(57)【要約】【課題】比較的安価で、ユーティリティの管理負担を軽減しつつ、装置温度を一定に保ち、スループットを低下させること無く、高精度な描画が可能な装置を提供する。【解決手段】電子線を発生し試料へ照射するカラムと、該カラムを載置するとともに、ステージに載置した試料を真空に保持する試料室とを備え、試料室の外側面に複数のヒータと複数の温度センサとを設け、温度センサの情報に基づいて試料室の周辺の温度よりも試料室の温度が高くなるようにヒータによる加熱を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子線を照射して所望の回路パターンを描画する電子線描画装置において、
電子線を発生し試料へ照射するカラムと、
該カラムを載置するとともに、ステージに載置した試料を真空に保持する試料室とを備え、
前記試料室の外側面に複数のヒータと複数の温度センサとを設け、
該温度センサの情報に基づいて前記試料室の周辺の温度よりも該試料室の温度が高くなるように前記ヒータによる加熱を制御することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、
前記試料室と前記ヒータとの間に前記試料室の材質よりも熱伝導率の高い部材を設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項３】
請求項１の記載において、
前記ヒータの電流の方向が対抗するようにヒータの往復部分を配設したことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項４】
請求項１の記載において、
前記カラムと前記試料室との接触部に冷却部材を設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項５】
請求項１の記載において、
前記ステージに冷却部材を設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項６】
請求項１の記載において、
前記ステージの移動を計測する計測部材を前記試料室の内壁に設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項７】
請求項１の記載において、
前記試料室に隣接して設けられた予備排気室内の前記試料を載置するテーブルに加熱ヒータと温度センサとを設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【請求項８】
請求項７の記載において、
前記予備排気室内のテーブルの温度は前記ステージの温度に近づけるよう制御されることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項９】
試料に電子線を照射して所望の回路パターンを描画する電子線描画装置において、
電子線を発生し試料へ照射するカラムと、
該カラムを載置する構造体と、
該構造体と試料を載置するステージとを内包し、試料を真空に保持する試料室とを備え、
前記構造体にヒータと温度センサとを設け、
該温度センサの情報に基づいて前記試料室の内部の温度よりも前記構造体の温度が高くなるように前記ヒータによる加熱を制御することを特徴とする電子線描画装置。
【請求項１０】
請求項９の記載において、
前記ステージの移動を計測する計測部材を前記構造体に設けたことを特徴とする電子線描画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空の雰囲気中で基板等の試料に回路パターンを描画する電子線描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ヘッドや半導体装置の回路パターン、半導体装置に回路パターンを形成するマスク、レチクルなどの回路パターンを製造する装置において、これら試料に荷電粒子線を照射して回路パターンを製造または検査することが行われている。このとき、荷電粒子線、なかでも電子線は、真空中で使用されることが必須である。
【０００３】
電子線描画装置は、超高真空の環境において電子線を発生し、走査することで半導体基盤上、或いはステッパ等の露光装置に用いられるレチクルと呼ばれるガラス基盤上にＬＳＩパターンを形成する装置である。
【０００４】
電子線描画装置では、前述したように電子線のエネルギー損失を防ぐ為に、電子線の経路であるカラムから試料までの間を高真空に保つ必要があるが、以下のような問題点が挙げられる。
（１）環境温度の変化に伴う温度変化
通常、電子線描画装置は温度調整されたエアを循環させている装置チャンバ内に設置される。装置チャンバ内は、温度が一定になるよう循環エアの温度を制御しているが、流体の高精度な温度制御は難しく１／１００℃程度の温度制御が通常である。
【０００５】
例えば、電子線描画装置の場合、その試料室の材料を純鉄（熱膨張係数１２Ｅ−６）、その他定盤等も純鉄と同等の線膨張係数として仮定し、カラム中心と試料を配置したステージの位置を測定する干渉計の距離が３００ｍｍ、温度変化が装置全体に一様に０．０１℃生じた場合、カラム中心と干渉計の距離変動は３６ｎｍとなる。この距離変動は試料ステージ位置の測長誤差となりそのまま描画誤差となってしまう。また、試料の大形化が進むと必然的にステージのストロークが増加し、干渉計とカラムの距離も増加するので、温度変化による干渉計とカラムの距離変動も大きくなってしまう。
【０００６】
また、装置チャンバの温度制御には、装置チャンバの設置場所であるクリーンルームのユーティリティ（エア、循環水等）を使用する。一般に、ユーティリティの循環水を温度制御用の冷却水に使用するが、クリーンルームの循環水の温度が大きく変化すると装置チャンバの循環エア温度も変化し、更に描画精度を悪くしてしまう。
（２）駆動系の発熱に伴う温度変化
モータ等の駆動源は、稼動中に一部が熱エネルギーに変換される為、発熱源となっている。また、摩擦駆動機構やボールネジの駆動機構も稼動中は発熱する為、発熱源となり、熱伝達、及び輻射により試料室の温度変化を招く。
（１）、（２）で挙げた試料室の温度変化に対しては以下のような対策が挙げられる。
ａ）試料室の材料を低熱膨張材にする。
【０００７】
インバーに代表される低熱膨張材は熱膨張係数が一般の鉄系材料と比べて非常に小さい。例えば、熱膨張係数が１Ｅ−６以下であるスーパーインバーで装置全体の主な構造体を製作すれば、カラム中心と干渉計の距離が３００ｍｍ、温度変化が装置全体に一様に０．０１℃生じた場合、カラム中心と干渉計の距離変動は３ｎｍとなる。しかし、一般に低熱膨張材は価格が高く、装置の製作コストが高くなる欠点がある。
ｂ）試料室に温調流体を流す。
【０００８】
温調流体（例えば水）を試料室に流して試料室温度を一定にする方法が考えられる。但し、温調流体自体も高精度な温度制御が難しく、一般的には１／１００℃の精度である。また、装置チャンバと同様に温調装置に使用するユーティリティの循環水温度が変化すると、温調流体も変化し易い。よって、ユーティリティの循環水の温度管理を厳しくする必要がある為、ユーティリティ管理者である装置ユーザの負担が大きくなる（非特許文献１参照）。
ｃ）基準マークにて校正する。
【０００９】
一般に試料に描画を始める前、及び描画中のある間隔毎にステージ上の基準マークを検出して、ビームドリフト、レーザ値のドリフト等を校正し、描画精度を向上させている。但し、描画中の校正回数は少ない方がスループットの点で有利であり、校正する時間間隔は長い方が良い。つまり温度に関しては、より温度変化が小さく、測長誤差が小さい方が、校正時間間隔を長く設定できる。
【００１０】
【非特許文献１】（平成１３年５月に技術研究組合である超先端電子技術開発機構が                  発行した平成１１年度研究成果報告書．「超先端電子技術開発促                  進事業」〔第１分冊〕の５８−５９頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上記した問題点に鑑み、高精度な描画が可能な電子線描画装置を提供することである。
【００１２】
即ち、比較的安価で、ユーティリティの管理負担を軽減しつつ、電子線描画装置の温度を一定に保ち、スループットを低下させること無く、高精度な描画が可能な電子線描画装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電子線を発生し試料へ照射するカラムと、該カラムを載置するとともに、ステージに載置した試料を真空に保持する試料室とを備え、試料室の外側面に複数のヒータと複数の温度センサとを設け、温度センサの情報に基づいて試料室の周辺の温度よりも試料室の温度が高くなるようにヒータによる加熱を制御するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、比較的安価で、ユーティリティの管理負担を軽減しつつ、電子線描画装置の温度を一定に保ち、スループットを低下させること無く、高精度な描画が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る実施例について図を引用して説明する。
【００１６】
図１は電子線描画装置の一例を縦断面図、図２は斜視図である。また図３から図５はヒータの斜視図である。
【００１７】
カラム１は、電子線の発生源、電子線の照射方向を偏向制御する偏向制御装置等を有する。真空ポンプ（図示せず）により真空排気されるカラム１内で発せられた電子線は、試料室２内のステージ３に載置される試料１０に照射される。試料室２は、外部空間と内部空間を仕切る隔壁で形成され、高い真空度に保たれるので、電子線の減衰が少ない。
【００１８】
試料位置はステージ３上のバーミラー１２の移動を干渉計１１でレーザ測長することで管理される。レーザは大気中では、空気の揺らぎ及び気圧の変化に影響を受けやすい為、真空中である試料室内壁に干渉計１１を配置している。この干渉計１１を含む計測器とカラム１は離間して設けられ、計測器とカラム１との間に存在する試料室２の隔壁の一部が計測器を支持する支持部材として機能する。
【００１９】
試料室２は定盤４の上に載置され、定盤４は振動絶縁の機能を有するマウント５により支持される。更に、マウント５を保持する本体ベース６は、床７に設置されている。また、試料室２は図示しない真空ポンプにより真空排気され、内部の雰囲気を高真空（例えば１０−４Ｐａ程度）に保っている。
【００２０】
ここで、試料の搬送経路について説明する。
【００２１】
試料室２とともに定盤４の上に載置された予備排気室８のゲートバルブ４１を開き、試料が真空ロボット４２により搬送される。このとき、ゲートバルブ４０は閉じている。ゲートバルブ４１を閉じて、予備排気室８が図示しない真空ポンプによって大気雰囲気から真空引きされる。試料室２と同程度の真空度になってからゲートバルブ４０を開き、真空ロボット４２により試料１０をステージ３上の試料保持機構１３に搬送する。
【００２２】
ステージ３は２次元平面内を移動可能であり、上面には試料保持機構１３、バーミラー１２、その他、図示しない電子線軌道の校正用部品が取付けられている。ここで、ステージ３のガイドはボール、ローラなどによる転がり方式、或いは低摩擦材による摺動方式を想定している。描画後は、前述した搬送経路の逆となり、予備排気室８内で真空から大気へと雰囲気を戻して、外部へと搬送する。上記一連の動作により、試料室２が真空状態のまま試料の搬送が可能となり、スループットの向上が計られている。
【００２３】
また、描画中のステージ速度は可変であり、回路パターンが密な部分はステージ速度を低くし、回路パターンが粗い部分はステージ速度を速くする。これにより、効率良く描画が可能であり、スループットを向上させている。これらの描画動作は、図示しないステージ制御部、及び図示しない電子線制御部により制御される。
【００２４】
次に本発明の主要部の構成について述べる。
【００２５】
干渉計１１は試料室２の内壁に取付けられており、試料室２の外側に温度センサ３０ないし３４、及びヒータＡ３６、ヒータＢ３７が配置されている。また、カラム１の取付け部にはカラム用温調配管５０を備えており、温調流体によりカラムで発生する熱を試料室に対して絶縁している。すなわち、カラム用温調配管５０は、カラムの取付け部を含む近傍の部位（支持部材の部位）を冷やす冷却手段として機能する。
【００２６】
更に、ステージ３についてもステージ用温調配管５１が備えられており、同様に温調流体により温調され、熱的絶縁を図っている。上記温調配管により、温調される部分を以下、温調部と呼ぶ。一方、予備排気室８には温度センサ３５とヒータＣ３８が具備された温調テーブル４３が内包されている。
【００２７】
ヒータＡ３６は試料室２の上面の温度調整を役割としている。温度センサ３０の信号は温度変換器７１により温度に変換され、制御部７０で目標値と比較されて、その差分を基にヒータドライバ７２によって所望の電流がヒータＡ３６に流されることで、フィードバック制御されている。
【００２８】
また、カラム１内には偏向用のコイルが内蔵され、通電により磁場を発生させているが、同時に発熱源となっている為、カラム用温調配管５０がカラムの取付け面周辺に形成されて、熱絶縁を図っている。一方、ヒータＢ３７は試料室２の側壁の温度制御を役割としており、温度センサ３１、温度センサ３２、温度センサ３３、及び温度センサ３４の平均値を基にフィードバック制御されている。また、ステージ３は駆動系が熱源となっている為、ステージ用温調配管５１が備わるステージ下部を温調部として、熱絶縁している。
【００２９】
ここで、各ヒータの運用方法について説明する。
【００３０】
例えば、試料室２の温度を２３℃にしたい場合、電子線描画装置を内包する図示しない装置チャンバの内部の設定温度は試料室２の内部の目標温度よりも低くする（例えば２２．５℃）必要がある。これにより試料室２の内部の温度は、ヒータのオンで上昇、オフで下降する為、温度センサの情報を基にヒータをフィードバック制御することで、目標値に近づけることができる。ヒータＡ３６は、温度センサ３０の検知温度情報を基にフィードバック制御され、試料室２の上面の温度を一定に保つ役割を果たしている。試料室２の周囲環境温度と目標温度は、温度差が小さい方が望ましく、１℃以内である。温度差が大きくなると、温度勾配が大きくなってカラム中心と干渉計の距離変動が生じ易くなるからである。
【００３１】
また、カラム用温調配管５０に流す温調流体の温度についても、少なくとも温調部温度が試料室の目標温度よりも低くなる方が良い。但し、あまり温調部の温度が低いとヒータに与える熱量が大きくなり過ぎることや、ヒータの温調部分に急激な温度勾配が生じて歪の原因となる為、試料室の目標温度と温調部の温度との差は小さい方が望ましい。
【００３２】
本発明の特徴は、試料室の目標温度に対して、ペルチェ素子等の電気的なヒータによる加熱と装置チャンバの温調エア、及び温調部による吸熱によって試料室温度を管理することである。ヒータは電気制御により管理される為、流体を用いた温調装置と異なり反応速度が速い。また、クリーンルームの循環水を使用しない為、そのユーティリティの影響を受けない。従って、ユーティリティの循環水を使用している装置チャンバの温調エアが多少温度変動しても、ヒータにより試料室の温度変化に対する追従制御が可能であり、試料室の高精度な温調が実現できる。
【００３３】
ヒータＢ３７については、温度センサ３１、温度センサ３２、温度センサ３３、及び温度センサ３４の平均値が目標温度に近づくよう制御を行う。試料室側壁の目標温度も試料室上面の目標温度と同じ方が制御しやすいが、装置チャンバの設定温度以上であれば多少異なっても支障は無い。また、より温度むらが無いようにしたい場合は、試料室２の側面の４面に個別にヒータを取付けて独立に制御しても良い。
【００３４】
試料室２の各隔壁（上面、前後左右の側面）に配置された複数の温度センサ３１，３２，３３，３４と、この温度センサと対をなすように配置された試料室を加熱する複数の電気的なヒータを設け、各ヒータの通電制御は各ヒータに対をなすように設けられている温度センサの検知温度情報により行われる。この通電制御により各隔壁の温度は目標温度に維持される。
【００３５】
ヒータに電流を流すと磁場が発生する為、電子線に影響しないように、あまり大きな電流を流さなければならないような設定温度は避けたほうが良い。つまり、チャンバ設定温度と試料室の目標温度の差が大きいと、消費電流が大きくなり、ヒータから発生する磁場も大きくなる。ヒータの発生する磁場に対しては、試料室２が磁性材料で製作されて磁場シールド効果がある場合は、ヒータを大気側である外部に取付ければ電子線への影響を低減できる。また、図３に示すように平行して配置されたヒータ９０に矢印９１のような方向の電流を流すと、磁界９２が発生するが、ヒータの間隔が近いと磁界同士が相殺して、磁場が小さくなる。よって、図４のように電流が対抗するようにヒータの往復部分の引回しを設定することで、発生磁場を押えることが出来る。また、図５のようにヒータをツイストさせることが可能であれば、更に発生磁場を小さく押えることが可能である。
【００３６】
また、ヒータと試料室２の間には、試料室２の材質よりも熱伝導率の高い部材（グラファイトシート、銅シート等）を介在させることにより、より均一な温度分布に近づけることができる。
【００３７】
一方、試料温度はステージの温度に合せた方が、描画前の試料温度変化を小さく出来る為、描画精度が向上する。もし、試料温度とステージ温度に差があった場合は、試料の温度がステージの温度になじむまで待ってから描画した方が精度の良い描画ができる。予備排気室８はその外側にヒータ等の加熱部材を設けていないため装置チャンバの設定温度付近になっているが、ヒータＣ３８により温調テーブル４３はステージ３の温度に近づくように温度設定されている。尚、ステージ３に温度センサを設け、その情報を基に、温調テーブル４３の温度をフィードバック制御しても良い。温調テーブル４３上に試料を載置し、試料温度が温調テーブル４３の温度になじんだ後、ステージ３上に搭載すれば待ち時間を省いてスループットの低下を避けることができる。ここでは、温調テーブルの温度調整にヒータを使用しているが、温調流体により制御することも可能であり、どちらでも同じ効果が得られる。
【００３８】
以上、本実施例では試料室の上面、及び側面をヒータによる温調領域にしていたが、試料室底面、定盤など熱的にカラムと干渉計の距離変動に影響ある部分であれば何処に配置しても基本的に効果を発揮する。尚、干渉計とカラム間に介在する部分で両者に近い領域程、またヒータによる温調領域が広い程、干渉計とカラム中心間の距離を一定に保つ効果は高い。また、装置チャンバが無い場合については、クリーンルームの設定温度よりも、試料室の温度を高く設定することで同様の効果が得られる。
【００３９】
ヒータの制御方法については、単純なオン／オフ制御、比例ゲインのフィードバック制御、或いは応答性、安定性の高いＰＩＤ制御（比例、積分、微分制御）が考えられるが、基本的にはいずれの制御方法も適用可能である。
【００４０】
次に、図６に示す他の実施例について説明する。
【００４１】
この実施例は、試料室２内に構造体８０を内包し、カラム１を構造体８０に接続した構成になっている。
【００４２】
計測器の干渉計１１は、構造体８０に設け、カラム１から離間するように置かれている。
【００４３】
カラム１と試料室２とはベローズ８１により結合されることで真空の気密を保持することができる。また、構造体８０には温度センサ８２とヒータＤ８３が設けられており、試料室２の下部に温調配管８４が設けられ温調流体８５が流されて、温調部が形成されている。本実施例では、試料室２の設定温度を構造体８０の目標温度よりも低くして、輻射による吸熱とヒータによる発熱によって構造体８０の温調を可能としている。また、定盤４に温調流体を流して、試料室２の底面を介して定盤４からの吸熱を利用しても良い。
【００４４】
構造体８０は、主に支骨により形成され、試料室２と違って内側と外側が気密的に仕切られていない。試料室は、内側と外側の気圧差で隔壁に歪が生じることがあるが、構造体８０は内側と外側の気圧差がなく、歪は生じない。このため、構造体８０にステージ３の位置を計測する干渉計１１を設けることによって、より正確な位置測定ができる。この実施例では、試料室２内が構造体８０に対する周囲環境温度となるので、構造体８０の目標温度が高くなるように設定されるのである。
【００４５】
次に図７に示す他の実施例について説明する。
【００４６】
支持杆９５は、試料室２内に置かれ、かつカラム１から延在するように設けられる。計測器の干渉計１１は、カラム１から離間するように支持杆９５の先端側に設けられる。この支持杆９５は干渉計１１を含む計測器を支持する支持部材として機能する。支持杆９５には、カラム１の取付け部近傍にカラム用温調配管５０を備えており、温調流体によりカラム１の熱が支持杆９５に伝わるのを絶縁している。一方で、支持杆９５に温度センサ８６とヒータＥ８７が設けられ、支持杆９５の温度が一定になるように制御される。この実施例は、構造体８０を備えることなく、支持杆９５を設けることで済むので、安価にできる。
【００４７】
上述した実施例において、試料室、構造体、および支持杆の材質については明言していないが、通常の鉄系材料（例えば純鉄、ステンレス）であれば比較的安価で製作可能である。しかし、精度を重視するならば高価ではあるが低熱膨張材を使用した方が良いことは言うまでも無い。また、装置チャンバ、試料室、ステージ等の設定温度については、精度、スループット等の条件から、適切な設定が行われるようにする。
【００４８】
以上、説明してきた本発明の電子線描画装置によれば、比較的安価で、ユーティリティの管理負担を軽減しつつ、装置温度を一定に保ち、スループットを低下させること無く、高精度な描画が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係わる実施例で、電子線描画装置の概略構成図。
【図２】本発明の実施形態に係わる実施例で、温度センサ、及びヒータの配置構成を主に示す斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係わる実施例で、ヒータが発生する磁場の説明図。
【図４】本発明の実施形態に係わる実施例で、ヒータの発生磁場を抑制する案を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係わる実施例で、ヒータの発生磁場を抑制する他案を示す説明図。
【図６】本発明の実施形態に係わる他の実施例で、電子線描画装置の概略構成図。
【図７】本発明の実施形態に係わる他の実施例で、電子線描画装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００５０】
１…カラム、２…試料室、３…ステージ、４…定盤、５…マウント、６…本体ベース、７…床、８…予備排気室、１０…試料、１１…干渉計、１２…バーミラー、１３…試料保持機構、３０…温度センサ、３１…温度センサ、３２…温度センサ、３３…温度センサ、３４…温度センサ、３５…温度センサ、３６…ヒータＡ、３７…ヒータＢ、３８…ヒータＣ、４０…ゲートバルブ、４１…ゲートバルブ、４２…真空ロボット、４３…温調テーブル、５０…カラム用温調配管、５１…ステージ用温調配管、６０…温調媒体の流れ、６１…温調媒体の流れ、７０…制御部、７１…温度変換器、７２…ヒータドライバ、８０…構造体、８１…ベローズ、９０…ヒータ、９１…電流の向き、９２…磁界の向き、９５…支持杆。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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