JPH10502210A - 電子ビームリトグラフ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子ビームリトグラフ機械は、サブストレート用の可動支持部（１６，１７，１８）、サブストレートを走査するための電子ビームコラム（１１）、当該コラムの軸（Ａ-Ａ）に対するサブストレートの位置をモニターするための光電子モニターシステム、及び支持部とコラムを取り付ける剛性の取り付け本体（１２〜１５）を備えてなる。モニターシステムのレーザー干渉計（２３，２４）が互いに固定された関係で、回転可能な部材（２９）によって上記本体に対して支持された剛性のキャリッジに取り付けられる。回転可能な部材は本体での及びキャリッジでの溝の壁に圧接され、キャリッジが本体に対する傾きに対して守られ、本体の限定された変形、特に熱的に引き起こされる膨張収縮が、軸に対する干渉計の位置の変更なしに収容される。

Description

【発明の詳細な説明】 電子ビームリトグラフ機械 本発明は電子ビームリトグラフ機械に関するもので、特にそのような機械にお けるモニターシステムの構成部品の取り付けに関連する。 電子ビームリトグラフィにおいて、集積回路のようなパターンが書き込まれる べき水平なサブストレートを高い精度で横切るために、垂直に指向した電子ビー ムが要求される。当該パターンは慣習的に、偏向したビームによって掃引された 領域で順番に各々を位置決めするサブストレートの動きによって書かれたフィー ルドに分割され、更に当該フィールドはビームの制御された偏向によって書かれ たサブフィールドに分割される。サブストレートの精確な位置決めを保証するた めに、水平面でのＸ軸及びＹ軸方向でのサブストレートの動きは正確にモニター されなければならない。レーザ干渉計使用の測定システムによって達成される現 在の精度規格は、５０ナノメータのオーダにある。そのようなシステムにおいて 、分離レーザビームはサブストレートを担持する可動ステージと連関した直交ミ ラーに向けられ、ステージの動きの測定は外へ向かう戻りビームの干渉から導か れる。このシステムの測定精度は、干渉計の相互間の及びビームの中立軸に対す る望ましくない動きによってかなりの程度まで影響されうる。この自然の動きは 、特に大気圧変化及び温度変化によって発生しうる。前 者は、電子ビーム、したがって干渉計のモニター位置が高い真空程度の領域に位 置していなければならないために生じる。この目的のために要求される真空容器 は外部の大気負荷(loading)の変化の下で一方にそれ、また温度変化で膨張し、 あるいは収縮することになる。これらの動きは、当該容器上に干渉計が取り付け られているならば、当該干渉計に直接伝わる。 干渉計の位置をできる限り安定にすることを保証するために、各種の方法が採 用された。圧力変化のためのゆがみを最小限にするがっしりして補強された構造 であって、且つ熱的に引き起こされた変形に対する影響の受けやすさを減らすた めに膨張係数の低い材料でなる真空容器が作られた。当該容器自体は大きさを適 度に維持し、剛性を高めるために小さくあるように設計され、機械は周囲温度で の変化を取り除くために温度制御された環境において操作された。これら解決法 はすべて一つの形態又は他のもので妥協している。比較的高価な低膨張材料から なるがっしりした圧力容器の構造は、環境の温度制御と機械の全体的な費用を大 きくし、当該構造自体は運転費用に寄与するが、機械の範囲内での熱源からの熱 輻射に関して殆ど効果がない。 他のアプローチは、真空容器の構造を負荷のある状態で変形可能とし、機械の 位置感応性部品を、即ち、電子ビームコラム、サブストレートステージ及び干渉 計ヘッドを、単一の剛性本体に取り付けることである。その種の機械は英国特許 第１５７８５３８ 号明細書(United Kingdom patent specification No 1 578 538)に開示されてい る。この機械は、ビームの収束及び補正のための電子光学部品を含めてコラムを 支持しサブストレートステージを担持する剛性構造が依存するがっしりしたリン グによって特徴づけられている。干渉計ヘッドは当該リングの下側又は付随構造 の側部材に取り付けられる。真空容器はリングと付随構造からなる本体を囲み、 リングの上端部で比較的小さな接触範囲で当該本体と連結している。 上記第１５７８５３８号に記載された配置構造は、コラム、ステージ及び干渉 計をこれら部品の雰囲気変化による相対的変位に十分に抵抗する剛性のサブアセ ンブリーに一体にすることで、好結果であることが証明された。しかしながら、 圧力と温度の変化によるクリティカルな位置モニターシステム部品のゆがみ（ず れ、偏向）に対する感応性における更なる減少のための余地がなお残っており、 より高い程度の測定精度すら達成可能である。 したがって、本発明の第１の目的は、モニターシステム部品相互の及びビーム 軸に対する位置的関係のより高い安定性を達成するために、電子ビームリトグラ フ機械におけるモニターシステム部品の取り付け配置を改善することにある。 本発明の他の目的及び利点は以下の記載から明らかとなろう。 本発明によって、サブストレートのための可動支持部、サブストレートを走査 するために電子ビームをもたらす電子ビームコラ ム、当該コラムの光軸に対するサブストレートの位置をモニターするための非接 触式位置モニターシステム、及び支持手段とコラムを取り付ける剛性の取り付け 本体を備えてなり、回転可能な部材によってもたらされた複数の接触点で上記本 体に対して支持された剛性キャリッジ上にモニターシステムの部品が相互の固定 関係において取り付けられ、回転可能な部材は本体に対する傾きに対してキャリ ッジを動かないようにするとともに上記軸に対する部品の位置に関して実質的に 影響なく本体の限定的変形を許容するように配置されることを特徴とする電子ビ ームリトグラフ機械が供される。 回転可能な部材は好適には本体とキャリッジの上端部及び底部の間で動く。好 ましくは回転可能な部材の少なくとも幾つかが本体とキャリッジの両方における 溝に回転可能に案内されるボールであり、当該溝はコラム軸に対し実質的にラジ アルな方向においての(in and only in directions)本体とキャリッジの相対的 変位を許容するように配置されている。ラジアル方向での相対的変位の制限は、 溝のラジアル方向への方向付けによって、及び最小限３つの角度的に間隔のあい た位置でそのようなボールと溝の組み合わせがあることを保証することによって 簡単に達成可能である。それら３箇所の位置でのボールと溝とは、実際において 本体の膨張乃至収縮から生じるラジアル方向の変位は別として本体とキャリッジ の相対的な水平変位を阻むように相互に作用する。し かしながら、キャリッジの上端部又は底部での回転可能な部材のすべてが溝に案 内されるボールであれば好適である。これは特にキャリッジのポジティブな位置 をもたらすが、例えばキャリッジの上端部又は底部での回転可能な部材が平坦又 は他の適当な表面に圧接する非案内のボール又はローラである可能性もある。 好ましい配置構造において、キャリッジの上端部での回転可能な部材は本体と キャリッジの両方における溝に案内され、キャリッジの底部での当該部材はキャ リッジでの溝でのみ案内される。 溝がキャリッジの上端部と底部の両方にある場合、当該溝は都合のよいことに はキャリッジでの挿入部(inserts)の端部に備えられうる。同様に、溝がキャリ ッジの上方で本体にある場合には、当該溝は本体での挿入部の下端に備えられう る。 溝は、製造の容易さのためには、実質的にＶ形状の横断面であることが好まし く、その場合、連関するボールはそれぞれ、各溝での２点で接触する壁表面を有 する。しかしながら、ボール半径よりも大きな曲率半径を備えた凹断面のような 、回転接触を許容する他の溝輪郭も可能である。 本体に対する傾きに抗するキャリッジの、最小数の支持点での最適な固定は、 回転可能な部材がキャリッジの周囲での３箇所の間隔をあけた位置に配置される ならば、達成される。その場合、モニターシステムの部品のそれぞれは、おのお 上記位置の２箇所の各々に配置可能で、これら２箇所はコラム軸に関して９０度 の ピッチ間隔を有しており、その結果、部品はステージの相互に垂直な動きをモニ ターするのに適切に位置決めされる。キャリッジ自体は、上記２箇所の各々でそ れぞれラジアル方向に外側に向かって突き出たアームを有する環状部材を備えて なる。 １つの好適な構成において、取り付け本体はコラムを担持するプレートを備え てなり、キャリッジは当該プレートの下側の凹み部に係合する。そして回転可能 な部材は凹み部の基部とキャリッジの上端部の間及びキャリッジの底部とプレー トの突出部の上端部の間で作用可能である。突出部は好ましくはプレートに固定 されプレートの下側での窪みに係合する凸縁部である。これは、スブストレート 支持部のための付随担体の、周囲でのプレートの下側への付着部を備えた凸縁部 による干渉を回避する。突出部は好適には、凹み部の基部に向かってキャリッジ を偏らせる板ばねとして機能する。この板ばねはプレートとキャリッジの差動垂 直膨張を収容するように曲がりうる。突出部はまたキャリッジの下側での窪みに 係合可能である。 キャリッジ自体は好ましくは統合構造を有し、せいぜい低い膨張係数を有する 材料からなっている。回転可能な部材は、好ましくは耐磨耗性で好適にはせいぜ い中位の導熱性を有した材料からなる。これらの特徴によって、特にキャリッジ が真空室に配置されて故に真空によって周囲環境から大いに隔離されるならば、 熱的に引き起こされる変形へのキャリッジの傾向が大いに取り除か れる。 モニターシステムは好適には、キャリッジ取付部品がレーザー干渉計である光 電子測定システムである。しかしながら、取り付け配置構造は別の形態の非接触 タイプのモニターシステムにも等しく適する。 本発明の実施の形態をより詳細に添付の図面を参照にして記載する。ここで、 図１は、サブストレート位置モニターシステムの２個の干渉計（１個のみ図示 される）のための取り付け配置構造を示した、本発明を具現化する電子ビームリ トグラフ機械の部分の概略的な正面断面図であり； 図２は取り付け配置構造の図１における矢印11の方向における概略底面図であ り； 図３はより詳細に取り付け配置構造の部分を示した概略的な正面断面拡大図で ある。 図面において、パターン、例えば集積回路をマスクプレート又はウェーハーの ようなサブストレート上に書くために用いられる電子ビームリトグラフ機械１０ の部分が示される。当該機械は、図１に下方端部分のみが示され焦点合わせされ た電子ビームを発生するための電子ビーム光学コラム１１を組み込んでいる。当 該コラムの下方端部は最終レンズ組立品及び偏向コイルで終端する。当該偏向コ イルは、ビームの中立軸も表すコラムの光軸Ａ−Ａに 関してビームを偏向するように、パターンデータに応じるソフトウエアを介して ディジタル式に制御される。ビーム偏向は、書かれるべきパターンの個々の部分 の細かな走査をもたらす。 コラム１１は、剛性を最適化するため比較的どっしりした構造の単一スチール プレート上に取り付けられる。図２に示されるように、当該プレートの輪郭は、 角のあるコーナーを備えほぼ矩形である。当該プレートはコラム１１の最終レン ズ組立品が突き出る開口を有し、その上側でコラムのための座面を取り囲む円形 つば部１３を有する。プレート１２に付随して、サブストレートのための可動支 持部を担持する担体がある。当該担体は、その周囲でプレート１２の下側に堅く 連結された４つの間隔をあけた支柱１４（図１ではその２つだけ示される）及び 当該支柱の下方端部に固定された基礎部材１５からなる。概略的にのみ表された サブストレート支持部は、基礎部材１５に配置された可動ステージ１６、当該ス テージに取り付けられたチャックホルダー１７及び当該ホルダー上に取り外し可 能に位置したサブストレートチャック１８から主になる。ステージ１６は、チャ ックホルダー１７、チャック１８及び当該チャックにおけるサブストレートと共 に、パターン走査のためのビームの領域、即ち、ビーム偏向のゾーンへのサブス トレートの異なる区分の動きの目的のために、適当な駆動部（図示せず）によっ て平坦なデカルト座標系の軸Ｘ−Ｘ及びＹ−Ｙ（図２）に沿って変位可能である 。チャック１８はサブス トレート上へのパターン書き込みの完了後に、新しいサブストレートを備えた別 のチャックに交換可能である。 プレート１２と付随担体は一緒に、ビームコラムとサブストレート支持部を取 り付ける剛性の本体を形成する。 この取り付け本体は、つば部１３の一部を除いて、蓋１９と部分のみが図示さ れたケース２０からなる真空容器によって囲まれる。容器ケースは、チャック交 換機構（図示せず）によってサブストレートチャックの交換が行われる側方開口 を有する。容器の内部は、電子ビームが生じるように空気が抜かれる真空室を形 成する。室の解放と空気抜きに関する容器構造内で生じる偏向の取り付け本体へ の伝達を最小にするために、蓋１９はプレート１２上でつば部１３に隣接した狭 い段部に取り付けられ、当該段部の外側で環状弱化スリット(weakening slot)２ １を有し、その結果、蓋の限定的なたわみが可能である。そのような環状の別ス リット（図示せず）がケース２０の近傍に備えられてもよい。 ステージの位置を正確にモニターし、それによって求められる程度の精度で制 御されるべきその動きを許容するために、機械はレーザー干渉計に基づいて動く 光電子位置モニターシステムを備える。当該システムは、つば部１３に、それ故 にコラムとサブストレート支持部のための取り付け本体上に取り付けられた片持 ちアーム２２によって担持されるレーザーガン（図示せず）を備えてなる。当該 ガンによって発せられるビームは、第１ダイレクト 路に沿って及び当該ダイレクト路を分離した光学偏向の第２路に沿って、ホルダ ー１７でのそれぞれ連関されたミラー２５，２６への入射伝送(onward transmis sion)及びこれらからの反射のための互いに直交する２個の干渉計２３，２４に 伝えられる。各干渉計で生じたビーム干渉は、それぞれの軸方向での一定のステ ージの動きを導くための連関した電子回路によって評価される。干渉計２３は追 加的に基準ビームを、始めに記載した又は測定のビームの入射の地点からずれた ミラー２５の或る地点に伝える。基準ビームと測定ビームから導かれた信号は、 ステージの動きでの偏揺れ(yaw)を確定するために比較され、必要な修正が計算 される。 真空容器の蓋へのモニター本体の最小の機械的連結と当該本体の全体的剛性に もかかわらず、真空室に作用する大気の負荷変化(load change)において本体の 僅かな変形がなお生じうる。当該本体はまた、熱的に引き起こされる膨張・収縮 を受けやすい。これらの種類の動きは、干渉計に伝わるならば、それらの相対的 な位置を変化させ、また軸Ａ−Ａからのそれらの間隔を変化させる。そのような 変化はクリティカルなステージの動きの測定に誤りを引き起こすことになる。こ の可能性を回避するか最小にするために、これら干渉計の関係が固定され、それ らが機械の他の部品から機械的にかなり離れ且つ熱的に隔離されるように、これ ら干渉計が取り付けられる。この目的のために、干渉計は低い、可能で あれば零ですらあるような膨張係数を有する材料、例えば、「Invar（商標）」 又は「Zerodur（商標）」の剛性キャリッジ２７の下側に付けられる。図２に示 されるように、キャリッジ２７はその周囲に、相互に垂直でラジアル方向外側へ 延在する２つのアームを備えた環状部材の形状を有する。これらアームは各々干 渉計２３，２４のそれぞれのための取付台として供される。干渉計は、それら光 軸が書かれるべき表面と同じ平面にあって、正確に９０度の角度を囲い込み、軸 Ａ−Ａで交差するように調整される。 キャリッジ２７自体はプレート１２にその下側で機械加工された凹み部２８に 収容される。プレートの下側はキャリッジの下側とほぼ同一平面上にある。図２ から明らかなように、凹み部の図面輪郭は概してキャリッジのものと適合するが 、キャリッジに対して間隔をあけた異なる程度の隙間を有している。キャリッジ ２７は干渉計２３，２４と共に、耐磨耗性材料、例えばタングステンカーバイド 、セラミック又は合成サファイアの回転可能な６個のボールによってもたらされ た２１の点接触部を介して、コラム１１とサブストレート支持部１６〜１８のた めの取り付け本体に対して３箇所の位置で支持される。３個のボールはキャリッ ジの上端部に配置され、他の３個はキャリッジの底部の対応する位置に配置され る。３箇所の支持位置はキャリッジの周囲に間隔をあけており、特に２つは干渉 計を取り付けラジアル方向外側へ向い たアームに配設され、１つはこれらアームによって囲い込まれた角度の二等分線 と反対の位置の半径範囲上でアームから等距離の角度位置に配設される。支持位 置のこの数と配備は、傾いたり揺れ動く可能性が全くなく、キャリッジがプレー ト１２に対し圧接することを保証する。 図３から明白なように、上方の支持ボール２９は凹み部２８の基部３０とキャ リッジの上端部でＶ形状の溝の壁に対して圧接し、下方の支持ボール２９はキャ リッジの底部で別のＶ形状の溝の壁に対して圧接し、またプレート１２の下側に 固定され軸Ａ−Ａに関してラジアル方向内側へ突き出た凸縁部３１の上端部で横 スロットの平坦基部に圧接する。キャリッジの上端部と底部でのＶ形状の溝は、 キャリッジの孔に位置したプランジャー３２の端部において形成される。凹み部 ２８の基部３０での溝は同様にプレート１２における孔に位置したプランジャー ３３の下方端で形成される。凸縁部３１における横スロットは当該凸縁部に直接 、機械加工される。Ｖ形状の溝は全て軸Ａ−Ａに関してラジアル方向に延在する 。 凸縁部３１の各々はプレート１２の下側でそれぞれの窪み３４に係合し、また キャリッジ２７の下側で別のそれぞれの窪み３５に係合する。凸縁部３１は、プ レートとキャリッジの異なる熱膨張の下で限定された偏向を有する板ばねとして 機能することを許容するより深い別のスロットを備えたベリリウムカッパー細片 で ある。 ボール２９がころがり点接触を有することとなるＶ形状の溝の壁は、専ら軸Ａ −Ａに対してラジアル方向でのプレート１２とキャリッジ２７の相対的変位を許 容するラジアル軌跡を構成する。そのような相対的変位は、環境温度の変化のた め又は電子ビームコラム１１の範囲内の部品からの熱伝導乃至輻射のためにプレ ート１２の膨張乃至収縮の場合に起こりうる。低いか零の膨張係数を有したキャ リッジはその種の変形から大いに免れており、プレートに対する回転支持部はプ レートの動きがキャリッジに、そして結局は干渉計に伝わることを回避する。摺 動よりも回転の接触部を備えることは、プレートとキャリッジの間の摩擦及びス ティック／スリップ(stick/slip)の現象を最小にする。更にボールは２１の点接 触部を除いて凸縁部とプレートからキャリッジを分離する断熱体として供され、 その結果、キャリッジは真空室で生じた高い真空において効果的に絶縁される。 キャリッジの熱作用からのこの絶縁は、キャリッジが零というよりむしろ低い膨 張係数を有した材料からなれば十分である。 干渉計のこの取り付け配置構造の結果として、キャリッジ、それ故に干渉計は 機械の動作中、コラムの光軸Ａ−Ａに関して実質的に固定された位置にとどまる 。したがって、測定精度は改善され、温度制御、気圧変化の影響を押し止めるこ と及び細かな機械的公差を維持することに関してあまり厳しくない条件で足りる 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．サブストレート用の可動支持部、サブストレートを走査するための電子ビー ムを与えるための電子ビームコラム、当該コラムの光軸に対するサブストレート の位置をモニターするための非接触タイプの位置モニターシステム、及び支持部 とコラムを取り付ける剛性の取り付け本体を備えてなる電子ビームリトグラフ機 械において、 モニターシステムの部品が相互に固定された関係で、回転可能な部材によっても たらされた複数の接触点で上記本体に対し支持された剛性のキャリッジ上に取り 付けられ、回転可能な部材はキャリッジに固定されるように、及び軸に対する部 品の位置に関して実質的に影響なしに本体の限定された変形を許容するように配 置されることを特徴とする機械。 ２．上記回転可能な部材が本体とキャリッジの上端部及び底部の間で作用する、 請求項１に従う機械。 ３．上記回転可能な部材の少なくとも幾つかが、本体とキャリッジの両方での溝 に回転可能に案内されるボールであり、上記溝はコラム軸に対して実質的にラジ アルな方向でのみの本体とキャリッジの相対変位を許容するように配置される、 請求項２に従う機 械。 ４．上記溝がキャリッジの上端部と底部の両方にあり、キャリッジでの挿入部の 端部に備えられる、請求項３に従う機械。 ５．上記溝がキャリッジの上方の本体にあり、本体での挿入部の下方端部に備え られる、請求項３又４に従う機械。 ６．溝が実質的にＶ形状の横断面である、請求項３〜５のいずれか一項に従う機 械。 ７．回転可能な部材がキャリッジの周囲での間隔をあけた３箇所の位置に配設さ れる、上記請求項のいずれか一項に従う機械。 ８．モニターシステムの部品のそれぞれの一つが上記位置の２箇所の各々に配置 され、当該２箇所の位置はコラム軸に関して９０度のピッチ間隔を有する、請求 項７に従う機械。 ９．キャリッジが上記２箇所の位置の各々でそれぞれ半径方向外側に向かって突 き出たアームを有する環状部材を備えてなる、請求項８に従う機械。 １０．本体がコラムを支持するプレートを備えてなり、キャリッジが当該プレー トの下側で凹み部に係合する、上記請求項のいずれか一項に従う機械。 １１．上記回転可能な部材が上記凹み部の基部とキャリッジの上端部の間で及び キャリッジの底部とプレートでの突出部の上端部の間で作用する、請求項１０に 従う機械。 １２．上記突出部がプレートに固定された凸縁部である、請求項 １１に従う機械。 １３．上記凸縁部がプレートの下側で窪みと係合する、請求項１２に従う機械。 １４．上記突出部がキャリッジを凹み部の基部に向かって偏らせる板ばねとして 機能する、請求項１１〜１３のいずれか一項に従う機械。 １５．上記突出部がキャリッジの下側で窪みに係合する、請求項１１〜１４のい ずれか一項に従う機械。 １６．キャリッジが一体構造でなる、上記請求項のいずれか一項に従う機械。 １７．キャリッジがせいぜい低い膨張係数を有する材料でなる、上記請求項のい ずれか一項に従う機械。 １８．回転可能な部材が耐磨耗性材料でなる、上記請求項のいずれか一項に従う 機械。 １９．回転可能な部材の材料がタングステンカーバイドである、請求項１８に従 う機械。 ２０．キャリッジが真空室に配置される、上記請求項のいずれか一項に従う機械 。 ２１．上記真空室が、取り付け本体に連結し実質的に当該本体を全体的に取り囲 む真空容器によって画定される、請求項２０に従う機械。 ２２．モニターシステムが光電子測定システムである、上記請求 項のいずれか一項に従う機械。 ２３．モニターシステムの部品がレーザー干渉計である、請求項２２に従う機械 。