(57)【要約】【課題】電子銃の放電対策を施し、露光を安定に行うことのできる荷電粒子線露光方法及び装置を提供する。【解決手段】電子銃１の電子銃室５３の側壁５１ｃには、荷電粒子線源の放電を検知する放電検知センサ６５が取り付けられている。このセンサ６５は軽金属製のカバー６７で覆われている。この放電検知センサ６５は、放電電子線がハウジングの壁面や絶縁碍子に照射されたときに発する制動放射Ｘ線ＢＸのみを検知する。放電検知センサ６５で荷電粒子線源の放電が検知された場合には、制御部がログを作成し、予め決められたエラー処理を行う。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する荷電粒子線露光方法であって、
前記荷電粒子線を射出する荷電粒子線源における放電を検知し、放電を検知した場合にはログを作成するとともに、予め決められたエラー処理を行うことを特徴とする荷電粒子線露光方法。
【請求項２】
前記エラー処理において、検出された放電の規模又は／及び放電の累積回数に基づいて前記荷電粒子線源のクリーニング要否の判断を行うことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子線露光方法。
【請求項３】
荷電粒子線を射出する荷電粒子線源と、
前記荷電粒子線を感応基板面上に結像する光学系と、
前記荷電粒子線源の放電を検知する放電検知センサと、
各部を制御する制御部と、
を具備し、
前記放電検知センサで、前記荷電粒子線源の放電が検知された場合には、前記制御部がログを作成し、予め決められたエラー処理を行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【請求項４】
前記放電検知センサが制動Ｘ線検出センサであることを特徴とする請求項３記載の荷電粒子線露光装置。
【請求項５】
前記制動Ｘ線検出センサが半導体センサであることを特徴とする請求項４記載の荷電粒子線露光装置。
【請求項６】
前記放電検知センサが、該センサの全面を覆う軽金属製のカバーを有することを特徴とする請求項４又は５記載の荷電粒子線露光装置。
【請求項７】
前記エラー処理において、前記放電検知センサで検出された放電の規模又は／及び放電の累積回数に基づいて前記荷電粒子線源のクリーニング要否の判断を行うことを特徴とする請求項３〜６いずれか１項に記載の荷電粒子線露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のリソグラフィーに使用される荷電粒子線露光方法及び装置に関する。特には、荷電粒子線源の放電対策を施した荷電粒子線露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
荷電粒子線の一つである電子線を用いた電子線描画装置は、スループット（処理速度）の向上に限界があることが知られている。この電子線描画装置の高スループット化を目的として、大面積のパターンを一括して転写露光するタイプの電子線投影露光装置の開発が進められており、株式会社ニコンではＥＢステッパーとして製品化が発表されている。
【０００３】
このような装置においては、クーロン効果を低減するために、高エネルギー（例えば１００ｋＶ）の電子線源を使用している。
図４は、電子線源として一般に使用される電子銃の構造を模式的に説明するための断面図である。
この電子銃８１は、ハウジング８３で囲まれた電子銃室８５を有する。ハウジング８３の上壁には、絶縁碍子８７が固定されている。絶縁碍子８７は筒状の形状を有し、高熱伝導性と高耐圧性を有する物質、例えば、ＳｉＣやＡｌＮで作製される。絶縁碍子８７の下端には、陰極９１が固定されている。さらに、陰極９１の上方には、陰極電子衝撃加熱用電極９３が配置されている。
陰極９１と陰極電子衝撃加熱用電極９３は、絶縁碍子８７中に埋設されている導線によって、電子銃室外に配置された電源と各々接続している。
【０００４】
ハウジングの下壁には、電子線が通過する開口９５が形成されている。この開口９５や前記陰極９１、陰極電子衝撃加熱用電極９３は、照射される電子線の光軸Ｐと同軸上に配置されている。
【０００５】
次に、この電子銃の作用について説明する。
ハウジング８３は電位が０ｋＶとなるように接地されている。陰極電子衝撃加熱用電極９３には、電源から−１０３ｋＶの電圧を印加する。すると、陰極９１が加熱され、同陰極の下面から電子線ＥＢが放出される。このときの陰極９１の電位は−１００ｋＶである。電子線ＥＢは、図示せぬウェーネルト電極や制御アノード電極等の作用により収束されて、ハウジングの開口９５から下方に射出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような高エネルギーの電子銃においては、その放電対策が課題となっている。電子銃の放電は、電界放射や沿面放電、あるいは散乱電子が絶縁体にチャージアップすることによる放電などのメカニズムにより発生する。電界放射は、金属の表面から強電界により電子が放出される現象であり、陰極９１から放射される電子線の内、光軸から外れた電子線ＤＢ１による放電である。沿面放電ＤＢ２は、絶縁碍子８７の表面に沿って発生する。また、陰極付近において、トリプルジャンクションからの放電ＤＢ３も発生する。
このような放電により放射された電子線ＤＢ１〜３は、ハウジング８３の壁面や絶縁碍子８７に照射されると、制動放射Ｘ線ＢＸを発する。
【０００７】
電子銃室内で大きな放電が起こると、電子銃が破損したり、電源が故障するなどのトラブルが発生する。放電の規模が小さい場合でも、瞬間的に加速電圧が低下し、放電の瞬間や放電直後に露光に異常が生じる場合もある。さらに、微小な放電により絶縁碍子にコンタミネーションが付着して、このコンタミネーションにより放電が誘発されることもある。また、微小放電により絶縁碍子の性能が劣化することもある。
【０００８】
このように放電によって電子銃の性能が劣化すると、露光エラーが発生し、デバイス製造時の歩留まりが低下するなどの問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電子銃の放電対策を施し、露光を安定に行うことのできる荷電粒子線露光方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の荷電粒子線露光方法は、　荷電粒子線を感応基板上に選択的に照射してパターン形成する荷電粒子線露光方法であって、　前記荷電粒子線を照射する荷電粒子線源における放電を検知し、放電を検知した場合にはログを作成するとともに、予め決められたエラー処理を行うことを特徴とする。
放電を検知してログを作成することにより、放電の経過から、放電により発生する重大なトラブルを早期に予測し、対処することができる。また、放電が起こった場合には露光動作の停止や、チップの検査などのエラー処理を行うことにより、デバイス製造時の歩留まりを向上できる。
【００１１】
本発明においては、　前記エラー処理において、検出された放電の規模又は／及び放電の累積回数に基づいて前記荷電粒子線源のクリーニング要否の判断を行うこととできる。放電の規模が大きかった場合や放電の累積回数が許容値を超えた場合は、荷電粒子線源をクリーニングして荷電粒子線源の動作を調整して正常化する。
【００１２】
本発明の荷電粒子線露光装置は、　荷電粒子線を射出する荷電粒子線源と、　前記荷電粒子線を感応基板面上に結像する光学系と、　前記荷電粒子線源の放電を検知する放電検知センサと、　各部を制御する制御部と、を具備し、　前記放電検知センサで、前記荷電粒子線源の放電が検知された場合には、前記制御部がログを作成し、予め決められたエラー処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、　前記放電検知センサが制動Ｘ線検出センサであって、　前記制動Ｘ線検出センサが半導体センサ（例えば、フォトダイオード）とすれば、放電電子線がハウジングの壁面や絶縁碍子に照射されたときに発する制動放射Ｘ線ＢＸのみを検知することができる。
【００１４】
本発明においては、　前記放電検知センサが、該センサの全面を覆う軽金属製のカバーを有することとすれば、電子線源を高温に加熱した際に発生する光や、ハウジング内で散乱された電子線を遮断し、制動放射Ｘ線のみを検知して放電が起きたことを知ることができる。
【００１５】
本発明においては、　前記エラー処理において、前記放電検知センサで検出された放電の規模又は／及び放電の累積回数に基づいて前記荷電粒子線源のクリーニング要否の判断を行うことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。この図は、分割転写方式の荷電粒子線露光装置を示す。
光学系の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の詳細な構造については後述する。電子銃１の下方には２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏ．を結像する。
【００１７】
二段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口４が備えられている。この矩形開口（照明ビーム成形開口）４は、レチクル（マスク）１０の一つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。この開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像される。
【００１８】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。
ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器（照明光学系の主偏向器）８が配置されている。この偏向器８は、主に照明ビームを図の横方向（Ｘ方向）に順次走査して、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００１９】
レチクル１０は、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっている。レチクル１０上には、全体として一個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。レチクル１０上のパターンは、多数のサブフィールドに分割されている。
【００２０】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に載置されており（詳細後述）、レチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。
レチクルステージ１１には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２１】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに投影光学系の主偏向器（像位置調整偏向器）１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９、主偏向器１６によって感応基板（ウェハ）２３上の所定の位置に結像される。ウェハ２３上には、適当なレジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル上のパターンが縮小されてウェハ２３上に転写される。
【００２２】
レチクル１０とウェハ２３の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ２３に到達しないよう遮断する。
【００２３】
ウェハ２３は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ２４上に載置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ２４とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。なお、ウェハステージ２４にも、上述のレチクルステージ１１と同様の位置検出器２５が装備されている。
【００２４】
ウェハ２３の直上には、反射電子検出器２２が配置されている。この反射電子検出器２２は、ウェハ２３の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量を検出する。例えばレチクル１０上のマークパターンを通過したビームでウェハ２３上のマークを走査し、その際のマークからの反射電子を検出することにより、レチクル１０とウェハ２３の相対的位置関係や電子線（ビーム）の性状を知ることができる。
【００２５】
上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６は、各々のコイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ及び５ａ、８ａ、１６ａを介してコントローラ３１によりコントロールされる。また、レチクルステージ１１及びウェハステージ２４も、ステージ制御部１１ａ、２４ａを介して、コントローラ３１により制御される。ステージ位置検出器１２、２５は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａ、２５ａを介してコントローラ３１に信号を送る。また、反射電子検出器２２も同様のインターフェース２２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。
【００２６】
コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を主偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ２３上の目標位置に合わせるよう制御できる。そして、ウェハ２３上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル１０上のチップパターン全体がウェハ２３上に転写される。
【００２７】
次に、電子銃１の構造を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置に搭載されている電子銃の構造を模式的に説明するための断面図である。
この電子銃１は、前述の一般的な電子銃と同様に、ハウジング５１で囲まれた電子銃室５３を有する。電子銃室５３の上側の上壁（天井）５１ａの中央には、絶縁碍子５５が固定されている。絶縁碍子５５は筒状の形状を有し、高熱伝導性及び高耐圧性の物質、例えばＳｉＣやＡｌＮで作製される。絶縁碍子５５の下端には、陰極５９が固定されている。さらに、陰極５９の上方には、陰極電子衝撃加熱用電極６１が配置されている。
陰極５９と陰極電子衝撃加熱用電極６１は、絶縁碍子５５中に埋設されている導線によって、電子銃室外に配置された電源と各々接続している。
【００２８】
電子銃室内のハウジング下壁５１ｂには、電子線が通過する開口６３が形成されている。この開口６３や前記陰極５９、陰極電子衝撃加熱用電極６１は、電子線の光軸Ｐと同軸上に配置されている。
【００２９】
電子銃室５３内の側壁５１ｃには、放電検知センサ６５が取り付けられている。この放電検知センサ６５としては、半導体検出器（半導体センサ）（例えば、フォトダイオード）が使用される。半導体検出器は、放電電子線がハウジングの壁面や絶縁碍子に照射されたときに発する制動放射Ｘ線ＢＸのみを検知する。このセンサ６５は、軽金属（例えばＡｌ、Ｔｉ）製のカバー６７で覆われている。これにより、電子線源を高温に加熱した際に発生する光や、ハウジング内で散乱された電子線はカバー６７で遮断されて放電検知センサ６５で検知されず、制動放射Ｘ線のみを検知して放電が起きたことを知ることができる。放電検知センサ６５の出力はコントローラ３１（図３参照）に送られる。
【００３０】
ハウジング５１は電位が０ｋＶとなるように接地されている。陰極電子衝撃加熱用電極６１には、電源から−１０３ｋＶの電圧を印加する。すると、陰極５９が加熱され、同陰極の下面から電子線が放出される。このときの陰極の電位は−１００ｋＶである。電子線は、図示せぬウェーネルト電極や制御アノード電極等の作用により収束されて、ハウジングの開口６３から下方に射出される。
【００３１】
例えば、電界放射により陰極５９から放電した電子線ＤＢがハウジング下壁５１ｂに当ると、そこで制動放射Ｘ線ＢＸを発する。この制動放射Ｘ線ＢＸは、カバー６７を通過して放電検知センサ６５で検知される。
【００３２】
次に、露光動作中の電子銃のエラー処理を説明する。
図２は、図１の電子銃で放電が生じた場合のエラー処理のフローチャートである。
露光動作が開始されると放電検知センサ６５がＯＮとなり、放電検知動作を開始する。Ｓ１において、センサ６５で放電が検知されると、Ｓ２においてログが作成される。そしてＳ３に進み、放電規模の大きさを判定する。放電規模の大きさは、放電検知センサ６５で検知される値で決められる。Ｓ３で放電規模が大と判定された場合は、Ｓ４に進み、露光を停止する。そして、Ｓ５で電子銃１の動作を確認する。この結果、電子銃１の動作が正常であれば、Ｓ６で電子ビームの調整を行う。また、Ｓ５で電子銃の動作が不良であれば、Ｓ７において、電子銃のクリーニングや部品交換などのメンテナンスを行い、その後、Ｓ６で電子ビームの調整を行う。
【００３３】
Ｓ３で放電規模が小と判定された場合はＳ８に進み、ログから、放電頻度や通算の放電回数等の放電経過を読み取り、この放電経過が許容できるレベル内かどうかを判定する。許容レベル内でない場合は、Ｓ９に進んで露光動作をいったん停止し、Ｓ１０で電子銃のクリーニングや部品の交換などのメンテナンスを行う。そして、Ｓ１１で電子銃１の電子ビームを調整し、Ｓ１２で露光を再開する。
【００３４】
また、Ｓ３で放電規模が小と判定された場合は、Ｓ１３で、放電が起こったときに露光が行われたウェハ上のチップの形成パターンを検査する。パターンが正常であれば、Ｓ１４に進んで、以降の工程を継続する。Ｓ１３でパターンに異常が発生していた場合は、Ｓ１５で露光動作を停止し、Ｓ１６に進んで、このチップに関して以降の露光工程を停止し、不良チップとする。
【００３５】
このように、放電規模が大きい場合や、放電経過が許容レベルに収まらない場合は、露光動作をいったん停止して、電子銃１のメンテナンスを行う。このため、放電にともなう電子銃の動作異常を未然に防ぐことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電子銃室内に設けた放電検知センサで検知される放電の規模や放電の頻度等の放電経過によって、必要であれば電子銃のメンテナンスを行う。このため、放電にともなう電子銃の動作異常を未然に防ぐことができる荷電粒子線露光方法及び装置を提供できる。また、放電が起こった場合には、露光動作の低下、チップ検査等のエラー処理を行うことにより、デバイス製造時の歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置に搭載されている電子銃の構造を模式的に説明するための断面図である。
【図２】図１の電子銃のエラー処理のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。この図は、分割転写方式の荷電粒子線露光装置を示す。
【図４】電子線源として一般に使用される電子銃の構造を模式的に説明するための断面図である。
【符号の説明】
１　電子銃　　　　　　　　　　　　２、３　コンデンサレンズ
４　矩形開口　　　　　　　　　　　５　ブランキング偏向器
７　ブランキング開口　　　　　　　８　照明ビーム偏向器
９　レンズ　　　　　　　　　　　１０　レチクル
１１　レチクルステージ　　　　　　１２　位置検出器
１５、１９　投影レンズ　　　　　　１６　主偏向器
１８　コントラスト開口　　　　　　２３　ウェハ
２２　反射電子検出器　　　　　　　２４　ウェハステージ
２５　位置検出器　　　　　　　　　３１　コントローラ
５１　ハウジング　　　　　　　　　５３　電子銃室
５５　絶縁碍子　　　　　　　　　　５９　陰極
６１　陰極電子衝撃加熱用電極　　　６３　開口
６５　放電検知センサ　　　　　　　６７　カバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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