(57)【要約】【課題】  ステージ自体の位置制御性に悪影響を与えず、かつ試料の温度制御性が高く、さらに試料近傍を非磁性に保つことが可能なステージ機構を提供することを目的とする。【解決手段】  温調用熱電素子５１、５２を使用してステージ４６に温調用流体を導く配管を避けつつ温度制御性を高め、かつこの熱電素子５１、５２を試料４０から離して配置して試料４０近傍を非磁性に保ち、その間に熱輸送手段５３、５４を介在させる。【選択図】      図３
2005340719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動台部と、
前記可動台部に設けられる試料保持部と、
前記試料保持部と離隔して、前記可動台部に設けられる加熱用熱電素子及び冷却用熱電素子と、
前記加熱用熱電素子と前記試料保持部との間で熱輸送を行う加熱用熱輸送手段と、
前記冷却用熱電素子と前記試料保持部との間で熱輸送を行う冷却用熱輸送手段と、
を備えることを特徴とするステージ機構。
【請求項２】
前記熱輸送手段は、非磁性材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載のステージ機構。
【請求項３】
さらに、前記試料保持部及び／又は前記熱輸送手段に設けられる温度センサと、
前記温度センサによる検知温度に基づき前記加熱用熱電素子及び／又は前記冷却用熱電素子の駆動信号を出力して、前記試料保持部に保持された試料を所定温度に保つ熱電素子制御部と、
を備える請求項１に記載のステージ機構。
【請求項４】
前記熱電素子制御部は、前記冷却用熱電素子を一定信号で駆動しつつ、前記加熱用熱電素子を前記温度センサによる検知温度に基づき駆動することを特徴とする請求項３に記載のステージ機構。
【請求項５】
前記熱電素子制御部は、前記加熱用熱電素子を一定信号で駆動しつつ、前記冷却用熱電素子を前記温度センサによる検知温度に基づき駆動することを特徴とする請求項３に記載のステージ機構。
【請求項６】
前記加熱用熱電素子と前記冷却用熱電素子とは、それぞれ熱交換素子により構成され、
前記加熱用熱輸送手段は、前記加熱用熱電素子としての熱交換素子の発熱部と前記試料保持部との間の熱輸送を行い、
前記冷却用熱輸送手段は、前記冷却用熱電素子としての熱交換素子の受熱部と前記試料保持部との間の熱輸送を行い、
前記加熱用熱電素子としての熱交換素子の受熱部と前記冷却用熱電素子としての熱交換素子の発熱部とは、前記可動台を介して熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のステージ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を保持しつつ移動可能なステージ機構に関し、特に本発明は、荷電粒子線装置や、半導体集積回路などの製造工程で使用され、電子線源により発生させた電子ビームを偏向し、露光パターンに対応するマスクパターンを有するマスク上で走査させて露光パターンをウエハに露光する電子線露光装置において、ウエハ及びマスクを保持するステージ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化のニーズに伴い、回路パターンの一層の微細化が要望されている。現在、微細化の限界を規定しているのは主として露光装置であり、電子ビーム直接描画装置やＸ線露光装置などの新しい方式の露光装置が開発されている。
【０００３】
最近では新しい方式の露光装置として、量産レベルで超微細加工用に使用可能な電子線近接露光装置が開示されている（例えば特許文献１、およびこれに対応する日本国特許出願の特許文献２）。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示された電子線近接露光装置の基本構成を示す図である。この図を参照して、電子線近接露光装置について説明する。図示するように、電子線近接露光装置１は、その内部が高い真空状態に保たれた電子光学鏡筒（カラム）１０と試料室（チャンバ）８とを備える。
そして、カラム１０内には、電子ビーム１５を発生する電子線源１４と整形アパチャ１８と電子ビーム１５を平行ビームにする照射レンズ１６とを有する電子銃１２、対となる主偏向器２１、２２と、対となる副偏向器５１、５２とを含み、電子ビームを光軸に平行に走査する走査手段１３が備えられる。
一方、チャンバ８内には、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０を保持するマスクホルダ３４と、マスクホルダ３４を少なくともＸＹ方向に移動可能なマスクステージ３６と、静電チャック４４と、ＸＹステージ４６とが備えられる。試料（半導体ウエハ）４０は、表面にレジスト層４２が形成され、静電チャック４４上に保持されている。
【０００５】
マスク３０は、厚い外縁部の中央部に、開口が形成された薄膜部を有しており、試料４０は表面がマスク３０に近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビーム１５を照射すると、マスクの開口を通過した電子ビーム１５が試料４０の表面のレジスト層４２に照射される。
【０００６】
走査手段１３に含まれる主偏向器２１及び２２は、電子ビーム１５を、その光軸を電子銃１２の光軸１９に平行に保ったままマスク３０の薄膜部３２全面で走査するように偏向制御する。このように電子ビーム１５が薄膜部を全面走査することよりマスク３０のマスクパターンが試料４０上のレジスト層４２に等倍転写される。
【０００７】
ＸＹステージ４６は、載置する試料４０を水平の直交２軸方向（ＸＹ方向）に移動させるもので、マスクパターンの等倍転写が終了する毎に試料４０を所定量移動させ、これにより１枚の試料４０に複数のマスクパターンを転写できるようにしている。なおＸＹステージ４６は、垂直方向（Ｚ方向）を回転軸にして、試料４０を回転させることも可能である。
【０００８】
走査手段１３に含まれる副偏向器５１、５２は、マスク歪みを補正するように電子ビームのマスクパターンへの入射角度を制御（傾き補正）する。いま電子ビーム１５のマスク３０への入射角度をα、露光用のマスク３０と試料４０とのギャップをＧとすると、入射角度αによるマスクパターンの転写位置のずれ量δは、次式、
δ＝Ｇ・ｔａｎα
で表され、マスクパターンは、ずれ量δだけ正規の位置からずれた位置に転写される。したがって、露光用のマスク３０にマスク歪みがあっても、電子ビーム走査位置におけるマスク歪みに応じて電子ビームの傾き制御を行うことにより、このマスク歪みを補正することが可能である。
【０００９】
さて、マスク３０及び試料４０は、その転写倍率を一定に（例えば電子線近接露光装置では等倍に）保つために、マスク３０及び試料４０の熱伸縮によるサイズ変動を抑制する必要がある。しかし、マスク３０及び試料４０は絶えず電子ビーム１５が照射されているため徐々に温度が上昇する傾向にあり、このため上記電子線近接露光装置のような電子線露光装置では、マスク３０及び試料４０の温度調整を行うための温調手段を設ける必要がある。
【００１０】
このような試料（ウエハ）の温度を調整する手段としては、従来、下記特許文献３のようにウエハを支持するステージに冷却水を循環させるための導水管を設ける構造が知られている。また、下記特許文献４には、ウエハを支持するチャックを冷却するための輻射熱板を設ける構造が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第5,831,272号明細書（全体）
【特許文献２】日本特許第2951947号公報（全体）
【特許文献３】特開平11-233598号公報（全体）
【特許文献４】特開2003-229347号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献３に示すような導水管構造を上記マスクホルダ３４やＸＹステージ４６に設けると、配管のためにステージの制御性を悪化させる。特にＸＹステージ４６のようにその移動範囲が広い場合にはステージまで冷却水を供給することが難しい。
【００１３】
かかる配管を避けるためにペルチェ素子などの熱電素子を試料４０近傍に配置する方法も考えられる。しかし、上記電子線近接露光装置のような荷電粒子線装置では、通電電流による荷電粒子線の軌道への影響を防ぐために試料近傍が非磁性であることが要求されるため、ペルチェ素子などの通電電流が大きい素子を試料４０近傍に配置することも困難である。
【００１４】
また、特許文献４に示すようにチャック４４と非接触に設けられた輻射板によりチャック４４の温度調整を行う構造では、チャック４４に温調素子を接触させる場合と比較して温度制御性が低い。
【００１５】
上記問題点を鑑みて本発明は、ステージ自体の位置制御性に悪影響を与えず、かつ試料の温度制御性が高く、さらに試料近傍を非磁性に保つことが可能なステージ機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明では、温調用流体を導く配管を避けつつ温度制御性を高めるために温調用熱電素子を使用し、かつ試料近傍を非磁性に保つために、この熱電素子を試料から離して配置し、その間に熱輸送手段を介在させることとした。
【００１７】
すなわち、本発明に係るステージ機構は、可動台部と、可動台部に設けられる試料保持部と、試料保持部と離隔して、可動台部に設けられる加熱用熱電素子及び冷却用熱電素子と、加熱用熱電素子と試料保持部との間で熱輸送を行う加熱用熱輸送手段と、冷却用熱電素子と試料保持部との間で熱輸送を行う冷却用熱輸送手段とを備える。
【００１８】
試料近傍をさらに非磁性に保つため、熱輸送手段は非磁性材料で構成されることが好適である。また、温度制御性を高めるため、ステージ機構は試料保持部及び／又は熱輸送手段に設けられる温度センサと、温度センサによる検知温度に基づき加熱用熱電素子及び／又は冷却用熱電素子の駆動信号を出力して、試料保持部に保持された試料を所定温度に保つ熱電素子制御部と、を備えることとしてよい。
このとき、熱電素子制御部は、冷却用熱電素子を一定信号で駆動しつつ、加熱用熱電素子を温度センサによる検知温度に基づき駆動することとしてよい。試料の温度調整は冷却する場合より加熱する場合の方が比較的迅速に行うことが可能であるため、このような制御により温度制御性をさらに高めることが可能である。もちろん熱電素子制御部は、前記熱電素子制御部は、加熱用熱電素子を一定信号で駆動しつつ、冷却用熱電素子を温度センサによる検知温度に基づき駆動することとしてもよい。
【００１９】
加熱用熱電素子と冷却用熱電素子とは、それぞれ熱交換素子により構成され、加熱用熱輸送手段は、加熱用熱電素子としての熱交換素子の発熱部と試料保持部との間の熱輸送を行い、冷却用熱輸送手段は、冷却用熱電素子としての熱交換素子の受熱部と試料保持部との間の熱輸送を行い、加熱用熱電素子としての熱交換素子の受熱部と冷却用熱電素子としての熱交換素子の発熱部とは、可動台を介して熱交換を行うこととすることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るステージ機構により、温調用流体を導く配管を避けてステージ位置の制御性を高め、かつ温度制御性を高め、また試料近傍を非磁性に保つことが可能となる。
さらに、熱輸送手段を非磁性材料で構成することにより試料近傍をさらに非磁性に保つことが可能となる。
常に一定の制御信号で駆動される冷却用熱電素子により試料を冷却しつつ、加熱用熱電素子により温度調整することにより、温度制御性をさらに高めることが可能となる。
【００２１】
加熱用熱電素子としての熱交換素子の受熱部と冷却用熱電素子としての熱交換素子の発熱部とが可動台を介して熱交換を行うことにより、系全体の発熱量を減少させて発熱処理を最小限に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図２は、本発明の実施例に係るステージ機構の概略構成図である。以下の説明では、例示としてステージ機構２を図１に示した電子線近接露光装置１に適用した場合について説明するが、本発明に係るステージ機構は、電子線露光装置、電子顕微鏡、電子線検査装置などの種々の荷電粒子線装置に好適に利用することが可能である。
電子線近接露光装置自体については既に説明したため、説明を省略することとし、図１と同一の機能部分には同一の参照番号を用いて表す。
【００２３】
ステージ機構２は、試料保持部としての静電チャック４４を少なくともＸ及びＹの２軸方向に移動可能な粗動ステージ４８と微動ステージ４７とからなるＸＹステージ４６を備える。
微動ステージ４７上には、加熱用熱電素子としての熱交換素子である複数の加熱用ペルチェ素子５１と、冷却用熱電素子としての熱交換素子である複数の冷却用ペルチェ素子５２とが設けられており、加熱用ペルチェ素子５１と冷却用ペルチェ素子５２は、通電電流により発生する磁界が静電チャック４４上の試料４０に照射される電子ビームの軌道に影響を与えないように、静電チャック４４から離して設けられる。
【００２４】
各加熱用ペルチェ素子５１の発熱部に発生した熱は、各加熱用ペルチェ素子５１に対してそれぞれ設けられた複数の加熱用熱輸送手段５３により静電チャック４４に運ばれ、反対に静電チャック４４上の熱は、各冷却用ペルチェ素子５２に対してそれぞれ設けられた複数の冷却用熱輸送手段５４により冷却用ペルチェ素子５２の冷却部（受熱部）に運ばれる。加熱用熱輸送手段５３及び冷却用熱輸送手段５４は、ヒートパイプやヒートレーン（登録商標）などの熱輸送手段により実現してよい。一方、加熱用ペルチェ素子５１の冷却部と冷却用ペルチェ素子５２の発熱部は、それぞれ熱容量の大きい微動ステージ４７のブロックに接触して設けられ、微動ステージ４７のブロックを介して熱交換を行う。また、試料４０に照射する電子ビーム軌道に影響を与えないように、加熱用熱輸送手段５３及び冷却用熱輸送手段５４は非磁性材料からなることが好適である。
【００２５】
加熱用熱輸送手段５３及び冷却用熱輸送手段５４は、静電チャック４４下方に設けられた温調部５５内に試料４０面に沿ってレイアウトされる。図２では、加熱用熱輸送手段５３及び冷却用熱輸送手段５４は上下にレイアウトされているが、例えば図３に例示するように、温調部５５の径方向に延伸する各加熱用熱輸送手段５３ａ〜５３ｈ及び冷却用熱輸送手段５４ａ〜５４ｈと、各加熱用ペルチェ素子５１ａ〜５１ｈ及び各冷却用ペルチェ素子５２ａ〜５２ｈを、温調部５５の周方向にステージ４６平面上で位置をずらして同一平面上に交互に配置することとしてもよい。温調部５５は断熱支持部材４９を介して微動ステージ４７上に設けられ、微動ステージ４７のブロックと温調板５５との間の熱流束は遮断される。
【００２６】
温調部５５と静電チャック４４の間には、熱抵抗の小さい材料で構成される及び／又は熱抵抗の小さい構造に構成される均熱板４５が設けられる。均熱板４５は、温調部５５上の不均一な熱を均一にして静電チャック４４及びこれを介して試料４０に伝える。これに加えて又はこれに代えて、静電チャック４４を熱抵抗の小さい材料で構成し及び／又は熱抵抗の小さい構造に構成してもよい。
【００２７】
また図示するように、静電チャック４４には温度センサ６１ａ、６１ｂが、均熱板４５には温度センサ６１ｃが、各加熱用熱輸送手段５３の近傍には温度センサ６１ｄが、各冷却用熱輸送手段５４の近傍には温度センサ６１ｅが、微動ステージ４７下面付近には温度センサ６１ｆが設けられており、ステージ機構２は、温度センサ６１ａ〜６１ｅが検出した各部分の温度に基づいて、加熱用ペルチェ素子５１及び冷却用ペルチェ素子５２への通電電流を制御して出力する熱電素子制御部７０を備える。
【００２８】
熱電素子制御部７０による加熱用ペルチェ素子５１及び冷却用ペルチェ素子５２の制御は、冷却用ペルチェ素子５２を一定の出力電流で駆動する一方で、静電チャック４４に設けられた６１ａ、６１ｂ及び／又は均熱板４５に設けられた温度センサ温度センサ６１ｃによる検知温度が予め設定された設定温度となるように、加熱用ペルチェ素子５１への出力電流を可変制御することにより行うこととしてよい。一般に、温度調整は冷却する場合より加熱する場合の方が比較的迅速に行うことが可能であるため、このような制御により温度制御性の向上に資する。
【００２９】
各温度センサ６１ａ〜６１ｅにより、静電チャック４４、均熱板４５及び温調部５５に、試料面に沿った温度分布の不均一が検出された場合には、熱電素子制御部７０は、図３に示すようにステージ４６平面上で位置をずらして配置された、各加熱用熱輸送手段５３ａ〜５３ｈの加熱端を加熱する各加熱用ペルチェ素子５１ａ〜５１ｈと、各冷却用熱輸送手段５４ａ〜５４ｈの冷却端を冷却する各冷却用ペルチェ素子５２ａ〜５２ｈとを個別に制御して、温度分布の不均一が解消されるようにゾーンコントロールすることとしてもよい。
【００３０】
また、熱電素子制御部７０は、微動ステージ４７に配置した温度センサ６１ｆの検知温度に応じて冷却用ペルチェ素子５２に加える制御信号を変動させ、ステージ機構２全体の排出熱量を調整することとしてよい。さらに、温度センサ６１ｆの検知温度が所定の許容温度を超えた場合には、オーバーヒートを警告するアラーム信号を発生してオペレータに知らせることとしてもよい。
【００３１】
上記説明では、ステージ機構２を電子線近接露光装置１のウエハを支持して移動するＸＹステージ４６に適用した場合について説明したが、同様の温度調整機能をマスクを保持するマスクホルダ３４又はマスクホルダ３４を移動するマスクステージ３６に適用してよい。
すなわち、電子線近接露光装置１のマスク用ステージ機構は、可動台部であるマスクステージ３６と、マスクステージ３６に設けられる試料保持部であるマスクホルダ３４と、マスクホルダ３４と離隔して、マスクステージ３６に設けられる加熱用熱電素子である加熱用ペルチェ素子及び冷却用熱電素子である冷却用ペルチェ素子と、加熱用ペルチェ素子とマスクホルダ３４との間で熱輸送を行う加熱用熱輸送手段である加熱用ヒートパイプ（又はヒートレーン（登録商標））と、冷却用ペルチェ素子とマスクホルダ３４の間で熱輸送を行う冷却用熱輸送手段である冷却用ヒートパイプ（又はヒートレーン（登録商標））と、を備えることとしてよい。
【００３２】
マスク近傍をさらに非磁性に保つため、熱輸送手段は非磁性材料で構成されることが好適である。また、温度制御性を高めるため、マスクホルダ３４及び／又は熱輸送手段に設けられる温度センサと、温度センサによる検知温度に基づき加熱用ペルチェ素子及び／又は冷却用ペルチェ素子の駆動信号を出力して、マスクホルダ３４に保持されたマスク３０を所定温度に保つ熱電素子制御部と、を備えることとしてよい。
熱電素子制御部は、冷却用ペルチェ素子を一定信号で駆動しつつ、加熱用ペルチェ素子を温度センサによる検知温度に基づき駆動することとしてよく、反対に熱電素子制御部は、加熱用ペルチェ素子を一定信号で駆動しつつ、冷却用ペルチェ素子を温度センサによる検知温度に基づき駆動することとしてもよい。
【００３３】
加熱用熱輸送手段は加熱用ペルチェ素子の発熱部とマスクホルダ３４との間の熱輸送を行い、冷却用熱輸送手段は、冷却用ペルチェ素子の受熱部とマスクホルダ３４との間の熱輸送を行い、加熱用ペルチェ素子の受熱部と冷却用ペルチェ素子の発熱部とは、マスクステージ３６を介して熱交換を行うこととすることが好適である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、試料を保持するステージ機構を備え、かつ保持すべき試料の温度を調節する必要がある装置に広く適用可能であり、特に荷電粒子線装置、電子線露光装置、電子顕微鏡、電子線検査装置など種々の電子線装置に好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】電子線近接露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係るステージ機構の概略構成図である。
【図３】熱輸送手段の配置図である。
【符号の説明】
【００３６】
４０…試料
４４…チャック
４５…均熱板
４９…断熱支持部材
５３…加熱用ヒートパイプ
５４…冷却用ヒートパイプ
５５…温調部
６１ａ〜６１ｅ…温度センサ
【図１】
2005340719.tif 000003
【図２】
2005340719.tif 000004
【図３】
2005340719.tif 000005