JP2005352302A - Electron beam irradiating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、回転される被照射体に電子ビームコラムから電子ビームが照射される電子ビーム照射装置に関する。 The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus that irradiates an electron beam column onto an object to be rotated, for example.
機械装置に使う送り機構や回転機構には、一般的にすべり(面接触)や転がり(線又は点接触)案内部材が用いられていた。これら案内部材は、構造的に接触による摩擦があるため、サブミクロン以下の位置決めや極低速での一定送り又は回転を行うことは非常に難しいものであった。この摩擦による動力損失は、例えば発熱やそれに伴う軸受けの温度上昇による機能不良を招くことになっていた。 In general, a sliding (surface contact) or rolling (line or point contact) guide member is used for a feed mechanism or a rotation mechanism used in a mechanical device. Since these guide members are structurally subject to friction due to contact, it has been very difficult to perform sub-micron positioning, constant feed or rotation at an extremely low speed. The power loss due to this friction has led to a malfunction due to, for example, heat generation and the associated bearing temperature rise.
そのため、半導体描画装置(いわゆるステッパー装置等)やディスクの露光装置では従来から摩擦の無い気体軸受けが使われていた。気体軸受けは、潤滑剤として気体を用いるすべり軸受けの一種である。作動原理は油を用いる一般のすべり軸受けと同じで、軸と軸受け間に気体膜があり、軸は気体膜によって支えられ、軸受けとは直接接触しない。そのため、低摩擦(≒0)という特徴があり、非常に制御性が良く、高精度の位置決めが必要な装置に採用されていた。 Therefore, a gas bearing without friction has been conventionally used in a semiconductor drawing apparatus (a so-called stepper apparatus or the like) and a disk exposure apparatus. A gas bearing is a type of sliding bearing that uses gas as a lubricant. The principle of operation is the same as that of a general sliding bearing using oil. There is a gas film between the shaft and the bearing. The shaft is supported by the gas film and does not directly contact the bearing. For this reason, it has a feature of low friction (≈0), has a very good controllability, and has been adopted in an apparatus that requires high-accuracy positioning.
例えば、再生専用光ディスクの高容量化のカギを握る原盤露光装置は、微細化の要求に対し、露光光源の短波長化で対応してきている。640MB容量のCD(compact disc)ではArイオンガスレーザー(波長:458nm)、次いで、4.7GB容量のDVD(digital versatile disc)では、クリプトンイオンレーザー(波長:351nm)であり、最新のBlu−Layディスク(容量約25GB)では半導体レーザー(波長:266nm)などが使用されている。これらレーザーは、大気(不活性ガス)雰囲気中での照射が可能である。一方、露光装置は、ディスク原盤上にスパイラル状の溝(パターン)を形成する必要があり、回転機構と1軸の送り機構を持つ。これら送り機構及び回転機構には、高精度位置決めが可能な気体軸受けが使用されている。 For example, a master exposure apparatus that holds the key to increasing the capacity of a read-only optical disc has responded to the demand for miniaturization by shortening the wavelength of the exposure light source. Ar ion gas laser (wavelength: 458 nm) for CD (compact disc) with a capacity of 640 MB, and then krypton ion laser (wavelength: 351 nm) for a DVD (digital versatile disc) with a capacity of 4.7 GB. The latest Blu-Ray A semiconductor laser (wavelength: 266 nm) or the like is used for the disk (capacity: about 25 GB). These lasers can be irradiated in the atmosphere (inert gas). On the other hand, the exposure apparatus needs to form a spiral groove (pattern) on the disk master, and has a rotation mechanism and a uniaxial feed mechanism. A gas bearing capable of high-precision positioning is used for these feed mechanism and rotation mechanism.
ところで、今後要求される解像度100nm以下を実現する露光装置としては、露光光源に電子ビーム(EB(electron beam))を用いる方式が有力である。しかし、EBの照射に必要な真空雰囲気中で、気体軸受けをそのまま適用することは難しく、従来はLM(liner mortar)ガイド等の転がり軸受けを使用せざるを得なく、サブミクロン以下の高精度を確保することは困難であった。 By the way, as an exposure apparatus that realizes a resolution of 100 nm or less that will be required in the future, a method using an electron beam (EB) as an exposure light source is prominent. However, it is difficult to apply gas bearings as they are in the vacuum atmosphere required for EB irradiation. Conventionally, rolling bearings such as LM (liner mortar) guides have to be used, and submicron high accuracy is achieved. It was difficult to secure.
この問題を解決する手段として、本出願人は、「電子ビーム照射装置」(特許文献1参照)などの差動静圧浮上パッドを用いた部分真空電子ビーム照射装置において、差動静圧浮上パッドの静圧軸受部に正圧を吸気し、かつ排気真空部を負圧で吸引することにより、原盤(ウェハー)とパッド部は数μm程度のスキマを保ちながら非接触で吸着し、パッド内部にいくにしたがい真空度を高くできる方式を提案している。この場合、パッド中心部では電子ビームの照射に差し支えない程度の真空度(10-4Pa程度)まで到達可能で、このように必要な部分のみを真空下に置く、部分真空方式では、送り機構には気体軸受けが使用可能であり、高精度な位置決めと送り機構が可能な電子ビーム露光装置を実現することができた。 As a means for solving this problem, the applicant of the present invention has proposed that a static vacuum levitation pad is used in a partial vacuum electron beam irradiation apparatus using a differential static pressure levitation pad such as an “electron beam irradiation apparatus” (see Patent Document 1). By sucking positive pressure into the pressure bearing part and sucking the exhaust vacuum part with negative pressure, the master (wafer) and the pad part are adsorbed in a non-contact manner while maintaining a gap of about several μm and go inside the pad. Therefore, a method that can increase the degree of vacuum is proposed. In this case, the pad center reachable until no problem about the vacuum degree in the irradiation of the electron beam (about 10- 4 Pa), placed in this way only a portion necessary under vacuum, a partial vacuum system, feed mechanism A gas bearing can be used, and an electron beam exposure apparatus capable of a highly accurate positioning and feeding mechanism was realized.
ところで、EBの解像度(=電子ビーム径)は、数1式で示すように、ワークディスタンス(電子銃の対物レンズとワーク間の距離:WD)と密接な関係がある。ここで、WD量は、電子銃の種類によっても変わってくるが、一般的には数mm〜数十mm程度の場合が多い。 By the way, the resolution of EB (= electron beam diameter) is closely related to the work distance (distance between the objective lens of the electron gun and the work: WD), as shown in the equation (1). Here, the amount of WD varies depending on the type of electron gun, but in general, it is often several mm to several tens of mm.
[数1]
L∝d d:電子ビーム径、L:ワークディスタンス(WD)
[Equation 1]
L∝d d: electron beam diameter, L: work distance (WD)
この関係より、EBの解像度(ビーム径小)を高くするためには、ワークディスタンスを短くしなければならない。しかし、本出願人が開発した部分真空方式の電子ビーム照射装置の場合は、その構造上、電子銃とワークの間に静圧浮上パッドが入り込むため、このワークディスタンスを短くすることには限界がある。更に、このパッド内に差動静圧浮上パッドを用いた電子ビーム照射装置における真空シール方法(特許文献1参照)で提案した真空シールバルブを設ける必要もあるため、現状においては8.5mmのWDを採用し、ビーム径としては100nm以下を実現している。 From this relationship, in order to increase the resolution of EB (small beam diameter), the work distance must be shortened. However, in the case of the partial vacuum type electron beam irradiation apparatus developed by the present applicant, a static pressure floating pad enters between the electron gun and the work due to its structure, so there is a limit to shortening the work distance. is there. Furthermore, since it is necessary to provide the vacuum seal valve proposed in the vacuum sealing method (see Patent Document 1) in the electron beam irradiation apparatus using the differential hydrostatic levitation pad in this pad, 8.5 mm WD is currently used. The beam diameter is 100 nm or less.
ところで、最新の光ディスクの開発動向を見ると、半径Φ120mmディスク換算で容量150GB分のデータを記録することが本出願人の部分真空電子ビーム露光装置で達成されている。この場合、ピットパターンの幅は95nm、トラックピッチは130nmであり、従来のレーサー光源では達成不可能であるため、電子ビームで露光されている。このように、光ディスクに関しては部分真空で達成している100nm以下のビーム径(解像度)であれば、当面必要とされる露光プロセスにおいては、何ら問題はないと思われる。 By the way, looking at the development trend of the latest optical disc, it has been achieved by the applicant's partial vacuum electron beam exposure apparatus to record data for a capacity of 150 GB in terms of a disc having a radius of Φ120 mm. In this case, the width of the pit pattern is 95 nm and the track pitch is 130 nm, which cannot be achieved by a conventional racer light source, and is therefore exposed by an electron beam. As described above, regarding the optical disc, if the beam diameter (resolution) is 100 nm or less achieved by partial vacuum, it seems that there is no problem in the exposure process that is required for the time being.
しかしながら、EBはSEM(電子顕微鏡)として、露光後のパターン形状の観察、長さ測定にも使用されている。この場合、例えば、線幅95nmのパターンを観察するとした場合、最低限必要な精度(解像度)は、その一桁下の高い精度(解像度)が要求される。そのため、ビーム径を数nmに絞り込む必要があり、部分真空方式ではこのEBの更なる高解像度化の要求に応えていくことは非常に難しい。EBの高解像度化のひとつの解として、従来より、電子ビーム露光装置において、電子銃、送り機構及び回転機構系、全てを真空チャンバー内に置く全真空方式が考えられ、この全真空方式は、半導体用電子ビーム露光装置では主流となっていた。全真空方式は、電子ビーム径を絞る(解像度UP)ためにWDを何にも制限を受けずに小さくできる反面、精密送り機構及び回転機構を担う気体軸受けを真空中で使用可能とするための技術が難しく、どのメーカーも実現に非常に苦労している。この全真空方式の短所を解決した、高精度送り・回転機構が可能な電子ビーム露光装置の開発が待たれている。 However, EB is used as an SEM (electron microscope) for observing the pattern shape after exposure and measuring the length. In this case, for example, when observing a pattern with a line width of 95 nm, the minimum required accuracy (resolution) is required to be one digit higher than that (resolution). Therefore, it is necessary to narrow the beam diameter to several nm, and it is very difficult to meet the demand for higher resolution of the EB in the partial vacuum method. As one solution to increase the resolution of EB, conventionally, in an electron beam exposure apparatus, an electron gun, a feed mechanism, and a rotation mechanism system, all vacuum methods in which all are placed in a vacuum chamber, can be considered. The mainstream of electron beam exposure apparatuses for semiconductors. The all-vacuum method allows the WD to be reduced without any restriction in order to reduce the electron beam diameter (resolution UP), while the gas bearing responsible for the precision feed mechanism and rotation mechanism can be used in vacuum. Technology is difficult, and every manufacturer is struggling to realize. The development of an electron beam exposure apparatus capable of a high-precision feed / rotation mechanism that solves the disadvantages of the all-vacuum method is awaited.
また、真空用スライド装置として、真空チャンバーを貫通するスライド軸と、スライド軸に結合するXステージ基板と、真空チャンバーの外部においてスライド軸の案内となるエアースライド軸受けと、真空チャンバー内への気体の流入を防止する隔壁と、真空チャンバーの外部にアクチュエータを備え、エアースライド軸受けはスライド軸を浮上させるためのエアーパッドと当気体を排気するための排気溝とを有し、エアースライド軸受けがスライド軸を浮上させた状態で、アクチュエータが駆動棒を介してXステージ基板を駆動する技術が開示されている(特許文献2参照)。
上述したように、真空中での、高精度送り機構の構築(例えば気体軸受け(エアースライド)を使用した様な)は、その構造上非常に難しいものがある。そのため、本出願人は、必要な部分のみを真空中に置く部分真空方式を使ったEB露光装置を提案してきたが、EBの高分解能化を進める上で、ワークディスタンスを小さくすることができないという致命的な構造上の問題を抱えていた。 As described above, the construction of a high-accuracy feed mechanism in vacuum (for example, using a gas bearing (air slide)) is very difficult due to its structure. For this reason, the present applicant has proposed an EB exposure apparatus using a partial vacuum method in which only necessary portions are placed in a vacuum. However, it is impossible to reduce the work distance in order to increase the resolution of EB. Had a fatal structural problem.
一方で、従来からある電子ビーム露光装置において、電子銃、送り機構系等、全ての構成要素を真空チャンバー内に置く全真空方式では、EBの高分解能化は容易である反面、気体軸受けが簡単には使えなく、使ったとしても非常に高価であった。そのため、送り機構及び回転機構の高精度化が難しく、また装置自体が非常に大きくなるという短所があった。 On the other hand, in a conventional electron beam exposure apparatus, with the all-vacuum system in which all components such as an electron gun and a feed mechanism system are placed in a vacuum chamber, it is easy to increase the resolution of EB, but gas bearings are simple. It could not be used, and it was very expensive to use. For this reason, it is difficult to increase the accuracy of the feed mechanism and the rotation mechanism, and the apparatus itself is very large.
例えば、光ディスクの電子ビーム露光装置において、原盤を回転するスピンドルモータと移動ステージを、真空中に構成して、スピンドルモータを真空チャンバー外に置き、真空状態を維持するために磁性流体シールを介して、真空チャンバー内のボールネジに回転を伝達し、転がり軸受けを使用した移動ステージを駆動した場合、一部に磁性流体シールを使っているため、摩擦が発生して精度が低下することにより、安定的に高精度な送り回転機構を提供することは難しいという不都合があった。 For example, in an electron beam exposure apparatus for optical discs, a spindle motor that rotates the master and a moving stage are configured in a vacuum, the spindle motor is placed outside the vacuum chamber, and a magnetic fluid seal is used to maintain the vacuum state. When the rotation stage is transmitted to the ball screw in the vacuum chamber and the moving stage using the rolling bearing is driven, the magnetic fluid seal is used in part, so the friction is generated and the accuracy is lowered. In addition, it is difficult to provide a highly accurate feed rotation mechanism.
前述した特許文献2記載のスライド軸は、角型セラミック製の構造体であり、負荷剛性に対しては強い反面、製作が非常に難しく高価という短所がある。 The above-described slide shaft described in Patent Document 2 is a structure made of a square ceramic, which is strong against load rigidity, but has a disadvantage that it is very difficult to manufacture and expensive.
そこで、本発明は、簡単な構造で安価に真空中でのナノメーターオーダーの高精度な送り機構及び回転機構(気体軸受け)を実現することを可能とし、さらに、ワークディスタンスの短小化に制限を無くして、高分解能化を可能とすることを目的とするものである。 Therefore, the present invention makes it possible to realize a nanometer-order high-precision feed mechanism and rotation mechanism (gas bearing) in vacuum with a simple structure and at a low cost, and further limit the shortening of the work distance. The purpose is to enable high resolution without the loss.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の電子ビーム照射装置において、スライド機構は、気体軸受け部への圧縮空気の給気によりスライド軸から浮上させる静圧浮上機能と浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように排気する複数段の差動排気機能を有している。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, in the electron beam irradiation apparatus of the present invention, the slide mechanism has a static pressure levitation function and a levitation function that levitates from the slide shaft by supplying compressed air to the gas bearing portion. It has a multi-stage differential exhaust function for exhausting the compressed air for use so that the degree of vacuum increases stepwise.
また、スピンドル機構は、真空チャンバー内においてスライド軸上に回転機構を司るエアースピンドルを搭載し、気体軸受け部への圧縮空気の給気によりエアースピンドルから浮上させる静圧浮上機能と浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように排気する複数段の差動排気機能を有している。 In addition, the spindle mechanism is equipped with an air spindle that controls the rotation mechanism on the slide shaft in the vacuum chamber. Has a plurality of stages of differential exhaust functions for exhausting the air so that the degree of vacuum increases stepwise.
これにより、スライド機構では、静圧浮上機能により気体軸受け部へ圧縮空気を給気してスライド軸から浮上させると共に、差動排気機能により浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように複数段の排気をすることにより、スライド軸とスライド機構との隙間の真空状態を維持することができる。 As a result, in the slide mechanism, compressed air is supplied to the gas bearing portion by the static pressure levitation function and floats from the slide shaft, and the degree of vacuum of the levitation compressed air is increased stepwise by the differential exhaust function. By evacuating in a plurality of stages, the vacuum state of the gap between the slide shaft and the slide mechanism can be maintained.
また、スピンドル機構では、真空チャンバー内においてスライド軸上に回転機構を司るエアースピンドルを搭載し、静圧浮上機能により気体軸受け部への圧縮空気の給気によりエアースピンドルから浮上させると共に、差動排気機能により浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように複数段の排気をすることにより、エアースピンドルとスピンドル機構との隙間の真空状態を維持することができる。エアースピンドルは、差動排気機能により、高精度な回転機構(非接触)と真空維持を行うことができる。 In the spindle mechanism, an air spindle that controls the rotation mechanism is mounted on the slide shaft in the vacuum chamber, and it is floated from the air spindle by the supply of compressed air to the gas bearing by the static pressure levitation function, and differential exhaust By evacuating a plurality of stages so that the degree of vacuum of the rising compressed air increases stepwise by function, the vacuum state of the gap between the air spindle and the spindle mechanism can be maintained. The air spindle can perform a highly accurate rotation mechanism (non-contact) and vacuum maintenance by a differential exhaust function.
これにより、電子銃の高分解能化につながるワークディスタンスの短小化を実現することができる。
また、スライド軸に中空シャフトを使用することで、その内部を通して真空チャンバー内のエアースピンドルへの配線及び配管が可能で、高精度送りに及ぼす配線・配管のストレスの影響を排除できる。
Thereby, shortening of the work distance leading to high resolution of the electron gun can be realized.
In addition, by using a hollow shaft as the slide shaft, wiring and piping to the air spindle in the vacuum chamber can be performed through the inside, and the influence of wiring and piping stress on high-precision feeding can be eliminated.
また、真空チャンバー外に出ているスライド軸端をアクチュエータで駆動することで、アクチュエータを真空中に置く場合の影響(発熱、放出ガス、真空チャンバーの大型化)を無くすことができる。
また、高精度送りを実現するために、レーザースケールをスライド軸間の中間に配置することにより、アッベ誤差を排除することができる。
Further, by driving the slide shaft end outside the vacuum chamber with an actuator, it is possible to eliminate the influence (heating, emission gas, enlargement of the vacuum chamber) when the actuator is placed in a vacuum.
Further, in order to realize high-precision feeding, the Abbe error can be eliminated by arranging the laser scale in the middle between the slide shafts.
これにより、真空中でのエアースライド及びエアースピンドルの使用による高精度送り機構及び回転機構を可能としたコンパクトな電子ビーム照射による露光装置を実現することができる。 Thereby, it is possible to realize a compact exposure apparatus by electron beam irradiation that enables a high-precision feeding mechanism and a rotating mechanism by using an air slide and an air spindle in a vacuum.
本発明によれば、全真空タイプの光ディスク用電子ビーム照射による露光装置において、真空チャンバー外に設けたスライド機構のスライド軸に対する気体軸受け部とチャンバー内部に配置したスピンドル機構のエアースピンドルに対する気体軸受け部に差動排気機構を盛り込むことにより、簡単な構造で安価に真空中でのナノメーターオーダーの高精度な送り機構及び回転機構(気体軸受け)を実現することが可能となる。これに加えてさらに、電子銃を全真空チャンバーに直接取り付けることで、ワークディスタンスの短小化に制限が無くなり、高分解能化が可能となる。 According to the present invention, in an exposure apparatus using electron beam irradiation for an all-vacuum type optical disk, a gas bearing for a slide shaft of a slide mechanism provided outside the vacuum chamber and a gas bearing for an air spindle of a spindle mechanism disposed inside the chamber By incorporating a differential pumping mechanism into the slab, it is possible to realize a highly accurate feeding mechanism and rotating mechanism (gas bearing) in the order of nanometers in a vacuum with a simple structure. In addition to this, by directly attaching the electron gun to all the vacuum chambers, there is no limit to shortening the work distance, and high resolution can be achieved.
また、スライド機構のスライド軸に対する気体軸受け部と真空チャンバーとを2重ベローズで繋ぐことにより、真空チャンバー内の圧力(真空)によって、内外ベローズ間の圧力を制御することで、軸受け部にかかる外力を排除し、常に一定な気体軸受けの浮上量を達成することができ、安定した送りを実現することができる。 In addition, by connecting the gas bearing to the slide shaft of the slide mechanism and the vacuum chamber with a double bellows, the external force applied to the bearing is controlled by controlling the pressure between the inner and outer bellows by the pressure in the vacuum chamber (vacuum). Therefore, it is possible to always achieve a constant flying height of the gas bearing and to realize stable feeding.
また、スライド軸をスライド駆動させるアクチェーエータやレーザースケールを真空チャンバー外に設置することにより、ほぼワークサイズ程度の必要最低限の真空チャンバーを用いることができ、コンパクトな装置を実現することができ、装置の設置面積を小さくすることができ、真空排気に要する時間も短縮することができる。さらに、真空チャンバー外では真空用の特殊仕様(熱対策、表面処理等)が不要となる。このため、従来の部品が使用でき、構造がシンプルで安価に製作可能となる。 In addition, by installing an actuator or laser scale that slides the slide shaft outside the vacuum chamber, it is possible to use a minimum vacuum chamber that is approximately the size of the workpiece, and to realize a compact device. The installation area of the apparatus can be reduced, and the time required for evacuation can be shortened. In addition, special vacuum specifications (heat countermeasures, surface treatment, etc.) are not required outside the vacuum chamber. Therefore, conventional parts can be used, and the structure is simple and can be manufactured at low cost.
また、スライド軸に中空シャフトを使用することにより、真空チャンバー内のエアースピンドルへの配管及び配線を可能とし、配管、配線のストレスレス、組み立て時の作業性の向上を計ることができる。 In addition, by using a hollow shaft as the slide shaft, piping and wiring to the air spindle in the vacuum chamber can be performed, and stress of piping and wiring can be improved, and workability during assembly can be improved.
以下に本発明の実施の形態について、適宜、図面を参照しながら、具体的な例について説明する。
まず、図1に概略の差動排気型スピンドル機構及びスライド機構の全体図を示す。
図1において、真空チャンバー1外側の位置に2個1組として、対向して配置された気体軸受け2は、真空チャンバー1に対して2重ベローズ9で連結されている。2重ベローズ9は、内側に真空排気すると共に外側に圧縮空気を給気する構成のものである。
Specific embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate.
First, FIG. 1 shows an overall view of a schematic differential exhaust type spindle mechanism and slide mechanism.
In FIG. 1, two gas bearings 2 arranged as a pair at a position outside the vacuum chamber 1 are connected to the vacuum chamber 1 by a double bellows 9. The double bellows 9 is configured to evacuate the inside and supply compressed air to the outside.
本実施の形態で採用したスライド軸3は、金属製の丸型中空シャフトで、一般的な規格品も存在する。また、そのスライド軸3に合わせる気体軸受け2の加工についても丸型であるがゆえに、旋盤あるいは安価な工作機械で高精度加工が可能であり、その軸を採用することで非常に安価に簡単に製作が可能となる。
The
その中空スライド軸3は、数μmという非常にわずかなギャップを維持した状態で高精度加工された気体軸受け2と組合される。通常このスライド軸と軸受けは2組あるいはそれ以上の複数個で使用され、その軸間に回転用エアースピンドル4が配置され、荷重は均等に複数軸で負担される。スライド軸3は内部が中空構造で、真空チャンバー1外部と繋がっているため、真空チャンバー1内部に配置されたエアースピンドルに対し、容易にエアースピンドル4に対する浮上用圧縮空気を供給及び差動排気するためのチューブを配管し、さらにエアースピンドル4の回転用のスピンドルモータへの電源ケーブルを通し、浮上用圧縮空気及び回転用電源電圧を供給すると共に、差動排気をすることができる。
The
従来の真空装置の場合、真空チャンバー内の配管は、放出ガスの問題をクリアするために金属製のフレキシブル材が使われていた。この配管は、継ぎ手部分に溶接による真空シールや、また特殊なシール継ぎ手が必要になっていた。また、スライド送り時の配管抵抗も大きく、配管の曲げ半径によって制御パラメータが変わってくるため、スライド送り時の全ストロークにわたって安定した制御を行うことは困難であった。一方、配線に関しても、絶縁と真空シール機能を合わせ持つハーメチックシール等が必要となっていた。 In the case of a conventional vacuum apparatus, a metal flexible material is used for piping in the vacuum chamber in order to clear the problem of emitted gas. This piping requires a vacuum seal by welding at the joint and a special seal joint. In addition, since the pipe resistance at the time of slide feed is large and the control parameter varies depending on the bending radius of the pipe, it is difficult to perform stable control over the entire stroke at the time of slide feed. On the other hand, for the wiring, a hermetic seal having both an insulating function and a vacuum sealing function is required.
そこで、本実施の形態のようなスライド軸3のシャフト内に電源ケーブル、チューブの配管を通すことにより、真空チャンバー1内の煩雑な配管及び配線作業や、スライド送り時の配管テンションによる送り精度の悪化を防止して、送り精度を向上させることができる。
Therefore, by passing the power cable and the tube of the tube through the shaft of the
また、気体軸受け2は、位置調整機構10により、真空チャンバー1に対して気体軸受け2の高さ方向の位置、真空チャンバー1の上端面に対する気体軸受け2によりスライド軸3を介して形成されるエアースピンドル4の上端面の角度を示すあおり角度が調整される。
Further, the gas bearing 2 is formed by the
図2に差動排気型エアースライド部の拡大図を示す。
差動排気型エアースライド部を構成する気体軸受け2の基本的な動作は、本出願人が特許文献1記載の部分真空電子ビーム露光装置で提案している静圧浮上パッドと全く同じ原理である。相違点は、静圧浮上パッドが円形平面状で構成され、静圧浮上パッドに対するディスク原盤とのギャップを円形中心に行くに従い高い真空状態に維持するのに対して、気体軸受け2が中空筒状で構成され、気体軸受け2に対するスライド軸3とのギャップを真空チャンバー1側に行くに従い高い真空状態に維持する点である。
FIG. 2 shows an enlarged view of the differential exhaust type air slide portion.
The basic operation of the gas bearing 2 constituting the differential exhaust type air slide part is exactly the same principle as the static pressure floating pad proposed by the present applicant in the partial vacuum electron beam exposure apparatus described in Patent Document 1. . The difference is that the static pressure levitation pad is formed in a circular plane shape, and the gap between the static pressure levitation pad and the disk master is maintained in a high vacuum state as it goes to the center of the circle, whereas the gas bearing 2 has a hollow cylindrical shape. The gap between the gas bearing 2 and the
図2において、気体軸受け2の多孔質部5に、例えば図示しない圧縮空気用ポンプから圧力0.5MPa程度の圧縮空気を供給することで、気体軸受け2とスライド軸3は数μm程度の隙間を保ち非接触で浮上する。多孔質部5の内側(真空チャンバー1側)には、複数(図2では3段で示す)の溝6、7、8が設けてあり、それぞれが独立して気体軸受け2の外部の図示しない排気用真空ポンプに繋がっている。
In FIG. 2, by supplying compressed air having a pressure of about 0.5 MPa from a compressed air pump (not shown) to the porous portion 5 of the gas bearing 2, the gas bearing 2 and the
これら溝6、7、8は、多孔質部5から漏れこむ浮上用の圧縮空気からの気体を排気することを目的としており、この排気用の溝6、7、8は、真空チャンバー1側に行くに従い溝6、7、8の順で、差動排気の効果で真空度を高く設定することにより、図示しないターボポンプで排気している真空チャンバー1内部の高真空(5×10-3Pa以上)を維持することができる。 These grooves 6, 7, 8 are intended to exhaust gas from the floating compressed air leaking from the porous portion 5, and the exhaust grooves 6, 7, 8 are provided on the vacuum chamber 1 side. The high vacuum (5 × 10 −3 Pa) inside the vacuum chamber 1 evacuated by a turbo pump (not shown) is set by increasing the degree of vacuum by the effect of differential pumping in the order of the grooves 6, 7, and 8. Can be maintained.
一方、気体軸受け2とスライド軸3が常に均一な浮上量にするために、気体軸受け2の下部には、図1に示した位置調整機構10が設けられる。そのため、気体軸受け2と真空チャンバー1は金属製の柔軟性のある2重ベローズ9により連結され真空シールされている。しかしながら、真空チャンバー1内部が真空状態にある場合、2重ベローズ9の有効断面積×マイナス1気圧のベローズが縮もうとする力が気体軸受け2に生じ、浮上量の不均一、ひいては気体軸受け2とスライド軸3の接触が生じる可能性がある。そのため、この収縮力をキャンセルさせるため、2重ベローズ9の構成とし、内側に真空排気すると共に外側に圧縮空気を給気することにより、気体軸受け2の位置を常に同じ位置となるように制御している。
On the other hand, a
スライド軸3は内部が中空構造となっているため、11に示すように、パイプ内部に真空チャンバー1内部からエアースピンドル4に対する浮上用圧縮空気を供給及び差動排気するためのチューブを配管し、さらにエアースピンドル4の回転用スピンドルモータへの電源ケーブルやエンコーダ出力などの配線材を通し、浮上用圧縮空気及び回転用電源電圧を供給すると共に、差動排気をすることができる。
Since the inside of the
図3に差動排気型エアースピンドル部の拡大図を示す。
差動排気型エアースピンドル部を構成する気体軸受け12は基本的には、図2で示したエアースライド部の気体軸受け2と同様に構成される。
図3において、給気ポート13から気体軸受け12の多孔質部15に対して、圧縮空気を供給することで、エアースピンドル4は数μm程度の隙間を保ち非接触で浮上する。気体軸受け12の多孔質部15の上方(真空チャンバー1側)には、複数(図では3段を示す)の溝17、18、19が設けてあり、それぞれが独立してエアースピンドル4外部に中空スライド軸3の内部を通して、図示しない排気用真空ポンプに繋がっている。
FIG. 3 shows an enlarged view of the differential exhaust type air spindle unit.
The gas bearing 12 constituting the differential exhaust type air spindle unit is basically configured similarly to the gas bearing 2 of the air slide unit shown in FIG.
In FIG. 3, by supplying compressed air from the air supply port 13 to the porous portion 15 of the gas bearing 12, the
これら溝17、18、19は、気体軸受け12の多孔質部15から漏れこむ浮上用の気体を排気することを目的としており、これら排気用の溝17、18、19は、真空チャンバー1側に行くに従い、溝17、19、18の順で、差動排気の効果で真空度を高くでき、これにより、図示しないターボポンプで排気している真空チャンバー1内部の高真空(5×10-3Pa以上)を維持することができる。
These
スピンドルモータ14のコイルの磁場を外部に漏らさないようにするため、エンコーダ14−1を含めた差動排気エアースピンドル部全体は、高透磁率材で作られた専用のボックス20に収納され、スライド軸3との結合は、例えばOリング16で真空シールがなされている。そのため、収納専用のボックス20内は大気雰囲気におくことが可能で、従来使用されていたエアースピンドルをそのまま使用することが可能となった。
In order not to leak the magnetic field of the coil of the spindle motor 14 to the outside, the entire differential exhaust air spindle unit including the encoder 14-1 is housed in a dedicated box 20 made of a high permeability material and slide The
図4に本実施の形態が適用される電子ビーム照射装置の構成図を示す。
基本的な差動排気型エアースライド部25及び差動排気型エアースピンドル部26の構成は図1、図2及び図3に示したものと同じではあるが、実際の装置構成としては、真空チャンバー1の上部に電子銃23が設置されている。
FIG. 4 shows a configuration diagram of an electron beam irradiation apparatus to which the present embodiment is applied.
The basic configurations of the differential exhaust type
差動排気型エアースライド部25及び差動排気型エアースピンドル部26の差動排気27の働きにより、図示しないターボポンプで排気している真空チャンバー1内部の高真空度(5×10-3Pa以上)28を維持すると共に、差動排気型エアースピンドル部26を大気雰囲気29におくことができ、また、30で示すように、差動排気型エアースライド部25及び駆動系、真空配管を全て大気雰囲気中に設置可能とすることができる。
Due to the action of the differential exhaust 27 of the differential exhaust type
この構造では、電子銃23の先端にある対物レンズをワーク24に制限なく近づけることができ(WDの短小化)、電子線のビーム径の小径化(高分解能化)が可能となった。これにより、露光パターンの微細化が達成できる。 With this structure, the objective lens at the tip of the electron gun 23 can be brought close to the workpiece 24 without limitation (shortening of the WD), and the beam diameter of the electron beam can be reduced (higher resolution). Thereby, refinement | miniaturization of an exposure pattern can be achieved.
また、スライド軸3を駆動するアクチュエータとして例えば駆動用ボイスコイルモーター:VCM21や、高精度位置決めをおこなうためのレーザースケール22を真空チャンバー1の外部の大気雰囲気中に設置することが可能となるため、エアースピンドルと同様に、従来の技術、部品の流用が可能で、特殊な真空用対策(発熱、放出ガス)が不要で、簡単かつ安価に製作が可能である。
In addition, as an actuator for driving the
本実施の形態では、図4に示す横方向に移動し、電子銃23を真空チャンバー1の上側に置く装置構成を取っているが、これにこだわらず、電子銃23を真空チャンバー1の下側に設置しても構わないし、電子銃23を真空チャンバー1の横向きに設置してスライド軸3を縦方向に設置しても良い。また例えばスライド軸3を2本使った構成の場合、その軸間の中間位置にレーザースケール22を置くことで、アッベの原理からくる誤差の影響を排除することが可能で、更なる制御性の向上とnmオーダーの高精度位置決めが可能となる。
In the present embodiment, the apparatus is configured to move in the horizontal direction shown in FIG. 4 and place the electron gun 23 on the upper side of the vacuum chamber 1. Alternatively, the electron gun 23 may be installed in the horizontal direction of the vacuum chamber 1 and the
1…真空チャンバー、2…気体軸受け、3…スライド軸、4…エアースピンドル、5…多孔質部、6、7、8…溝、9…2重ベローズ、10…位置調整機構、11…パイプ内部に配管・配線材を通す、12…気体軸受け、13…給気ポート、14…スピンドルモータ、14−1…エンコーダ、15…多孔質部、16…Oリング、17、18、19…溝、20…専用ボックス、21…駆動用VCM、22…レーザースケール、23…電子銃、24…ワーク、25…差動排気型エアースライド部、26…差動排気型エアースピンドル部、27…差動排気、28…高真空度(5×10-3Pa以上)、29…大気雰囲気、30…駆動系、真空配管を全て大気雰囲気中に設置可能 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum chamber, 2 ... Gas bearing, 3 ... Slide shaft, 4 ... Air spindle, 5 ... Porous part, 6, 7, 8 ... Groove, 9 ... Double bellows, 10 ... Position adjustment mechanism, 11 ... Inside pipe 12 ... Gas bearing, 13 ... Air supply port, 14 ... Spindle motor, 14-1 ... Encoder, 15 ... Porous part, 16 ... O-ring, 17, 18, 19 ... Groove, 20 ... Special box, 21 ... VCM for driving, 22 ... Laser scale, 23 ... Electron gun, 24 ... Workpiece, 25 ... Differential exhaust air slide part, 26 ... Differential exhaust air spindle part, 27 ... Differential exhaust, 28 ... High vacuum (5 × 10-3Pa or more), 29 ... Air atmosphere, 30 ... Drive system and vacuum piping can all be installed in air atmosphere
Claims (2)
上記スライド機構は、気体軸受け部への圧縮空気の給気により上記スライド軸から浮上させる静圧浮上機能と上記浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように排気する複数段の差動排気機能を有し、
上記スピンドル機構は、上記真空チャンバー内において上記スライド軸上に回転機構を司るエアースピンドルを搭載し、気体軸受け部への圧縮空気の給気により上記エアースピンドルから浮上させる静圧浮上機能と上記浮上用の圧縮空気を段階的に真空度が増すように排気する複数段の差動排気機能を有する
ことを特徴とする電子ビーム照射装置。 A slide shaft is slidable by a slide mechanism with respect to a vacuum chamber in which an electron beam column is built, and the irradiated object rotated by a spindle mechanism connected to the slide shaft in the vacuum chamber is moved from the electron beam column to the irradiated object. In an electron beam irradiation apparatus irradiated with an electron beam,
The slide mechanism has a static pressure levitation function for levitating from the slide shaft by supplying compressed air to the gas bearing portion and a multi-stage differential for exhausting the levitation compressed air in stages to increase the degree of vacuum. Has an exhaust function,
The spindle mechanism is equipped with an air spindle that controls the rotation mechanism on the slide shaft in the vacuum chamber, and the static pressure levitation function for levitation from the air spindle by supplying compressed air to the gas bearing and the levitation An electron beam irradiation apparatus characterized by having a multi-stage differential exhaust function for exhausting the compressed air in a stepwise manner so that the degree of vacuum increases.
上記スライド軸は、金属製の丸型中空シャフトであり、上記スライド軸は、上記スピンドル機構における圧縮空気の給気及び排気をすると共に上記エアースピンドルに対する電気配線が可能な中空部を有し、上記スライド軸の上記真空チャンバーと反対側の端部に上記スライド軸をスライド駆動させるアクチュエータを有し、
上記気体軸受け部と上記真空チャンバーは、内側に真空排気すると共に外側に圧縮空気を給気する2重ベローズで結合され、上記2重ベローズは、上記真空チャンバーに対する上記スライド機構の軸方向及び半径方向の力を吸収するように設けられる
ことを特徴とする電子ビーム照射装置。
In the electron beam irradiation apparatus with which the electron beam of Claim 1 is irradiated,
The slide shaft is a metal round hollow shaft, and the slide shaft has a hollow portion capable of supplying and exhausting compressed air in the spindle mechanism and allowing electric wiring to the air spindle, An actuator that slide-drives the slide shaft at the end of the slide shaft opposite to the vacuum chamber;
The gas bearing portion and the vacuum chamber are coupled by a double bellows that evacuates inward and supplies compressed air to the outside, and the double bellows are axial and radial directions of the slide mechanism with respect to the vacuum chamber. An electron beam irradiation apparatus characterized in that it is provided so as to absorb the force of.
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WO2008120331A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Pioneer Corporation | Electron beam drawing apparatus and stage mechanism thereof |
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- 2004-06-11 JP JP2004174473A patent/JP2005352302A/en active Pending
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WO2008120331A1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Pioneer Corporation | Electron beam drawing apparatus and stage mechanism thereof |
JPWO2008120331A1 (en) * | 2007-03-28 | 2010-07-15 | パイオニア株式会社 | Electron beam drawing apparatus and its stage mechanism |
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