JP2016157968A - 荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力の変化によって引き起こされる描画精度の低下を抑制することのできる荷電粒子ビーム描画装置を提供する。
【解決手段】電子光学鏡筒３０１は、凸部の周囲に設けられてチャンバ３００ａとの間でシール部を形成するフランジを有する。チャンバ３００ａは、低熱膨張材料によって構成され、さらにシール部は、他の部分よりリンおよび硫黄の濃度が低い低熱膨張材料によって構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置に関する。

近年、大規模集積回路（ＬＳＩ：Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Iｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の高集積化および大容量化に伴い、半導体素子に要求される回路線幅は益々狭くなっている。

半導体素子は、回路パターンが形成された原画パターン（マスクまたはレチクルを指す。以下では、マスクと総称する。）を用い、いわゆるステッパと呼ばれる縮小投影露光装置でウェハ上にパターンを露光転写して回路形成することにより製造される。ここで、微細な回路パターンをウェハに転写するためのマスクの製造には、電子ビーム描画装置などの荷電粒子ビーム描画装置が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。

図１２は、従来の電子ビーム描画装置の構成を説明するための模式図である。図１２において、電子ビーム描画装置１００１は、描画室１０１１と、描画室１０１１内に設けられてマスク１０２２が載置されるステージ１０２１と、描画室１０１１の天井部に配置された電子光学鏡筒１０３１とを備えている。電子光学鏡筒１０３１内には、電子銃１０３２と、偏向器１０３３，１０３５と、アパーチャ１０３４とが設けられている。電子銃１０３２から発せられた電子ビームＢは、偏向器１０３３，１０３５とアパーチャ１０３４によって、形状と寸法を調節され、また、マスク１０２２への照射位置を決められる。

図１２において、マスク１０２２が載置されるステージ１０２１は、描画室１０１１の底板に取り付けられている。また、ステージ１０２１は、駆動部１０２５によって、互いに直交するＸ方向とＹ方向に移動自在に構成されている。描画室１０１１の側壁には、レーザ干渉計１０２３が固定されている。レーザ干渉計１０２３によって、ステージ１０２１の端部近傍に設けられたミラー１０２４の位置を測定することで、ステージ１０２１の位置が把握される。

特開平５−１４４７１１号公報 実開昭５３−１３０７０号公報

描画を行なう際には、真空ポンプ（図示せず）などによって、電子光学鏡筒と描画室の内部が真空引きされる。このため、これらの内と外とで圧力差が生じることになる。図１２に示す従来の電子ビーム描画装置１００１では、大気圧の変動によってこの圧力差が大きくなると、描画室１０１１に微小な変形が生じて、電子光学鏡筒１０３１を傾かせる。すると、電子ビームＢの形状や寸法、照射位置が所望の値からずれて、描画精度を低下させるおそれがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、圧力の変化によって引き起こされる描画精度の低下を抑制することのできる荷電粒子ビーム描画装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明は、上面に開口を有するチャンバと、
チャンバの中に設けられるステージ載置部と、
ステージ載置部に載置されるステージとを備えた描画室と、
上記開口を介してステージに向けて荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段を内蔵する光学鏡筒とを有し、
ステージ載置部は、チャンバから独立して光学鏡筒に接続していることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置に関する。

本発明において、描画室は、ステージに設けられるミラーと、
ステージ載置部に設けられて、ミラーとの間で入反射した光を受光してステージの位置を測定するレーザ干渉計とを有し、
ステージ載置部は、ステージが載置される第１の部材と、第１の部材の上に配置されて、光学鏡筒の開口に接続する第２の部材とを有し、
レーザ干渉計は、第２の部材に取り付けられていることが好ましい。

本発明において、チャンバとステージ載置部は、室温で２×１０^−６／Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって構成されていることが好ましい。

この場合、光学鏡筒は、チャンバの開口に嵌合する凸部と、
凸部の周囲に設けられてチャンバとの間でシール部を形成するフランジとを有し、
チャンバのシール部は、他の部分よりリンおよび硫黄の濃度が低い材料によって構成されていることが好ましい。

また、さらにチャンバは、複数の部材が接合されて構成されており、
複数の部材の各接合部は、他の部分よりリンおよび硫黄の濃度が低い材料によって構成されていることが好ましい。

本発明によれば、圧力の変化によって引き起こされる描画精度の低下を抑制することのできる荷電粒子ビーム描画装置が提供される。

実施の形態１における電子ビーム描画装置の構成図である。 電子ビームによる描画方法の説明図である。 実施の形態１における描画室内の構成を説明するための横断面図である。 実施の形態１における描画室内の構成を説明するための上断面図である。 実施の形態１における、電子光学鏡筒と吊り下げ部材との接続部分を説明するための拡大断面図である。 実施の形態１における駆動部近傍の構成例を説明するための図である。 実施の形態１における電子ビーム描画装置の描画精度の安定性を説明するための概念図である。 実施の形態２における描画室内の構成を説明するための横断面図である。 実施の形態２における、電子光学鏡筒と吊り下げ部材との接続部分を説明するための拡大断面図である。 実施の形態２における、電子光学鏡筒と吊り下げ部材との接続部分の別の構成例を説明するための拡大断面図である。 電子ビーム描画装置の別の構成例を説明するための横断面図である。 従来の電子ビーム描画装置の構成を説明するための模式図である。 従来の電子ビーム描画装置における描画精度の安定性を説明するための概念図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電子ビーム描画装置の描画部の構成図である。また、図３は、図１の電子ビーム描画装置における描画室内の構成を説明する横断面図である。

図１では、電子ビーム描画装置１０１の描画部を示している。描画部は、電子ビームＢを生成してこれを試料１０２に照射する部分である。尚、描画部には、図示しない制御部が接続しており、制御部によって、描画部における電子ビームＢの形状や照射位置、照射のタイミング、あるいは、試料１０２の位置などが制御される。

描画部は、描画室３００と、描画室３００の天井部に設けられた電子光学鏡筒（コラムとも称す。）３０１とを備えている。描画室３００は、開口３１８を有するチャンバ３００ａと、チャンバ３００ａの中に配置されるステージ３０２と、ステージ３０２に設けられたミラー３０２ａとを有する。また、電子光学鏡筒３０１は、チャンバ３００ａの開口３１８に嵌合する凸部３３０を有する。凸部３３０の端部には開口が設けられており、この開口からステージ３０２に向けて電子ビームＢが照射される。

電子光学鏡筒３０１の内部には、ステージ３０２に向けて電子ビームＢを照射する電子ビーム照射手段が設けられている。図１では上から順に、電子銃３０３、照明レンズ３０４、ブランキング偏向器３０５、ブランキングアパーチャ３０６、第１成形アパーチャ３０７、投影レンズ３０８、成形偏向器３０９、第２成形アパーチャ３１０、主偏向器３１１、対物レンズ３１２、副偏向器３１３が配置されている。これらは、電子ビーム照射手段の構成要素である。

電子銃３０３から発せられた電子ビームＢは、照明レンズ３０４により、第１成形アパーチャ３０７に照射される。尚、ブランキングオン時（非描画時期）には、電子ビームＢは、ブランキング偏向器３０５により偏向されて、ブランキングアパーチャ３０６上に照射され、第１成形アパーチャ３０７には照射されない。

第１成形アパーチャ３０７には、矩形状の開口が設けられている。これにより、電子ビームＢは、第１成形アパーチャ３０７を透過する際に、その断面形状が矩形に成形される。その後、電子ビームＢは、投影レンズ３０８によって、第２成形アパーチャ３１０上に投影される。ここで、成形偏向器３０９は、第２成形アパーチャ３１０への電子ビームＢの投影場所を変化させる。これによって、電子ビームＢの形状と寸法が制御される。

第２成形アパーチャ３１０を透過した電子ビームＢの焦点は、対物レンズ３１２により試料１０２上に合わせられる。そして、主偏向器３１１と副偏向器３１３とによって、試料１０２上での電子ビームＢの照射位置が制御される。

描画室３００内には、ステージ３０２が設けられている。試料１０２は、ステージ３０２上に設けられたピン（図示せず）によって支持される。試料１０２は、例えば、ガラス基板上にクロム膜などの遮光膜とレジスト膜とが積層されたマスクである。

ステージ３０２には、ミラー３０２ａが設けられている。レーザ干渉計４０２からのレーザ光をミラー３０２ａで入反射することにより、ステージ３０２の位置が測定される。

次に、電子ビーム描画装置１０１の動作について説明する。図２に示すように、試料１０２上に描画されるパターン５は、主偏向で偏向可能なＹ方向幅の短冊状の複数のストライプ５１に分割され、さらに、各ストライプ５１は、行列上の多数のサブフィールド５２に分割されている。パターン５の描画に際しては、ステージ３０２をストライプ５１の幅方向に直交するＸ方向に連続移動させつつ、電子ビームＢを主偏向により各サブフィールド５２に位置決めし、副偏向によりサブフィールド５２の所定位置に電子ビームＢを照射する。このようにして、図形５３が描画される。そして、１つのストライプ５１の描画を終了すると、ステージ３０２をＹ方向にステップ移動させてから、次のストライプ５１の描画を行う。この工程を繰り返すことで、試料１０２全体にパターン５を描画することができる。

本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１では、図１に示すように描画室３００の内部に吊り下げ部材４０４が設けられている。尚、本明細書において、吊り下げ部材は、ステージ載置部とも称する。吊り下げ部材４０４は、電子光学鏡筒３０１に接続されており、ステージ３０２は、吊り下げ部材４０４の上に配置されている。また、吊り下げ部材４０４には、取り付け部材４０７を介して、レーザ干渉計４０２が取り付けられている。

上記のような構成を有することで、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１は、大気圧などによる描画精度の変動を抑制することが可能となる。すなわち、上記のように、電子ビーム描画装置１０１では、ステージ３０２が描画室３００の底部ではなく、吊り下げ部材４０４の上に配置されており、また、吊り下げ部材４０４が電子光学鏡筒３０１に接続されている。

上記構造によれば、大気圧の影響で描画室３００が微小に変形して電子光学鏡筒３０１が傾斜すると、電子光学鏡筒３０１に追随して吊り下げ部材４０４も傾斜する。このため、電子光学鏡筒３０１とステージ３０２の相対的位置関係は、傾斜が起こる前と後で保持され、試料１０２に対する電子光学鏡筒３０１の位置関係も保持される。したがって、描画室３００に変形が生じた場合であっても、電子ビームＢの照射位置が調整された位置からずれるのを抑制できる。すなわち、所望の形状および寸法となるように、アパーチャ上での照射位置を調整され、また、所望の位置に描画されるように、試料１０２上での照射位置を調整された電子ビームＢについて、その照射位置が各調整位置からずれるのを最小限にすることができる。

図３は、図１に示す本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１における描画室３００内の構成を説明する横断面図である。図３に示すように、描画室３００は、天井部に開口３１８が形成されたチャンバ３００ａの中にステージ３０２が配置された構造を有する。

図３に示すように、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１は、チャンバ３００ａの天井部に取り付けられた電子光学鏡筒３０１と、電子光学鏡筒３０１に接続する吊り下げ部材４０４とを有する。電子光学鏡筒３０１から出射した電子ビームＢは、チャンバ３００ａの開口３１８から描画室３００に入り、ステージ３０２上に載置された試料１０２に照射される。

吊り下げ部材（ステージ載置部）４０４は、ステージ３０２が載置される矩形状の下板４０５と、下板４０５の四隅に配置された支柱部材４０６と、支柱部材４０６と電子光学鏡筒３０１を接続する接続部材５１０と、レーザ干渉計４０２を取り付けるための取り付け部材４０７とを有する。接続部材５１０は、支柱部材４０６と電子光学鏡筒３０１とを電子光学鏡筒３０１の開口で接続する。下板４０５、支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７は、例えばネジによって互いに接続することができる。

支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７は、一体として構成されることもできる。この場合、一体として構成された、支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７を第２の部材とすれば、第２の部材は、第１部材としての下板４０５の上に配置されて、電子光学鏡筒３０１の開口に接続する。そして、レーザ干渉計４０２は、第２の部材に取り付けられる。尚、下板４０５、支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７を一体として構成することも可能である。

上記構成により、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１では、吊り下げ部材４０４がチャンバ３００ａから独立して電子光学鏡筒３０１に接続し、ステージ３０２は、吊り下げ部材４０４によってチャンバ３００ａの内部に吊り下げられる構造となる。このように、ステージ３０２をチャンバ３００ａから独立して電子光学鏡筒３０１に吊り下げることにより、大気圧や温度の変動でチャンバ３００ａが変形しても、ステージ３０２に影響が及ぶのを最小限にすることができる。したがって、試料１０２に対する電子光学鏡筒３０１の相対的位置や、レーザ干渉計４０２に対するミラー３０２ａの相対的位置がずれるのを防いで、描画精度の低下を抑制することが可能となる。

ステージ３０２は、ＸＹステージ３１５と、ＸＹステージ３１５上に配置され、Ｚ方向に移動自在なＺステージ３１６と、Ｚステージ３１６上に配置された台座３１７と、台座３１７上に固定された図示されないピンとを有している。台座３１７には、ミラー３０２ａが設けられている。試料１０２は、上記のピンによってその裏面を支持される。

ＸＹステージ３１５には、チャンバ３００ａの側壁に形成された開口部３２２から挿入された駆動ロッド３２０が、カップリング３２３を介して、取り付けられている。駆動ロッド３２０は、開口部３２２を塞ぐように設けられた駆動部３２１に接続されている。駆動部３２１で駆動ロッド３２０の駆動を制御することにより、ＸＹステージ３１５を、互いに直交するＸ方向とＹ方向に移動させることができる。カップリング３２３は、大気圧の変動などによってチャンバ３００ａに微小な変形が生じた場合に、その変形量を吸収する機能を有している。したがって、チャンバ３００ａに生じた微小な変形がＸＹステージ３１５に伝達されるのを防いで、ＸＹステージ３１５の走行精度や描画精度の低下を抑制することが可能になる。

図４は、図１に示す本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１における描画室３００内の構成を説明するための上断面図である。図４に示すように、描画室３００には、４本の支柱部材４０６ａ〜４０６ｄが、下板４０５の四隅に取り付けられている。ステージ３０２は、下板４０５の上に配置されており、これによって、ステージ３０２が描画室３００内で吊り下げられる構造となっている。

図４において、取り付け部材４０７の形状は、例えば、矩形の平面板状とすることができる。この場合、駆動ロッド３２０は、取り付け部材４０７と下板４０５の隙間で駆動する。取り付け部材４０７の一端は、支柱部材４０６ａに接続し、取り付け部材４０７の他端は、支柱部材４０６ｂに接続する。また、取り付け部材４０７には、レーザ干渉計４０２が取り付けられている。レーザ干渉計４０２の構成については図示を省くが、光源であるレーザヘッドと、光源から出射された後にミラー３０２ａで反射されて戻った光を受光する光学系とを備える。尚、ミラー３０２ａをレーザ干渉計４０２の構成要素の１つとし、ミラー３０２ａを含めてレーザ干渉計４０２と称することもできる。

尚、図１、図３および図４において、レーザ干渉計４０２は１つのみであるが、ステージ３０２のＸ方向の位置を測定するレーザ干渉計と、ステージ３０２のＹ方向の位置を測定するレーザ干渉計とがあってもよい。そのため、吊り下げ部材４０４における、取り付け部材４０７とミラー３０２ａの位置や数は、レーザ干渉計の位置や数に応じて適宜決められる。また、取り付け部材４０７の形状は、吊り下げ部材４０４にレーザ干渉計４０２を取り付けて、レーザ干渉計４０２から出射された光をミラー３０２ａで反射し、さらにこの反射光をレーザ干渉計４０２で受光できるようにするものであれば、上記に限定されない。例えば、支柱部材４０６ａと４０６ｂ、４０６ｂと４０６ｃ、４０６ｃと４０６ｄ、４０６ｄと４０６ａの間にそれぞれ面状の壁を設け、この壁にレーザ干渉計４０２を取り付けてもよい。尚、駆動ロッド３２０は、壁に開口を設けることで駆動可能である。

次に、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１における、電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材４０４との接続部分の構造を説明する。図５は、図３に示す点線で囲まれた部分Ａ、すなわち、電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材４０４との接続部分を説明するための拡大断面図である。

電子光学鏡筒３０１の下部には、チャンバ３００ａの開口３１８の半径方向に外方へ向くフランジ４０１が形成されている。チャンバ３００ａの縁部３１９であって、フランジ４０１とチャンバ３００ａとの間には、Ｏリング４０９によってシールが形成されている。これにより、チャンバ３００ａの内外の雰囲気が切り分けられる。

本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１では、接続部材５１０が電子光学鏡筒３０１にネジ止めされることにより、電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材４０４とが接続される。

図５に示すように、接続部材５１０において、支柱部材４０６（図３）に接続する側と反対側には、ネジ穴４００ｂが形成されている。また、電子光学鏡筒３０１にはメネジ４００ａが形成されており、これらネジ穴４００ｂおよびメネジ４００ａに、ネジ４１５がチャンバ３００ａの内側からねじ込まれることによって、電子光学鏡筒３０１に吊り下げ部材４０４が接続される。

ネジ止めによる接続方法であれば、電子光学鏡筒３０１と接続部材５１０の材質が異なる場合であっても、十分な強度を有して、吊り下げ部材４０４を電子光学鏡筒３０１に固定することが可能である。本実施の形態において、電子光学鏡筒３０１は、例えば、ステンレス鋼や鉄により構成される。これに対して、吊り下げ部材４０４には、後述するように、インバーなどの低熱膨張材料が用いられる。

ここで、吊り下げ部材に関連する従来技術として、実開昭５３−１３０７０号公報記載のものがある。この公報では、レンズアッセンブリを含む電子柱の下方端が、リング内の孔の半径方向に内方に向くフランジに支持される電子ビーム微小製作装置が開示されている。この装置において、ベースプレートは、リングの面に平行にかつ支柱とともに延び、蓋、壁およびベースによって形成される室内において自由に保持される。ステージは、平面鏡を保持する鏡支持器を保持し、また、このステージは、ベースプレートによって保持される。さらに、干渉計ヘッドは、剛性支持体によってリングに支持される。

しかしながら、上記装置では、ステージを保持するための部材が、真空室から独立して電子柱に接続していない。このため、大気圧の変動で真空室が変形した場合に、ステージに影響が及び、サブストレート（試料）に対する電子柱の相対的位置や、干渉計ヘッドに対する平面鏡の相対的位置がずれて、描画精度を低下させるおそれがある。

さらに従来の電子ビーム描画装置は、大気圧の変動以外の要因によっても変形するおそれがある。具体的には、ステージの動作に伴うガイドの摩擦やモータの起電力などによる発熱によって、電子光学鏡筒や描画室が熱膨張を起こすと、電子ビーム描画装置に微小な変形が生じる。すると、試料に対する電子光学鏡筒の相対的位置や、レーザ干渉計に対するミラーの相対的位置がずれて、描画精度の低下を招くことになる。

実開昭５３−１３０７０号公報では、真空室内の排気中または排気の結果として生じる、真空室の蓋、壁またはベースに生じる歪みを問題としており、熱膨張による変形に関する記載はない。また、リングが剛性部材である旨の記載しかないため、リングが熱変形を起こすと、リングに対するベースプレートの相対的位置が変化して、電子ビームの照射位置がずれるのを避けられないと考えられる。

そこで、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１においては、チャンバ３００ａや吊り下げ部材４０４に低熱膨張材料を用いる。具体的には、室温付近で約２×１０^−６／Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって、チャンバ３００ａと吊り下げ部材４０４を構成することが好ましい。尚、チャンバ３００ａと吊り下げ部材４０４の線膨張係数は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

低熱膨張材料は、熱による変形が小さいため、ステージ３０２の動作に伴うガイドの摩擦や、モータの起電力などによる発熱の影響を受けにくい。したがって、このような材料を用いてチャンバ３００ａや吊り下げ部材４０４を構成することにより、温度変化に対する荷電粒子ビーム描画装置１０１の変形を抑制することができる。そして、ステージ３０２を吊り下げ部材４０４に載置する構成と相まって、描画精度の安定性をさらに向上させることができる。

低熱膨張材料としては、例えば、低膨張率合金であるインバー（Ｆｅ−３６％Ｎｉ）を用いることができる。インバーの線膨張係数は、室温付近で約１．２×１０^−６／Ｋであり、鉄やニッケルの約１／１０の値である。このため、本実施の形態では、チャンバ３００ａおよび吊り下げ部材４０４を、インバー材を用いて構成することが好ましい。但し、本発明において、低熱膨張材料はインバーに限定されない。

チャンバ３００ａには、大気側と真空側との間のリークを防止する真空保持機能が求められる。ここで、低純度の低熱膨張材料には、内部に気泡などの欠陥が含まれることがある。そうした場合、Ｏリング４０９を設けるための溝を形成するべく、チャンバ３００ａを加工すると、欠陥が表面に現れて良好なシール面を形成できず、所望の真空保持機能を発揮できなくなるおそれがある。こうしたことから、チャンバ３００ａには、高純度の低熱膨張材料を用いることが好ましい。

チャンバ３００ａを高純度のインバーのみから構成することも可能である。しかしながら、高純度のものは低純度のものに比べて、製造工程が増えるため、入手が容易でなく、価格も高い。そこで、本実施の形態では、チャンバ３００ａのうちのシール部にのみ高純度のインバーを使用し、シール部以外の部分には低純度のインバーを使用することが好ましい。これにより、電子ビーム描画装置１０１の製造時間を短縮させるとともに、製造コストを低下させることが可能となる。

例えば、Ｏリング４０９によってシールが形成される部分を高純度のインバーで構成する一方、それ以外の部分を低純度のインバーで構成する。この場合、シール部は、Ｏリング４０９が設けられる溝部とその近傍であり、チャンバ３００ａでは、図５の符号５１１で表される領域になる。一方、図５で符号５１２で表される領域は非シール部であり、低純度のインバーによって構成可能な部分である。

本実施の形態において、インバーの純度は、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の濃度で表現することができる。具体的には、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の濃度が高くなるほど、インバーの純度は低くなる。本実施の形態では、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）がいずれも所定濃度以下であるものを「高純度のインバー」と定義することができる。例えば、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）が、それぞれ０．００１質量％以下であるものを「高純度のインバー」とすることができる。この場合、リン（Ｐ）または硫黄（Ｓ）のいずれか一方が０．００１質量％を超えるものは「低純度のインバー」である。

本実施の形態では、シール部５１１におけるリン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の濃度が、非シール部５１２におけるリン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）の濃度の１／１０以下となるようにすることが好ましい。

図５において、シール部５１１と非シール部５１２とは、溶接によって接合される。これらを構成するインバーは、純度が異なっても構成材料は同じであるので溶接が可能である。

本実施の形態において、チャンバ３００ａや吊り下げ部材４０４に、インバー以外の低熱膨張材料を用いる場合にも、純度を考慮することで同様の効果を得ることが可能である。

シール部は、電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１とチャンバ３００ａとの間に限られるものではない。本実施の形態では、図４に示すように、チャンバ３００ａの側壁に形成された開口部３２２から駆動ロッド３２０がチャンバ３００ａ内に挿入されている。このため、開口部３２２と駆動ロッド３２０の間はシール部となる。本実施の形態では、この部分のチャンバ３００ａも高純度の低熱膨張材料で構成することが好ましい。さらに、例えば、チャンバ３００ａに外部から覗ける窓を設ける場合には、窓の周囲がシール部となるため、この部分のチャンバ３００ａも高純度の低熱膨張材料で構成することが好ましい。

尚、開口部３２２と駆動ロッド３２０の間に隙間を設けて、これらの間をシール部としないことも可能である。この場合、図６に示すように、駆動部３２１を気密に覆う真空カバー３２４をチャンバ３００ａに設ける構成を採用することができる。このような構成では、真空カバー３２４とチャンバ３００ａ外壁の間とがシール部となる。よって、図６に示す構成を採用する場合には、この部分のチャンバ３００ａも高純度の低熱膨張材料で構成することが好ましい。尚、図６においては、真空カバー３２４に形成された溝部にＯリング３２５が設けられており、チャンバ３００ａの内外の雰囲気が切り分けられている。

また、高純度の低熱膨張材料で構成される部分はシール部に限られない。例えば、チャンバ３００ａを一体として構成せず、複数の部品から構成する場合、各部品同士は溶接によって接合される。このとき、各部品を例えば低純度のインバーで構成すると、接合部において、内部欠陥によるリークが発生することがある。比較的大きな内部欠陥であればＸ線検査などにより事前に発見できるものの、内部欠陥を初めから回避できる点で、接合部には、高純度のインバーを使用することが好ましい。これにより、内部欠陥の発生を生じ難くして、接合部におけるリークの発生を低減できる。尚、接合部と非接合部には、それぞれ純度の異なるインバーが使用されることになるが、純度が異なるだけであるのでこれらは溶接によって容易に接合される。

吊り下げ部材４０４を一体として構成しない場合も同様である。例えば、下板４０５、支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７を溶接によって互いに接合して吊り下げ部材４０４とする場合、これらの部材の各接合部には低純度のインバーを用いることができる。さらに、支柱部材４０６、接続部材５１０および取り付け部材４０７を一体として構成してこれを第２の部材とする場合、第２の部材と、第１部材としての下板４０５との接合部にも低純度のインバーを用いることができる。

また、本実施の形態では、レーザ干渉計４０２を吊り下げ部材４０４に取り付けたが、本発明はこれに限られず、レーザ干渉計４０２をチャンバ３００ａの外部に設けてもよい。この場合には、レーザ干渉計４０２にリファレンスミラーを設けて、チャンバ３００ａの変形によって生じる、レーザ干渉計４０２に対するミラー３０２ａの相対的位置ずれを補正する。例えば、レーザヘッドから出射したレーザ光を、ビームスプリッタで参照光と測定光に分けた後、それぞれインターフェロメータに入射させる。インターフェロメータは、内部に半透鏡を有していて、この半透鏡によって入射した光を異なる２つの光路に分ける。そして、参照光の一方をリファレンスミラーに入射させ、測定光の一方をステージ３０２に取り付けられたミラー３０２ａに入射させる。次いで、これらのミラーによって反射された反射光を観測することで、ステージ３０２の正確な位置を把握することができる。

尚、ステージ３０２の位置を把握するための別の構成例として、レーザ干渉計４０２の他に、あるいは、レーザ干渉計４０２に代えて、マーク列から成るリニアスケールと、このリニアスケールに臨むリニアセンサとをＸＹステージ３１５に搭載したものを挙げることができる。この場合、リニアセンサによってそれぞれのマーク列を検出し、ステージ３０２の位置を把握することとなる。

以上述べたように、本実施の形態の電子ビーム描画装置によれば、大気圧の変動や温度変化による描画精度の低下を抑制することが可能である。また、チャンバを低熱膨張材料で構成することで、描画精度の低下を一層抑制することができる。加えて、シール部のみに高純度の低熱膨張材料を用いることで、電子ビーム描画装置の製造コストを低下させるとともに、製造時間を短縮させることができる。

図７および図１３は、大気圧変動や温度変化の影響を受けて、電子ビーム描画装置が変形した状態を説明するための概念図である。図７は、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１である。一方、図１３は、マスク１０２２を載置するステージ１０２１が描画室１０１１の底部に取り付けられるとともに、レーザ干渉計１０２３が描画室１０１１の側壁に固定された、従来の荷電粒子ビーム描画装置１００１である。尚、図７において、図３に示す駆動ロッド３２０、駆動部３２１および開口部３２２の図示は省略されている。図１３においても同様である。

図７では、大気圧変動や温度変化の影響を受けて、電子ビーム描画装置１０１が微小に変形した状態における、電子光学鏡筒３０１の中心軸Ｌ、ステージ３０２の水平面Ｍ、およびレーザ干渉計４０２からのレーザ光の入射方向Ｎがそれぞれ破線で示されている。

また、図７において、点線は、電子ビーム描画装置１０１が変形していない状態、すなわち、初期状態における、電子光学鏡筒３０１の中心軸、ステージ３０２の水平面およびレーザ干渉計４０２からのレーザ光の入射方向を示している。

電子ビーム描画装置１０１の初期状態では、電子光学鏡筒３０１の中心軸と水平面が垂直に交わり、水平面と入射方向とが平行となっている。ここで、高い描画精度を実現するためには、試料１０２に対する電子光学鏡筒３０１の相対的位置や、レーザ干渉計４０２に対するミラー３０２ａの相対的位置にずれが生じないことが要求される。つまり、大気圧変動や温度変化の影響を受け、電子ビーム描画装置１０１が微小に変化したとしても、上記相対的位置が維持されることが求められる。

図１３においても、大気圧変動や温度変化の影響を受けて、電子ビーム描画装置１００１が微小に変形した状態における、電子光学鏡筒１０３１の中心軸Ｌ、ステージ１０２１の水平面Ｍ、およびレーザ干渉計１０２３からのレーザ光の入射方向Ｎがそれぞれ破線で示されている。一方、点線は、電子ビーム描画装置１００１が変形していない状態、すなわち、初期状態における、電子光学鏡筒１０３１の中心軸、ステージ１０２１の水平面およびレーザ干渉計１０２３からのレーザ光の入射方向を示している。

図１３に示す従来の電子ビーム描画装置１００１では、大気圧変動や温度変化の影響によって電子ビーム描画装置１００１が微小に変形する結果、電子光学鏡筒１０３１の中心軸Ｌは、初期状態の中心軸に対して傾斜する。また、ステージ１０２１の水平面Ｍは、初期状態の水平面に対して傾斜する。さらに、レーザ干渉計１０２３からのレーザ光の入射方向Ｎも、初期状態の入射方向に対して傾斜する。これらの傾斜角は、何れも異なる角度になると予想され、マスク１０２２に対する電子光学鏡筒１０３１の相対的位置ずれ量や、レーザ干渉計１０２３に対するミラー１０２４の相対的位置ずれ量を予測することは困難である。

これに対して、図７に示す本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１では、ステージ３０２が、電子光学鏡筒３０１に接続された吊り下げ部材４０４によって吊り下げられる構造となっている。このため、大気圧変動や温度変化の影響を受け、電子光学鏡筒３０１の中心軸Ｌが傾斜すると、吊り下げ部材４０４も傾斜する。電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材４０４は物理的に接続されているので、これらの傾斜角は同じとなる。したがって、吊り下げ部材４０４の上にあるステージ３０２の水平面Ｍも、同じ傾斜角を有して傾斜する。すなわち、電子光学鏡筒３０１とステージ３０２とが、点線で示される中心軸と水平面とに対して同じ傾斜角を有して傾斜するため、試料１０２に対する電子光学鏡筒３０１の相対的位置は保持される。

また、図７に示す本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置１０１では、レーザ干渉計４０２が、取り付け部材４０７によって吊り下げ部材４０４に取り付けられている。このため、大気圧変動や温度変化の影響を受け、電子光学鏡筒３０１の中心軸Ｌおよびステージ３０２の水平面Ｍが傾斜すると、吊り下げ部材４０４を介して、レーザ干渉計４０２からのレーザ光の入射方向Ｎも、同じ傾斜角を有して傾斜する。すなわち、レーザ干渉計４０２からのレーザ光の入射方向が、（点線で示される）電子光学鏡筒３０１の中心軸およびステージ３０２の水平面と同じ傾斜角を有して傾斜するため、レーザ干渉計４０２に対するミラー３０２ａの相対的位置が保持される。

さらに、本実施の形態の電子ビーム描画装置１０１では、チャンバ３００ａや吊り下げ部材４０４が高純度の低熱膨張材料によって構成される。これにより、温度変化に対する電子ビーム描画装置１０１の変形を抑制することができる。このとき、チャンバ３００ａや吊り下げ部材４０４のシール部や接合部のみを高純度の低熱膨張材料で構成し、それ以外の部分を低純度の低熱膨張材料で構成するようにすれば、それらのすべてを高純度の低熱膨張材料により構成した場合と比較して、電子ビーム描画装置１０１を製造するコストを低下させ、製造時間を短縮することができるようにもなる。

以上説明した本実施の形態の荷電粒子ビーム描画装置は、換言すると、次のように言い表すことができる。すなわち、この荷電粒子ビーム描画装置は、開口を有するチャンバと、チャンバの中に設けられるステージ載置部と、ステージ載置部に載置されるステージと、ステージに設けられるミラーと、ステージ載置部に設けられて、ミラーとの間で入反射した光を受光してステージの位置を測定するレーザ干渉計とを備えた描画室と、チャンバの開口に嵌合する凸部と、凸部の周囲に設けられてチャンバとの間でシール部を形成するフランジとを備え、凸部の端部に設けられた開口からステージに向けて荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段を内蔵する光学鏡筒とを有し、ステージ載置部は、チャンバから独立して光学鏡筒に接続し、チャンバとステージ載置部は、低熱膨張材料、例えばインバーによって構成されているものである。

実施の形態２．
図８は、本実施の形態の電子ビーム描画装置における描画室の横断面図である。尚、図３と同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。

電子ビーム描画装置５０１は、描画室と、描画室の天井部に設けられた電子光学鏡筒（コラムとも称す。）３０１とを備えている。描画室は、開口３１８を有するチャンバ３００ａと、チャンバ３００ａの中に配置されるステージ３０２と、ステージ３０２に設けられたミラー３０２ａとを有する。電子光学鏡筒３０１は、チャンバ３００ａの開口３１８に嵌合する凸部３３１を有する。凸部３３１の端部には開口が設けられており、この開口からステージ３０２に向けて電子ビームが照射される。また、凸部３３１の周囲には、フランジ４０１が設けられている。

電子光学鏡筒３０１の内部には、ステージ３０２に向けて電子ビームを照射する電子ビーム照射手段（図示せず）が設けられている。この電子ビーム照射手段は、実施の形態１と同様であり、電子銃、照明レンズ、ブランキング偏向器、ブランキングアパーチャ、第１成形アパーチャ、投影レンズ、成形偏向器、第２成形アパーチャ、主偏向器、対物レンズおよび副偏向器などによって構成される。

図８に示すように、本実施の形態の電子ビーム描画装置５０１も吊り下げ部材（ステージ載置部）５０４を有している。吊り下げ部材５０４は、ステージ３０２が載置される下板４０５と、下板４０５の四隅に配置された支柱部材４０６と、支柱部材４０６と電子光学鏡筒３０１を接続する接続部材４１２と、レーザ干渉計４０２を取り付けるための取り付け部材４０７とを有する。かかる構成により、本実施の形態の電子ビーム描画装置５０１では、吊り下げ部材５０４によってステージ３０２が吊り下げられる構造となる。

本実施の形態では、接続部材４１２が、チャンバ３００ａにも接続されている点で実施の形態１と異なる。具体的には、接続部材４１２は、チャンバ３００ａの開口３１８の縁部３１９に接続されている。すなわち、電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１と、チャンバ３００ａの縁部３１９とは同一面上にあり、この面に接続部材４１２が接続することによって、電子光学鏡筒３０１とチャンバ３００ａに接続部材４１２が接続する構成となっている。

尚、下板４０５、支柱部材４０６、接続部材４１２および取り付け部材４０７は、例えば溶接によって互いに接続することができるが、一体として構成しても構わない。例えば、支柱部材４０６、接続部材４１２および取り付け部材４０７は、一体として構成されることもできる。この場合、一体として構成された、支柱部材４０６、接続部材４１２および取り付け部材４０７を第２の部材とすれば、第２の部材は、第１部材としての下板４０５の上に配置されて、電子光学鏡筒３０１の開口３１８とチャンバ３００ａに接続する。そして、レーザ干渉計４０２は、第２の部材に取り付けられる。尚、下板４０５、支柱部材４０６、接続部材４１２および取り付け部材４０７を一体として構成することも可能である。

電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材５０４との接続部分について、図９を用いてさらに詳しく説明する。

図９は、図８に示す点線で囲まれた部分Ｃ、すなわち、電子光学鏡筒３０１と吊り下げ部材５０４との接続部分の拡大断面図である。

吊り下げ部材５０４を構成する接続部材４１２は、チャンバ３００ａの縁部３１９に対応した開口部を有するリング形状を呈する。フランジ４０１と接続部材４１２の間、チャンバ３００ａと接続部材４１２の間には、それぞれ、Ｏリング５１３，５１４によってシールが形成されている。これにより、チャンバ３００ａの内外の雰囲気が切り分けられる。

図９において、接続部材４１２に形成された第１シール部４０４ａは、Ｏリング５１４が設けられる溝部とその近傍の領域に対応する。一方、接続部材４１２に形成された第２シール部４０４ｂは、Ｏリング５１３が設けられる溝部とその近傍の領域に対応する。第１シール部４０４ａと、フランジ４０１に設けられたシール部４１４によって、フランジ４０１と接続部材４１２の間の気密性が保たれている。同様に、第２シール部４０４ｂと、チャンバ３００ａに設けられたシール部４１３によって、チャンバ３００ａと接続部材４１２の間の気密性が保たれている。

尚、図１０のように、チャンバ３００ａやフランジ４０１に溝部を設けず、接続部材４１２のみに溝部を設け、Ｏリング５１３，５１４によってシールを形成してもよい。この場合、チャンバ３００ａに設けられたシール部４１６およびフランジ４０１に設けられたシール部４１７は平面上に形成され、この平面部分が、第１シール部４０４ａおよび第２シール部４０４ｂに接触し、チャンバ３００ａの内外の雰囲気が切り分けられることとなる。

チャンバ３００ａは、低熱膨張材料またはステンレス鋼によって構成される。一方、吊り下げ部材５０４を構成する各部材、すなわち、接続部材４１２、支柱部材４０６、取り付け部材４０７および下板４０５は、それぞれ、低熱膨張材料を用いて構成される。

特に、接続部材４１２には、大気側と真空側との間のリークを防止する真空保持機能が求められる。このため、接続部材４１２は、高純度の低熱膨張材料により構成することが好ましい。一方、支柱部材４０６と、取り付け部材４０７と、下板４０５とは、低純度の低熱膨張材料により構成することができる。

上記のようにすることで、吊り下げ部材５０４のすべてを高純度の低熱膨張材料で構成する場合と比較して、電子ビーム描画装置５０１を製造するコストを低下させ、製造時間を短縮することができるようになる。

上記構成においては、吊り下げ部材５０４を構成する各部材同士を、例えばネジによって互いに接続することができる。

また、接続部材４１２を全て高純度の低熱膨張材料で構成せずに、部分的に高純度の低熱膨張材料としてもよい。具体的には、チャンバ３００ａおよびフランジ４０１と接触する、第１シール部４０４ａおよび第２シール部４０４ｂを高純度の低熱膨張材料で構成し、これら以外の領域を低純度の低熱膨張材料で構成することができる。このようにすることにより、電子ビーム描画装置５０１を製造するコストをさらに低下させ、製造時間をさらに短縮することができる。

図１１は、電子ビーム描画装置の別の構成例を説明する横断面図である。

図１１に示すように、電子ビーム描画装置６０１は、電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１が接続するチャンバ３００ａと、チャンバ３００ａの縁部３１９に接続する接続部材４１２と、接続部材４１２に接続する支柱部材４０６と、支柱部材４０６に取り付けられた下板４０５と、下板４０５上に配置されたステージ３０２とを備えている。すなわち、図１１に示す電子ビーム描画装置６０１では、電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１と、接続部材４１２とによって、チャンバ３００ａの縁部３１９が挟み込まれる構成となっている。

支柱部材４０６は、下板４０５の四隅に配置されている。隣り合う２つの支柱部材４０６には、共通の取り付け部材４０７が接続されており、レーザ干渉計４０２が取り付け部材４０７に取り付けられている。レーザ干渉計４０２の構成については図示を省くが、光源であるレーザヘッドと、光源から出射された後にミラー３０２ａで反射されて戻った光を受光する光学系とを備える。尚、ミラー３０２ａをレーザ干渉計４０２の構成要素の１つとしてもよい。

電子ビーム描画装置６０１は、接続部材４１２がチャンバ３００ａの内側の面に接続する点で、（図８および図９に示す）電子ビーム描画装置５０１と異なる。より詳しくは、チャンバ３００ａの内側の面に接続部材４１２が接続し、チャンバ３００ａの外側の面、すなわち大気側の面に電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１が形成されている。かかる構成によって、チャンバ３００ａ内外の雰囲気が切り分けられる。

チャンバ３００ａの外側の面と電子光学鏡筒３０１のフランジ４０１とは、溝部（図示せず）に設けられたＯリング（図示せず）を介して接続されており、これによってチャンバ３００ａとフランジ４０１との間の気密性が保たれている。図１１において、シール部５１５は、Ｏリングが設けられる溝部とその近傍の領域である。

接続部材４１２、接続部材４１２に接続する支柱部材４０６、支柱部材４０６に接続する下板４０５、レーザ干渉計４０２が取り付けられる取り付け部材４０７は、いずれも低熱膨張材料で構成することが好ましい。

チャンバ３００ａは、ステンレス鋼を用いて構成することができるが、シール部５１５には、低熱膨張材料、特に、高純度の低熱膨張材料で構成することが好ましい。尚、この場合、接続部材４１２は、ステンレス鋼のチャンバ３００ａにネジ止めによって接続される。また、チャンバ３００ａの全体を低熱膨張材料で構成することもできる。

このように、チャンバ３００ａと電子光学鏡筒３０１とのシール部５１５や、ステージ３０２が吊り下げられる接続部材４１２、支柱部材４０６、下板４０５、および、レーザ干渉計４０２が取り付けられる取り付け部材４０７に低熱膨張材料を用いることで、ステージ３０２の動作に伴う発熱で電子光学鏡筒３０１や描画室が熱膨張して変形しても、試料１０２に対する電子光学鏡筒３０１の相対的位置や、レーザ干渉計４０２に対するミラー３０２ａの相対的位置がずれるのを抑制して、描画精度の低下を防ぐことが可能である。

以上述べたように、実施の形態１や２によれば、圧力や温度の変化によって引き起こされる描画精度の低下を抑制することのできる電子ビーム描画装置が提供される。

尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。例えば、上記各実施の形態では、電子ビームを用いたが、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。

Ｂ 電子ビーム
５ パターン
５１ ストライプ
５２ サブフィールド
５３ 図形
１０１，５０１，６０１，１００１ 電子ビーム描画装置
１０２ 試料
３００，１０１１ 描画室
３００ａ チャンバ
３０１，１０３１ 電子光学鏡筒
３０２，１０２１ ステージ
３０２ａ，１０２４ ミラー
３０３，１０３２ 電子銃
３０４ 照明レンズ
３０５ ブランキング偏向器
３０６ ブランキングアパーチャ
３０７ 第１成形アパーチャ
３０８ 投影レンズ
３０９ 成形偏向器
３１０ 第２成形アパーチャ
３１１ 主偏向器
３１２ 対物レンズ
３１３ 副偏向器
３１５ ＸＹステージ
３１６ Ｚステージ
３１７ 台座
３１８ 開口
３１９ 縁部
３２０ 駆動ロッド
３２１，１０２５ 駆動部
３２２ 開口部
３２３ カップリング
３２４ 真空カバー
３２５，４０９，５１３，５１４ Ｏリング
３３０，３３１ 凸部
４００ａ メネジ
４００ｂ ネジ穴
４０１ フランジ
４０２，１０２３ レーザ干渉計
４０４，５０４ 吊り下げ部材
４０４ａ 第１シール部
４０４ｂ 第２シール部
４０５ 下板
４０６，４０６ａ〜４０６ｄ 支柱部材
４０７ 取り付け部材
４１２，５１０ 接続部材
４１３，４１４，４１６，４１７，５１１，５１５ シール部
４１５ ネジ
５１２ 非シール部
１０２２ マスク
１０３３，１０３５ 偏向器
１０３４ アパーチャ

Claims (3)

1. 上面に開口を有するチャンバと、
   前記チャンバの中に設けられるステージとを備えた描画室と、
   前記開口を介して前記ステージに向けて荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段を内蔵する光学鏡筒とを有し、
   前記光学鏡筒は、前記チャンバの開口に嵌合する凸部と、
   前記凸部の周囲に設けられて前記チャンバとの間でシール部を形成するフランジとを有し、
   前記チャンバの前記シール部は、他の部分よりリンおよび硫黄の濃度が低い材料によって構成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
2. 前記チャンバは、室温で２×１０^−６／Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
3. 前記チャンバは、複数の部材が接合されて構成されており、
   前記複数の部材の各接合部は、他の部分よりリンおよび硫黄の濃度が低い材料によって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。

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