JP4174201B2

JP4174201B2 - Linear motor, moving device and charged particle beam device

Info

Publication number: JP4174201B2
Application number: JP2001278047A
Authority: JP
Inventors: 英治河合
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2003088088A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、電子ビーム描画装置や走査電子顕微鏡等のステージ等を駆動するために用いられるリニアモーター及びこれを用いた移動装置及び荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム描画装置はＩＣ素子の製造の一役を担っていることは良く知られている。この様な電子ビーム描画装置では、ＩＣパターン描画データに基づいて被描画材料上の所定の箇所に電子ビームを照射することによりＩＣパターンを描画している。
【０００３】
一方、ＩＣ素子を検査するための走査型電子顕微鏡では、ＩＣパターンが描かれた材料上の所定領域を電子ビームで走査し、該走査により検出された二次電子に基づいてＩＣパターンの情報を得、該情報に基づいてＩＣパターンの観察及び分析等を行っている。
【０００４】
さて、前者の装置では被描画材料が、後者の装置ではＩＣパターンが描かれた材料がステージ上に載せられ、該ステージをＸ，Ｙの二次元方向に適宜移動させることにより、電子ビーム光軸に対する材料の位置決めが行われている。
【０００５】
この様な位置決めのための駆動手段として、位置決め精度と応答性が極めて良いリニアモーターが使用されている。
【０００６】
このリニアモーターは磁石を備えた固定子（又は可動子）とコイルを備えた可動子（又は固定子）等から成り、前記磁石とコイルの磁気的な相互干渉（反発くは吸引力）に基づいて、可動子を固定子に沿って移動させるものである。
【０００７】
図１及び図２はリニアモーターの一概略例を示している。尚、図２は図１のＡ―Ａ断面図である。
【０００８】
図中１は断面がコの字状のヨークで、その内側の上下面に、永久磁石２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，…………）、３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，…………）が固定されている。これらの永久磁石は極性（Ｎ極，Ｓ極）が交互になるようにヨーク内側の上下面の長手方向に並べられており、リニアモーターの固定子を成している。
【０００９】
前記上下面に挟まれた空間部に、コイル４（４ａ，４ｂ，４ｃ）が前記永久磁石群の配列に沿って配置されている。尚、これらのコイルはコイル支持体５に支持されており、リニアモーターの可動子を成している。
【００１０】
この様な構成のリニアモーターにおいて、各コイルに電流を流すことにより各コイルの周囲に発生する磁束と、上下面の永久磁石群間に発生する磁束との相互干渉に基づくローレンツ力が固定子と移動子の間に働き、各コイルに流れる電流の位相を適宜変化させることにより、可動子が前記永久磁石群の配列方向に沿って移動する。
【００１１】
図３はこの様なリニアモーターをステージの移動を駆動する手段として用いた電子ビーム描画装置の概略を示したものである。
【００１２】
図中１１は電子銃で、該電子銃から発生した電子ビームは集束レンズ１２によりステージ１３上に載置された材料１４上に集束される。又、該電子ビームは、制御装置（図示せず）からのパターン描画データに基づいて作動するＸ，Ｙ偏向器１５Ｘ，１５Ｙにより前記材料１４上の所定領域を走査するので、材料上の所定箇所に所定のパターンが描画される。この様なパターン描画において、偏向歪みが許容される範囲内で電子ビームは偏向器１５Ｘ，１５Ｙにより走査されるが、その範囲を越える場合にはステージ１３を移動させる様にしている。
【００１３】
そこで、前記リニアモーターがベッド１６上に取り付けられ、コイル４を支持したコイル支持体５は、接続体１７を介してステージ１３の下面に固定された案内体１８Ａ，１８Ｂの一方１８Ａに接続されている。これらの案内体はリニアモーターの永久磁石群２，３の配列方向に平行な柱状を成しており、その底面に永久磁石群の配列方向に平行な溝１９Ａ，１９Ｂが設けられている。
【００１４】
前記ベット１６は断面がコの字状を成しており、その底壁１６Ｂに垂直な両端の側壁１６Ｓ_１，１６Ｓ_２は、リニアモーターの永久磁石群の配列方向に平行な柱状を成しており、それら側壁の上面が前記案内体１８Ａ，１８Ｂの下面とごく僅かな隙間を空けて対向配置されるように成っている。尚、この両側壁の上面にも、前記溝１９Ａ，１９Ｂと対向するように溝２０Ａ，２０Ｂが設けられており、該対向する溝の間には、例えば、ボール２１Ａ，２１Ｂが挿入されている。
【００１５】
ここで、例えば、ステージ１３を紙面に対して垂直な方向（仮に、この方向をＸ方向とする）に移動させる場合、リニアモーターのコイル４（４ａ，４ｂ，４ｃ）に移動量に対応した大きさの電流を流し、コイル支持体５及び接続体１７を介して案内体１８Ａ，１８Ｂをベッドの側壁１６Ｓ_１，１６Ｓ_２上面上を移動させる。
【００１６】
尚、ステージを二次元的に移動させる場合には、Ｘ，Ｙ方向駆動用機構が必要になるが、その様な構成は極めて一般的なので、説明の便宜上、一方の方向のみの移動を駆動する場合についてのみ説明した。実際には、ステージ１３をＹ方向に移動させるためのリニアモーターを具備したＹ方向駆動用機構も設けられおり、この機構によりステージのＹ方向の移動が行われる様になっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
所で、リニアモーターは位置決めのための駆動手段として、位置決め精度と応答性が極めて優れているが、リニアモーターから外部に漏れる磁束が問題となることがある。
【００１８】
例えば、電子ビーム描画装置や走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置のステージ移動の駆動機構にリニアモーターを使用した場合、そこからの漏洩磁束がステージ上の近傍に及ぶことがあり、その漏洩磁束により、材料上に照射される荷電粒子ビームが偏向されてしまう。この様な偏向が起こると、電子ビーム描画装置においては、所定の位置にパターンが描けない、走査型電子顕微鏡では所定の観察像が得られないという問題が発生する。
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規なリニアモーター、この様なリニアモーターを使用した移動装置及び荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づくリニアモーターは、磁石とコイルとが相対移動する様に成したリニアモーターであって、内部が空間になっているヨークの相対する内壁面にそれぞれ複数の磁石を極性が交互するように移動方向に沿って配置し、該両磁石群の間に複数のコイルを移動方向に沿って配置したリニアモーターにおいて、前記磁石及びコイルが発生する磁束が外部に漏れない様に、前記ヨークの磁石群が配置される壁に垂直な壁の外周を囲う様に、リニアモーターにおける固定部材に対して移動可能な可動部材に遮蔽体を取り付け、該遮蔽部材が可動部材の移動と共に移動するように成したことを特徴とする。
【００２０】
本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、前記移動装置に被照射物体をセットし、該被照射物体に荷電粒子ビームを照射出来るように成したことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の態様の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図４は本発明の一例として示したリニアモーターの一概略図、図５は図４のＢ−Ｂ断面図である。
【００２３】
図中２２はヨーク１の上下面を除く全ての側面を僅かな隙間を空けて取り囲むように、その一部がコイル支持体５に取り付けられたシールド体である。該シールド体は、例えば、パーマロイの如き透磁率の高い材料から成る。
【００２４】
前記ヨーク１の四隅部には回転軸２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄが取り付けられており、各軸の上下には間隔を開けてそれぞれローラ２４Ａ_１，２４Ａ_２、２４Ｂ_１，２４Ｂ_２、ローラ２４Ｃ_１，２４Ｃ_２、２４Ｄ_１，２４Ｄ_２が取り付けられている（２４Ｃ_２、２４Ｄ_２尚は図示されていない）。尚、ローラが設けられているヨークの肉厚部には、ローラが挿入できるような穴が設けられている。
【００２５】
尚、シールド壁２２の、コイル支持体５が取り付けられる面には、コイル４に電流を流すためのリードを通す為の細孔が開けられている。
【００２６】
この様な構成のリニアモーターにおいて、各コイル４（４ａ，４ｂ，４ｃ）に電流を流すことにより各コイルの周囲に発生する磁束と、上下面の間に発生する磁束との相互干渉に基づくローレンツ力が固定子（永久磁石群２，３）と可動子（各コイル４）の間に働き、可動子が前記永久磁石群の配列方向に沿って移動する。この時、可動子と一体化したコイル支持体５に取り付けられたシールド体２２も同期して、ヨーク１の側面に沿って移動する。
【００２７】
この様にして、シールド体２２は常に、ヨーク１の全側面を囲っているので、ヨーク１の内部に発生している磁束が側部空間部から外部へと漏洩することが殆ど避けられる。
【００２８】
従って、この様な構成のリニアモーターを、電子ビーム描画装置や走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビーム装置のステージ移動の駆動機構に使用しても、リニアモーターからの漏洩磁束がステージ上の近傍に及ぶことがない。
【００２９】
尚、前記シールド体２２は、前記のようにベルト状にしてローラによってガイドするように成しても良いし、或いは、チェイン状に成して、スプロケットでガイドするように成しても良い。
【００３１】
又、前記例では、リニアモーターを電子ビーム描画装置や検査用走査電子顕微鏡のステージの移動に使用する例を示したが、イオンビーム描画装置等他の荷電粒子ビーム装置のステージ移動等にも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】リニアモーターの一概略例を示したものである。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】リニアモーターを使用した電子ビーム描画装置の一概略例を示したものである。
【図４】本発明のリニアモーターの一概略例を示したものである。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【番号の説明】
１…ヨーク
２（２ａ，２ｂ，２ｃ，……………）…永久磁石
３（３ａ，３ｂ，３ｃ，……………）…永久磁石
４（４ａ，４ｂ，４ｃ）…コイル
５…コイル支持体
１１…電子銃
１２…集束レンズ
１３…ステージ
１４…材料
１５Ｘ，１５Ｙ…偏向器
１６…ベッド
１６Ｂ…底壁
１６Ｓ_１，１６Ｓ_２…側壁
１７…接続体
１８Ａ，１８Ｂ…案内体
１９Ａ，１９Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ…溝
２１Ａ，２１Ｂ…ボール
２２…シールド体
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ…回転軸
２４Ａ_１，２４Ａ_２，２４Ｂ_１，２４Ｂ_２…ローラ
２４Ｃ_１，２４Ｃ_２，２４Ｄ_１，２４Ｄ_２…ローラ[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a linear motor used for driving a stage such as an electron beam drawing apparatus or a scanning electron microscope, a moving apparatus using the linear motor, and a charged particle beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
It is well known that an electron beam drawing apparatus plays a role in manufacturing an IC element. In such an electron beam drawing apparatus, an IC pattern is drawn by irradiating a predetermined portion on a drawing material with an electron beam based on IC pattern drawing data.
[0003]
On the other hand, in a scanning electron microscope for inspecting an IC element, a predetermined region on a material on which an IC pattern is drawn is scanned with an electron beam, and information on the IC pattern is obtained based on secondary electrons detected by the scanning. Based on this information, the IC pattern is observed and analyzed.
[0004]
In the former apparatus, a material to be drawn is placed on a stage, and in the latter apparatus, a material on which an IC pattern is drawn is placed on a stage. By appropriately moving the stage in the two-dimensional directions of X and Y, an electron beam optical axis is obtained. The material is positioned with respect to.
[0005]
As a driving means for such positioning, a linear motor with extremely good positioning accuracy and responsiveness is used.
[0006]
This linear motor is composed of a stator (or mover) provided with a magnet, a mover (or stator) provided with a coil, and the like, and is based on magnetic mutual interference (repulsion or attractive force) between the magnet and the coil. The mover is moved along the stator.
[0007]
1 and 2 show a schematic example of a linear motor. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
[0008]
In the drawing, reference numeral 1 denotes a yoke having a U-shaped cross section, and permanent magnets 2 (2a, 2b, 2c, 2d,...), 3 (3a, 3b, 3c, 3d,... ………) is fixed. These permanent magnets are arranged in the longitudinal direction of the upper and lower surfaces inside the yoke so that the polarities (N pole and S pole) are alternated, and form a stator of the linear motor.
[0009]
Coils 4 (4a, 4b, 4c) are arranged along the arrangement of the permanent magnet groups in the space between the upper and lower surfaces. These coils are supported by a coil support 5 and constitute a mover of a linear motor.
[0010]
In the linear motor having such a configuration, the Lorentz force based on the mutual interference between the magnetic flux generated around each coil by passing an electric current through each coil and the magnetic flux generated between the upper and lower permanent magnet groups is The mover moves along the arrangement direction of the permanent magnet group by working between the movers and appropriately changing the phase of the current flowing through each coil.
[0011]
FIG. 3 schematically shows an electron beam drawing apparatus using such a linear motor as means for driving the movement of the stage.
[0012]
In the figure, 11 is an electron gun, and an electron beam generated from the electron gun is focused on a material 14 placed on a stage 13 by a focusing lens 12. The electron beam scans a predetermined area on the material 14 by X and Y deflectors 15X and 15Y that operate based on pattern drawing data from a control device (not shown). A predetermined pattern is drawn on the screen. In such pattern drawing, the electron beam is scanned by the deflectors 15X and 15Y within a range in which the deflection distortion is allowed, but when the range is exceeded, the stage 13 is moved.
[0013]
Thus, the linear motor is mounted on the bed 16 and the coil support 5 that supports the coil 4 is connected to one of the guide bodies 18A and 18B that are fixed to the lower surface of the stage 13 via the connection body 17. Yes. These guide bodies have a columnar shape parallel to the arrangement direction of the permanent magnet groups 2 and 3 of the linear motor, and grooves 19A and 19B parallel to the arrangement direction of the permanent magnet group are provided on the bottom surface thereof.
[0014]
The bet 16 in cross section has forms a U-shaped, its side walls 16S 1 perpendicular ends to the bottom wall _16B, 16S ₂ is forms a parallel columnar the arrangement direction of the permanent magnet group of a linear motor over The upper surfaces of the side walls are arranged so as to face the lower surfaces of the guide bodies 18A and 18B with a very small gap. In addition, grooves 20A and 20B are provided on the upper surfaces of both side walls so as to face the grooves 19A and 19B, and balls 21A and 21B are inserted between the facing grooves, for example. .
[0015]
Here, for example, when the stage 13 is moved in a direction perpendicular to the paper surface (assuming that this direction is the X direction), the linear motor coil 4 (4a, 4b, 4c) has a size corresponding to the amount of movement. Then, the guide bodies 18A and 18B are moved on the upper surfaces of the bed side walls 16S ₁ and 16S ₂ via the coil support 5 and the connection body 17.
[0016]
When the stage is moved two-dimensionally, an X and Y direction driving mechanism is required. However, since such a configuration is very common, the movement in only one direction is driven for convenience of explanation. Only explained the case. Actually, a Y-direction driving mechanism having a linear motor for moving the stage 13 in the Y direction is also provided, and the stage is moved in the Y direction by this mechanism.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the linear motor is extremely excellent in positioning accuracy and responsiveness as a driving means for positioning, but magnetic flux leaking from the linear motor to the outside may cause a problem.
[0018]
For example, when a linear motor is used for the stage movement drive mechanism of a charged particle beam apparatus such as an electron beam lithography apparatus or a scanning electron microscope, the leakage flux from the stage may reach the vicinity of the stage. As a result, the charged particle beam irradiated onto the material is deflected. When such a deflection occurs, the electron beam writing apparatus has a problem that a pattern cannot be drawn at a predetermined position, and a predetermined observation image cannot be obtained with a scanning electron microscope.
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a novel linear motor, a moving apparatus using such a linear motor, and a charged particle beam apparatus.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The linear motor according to the present invention is a linear motor configured such that the magnet and the coil move relative to each other so that the polarities of the magnets alternate on the opposing inner wall surfaces of the yoke having a space inside. In the linear motor in which a plurality of coils are arranged along the moving direction between the two magnet groups, the yoke and the magnetic flux generated by the coils are not leaked to the outside. A shield is attached to a movable member movable with respect to the fixed member of the linear motor so as to surround the outer periphery of the wall perpendicular to the wall on which the magnet group is arranged , and the shield member moves with the movement of the movable member. It is characterized by that.
[0020]
The charged particle beam apparatus according to the present invention is characterized in that an object to be irradiated is set on the moving device, and the object to be irradiated can be irradiated with a charged particle beam.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 4 is a schematic diagram of a linear motor shown as an example of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
[0023]
In the figure, reference numeral 22 denotes a shield body part of which is attached to the coil support 5 so as to surround all sides except for the upper and lower surfaces of the yoke 1 with a slight gap. The shield body is made of a material having high magnetic permeability such as permalloy.
[0024]
Rotating shafts 23A, 23B, 23C, and 23D are attached to the four corners of the yoke 1, and rollers 24A ₁ , 24A ₂ , 24B ₁ , 24B ₂ , and rollers 24C ₁ are spaced above and below each shaft, respectively. , 24C ₂ , 24D ₁ , 24D ₂ are attached (24C ₂ , 24D ₂ are not shown). In addition, the thick part of the yoke provided with the roller is provided with a hole through which the roller can be inserted.
[0025]
In addition, in the surface of the shield wall 22 to which the coil support 5 is attached, a hole for passing a lead for passing a current through the coil 4 is opened.
[0026]
In the linear motor having such a configuration, the Lorentz based on the mutual interference between the magnetic flux generated around each coil and the magnetic flux generated between the upper and lower surfaces by passing a current through each coil 4 (4a, 4b, 4c). A force acts between the stator (permanent magnet groups 2 and 3) and the mover (each coil 4), and the mover moves along the arrangement direction of the permanent magnet group. At this time, the shield body 22 attached to the coil support 5 integrated with the mover also moves along the side surface of the yoke 1 in synchronization.
[0027]
In this way, since the shield body 22 always surrounds the entire side surface of the yoke 1, the magnetic flux generated inside the yoke 1 is almost prevented from leaking from the side space portion to the outside.
[0028]
Therefore, even if a linear motor having such a configuration is used as a stage moving drive mechanism for a charged particle beam apparatus such as an electron beam lithography apparatus or a scanning electron microscope, the leakage magnetic flux from the linear motor is in the vicinity of the stage. It does not reach.
[0029]
The shield body 22 may be formed in a belt shape as described above and guided by a roller, or may be formed in a chain shape and guided by a sprocket.
[0031]
In the above example, the linear motor is used to move the stage of the electron beam lithography apparatus and the scanning electron microscope for inspection. However, the linear motor is also used to move the stage of other charged particle beam apparatuses such as an ion beam lithography apparatus. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a schematic example of a linear motor.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 shows a schematic example of an electron beam drawing apparatus using a linear motor.
FIG. 4 shows a schematic example of the linear motor of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
[Explanation of numbers]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Yoke 2 (2a, 2b, 2c, .........) ... Permanent magnet 3 (3a, 3b, 3c, .........) ... Permanent magnet 4 (4a, 4b, 4c) ... Coil 5 ... Coil support 11 ... electron gun 12 ... converging lens 13 ... stage 14 ... materials 15X, 15Y ... deflector 16 ... bed 16B ... bottom wall _16S 1, 16S 2 _... side wall 17 ... connecting body 18A, 18B ... guide member 19A, 19B, 20A, 20B ... grooves 21A, 21B ... ball 22 ... shield 23A, 23B, 23C, 23D ... rotary shaft _{_{_{24A 1, 24A 2, 24B 1}}} , 24B 2 ... roller _{_{_{24C 1, 24C 2, 24D 1}}} , 24D 2 ... roller

Claims

It is a linear motor that is configured so that the magnet and the coil move relative to each other, and a plurality of magnets are arranged along the moving direction so that the polarities alternate on the opposing inner wall surface of the yoke that has a space inside. In the linear motor in which a plurality of coils are arranged between the magnet groups along the moving direction, the yoke and the magnet group on the wall are arranged so that the magnetic flux generated by the magnets and the coils does not leak to the outside. as to surround the outer circumference of the vertical wall, a shield attached to the movable member movable with respect to the fixed member in the linear motor, a linear motor in which the shield member is form so as to move together with the movement of the movable member.

The linear motor according to claim 1, wherein the shield is formed in a band shape .

The linear motor according to claim 1, wherein the shield is formed in a chain shape.

The linear motor according to claim 1, wherein the shield is made of a high magnetic permeability material .

5. A moving device configured to move a moving object using the linear motor according to claim 1 as a driving means .

6. A charged particle beam apparatus in which an object to be irradiated is set on the moving device according to claim 5, and the object to be irradiated can be irradiated with a charged particle beam .