(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する試料室と、前記試料室の開口部から離間して前記資料室内に配置される資料に前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射する電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒とを有し、前記試料室のうち、鏡筒の構造部分及び前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がインバー合金であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記インバー合金がインバーであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記インバー合金がスーパーインバーであることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記試料室全体がインバー合金からなることを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有し、この開口部から離間して前記試料室に配置される試料に前記開口部を通過して荷電粒子ビームが照射される荷電粒子ビーム装置用試料室であって、前記資料室のうち、鏡筒の構造部分及び前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がインバー合金であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置用試料室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板へのパターン描画あるいはパターン転写に用いられる電子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、特に荷電粒子ビーム装置用試料室に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩデバイスの集積化が進むにつれて、ＬＳＩの製造に用いられるリソグラフィ装置の描画精度及びスループットに対する要求は、ますます厳しくなる。現在、リソグラフィ装置として用いられている電子ビーム露光装置等の荷電粒子ビーム装置では、十分なスループットを確保するために、可変成形ビーム（Variable Shaped Beam:ＶＳＢ）方式、またはキャラクタプロジェクション（Character Projection:ＣＰ）方式、あるいは、パターン転写方式等の描画方式が採用されている。
【０００３】
図５は、ＶＳＢ方式の電子ビーム露光装置の模式図である。これについて、順を追って説明する。電子銃５１から放出された電子ビームは、コンデンサレンズ５２を通り、第１成形アパーチャ５３を照明する。ここで、第１成形アパーチャ５３は、例えば１００μｍ□の矩形であり、この第１成形アパーチャ５３を通過した電子ビームは、一辺１００μｍの矩形に成形されている。成形された電子ビームは、投影レンズ５４を通って、第２成形アパーチャ５６に投影される。ここで、第２成形アパーチャ５６は、例えば一辺１００μｍの矩形である。この第２成形アパーチャ５６の上流には、成形偏向器５５が設けられている。この成形偏向器５５に適当な電圧を印可することによって、電子ビームの進行方向を変え、その結果、第２成形アパーチャ５６上に投影される第１成形アパーチャ像の位置を変えることができる。このように投影位置を変えることによって、第１成形アパーチャ像と第２成形アパーチャの重なり方が変わり、大きさの異なる矩形ビームに成形することができる。矩形に成形されたビームは、縮小レンズ（不図示）によって縮小され、また副偏向器５７、及び主偏向器５９によって位置決めされ、さらに対物レンズによって焦点位置を決められて、試料６０の所定の位置に到達する。
【０００４】
試料６０は、Ｘステージ、及びＹステージと呼ばれる移動機構によって移動することができる。この移動機構によって、ステップ アンド リピート方式、あるいはステージ連続移動方式による描画を行う。ここで、ステージ連続移動方式について説明する。ステージ連続移動方式では、描画しようとするパターンをストライプ状に分割し、ストライプ毎に描画していく。この時、各ストライプの描画中に、ステージ（例えばＸステージ）を連続的に移動させていく。一つのストライプを描画し終わると、次のストライプを描画するために、ステージ（この場合、Ｘステージと直交するＹステージ）をストライプの幅分だけステップ移動させる。こうすることによって、大きな描画面積をもつＬＳＩパターンを効率よく、高速に描画することができる。
【０００５】
このようなステージ連続移動方式の場合、試料の位置が刻々と変化していくため、ビームの到達すべき位置の情報には、このステージの移動分を加味しなければならない。そのためには、それぞれの時刻におけるステージの位置を正確に知らなければならない。ステージの位置を測定するためには、普通、レーザー干渉計を用いる。
【０００６】
図６は、レーザー干渉計の原理を説明するための模式図である。まず、レーザー光源６１から射出されたレーザー光は、ビームスプリッタ６３によって２方向に分割され、固定鏡６２と可動鏡６４とにそれぞれ入射する。固定鏡６２及び可動鏡６４によって反射されたレーザー光は、ビームスプリッタ６３上で合流し、干渉縞が発生する。この干渉成分を検出器６５によって検出し、さらに分析器６６によって分析することによって、可動鏡６４の位置を知ることができる。
【０００７】
可動鏡６４は、試料ステージ上に設置される。また、固定鏡６２は、試料室内の、例えば天井部分に固定されている。
【０００８】
固定鏡は、レーザ干渉計システム全体の中で、常に位置が固定されている必要がある。さもなければ、可動鏡の位置の変化を正確に検出することができなくなるからである。
【０００９】
一方、試料室の壁は、温度の変動によって、熱膨張あるいは収縮が起こる。そのため、試料室が設置されている環境に温度の変化があると、試料室の内壁に取り付けられている固定鏡の位置が変化してしまうという問題が生じる。
【００１０】
試料室は、通常、ステンレス鋼などで作られている。ステンレス鋼の線膨張係数αは、室温付近では１５×１０-6／℃・ｍである。これは、例えば長さ１ｍのステンレス鋼の線膨張が、１℃当たり１５μｍであることを意味する。
【００１１】
荷電粒子ビーム装置の設置環境の温度調節を±０．１℃で行っているとする。この時、ステンレス製の試料室の中心から１５０ｍｍ離れた地点では、熱膨張によって±０．２２５μｍ程度の位置の変化が生じることになる。したがって、この地点に取り付けられている固定鏡の位置も０．２２５μｍ変化してしまうことになる。電子ビームの到達位置は、前述のように、ステージの位置情報を参照して決められるため、固定鏡の位置変化に呼応した誤差が生じ、描画精度を著しく劣化させてしまう。これは、ナノメータ級の寸法精度を要求される描画においては、まさに致命的になる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、荷電粒子ビーム装置の温度変動に伴い、試料室内壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置変動を低減することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有する試料室と、前記試料室の開口部から離間して前記資料室内に配置される資料に前記開口部を通過して荷電粒子ビームを照射する電子銃と、前記電子銃が設けられた光学鏡筒とを有し、前記試料室のうち、鏡筒の構造部分及び前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がインバー合金であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。
【００１４】
本願第２の発明は、前記インバー合金がインバーであることを特徴とする本願第１の発明に記載の荷電粒子ビーム装置である。
【００１５】
本願第３の発明は、前記インバー合金がスーパーインバーであることを特徴とする本願第１の発明に記載の荷電粒子ビーム装置である。
【００１６】
本願第４の発明は、試料室全体がインバー合金からなることを特徴とする本願第１の発明の荷電粒子ビーム装置である。
【００１７】
本願第５の発明は、レーザー干渉計用の固定鏡が内壁に設置され、かつ、上面に開口部を有し、この開口部から離間して前記試料室に配置される試料に前記開口部を通過して荷電粒子ビームが照射される荷電粒子ビーム装置用試料室であって、前記資料室のうち、鏡筒の構造部分及び前記開口部から前記固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がインバー合金であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置用試料室である。
【００１８】
本発明によれば、試料室のうち、開口部から固定鏡が設置されている部分までの領域の材質がインバー合金という熱膨張係数の小さな材質であるので、熱膨張・収縮によるレーザー干渉系の固定鏡の位置変動を低減することができる。
【００１９】
室温付近で熱膨張係数が小さい材料の一つとして、いわゆるインバーと呼ばれる合金がある。インバーはニッケルを３６重量％程度含んだ鉄合金がある。図２は、鉄に添加するニッケルの量によって変動する線膨張係数αを示すグラフである。このグラフより、ニッケルを３６重量％程度含んだ鉄合金が線膨張係数が低くなることがわかる。この３６ニッケル−鉄合金の室温付近での線膨張係数αは、１．２×１０-6／℃・ｍ程度である（図３）。同様に、ニッケルを３２重量％、コバルトを５重量％含んだ鉄合金、いわゆるスーパーインバーでは、線膨張率は０．４×１０-6／℃・ｍ程度と、非常に小さくなる。これらインバー、またはスーパーインバーを総称してインバー合金という。
【００２０】
また、試料室は真空容器として用いられるため、試料室を構成する材質としては、大気圧や、あるいは試料室の上部に搭載される部品の重量に十分耐えられることが必要である。また、脱ガスが十分に小さいことも、よい真空を保つために必要である。さらに、容器の形状に加工できること、真空フランジやポートを取り付けられることが必要になる。インバー合金は、十分な剛性を持っているので、真空容器に用いても十分な強度を持つ。
【００２１】
本発明の特徴は、試料室の全部または試料室の開口部から固定鏡が設置される部分までの領域を、上記のインバーまたはスーパーインバーで製作し、干渉計の構成部品である固定鏡をこれらに固定する。
【００２２】
本発明によれば、熱膨張がステンレスや鉄などに比べて非常に小さい、インバー、あるいはスーパーインバーを用いて試料室を製作する。そして、この試料室の内壁に、干渉計の部品、特に固定鏡を固定する。これによって、描画装置が設置される環境の温度変動による、試料室の熱膨張によって引き起こされる固定鏡の位置変動を従来のステンレス製、あるいは鉄製の試料室の場合に比べて、１桁以上小さくすることが可能となる。このようにして、ステージの位置情報を正確に知ることによって、環境の温度変動に影響されずに、高精度の描画をすることが可能となる。例えば、スーパーインバー製の試料室の場合、試料室の中心から１５０ｍｍの地点に固定鏡を設置したとする。環境の温度変動が±０．１℃とすると、熱膨張による位置の変動は±６ｎｍとなる。これは、上記のステンレス製試料室の場合の位置変動±０．２５μｍに対して、１／４０になっている。このように、±６ｎｍ程度の位置変動であれば、ナノメータ級の寸法精度を要求される描画の描画精度に大きな影響を与えることはない。したがって、環境の温度に左右されずに、高精度の描画が実現できることになる。
【００２３】
さらに、インバー、あるいはスーパーインバーを用いることによる、もう１つの効果として磁気シールド効果がある。従来のステンレス製の試料室の場合には、ステンレスの透磁率が小さいので、磁気シールド効果を期待できない。そのため、高透磁率材料であるパーマロイを試料室の内壁、あるいは外壁に貼り付けるなどの方法を用いている。この場合、パーマロイ板の厚さは、通常１ｍｍ程度である。これによって、環境の磁気変動によって電子ビームの軌道が変えられることに生じる、描画精度の劣化を抑えることができる。
【００２４】
インバー、あるいはスーパーインバーの透磁率μは、２,０００〜３,０００である（図３）。これは、鉄の１０倍以上になる。したがって、鉄製の試料室の場合よりも、格段に優れた磁気シールド効果が実現できる。一方、パーマロイに比べると、透磁率は１桁小さくなる。しかし、インバー製試料室では、真空容器としての機能を持たせるために、壁の肉厚を数ｃｍ〜１０ｃｍ程度にしている。そのため、１ｍｍ厚程度のパーマロイ板を用いる場合に比べて、遜色のない磁気シールド効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム描画装置の概略断面図である。スーパーインバーを用いて製作した試料室１４の大きさは、７００ｍｍ×７００ｍｍ×５００ｍｍ（高さ）で、容器の壁の厚さは５０ｍｍである。この試料室１４の上部には、電子光学鏡筒１１が取り付けられている。レーザ干渉計で用いる固定鏡１８は、この試料室１４の天井部分に取り付けられている。固定鏡から電子ビーム１２が通るビーム軸までの距離は、１５０ｍｍである。このような構成であれば、上述したように、±０．１℃の環境の温度変動に起因する寸法精度の誤差成分は、±６ｎｍ以下になり、十分に高精度な描画を行うことができる。
【００２７】
さらに、厚さ５０ｍｍのスーパーインバーを用いているため、電磁軟鉄製の試料室の場合よりも、さらによい磁気シールド効果が得られ、またステンレス製の試料室に１ｍｍ厚程度のパーマロイパネルを貼った場合に比べても遜色のない磁気シールド効果が得られる。
【００２８】
試料室の側壁には、図示していない試料の搬入、搬出用の開口がある。この開口は、ゲートバルブを介して、ロードロック室等の前室と結合されている。さらに、真空引き用の開口が設けられており、ターボ分子ポンプ、またはイオンポンプ等が取り付けられている。また、他にもいくつかの開口が設けられている。
【００２９】
この試料室をインバー、またはスーパーインバー（以下、総称してインバー合金と呼ぶ）で製作するには、以下のような工程を用いる。まず、材料となるインバー合金は、不純物、特にリン（Ｐ）とイオウ（Ｓ）とを極力少なくすることが、後の溶接工程に問題を生じさせないために重要である。これらの不純物が多いと、溶接箇所に割れやひびなどが生じやすくなる。不純物のリンとイオウとは、それぞれ０．００５重量％以下、０．００２重量％以下にするのが望ましい。インバー合金を真空炉で溶解し、冷却した後、所望の大きさと形とに鍛造、または圧延する。次いで、表面の切削を行う。次いで、熱処理を行う。これは、鍛造、圧延や切削工程において生じた歪みを除去するための処理である。歪みを除去しないと、インバーとしての特性が発揮されないことがある。熱処理工程では、真空炉、もしくは（窒素）雰囲気炉で、９５０℃まで１時間以上かけて昇温し、９５０℃で保持する。保持時間は２５ｍｍ当たり約１時間あればよい。次いで、炉内で徐冷し、５００℃程度まで冷えたら、フォーミングガス（窒素＋水素）、あるいは窒素ガスで冷却する。水素ガスを添加した場合には、表面が還元され、金属面が出る。窒素のみの場合には、表面に曇りが生じる。その場合には、適当な研磨処理を行えばよい。
【００３０】
以上の工程で加工された、インバー合金製のパネルを組合せて、真空容器に加工する。まず、１次加工を行う。これは、真空フランジ、ゲートバルブ、試料搬出入口などの取付け用開口の形成や、試料台取付け座を固定するための表面加工（平行度、水平度の高い表面にする）、種々のネジ穴の形成、リークチェック用の溝の形成、あるいは表面の研磨処理などを含む。次いで、１次加工されたパネルを組合せて溶接を行い、容器形状に加工する。溶接は、電子ビーム（ＥＢ）溶接によって行う。このＥＢ溶接は、容器が構造的に十分な強度を持つようにするために行う。さらに、真空を保持するための溶接加工として、容器内壁のパネル接合部分のティグ（ＴＩＧ，Tungsten Inert Gas Arc Welding）溶接を行う。これらの溶接後、再び熱処理を行う。これは、開口部の切削や溶接工程で生じた歪みを除去するために行う。熱処理工程の内訳は、最初の熱処理工程に準じる。次いで、２次加工を行う。これは、ＩＣＦフランジ類のＴＩＧ溶接、Ｏ−リング用の溝の加工などを含む。なお、これらのＴＩＧ溶接においては、溶接棒にインバー合金を用いる。また、フランジをインバー合金を用いて製作すれば、フランジと容器との溶接による接合に、割れ、ひびなどの問題が生じ難い。次いで、表面のバフ研磨を行い、さらにカニゼンメッキ、もしくはニッケルメッキなどのメッキ処理を行う。最後に、インバー合金の磁気変曲点（インバーで１９０℃程度、スーパーインバーで１２０℃程度）を超える温度で再度熱処理を行うとよい。
【００３１】
なお、ＩＣＦフランジは、普通ステンレスを用いて製作されるが、これをインバー合金を用いて製作してもよい。インバー製フランジを用いることによって、熱処理工程で生じる可能性がある、溶接部分での割れやひびなどを抑えることができる。
【００３２】
次に、図４を用いて、本発明の実施形態の変形例１について説明する。この変形例の特徴は、試料室１４の天井部のうち、電子ビーム１３が通るために設けられた開口部周辺から固定鏡が取付けられる部分までの領域（以下、取付け部２０という）をインバー合金で作成したことである。この変形例も前述した実施形態同様、レーザー干渉計の固定鏡の位置が変動するのを低減することができる。
【００３３】
次に、本発明の実施形態の変形例２について説明する。ここでは、試料室をインバー合金で製作していることに加えて、電子光学鏡筒（図１の１１）の構造的な部分（機械的強度を担う部分）をインバー合金で製作している。
【００３４】
従来は、電子光学鏡筒を電磁軟鉄などで製作していた。電磁軟鉄は、ステンレスや、通常の鉄鋼などに比べて、透磁率が大きい。したがって、磁気シールド効果を期待して、電磁軟鉄を用いている。電磁軟鉄の熱膨張率は、１０×１０-6／℃・ｍ程度である。したがって、±０．１℃程度の環境の温度変動があった場合、長さ８００ｍｍの電子光学鏡筒は、±０．８μｍ程度の熱膨張が生じる。電子光学鏡筒１１と試料室１４との接続（普通ボルトを用いる）の強度が、各々のボルトで均一でない場合、電子光学鏡筒１１が傾いてしまう。この傾きによっても、電子ビームの到達位置が変化してしまう。例えば、鏡筒の直径が３００ｍｍ、対物偏向器である主偏向器から試料面までの距離、すなわち、試料室１４の天井から試料面１５までの距離が１００ｍｍとし、電子光学鏡筒の片側部分のみが伸びたという最悪ケースを想定すると、０．８μｍの伸びに対して、電子ビームが本来のビーム軸から傾いて試料に入射することによる位置ずれは、０．２７μｍ程度にもなる。これは、ナノメータ級の寸法制御を要求される描画においては、許容される値ではない。
【００３５】
本変形例のように、電子光学鏡筒をインバー合金で製作することによって、環境の温度変動に起因する、上記のような電子光学鏡筒の傾きによる位置ずれを、ほとんど無くすることができる。また、インバー合金は、電磁軟鉄と比較して、透磁率が１桁以上大きいので、磁気シールド効果も、さらに大きくなるという利点もある。
【００３６】
本発明によれば、環境の温度変動に起因する描画精度の劣化を著しく小さくすることができ、さらに、ステンレスや電磁軟鉄を用いていた従来の場合よりも、大きな磁気シールド効果を得ることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、荷電粒子ビーム装置における、温度変動に伴う試料室の熱膨張によって、試料室内壁に固定してあるレーザー干渉計の固定鏡の位置が変動するのを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム描画装置の概略断面図。
【図２】  鉄に添加するニッケルの量によって変動する線膨張係数αを示すグラフ。
【図３】  インバー等の線膨張係数及び透磁率を示す図。
【図４】  本発明の実施形態の変形例１に係る荷電粒子ビーム描画装置の概略断面図。
【図５】  従来のＶＳＢ方式の荷電粒子ビーム装置の模式図。
【図６】  レーザー干渉計の原理を説明するための模式図。
【符号の説明】
１１  電子光学鏡筒
１２  電子銃
１３  電子ビーム
１４  試料室
１５  試料
１６  ステージ
１７  可動鏡
１８  固定鏡
１９  レーザー
５１  電子銃
５２  コンデンサレンズ
５３  第１成形アパーチャ
５４  投影レンズ
５５  成形偏向器
５６  第２成形アパーチャ
５７  副偏向器
５８  対物レンズ
５９  主偏向器
６０  試料
６１  レーザー光源
６２  固定鏡
６３  ビームスプリッタ
６４  可動鏡
６５  検出器
６６  分析器
【図１】
0004148627.tif 000002
【図２】
0004148627.tif 000003
【図３】
0004148627.tif 000004
【図４】
0004148627.tif 000005
【図５】
0004148627.tif 000006
【図６】
0004148627.tif 000007