JP2008511958A - 電子カラム用モーショニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子カラムをモーショニングさせ、試料の動きを最小化することによって、従来の装置に比べ、装置を小型化することを目的とし、さらに、電子カラムを多重化し、モーショニングを可能にして使用することにより、短時間に多くの電子ビームで多くの単位表面積をスキャンして時間的にも有利な装置を提供することを目的としている。
【解決手段】電子ビームを放出する電子カラムと前記電子ビームが照射される試料間に相対運動を与えるモーショニング装置を提供する。このモーショニング装置は、試料に電子ビームを放出するマルチマイクロカラム；前記マイクロカラムを支持する支持部；および前記支持部を動かして前記マイクロカラムを移動させる駆動手段；前記試料を低真空または高真空に維持するための真空室；を含む。
【選択図】図１

Description

本発明はモーショニング（ｍｏｔｉｏｎｉｎｇ）装置によって動く電子カラムに係り、より詳しくは電子ビームを放出する電子カラムの動きを制御して電子カラムを効果的に活用するためのモーショニング装置に関する。

従来は、電子ビームを放出する装置の大きさが非常に大きかったので、電子ビームは、主にＣＲＴまたは電子顕微鏡などの固定された構造に活用されてきた。特に、電子顕微鏡の場合は、電子ビームを放出する器機の大きさが非常に大きいため、使用時に試料を動かす必要があり、非常に大きな試料の表面積をスキャンしなければならない場合、使用が非常に面倒であった。

したがって、電子ビームを放出することができる装置の大きさを小型化するための努力として、小型電子カラム、代表的には、マイクロ電子カラムとしてマイクロカラムが開発された。一般的なマイクロカラムは、ＣＲＴまたは電子顕微鏡と同様な原理で、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、およびフォーカスレンズを含み、真空状態で電子ビームを放出する。

しかし、小型化した電子カラムの活用に関しては、今まで具体的な方案もしくは装置がなかった。

前記のような問題点を解決するために、本発明による電子カラムのモーショニング装置は、試料の動きを最小化し、電子カラムのモーショニングによって、従来の装置に比べ、装置を小型化することにその目的がある。

また、本発明は、電子カラムを多重化し、モーショニングを可能にして使用することにより、短時間に多くの電子ビームで多くの単位表面積をスキャンして時間的にも有利な装置を提供することにその他の目的がある。

本発明による電子カラムのモーショニング装置は、
試料に電子ビームを放出する電子カラム；
前記マイクロカラムを収容し、前記電子カラムが超高真空を維持するようにするチェンバー；
前記チェンバーを支持する支持部；
前記支持部を動かして前記電子カラムをリアルタイムで移動させる駆動手段；
前記電子カラムから放出される電子ビームが照射される試料；および
前記試料を低真空または高真空に維持するための真空室:
を含む。

本発明によるモーショニング装置に使用される電子カラムは、ＣＲＴまたは電子顕微鏡と同様な原理を用い、代表的なマイクロ電子カラムとしてマイクロカラムが使用される。一般的なマイクロカラムは、その構成部として、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、およびフォーカスレンズを含み、真空状態で電子ビームを放出する。本発明で使用されるマイクロカラムにおいては、使用目的によって前記デフレクターまたは他のレンズなどを変形して使用する場合がある。例えば、デフレクティングが求められない場合は、デフレクターを使用せず、フォーカシングが重要でない場合は、簡便にフォーカシングを行うかまたは省略することもできる。

本発明によるモーショニング装置は、電子カラムの大きさが小型である利点を活用するためのもので、電子カラムから放出される電子ビームが照射される試料と電子カラムを相対運動させて、装置の大きさをさらに縮小させるものである。また、マルチマイクロカラムを使用して試料の全表面積に複数の電子ビームを同時に照射すれば、装置全体の大きさをさらに大きくしなくても全体的な検査および測定時間を短縮させることができる。

本発明によるモーショニング装置は、電子カラムの特性上、真空状態で使用しなければならない。さらに、電子カラムから放出された電子ビームが試料に有効に到逹するように真空が維持されなければならない。このために、前記モーショニング装置は真空室で使用されなければならない。しかし、マイクロカラムを使用するために、真空室全部を超高真空に維持するのには非常に高い費用が必要である。一般的に、マイクロカラムと電子ビームが照射される試料との間の距離（作動間隔、ｗｏｒｋｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）は１〜４００ｍｍが普通であり、ほとんどの場合は近く維持される。したがって、本発明のモーショニング装置においては、真空室は全体的に高真空または低真空、例えば１０^−７トール以下程度を維持し、マイクロカラムから試料の周りまでの一部にだけ超高真空、例えば１０^−７〜１０^−１１トール、望ましくは１０^−９トール以上を維持して、本発明のマイクロカラムモーショニング装置を構成することができる。このために、マイクロカラムを別途のチェンバーに入れ、イオンポンプ（ｉｏｎ ｐｕｍｐ）などを利用して超高真空以上（１０^−７〜１０^−１１Ｔｏｒｒ）を維持し、アインツェルレンズまたはフォーカシングレンズの最後の孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を通じて放出される電子ビームが外部の試料に到達するように、チェンバーに孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を形成することで、高真空領域の試料部位にも電子ビームが有効に伝達されるようにする。もし、チェンバーの真空度の問題で、電子ビームが有効に放出されて照射されなければ、チェンバーの真空をさらに高真空にするか、あるいはチェンバー内の高真空度をさらに維持するために、チェンバーから電子ビームが出るチェンバーの穴をより小さくすれば良い。すなわち、電子カラム用チェンバーと試料用真空室を別個にして真空度の区分を維持し、電子カラムを使用するようにするものである。チェンバーの孔は、必要に応じて、より構造を簡単にするために、電子カラムのレンズ孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）がチェンバー孔の役割を果たすようにしてもよい。

本発明による電子カラムモーショニング装置は、例えば２５ＧＢｉｔ以上の高集積（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）ＣＤまたはＤＶＤ用ライティング装置またはＣＤ、ＤＶＤなどを検査および／または測定する装置において、レーザーまたは光学器機に代えて高精密および高集積の情報を記録するパターニング装備に使用可能である。また、本発明によるマイクロカラムモーショニング装置は、従来のリソグラフィーにおいて、より迅速で精密な方式でリソグラフィー印刷をなすことができ、検査および／または測定、分析、および／または修理装置などの電子ビームを用いる多様な分野での空間的および時間的問題を解決することができる。

以下、本発明による装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明による、マルチ電子カラムとして、マルチマイクロカラムのモーショニング装置の一実施例を概略的に示す斜視図である。本装置は、マルチマイクロカラムの特性上、真空室（図示せず）で作動する。モーショニング装置を使用する第１実施例を示す。

図１において、マイクロカラム（図示せず）は支持部２内に取付または挿入され、連結部１２によって一つの軸１１に四つずつ、全部で八つが二つのＸ方向軸１１に連結されている。Ｘ方向軸１１は、駆動部１０によってマイクロカラムを線形に運動させる。本実施例において、マイクロカラムは支持部２内に取付または挿入される。また、支持部２は他の支持部材２０の軸２１に連結される。支持部材２０が別途の駆動装置によってＹ方向軸２２に沿って線形運動すると、軸１１に対して直交方向（Ｙ軸方向）に線形運動することができる。連結部１２に垂直に動けるようにするか自由にリアルタイムで任意の角度にチルティングできるようにすれば、マイクロカラムのモーショニングを一層多様化することができる。マイクロカラムのモーショニングのために、連結部１２に対してマイクロカラムが垂直に運動できるように、リニアモーションまたはチルティング手段を取付するなどの多様な方法が使用できる。

試料３０は別途の駆動手段によって移動され、マイクロカラムから放出された電子ビームがその試料に照射される。

本実施例において、各マイクロカラムをチェンバーに入れ、超高真空を維持するために、前記支持部２を真空チェンバー化し、別途の真空配線をし、イオン（ｉｏｎ）ポンプまたはゲッターポンプなどを使用して、マイクロカラムが収容されるチェンバーを超高真空に形成することができる。この場合、電気および真空の配線は既存のＸ−Ｙロボットまたはアームロボットなどに使用される電気または真空配線のような方法によれば良い。この場合、マイクロカラムを自由にチルティングさせるのであれば、前記連結部１２をベローズタイプにして、チェンバーの役目をする支持部２に連結することが望ましい。また、支持部２に小型イオンポンプなどを直接連結して真空チェンバー化して使用することもできる。

図２は本発明のマイクロカラムをモーショニングするさらに他の装置を示す概略斜視図で、図１の実施例とは異なり、試料が回転運動し、マイクロカラムは線形運動するものである。

図２においては、四つのマイクロカラム（図示せず）が支持部２に挿入または取付られ、駆動軸１１に連結される。第２実施例において、マイクロカラムは駆動部１０によって線形運動することになる。試料３０ａは別途の駆動手段（図示せず）によって回転運動することになる。試料の下に試料を駆動する駆動手段を配置することが望ましい。駆動軸１１によって、マイクロカラムが、試料３０ａの回転中心と外周縁との間を線形移動することが望ましい。

もちろん、第２実施例においても、マイクロカラムをチェンバーに入れ、別途に高真空を維持する方法は、図１の実施例で説明したものと同様である。

また、このマイクロカラムのチルティング運動方式は図１の第１実施例で説明したものと同様である。

図３は本発明のマイクロカラムをモーショニングするさらに他の装置を示す概略斜視図である。図１の実施例とは異なり、マイクロカラムのそれぞれが個別的にモーショニングされることに特徴がある。図１の第１実施例と違う点は、駆動部１０’が支持部２をＺ軸運動またはチルティングさせ、Ｘ−Ｙ運動は別個の駆動装置によってなされることである（図示せず）。その他のものは図１の場合と同様である。この場合にも、マイクロカラムをチルティングさせるのであれば、前記連結部１２をベローズタイプにし、チェンバーの役目をする支持部２に連結することが望ましい。

図４は本発明のマイクロカラムを備えたモーショニング装置のさらに他の例を示すものである。図４において、真空室４９は壁４１によって外部と遮られて真空（１０^−２〜１０^−６ｔｏｒｒ）が維持される。そして、マイクロカラムチェンバー４５はベローズ４２などのようなフレキシブル管などによって超高真空以上（１０^−７〜１０^−１１ｔｏｒｒ）を維持することになり、高真空または低真空が維持される真空室と区分される。マイクロカラム用チェンバー４５はベローズ４２を介してイオンポンプ（ｉｏｎ ｐｕｍｐ）（図示せず）と連結され、また真空室の低真空とは異なり、超高真空が維持される。また、マイクロカラム用チェンバー４５はホルダー４４に取付または結合され、軸４６、４７によって移送される。既存の電子ビーム発生器とは異なり、マイクロカラムはその大きさが小さくてモーショニング（移動）が便利であるから、ベローズなどを利用して容易にモーショニングすることができる。マイクロカラム用チェンバー４５は、電子ビームＢが照射できるように、小孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）がおよそ１〜３ｍｍの直径を有する。しかし、孔の大きさは、マイクロカラム用チェンバー４５と真空室４９間の真空度をそれぞれ維持することができ、さらに電子ビームが試料に到逹してスキャンすることができる程度に、必要に応じて設計すれば良く、イオンポンプなど、超高真空を形成して維持することができるポンプの設計によって変えることができる。フレキシブル管を使用してマイクロカラムチェンバーを別にする最大の理由は、マイクロカラム用チェンバー４５に直接イオンポンプ（ｉｏｎ ｐｕｍｐ）などを設置して超高真空を形成せず、ベローズ４２を通じて超高真空を形成することができるからである。超高真空を形成するためのポンプなどの装備はその大きさが大きいだけでなく、チェンバー４５そのものの大きさまで大きくしてしまうので、モーショニングの際に不利であることもある。また、ベローズを利用すれば、マイクロカラムの修理または入れ替えの際、真空室の真空をそのまま維持しながら簡単に修理および／または入れ替えが可能であるからである。マイクロカラムの入れ替えは別途の交換室４８を通じて行うこともできる。この場合、軸４７を利用して交換室４８にマイクロカラムを送り、交換および／または修理を行うことができる。交換室４８は、移送装置またはロードロックのような装置を備えるか、または内部の軸等を利用してマイクロカラム等を運搬するように構成され、そしてゲートバルブ等を使用して真空室内部の真空度に変化がないようにし、カラム等を入れ替えおよび／または修理することができる。

図５は図４のような装置の他の使用例を示すもので、フレキシブル管５２が移動してマイクロカラムが試料の他の位置に電子ビームＢを照射するように移送されたものを示す。図５では、右側マイクロカラム用チェンバー５５は軸５６、５７によってＸ−Ｙ方向に移送されている。この時、フレキシブル管５２が曲がることにより、マイクロカラム用チェンバー５５が続けて超高真空を維持することになる。

図６は図４のような装置のさらに他の使用例を示すもので、フレキシブルなベローズ管６２が移動して、マイクロカラムがチルティングされるものを示すものである。マイクロカラムで試料を検査する際に、試料の問題部位を正確に検査するために、マイクロカラムがチルティングして所定の問題部位に電子ビームを照射し、精密検査を行うように駆動されるものを示す。図６においては、ホルダー６４が軸を中心に回転できるようにして、マイクロカラム用チェンバー６５がチルティングできるようになっている。すなわち、チェンバーのマイクロカラムを所定の角度にチルティングできるようにして、試料を直角方向のほかに所定の角度にスキャンする。これによって、電子ビームから放出された電子が試料に衝突してから反射するか、または衝突によって試料から放出される電子ｂがカラムチェンバーに向かって進む。

図４〜図６で説明したフレキシブルタイプは図１〜図３の実施例でも使用可能であり、特に図２のタイプのように、試料がディスクのように回転する場合、装置全体の大きさを小さくする必要があれば、柔軟なフレキシブル管を用いることが望ましい。

本発明において、マイクロカラムは、単独でそれぞれ支持部２に挿入してシングル型として使用してもよいが、マルチ型マイクロカラムとして使用してもよい。マルチマイクロカラムは、複数のシングルマイクロカラムを組み合わせて使用するか、あるいは半導体工程で製造されるウェハータイプなどの様々なタイプのマルチマイクロカラムとして使用することができる。

本発明で説明したマイクロカラムの数、四つまたは八つは、ただ説明のためのもので、カラムの数および配列は必要によって多様に変えることができる。

本発明によるモーショニング装置は、電子ビームを利用した検査、測定および／または修理装備用に使用可能である

また、このモーショニング装置は小型化したマルチマイクロカラムをモーショニングして多様な分野で使用可能にするもので、より詳しくは、電子ビームを半導体リソグラフィーに使用するか、電子顕微鏡などの測定、検査および分析装置に活用するか、あるいは高集積度（ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ）ＣＤまたはＤＶＤのような記録媒体にデータを記録したりデータを検査したりできるようにするものである。

本発明によってマルチ電子カラムをモーショニングさせる第１実施例を示す概略斜視図。 本発明によってマルチ電子カラムをモーショニングさせる第２実施例を示す概略斜視図。 本発明によってマルチ電子カラムのそれぞれの動きを制御することを示す概略斜視図。 本発明によってマルチ電子カラムのそれぞれの動きを制御することを示す他の実施例の断面図。 本発明によってマルチ電子カラムのそれぞれの動きを制御することを示すさらに他の実施例の断面図。 図４によるマルチ電子カラムの他の動きを制御することを示す断面図。

符号の説明

２・・・支持部 １０、１０’・・・駆動部 １１・・・Ｘ方向軸 １２・・・連結部 ２０・・・支持部材 ２１・・・軸 ２２・・・Ｙ方向軸 ３０、３０ａ、４０・・・試料 ４１・・・壁 ４２・・・ベローズ
４４・・・ホルダー ４５・・・マイクロカラムチェンバー ４６、４７・・・軸
４８・・・交換室
４９・・・真空室 ５２・・・フレキシブル管 ５５・・・マイクロカラム用チェンバー ５６、５７・・・軸
６２・・・ベローズ管 ６４・・・ホルダー ６５・・・マイクロカラム用チェンバー Ｂ・・・電子ビーム ｂ・・・電子

Claims (4)

1. 試料に電子ビームを放出する電子カラム；
   前記マイクロカラムを収容し、前記電子カラムが超高真空を維持するようにするチェンバー；
   前記チェンバーを支持する支持部；
   前記支持部を動かして前記電子カラムをリアルタイムで移動させる駆動手段；
   前記電子カラムから放出される電子ビームが照射される試料；および
   前記試料を低真空または高真空に維持するための真空室；
   を含む、電子カラム用モーショニング装置。
2. 前記支持部には、前記マルチマイクロカラムをリアルタイムで上下移動、チルティング、または上下移動およびチルティング可能にする手段がさらに取付けられることを特徴とする、請求項１に記載の電子カラム用モーショニング装置。
3. 前記試料を回転させる回転板をさらに含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電子カラム用モーショニング装置。
4. 前記チェンバーはフレキシブル管を介して外部のポンピング装置と連結されることにより、超高真空を維持することを特徴とする、請求項１または２に記載の電子カラム用モーショニング装置。

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