JP4005938B2 - 荷電ビーム描画方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビームなどを用いた荷電ビーム描画方法に係わり、特に描画前の被描画基板を恒温真空チャンバ内で温度安定化する荷電ビーム描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置を代表する半導体基板や露光用原版マスク基板、液晶基板パネル基板などに回路パターンを形成する荷電ビーム描画装置において、パターン精度、スループットの要求は厳しくなる一方である。
【０００３】
パターン精度については、電気，制御，機械系システムの高精度化と安定化はもとより、温度変動という外的な精度劣化要因を排除し管理することが必要になっている。近年の描画位置精度は２０ｎｍ程度の描画位置精度を要求されているために、各誤差要因に対するバジェットを達成する必要がある。基板の温度が描画前後で変化した場合には熱膨張により基板寸法が変化するために、描画したパターンの位置精度が劣化する。通常のフォトマスクは、母材が溶融石英ガラスであるので熱膨張係数は０．５×１０-6／℃であり、１℃の温度変化により、例えば１３２ｍｍエリアにおいて６６ｎｍの位置ずれが生じることになる。そこで、２０ｎｍの描画位置精度を達成するには、例えば温度要因に与えられる位置精度バジェットを４ｎｍとすると、０．０６℃程度の範囲で温度を一定にする必要がある。
【０００４】
一方、スループットに関しては、基板搬送時間や描画を開始するまでのセットアップに要する時間など、所謂オーバヘッド時間の影響が大きくなってきている。特に、搬送においては真空予備室の真空排気の際に、断熱膨張による基板の温度低下が生じる。描画精度の観点からは、基板を恒温下で静定させることにより低下した温度を所定の温度に戻すことが行われるが、一般にこの静定時間は搬送自体の時間に比べて長い。真空中において基板温度を所定の温度に静定する際には、基板と周囲の物体（例えば恒温真空チャンバの壁）との輻射による熱交換が支配的になる。従って、例えば基板と周辺の温度に０．５℃程度の差があるとすると、静定の所要時間が５時間以上にも及ぶことになる。
【０００５】
また、先の真空排気に伴う基板の温度低下は、種々の条件により値は異なるが、実験の結果では０．２〜１℃程度である。この値は、精度バジェット上必要な温度均一性の０．０６℃に比べても大きく、温度変動要因としては最も対策が必要な要因の一つになっている。将来的に、位置精度には１０ｎｍ程度が要求されるが、この場合の温度による精度バジェットを前述の半分と仮定すると、温度均一性は０．０３℃以下の値が必要になると予測される。さらに、このような微小な温度を正確に計測して温度制御するには、一般的に対象とする温度の大きさの１／１０程度の精度で計測を行うことが望まれるため、今の場合には０．００３℃（０．００１℃オーダー）での計測が要求されることになる。
【０００６】
さらに、基板の温度を静定するプロセスにおいては、静定している間の基板温度の状態をモニタして、静定が完了したことを判断し、次のステップへと処理を移すことが必要になってくる。予め温度センサ付きの基板を用いて静定に要する時間を計測しておく方法では、異なる温度状態にある基板を静定させる場合には十分な静定管理ができないために、高精度に温度を安定化できないばかりか、静定温度にばらつきが生じていた。その結果、描画時の温度変動を招き精度が劣化する問題があった。また、積極的に温度制御手段を用い加熱して基板温度を一定にする方法や手段を用いる場合についても、基板温度の状態を高精度にモニタして、静定が完了したことを判断する必要があることには代わりはないが、これまでは十分な精度で管理ができていなかった。
【０００７】
これらの問題に関して、特に真空排気に伴う基板の温度低下を補償する提案が各種なされている（例えば、特許文献１〜４参照）。しかし、これらの提案は、真空排気を行う真空予備室に温度加熱手段若しくは温調手段を設けて、基板の温度低下を補償するものである。真空予備室のように搬送経路の途中に位置し、頻繁に基板を大気から真空雰囲気でロード、逆にアンロードする機能を有する予備室において、比較的時間を要する基板温度の安定化を行うことは、搬送の妨げになり兼ねずスループットを十分に向上できない恐れがある。
【０００８】
また、基板を予め加熱して、中間室を真空排気する際に基板の温度低下分だけ露光室内の設定温度よりも高くなるようにしておく方法も提案されている（例えば、特許文献５参照）。この場合には、基板の真空排気による温度低下の値が、十分な精度で再現することが前提であり、再現性が不十分な場合には適用が困難になる。また、実際の基板温度が十分に安定化されているかどうかについては管理ができず、さらに材質が異なり熱伝導率などの温度特性が異なる基板については適用に問題がある。
【０００９】
また、試料ホルダを発熱体として効果的に加熱し、僅かな温度差を速やかにかつ的確に補償する方法も提案されている（例えば、特許文献６参照）。この方法は、従来方法に比較して高精度で的確な温度制御を行い易く、試料ホルダの温度変化の収束曲線を考慮しているために、試料ホルダの温度が収束した時点を判定することも可能になる。しかしながら、試料ホルダの温度をモニタしているに過ぎず、搭載されている試料自身の温度が安定化しているかについては管理が不十分になる恐れがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２３３４２３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１０−２８４３８９号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平１０−３１２９６０号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−２２２０９９号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開平１０−２８４３７３号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開平０８−９７１３０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、被描画基板の温度を恒温化するために各種の方法が提案されており、これらの手法により、基本的には被処理体の温度を迅速に所望の温度に設定することは可能であるが、上述したように搬送時のオーバヘッド時間を短縮する上で問題があった。また、０．００１℃オーダーの高精度な温度計測と基板の温度安定化について時間管理を行うことは、事実上困難であった。このため、搬送時のオーバヘッド時間を短縮してスループットを向上させ、且つ高精度な描画精度を両立させることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、搬送途中において、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮し、スループットと描画精度を両立して実現する荷電ビーム描画方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１９】
即ち本発明は、荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するための温度調整機構と、前記温調プレートの表面又は内部に配置されて該プレートの温度を検出する温度センサとを設けておき、前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより前記温調プレートに発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するための温度調整機構と、前記支持機構の基板接触部位に配置されて前記基板の温度を検出する温度センサとを設けておき、前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする。
【００２１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００２２】
(1) 温度センサとして、０．００１℃以下の温度計測分解能を有する白金抵抗体からなる温度センサを用いること。
【００２３】
(2) 温度センサの検出出力に基づいて温調プレートをアクティブに温度制御することにより、基板の温度を、温調プレートを一定に温度制御する場合よりも速く安定化させること。
【００２４】
(3) 温度センサとして、温調プレートの表面又は内部に配置されて該プレートの温度を検出する温度センサと、支持機構の基板接触部位に配置されて基板の温度を検出する温度センサとの両方を設けておき、両者の計測結果を基に基板の温度安定化を行うこと。
【００２５】
また本発明は、感光性レジストを塗布した基板を搬送する搬送手段と、ロードロックチャンバと、基板を支持する支持機構を具備した恒温真空チャンバと、基板を搭載する移動ステージを内包し荷電ビームにより描画を行うための真空描画室とを少なくとも有した荷電ビーム描画装置において、前記恒温真空チャンバ内に、該支持機構の上方或いは下方若しくは両方に対面して配置されており、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面には０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、該プレートに接続した温度調整手段と、該プレートの表面或いは内部に設けられた１つ以上の白金抵抗体なる温度計測センサとが備えられており、該温度センサの温度を常時若しくは断続的に計測する計測手段によりモニタして、前記恒温真空チャンバ内部に基板が搬送されるか若しくは支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が前記荷電ビーム描画室の温度と同等である所定の温度範囲に収束するまでの時間応答を管理しながら前記基板を恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化する機能を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、感光性レジストを塗布した基板を搬送する搬送手段と、ロードロックチャンバと、基板を支持する支持機構を具備した恒温真空チャンバと、基板を搭載する移動ステージを内包し荷電ビームにより描画を行うための真空描画室とを少なくとも有した荷電ビーム描画装置において、前記恒温真空チャンバ内に、該支持機構の上方或いは下方若しくは両方に対面して配置されており、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、該プレートに接続した温度調整手段と、前記チャンバ内部の支持機構の基板接触部位に内蔵して温度センサとが備えられており、該温度センサの温度を常時若しくは断続的に計測する計測手段によりモニタして、基板が前記支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が前記荷電ビーム描画室の温度と同等である所定の温度範囲に収束するまでの時間応答を管理しながら前記基板を恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化する機能を備えたことを特徴とする。
【００２７】
（作用）
本発明によれば、基板に対面する温調プレートに、熱伝導率が大きく輻射率の高い温調プレートを用いることにより、基板の温度を迅速に所望の温度に設定することが可能となり、更に輻射率の高いプレートに温度センサを取り付けることにより、対面する基板からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。この高精度なモニタリングを実現することにより、静定に要する時間を高精度に管理でき、無駄な時間を排除してスループットの向上が可能になる。さらに、基板自身の温度を直接測定することがないので発塵の問題がなく、様々な温度の基板が搬送された場合においても、基板の安定化温度を一定にできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。ここでは、露光用原版マスク基板の描画装置を例として説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置に用いる恒温真空チャンバを示す概略構成図である。
【００３０】
恒温真空チャンバ１１は、恒温に保たれており、内部に被描画基板を支持するための支持機構部１２を有している。支持機構部１２の上端において、被描画基板としてのガラスマスク基板１７が支持され、本例では基板１７の自重で搭載される。支持機構部１２の下方、即ち基板１７の裏面側に位置する部分に温調プレート１３が配置され、この温調プレート１３には温度調整部１４が接続されている。
【００３１】
温調プレート１３は、図２に示すように、内部に配管２３が形成されており、温度調整部１４との間で通水による温度制御が行われている。温度制御のために流す水の温度は、吐出温度で１／１００℃の精度で一定に制御されている。また、同図にあるように、温調プレート１３は、銅板からなるプレート母材２１の表面に、コーティング膜２２として導電性のダイヤモンドライクカーボンを５μｍの厚さで成膜したものである。このように導電性を持たせることにより、電荷が溜まらないようにして、静電気によるパーティクルの付着を防いでいる。
【００３２】
温調プレート１３の上面側に、温度センサ１５としての白金抵抗体（Ｐｔ１００）が密着され、この温度センサ１５は温度計測部１６に接続されている。図１及び図２に示した構成により温調プレート１３は、輻射率が０．８以上で、熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ程度の温調プレートとしての機能を有すことになる。本実施形態では、恒温真空チャンバ１１，支持機構部１２，及び温調プレート１３は、全て２３℃になるように設定してある。
【００３３】
このような構成において、恒温真空チャンバ１１に、温度が２３℃と異なる基板１７が搬送されると、温調プレート１３に取り付けられた温度センサ１５は、対向する基板１７との温度の違いに応じて輻射熱による温度変化を受けることになる。基板１７は、通常のガラスマスクであるので輻射率は０．８程度であり、一方の温調プレート１３の輻射率も同等以上に十分に大きいために、両者における輻射伝熱量が増大し、温度センサ１５の温度応答の感度が極めて大きくなる。このため、僅かな温度差であっても、温度センサ１５に十分な温度変化が発生することになる。この温度変化の計測を行うことにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。
【００３４】
ここで、温調プレート１３は基板１７との対向表面で均一な温度分布を有する必要があり、その熱伝導率は十分高くしておかなければならない。本発明者らの実験によれば、温調プレート１３の熱伝導率を１００Ｗ／ｍＫ以上にすれば十分均一な温度分布が得られることが確認された。また、基板１７との速やかな熱交換を行うためには、温調プレート１３の基板対向面での輻射率は十分大きくしておかなければならない。本発明者らの実験によれば、温調プレート１３の表面での輻射率を０．４以上にすれば、基板１７と速やかな熱交換が実現できることが確認された。
【００３５】
また、同構成において、温度センサ１５の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように前記温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板１７の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。アクティブな温度制御の方法としては、例えば基板１７の温度が設定温度よりも低いと見なされる場合には、温調プレート１３を一時的に設定温度よりも高くすればよい。
【００３６】
この場合には、温度調整部１４と連結している温調プレート１３の温度応答が、温度調整部１４の指令通りに行われる必要がある。そこで、チャンバ外壁の材料として多用されるステンレスの熱伝達率に比べて十分に大きく、例えば一桁大きい１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有した材料を用いて温調プレート１３を構成することにより、チャンバ外壁の温度変動の周期に阻害されること無く、高精度にアクティブ温度制御をすることが可能になる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、温調プレート１３として、基板１７に対面して熱伝導率が大きく輻射率の高いものを用いることにより、基板１７の温度を迅速に所望の温度に設定することができる。さらに、輻射率の温調高いプレート１３に温度センサ１５を取り付けることにより、対面する基板１７からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。
【００３８】
従って、静定に要する時間を高精度に管理でき、無駄な時間を排除してスループットの向上が可能になる。さらに、基板自身の温度を直接測定することがないので、発塵の問題がなく、様々な温度の基板が搬送された場合においても、基板の安定化温度を一定にできる。即ち、搬送途中において、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮し、スループットと描画精度を両立して実現することが可能となる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、図３を用いて恒温真空チャンバの別の構成例を説明する。
【００４０】
図３の恒温真空チャンバ構成は、温度センサの配置が図１の構成と異なり、支持機構部１２の基板１７と接触する近傍の支持部に温度センサ３５が内蔵されているものである。その他、図１と同じである部分については同一の番号で示してある。
【００４１】
本実施形態の場合には、温度が異なる基板１７が、支持機構部１２に搭載された際に、両者の接触部を介して接触熱抵抗によって熱伝導により熱交換がされるために、近傍に内蔵した温度センサ３５によって温度変化が計測されることになる。この温度変化の計測を行うことにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。また、本実施形態においても、温度センサ３５の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、図４を用いて恒温真空チャンバの更に別の構成例を説明する。
【００４３】
恒温真空チャンバ１１内の構成は、図１と図２の構成を合わせたものであり、温調プレート１３上の温度センサ４５と支持機構部１２の先端部に内蔵した温度センサ４６を有す。これらセンサ４５，４６の受ける温度変化を計測することにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。また、本構成においても、温度センサ４５，４６の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板１７の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。
【００４４】
次に、第１及び第３の実施形態において、温度計測精度上必要となる温調プレートの輻射率に関して以下のように検討し、必要な輻射率を推定した結果を説明する。
【００４５】
基板１７を搬送し支持機構部１２の支持ピン等に搭載した際に、温調プレート１３上の温度センサ１５，４５の変化量が小さい場合には、この温度変化の時間応答をモニタすることが困難になり、十分な基板安定化と無駄のない静定時間の管理ができなくなる恐れがある。この問題を解決するためには、基板１７と温調プレート１３との温度差が極めて小さくない限りにおいて、例えば真空排気によって生じる温度変化よりも小さい場合に、温調プレート１３上の温度センサ１５，４５に温度計測分解能（本実施形態では０．００１℃である）の１０倍大きい０．０１℃の温度変化量が発生するような条件にすれば、十分な計測精度が確保できる。そこで、０．３℃の温度差がある場合に、十分な計測精度を確保するために必要な温調プレートの輻射率を規定することは有用である。
【００４６】
そこで、ガラス基板１７と温調プレート１３の２面間の輻射を考慮して、プレート１３の輻射率と輻射伝熱量、温度センサ１５，４５の受ける温度変化量の関係について調べた。ここでは、温度センサ１５，４５の温度変化量は、輻射伝熱量に比例すると仮定して計算し、得られた結果が図５のグラフである。このグラフから、基板１７と温調プレート１３に０．３℃の温度差がある場合に、０．０１℃の温度変化量が温度センサ１５，４５に発生するために必要なプレート１３の輻射率は、０．４程度と見積もることができる。
【００４７】
但し、上述の検討にあるように、温度センサ１５，４５の検出分解能、計測再現性などの要求や条件によって、温調プレート１３に必要な輻射率は変化することになる。しかし、従来技術で概説したように、１０ｎｍの位置精度を達成する上では温度要因に割り当てられた精度バジェットは、温度均一性として０．０３℃が必要と考えられ、その１／１０程度の０．００１℃オーダーは最低でも温度センサの計測分解能として必要であることに変わりは無い。従って、０．４以上の輻射率を有する温調プレート１３を適用することは好適である。
【００４８】
次に、本発明の効果を検証するために、図４の恒温真空チャンバを用いて、温調プレート１３の材料を変更して輻射率の大小による基板温度の安定化について実験を行った。具体的には、輻射率が小さいプレートＡでは、表面洗浄を行い酸化膜などのコーティングがされていない銅板を使用し、輻射率が大きいプレートＢでは、図２に示した銅板に導電性ダイヤモンドライクカーボンを成膜した構造体を使用した。それぞれのプレートＡ，Ｂの輻射率は、文献による数値から０．０５以下と０．８以上であり、実際のプレートの値ではないために正確な値ではない。一般的に材料の輻射率を正確に求めることは難しく、文献値にもばらつきがあり、ここに示した数値は一つの目安になる。
【００４９】
使用した装置は、図８に示した電子ビーム描画装置であり、図中８６の第１の恒温真空チャンバに図３に示した構成の恒温真空チャンバを適用した。その他の実験条件として、装置全体は２３±０．５℃のクリンルームに設置して恒温化され、さらに各チャンバの温度は、１／１００℃で精密に温調されて、基準の２３℃になるように設定されている。
【００５０】
ここで、実験のための搬送手順を、図８を用いて概説する。初めに、大気雰囲気の２３℃に温調されている予備室８３に基板を設置した。これにより基板は、大気ガスによる熱伝達により略２３℃に温調される。本状態にある基板を真空予備室（ロードロックチャンバ）８４へ搬送手段（不示図）で搬送した後で、通常のシーケンスで真空排気を行い、次に搬送用ロボット（不示図）により基板を搬送ロボット用恒温真空チャンバ８５へ移動して、第１の恒温真空チャンバ８６へ搬送する。恒温真空チャンバ８６は、上述の通り図４の構成であり、搬送された基板８８は、支持機構部に搭載される。一連の搬送動作では、設定されたシーケンスにより、ゲートバルブ８９，９０の開閉により真空／大気が制御される。真空予備室８４での真空排気により、その中にある基板は、断熱膨張により一旦冷やされるために温度が低下する。
【００５１】
次に、この温度低下した状態で、恒温真空チャンバ８６へ基板が搬送されるために、基板温度と恒温真空チャンバ８６の設定温度２３℃に温度差がある状態で、支持機構部に基板が搭載されることになる。本実験では、基板の温度を直接計測して、基板温度の緩和の様子を評価するために基板に別途温度センサを取り付けたガラス基板を用いている。この温度センサ付き基板が、恒温真空チャンバ８６に搬送され支持機構部に搭載された時に、温度センサの端子とチャンバに設けた計測用端子が接触してマスク基板の温度を直接計測できる機構にしている。なお、マスク，プレート，支持機構部の３箇所で使用している温度センサは、全て較正済みの白金抵抗体（Ｐｔ１００）であり、これらの機差はＭｅａｎ値で０．０００９℃、３σ値で０．００１６℃であった（Ｎ＝２０４２、１７時間分の計測結果）。
【００５２】
本実験で得られた結果として、図６にプレートＡの結果を示す。プレートＡの表面に設けた温度センサには、温度変化が殆ど発生しておらず、温度応答性の感度がほぼゼロに近いことが分かる。支持機構部に内蔵した温度センサにおいては、−０．０１５℃程度の変化が生じていることが分かる。
【００５３】
図７は、プレートＢの結果であり、この場合には輻射率が大きくなったことから、プレート表面の温度センサの温度変化が−０．０２５℃程度発生しており、十分な精度で、この後の温度の緩和工程をモニタすることが可能である。支持機構部に内蔵した温度センサの温度変化量は−０．０１℃程度である。
【００５４】
両図の結果を比較すると、プレート表面の輻射率が小さい場合には、基板の温度差をプレート表面に設けた温度センサでは感知できず、輻射率が大きい場合には十分に感知できることが分かる。前記図５に示したように、輻射率が０．４以上ある場合に、温度センサの温度変化量が０．０１℃以上に大きくなると予測されるので感知精度が向上することが推測される。
【００５５】
ここで、基板温度の静定温度の目標値は２３℃であるが、例えば収束温度の範囲を目標値±０．０２℃とすると、プレートＡでは初期温度２３．７７３℃であり静定所要時間は３時間５分、プレートＢでは初期温度２３．７８２℃で２時間１０分になっていることが分かる。従って、本例のように、図２の構成の温調プレートＢを採用することにより、単体の銅板からなる温調プレートＡに比べて静定所要時間が短縮されていることが確認できる。本例では、約３０％の時間短縮が実現されている。
【００５６】
また、プレート表面に設けた温度センサにより、この安定化の収束時間を判定する際には、まず、基板温度の変化量に対する温度センサの温度変化量の勾配を求め、基板温度の収束範囲の２３±０．０２℃に対応する温度センサの収束範囲を定める必要がある。温度センサの温度変化量／基板温度の変化量は、０．７９であり、±０．０２℃の０．７９倍である±０．０１６℃が温度センサの収束範囲に相当する。従って、基板温度の収束範囲の２３±０．０２℃に対して温度センサの収束範囲を２３±０．０１６℃としてモニタリングすることにより時間管理を正確に行うことができる。通常の基板を搬送した際に、温度安定化を行う場合には、プレート表面に設けた温度センサの温度変化量が、２３±０．０１６℃に収束するまでの時間経緯をモニタリングすることによって、基板の温度安定化の完了時点を正確に把握することが可能になる。
【００５７】
（第４の実施形態）
本実施形態では、図８において、第１の恒温真空チャンバ８６と第２の恒温チャンバ８７に前記図１の構成の恒温真空チャンバを適用した電子ビーム描画装置に関して、描画に至るまでの搬送並びに基板の温度安定化プロセスについて説明する。
【００５８】
初めに大気雰囲気の２３℃に温調されている予備室８３に複数の基板を設置した。本実施形態では、基板キャリアに搭載して局所的にクリーン化されたポッドに設置することにより、大気ガスによる熱伝達により略２３℃に基板が温調される。このような状態にある１枚目の基板を真空予備室（ロードロックチャンバ）８４へ搬送手段（不示図）で搬送した後に、通常のシーケンスで真空排気を行った。次いで、搬送用ロボット（不示図）により基板を搬送ロボット用恒温真空チャンバ８５へ移動して、第１の恒温真空チャンバ８６へ搬送する。恒温真空チャンバ８６は、上述の通り図１の構成であり、搬送された基板８８は、支持機構部に搭載される。
【００５９】
また、２枚目の基板が同様に、予備室８３から真空予備室（ロードロックチャンバ）８４を通じて搬送され、第２の恒温チャンバ８７に搬送される。一連の搬送動作では、設定されたシーケンスにより、ゲートバルブ８９，９０の開閉により真空／大気が制御され、基板の描画順も規定されている。途中、真空予備室８４での真空排気により、温度が低下した基板は、それぞれ第１の恒温真空チャンバ８６と第２の恒温真空チャンバ８７において、描画室８１の環境温度である２３℃になるように、所定の収束温度範囲で温度安定化が行われる。
【００６０】
次に、第１の恒温真空チャンバ８６から、１枚目の基板が取り出され、ゲートバルブ９１を開いて描画室８１の描画ステージ８２に搬送し搭載される。搭載された時点で、既に基板温度は、描画位置精度に必要な温度に安定化されているので、描画ステージ８２で温度を安定にするために待機の必要がなくなり、直ぐに電子ビームによる描画に関する動作が開始される。このため、スループットの低下が起きない。
【００６１】
次に、描画が終了した１枚目の基板がアンロードされ、２枚目の基板を描画する際には、既に１枚目の描画時間中に２枚目の基板の温度も安定化されているので、直ぐに描画室へ搬送され描画動作が開始されることになる。本実施形態のように、複数の恒温真空チャンバにて、基板温度の安定化を行うことにより、さらにスループットを向上でき、且つ高精度な描画が実現することになる。
【００６２】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態で用いた温調プレート上の温度センサは１つであるが、面内に複数個を配置することも可能である。この場合には、温度均一性も含めて温度安定化を実施できる。温調プレートの母材に銅板を用いたが、アルミニウムやニッケル等の金属或いは合金類を適用することができる。また、実施形態においては、温調プレート上のコーティング材料は、導電性ダイヤモンドライクカーボンを用いているが、組成としてカーボンが含まれており導電性を有していれば良く、グラファイトやＣ６０、カーボンフィルムの積層構造や、カーボン含有の混合材料であっても条件を満たす限りにおいて適用可能である。コーティング面も必ずしもプレートの両面でなくて良く、基板と対向する表面側にコーティングがされているだけでも良く、さらに、全面でなく一部分が成膜された構造体であっても構わない。
【００６３】
また、温調プレートの温度調整機構として、通水配管を内蔵しているが、配管類をひとまとめにした別の構造体をプレート裏面側から接続して恒温化する構造も適用できる。全ての実施形態において温調プレートは、基板の下方に設定しているが、基板に対向していればよく、上方や両面に設置されていても構わない。さらに、真空排気に伴う基板の温度低下に対して、この温度を補償する実施形態を示したが、真空排気以外の要因により温度変動が生じた場合に、例えば搬送途中の発熱体による温度変動の影響や搬送前の設置環境の温度変化が原因となって、基板温度が所望の温度と違いがある場合には、本発明を適用して温度補償し、スループットを向上させ且つ高精度な描画を実現可能であることは言うまでも無い。
【００６４】
また、温度計測部による温度センサの検出出力のモニタは基本的には常時行うのが望ましいが、基板や温調プレートの温度変化がさほど速いものではないため、断続的に行っても実質的な影響はないと考えられる。また、実施形態では電子ビーム描画装置に適用した例を説明したが、本発明は真空中でパターンを描画する場合に有効となる方法であり、イオンビーム描画装置に適用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、基板に対面する温調プレートに熱伝導率が大きく輻射率の高いものを用いることにより基板の温度制御を迅速に行うと共に、温調プレートに温度センサを取り付けることにより基板からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。そして、この高精度なモニタリングを実現することにより、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮することができ、スループットと描画精度の両方を両立して実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図２】図１の恒温真空チャンバ内に設置した温調プレートの構成を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図４】第３の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図５】第３の実施形態における解析データを示す図。
【図６】第３の実施形態における実験データを示す図。
【図７】第３の実施形態における実験データを示す図。
【図８】電子ビーム描画装置における全体構成を示す図。
【符号の説明】
１１…恒温真空チャンバ
１２…支持機構部
１３…温調プレート
１４…温度調整機構
１５，３５，４５，４６…温度センサ
１６…温度計測手段
１７…被描画基板
２１…プレート母材
２２…コーティング膜
２３…配管
８１…描画室
８２…描画ステージ
８３…予備室
８４…真空予備室（ロードロックチャンバ）
８５…搬送ロボット用恒温真空チャンバ
８６…第１の恒温真空チャンバ
８７…第２の恒温真空チャンバ
８８…被描画基板
８９，９０，９１…ゲートバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビームなどを用いた荷電ビーム描画方法に係わり、特に描画前の被描画基板を恒温真空チャンバ内で温度安定化する荷電ビーム描画方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造装置を代表する半導体基板や露光用原版マスク基板、液晶基板パネル基板などに回路パターンを形成する荷電ビーム描画装置において、パターン精度、スループットの要求は厳しくなる一方である。
【０００３】
パターン精度については、電気，制御，機械系システムの高精度化と安定化はもとより、温度変動という外的な精度劣化要因を排除し管理することが必要になっている。近年の描画位置精度は２０ｎｍ程度の描画位置精度を要求されているために、各誤差要因に対するバジェットを達成する必要がある。基板の温度が描画前後で変化した場合には熱膨張により基板寸法が変化するために、描画したパターンの位置精度が劣化する。通常のフォトマスクは、母材が溶融石英ガラスであるので熱膨張係数は０．５×１０-6／℃であり、１℃の温度変化により、例えば１３２ｍｍエリアにおいて６６ｎｍの位置ずれが生じることになる。そこで、２０ｎｍの描画位置精度を達成するには、例えば温度要因に与えられる位置精度バジェットを４ｎｍとすると、０．０６℃程度の範囲で温度を一定にする必要がある。
【０００４】
一方、スループットに関しては、基板搬送時間や描画を開始するまでのセットアップに要する時間など、所謂オーバヘッド時間の影響が大きくなってきている。特に、搬送においては真空予備室の真空排気の際に、断熱膨張による基板の温度低下が生じる。描画精度の観点からは、基板を恒温下で静定させることにより低下した温度を所定の温度に戻すことが行われるが、一般にこの静定時間は搬送自体の時間に比べて長い。真空中において基板温度を所定の温度に静定する際には、基板と周囲の物体（例えば恒温真空チャンバの壁）との輻射による熱交換が支配的になる。従って、例えば基板と周辺の温度に０．５℃程度の差があるとすると、静定の所要時間が５時間以上にも及ぶことになる。
【０００５】
また、先の真空排気に伴う基板の温度低下は、種々の条件により値は異なるが、実験の結果では０．２〜１℃程度である。この値は、精度バジェット上必要な温度均一性の０．０６℃に比べても大きく、温度変動要因としては最も対策が必要な要因の一つになっている。将来的に、位置精度には１０ｎｍ程度が要求されるが、この場合の温度による精度バジェットを前述の半分と仮定すると、温度均一性は０．０３℃以下の値が必要になると予測される。さらに、このような微小な温度を正確に計測して温度制御するには、一般的に対象とする温度の大きさの１／１０程度の精度で計測を行うことが望まれるため、今の場合には０．００３℃（０．００１℃オーダー）での計測が要求されることになる。
【０００６】
さらに、基板の温度を静定するプロセスにおいては、静定している間の基板温度の状態をモニタして、静定が完了したことを判断し、次のステップへと処理を移すことが必要になってくる。予め温度センサ付きの基板を用いて静定に要する時間を計測しておく方法では、異なる温度状態にある基板を静定させる場合には十分な静定管理ができないために、高精度に温度を安定化できないばかりか、静定温度にばらつきが生じていた。その結果、描画時の温度変動を招き精度が劣化する問題があった。また、積極的に温度制御手段を用い加熱して基板温度を一定にする方法や手段を用いる場合についても、基板温度の状態を高精度にモニタして、静定が完了したことを判断する必要があることには代わりはないが、これまでは十分な精度で管理ができていなかった。
【０００７】
これらの問題に関して、特に真空排気に伴う基板の温度低下を補償する提案が各種なされている（例えば、特許文献１〜４参照）。しかし、これらの提案は、真空排気を行う真空予備室に温度加熱手段若しくは温調手段を設けて、基板の温度低下を補償するものである。真空予備室のように搬送経路の途中に位置し、頻繁に基板を大気から真空雰囲気でロード、逆にアンロードする機能を有する予備室において、比較的時間を要する基板温度の安定化を行うことは、搬送の妨げになり兼ねずスループットを十分に向上できない恐れがある。
【０００８】
また、基板を予め加熱して、中間室を真空排気する際に基板の温度低下分だけ露光室内の設定温度よりも高くなるようにしておく方法も提案されている（例えば、特許文献５参照）。この場合には、基板の真空排気による温度低下の値が、十分な精度で再現することが前提であり、再現性が不十分な場合には適用が困難になる。また、実際の基板温度が十分に安定化されているかどうかについては管理ができず、さらに材質が異なり熱伝導率などの温度特性が異なる基板については適用に問題がある。
【０００９】
また、試料ホルダを発熱体として効果的に加熱し、僅かな温度差を速やかにかつ的確に補償する方法も提案されている（例えば、特許文献６参照）。この方法は、従来方法に比較して高精度で的確な温度制御を行い易く、試料ホルダの温度変化の収束曲線を考慮しているために、試料ホルダの温度が収束した時点を判定することも可能になる。しかしながら、試料ホルダの温度をモニタしているに過ぎず、搭載されている試料自身の温度が安定化しているかについては管理が不十分になる恐れがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２３３４２３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１０−２８４３８９号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平１０−３１２９６０号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開２００１−２２２０９９号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開平１０−２８４３７３号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開平０８−９７１３０号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、被描画基板の温度を恒温化するために各種の方法が提案されており、これらの手法により、基本的には被処理体の温度を迅速に所望の温度に設定することは可能であるが、上述したように搬送時のオーバヘッド時間を短縮する上で問題があった。また、０．００１℃オーダーの高精度な温度計測と基板の温度安定化について時間管理を行うことは、事実上困難であった。このため、搬送時のオーバヘッド時間を短縮してスループットを向上させ、且つ高精度な描画精度を両立させることは困難であった。
【００１７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、搬送途中において、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮し、スループットと描画精度を両立して実現する荷電ビーム描画方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００１９】
即ち本発明は、荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するための温度調整機構と、前記温調プレートの表面又は内部に配置されて該プレートの温度を検出する温度センサとを設けておき、前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより前記温調プレートに発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するための温度調整機構と、前記支持機構の基板接触部位に配置されて前記基板の温度を検出する温度センサとを設けておき、前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする。
【００２１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００２２】
(1) 温度センサとして、０．００１℃以下の温度計測分解能を有する白金抵抗体からなる温度センサを用いること。
【００２３】
(2) 温度センサの検出出力に基づいて温調プレートをアクティブに温度制御することにより、基板の温度を、温調プレートを一定に温度制御する場合よりも速く安定化させること。
【００２４】
(3) 温度センサとして、温調プレートの表面又は内部に配置されて該プレートの温度を検出する温度センサと、支持機構の基板接触部位に配置されて基板の温度を検出する温度センサとの両方を設けておき、両者の計測結果を基に基板の温度安定化を行うこと。
【００２５】
また本発明は、感光性レジストを塗布した基板を搬送する搬送手段と、ロードロックチャンバと、基板を支持する支持機構を具備した恒温真空チャンバと、基板を搭載する移動ステージを内包し荷電ビームにより描画を行うための真空描画室とを少なくとも有した荷電ビーム描画装置において、前記恒温真空チャンバ内に、該支持機構の上方或いは下方若しくは両方に対面して配置されており、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面には０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、該プレートに接続した温度調整手段と、該プレートの表面或いは内部に設けられた１つ以上の白金抵抗体なる温度計測センサとが備えられており、該温度センサの温度を常時若しくは断続的に計測する計測手段によりモニタして、前記恒温真空チャンバ内部に基板が搬送されるか若しくは支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が前記荷電ビーム描画室の温度と同等である所定の温度範囲に収束するまでの時間応答を管理しながら前記基板を恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化する機能を備えたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、感光性レジストを塗布した基板を搬送する搬送手段と、ロードロックチャンバと、基板を支持する支持機構を具備した恒温真空チャンバと、基板を搭載する移動ステージを内包し荷電ビームにより描画を行うための真空描画室とを少なくとも有した荷電ビーム描画装置において、前記恒温真空チャンバ内に、該支持機構の上方或いは下方若しくは両方に対面して配置されており、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、該プレートに接続した温度調整手段と、前記チャンバ内部の支持機構の基板接触部位に内蔵して温度センサとが備えられており、該温度センサの温度を常時若しくは断続的に計測する計測手段によりモニタして、基板が前記支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が前記荷電ビーム描画室の温度と同等である所定の温度範囲に収束するまでの時間応答を管理しながら前記基板を恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化する機能を備えたことを特徴とする。
【００２７】
（作用）
本発明によれば、基板に対面する温調プレートに、熱伝導率が大きく輻射率の高い温調プレートを用いることにより、基板の温度を迅速に所望の温度に設定することが可能となり、更に輻射率の高いプレートに温度センサを取り付けることにより、対面する基板からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。この高精度なモニタリングを実現することにより、静定に要する時間を高精度に管理でき、無駄な時間を排除してスループットの向上が可能になる。さらに、基板自身の温度を直接測定することがないので発塵の問題がなく、様々な温度の基板が搬送された場合においても、基板の安定化温度を一定にできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。ここでは、露光用原版マスク基板の描画装置を例として説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる電子ビーム描画装置に用いる恒温真空チャンバを示す概略構成図である。
【００３０】
恒温真空チャンバ１１は、恒温に保たれており、内部に被描画基板を支持するための支持機構部１２を有している。支持機構部１２の上端において、被描画基板としてのガラスマスク基板１７が支持され、本例では基板１７の自重で搭載される。支持機構部１２の下方、即ち基板１７の裏面側に位置する部分に温調プレート１３が配置され、この温調プレート１３には温度調整部１４が接続されている。
【００３１】
温調プレート１３は、図２に示すように、内部に配管２３が形成されており、温度調整部１４との間で通水による温度制御が行われている。温度制御のために流す水の温度は、吐出温度で１／１００℃の精度で一定に制御されている。また、同図にあるように、温調プレート１３は、銅板からなるプレート母材２１の表面に、コーティング膜２２として導電性のダイヤモンドライクカーボンを５μｍの厚さで成膜したものである。このように導電性を持たせることにより、電荷が溜まらないようにして、静電気によるパーティクルの付着を防いでいる。
【００３２】
温調プレート１３の上面側に、温度センサ１５としての白金抵抗体（Ｐｔ１００）が密着され、この温度センサ１５は温度計測部１６に接続されている。図１及び図２に示した構成により温調プレート１３は、輻射率が０．８以上で、熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫ程度の温調プレートとしての機能を有すことになる。本実施形態では、恒温真空チャンバ１１，支持機構部１２，及び温調プレート１３は、全て２３℃になるように設定してある。
【００３３】
このような構成において、恒温真空チャンバ１１に、温度が２３℃と異なる基板１７が搬送されると、温調プレート１３に取り付けられた温度センサ１５は、対向する基板１７との温度の違いに応じて輻射熱による温度変化を受けることになる。基板１７は、通常のガラスマスクであるので輻射率は０．８程度であり、一方の温調プレート１３の輻射率も同等以上に十分に大きいために、両者における輻射伝熱量が増大し、温度センサ１５の温度応答の感度が極めて大きくなる。このため、僅かな温度差であっても、温度センサ１５に十分な温度変化が発生することになる。この温度変化の計測を行うことにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。
【００３４】
ここで、温調プレート１３は基板１７との対向表面で均一な温度分布を有する必要があり、その熱伝導率は十分高くしておかなければならない。本発明者らの実験によれば、温調プレート１３の熱伝導率を１００Ｗ／ｍＫ以上にすれば十分均一な温度分布が得られることが確認された。また、基板１７との速やかな熱交換を行うためには、温調プレート１３の基板対向面での輻射率は十分大きくしておかなければならない。本発明者らの実験によれば、温調プレート１３の表面での輻射率を０．４以上にすれば、基板１７と速やかな熱交換が実現できることが確認された。
【００３５】
また、同構成において、温度センサ１５の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように前記温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板１７の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。アクティブな温度制御の方法としては、例えば基板１７の温度が設定温度よりも低いと見なされる場合には、温調プレート１３を一時的に設定温度よりも高くすればよい。
【００３６】
この場合には、温度調整部１４と連結している温調プレート１３の温度応答が、温度調整部１４の指令通りに行われる必要がある。そこで、チャンバ外壁の材料として多用されるステンレスの熱伝達率に比べて十分に大きく、例えば一桁大きい１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有した材料を用いて温調プレート１３を構成することにより、チャンバ外壁の温度変動の周期に阻害されること無く、高精度にアクティブ温度制御をすることが可能になる。
【００３７】
このように本実施形態によれば、温調プレート１３として、基板１７に対面して熱伝導率が大きく輻射率の高いものを用いることにより、基板１７の温度を迅速に所望の温度に設定することができる。さらに、輻射率の温調高いプレート１３に温度センサ１５を取り付けることにより、対面する基板１７からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。
【００３８】
従って、静定に要する時間を高精度に管理でき、無駄な時間を排除してスループットの向上が可能になる。さらに、基板自身の温度を直接測定することがないので、発塵の問題がなく、様々な温度の基板が搬送された場合においても、基板の安定化温度を一定にできる。即ち、搬送途中において、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮し、スループットと描画精度を両立して実現することが可能となる。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、図３を用いて恒温真空チャンバの別の構成例を説明する。
【００４０】
図３の恒温真空チャンバ構成は、温度センサの配置が図１の構成と異なり、支持機構部１２の基板１７と接触する近傍の支持部に温度センサ３５が内蔵されているものである。その他、図１と同じである部分については同一の番号で示してある。
【００４１】
本実施形態の場合には、温度が異なる基板１７が、支持機構部１２に搭載された際に、両者の接触部を介して接触熱抵抗によって熱伝導により熱交換がされるために、近傍に内蔵した温度センサ３５によって温度変化が計測されることになる。この温度変化の計測を行うことにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。また、本実施形態においても、温度センサ３５の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。
【００４２】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、図４を用いて恒温真空チャンバの更に別の構成例を説明する。
【００４３】
恒温真空チャンバ１１内の構成は、図１と図２の構成を合わせたものであり、温調プレート１３上の温度センサ４５と支持機構部１２の先端部に内蔵した温度センサ４６を有す。これらセンサ４５，４６の受ける温度変化を計測することにより、基板１７の温度安定化に必要な静定を行うことになる。また、本構成においても、温度センサ４５，４６の温度応答の出力結果に基づき、この出力結果が所定の温度範囲に一定になるように温調プレート１３をアクティブに温度制御することにより、基板１７の温度を安定化するための時間を短縮することが可能である。
【００４４】
次に、第１及び第３の実施形態において、温度計測精度上必要となる温調プレートの輻射率に関して以下のように検討し、必要な輻射率を推定した結果を説明する。
【００４５】
基板１７を搬送し支持機構部１２の支持ピン等に搭載した際に、温調プレート１３上の温度センサ１５，４５の変化量が小さい場合には、この温度変化の時間応答をモニタすることが困難になり、十分な基板安定化と無駄のない静定時間の管理ができなくなる恐れがある。この問題を解決するためには、基板１７と温調プレート１３との温度差が極めて小さくない限りにおいて、例えば真空排気によって生じる温度変化よりも小さい場合に、温調プレート１３上の温度センサ１５，４５に温度計測分解能（本実施形態では０．００１℃である）の１０倍大きい０．０１℃の温度変化量が発生するような条件にすれば、十分な計測精度が確保できる。そこで、０．３℃の温度差がある場合に、十分な計測精度を確保するために必要な温調プレートの輻射率を規定することは有用である。
【００４６】
そこで、ガラス基板１７と温調プレート１３の２面間の輻射を考慮して、プレート１３の輻射率と輻射伝熱量、温度センサ１５，４５の受ける温度変化量の関係について調べた。ここでは、温度センサ１５，４５の温度変化量は、輻射伝熱量に比例すると仮定して計算し、得られた結果が図５のグラフである。このグラフから、基板１７と温調プレート１３に０．３℃の温度差がある場合に、０．０１℃の温度変化量が温度センサ１５，４５に発生するために必要なプレート１３の輻射率は、０．４程度と見積もることができる。
【００４７】
但し、上述の検討にあるように、温度センサ１５，４５の検出分解能、計測再現性などの要求や条件によって、温調プレート１３に必要な輻射率は変化することになる。しかし、従来技術で概説したように、１０ｎｍの位置精度を達成する上では温度要因に割り当てられた精度バジェットは、温度均一性として０．０３℃が必要と考えられ、その１／１０程度の０．００１℃オーダーは最低でも温度センサの計測分解能として必要であることに変わりは無い。従って、０．４以上の輻射率を有する温調プレート１３を適用することは好適である。
【００４８】
次に、本発明の効果を検証するために、図４の恒温真空チャンバを用いて、温調プレート１３の材料を変更して輻射率の大小による基板温度の安定化について実験を行った。具体的には、輻射率が小さいプレートＡでは、表面洗浄を行い酸化膜などのコーティングがされていない銅板を使用し、輻射率が大きいプレートＢでは、図２に示した銅板に導電性ダイヤモンドライクカーボンを成膜した構造体を使用した。それぞれのプレートＡ，Ｂの輻射率は、文献による数値から０．０５以下と０．８以上であり、実際のプレートの値ではないために正確な値ではない。一般的に材料の輻射率を正確に求めることは難しく、文献値にもばらつきがあり、ここに示した数値は一つの目安になる。
【００４９】
使用した装置は、図８に示した電子ビーム描画装置であり、図中８６の第１の恒温真空チャンバに図３に示した構成の恒温真空チャンバを適用した。その他の実験条件として、装置全体は２３±０．５℃のクリンルームに設置して恒温化され、さらに各チャンバの温度は、１／１００℃で精密に温調されて、基準の２３℃になるように設定されている。
【００５０】
ここで、実験のための搬送手順を、図８を用いて概説する。初めに、大気雰囲気の２３℃に温調されている予備室８３に基板を設置した。これにより基板は、大気ガスによる熱伝達により略２３℃に温調される。本状態にある基板を真空予備室（ロードロックチャンバ）８４へ搬送手段（不示図）で搬送した後で、通常のシーケンスで真空排気を行い、次に搬送用ロボット（不示図）により基板を搬送ロボット用恒温真空チャンバ８５へ移動して、第１の恒温真空チャンバ８６へ搬送する。恒温真空チャンバ８６は、上述の通り図４の構成であり、搬送された基板８８は、支持機構部に搭載される。一連の搬送動作では、設定されたシーケンスにより、ゲートバルブ８９，９０の開閉により真空／大気が制御される。真空予備室８４での真空排気により、その中にある基板は、断熱膨張により一旦冷やされるために温度が低下する。
【００５１】
次に、この温度低下した状態で、恒温真空チャンバ８６へ基板が搬送されるために、基板温度と恒温真空チャンバ８６の設定温度２３℃に温度差がある状態で、支持機構部に基板が搭載されることになる。本実験では、基板の温度を直接計測して、基板温度の緩和の様子を評価するために基板に別途温度センサを取り付けたガラス基板を用いている。この温度センサ付き基板が、恒温真空チャンバ８６に搬送され支持機構部に搭載された時に、温度センサの端子とチャンバに設けた計測用端子が接触してマスク基板の温度を直接計測できる機構にしている。なお、マスク，プレート，支持機構部の３箇所で使用している温度センサは、全て較正済みの白金抵抗体（Ｐｔ１００）であり、これらの機差はＭｅａｎ値で０．０００９℃、３σ値で０．００１６℃であった（Ｎ＝２０４２、１７時間分の計測結果）。
【００５２】
本実験で得られた結果として、図６にプレートＡの結果を示す。プレートＡの表面に設けた温度センサには、温度変化が殆ど発生しておらず、温度応答性の感度がほぼゼロに近いことが分かる。支持機構部に内蔵した温度センサにおいては、−０．０１５℃程度の変化が生じていることが分かる。
【００５３】
図７は、プレートＢの結果であり、この場合には輻射率が大きくなったことから、プレート表面の温度センサの温度変化が−０．０２５℃程度発生しており、十分な精度で、この後の温度の緩和工程をモニタすることが可能である。支持機構部に内蔵した温度センサの温度変化量は−０．０１℃程度である。
【００５４】
両図の結果を比較すると、プレート表面の輻射率が小さい場合には、基板の温度差をプレート表面に設けた温度センサでは感知できず、輻射率が大きい場合には十分に感知できることが分かる。前記図５に示したように、輻射率が０．４以上ある場合に、温度センサの温度変化量が０．０１℃以上に大きくなると予測されるので感知精度が向上することが推測される。
【００５５】
ここで、基板温度の静定温度の目標値は２３℃であるが、例えば収束温度の範囲を目標値±０．０２℃とすると、プレートＡでは初期温度２３．７７３℃であり静定所要時間は３時間５分、プレートＢでは初期温度２３．７８２℃で２時間１０分になっていることが分かる。従って、本例のように、図２の構成の温調プレートＢを採用することにより、単体の銅板からなる温調プレートＡに比べて静定所要時間が短縮されていることが確認できる。本例では、約３０％の時間短縮が実現されている。
【００５６】
また、プレート表面に設けた温度センサにより、この安定化の収束時間を判定する際には、まず、基板温度の変化量に対する温度センサの温度変化量の勾配を求め、基板温度の収束範囲の２３±０．０２℃に対応する温度センサの収束範囲を定める必要がある。温度センサの温度変化量／基板温度の変化量は、０．７９であり、±０．０２℃の０．７９倍である±０．０１６℃が温度センサの収束範囲に相当する。従って、基板温度の収束範囲の２３±０．０２℃に対して温度センサの収束範囲を２３±０．０１６℃としてモニタリングすることにより時間管理を正確に行うことができる。通常の基板を搬送した際に、温度安定化を行う場合には、プレート表面に設けた温度センサの温度変化量が、２３±０．０１６℃に収束するまでの時間経緯をモニタリングすることによって、基板の温度安定化の完了時点を正確に把握することが可能になる。
【００５７】
（第４の実施形態）
本実施形態では、図８において、第１の恒温真空チャンバ８６と第２の恒温チャンバ８７に前記図１の構成の恒温真空チャンバを適用した電子ビーム描画装置に関して、描画に至るまでの搬送並びに基板の温度安定化プロセスについて説明する。
【００５８】
初めに大気雰囲気の２３℃に温調されている予備室８３に複数の基板を設置した。本実施形態では、基板キャリアに搭載して局所的にクリーン化されたポッドに設置することにより、大気ガスによる熱伝達により略２３℃に基板が温調される。このような状態にある１枚目の基板を真空予備室（ロードロックチャンバ）８４へ搬送手段（不示図）で搬送した後に、通常のシーケンスで真空排気を行った。次いで、搬送用ロボット（不示図）により基板を搬送ロボット用恒温真空チャンバ８５へ移動して、第１の恒温真空チャンバ８６へ搬送する。恒温真空チャンバ８６は、上述の通り図１の構成であり、搬送された基板８８は、支持機構部に搭載される。
【００５９】
また、２枚目の基板が同様に、予備室８３から真空予備室（ロードロックチャンバ）８４を通じて搬送され、第２の恒温チャンバ８７に搬送される。一連の搬送動作では、設定されたシーケンスにより、ゲートバルブ８９，９０の開閉により真空／大気が制御され、基板の描画順も規定されている。途中、真空予備室８４での真空排気により、温度が低下した基板は、それぞれ第１の恒温真空チャンバ８６と第２の恒温真空チャンバ８７において、描画室８１の環境温度である２３℃になるように、所定の収束温度範囲で温度安定化が行われる。
【００６０】
次に、第１の恒温真空チャンバ８６から、１枚目の基板が取り出され、ゲートバルブ９１を開いて描画室８１の描画ステージ８２に搬送し搭載される。搭載された時点で、既に基板温度は、描画位置精度に必要な温度に安定化されているので、描画ステージ８２で温度を安定にするために待機の必要がなくなり、直ぐに電子ビームによる描画に関する動作が開始される。このため、スループットの低下が起きない。
【００６１】
次に、描画が終了した１枚目の基板がアンロードされ、２枚目の基板を描画する際には、既に１枚目の描画時間中に２枚目の基板の温度も安定化されているので、直ぐに描画室へ搬送され描画動作が開始されることになる。本実施形態のように、複数の恒温真空チャンバにて、基板温度の安定化を行うことにより、さらにスループットを向上でき、且つ高精度な描画が実現することになる。
【００６２】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態で用いた温調プレート上の温度センサは１つであるが、面内に複数個を配置することも可能である。この場合には、温度均一性も含めて温度安定化を実施できる。温調プレートの母材に銅板を用いたが、アルミニウムやニッケル等の金属或いは合金類を適用することができる。また、実施形態においては、温調プレート上のコーティング材料は、導電性ダイヤモンドライクカーボンを用いているが、組成としてカーボンが含まれており導電性を有していれば良く、グラファイトやＣ６０、カーボンフィルムの積層構造や、カーボン含有の混合材料であっても条件を満たす限りにおいて適用可能である。コーティング面も必ずしもプレートの両面でなくて良く、基板と対向する表面側にコーティングがされているだけでも良く、さらに、全面でなく一部分が成膜された構造体であっても構わない。
【００６３】
また、温調プレートの温度調整機構として、通水配管を内蔵しているが、配管類をひとまとめにした別の構造体をプレート裏面側から接続して恒温化する構造も適用できる。全ての実施形態において温調プレートは、基板の下方に設定しているが、基板に対向していればよく、上方や両面に設置されていても構わない。さらに、真空排気に伴う基板の温度低下に対して、この温度を補償する実施形態を示したが、真空排気以外の要因により温度変動が生じた場合に、例えば搬送途中の発熱体による温度変動の影響や搬送前の設置環境の温度変化が原因となって、基板温度が所望の温度と違いがある場合には、本発明を適用して温度補償し、スループットを向上させ且つ高精度な描画を実現可能であることは言うまでも無い。
【００６４】
また、温度計測部による温度センサの検出出力のモニタは基本的には常時行うのが望ましいが、基板や温調プレートの温度変化がさほど速いものではないため、断続的に行っても実質的な影響はないと考えられる。また、実施形態では電子ビーム描画装置に適用した例を説明したが、本発明は真空中でパターンを描画する場合に有効となる方法であり、イオンビーム描画装置に適用することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、基板に対面する温調プレートに熱伝導率が大きく輻射率の高いものを用いることにより基板の温度制御を迅速に行うと共に、温調プレートに温度センサを取り付けることにより基板からの輻射による温度変化の応答を感度良く高精度にモニタリングできるようになる。そして、この高精度なモニタリングを実現することにより、真空排気などによって変動の生じた基板の温度を安定化するための静定時間を短縮することができ、スループットと描画精度の両方を両立して実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図２】図１の恒温真空チャンバ内に設置した温調プレートの構成を示す断面図。
【図３】第２の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図４】第３の実施形態に係わる荷電ビーム描画装置に用いた恒温真空チャンバを示す概略構成図。
【図５】第３の実施形態における解析データを示す図。
【図６】第３の実施形態における実験データを示す図。
【図７】第３の実施形態における実験データを示す図。
【図８】電子ビーム描画装置における全体構成を示す図。
【符号の説明】
１１…恒温真空チャンバ
１２…支持機構部
１３…温調プレート
１４…温度調整機構
１５，３５，４５，４６…温度センサ
１６…温度計測手段
１７…被描画基板
２１…プレート母材
２２…コーティング膜
２３…配管
８１…描画室
８２…描画ステージ
８３…予備室
８４…真空予備室（ロードロックチャンバ）
８５…搬送ロボット用恒温真空チャンバ
８６…第１の恒温真空チャンバ
８７…第２の恒温真空チャンバ
８８…被描画基板
８９，９０，９１…ゲートバルブ
Claims (4)
- 荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するために温度調整機構と、前記温調プレートの表面又は内部に配置されて該プレートの温度を検出する温度センサとを設けておき、
前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより前記温調プレートに発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする荷電ビーム描画方法。 - 前記温度センサとして、０．００１℃以下の温度計測分解能を有する白金抵抗体からなる温度センサを用いることを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム描画方法。
- 荷電ビーム描画に供される被描画基板を予め恒温真空チャンバ内で恒温化し、恒温化された基板を描画室内に搬送し、描画室内で基板に対して所望のパターンを描画する荷電ビーム描画方法であって、
前記恒温真空チャンバ内に、前記基板を支持する支持機構と、この支持機構の上方若しくは下方又は両方に前記基板と対面して配置され、前記基板と同等以上の面積を有すると共に１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝達率を有し、且つ表面に０．４以上の輻射率を有する導電性のカーボンを含む材料がコーティングされた構造体からなる温調プレートと、この温調プレートを温度制御するための温度調整機構と、前記支持機構の基板接触部位に配置されて前記基板の温度を検出する温度センサとを設けておき、
前記温度センサの検出出力を常時又は断続的にモニタすることにより、前記基板が前記恒温真空チャンバ内に搬送されるか又は前記支持機構に搭載されたことにより発生する温度変化を検出し、該温度変化が所定範囲に収束するまで前記基板を前記恒温真空チャンバ内に放置して基板温度を安定化させることを特徴とする荷電ビーム描画方法。 - 前記温度センサの検出出力に基づいて前記温調プレートをアクティブに温度制御することにより、前記基板の温度を、前記温調プレートを一定に温度制御する場合よりも速く安定化させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の荷電ビーム描画方法。
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