JP3205663B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置

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JP3205663B2 JP14731294A JP14731294A JP3205663B2 JP 3205663 B2 JP3205663 B2 JP 3205663B2 JP 14731294 A JP14731294 A JP 14731294A JP 14731294 A JP14731294 A JP 14731294A JP 3205663 B2 JP3205663 B2 JP 3205663B2
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誠 玉井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム描画装置な
どの荷電粒子ビーム装置に関し、特に、高真空下や特定
ガス雰囲気下で試料の移動を円滑に行うことができる荷
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などでは、試料を真
空に排気された試料室に配置された移動ステージ上に載
せ、ステージを移動させながら試料に対して電子ビーム
により所望の描画を実行している。この試料周辺の真空
度は、試料が汚染しないように高真空(低圧力)とする
ことが望ましい。また、時として試料を特定ガス雰囲気
中で描画などの処理を行うが、この場合も試料室内を高
真空に排気した後、試料室中に特定ガスを入れるように
している。
【0003】この試料室内には、ステージを水平方向に
移動させる移動機構が配置されている。例えば、この駆
動機構としては、ステージをレール上に載せ、このステ
ージを試料室の外部に設けられたモータにより回転する
送りネジによって移動させるようにする機構が用いられ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に高真空下でのス
テージ系の十分な稼働には困難さがあり、特に、高真空
下で高速に連続してステージを移動させる運転条件を満
足させることは難しい。また、試料室内を特定ガスの環
境にした場合、ガスの性質によってはそのガスとステー
ジの移動部と固定部との間に設けられる潤滑剤や、ある
いは、ステージの各構成部材とが反応し、凝着などが生
じる。このため相対運動部、特にボールベアリングなど
の滑り運動部を有するステージ系の高い移動精度を維持
することは困難となる。
【0005】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、高真空や特定ガス雰囲気下に試料
を配置しても高い移動精度で試料ステージを移動させる
ことができる荷電粒子ビーム装置を実現するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム装置は、荷電粒子ビームが照射される試料を載せ
るステージと、ステージを水平方向に移動させるための
移動機構と、試料が入れられる第1のチャンバーと、移
動機構が入れられる第2のチャンバーと、第1のチャン
バー内を排気する第1の排気系と、第2のチャンバー内
を排気する第2の排気系と、第1と第2のチャンバーと
の間に配置され、移動機構によって移動するステージの
一部が貫通する開口を有した隔壁と、開口の周辺部にお
いて隔壁と対向して配置され、ステージと共に移動する
平面板とを有しており、隔壁と平面板との間には第1の
チャンバー内と第2のチャンバー内とを連通する小さな
排気コンダクタンスの間隙が設けられていることを特徴
としている。
【0007】
【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置は、試料が
入れられる第1のチャンバーと、移動機構が入れられる
第2のチャンバーとの間を小さな排気コンダクタンスの
間隙のみで連通し、差動排気によって第1のチャンバー
内を比較的高い真空度に維持し、第2のチャンバー内を
比較的低い真空度に維持する。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明の一実施例の要部を示す図、
図2は図1の部分拡大図である。これらの図において、
1は内部がメインチャンバMcとなるメインチャンバ壁
であり、その内部の底部にはベース部材2が配置されて
いる。ベース部材2の上部にはガイド3を介して移動ス
テージ4が取り付けられている。このステージ4は複数
の部材から形成され、下部に位置する部材には雌ネジが
切られており、そこに送りネジ5が螺合されているが、
送りネジ5はメインチャンバMcの外部のモータ(図示
せず)に連結している。この送りネジ5をモータによっ
て回転させることにより、ステージ4はベース部材2上
のガイド3に沿って移動することになる。なお、図1で
は説明の簡便さのために、紙面に垂直な方向(X方向)
にステージ4を移動させる機構のみ図示したが、実際に
は紙面の左右方向(Y方向)にステージ4を移動させる
機構が付加される。このY方向の移動を実現するには、
例えばベース部材2をY方向に移動させるように、ベー
ス部材2とメインチャンバ壁1との間に、前述のX方向
の駆動機構と同様な機構を設ければよい。
【0009】メインチャンバMcの上部にはサブチャン
バScを形成するサブチャンバ壁6が設けられている。
サブチャンバ壁6の下端部分には、平板状のフランジ7
が設けられている。このフランジ7の中心には比較的大
きな開口8が穿たれており、この開口8を貫通してステ
ージ4がサブチャンバSc内に配置される。ステージ4
には、リング状の平板部材9がフランジ7の下面と対向
して設けられている。固定のフランジ7と移動する平板
部材9との間隔は極めて微小に設定されており、この間
隙によりフランジ7と平板部材9との間にはリング状の
オリフィスOが形成されている(図では間隙を強調して
いる)。ステージ4の上面には被描画試料10が載せら
れた試料ホルダーHが設けられている。
【0010】サブチャンバScを形成するサブチャンバ
壁6の上部には電子ビームカラム11が真空接手20を
介して接続されている。図1では電子ビームカラム11
の内部が一部図示されているが、電子ビームカラム11
内には、図示されていないが電子銃,コンデンサレン
ズ,対物レンズなどが設けられている。電子ビームカラ
ム11の中心部には電子ビームの通路を形成するチュー
ブ12が設けられており、このチューブ12の底部には
電子ビームが通過する微小な開口を有したオリフィス1
3が取り付けられている。
【0011】メインチャンバMc内部はメインチャンバ
壁1に設けられた排気口14を介して排気系(図示せ
ず)により真空に排気される。また、サブチャンバSc
内部は、排気管15を介して排気系(図示せず)に接続
されており、サブチャンバSc内部は適宜に高真空に排
気される。電子ビームカラム11内の電子ビームの通路
を形成するチューブ12内部は排気管16を介して電子
ビームカラム用の排気系(図示せず)に接続されてい
る。なお、サブチャンバScには試料交換のための管1
7が接続されている。管17は図示していないが、仕切
弁を介して試料交換室に繋がっている。このような構成
の動作を次に説明する。
【0012】被描画試料10に対する描画は、電子ビー
ムカラム11内の電子銃から電子ビームを発生させ、こ
の電子ビームをコンデンサレンズや対物レンズによって
細く集束させ、試料10上に照射する。更に、カラム1
1内に設けられた偏向コイルにより描画パターンに応じ
て電子ビームの偏向を行う。また、この被描画試料10
への所望パターンの描画は、例えば送りネジ5を図示し
ていないモータによって回転させ、ステージ4を精密に
移動させながら行う。
【0013】上記描画動作は、電子ビームカラム11
内、メインチャンバMc内、サブチャンバSc内を真空
排気した後に行う。カラム11と両チャンバMc,Sc
内はそれぞれ独立して排気されるが、電子ビームカラム
11内とサブチャンバScとの間にはオリフィス13が
設けられており、この両部屋との間の排気コンダクタン
スは著しく低くされている。また、サブチャンバScと
メインチャンバMcとの間はフランジ7と平板部材9と
の間のリング状のオリフィスOによって通じているが、
オリフィスOのコンダンクタンスは著しく低くされてい
る。この結果、サブチャンバSc内が高い真空度に排気
される。そして、メインチャンバMc内は比較的低い真
空度に維持される。
【0014】ここで図3に図1及び図2の構成の模式図
を示す。図3に示すように、リング状のオリフィスOの
コンダクタンスをC1、オリフィス13のコンダクタン
スをCとし、メインチャンバMcの排気速度をS1
メインチャンバMcの到達圧力をP1、電子ビームカラ
ム11の排気速度をS2、電子ビームカラム11の到達
圧力をP2、サブチャンバScの排気速度をS0、サブチ
ャンバScの到達圧力をP0、サブチャンバSc内の放
出ガス量をqとする。
【0015】この結果、電子ビームカラム11からサブ
チャンバScに、リング状のオリフィスOを通って流入
するガス量はP1・C1、となる。また、メインチャンバ
McからサブチャンバScに、リング状のオリフィスO
を通って流入するガス量はP 2・C2となる。従って、サ
ブチャンバSc内の到達圧力P0は次のように表すこと
ができる。
【0016】P0=(P1・C1+P2・C2+q)/S0 例えば、 P1=2×10−7(Torr) P2=1×10−7(Torr) C1=2×10−1(l/s) C2=1×10−1(l/s) q=1×10−7(Torr l/s) S0=1.5×102(l/s) とすれば、サブチャンバSc内の到達圧力P0は次のよ
うになる。
【0017】P0=(4×10−8+1×10−8+1×
10−7)/(1.5×102)=(1.5×10−7
/(1.5×102)=1×10−9(Torr) 上記メインチャンバMc内の到達圧力P1=2×10−7
(Torr)は、従来の真空用潤滑剤をステージ系に使
用して十分性能を維持できる圧力である。また、サブチ
ャンバSc内の到達圧力P0=1×10−9(Torr)
は、試料の汚れを防止し、精密な描画を行うに十分な圧
力である。
【0018】ところで、サブチャンバScの到達圧力P
0を十分低くするためには、放出ガス量qを小さくする
ことが重要であることは明白である。前記した具体的な
条件において、放出ガス量を2.5×10−8(Tor
r l/s)にできれば、サブチャンバSc内の到達圧
力P0は次の通りとなる。
【0019】P0=(4×10−8+1×10−8+2.
5×10−8)/(1.5×102)=(7.5×10
−8)/(1.5×102)=5×10−10(Torr) 放出ガス量qを低下させるためには、ベーキングが必要
となる。各構成部品をベーキング後組み立て、全体をベ
ーキングするとき、いくつかの制限がある。まず第1
に、ステージ系に設けられたレーザ測長用ミラー部(図
示せず)の温度上昇を制限しなくてはならない。ミラー
固定が接着の場合は数十度であり、また、ステージ系の
相対運動部の制限がある。第2にベーキング時間は一般
に長時間に渡り、近接部分には絶えず熱が流入する。従
って、この熱を取り去る方法が必要になる。
【0020】そのため、ステージ4のサブチャンバSc
に接した部分(ベーキングされる部分)と、メインチャ
ンバMc内の部分(加熱が好ましくない部分)とを熱的
に絶縁し、メインチャンバMc内の部分を冷却すること
は有効である。その結果、ステージ4のメインチャンバ
Mc内の部分に設けられたレーザ測長系のミラー部など
は、高い温度に加熱されて精度が低下することは防止さ
れる。
【0021】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、描画装置を例に
して説明したが、走査電子顕微鏡など真空中で試料を移
動させる機構を有した他の荷電粒子ビーム装置にも本発
明を適用することができる。また、サブチャンバ内を高
真空に排気する例を説明したが、サブチャンバ内を高真
空に排気した後、特定のガスを入れる場合にも本発明を
適用することができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく荷
電粒子ビーム装置は、試料が入れられる第1のチャンバ
ーと、移動機構が入れられる第2のチャンバーとの間を
小さな排気コンダクタンスの間隙のみで連通し、差動排
気によって第1のチャンバー内を比較的高い真空度に維
持し、第2のチャンバー内を比較的低い真空度に維持す
るように構成した。その結果、ステージ系の滑り駆動部
と試料周辺部を実質的に真空的に切り離すことができ、
ステージ系駆動に十分な潤滑を確保できる一方、試料周
辺を高真空状態とすることができる。このため、高真空
対応のステージを開発する必要がなくなる。
【0023】また、サブチャンバと電子ビームカラムと
の間にオリフィスを設け、このオリフィスの電子銃側に
排気系を設けたので、サブチャンバを高真空に排気しや
すく、また、サブチャンバにガスを入れた場合でも、電
子銃への影響を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である電子ビーム描画装置を
示す図である。
【図2】図1の部分拡大図である。
【図3】図1及び図2の構成の模式図である。
【符号の説明】
1 メインチャンバ壁 2 ベース部材 3 ガイド 4 移動ステージ 5 送りネジ 6 サブチャンバ壁 7 フランジ 8 開口 9 平板部材 10 試料 11 電子ビームカラム 12 チューブ 13 オリフィス 14 排気口 15,16 排気管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−26665(JP,A) 特開 昭55−59719(JP,A) 特開 昭56−148827(JP,A) 実開 昭62−186425(JP,U) 実開 昭63−36035(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームが照射される試料を載せ
    るステージと、ステージを水平方向に移動させるための
    移動機構と、試料が入れられる第1のチャンバーと、移
    動機構が入れられる第2のチャンバーと、第1のチャン
    バー内を排気する第1の排気系と、第2のチャンバー内
    を排気する第2の排気系と、第1と第2のチャンバーと
    の間に配置され、移動機構によって移動するステージの
    一部が貫通する開口を有した隔壁と、開口の周辺部にお
    いて隔壁と対向して配置され、ステージと共に移動する
    平面板とを有しており、隔壁と平面板との間には第1の
    チャンバー内と第2のチャンバー内とを連通する小さな
    排気コンダクタンスの間隙が設けられていることを特徴
    とする荷電粒子ビーム装置。
JP14731294A 1994-06-29 1994-06-29 荷電粒子ビーム装置 Ceased JP3205663B2 (ja)

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