JP2006114385A

JP2006114385A - 電子ビーム装置

Info

Publication number: JP2006114385A
Application number: JP2004301714A
Authority: JP
Inventors: Koji Ando; 厚司安藤; Kazuhide Watanabe; 和英渡辺
Original assignee: Toshiba Corp; E Beam Corp
Current assignee: Toshiba Corp; E Beam Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-27
Also published as: DE102005049066B4; DE102005049066A1; US7372027B2; US20060097165A1

Abstract

【課題】外乱電磁界の遮蔽が可能でかつ、真空チャンバーに接続された機器によるノイズの混入を防ぐこと。
【解決手段】真空チャンバ１０は、接地線を通してＤ種アースＥ_Dに設置されている。真空チャンバ１０内にステージ１１が配置されている。ステージ１１上には、セラミック等の絶縁材料からなるホルダ支持体１２を介して試料ホルダ１３が設置されている。試料ホルダ１３上に試料１４が設置される。ステージ１１は、ステージコントローラ１５によって任意の位置に駆動される。試料ホルダ１３は、接地線を通して、Ａ種アースＥ_Aに接地されている。ステージコントローラ１５は、Ｄ種アースＥ_Dに接地されている。コラム２０内に電子銃２１、コンデンサレンズ２２、静電偏向器２３、及び対物レンズ２４が配置されている。コンデンサレンズ２２、静電偏向器２３は、セラミック等の絶縁材からなるコンデンサレンズ支持体２５，２６によってコラム２０に固定されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子ビームを用いた装置の真空容器・コラムの構成に係わる電子ビーム装置に関する。

電子ビームを用いた装置は、電子ビームの波長の短さから、光と比較して高分解能であり、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、電子ビーム描画装置等に用いられている。電子ビームは荷電粒子であるので、電磁界により、制御している。しかし、接地環境の電磁界の外乱により、電子ビームは影響を受け、電子ビームの制御を困難としている。即ち、精度が劣化してしまう。それらを回避するために、真空チャンバ及びコラムを磁性体例えば、鉄等で作成し、外乱磁界をチャンバー・コラム内に吸い込み、その中を通過させる事により、電子ビームへの影響を排除している（特許文献１）。

磁気的な問題点
外乱磁界が試料を格納するチャンバ方向へ来ると、チャンバ、並びに対物レンズ及びコンデンサレンズを格納するコラムは、磁性体で製作されているので、空間と比較して磁気抵抗が低い磁性体内を磁束は流れる。コラムと対物レンズ及びコンデンサレンズは、電磁気的に接合されている。よって、コラムを流れてきた磁束は、対物レンズ及びコンデンサレンズの磁極を通り、レンズのギャップから滲み出し、電子ビームＥＢの制御を劣化させる問題がある。

電気ノイズの問題
チャンバには、真空排気を行うポンプ、真空度を計測する機器、ステージを制御する機器、チャンバーを大気化するための配管及び電磁バルブ等が接続されている。また、真空配管にはバルブ制御用の電磁バルブが付いている。これら、電気機器は、電気的なノイズを出す。電気的なノイズにより、チャンバー及びコラム、ビームを制御する電源の基準のポテンシャルが変化し、電子ビームの制御性を悪くする。
特許２９９３５０４号公報

本発明は、係る問題点を解決するために、外乱電磁界の遮蔽が可能でかつ、真空チャンバーに接続された機器によるノイズの混入を防ぐことが可能となる電子ビーム装置を提供することにある。

本発明の一例に係わる電子ビーム装置は、第１の接地点に接地され、磁性体からなる試料室と、前記試料室に接続され、磁性体からなるコラムと、第２の接地点に接地され、前記試料室及びコラム内の圧力を制御するための排気部と、前記試料室内に格納され、且つ第３の接地点に接地され、試料を保持するためのホルダと、前記試料室内に格納され、前記ホルダが上部に設置されたステージであって、前記ホルダとは電気的に分離されているステージと、前記試料を任意の位置に移動させるために前記ステージを駆動し、第４の接地点に接地されたステージコントローラと、前記コラム内に格納され、前記試料に対して電子ビームを放射する電子ビーム源と、前記電子ビーム源から前記電子ビームが放射されるための電力を供給する電子ビーム源電源であって、第５の接地点に接地されている電子ビーム源電源と、前記コラム内に格納され、且つ第６の接地点に接地され、前記電子ビームを制御する電子光学系と、前記電子光学系に前記電子ビームを制御するための電流、電圧を供給する制御電源であって、第７の接地点に接地された制御電源とを具備し、前記電子ビーム源，前記電子光学系，及び前記ホルダに保持された試料と、前記試料室、前記コラム、前記排気部、及び前記ステージとが電気的に絶縁され、第１の接地点、第２の接地点、及び第４の接地点を含むグループから選ばれた一つの接地点は、第３の接地点、第５の接地点、第６の接地点、及び第７の接地点の何れかの接地点と重複しないことを特徴とする。

本発明の一例に係わる電子ビーム装置は、試料室と、前記試料室内に格納され、試料を保持するためのホルダと、前記試料室内に格納され、前記ホルダが上部に設置されたステージと、前記ステージを駆動し、前記試料を任意の位置に移動させるためステージコントローラと、前記試料室に接続されたコラムと、前記コラム内に設置された内筒と、前記内筒内に格納され、前記試料に対して電子ビームを放射する電子ビーム源と、前記電子ビーム源から前記電子ビームが放射されるための電力を供給する電子ビーム源電源と、前記内筒内に格納された前記電子ビームを制御する電子光学系と、前記電子光学系に前記電子ビームを制御するための電流、電圧を供給する制御電源と、前記試料室及びコラム内の圧力を制御するための排気部とを具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、外乱電磁界の遮蔽が可能でかつ、電子ビームを制御する部位の基準電位に真空チャンバに接続された機器によるノイズの混入を防ぐとが可能となり、電子ビームを制御する部位へノイズの混入がなく、高精度な電子ビーム装置を供給する事ができる。特に、電子ビームを用いた電子ビーム描画装置において位置精度を向上することが可能となる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。

真空チャンバ（試料室）１０にコラム２０が接続されている。真空チャンバ１０及びコラム２０は、磁性体（例えば、鉄等）で作成されている。真空チャンバ１０とコラム２０とは電気的に接続されている。真空チャンバ１０は、接地線を通してＤ種アースＥ_Dに設置されている。

真空チャンバ１０内にステージ１１が配置されている。ステージ１１上には、セラミック等の絶縁材料からなるホルダ支持体１２を介して試料ホルダ１３が設置されている。試料ホルダ１３上に試料１４が設置される。ステージ１１は、ステージコントローラ１５によって任意の位置に駆動される。試料ホルダ１３は、接地線を通して、Ａ種アースＥ_Aに接地されている。ステージコントローラ１５は、Ｄ種アースＥ_Dに接地されている。

コラム２０内に電子銃２１、コンデンサレンズ（電子光学系）２２、静電偏向器（電子光学系）２３、及び対物レンズ（電子光学系）２４が配置されている。コンデンサレンズ２２は、セラミック等の絶縁材からなるコンデンサレンズ支持体２５によってコラム２０に固定されている。静電偏向器２３は、セラミック等の絶縁材からなる偏向器支持体２６によってコラム２０に固定されている。

コラム２０から絶縁されたコンデンサレンズ２２、静電偏向器２３、及び対物レンズ２４は、接地線を通してＡ種アースＥ_Aに接地されている。Ａ種アースＥ_Aは接地抵抗が１０Ω以下で、Ｄ種アースＥ_Dは接地抵抗が１００Ω以下である。

対物レンズ２４は、セラミック等の絶縁材からなる対物レンズ支持体２７によってコラム２０に固定されている。電子銃２１から放射された電子ビームＥＢは、コンデンサレンズ２２によって照射条件が調整される。そして、電子ビームＥＢは静電偏向器２３で偏向されることによって、照射位置が制御される。更に電子ビームＥＢは、対物レンズ２３によって試料１４面上にフォーカスされる。

電子銃電源３１で加速電圧、フィラメント電流が設定されることによって、電子銃２１から電子ビームが放射される。電子銃電源３１の基準電位の接地は、Ａ種アースＥ_Aに接地されている。コンデンサレンズ２２は、磁極２２ａとコイル２２ｂで構成されている。同様に、対物レンズ２４は、磁極２４ａとコイル２４ｂとで構成されている。レンズ２２，２４の強さは、レンズ用電源（制御電源）３２からコイル２２ｂ，２４ｂに供給される電流に応じて制御される。静電偏向器２３は、金属で構成されている。偏向用電源（制御電源）３３から静電偏向器２３に印加される印加電圧に応じて、電子ビームＥＢの偏向位置が制御される。

真空チャンバ１０とコラム２０は磁性体で構成され真空と大気の境界面を構成している。真空チャンバ１０には、ターボ分子型ポンプ（排気部）４１が接続されている。ターボ分子型ポンプ４１の排気側にルーツポンプ（ＭＢＰ，排気部）４２が接続されている。真空チャンバ１０に、真空チャンバ１０内の圧力を測るための真空計（排気部）４３が接続されている。真空チャンバ１０内を大気圧にするための電磁バルブ（排気部）４４及び配管４５が真空チャンバ１０に接続されている。真空計４３の測定信号は真空コントローラ４６に入力される。真空コントローラ（排気部）４６は、ターボ分子型ポンプ４１、ルーツポンプ４２，及び電磁バルブ４４を制御する。真空コントローラ４６は、接地線を通して、Ｄ種アースＥ_Dに接地されている。

図２を用いて、外乱磁界Ｍ_EXが加わった時について説明する。外乱磁界Ｍ_EXがチャンバ１０に印加される、チャンバ１０及びコラム２０は、磁性体で製作されているので、周囲の空間と比較して磁気抵抗が低いチャンバ１０及びコラム２０内を磁束Ｍ₁が流れる。コラム２０と、対物レンズ２３及びコンデンサレンズ２２とは、磁気的に絶縁されている。よって、コラム２０を流れてきた磁束２５は、磁極２２ａ，２４ｂを通る事無く、コラム２０内のみ流れ、電子ビームＥＢの制御性を劣化させることが無い。

真空チャンバ１０には、真空排気を行うポンプ４１，４２、真空度を計測する真空計４３、ステージを制御するステージコントローラ１５、チャンバ１０内を大気圧にするための電磁バルブ４４が接続されている。これら機器は、電気的なノイズを出す。電気的なノイズは、チャンバ１０を伝わって、Ｄ種アースＥ_Dに流入する。ビームを制御する機器４１，４２，４３のポテンシャルは、ノイズを発生する機器が接続されたアースとは別のＡ種アースＥ_Aに接地されている。よって、周辺機器のノイズの影響を受けることがない。Ｄ種Ｅ_Dのアース電位は、例えばルーツポンプ（ＭＢＰ）４２の発生するノイズで変動するが、ここの電位は直接的に電子ビームＥＢに影響を与えることは無い。そして、電子ビームＥＢの制御を行う部位の基準電位はＡ種アースＥ_Aに接地されているので、ルーツポンプ４２等の発生するノイズの影響は受けない。

本構成をとることにより、外乱電磁界の遮蔽が可能でかつ、真空チャンバに接続された機器によるノイズの混入を防ぐことが可能となる真空チャンバにより、電子ビームＥＢの制御性を向上することができる。

また、図３に示すように、磁路の途中に非磁性体の開口部、例えば、電極へ電圧を印加するためのフィードスルー５１がある場合がある。このような場合、外乱磁界Ｍ_dがフィードスルー５１近辺で磁束Ｍ₁が光軸方向に漏れて、電子ビームの位置精度が劣化する。電子ビームの位置精度の劣化を抑制するために、図４に示すように、光軸と反対側に磁性体からなる煙突状のシールド部５２を設ける。この様な構成を取ると、コラム２０中を流れてきたフィードスルー５１近辺の磁束Ｍ₂は、煙突状シールド部５２を通り、光軸と反対側に漏れるので、光軸への影響はない。なお、開口部が矩形の場合、煙突状シールド部５２の高さは、開口部の短辺の長さの２倍以上あれば良い。また、開口部が楕円の場合、煙突状シールド部５２の高さは、開口部の短径の長さの２倍以上あれば良い。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図である。図５において、図１と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。

チャンバ１０とコラム２０は、接合点においてフェライト６１を挟んで、接合されている。第１の実施形態では、磁性体であるコラム２０がチャンバ１０と電気的に結合しているので、チャンバ１０からノイズ電流が流れ込みやすい。高周波数のノイズは、真空中を伝播して、偏向電圧の印加ライン等に重畳して電子ビームＥＢ、制御に影響を与える。これを防ぐために、チャンバ１０とコラム２０の接合点において、フェライト６１を挟んでいる。フェライト６１は高い透磁率を持ち、高い体積抵抗率を持つ。チャンバ１０を流れる電気的なノイズは、高い体積抵抗率を持つフェライト６１を通過しないので、コラム２０内には、電気的なノイズは流れることは無い。なお、フェライト以外の高抵抗磁性体をチャンバ１０とコラム２０との間に挟んでも良い。

また、磁束Ｍ１は、図６に示すように、フェライト６１は高い透磁率を持つのでフェライト内を流れ、磁性体で構成されたコラム２０内を流れるので、外乱磁界に対しても問題は無い。この時、コラム２０の接地は、Ａ種アースＥ_Aに接続する。チャンバ１０の接地は、第１の実施形態と同様にＤ種アースＥ_Dへ接続する。

これら構成をとることにより、第１の実施形態の効果に加え、コラムに流れる電気的なノイズを低減することが可能となり、静電偏向器等に伝播するノイズを低減でき電子ビームの制御を向上することができる。

磁束の通る磁路に開口部がある場合は、第１の実施形態と同様に、磁性体からなる煙突状シールド部を設ければよい。

（第３の実施形態）
図７はかかる電子ビーム装置の基本的な構成図である。

コラム２０の中には、コラム２０及びチャンバ１０から電気的に絶縁された内筒７１が設置されている。内筒７１は、絶縁支持体７２によってコラム２０に固定されている。コンデンサレンズ２２及び対物レンズ２４は、内筒７１に固定されている。金属で構成された静電偏向器２３は、偏向器支持体２６によって内筒７１に固定されている。

内筒７１は、独立Ａ種アースＥ_Aに接地されている。チャンバ１０はＤ種アースＥ_Dに接地されている。また、電子ビームＥＢを制御する機器４１〜４３の電源は、基準電位をとるためにＡ種アースＥ_Aに接地されている。その他のコントローラの電源１５，４５は、基準電位をとるためにＤ種アースＥ_Dに接地されている。このような構成を持ったチャンバ１０について述べる。

図１に示した電子ビーム装置の場合、レンズ２２，２４、及び偏向器２３の組み立て精度はコラム２０の加工精度に強く依存する。しかし本構成をとるとレンズ２２，２４、及び偏向器２３の組み立て精度は、コラム２０の加工精度に依存せず、内筒７１の加工精度に依存する。内筒７１はコラム２０より小さいため、内筒７１の加工はコラム２０と比較して容易である。よって、内筒７１の加工精度を向上させることが可能となる。特に、レンズを静電型で構成した場合、静電レンズが軽く小さく出来るので内筒７１も小さくすることが可能となり、更なる高精度な組み立てを実現できる。

本構成をとることにより、外乱電磁界の遮蔽が可能でかつ、真空チャンバに接続された機器によるノイズの混入を防ぐことが可能となる。さらに、レンズ、偏向器間の組み立て精度の向上が可能となり、ビームＥＢの制御性を向上することができる。

磁束の通る磁路に開口部がある場合は、第１の実施形態と同様である。また、第２の実施形態と同様に、チャンバ１０とコラム２０との間に高抵抗磁性体を挟んでも良い。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡にも上述した構成を適用することも可能である。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。

第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図。図１に示す電子ビーム描画装置に外乱磁界が加わった時の磁束の流れを示す図。図１に示す電子ビーム描画装置の磁路に非磁性体開口部がある場合の磁束の流れを示す図。第１の実施形態に係わる非磁性体開口部に煙突状の磁性体がある場合の磁束の流れを示す図。第２の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図。図５に示す電子ビーム描画装置に外乱磁界が加わった時の磁束の流れを示す図。第３の実施形態に係わる電子ビーム描画装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１０…真空チャンバ，１１…ステージ，１２…ホルダ支持体，１３…試料ホルダ，１４…試料，１５…ステージコントローラ，２０…コラム，２１…電子銃，２２…コンデンサレンズ，２３…静電偏向器，２４…対物レンズ，２５…コンデンサレンズ支持体，２６…偏向器支持体，２７…対物レンズ支持体，３１…電子銃電源，３２…レンズ用電源，３３…偏向用電源，４１…ターボ分子型ポンプ，４２…ルーツポンプ，４３…真空計，４４…電磁バルブ，４５…配管，４６…真空コントローラ

Claims

第１の接地点に接地され、磁性体からなる試料室と、
前記試料室に接続され、磁性体からなるコラムと、
第２の接地点に接地され、前記試料室及びコラム内の圧力を制御するための排気部と、
前記試料室内に格納され、且つ第３の接地点に接地され、試料を保持するためのホルダと、
前記試料室内に格納され、前記ホルダが上部に設置されたステージであって、前記ホルダとは電気的に分離されているステージと、
前記試料を任意の位置に移動させるために前記ステージを駆動し、第４の接地点に接地されたステージコントローラと、
前記コラム内に格納され、前記試料に対して電子ビームを放射する電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から前記電子ビームが放射されるための電力を供給する電子ビーム源電源であって、第５の接地点に接地されている電子ビーム源電源と、
前記コラム内に格納され、且つ第６の接地点に接地され、前記電子ビームを制御する電子光学系と、
前記電子光学系に前記電子ビームを制御するための電流、電圧を供給する制御電源であって、第７の接地点に接地された制御電源とを具備し、
前記電子ビーム源，前記電子光学系，及び前記ホルダに保持された試料と、前記試料室、前記コラム、前記排気部、及び前記ステージとが電気的に絶縁され、
第１の接地点、第２の接地点、及び第４の接地点を含むグループから選ばれた一つの接地点は、第３の接地点、第５の接地点、第６の接地点、及び第７の接地点の何れかの接地点と重複しないことを特徴とする電子ビーム装置。
第１の接地点、第２の接地点、及び第４の接地点の接地抵抗値がほぼ同じ第１の接地抵抗値であり、
第３の接地点、第５の接地点、第６の接地点、及び第７の接地点の接地抵抗値が、ほぼ同じ第２の接地抵抗値であり、
第２の接地抵抗値が第１の接地抵抗値より低いことを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。
前記試料室と前記コラムとは、前記試料室及び前記コラムを構成する材料の体積抵抗率より大きな体積抵抗率を持つ磁性体で接合され、前記コラムは第８の接地点に接地されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。
第１の接地点、第２の接地点、及び第４の接地点の接地抵抗値がほぼ同じ第１の接地抵抗値であり、
前記第３の接地点、第５の接地点、第６の接地点、第７の接地点、及び第８の接地点の接地抵抗値が、ほぼ同じ第２の接地抵抗値であり、
第２の接地抵抗値が第１の接地抵抗値より低いことを特徴とする請求項３に記載の電子ビーム装置。
前記コラム内に、前記該コラムと電気的に絶縁された導電体で構成され、前記第１の接地点とは異なる第９の接地点に設置された内筒が配置され、
前記電子ビーム源、及び電子光学系は前記内筒に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子ビーム装置。
第１の接地点、第２の接地点、及び第４の接地点の接地抵抗値がほぼ同じ第１の接地抵抗値であり、
前記第３の接地点、第５の接地点、第６の接地点、第７の接地点、及び第９の接地点の接地抵抗値が、ほぼ同じ第２の接地抵抗値であり、
第２の接地抵抗値が第１の接地抵抗値より低いことを特徴とする請求項５に記載の電子ビーム装置。
試料室と、
前記試料室内に格納され、試料を保持するためのホルダと、
前記試料室内に格納され、前記ホルダが上部に設置されたステージと、
前記ステージを駆動し、前記試料を任意の位置に移動させるためステージコントローラと、
前記試料室に接続されたコラムと、
前記コラム内に設置された内筒と、
前記内筒内に格納され、前記試料に対して電子ビームを放射する電子ビーム源と、
前記電子ビーム源から前記電子ビームが放射されるための電力を供給する電子ビーム源電源と、
前記内筒内に格納された前記電子ビームを制御する電子光学系と、
前記電子光学系に前記電子ビームを制御するための電流、電圧を供給する制御電源と、前記試料室及びコラム内の圧力を制御するための排気部とを具備してなることを特徴とする電子ビーム装置。