JPH0897130A - 荷電ビーム描画装置等の試料温度調整装置及びこの装置に用いられる試料ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 断熱膨張などにより僅かに温度低下を生じた
試料ホルダ１３の温度を、短時間に、かつ高精度に所望
の値に到達可能にする。 【構成】 試料ホルダ１３の本体１３Ａを高抵抗導伝性
材料で形成し、この本体１３に電極１５Ａ，１５Ｂ，１
６Ａ，１６Ｂを設けて本体１３内に電流を流して本体１
３内で発熱させる。この発熱は本体１３内で生じるため
試料ホルダ１３を効果的に加熱して僅かな温度差を速や
かにかつ的確に補償する。このとき電極間に与える電力
量を、温度センサ２１を有する温度測定装置によって測
定されている試料ホルダ１３の温度と目標温度との差を
補償するのに必要な値に定めれば、より的確な制御が可
能になる。さらに、試料ホルダの温度変化の収束曲線を
求め、この収束曲線を考慮して加熱するようにすれば、
試料ホルダ１３を取りまく周囲温度によって定まる収束
温度と目標温度が異なる場合でも的確な温度制御が可能
になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料を試料ホルダにセ
ットして荷電ビームにより描画する装置等の試料温度調
整装置に係わり、特に短時間に、かつ高精度に試料及び
試料ホルダの温度を所望の値に到達させることのできる
試料温度調整装置及びこの装置に用いられる試料ホルダ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】荷電ビーム描画装置においては、ウェハ
またはマスクなどの試料を試料ホルダにセットし、これ
を高真空室内に設けたステージに取り付けて描画してい
る。描画中における試料の温度は、描画精度に影響する
ため、高精度に保つ必要がある。このため、荷電ビーム
描画装置においては、ステージの温度を極めて高精度に
保つように制御し、かつ試料ホルダの温度もステージの
温度と等しく調整してステージ上に載置するようにして
いる。

【０００３】しかし、試料交換時に、試料ホルダを装置
内に持ち込み真空引きを行うと、試料及び試料ホルダの
温度は断熱膨張により低下するため、所定の温度に高精
度に保つことができず、ステージの温度と僅かではある
が温度差を生じ、描画精度に悪影響を与える。

【０００４】そこで、従来、特開昭５７ー１９０３１８
号公報に示されているように、試料ホルダを描画装置内
に持ち込んだときこれを支持して待機させるためのホル
ダ保持台にヒータを組み込み、温度低下を補償する装置
や、特開昭６１ー２３９６２４号公報に示されているよ
うに、ヒータを用いずに一定温度に保たれる恒温板を設
けて待機中の試料ホルダをこの恒温板に接触させて温度
低下を補償する装置が提案され、実施されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホルダ
保持台や恒温板を介して試料ホルダの温度を調整する装
置では、僅かな温度差を短時間で、かつ高精度に調整す
ることはできない。すなわち、ホルダ保持台や恒温板と
試料ホルダとの間の熱伝達は、両者の接触面を介して間
接的に行われるため、熱の伝達効率が悪く、０．１℃程
度ないしそれ以下のような僅かな温度差を的確に補償す
ることは困難である。また、恒温板を用いる装置では、
試料ホルダの温度が恒温板の温度に完全に一致するまで
には長時間を要するため、先行する試料の描画時間に関
係して左右される待機時間の長短により試料ホルダの温
度がバラつく欠点がある。

【０００６】本発明は、上記の課題を解決し、短時間
に、かつ高精度に試料ホルダの温度を所望の値に到達さ
せることのできる試料温度調整装置及びこの装置に用い
られる試料ホルダを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、試料を試料ホルダにセットして荷電ビーム
により描画する装置等の試料温度調整装置において、本
体を高抵抗導電性材料で形成された試料ホルダと、この
試料ホルダ本体に互いに間隔をおいて取り付けられた少
なくとも１対の電極と、この電極間に電位差を与える電
源とを具備するものである。

【０００８】なお、上記試料温度調整装置は、試料ホル
ダに取り付けられた温度測定装置と、この温度測定装置
によって測定された試料ホルダ温度と予め設定された基
準温度とを比較し、これらの温度差に応じて前記試料ホ
ルダに所定の熱容量分の電力を供給するように前記電源
から電極への供給電力量を制御する制御部とを具備する
ことが好ましい。

【０００９】また、前記温度測定装置は試料ホルダの温
度を所定時間測定するように構成され、制御部は温度測
定装置からの出力を取り込んで温度変化の収束曲線を計
算予測するとともにこの収束曲線に基づいて所定時間後
に試料ホルダの温度が所定の値となるように電極への供
給電力量を制御するように構成することが好ましい。さ
らにまた、制御部には、各試料ホルダ毎の加熱特性を予
め記憶させ、供給電力量を個々の試料ホルダに応じて補
正可能に構成することが好ましい。

【００１０】さらにまた、試料ホルダに接触可能に設け
られた冷却装置を具備することが好ましい。

【００１１】また、本発明は、上記本発明による試料温
度調整装置に用いる試料ホルダにおいて、高抵抗導電性
材料で形成された試料ホルダ本体と、この試料ホルダ本
体に互いに間隔をおいて取り付けられた少なくとも１対
の電極とを具備するものである。

【００１２】

【作用】試料をセットした試料ホルダを荷電ビーム描画
装置等の処理装置内に搬入して真空引きすると、断熱膨
張により試料及び試料ホルダの温度が低下する。この温
度低下の割合は、試料及び試料ホルダの大きさや熱容量
に対する表面積の割合などにより異なるが、例えば１０
Ｔｏｒｒ程度の高真空に真空引きする荷電ビーム描画
装置においては、０．３℃程度の温度低下を生じる。

【００１３】この温度低下を補償するように、試料ホル
ダの温度低下を測定し、または前もって温度低下の量を
求めておき、これを補償するのに必要な熱量を与えるよ
うに所定量の電力を１対の電極間に与える。試料ホルダ
の本体は高抵抗導電性材料で形成されているため、電極
間を流れる電流によって発熱し、試料ホルダの温度を上
昇させる。

【００１４】この発熱は、試料ホルダ内で起こるため、
試料ホルダを効果的に加熱昇温させるとともに、僅かな
温度差であっても試料ホルダの全体に速やかに行き渡
り、試料ホルダ全体をより均一な温度で昇温させる。ま
た、試料ホルダに全発熱量が与えられるため、試料を含
む試料ホルダの熱容量を求めておけば、温度補償に必要
な電力量を比較的正確に与えて的確な温度補償を行うこ
とが可能になる。個々の試料ホルダの熱に関する特性を
求めておけば、個々の試料ホルダに応じた温度補償が可
能になる。

【００１５】さらに、試料の温度を所定時間測定して温
度変化の収束曲線を計算予測し、この収束曲線を考慮し
て所定の電力量を与えるようにすれば、収束温度と目標
温度とに差があっても所望の時間に所望の温度にするこ
とが可能になる。

【００１６】

【実施例】以下本発明の実施例を図１ないし図３を参照
して説明する。図１は、本発明の概要構成を示してい
る。１０は真空容器で、図示しない開閉扉を有し、後述
する試料１４をセットした試料ホルダ１３を出入可能に
形成されるとともに、図示しない真空ポンプにより例え
ば１０ Ｔｏｒｒ程度に真空引きされるようになってい
る。１１は、真空容器１０内に設置されたエレベータ台
で、図示しない上下動機構により昇降可能に設けられて
いる。エレベータ台１１上には、電気絶縁材料で形成さ
れたスペーサ１２が取り付けられており、このスペーサ
１２を介して試料ホルダ１３を交換可能に載置するよう
に構成されている。

【００１７】試料ホルダ１３は、図２に示すように、本
体１３Ａとこれに一体的に取り付けられた試料保持機構
１３Ｂとからなり、少なくとも本体１３ＡはＳｉＣセラ
ミックスなどの高抵抗導電性材料で形成されている。試
料ホルダ本体１３Ａには、それぞれ対をなした２組の電
極１５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂが取り付けられてい
る。対をなす電極１５Ａ，１５Ｂ及び１６Ａ，１６Ｂ
は、互いに間隔を置いて対向しており、これらの間に位
置する試料ホルダ本体１３Ａ中に電気を流して発熱させ
るようになっている。

【００１８】電極１５Ａ，１６Ａと電極１５Ｂ，１６Ｂ
は、電気絶縁材料からなる台１７を介して試料ホルダ本
体１３Ａに取り付けられたコンタクトプローブピン１８
Ａ，１８Ｂにそれぞれコード１９により電気的に接続さ
れている。なお、２０は、コード１９を通すために試料
ホルダ本体１３Ａに設けられた通孔である。コンタクト
プローブピン１８Ａ，１８Ｂは、プリント基板の検査用
として広く用いられてものである。

【００１９】試料ホルダ本体１３Ａには、例えば四線式
の白金抵抗測温体などの温度センサ２１が埋設されてい
る。温度センサ２１から伸びる四本のコード２２は、台
１７と同様な台２３を介して試料ホルダ１３Ａに取り付
けられた四本のコンタクトプローブピン２４にそれぞれ
接続されている。

【００２０】エレベータ台１１には、図１に示すよう
に、電源２５と温度測定装置２６にそれぞれコード２
７，２８を介して接続された電極用接続端子２９と測温
用接続端子３０が取り付けられ、これらの両接続端子２
９，３０は試料ホルダ１３をエレベータ台１１に設置し
たとき、コンタクトプローブピン１８Ａ，１８Ｂとコン
タクトプローブピン２４にそれぞれ接触して、電極１５
Ａ，１５Ｂと温度センサ２１を電源２５と温度測定装置
２６に電気的に接続させるようになっている。

【００２１】３１は制御部で、温度測定装置２６の出力
を取り込み、この値と制御部３１内に記憶されている基
準温度との差に応じて電源２５を作動させ、電極１５
Ａ，１５Ｂに所定量の電力を供給するようになってい
る。

【００２２】次いで本装置の作用について説明する。図
１に示すように、試料１４をセットした試料ホルダ１３
を真空容器１０内に入れて真空容器１０を密閉し、１０
Ｔｏｒｒ程度まで真空引きすると、試料１４及び試料
ホルダ１３は断熱膨張により温度が低下する。なお、試
料１４及び試料ホルダ１３は、一般的には予め所望の温
度に調整されており、上記断熱膨張による温度低下がな
ければ、図３に示す周囲温度Ｔ１（真空容器１０内の温
度）にほぼ一致しているものとする。

【００２３】図３の曲線Ａは、断熱膨張によって試料１
４及び試料ホルダ１３の温度が周囲温度Ｔ１から所定量
低下した後、周囲温度Ｔ１に収束していく状態を示して
いる。図３は、試料１４及び試料ホルダ１３の目標温度
Ｔ２が周囲温度Ｔ１と異なる場合を示しているが、両温
度Ｔ１，Ｔ２が一致している場合には、制御部３１によ
って電源２５を制御することにより、温度測定装置２６
によって検出されている試料ホルダ１３の温度と目標温
度（基準温度）との差をなくすのに必要な電力量を電極
１５Ａ，１５Ｂと１６Ａ，１６Ｂ間に与える。

【００２４】電極１５Ａ，１５Ｂと１６Ａ，１６Ｂ間に
電力を供給すると、試料ホルダ本体１３Ａが高抵抗導電
性材料で形成されているため、試料ホルダ本体１３Ａの
うちの該電極間の部分に電流が流れて発熱し、試料ホル
ダ本体１３Ａの温度を上昇させる。

【００２５】なお、上記温度差に応じて電極１５Ａ，１
５Ｂと１６Ａ，１６Ｂ間に与える電力量は、上記発熱に
よる昇温が上記温度差を補償するのに合致した値になる
ように、予め実験によって求めておくことが好ましい。
また、この実験は各試料ホルダ１３毎に行っておき、各
試料ホルダ１３毎に供給電力量を制御することが好まし
い。

【００２６】本発明によれば、試料ホルダ本体１３Ａ内
で発熱が起こるため、発熱による熱量は１００％試料ホ
ルダ１３に与えられる。このため、僅かな温度差であっ
ても効果的に試料ホルダ１３の温度をより正確にかつ速
やかに目標温度（Ｔ２＝Ｔ１）に移行させることができ
る。

【００２７】なお、エレベータ台１１は試料１４及び試
料ホルダ１３に比較して熱容量が大きく、かつこの熱容
量に対する表面積の割合が小さいため、断熱膨張による
温度低下は実質的に生じない。

【００２８】上記のように目標温度Ｔ２と周囲温度Ｔ１
が等しい場合には、一旦試料ホルダ１３の温度を目標温
度に到達させれば、以後その温度に保たれる。しかしな
がら、図３に示すように、目標温度Ｔ２と周囲温度Ｔ１
が異なる場合には、一旦目標温度Ｔ２に到達しても時間
の経過に伴って、周囲温度Ｔ１に向かって次第に変化す
る。

【００２９】このような場合には、以下に述べるように
温度補償を行うことが好ましい。なお、図３は、目標温
度Ｔ２が周囲温度Ｔ１より高い場合を示しており、曲線
Ａ（実線部分のみでなく点線部分も含む：曲線Ｃ，Ｅに
ついても同じ）は、前述したように周囲温度Ｔ１に対し
所定量低い温度から周囲温度Ｔ１に収束していく状態を
示す曲線であるが、曲線Ｃは逆に周囲温度Ｔ１に対し曲
線Ａと同じ温度だけ高い状態から周囲温度Ｔ１に収束し
ていく状態を示している。すなわち、曲線Ａと曲線Ｃ
は、周囲温度Ｔ１に対して対称である。

【００３０】曲線Ａは、予め実験によって求めた基準と
なる収束曲線と、図３に示すように、温度測定装置２６
により所定の時間間隔で測定された試料ホルダ１３の温
度ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４とから、制御部３１で計算す
ることにより求められる。

【００３１】この場合の温度補償は、まず断熱膨張によ
り低下した試料ホルダ１３の温度が曲線Ａの実線部分で
示されるように周囲温度Ｔ１に向かって変化していく状
態を、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４で示すように測定して曲
線Ａを計算予測し、この曲線Ａから曲線Ｃを求め、その
後、線Ｂで示すように、試料ホルダ１３の温度を目標温
度Ｔ２より高い曲線Ｃ上の温度ｔ５となるように電極１
５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂに電力を供給して加熱す
る。

【００３２】この後、加熱を停止すると、試料ホルダ１
３の温度は曲線Ｃで示すように低下して行き時間Ｈ１の
ところで目標温度Ｔ２に達する。このとき、目標温度Ｔ
２と等しい温度に保たれている図示省略した電子ビーム
描画室などの恒温真空処理室へ試料１４及び試料ホルダ
１３を搬入する。

【００３３】ところで、この場合、搬入が遅れると試料
ホルダ１３の温度は目標温度Ｔ２より低くなるが、これ
は以後、上記と同様の操作を繰り返すことにより再び目
標温度Ｔ２に戻すことができる。

【００３４】しかしながら、恒温真空処理室への搬入時
間が、Ｈ２で示すように予め判明している場合には、曲
線Ｃを曲線Ｅで示すように図３において右方へ平行移動
させ、曲線Ｅが目標温度Ｔ２に到達する時間が上記搬入
時間Ｈ２となるようにし、線Ｂ，Ｄで示すように、試料
ホルダ１３の温度を曲線Ｅ上の温度ｔ６まで上昇させれ
ば、上記搬入時間Ｈ２に至ったとき試料ホルダ１３の温
度を目標温度Ｔ２に到達させることが可能になる。

【００３５】図４は、本発明の他の実施例を示すもの
で、前述した実施例に試料ホルダ１３を冷却するための
装置４０を組み込んだものである。冷却装置４０は、ピ
エゾ素子４１を有し、このピエゾ素子４１の図において
左側の低温側面に先端が真空容器１０内に伸びる接触子
４２をベローズ４３によって進退可能に取り付け、ピエ
ゾ素子４１の右側の高温側面に冷却水配管４４によって
冷却される放熱ブロック４５を取り付けたものである。

【００３６】この実施例は、試料ホルダ１３の温度が何
らかの事情により目標温度Ｔ２より高くなっているため
に、前述した加熱による温度調整が不可能な場合に用い
られるものであり、試料ホルダ１３を接触子４２に接触
させることにより試料ホルダ１３の温度を目標温度Ｔ２
より低い温度に下げる。この試料ホルダ１３の温度低下
は目標温度Ｔ２より単に低くすれば良いため、微妙な温
度調整は必要なく、試料ホルダ１３と接触子４２との温
度差を大きくとって短時間で行わせることができる。そ
の後、前述した本発明の加熱による温度調節により目標
温度Ｔ２に到達させる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、試料
ホルダ本体を高抵抗導電性材料で形成し、これに電気を
流して発熱させることにより試料ホルダを昇温させる構
成としたため、効果的に試料ホルダを加熱することがで
き、短時間に、かつ高精度に試料ホルダの温度を所望の
値に到達させることができる。

【００３８】また、試料ホルダの温度とその目標温度で
ある基準温度との差に応じた熱容量分の電力量を予め求
めておいて供給するようにすれば、より的確に所望の温
度に到達させることができる。

【００３９】さらにまた、試料ホルダの温度を所定時間
測定して温度変化の収束曲線を求め、この収束曲線を考
慮して加熱するようにすれば、周囲温度によって定まる
収束温度と目標温度が異なる場合でも的確な温度制御が
可能になる。

【００４０】さらにまた、本発明による温度制御は、個
々の試料ホルダの熱的な特性を考慮して行うことによ
り、より一層的確な制御が可能になる。

【００４１】さらにまた、試料ホルダの冷却手段を設け
れば、試料ホルダの温度が目標温度より高い場合でも上
記の加熱による温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概要構成図。

【図２】本発明による試料ホルダの具体例を示す断面
図。

【図３】本発明による試料ホルダの温度変化の一例を示
す図。

【図４】本発明の他の実施例を示す概要構成図。

【符号の説明】

１０ 真空容器 １１ エレベータ台 １３ 試料ホルダ １３Ａ 試料ホルダ本体 １３Ｂ 試料保持機構 １４ 試料 １５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ 電極 ２１ 温度センサ ２５ 電源 ２６ 温度測定装置 ３１ 制御部 ４０ 冷却装置 ４１ ピエゾ素子 ４２ 接触子 ４４ 冷却水配管 ４５ 放熱ブロック

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を試料ホルダにセットして荷電ビー
   ムにより描画する装置等の試料温度調整装置において、
   本体を高抵抗導電性材料で形成された試料ホルダと、こ
   の試料ホルダ本体に互いに間隔をおいて取り付けられた
   少なくとも１対の電極と、この電極間に電位差を与える
   電源とを具備することを特徴とする荷電ビーム描画装置
   等の試料温度調整装置。
2. 【請求項２】 前記試料ホルダに取り付けられた温度測
   定装置と、この温度測定装置によって測定された試料ホ
   ルダ温度と予め設定された基準温度とを比較し、これら
   の温度差に応じて前記試料ホルダに所定の熱容量分の電
   力を供給するように前記電源から電極への供給電力量を
   制御する制御部とを具備することを特徴とする請求項１
   の荷電ビーム描画装置等の試料温度調整装置。
3. 【請求項３】 前記温度測定装置は試料ホルダの温度を
   所定時間測定するように構成され、制御部は温度測定装
   置からの出力を取り込んで温度変化の収束曲線を計算予
   測するとともに前記収束曲線に基づいて所定時間後に試
   料ホルダの温度が所定の値になるように電極への供給電
   力量を制御するように構成されていることを特徴とする
   請求項２の荷電ビーム描画装置等の試料温度調整装置。
4. 【請求項４】 前記制御部は各試料ホルダ毎の加熱特性
   を予め記憶され、供給電力量を個々の試料ホルダに応じ
   て補正可能に構成されていることを特徴とする請求項２
   または３の荷電ビーム描画装置等の試料温度調整装置。
5. 【請求項５】 試料ホルダに接触可能に設けられた冷却
   装置を具備することを特徴とする請求項１、２、３また
   は４の荷電ビーム描画装置等の試料温度調整装置。
6. 【請求項６】 試料をセットして荷電ビームによる描画
   等の処理を施すための試料ホルダにおいて、高抵抗導電
   性材料で形成された試料ホルダ本体と、この試料ホルダ
   本体に互いに間隔をおいて取り付けられた少なくとも１
   対の電極とを具備することを特徴とする試料ホルダ。