JP3201922B2 - 電子ビーム描画装置ならびにステージ位置測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子ビームを用いて
対象物に図形情報を描画する電子ビーム描画装置に係
り、特に、対象物が載置される対物ステージの位置を測
定するステージ位置測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置は、描画対象物を任
意の方向に移動可能に支持するＸ−Ｙステージ、Ｘ−Ｙ
ステージに載置された描画対象物に電子ビームを照射す
る電子光学系、Ｘ−Ｙステージと電子光学系のそれぞれ
の位置を測定するレーザなどを用いた光干渉式測長装置
(以下、レーザ測長装置という) およびＸ−Ｙステージ
と電子光学系の周辺を真空に維持する真空チャンバなど
から構成されている。なお、上記レーザ測長装置は、通
常、干渉計を含めた測長系の全体すなわち光源としての
レーザビーム出力部およびＸ−Ｙステージならびに電子
光学系に取り付けられたミラーからの反射レーザ光を検
出する光検出器を含むすべてが真空チャンバ内に配置さ
れている。

【０００３】Ｘ−Ｙステージの現在位置は、レーザ測長
装置の測長光路系を介して精度よく計測される。また、
電子光学系の位置すなわちＸ−Ｙステージの上面に沿う
方向(Ｘ−Ｙ方向) の電子光学系の位置は、同一のレー
ザ測長装置から分離されたリファレンス光路系を介して
計測される。なお、Ｘ−Ｙステージの位置は、実際に
は、レーザ測長装置を介して計測される電子光学系の位
置を基準として、電子光学系の位置に対する相対位置と
して求められる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザ測長
装置の干渉計を含む測長系の光路調整は、通常、大気中
すなわち真空チャンバ内が排気されていない状態で調整
される。このことから、真空チャンバ内を真空にしたの
ち測長系に不具合が生じた場合には、真空チャンバ内
を、一旦、大気圧に戻さなければならない問題がある。

【０００５】このような不都合を除去するためには、レ
ーザ測長装置のレーザビーム出力部および光検出器を大
気中に設ければよい。しかしながら、レーザ測長装置に
おいて測定基準となる光の波長は、温度、気圧、湿度の
ような大気の状態変化によって変化する。そこで、たと
えば、大気中に位置する測定光路長とリファレンス光路
長とが等しい場合には、問題にならないが、これらの間
に固有の差を含む測長系では、大気の状態変化により測
定誤差が生じる問題がある。

【０００６】この発明の目的は、測定光路とリファレン
ス光路の一部が大気中にある装置において、大気の状態
変化による測定誤差を除去し、精度よく電子ビームによ
り描画可能な電子ビーム描画装置ならびにテーブル位置
測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、真空中および大気中に測長光
路と、この測長光路による位置測定の相対的基準となる
リファレンス光路とを持つ光干渉式測長装置を用いてス
テージの現在位置を測定するステージ位置測定装置であ
って、前記測長光路あるいは前記リファレンス光路の一
方に、前記測長光路のうちで大気中に位置する光路長と
前記リファレンス光路のうちで大気中に位置する光路長
との間の差に対応する長さを有する大気の状態変化に対
し光の波長に影響を与えることなく光を透過する光学媒
体を含み、前記測長光路の大気中の光路と前記リファレ
ンス光路の大気中の光路のそれぞれが大気の状態変化に
より変動される長さを実質的に等しくすることを特徴と
するステージ位置測定装置を提供するものである。

【０００８】またこの発明によれば、第１の光路長を有
する測長系と第１の光路長より長い第２の光路長を有す
るリファレンス系からなる２つの光路を有し、前記リフ
ァレンス系の光路は、前記測長系の光路と前記リファレ
ンス系の光路が大気中に位置される領域の前記光路長の
差に対応する長さに対応された長さを有する前記光学媒
体を含む光干渉式測長装置を含むステージ位置測定装置
が提供される。さらにこの発明によれば、第１の方向と
第１の方向と直交する第２の方向の双方に任意に移動可
能に形成されたＸ−Ｙテーブルと、このＸ−Ｙテーブル
に載置された試料に対し所定の電子ビームを照射する電
子光学系と、前記Ｘ−Ｙテーブルの所定の位置に配置さ
れたステージミラーと、前記電子光学系の所定の位置に
配置されたリファレンスミラーと、前記ステージミラー
との間の大気中に所定の光路長を確保された測長系と前
記リファレンスミラーとの間の大気中に前記測長系と異
なる光路長を確保されたリファレンス系からなる２つの
光路を有し、前記２つの光路のうちの大気中の光路長が
長い方の光路は、前記光路長の差に対応する長さに対応
された長さを有する前記光学媒体を含む光干渉式測長装
置とを有する電子ビーム描画装置が提供される。

【０００９】

【作用】この発明の請求項１記載のテーブル位置測定装
置は、測長光路あるいはリファレンス光路の一方に、測
長光路のうちで大気中に位置する光路長とリファレンス
光路のうちで大気中に位置する光路長との間の差に対応
する長さを有する上記のような光学媒体を含むことか
ら、測長光路の大気中の光路とリファレンス光路の大気
中の光路のそれぞれが大気の状態変化により変動される
光の波長の影響を除去できる。

【００１０】また、この発明の請求項２記載のテーブル
位置測定装置は、第１の光路長を有する測長系と第１の
光路長より長い第２の光路長を有するリファレンス系か
らなる２つの光路を有し、リファレンス系の光路は、測
長系の光路とリファレンス系の光路が大気中に位置され
る領域の前記光路長の差に対応する長さに対応された長
さを有する光学媒体を含むことから、測長系の大気中で
の光路長とリファレンス系の大気中での光路長との間に
差があっても、光の波長が大気の状態変化により変動さ
れることに起因する測定誤差を除去できる。

【００１１】さらに、この発明の請求項３記載の電子ビ
ーム描画装置では、ステージミラーとの間の大気中に所
定の光路長を確保された測長系と、リファレンスミラー
との間の大気中に測長系と異なる光路長を確保されたリ
ファレンス系からなる２つの光路を有し、前記２つの光
路のうち大気中の光路長が長い方の光路は、光路長の差
に対応する長さに対応された長さを有する光学媒体を含
むことから、大気中の光路長に差があっても、大気の状
態変化による光の波長の変動に起因するテーブル位置の
測定誤差を除去できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１を参照すれば、電子ビーム描画装置１は、
描画対象物すなわち試料２をその表面に沿うＸ−Ｙ方向
に移動可能に支持するＸ−Ｙステージ３、このＸ−Ｙス
テージ３の所定の位置に載置された試料２に向かって描
画情報たとえば図形情報に対じて電子ビームＥを照射す
る電子光学系４、及び、Ｘ−Ｙステージ３および電子光
学系４の位置を非接触で計測する位置測定装置すなわち
レーザ測長装置５から構成される。

【００１３】Ｘ−Ｙステージ３は、真空チャンバ６内に
収容され、電子光学系４は、真空チャンバ６の上壁に気
密に取り付けられている。真空チャンバ６内および電子
光学系４の内部は、試料２の電子ビームＥによる描画に
際して、所定の気圧の真空状態に維持される。

【００１４】Ｘ−Ｙステージ３は、主制御装置としての
ＣＰＵ１１に接続されたＸ−Ｙステージ制御装置１２に
より、電子光学系４から試料２に向けて照射される電子
ビームＥに対して相対的に移動される。なお、Ｘ−Ｙス
テージ３の所定の位置には、レーザ測長装置５からの測
長レーザビーム７Ａを反射するためのステージミラー３
ａ (Ｘ−Ｙ方向のうちの一方のみを示す) が配置されて
いる。

【００１５】電子光学系４は、ＣＰＵ１１に接続された
電子ビーム制御回路すなわち描画回路１３から供給され
る描画情報に基づいて、Ｘ−Ｙステージ３に支持されて
いる試料２に電子ビームＥを出射する。なお、電子光学
系４の所定の位置には、レーザ測長装置５からのリファ
レンスレーザビーム７Ｂを反射するためのリファレンス
ミラー４ａ (Ｘ−Ｙ方向のうちの一方のみを示す) が配
置されている。

【００１６】レーザ測長装置５は、所定の波長のレーザ
ビーム７を出射するレーザビーム出力部５ａ、レーザビ
ーム出力部５ａからのレーザビーム７をＸ−Ｙステージ
３のステージミラー３ａと電子光学系４のリファレンス
ミラー４ａとの双方に案内するビームスプリッタ５ｂ、
ビームスプリッタ５ｂを通過し測長レーザビーム７Ａが
ステージミラー３ａで反射された反射測長レーザビーム
およびビームスプリッタ５ｂで分離されたリファレンス
レーザビーム７Ｂがリファレンスミラー４ａで反射され
た反射リファレンスレーザビームとの干渉光を検知する
光検出器５ｃを含んでいる。なお、大気中におけるリフ
ァレンス光路長はレーザ窓１０Ｂからビームスプリッタ
５ｂまで、同じく、大気中における測長光路長はレーザ
窓１０Ａからビームスプリッタ５ｂまでであり、この場
合は、リファレンス光路長の方が長く規定された「この
装置固有の差」を含んでいる。また、ビームスプリッタ
５ｂは、詳述しない第１および第２のプリズムが接合さ
れた中実形状であって、第１および第２のプリズムの接
合面に一体に配置されたものが利用される。

【００１７】レーザ測長装置５のビームスプリッタ５ｂ
と電子光学系４のリファレンスミラー４ａとの間には、
ビームスプリッタ５ｂから電子光学系４のリファレンス
ミラー４ａに向かうリファレンスレーザビーム７Ｂの光
路を折り曲げる折り曲げミラー５ｄおよびレーザ測長装
置５から電子光学系４のリファレンスミラー４ａとの間
の大気の状態変化の影響を補正する光学媒体５ｅが配置
されている。なお、折り曲げミラー５ｄおよび光学媒体
５ｅは、ビームスプリッタ５ｂなどと同様に、真空チャ
ンバ６の外側すなわち大気中に配置されている。光学媒
体５ｅは、大気の状態変化に対し光すなわちレーザビー
ムの波長に影響を与えないものであり、光を透過する光
学ガラス、プラスチック、水、水晶などの透明体で、ほ
ぼ非圧縮性の物質または両端を透明体で閉じた真空パイ
プを適用できる。

【００１８】本装置において、レーザ測長装置５のレー
ザビーム出力部５ａからのレーザビーム７は、ビームス
プリッタ５ｂに入射され、Ｘ−Ｙステージ３のステージ
ミラー３ａに向かう測長レーザビーム７Ａと電子光学系
４のリファレンスミラー４ａに向かうリファレンスレー
ザビーム７Ｂとに分割される。

【００１９】ビームスプリッタ５ｂを通過した測長レー
ザビーム７Ａは、真空チャンバ６のレーザ窓１０Ａを通
ってＸ−Ｙステージ３のステージミラー３ａに到達し、
ステージミラー３ａすなわちＸ−Ｙステージ３の位置に
応じた位相で反射され、再び真空チャンバ６のレーザ窓
１０Ａを通ってビームスプリッタ５ｂに戻される。ビー
ムスプリッタ５ｂに戻されたステージミラー３ａからの
反射測長レーザビーム７Ａは、今度は、ビームスプリッ
タ５ｂで反射されて、光検出器５ｃに入射さする。

【００２０】一方、ビームスプリッタ５ｂで分岐された
リファレンスレーザビーム７Ｂは、折り曲げミラー５ｄ
を介して電子光学系４のリファレンスミラー４ａに向け
て折り曲げられ、光学媒体５ｅおよび真空チャンバ６の
レーザ窓１０Ｂを通って電子光学系４のリファレンスミ
ラー４ａに到達し、リファレンスミラー４ａすなわち電
子光学系４の位置に応じた位相で反射されて、再び、真
空チャンバ６のレーザ窓１０Ｂおよび光学媒体５ｅを通
り折り曲げミラー５ｄで折り曲げられて、ビームスプリ
ッタ５ｂに戻される。ビームスプリッタ５ｂに戻された
リファレンスミラー４ａからの反射リファレンスレーザ
ビームは、今度は、ビームスプリッタ５ｂを通過し、光
検出器５ｃに入射する。

【００２１】なお、ビームスプリッタ５ｂで出会った両
レーザビームは、干渉を起こし、干渉した光として光検
出器５ｃに入射し、光検出器５ｃは、電子光学系４とＸ
−Ｙステージ３との位置に対応する干渉光量としてのア
ナログ信号を出力する。この光検出器５ｃからの出力
は、処理回路１４を介してディジタル信号に変換され、
ＣＰＵ１１に供給される。

【００２２】ＣＰＵ１１に供給された処理回路１４から
の出力は、ＣＰＵ１１により、電子光学系４とＸ−Ｙス
テージ３との相対的な位置の差として取り扱われ、Ｘ−
Ｙステージ３の位置を制御するＸ−Ｙステージ制御装置
１２ならびに電子光学系４からの電子ビームＥの出射す
なわち試料２の描画を制御する描画回路１３のそれぞれ
に対する位置情報として利用される。

【００２３】次に、レーザ測長装置５の光学媒体５ｅに
ついて詳細に説明する。既に説明したように、レーザ測
長装置５の測長系の光路の一部は、少なくとも電子ビー
ムＥによる試料２の描画の際には、真空になされる真空
チャンバ６内に位置される。

【００２４】レーザ測長装置５の一部を真空チャンバ６
内から大気中に配置することで、真空チャンバ６内を描
画可能な真空状態に維持した状態でも光路調整が可能と
なるが、レーザ測長装置５が、測長系すなわち測長レー
ザビーム７Ａの光路の光路長とリファレンス系すなわち
リファレンスレーザビーム７Ｂの光路の光路長との間に
「この装置固有の差」を含むレーザ測長装置である場合
には、大気の状態変化により光の波長が変化するため、
この「固有の差」により、測定誤差を生じることにな
る。

【００２５】次に、レーザ測長装置５における測長レー
ザビーム７Ａの光路の光路長とリファレンスレーザビー
ム７Ｂの光路の光路長との間の「固有の差」に関し、大
気の状態変化に起因する測定誤差について説明する。

【００２６】一般に、レーザビームによる測長は、レー
ザビームの波長に依存するものであり、このレーザビー
ムの波長は、さらに、大気の条件によって、 温度 １ [ｐｐｍ／℃] 気圧 １ [ｐｐｍ／２．５ｍｍＨｇ] 湿度 １ [ｐｐｍ／８０％] (但し、相対湿度変
化である) の比率で影響を受けることが知られている。なお、今
日、描画装置１が配置される環境としてのクリーンルー
ム内の大気の条件のうち、湿度ならびに温度は、レーザ
ビームの波長に影響を与えない程度まで十分に管理され
ているので、光路差により測定誤差を生じる要因として
は、実質的に、気圧のみを考慮すればよい。また、描画
作業が短時間で終了する場合には、気圧の変動の影響を
受けにくいので、描画作業が長時間にわたる場合につい
てのみ気圧の影響を補償することに意味を生じる。

【００２７】ここで、大気中 (クリーンルーム) の気圧
の変動によって生じる測定値の変動を算出すると、たと
えば、プレンミラー干渉による測長において２２ [ｍ
ｍ] の光路差が規定されている場合に、気圧の変動量Δ
ｐが、４０ヘクトパスカル (以下、 [ｈＰａ] で示す)
すなわち約３１ [ｍｍＨｇ] であるならば、測長変化量
Δｌは、 Δｌ＝ｌ×αΔｐ ＝２２× (１×１０^-6) × (３１／２．５) ＝２７２．８×１０^-6 [ｍｍ] (すなわち約０．２７ [μｍ] ) にも及んでしまうことになる。

【００２８】光学媒体５ｅは、主としてこの大気圧の変
動の影響を補正するために、利用される。図２を参照す
れば、光学媒体５ｅは、前述したとおりであるが、好ま
しくは、屈折率および透過率が所定の範囲内にある光学
ガラス、たとえば、ＢＫ７あるいは水晶などにより構成
される。また、光学媒体５ｅの光路に対する全長Ｌは、
ビームスプリッタ５ｂを通過された測長レーザビーム７
Ａがビームスプリッタ５ｂ内を伝達される長さＬｘとビ
ームスプリッタ５ｂの端面と折り曲げミラー５ｄの反射
点との間の距離Ｌｙとを合計した長さによって規定され
る。

【００２９】図２から明らかなように、ビームスプリッ
タ５ｂから電子光学系４のリファレンスミラー４ａに向
かうリファレンス光路系の所定の位置に、少なくとも大
気圧の変化の影響を受けにくい光学媒体５ｅを配置する
ことで、気圧の差に基づく測定誤差の発生を除去でき
る。

【００３０】図３には、図２に示した光学媒体すなわち
光路補正部材の配置の変形例が示されている。図３を参
照すれば、レーザ測長装置５のビームスプリッタ５ｂと
電子光学系４のリファレンスミラー４ａとの間には、中
実形状の折り曲げミラー５０ｄと、このミラー５０ｄと
ビームスプリッタ５ｂとの間を埋める光学媒体５０ｅが
配置され、両光学系の大気中を直接通過する長さを等し
くしている。

【００３１】折り曲げミラー５０ｄおよび光学媒体５０
ｅは、屈折率ｎおよび透過率ｄが所定の範囲内にある光
学ガラス、たとえば、ＢＫ７あるいは水晶などにより構
成される。

【００３２】図３から明らかなように、ビームスプリッ
タ５ｂから電子光学系４のリファレンスミラー４ａに向
かうリファレンス光路系の折り曲げミラー５０ｄ自身お
よびこのミラー５０ｄと上記ビームスプリッタ５ｂとの
間を、大気圧の変化の影響を受けにくい光学媒体５０ｅ
により満たすことで、気圧の差に基づく測定誤差の発生
を除去できる。

【００３３】以上説明したように、大気中を通過するリ
ファレンスレーザビームまたは測長レーザビームの光路
中に、両レーザビームが大気中を通過する光路長の差か
ら規定される所定の長さおよび所定の屈折率ならびに透
過率を有する光学媒体を配置することにより、リファレ
ンス系の光路長と測長系の光路長とが「固有の差」を含
み、一部が大気中にあるレーザ測長装置であっても光路
長の「固有の差」に起因する測定誤差を除去することが
できる。

【００３４】

【発明の効果】この発明のテーブル位置測定装置によれ
ば、測長光路あるいはリファレンス光路の一方に、測長
光路のうちで大気中に位置する光路長とリファレンス光
路のうちで大気中に位置する光路長との間の差に対応す
る長さを有する光学媒体を含むことから、測長光路の大
気中の光路とリファレンス光路の大気中の光路のそれぞ
れが大気の状態変化により変動される光の波長の影響を
除去できる。

【００３５】また、テーブル位置測定装置は、第１の光
路長を有する測長系と第１の光路長より長い第２の光路
長を有するリファレンス系からなる２つの光路を有し、
リファレンス系の光路は、測長系の光路とリファレンス
系の光路が大気中に位置される領域の前記光路長の差に
対応する長さに対応された長さを有する光学媒体を含む
ことから、測長系の大気中での光路長とリファレンス系
の大気中での光路長との間に差があっても、光の波長が
大気の状態変化により変動されることに起因する測定誤
差を除去できる。

【００３６】さらに、この発明の電子ビーム描画装置に
よれば、Ｘ−Ｙステージは、ステージミラーとの間の大
気中に所定の光路長を確保された測長系と、リファレン
スミラーとの間の大気中に測長系と異なる光路長を確保
されたリファレンス系からなる２つの光路を有し、前記
２つの光路のうち大気中の光路が長い方の光路は、光路
長の差に対応する長さに対応された長さを有する光学媒
体を介して、正確に位置測定されることから、正確な位
置での電子ビームによる試料の描画が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例が適用される電子ビーム描画
装置を示す概略図。

【図２】図１に示した電子ビーム描画装置に組み込まれ
るレーザ測長装置の概略図。

【図３】図２に示したレーザ測長装置の変形例を示す概
略図。

【符号の説明】

１ …電子ビーム描画装置、 ２ …試料、３
…Ｘ−Ｙステージ、 ３ａ…ステージミ
ラー、４ …電子光学系、 ４ａ…リ
ファレンスミラー、５ …レーザ測長装置、
５ａ…レーザビーム出力部、５ｂ…ビームスプリッ
タ、 ５ｃ…光検出器、５ｄ…折り曲げミラ
ー、 ５ｅ…光学媒体、６ …真空チャン
バ、 ７ …レーザビーム、７Ａ…測長
レーザビーム、 ７Ｂ…リファレンスレーザ
ビーム、１０Ａ…レーザ窓、 １０Ｂ
…レーザ窓、１１ …主制御装置、 １
２ …Ｘ−Ｙステージ制御装置、１３ …電子ビーム制
御回路、 １４ …処理回路、５０ｄ…折り曲げ
ミラー、 ５０ｅ…光学媒体、Ｌ …光学媒
体の全長、 Ｅ …電子ビーム。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空中および大気中に測長光路と、この測
   長光路による位置測定の相対的基準となるリファレンス
   光路とを持つ光干渉式測長装置を用いてステージの現在
   位置を測定するステージ位置測定装置であって、 前記測長光路あるいは前記リファレンス光路の一方に、
   前記測長光路のうちで大気中に位置する光路長と前記リ
   ファレンス光路のうちで大気中に位置する光路長との間
   の差に対応する長さを有する大気の状態変化に対し光の
   波長に影響を与えることなく光を透過する光学媒体を含
   み、前記測長光路の大気中の光路と前記リファレンス光
   路の大気中の光路のそれぞれが大気の状態変化により変
   動される長さを実質的に等しくすることを特徴とするス
   テージ位置測定装置。
2. 【請求項２】第１の方向と第１の方向と直交する第２の
   方向の双方に任意に移動可能に形成されたＸ−Ｙテーブ
   ルと、 このＸ−Ｙテーブルに載置された試料に対し所定の電子
   ビームを照射する電子光学系と、 前記Ｘ−Ｙテーブルの所定の位置に配置されたステージ
   ミラーと、 前記電子光学系の所定の位置に配置されたリファレンス
   ミラーと、 前記ステージミラーとの間の大気中に所定の光路長を確
   保された測長系と前記リファレンスミラーとの間の大気
   中に前記測長系と異なる光路長を確保されたリファレン
   ス系からなる２つの光路を有し、前記２つの光路のうち
   の大気中の光路長が長い方の光路は、前記光路長の差に
   対応する長さに対応された長さを有する前記光学媒体を
   含む光干渉式測長装置と、 を有する電子ビーム描画装置。