JP2000277424A

JP2000277424A - エネルギービーム装置における光学系の調整方法

Info

Publication number: JP2000277424A
Application number: JP11083934A
Authority: JP
Inventors: Munehiro Ogasawara; 宗博小笠原; Jun Takamatsu; 潤高松; Hitoshi Sunaoshi; 仁砂押; Naoharu Shimomura; 尚治下村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: US6606149B1; JP3946899B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビーム描画装置の光学系を調整し、試料
上のビーム位置の調整を短時間に且つ正確に行う。【解決手段】電子ビームを試料面上のマーク上で走査し
て得られるマーク信号を用いて、電子ビーム描画装置の
光学系を調整する方法において、マークは２次元の周期
構造を有しており、光学系の光軸中心にマークをセット
した状態でマーク上にビーム走査して第１のマーク信号
３１を検出し、マークを光軸中心からずらした状態でマ
ーク上にビーム走査して第２のマーク信号３２を検出
し、第１及び第２のマーク信号３１，３２の位相差から
偏向位置のずれを求めること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エネルギービーム
装置における光学系の調整方法に係わり、例えばウェハ
上に微細パターンを形成するために用いられる電子ビー
ム描画装置において光学系を調整する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体製作プロセスに用いられる
電子ビーム描画では、従来の丸ビームを用いたものに加
えて、スループットを上げるために矩形，三角形或いは
任意パターンの断面を有するビームを発生して描画す
る、可変成形或いはキャラクタプロジェクション方式の
電子ビーム描画装置が用いられる。この種の装置におい
ては、パターン形成の微細化と高精度化に伴い、ビーム
寸法や位置の高精度化が要求されている。

【０００３】ビーム寸法や位置の高精度化を実現するた
めの条件の一つとして、ビームの光軸をレンズの軸と一
致させることが求められる。ビームの光軸を合わせるた
めには、例えば図１１に示すように、ビーム１１１を微
細マーク１１２上で走査し、得られる反射電子信号から
走査範囲とマークとの相対的な位置関係を求め、この位
置関係がレンズの励磁を変えても変化しないように軸合
わせコイルを用いて調整する。

【０００４】また、電子ビームの偏向位置についても極
めて高い精度が必要となる。偏向を正確に制御するため
にはレーザ干渉計を設けたステージ上のマーク位置をあ
る偏向条件で求め、次にマークを移動させて偏向条件を
求める。この作業を繰り返して、偏向条件と実際のマー
ク位置との対応を求めて偏向位置が所定の位置となるよ
うに偏向系を調整する。

【０００５】マークが、例えば重金属薄膜に微細な孔を
開けて作られたものの場合は、信号の極性が逆になる。
また、マークとして、微小なファラデーカップ構造のも
のを用いて流入電流を測定することもできる。図１２
（ａ）に示すような単独のマーク１２２をビーム１２１
で走査し、これにより得られる図１２（ｂ）に示すよう
な信号から位置を求める場合には、図１２（ｃ）に示す
ように例えばマーク信号を微分して二つのピーク位置の
中間をとる。

【０００６】ところで、現実にマーク上をビームで走査
して得られる信号は多くの場合、かなりの雑音を含んで
いる。これを除くためには、ビームでマーク上を何度も
走査してマーク信号を得、これを重ね合わせることが必
要となる。この場合、必要な精度を得るまでに長時間を
要し、また同一個所に何度もビームを照射することはマ
ーク付近を局所的に加熱することとなり、マーク及びマ
ーク基板の熱膨張を招き精度の劣化を招くこともある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の単
一マークを用いてビームの光軸，偏向位置，回転等を調
整する方法においては、十分な調整精度が得られない、
調整に長時間を要する等の問題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、エネルギービームの光
軸，偏向位置，回転等を最適に合わせるための光学系の
調整を短時間に且つ正確に行うことができるエネルギー
ビーム装置における光学系の調整方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。即
ち本発明は、試料面上のマーク上でエネルギービームを
１次元又は２次元的に走査して得られるマーク信号を用
いて、エネルギービーム装置の光学系を調整する方法に
おいて、前記マークは１次元又は２次元の周期構造を有
しており、マークとビーム走査領域との位置関係の変動
を、マーク信号の位相の変化から求めることを特徴とす
る。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) 光学系の軸中心にマークをセットした状態でマーク
上にビーム走査して第１のマーク信号を検出し、マーク
を光学系の軸中心からずらした状態でマーク上にビーム
走査して第２のマーク信号を検出し、第１及び第２のマ
ーク信号の位相差から偏向位置のずれを求めること。

【００１１】(2) 光学系の軸中心にマークをセットした
状態でマーク上にビーム走査して第１のマーク信号を検
出し、軸合わせすべきレンズの駆動条件を変更した状態
でマーク上にビーム走査して第２のマーク信号を検出
し、第１及び第２のマーク信号の位相差からビームの光
軸と前記レンズの軸とのずれを求めること。

【００１２】(3) エネルギービームの偏向可能領域より
も小さい小フィールドを隣り合う小フィールドの境界が
接するように設定しておき、隣り合う小フィールドに対
して、偏向可能領域が重なる領域で同一の周期構造マー
クを用いてマーク信号を検出し、両者が一致するように
光学系を調整すること。

【００１３】(4) マーク信号に対して周波数の異なる参
照信号とマーク信号との積をとって得られるモアレ信号
の位相のずれからマーク信号の位相のずれを検出するこ
と。

【００１４】(5) マーク信号のうちのオフセット分を除
いた成分を２値化し、マーク信号に対して周波数の等し
い２値化した参照信号とマーク信号との積をとって平均
することで得られる位相差信号からマーク信号の位相の
ずれを検出すること。

【００１５】(6) マークは２次元の周期構造を有してお
り、マーク信号分布のマークの周期に対応した周期成分
の位相の変化からの２次元分布から、ビーム偏向領域の
回転方向のずれを検出すること。

【００１６】(7) マークは２次元の周期構造を有してお
り、マーク信号分布のマークの周期に対応した周期成分
の位相の変化からの２次元分布から、ビーム偏向領域の
２次以上のずれを検出すること。

【００１７】(8) 参照信号にマーク信号に対して周波数
が大、及び小となる２種類のものを用いて、それぞれの
参照信号に対して得られるモアレ信号の位相の差からマ
ーク信号の位相のずれを検出すること。

【００１８】(9) マーク信号に対して周波数の等しい参
照信号とマーク信号との積をとって平均することで得ら
れる位相差信号からマーク信号の位相のずれを検出する
こと。

【００１９】(10)マーク信号のうちのオフセット分を除
いた成分を２値化し、マーク信号に対して周波数の等し
い２値化した参照信号とマーク信号との積をとって平均
することで得られる位相差信号からマーク信号の位相の
ずれを検出すること。

【００２０】(11)マーク信号と参照信号との積は、参照
信号の周波数でエネルギービーム強度に変調をかけるこ
とにより得ること。

【００２１】(12)エネルギービームは電子ビームである
こと。 (13)エネルギービームはイオンビームであること。 (14)エネルギービームは中性粒子ビームであること。 (15)エネルギービームは光子ビームであること。

【００２２】（作用）本発明によれば、マークとビーム
走査領域との位置関係の変動を、マーク信号の位相の変
化から求めることにより、例えば試料上のビーム位置の
調整を短時間に且つ正確に行うことができ、これにより
エネルギービーム装置の装置稼動率向上等に寄与するこ
とが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００２４】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態で用いるマークパターンを示す図である。図
１（ａ）の例では、マークを有する試料は、ガラス基板
上のクロム遮光膜の下地に導電膜を有するクロムマスク
である。クロム遮光膜の一つの領域を一定の周期Ｓで市
松格子にエッチングしてマークとしている。なお、図１
（ｂ）〜（ｅ）に示すようなマークパターンを用いるこ
とも可能である。

【００２５】いま、図１（ａ）に示すマークを用いてビ
ームの位置を求めることを考える。エネルギービームと
しては電子ビームを考えるが、これに限らず光，イオ
ン，中性粒子でもよい。試料を載置したステージを移動
させて、ビームが偏向位置の原点（０，０）でマークの
中心付近に来るようにする。この状態で、偏向器により
マーク上を縦・横にビーム走査させて得られる反射電子
信号を取り込む。得られた信号は図２（ａ）に示すよう
に縦・横とも周期的な信号となる。得られた信号の正弦
波成分の基本成分を取り出すと、図２（ｂ）のように表
される。

【００２６】次に、ステージを移動させて、マークの位
置を位置（ｘ１，ｙ１）まで移動さる。ここで、マーク
の移動距離はステージに設けられたレーザ干渉計により
精度良く測定しておく。この位置までビーム偏向させ
て、その位置を中心として、ビームを縦・横に原点
（０，０）の場合と同じ幅だけ走査させる。このとき得
られる信号の正弦波成分は、理想的には図３（ａ）に示
すように、原点（０，０）で得られる信号と位相が一致
する。しかし、偏向位置が所望の値と若干量ずれている
と、図３（ｂ）に示すように信号の位相がずれる。従っ
て、原点（０，０）で得られる第１のマーク信号３１と
位置（ｘ１，ｙ１）で得られる第２のマーク信号３２と
の位相のずれから、偏向位置のずれを測定することがで
きる。

【００２７】ここで、位相のずれの検出方法としては、
以下の（１−ａ）〜（１−ｄ）の方法を使用できる。マ
ーク信号には多くの場合にオフセット値が含まれるの
で、この値は予め求めておいてマーク信号から差し引い
たものをマーク信号として用いる。或いは、マーク信号
の時間的に一定な成分を、例えばコンデンサを通すこと
により除いておくことが望ましい。

【００２８】（１−ａ）得られた信号を（０，１）に２
値化し、矩形波を求める。原点（０，０）で求めた信号
より得られた２値分布と、（ｘ１，ｙ１）で得られた２
値分布との積を求め、その後で分布の平均値を求める。

【００２９】図４に示すように、位相が完全に一致して
いればその値は０．５であり、位相が１８０度ずれてい
れば０となる。中間の位相差では０と０．５との間の値
をとる。ここで、２値化するのは位相の検出感度を上げ
るためであり、信号値をそのまま用いることも可能であ
る。但し、その場合は位相の変化に応じて積は変化する
が、その値は信号のオフセット値や振幅によって変化す
る。

【００３０】（１−ｂ）得られた信号に有限区間フーリ
エ変換を施して、位相成分を検出し、得られた位相の変
化を求める。信号の基本成分をＩｓｉｎ（ｋｘ＋α）と
すると、それに参照信号ｓｉｎ（ｋｘ）をかけてｎ周期
（ｎは自然数）平均化すると、信号のオフセット分や高
調波成分は全て０となり、結局位相差信号０．５ｎＩｃ
ｏｓ（α）が得られる。

【００３１】位相差信号はαに対して図５のように変化
する。ビームの偏向位置をずらして位相差信号を最大に
なる条件で、ビームの偏向位置は所望のものとなってい
る。ここで、マーク信号に参照信号をかける代わりにエ
ネルギービーム強度自身に変調をかけて、得られた信号
を積分することにより、直接位相差信号を得ることも可
能である。

【００３２】（１−ｃ）図６（ａ）に示すように、得ら
れた信号の基本成分をＩｓｉｎ（ｋｘ＋α）とすると、
これと少しだけ周波数がずれた参照信号ｓｉｎ（ｋ'
ｘ）をかけると、得られる信号は 0.5Ｉcos{(k-k')x+α}−0.5Ｉcos{(k+k')x+α} となる。

【００３３】ここで、第１項に関しては、同位相を与え
るｘは位相差αの変化△αに対して、−△α／（ｋ−
ｋ'）だけずれる。いま、第１項を新しい信号（モアレ
信号）と考えると、図６（ｂ）に示すように、信号の位
相のずれは元の信号に対して、ｋ／（ｋ−ｋ'）倍に拡
大される。ｋ／（ｋ−ｋ'）はｋとｋ'の大小関係により
符号が変化するが、以下拡大率においては特に断らなけ
れば絶対値で議論するものとする。原点（０，０）と
（ｘ１，ｙ１）とでモアレ信号の位相の変化が最小とな
るようにビームの偏向位置を調整すれば、ビームの偏向
位置は所望のものとなる。

【００３４】第２項に対しては、対象とするｘにおい
て、（ｋ−ｋ'）Ｌ＝（２ｎ−１）π（ｎ：整数）とな
るＬについて、ｘ−Ｌ／２からｘ＋Ｌ／２までの平均値
をとることにすると、共通な係数０．５ｎＩを除く部分
についてここで、積分の上限と下限は各々ｘ−Ｌ／２とｘ＋Ｌ／
２とする。

【００３５】従って、ｋＬ＝２ｍπ（ｍ：自然数）とな
れば第２項は０となる。二つの条件より明らかなよう
に、ｋ'，ＬはｋＬ＝２ｍπ，（ｋ−ｋ'）Ｌ＝±π となるようにとるのが望ましい。例えば、ｍ＝５，ｋ−
ｋ'＝π／Ｌとすると、ｋ／（ｋ−ｋ'）＝１０となる。

【００３６】第２項はほぼｋＬに反比例して減少するか
ら、ｍは大きくとることが望ましい。また、マーク信号
のオフセット値については予め除いておくことも可能で
あるが、上記のモアレ信号を得る処理と上で説明した平
均化処理における望ましい条件においては除かれる。さ
らに、高周波のノイズ成分も平均化処理によって除去で
きる。

【００３７】ここで、装置内部に有する参照信号とマー
ク信号との積を作る代わりに、エネルギービームの強度
自身に反射率一様なマーク上をビーム走査したときに得
られるマーク信号の変化分がＩｓｉｎ（ｋ'ｘ）となる
ように変調をかけることにより、直接信号 0.5Ｉ［cos{(k-k')x+α}-cos{(k+k')x+α}］を得ることも可能である。この場合には、オフセット成
分は平均化処理の後も残るので、信号を得る時点で時間
的に一定な成分を除いておくことが望ましい。

【００３８】（１−ｄ）得られた信号の基本成分をＩｓ
ｉｎ（ｋｘ＋α）とすると、これと少しだけ周波数が大
きい参照信号と少しだけ周波数が小さい参照信号ｓｉｎ
（ｋ'ｘ），ｓｉｎ（ｋ"ｘ）をかけて、各々について、
モアレ信号を求める。モアレ信号の抽出は（１−ｃ）と
同様に行う。ここで、図７に示すように異なる点Ａ，Ｂ
での二つのモアレ信号の位相差の変化を求めると、位相
の変化が上記（１−ｃ）の場合よりも大きくなる。

【００３９】また、得られる二つの位相差の絶対値が一
致するようにすればｋ'，ｋ"は精度良く決められるから
ｋを精度良く求められる。原点（０，０）と（ｘ１，ｙ
１）とでモアレ信号の位相差が一致するようにビームの
偏向位置を調整すれば、ビームの偏向位置は所望のもの
となる。

【００４０】以上述べた方法のいずれか或いは複数を繰
り返して異なるマーク位置においてビームの偏向位置を
調べ、それが所望の値に対して許容できる範囲になるよ
うに調節する。これにより、ビーム偏向位置の高精度な
制御が可能となる。

【００４１】（第２の実施形態）本実施形態では、ビー
ムの光軸とレンズの軸を合わせる。まず、偏向位置の原
点（０，０）に第１の実施形態で説明したマークを移動
させる。この位置でビームを縦・横に走査して信号を得
る。次に、軸合わせを行いたいレンズの励磁或いは電場
を微小量変更してレンズの焦点距離を変えて同様に信号
を得る。

【００４２】次に、得られた二つの信号から、ステージ
位置に対するビームの位置のずれを検出する。検出方法
は、第１の実施形態に示した方法を用いる。レンズの焦
点距離を設定値付近で変化させる時に、ビーム位置が最
小となるように軸合わせコイル或いは電極を調整してレ
ンズとビームとの軸合わせを行う。

【００４３】また、レンズの焦点距離を一定として得ら
れるモアレ信号からビームの位置の揺らぎが別の手段で
測定されていれば、ステージ位置の揺らぎを求めること
も可能である。

【００４４】（第３の実施形態）本実施形態では、ビー
ム偏向の座標軸とマークの座標軸とを合わせる。まず、
ビーム偏向領域程度の広さの市松格子状のマークの中心
を原点として、ビームを偏向して、マークの２次元像を
得る。周波数はｋで与えられたとする。

【００４５】いま、ビーム偏向の座標軸の向きがマーク
の座標軸の向きからθだけ回転しているとする。参照信
号の周波数を２軸ともｋ'として、モアレ信号を２次元
で表示すると、図８に示すように、モアレ信号の回転は
θが小さい時にはｋ／（ｋ−ｋ'）θだけずれる。従っ
て、軸の回転の検出は容易となる。

【００４６】また、ｋ'＜ｋ，k"＞ｋとして、二つの参
照信号を用いて二つのモアレ信号を求めて、両者の角度
のずれを求めると、近似的に[(k'-k")/{(k-k')(k-k")}]
θとなる。このとき、k/(k-k')θと、k/(k"-k)θとが一
致するようにｋ，ｋ'を決めてやれば、k-k'=k"-k=△kと
して、((k'+k")/△k)θとなり、精度良く求められる。
ここで、θと共に、マーク信号の周波数は大きくなるか
ら、モアレ信号の周期も短くなる。θ＝０で、モアレ信
号の周期は最長となる。

【００４７】別の実施形態として、モアレ信号の周期を
計測して、これが最長となるように計測することも可能
である。また、ビームを２次元的に走査するピッチを周
期マークの周期の整数倍程度に大きくとり、それぞれの
走査線に沿った位置ずれを検出するようにすることもで
きる。

【００４８】（第４の実施形態）ビーム偏向領域程度の
広さの市松格子状のマークの中心を原点として、ビーム
を偏向して、マークの２次元像を得る。周期はｋで与え
られたとする。いま、ビームの実際の偏向位置（Ｘ，
Ｙ）と所望の位置（ｘ，ｙ）とが（△Ｘ，△Ｙ）だけず
れているとする。即ち、Ｘ＝ｘ＋△Ｘ，Ｙ＝ｙ＋△Ｙと
する。このとき、△Ｘ，△Ｙの分布の特徴的な長さがモ
アレ信号の波長に比べて十分大きい場合を考える。

【００４９】２次元のモアレ信号が極大となる線の交点
をモアレ信号格子点と呼ぶこととする。これは、極小と
なる線の交点、或いは信号が０となる点として定義して
もよい。２次元モアレ信号で格子点位置の分布を考え
る。理想的なモアレ信号の周波数を△ｋ、参照信号の周
波数をｋとする。あらゆる点で△Ｘ＝０，△Ｙ＝０であ
る場合の２次元モアレ信号格子点の一つ（ｘ１，ｙ１）
に対応する格子点が、２次元モアレ信号上で（ｘ１＋ｄ
Ｘ１，ｙ１＋ｄＹ１）に移動しているとする。

【００５０】測定点付近でのマーク信号のｘ方向，ｙ方
向の周波数をｋｘ，ｋｙ、参照信号の周波数をｘ，ｙ方
向ともｋ'とすると、 △Ｘ＝−ｄＸ１×（ｋｘ−ｋ'）／ｋｘ △Ｙ＝−ｄＹ１×（ｋｙ−ｋ'）／ｋｙで与えられる。参照信号の位相を変えることにより格子
点の位置を変えられるので、（△Ｘ，△Ｙ）分布は容易
に得られる。

【００５１】得られた△Ｘ，△Ｙ分布に基いて、実際の
偏向位置（Ｘ，Ｙ）と所望の位置（ｘ，ｙ）とのずれが
偏向領域全面で許容できる値にまで小さくなるように偏
向のパラメータを調整する。具体的には例えば、 △Ｘ＝a1×x+b1×y+c1×x×x+d1×x×y+e1×y×y △Ｙ＝a2×x+b2×y+c2×x×x+d2×x×y+e2×y×y で与えられるとして、所望の偏向位置（ｘ，ｙ）に対し
て、（−△Ｘ，−△Ｙ）だけ補正を行う。これにより、
ビームの偏向位置を高精度に制御することが可能とな
る。

【００５２】（第５の実施形態）本実施形態は、隣接す
るフィールドを接続するために、各々のフィールドで偏
向位置を合わせる方法である。

【００５３】試料上の隣接する小フィールドをＡｗ，Ｂ
ｗとする。ここで、対応する電子ビームの偏向領域をＡ
ｄ，Ｂｄとする。Ａｄ，Ｂｄは重なり領域ＡＢで重なっ
ているとする。いま、重なり領域ＡＢに図９に示すよう
に２次元マークを配置する。ここで、電子ビームの偏向
領域がＡｄの時に、領域ＡＢにおいてビームをｘ方向，
ｙ方向に走査して、その時に得られるマーク信号からモ
アレ信号Ｍ1x，Ｍ1yを得る。

【００５４】一方、電子ビームの偏向領域がＢｄの時
に、領域ＡＢにおいてビームを縦・横に走査して、その
時に得られるマーク信号からモアレ信号をＭ2x，Ｍ2yを
得る。Ｍ1xとＭ2xとの位相が一致し、Ｍ1yとＭ2yとの位
相が一致するようにビーム偏向を調整すれば、描画フィ
ールドＡｗ，Ｂｗの境界においてビームの偏向位置は一
致する。これにより、描画フィールドは滑らかに接続で
きる。

【００５５】また、マークは二方向に走査するのではな
く、２次元的に走査して得られる２次元モアレ信号が一
致するように調整することも勿論可能である。

【００５６】（第６の実施形態）本実施形態は、ビーム
の偏向幅を精度良く合わせる方法である。いま、可変成
形或いはキャラクタビームを考える。試料上に小型のマ
ークを配置して、まずビーム形状を測定する。次に、予
め精度良く形成した１次元又は２次元マーク上をビーム
走査する。

【００５７】ここで、マークの周期は正確に定められて
いるものとする。例えば、マークのピッチが１μｍで、
ビームの偏向幅が１０μｍであるとすると、ビームの１
回の走査で検出信号に９つのパルスが得られることにな
る。ビームの偏向幅が変わるとパルスの数が異なってく
る。つまり、ビームの偏向幅によって信号の周期が異な
ることになる。これを利用して、ビームの偏向幅を合わ
せ、ひいてはビーム照射位置を正確に定める。

【００５８】具体的には、例えば第１の実施形態の（１
−ｄ）で述べた方法により、信号の周期は正確に求ま
る。これと、予め測定されたマークの周期とを比較する
ことにより、ビーム偏向量の絶対値が求まる。そして、
この偏向量と測定されたビーム形状とから、連続するシ
ョット間の位置を決める。これにより、連続するビーム
の照射位置を正確に決めることができる。

【００５９】（第７の実施形態）描画装置においては、
描画速度を向上させるために試料を搭載したステージを
連続移動させながら描画することを行うことが望まし
い。この場合には、移動する試料ステージの位置をレー
ザ干渉計等により正確に測定して、試料上の同じ位置に
ビームをビーム照射位置を移動させることが必要とな
る。これを、トラッキングと呼ぶ。本発明の方式を用い
ることによりトラッキング調整も高精度に行うことが可
能となる。

【００６０】図１０に示すように、ステージ上に格子状
のマーク１０１を設け、この上でビーム１０２を２次元
状に或いは十字状に、或いは進行方向に沿って１次元的
に走査する。そして、マーク１０１からの反射電子１０
３を電子検出器１０４で検出する。このとき、ビームの
走査領域と、マークとの相対位置がずれればモアレ信号
の位相にずれが検出される。従って、ビームの偏向の調
整はモアレ信号の位相の移動が許される程度に小さくな
るように行う。

【００６１】また、逆に偏向制御信号と、レーザ干渉計
１０５によるステージ位置との関係とモアレ信号の位相
変化とから、逆にステージ測定精度の揺らき或いは偏向
量の揺らぎ等も検出可能である。

【００６２】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。先の実施形態では、ビーム偏向領
域とマークとの位置関係のずれの測定方法を主に説明し
た。しかし、第１の実施形態の（１−ｂ）の場合で、マ
ーク上のビーム偏向領域の大きさが所定の値からずれて
いると、測定されたマーク信号の周波数は所定の値ｋか
らずれる。従って、マークが必要な精度に制作されてい
る場合には、周波数が所定の値ｋとなるように偏向領域
の大きさを設定することが望ましい。

【００６３】同様に、第１の実施形態の（１−ｃ）の場
合でも、モアレ信号の周波数が所定の値からずれる。従
って、モアレ信号の周波数が所定の値になるように偏向
領域の大きさを決めれば、マーク上を走査するビームの
偏向領域の大きさを調整することができる。

【００６４】また実施形態では、市松格子状のマークを
用いた例について説明したが、本発明はこれに限定され
ず、例えば図１（ｂ）〜（ｅ）に示すように、１次元の
位置合わせについては１次元のラインアンドスペースマ
ークを用いることが可能である。また、市松格子ではな
くて、ｘ方向，ｙ方向のラインアンドスペースを直交さ
せたものでもよい。ｘ方向，ｙ方向のラインアンドスペ
ースマークを設けておいてビーム位置を測定することも
可能である。さらに、マークは例えば３角形や６角形を
並べたものでもよい。重要なことはマークが測定したい
方向について周期構造を持つということである。

【００６５】また本発明は、電子ビーム描画装置に限る
ものではなく、各種のエネルギービーム装置の光学系の
調整に適用することができる。つまり、エネルギービー
ムとしては、電子ビームに限るものではなく、イオンビ
ーム，中性粒子ビーム，光子ビームであってもよい。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施することができる。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、マ
ークとビーム走査領域との位置関係の変動を、マーク信
号の位相の変化から求めることによって、エネルギービ
ームの光軸，偏向位置，回転等を最適に合わせるための
光学系の調整を短時間に且つ正確に行うことができ、各
種エネルギービーム装置の稼動率向上等に寄与すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態で用いるマークパターンを示す
図。

【図２】周期的なマーク信号の例と基本波成分を示す
図。

【図３】マーク信号の基本波成分と位相がずれた信号の
基本波成分を示す図。

【図４】矩形波マーク信号と参照信号との積の位相差依
存性を示す図。

【図５】マーク信号の基本波成分と参照信号との積から
得られる位相差信号の位相差依存性を示す図。

【図６】マーク信号の基本波成分と参照信号との積から
得られる信号、及び異なる２点でのマーク信号の基本波
成分と対応するモアレ信号を示す図。

【図７】マーク信号の基本波成分より周波数が高い参照
信号及び低い参照信号を用いて得られるモアレ信号を示
す図。

【図８】マーク走査が回転するときの２次元モアレ信号
の変化を示す図。

【図９】隣接する小領域に対して重なる偏向可能領域で
のビーム繋ぎの調整方法を示す図。

【図１０】ステージ連続移動する場合のトラッキング調
整を示す図。

【図１１】従来のマークを用いたビーム測定の例を示す
図。

【図１２】従来のマークを用いたビーム測定の例を示す
図。

【符号の説明】

３１…第１のマーク信号３２…第２のマーク信号１０１…格子状マーク１０２…電子ビーム１０３…反射電子１０４…電子検出器１０５…レーザ干渉計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者砂押仁神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者下村尚治神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2H097 AA03 CA16 KA13 KA15 KA20 KA29 LA10 5C030 AA07 AA10 AB03 5F056 BA08 BC10 BD01 BD06 CA02 CB14 EA06 FA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料面上のマーク上でエネルギービームを
１次元又は２次元的に走査して得られるマーク信号を用
いて、エネルギービーム装置の光学系を調整する方法に
おいて、前記マークは１次元又は２次元の周期構造を有してお
り、マークとビーム走査領域との位置関係の変動を、マ
ーク信号の位相の変化から求めることを特徴とするエネ
ルギービーム装置における光学系の調整方法。
【請求項２】光学系の軸中心にマークをセットした状態
でマーク上にビーム走査して第１のマーク信号を検出
し、マークを光学系の軸中心からずらした状態でマーク
上にビーム走査して第２のマーク信号を検出し、第１及
び第２のマーク信号の位相差から偏向位置のずれを求め
ることを特徴とする請求項１記載のエネルギービーム装
置における光学系の調整方法。
【請求項３】光学系の軸中心にマークをセットした状態
でマーク上にビーム走査して第１のマーク信号を検出
し、軸合わせすべきレンズの駆動条件を変更した状態で
マーク上にビーム走査して第２のマーク信号を検出し、
第１及び第２のマーク信号の位相差からビームの光軸と
前記レンズの軸とのずれを求めることを特徴とする請求
項１記載のエネルギービーム装置における光学系の調整
方法。
【請求項４】エネルギービームの偏向可能領域よりも小
さい小フィールドを隣り合う小フィールドの境界が接す
るように設定しておき、隣り合う小フィールドに対し
て、偏向可能領域が重なる領域で同一の周期構造マーク
を用いてマーク信号を検出し、両者が一致するように光
学系を調整することを特徴とする請求項１記載のエネル
ギービーム装置における光学系の調整方法。
【請求項５】マーク信号に対して周波数の異なる参照信
号とマーク信号との積をとって得られるモアレ信号の位
相のずれからマーク信号の位相のずれを検出することを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー
ビーム装置の調整方法。
【請求項６】マーク信号のうちのオフセット分を除いた
成分を２値化し、マーク信号に対して周波数の等しい２
値化した参照信号とマーク信号との積をとって平均する
ことで得られる位相差信号からマーク信号の位相のずれ
を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載のエネルギービーム装置における光学系の調整方
法。