(57)【要約】【課題】試料室内に磁場変化を生じることなく、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の温度変化を低減でき、電子ビーム照射中も温度制御可能な電子線描画装置を実現する。【解決手段】試料室１内のベース１１に配置された冷却水配管１７内に流れる冷却水温を、試料７近辺の温度を検出する温度センサ１６により検出された温度に基づいて、試料室１内温度が一定となるように、試料室１外部に配置された恒温水槽２０で制御する。これにより、試料室１内に磁場変化を生じることなく、試料室１内の温度制御ができ、試料７に電子ビームを照射中であっても、温度制御可能で、試料７、ステージ8、試料室１構造部材の温度変化を小さくすることができる。したがって、パターンを試料７の所定位置に精度よく描画することができる。【選択図】      図１
2005303127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射される描画用電子ビームを発生し、この電子ビームを収束し、偏向する電子光学鏡筒と、上記試料を搭載し、上記電子ビームに対して試料を移動させるステージと、このステージがその内部に配置され、上記内部が真空状態に維持される試料室とを有する電子線描画装置において、
熱伝達媒体により上記試料室の内部と外部との間で熱を伝達する熱伝達手段と、
上記試料室内の温度を検出する手段と、
上記温度検出手段により検知された温度に基づいて、試料室内の温度が一定となるように、試料室外で、上記熱伝達手段の熱伝達媒体の温度を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線描画装置において、上記熱伝達媒体は、液体であることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子線描画装置において、上記熱伝達媒体は、光線であることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子線描画装置において、上記熱伝達媒体は、内部に流体を封じた棒状の固体部材であることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の電子線描画装置において、上記ステージが配置されるベース部材と、ステージが上記ベース部材上を移動可能とする移動手段とを備え、この移動部材の表面に摩擦係数が小さい膜がコーティングされていることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項６】
請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の電子線描画装置において、上記ステージが配置されるベース部材と、ステージが上記ベース部材上を移動可能とする移動手段とを備え、上記ベース部材と試料室構造部材との間の熱絶縁を行なう熱絶縁部材を備えることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項７】
請求項１〜４のうちのいずれか一項記載の電子線描画装置において、上記ステージは、蓄熱材を有する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、電子線描画装置に係わり、特に、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の熱変形を抑制して、高精度描画を実施する電子線描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の集積度が向上し、電子線描画装置において、微細なパターンを高い位置精度で形成することが要求されている。電子線描画装置において、微細なパターンを高い位置精度で形成するためには、試料への描画中の熱変形による位置誤差を１ｎｍ以下にしなければならない。
【０００３】
このためには、試料や電子線描画装置の構成部品の温度変化を０．００１℃以下に抑える必要がある。
【０００４】
電子線描画装置において、試料台部分の温度を調整する技術としては、特許文献１に記載された技術がある。
【０００５】
この特許文献１に記載された技術は、試料台に電気発熱ヒータを形成し、試料と試料台との間の温度差を許容範囲内となるように発熱ヒータに流す電流を制御して、発熱量を制御する方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５３１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、ステージ動作機構からの発熱量変化を電気発熱ヒータの発熱量を変化で打ち消すことを狙ったものだが、電気発熱ヒータの発熱量を変化させる際にヒータ電流が変化する。
【０００８】
その結果、試料室の中に磁場変化を生じ、電子ビーム描画位置精度に影響を与える。
【０００９】
このため、特許文献１記載の技術にあっては、電子ビームの照射中は、電気発熱ヒータへの通電を停止し、ヒータ電流の変化による磁場変化の発生を防止している。
【００１０】
ところが、電子ビーム照射中における、ステージ動作機構からの摩擦発熱量は、描画動作によって異なり、描画中の温度変化による熱変形の大きな原因になっていた。
【００１１】
このため、電子ビーム照射中も温度制御を行わなければ、これ以上の、電子ビーム描画位置精度の向上は困難である。
【００１２】
本発明の目的は、試料室内に磁場変化を生じることなく、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の温度変化を低減でき、電子ビーム照射中も温度制御可能な電子線描画装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。  
（１）本発明の電子線描画装置は、試料に照射される描画用電子ビームを発生し、この電子ビームを収束し、偏向する電子光学鏡筒と、上記試料を搭載し、上記電子ビームに対して試料を移動させるステージと、このステージがその内部に配置され、上記内部が真空状態に維持される試料室とを有する。  
そして、上記電子線描画装置において、熱伝達媒体により上記試料室の内部と外部との間で熱を伝達する熱手伝達手段と、上記試料室内の温度を検出する手段と、上記温度検出手段により検知された温度に基づいて、試料室内の温度が一定となるように、試料室外で、上記熱伝達手段の熱伝達媒体の温度を制御する温度制御手段とを備える。
【００１４】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記熱伝達媒体は、液体である。
【００１５】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記熱伝達媒体は、光線である。
【００１６】
（４）また、好ましくは、上記（１）において、上記熱伝達媒体は、内部に流体を封じた棒状の固体部材である。
【００１７】
（５）また、好ましくは、上記（１）〜（４）において、上記ステージが配置されるベース部材と、ステージが上記ベース部材上を移動可能とする移動手段とを備え、この移動部材の表面に摩擦係数が小さい膜がコーティングされている。
【００１８】
（６）また、好ましくは、上記（１）〜（４）において、上記ステージが配置されるベース部材と、ステージが上記ベース部材上を移動可能とする移動手段とを備え、上記ベース部材と試料室構造部材との間の熱絶縁を行なう熱絶縁部材を備える。
【００１９】
（７）また、好ましくは、上記（１）〜（４）において、上記ステージは、蓄熱材を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、試料室内に磁場変化を生じることなく、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の温度変化を低減でき、電子ビーム照射中も温度制御可能な電子線描画装置を実現することができる。
【００２１】
つまり、描画動作に応じた発熱量変化があっても、試料室の中に磁場変化を生じることなく、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の温度変化を低減することができ、試料の表面に描画パターンを１ｎｍ以下の精度で描画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。  
図１は本発明の第１の実施形態である電子線描画装置の概略構成図である。
【００２３】
図１において、電子線描画装置は、主に試料室１と電子光学鏡筒２とから構成されている。電子光学鏡筒２内では、電子銃３から放出された電子ビーム４を電磁レンズ５で収束し、偏向器６で偏向する。
【００２４】
試料室１内には、試料ホルダ９を移動させるステージ８があり、このステージ８は、ベース１１上をＸ−Ｙ平面方向に移動することができる。試料ホルダ９は、ステージ８上に静電チャック１０の静電気力で固定され、試料７は試料ホルダ９に固定されている。
【００２５】
ステージ８を、ベース１１上でＸ−Ｙ方向に移動させるため、モータ１２、駆動棒１３、ガイド１４、ローラ１５によって構成される駆動機構が設けられている。
【００２６】
ステージ８のＸ方向への移動と、Ｙ方向への移動とを、同一の駆動機構としてもよいし、互いに異なる駆動機構とすることもできる。
【００２７】
ステージ８には、温度センサ１６が設けられている。また、ベース１１には、試料室１内の温度を制御するための冷却水配管系（熱伝達手段）１７が接続されている。この冷却水配管系１７に使用される冷却水（熱伝達媒体）は恒温水槽２０から供給される。
【００２８】
また、ベース１１と試料室１の床板１８との間には、ベース１１を床板１８に固定するための固定部品１９が設けられている。図２は、固定部品１９の拡大図である。
【００２９】
図２において、熱伝導率の小さい材料の固定部品１９は、円柱状又は角柱状となっており、床板１８に形成されたネジ穴から、ネジ２１が挿入され、固定部品１９を介して、ネジ２１がベース１１に挿入されて、このネジ２１によりベース１１が固定部品１９を介して床板１８に固定される。この固定部品１９により、ベース１１の位置を固定でき、かつ床板１８からの熱がベース１１に伝達しにくいようになっている。
【００３０】
図１において、電子光学鏡筒２や試料室１には、第２の系統の冷却水配管系（図示は省略）が接続されている。  
ステージ８にはバーミラー２２が設けられ、試料室１の外部側面には干渉計２３が設けられ、この干渉計２３から試料室１内部のバーミラー２２に測長用レーザ２６が照射される。
【００３１】
なお、ガイド１４とローラ１５の材料は、磁場分布に影響を与えず機械的な信頼性の高い材料とするが、そのころがり接触面に低摩擦係数の薄膜（タングステンカーバイト、超硬合金、合成ダイヤモンドなど）がコーティングされている。また、試料室１は真空ポンプ２４により、内部気体が排気される構成となっている。
【００３２】
以上のように構成された電子線描画装置の動作を以下に説明する。  
試料室１内部は、真空ポンプ２４で排気され真空に保たれている。電子線描画動作においては、電子ビーム４を偏向させることにより照射位置を僅かに変え、試料７はステージ８を移動することで移動し、試料７全面にデバイスのパターンが描画される。
【００３３】
描画中には、ステージ８を駆動しているモータ１２からの発熱、ガイド１４上をローラ１５の転がり摩擦熱、静電チャック１０からの発熱など、各部分から熱が発生される。モータ１２、ガイド１４、ローラ１５からの発熱量は、ステージ８の動作に依存するため、これらの発熱量は描画パターンにより時々刻々と変化する。
【００３４】
また、電子線描画装置外部の条件、例えば室温が変化すると、試料室１構造部材の温度が変化する。なお、試料７の位置は、ステージ８の上のバーミラー２２と干渉計２３との間の距離を、レーザ２６を用いて測長することにより検出している。
【００３５】
このため、試料７、ステージ8等の試料室１における構造部材が、熱変形すると、パターンを試料７の所定位置に正確に描画することが出来ず、パターン位置精度を低下させる要因となる。
【００３６】
試料７への描画中の熱変形によるパターン位置誤差を１ｎｍ以下にするためには、試料７、ステージ８や電子線描画装置の構成部品の温度変化を０．００１℃以下に制限する必要がある。
【００３７】
そこで、本発明の第１の実施形態においては、ステージ８の温度を、温度センサ１６で測定し、描画動作に応じて発熱量が変化してもステージ８の温度変動が０．００１℃以下になるように、ベース１１に設置された冷却水配管系１７を流れる冷却水の温度や流量を、試料室１外部に配置されている恒温槽２０において、加熱冷却制御手段（図示省略）により制御している。
【００３８】
なお、ベース１１と試料室１の床板１８との間には、熱を伝えにくい固定部品１９が設けられているため、ベース１１の温度変化が試料室１の床板１８に伝わる影響はない。
【００３９】
また、電子光学鏡筒２内の電子銃３からも描画動作に応じて変化する発熱があるが、電子光学鏡筒２や試料室１の温度変動が０．００１℃以下になるように、第２の系統の冷却水配管系を流れる冷却水の温度や流量は、温度センサ１６からの温度検出信号に従って、冷却水の温度や流量制御手段（図示省略）により制御される。
【００４０】
また、ガイド１４とローラ１５との、ころがり接触面には低摩擦係数の薄膜がコーティングされているため、摩擦発熱量を小さくすることができ、温度変化を小さくできる。
【００４１】
上記のように、本発明の第１の実施形態によれば、試料室１内のベース１１に配置された冷却水配管１７内に流れる冷却水温を、試料７近辺の温度を検出する温度センサ１６により検出された温度に基づいて、試料室１内温度が一定となるように、試料室１外部に配置された恒温水槽２０で、制御するように構成している。
【００４２】
したがって、電子ビーム照射中も温度制御可能で、試料７、ステージ8、試料室１構造部材の温度変化を小さくすることが出来、パターンを試料７の所定位置に精度よく描画することができる。
【００４３】
なお、上述した例においては、冷却用媒体として、冷却水を使用したが、冷却媒体としては水に限らず、他の液体でも使用可能である。
【００４４】
図３は、本発明の第２の実施形態である電子線描画装置の概略構成図である。
【００４５】
この第２の実施形態において、図１に示した例と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
この第の実施形態においては、試料室１の外側に設けられた加熱用ランプ（熱伝達手段）３０からの照射光（熱伝達媒体）がステージ８に照射されるようになっている。
【００４７】
加熱用ランプ３０からの照射光の経路３１は、床板１８に形成された孔、試料室１内のレンズ（図示省略）、試料室１内のミラー３２、光ファイバー（図示省略）などで形成されている。
【００４８】
ステージ８の温度を温度センサ１６で測定し、描画動作に応じて発熱量が変化してもステージ８の温度変動がないように、加熱用ランプ３０の照射光量を制御している。
【００４９】
試料室１の内部に磁場変化を生じると、電子ビームの偏向に影響を与え、描画の位置精度が悪くなる。そこで、この第２の実施形態においては、加熱用ランプ３０を試料室１の外部に配置し、試料室１の内部に磁場変化を生じる事がないように構成している。
【００５０】
また、この第２の実施形態においては、ベース１１の冷却水配管系１７を流れる冷却水の温度は、温度センサ１６による検出温度に関係なく、一定とし、温度や流量の制御は行う必要はない。
【００５１】
この第２の実施形態によれば、加熱用ランプ３０の加熱量制御は、冷却水を温度制御することに比較して、高速に温度制御を行なうことができるという効果がある。
【００５２】
なお、この第２の実施形態では、加熱用ランプによる加熱量制御を用いたが、ステージ８に外部力で移動させる部品（例えばローラ）を設け、移動させる部品とステージとの間で生じる摩擦発熱量を制御して、試料室１内部の温度変動を抑制することもできる。
【００５３】
また、図３に示した本発明の第２の実施形態においては、ステージ８を移動させる駆動機構について、ガイド３７をステージ８側に形成し、ローラ３８をベース１１側に形成している。
【００５４】
これは、ガイド３７とローラ３８との、摩擦発熱量はローラ３８に多く発熱する場合があることが実験的に判明し、ローラ３８を、水冷により温度制御しているベース１１側に形成することにより、摩擦発熱を効率よく冷却することができ、ステージ8の温度変化を小さくすることができるからである。
【００５５】
以上のように、本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５６】
なお、この第２の実施形態において、加熱用ランプ３０からの照射光を、ミラーを介して、静電チャック１０に照射してもよい。ただし、加熱ランプ３０からの照射光をミラー３２を介して、試料に照射することは回避する。試料７の部分加熱を避けるためである。
【００５７】
図４は本発明の第３の実施形態である電子線描画装置の要部概略構成図であり、ステージ８を移動させる駆動棒１３の拡大図である。  
図４において、駆動棒１３の中にヒートパイプ（熱伝達手段、熱伝達媒体（管状固体部材の内部に沸騰する液体を封じ込めたもの））４０が設けられている。このヒートパイプ４０の一端４１は、ステージ８の近辺に位置し、ヒートパイプ４０の他端４２は、試料室１の外部に位置している。
【００５８】
また、ヒートパイプ４０の試料室１外部に位置する部分４２には発熱ヒータ４３が取り付けられている。
【００５９】
他の構成は、図３に示した例と同様となっている。ただし、この第３の実施形態においては、加熱ランプ３０、ミラー３２は設けられてはいない。
【００６０】
第３の実施形態において、ステージ８の温度を温度センサ１６で測定し、描画動作に応じて発熱量が変化してもステージ８の温度変動がないように、外部発熱ヒータ４３の発熱量を、制御手段（図示省略）により制御している。ヒートパイプ４０により、外部発熱ヒータ４３の発熱量は、速やかにステージ８に伝えられる。
【００６１】
また、この第３の実施形態においては、発熱ヒータ４３は、試料室１の外部に設けられているため、試料室１の内部に、発熱ヒータ４３による磁場変化を生じることがない。
【００６２】
したがって、この第３の実施形態においても、試料室の中に磁場変化を生じることなく、試料、ステージ構造部材、試料室構造部材の温度変化を低減でき、電子ビーム照射中であっても、温度制御可能な電子線描画装置を実現することができる。
【００６３】
さらに、この第３の実施形態によれば、外部発熱ヒータ４３により、試料室１内の発熱量制御を高速で行なうことができるという効果がある。
【００６４】
なお、ヒートパイプ４０は駆動棒１３とは独立に形成しても良く、ヒートパイプ４０に代えて、振動型熱輸送デバイス（ドリームパイプと呼ばれることもある）、その他の高熱輸送デバイス、高熱伝導部材を使用しても、同等な効果を得ることができる。
【００６５】
図５は、本発明の第４の実施形態である電子線描画装置の要部概略構成図であり、電子線描画装置に用いるステージ８の斜視図である。  
図５において、ステージ８の内部に蓄熱材料４５（塩化カルシウム、高分子材料、低融点金属材料など）を配置している。他の構成は、図３に示した例と同様となっている。ただし、この第３の実施形態においては、加熱ランプ３０、ミラー３２は設けられてはいない。
【００６６】
図５において、描画動作に応じて発熱量が増大し温度上昇しようとする時には、蓄熱材料４５に熱が蓄えられ温度上昇が抑制される。また、発熱量が低減する時には、蓄熱材料４５から熱が放出され温度低下が抑制される。蓄熱材料によりステージ温度を一定に保つことが出来る。
【００６７】
なお、この第４の実施形態において、図１の例と同様に、温度センサ１６により検出された温度に基づいて、冷却水温度を制御する構成とすることも可能である。
【００６８】
また、この第４の実施形態において、図３、図４に示した例と同様にして、ステージ８に光を照射したり、ヒートパイプ等によりステージ８を加熱、冷却を行い、試料室１内の温度を一定とするように制御してもよい。
【００６９】
図６は、本発明の効果を数値シミュレーションにより計算した結果を示すグラフである。
【００７０】
なお、計算条件として試料を静電チャックに乗せる前にステージが停止して定常になっている状態を初期条件とし、描画動作にて摩擦発熱が生じてからの静電チャック温度の時間変化を計算した。
【００７１】
また、摩擦発熱量として、合計０．１Ｗと仮定し、乗せる試料の温度は静電チャック温度に等しいとし、試料室１構造部材などの周囲温度変化はないものとした。
【００７２】
図６において、縦軸は、静電チャック温度変化として、初期温度からの変化分を示し、横軸は経過時間を示す。また、冷却水の温度制御などを行わない場合の結果を線５１に示す。この線５１に示すように、摩擦発熱のため０．０５℃の温度変化があることがわかる。
【００７３】
線５２は、本発明の第１の実施形態により温度制御した場合の結果を示す。線５２に示すように、静電チャックの温度変化は、０．００１℃以下になっている。
【００７４】
線５３は、本発明の第２の実施形態により温度制御した場合の結果を示す。線５３に示すように、静電チャックの温度変化は０．００１℃以下となっている。
【００７５】
このように、本発明により温度制御した場合は、温度制御しない場合と比較して、静電チャック温度変動を、抑制することが理解できる。したがって、描画中においても、温度制御することにより温度変動を抑制することができ、描画精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態である電子線描画装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した電子線描画装置の固定部品の拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である電子線描画装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の要部概略構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態の要部概略構成図である。
【図６】本発明による温度変動抑制効果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１              試料室
２              電子光学鏡筒
３              電子銃
４              電子ビーム
５              電磁レンズ
６              偏向器
７              試料
８              ステージ
９              試料ホルダ
１０            静電チャック
１１            ベース
１２            モータ
１３            駆動棒
１４、３７      ガイド
１５、３８      ローラ
１６            温度センサ
１７            冷却水配管系
１８            試料室の床板
１９            固定部品
２０            恒温水槽
２１            ネジ
２２            バーミラー
２３            干渉計
２４            真空ポンプ
２６            測長用レーザ
３０            加熱用ランプ
３２            ミラー
４０            ヒートパイプ
４３            発熱ヒータ
４５            蓄熱材料
【図１】
2005303127.tif 000003
【図２】
2005303127.tif 000004
【図３】
2005303127.tif 000005
【図４】
2005303127.tif 000006
【図５】
2005303127.tif 000007
【図６】
2005303127.tif 000008