(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
荷電粒子ビームを発生する荷電粒子銃が収納される第一のチャンバーと、該荷電粒子ビームが通過し荷電粒子ビームを整形し前記所望の位置に偏向させる第二のチャンバーとを真空的に分離し、
該荷電粒子ビームを該第二のチャンバー内に照射しながら、該第二のチャンバー内にオゾンガスを導入し、
当該第二のチャンバー内において、前記荷電粒子ビーム量が上流側から下流側に向かって減少する位置で、下流側のオゾンガス濃度が上流側のオゾンガス濃度よりも高くなるよう維持することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記第一のチャンバー内より第二のチャンバー内のほうが圧力が高くなる様に維持することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記第一のチャンバーと第二のチャンバーとの間に、微小孔を有するオリフィスを介在させて、該第一のチャンバーから第二のチャンバーに移動する荷電粒子ビームが通過する孔におけるガス流のコンダクタンスを高くしたことを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項４】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
荷電粒子ビームが通過し、該ビームを整形し前記所望の位置に偏向させるチャンバー内にオゾンガスを導入し、
該荷電粒子ビームを該チャンバー内に照射しながら、該チャンバー内のオゾンガスの濃度を、前記荷電粒子ビーム量が上流側から下流側に向かって減少する位置で、該荷電粒子ビームの上流側より下流側で高くなるように維持することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項５】
請求項４記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
該チャンバー内の圧力を該荷電粒子ビームの上流側より下流側で高くすることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項６】
請求項４記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
該チャンバー内が、荷電粒子銃から発生した荷電粒子ビームが照射される第一のスリットを収納する上流側チャンバーと、該第一のスリットを通過してビーム量が減少した荷電粒子ビームが通過する下流側チャンバーとに分離され、前記第一のスリットの位置で、該上流側チャンバーのオゾンガス濃度が該下流側チャンバーよりも低くなるようにそれぞれ真空状態に維持されることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
オゾンガスが前記上流側チャンバーと下流側チャンバーとにそれぞれ導入され、該上流側チャンバーに導入されるオゾンガスの流量を該下流側チャンバーに導入されるオゾンガスの流量より少なくすることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項８】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
荷電粒子ビームが通過し、該ビームを整形し前記所望の位置に偏向させるチャンバー内にオゾンガスを導入し、
該荷電粒子ビームを該チャンバー内に照射しながら、該チャンバー内のオゾンガスの濃度を該荷電粒子ビームの電流量が大きい領域より該電流量が小さい領域で高く維持することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項９】
請求項８記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
該チャンバー内の圧力を該荷電粒子ビームの電流量が大きい領域より該電流量が小さい領域で高くすることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項１０】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
該荷電粒子ビームが通過し高真空に維持されるチャンバー内に、オゾンガスを導入し、
更に、該チャンバー内で通過する荷電粒子ビームを散乱させる散乱用のガスを導入することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の荷電粒子ビーム露光方法において、
前記散乱用のガスは、酸素及びヘリウム、アルゴン、ネオン等の希ガスのうちいずれかのガスを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法。
【請求項１２】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
荷電粒子ビームを生成する荷電粒子銃が収納される第一のチャンバーと、
該第一のチャンバーに取り付けられ該第一のチャンバー内を第一の真空状態に維持する第一の真空ポンプと、
該荷電粒子ビームが通過し荷電粒子ビームを整形し前記所望の位置に偏向させる第二のチャンバーと、
該第二のチャンバーに取り付けられ該第二のチャンバー内を前記第一の真空状態よりも圧力が高い第二の真空状態に維持する第二の真空ポンプと、
該第二のチャンバー内にオゾンガスを導入するガス導入手段と、
前記第一と第二のチャンバーの間に設けられ両チャンバーを分離するオリフィスとを有し、
該荷電粒子ビームを該チャンバー内に照射しながら該オゾンガスを該第二のチャンバーに導入し、該荷電粒子ビーム量が上流側から下流側に向かって減少する位置で下流側のオゾンガス濃度が上流側よりも高くなるように維持することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１３】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
荷電粒子銃により生成された荷電粒子ビームが通過するチャンバー内が、該ビームの上流側と下流側のチャンバーに分離され、
該上流側のチャンバー内を第一の真空状態に維持する真空ポンプ手段と、
該下流側のチャンバー内を該第一の真空状態より圧力が高い第二の真空状態に維持する別の真空ポンプ手段と、
該荷電粒子ビームを該チャンバー内に照射しながら該チャンバー内にオゾンガスを導入するガス導入手段とを有し、
当該オゾンガス濃度が、前記チャンバーが上流側と下流側に分離された位置であって前記荷電粒子ビーム量が上流側から下流側に向かって減少する位置で、該荷電粒子ビームの上流側より下流側で高くなるように維持されることを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１４】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
荷電粒子銃により生成された荷電粒子ビームが通過するチャンバー内が、該ビームの電流量が大きい領域と小さい領域のチャンバーに分離され、
該電流量が大きいチャンバー内を第一の真空状態に維持する真空ポンプ手段と、
該電流量が小さいチャンバー内を該第一の真空状態より圧力が高い第二の真空状態に維持する別の真空ポンプ手段と、
該荷電粒子ビームを該第二のチャンバー内に照射しながら、該チャンバー内にオゾンガスを導入するガス導入手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１５】
荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光装置において、
荷電粒子ビームが通過し高真空状態に維持されるチャンバーと、
該チャンバー内にオゾンガスを導入するオゾンガス導入手段と、
該チャンバー内で通過する荷電粒子ビームを散乱させる散乱用のガスを導入する散乱ガス導入手段とを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の荷電粒子ビーム露光装置において、
前記散乱用のガスは、酸素及びヘリウム、アルゴン、ネオン等の希ガスのうちいずれかのガスを有することを特徴とする荷電粒子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム等の荷電粒子ビームを使用した露光方法及びその装置にかかり、装置内の堆積されるコンタミネーションによってビームのドリフトが生じるのを防止することができる露光方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の高集積化に伴い、微細加工技術のより一層の開発が必要である。この微細加工技術の一つに、電子ビーム等の荷電粒子ビームをウエハやレチクルマスクに照射して露光する技術がある。将来の超微細化の要求に応える為には、ウエハを直接ビームで照射して露光することも必要になる。
【０００３】
本発明は広く荷電粒子ビーム露光に適用できるが、以下簡単の為に電子ビームを例にして説明する。電子ビーム露光装置では、電子銃によって電子を発生させ、電界によって加速させることで電子ビームを生成する。この電子ビームは、鏡筒内に設けた電磁レンズや偏向器によりそのビーム形状や方向が制御される。通常は、所定の矩形の第一のスリットにより電子ビームは矩形断面にされ、それを第二のスリット又は所定のマスクパターンのブランキングアパーチャーアレイ（ＢＡＡ）マスク（総称すれば透過マスク）によって露光パターンに生成される。そして、その露光パターンの断面に整形された電子ビームが、ラウンドアパーチャーによりその収束半角が制限されて、最終段の投影レンズと偏向器を通過して試料であるウエハやレチクルマスクに照射される。電子ビーム露光では、約０．０５μｍ以下の微細加工が約０．０２μｍ以下の位置合わせ精度で実現できることが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、経時変化により、電子ビームの正確な位置合わせができなくなることも知られている。この精度劣化を引き起こす要因は、主にビームドリフトと呼ばれる電子ビームの位置ずれである。このビームドリフトの原因は種々考えられるが、主なものは、投影レンズ近傍の静電偏向電極や鏡筒下部の汚れによるチャージアップドリフトや投影レンズより上流で生じたチャージアップドリフト等である。
【０００５】
図９に、投影レンズ近傍の露光装置の概略図を示す。４は試料であるウエハＷが収納される主チャンバであり、ターボ分子ポンプＰ３により真空に維持される。それに対して、７１は大気中の圧力になる部分であり、例えば電磁レンズからなる投影レンズ３２と主偏向器（メインデフレクタ）３３が収納されている。また、真空中の鏡筒内には副偏向器（サブデフレクタ）３４、それのカバー７０が設けられている。これらの投影レンズ３２や主、副偏向器３３、３４により、電子ビームＥＢがウエハＷ表面の所望の位置に照射される。
【０００６】
ウエハＷの表面には、通常有機材料のレジスト膜が塗布されており、高エネルギーの電子ビームが照射されることにより有機材料の発生するガスがカバー７０の表面やそれ以外の部品の表面に付着したり、反射電子によりガス中の炭素成分が蒸着したりする。その結果、カバー７０の表面に絶縁性の高いコンタミネーションＣＯＮが生成される。この汚れにＣＯＮに反射電子や２次電子等のチャージがたまると周りに電界を発生し、上から照射される電子ビームの位置を変動させることになる。
【０００７】
或いは、投影レンズ３２より上流にも、前述した絞り用のラウンドアパーチャ等があり、それらの部分でも同様にコンタミネーションが生成されて、電界分布に悪影響を与えることがある。
【０００８】
かかる電界分布の変動は、電子ビームの横方向のドリフトやビーム焦点のぼけの原因となる。
【０００９】
これらのコンタミネーションは、長い時間をかけて蓄積されていくものである。図１０に、そのコンタミネーション等によって発生するビームドリフトの変化の傾向を示す。横軸が月単位の時間軸で、縦軸がビームドリフト量を表す。この図に示される通り、ビームドリフト量は数カ月をかけて徐々に増えていく傾向にある。図１０の例では、３カ月に一回露光装置内をクリーニングしている為に、クリーニング直後ではビームドリフト量は０になっている。しかしながら、３カ月を経過するころには、ドリフト量は０．０４μｍにもなり、微細加工を行なう電子ビーム装置としては大きすぎるずれ量である。
【００１０】
かかるコンタミネーションをクリーニングする方法として、本出願人は露光装置内部に酸素を導入してプラズマ励起することで、各部品をクリーニングする方法を提案した（例えば特願平５−１３８７５５号）。しかしながら、そのようなプラズマエッチングによるクリーニング方法では、ドリフト量がある程度のレベルを越えて初めて行なわれるので、それまでのドリフトは避けることができない。また、ドリフト量をできるだけ抑えるために頻繁にクリーニングを行なうと、電子ビーム露光装置の稼働率が落ちることになる。更に、プラズマ励起の為に高周波を発生させるので、セラミックにメッキを施した電極や筒部ではメッキがスパッタリングされてしまい、結局数回のクリーニング毎にそれらの部品を取り替える必要がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の課題を解決して、経時変化によりビームドリフト量が増加することを防止することができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の目的は、オゾンを鏡筒内や主チャンバー内に導入することで露光しながら同時にクリーニングを行なうことができ、しかもオゾン導入による弊害を防止することができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明の目的は、オゾンを導入することで電子銃のカソードに損傷を与えるのを防止することができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明の目的は、オゾンを導入することで電子ビームの上流付近にある金属部品が過剰に酸化されるのを防止することができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１５】
更に、本発明の目的は、オゾンを導入しても電子ビームが届かない部品表面も有効にクリーニングすることができる荷電粒子ビーム露光方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
荷電粒子ビームを発生する荷電粒子銃が収納される第一のチャンバーと、該荷電粒子ビームが通過し荷電粒子ビームを整形し前記所望の位置に偏向させる第二のチャンバーとを真空的に分離し、
該第二のチャンバー内にオゾンガスを導入することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供することにより達成される。
【００１７】
即ち、荷電粒子銃が収納されるチャンバー内にはオゾンが導入されないので、銃のカソードが酸化されて損傷を受けることが防止される。
【００１８】
また、別の発明によれば、荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
荷電粒子ビームが通過し、該ビームを整形し前記所望の位置に偏向させるチャンバー内にオゾンガスを導入し、
該チャンバー内のオゾンガスの濃度を該荷電粒子ビームの上流側より下流側で高くすることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供することにより達成される。
【００１９】
また、その代替え方法として、該チャンバー内のオゾンガスの濃度を該荷電粒子ビームの電流量が大きい領域より該電流量が小さい領域で高くすることを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法の提供により達成される。
【００２０】
このようにすることで、ビームの電流量が多い上流側のチャンバーではオゾンガスの濃度が薄いので、活性化酸素により酸化作用で部品が損傷を受けることは防止できると共に、ビームの電流量が少ない下流側ではセルフクリーニングに必要十分なオゾンガスを供給することができる。
【００２１】
更に、別の発明によれば、荷電粒子ビームをパターンデータに基づいて整形し、露光される試料の所望の位置に該整形された荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム露光方法において、
該荷電粒子ビームが通過し高真空に維持されるチャンバー内に、オゾンガスを導入し
更に、該チャンバー内で通過する荷電粒子ビームを散乱させる散乱用のガスを導入することを特徴とする荷電粒子ビーム露光方法を提供することにより達成される。この散乱用のガスは、酸素及びヘリウム、アルゴン、ネオン等の希ガスのうちいずれかのガスを有する。
【００２２】
このようにすることで、チャンバー内である程度のビームが散乱して、従来ビーム流の影になっていた部品の表面にも活性化酸素が供給されて、まんべんなくクリーニングを行なうことができる。
【００２３】
本発明の目的は、上記の露光方法に基づく露光装置によっても達成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がかかる実施の形態に限定されるものではない。以下、荷電粒子ビームの一つである電子ビームの場合で説明をする。
【００２５】
図１は、概略的に実施の形態を説明するための電子ビーム装置の概略図である。電子ビーム装置は、電子銃１４が収納されているチャンバー１、アラインメント用のレンズ３６や第一のスリットが収納されているチャンバー２、そして偏向器５、第二のスリット又はマスク２０、偏向器６、絞り用のラウンドアパーチャー２７そして投影レンズや偏向器７が収納されているチャンバー３ａ、３ｂ、３ｃからなる鏡筒と、ウエハＷが収納される主チャンバー４から構成される。主チャンバー４内にはウエハＷを保持してＸ，Ｙ方向に移動するステージ３５ａ，３５ｂも収納されている。
【００２６】
Ｐ２は、主に鏡筒内を真空に引くための分子ターボポンプであり、Ｐ３は、主に鏡筒部よりも大容量の主チャンバー４内を真空に引くための分子ターボポンプである。また、Ｐ１は電子銃のチャンバー１内の真空を維持する為のイオンポンプであり、チャンバー１内を大気圧から真空に引くことはできないが、分子ターボポンプＰ２である程度の真空度にした後にその真空状態を維持することができる程度の能力を有する。イオンポンプの原理は一般に良く知られているので、詳述しないが、簡単にいうとチタン等の金属材料をイオン化してガスを吸着することで真空を維持する。
【００２７】
この電子ビーム露光装置の原理は、次の通りである。鏡筒のチャンバー内を例えば１×１０-5Ｔｏｒｒ（約１×１０-3Ｐａ）程度の高真空状態にして、電子銃１４から電子ビームを発生させる。発生した電子ビームは、軸合わせのアライメントを行なわれ、第一のスリット１５で所定の矩形ビームに生成される。この矩形ビームは、図中破線で示す通り、偏向されて第二のスリットまたはマスク２０の所定の位置に照射され、第一のスリット１５と第二のスリットまたはマスク２０の重なったパターンのビームとなる。最後に、ラウンドアパーチャー２７により絞られ、投影レンズ及び偏向器７によってウエハＷ上の所望の位置に決像される。
【００２８】
さて、本実施の形態例では、電子ビーム露光装置のチャンバー内にオゾンが導入される。導入されたオゾンは電子ビームが衝突して酸素と活性化酸素に分離し、その活性酸素が各部品表面に付着または堆積しようとする炭素系の汚れと反応して一酸化炭素または二酸化炭素ガスとして飛散し、上述のビームドリフトの発生を防止している。８は、オゾンを発生するオゾナイザーで、そこで発生したオゾンは開閉可能なバルブ９、マスフローセンサＭＦＳ１，２，３を介してチャンバー内に導入される。
【００２９】
しかしながら、第一に、オゾンの導入により発生する活性化酸素は、電子銃のカソード電極を酸化させてしまう弊害も有している。特に、電子銃のカソード電極は、高電圧が印加されるので高温度（例えば１６００℃）になっており、オゾンが電子銃１４内のチャンバー１内まで導入されることは避ける必要がある。
【００３０】
第二に、導入されるオゾンの存在により、電子ビーム量が多い上流側では金属からなる部品が急激に酸化されてしまうという問題もある。前述した通り、主にコンタミネーションが発生するウエハＷに対向する投影レンズ近傍付近でオゾンによるクリーニングを利用することが望ましい。しかし、電子ビームの下流側では電子ビーム量が少なくオゾンから生成される活性化酸素の量も少なくなる。其れに対して、さほどクリーニングを必要としない上流側では、電子ビーム量が多くそれに応じて多くの活性化酸素が生成されて、例えば第一のスリット板１５等は酸化の為に頻繁に取り替える必要がある。
【００３１】
第三に、装置内には種々の部品が複雑に配置されており、必ずしも電子ビームや反射電子が照射されない部分が存在する。即ち、分子流状態になる程の高真空状態では電子ビームは電界分布に従って直進するのみである。従って、オゾンだけを導入するだけではそのような電子ビーム流の影になる部分のコンタミネーションを取り除くことは困難である。
【００３２】
上記の第一の問題を解決する為に、本実施の形態では、電子銃１４が収納されているチャンバー１内をその他のチャンバー２，３，４から真空的に分離して、オゾンはチャンバー２，３，４内にのみ導入されるようにしている。具体的には、電子銃を収納するチャンバー１とその下のチャンバー２の間に設けられるアノード電極１３のアパーチャーＡＰ１の部分にオリフィスＯＲ１を設け、そのオリフィスによりアパーチャーのサイズを極力小さくしている。また、分子ターボポンプＰ２とチャンバー１との間にバルブＢ１を設け、大気圧から真空引きする時はバルブＢ１を開き、一定の高真空になるとバルブＢ１を閉じてイオンポンプＰ１でチャンバー１内の高真空状態を維持するようにする。
【００３３】
こうすることで、オリフィスＯＲ１によりサイズが小さくされたアパーチャーＡＰ１での分子流のコンダクタンスは非常に高くなり、しかもバルブＢ１が閉じられているので、チャンバー２，３に供給されるオゾンは電子銃１４が収納されているチャンバー１内には導入されることはない。また、電子銃１４のチャンバー１内はより高真空に維持され、それ以外のチャンバー２，３ではそれより低真空に維持される。即ち、チャンバー１と２とでは差圧排気されることになるのである。
【００３４】
図２は、電子銃１４の概略図である。電子銃１４は、高電圧が印加されるため筐体から碍子１４１を介してフィラメント１４２、ＬａＢ６からなるカソード電極１１、電子ビームを絞るためのグリッド１２、そして電子ビームを加速する為のアノード電極１３から構成される。そして、本実施の形態では、アノード電極１３部分にオリフィスＯＲ１が設けられ、そのアパーチャーＡＰ１が細く絞られている。
【００３５】
第二の問題である電子ビーム上流側での金属部品の酸化の問題については、次の構成で解決している。即ち、最も電子ビーム量が多い上流側のチャンバー内ではより高真空に維持し、電子ビーム量は少ないがコンタミネーションの問題が多い下流側ではより低真空に維持する。また、必要に応じて、マスフローセンサＭＦＳ２，ＭＦＳ３を制御してＭＦＳ２の方の流量を少なくする。こうすることで、電子ビーム量に反比例するように各チャンバー内のオゾン濃度が制御されることになる。その結果、上流側の金属部品の酸化により損傷の問題を解決することができる。
【００３６】
また、上流、下流に限らず電子ビームの電流量が大きい部分のチャンバー内ではオゾンガス濃度を低くし、電子ビームの電流量が小さい部分のチャンバー内ではオゾンガス濃度を高くすることで同様の解決策が図れる。
【００３７】
図３は、電子ビームと第一、第二のスリットの関係を示す図である。電子銃１４から放射される電子ビームＥＢは、第一のスリット１５によって例えば所定の矩形形状に整形される。そして、第二のスリットまたはマスク２０と重なり合った形状ＥＢＣのパターンの電子ビームに整形される。このようにして形成されたビームＥＢＣは、図１中のラウンドアパーチャー２７で絞られ、投影レンズ７によって縮小されてウエハＷに照射される。
【００３８】
従って、図１のビーム上流側では電子ビーム量が多く、下流側では電子ビーム量が少ないことになる。従って、同じ濃度のオゾンが導入されると上流側ではオゾンにより酸化作用の弊害が無視できないものになる。また、第二に上流側の電子ビームはその後縮小されていくが、最終段の投影レンズ７より下ではもはや縮小されることはない。従って、上流側でコンタミネーションによりチャージアップドリフトが発生しても、その後ビームが縮小されるので、ドリフト量も同様に縮小される。一方で、最終段階でのチャージアップドリフトはその後縮小されないのでかかるドリフトは露光パターンに大きな影響を与えることになる。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、電子ビームの上流側ではオゾン濃度を低くし、セルフクリーニング効果は少ないが酸化による弊害も最小限に抑え、電子ビームの下流側ではオゾン濃度を高くし、セルフクリーニング効果を最大限に利用している。しかも、下流側では電子ビーム量が少ないのでオゾン濃度を高くしても酸化による弊害は上流側程大きくはないのである。
【００４０】
具体的には、図１に示される通り、第一のスリット１５が設けられているチャンバー２内とそれより下流のチャンバー３内にはそれぞれ別のマスフローセンサＭＳＦ２，３を介してオゾンを導入する。即ち、マスフローセンサＭＳＦ２からのオゾン量はＭＳＦ３からの量よりも少なくする。更に、チャンバー２とチャンバー３との間に第二のオリフィスＯＲ２を設け、そのアパーチャＡＰ２を細く絞って分子流のコンダクタンスを高くしている。そして、バルブＢ２の開口度を絞ることでチャンバー２内は中真空にし、チャンバー３、４内は低真空にする。
【００４１】
具体的な各チャンバー内の真空度は、次の通りである。
【００４２】
チャンバー１：    １×１０-7−１×１０-6Ｔｏｒｒ
チャンバー２：    １×１０-6−５×１０-6Ｔｏｒｒ
チャンバー３，４：５×１０-6−２×１０-5Ｔｏｒｒ
また、具体的な電子ビーム量の例は、電子銃１４から発射される電子ビーム量が例えば１ｍＡとすると、第一のスリット１５を通過すると例えば２０μＡになり、第二のスリットまたはマスク２０を通過すると例えば１０μＡになり、更にラウンドアパーチャ２７を通過すると例えば５μＡに減少する。
【００４３】
上記の第三の問題点である、電子銃からの電子ビームが直接照射されない影の分のコンタミネーションについては、本実施の形態ではオゾンに加えて希ガスであるヘリウムガス（Ｈｅ）を同時に導入している。電子ビーム露光装置内では、前述した通り粘性流が存在しない分子流の状態になる高真空状態に維持されている。こうすることで、電子ビームＥＢの直進性が保証される。しかしながら、その結果電子ビームＥＢは下流方向に直進するだけであり、スリット板やアパーチャ板によって反射される反射電子、それに伴う２次電子等が散乱するのみである。従って影になる部分には電子ビームが供給されずに、内部の部品をまんべんなくクリーニングすることができない。
【００４４】
図４は、ヘリウムガスを導入したことによる電子ビームの散乱を説明する図である。図４に示される通り、希ガスのヘリウムを導入することで、電子ビームＥＢが散乱して影になっていた部分をクリーニングすることができるようになる。従って、オゾンと同時に導入するガスはヘリウムガスに限られず、ネオンやアルゴン等の他の希ガスでも良い。また、酸素ガスＯ2 を導入しても装置内に悪影響を与えることなく電子ビームを散乱させることができる。但し、例えばチッソ（Ｎ）等の場合は、不活性ではあるがチャンバー内で正に帯電する原子であるため、プラスイオンになって、電子ビームと反対方向に加速されて電子銃１４に衝突することになる。従って、電子銃の先端のカソード電極を消耗させることになるので好ましくない。
【００４５】
以上説明したような電子ビーム露光装置を使用して、オゾンガスと散乱用のガスを混合して装置内に導入しながら、通常の電子ビーム露光を行なう。その結果、露光を行なうことによって発生するコンタミネーションの堆積と同時に、オゾンから発生する活性化酸素によりクリーニングが行なわれる。従って、コンタミネーションの堆積の程度とクリーニングの程度とが均衡する程度にオゾンガスが導入されれば、前述したチャージアップドリフトによりビームの水平方向と垂直方向のドリフトを防止することができる。しかも、オゾン導入に伴う電子銃の損傷やビーム上流側での金属部品の酸化により損傷も防止することができる。
【００４６】
［具体的構成］
本実施の形態の電子ビーム露光装置のより詳細な構成について、図面に従って説明する。
【００４７】
図５は、電子ビーム露光装置の全体構成図である。本発明は荷電粒子ビームを利用した露光装置に適用できるが、ここではその一例として電子ビーム露光装置で説明する。この露光装置は、露光部１０と制御部５０とから構成される。露光部１０内に設けた各レンズや偏向器が制御部５０により制御される。また制御部５０内では、例えばディスク等の記憶媒体内に記憶されたパターンデータがインターフェース５３を介して入力され、パターンデータから露光に必要な駆動信号に変換される。その駆動信号に従って、露光部１０内の各レンズや偏向器が駆動される。
【００４８】
図６は、その露光部１０を更に具体的に示した構成図である。露光部１０の説明に図６を参照することでより明確に露光部の構成を理解することができる。
【００４９】
露光部１０から説明する。電子ビーム発生源である電子銃１４は、前述した通り、カソード電極１１、グリッド電極１２及びアノード電極１３から構成される。カソード電極１３の部分にはオリフィスが設けられそのアパーチャーＡＰ１が細く絞られている。電子ビームは軸合わせ用のアラインメントコイル３６、レンズ１６Ａ（図５中には図示せず）を介して、第一のスリット１５に照射される。第一のスリットは、通常矩形のアパーチャを有し、その結果矩形の電子ビームが生成される。その矩形ビームは、レンズ１６Ｂを介してスリットデフレクタ１７に入射する。スリットデフレクタ１７は、修正偏向信号Ｓ１によって制御される。３７はアラインメント用のコイルである。
【００５０】
電子ビームを所望のパターンに整形するために、矩形開口や所定のパターンのブロックパターン開口等の複数の透過孔を有する透過マスク２０が用いられる。従って、電子ビームを所望のパターン開口位置に偏向するために、電磁レンズ１８，１９と各偏向器２１−２４が透過マスク２０の上下に設けられている。尚、透過マスク２０は水平方向に移動可能なステージに搭載されている。
【００５１】
上記の様に整形された電子ビームは、ブランキング信号ＳＢが印加されるブランキング電極２５によってウエハＷ上への照射のオン・オフが制御される。３８は別のアラインメントコイルである。
【００５２】
ブランキング電極で２５でオンされた電子ビームは、更にレンズ２６を通過して、ラウンドアパーチャ２７を通過する、ラウンドアパーチャ２７は一種の絞りであり、その開口の程度が制御できるようになっている。これにより電子ビームの収束半角が制限される。そして、リフォーカルコイル２８、電磁レンズ２９によってビーム形状が最終的に調節される。フォーカスコイル３０は、電子ビームを露光対象面にフォーカスさせる機能を有し、またスティングコイル３１は、非点収差を補正する。
【００５３】
最終段階で、電子ビームは、投影レンズ３２により露光サイズに縮小され、露光位置決定信号Ｓ２，Ｓ３により制御されるメインデフレクタ３３とサブデフレクタ３４によって、ウエハＷの表面の正しい位置に照射される。尚、メインデフレクタ３３は電磁偏向器であり、サブデフレクタ３４は静電偏向器である。
【００５４】
次に制御部５０部分を説明する。前述した通り、露光パターンのデータは、メモリ５１には記憶され、ＣＰＵ５２により読みだされ、演算される。そして、求められた描画用のデータが、インターフェース５３を介してデータメモリ５４及びシーケンスコントローラ６０に供給される。描画用のデータには、電子ビームを照射すべきウエハＷ上の位置データと、透過マスク２０上の何れのパターンを選択するかのマスクデータとを少なくとも有する。
【００５５】
パターン制御コントローラ５５は、描画すべきマスクデータに従って透過マスク２０上の透過孔の一つを指定する位置信号Ｐ１−Ｐ４を偏向器２１−２４に与える。また、パターン制御コントローラ５５は、描画すべきパターン形状と指定透過孔形状との形状差に応じた補正値Ｈを演算し、デジタル・アナログ変換器及び増幅器５６に補正値を供給する。増幅器５６は、修正偏向信号Ｓ１を偏向器１７に供給する。また、選択された透過孔の位置に応じて、パターン制御コントローラ５５はマスク移動機構５７を制御して、透過マスク２０を水平方向に移動させる。
【００５６】
ブランキング制御回路５８は、パターン制御コントローラ５５からの制御信号に従い、増幅器５９を介してブランキング信号ＳＢをブランキング電極２５に供給する。電子ビーム照射のオン・オフ制御が行なわれる。
【００５７】
シーケンスコントローラ６０は、インターフェース部５３から描画すべき位置データを受信し、描画処理シーケンスを制御する。ステージ移動機構６１は、シーケンスコントローラ６０からの制御信号によりステージ３５を水平方向に移動させる。このステージ３５の移動量は、レーザ干渉計６２で検出され、偏向制御回路６３に供給される。偏向制御回路６３は、ステージの移動量とシーケンスコントローラから与えられる露光位置データに従って、メインデフレクタ（主偏向器）３３とサブデフレクタ（副偏向器）３４に偏向信号Ｓ２，Ｓ３を供給する。一般的には、メインデフレクタ３３によって、例えば２−１０ｍｍの正方形の偏向フィールドをビーム偏向し、サブデフレクタ３４によって、例えば１００μｍの正方形のサブフィールドを偏向する。
【００５８】
図６の電子ビーム露光装置の詳細構成図では、図１の場合と異なり、オゾナイザ８で生成したオゾンガスが、マスフローセンサＭＳＦ２，３，４，５を介してそれぞれチャンバー２，３ａ，３ｃ，３ｂに供給される。チャンバー２，３ａ，３ｃ，３ｂは順に電子ビーム量が少なくなる。従って、上側のチャンバー程電子ビーム量が多い為、そこに供給されるオゾンガスの量も少なくなるように制御される。それ以外の点では、図１の場合と同等である。
【００５９】
図７は、サブデフレクタ３４とその周辺部分の構造例を示す図である。サブデフレクタ３４は、試料であるウエハＷに直接面している部分であり、ウエハ表面に塗布されたレジストから発生するガスによって最もコンタミネーションが堆積し易い部分の一つである。
【００６０】
このサブデフレクタ３４の例では、その上部に絶縁物質で形成された筒状部品５６ａが配置されている。筒状部品５６ａは円形の中空を有し、上端部にフランジ５７を有している。そして、これらの部品の表面には導電膜のメッキが施されている。また、フランジ５６ａはＯリング５９を介して露光装置のフレーム部材６０に固定される。サブデフレクタ３４の下部には、同じく絶縁物質で形成された筒状部品５６ｂが配置され、同様にフランジ５８が設けられている。このフランジ５８は、直接試料のウエハＷに面しており、鏡筒部分の最下端に位置する。これらも導電膜でメッキされており、接地される。
【００６１】
このサブデフレクタ３４は、絶縁物質で形成された別の筒状部品６１で覆われている。この筒状部品６１の下端部にはフランジ６２が設けられ、Ｏリング６３を介してフレーム部材６４に固定されている。フレーム部材６０，６４，６６はそれぞれ絶縁物質で形成される。
【００６２】
このように、鏡筒内の構造は極めて複雑で入り組んだものであり、いたるところに絶縁物質で形成される部品が存在する。従ってかかる部品の表面にレジスト等からのカーボンを主成分とするコンタミネーションが堆積し、チャージアップドラフトの原因となる。このような複雑な内部構造の表面を全てオゾンガスと電子ビームの組み合わせでクリーニングするためには、ヘリウムガス等により電子ビームをある程度散乱させることが必要である。
【００６３】
図８は、電子ビーム露光装置の鏡筒のコラム内の各領域と、電流値とオゾン分圧値（濃度）の関係を概略的に示す図である。コラム内については電子銃チャンバを除いた各領域を示している。この例では、第一スリット１５内のチャンバ２、第二スリットであるブロックマスク２０内のチャンバ３ａ、ラウンドアパーチャ２７内のチャンバ３ｂ及びその下流の試料Ｗが格納されるチャンバ３ｃ，４の４つの領域に分離されている。それぞれの領域の電子ビームの電流量は、それぞれのスリットやマスクを通過する度に減少し、例えば図示される通りの電流量になっている。図中に示される通り、電流量が少なくなるに応じてオゾンの濃度（分圧）が高くなるように制御される。即ち、電子ビームの電流量が高い領域ではオゾンの濃度を低く制御し、電子ビームの電流量が低い領域ではオゾンの濃度を高く制御するのである。
【００６４】
以上説明した露光装置を使用して露光工程を行なった場合、経時変化によるビームドリフトの問題はなくなる。即ち、図１０に破線で示されるような経時変化が殆どないものとなる。従って従来の如く、定期的にクリーニングやオーバーホールを行なう必要はない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、オゾンを導入することにより荷電粒子ビーム露光装置内のコンタミネーションの堆積を防止することができる。従ってコンタミネーションに電荷がチャージアップして、ビームにドリフトが発生することが防止される。その結果、露光装置の稼働率を大幅に上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電子ビーム露光装置の概略図である。
【図２】電子銃の概略図である。
【図３】第一、第二のスリットと電子ビームの関係を示す図である。
【図４】電子ビームの散乱を示す図である。
【図５】電子ビーム露光装置の全体構成図である。
【図６】電子ビーム露光装置の詳細構成図である。
【図７】サブデフレクタ及びその周辺の構成例を示す図である。
【図８】電子ビーム露光装置の鏡筒のコラム内の各領域と、電流値とオゾン分圧値の関係を概略的に示す図である。
【図９】課題を説明するための電子ビーム露光装置の概略図である。
【図１０】ビームドリフトの経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１      荷電粒子銃チャンバー
２      上流側チャンバー
３，４  下流側チャンバー
８      オゾナイザー
１４    荷電粒子銃
１５    第一のスリット
２０    第二のスリットまたはマスク、透過マスク
２７    ラウンドアパーチャー
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  真空ポンプ
ＭＦＳ  マスフローセンサ
ＯＲ１，ＯＲ２    オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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