KR20150009920A - 하전 입자빔 묘화 장치 및 묘화 챔버 - Google Patents

Abstract

실시형태에 따른 하전 입자빔 묘화 장치는, 묘화 대상이 되는 시료를 지지하는 스테이지와, 측벽 및 바닥판을 갖는 상자 형상으로 형성되고, 스테이지를 수용하여 기밀성을 갖는 묘화 챔버를 구비한다. 바닥판은 측벽에 이어져 스테이지를 지지하는 복수의 지지부와, 이들의 지지부에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록형상의 만곡부를 갖는다.

Description

하전 입자빔 묘화 장치 및 묘화 챔버{CHARGED PARTICLE BEAM DRAWING APPARATUS AND DRAWING CHAMBER}

본 발명의 실시형태는, 하전 입자빔 묘화 장치 및 묘화 챔버에 관한 것이다.

최근 대규모 집적 회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 디바이스에 요구되는 회로 선폭은 점점 미소하게 되고 있다. 반도체 디바이스에 원하는 회로 패턴을 형성하기 위해서는, 리소그래피 기술이 이용되고 있고, 이 리소그래피 기술에서는, 마스크나 레티클이라 칭해지는 원화(原畵) 패턴을 이용한 패턴 전사가 행해지고 있다. 이 패턴 전사에 이용하는 고정밀도인 마스크를 제조하기 위해서는, 우수한 해상도를 갖는 하전 입자빔 묘화 장치가 이용되고 있다.

이 하전 입자빔 묘화 장치의 일례로서는, 마스크나 블랭크 등의 시료가 배치된 스테이지를 이동시키면서, 스테이지 상의 시료의 정해진 위치에 하전 입자빔을 편향시켜 조사하고, 스테이지 상의 시료에 패턴을 묘화하는 하전 입자빔 묘화 장치가 개발되어 있다. 이 하전 입자빔 묘화 장치에서는, 시료실이 되는 묘화 챔버의 위에 광학 경통이 탑재되어 있다. 이 광학 경통은, 하전 입자빔을 조사하기 위한 하전 입자 광학계를 내장하는 것이다.

이러한 하전 입자빔 묘화 장치에 있어서, 진공 용기로서 기능하는 묘화 챔버는 감압에 의해 진공 상태가 되면, 대기압의 영향에 의해 미소하게 변형된다. 이 때, 묘화 챔버의 바닥면, 즉 바닥판의 변형에 의해 묘화 챔버 내의 스테이지가 기울고, 하전 입자빔의 조사 위치가 정해진 위치로부터 어긋나면, 묘화 정밀도가 저하되어 버린다. 이 때문에, 묘화 챔버는, 그 내부가 진공 상태로 되어도 큰 변형이 생기지 않도록, 즉 충분한 강성을 갖도록 형성되어 있다.

그러나, 묘화 챔버에 충분한 강성을 갖게 하기 위해서는, 예컨대, 그 바닥판의 두께(판두께)를 두껍게 해야 하여 묘화 챔버는 매우 무거워져 버린다. 특히, 최근의 묘화 정밀도로서는, 허용 범위를 수 μm의 범위로 하는 정밀도가 요구되고 있어, 수십∼수백 μm 정도의 묘화 챔버의 변형도 문제가 되기 때문에, 바닥판의 두께를 보다 두껍게 해야 하여 묘화 챔버의 중량은 증가하는 경향이 있다.

본 발명은, 묘화 정밀도를 유지하면서 경량화를 실현 가능한 하전 입자빔 묘화 장치 및 묘화 챔버를 제공한다.

일 실시형태에 따르면, 하전 입자빔 묘화 장치는, 묘화 대상이 되는 시료를 지지하는 스테이지와, 측벽 및 바닥판을 갖는 상자 형상으로 형성되고, 스테이지를 수용하여 기밀성을 갖는 묘화 챔버를 구비하며, 바닥판은 측벽에 이어져 스테이지를 지지하는 복수의 지지부와, 복수의 지지부에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록 형상의 만곡부를 갖는다.

또 다른 하나의 실시형태에 따르면, 묘화 챔버는 묘화 대상이 되는 시료를 지지하는 스테이지를 수용하여 기밀성을 갖는 케이스를 구비하고, 케이스는 측벽 및 바닥판을 갖는 상자 형상의 상자체를 가지며, 바닥판은 측벽에 이어져 스테이지를 지지하는 복수의 지지부와, 복수의 지지부에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록 형상의 만곡부를 갖는다.

도 1은 제1 실시형태에 관한 것으로 하전 입자빔 묘화 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 것으로 묘화 챔버를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A1-A1선의 단면도이다.
도 4는 도 2의 A2-A2선의 단면도이다.
도 5는 도 2의 묘화 챔버를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 묘화 챔버의 일부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 7은 제2 실시형태에 관한 것으로 하전 입자빔 묘화 장치가 구비하는 묘화 챔버의 개략 구성을 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 도 7의 A3-A3선의 단면도(종단면도)이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

(제1 실시형태)

제1 실시형태에 관해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 하전 입자빔 묘화 장치(1)는, 하전 입자빔에 의한 묘화를 행하는 묘화부(2)와, 그 묘화부(2)를 제어하는 제어부(3)를 구비한다. 이 하전 입자빔 묘화 장치(1)는, 하전 입자빔으로서 예컨대 전자빔을 이용한 가변 성형형의 묘화 장치의 일례이다. 또, 하전 입자빔은 전자빔으로 한정되지 않고, 이온빔 등 다른 하전 입자빔이라도 좋다.

묘화부(2)는, 묘화 대상이 되는 시료(W)를 수용하는 시료실(묘화실)이 되는 묘화 챔버(2a)와, 그 묘화 챔버(2a)에 이어지는 광학 경통(2b)을 갖고 있다. 묘화 챔버(2a)는 기밀성(밀폐성)을 갖고 있고, 감압 챔버(진공 챔버)로서 기능한다. 또한, 광학 경통(2b)은 묘화 챔버(2a)의 상면에 설치되어 있고, 하전 입자 광학계(전자 광학계)에 의해 전자빔을 성형 및 편향하며, 묘화 챔버(2a) 내의 시료(W)에 대하여 조사한다. 이 때, 묘화 챔버(2a) 및 광학 경통(2b)의 양쪽의 내부는 감압되어 진공 상태로 되어 있다.

묘화 챔버(2a) 내에는, 예컨대 마스크나 블랭크 등의 시료(W)를 지지하는 스테이지(11) 및 그 스테이지(11)를 이동시키는 스테이지 이동 기구(12)가 설치되어 있다. 스테이지 이동 기구(12)는, 수평면 내에서 서로 직교하는 X축 방향과 Y축 방향(이하, 단순히 X 방향 및 Y 방향이라 함)에 스테이지(11)를 이동시키는 기구이다.

광학 경통(2b) 내에는, 전자빔(B)을 출사하는 전자총 등의 빔 출사부(21)와, 그 전자빔(B)을 집광하는 조명 렌즈(22)와, 빔 성형용의 제1 애퍼처(23)와, 투영용의 투영 렌즈(24)와, 빔성형용의 성형 편향기(25)와, 빔 성형용의 제2 애퍼처(26)와, 시료(W) 상에 빔 초점을 연결하는 대물 렌즈(27)와, 시료(W)에 대한 빔 샷 위치를 제어하기 위한 부편향기(28) 및 주편향기(29)가 배치되어 있다.

이러한 각부 21∼29가 하전 입자 광학계로서 기능한다.

이 묘화부(2)에서는, 전자빔(B)이 빔 출사부(21)로부터 출사되고, 조명 렌즈(22)에 의해 제1 애퍼처(23)에 조사된다. 이 제1 애퍼처(23)는 예컨대 직사각형상의 개구를 갖고 있다. 이에 따라, 전자빔(B)이 제1 애퍼처(23)를 통과하면, 그 전자빔의 단면 형상은 직사각형으로 성형되고, 투영 렌즈(24)에 의해 제2 애퍼처(26)에 투영된다. 또, 이 투영 위치는 성형 편향기(25)에 의해 편향 가능하고, 투영 위치의 변경에 의해 전자빔(B)의 형상과 치수를 제어할 수 있다. 그 후, 제2 개구(26)를 통과한 전자빔(B)은, 그 초점이 대물 렌즈(27)에 의해 스테이지(11) 상의 시료(W)에 맞추어 조사된다. 이 때, 스테이지(11)상의 시료(W)에 대한 전자빔(B)의 샷 위치는 부편향기(28) 및 주편향기(29)에 의해 편향 가능하다.

제어부(3)는, 묘화 데이터를 기억하는 묘화 데이터 기억부(3a)와, 그 묘화 데이터를 처리하여 샷 데이터를 생성하는 샷 데이터 생성부(3b)와, 묘화부(2)를 제어하는 묘화 제어부(3c)를 구비한다. 또, 샷 데이터 생성부(3b)나 묘화 제어부(3c)는, 전기 회로 등의 하드웨어에 의해 구성되어도 좋고, 또한, 각 기능을 실행하는 프로그램 등의 소프트웨어에 의해 구성되어도 좋으며, 혹은, 이러한 양방의 조합에 의해 구성되어도 좋다.

묘화 데이터 기억부(3a)는, 시료(W)에 패턴을 묘화하기 위한 묘화 데이터를 기억하는 기억부이다. 이 묘화 데이터는, 반도체 집적 회로의 설계자 등에 의해 작성된 설계 데이터(레이아웃 데이터)가 하전 입자빔 묘화 장치(1)에 입력 가능해지도록, 즉 하전 입자빔 묘화 장치(1)용의 포맷으로 변환된 데이터이고, 외부 장치로부터 묘화 데이터 기억부(3a)에 입력되어 보존되어 있다. 또, 묘화 데이터 기억부(3a)로서는, 예컨대, 자기 디스크 장치나 반도체 디스크 장치(플래시메모리) 등을 이용하는 것이 가능하다.

여기서, 전술의 설계 데이터는, 통상, 다수의 미소한 패턴(도형 등)을 포함하고 있고, 그 데이터량은 상당한 대용량으로 되어 있다. 이 설계 데이터가 그대로 다른 포맷으로 변환되면, 변환 후의 데이터량은 더욱 증대하여 버린다. 이 때문에, 묘화 데이터에서는, 데이터의 계층화나 패턴의 어레이 표시 등의 방법에 의해, 데이터량의 압축화가 도모되고 있다. 예컨대, 묘화 데이터는, 칩 계층, 그 칩 계층보다 하위인 프레임 계층, 그 프레임 계층보다 하위인 블록 계층, 그 블록 계층보다 하위인 셀 계층, 그 셀 계층보다 하위인 도형 계층과 같이 계층화되어 있다(계층 구조).

샷 데이터 생성부(3b)는, 묘화 데이터에 의해 규정되는 묘화 패턴을 스트라이프형(단책(短冊)형)의 복수의 스트라이프 영역(길이 방향이 X 방향이며, 짧은 방향이 Y 방향임)으로 분할하고, 또한, 각 스트라이프 영역을 행렬형상의 다수의 서브 영역으로 분할한다. 덧붙여, 샷 데이터 생성부(3b)는, 각 서브 영역 내의 도형의 형상이나 크기, 위치 등을 결정하고, 또한, 도형을 1회의 샷으로 묘화 불가능한 경우에는, 묘화 가능한 복수의 부분 영역으로 분할하여 샷 데이터를 생성한다. 또, 스트라이프 영역의 짧은 방향(Y 방향)의 길이는 전자빔(B)을 주편향으로 편향 가능한 길이로 설정되어 있다.

묘화 제어부(3c)는, 전술의 묘화 패턴을 묘화할 때, 스테이지(11)를 스트라이프 영역의 길이 방향(X 방향)으로 이동시키면서, 전자빔(B)을 주편향기(29)에 의해 각 서브 영역으로 위치 결정하고, 부편향기(28)에 의해 서브 영역의 정해진 위치에 샷하여 도형을 묘화한다. 그 후, 하나의 스트라이프 영역의 묘화가 완료되면, 스테이지(11)를 Y 방향으로 스텝 이동시키고 나서 다음의 스트라이프 영역의 묘화를 행하고, 이것을 반복하여 시료(W)의 묘화 영역의 전체에 전자빔(B)에 의한 묘화를 행한다(묘화 동작의 일례). 또, 묘화 중에는, 스테이지(11)가 한 방향으로 연속적으로 이동하고 있기 때문에, 묘화 원점이 스테이지(11)의 이동에 추종하도록, 주편향기(29)에 의해 서브 영역의 묘화 원점을 트랙킹시키고 있다.

이와 같이 전자빔(B)은, 부편향기(28)와 주편향기(29)에 의해 편향되고, 연속적으로 이동하는 스테이지(11)에 추종하면서, 그 조사 위치가 결정된다. 스테이지(11)의 X 방향의 이동을 연속적으로 행하고, 그 스테이지(11)의 이동에 전자빔(B)의 샷 위치를 추종시킴으로써 묘화 시간을 단축시킬 수 있다. 다만, 본 실시형태에서는, 스테이지(11)의 X 방향의 이동을 연속하여 행하고 있지만, 이것으로 한정되지 않으며, 예컨대, 스테이지(11)를 정지시킨 상태로 하나의 서브 영역의 묘화를 행하고, 다음 서브 영역에 이동할 때에는 묘화를 행하지 않는 스텝 앤 리피트 방식의 묘화 방법을 이용해도 좋다.

다음으로, 전술의 묘화 챔버(2a)에 관해서 도 2 내지 도 5를 참조하여 자세히 설명한다.

도 2 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 묘화 챔버(2a)는, 본체가 되는 케이스(31)와, 그 케이스(31)를 지지하는 복수의 레그부(32)를 구비한다. 케이스(31)는, 상부 개구의 상자 형상의 상자체(31a)와, 그 상자체(31a)의 개구를 막는 덮개체(31b)로 구성되어 있다.

덮개체(31b)는, 광학 경통(2b)(도 2 중의 일점 쇄선 참조)이 끼워지는 원형상의 개구부(H1)를 갖고 있고, 이 개구부(H1)는 덮개체(31b)의 대략 중앙에 형성되어 있다. 광학 경통(2b)은 그 개구부(H1)에 O링 등의 밀봉 부재(도시하지 않음)를 통해 고정되고, 그 내부는 묘화 챔버(2a) 내에 이어져 있다.

상자체(31a)는, 외주의 벽이 되는 측벽(외주벽)(41)과, 그 측벽(41)의 내부공간에 스테이지(11) 및 스테이지 이동 기구(12)를 지지하는 바닥판(42)으로 구성되어 있다(도 3 내지 도 5 참조). 이 상자체(31a) 상에 덮개체(31b)가 고정되고, 상자체(31a)는 덮개체(31b)와 함께 케이스(31)를 구성하고 있다.

바닥판(42)은, 스테이지(11) 및 스테이지 이동 기구(12)를 지지하는 복수의 지지부(42a)와, 외부를 향하여 만곡하여 돌출하는 볼록 형상의 만곡부(42b)를 갖고 있다(도 3 내지 도 5 참조). 또, 각 지지부(42a) 및 만곡부(42b)는 상자체(31a)의 측벽(41)과 일체로 형성되어 있다.

각 지지부(42a)는 상자체(31a)의 측벽(41)에 이어져 있고, 상자체(31a)의 네 모서리, 즉 바닥판(42)의 네 모서리에 개별로 배치되어 있으며, 바닥판(42)의 일부를 형성하고 있다. 이러한 지지부(42a)의 상면인 각 설치면(스테이지 부착면)에는, 스테이지 이동 기구(12)의 네 개의 레그부(11a)가 각각 설치되고, 스테이지 이동 기구(12)는 각 지지부(42a) 상에 설치되어 있으며, 스테이지(11)와 함께 각 지지부(42a)에 의해 지지되어 있다. 또, 각 지지부(42a)의 개개의 두께는 동일하고 균일하게 되어 있지만, 이것으로 한정되지는 않는다.

만곡부(42b)는, 각 지지부(42a) 및 측벽(41)에 이어지고, 바닥판(42)의 중앙에 위치하고 있으며, 각 지지부(42a)와 함께 바닥판(42)을 형성하고 있다. 만곡부(42b)는, 케이스(31)의 외부, 즉 케이스(31)의 내부의 스테이지(11)측과 역방향을 향하여 만곡하는 컵 형상(중공의 반구 형상)으로 형성되어 있다. 이 만곡부(42b)는 각 지지부(42a)의 각각의 설치면에 연속하는 만곡면을 갖고 있다. 이 만곡면의 반대면이 되는 외면도 동일하게 만곡하는 만곡면으로 되어 있고, 만곡부(42b)의 두께는 균일하게 되어 있지만, 이것으로 한정되지는 않는다.

또, 만곡부(42b)의 두께는 지지부(42a)의 두께보다 얇아져 있고, 또한, 만곡부(42b)의 평면에서 본 개구 직경은, 상자체(31a)에서의 대향하는 측벽면의 이격 거리와 동일하게 되어 있다. 또한, 만곡부(42b)의 만곡도(곡률)는, 그 만곡부(42b)의 두께와 케이스(31)의 측벽(41)의 두께로부터 각 지지부(42a)가 변형되지 않도록 결정되어 있다.

여기서, 예컨대, 케이스(31)의 치수는, 높이를 a(예컨대, 600 mm)로 하면, 가로와 세로는 2a(예컨대, 1200 mm) 정도가 된다. 또한, 지지부(42a)의 두께를 b(예컨대, 100 mm)로 하면, 만곡부(42b)의 두께는 b/5부터 b/3의 범위 이내(예컨대, 20 mm∼100/3 mm)가 된다. 또, 만곡부(42b)의 높이는, 전술의 만곡도로부터 정해지는 값이다.

전술과 같은 구성의 묘화 챔버(2a)의 감압 상태(진공 상태)에 관해서 도 6을 참조하여 자세히 설명한다. 또, 도 6에서는, 실선이 감압 상태인 묘화 챔버(2a)를 나타내고 있고, 이점 쇄선이 미감압 상태(원래의 형상)인 묘화 챔버(2a)를 나타내고 있다.

묘화 챔버(2a) 및 광학 경통(2b) 내는 묘화 개시 전에 정해진 진공도까지 감압된다. 이에 따라, 묘화 챔버(2a) 및 광학 경통(2b)의 양방의 내부는 진공 상태가 된다. 이 때, 묘화 챔버(2a)는 대기압에 의해 변형되게 되지만, 예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 묘화 챔버(2a)는 내부를 향하여 변형되는 일이 있다.

여기서, 측벽(41)의 변형은, 그 측벽(41)의 강성에 의해 정해지는 것이다. 덮개체(31b) 및 바닥판(42)이 챔버 내측(내부)으로 누르는 힘에 의해서, 측벽(41)은 챔버 외측(외부)으로 휘려고 하지만, 한편으로, 측벽(41)에 가해지는 대기압에 의해, 측벽(41)은 챔버 내측으로 휘려고 한다. 따라서, 측벽(41)의 변형은, 전술의 2개의 힘이 서로 싸우는 부분이 된다. 이 때문에, 측벽(41)의 강성에 따라, 측벽(41)은 챔버 외측이나 챔버 내측으로 변형되거나, 혹은, 그 측벽(41)의 휨이 물결치거나 한다(예컨대, 측벽(41)의 상하면 근방은 챔버 외측으로 휘고, 측벽(41)의 중앙부는 챔버 내측으로 휘거나 함).

구체예로서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 묘화 챔버(2a)의 케이스(31)의 덮개체(31b)가 내부를 향하여, 또한, 상자체(31a)의 측벽(41)이 외부를 향하여 휘도록 미소하게(예컨대, 수십∼수백 μm 정도) 변형하고, 또, 상자체(31a)의 바닥판(42)의 만곡부(42b)가 내부를 향하여 휘도록 미소하게(예컨대, 수십∼수백 μm 정도) 변형하는 것이 있다. 또, 묘화 챔버(2a) 및 광학 경통(2b)의 진공 상태가 해제되면, 묘화 챔버(2a)는 원래의 형상으로 되돌아간다.

이와 같이, 대기압에 의해 덮개체(31b)가 내부(챔버 내측)를 향하여 및 상자체(31a)의 측벽(41)이 외부(챔버 외측)를 항하여 변형하고, 또, 바닥판(42)의 만곡부(42b)도 내부를 향하여 변형하지만, 이 때, 각 지지부(42a)는 대략 변형하지 않는다. 이것은, 만곡부(42b)의 변형에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘과, 측벽(41)의 변형에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘이 상쇄(차감)되고, 각 지지부(42a)의 변형이 억지되기 때문이다.

또, 측벽(41)은, 대기압이나 덮개체(31b)의 변형 등에 의한 힘을 각 지지부(42a)에 전달하는 전달부로서 기능한다. 이 때의 측벽(41)의 변형은, 지지부(42a)의 설치면(스테이지 부착면)의 변형에 영향을 주지만, 그 설치면이 경사지지 않도록 지지부(42a)에 작용하게 된다.

예컨대, 도 6에 나타낸 바와 같이, 바닥판(42)은 대기압(C1)을 받아 챔버 내측으로 움푹 들어가고, 측벽(41)은 상하면으로부터의 힘과 대기압(C1)을 받아 챔버 외측으로 팽창되는 것 같은 변형을 일으키지만(상하면의 강성<측면의 강성인 경우), 이 때, 바닥판(42)에 만곡부(42b)가 존재하지 않는 경우에는, 지지부(42a), 즉 그 설치면(스테이지 부착면)은 경사지게 된다.

한편, 바닥판(42)에 만곡부(42b)가 존재하면, 만곡부(42b)가 대기압(C1)에 의해 챔버 내측으로 변형할 때에, 만곡부(42b)를 챔버 외주 방향으로 억지로 넓히려는 힘(C2)이 지지부(42a)에 작용하여, 지지부(42a)의 설치면(스테이지 부착면)의 경사를 원래대로 되돌리려고 한다. 즉, 만곡부(42b)의 곡면 구조는, 그러한 대기나 진공에 의해 생기는 변형을 서로 없애도록 형성되어 있다.

여기서, 예컨대, 만곡부(42b)의 곡률이 큰 경우에는, 만곡부(42b)가 챔버 외주 방향으로 억지로 넓히려는 힘(C2)은 작아지지만, 그 힘(C2)을 계속 지속시키는 변위량은 크다. 한편, 만곡부(42b)의 곡률이 작은 경우에는, 만곡부(42b)가 챔버 외주 방향으로 억지로 넓히려는 힘(C2)은 커지지만, 그 힘(C2)을 계속 지속시키는 변위량은 미소해진다. 이 때문에, 적당(적절)한 곡률을 둠으로써, 지지부(42a)의 설치면(스테이지 부착면)의 변형을 극소로 억제할 수 있다.

이와 같이, 바닥판(42)에 곡면 구조를 적용함으로써, 스테이지(11) 및 스테이지 이동 기구(12)를 지지하는 각 지지부(42a)의 변형이 억제되고, 이러한 상면 인 설치면이 기우는 것이 억지된다. 이 때문에, 대기압에 의한 묘화 챔버(2a)의 변형, 즉 바닥판(42)의 변형에 의해 스테이지(11)가 기우는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 묘화 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 하여, 묘화 챔버(2a)에 충분한 강성을 갖게 하기 위해서 그 바닥판(42)의 두께(판두께)를 두껍게 하지 않아도, 묘화 정밀도를 유지하는 것이 가능해지기 때문에, 묘화 정밀도를 유지하면서 묘화 챔버(2a)를 경량화할 수 있다.

또, 대기압은 고기압이나 저기압의 통과(날씨의 변화)에 따라서 변동하기 때문에, 이 대기압 변동에 의해 묘화 챔버(2a)의 변형량, 즉 측벽(41)의 변형량에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘이 변하지만, 그것과 동일하게 만곡부(42b)의 변형량도 변하기 때문에, 만곡부(42b)의 변형에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘과, 측벽(41)의 변형(전술의 힘의 전달)에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘이 바람직하게 없어지고, 각 지지부(42a)의 변형이 억지된다. 이 때문에, 가령 대기압이 변동해도 스테이지(11) 및 스테이지 이동 기구(12)를 지지하는 각 지지부(42a)가 변형하지 않기 때문에, 대기압 변동에 기인하여 스테이지(11)가 기우는 것을 억제할 수 있게 되기 때문에, 대기압 변동에 의한 묘화 정밀도의 저하를 억지할 수 있다.

여기서, 바닥판(42)의 평면 구조와 곡면 구조를 비교한다. 바닥판(42)의 평면 구조의 판두께로서, 곡면 구조와 동일한 강성을 얻기 위한 판두께(평면 구조의 판두께>곡면 구조의 판두께)를 채용하고, 평면 구조와 곡면 구조의 각각의 묘화 챔버의 중량을 비교했다. 곡면 구조의 중량은 평면 구조의 중량에 비교해서 2분의 1정도가 되었다. 따라서, 바닥판(42)에 곡면 구조를 적용함으로써, 묘화 챔버를 경량화하는 것이 가능한 것이 확인되었다.

또한, 바닥판(42)의 평면 구조의 판두께로서, 곡면 구조에 있어서의 지지부(42a)(만곡부(42b)를 제외함)와 동일한 판두께(평면 구조의 판두께=곡면 구조의 판두께)를 채용하고, 평면 구조와 곡면 구조의 각각의 지지부(42a)의 설치면에서의 Z 방향(설치면에 직교하는 방향)의 변위, 즉 수직 변위를 비교했다. 곡면 구조의 수직 변위, 예컨대 최대치-최소치는 평면 구조의 수직 변위에 비교해서 4분의 1정도(예컨대, 1 μm 정도)로 되었다. 따라서, 바닥판(42)에 곡면 구조를 적용함으로써, 수직 변위를 억제하는 것이 가능한 것도 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태에 따르면, 케이스(31)의 측벽(41)에 이어져 스테이지(11) 및 스테이지 이동 기구(12)를 지지하는 복수의 지지부(42a)와, 이들의 지지부(42a)에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록 형상의 만곡부(42b)를 바닥판(42)에 설치함에 따라, 만곡부(42b)의 변형에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘과, 측벽(41)의 변형에 의해 지지부(42a)에 가해지는 힘이 상쇄되고, 각 지지부(42a)의 변형이 억지된다. 이와 같이, 각 지지부(42a)가 변형하는 것을 억제하고, 이들의 상면인 설치면이 기우는 것을 억지하는 것이 가능해지기 때문에, 대기압에 의한 묘화 챔버(2a)의 변형에 의해서 스테이지(11)가 기우는 것을 억지하고, 묘화 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 묘화 챔버(2a)에 충분한 강성을 갖게 하기 위해서 바닥판(42)의 두께(판두께)를 두껍게 하지 않아도, 묘화 정밀도를 유지하는 것이 가능해지기 때문에, 묘화 정밀도를 유지하면서 묘화 챔버(2a)를 경량화할 수 있다.

또한, 만곡부(42b)의 두께를 지지부(42a)의 두께보다 얇게 함으로써, 묘화 정밀도를 유지하면서, 또한 묘화 챔버(2a)의 경량화를 촉진할 수 있다. 이에 더하여, 각 지지부(42a) 및 만곡부(42b)를 측벽(41)과 일체로 형성함으로써, 다른 부재를 서로 연결시키는 경우에 비교하여, 전술의 힘의 상쇄가 적합하게 행해지기 때문에, 각 지지부(42a)의 변형을 확실하게 억제하는 것이 가능해져, 묘화 정밀도를 보다 확실하게 유지할 수 있다. 또한, 설계나 시뮬레이션 등을 용이하게 행하는 것이 가능해져, 전술의 힘의 상쇄를 정확히 실현할 수 있다.

(제2 실시형태)

제2 실시형태에 관해서 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다. 또, 제2 실시형태에서는, 제1 실시형태와의 상이점(스테이지 이동 기구, 스테이지 위치 측정부 및 묘화 챔버)에 관해서 설명하고, 그 밖의 설명은 생략한다. 또, 동일 부분은 동일 부호로 한다.

도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 묘화 챔버(2a) 내에는, 스테이지(11)에 더하여, 그 스테이지(11)를 이동시키는 스테이지 이동 기구(12), 또한 스테이지(11)의 위치를 측정하는 스테이지 위치 측정부(13)가 설치되어 있다.

스테이지 이동 기구(12)는, 스테이지(11)를 Y 방향(도 7 참조)으로 이동시키는 Y 방향 이동 기구(12a)와, 그 Y 방향 이동 기구(12a)를 X 방향(도 7 참조)에 이동시키는 한 쌍의 X 방향 이동 기구(12b 및 12c)를 구비한다.

Y 방향 이동 기구(12a)는 스테이지(11)를 지지하고, 그 스테이지(11)를 Y 방향으로 안내하여 이동시키는 기구이다. 또한, 한 쌍의 X 방향 이동 기구(12b 및 12c)은, Y 방향 이동 기구(12a)를 지지하고, 그 Y 방향 이동 기구(12a)를 스테이지(11)와 함께 X 방향으로 안내하여 이동시키는 기구이다. 이러한 이동 기구(12a∼12c)로서는, 예컨대, 리니어 모터를 구동원으로 하는 리니어 모터식의 이동 기구나 서보 모터를 구동원으로 하는 리드 스크류(lead screw)식의 이동 기구 등 각종 이동 기구를 이용하는 것이 가능하다.

스테이지 위치 측정부(13)는, 스테이지(11)의 하면에 설치된 이차원 스케일(13a)과, 그 이차원 스케일(13a)의 눈금을 검출하는 검출부로서 기능하는 인코더 헤드(13b)를 구비한다. 이 스테이지 위치 측정부(13)는, 스테이지(11)의 하면에 설치된 이차원 스케일(13a)의 눈금을 인코더 헤드(13b)에 의해 검출하고, 스테이지(11)의 위치를 측정한다.

이차원 스케일(13a)은, X 방향 및 Y 방향의 격자형상의 눈금(예컨대, 그레이팅)을 갖고 있다. 눈금은, 인코더 헤드(13b)에 의해 검출 가능하게 형성되고, X 방향 및 Y 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 이 이차원 스케일(13a)로서는, 각종의 이차원 스케일을 이용하는 것이 가능하다. 또, 이차원 스케일(13a)은, 적어도 2방향(예컨대, X 방향 및 Y 방향)에 눈금을 갖는 스케일이다.

인코더 헤드(13b)는, 이차원 스케일(13a)에 대하여 레이저광을 투광하고, 그 이차원 스케일(13a)에 의해 반사된 레이저광을 수광하는 반사형의 레이저 센서이다. 이 인코더 헤드(13b)는, 이차원 스케일(13a)의 눈금을 카운트함에 따라 측정을 행한다. 인코더 헤드(13b)로서는, 반사형의 레이저 센서 이외에도, 이차원 스케일(13a)에 대응시켜, 그 눈금을 검출 가능한 각종 인코더 헤드를 이용하는 것이 가능하다. 또, 인코더 헤드(13b)의 갯수는 특별히 한정되지는 않고, 예컨대, 2개 혹은 3개 이상 설치하는 것이 바람직하다. 인코더 헤드(13b)를 3개 이상 설치한 경우에는, X 방향이나 Y 방향에 더하여, 회전(요잉)의 방향을 검출하는 것이 가능해진다.

이 인코더 헤드(13b)는, 스테이지(11)의 하면에 위치하는 이차원 스케일(13a)의 눈금을 검출 가능하게 스테이지(11)의 아래쪽에 위치되고, 지지체(51)에 의해 지지되어 있다. 이 지지체(51)는, 관통 구멍(H2)을 갖는 지지판(51a)과, 그 관통 구멍(H2) 내에 인코더 헤드(13b)를 위치시켜 지지하는 지지판(51b)으로 구성되어 있다.

지지판(51a)은, 장방형 등의 직사각형상으로 형성되어 있고, 바닥판(42)의 만곡부(42b)를 걸쳐 덮도록 그 바닥판(42)의 각 지지부(42a)의 상면에 설치되고, 볼트 등의 복수의 고정 부재(52)에 의해 고정되어 있다. 이러한 고정 부재(52)의 부착이나 제거에 의해서 지지판(51a)은 착탈 가능하게 되어 있다.

지지판(51b)은, 인코더 헤드(13b)를 지지하고 있고, 그 인코더 헤드(13b)가 지지판(51a)의 관통 구멍(H2) 내에 위치되도록 지지판(51a)의 하면에 설치되며, 볼트 등의 복수의 고정 부재(53)에 의해서 고정되어 있다. 이러한 고정 부재(53)의 부착이나 제거에 의해서 지지판(51b)은 착탈 가능하게 되어 있다.

또한, 인코더 헤드(13b)의 아래쪽에 위치하는 만곡부(42b)에는, 관통 구멍인 개구부(H3)가 형성되어 있고, 이 개구부(H3)는 덮개체(61)에 의해 막혀 있다. 개구부(H3)는, 그 중심이 만곡부(42b)의 중앙에 위치되어 설치되어 있고, 만곡부(42b)의 중앙을 중심(대칭 중심)으로 하여 평면에서 보아 대칭이 되는 형상(예컨대, 원형상이나 정방형상 등)으로 형성되어 있다.

덮개체(61)는, 판형상으로 형성되어 있고, 묘화 챔버(2a)의 하면에 O링 등의 밀봉 부재(도시하지 않음)를 통해 설치되며, 볼트 등의 복수의 고정 부재(62)에 의해 고정되어 있다. 이 덮개체(61)는, 각 고정 부재(62)의 부착이나 제거에 의해 착탈 가능하게 되어 있고, 개구부(H3)를 개폐하는 것이 가능한 구조로 형성되어 있다.

여기서, 묘화 챔버(2a)가 감압 상태(진공 상태)인 경우에는, 제1 실시형태와 동일하게, 바닥판(42)의 만곡부(42b)는 대기압에 의해서, 예컨대 챔버 내측으로 변형되지만, 그 때, 만곡부(42b)를 챔버 외주 방향으로 억지로 넓히려는 힘이 각 지지부(42a)에 작용하고, 이러한 지지부(42a)의 각 지지면의 경사(대기압에 의한 경사)를 원래대로 되돌리려고 한다. 즉, 만곡부(42b)의 곡면 구조에 의해서, 만곡부(42b)를 억지로 넓히려는 힘에 의해 생기는 각 지지부(42a)의 변형과 대기압에 의해 생기는 각 지지부(42a)의 변형을 상쇄하는 것이 가능해진다.

이 때문에, 바닥판(42)에 곡면 구조를 적용함으로써, 각 지지부(42a)의 변형을 억제하고, 이들의 상면인 지지면이 기우는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 대기압에 의한 묘화 챔버(2a)의 변형, 즉 바닥판(42)의 변형에 의해 스테이지(11)가 기우는 것을 억제하는 것이 가능해지고, 묘화 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스테이지(11)에 더하여, 각 지지부(42a) 상의 지지체(51)도 기우는 일은 없기 때문에, 인코더 헤드(13b)의 위치가 이차원 스케일(13a)에 대하여 변동하는 일이 없고, 인코더 헤드(13b)의 계측에 오차가 생기는 것을 방지할 수 있다.

또, 덮개체(61)나 지지판(51b)은, 인코더 헤드(13b)의 교환 등의 메인터넌스시에 메인터넌스 작업자에 의해서 제거되고, 그 지지판(51b) 상의 인코더 헤드(13b)의 메인터넌스가 행해진다. 예컨대, 묘화 챔버(2a)의 위쪽으로부터 인코더 헤드(13b)를 메인터넌스하는 경우에는, 스테이지(11)나 스테이지 이동 기구(12)가 방해가 되지만, 묘화 챔버(2a)의 하면에 덮개체(61)를 설치하고, 그리고, 그 덮개체(61)의 위쪽에 위치하는 지지판(51b) 상에 인코더 헤드(13b)를 설치함에 따라, 인코더 헤드(13b)를 덮개체(61)나 지지판(51b)과 함께 제거하고, 그 인코더 헤드(13b)를 용이하게 메인터넌스하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제2 실시형태에 따르면, 전술의 제1 실시형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하고, 묘화 정밀도를 유지하면서 경량화를 실현할 수 있다. 또한, 인코더 헤드(13b)의 위치가 이차원 스케일(13a)에 대하여 변동하는 것을 억제하고, 인코더 헤드(13b)의 계측 오차를 억지하는 것이 가능해지기 때문에, 스테이지 위치의 측정 정밀도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 덮개체(61)를 제거하고 나서 지지판(51b)과 함께 인코더 헤드(13b)를 제거하고, 그 인코더 헤드(13b)를 용이하게 메인터넌스하는 것이 가능해지기 때문에, 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.

(다른 실시형태)

전술의 제1 또는 제2 실시형태에 있어서는, 복수의 지지부(42a) 및 만곡부(42b)를 이용하여 바닥판(42)을 구성하고 있지만, 이것으로 한정되지는 않고, 만곡부(42b)의 직경을 바닥판(42)의 세로 및 가로의 길이보다 짧게 하고, 복수의 지지부(42a)를 갖는 하나의 지지체를 만곡부(42b)와 함께 이용하여 바닥판(42)을 구성하도록 해도 좋다. 또한, 각 지지부(42a)는 스테이지 이동 기구(12)를 통해 스테이지(11)를 지지하고 있지만, 이것으로 한정되지는 않고, 스테이지 이동 기구(12) 이외의 기구 또는 부재 등을 통해 스테이지(11)를 지지하도록 해도 좋고, 또한, 스테이지 이동 기구(12)를 제거하여 스테이지(11)를 직접 지지하도록 해도 좋다.

또한, 전술의 제2 실시형태에 있어서는, 지지체(51)로서는, 지지판(51a) 및 지지판(51b)을 이용하여, 지지판(51a)에 의해 만곡부(42b)를 걸쳐 덮도록 지지판(51a)을 설치하고 있지만, 이것으로 한정되지는 않고, 예컨대, 지지판을 대들보와 같이 조합하여 만곡부(42b)를 걸치도록 설치하도록 해도 좋다. 또, 지지체(51)로서는, 판형상의 지지판(51a 및 51b)을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되지는 않고, 예컨대, 판형상 이외의 지지 부재를 이용해도 좋다.

본 발명의 몇 개의 실시형태를 설명했지만, 이러한 실시형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규인 실시형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 묘화 대상이 되는 시료를 지지하는 스테이지와,
   측벽 및 바닥판을 갖는 상자 형상으로 형성되고, 상기 스테이지를 수용하여 기밀성을 갖는 묘화 챔버를 구비하며,
   상기 바닥판은,
   상기 측벽에 이어져 상기 스테이지를 지지하는 복수의 지지부와,
   상기 복수의 지지부에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록 형상의 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 만곡부의 만곡도는, 상기 측벽의 두께 및 상기 만곡부의 두께로부터 상기 복수의 지지부가 변형하지 않도록 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 만곡부의 두께는, 상기 복수의 지지부의 개개의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 만곡부는, 그 만곡부의 중앙을 중심으로 하여 평면에서 보아 대칭이 되는 형상의 관통 구멍을 갖고 있고,
   상기 관통 구멍을 막는 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자빔 묘화 장치.
5. 묘화 대상이 되는 시료를 지지하는 스테이지를 수용하여 기밀성을 갖는 케이스를 구비하고,
   상기 케이스는 측벽 및 바닥판을 갖는 상자 형상으로 형성되어 있으며,
   상기 바닥판은 상기 측벽에 이어져 상기 스테이지를 지지하는 복수의 지지부와, 상기 복수의 지지부에 이어져 외부를 향하여 만곡하는 볼록 형상의 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 묘화 챔버.

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