電子光学鏡筒の構成部材のフランジ面に、電子光学鏡筒の材質に比べて降伏点が小さい金属材料を蒸着させて締結することを特徴とする電子ビーム描画装置。

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