JP2007019279A - 電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
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。
【解決手段】
ステージの台座部分の設定温度、試料室の天井部の設定温度、ロードロック室内部の設定温度、との関係条件を、あらかじめ定められた計算式にて決める。また、ステージの台座部分の温度を、描画状態と停止状態にて変化させる。また、ステージの温度を検出し、検出温度および検出時刻以降の描画動作条件に基づいて計算し、ステージの台座部分の温度を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子線描画装置に関するものである。

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。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低減しなければならない。このためには、試料や電子線描画装置の構成部品、即ち試料台部分の温度変化を０．００５℃以下（望ましくは０．００１℃以下）に抑える必要がある。

試料台部分の温度を調整する技術としては、特許文献１および特許文献２に記載された技術がある。この特許文献１では試料台に冷媒を循環させて冷却温度を制御する方法や特許文献２では試料台に電気発熱ヒータを搭載して試料台の温度を一定に保つように発熱ヒータへの電流を制御して発熱量を制御させる方法が記載されている。

特開平８−３７１４４号公報 特開２００２−３５３１１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、ステージ動作機構からの発熱量変化をステージの冷却温度を変化で打ち消すことを狙ったものであるが、真空中にて移動するステージに冷媒を循環させる配管を形成することは構造が複雑になり現実的には実用が困難である。

また、特許文献２に記載された技術は、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。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。このため、特許文献２に記載の技術にあたっては、電子ビームの照射中は、発熱量の変化をさせずに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。ところが、電子ビーム照射中におけるステージ温度変化も大きく、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。

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、高精度な電子線描画装置を提供することにある。

前記目的は、試料に照射する描画用電子ビームを収束して偏向する電子光学鏡筒と、前記試料を搭載して前記電子ビームに対して前記試料を移動させるステージと、真空状態になった内部に前記ステージが配置された試料室と、大気中にある試料を真空中に導入するための排気装置のあるロードロック室を備えた電子線描画装置において、前記ステージの温度を検出する手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記ステージの台座部分の温度を制御する第１の温度制御手段と、この温度検出手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記試料室の天井部の温度を制御する第２の温度制御手段と、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記ロードロック室内部の温度を制御する第３の温度制御手段を備えたことにより達成される。

また、上記目的は、前記ステージの台座部分の温度を第1の熱伝達手段により温度調節し、前記試料室の天井部の温度を第２の熱伝達手段により温度調節し、前記ロードロック室内部の温度を第３の熱伝達手段により温度調節するものであって、前記ステージの台座部分の設定温度と前記試料室の天井部の設定温度と前記ロードロック室内部の設定温度との関係条件を、電子線描画装置の使用条件に依存した計算式にて定めて設定することにより達成される。

また、上記目的は、前記ステージの台座部分の設定温度Ｔ１、前記試料室の天井部の設定温度Ｔ２、前記ロードロック室内部の設定温度Ｔ３、描画基準温度Ｔ４、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ１とした時に、前記計算式を
Ｔ１＝−Ｔ２＋２×Ｔ４ 式（１）
Ｔ２＝Ｔ４＋Ｂ１ 式（２）
Ｔ３＝（Ｔ２＋Ｔ４）／２ 式（３）
とすることにより達成される。

また、上記目的は、前記描画基準温度に対して、前記ステージの台座部分の温度は０．３℃低くし、前記試料室の天井部の温度は０．３℃高くし、前記ロードロック室内部の温度は０．１５℃高くすることにより達成される。

また、上記目的は、前記試料室の天井部に温度分布を形成し、ステージが停止する位置の試料室天井部の温度Ｔ２１を試料室天井部の全面の平均温度Ｔ２２より温度差Ｄだけ高温にし、前記ステージの台座部分の設定温度Ｔ１、前記ロードロック室内部の設定温度Ｔ３、描画基準温度Ｔ４、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ２とした時に、前記計算式を
Ｔ１＝−Ｔ２２＋２×Ｔ４ 式（４）
Ｔ２１＝Ｔ２２＋Ｄ 式（５）
Ｔ２２＝Ｔ４−２×（Ｄ−Ｂ２） 式（６）
Ｔ３＝（Ｔ２２＋Ｔ４）／２ 式（７）
とすることにより達成される。

また、上記目的は、前記描画基準温度に対して、前記ベースの温度は０．４℃高くし、前記ステージが停止する位置の試料室天井部の温度は０．１℃低くし、前記試料室天井部の全面の平均温度は０．４℃低くし、前記ロードロック室内部の温度は０．２℃低くすることにより達成される。

また、上記目的は、前記ステージの台座部分の設定温度を、電子線描画装置を使用する際の描画状態と停止状態にて変化させ、前記ステージ台座部分の描画状態の設定温度Ｔ１１、停止状態の設定温度Ｔ１２、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ３、とした時に、前記計算式を
Ｔ１２−Ｔ１１＝Ｂ３ 式（８）
とすることにより達成される。

本発明によれば、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、高精度描画が可能な電子線描画装置を提供できる。

以下、本発明の一実施例を添付図面で説明する。

図１は本発明の第１の実施例を備えた電子線描画装置の概略構成図である。
図１において、電子線描画装置は大きくは試料室１と電子光学鏡筒２とロードロック室３とから構成されている。電子光学鏡筒２内では、電子銃４から放出された電子ビーム５を電磁レンズ６で収束し、偏向器７で偏向する。ロードロック室３内には、外部大気圧空間８との境の第１ゲートバルブ９、試料室１との境の第２ゲートバルブ１０、内部を真空にするための第１真空ポンプ１１、大気圧に戻すリークバルブ１３、試料をのせる台１４、温度センサ１５、温度調節用の発熱ヒータ１６により構成されている。

試料室１内には、試料１７を移動させるステージ１８があり、ステージ１８上には静電チャック２０があり静電気力で試料１７を固定する。ステージ１８は複数板２６−１、２６−２の積層構造になっており、ベース２２上でＸ−Ｙ平面を移動できる。ステージ１８をＸ−Ｙ方向に移動させるため、モータ２３、駆動棒２４、ガイドローラ２５によって構成される駆動機構が設けられている。ステージ１８の試料１７を固定する部分（静電チャック２０の部分）には温度センサ２７が設けられている。ベース２２には温度制御するための第1冷却水配管系２８が接続されている。第1冷却水は第1恒温水槽２９から供給される。試料室１の天井部３９に第２冷却水配管系４１が接続されている。第２冷却水は第２恒温水槽４２から供給される。電子光学鏡筒２にも第３系統の冷却水配管系（図には示していない）が接続されている。ステージ１８にはバーミラー４３が設けられ、試料室１の側面には干渉計４４が設けられている。試料室１内部は第２真空ポンプ４５で排気されて常に真空に保たれている。

以上のように構成された電子線描画装置の動作を次に示す。ロードロック室３のリークバルブ１３からガスを導入してロードロック室３の内部を大気圧にした後、外部大気圧空間８との境の第１ゲートバルブ９が開き、外部大気圧空間８にある試料（石英ガラス製の描画マスク、半導体シリコンウエハなど）が台１４に乗せられる。次に、第１ゲートバルブ９が閉じ、第1真空ポンプ１１にてロードロック室３の内部が真空になる。次に、第２ゲートバルブ１０が開き、真空中にある搬送機構（図には示していない）により試料１７がステージ１８上に乗せられ、静電チャック２０の静電気力で固定される。試料が移動したら、第２ゲートバルブ１０が閉じる。試料の位置校正後に、電子ビーム５を試料１７に照射し、試料１７を固定したステージ１８を移動させることで、試料１７の全面にパターンが描画される。描画が終了したら、ステージ１８が停止し、搬入動作と逆の動作でロードロック室３から試料が搬出され、次の試料がロードロック室３から搬入される。

描画中には、ステージ１８に対してガイドローラ２５が転がるときの摩擦熱、静電チャック２０の電気発熱などがある。停止して試料が乗っていない時にはこれらの発熱がない。また、停止して試料が乗っていない時にはステージ１８の表面部４６が試料室１の天井部３９の１ケ個所に直接に対面して放射伝熱が生じ、描画中には試料１７によって放射伝熱が遮断されると同時に、Ｘ方向とＹ方向に移動するステージ１８に乗せられた試料１７の表面が試料室１の天井部３９の全面に対面し放射伝熱が生じる。また、ロードロック室にて真空排気する際にガスの膨張によってロードロック室内部の温度が低下し試料温度が変化する。そのため新しい試料１７をステージ１８に乗せる時に、試料１７とステージ１８との温度差によって、ステージ１８の温度が変化する。試料１７位置はステージ１８の上のバーミラー４３と干渉計４４間の距離を、レーザ光４７を用いて測長することにより得ているが、ステージ１8が熱変形すると、描画パターンを試料１７の所定位置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。試料への描画中の熱変形による位置誤差を低減するため、試料や電子線描画装置の構成部品の温度変化を０．００５℃以下（望ましくは０．００１℃以下）に制限する必要がある。

そこで、本発明の第１の実施形態では、第1冷却水により温度制御されているベースの温度Ｔ１、第２冷却水により温度制御されている試料室１の天井部の温度Ｔ２、温度調節用の発熱ヒータにより温度制御されているロードロック室内部の温度Ｔ３（温度センサ１５の温度）、描画基準温度Ｔ４（概略、ステージの表面温度（温度センサ２７の温度）に同じ）、を次の関係式で設定する。ここで、ステージの伝熱表面積Ａ、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑ、ステージの表面が試料室天井部に直接に対面した時の放射伝熱コンダクタンスＣ４、ステージ表面の放射率ｅ４、試料室天井部の放射率ｅ２、ステファンボルツマン定数ｓ（ｓ＝０．０００００００５６７Ｗ／ｍ^２Ｋ^４）、とする。

Ｔ１＝−Ｔ２＋２×Ｔ４ 式（９）
Ｔ２＝Ｔ４＋｛Ｑ／（Ｃ４×Ａ）｝ 式（１０）
Ｔ３＝（Ｔ２＋Ｔ４）／２ 式（１１）
Ｃ４＝４×ｓ×｛１／（１／ｅ４＋１／ｅ２）｝×（Ｔ４＋２７３）^３ 式（１２）
この本発明の第１の実施形態における作用を次に示す。描画中におけるステージ１８の表面部４６と試料室天井部３９との間に試料１７がありそれらの放射伝熱がなされる。一方、ステージ１８の表面部４６とベース２２との間に複数板２６−１、２６−２の積層構造がありそれらの放射伝熱がなされる。両者の放射伝熱のバランスにより、ステージの表面温度（概略、描画基準温度Ｔ４に同じ）は、概略、ベース温度Ｔ１と試料室天井部温度Ｔ２の中間温度Ｔ４＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２になる（式（９））。実際には、さらにステージに伝わる摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑがあるため、ステージの表面温度はもう少し大きくなるが、概略、前記の値になる。このような状態で、ステージが停止し試料が外された時には、発熱量Ｑが無くなると同時に、ステージの表面が試料室天井部に直接に対面するため放射伝熱量[Ｃ４×（Ｔ２−Ｔ４）×Ａ]が加わり、発熱量Ｑと放射伝熱量[Ｃ４×（Ｔ２−Ｔ４）×Ａ]が等しい時に（式（１０））、ステージ表面の温度変化がなくなる。また、試料の上下における放射伝熱のバランスにより、描画中における試料の温度は、概略、ステージの表面温度（概略、描画基準温度Ｔ４）と試料室天井部温度Ｔ２の中間温度[（Ｔ２＋Ｔ４）／２]になる。そこで、ロードロック室内部の温度Ｔ３になった新しい試料をステージに乗せる時に、試料温度が描画中における試料の温度[（Ｔ２＋Ｔ４）／２]に等しい時に（式（１１））、ステージの表面の温度変化は生じない。式（１２）は、伝熱工学の教科書に記載のある絶対温度（Ｔ２＋２７３）を用いた放射伝熱コンダクタンスＣ４の関係式である。以上のように、式（１０）の[Ｑ／（Ｃ４×Ａ）]は電子線描画装置の使用条件に依存した係数である。

具体的な数値例を次に示す。電子線描画装置の描画動作の１例として、ステージの伝熱表面積Ａ＝０．０５ｍ^２、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックからの電気発熱の合計の発熱量Ｑ＝０．０３Ｗ、ステージ表面の放射率ｅ４＝０．７、試料室天井部の放射率ｅ２＝０．７、描画基準温度Ｔ４＝２３．００℃、とする。これらの数値を式（９）〜式（１２）に用いると、Ｔ１＝２２．７０℃、Ｔ２＝２３．３０℃、Ｔ３＝２３．１５℃となる。すなわち、描画基準温度Ｔ４に対して、ベースの温度Ｔ１は０．３℃低くし、試料室の天井部の温度Ｔ２は０．３℃高く、ロードロック室内部の温度Ｔ３は０．１５℃高くする。

この条件でのステージ温度変化を数値シミュレーションにより計算した。計算条件としてステージが停止して試料がない状態を２時間、試料をステージに乗せて移動する描画状態を４時間、の繰り返しとした。

図２は線５１に本実施例を採用したステージ温度変化の計算結果を示すもので、第１の実施例の効果を示すステージ温度変化の数値シミュレーション結果を表したグラフ図である。

図２において、縦軸のステージ温度変化として、初期温度からの変化分だけを示す。図２よりステージ温度変化が０．００４℃であることがわかる。本発明を使わず、単純にＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝２３℃とした場合のステージ温度変化の計算結果を図２の線５２に示す。ステージ温度変化が０．０１７℃であることがわかる。本発明を実施することにより、ステージ温度変化を１／４以下に低減できることがわかる。

図３は、本発明の第１の実施例の効果を示すステージ温度変化の数値シミュレーション結果を表したグラフ図である。

図３において、試料室の天井部の温度Ｔ２＝２３．３０℃、ロードロック室内部の温度Ｔ３＝２３．１５℃、描画基準温度Ｔ４＝２３．００℃に固定し、ベースの温度Ｔ１を２１．９０℃〜２３．５０℃に変化させた時の、ステージ温度変化分の計算結果を示す。本発明を使いた場合のＴ１＝２２．７０℃がステージ温度変化分を最小にすることがわかる。

前記の作用の説明に示したように、式（９）〜式（１２）は概略の第１次近似の式である。前記の作用の説明に示した、本発明の考え方に従い、パソコンによる数値計算等にて計算精度を上げて、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の設定温度を決めると、さらにステージ温度変化の低減が可能になる。

前記の実施例では、温度制御手段として冷却水としたが、冷媒でも良く、また試料室の外部に設けられた電気ヒータからの伝導熱伝達でも良く、またランプ加熱ヒータの放射熱伝達でも良い。

実施例２は、試料室天井部の温度分布が小さい場合の例である。もし、試料室天井部に温度分布を形成し、ステージが停止して直接に対面する位置の試料室天井部の温度Ｔ２１が試料室天井部の全面の平均温度Ｔ２２より温度差Ｄだけ高温にする場合には、ベースの温度Ｔ１、ロードロック室内部の温度Ｔ３、描画基準温度Ｔ４（概略、ステージの表面温度）、を次の関係式で設定する。ここで、ステージの伝熱表面積Ａ、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑ、ステージの表面が試料室天井部に直接に対面した時の放射伝熱コンダクタンスＣ４、ステージ表面の放射率ｅ４、試料室天井部の放射率ｅ２、ステファンボルツマン定数ｓ、とする。
Ｔ１＝−Ｔ２２＋２×Ｔ４ 式（１３）
Ｔ２１＝Ｔ２２＋Ｄ 式（１４）
（Ｔ４−Ｔ２２）／２−（Ｔ４−Ｔ２１）＝Ｑ／（Ｃ４×Ａ） 式（１５）
Ｔ３＝（Ｔ２２＋Ｔ４）／２ 式（１６）
Ｃ４＝４×ｓ×｛１／（１／ｅ４＋１／ｅ２）｝×（Ｔ４＋２７３）^３ 式（１７）
本発明の第２の実施例における作用を次に示す。描画中のステージは試料室の内部を移動するため、ステージの表面は試料室天井部の全面と放射伝熱する。ステージの上下における放射伝熱のバランスにより、描画中におけるステージの表面温度（概略、描画基準温度Ｔ４）は、概略、ベース温度Ｔ１と試料室天井部の全面の平均温度Ｔ２２の中間温度Ｔ４＝｛（Ｔ１＋Ｔ２２）／２｝になる（式（１３））。また、描画中にはステージの表面と試料室天井部との放射伝熱コンダクタンスは、その間に試料があるため、直面する場合の放射伝熱コンダクタンスＣ４の概略１／２である。

そこで、描画中のステージの表面と試料室天井部との放射伝熱量は[Ｃ４×（Ｔ４−Ｔ２２）×Ａ／２]となる。このような状態で、ステージが停止し試料が外された時には、摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑが無くなると同時に、ステージの表面が試料室天井部に直接に対面するため放射伝熱量は[Ｃ４×（Ｔ４−Ｔ２１）×Ａ]に変化する。描画中のステージの表面と試料室天井部との放射伝熱量と停止時のステージの表面と試料室天井部との放射伝熱量の差が発熱量Ｑに等しい時に（式（１５））、ステージの表面の温度変化は生じない。また、描画中における試料１７の温度は、概略、ステージの表面温度（概略、描画基準温度Ｔ４）と試料室天井部温度Ｔ２２の中間温度[（Ｔ２２＋Ｔ４）／２]になる。そこで、新しい試料をステージに乗せる時に、ロードロック室内部の温度Ｔ３になった新しい試料の温度が描画中における試料１７の温度 [（Ｔ２２＋Ｔ４）／２]に等しい時に（式（１６））、ステージの表面の温度変化は生じない。式（１４）を使って式（１５）を変形すると次式となる。
Ｔ２２＝Ｔ４−２×｛Ｄ−Ｑ／（Ｃ４×Ａ）｝ 式（１８）
具体的な数値例を次に示す。電子線描画装置の描画動作の１例として、ステージの伝熱表面積Ａ＝０．０５ｍ^２、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックからの電気発熱の合計の発熱量Ｑ＝０．０１Ｗ、ステージ表面の放射率ｅ４＝０．７、試料室天井部の放射率ｅ２＝０．７、試料室天井部の温度分布がＤ＝Ｔ２１−Ｔ２２＝０．３℃、描画基準温度Ｔ４＝２３．００℃、とする。これらの数値を式（１３）〜式（１７）に用いると、Ｔ１＝２３．４０℃、Ｔ２１＝２２．９０℃、Ｔ２２＝２２．６０℃、Ｔ３＝２２．８０℃となる。すなわち、描画基準温度Ｔ４に対して、ベースの温度Ｔ１は０．４℃高くし、ステージが停止する位置の試料室の天井部の温度Ｔ２１は０．１℃低く、試料室天井部の全面の平均温度Ｔ２２は０．４℃低く、ロードロック室内部の温度Ｔ３は０．２℃低くする。この結果より、ベースの温度Ｔ１は試料室天井部の温度Ｔ２１、Ｔ２２より大きくなり、実施例１とは大小関係が逆になる。
前記の作用の説明に示したように、式（１３）〜式（１７）は概略の第１次近似の式である。前記の作用の説明に示した、本発明の考え方に従い、パソコンによる数値計算等にて計算精度を上げて、Ｔ１、Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ３の設定温度を決めると、さらにステージ温度変化の低減が可能になる。

本発明の第３の実施例においては、描画状態とステージ停止状態にて、図１に示したステージ１８の表面部４６の温度変動がなくなるように、ベース２２の温度を調節する第1冷却水の温度を制御する。第1冷却水を供給する第1恒温水槽２９において、加熱冷却制御手段（図示省略）が設けられている。ベース２２と試料室の床板３０との間には固定部品３１が設けられている。

図４は固定部品３１の拡大図である。
図４において、熱伝導率の小さい材料の複数に分割されて重ねたリング部品３２を挟み、ネジ３３で固定した構造となっており、位置を固定できかつ熱を伝えにくいようになっている。このため、ベース２２の温度変化が試料室１の床板３０に伝わる影響はない。

図１にて第1冷却水配管系２７が試料室１の壁３４を通って外部から内部に導入される部品において、冷却水配管に溶接された熱伝導率の小さい材料のフランジ３６が壁３４と熱伝導率の小さい材料の真空Ｏリング３７を挟んで、ネジで固定した構造となっており、真空封じができかつ熱を伝えにくいようになっている。このため、第1冷却水の温度変化が試料室１の壁３４に伝わる影響はない。

本発明の第３の実施形態では、第1冷却水により温度制御されているベース温度について、描画中のベース温度Ｔ１１とステージが停止した時のベース温度Ｔ１２、を次の関係式で計算できる条件で変化させる。ここで、ステージの伝熱表面積Ａ、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑ、ステージからベースへの放射伝熱コンダクタンスＣ５、とする。

Ｔ１２−Ｔ１１＝Ｑ／（Ｃ５×Ａ） 式（１９）
この本発明の第３の実施形態における作用を次に示す。描画中におけるステージには摩擦熱と静電チャックの電気発熱との合計の発熱量Ｑがあり、ステージが停止した時には発熱量Ｑが無くなる。ステージが停止した時にベース温度を上げて、ベースからステージへの放射伝熱量を増し、発熱量Ｑと放射伝熱量が等しい時に（式（１９））、ステージの温度変化がなくなる。以上のように、式（１９）の [Ｑ／（Ｃ５×Ａ）]は電子線描画装置の使用条件に依存した係数である。

具体的な数値例を次に示す。電子線描画装置の描画動作の１例として、ステージの伝熱表面積Ａ＝０．０５ｍ^２、描画中にステージに伝わる摩擦熱と静電チャックからの電気発熱の合計の発熱量Ｑ＝０．０３Ｗ、ステージからベースへの放射伝熱コンダクタンスＣ５＝０．５Ｗ／ｍ^２Ｋ、とする。これらの数値を式（１９）に用いると（Ｔ１２−Ｔ１１）＝０．３℃となる。

前記の作用の説明に示したように、式（１９）は概略の第１次近似の式である。前記の作用の説明に示した、本発明の考え方に従い、パソコンによる数値計算等にて計算精度を上げて、描画中のベース温度Ｔ１１とステージが停止した時のベース温度Ｔ１２の設定温度を決めると、さらにステージ温度変化の低減が可能になる。

本発明の第４の実施形態においては、図１に示したステージ１８の試料１７を固定する部分（静電チャック２０の部分）の温度を温度センサ２７で測定し、電子線描画装置を使用する際の描画状態とステージ停止状態にて、ステージ１８の表面部４６の温度変動がなくなるように、各時刻ごとにベース２２の温度調節する第1冷却水の温度を制御する。

制御方法として、詳細を下記するように、予め、標準的な電子線描画装置の描画・停止動作条件（装置ごとに主に使用する条件）に対して、ステージ表面温度の変動を無くすための第1冷却水温度の時間制御方法をパソコンの数値計算で精度良く計算できるように実験データを基にして求めておく。それを用い、電子線描画装置を実際にいろんな条件で描画する際に、各時刻ごとに、その時刻のステージ温度の検出データとその時刻以降に動作させる予定の条件を与えてその時刻のベース温度の適正制御値を数値計算にて求めて、各時刻ごとにベース温度を制御する。
図５は、ベース温度の適正制御値を求める数値計算方法のフロー図である。
図６は、ベース温度を３０分間だけ０．１℃上げてまたもとの温度に戻した時のステージ表面温度変動を数値シミュレーションの例を示した図である。
図７は、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度変動を数値シミュレーションの例を示した図である。
このベース温度の適正制御値を求める数値計算を使って、ベース温度（第1冷却水温度に等しい）の制御方法の詳細を次に示す。
(1)実験にて、ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態にて、ベース温度をある時間だけ一定温度上げてまたもとの温度に戻した時の、ステージ表面温度の変動を測定しておく。
(2)実験にて、ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態からベース温度を一定に保ったまま、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度の変動を測定しておく。
(3)(1)と(2)の実験データを基にして、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度の変動を無くすベース温度の時間制御方法を数値計算にて求める。
(4)実験にて、ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態から(3)で求めたベース温度の時間制御方法にて、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度の変動を測定する。この結果を使い、ステージ表面温度の変動を完全に無くすための、(3)で求めたベース温度の時間制御方法の補正方法を求める。以上の(1)〜(4)は電子線描画装置を実用描画する前に予めやっておく。
(5)電子線描画装置を実際に実用描画する際に、(1)〜(4)で求めた数値計算と補正方法により、各時刻ごとに、その時刻のステージ温度の検出データとその時刻以降に動作させる予定の条件を与えてその時刻のベース温度の適正制御値を求めてベース温度を制御する。
具体的な数値例を次に示す。
(1)ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態にて、ベース温度を３０分間だけ０．１℃上げてまたもとの温度に戻した時の、ステージ表面温度変動を数値シミュレーションの例を示した図６に示す。(2)ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態からベース温度を一定に保ったまま、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度変動を数値シミュレーションの例を示した図７の線５４に示す。(3)標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度の変動を無くすベース温度の時間制御方法を数値計算にて求めた例を図８に示す。(4)ステージ上に試料を乗せて長時間たった定常状態から(3)で求めたベース温度の時間制御方法にて、標準的な条件にて試料を交換した時の、ステージ表面温度の変動の例を図７の線５３に示す。図７より本発明を実施することにより、ステージ温度変化を１／５以下に低減できることがわかる。

また、図８より実施例３にて述べた描画中のベース温度とステージが停止した時のベース温度の差を０．３℃に変化させることと同程度の制御を行うが、実施例４ではきめ細かいベース温度の時間制御を行うことがわかる。

本発明の第５の実施形態においては、図１のステージ１８の試料１７を固定する部分（静電チャック２０の部分）の温度を温度センサ２７で測定している。ベース２２には温度制御するための第1冷却水配管系２８が接続されて、第1冷却水は第1恒温水槽２９から供給される。試料室１の天井部３９の全面にも第２冷却水配管系４１が接続され、第２冷却水は第２恒温水槽４２から供給される。ロードロック室３内には、温度調節用の発熱ヒータ１６が備えられている。電子線描画装置を使用する際の各種の描画状態やステージ停止状態においてステージ１８の表面部４６の温度変動がなくなるように、ステージの温度センサ２７の測定値に基づき、第1冷却水の温度と第２冷却水の温度とロードロック室内の発熱ヒータ１６の温度を実験による試行錯誤にて調整する。例えば、ロードロック室３から新しい試料をのせた時にステージ温度が低下するようならロードロック室内の発熱ヒータ１６の設定温度を上げる、ステージ停止状態においてステージ温度が継続して低下するようなら第２冷却水の設定温度を上げる、ステージ描画状態においてステージ温度が継続して低下するようなら第１冷却水の設定温度を上げることなどである。

本発明によれば、種々の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、描画精度を向上することができる。

一方、本発明は、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、前記試料を搭載し、前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、前記内部が真空状態に維持される試料室と、外部大気中にある試料を真空中に導入するための排気装置のあるロードロック室を有する電子線描画装置において、前記ステージの温度を検出する手段と、前記ステージの台座部分の温度を制御する温度制御手段と備え、電子線描画装置にて描画する際に、各時刻ごとにその時刻のステージ温度の検出データとその時刻以降に動作させる予定の条件を与えてその時刻のステージ台座部分の設定温度の適正値を計算にて求めて、前記の温度制御手段により温度制御しても同じ効果を得ることが可能である。

本発明の第１の実施例を適用した電子線描画装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施例の効果を示す、ステージ温度変化の数値シミュレーション結果である。 本発明の第１の実施例の効果を示す、ステージ温度変化の数値シミュレーション結果である。 本発明の第３の実施例を適用した電子線描画装置のベース固定部品３１の拡大図である。 本発明の第４の実施例に使う、ベース温度の適正制御方法の数値計算のフローシートである。 本発明の第４の実施例に関して、ベース温度を３０分間だけ０．１℃上げてまたもとの温度に戻した時の、ステージ温度変化の例の数値シミュレーション結果である。 本発明の第４の実施例に関して、ステージ温度変化の例の数値シミュレーション結果である。 本発明の第４の実施例に関して、ベース温度の時間制御方法の例の数値シミュレーション結果である。

符号の説明

１…試料室、２…電子光学鏡筒、３…ロードロック室、４…電子銃、５…電子ビーム、６…電磁レンズ、７…偏向器、８…外部大気圧空間、９…第１ゲートバルブ、１０…第２ゲートバルブ、１１…第1真空ポンプ、１３…リークバルブ、１４…試料をのせる台、１５…温度センサ、１６…発熱ヒータ、１７…試料、１８…ステージ、２０…静電チャック、２２…ベース、２３…モータ、２４…駆動棒、２５…ガイドローラ、２６−１、２６−２…ステージの複数板、２７…温度センサ、２８…第1冷却水配管系、２９…第1恒温水槽、３０…試料室の床板、３１…固定部品、３２…リング部品、３３…ネジ、３４…試料室の壁、２冷却水配管系、３６…フランジ、３７…Ｏリング、３７…試料室の天井部、４１…第２冷却水配管系、４２…第２恒温水槽、４３…バーミラー、４４…干渉計、４５…第２真空ポンプ、４６…ステージの表面部、４７…レーザ。

Claims (8)

1. 試料に照射する描画用電子ビームを収束して偏向する電子光学鏡筒と、前記試料を搭載して前記電子ビームに対して前記試料を移動させるステージと、真空状態になった内部に前記ステージが配置された試料室と、大気中にある試料を真空中に導入するための排気装置のあるロードロック室を備えた電子線描画装置において、
   前記ステージの温度を検出する手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記ステージの台座部分の温度を制御する第１の温度制御手段と、この温度検出手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記試料室の天井部の温度を制御する第２の温度制御手段と、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて前記ステージの温度が一定になるように前記ロードロック室内部の温度を制御する第３の温度制御手段を備えたことを特徴とする電子線描画装置。
2. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記ステージの台座部分の温度を第1の熱伝達手段により温度調節し、前記試料室の天井部の温度を第２の熱伝達手段により温度調節し、前記ロードロック室内部の温度を第３の熱伝達手段により温度調節するものであって、前記ステージの台座部分の設定温度と前記試料室の天井部の設定温度と前記ロードロック室内部の設定温度との関係条件を、電子線描画装置の使用条件に依存した計算式にて定めて設定することを特徴とした電子線描画装置。
3. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記ステージの台座部分の設定温度Ｔ１、前記試料室の天井部の設定温度Ｔ２、前記ロードロック室内部の設定温度Ｔ３、描画基準温度Ｔ４、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ１とした時に、前記計算式を
   Ｔ１＝−Ｔ２＋２×Ｔ４ 式（１）
   Ｔ２＝Ｔ４＋Ｂ１ 式（２）
   Ｔ３＝（Ｔ２＋Ｔ４）／２ 式（３）
   とすることを特徴とする電子線描画装置。
4. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記描画基準温度に対して、前記ステージの台座部分の温度は０．３℃低くし、前記試料室の天井部の温度は０．３℃高くし、前記ロードロック室内部の温度は０．１５℃高くすることを特徴とする電子線描画装置。
5. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記試料室の天井部に温度分布を形成し、ステージが停止する位置の試料室天井部の温度Ｔ２１を試料室天井部の全面の平均温度Ｔ２２より温度差Ｄだけ高温にし、前記ステージの台座部分の設定温度Ｔ１、前記ロードロック室内部の設定温度Ｔ３、描画基準温度Ｔ４、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ２とした時に、前記計算式を
   Ｔ１＝−Ｔ２２＋２×Ｔ４ 式（４）
   Ｔ２１＝Ｔ２２＋Ｄ 式（５）
   Ｔ２２＝Ｔ４−２×（Ｄ−Ｂ２） 式（６）
   Ｔ３＝（Ｔ２２＋Ｔ４）／２ 式（７）
   とすることを特徴とする電子線描画装置。
6. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記描画基準温度に対して、前記ベースの温度は０．４℃高くし、前記ステージが停止する位置の試料室天井部の温度は０．１℃低くし、前記試料室天井部の全面の平均温度は０．４℃低くし、前記ロードロック室内部の温度は０．２℃低くすることを特徴とする電子線描画装置。
7. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   前記ステージの台座部分の設定温度を、電子線描画装置を使用する際の描画状態と停止状態にて変化させ、前記ステージ台座部分の描画状態の設定温度Ｔ１１、停止状態の設定温度Ｔ１２、電子線描画装置の使用条件に依存した係数Ｂ３、とした時に、前記計算式を
   Ｔ１２−Ｔ１１＝Ｂ３ 式（８）
   とすることを特徴とする電子線描画装置。
8. 請求項１記載の電子線描画装置において、
   描画状態と停止状態の前記ステージの台座部分の温度差を０．３℃程度に変化させることを特徴とする電子線描画装置。
   

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