JP2022082165A - 荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の複雑化および大型化を抑制しつつ大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる荷電粒子ビーム照射装置を提供する。【解決手段】試料に荷電粒子ビームを照射する光学系が内部に配置された光学鏡筒と、試料が収容され、試料に荷電粒子ビームが照射される試料室と、を備え、試料室は、上部に光学鏡筒が配置され、下部に開口が設けられた中空の真空容器と、開口を塞ぐように真空容器の下部に取り付けられる内蓋と、内蓋の外側において開口を塞ぐように真空容器の下部に取り付けられる外蓋と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム照射装置に関する。

従来、試料室内のステージに載置された試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射装置においては、試料室を構成する真空容器が大気圧変動の影響によって微小に変形することで、ステージの位置精度が劣化することがあった。ステージの位置精度が劣化することで、試料への荷電粒子ビームの照射精度が低下してしまっていた。

このようなステージの位置精度の劣化を抑制するため、試料室を内側容器と外側容器との二重密閉容器構造に形成し、内側容器と外側容器との間の空間を一定の圧力に保持する荷電粒子ビーム照射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－１７３９４号公報

しかしながら、前述した二重密閉容器構造を有する荷電粒子ビーム照射装置では、装置が複雑化してしまい、また、内側容器および外側容器を開閉する機構を試料室の外側に設けなければならないため、装置が大型化してメンテナンス性が低下してしまう。

本発明の目的は、装置の複雑化および大型化を抑制しつつ大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる荷電粒子ビーム照射装置を提供することにある。

本発明の一態様である荷電粒子ビーム照射装置は、試料に荷電粒子ビームを照射する光学系が内部に配置された光学鏡筒と、上部に光学鏡筒が配置され、下部に開口が設けられ、内部に試料が収容される真空容器と、開口を塞ぐように真空容器の下部に取り付けられ、試料が載置されるステージが取り付けられる内蓋と、内蓋の外側において開口を塞ぐように真空容器の下部に取り付けられる外蓋と、を有する。

上述の荷電粒子ビーム照射装置において、ステージは、内蓋が真空容器の下部に取り付けられる際に開口を通して真空容器内に収容されてもよい。

上述の荷電粒子ビーム照射装置において、光学鏡筒の中心軸は、試料室の気圧変形中心上に位置していてもよい。

上述の荷電粒子ビーム照射装置において、真空容器および外蓋は、室温で２×１０^－６Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって形成されていてもよい。

上述の荷電粒子ビーム照射装置において、ステージの平面積は、内蓋の平面積よりも小さく、外蓋の平面積は、内蓋の平面積よりも大きく、開口の内周面は、外蓋が当接した状態で取り付けられる取付面を有するように段差状に形成されていてもよい。

本発明によれば、装置の複雑化および大型化を抑制しつつ大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる。

本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置の一例を示す図である。 本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置において、試料の収容工程および内蓋の取り付け工程を示す図である。 本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置において、外蓋の取り付け工程を示す図である。 本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置の作用を示す図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。また、実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置の一例を示す図である。図１の荷電粒子ビーム照射装置１は、電子銃から出射された荷電粒子ビームを、光学系を介して試料に照射するように構成されている。例えば、試料は、フォトリソグラフィに用いられるマスクであり、荷電粒子ビームは、マスク上にパターンを描画する。

図１に示すように、荷電粒子ビーム照射装置１は、光学鏡筒の一例である電子鏡筒２と、試料室３と、ステージ４とを備える。

電子鏡筒２は、荷電粒子ビームを出射する電子銃および電子銃から出射された荷電粒子ビームを試料５に照射する光学系が内部に配置されている。光学系は、例えば、各種の偏向器やアパーチャ部材などである。

試料室３は、内部に試料５が収容される中空の構造体である。試料室３は、真空容器３１と、内蓋３２と、外蓋３３とを有する。

真空容器３１は、上部に電子鏡筒２が固定され、下部に開口３１ａが設けられ、内部に試料５が収容される容器である。真空容器３１は、試料５に荷電粒子ビームが照射される際に真空に保持される。真空容器３１は、図示しない真空ポンプによって排気されることで真空状態に保持される。真空容器３１は、例えば立方体状または直方体状である。真空容器３１は、円柱状であってもよい。真空容器３１の下部には、真空容器３１すなわち荷電粒子ビーム照射装置１を所定の固定面（床面）上に固定する固定具が設けられていてもよい。

内蓋３２は、開口３１ａを塞ぐように真空容器３１の下部に取り付けられる。なお、図１に示される例において、開口３１ａの上端は、内蓋３２の平面積（すなわち平面視したときの内蓋３２の面積）よりも開口面積が小さく形成されている。これにより、内蓋３２は、開口３１ａの上端の内周縁部３１ｂに下方から当接し、この内周縁部３１ｂにおいて真空容器３１の下部に取り付けられている。このような真空容器３１の下部への内蓋３２の取り付けは、例えば、図1に示すように、ネジ等の固定部材３４によって内周縁部３１ｂに内蓋３２を固定することで行ってもよい。これにより、簡易な構成によって真空容器３１の下部に内蓋３２を取り付けることができる。

内蓋３２上には、試料５が載置されるステージ４が取り付けられる。ただし、ステージ４は、試料５上への荷電粒子ビームの照射位置を変更するために、内蓋３２上において所定の方向（例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向）に移動することができる。ステージ４の平面積は内蓋３２の平面積や開口３１ａの上端の平面積よりも小さく、平面の形としてはすっぽり中に入る形となっている。ステージ４は、内蓋３２が真空容器３１の下部に取り付けられる際に開口３１ａを通して試料室３内に収容される。これにより、内蓋３２上にステージ４を容易に取り付けることができ、かつ、内蓋３２を真空容器３１の下部に取り付けるときに、開口３１ａを通してステージ４を開口３１ａや内周縁部３１ｂに当てることなく試料室３内に収容することができる。なお、図１に示される例において、ステージ４の平面積は電子鏡筒２の断面積よりも大きい。

外蓋３３は、内蓋３２の外側（真空容器３１の容器としての外側）すなわち下側において開口３１ａを塞ぐように真空容器３１の下部に取り付けられている。外蓋３３の平面積は内蓋３２の平面積よりも大きい。開口３１ａの内周面は、外蓋３３が下方から当接した状態で取り付けられる水平な取付面３１ｃを有するように、段差状に形成されている。取付面３１ｃへの外蓋３３の取り付けは、例えば、図1に示すように、ネジ等の固定部材３５によって取付面３１ｃに外蓋３３を固定することで行ってもよい。これにより、簡易な構成によって真空容器３１の下部に外蓋３３を取り付けることができる。

外蓋３３は、内蓋３２に対して上下方向に間隔を開けて配置される。外蓋３３と内蓋３２との間隔は、大気圧変動によって外蓋３３が変形したときに、変形した外蓋３３が内蓋３２に突き当たらない程度の間隔であることが好ましい。内蓋３２が大気圧に晒されることによって内蓋３２が大気圧変動の影響を受けないようにするため、内蓋３２と外蓋３３との間の空間は、図示しない真空ポンプによって排気されて真空状態に保持される。内蓋３２と外蓋３３との間の空間の真空状態は、真空容器３１内（すなわち真空容器３１と内蓋３２で閉じられた空間）の真空状態よりも低真空（高圧）であってもよい。あるいは、真空容器３１内と、内蓋３２と外蓋３３との間の空間とを連通するように内蓋３２に貫通孔を設け、真空容器３１内および内蓋３２と外蓋３３との間の空間を共通の真空ポンプで排気してもよい。

このように、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１は、試料室３が、内蓋３２および外蓋３３による二重蓋構造を有する。二重蓋構造を有することで、装置の複雑化および大型化を抑制しつつ大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる。

なお、真空容器３１および外蓋３３は、室温で２×１０^－６Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって形成されていてもよい。これにより、温度変化にともなう真空容器３１および外蓋３３の変形を抑制することができる。

また、外蓋３３は、真空容器３１を真空密閉する密閉構造を有していてもよい。密閉構造は、例えば、Ｏ－リングやシール材であってもよい。これにより、真空容器３１の密閉性をより有効に確保して大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下をより効果的に抑えることができる。

また、電子鏡筒２の中心軸は、真空容器３１の気圧変形中心上に位置していてもよい。気圧変形中心とは、真空容器３１のうち大気圧変動によるたわみ（すなわち、変形量）が最大となる点である。例えば、気圧変形中心は、真空容器３１における電子鏡筒２の取付面（すなわち、真空容器３１の上面）のうち、大気圧変動によるたわみが最大となる点であってもよい。また、真空容器３１が立方体、直方体または円柱などの単純形状の場合、気圧変形中心は、真空容器３１の重心であってもよい。電子鏡筒２の中心軸が真空容器３１の気圧変形中心上に位置することで、電子鏡筒２を試料室３の気圧変形が小さい位置に配置することができる。これにより、試料室３の気圧変形にともなう電子鏡筒２の倒れを防止することができる。

図２は、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１において、試料５の収容工程および内蓋３２の取り付け工程を示す図である。以上のように構成された荷電粒子ビーム照射装置１を使用する際には、図２に示すように、内蓋３２上にステージ４を取り付け、かつ、ステージ４上に試料５を載置した後に、真空容器３１の開口３１ａを通して内蓋３２を真空容器３１の下部に取り付ける。このとき、開口３１ａを通して内蓋３２上のステージ４を開口３１ａや内周縁部３１ｂに当てることなく真空容器３１内に収容することができる。

図３は、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１において、外蓋３３の取り付け工程を示す図である。真空容器３１の下部に内蓋３２を取り付けた後、図３に示すように、内蓋３２の外側（下側）の開口３１ａ内に設けられた取付面３１ｃに外蓋３３を下方から当接させ、取付面３１ｃに外蓋３３を取り付ける。

このようにして、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１は、真空容器３１を開閉するための大型で複雑な機構を要することなく、真空容器３１の下部内に収まるような内蓋３２および外蓋３３からなる簡易かつコンパクトな二重蓋構造によって試料室３内に試料５を密閉状態に収容することができる。

図４は、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１の作用を示す図である。また、図４に示すように、本実施形態による荷電粒子ビーム照射装置１は、大気圧変動が生じた場合に、真空容器３１および外蓋３３は変形するが、内蓋３２は殆ど変形しない。これは、外蓋３３が大気圧に晒されるのに対して、内蓋３２は真空内に位置して大気圧に晒されないためである。このように、大気圧変動にともなう内蓋３２の変形を抑えることができるので、内蓋３２上に取り付けられたステージ４の位置精度の低下を抑制することができる。ステージ４の位置精度の低下が抑制されることで、大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、試料室３が内蓋３２および外蓋３３による二重蓋構造を有することで、装置の複雑化および大型化を抑制しつつ大気圧変動による荷電粒子ビームの照射精度の低下を抑えることができる。

上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 荷電粒子ビーム照射装置
２ 電子鏡筒
３ 試料室
３１ 真空容器
３１ａ 開口
３２ 内蓋
３３ 外蓋
５ 試料

Claims (5)

1. 試料に荷電粒子ビームを照射する光学系が内部に配置された光学鏡筒と、
   上部に前記光学鏡筒が配置され、下部に開口が設けられ、内部に前記試料が収容される真空容器と、
   前記開口を塞ぐように前記真空容器の下部に取り付けられ、前記試料が載置されるステージが取り付けられる内蓋と、
   前記内蓋の外側において前記開口を塞ぐように前記真空容器の下部に取り付けられる外蓋と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置。
2. 前記ステージは、前記内蓋が前記真空容器の下部に取り付けられる際に前記開口を通して前記真空容器内に収容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照射装置。
3. 前記光学鏡筒の中心軸は、前記真空容器の気圧変形中心上に位置することを特徴とする請求項１～２のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
4. 前記真空容器および前記外蓋は、２×１０^－６Ｋ以下の線膨張係数を有する材料によって形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
5. 前記ステージの平面積は、前記内蓋の平面積よりも小さく、
   前記外蓋の平面積は、前記内蓋の平面積よりも大きく、
   前記開口の内周面は、前記外蓋が下方から当接した状態で取り付けられる取付面を有するように段差状に形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。

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