(57)【要約】【課題】電子ビーム記録装置に用いるウエハ等の位置決め装置の移動精度を向上させる構造を提供することにある。【解決手段】ステージの移動精度を向上させるために、ネジ５によるクロスローラガイド３の予圧に伴うベース及びＸステージ４の形状変形が、Ｘステージ４及びＹステージ２の移動にピッチング誤差を生じさせないよう、クロスローラガイド３を固定するベース１の形状を凹型、ベース上に配置されるＹステージ２の形状を上下方向に直行する凸型の一体構造、さらにＹステージ２上に配置される基板を搭載するＸステージ４の形状を凹型に配置する構造とした。また、最上部のＸステージ上に搭載するレーザー測長用のミラー２３及び試料ホルダ６を配置したトップテーブルを３箇所で支持し、ステージの形状変形がトップテーブル８に悪影響を及ぼさないようにした。【選択図】　図１
2004104001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を水平面上ＸＹ方向に移動させる試料移動機構において、
試料ホルダをその一主面上に載置したトップテーブルと、
前記トップテーブルを支持部材を介して搭載したＸステージと、
前記Ｘステージを搭載し、そのガイド部にはクロスローラガイドを用いたＹステージと、
前記ＸステージおよびＹステージを搭載し、そのガイド部にはクロスローラガイドを用いた固定ベースとを具備し、
前記固定ベースは、その一断面が第１の方向に開いた凹型の形状をなし、
前記Ｘステージは、その一断面が前記第１の方向と反対方向に開いた凹型の形状であり、
前記Ｙステージは、その一断面が前記第１の方向に凸型の形状を有し前記Ｘステージの凹部と移動を許容するように嵌合し、かつ前記一断面に直交する他断面が前記第１の方向と反対方向に凸型の形状を有し、前記固定ベースの凹部と移動を許容するように嵌合した構造を有することを特徴とする試料移動機構。
【請求項２】
前記トップテーブルは、該トップテーブルと前記Ｘステージとの間に設けられた前記支持部材により、３箇所で支持されることを特徴とする請求項１記載の試料移動機構。
【請求項３】
前記Ｘステージの一主面の３箇所に円錐状の穴を設け、
前記トップテーブルの他主面側において、前記円錐上の穴に対応する位置に円錐状の穴、Ｖ溝形および底が平面状の溝を設けるとともに、前記Ｘステージと前記トップテーブルとの支持部材を球体とすることを特徴とする請求項１記載の試料移動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム記録装置に係わり、試料を高精度に移動するための機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム記録装置等に用いる試料移動機構には、移動テーブルの移動精度を向上させるため、試料を搭載したＸステージとＹステージとの間、Ｙステージの下面と固定ベースとの間に、多数のローラを一列に保持したクロスローラガイドを２本づつ用いて、Ｘステージ、ＹステージをそれぞれＸ，Ｙ方向に移動させる機構が広く知られている。
このクロスローラガイドを用いた試料移動機構は、一般的に移動精度及び剛性を向上させるため、クロスローラガイドにネジやくさびを用いて予圧をかけて使用することも広く知られている。ここでは、ネジを使用して予圧をかける例について述べる。
クロスローラガイドに予圧をかけると、押しネジを有する部材がクロスローラガイドとネジとの反力により変形を起こす。この変形が、予圧をかけたクロスローラガイドと直行するガイドに変形を与え、ステージ移動時にピッチング誤差を誘発する不具合が生じていた。
【０００３】
図２〜図４にこの種の試料移動機構の従来例を示す。なお、図２〜図４各々の（ａ）（ｂ）に示す図は、後で述べる変形を誇張して示してある。ステージの凸凹の組み合わせは、４通り考えられる。　（１）図２に示すように固定ベース上部が凹、Ｙステージ下部が凸、Ｙステージ上部が凹、Ｘステージ下部が凸、（２）図３に示すように固定ベース上部が凸、Ｙステージ下部が凹、Ｙステージ上部が凸、Ｘステージ下部が凹、（３）図４に示すように固定ベースが凸、Ｙステージ下部が凹、Ｙステージ上部が凹、Ｘステージ下部が凸、及び（４）図１に示すように固定ベース上部が凹、Ｙステージ下部が凸、Ｙステージ上部が凸、Ｘステージ下部が凹である。
【０００４】
まず、図２の従来機構１について説明する。図２（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、さらにＹステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載されている。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凹型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凸型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凹型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凸型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【０００５】
図２（ａ）に示す正面図において、まずこの試料移動機構の、固定ベース１側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この固定ベースの変形は、固定ベース１のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向の移動精度に対して影響を及ぼさない。この理由としては、Ｙステージ２下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記固定ベースによる予圧を水平方向に押し合うように力を受けるためである。そのため、Ｙステージ２に変形を及ぼさないので、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対しても変形を及ぼすことはない。
【０００６】
次に図２（ｂ）側面図において、Ｙステージ２の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｙステージ２上部のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｙステージ２のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して弓なりの変形を起こし、Ｙ方向移動時の誤差を起こすことになる。この変形が、Ｙ方向のピッチング誤差の要因になる。Ｘステージ４下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ｂを固定し、前記Ｙステージによる予圧を水平方向に押し合うように力を受ける。この予圧による力が、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。そのため、Ｘステージの移動方向の移動精度に対してピッチング誤差を発生させることは無い。
以上述べてきたように、この従来機構１の場合、Ｙステージの移動時のみ、ピッチング誤差を誘発する構造である。
【０００７】
次に、図３の従来機構２について説明する。図３（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、Ｙステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載される。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凸型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凹型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凸型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凹型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【０００８】
図３（ａ）正面図において、この試料移動機構の、Ｙステージ２側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａを固定する部分の形状を、上向きの凸形状部とし、前期クロスローラガイドを固定している。固定ベース１にかかる予圧による力は、クロスローラガイド３ａを介して、水平方向にお互いが押し合うようにかかるので、Ｙステージ用クロスローラガイド３ａ取付け面に対して変形を及ぼすことは無い。Ｙステージ２は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｘ方向のクロスローラガイド３ｂ部の固定面に対して、弓なりの変形を起こし、Ｘ方向移動時の誤差を起こすことになる。この変形が、Ｘ方向のピッチング誤差の要因になる。
【０００９】
次に図３（ｂ）側面図において、Ｘステージ４の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｘステージ４のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｘステージ４のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向にＸステージの変形による移動精度低下の影響を及ぼさない。また、Ｙステージ２上面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記Ｘステージによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｙステージ２用のクロスローラガイド３ａ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。そのため、Ｙステージの移動方向の移動精度に対してピッチング誤差を発生させることは無い。
この従来機構２の場合、Ｘステージの移動のみ、ピッチング誤差を誘発させる構造である。
【００１０】
図４の従来機構３について説明する。図４（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、Ｙステージ４上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載される。この試料移動機構の構造は、固定ベース１の上面が凸型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凹型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凹型形状であり、このＹステージ２とＸステージ４下面の凸型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【００１１】
図４（ａ）正面図において、この試料移動機構の、Ｙステージ２側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａを固定する部分の形状を、上向きの凸形状部とし、前期クロスローラガイドを固定している。Ｙステージ２は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状の変形を起こす。この変形は、Ｘ方向のクロスローラガイド３ｂ部の固定面に対して、移動方向に弓なりの変形を起こすことになる。この変形が、Ｘ方向のピッチング誤差の要因になる。
【００１２】
図４（ｂ）側面図において、Ｙステージ２の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｙステージ２のＸ方向固定部は、クロスローラガイド３ｂをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開く形状の変形を起こす。この変形は、Ｙ方向のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して、移動方向に弓なりの変形を起こすことになる。この変形が、Ｙ方向のピッチング誤差の要因になる。
この従来機構３の場合、従来機構１及び２の両方の特性を持ち合せており、Ｘステージ、Ｙステージの移動時とも、ピッチング誤差を誘発する構造である。
【００１３】
また、試料移動機構のＸステージ４上に、試料を固定する試料ホルダ６及びレーザー測長用ミラー７を搭載したトップテーブル８を、図３に示したＸステージ４上に直接固定すると、前記したようにＸステージ上面が変形しており、直接トップテーブル８をＸステージ４上に固定すると、レーザー測長用ミラー７が傾き、直進方向の面内での微小回転は、レーザー測長計の測定誤差（アッベ誤差）を生じさせる。
【００１４】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−１９８４６９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術においては、電子ビーム記録装置等に用いる精密加工用の試料移動機構に、移動テーブルの移動精度を向上させるため、多数のローラを一列に保持したクロスローラガイドを用いて、Ｘステージ、ＹステージをそれぞれＸ、Ｙ方向に移動させる機構が広く用いられている。しかし、移動テーブルを構成する組み合わせ方法によってクロスローラガイドに加える予圧によって、移動方向にピッチング誤差を発生させ移動精度を低下させる問題があった。また、トップテーブルの固定方法においても、移動ステージの構成によって移動誤差の要因となる問題があった。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、ステージ移動時のピッチング誤差を抑え、高精度な位置決めを行うことにより、高精度な電子ビーム記録装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、クロスローラガイドを固定する最下部に位置する固定ベースの形状を上側が開いた形状の凹型、ベース上に配置されるＹステージの形状を上下方向に直行する凸型の一体構造とし、さらにＹステージ上に配置される試料を搭載するＸステージの形状を下側が開いた形状の凹型に配置する構成とした。
【００１９】
また、試料ホルダ及びレーザー測長用ミラーを搭載したトップテーブルの固定方法として、Ｘテーブル上面に、３点の円錐状の穴を設け、トップテーブルの下面には、３種類の形状をＸテーブル上３点の円錐の位置に対応付けて配置し、この３箇所に球体状の部材を用いて支える構造とし、Ｘテーブル上の変形をトップテーブル上に及ぼさないようにした。
【００２０】
また、この円錐と向き合った３箇所の円錐状の穴、Ｖ溝、平面の働きとして、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及び回転の規制、円錐と円錐の穴が向き合った部分では、回転を除くＸＹＺ方向規制を、円錐とＶ溝が向き合った場所では、ＸまたはＹとＺ方向及び平面上の回転の規制、円錐と平面が向き合った場所では、Ｚ方向の規制を行っている。
【００２１】
トップテーブルの下面に、３種類の形状を設ける理由は、次の通りである。すなわち、３点を全て平面の形状にすると、Ｚ方向を除く、回転方向の規制ができない。また、３点の全てを円錐またはＶ溝にすると、Ｘテーブルに設けた円錐状の穴との位置合わせのために、円錐またはＶ溝の位置を高い精度で加工する必要があり、製造コストが高くなるという課題が生じる。
また、円錐またはＶ溝を２つ設ける場合は、それぞれの２点間の位置を高い精度が、上記３点の場合と同様に要求され、コスト高になる課題がある。従って、３点がそれぞれ円錐、Ｖ溝および平面とすることで、それぞれの形状の加工精度は高いものは必要としないため、コストの面から有利になり、しかもＸ，Ｙ，Ｚ方向の回転規制の目的も達成でき、最も好ましい形状の組合せとなる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態につき、以下に、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図５は、本発明に係る電子ビーム記録装置の一例を示す概略図である。電子光学系は、電子線１０を発生させる電子銃１１と、電子銃１１から発生した電子線１０を絞るコンデンサレンズ１２と、電子線１０をブランキングさせるブランキング電極１３と、上記コンデンサレンズ１２で絞られた電子線を試料基板１４上においてナノメータオーダのビームスポットに絞る対物レンズ１５と、ナノメータオーダの電子線をＸ方向及びＹ方向に偏向させる偏向器１６とで構成される。
【００２４】
移動機構は、試料基板１４を搭載したホルダ１７を載置し、ＸＹ駆動源１８ａ，ｂによって移動されるＸＹステージ１９と０．３ｎｍ／ＬＳＢ以上の分解能を有し、ＸＹステージ１９を直行する２方向（ＸＹ方向）からＸＹステージの移動範囲内において測長するレーザー測長器（測長計）２０とを備えて構成される。移動機構制御系２１は、レーザー測長器２０で測長されるＸＹステージ１９の現在の位置座標が直線状の描画軌道を生成する軌道発生手段から順次発生する移動目標位置座標になるようにステージ駆動源１８ａ，ｂを駆動するように制御すると共に、測長されるＸＹステージ１９の現在位置座標と描画軌道から算出される目標位置座標との誤差を位置補正制御信号としてインターフェース２２を介して偏向器１６に与え、目標点に、細くビーム径が絞られた電子ビームを照射するように制御するものである。以上の構成により、移動機構制御系は、レーザー測長器２０によって高精度に測定された試料基板１４を固定したホルダ１７を搭載したＸＹステージ１９の位置と、直線状に移動する目標軌道位置との誤差の値を算出し、この誤差を位置補正制御信号として偏向器１６に与えて、電子ビームを偏向する偏向補正制御を行うことによって、高精度に描画することができる。また、ホルダ１７が搭載されるＸＹステージ１９上には描画高さ位置に、測長用のレーザー光が当たるミラー２３を配置して、アッベ誤差が小さくなる位置を計測している。
【００２５】
図１（ｃ）は、本発明によるＸＹステージの構成を説明するための斜視図、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図を示している。図１（ｃ）斜視図において、固定ベース１上にＹステージ２がクロスローラガイド３ａを介して搭載され、さらにＹステージ２上にＸステージ４がクロスローラガイド３ｂを介して搭載されている。この試料移動機構のガイド構造部は、固定ベース１の上面が凹型形状であり、この固定ベース１とＹステージ２下面の凸型形状部の間に、Ｙ方向にクロスローラガイド３ａが配置され、さらにＹ方向と直行方向に、すなわちＸ方向にＹステージ２の上面が凸型形状であり、このＹステージ２部とＸステージ４下面の凹型形状部の間に、クロスローラガイド３ｂが配置された構造となっている。
【００２６】
図１（ａ）正面図において、まずこの試料移動機構の、固定ベース１側面に取り付けられたネジ５により、Ｙ方向すなわちＹステージ２のクロスローラガイド３ａに予圧をかけた場合について説明する。固定ベース１部は、クロスローラガイド３ａをネジ５で押すことにより、上向きの凹形状部が図のように上側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、固定ベース１のみであり、Ｘステージ４の移動方向、Ｙステージ２の移動方向に固定ベース１の変形による影響を及ぼさない。また、Ｙステージ２下面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記固定ベースによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｘステージ４用のクロスローラガイド３ｂ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。
【００２７】
図１（ｂ）側面図において、Ｘステージ４の側面に取り付けられたネジ５により、Ｘ方向すなわちＸステージ４のクロスローラガイド３ｂに予圧をかけた場合について説明する。Ｘステージ４のＸ方向固定部は、下向きの凹形状部が図のように下側が開いた形状に変形を起こす。この変形は、Ｙ方向のクロスローラガイド３ａ部の固定面に対して、変形及ぼすことはない。また、Ｙステージ２上面が凸型形状でこの部分にクロスローラガイド３ａを固定し、前記Ｘステージによる予圧を水平方向に受ける。この予圧が、Ｙステージ２用のクロスローラガイド３ａ取り付け面に対して変形を及ぼすことはない。
【００２８】
また、試料ホルダ６及びレーザー測長用ミラー７を搭載したトップテーブル８の固定方法として、Ｘテーブル４上面に、３点の円錐状の穴を設け、トップテーブル８の下面には、円錐状の穴、Ｖ溝、平面の３種類の形状をＸテーブル４上の３点の円錐形状位置に対応付けて配置した。そして、この３箇所に球体状の部材９を用いてＸテーブル４上の変形をトップテーブル８上に及ぼさないようにした。
【００２９】
また、この円錐状の穴が向き合った場所の働きとして、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の移動に対する規制を、円錐とＶ溝が向き合った場所では、ＸまたはＹ、Ｚ方向の規制、円錐と平面が向き合った場所では、Ｚ方向の規制を行っている。
【００３０】
なお、図５に示す実施例では、ＸＹステージ１９をネジ２４で送り移動させる方式としたが、最近では半導体技術の進歩によって制御技術が飛躍的に発達し、直進モータによるダイレクト移動方式が使用され始めている。
また、同様に摩擦車を用いたダイレクトドライブ回転モータと共に使用する摩擦駆動方式による直進移動台、これとは別に圧電素子の微小移動を用いた超音波モータも直進移動の駆動源装置として有効なものとなりつつある。これらのどのタイプの移動ステージにおいても本発明による試料移動機構は有効に採用され得る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ホルダに固定した試料基板を搭載したステージの移動精度の向上が可能となり、描画時に必要な描画面の高さ方向補正量及び面内の補正量を小さくし、さらに描画位置の誤差を小さくすることができるので、高精度な描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による試料移動機構の実施例の正面図、側面図、斜視図である。
【図２】試料移動機構の従来例１を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図３】試料移動機構の従来例２を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図４】試料移動機構の従来例３を示す正面図、側面図、斜視図である。
【図５】電子ビーム記録装置の一構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１…固定ベース、２…Ｙステージ、３ａ，ｂ…クロスローラガイド、４…Ｘステージ、５…ネジ、６…試料ホルダ、７…ミラー、８…トップテーブル、９…球体状の部材、１０…電子線、１１…電子銃、１２…コンデンサレンズ、１３…ブランキング電極、１４…試料基板、１５…対物レンズ、１６…偏向器、１７…ホルダ、１８ａ，ｂ…駆動源、１９…ＸＹステージ、２０…レーザー測長器（測長計）、２１…移動機構制御系、２２…インターフェース、２３…ミラー、２４…ネジ。
【図１】
2004104001.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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