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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Belichtungsverfahren, das einen geladenen Partikelstrahl
wie z. B. einen Elektronenstrahl verwendet, und ein Gerät dafür.
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Gemäß der hohen Integration für eine integrierte
Schaltung wird eine Weiterentwicklung von Techniken zur Mikrobearbeitung
angezeigt. Eine der aktuellen Techniken zur Mikrobearbeitung ist
eine, um einen Wafer oder eine Retikelmaske zu belichten, indem
sie mit einem geladenen Partikelstrahl wie z. B. einem Elektronenstrahl
bestrahlt wird. In Zukunft aber kann es notwendig sein, einen Wafer
direkt durch den Strahl zu belichten, um auf den Bedarf an Techniken
zur Super-Mikrobearbeitung zu antworten.
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Obgleich die vorliegende Erfindung
zur Waferbelichtung unter Verwendung eines geladenen Partikelstrahls
weitgehend verwendet werden kann, wird im folgenden anstelle von
"geladener Partikelstrahl" der Ausdruck "Elektronenstrahl" verwendet, um
die Erläuterung
zu vereinfachen. In einem Gerät zur
Elektronenstrahlbelichtung werden Elektronen von einer Elektronenkanone
erzeugt und durch ein elektrisches Feld beschleunigt, um so einen
Elektronenstrahl zu erzeugen. Die Form und die Richtung des Elektronenstrahls
werden durch eine elektromagnetische Linse und einen Deflektor gesteuert,
die beide in einem Linsen- oder Objektivtubus vorgesehen sind. Normalerweise
wird ein Elektronenstrahl geformt und ihm ein rechtwinkliger Querschnitt
verliehen, indem er durch einen ersten Schlitz durchgelassen wird,
der eine spezifizierte rechtwinklige Form hat, und dann wird er
gebildet und ihm ein Querschnitt des Belichtungsmusters verliehen,
indem er durch einen zweiten Schlitz oder eine Maske mit einem Austastaperturarray
(BAA) (eine Transmissionsmaske, allgemein ausgedrückt) mit
einer vorbestimmten Maskenmusterform durchgelassen wird. Während der
halbe Konvergenzwinkel des Elektronenstrahls, der nun den Querschnitt
des Belichtungsmusters hat, durch eine runde Apertur beschränkt ist, wird
der Elektronenstrahl durch eine Projektionslinse und einen Deflektor
an der Endstufe durchgelassen und auf einen Wafer oder eine Retikelmaske
als Probe gestrahlt. Bei einer Elektronenstrahlbelichtung ist bekannt,
daß eine
Mikrobearbeitung einer Fläche von
etwa 0,05 μm
oder kleiner mit einer Positioniergenauigkeit von 0,02 μm oder weniger
durchgeführt werden
kann.
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Es ist jedoch auch bekannt, daß die Positioniergenauigkeit
eines Elektronenstrahls, während
die Zeit verstreicht, fortschreitend verschlechtert wird. Der primäre Faktor,
der zur Verschlechterung der Genauigkeit beträgt, ist eine Positioniershift
des Elektronenstrahls, die Strahldrift genannt wird. Die primären Gründe der
Strahldrift sind eine Aufladungsdrift, die durch eine Verunreinigung
an einer elektrostatischen Ablenkelektrode in der Umgebung einer
Projektionslinse oder im unteren Abschnitt eines Objektivtubus hervorgerufen
wird, und eine Aufladungsdrift, die stromaufwärts der Projektionslinse auftritt.
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das die Umgebung einer Projektionslinse
in einem Belichtungsgerät
veranschaulicht. Eine Hauptkammer 4 wird genutzt, um einen
Wafer W als Probe unterzubringen, und darin wird durch
eine Turbomolekularpumpe P3 ein Vakuum aufrechterhalten.
Ein Teil 71 steht unter Atmosphärendruck und beherbergt eine Projektionslinse 32,
die z. B. eine elektromagnetische Linse ist, und einen Hauptdeflektor 33.
Ferner sind in einer evakuierten Spiegelsäule ein Teildeflektor 34 und
dessen Abdeckung 70 vorgesehen. Ein Elektronenstrahl EB wird
durch die Projektionslinse 32 und die Haupt- und Teildeflektoren 33 und 34 auf gewünschte Stellen
auf der Oberfläche
des Wafers W gestrahlt.
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Die Oberfläche des Wafers W ist
normalerweise mit einem Resistfilm beschichtet, der aus einem organischen
Material besteht, und, wenn der Wafer W mit einem Elektronenstrahl
hoher Energie bestrahlt wird, wird von dem organischen Material
ein Gas erzeugt. Das von dem organischen Material erzeugte Gas lagert
sich dann an der Oberfläche
der Abdeckung 70 und den Oberflächen anderer Komponenten an,
oder ein Kohlenstoffelement im Gas wird durch reflektierte Elektronen
verdampft. Als Folge wird eine stark isolierende Verunreinigung
CON auf der Oberfläche
der Abdeckung 70 erzeugt. Und wenn Ladungen wie z. B. reflektierte
Elektronen und Sekundärelektronen
in der Verunreinigung CON akkumuliert werden, wird ein elektrisches
Feld um die Verunreinigung erzeugt und bewirkt die Positionsshift
eines von oben Bestrahlten Elektronenstrahls.
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Die vorher beschriebene runde Apertur,
eine Blende etc., ist ebenfalls stromaufwärts der Projektionslinse 32 vorgesehen,
und die Verunreinigung kann dort in der gleichen Weise wie beschrieben
auftreten und ein elektrisches Feld in der Nähe beeinflussen.
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Die Fluktuation der Verteilung des
elektrischen Feldes bewirkt die laterale Drift eines Elektronenstrahls
und das Defokussieren eines Strahls.
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Diese Verunreinigungen werden über eine lange
Zeitspanne akkumuliert. 10 ist
eine graphische Darstellung, die die Tendenz einer Änderung der
Strahldrift darstellt, die aufgrund der Verunreinigungen auftritt.
Die horizontale Achse repräsentiert die
Zeit unter Verwendung von Einheiten eines Monats, und die vertikale
Achse repräsentiert
eine Strahldriftdistanz. Wie durch diese graphische Darstellung
gezeigt ist, tendiert die Strahldriftdistanz dazu, über eine
Periode von mehreren Monaten allmählich zuzunehmen. Im Beispiel
in 10 ist die Strahldriftdistanz
unmittelbar nach einem Reinigen 0, da ein Belichtungsgerät alle drei
Monate gereinigt wird. Wenn nahezu drei Monate verstrichen sind,
erreicht die Driftdistanz 0,04 μm,
was ein zu großer
Driftwert für
ein Gerät
zur Elektronenstrahlbelichtung ist, das eine Mikrobearbeitung durchführt.
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Als ein Verfahren zum Entfernen einer
solchen Verunreinigung schlug der aktuelle Anmelden ein Verfahren
zum Reinigen aller Komponenten eines Belichtungsgerätes vor,
indem Sauerstoff in das Gerät
eingeführt
und eine Plasmaanregung induziert wird (z. B. japanische Patentanmeldung
Nr. Hei 5-138755).
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Gemäß diesem Reinigungsverfahren
unter Verwendung von Plasmaätzen
wird die Reinigung jedoch nicht durchgeführt, bis ein Driftwert einen
bestimmten Pegel erreicht hat, und die bis zu dieser Zeit auftretende
Drift kann nicht vermieden werden. Falls das Gerät häufig gereinigt wird, um die
Driftdistanz möglichst
zu reduzieren, wird der Verfügbarkeitsfaktor
für das
Gerät zur
Elektronenstrahlbelichtung reduziert. Da die Erzeugung eines Hochfrequenzstromes eine
Plasmaanregung begleitet, wird ferner das auf eine Keramik einer
Elektrode oder einen Tubus plattierte Metall gesputtert, und diese
Komponenten müssen
nach ein paar Malen der Gerätereinigung
periodisch ersetzt werden.
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Im Hinblick auf die oben beschriebenen Nachteile
wäre es
wünschenswert,
ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl, wodurch
eine Zunahme in der Strahldriftdistanz, die sich im Verlauf der
Zeit einstellt, reduziert werden kann, und ein Gerät dafür zu schaffen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl,
wodurch Ozon in einen Objektivtubus und eine Hauptkammer für einen
gleichzeitigen Reinigungsvorgang eingeführt wird und wodurch ungünstige Einflüsse verhindert
oder reduziert werden können,
und ein Gerät
dafür schaffen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl,
wodurch eine Kathode einer Elektronenkanone vor einer Beschädigung geschützt werden
kann, und ein Gerät
dafür liefern.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Endung kann ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl,
wodurch verhindert werden kann, dass Metallkomponenten stromaufwärts eines Elektronenstrahls übermäßig oxidiert
werden, und ein Gerät
dafür schaffen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl,
wodurch die Oberflächen
von Komponenten, die ein Elektronenstrahl nicht erreicht, effektiv
gereinigt werden können,
und ein Gerät
dafür schaffen.
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Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 kann man in US-A-5466942
finden, während
gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 geliefert werden.
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Falls Ozongas in eine erste Kammer
nicht eingeführt
wird, in der die Elektronenkanone untergebracht ist, kann das Auftreten
einer Oxidation der und Beschädigung
an der Kathode der Kanone verhindert werden.
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Die Konzentration von Ozongas in
der Kammer in einem Bereich, wo der Strom des geladenen Partikelstrahls
klein ist, ist höher
als in einem Bereich, wo der Strom des geladenen Partikelstrahls groß ist.
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Da die Konzentration von Ozongas
in einer stromaufwärtigen
Kammerregion gering ist, wo der Strom des geladenen Partikelstrahls
groß ist,
kann als Folge eine durch Oxidation von aktivem Sauerstoff hervorgerufene
eine Beschädigung
an den Komponenten reduziert oder verhindert werden, und eine angemessene
Menge Ozongas zum Selbstreinigen kann stromabwärts zugeführt werden, wo der Strom des
geladenen Partikelstrahls klein ist.
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Gemäß einer Entwicklung der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Belichtungsverfahren mit einem geladenen Partikelstrahl,
worin ein geladener Partikelstrahl basierend auf Musterdaten geformt
und der geformte geladene Partikelstrahl auf eine gewünschte Stelle
auf einer Probe gestrahlt wird, die folgenden Schritte: Einführen von
Ozongas in eine Kammer, durch die der geladene Partikelstrahl durchgelassen
wird und in der ein hohes Vakuum aufrechterhalten wird; und Einführen von
Gas zum Streuen des durch die Kammer durchgehenden geladenen Partikelstrahls.
Das Gas zum Streuen enthält entweder
Sauerstoff oder eines der Edelgase wie z. B. Helium, Argon oder
Neon.
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Bei diesem Verfahren wird ein geladener Partikelstrahl
in der Kammer gestreut, und, da aktiver Sauerstoff den Oberflächen von
Komponenten zugeführt
werden kann, die herkömmlicherweise
hinter einem Strahlstrom liegen, kann das Gerät gründlich gereinigt werden.
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Die vorliegende Erfindung umfasst
auch ein Belichtungsgerät,
das die obigen Belichtungsverfahren verwendet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Elektronenkanone veranschaulicht;
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem ersten und einem
zweiten Schlitz und einem Elektronenstrahl veranschaulicht;
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4 ist
ein Diagramm, das eine Elektronenstrahlstreuung zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das die Gesamtstruktur des Gerätes zur Elektronenstrahlbelichtung veranschaulicht;
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6 ist
ein detailliertes Diagramm, das die Struktur des Gerätes zur
Elektronenstrahlbelichtung veranschaulicht;
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7 ist
ein Diagramm, das die Strukturen eines Teildeflektors und seiner
Umgebung veranschaulicht;
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8 ist
ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen jedem Bereich
in einer Säule
eines Objektivtubus des Gerätes
zur Elektronenstrahlbelichtung und einem Stromwert und einem Ozon-Teildruckwert
darstellt;
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9 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
zum Erläutern
von Problemen veranschaulicht; und
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10 ist
eine graphische Darstellung, die eine Änderung der Strahldrift zeigt,
während
die Zeit verstreicht.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Verweis auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Der technische Umfang der vorliegenden
Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Es
wird eine Erläuterung
für die
Verwendung eines Elektronenstrahls gegeben, der nur ein Typ eines
geladenen Partikelstrahls ist.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
veranschaulicht, das zum Erläutern
einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung benutzt wird. Das Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
umfasst einen Objektivtubus, der von einer ersten Kammer 1 gebildet wird,
welche eine Elektronenkanone 14 beherbergt, einer zweiten
Kammer mit einer Kammerregion 2, die eine Justierlinse 36 und
einen ersten Schlitz 15 beherbergt, und Kammerregionen 3a, 3b und 3c,
die einen Deflektor 5, einen zweiten Schlitz oder Maske 20,
einen Deflektor 6, eine Blende 27 mit runder Apertur,
eine Projektionslinse und einen Deflektor 7 beherbergen;
und einer dritten Hauptkammer 4, in der ein Wafer W untergebracht
ist. In der Hauptkammer 4 sind auch Tische 35a, 35b untergebracht
und bewegen sich in Richtungen X und Y, während sie den Wafer W halten.
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Eine Molekularturbopumpe P2 erzeugt
ein Vakuum hauptsächlich
in dem Objektivtubus, und eine Molekularturbopumpe P3 schafft
ein Vakuum in erster Linie in der Hauptkammer 4, die ein
größeres Volumen
als der Spiegeltubus hat. Eine Ionenpumpe P1 hält den evakuierten
Zustand in der Kammer 1 der Elektronenkanone 14 aufrecht.
Die Ionenpumpe P1 kann kein Vakuum schaffen, indem die
Luft aus der Kammer 1 bei Atmosphärendruck evakuiert wird, sondern
sie kann den evakuierten Zustand der Kammer 1 aufrechterhalten,
wenn die Molekularturbopumpe P2 einmal ein Vakuum in einem
gewissen Maß erzeugt
hat. Obgleich das Prinzip der Ionenpumpe gut bekannt ist und daher
hier nicht ausführlich
beschrieben wird, wird kurz gesagt ein ionisiertes metallisches
Material, z. B. Titan, in der Ionenpumpe verwendet, um Gas zu absorbieren,
um einen evakuierten Zustand aufrechtzuerhalten.
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Das Prinzip des Geräts zur Elektronenstrahlbelichtung
ist wie folgt. Die Kammern des Objektivtubus werden evakuiert, um
ein hohes Vakuum von z. B. 1 × 105 Torr (etwa 1 × 10–3 Pa)
zu erhalten, und von der Elektronenkanone 14 wird ein Elektronenstrahl emittiert.
Der emittierte Elektronenstrahl ist entlang der Achse justiert und
wird durch den ersten Schlitz 15 geformt, um einen vorbestimmten
rechtwinkligen Strahl zu schaffen. Der rechtwinklige Strahl wird
abgelenkt und zu einem zweiten Schlitz oder einer gewünschten
Position der Maske 20 gerichtet, wie durch die gestrichelte
Linie angegeben ist, mit dem Ergebnis, daß der Elektronenstrahl ein
Muster hat, wo der erste Schlitz 15 und der zweite Schlitz
oder die Maske 20 überlappt
sind. Der Weg des Elektronenstrahls wird schließlich durch die Blende 27 mit runder
Apertur beschränkt,
und der Elektronenstrahl wird durch die Projektionslinse und den
Deflektor 7 auf einer gewünschten Stelle auf dem Wafer
W fokussiert.
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In dieser Ausführungsform wird in die Kammern
des Geräts
zur Elektronenstrahlbelichtung Ozon eingeführt. Das eingeführte Ozon
wird durch Kollision mit einem Elektronenstrahl in Sauerstoff und aktivierten
Sauerstoff getrennt. Der aktivierte Sauerstoff reagiert mit der
Kohlenstoffverunreinigung, die sich auf der Oberfläche der
Komponenten akkumuliert hat oder abgeschieden wurde. Das reagierte
Gas wird dadurch als Kohlenoxidgas oder Kohlendioxidgas verteilt,
so daß das
Auftreten einer Strahldrift verhindert wird. Ein Ozonisator 8 erzeugt
Ozon, das durch ein Ventil 9, das ungehindert geöffnet und
geschlossen wird, und Massenstromsensoren MFS 1, 2 und 3 in
die Kammern eingeführt.
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Es gibt jedoch Probleme, die sich
aus der Einführung
von Ozon ergeben. Zunächst
hat der durch die Einführung
von Ozon erzeugte aktivierte Sauerstoff einen ungünstigen
Einfluß,
insofern als er eine Oxidation der Kathodenelektrode einer Elektronenkanone
induziert. Da an die Kathodenelektrone der Elektronenkanone eine
hohe Spannung angelegt wird und deren Temperatur daher besonders
hoch ist (z. B. 1600°C),
muß verhindert
werden, daß Ozon
in die erste Kammer 1 eintritt, wo sich die Elektronenkanone 14 befindet.
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Wegen des Vorhandenseins von Ozon
werden zweitens Metallkomponenten in dem stromaufwärtigen Bereich
der Elektronenkanone schnell oxidiert, wo das Volumen der Elektronenstrahlemission groß ist. Es
ist vorzuziehen, daß das
Ozonreinigen in der Umgebung der dem Wafer W zugewandten Projektionslinse
durchgeführt
wird, wo die primäre
Verunreinigung auftritt. Auf der stromabwärtigen Seite des Elektronenstrahls
ist der Elektronenstrahl schwach, und daher ist auch die Menge an
aus Ozon erzeugtem aktiviertem Sauerstoff reduziert, wohingegen
auf der stromaufwärtigen
Seite, wo keine häufige Reinigung
erforderlich ist, der Elektronenstrahl stark ist, und demgemäß wird eine
große
Menge an aktiviertem Sauerstoff erzeugt, so daß die erste Schlitzplatte 15 z.
B. wegen der Oxidation häufig
ersetzt werden muß.
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Da verschiedene Komponenten im Gerät kompliziert
sind, werden drittens nicht alle Teile von ihnen durch einen Elektronenstrahl
und dessen reflektierte Elektronen bestrahlt. Das heißt, in einem hohen
Vakuum, wo ein Elektronenstrahl ein Molekularstrom wird, ist der
Elektronenstrahl gemäß der Verteilung
des elektrischen Feldes nur gerade nach vorne gerichtet, und es
ist daher schwierig, daß eine Verunreinigung
auf den Teilen hinter solch einem Elektronenstrahlstrom nur durch
Einführen
von Ozon entfernt wird.
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Um das erste Problem zu lösen, ist
in dieser Ausführungsform
die Kammer 1, in der die Elektronenkanone 14 angeordnet
ist, in einem Vakuum von den anderen Kammern 2, 3 und 4 getrennt,
so daß Ozon
nur in die Kammern 2, 3 und 4 eingeführt wird. Konkreter
ist eine Blende (OR1) an einer Apertur AP1 für eine Anodenelektrode 13 vorgesehen,
die eine Grenze zwischen der Kammer 1, in der die Elektronenkanone 14 angeordnet
ist, wund der Kammer 2, 3 unter ihr definiert.
Durch Verwenden der Blende wird die Größe der Apertur AP1 so
klein wie möglich gehalten.
Ferner ist zwischen der Molekularturbopumpe P2 und der
Kammer 1 ein Ventil B1 vorgesehen. Bei dieser
Struktur wird das Ventil B1 geöffnet, wenn ein Vakuum gerade
durch die Evakuierung von Luft erzeugt wird, und wird geschlossen,
wenn ein besonders hohes Vakuum in der Kammer erreicht ist, so daß der Hochvakuumzustand
in der Kammer 1 durch die Ionenpumpe P1 aufrechterhalten
wird.
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Auf diese Weise wird die Leitfähigkeit
des Molekularstroms bei der Apertur AP1, die durch die Blende OR1 in
der Größe reduziert
ist, extrem hoch. Wäh rend
das Ventil B1 geschlossen ist, wird außerdem zu den Kammerregionen 2 und 3 der
zweiten Kammer zugeführtes
Ozon in die erste Kammer 1 eingeführt, in der die Elektronenkanone 14 angeordnet
ist. In der Kammer 1, in der die Elektronenkanone 14 angeordnet
ist, wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten, und in der anderen
Kammer 2 und 3 wird ein niedrigeres Vakuum aufrechterhalten.
Mit anderen Worten wird Luft aus den Kammern 1 und 2, 3 unter
verschiedenen Drücken
abgepumpt.
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das die Elektronenkanone 14 veranschaulicht.
Da an die Elektronenkanone 14 eine hohe Spannung angelegt wird,
umfasst sie ein über
ein Glas 141 von einem Gehäuse getragenes Filament 142;
eine aus LaB6 gebildete Kathodenelektrode 11; ein Gitter 12 zum Beschränken eines
Elektronenstrahls und eine Anodenelektrode 13 zum Beschleunigen
des Elektronenstrahls. In dieser Ausführungsform ist an der Anodenelektrode 13 eine
Blende OR1 vorgesehen, um die Apertur AP1 zu beschränken.
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Mit der vorhergehenden Anordnung
kann das zweite Problem gelöst
werden, wo die Metallkomponenten stromaufwärts des Elektronenstrahls oxidiert
werden. Konkreter wird in der stromaufwärtigen Kammer ein höheres Vakuum
aufrechterhalten, wo der Strom des Elektronenstrahls der größte ist, und
ein niedrigeres Vakuum wird in der stromabwärtigen Kammer aufrechterhalten,
wo das Elektronenstrahlvolumen kleiner ist, aber Verunreinigungen eher
abgeschieden werden. Die Massenstromsensoren MFS2 und MFS3 werden
ferner nötigenfalls
so gesteuert, um eine Stromrate in der Kammer 2, 3 zu reduzieren.
Auf diese Weise wird die Konzentration von Ozon in jeder Kammerregion 2, 3 so
gesteuert, daß sie
zum Strom des Elektronenstrahls invers proportional ist. Als Folge
kann eine Beschädigung
an den stromaufwärtigen
Metallkomponenten aufgrund einer Oxidation vermieden werden.
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Das zweite Problem kann überdies
auch auf solch eine Weise gelöst
werden, daß ob
auf der stromaufwärtigen
oder der stromabwärtigen
Seite die Konzentration von Ozongas in einer Kammerregion in einem
Teil niedrig ist, wo der Elektronenstrahl einen großen Strom
aufweist, und die Konzentration von Ozongas in einer Kammerregion
in einem Teil hoch ist, wo der Elektronenstrahl einen kleinen Strom aufweist.
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3 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Elektronenstrahl
und denn ersten und dem zweiten Schlitz zeigt. Einem durch die Elektronenkanone 14 emittierten
Elektronenstrahl EB wird durch den ersten Schlitz 15 eine
spezifische rechtwinklige Form verliehen. Die Elektronenkanone EB wird
dann in einen Elektronenstrahl mit einer Musterform EBC geschaffen,
in der der erste Schlitz 15 und der zweite Schlitz oder
die Maske 20 überlappt
sind. Der geschaffene Elektronenstrahl EBC wird durch die
runde Apertur 27 in 1 beschränkt und
wird durch die Projektionslinse 7 reduziert, und der resultierende
Strahl wird auf den Wafer W gestrahlt.
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Auf der stromaufwärtigen Seite des Strahls in 1 ist ein Elektronenstrahlstrom
groß und
auf der stromabwärtigen
Seite klein. Wenn Ozon in der gleichen Konzentration stromaufwärts und
stromabwärts eingeführt wird,
kann daher zum einen auf der stromaufwärtigen Seite der Einfluß einer
Oxidation aufgrund von Ozon nicht außer Acht gelassen werden. Obgleich
der stromaufwärtige
Elektronenstrahl später
reduziert wird, kann zweitens der Elektronenstrahl unmittelbar vor
der Projektionslinse 7 bei der Endstufe nicht mehr weiter
reduziert werden. Selbst wenn eine Aufladungsdrift stromaufwärts aufgrund
einer Verunreinigung auftritt, wird der Elektronenstrahl später reduziert,
und die Driftdistanz wird dementsprechend reduziert. Da eine Aufladungsdrift,
die bei der Endstufe auftritt, nicht reduziert wird, hat auf der anderen
Seite die Drift bei der Endstufe einen nachteiligen und großen Effekt
auf ein Belichtungsmuster.
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In dieser Ausführungsform ist daher die Konzentration
von Ozon stromaufwärts
entlang einem Elektronenstrahl niedrig, so daß der Einfluß aufgrund einer
Oxidation auf das Minimum reduziert ist, selbst wenn der selbstreinigende
Effekt nicht so groß ist, und
die Konzentration von Ozon ist stromabwärts hoch, um den maximalen
selbstreinigenden Effekt zu erhalten. Da auf der stromabwärtigen Seite
ein Elektronenstrahlstrom klein ist, wird ferner selbst mit einer höheren Ozonkonzentration
der nachteilige Effekt aufgrund einer Oxidation nicht so groß wie auf
der stromaufwärtigen
Seite sein.
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Wie in 1 gezeigt
ist, wird konkret Ozon in die Kammerregion 2, in der der
erste Schlitz 15 angeordnet ist, und in die stromabwärtige Kammerregion 3 über die
Massenstromsensoren MFS2 bzw. MFS3 eingeführt. In
diesem Fall ist die Stromrate des Ozons durch den Massenstromsensor MFS2 niedriger
als die durch den Stromsensor MFS3. Ferner befindet sich
eine zweite Blende OR2 zwischen der Kammerregion 2 und
der Kammerregion 3, um die Apertur AP2 zu beschränken, um
so eine Leitfähigkeit
des Molekularstroms zu erhöhen.
Ein mittleres Vakuum wird für
die Kammerregion 2 geschaffen, indem der Öffnungsgrad
des Ventils B2 reduziert wird, während ein niedriges Vakuum
für die
Kammerregion 3 und die Kammer 4 geschaffen wird.
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Ein spezifisches Vakuum in jeder
Kammer ergibt sich wie folgt:
Kammer 1: 1 × 10–7 – 1 × 10–6 Torr
Kammerregion
2: 1 × 10–6 – 5 × 10–6 Torr
Kammerregion
3, 4: 5 × 10–6 – 2 × 10–5 Torr
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Als beispielhaften Strom für einen
Elektronenstrahl nehme man an, dass der Strom eines von der Elektronenkanone 14 emittierten
Elektronenstrahls 1 mA beträgt
und der Elektronenstrahl zum Beispiel 20 μA beträgt, wenn
der Elektronenstrahl durch den ersten Schlitz 15 durchgelassen
wird. Wenn der Elektronenstrahl dann durch den zweiten Schlitz oder
die Maske 20 durchgelassen wird, hat dann der Elektronenstrahl
zum Beispiel 10 μA,
und während
er durch die runde Apertur 27 durchgelassen wird, wird
der Elektronenstrahl auf zum Beispiel 5 μA reduziert.
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Was das dritte Problem angeht, das
eine Verunreinigung an verborgenen Teilen betrifft, die durch den
Elektronenstrahl von der Elektronenkanone nicht direkt bestrahlt
werden, wird in dieser Ausführungsform
zusätzlich
zu Ozon Heliumgas (He), eines der Edelgase, eingeführt. Wie
vorher beschrieben wurde, wird ein hohes Vakuum in dem Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
aufrechterhalten, wo der Molekularstrom ohne einen viskosen Strom
ausgebildet wird.
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Auf diese Weise wird die Emission
des linearen Elektronenstrahls EB sichergestellt. Der Elektronenstrahl EB wird
jedoch nur linear stromabwärts emittiert,
und nur reflektierte Elektronen, die von einer Schlitzplatte und
einer Aperturplatte reflektiert werden, und die zugeordneten sekundären Elektronen
werden gestreut. Daher wird der Elektronenstrahl eben nicht den
verborgenen Teilen zugeführt, so
dass nicht alle internen Komponenten gründlich gereinigt werden können.
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4 ist
ein Diagramm, um das Streuen des Elektronenstrahls EB durch
die Einführung
von Helium zu erläutern.
Wie in 4 gezeigt ist,
können
die verborgenen Teile ebenfalls gereinigt werden, da der Elektronenstrahl EB durch
die Einführung
von Helium gestreut wird, welches eines der Edelgase ist. Das mit
Ozon eingeführte
Gas ist nicht auf Helium beschränkt,
sondern kann ein anderes Edelgas wie zum Beispiel Neon oder Argon
sein. Wenn Sauerstoff O2 eingeführt wird,
kann der Elektronenstrahl gestreut werden, ohne irgendeinen nachteiligen
Effekt auf das Gerät
zu haben. Da Stickstoff (N) ein Atom ist, das in der Kammer
eine positive Ladung trägt, werden
jedoch, obgleich es inert ist, positive Ionen von Stickstoff in
der zum Strom des Elektronenstrahls entgegengesetzten Richtung beschleunigt,
treffen auf die Elektronenkanone 14 und beschädigen die Kathodenelektrode
am Distalende der Elektronenkanone 14. Stickstoff ist daher
kein Gas, das vorzugsweise verwendet werden würde.
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Das oben beschriebene Gerät zur Elektronenstrahlbelichtung
wird verwendet, um eine normale Elektronenstrahlbelichtung durchzuführen, während eine
Mischung von Ozon und einem anderen Gas in das Gerät eingeführt wird,
um den Elektronenstrahl zu streuen. Sobald eine durch den Belichtungsprozess
hervorgerufene Verunreinigung abgeschieden ist, wird durch Nutzen
des aus Ozon erzeugten aktivierten Sauerstoffs eine Reinigung durchgeführt. Wenn
Ozongas so eingeführt
wird, daß der
Grad, in dem Verunreinigungen abgeschieden werden, und der Grad
ausgeglichen werden, in dem eine Reinigung durchgeführt wird,
kann daher eine Strahldrift in der horizontalen Richtung und in
der vertikalen Richtung aufgrund der beschriebenen Aufladungsdrift verhindert
werden. Ferner kann eine Beschädigung an
der Elektronenkanone aufgrund der Einführung von Ozon verhindert werden,
und eine Oxidationsschädigung
an Metallkomponenten entlang der stromabwärtigen Seite des Strahls kann
ebenfalls verhindert werden.
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Die detaillierte Anordnung des Geräts zur Elektronenstrahlbelichtung
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Verweis auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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5 ist
ein Diagramm, das die Gesamtstruktur des Geräts zur Elektronenstrahlbelichtung veranschaulicht.
Obgleich die vorliegende Erfindung für ein Belichtungsgerät verwendet
werden kann, das einen geladenen Partikelstrahl nutzt, wird als
Beispiel ein Gerät
zur Elektronenstrahlbelichtung erläutert. Das Belichtungsgerät enthält eine
Belichtungseinheit 10 und eine Steuereinheit 50.
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In der Belichtungseinheit 10 vorgesehene Linsen
und Deflektoren werden durch die Steuereinheit 50 gesteuert.
In der Steuereinheit 50 werden über eine Schnittstelle 53 Musterdaten,
die auf einem Aufzeichnungsmedium wie zum Beispiel einer Platte aufgezeichnet
sind, eingegeben und in für
den Belichtungsprozess erforderliche Ansteuersignale umgewandelt.
Die Linsen und der Deflektor in der Belichtungseinheit 10 werden
gemäß den Ansteuersignalen
angesteuert.
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6 ist
ein Diagramm, worin die Belichtungseinheit 10 konkret veranschaulicht
ist. Die Struktur der Belichtungseinheit 10 kann durch
Verweis auf 6 im Verlauf
der Erläuterung
besser verstanden werden.
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Die Belichtungseinheit 10 wird
zunächst
erläutert.
Die Elektronenkanone 14, eine Elektronenstrahlen erzeugende
Quelle, enthält
die Kathodenelektrode 11, die Gitterelektrode 12 und
die Anodenelektrode 13, wie oben beschrieben ist. An der
Kathodenelektrode 13 befindet sich eine Blende, und die Öffnung ihrer
Apertur AP1 ist beschränkt.
Der Elektronenstrahl wird durch die Justierlinse 36 zur
Achsenanpassung und eine (in 5 nicht
dargestellte) Linse 16A auf den ersten Schlitz 15 projiziert.
Der erste Schlitz 15 hat normalerweise eine rechtwinklig geformte
Apertur, durch die dem Elektronenstrahl eine rechtwinklige Form
verliehen wird. Der rechtwinklige Strahl tritt in einen Schlitzdeflektor 17 ein, nachdem
er durch eine Linse 16B durchgegangen ist. Der Schlitzdeflektor 17 wird
durch ein korrigiertes Ablenkungssignal S1 gesteuert. Bezugsziffer 37 bezeichnet
eine Justierspule.
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Die Transmissionsmaske 20,
die mehrere Durchgangslöcher
aufweist, wie zum Beispiel eine rechtwinklige Öffnung und eine vorbestimmte
Blockmusteröffnung,
wird als ein Muster verwendet, um einem Elektronenstrahl eine gewünschte Form
zu verleihen. Um den Elektronenstrahl zu einer gewünschten
Musteröffnungsposition
abzulenken, sind oberhalb und unterhalb der Transmissionsmaske 20 elektromagnetische
Linsen 18 und 19 und Deflektoren 21 bis 24 vorgesehen.
Die Transmissionsmaske 20 ist auf einem Tisch montiert,
der in der horizontalen Richtung beweglich ist.
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Die Bestrahlung auf den Wafer W mit
denn in der oben beschriebenen Weise geformten Elektronenstrahl
wird durch eine Austastelektrode 25 gesteu ert, an die ein
Austastsignal SB geliefert wird. Bezugsziffer 38 bezeichnet
eine weitere Justierspule.
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Der durch die Austastelektrode 25 im
AN-Zustand gehaltene Elektronenstrahl geht durch eine Linse 26 und
die Blende 27 mit runder Apertur. Die Blende 27 mit
runder Apertur ist ein Blendentyp, für den die Größe der Öffnung in
einem gewissen Maße gesteuert
werden kann. Der konvergente Halbwinkel eines Elektronenstrahls
wird mit dieser Blende 27 mit runder Apertur gesteuert.
Die Strahlform wird schließlich
durch eine Spule 28 zum Nachfokussieren und eine elektromagnetische
Linse 29 eingestellt. Eine Fokusspule 30 wird
verwendet, um einen Elektronenstrahl auf einer zu belichtenden Zieloberfläche zu fokussieren,
und eine Nadelspule 31 korrigiert Astigmatismus.
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Bei der Endstufe ist der Elektronenstrahl
auf die Größe reduziert,
die für
eine Belichtung durch die Projektionslinse 32 erforderlich
ist, und wird so fokussiert, dass er durch den Hauptdeflektor 33 und
den Teildeflektor 34, die durch Signale S2 und S3 zur
Bestimmung von Belichtungspositionen gesteuert werden, auf eine
korrekte Position auf der Oberfläche des
Wafers W gestrahlt wird. Der Hauptdeflektor 33 ist ein
elektromagnetischer Deflektor, und der Teildeflektor 34 ist
ein elektrostatischer Deflektor.
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Als Nächstes wird die Steuereinheit 50 erläutert. Wie
vorher beschrieben wurde, sind die Belichtungsmusterdaten in einem
Speicher 51 gespeichert und werden von einer CPU 52 ausgelesen
und ausgeführt.
Die erhaltenen Zeichnungsdaten werden über eine Schnittstelle 53 zu
einem Datenspeicher 54 und einer Sequenzsteuereinheit 60 übertragen.
Die Zeichnungsdaten enthalten mindestens Daten, die eine Position
auf dem durch den Elektronenstrahl zu belichtenden Wafer W angeben,
und Maskendaten, die ein ausgewähltes
Muster auf der Transmissionsmaske 20 angeben.
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Eine Mustersteuereinheit 55 sendet
gemäß den zu
zeichnenden Maskendaten an die Deflektoren 21 bis 24 Positionssignale P1 bis P4,
von denen jedes eines der Durchgangslöcher in der Transmissionsmaske 20 bezeichnet.
Die Mustersteuereinheit 55 berechnet auch einen Kompensationswert H,
der einer Differenz zwischen einer zu zeichnenden Musterform und
einer Form der bezeichneten Durchgangslöcher entspricht, und sendet
den Kompensationswert N an einen Digital-Analog-Wandler
und einen Verstärker 56.
Der Verstärker 56 sen det
ein korrigiertes Ablenkungssignal 51 an den Deflektor 17.
Gemäß den Positionen
der ausgewählten
Durchgangslöcher steuert
ferner die Mustersteuereinheit 55 einen Maskenbewegungsmechanismus 57,
um die Transmissionsmaske 20 in der horizontalen Richtung
zu verschieben.
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Als Antwort auf ein Steuersignal
von der Mustersteuereinheit 55 überträgt eine Austaststeuerschaltung 58 über einen
Verstärker 59 ein
Austastsignal SB zu der Austastelektrode 25. Der AN/AUS-Zustand
der Elektronenstrahlbestrahlung wird dann gesteuert.
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Die Sequenzsteuereinheit 60 empfängt von der
Schnittstelle 53 Daten, die eine Position zum Zeichnen
angeben, und liefert eine Steuerung für eine Sequenz eines Zeichenprozesses.
Ein Tischbewegungsmechanismus 61 bewegt den Tisch 35 in der
horizontalen Richtung gemäß einem
Steuersignal von der Sequenzsteuereinheit 60. Die Verschiebungsdistanz
für den
Tisch 35 wird durch ein Laserinterferometer 62 detektiert
und zu der Ablenkungssteuerschaltung 63 übertragen.
Die Ablenkungssteuerschaltung 63 überträgt Ablenkungssignale S2 und S3 zu
dem Hauptdeflektor 33 bzw. dem Teildeflektor 34 in Übereinstimmung
mit der Bewegungsdistanz für
den Tisch und den Belichtungspositionsdaten, die von der Sequenzsteuereinheit 60 empfangen
werden. Ein quadratisches Ablenkungsfeld von zum Beispiel 2 bis
10 mm wird allgemein durch den Hauptdeflektor 33 abgelenkt,
und ein quadratisches Teilfeld von zum Beispiel 100 μm wird durch
den Teildeflektor 34 abgelenkt.
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Im Gegensatz zu 1 wird in dem detaillierten Diagramm
in 6, das die Struktur
des Geräts
zur Elektronenstrahlbelichtung zeigt, vom Ozonisator 8 erzeugtes
Ozongas durch die Massenstromsensoren MFS2, MFS3, MFS4 und
MFS5 den Kammerregionen 2, 3a, 3c bzw. 3b zugeführt. Das
Volumen des Elektronenstrahls wird auf die Größenordnung der Kammerregionen 2, 3a, 3c und 3b reduziert.
Da das Volumen des Elektronenstrahls in der stromaufwärtigen Kammerregion
groß ist,
wird das Ozongas reduziert, das dorthin zugeführt werden soll. Der andere
Arbeitsvorgang ist der gleiche wie der in 1.
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7 ist
ein Diagramm, das eine Beispielstruktur des Teildeflektors 34 und
dessen Umgebung veranschaulicht. Der Teildeflektor 34 ist
dem Wafer W direkt zugewandt, der eine Probe ist, und ist
einer von Teilen, wo eine Verun reinigung durch Gas, das durch ein
beschichtetes Resist auf der Waferoberfläche erzeugt wird, eher leicht
abgeschieden wild.
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Eine aus einem isolierenden Material
hergestellte zylindrische Komponente 56a ist im oberen Teil
des Teildeflektors 34 in 7 angeordnet.
Die zylindrische Komponente 56a ist hohl und hat auf ihrem
oberem Ende einen Flansch 57. Die Oberflächen dieser
Komponenten sind mit einem leitfähigen
Film plattiert. Der Flansch 57 ist durch einen O-Ring 59 an einem
Gestellbauteil 60 des Belichtungsgeräts befestigt. Eine andere zylindrische
Komponente 56b, die aus einem isolierenden Material hergestellt
ist, ist im unteren Teil des Teildeflektors 34 angeordnet
und ist ebenfalls mit einem Flansch 58 versehen. Der Flansch 58 ist
dem Wafer W, der eine Probe ist, direkt zugewandt und am untersten
Ende des Objektivtubus positioniert. Diese Komponenten sind ebenfalls mit
einem leitfähigen
Film plattiert und sind geerdet.
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Der Teildeflektor 34 ist
mit einer aus einem isolierenden Material hergestellten weiteren
zylindrischen Komponente 61 abgedeckt. Ein am unteren Ende
der zylindrischen Komponente 61 angeordneter Flansch 62 ist
durch einen O-Ring 63 an
einem Gestellbauteil 64 befestigt. Die Gestellbauteile 60, 64 und 66 sind
aus einem isolierenden Material geschaffen.
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Die Struktur im Inneren des Objektivtubus
ist extrem kompliziert und verschlungen, und aus einem isolierenden
Material bestehende Komponenten sind überall angeordnet. Verunreinigungen,
die von einem Resist etc. erzeugt werden und Kohlenstoff als das Hauptelement
enthalten, werden folglich auf den Oberflächen dieser Komponenten abgeschieden, und
dies erzeugt eine Aufladungsdrift. Um die Oberflächen der inneren Komponenten
in der komplizierten Struktur zu reinigen, ist es notwendig, ein
Elektronengas durch Verwenden von Helium etc. zu streuen.
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8 ist
ein schematisches Diagramm, das die Beziehung zwischen jedem Bereich
in einer aus dem Objektivtubus des Geräts zur Elektronenstrahlbelichtung
bestehenden Säule
und einem Stromwert und einem Partialdruckwert von Ozon (Konzentration)
darstellt. Die einzelnen Bereiche, mit Ausnahme der Elektronenkanonenkammer,
sind in der Säule dargestellt.
In diesem Beispiel ist die Säule
in vier Bereiche getrennt: die Kammerregion 2, die durch
den ersten Schlitz 15 definiert ist; die Kammerregion 3a, die
durch die Blockmaske 20, den zweiten Schlitz, definiert
ist; die Kammerregion 3b, die durch die runde Apertur 27 definiert
ist; und die stromabwärtigen Kammerregionen 3c und 4,
in der die Probe W gelagert ist. Der Strom eines Elektronenstrahls
in den einzelnen Bereichen wird reduziert, während der Elektronenstrahl
durch die entsprechenden Schlitze oder die Maske durchgeht, und
eine beispielhafte Stromstärke
für den
Elektronenstrahl in jedem Bereich ist in 8 dargestellt. Wie aus 8 ersichtlich ist, wird die Ozonkonzentration
(Teildruck) erhöht,
wenn die Stromstärke
reduziert wird. Mit anderen Worten wird die Ozonkonzentration in
einem Bereich reduziert, in dem der Strom des Elektronenstrahls
hoch ist, und die Konzentration von Ozon wird in einem Bereich erhöht, in dem
der Strom eines Elektronenstrahls niedrig ist.
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Wenn der Belichtungsprozess durch
Verwenden des oben beschriebenen Geräts zur Elektronenstrahlbelichtung
durchgeführt
wird, kann der Aufbau einer Strahldrift, die im Lauf der Zeit auftritt,
vermieden werden. Mit anderen Worten tritt die über eine Zeitspanne zunehmende
Strahldriftänderung selten
auf, wie zum Beispiel durch die gestrichelte Linie in 10 angegeben ist. Daher
ist die periodische Reinigung und Überholung, die herkömmlicherweise
durchgeführt
werden, nicht erforderlich.
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Wie oben beschrieben wurde, kann
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Abscheidung von Verunreinigungen in einem Gerät zur Belichtung
mit einem geladenen Partikelstrahl, die durch die Ozoneinführung induziert
wird, verhindert oder reduziert werden. Daher kann das Auftreten
einer durch die Sammlung elektrischer Ladungen durch die Verunreinigung
hervorgerufenen Strahldrift verhindert oder reduziert werden. Als
Folge kann der Verfügbarkeitsfaktor
eines Belichtungsgerätes
wesentlich erhöht werden.