JP6307322B2

JP6307322B2 - 反射鏡の姿勢調整構造

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Publication number: JP6307322B2
Application number: JP2014065716A
Authority: JP
Inventors: 松太郎宮本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP2015190993A

Description

本発明は、レーザー干渉計など（以下、単に「干渉計」ともいう。）の光学系測長器の測長対象として設定される反射鏡の姿勢調整構造に係り、狭隘な箇所や真空中に設置される反射鏡を支持し、その姿勢を調整するのに好適な構造に関する。

材料の加工を行う半導体製造装置や試料の検査を行う検査装置などでは、加工や検査の対象である材料や試料を保持して任意の位置に移動させるステージが装備されている。このステージは、一般的に、その最上部に材料や試料を保持する静電チャックなどの保持手段を具備したテーブルが設けられ、このテーブル上にはテーブルの位置を測長する測長器（通常はレーザー干渉計などの光学系測長器）の測長対象物となる反射鏡が設置される。
そして、この測長器で検出した測長値による、ステージ駆動源に対するフィードバック制御により、テーブルで保持した材料や試料を所望の移動量や移動速度で高精度に制御して変位させるように構成されている（例えば特許文献１参照）。

また、干渉装置の変位センサーを支持する構造において、変位センサーとその取り付け部材の間の熱的影響度を低減させるため、熱膨張による歪み調整のための切欠け部を備えた基台に変位センサーを固定して支持する構造が知られている（例えば特許文献２，３参照）。

特開平５−３１５２２１号公報特開２００４−１２５６３８号公報特開２００５−１１４６０７号公報

例えば電子線を応用した描画装置や検査装置においては、電子線を生成し、これをステージ上に保持された対象物に照射したり、対象物から放出される二次電子などを処理し解析したりするための電子線鏡筒（以下、「コラム」という。）を備え、このコラムを対象物と対向する位置となるステージの上方に配置して構成されている。

ここで、対象物に微細な描画処理や微細な対象物の検査を行なうにあたってはコラムと対象物の高精度な位置制御が重要であるが、前記高精度なレーザー干渉計などの測長に基づくステージのフィードバック制御は、コラムの位置が変化しないとの前提に基づいて実施されるものである。
しかし、実際には、コラムは真空容器上に設置され、真空・大気圧の差圧、周囲温度や気圧の変化による容器の変形などによって前記コラムの位置は変化し、さらには、ステージ自体の振動或いは床や外部環境要因による振動などの外乱により、前記コラムとステージは、ステージ稼働中だけではなく、ステージが静止状態であっても、微妙な相対位置変化を生じさせていた。

このような問題を解決する手段として、所謂「コラムリファレンス」というコラムの端部に反射鏡を設置し、この反射鏡にレーザー光を照射し、その反射光を検出して得られる干渉計の測長値を基にしてステージの位置制御を行なう方法が提案されている。この方法によれば、コラムとステージの温度変化や振動などの外乱要素となる相対変位は論理上キャンセルされて、理想的な測長計システムを構成することが可能となる（Ａｇｉｌｅｎｔ社の製品「ＨＰ１０７１９Ａ」、「ＨＰ１０７２１Ａ」の取り扱い説明書を参照）。
然し乍ら、現実的には、取り付け制約上、コラムにリファレンスの反射鏡を取り付けることができず、コラム近傍の真空容器に取り付けたときには、必然的に前述の外乱要素が多くなり、コラムリファレンス本来の性能及び機能を発揮することができず、前記方法及び構成を具現化することは困難であった。

前記コラムリファレンスを構築して実用化を図る場合、次のような状況、条件が考えられる。
コラムリファレンスを構築する方法として、理論的には数台の干渉計を組み合わせ、各干渉計によるリファレンス軸とステージなどの測長軸を構成してもよいが、実装空間や費用の制約などから一つの測長計で、つまりリファレンス軸と測長軸を併せて持つ多軸の干渉計を用いてコラムリファレンスを構築するのが合理的である。

この場合、先ず、測長対象となるステージ本体の反射鏡に対し、干渉計から出射したレーザー光がステージの反射鏡で反射し、反射光が前記干渉計に確実に帰還するように、干渉計の姿勢を調整する。これにより干渉計は固定され、測長軸の調整が完了する。
次に、リファレンス軸の調整は、必然的に前記干渉計は動かさずに、コラム側に取り付けられる反射鏡の姿勢を調整することのみで行なうことになるが、かかるリファレンス軸の反射鏡の調整には次のような条件が必要となる。
第１に反射鏡の姿勢を調整する機構がコラム自体に外乱要素とならないような構成であることが必要である。具体的には、調整機構は軽量で占有空間が小さく、非磁性材料により形成されていることなどが必要となる。
第２に調整機構で調整した後、反射鏡の姿勢に経時変化が生じることがないようにすることが必要である。
第３に反射鏡が真空中に設置される場合に、真空下の反射鏡の姿勢を大気側からの操作により調整可能であることが必要である。

本発明は、リファレンス軸の反射鏡の調整に必要な上記条件を満足して、コラムリファレンスの構築が可能な反射鏡の姿勢調整構造を実現化し、これにより、干渉計による高精度な測長に基づくステージの精密なフィードバック制御を実現し、ステージ上に保持された対象物に対する描画処理や検査の精度向上を図ることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明の反射鏡の姿勢調整構造は、
取付け台上に固定される固定部と細幅なスリット形状の切欠き部を有する可動部が一体に形成されてなる基部と、反射鏡を保持して基部の可動部の先端に固定される反射鏡ホルダーと、基部の切欠け部の隙間の幅を調整する隙間幅調整部材とを備え、
前記隙間幅調整部材を操作して切欠け部の隙間幅を減少又は増加させることにより、反射鏡ホルダーに保持された反射鏡の傾斜度合いが調整されるようにした構成を有することを特徴とする。

これによれば、反射鏡ホルダーが取付けられる基部が固定部と可動部を一体に設けて形成してあるので、全体をコンパクトに構成した狭隘な設置空間に取付けることが可能であり、また、基部を一体のブロック状に形成することで材料本来の剛性を保つことができ、基部の固定部と可動部の間を高剛性に構成することができる。
また、基部の切欠け部の隙間の幅を調整する隙間幅調整部材を具備しているので、隙間幅調整部材により切欠け部の隙間幅を調節することで、容易に反射鏡の姿勢の調整をすることが可能である。

前記構成において、取付け台上に固定される固定部の下面に対して垂直な方向に切欠け部を配置した第１の可動部と、平行な方向に切欠け部を配置した第２の可動部を少なくとも有して基部が形成されていることが好ましい。
切り欠いた方向の異なる複数の切欠け部を基部に設け、これら各切欠け部の隙間幅を調整することで、反射鏡を所望の姿勢に高精度で調整することが可能となる。

前記構成において、第１の可動部の切欠け部内の対向する面内に下方に向けて窄まった雌側テーパ部がそれぞれ設けられ、外周面に前記雌側テーパ部と組み合う雄側テーパ部が形成された隙間幅調整部材を、前記雌側テーパ部に上方から嵌め入れるとともに、隙間幅調整部材の先端部に形成されたネジ部を第１の可動部の下側で重なった取付け台に設けたネジ孔に螺合して固定し、隙間幅調整部材のネジ部の螺合深さを変えることにより第１の可動部の切欠け部の隙間幅が調整されるように構成されていることが好ましい。
このように雄・雌のテーパ形状を組み合わせることで、例えばボルト型の隙間幅調整部材のネジ入れ操作した際の軸力方向に対して、垂直方向に調整力を生じさせることが可能となるため、調整のための操作方向を一方向に集約させることが可能となる。また、テーパ部の角度の設定によっては、より精度の高い調整が可能となる。

また、前記構成において、第２の可動部は切欠け部に面する上側可動片と下側可動片により形成され、上側可動片の上面に、軸部が上側可動片を貫通し且つ下側可動片に設けたネジ孔に螺合した引きボルトと軸部が上側可動片に設けたネジ孔に螺合し且つ軸部端部が下側可動片の上面に接した押しボルトからなる隙間幅調整部材を配置するとともに、隙間幅調整部材の近傍で固定ボルトの軸部を上側可動片及び下側可動片を貫通し且つ第２の可動部の下側で重なった取付け台に設けたネジ孔に螺合して固定し、隙間幅調整部材の引きボルトの下側可動片への螺合深さと押しボルトの上側可動片への螺合深さを変えることにより第２の可動部の切欠け部の隙間幅が調整されるように構成されていることが好ましい。
このように、隙間幅調整部材の引きボルト又は押しボルトの近傍で、固定ボルトで可動部が固定されるように設けることで、調整の状態を強固に保持することが可能となり、状態の保持剛性が向上し、経時変化を生じさせずに、反射鏡を調整した姿勢に安定的に保持することができる。

また、反射鏡が真空中に設置される態様の場合に、真空シール機能を備えていて隙間幅調整部材を操作するアクセス機構を基部の上方に設置して、大気側でのアクセス機構の操作によって真空中に設置された反射鏡の傾斜度合いが調整されるようにした構成することができる。
真空シール機能を備えたアクセス機構により、真空下の反射鏡の姿勢を大気側から調整可能に構成すれば、電子線応用装置などの真空中に配置される反射鏡への適用が可能となる。

本発明を適用した一例の装置の全体構成を示した図である。本発明の一実施形態における反射鏡支持機構の取り付けた状態の外観を示した図である。図２の反射鏡支持機構の上面図である。図２の反射鏡支持機構の中央縦断面図である。図２中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図２中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。反射鏡支持機構を操作するためのアクセス機構の全体構成を示した図である。図７のアクセス機構の詳細構成を示した図である。本発明の他の形態における反射鏡支持機構と取り付け延長部材の上面図である。図９中のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図９中のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。

本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の反射鏡の姿勢調整構造を適用した電子線応用装置の全体構成を示しており、図中、符号１は床面、２は除振装置、３は定盤、４は真空容器、５はステージ、６はコラム、７は干渉計、８，９は反射鏡をそれぞれ示している。

図示した電子線応用装置は、床面１に配置された除振装置２で定盤３を支持し、この定盤３上に真空環境を内部に生成する真空容器４を設置し、真空容器４内に、電子線が照射される対象物を静電チャックなどで上面に支持するステージ５を収納し、真空容器４の上部には電子線光学系などのコラム６を配置して構成してある。
干渉計７は、真空容器４内に配置され、図示されない大気側に配置されたレーザー光源により発せられたレーザー光を干渉計７に入光させ、干渉計７よりステージ５上に設置された反射鏡８と後述する反射鏡保持機構１０によりコラム６の下端部に取り付けられた反射鏡９とに測長用のレーザー光をそれぞれ照射し、各反射鏡８，９で反射されたレーザー光を干渉計７で受光し、干渉計７から出力光として大気側へと出力する。そして、この出力光を基に干渉計７の初期状態からの相対変位が、図示されない大気側に配置された電装部で算出されるとともに、ステージ５のフィードバック制御のための信号として制御システム内に構築されるように構成してある。
この構成により、コラム６の下端部を基準とした、コラムリファレンス測長システムが構築される。

図２は、図１中のコラム６の下端部で反射鏡９を支持する反射鏡支持機構１０の外観構成を示している。
同図に示されるように、反射鏡支持機構１０は、Ｌ字形に屈曲していてコラム６の設置面を基にコラム６に固定ボルト１５により固定された取付け台６ａ上に配置される基部１１と、反射鏡９を保持して基部１１の先端に固定される反射鏡ホルダー１２と、後述する基部１１に形成された切欠け部の隙間の幅を調整する隙間幅調整部材１３とを有して構成されている。

反射鏡支持機構１０の基部１１は、取付け台６ａ上に固定される固定部１１０と、細幅なスリット状の切欠き部１１３，１１５を有する可動部１１１とがブロック状に一体に形成されてなり、取付け台６ａの水平な取付け面に載せた固定部１１０を固定ボルト１４，１４で取付け台６ａに一体に固定して取付けてある。また、固定部１１０と可動部１１１の境界に沿った左右両側には可動変位吸収用のスリット１１６，１１６が形成してある。
可動部１１１は、固定部１１０と連なっていて固定部１１０の下面に対して垂直な方向で左右両側に切り欠いてなる一対の切欠け部１１３，１１３が配置された第１の可動部１１２と、第１の可動部１１２の先端側に連なっていて固定部１１の下面に対して平行な方向で先端側から根元方向へ切り欠いてなる切欠け部１１５を配置した第２の可動部１１４からなり、可動部１１４の先端部に反射鏡ホルダー１２を固定ボルト１４，１４で一体に固定してある。

前記第１の可動部１１２は、図５に示されるように、その一対の切欠け部１１３，１１３内の対向する面内に下方に向けて窄まった一対の雌側テーパ部１１２ａ，１１２ａがそれぞれ設けられており、両雌側テーパ部１１２ａ，１１２ａに上方から、外周面に雌側テーパ部１１２ａ，１１２ａと組み合う雄側テーパ部１３１ａが形成されたボルト型の隙間幅調整部材１３１を嵌め入れるとともに、隙間幅調整部材１３１の先端部に形成されたネジ部１３１ｂを第１の可動部１１２の下側で重なった取付け台６ａに設けたネジ孔に螺合して固定してある。
そして、隙間幅調整部材１３１，１３１のネジ部１３１ｂの螺合深さを変えることにより、第１の可動部１１２の切欠け部１１３，１１３の隙間幅が減少又は増加させる調整がなされ、これにより、反射鏡ホルダー１２に保持される反射鏡９の横方向の傾斜度合いが調整されるようになっている。

また、前記第２の可動部１１４は、図４及び図６に示されるように、切欠け部１１５に面する上側可動片１１４ａと下側可動片１１４ｂにより形成され、上側可動片１１４ａの上面に、軸部が上側可動片１１４ａを貫通し且つ下側可動片１１４ｂに設けたネジ孔１１４ｃに螺合した引きボルト１３２と、軸部が上側可動片１１４ａに設けたネジ孔１１４ｄに螺合し且つ軸部端部が下側可動片１１４ｂの上面に接した押しボルト１３３，１３３と、押しボルト１３３，１３３の両側近傍で軸部１３４ａを上側可動片１１４ａ及び下側可動片１１４ｂを貫通し且つ第２の可動部１１４の下側で重なった取付け台６ａに設けた螺合して第２の可動部１１４を固定する固定ボルト１３４とからなる隙間幅調整部材１３を配置して設けてある。
そして、隙間幅調整部材１３の引きボルト１３２の下側可動片１１４ｂへの螺合深さと、押しボルト１３３，１３３の上側可動片１１４ａへの螺合深さを変えることにより、第２の可動部１１４の切欠け部１１５の隙間幅が減少又は増加させる調整がなされ、これにより、反射鏡ホルダー１２に保持される反射鏡９の縦方向の傾斜度合いが調整されるようになっている。
なお、部材１３１〜１３４の各隙間幅調整部材１３の頂面には、後述するアクセス機構１５の操作棒１６１の下端部が嵌入する凹部が設けてある。また、これら反射鏡支持機構１０を構成する各部材は非磁性材料により形成されている。

反射鏡支持機構１０による反射鏡９の姿勢調整は、先ず、隙間幅調整部材１３１，１３１を操作して第１の可動部１１２の切欠け部１１３，１１３の幅を調整して反射鏡９の横方向の傾斜度合いを調整し、次いで、隙間幅調整部材１３２，１３３，１３３を操作して第２の可動部１１４の切欠け部１１５の幅を調整して反射鏡９の縦方向の傾斜度合いを調整した後、隙間幅調整部材１３４，１３４の軸部を取付け台６ａに螺合することにより、基部１１を取付け台６ａに固定することにより完了する。

図７及び図８は、前記反射鏡支持機構１０が真空中に配置された場合に、真空を保持しながら反射鏡支持機構１０の隙間幅調整部材１３を操作可能とするアクセス機構１６の構成を示している。
両図に示されるように、アクセス機構１６は、反射鏡支持機構１０の上方の大気側から操作可能なように、両端部が六面カットされた操作棒１６１と、操作棒１６１の外周面をシールするＯリングなどのシール機構１６２を備えて構成される。

詳しくは、図８に示されるように、反射鏡支持機構１０の上方に上方空間を閉鎖するシールベース板１６３が設けられ、シールベース板１６３に設けられた穴部１６３ａとその上部の三角溝の一部を構成するテーパ部１６３ｂに前記操作棒１６１を挿通し、且つ操作棒１６１の外周部にシール機構１６２であるＯリングを配置して、前記三角溝内に真空シールが構成されている。
操作棒１６１が挿通されたシールベース板１６３の上面は、Ｏリングシールからなる蓋板１６４が設置されて隙間を塞ぎ、また、その上方には、調整後の操作棒１６１の下方への変位を制約するように機能するストッパ蓋１６５を被せて覆い、このストッパ蓋１６５とストッパ蓋１６５の上面に突出していて操作棒１６１の上端に連結したストッパボルト１６６とでストッパ機構が構成され、これにより大気・真空の差圧による変位を抑制できるようになっている。

アクセス機構１６は、操作棒１６１の下端部を真空下に配置された反射鏡保持機構１０の隙間幅調整部材１３の頂面開口部に上方から嵌合し、大気側で操作棒１６１を回転操作することでトルクを隙間幅調整部材１３に伝達して、反射鏡保持機構１０の基部１１に形成された切欠け部１１３，１１３，１１５の幅を調整するとともに、隙間幅調整部材１３４，１３４の軸部を取付け台６ａに螺合して、基部１１を取付け台６ａに固定することができるようになっている。

前記構成の反射鏡保持機構１０をコラム６に取付ける場合に、真空容器４やコラム６の設計制約上、コラム６からは若干離れた、コラム６の周囲外方に設置しなければならない場合がある。その場合、コラム６に対して反射鏡保持機構１０が、いわゆる片持ち式状態で取付けられることとなるため、ノイズとなる変位や振動が生じる可能性がある。
このような場合の対応策として、図９に示されるように、真空容器４側にリング状の延長保持部材１７を設け、同部材の内部に設けた孔部１７ａを通るようにコラム延長取付け部材１８を配置することが好ましい。

詳しくは、延長保持部材１７は、図１１に示されるように、コラム延長取付け部材１８の周面を押しボルト１７１、ロックナット１７２及び球体１７３により、周方向周りで三方からボール転動体による自由支持部として、コラム延長取付け部材１８を支持するように構成され、これにより、前記片持ち状態を解消し、コラム６の測長方向の自由度が広く確保されるように設けてある。
なお、コラム延長取付け部材１８は、セラミックスなどの低線膨張係数の材料により構成することが望ましい。

なお、図示した形態では、反射鏡９が真空下に設置される装置に適用した場合を示したが、本発明は、大気下に反射鏡を設置する場合にも適用可能である。
また、図示した反射鏡保持機構１０やアクセス機構１６の形態は一例であり、本発明はこれに限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。

１床面、２除振装置、３定盤、４真空容器、５ステージ、６コラム、７干渉計、８，９反射鏡、１０反射鏡保持機構、１１基部、１１０固定部、１１１可動部、１１２第１の可動部、１１４第２の可動部、１１３，１１５切欠け部、１２反射鏡ホルダー、１３，１３１〜１３４隙間幅調整部材、１４，１５固定ボルト、１６アクセス機構、１７延長保持部材、１８コラム延長取付け部材

Claims

取付け台上に固定される固定部の下面に対して垂直な方向に切欠け部を配置した第１の可動部と、平行な方向に切欠け部を配置した第２の可動部を少なくとも有して形成された基部と、反射鏡を保持して基部の可動部の先端に固定される反射鏡ホルダーと、基部の切欠け部の隙間の幅を調整する隙間幅調整部材とを備え、前記隙間幅調整部材を操作して切欠け部の隙間幅を減少又は増加させることにより、反射鏡ホルダーに保持された反射鏡の傾斜度合いが調整されるように構成された反射鏡の姿勢調整構造であって、
前記第１の可動部の切欠け部内の対向する面内に下方に向けて窄まった雌側テーパ部がそれぞれ設けられ、外周面に前記雌側テーパ部と組み合う雄側テーパ部が形成された隙間幅調整部材を、前記雌側テーパ部に上方から嵌め入れるとともに、隙間幅調整部材の先端部に形成されたネジ部を第１の可動部の下側で重なった取付け台に設けたネジ孔に螺合して固定し、
隙間幅調整部材のネジ部の螺合深さを変えることにより第１の可動部の切欠け部の隙間幅が調整されるように構成されたことを特徴とする反射鏡の姿勢調整構造。
第２の可動部は切欠け部に面する上側可動片と下側可動片により形成され、上側可動片の上面に、
軸部が上側可動片を貫通し且つ下側可動片に設けたネジ孔に螺合した引きボルトと、軸部が上側可動片に設けたネジ孔に螺合し且つ軸部端部が下側可動片の上面に接した押しボルトと、引きボルト又は押しボルトの近傍で軸部を上側可動片及び下側可動片を貫通し且つ第２の可動部の下側で重なった取付け台に設けたネジ孔に螺合して第２の可動部を固定する固定ボルトからなる隙間幅調整部材を配置し、
隙間幅調整部材の引きボルトの下側可動片への螺合深さと押しボルトの上側可動片への螺合深さを変えることにより第２の可動部の切欠け部の隙間幅が調整されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の反射鏡の姿勢調整構造。
真空シール機能を備えていて隙間幅調整部材を操作するアクセス機構を基部の上方に設置して、大気側でのアクセス機構の操作によって真空中に設置された反射鏡の傾斜度合いが調整されるようにした構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射鏡の姿勢調整構造。