JP2016201316A

JP2016201316A - 真空システム

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Publication number: JP2016201316A
Application number: JP2015082044A
Authority: JP
Inventors: 安田　洋; Hiroshi Yasuda; 洋安田; 義久大饗; Yoshihisa Daikyo
Original assignee: PARAM CO Ltd
Current assignee: PARAM CO Ltd
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-12-01

Abstract

【課題】オゾンを効率的に発生すると共に微小の流量とする。【解決手段】オゾン生成器３４は、絶縁体で周囲を囲まれた断面積Ａを有するオゾン生成空間に前記気圧制御手段からの酸素ガスを流すとともに、オゾン生成空間に高電圧高周波を印加することで酸素ガスからオゾン含有ガスを生成する。高抵抗流路３６は、オゾン生成器３４から真空装置３７に至るガス流路に設けられ、断面積Ｂを有する。断面積Ｂが断面積Ａに比較して小さいことによって、オゾン生成器にて生成されるオゾン含有ガスの流量に制限を加えることによって、オゾン生成空間を流れるオゾン含有酸素ガス流速を十分に低速とし、微小量で一定量のオゾン含有ガスが真空装置内に流入する。【選択図】図１

Description

本発明は真空装置内部に極微量のオゾンを導入する真空システムに関する。

内部を真空に維持するとともに、電子ビーム装置、イオンビーム装置、極短紫外光装置を利用し、半導体ウェハーなどの試料に描画したり、この検査または観察する真空装置が知られている。

このような真空装置では、高真空中に残留する極微量のメタン、エタンなどの残留有機ガスが電子ビームやイオンビームおよび極端紫外光の照射を受け、真空装置内部の壁面に、有機物膜を形成することが多い。

この有機物膜は、絶縁性のコンタミネーション膜として機能し、電子ビーム照射によって二次電子の帯電が起き、電子ビーム軌道を時間的にフラフラとまげて、装置の不安定を引き起こす。イオンビーム装置では同様にイオン自体や二次電子がコンタミネーション膜に帯電が起き、イオンビーム軌道を時間的にフラフラとまげて、装置の不安定を引き起こす。極短紫外光装置においては、真空装置の壁面には、マスクおよび反射用ミラーといった、重要な極短紫外光の光学部品にコンタミネーション膜が付着し、光学系の反射率を落とすために、描画または検査の効率が不安定化する。

このため、真空装置の壁面に付着するコンタミネーション膜、または有機物膜を除去し、表面をクリーンな状態に保つことが望まれる。

コンタミネーション膜をビームを照射しつつ、クリーニングする技術がオゾンによるインサイチュークリーニングを行うことが提案されている（特許文献１参照）。

従来のオゾン発生器は、例えば次のような構造を有している。オゾン容器内には、一対の金属電極が配置され、その一方の表面上に誘電体バリアが形成される。そして、この誘電体バリアと他方の金属電極の間がオゾン生成空間となる。このオゾン生成空間に酸素ガスを流通しながら、一対の金属電極に交流の高電圧高周波を印加することで、無声放電を生起し、ここにおいて酸素からオゾンを生成する。

特許第４９４５６９８号公報

ここで、オゾン発生器およびその周辺機器は高価である。また、原料ガスとして酸素ガスを使用するが、酸素使用量が大きい。ボンベでは交換頻度が高く、半導体工場のような酸素配管が必要となる。また、真空装置内でオゾンによる有機物膜の除去を効率的に行うためには、オゾンが高濃度（重量比で５％以上、好ましくは１０％以上）であることが必要である。オゾンが高濃度でないと、クリーニング効果があるオゾンガスの濃度を電子ビーム真空内部に導入する際に、不要な酸素によって真空度が極めて悪化し、真空ポンプなどに負担をかける。また、悪化した真空度では電子ビームの残留酸素による散乱が大きくなり、電子ビームの解像性能が劣化する。

１０％以上の濃度のオゾンが必要である場合には、オゾンガスを低温にして、液化させることで、オゾンを精製する手法がある。１気圧において、オゾンは１６１Ｋの沸点であるが、酸素は９０Ｋの沸点を有する。そこで、９０Ｋ以上１６１Ｋ未満の温度に冷却すれば、オゾンは大部分が液体、酸素は大部分が気体状態となるのでオゾンだけを液体として分離できる。しかし、ガスの液化には大規模なポンプや大量の電力が必要であるので、このような方法を、少量のオゾンを使用する場合には採用することは困難である。

なお、１５％以上のオゾン濃度では、残りのガスが酸素であるために、微細な火花によって容易にオゾンが燃えて１０％以下の濃度になることが知られている。従って、オゾン濃度は比較的安定に得られる１０％前後が望ましいと考えられる。

本発明は、真空内で荷電粒子線または光子を用い、試料を加工または観察する真空装置と、真空装置にオゾン含有酸素ガスを供給するオゾン供給装置と、を含む真空システムであって、前記オゾン供給装置は、酸素ガス供給源と、酸素供給源からの酸素ガスの気圧を所定値に制御する気圧制御手段と、絶縁体で周囲を囲まれた断面積Ａを有するオゾン生成空間に前記気圧制御手段からの酸素ガスを流すとともに、オゾン生成空間に高電圧高周波を印加することで酸素ガスからオゾン含有ガスを生成するオゾン生成器と、オゾン生成器から真空装置に至るガス流路に設けられ、断面積Ｂを有する、高抵抗流路と、を含み、断面積Ｂが断面積Ａに比較して小さいことによって、オゾン生成器にて生成されるオゾン含有ガスの流量に制限を加えることによって、オゾン生成空間を流れるオゾン含有酸素ガス流速を十分に低速とし、微小量で一定量のオゾン含有ガスが真空装置内に流入する。

また、前記気圧制御手段は、酸素ガス供給源から１．５気圧以上の酸素ガスを、１．５気圧以上の気圧から、１気圧までの気圧領域内で一定値に制御し、前記オゾン生成器は、オゾン生成空間の断面積Ａが３０ｍｍ^２以下であり、前記高抵抗流路は、断面積Ｂが、１ｍｍ^２以下であり、前記真空装置の真空度は、１０^−３Ｐａ以下であることが好適である。

また、前記オゾン生成器のオゾン生成空間が、同心の石英ガラスからなる２重管の２重目の管を使用して形成されることが好適である。

また、前記オゾン生成器の同心の石英ガラスからなる２重管の中の中心部に位置する第一番目の管内面に第１電極を設置し、第１電極に交流高電圧を印加し、２重管の第二番目の間の外壁に第２電極を設置し、接地することが好適である。

また、オゾン生成空間が中空石英ガラス管で構成され、中空石英管内周面と外周面にそれぞれ金属電極を形成し、該中空石英ガラス管に酸素ガスを流し、金属電極に高周波高圧電圧を印加して、中空ガラス館内において酸素ガスからオゾンを生成することが好適である。

また、前記気圧制御手段における前記一定値変更可能であり、酸素の気圧を変化せしめることをオゾン生成器におけるオゾン発生量が制御されることが好適である。

また、前記酸素源は、酸素ボンベであることが好適である。

本発明によれば、オゾン濃度が１０％前後のオゾンガスを容易に得て、これを真空装置に微少量供給することができる。

システムの全体構成を示すブロック図である。構成例１のオゾン生成器の構成を示す図である。構成例２のオゾン生成器の構成を示す図である。プラスティックボックス７２の構成を示す図である。高抵抗流路の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜システム全体構成＞
図１は、実施形態に係る真空システムの全体構成を示すブロック図である。酸素供給源３１は、通常酸素ボンベであり、市販のものがそのまま利用可能である。酸素供給源３１は高圧の酸素ガス供給源である。酸素供給源３１からの酸素ガスは、バルブ３２を介し、圧力調整制御部３３に供給される。

圧力調整制御部３３は、バルブ３２を介し供給される酸素ガスを所定圧にまで落とす。例えば、バルブ３２が設置される酸素配管は、０．４ＭＰａ（４気圧）程度であり、圧力調整制御部３３は、これを例えば１．２気圧におとす。圧力調整制御部３３には、気圧制御器（レギュレータ）が採用され、これによって、圧力調整制御部３３から排出される酸素ガスは一定圧力となっている。例えば、１〜２気圧の間の所定値（略１．５気圧）に制御される。また、この所定値は変更可能である。

圧力調整制御部３３から一定圧力の酸素ガスはオゾン生成器３４に供給される。このオゾン生成器３４の構造については後述するが、交流の高電圧高周波を絶縁体を介し、内部を流通する酸素ガスに印加することで、ここで無声放電を起こし、オゾンを生成する。酸素ガス流量を微量に制御することで、比較的高濃度（のオゾンを含むオゾン含有酸素ガスから重量比で５％以上のオゾンを含むオゾン含有酸素ガス）を得ることができる。

ここで、オゾン生成器３４は、絶縁体で周囲を囲まれた有効断面積が略１０ｍｍ^２以下の微小断面積Ａを有するオゾン生成空間に酸素ガスを流し、オゾンを生成する。

オゾン生成器３４の下流側には、バルブ３５が設けられ、オゾン生成器３４内の圧力が圧力調整制御部３３内の圧力と同一に維持される。

バルブ３５の下流には、高抵抗流路３６が配置されている。この高抵抗流路３６は、流路断面積が小さく、比較的長い流路であって、圧損が大きく流量が制限されるものである。すなわち、高抵抗流路３６は、オゾン生成器３４から真空装置３７に至るガス流路の途中に設けられ、０．０１ｍｍ^２から０．０００１ｍｍ^２である微小断面積Ｂを有して、長さが略１ｃｍから５ｍの、内管径を有する気体流路のコンダクタンスが小さな、高抵抗流路である。

本実施形態では、入口側の圧力がオゾン生成器３４内の圧力と同等であって、出口側の圧力が３７内の圧力と同等の圧力となる。また、この時の流量も真空装置３７内へのオゾンの必要量に応じて決定された極微量となっている。すなわち、オゾン生成器３４において、高濃度のオゾン含有酸素ガスを得ているため、真空装置３７において必要なオゾン含有酸素ガスの量は非常に少なく、この非常に少ない流量を高抵抗流路３６により達成している。

真空装置３７は、真空ポンプによってその内部が高真空に保たれている。そして、真空装置３７では、電子ビームや、イオンビーム、極短紫外光などを半導体ウェハーなどの試料に照射し、描画したり、試料の検査または観察を行う。

電子ビームを利用する電子ビーム装置は、電子ビーム描画装置、及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、電子ビーム検査装置、電子ビーム測長装置を指す。

電子ビーム描画装置は、半導体デバイスのマスク描画および半導体基板への直接描画に使用される。走査型電子顕微鏡，電子ビーム検査装置、電子ビーム測長装置は、半導体製造工程の途中の半導体ウェハ検査またはマスク検査に使用される。

これらの電子ビーム装置では、電子線が通過する光学鏡筒の軸の周囲の電子光学鏡筒部品表面および、電子ビーム照射を受ける試料面（半導体基板またはガラス基板）の表面が炭化水素分子が重合してできる有機物膜で覆われる。これをコンタミネーション（汚染）膜と呼ぶ。

本実施形態では、上述したように、必要最小限のオゾン含有酸素ガスが真空装置３７に導入される。

真空装置３７内において、オゾン分子は、電子ビーム照射による散乱電子から渡されたエネルギーによって分解し、酸素ラジカルと酸素分子になる。酸素ラジカルは有機膜物質中の炭素原子と結合してＣＯ_２となって真空中に飛散する。また、酸素ラジカルは有機物膜物質中の水素と結合して水分子となって、真空中に飛散する。真空中に飛散した分子は真空ポンプによって大気中に排気されるために、真空装置内から除去される。

真空装置３７の内部は、真空度が略１０^−３Ｐａよりも気体が希薄であり、ここに必要量（微量）のオゾン含有酸素ガスを導入する。

特に、微小断面積Ｂが微小断面積Ａに比較して著しく小さいことによって自動的に、オゾン生成器３４にて生成されるオゾン含有酸素ガス流の総量に制限を加えることによって、微小断面積Ａを流れるオゾン含有酸素ガス流速が十分に低速で、真空装置３７内部に体積流量が略１ｃｃ／分から０．１ｃｃ／分以下の微小量一定量が流入することが保証することができる。

真空装置３７には、ターボ分子ポンプ３８が接続されており、これによって真空装置３７の内部が所定の真空状態になるように排気される。なお、真空装置３７の内部は、電子銃などの配置する領域、電子ビームをガイドする領域、フォーカッシングする領域など、複数の領域に分割されている場合も多く、各領域にそれぞれ別の真空ポンプが接続される場合もあり、真空ポンプは複数設けてもよい。なお、ターボ分子ポンプ３８は、運動量輸送式の真空ポンプで、真空装置３７の排気に好適であるが、これに限定されるものではない。

ターボ分子ポンプ３８には、オゾン分解器３９が接続されており、排気中のオゾンを分解する。オゾンの分解には、熱分解法、薬液洗浄法、活性炭法、触媒法、紫外線法など各種のものが知られており、適宜選択すればよい。本実施形態では、オゾン分解器の中には、巨大な表面積を有するゼオライトが入っており、オゾンはゼオライトによって吸着されて酸素に分解する。

オゾン分解器３９には、ドライポンプ４０を介し、排気ダクト４１が接続されており、オゾンが分解除去された排気がこれらを介し大気中に排出される。なお、ドライポンプ４０は、機械式の真空ポンプであるが必要な排気できれば、これに限定されるものではない。

本実施形態では、必要な量の微小流量の酸素ガスのみをオゾン生成器３４に流して、必要量のみをオソン化する。従って、オゾン含有ガスには大気中に廃棄する部分がない。これを可能としているのが高抵抗流路３６である。

＜オゾン生成器の構成＞
（構成例１）
図２には、本実施形態のオゾン生成器３４の構成例を示す。オゾン生成器３４は、多重管構造を有しており、中心に配置される第一の石英ガラス管５１の内面に金属電極５２が設置されている。金属電極５２には交流高周波高圧電圧が印加されている。交流の周波数は１０ｋＨｚから２０ｋＨｚである。電圧は±１５ｋＶである。同芯軸を有する石英ガラスの２重管の２重目に当たる第二の石英ガラス管５３が第一の石英ガラス管５１の外周を覆うように配置され、軸方向両端が第一の石英ガラス管５１の外周に溶接で接着されている。第二の石英ガラス管５３の内面と第一の石英ガラス管５１の外周面の間にオゾン生成空間５４が形成されている。第二の石英ガラス管５３の外周の一端側（図における左側）には、半径方向に伸びる石英ガラスの流入管５５が溶接接続され、この流入管５５の内部がオゾン生成空間５４に連通している。この酸素ガスの流入管５５には、テフロン（登録商標）のチューブを介して、酸素供給源からの酸素ガスが流入される。

第二の石英ガラス管５３の外周の他端側（図における右側）には、半径方向に伸びる石英ガラスの流出管５６が溶接接続され、この流出管５６の内部がオゾン生成空間５４に連通している。酸素ガスは、流入管５５からオゾン生成空間５４に流入され、オゾン生成空間５４を通過して、流出管５６を通じてオゾン生成器３４を出ていく。

第二の石英ガラス管５３の軸方向の中心付近を外周に沿って囲むように金属電極５７が配置されている。この金属電極５７はアースに接続される。

この金属電極５７の外周側には、ペルチェー素子５８が設置されており、このペルチェー素子５８の外側に複数のフィン６０が設けられている。ペルチェー素子５８に通電することで、ペルチェー素子５８は金属電極５７から熱を奪って、熱をフィン６０がついた側（外側）に移動させる。フィン６０の周辺には、空冷ファン６１が配置されており、これによって形成された空気流６２をフィン６０に吹き付けることでフィン６０より熱を効果的に放散する。そこで、ペルチェー素子５８によって、金属電極５７が冷却され、第一および第二の石英ガラス管５１，５３全体を冷却して、オゾン生成空間５４における無声放電による発熱を冷却する。

流入管５５から、１．５気圧から１気圧の間に圧力制御されて流入してくる酸素ガスは、オゾン生成空間５４を通過する。このオゾン生成空間５４では、金属電極５２に印加された高圧の高周波電圧と、金属電極５７に印加されたアース電位の間で、無声放電が起きることによって、酸素ガス同士が激しく衝突し、エネルギーが与えられるためにオゾン化する。

本実施形態において、第二の石英ガラス管５３の直径は１０ｍｍである。第二の石英ガラス管５３の内側のオゾン生成空間５４の厚さ（半径方向長さ）は、０．５ｍｍである。このため、オゾン発生部となるオゾン生成空間５４の断面積は、１５ｍｍ^２である。また、無声放電は５Ｗ以下で起こす。酸素ガス流量は１分間に０．２ｃｃである。さらに、ペルチェー素子５８はオゾン生成器３４をマイナス５度まで冷却できる。

このような条件において、オゾン生成器３４において生成されるオゾン含有酸素ガス中のオゾン濃度は重量比で最高１２％に達する。

また、中心に位置する金属電極５２に高周波高電圧が印加されており、金属電極５７はアース電位に接地されているので、この間に高電圧放電が起こる可能性がある。そこで、石英で形成される一対の放電遮断板５９が第二の石英ガラス管５３の外側面の軸方向両端部に融着してある。放電遮断板５９は直径３０ｍｍ以上の円板または５０ｍｍ角の正方形の板である。

なお、第二の石英ガラス管５３の外周に配置される金属電極５７は薄膜でもよい。この薄膜は、金蒸着、金または銀または白金の塗布と焼き付けによる、金属膜形成手段で形成されてもよい。ただし、金属薄膜を使用する場合に、第二の石英ガラス管５３との間にごくわずかの隙間があると、空気中の酸素がオゾン化して、オゾン漏れと同じようにエラー検出されたり、不用意に露出した有機物絶縁物を腐食するので、ごくわずかの隙間も許容されない。

また、金属電極５７と第二の石英ガラス管５３との間にエポキシ等の接着剤を使用すると、第二の石英ガラス管５３内部の無声放電で発生した紫外線が、接着剤分子を劣化させて、ぼろぼろになり接着層が破壊され、その結果金属電極５７ははがれおちる。したがって、金属電極５７に薄膜を用いる場合には隙間ができないように密着させ、別のバンドを用いて圧迫接着する。真空蒸着・スパッタリング・メッキなどで付着させてもよい。また金属を含有する液体を得して溶剤を飛ばす方法で焼きつけてもよい。

（構成例２）
構成例２を、図３に示す。中心の石英ガラス管８８の内部には、金属棒８４が設けられている。中心の石英ガラス管８８を取り囲むようにして、石英ガラス管８３が同心状に、かつ気密に取り付けられている。この例では、石英ガラス管８３が石英ガラス管８８に比べ軸方向の長さが短くなっている。石英ガラス管８３の内部空間がオゾン生成空間８２となっている。石英ガラス管８３の図における左端には流入管８６が接続され、図における右端には流出管８７が接続され、入口管から酸素ガスがオゾン生成空間８２に導入され、オゾン生成空間８２のオゾン含有酸素ガスが流出管８７から排出される。

中間の石英ガラス管８３を取り囲むようにして、円筒状の高圧用電極８１が形成されている。この高圧用電極８１は金属を石英ガラス管５３の周囲に配置することで形成され、軸方向の長さは、石英ガラス管８３より短くなっている。

このような構成において、金属棒８４をアースし、高圧用電極８１に所定の高電圧の交流高周波電圧を印加することで、オゾン生成空間８２において、無声放電により酸素からオゾンが発生される。

なお、金属棒８４の左右の突出部分の周面、および高圧用電極８１の周面には、放熱用のフィン８５が配置されており、オゾン生成空間８２において発生する熱を放熱できるようになっている。

高圧用電極８１と金属棒８４との間に放電が起きないよう石英ガラス管８３上には同じく石英で形成される放電防止壁８９が融着してある。この放電防止壁８９は鍔のような形状とするとよい。この放電防止壁８９によって、高圧用電極８１と金属棒８４との間に放電が起きないようにしている。

なお、高圧用電極８１と金属棒８４は、どちらかがアース電位に接地されていて、他方が高圧高電圧の高周波がかけられていてもよい。

オゾン発生器の内部に電解液を使用することがあるが、高周波高電圧が印加される側の電極付近に電解液を使用すると電解液が石英に孔をあけることがある。これは電解液の微細な液滴が多数回にわたって石英ガラス管の表面を叩くために、雨だれが岩を穿つように、孔が開くものである。したがって、アース電位側には電解液を使用してもよいが、交流高圧高周波印加側には、電解液での電位印加は避けた方がよい。

（収容容器）
図４は、オゾン生成器７１を内蔵するプラスティックボックス７２を示す。オゾン生成器７１からはプラスティックボックス７２に外壁を貫通して、酸素ガスを導入する流入管７４とオゾンと酸素の混入ガスが出力される流出管７５が設けられている。

プラスティックボックス７２内には、空冷ファン６１も設置されており、空冷ファン６１がプラスティックボックス７２の中の空気を還流させて、プラスティックボックス７２の外面に熱を逃がす。密封とはいえ完全に気密が保持できていない場合のためにシリカゲルなどを入れた乾燥器７３をプラスティックボックス７２内に設置してある。

このようにして、プラスティックボックス７２の水分量を０．２５％以下に保ち、−１０度までは結露しないようにする。結露が起こると中心の金属電極５２と２重管外面の金属電極５７の間に放電が起こる。本実施形態では、プラスティックボックス７２の中に乾燥器７３を設けることで、内部空間の水分を減らして低温になっても、結露しないようにしている。そこで、オゾン生成器７１を低温に冷却ができる。そのために、オゾン生成器７１を、効率的なオゾン生成が行われて、オゾン濃度が最も高くなる−５度Ｃ程度で使用することができる。

プラスティックボックス７２は完全に密封すると気圧変動で歪んだりするので、０．１ｍｍ程度の微小な穴を開けておく。そこからの空気の出入りはあるが、その部分にシリカゲルの入った乾燥器７３を設置しておくことで、外部からの水分の流入を防ぐ。シリカゲルが寿命に達したら、プラスティックボックス７２に開閉部を付けておいて、乾燥器７３の内部のシリカゲルを交換する。

＜オゾンの供給＞
酸素供給源３１は、例えば酸素ボンベで構成され、この酸素ボンベは、通常１４．７ＭＰａ＝１４７気圧に昇圧した酸素を収容する。０．５ｍ^３の小型のボンベは、直径１０ｃｍで長さが５０ｃｍである。酸素ボンベには１気圧に戻した場合に約０．５ｍ^３の酸素ガスが詰められている。

酸素ボンベの酸素ガスを１気圧で１分間で０．２ｃｃの流量で取り出した場合には、０．５ｍ^３＝５０００００ｃｃであるので、５×６０×５０万秒＝１５０００万秒もつ。１日は３６００×２４時間＝８６４００秒である。従って、約１７００日もつので、従って約５年間はボンベ交換が不要となる。これにより、半導体工場のような定常的な酸素配管のない場所で使用することもできるようになる。

なお、酸素ボンベからの酸素流量を流量計で計測し、バルブ３２の開度を調整することで、必要量を圧力調整制御部３３に供給することができる。

本実施形態において、オゾン生成器３４では、０．２ｓｃｃｍのオゾンを生成する。ここで、ｓｃｃｍは、ｓｔａｎｄａｒｄｃｃ／ｍｉｎ，１ａｔｍ（大気圧：１０１３ｈＰａ）、０℃（あるいは２５℃などの一定温度、この例では０℃）で規格化されたｃｃｍ（ｃｃ（ｃｍ^３）／ｍｉｎ）である。

オゾン生成器３４には、圧力調整制御部３３において、１〜２気圧の中の一定の気圧に調整された酸素ガスが供給される。従って、オゾン生成器３４における気圧をほぼ１気圧と仮定して、約１０００００Ｐａ（１０１３２５Ｐａ）である。

オゾン生成器３４からのオゾン含有酸素ガスの流出量は、酸素供給量と同じであり、０．２ｃｃ／分である。すなわち、高抵抗流路３６が抵抗になって、０．００３３ｃｃ／ｓの低流量に抑えられる。

一方、真空装置３７から、１０００Ｌ／ｓのポンプで排気すれば、真空装置３７内部の真空度は、３．３３×１０^−４Ｐａとなる。オゾン含有酸素ガスのオゾン濃度を１０％程度とすれば、オゾン分圧は３．３３×１０^−５Ｐａ程度である。

ここで、オゾン生成器３４からのオゾン含有酸素ガスの生成量を調整するためには、酸素供給源３１からの酸素圧力を上昇し、圧力調整制御部３３における圧力を上昇する。これによって、オゾン含有酸素がその生成量を微調整することができ、オゾン含有酸素ガスの真空装置３７への供給量を調整することができる。

例えば、オゾン含有酸素ガスを０．５ｓｃｃｍで真空装置３７内に導入する。この場合、高抵抗流路３６に流れるオゾン含有酸素ガスの流量は、０．００８３２５ｃｃ／ｓ（約８．３×１０^−６Ｌ／ｓ）となる。従って、真空装置３７から１０００Ｌ／ｓのポンプで排気したときには、真空装置３７内は、０．８×１０^−３Ｐａ程度の真空度となる。

このようにして、必要最小限のオゾン含有酸素ガスを真空装置３７内に導入することが可能になる。

＜高抵抗流路＞
従来、微小流量のオゾン分子流を分岐するために、マスフローコントローラまたはニードルバルブが用いられる。例えば、ニードルバルブでは、バルブシートに空いている穴に先細り状のニードルの先端を出入りさせ、ニードルの周囲とバルブシートとの隙間の大きさを変更して流量を変更する。すなわち、通過する気体の流量は隙間の大きさで決まる。そのために、温度変化と、機械的変動に対して、気体の流量が変動することが多く、安定して微小流量を流すことは困難であった。

本実施形態では、高抵抗流路を用いる。図５には、高抵抗流路３６の構成例が示してある。ケース１０１は、円筒パイプ状であり、入口側と出口側は、外径および内径が小さな部分が形成されている。大径パイプの両側に小径パイプを挿入して形成することが好適である。

ケース１０１の大径パイプ部分の内側には、中心部に軸方向の微細孔１０３を有する石英円筒１０２が配置されている。また、この石英円筒１０２の入口側には、フィルタ１０６が配置されている。

従って、流入してくるオゾン含有酸素ガス１０４は、フィルタ１０６でフィルタリングされた後、微細孔１０３を通過して、出口側から所定の圧力、流量の流出ガス１０５として流出する。

微細孔１０３は、例えば０．０３ｍｍの内直径を有し、長さ３ｃｍ程度である。これによって、例えば１気圧で流入してくるオゾン含有酸素ガスが高抵抗流路３６が抵抗になって、０．００３３３ｃｃ／ｓの低流量に抑えられる。また、真空装置から、１０００Ｌ／ｓのポンプで排気すれば、真空装置３７内部の真空度は、３×１０^−４Ｐａとなる。

＜他の適用例＞
（イオンビーム装置）
イオンビーム装置では、真空装置内部のコンタミネーション膜が、帯電してイオン軌道に影響を与える点は電子ビームと同じであるが、イオンが電子に比較して重いために、軌道の変化量は比較的に小さい。しかし、コンタミネーション膜への帯電がイオンによることも多く、軌道の不安定性が軽微であるとばかり決めつけられない。

イオンビーム装置の場合には、生成したオゾンを真空装置内に流しながら、イオンを照射すると、直接当たるイオンや反射したイオンや２次電子によってエネルギーがコンタミネーション上に付着したオゾン分子に与えられて、オゾン分子が酸素ラジカルと酸素分子に分解する。酸素ラジカルによって、コンタミネーション膜は、炭素と水素が重合したものであるから、この中の炭素が酸化されて２酸化炭素（常温では気体）となり、分解する。また、水素は酸素ラジカルによって水分子となって飛んでいく。

（極超短波紫外線装置）
極超短波紫外線は真空装置であって、１３．５ｎｍの超短波の紫外線を用いて半導体の表面の微細加工のための露光すなわちマスク像のパターン転写を行う。

真空装置内部では、メタンなどの残留水素化炭素分子が、極超短波紫外線によって、重合し、重要なマスク面や、反射ミラー上にコンタミネーション膜を形成する。このコンタミネーション膜は露光に際して、反射率が劣化し、露光時間を長大化する。また、マスク面内でのコンタミネーション膜の付着の不均一性によって、パターンエッジが崩れたり、パターンが変形したり、破壊することによって、正確な露光パターンが形成できなくなる。これでは精密な露光装置として機能しない。従って、極超短波紫外線装置でもコンタミネーション膜を除去することが不可欠である。

極超短波紫外線装置の中では、オゾンガスを流した状態で、１５７ｎｍ（Ｆ２），１９３ｎｍ（ＡｒＦ），２４８ｎｍ（ＫｒＦ）などの紫外線レーザー光を当てるとオゾン分子が分解する。ここでかっこ内にはエキシマレーザーの名前を記載した。

すなわち、極超短波紫外線のエネルギーがオゾン分子に与えられて、オゾン分子が酸素ラジカルと酸素分子に分解する。酸素ラジカルによって、コンタミネーション膜は、炭素と水素が重合したものであるから、この中の炭素が酸化されて二酸化炭素（常温では気体）となり、分解する。また、水素は酸素ラジカルによって水分子となって飛んでいく。

＜実施形態の効果＞
（１）酸素の消費量が非常に小さい。従って、酸素ボンベを使用する場合にも、その交換頻度が低く問題が生じない。
（２）真空装置に必要な最少量のオゾンを生成して流入せしめるので、オゾン濃度は高濃度（１０％）であるにもかかわらず、付加するオゾン関連の装置価格が安く、原料となる酸素が少量の消費で済む。電力は１０Ｗ以下となる。
（３）オゾン発生器における消費電力が小さく、水冷が必要ではなく、冷却水、工業用冷却水または外付けのチラーなどが不要である。オゾン発生器の箱内部の空冷で十分全体が冷却できる。オゾン生成のための石英ガラス管の温度上昇も２度から３度以下に抑制できるために、オゾン濃度が低下することもない。
（４）高抵抗流路で流量コントロールを行うため、高価なマスフローコントローラが不要である。
（５）設備全体が簡略化されるため、低コスト化ができる。
（６）オゾン発生器が安価であり、安価なＳＥＭや電子ビーム検査装置、寸法測長器にオゾン発生器を設置することも可能となる。
（７）従来の高濃度オゾン発生器は、高濃度のオゾンを２００ｃｃ／分以上の流量で大量に発生させるためのものであった。上述したように、実際には、オゾン含有酸素ガスは０．２ｃｃ／分でよい。すなわち、従来のオゾン発生器では、実に０．１％のオゾン混合ガスを使用しているに過ぎず、残り９９．９％のガスを廃棄していたことになる。本実施形態により、オゾンの有効利用が図れる。
（８）オゾンを含む酸素混合気体を微小量真空内に流すことにより、
（ｉ）空内で半導体表面を加工する電子ビーム描画装置の電子光学鏡筒内面のコンタミネーション膜の除去ができる。
（ｉｉ）半導体表面と石英ガラス基板からなるマスク基板を観察するための、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、電子ビーム検査装置、電子ビーム測定装置では観察対象となる基板表面のコンタミネーション膜が付着せず、観察が綺麗に観察できかつ、計測する寸法の測定値ばらつきが小さくなる。
（ｉｉｉ）イオンビーム装置においては、イオンビームによる観察像にコンタミネーション膜が付着しないので安定した観察像が取得でき、かつ寸法形状が安定して観察できる。（ｉｖ）極超短波リソグラフィ装置においては、ミラーおよびマスクに付着するコンタミネーション膜が除去できる。

３１酸素供給源、３２，３５バルブ、３３圧力調整制御部、３４，７１オゾン生成器、３６高抵抗流路、３７真空装置、３８ターボ分子ポンプ、３９オゾン分解器、４０ドライポンプ、４１排気ダクト、５１，５３，８３,８８石英ガラス管、５２，５７金属電極、５４，８２オゾン生成空間、５５，７４，８６流入管、５６，７５，８７流出管、５８ペルチェー素子、５９放電遮断板、６０，８５フィン、６１空冷ファン、６２空気流、７２プラスティックボックス、７３乾燥器、８１高圧用電極、８４金属棒、８９放電防止壁、１０１ケース、１０２石英円筒、１０３微細孔、１０４オゾン含有酸素ガス、１０５流出ガス、１０６フィルタ。

Claims

真空内で荷電粒子線または光子を用い、試料を加工または観察する真空装置と、
真空装置にオゾン含有酸素ガスを供給するオゾン供給装置と、
を含む真空システムであって、
前記オゾン供給装置は、
酸素ガス供給源と、
酸素供給源からの酸素ガスの気圧を所定値に制御する気圧制御手段と、
絶縁体で周囲を囲まれた断面積Ａを有するオゾン生成空間に前記気圧制御手段からの酸素ガスを流すとともに、オゾン生成空間に高電圧高周波を印加することで酸素ガスからオゾン含有ガスを生成するオゾン生成器と、
オゾン生成器から真空装置に至るガス流路に設けられ、断面積Ｂを有する、高抵抗流路と、
を含み、
断面積Ｂが断面積Ａに比較して小さいことによって、オゾン生成器にて生成されるオゾン含有ガスの流量に制限を加えることによって、オゾン生成空間を流れるオゾン含有酸素ガス流速を十分に低速とし、微小量で一定量のオゾン含有ガスが真空装置内に流入する、
真空システム。
請求項１に記載の真空システムであって、
前記気圧制御手段は、酸素ガス供給源から１．５気圧以上の酸素ガスを、１．５気圧以上の気圧から、１気圧までの気圧領域内で一定値に制御し、
前記オゾン生成器は、オゾン生成空間の断面積Ａが３０ｍｍ^２以下であり、
前記高抵抗流路は、断面積Ｂが、１ｍｍ^２以下であり、
前記真空装置の真空度は、１０^−３Ｐａ以下である、
真空システム。
請求項１または２に記載の真空システムであって、
前記オゾン生成器のオゾン生成空間が、同心の石英ガラスからなる２重管の２重目の管を使用して形成される、
真空システム。
請求項３に記載の真空システムであって、
前記オゾン生成器の同心の石英ガラスからなる２重管の中の中心部に位置する第一番目の管内面に第１電極を設置し、第１電極に交流高電圧を印加し、２重管の第二番目の間の外壁に第２電極を設置し、接地する、
真空システム。
請求項１または２に記載の真空システムであって、
オゾン生成空間が中空石英ガラス管で構成され、中空石英管内周面と外周面にそれぞれ金属電極を形成し、該中空石英ガラス管に酸素ガスを流し、金属電極に高周波高圧電圧を印加して、中空ガラス館内において酸素ガスからオゾンを生成する、
真空システム。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の真空システムであって、
前記気圧制御手段における前記一定値が変更可能であり、酸素の気圧を変化せしめることをオゾン生成器におけるオゾン発生量が制御される、
真空システム。
請求範囲１〜６のいずれか１つに記載の真空システムであって、
前記酸素ガス供給源は、酸素ボンベである、
真空システム。