(57)【要約】      （修正有）【課題】実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定可能な装置或いは方法を提供する。【解決手段】描画装置１００は、描画室１０３と、描画室１０３の上方に配置され、描画室１０３内に電子ビーム２００を照射する光学系を有する電子鏡筒１０２と、描画室１０３を取り囲む恒温層１０６と、描画室１０３内に配置されたＸＹステージ１０５と、ＸＹステージ１０５上に搭載され、基板１０１を直接支持する複数の支持ピン１０４と、複数の支持ピン１０４に配置された複数の温度センサ１０８と、を備えたことを特徴とする。実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。描画中も基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。【選択図】図１
2009231334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバの上方に配置され、前記チャンバ内に荷電粒子ビームを照射する光学系を有する鏡筒と、
前記チャンバを取り囲む恒温層と、
前記チャンバ内に配置されたステージと、
前記ステージ上に搭載され、基板を直接支持する複数の支持部材と、
前記複数の支持部材に配置された複数の温度センサと、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項２】
前記複数の温度センサの出力に基づいて、前記基板付近の温度を測定する温度測定部と、
前記基板付近の温度に基づいて、前記恒温層の温度を調整する調整部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項３】
前記温度測定部は、前記基板の描画中にリアルタイムで前記基板付近の温度を測定することを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項４】
前記温度センサは、前記支持部材の内部に埋設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の荷電粒子ビーム描画装置。
【請求項５】
チャンバ内のステージ上に搭載された複数の支持部材により直接支持された基板の温度を前記複数の支持部材に配置された温度センサを用いて測定する工程と、
測定された前記基板の温度に基づいて、前記チャンバを取り囲む恒温層の温度を調整する工程と、
前記恒温層の温度が調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて、前記複数の支持部材により直接支持された基板を描画する工程と、
を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、電子ビームを用いて描画する描画装置内の温度を制御する機構及び描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
【０００３】
図５は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線（ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）描画装置における第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。
【０００４】
ここで、試料となる半導体パターンのマスクへの描画は、通常、描画装置に設けられた描画室（チャンバ）のＸＹステージ上にマスクを設置して行なわれる。ここで、描画中にマスクの温度が変化するとマスクの大きさが変化する。それにより描画位置精度が悪化してしまう。そのため、描画中はマスクを均一な温度に保っておくことが重要となる。そして、さらに、チャンバにマスクを持ち込んだ後のマスクの温度変化が無いことも均一な温度確保と共に描画時間短縮の観点から重要となる。
【０００５】
従来、チャンバ内の温度は、チャンバの内壁等に取り付けられた温度計により測定していた。また、マスクを移動させるステージにもステージの温度管理のために温度計を配置していた。しかし、これらの温度計で測定される温度は、マスクの温度ではないので、別途マスクの温度を把握する必要がある。そのために温度計を埋設したダミー基板を作成して、まず、このダミー基板をチャンバ内のステージに配置した。そして、描画前に、予めダミー基板の温度を測定することで実際に描画されるマスクの温度と擬制していた。
【０００６】
しかしながら、ダミー基板の温度は、あくまで描画前の状態の温度であるため、描画中のマスクの温度を測定することができなかった。そのため、チャンバにマスクを持ち込んだ後のマスクの温度変化を把握することが困難となる。さらに、ダミー基板には温度計が埋設されているため、基板の構造が描画されるマスクと一部異なってしまい、描画されるマスクと基板内の温度分布が変わってしまうという欠点がある。そのため、ダミー基板の温度をそのまま実際に描画されるマスクの温度と擬制すると温度分布が異なってしまうという問題があった。
【０００７】
ここで、マスクの温度変化に関連して、周縁の形状が矩形のマスクに電子線を照射して回路パターン等を描画する電子線マスク描画装置において、電子線の照射による熱膨張で伸縮するマスクの寸法を対向する両側辺からレーザ光を用いて測長するという技術が文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、マスクの温度変化によりマスクの寸法が変化することを前提にした技術であり、マスクの寸法を変化させないように温度調整を行なうものではない。
【特許文献１】特開２００７−２６４０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、チャンバの内壁の温度やステージ温度といったマスクから離れた位置の温度では、マスクの温度状態を把握することができないという問題があった。さらに、ダミー基板の温度は、あくまで描画前の状態の温度であるため、描画中のマスクの温度を測定することができないという問題があった。さらに、ダミー基板は、基板の構造が描画されるマスクと一部異なっているためダミー基板の温度では、実際に描画されるマスクの温度と温度分布が異なってしまうという問題があった。生産管理上、描画中のマスク温度の変化を把握することが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定可能な装置或いは方法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】
【００１０】
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
チャンバと、
チャンバの上方に配置され、チャンバ内に荷電粒子ビームを照射する光学系を有する鏡筒と、
チャンバを取り囲む恒温層と、
チャンバ内に配置されたステージと、
ステージ上に搭載され、基板を直接支持する複数の支持部材と、
複数の支持部材に配置された複数の温度センサと、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
基板を直接支持する複数の支持部材に複数の温度センサを配置したので、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。また、基板に温度センサを配置していないので温度分布が異なってしまうという問題を解消することができる。
【００１２】
そして、複数の温度センサの出力に基づいて、基板付近の温度を測定する温度測定部と、
基板付近の温度に基づいて、恒温層の温度を調整する調整部と、
をさらに備えると好適である。
【００１３】
また、温度測定部は、基板の描画中にリアルタイムで基板付近の温度を測定するとなお良い。また、温度センサは、支持部材の内部に埋設されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
チャンバ内のステージ上に搭載された複数の支持部材により直接支持された基板の温度を複数の支持部材に配置された温度センサを用いて測定する工程と、
測定された基板の温度に基づいて、チャンバを取り囲む恒温層の温度を調整する工程と、
恒温層の温度が調整された状態で、荷電粒子ビームを用いて、複数の支持部材により直接支持された基板を描画する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
かかる構成により、測定された基板の温度に基づいてその温度の変化に合わせて恒温層の温度を調整することで基板温度を所望する温度に調整することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様によれば、実際に描画される基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。そして、その温度変化に基づいて恒温層の温度を調整することで基板温度を所望する温度に調整することができる。さらに、描画中も基板の温度と実質的に同等な温度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、各実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の他の荷電粒子を用いたビームでも構わない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
図１において、描画装置１００は、描画部１５０、温度測定回路１１０、温度制御回路１１２、温度調整器１１４、及び描画制御回路１６０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、ここでは、可変成形型電子ビーム描画装置を示している。描画部１５０は、描画室１０３（チャンバ）と描画室１０３（チャンバ）の上方に配置された電子鏡筒１０２を有している。そして、電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８が配置されている。電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８といった電子光学系により描画室１０３内に電子ビーム２００が照射される。一方、描画室１０３内には、ＸＹステージ１０５が配置され、ＸＹステージ１０５上には、複数の支持ピン１０４が搭載されている。そして、これら複数の支持ピン１０４で試料となる基板１０１を直に接して支持している。そして、恒温層１０６が描画室１０３を取り囲むように配置される。また、各支持ピン１０４には、それぞれ、温度センサ１０８が配置される。各温度センサ１０８は、温度測定回路１１０に接続され、温度測定回路１１０により基板１０１付近の温度が測定される。温度調整器１１４は、基板付近の温度に基づいて、恒温層１０６の温度を調整する。温度測定回路１１０と温度調整器１１４は、温度制御回路１１２に図示しないバスを介して接続されている。図１では、本実施の形態１を説明する上で必要な構成部分以外については記載を省略している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれることは言うまでもない。
【００１９】
電子銃２０１から照射された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により集光され、矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向されて、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５上の基板１０１の所望する位置に照射される。また、電子鏡筒１０２内およびＸＹステージ１０５が配置された描画室１０３内は、図示していない真空ポンプにより真空引きされ、大気圧よりも低い圧力となる真空雰囲気となっている。かかる描画部１５０は、描画制御回路１６０によって制御される。
【００２０】
図２は、実施の形態１における支持ピンと温度センサの配置構成を説明する概念図である。
図２において、支持部材となる支持ピン１０４は、ＸＹステージ１０５上に配置される。そして、支持ピン１０４は、上部がなめらかな曲面で凸状に形成されている。そして、この上部の頂点で基板１０１に直に接触して単純支持する。支持ピン１０４内部には、温度センサ１０８が埋設されている。特に、基板１０１とは反対側から基板１０１に向かって挿入されるように温度センサ１０８を埋設する。基板１０１とは反対側から基板１０１に向かって挿入することで基板１０１の支持の障害になることを防止することができる。その際、温度センサ１０８は、できるだけ基板１０１に近くなるように深く挿入されると好適である。このように、温度センサ１０８を支持ピン１０４内に埋設させることで基板１０１の接触箇所直近の温度を測定することができる。そのため、基板１０１とほぼ同等な温度、言い換えれば実質的に同等な温度を測定することができる。ここで、例えば、０．０１度の温度変化でも描画精度に影響を与えるため、温度センサは、高精度なセンサが望ましい。例えば、白金測温抵抗体を用いると好適である。但し、これに限るものではなく、例えば、サーミスタや熱伝対を用いても構わない。或いは、ＩＣ型温度センサを用いても構わない。放射温度形のような非接触式の温度センサでは、例えば０．０１度の温度変化を測定することが困難となるが、これらの接触式の温度センサを搭載することで非接触式の温度センサよりも高精度な温度を測定することができる。
【００２１】
図３は、実施の形態１における描画室内で基板の上方から基板側を見た場合の概念図である。
図３に示すように、基板１０１は、３つの支持ピン１０４によって３点支持されると好適である。そして、各支持ピン１０４には温度センサ１０８が埋設されている。このように、複数の温度センサ１０８によって、基板１０１の接触箇所直近の温度を測定することで実際に描画される基板１０１面内の温度分布を把握することができる。よって、より正確な基板１０１温度を把握することができる。また、各支持ピン１０４は、基板１０１を裏面側から単純支持しているので基板の上方から見えない位置に配置されている。そして、上述したように、温度センサ１０８は、基板１０１とは反対側から基板１０１に向かって各支持ピン１０４に挿入されているので、温度センサ１０８も基板の上方から見えない位置に配置することができる。このように、ＸＹステージ１０５側から基板の上方から見えない位置に温度センサ１０８を配置することで、例えば、電子ビーム２００によるチャージアップが温度センサ１０８に生じることや、対物レンズ２０７等により発生する磁場に起因する渦電流が温度センサ１０８に発生することを抑制することができる。また、描画面となる上面から見えない下面側に配置することで仮にパーティクル等を温度センサ１０８が発生させた場合でも基板１０１の描画面への影響を抑制或いは排除することができる。
【００２２】
上述したような描画装置１００を用いて、次のように描画する。まず、描画室１０３は、恒温層１０６によって一定の温度になるように温度調整されている。その状態で、描画室１０３に基板１０１が搬入される。そして、ＸＹステージ１０５上に搭載された複数の支持ピン１０４により基板１０１が直接支持される。この状態から基板１０１の温度を複数の支持ピン１０４に配置された温度センサ１０８を用いて測定する。
【００２３】
ここで、基板１０１の温度は、描画室１０３に基板１０１が搬入された時点での温度で一定に保つことが望ましい。温度が変化してしまうと熱膨張等により描画位置に誤差が生じてしまい、描画されるパターンの寸法や位置に誤差が生じてしまうことになるからである。しかし、基板１０１の温度は、描画室１０３内で搬入時からずれて安定する場合もある。
【００２４】
そこで、測定された基板１０１の温度に基づいて、描画室１０３を取り囲む恒温層１０６の温度を調整する。温度測定回路１１０が複数の温度センサ１０８の出力に基づいて、基板１０１付近の温度を測定しているので、温度制御回路１１２が温度測定回路１１０からの温度データを入力する。そして、温度制御回路１１２は、基板１０１の温度が、基板１０１が搬入された時点での温度になるように、恒温層１０６の温度を設定するための制御信号を温度調整器１１４に出力する。温度調整器１１４は、このような基板付近の温度に基づく制御信号を受けて、恒温層１０６の温度を調整する。
【００２５】
図４は、実施の形態１における基板の温度変化の一例を示す図である。
図４において、描画室１０３内での基板１０１の安定した温度が、描画室１０３内に搬入された時点の基板１０１の温度Ｔ０から例えば温度Ｔ１へと下がった場合、温度制御回路１１２は、基板１０１の温度が、温度Ｔ０になるように、恒温層１０６の温度を上げるように制御信号を温度調整器１１４に出力する。これにより、例えば、０．０１度の温度変化を解消することができる。逆に、例えば温度Ｔ０から温度Ｔ２へと上昇した場合、温度制御回路１１２は、基板１０１の温度が、温度Ｔ０になるように、恒温層１０６の温度を下げるように制御信号を温度調整器１１４に出力する。
【００２６】
このようにして、基板１０１の温度が、温度Ｔ０に安定した状態で、描画部１５０は、電子ビーム２００を用いて、描画室内のＸＹステージ１０５上に搭載された複数の支持ピン１０４により直接支持された基板１０１の描画を開始する。実際に描画される基板１０１の温度を測定することができるので、実際に描画される基板１０１の温度が安定した状態を把握することができる。よって、描画開始時期を予測値ではなく実測値で決めることができる。よって、余分な描画待機時間を省くことができ、描画時間を短縮することができる。
【００２７】
さらに、この描画中も基板１０１の温度を複数の支持ピン１０４に配置された温度センサ１０８を用いて測定し続ける。描画中も温度を測定することで、もしも、描画中に基板１０１の温度が変化した場合には、ＮＧとして検出することができる。従来、描画後に現像やエッチングといったプロセスを経てパターン寸法を測定することでパターン欠陥を把握することができた。これに対し、実施の形態１では、描画中の基板１０１の温度変化により描画中或いは描画後すぐに他のプロセスを行なわなくてもパターン欠陥を把握することができる。
【００２８】
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、描画中に基板１０１の温度が変化した場合には、その変化に合わせて描画位置を補正しても好適である。例えば、基板１０１の線膨張係数に温度変化分を乗じることで位置誤差分を計算することができる。その誤差分を補正した位置にビームを照射すればよい。
【００２９】
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
【００３０】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法は、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態１における支持ピンと温度センサの配置構成を説明する概念図である。
【図３】実施の形態１における描画室内で基板の上方から基板側を見た場合の概念図である。
【図４】実施の形態１における基板の温度変化の一例を示す図である。
【図５】従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  描画装置
１０１  基板
１０２  電子鏡筒
１０３  描画室
１０４  支持ピン
１０５  ＸＹステージ
１０６  恒温層
１０８  温度センサ
１１０  温度測定回路
１１２  温度制御回路
１１４  温度調整器
１５０  描画部
１６０  描画制御回路
２００  電子ビーム
２０１  電子銃
２０２  照明レンズ
２０３，４１０  第１のアパーチャ
２０４  投影レンズ
２０５，２０８  偏向器
２０６，４２０  第２のアパーチャ
２０７  対物レンズ
３３０  電子線
３４０  試料
４１１  開口
４２１  可変成形開口
４３０  荷電粒子ソース
【図１】
2009231334.tif 000003
【図２】
2009231334.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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