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JP6973072B2 - 荷電粒子ビーム照射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム照射装置に係り、さらに詳しくはターゲットを荷電粒子ビームで照射する荷電粒子ビーム照射装置に関する。
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程で使用され、露光ビームとして遠紫外域から真空紫外域にかけての紫外光を用いる露光装置（以下、紫外光露光装置という）においては、解像度を高めるために、露光波長の短波長化、照明条件の最適化、及び投影光学系の開口数をさらに増大するための液浸法の適用等が行われてきた。
近年では、紫外光露光装置の解像限界よりも微細なピッチの回路パターンを形成するために、紫外光露光装置の解像限界よりも小さいスポットを電子ビームで形成し、この電子ビームのスポットとウエハとを相対的に走査する電子ビーム露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかるに、従来の電子ビーム露光装置では、電子ビームの照射により、ウエハ等のターゲットがチャージアップされ、その表面に帯電した電荷の影響により、電子ビームが悪影響を受けることがあった。
米国特許第７，１７３，２６３号明細書
本発明の第１の態様によれば、荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム光学系と、前記荷電粒子ビーム光学系の最終素子とターゲットが配置される領域との間に配置され、前記荷電粒子ビームが通過する開口が形成された開口部材と、前記開口部材の前記領域に対向する面と反対側の面に設けられ、前記ターゲットに照射されない、前記荷電粒子ビーム光学系の最終素子からの荷電粒子ビームを反射する反射部材と、前記反射部材で反射した前記荷電粒子ビームを検出する荷電粒子検出装置と、を備え、前記荷電粒子ビーム光学系からの荷電粒子ビームで、前記領域に配置されたターゲットを照射する荷電粒子ビーム照射装置が、提供される。
第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成を概略的に示す図である。 図１の鏡筒の下端部、メトロロジーフレーム及び開口部材を、一部破断して、ステージとともに拡大して示す図である。 図３（Ａ）は、開口部材を斜め上から見た斜視図、図３（Ｂ）は開口部材の平面図である。 開口部材の図２の円Ａ内の部分を拡大して示す図である。 図４の円Ｂ内の部分を拡大して示す図である。 図６は、反射電子検出装置の配置を示す図であるとともに、アライメントマークからの反射電子の検出の様子を示す図である。 電子ビーム露光装置の制御系を構成する制御装置の入出力関係を示すブロック図である。 開口１６ｃの＋Ｙ側に位置する反射面上のキャリブレーションパターンの位置を求めるに際し、反射電子検出装置３８ｙ１を用いて反射電子ＲＥを検出している状態を示す図である。 第１の実施形態の変形例について説明するための図である。 第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成を説明するための図である。 第３の実施形態に係る電子ビーム露光装置の構成を説明するための図である。
《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態について、図１〜図８に基づいて、説明する。図１には、第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００の構成が概略的に示されている。電子ビーム露光装置１００は、後述するように電子ビーム光学系を備えているので、以下、電子ビーム光学系の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内に互いに直交するＹ軸及びＸ軸を取って説明する。
本実施形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。
電子ビーム露光装置１００は、真空チャンバ１０と、真空チャンバ１０によって区画された露光室１２の内部に収容された露光システム２０とを備えている。
露光システム２０は、図１に示されるように、ウエハＷを保持して移動可能なステージ２２と、電子線用レジスト（感応剤）が塗布されたウエハＷに電子ビームを照射する電子ビーム光学系３２を有する電子ビーム照射装置３０とを備えている。
ステージ２２は、リニアモータ等を含むステージ駆動系２４（図１では不図示、図７参照）によって、不図示のベース部材上でＸ軸方向及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｚ軸方向、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）、Ｙ軸回りの回転方向（θｙ方向）及びＺ軸回りの回転方向（θｚ方向）に微小駆動される。リニアモータ等に起因する磁場変動の影響によって、ウエハＷに対する、電子ビーム照射装置３０から射出される電子ビームの照射位置が移動（変位）することを可能な限り抑制するため、リニアモータには磁気シールドが施され、リニアモータからウエハ側への磁束漏れが効果的に抑制ないしは防止されている。
電子ビーム照射装置３０は、図１に示されるように、鏡筒３４を有している。この鏡筒３４は、円筒状に形成される。鏡筒３４は、電子ビーム射出部３４ａと、後述する電子銃部及び電磁レンズを収容する本体部３４ｂと、電子ビーム射出部３４ａと本体部３４ｂとの間に設けられる段部（フランジ部）とを有する。鏡筒３４は、円環状の板部材から成るメトロロジーフレーム４０によって下方から支持されている。より具体的には、鏡筒３４の電子ビーム射出部３４ａは、本体部３４ｂに比べて直径が小さい小径部で形成されており、その小径部が、メトロロジーフレーム４０の円形の開口内に挿入され、段部の底面がメトロロジーフレーム４０の上面に当接した状態で、鏡筒３４が、メトロロジーフレーム４０によって下方から支持されている。
メトロロジーフレーム４０の外周部には、中心角１２０度の間隔で、３つの柔構造の連結部材である吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃ（ただし、吊り下げ支持機構５０ｃは、図１では、吊り下げ支持機構５０ａの奥側に隠れている）の下端がそれぞれ接続されており、この吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して、露光室１２を区画する真空チャンバ１０の天板（天井壁）から吊り下げ状態で支持されている。すなわち、このようにして、電子ビーム照射装置３０は、真空チャンバ１０に対して３点で吊り下げ支持されている。
３つの吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、図１中で吊り下げ支持機構５０ｂについて代表的に示されるように、それぞれの上端に設けられた受動型の防振パッド５２と、防振パッド（防振部）５２の下端にそれぞれの一端が接続され、他端がメトロロジーフレーム４０に接続された鋼材より成るワイヤ５４とを有する。防振パッド５２は、真空チャンバ１０の天板に固定され、それぞれエアダンパ又はコイルばねを含む。
本実施形態では、外部から真空チャンバ１０に伝達された床振動などの振動のうちで、電子ビーム光学系３２の光軸ＡＸに平行なＺ軸方向の振動成分の大部分は防振パッド５２によって吸収されるため、電子ビーム光学系３２の光軸ＡＸに平行な方向において高い除振性能が得られる。また、吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃの固有振動数は、電子ビーム光学系３２の光軸ＡＸに平行な方向よりも光軸ＡＸに垂直な方向で低くなっている。３つの吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃは光軸ＡＸに垂直な方向には振り子のように振動するため、光軸ＡＸに垂直な方向の除振性能（真空チャンバ１０に外部から伝達された床振動などの振動が電子ビーム照射装置３０に伝わるのを防止する能力）が十分に高くなるように３つの吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃの長さ（ワイヤ５４の長さ）を十分に長く設定している。この構造では高い除振性能が得られるとともに機構部の大幅な軽量化が可能であるが、電子ビーム照射装置３０と真空チャンバ１０との相対位置が比較的低い周波数で変化するおそれがある。そこで、電子ビーム照射装置３０と真空チャンバ１０との相対位置を所定の状態に維持するために、電子ビーム照射装置３０と真空チャンバ１０との間に非接触方式の位置決め装置１４（図１では不図示、図７参照）が設けられている。この位置決め装置１４は、例えば国際公開２００７/０７７９２０などに開示されるように、６軸の加速度センサと、６軸のアクチュエータとを含んで構成することができる。位置決め装置１４は、制御装置６０によって制御される（図７参照）。これにより、真空チャンバ１０に対する電子ビーム照射装置３０のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の相対位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの相対回転角は、一定の状態（所定の状態）に維持される。
電子ビーム照射装置３０は、図１に示されるように、鏡筒３４内に少なくとも一部が設けられ、電子を発生させ加速電源（不図示）により加速し電子ビームＥＢ（図２参照）を形成する電子銃部３６と、鏡筒３４内に所定の位置関係で配置され、電子ビームＥＢのスポットの成形、ウエハＷに対する電子ビームＥＢの照射位置の調整、照射量の調整等を行うための電磁レンズやアパーチャなどの各種電極等から構成された電子ビーム光学系３２等を含む。電磁レンズには、フォーカスコイルを有する電磁レンズ（以下、便宜上、フォーカスレンズと称する）及び偏向コイルを有する電磁レンズ（以下、便宜上、偏向レンズと称する）などが含まれる。
図１では、電子ビーム光学系３２を構成する、フォーカスレンズ３２ａ、偏向レンズ３２ｂ等が代表的に示されている。図７に示されるように、フォーカスレンズ３２ａは、フォーカス制御部６４を介して制御装置６０により制御され、偏向レンズ３２ｂは、電子線偏向制御部６６を介して制御装置６０によって制御される。
本実施形態では、電子ビーム光学系３２は、個別にオンオフ可能で、かつ偏向可能なｎ本（ｎは例えば５００）のビームを照射可能なマルチビーム光学系から成る。マルチビーム光学系としては、例えば特開２０１１−２５８８４２号公報、国際公開第２００７／０１７２５５号などに開示される光学系と同様の構成のものを用いることができる。一例として横方向（Ｘ方向）に一列に配列された５００本のマルチビームを全てオン状態（電子ビームがウエハＷに照射される状態）にしたとき、例えば１０μｍ×２０ｎｍの露光領域（Ｘ方向に伸びるスリット状の領域）内に等間隔に設定された５００点に電子ビームの円形スポットが同時に形成される。すなわち、一つの露光領域は、５００点の電子ビームで形成される。なお、電子ビームの円形スポットは、紫外光露光装置の解像限界よりも小さい直径（例えば直径２０ｎｍ）で形成される。
本実施形態では、電子ビーム光学系３２が、上述したように多数（ｎ＝５００）の電子ビームのスポットを円形状に形成し、この円形スポットを露光領域内に配置し、この露光領域に対してウエハＷが走査されるようにステージ２２を所定方向、例えばＹ軸方向に所定ストロークで等速移動させながら、かつその多数の電子ビームの円形スポットを偏向しながらオン／オフすることで、ウエハ上の１つのショット領域の一部、すなわち幅１０μｍの帯状の領域が露光（走査露光）される。そして、その走査露光を、＋Ｙ方向と−Ｙ方向に交互に行う交互スキャン動作と、交互スキャンにおけるスキャン方向の変更のためのＹ軸方向に関するウエハＷ（ステージ２２）の減速及び加速区間で、ウエハＷ（ステージ２２）をＸ軸方向の一側に露光領域のＸ軸方向のサイズと同じ距離移動するステッピング動作を、繰り返すことで、ウエハ上のショット領域にパターンが形成される。
電子ビーム照射装置３０は、後述する反射電子を検出する反射電子検出装置を備えている。電子ビーム照射装置３０は、制御装置６０によって制御される（図７参照）。
制御装置６０は、偏向レンズ３２ｂを制御することにより電子ビームＥＢを偏向して走査することができる。なお、偏向レンズ３２ｂにより電子ビームＥＢを走査できる範囲は、偏向レンズ３２ｂの偏向性能によって決めることができる。例えば、電子ビームＥＢの走査範囲は、少なくとも鏡筒３４の半径より小さく設定することができる。
電子ビーム露光装置１００では、Ｚ軸方向に関して電子ビーム照射装置３０（電子ビーム光学系３２）の−Ｚ側で且つステージ２２に保持されたウエハＷの＋Ｚ側、すなわち電子ビーム照射装置３０の電子ビーム射出側に開口部材１６が配置されている。開口部材１６は、電子ビーム光学系３２の光軸に対して交差する面、例えば、ＸＹ平面に平行に配置され、メトロロジーフレーム４０に複数（少なくとも３つ）の支持部材４２を介して吊り下げられた状態で支持されている。開口部材１６は、複数の支持部材４２によって支持された状態で平面度を維持できる程度の強度を有している。
図２には、図１の鏡筒３４の下端部、メトロロジーフレーム４０及び開口部材１６が、一部破断した状態でステージ２２とともに拡大して示されている。また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、開口部材１６の斜め上から見た斜視図及び平面図がそれぞれ示されている。また、図４には、開口部材１６の図２の円Ａ内の部分が拡大して示され、図５には、図４の円Ｂ内の部分が拡大して示されている。
開口部材１６は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるようにほぼ正方形の板部材から成り、その中心部に円錐状の凹部１６ａが形成されている。円錐状の凹部１６ａは、開口部材１６の上面（電子ビーム光学系３２）側から下面（ウエハＷ）側に向かって、徐々に開口の大きさが小さくなるように形成されている。開口部材１６の素材としては、例えば誘電体が用いられている。なお、本実施形態では、開口部材１６として、誘電体で、かつ低熱膨張率の素材、例えばゼロ膨張セラミックスなどが用いられている。
凹部１６ａの中心部には、図５に示されるように、例えば直径Ｄが１００μｍ〜２００μｍ程度の断面円形の掘り込み凹部１６ｂが形成されており、その掘り込み凹部１６ｂの底壁部の中心に微小な矩形スリット（又は円形）状の開口１６ｃが形成されている。開口１６ｃは、露光フィールドより僅かに大きく、３０μｍ程度のサイズである。
掘り込み凹部１６ｂの底壁の上面には、金属の反射膜１８が設けられ、該反射膜１８の上面に反射面１８ａが形成されている。言い換えると、反射面１８ａは、開口１６ｃの周囲に設けられている。また、底壁の上面は、電子ビーム光学系３２に対向するように設けられている。第１方向（図５ではＹ軸方向）に関する開口１６ｃの両側の反射面１８ａには、第１方向を周期方向とするライン・アンド・スペースパターンから成るキャリブレーションパターンが形成され、第２方向（第１方向と直交する方向であり、図５ではＸ軸方向）に関する開口１６ｃの両側の反射面１８ａには、第２方向を周期方向とするライン・アンド・スペースパターンから成るキャリブレーションパターンＣＰ（図５等では、Ｙ軸方向を周期方向とするＹ用キャリブレーションパターンのみが示されている）が形成されている。各キャリブレーションパターンＣＰは、ライン部とスペース部とで電子ビームの反射率が異なる。図５等では、キャリブレーションパターンＣＰは説明の便宜上からその厚さ寸法が実際より格段厚く示されている。
反射膜１８及びキャリブレーションパターンＣＰが形成された掘り込み凹部１６ｂの底壁（反射膜１８の厚さを含む）の厚さｔは、薄ければ薄いほど望ましい。本実施形態では、掘り込み凹部１６ｂの底壁の厚さは、一例として１０μｍ〜５０μｍ程度に設定されている。
なお、本実施形態では、反射面１８ａが、ＸＹ平面に平行な平面であるとしているが、これに限らず、電子ビーム光学系３２の光軸上に中心を有する側面視円弧状の曲面、あるいはこれに対応する傾斜面であっても良い。また、反射面１８ａは、第１方向（Ｙ軸方向）及び第２方向（Ｘ軸方向）とで分離して形成されていても良い。
説明は前後したが、鏡筒３４の内部には、図６に示されるように、電子ビーム光学系３２の偏向レンズ３２ｂの下部近傍に、複数の反射電子検出装置３８が設けられている。言い換えると、複数の反射電子検出装置３８は、偏向レンズ３２ｂの射出側であって、かつ荷電粒子ビームの周囲に配置されている。なお、荷電粒子ビームの周囲とは、前述したように、偏向レンズ３２ｂにより電子ビームＥＢを走査できる範囲である。
複数の反射電子検出装置３８のそれぞれは、例えば半導体検出器によって構成され、検出した反射電子に対応する検出信号を信号処理装置６２（図７参照）に送る。信号処理装置６２は、複数の反射電子検出装置３８の検出信号を不図示のアンプにより増幅した後に信号処理を行い、その処理結果を制御装置６０に送る（図７参照）。
複数の反射電子検出装置３８は、図６に示されるように、開口部材１６の掘り込み凹部１６ｂの内部空間及び開口１６ｃを介してウエハＷ上のアライメントマークＡＭに電子ビームＥＢが照射された際にアライメントマークＡＭで発生し、開口１６ｃ及び掘り込み凹部１６ｂの内部空間を介して鏡筒３４内に入射する反射電子を検出可能な位置にそれぞれ設けられている。ウエハＷに形成されたアライメントマークＡＭは、Ｙ軸方向（第１方向）を周期方向とするライン・アンド・スペースパターン及びＸ軸方向（第２方向）を周期方向とするライン・アンド・スペースパターンを含む２次元マークで形成されている。図６では、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭからＹＺ平面内で光軸に対して傾斜した方向に生じる反射電子を検出する一対の反射電子検出装置３８ｙ１、３８ｙ２のみが示されているが、実際には、アライメントマークＡＭからＸＺ平面内で光軸に対して傾斜した方向に生じる反射電子を検出する一対の反射電子検出装置３８ｘ１、３８ｘ２も設けられている（図７参照）。本実施形態では、反射電子検出装置３８ｘ１，３８ｘ２、３８ｙ１、３８ｙ２は、後述するビーム位置のキャリブレーションの際にも用いられる。
ステージ２２の位置情報は、エンコーダシステム２８（図７参照）によって計測されている。エンコーダシステム２８は、図２に示されるように、開口部材１６の下面（−Ｚ側の面）の凹部１６ａの裏面側の部分以外の領域に形成され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を周期方向とする反射型２次元格子から成るグレーティングＲＧと、グレーティングＲＧに対向してステージ２２の４隅の部分にそれぞれ設けられた４つのヘッド２６（以下、便宜上ヘッド２６１〜２６４と表記する）とから成る。
反射型２次元格子としては、それぞれの周期方向について、ピッチが例えば１μｍの反射型の回折格子が用いられている。なお、例えば米国特許出願公開第２０１１／００５３０６１号明細書等に開示されるように、グレーティングＲＧとして、４つのヘッド２６が個別に対向可能な４つの部分から構成されたグレーティングを用いても良い。
ステージ２２の２つの対角線のうち、一方の対角線上に位置する２つの角部の近傍にＸ軸方向及びＺ軸方向を計測方向とするヘッド２６１、２６３が設けられ、他方の対角線上に位置する２つの角部の近傍にＹ軸方向及びＺ軸方向を計測方向とするヘッド２６２、２６４が設けられている。４つのヘッド２６１〜２６４は、平面視で同一の正方形又は長方形の各頂点の位置に配置されている。図２においては、４つのヘッドのうちの２つのヘッド２６１、２６２のみが図示されている。
ヘッド２６１、２６３は、それぞれグレーティングＲＧにビームを照射してステージ２２のＸ軸方向及びＺ軸方向の位置情報を計測する２軸リニアエンコーダ２８１、２８３を構成する。また、ヘッド２６２、２６４は、それぞれグレーティングＲＧにビームを照射してステージ２２のＹ軸方向及びＺ軸方向の位置情報を計測する２軸リニアエンコーダ２８２、２８４を構成する。
ヘッド２６１〜２６４のそれぞれとしては、例えば米国特許第７，５６１，２８０号明細書に開示される変位計測センサヘッドと同様の構成のエンコーダヘッドを用いることができる。
上述した４つの２軸リニアエンコーダ２８１〜２８４、すなわちグレーティングＲＧをそれぞれ用いてステージ２２の位置情報を計測する４つのヘッド２６１〜２６４によって、エンコーダシステム２８が構成されている。エンコーダシステム２８で計測される位置情報は、制御装置６０に供給される（図７参照）。
エンコーダシステム２８では、ステージ２２がウエハＷに対する露光及びアライメントを行う領域にあるときには、４つのヘッド２６１〜２６４のうち少なくとも３つがグレーティングＲＧに常に対向するので、制御装置６０は、エンコーダシステム２８で計測される情報に基づいて、６自由度方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θｘ、θｙ及びθｚの各方向）に関してステージ２２（ウエハＷ）の位置を計測可能である。
図７には、電子ビーム露光装置１００の制御系を構成する制御装置６０の入出力関係がブロック図にて示されている。制御装置６０は、マイクロコンピュータ等を含み、図７に示される各部を含む電子ビーム露光装置１００の構成各部を、統括的に制御する。
上述のようにして構成された電子ビーム露光装置１００では、制御装置６０が所定のパターンデータ及び予め決められた各描画パラメータに従って、電子ビーム光学系３２から射出される電子ビームＥＢ及びステージ２２を制御し、ウエハＷに対する露光（パターン描画）を行う。
ところで、半導体素子等のマイクロデバイスが完成するまでには、複数層のパターンをウエハ上に重ね合わせて形成する必要があり、下地層のパターンと描画されるパターンとの重ね合わせは重要である。
このため、本実施形態では、ウエハに対するパターン描画（ウエハの露光）に先立って、制御装置６０では、電子線偏向制御部６６を介して偏向レンズ３２ｂを制御することで、ウエハ上に予め形成されている２つ以上のアライメントマークＡＭ（図６参照）に対して電子ビームＥＢを順次走査し、その時にアライメントマークＡＭから発生した反射電子を反射電子検出装置３８により検出する。アライメントマークＡＭに対する走査時には、電子ビームＥＢの加速電圧は、露光時（パターン描画時）と同じ加速電圧に設定される。
図６には、一例として、光軸に平行な光路（図中の実線の光路）に沿ってアライメントマークＡＭに対して照射された電子ビームＥＢによるアライメントマークＡＭから反射電子検出装置３８ｙ１、３８ｙ２に向かう反射電子ＲＥが示されている。制御装置６０は、電子線偏向制御部６６から得られる電子線の偏向情報（偏向角度、偏向方向等の情報を含む）と信号処理装置６２から得られるマークの検出信号の処理結果とに基づいて、アライメントマークＡＭの位置を特定し、その位置と検出時のエンコーダシステム２８から得られるステージ座標情報とに基づいて、ステージ座標系上におけるアライメントマークＡＭの位置を求める。このようにして求めた２つ以上のアライメントマークのステージ座標系上における位置に基づいて、ウエハ上のショット領域を露光位置（電子ビームの基準状態における照射位置、すなわち電子ビームＥＢが光軸ＡＸ上の図６中の実線の光路に沿って照射された際の電子ビームＥＢのウエハＷ上の照射位置）に位置させるための目標位置情報を求めることができる。そして、制御装置６０は、ウエハの露光時（ウエハに対するパターンの描画時）に、その取得した目標位置情報に基づいて、ウエハ（ステージ２２）を移動させつつパターンを描画する。このようにアライメントマークＡＭを基準とすることにより、常に、パターンを所望の位置に描画することができ、既にウエハＷに形成されたパターンに対して、新たに描画するパターンが良好に重ね合わされる。
しかるに、電子ビーム露光装置１００の使用中、例えば、電子ビーム光学系３２を収容する鏡筒３４の熱膨張等に起因して、電子ビームＥＢの位置が基準状態、例えば電子ビームＥＢの光路が電子ビーム光学系３２の光軸ＡＸに一致する状態からドリフトすると、上述したようにアライメントマークＡＭを基準として電子ビームＥＢによるウエハ対する露光（パターンの描画）を行っても、そのドリフトに起因してパターンを所望の位置に描画することができなくなる。また、電子ビームＥＢのフォーカスのドリフトも露光不良の原因となる。
そこで、本実施形態では、制御装置６０は、露光開始前のアライメント計測時に、アライメントマークＡＭのマーク位置情報の計測に先立って、電子ビームＥＢのドリフト（位置及びフォーカス）のキャリブレーションのための初期設定を行う。
制御装置６０は、ウエハＷのＺ軸方向の位置を露光時と同一位置に設定し、フォーカス制御部６４を介して前述のフォーカスレンズ３２ａが有するフォーカスコイルの電流を変化させて焦点位置を変化させながら、アライメントマークＡＭを走査し、反射電子ＲＥを検出した反射電子検出装置３８（３８ｘ１、３８ｘ２、３８ｙ１、３８ｙ２のうちの所定の１つ）の検出信号の変化から、変化が最も先鋭であるときを最適な焦点位置として求め、その最適な焦点位置に対応する電流を以後フォーカスコイルに供給する。
次いで、制御装置６０は、反射面１８ａ上の４つのキャリブレーションパターンＣＰに対して電子ビームＥＢを偏向して走査し、それぞれのキャリブレーションパターンＣＰからの反射電子を反射電子検出装置３８ｘ１、３８ｘ２、３８ｙ１、３８ｙ２を用いて検出し、電子線偏向制御部６６から得られる電子ビームＥＢの偏向情報と信号処理装置６２から得られるキャリブレーションパターンＣＰの検出信号の処理結果の情報とに基づいて、基準状態における電子ビームＥＢの位置を基準とするキャリブレーションパターンＣＰの位置（以下、キャリブレーションパターンＣＰの位置情報と称する）、すなわち電子ビームＥＢを基準状態からＸ方向及びＹ方向にそれぞれ何度あるいはどの方向に偏向すればそれぞれのキャリブレーションパターンＣＰの中心位置に電子ビームＥＢが照射されるようになるかの情報を求めておく。図８には、一例として、開口１６ｃの＋Ｙ側に位置する反射面上のキャリブレーションパターンＣＰの位置情報を求めるに際し、反射電子検出装置３８ｙ１を用いて反射電子ＲＥを検出している状態が示されている。ここで、上述のキャリブレーションパターンＣＰの位置情報の定義から明らかなように、後にキャリブレーションパターンの位置情報がこの初期設定時における位置情報から変化した場合は、その変化量に応じて電子ビームの位置がドリフトしていることを意味する。ドリフトには、偏向角度度のずれ、偏向方向のずれ、光軸ＡＸに対するずれ等が含まれる。また、制御装置６０は、ドリフトを検出する検出装置として機能する。
このとき、制御装置６０は、キャリブレーションパターンＣＰからの反射電子を検出した所定の１つの反射電子検出器、例えば反射電子検出装置３８ｙ１の検出信号の変化の状態を内部メモリに記憶する。これは、後に、この検出信号の変化の状態を基準として、電子ビームＥＢのフォーカスのドリフトを検出するためである。なお、全ての反射電子検出装置で、検出信号の変化の状態を内部メモリに記憶しておいても良い。
これにより、電子ビームＥＢのドリフト（位置及びフォーカス）のキャリブレーションのための初期設定が終了する。
この後、前述したアライメントマークＡＭのマーク位置情報の計測（アライメント計測）を行う。
そして、制御装置６０は、このアライメント計測の結果に基づいて、前述の如く、ウエハ上のショット領域を露光位置に位置させるための目標位置情報を求め、ウエハの露光時（ウエハに対するパターンの描画時）に、その取得した目標位置情報に基づいて、ウエハ（ステージ２２）を移動させつつパターンを描画する。このウエハの露光（パターンの描画）は、前述したように、ウエハの走査露光を、＋Ｙ方向と−Ｙ方向を交互に走査方向として行う交互スキャン動作と、＋Ｙ方向の走査（プラススキャン）と−Ｙ方向の走査（マイナススキャン）との間のＹ軸方向に関するウエハの減速及び加速中に、ウエハをＸ軸方向の一側に露光領域のＸ軸方向の幅分移動する動作（ステッピング動作）とを、繰り返すことで、行われる。
しかるに、電子ビーム露光装置１００の露光領域の非走査方向（Ｘ軸方向）のサイズは、例えば、５０μｍ程度であるため、１枚のウエハあるいは１つの露光領域を露光するためには、交互スキャン動作を何回も繰り返す必要があり、紫外線露光装置などと比べて格段時間が掛かる。このため、１枚のウエハの露光中にも、電子ビームＥＢのドリフト（位置、フォーカス）のキャリブレーションを行う必要がある。
そこで、電子ビーム露光装置１００では、制御装置６０が、前述のステッピング動作が行われる度に、そのステッピング動作中に、前述のキャリブレーションのための初期設定時と同様に、反射面１８ａ上の４つのキャリブレーションパターンＣＰに対して電子ビームＥＢを偏向して走査し、それぞれ発生した反射電子ＲＥを反射電子検出装置３８ｘ１、３８ｘ２、３８ｙ１、３８ｙ２を用いて検出する。そして、制御装置６０は、電子線偏向制御部６６から得られる電子線の偏向情報と信号処理部から得られるキャリブレーションパターンＣＰの検出信号の処理結果の情報とに基づいてキャリブレーションパターンＣＰの位置情報を求め、その情報をメモリに蓄積する。
そして、制御装置６０は、Ｎ回（Ｎは自然数、例えば１０回）分のキャリブレーションパターンＣＰの位置情報に基づいて、予め定められた手順に従ってキャリブレーションパターンＣＰの位置を算出する。例えば、１０回のうち、初期設定時からの変化が最大と最小の位置を除いた残りの位置情報の平均、初期設定時からの変化が最大の位置情報、あるいは１０回分の平均を、キャリブレーションパターンＣＰの位置として求める。そして、制御装置は、その算出した位置と上述した初期設定時におけるキャリブレーションパターンＣＰの位置情報とを比較することで電子ビームＥＢの位置のドリフト量を求める。なお、制御装置６０は、１０回分の平均に代えて、１０回より少ない回数の移動平均を求めても良い。
そして、制御装置６０は、電子ビームＥＢの位置のドリフト量を求める度にそのドリフトをキャリブレーションする、あるいはドリフト量が閾値を超える場合のみそのドリフトをキャリブレーションする。
また、制御装置６０は、Ｎ回に１回の割合で、所定のキャリブレーションパターンＣＰからの反射電子ＲＥの検出信号の変化の状態を取得し、取得した変化の状態を初期設定時にメモリに記憶した対応する検出信号の変化の状態と比較して、電子ビームのフォーカスのドリフト量を検出する。そして、制御装置６０は、電子ビームＥＢのフォーカスのドリフト量を求める度にフォーカスコイルに供給する電流を調整してそのドリフトをキャリブレーションする、あるいはドリフト量が閾値を超える場合のみそのドリフトをキャリブレーションする。
以上説明したように、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００によると、電子ビーム光学系３２の光軸ＡＸ方向（Ｚ軸方向）に関するウエハＷ側にウエハＷに所定の隙間を介して対向して配置され、電子ビーム光学系３２からの電子ビームＥＢが通過する開口１６ｃが形成された板状の開口部材１６を備えていることから、開口部材１６を備えていない場合と比べて、電子ビームＥＢの照射によりウエハＷに帯電した電荷が電子ビームＥＢの照射位置に与える悪影響を抑制することができる。また、特に本実施形態では開口部材１６が誘電体（ゼロ膨張セラミックス）によって形成されているので、電子ビームＥＢの照射によりウエハＷに帯電した電荷が電子ビームＥＢの照射位置に与える悪影響をより効果的に抑制することができる。
また、図６からも明らかなように、ウエハＷ上のアライメントマークＡＭからの反射電子を反射電子検出装置３８で検出する際、開口部材１６の開口１６ｃを通過可能な取り出し角度の高い反射電子ＲＥのみを検出し、低エネルギの反射電子、あるいは露光室１２内のステージ２２の近傍に散乱した反射電子を検出することがなくなるので、結果的に反射電子の検出に際してのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
また、本実施形態に係る電子ビーム露光装置１００では、開口部材１６の掘り込み凹部の内部底面に形成された反射面１８ａ上のキャリブレーションパターンＣＰに対して電子ビームＥＢを偏向して走査し、キャリブレーションパターンＣＰで発生する反射電子ＲＥを反射電子検出装置３８で検出することで、電子ビームＥＢの位置のドリフトを検出する。このため、ウエハ上のアライメントマークなどを用いることなく、電子ビームＥＢの位置のドリフトを検出することが可能になる。また、電子ビーム露光装置１００では、制御装置６０が、ウエハの露光動作におけるプラススキャンとマイナススキャンとの間のステッピング動作中（走査方向に関する減速及び加速期間中）に電子ビームＥＢの位置のドリフトを検出する。このため、スループットを低下させること無く、電子ビームＥＢの位置のドリフトを検出し、そのドリフトのキャリブレーションを行うことが可能である。
また、電子ビーム露光装置１００では、電子ビームＥＢの位置のドリフトの検出と併せて、電子ビームＥＢの位置のドリフトの検出のために取得したキャリブレーションパターンからの反射電子の検出信号の変化に基づいて電子ビームのフォーカスのドリフト量を検出し、必要に応じて、電子ビームＥＢのフォーカスのドリフトのキャリブレーションを行うことが可能である。
なお、本実施形態では、電子ビームＥＢのドリフト（位置及びフォーカス）のキャリブレーションのための初期設定に際して、ウエハＷ上に形成されたアライメントマークを電子ビームで走査する場合について、説明したが、これに限らず、ステージ２２上に設けられた基準マークを電子ビームで走査することとしても良い。かかる場合には、ウエハＷ上塗布された電子線レジストの影響、及びアライメントマークの形状不良の影響などを受けるおそれがなくなる。この場合には、アライメントマークと基準マークとの位置関係を計測するための計測装置、例えば顕微鏡等が必要になる。
《変形例》
次に、第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置の変形例について説明する。本変形例に係る電子ビーム露光装置は、図９に示されるように、開口部材１６の反射面１８ａ上にキャリブレーションパターンが形成されていない点が、前述の第１の実施形態と相違するが、その他の部分の構成は、前述した第１の実施形態と同様である。
本変形例に係る電子ビーム露光装置では、図９に示されるように、制御装置６０が、電子線偏向制御部６６を介して電子ビームＥＢを開口との境界部分（反射面１８ａのエッジ）を含む範囲で反射面１８ａに対して走査する。これにより、制御装置６０は、前述のキャリブレーションパターンＣＰの位置情報の検出と同様に、反射面１８ａからの反射電子を反射電子検出装置３８ｘ１、３８ｘ２、３８ｙ１、３８ｙ２を用いて検出し、電子線偏向制御部６６から得られる電子ビームＥＢの偏向情報と信号処理装置６２から得られる反射面１８ａの検出信号の処理結果の情報とに基づいて、電子ビームＥＢの位置を基準とする反射面１８ａのエッジの位置を検出することができる。
したがって、本変形例では、反射面１８ａのエッジの位置を上記実施形態におけるキャリブレーションパターンＣＰの位置と同様に取り扱うことで、上記実施形態と同様の手法により電子ビームＥＢの位置のドリフトの検出及びそのキャリレーションを行うことが可能になる。本変形例では、初期設定及びステッピング動作中のいずれにおいても、図９に示されるように、制御装置６０により、電子線偏向制御部６６を介して電子ビームＥＢが反射面１８ａのエッジを含む範囲で反射面１８ａに対して走査される。
また、反射面１８ａに対して電子ビームＥＢを走査することで、エッジを含む反射面１８ａからの反射電子の検出信号が得られるので、この検出信号の変化に基づいて電子ビームのフォーカスのドリフト量を検出し、必要に応じて、電子ビームＥＢのフォーカスのドリフトのキャリブレーションを行うことが可能になる。
なお、上記第１の実施形態及び変形例では、開口部材１６の掘り込み凹部１６ｂの底壁の上面に反射面１８ａが形成されているものとしたが、反射面を形成すること無く、凹部１６ｂの底壁の上面にその上面と電子ビームＥＢに対する反射率が異なる反射パターンを形成しても良い。この場合には、その反射パターンを上記実施形態のキャリレーションパターンと同様に取り扱うことで、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、上記実施形態では、開口部材１６が、電子ビーム光学系３２を内部に有する鏡筒３４（電子ビーム照射装置３０）が支持されるメトロロジーフレーム４０に支持されているが、熱の影響やその他の影響で、開口部材１６とメトロロジーフレーム４０との位置関係が変化することがあり得る。そこで、例えば、図７に点線（破線）のブロックで示されるように、メトロロジーフレーム４０と開口部材１６との相対位置を計測する計測装置９０をさら設け、この計測装置の計測情報に基づいて、制御装置６０が、電子ビームＥＢの位置を補正しても良い。
なお、上記実施形態では、開口部材１６が、電子ビーム光学系３２を内部に有する鏡筒３４（電子ビーム照射装置３０）が支持されるメトロロジーフレーム４０に支持されている場合について説明したが、これに限らず、開口部材１６は、サーボ制御により、電子ビーム光学系３２（鏡筒３４）との位置関係が一定に維持されていても良い。この場合おいて、上記の計測装置９０を設け、制御装置６０あるいは別のコントローラが、不図示のアクチュエータを制御することで、メトロロジーフレーム４０に対して開口部材１６を駆動し、メトロロジーフレーム４０に支持された電子ビーム光学系３２（鏡筒３４）と開口部材１６との位置関係を一定に維持することとしても良い。
また、上記実施形態では、開口部材１６の下面（−Ｚ側の面）にグレーティングＲＧが形成され、これに対向してステージ２２の上面の四隅に４つのヘッド２６が設けられたエンコーダシステム２８によって、ステージ２２の位置情報が計測される場合について例示したが、これに限らず、ステージ２２に格子部（グレーティング）を設け、この格子部に対向可能にステージ２２の外部にヘッドが設けられたエンコーダシステムにより、ステージ２２の位置情報を計測することとしても良い。
また、ステージ２２の位置情報を計測する位置計測装置は、エンコーダシステムに限らず、レーザ干渉計システムなどを用いても良い。
《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態について図１０に基づいて説明する。ここで、前述した第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし、若しくは省略する。
図１０には、本第２の実施形態に係る露光装置が備える鏡筒３４の下端部、メトロロジーフレーム４０及び開口部材１６Ａ、並びにステージ２２が拡大して示されている。本第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置では、前述の開口部材１６に代えて開口部材１６Ａが設けられるとともに、エンコーダシステム２８に代えて、レーザ干渉計システム１２８が設けられ、レーザ干渉計システム１２８によってウエハＷを保持するステージ２２のＸＹ平面内の３自由度又は６自由度方向に関する位置情報が計測されるようになっている。その他の部分の構成は、前述した第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００と同様になっている。
開口部材１６Ａは、基本的には、前述の開口部材１６と同様に構成されているが、次の点が相違する。すなわち、開口部材１６Ａでは、ウエハＷに対向する面（下面、−Ｚ側の面）にグレーティングＲＧが形成されていないとともに、例えば赤外線センサから成る複数の温度センサ７０がＸＹ二次元方向にアレイ状に配置されている。複数の温度センサは、その下面が開口部材１６Ａの下面とほぼ同一面に位置する状態で、開口部材１６Ａに埋め込まれている。
そして、制御装置６０が、ウエハＷの露光動作中に、複数の温度センサ７０によって計測された温度情報に基づいて、電子ビームＥＢのウエハＷに対する照射位置を制御する。
本第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置によると、前述した第１の実施形態と同等の効果を得られる他、制御装置６０は、露光動作を中断すること無く、複数の温度センサによって計測されるウエハＷの温度情報に基づいて、電子ビームＥＢのウエハＷに対する照射位置を制御できるので、電子ビームＥＢの照射により、ウエハに非線形な熱膨張が生じた場合にそのウエハの非線形な熱膨張に起因するパターンの描画誤差を小さくすることができる。
《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態について図１１に基づいて説明する。ここで、前述した第１、第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置と同一若しくは同等の構成部分については、同一の符号を用いるとともに、その説明を簡略にし、若しくは省略する。
図１１には、図１０と同様に、本第３の実施形態に係る電子ビーム露光装置が備える鏡筒３４の下端部、メトロロジーフレーム４０及び開口部材１６Ｂ、並びにステージ２２が拡大して示されている。本第３の実施形態に係る電子ビーム露光装置では、前述の開口部材１６Ａに代えて開口部材１６Ｂが設けられるとともに、開口部材１６Ｂが、該開口部材１６Ｂを光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ軸方向）に駆動可能な複数の駆動装置８０を介してメトロロジーフレーム４０に吊り下げ支持されている点が、前述の第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置と相違する。その他の部分の構成は、前述した第２の実施形態に係る電子ビーム露光装置と同様になっている。
開口部材１６Ｂは、開口部材１６Ａと同様に構成され、同様に、複数の温度センサ７０を有している他、開口部材１６Ｂ自身を冷却可能な構成が採用されている。例えば、開口部材１６Ｂの内部に液体流路を形成し、この液体流路内に冷却液を流して開口部材１６Ｂ自身を冷却する構成などを採用することができる。例えば、冷却液を真空チャンバの外部に配置された冷却器で冷却し、その冷却した冷却液を配管を介して液体流路内に流し、液体流路内を流れた冷却液を配管を介して冷却器に戻す、循環系を採用しても良い。
真空チャンバの内部は、空気が存在しないため、空気を介した熱伝導（伝導、対流）は生じないが、開口部材１６Ｂにより、該開口部材１６Ｂに対向するウエハＷを、輻射（放射）により冷却することは可能である。また、輻射による受熱量は、熱源からの距離の二乗に反比例する。本第３の実施形態の場合、開口部材１６ＢとウエハＷとの距離の二乗にウエハの温度上昇率が反比例する。
そこで、本第３の実施形態では、上記の輻射による熱伝導の性質に従い、制御装置６０が、温度センサ７０の検出結果に基づいて、駆動装置８０を制御して開口部材１６ＢをウエハＷに対して所望の距離まで近づけて、ウエハＷを所定温度まで冷却する。かかるウエハＷの冷却は、制御装置６０が、例えばウエハの露光動作における所定回数置きのステッピング動作中（走査方向に関する減速及び加速期間中）に実行することとすることができる。ただし、この場合に、前述した第１の実施形態に係る電子ビーム露光装置１００と同様の電子ビームＥＢのドリフトの検出及びキャリブレーションを行うものとすると、ウエハＷの冷却が行われるステッピング動作時には、開口部材１６ＢのＺ位置が、初期設定時とは変化するため、前述したキャリブレーションパターンＣＰからの反射電子の検出を行ってもその反射電子の検出結果を、電子ビームＥＢのドリフトの検出のために用いることができない。したがって、ウエハＷの冷却が行われるステッピング動作時には、電子ビームＥＢのドリフトの検出のための処理を行わず、ウエハＷの冷却が行われないステッピング動作時、すなわち開口部材１６ＢのＺ位置を初期設定時の位置に設定することが可能なステッピング動作時に電子ビームＥＢのドリフトの検出のための処理を行う必要がある。
なお、上記第３の実施形態では、電子ビームＥＢの照射によるウエハＷの温度上昇は、予めシミュレーション等で求めることができるので、このシミュレーション結果に基づいて、ウエハＷの冷却のため、前述したステッピング動作中に駆動装置８０を制御することも可能である。かかる場合には、必ずしも温度センサを設けなくても良い。ここでの説明からわかるように、本第３の実施形態では、温度センサを１つ、又は数個設けても良い。
また、本第３の実施形態において温度センサを設けない場合には、開口部材１６Ｂに代えて、前述した開口部材１６を用いるとともに、レーザ干渉計システム１２８に代えて、エンコーダシステム２８を採用しても良い。
なお、上記第２及び第３の実施形態では、掘り込み凹部１６ｂの内部低壁の上面に反射面１８ａ及びキャリブレーションパターンＣＰが設けられた開口部材１６Ａ、１６Ｂを用いるものとしたが、これに限らず、掘り込み凹部１６ｂの内部低壁の上面に反射面及びキャリブレーションパターンの一方又は両方を有さず、開口１６ｃのみが形成された開口部材を用いても良い。すなわち、電子ビーム光学系３２のほぼ光軸上に開口１６ｃが形成され、ウエハＷに対向する面に温度センサ７０を有する開口部材を用いても良い。
なお、上記各実施形態において、開口部材１６、１６Ａ、１６Ｂに代えて、凹部１６ａを含む中心部と、残りの部分とを別部材によって構成しても良い。この場合、例えば中心部を、上面の中央に前述の凹部１６ａ、反射面１８ａ及びキャリブレーションパターンＣＰの少なくとも一方が形成された掘り込み凹部１６ｂ、並びに開口１６ｃと同様の部分を有する円盤状の部材で構成することができる。
また、上記各実施形態において、開口部材１６、１６Ａ、１６Ｂが、電子ビームＥＢのドリフトをキャリブレーションするために用いられることから、この開口部材をキャリブレーション部材と言い換えることもできる。また、開口部材１６、１６Ａ、１６Ｂに反射面１８ａが形成されていることから、反射部材と言い換えることもできる。さらに、開口部材１６、１６Ａ、１６ＢにキャリブレーションパターンＣＰが形成されていることから、パターン部材と言い換えることもできる。
なお、上記各実施形態では、開口部材１６に形成されたキャリブレーションパターンＣＰに対して電子ビームＥＢを偏向して走査し、キャリブレーションパターンＣＰで発生する反射電子ＲＥを反射電子検出装置３８により検出することで、電子ビームＥＢの位置等のドリフトを検出する場合について説明したが、電子ビームＥＢの位置等のドリフトを検出する構成は、かかる構成に限定されるものではない。例えば、反射電子検出装置３８の代わりに、電子ビームＥＢを直接検出する荷電粒子検出器を用いても良い。この場合、前述した開口部材１６のうち、キャリブレーションパターンＣＰが形成された位置に、キャリブレーションパターンＣＰに代えて荷電粒子検出器を配置すれば良い。
ここで、荷電粒子検出器としては、例えば、電子を光に変換するシンチレータ部と、シンチレータ部の発した光を電気信号に変換する光電変換素子の組を複数配列した構成の第１の荷電粒子検出器を用いることができる。なお、シンチレータ部と光電変換素子との間に、シンチレータ部の発した光を光電変換素子に導くライトガイドを設けても良い。
第１の荷電粒子検出器では、シンチレータ部は、開口部材１６の開口１６ｃの周囲に設けられ、第１方向又は第２方向を周期方向として配列された複数のシンチレータを備えており、複数のシンチレータの各々は光電変換素子に接続されている。光電変換素子として、例えばフォトダイオードあるいは光電子増倍管等を用いても良い。
さらに、電子ビームＥＢを直接検出する別の検出器（第２の荷電粒子検出器）としては、シリコン（Ｓｉ）薄膜とフォトダイオードとを層状に重ねた二層構造を有する検出器を用いることができる。Ｓｉ薄膜には、第１方向又は第２方向を周期方向とする複数のスリットを形成し、Ｓｉ薄膜の各スリットに対向してフォトダイオードを設け、各々のスリットを通過した電子ビームＥＢを検出することができる。
また、ウエハＷ等のターゲットに電子ビームＥＢを照射することにより、開口部材１６に電荷が帯電する現象が起こる場合がある。すなわち、レジスト等に由来する有機物が開口部材１６に付着し、この有機物に電荷が蓄積する場合がある。このように開口部材１６に電荷が蓄積すると、蓄積した電荷によって生じる電場の影響で、ウエハＷに照射される電子ビームＥＢの位置が変動する。そこで、開口部材１６に対する電荷の蓄積を防ぐために、開口部材１６の表面に導電性のコートを施し、このコートとアース線を接続する構成を採用しても良い。導電性のコートは、開口部材１６のウエハＷに対向する面（下面）、あるいは電子ビーム光学系３２に対向する面（上面）に施される。コートとアース線は、電子ビームＥＢへの影響を避けるため、開口１６ｃから離れたところで接続することが好ましい。この構成により、開口部材１６に有機物が付着しても、電荷は有機物に蓄積されず、コートを通じてアース線に流れるので、電子ビームＥＢへの影響を減らすことができる。
なお、導電性のコートを開口部材１６の表面に設ける代わりに、開口部材１６を電子ビーム光学系３２の光軸と直交する方向において第１部分と第２部分とに分離可能に構成し、第１部分と第２部分との間に導電性物質を挟んだ状態で、第１部分と第２部分とを連結することにより、導電性物質層を開口部材１６に内蔵することが可能になる。そして、アース線に導電性物質層を接続することにより、開口部材１６表面の有機物に電荷が付いても、導電性物質層を通じてアース線に流れるので、開口部材１６に電荷は蓄積されない。
開口部材１６への電荷の蓄積を防止するため、開口部材１６に付着した有機物をクリーニングする構成を採用しても良い。開口部材１６に付着した有機物と反応するオゾン等の気体を開口部材１６に吹きかけて反応させることで開口部材１６をクリーニングすることができる。例えば、ステージ２２を開口部材１６の下方から移動（退避）させた後、開口部材１６の表面に気体を吹き付ける給気口と、吹き付けられた気体を回収する回収口とを有するクリーニング装置を開口部材１６の下方に配置すれば良い。
なお、電子ビーム光学系３２の外部磁場が開口部材１６を介して電子ビームＥＢに影響することを抑制（防止）するため、開口部材１６に外部磁場の影響を抑制する構成を採用することが望ましい。例えば、開口部材１６の外周をパーマロイなどの高透磁率材料で囲み、磁気シールドとする構成を採用しても良い。この構成においては、シールドの材料は開口部材１６の材料より透磁率が高いため、外部からの磁気の殆どがシールド内を通過し開口部材１６を迂回する。そこで開口部材１６は外部磁場から遮蔽された状態となり、電子ビームＥＢに外部磁場が影響することを防ぐことができる。
なお、上記各実施形態では、シングルカラムタイプの電子ビーム光学系３２を用いる場合について例示したが、これに限らず、前述したマルチビーム光学系から成る光学系カラムを複数有するマルチカラムタイプの電子ビーム光学系を用いても良い。また、開口部材１６、１６Ａ、１６Ｂそれぞれの上面に前述した凹部１６ａ、掘り込み凹部１６ｂ及び開口１６ｃを、複数の光学系カラムに対応した配置で形成すれば良い。また、電子ビーム照射装置として、電子線を成形アパーチャと呼ばれる矩形の穴を何段か通すことにより電子線形状を矩形に変える可変成形ビーム（矩形ビーム）を用いる方式の電子ビーム照射装置を用いても良い。
なお、上記各実施形態では、真空チャンバ１０の内部に、露光システム２０の全体が収容された場合について説明したが、これに限らず、露光システム２０のうち、電子ビーム照射装置３０の鏡筒３４の下端部を除く部分を、真空チャンバ１０の外部に露出させても良い。
なお、上記各実施形態では、電子ビーム照射装置３０がメトロロジーフレーム４０と一体で、３つの吊り下げ支持機構５０ａ、５０ｂ、５０ｃを介して真空チャンバの天板（天井壁）から吊り下げ支持されるものとしたが、これに限らず、電子ビーム照射装置３０は、床置きタイプのボディによって支持されても良い。また、ステージ２２に対して、電子ビーム照射装置３０が移動可能な構成を採用しても良い。
なお、上記各実施形態では、ターゲットが半導体素子製造用のウエハである場合について説明したが、各実施形態に係る電子ビーム露光装置は、ガラス基板上に微細なパターンを形成してマスクを製造する際にも好適に適用できる。また、上記各実施形態では、荷電粒子線として電子ビームを使用する電子ビーム露光装置について説明したが、露光用の荷電粒子線としてイオンビーム等を用いる露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
半導体素子などの電子デバイス（マイクロデバイス）は、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態又は変形例の電子ビーム露光装置及びその露光方法によりウエハに対する露光（設計されたパターンデータに従ったパターンの描画）を行うリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のマイクロデバイスを生産性良く製造することができる。
なお、上記実施形態で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
以上説明したように、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、半導体素子等の電子デバイスの製造におけるリソグラフィ工程での使用に適している。
１６…開口部材、１６ｃ…開口、１８ａ…反射面、２２…ステージ、２６…ヘッド、３２…電子ビーム光学系、３８…反射電子検出装置、４０…メトロロジーフレーム、６０…制御装置、７０…温度センサ、８０…駆動装置、９０…計測装置、１００…電子ビーム露光装置、ＡＸ…光軸、ＥＢ…電子ビーム、ＣＰ…キャリブレーションパターン、ＲＧ…グレーティング、Ｗ…ウエハ。

Claims (29)

  1. 荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム光学系と、
    前記荷電粒子ビーム光学系の最終素子とターゲットが配置される領域との間に配置され、前記荷電粒子ビームが通過する開口が形成された開口部材と、
    前記開口部材の前記領域に対向する面と反対側の面に設けられ、前記ターゲットに照射されない、前記荷電粒子ビーム光学系の最終素子からの荷電粒子ビームを反射する反射部材と、
    前記反射部材で反射した前記荷電粒子ビームを検出する荷電粒子検出装置と、
    を備え、
    前記荷電粒子ビーム光学系からの荷電粒子ビームで、前記領域に配置されたターゲットを照射する荷電粒子ビーム照射装置。
  2. 前記反射部材は、前記荷電粒子ビームを反射する反射パターンを有する請求項１に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  3. 前記反射部材は、前記荷電粒子ビーム光学系の光軸に対し、該光軸と交差する方向に離れた位置に配置される請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  4. 前記荷電粒子ビーム光学系を制御し、前記反射部材に向けて前記荷電粒子ビームを偏向する第１制御装置を有する請求項３に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  5. 前記荷電粒子検出装置は、前記荷電粒子ビーム光学系と、前記反射部材との間に配置される請求項４に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  6. 前記開口部材は、前記荷電粒子ビーム光学系との位置関係が一定に維持されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  7. 前記開口部材は、前記荷電粒子ビーム光学系が支持されるフレームに支持され、
    前記フレームと前記開口部材との相対位置を計測する計測装置をさらに備える請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  8. 前記開口部材と前記荷電粒子ビーム光学系との位置関係を調整する調整装置をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  9. 前記調整装置は、前記荷電粒子ビームの照射位置を調整する請求項８に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  10. 前記開口部材の前記反対側の面の周囲の少なくとも一部に、前記反射部材が設けられている請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  11. 前記反射部材は、前記開口を区画するエッジ部を含み、
    前記反射部材を前記荷電粒子ビームで走査し前記反射部材で発生する反射荷電粒子を、前記荷電粒子検出装置を用いて検出した結果に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置の変動を検出する検出装置をさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  12. 前記反射パターンを前記荷電粒子ビームで走査し前記反射パターンで発生する反射荷電粒子を、前記荷電粒子検出装置を用いて検出した結果に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置又はフォーカスの少なくとも一方の変動を検出する請求項２に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  13. 前記開口部材の前記領域に対向する面に配置され、前記ターゲットの面内の異なる位置の温度を計測可能な複数の第１温度センサをさらに備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  14. 前記複数の第１温度センサによって計測された温度情報に基づいて、前記荷電粒子ビームの前記ターゲットに対する照射位置を制御する第２制御装置をさらに備える請求項１３に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  15. 前記開口部材は、前記ターゲットを輻射により冷却可能な冷却部材を兼ね、
    前記開口部材を前記荷電粒子ビーム光学系の光軸に平行な方向に駆動可能な駆動装置と、前記駆動装置を制御する第３制御装置と、をさらに備える請求項１〜１４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  16. 前記ターゲットの温度を計測可能な第２温度センサをさらに備え、
    前記第３制御装置は、前記第２温度センサの検出結果に基づいて、前記駆動装置を制御する請求項１５に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  17. 前記荷電粒子検出装置の検出結果に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置又はフォーカスの少なくとも一方の変動を検出する検出装置を備える請求項１〜１６のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  18. 前記荷電粒子ビーム光学系は、前記検出装置が検出した前記照射位置又はフォーカスの少なくとも一方の変動を補正した後、前記ターゲットに前記荷電粒子ビームを照射する請求項１７に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  19. 前記荷電粒子ビーム光学系は、レンズを含み、
    前記反射部材は、前記レンズのうち、前記荷電粒子ビームに前記ターゲットが照射されるときに前記領域に最も近いレンズよりも、前記荷電粒子ビームに前記ターゲットが照射されるときに前記領域に近い位置に配置される請求項１〜１８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  20. 前記開口部材の少なくとも一部は誘電体で構成される請求項１〜１９のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  21. 前記荷電粒子検出装置の検出結果に基づき、前記荷電粒子ビームのドリフトを検出する検出装置を更に備える請求項１〜２０のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  22. 前記検出装置によって検出した前記ドリフトを補正した後、前記荷電粒子ビーム光学系に前記荷電粒子ビームを前記ターゲットに照射させるように制御する制御部を更に備える請求項２１に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  23. 前記荷電粒子ビームの位置、及び前記荷電粒子ビームのフォーカスの少なくとも一つである前記ドリフトを前記検出装置に要求する制御部を更に備える請求項２１又は２２に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  24. 前記反射パターンは、第１方向を周期方向とするライン・アンド・スペースパターンと、前記第１方向と直交する第２方向を周期方向とするライン・アンド・スペースパターンと、を備える請求項２又は１２に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  25. 前記ターゲットを保持し前記荷電粒子ビームに対して相対移動可能なステージを更に備える請求項１〜２４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  26. 前記反射部材は、前記ターゲット、及び前記ステージから分離されている請求項２５に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  27. 前記ターゲット、及び前記荷電粒子ビームは、前記荷電粒子ビームが前記ターゲットに照射されるように相対的に移動可能である、請求項２５又は２６に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  28. 前記荷電粒子ビーム光学系は、前記荷電粒子ビームを形成するための複数のレンズを備え、
    前記反射部材は、前記複数のレンズのうち、前記荷電粒子ビーム光学系の最も射出端側に位置するレンズと、前記領域と、の間に配置される請求項１〜２７のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
  29. 前記反射部材は、前記ターゲット上ではない位置に配置され、かつ前記荷電粒子ビームに前記ターゲットが照射されるときに前記領域に前記ターゲットがあるとき、前記荷電粒子ビームを反射する請求項１〜２８のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム照射装置。
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