JP5162385B2 - 荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動自在なステージと、ステージ上に載置した試料に電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段とを備える荷電粒子ビーム描画装置にステージの位置を測定するために設けるレーザー測長計の光軸調整方法に関する。

荷電粒子ビーム描画装置において、試料にパターンを描画する場合、荷電粒子ビームを偏向して描画できる範囲が限られるため、荷電粒子ビームの偏向とステージのＸ方向及びＹ方向の移動とを組み合わせて試料全体に描画を施すようにしている。この場合、ステージの移動制御のために、ステージのＸ方向及びＹ方向の位置を測定することが必要になる。そこで、荷電粒子ビーム描画装置は、ステージに固定したＸ方向の法線を持つ第１ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＸ方向位置を測定する第１レーザー測長計と、ステージに固定したＹ方向の法線を持つ第２ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＹ方向位置を測定する第２レーザー測長計とを備えている。

ここで、第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光の光軸が荷電粒子ビームのビーム中心に交差していない場合、ステージ移動に伴うステージのヨーイングによって測定エラーが発生する。最近は描画精度に対する要求が厳しくなっており、各レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を、光軸が荷電粒子ビームのビーム中心に交差するように調整することが必要になる。

従来、そのための光軸調整方法として、特許文献１記載のものが知られている。この方法では、第１と第２の各ステージミラーに開口部を有する反射防止板を取り付けて、先ず、各反射防止板の開口部の位置とビーム中心位置とのずれ量を測定する。次に、ステージをＹ方向に移動させ、第１ステージミラーに取り付けた反射防止板の開口部を介して第１レーザー測長計のレーザー光が第１ステージミラーに入反射されたときの受光量の変化に基づいて、第１レーザー測長計のレーザー光の光軸と第１ステージミラーに取り付けた反射防止板の開口部とのＹ方向の相対位置関係を測定し、先に測定した開口部の位置とビーム中心位置とのずれ量を考慮して、第１レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を、光軸がビーム中心位置に交差するように調整する。更に、ステージをＸ方向に移動させ、第２ステージミラーに取り付けた反射防止板の開口部を介して第２レーザー測長計のレーザー光が第２ステージミラーに入反射されたときの受光量の変化に基づいて、第２レーザー測長計のレーザー光の光軸と第２ステージミラーに取り付けた反射防止板の開口部とのＸ方向の相対位置関係を測定し、先に測定した開口部の位置とビーム中心位置とのずれ量を考慮して、第２レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を、光軸がビーム中心位置に交差するように調整する。
特開２００１−３２２０５３号公報

上記従来例の光軸調整方法では、ステージをＸ、Ｙの各方向に移動させて、各レーザー測長計のレーザー光の光軸と各反射防止板の開口部との相対位置関係を測定する工程に加えて、各反射防止板の開口部の位置とビーム中心位置とのずれ量を測定する工程が必要になり、光軸調整に時間がかかる不具合がある。

本発明は、以上の点に鑑み、光軸調整を能率良く行うことができるようにした荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法を提供することをその目的としている。

本発明の第１の態様は、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動自在なステージと、ステージ上に載置した試料に荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段と、ステージに固定したＸ方向の法線を持つ第１ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＸ方向位置を測定する第１レーザー測長計と、ステージに固定したＹ方向の法線を持つ第２ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＹ方向位置を測定する第２レーザー測長計とを備える荷電粒子ビーム描画装置の第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を、光軸が荷電粒子ビームのビーム中心に交差するように調整する方法において、ステージにＸ方向及びＹ方向に位置決めして固定可能な調整用治具であって、ステージ上に張り出す治具部分に形成した、所定位置のポイントを示すマーカー部と、第１ステージミラーを覆う治具部分に形成した、マーカー部で示されるポイントを通るＸ方向の線上に第１レーザー測長計のレーザー光の光軸が位置したときにこのレーザー光が入射される第１光軸ターゲット部と、第２ステージミラーを覆う治具部分に形成した、マーカー部で示されるポイントを通るＹ方向の線上に第２レーザー測長計のレーザー光の光軸が位置したときにこのレーザー光が入射される第２光軸ターゲット部とを有するものを用い、ステージに調整用治具を固定して、マーカー部で示されるポイントの位置が荷電粒子ビームのビーム中心に合致する位置になるようにステージをＸ方向及びＹ方向に位置調整するステージ位置調整工程と、第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光が第１と第２の各光軸ターゲット部に入射されるように第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を調整する光軸調整工程とを順に実行することを特徴とする。

本発明の第２の態様は、前記ステージ位置調整工程では、顕微鏡を、前記ステージを収納するチャンバーの天井部に形成した前記ビーム照射手段の取付穴に、前記ビーム中心に合致する位置に顕微鏡の光軸が位置するように配置し、前記マーカー部で示される前記ポイントの位置が顕微鏡の光軸に合致する位置になるようにステージをＸ方向及びＹ方向に位置調整することを特徴とする。

本発明の第３の態様は、前記第１と第２の各光軸ターゲット部は、前記ステージ上に載置する試料と同一高さ位置に形成されていることを特徴とする。

本発明の第４の態様は、前記マーカー部は、前記ポイントからＸ方向とＹ方向にのびる２つのエッジ部で構成されることを特徴とする。

本発明の第５の態様は、前記ステージ上に張り出す前記治具部分に、ステージの上面に着座する着座部が形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の態様によれば、調整治具に、マーカー部と、マーカー部で示されるポイントを通るＸ、Ｙの各方向の線上に位置する第１と第２の各光軸ターゲット部とが形成されているため、マーカー部で示されるポイントの位置がビーム中心に合致する位置になるようにステージを位置調整すれば、ビーム中心に交差するＸ、Ｙの各方向の線上に第１と第２の各光軸ターゲット部が位置することになる。従って、第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光が第１と第２の各光軸ターゲット部に入射されるように光軸位置を調整するだけで、各レーザー測長計のレーザー光の光軸がビーム中心に交差する。その結果、各レーザー測長計の光軸調整を能率良く行うことができる。

本発明の第２の態様によれば、顕微鏡でマーカー部を視準することにより、マーカー部で示されるポイントの位置がビーム中心に合致する位置になるようにステージを正確に位置調整できる。

本発明の第３の態様によれば、各レーザー測長計のレーザー光の光軸を試料と同一高さに位置するように調整でき、ステージ移動に伴うピッチングやローリングによる測定エラーの発生を防止できる。

本発明の第４の態様によれば、Ｘ、Ｙの各方向にのびるエッジ部がポイントのＸ、Ｙの各方向の位置を示す幅を持たない指示線となって、ポイントが大きさを持たない点として特定され、ステージを正確に位置調整できるようになる。

本発明の第５の態様によれば、調整治具がステージの上面に着座して安定し、マーカー部のぐらつきが防止されて、ステージを正確に位置調整できるようになる。

図１、図２は電子ビーム描画装置を示している。この描画装置は、真空引きされるチャンバー１を備えており、チャンバー１内に、マスク等の試料Ｗを載置するステージ２と、ステージ２を互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動させる移動機構３とが配置されている。

移動機構３は、台座３１上に設けられた、図外の駆動機構によりＸ方向に駆動されるＸテーブル３２と、Ｘテーブル３２上に設けられた、図外の駆動機構によりＹ方向に駆動されるＹテーブル３３とで構成される。そして、Ｙテーブル３３上に、これに立設した複数本(例えば３本)の支持ピン３４を介してステージ２を支持している。

ステージ２の上面には複数本(例えば３本)の支持ピン２１が立設されており、これら支持ピン２１の上に試料Ｗが載置される。ステージ２の上面には、更に、描画を行う際の基準位置を決定する基準マーク２２が固定されている。また、ステージ２のＸ方向一方に位置する辺には、Ｘ方向の法線を持つ第１ステージミラー２３_１が固定され、ステージ２のＹ方向一方に位置する辺には、Ｙ方向の法線を持つ第２ステージミラー２３_２が固定されている。

チャンバー１の天井部１１には取付穴１２が形成されており、この取付穴１２上にビーム照射手段４が配置されている。ビーム照射手段４は、電子銃４１、各種レンズ４２、ブランキング用偏向器４３、ビーム寸法可変用偏向器４４、ビーム走査用の主偏向器４５、ビーム走査用の副偏向器４６及び２個のビーム成形用アパーチャ４７、４８を有する。ビーム寸法可変用偏向器４４とビーム成形用アパーチャ４７、４８は、ビーム形状を可変制御する役割を果たす。

電子ビームによる描画に際しては、ステージ２をＸ方向とＹ方向との一方、例えばＸ方向に連続移動させながら、主偏向器４５による電子ビームの偏向幅に応じて短冊状に区分されたフレーム領域の描画処理を行う。次に、ステージ２をＹ方向にステップ移動させてからＸ方向に連続移動させて、隣接するフレーム領域の描画処理を行う。これを繰り返すことにより、試料Ｗ全体に描画する。尚、各フレーム領域は行列状の多数のサブフィールド領域に分割される。そして、フレーム領域の描画処理に際しては、主偏向器４５により電子ビームを各サブフィールド領域に位置決めし、副偏向器４６により電子ビームを各サブフィールド領域内で走査して各サブフィールド領域の描画を行う。

電子ビーム描画装置は、ステージ２の移動制御のために、第１ステージミラー２３_１へのレーザー光の入反射でステージ２のＸ方向位置を測定する第１レーザー測長計５_１と、第２ステージミラー２３_２へのレーザー光の入反射でステージ２のＹ方向位置を測定する第２レーザー測長計５_２とを備えている。

第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２は、レーザーヘッド５１と、２つのビームベンダ５２，５３と、干渉計５４と、レシーバ５５とを備えている。レーザーヘッド５１から照射されたレーザー光は、２つのビームベンダ５２，５３を介して対応するステージミラー２３_１，２３_２に入射され、ステージミラー２３_１，２３_２で反射したレーザー光が干渉計５４を介してレシーバ５５で受光される。レシーバ５５は、光の周波数変化を電気信号に変換して出力し、この出力によってステージ２のＸ、Ｙ各方向の位置が測定される。尚、本実施形態では、測長の分解能を向上させるため、レーザー光が干渉計５４と各ステージミラー２３_１，２３_２との間で互いに離隔した２つの光路５６，５７上を往復するようになっている。この場合、２つの光路５６，５７の中間にレーザー光の光軸５ａが位置することになる。

ビームベンダ５２，５３の位置は微調整できるようになっている。そして、ビームベンダ５２，５３の位置調整によりレーザー光の光軸５ａの位置を調整できるようにしている。

ここで、ステージ２の移動に伴うヨーイングで測定エラーを生じないようにするには、第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２のレーザー光の光軸５ａの位置を、図２に示す如く、光軸５ａが電子ビームのビーム中心Ｏに交差するように調整することが必要になる。尚、ここで言うビーム中心Ｏは、主偏向器４５及び副偏向器４６で電子ビームを偏向させない状態での電子ビームの中心を意味する。そして、ビーム照射手段４の取付穴１２の中心がビーム中心に合致する位置になる。

図３は、光軸調整に際して使用する調整治具６を示している。この調整治具６は、金属、セラミックス、ガラス等で形成されるもので、ステージ２上に張り出す平面視Ｌ字状の治具部分６１と、治具部分６１のＸ、Ｙ各方向の端部から垂下して、第１と第２の各ステージミラー２３_１，２３_２の一部を覆う治具部分６２_１，６２_２とを有している。そして、治具部分６２_１，６２_２の下部の肉厚部に固定孔６３を形成し、固定孔６３に挿入するボルト(図示せず)により、肉厚部を各ステージミラー２３_１，２３_２の下部に当接させた状態で、調整治具６をステージ２にＸ方向及びＹ方向に位置決めして固定できるようにしている。尚、治具部分６２_１，６２_２の下部以外の部分は、ステージミラー２３_１，２３_２の傷付きを防止するため、ステージミラー２３_１，２３_２から浮いている。

ステージ２上に張り出す治具部分６１には、所定位置のポイント６４ａを示すマーカー部６４が形成されている。ここで、マーカー部６４は、ポイント６４ａで交わる十字状の刻線で構成することも可能であるが、刻線は幅を持つためポイント６４ａを一点(大きさを持たない点)に特定できなくなる。そこで、本実施形態では、治具部分６１の上面から１段低くした部分に、ポイント６４ａからＸ方向とＹ方向にのびる、水平面とこれに垂直な面との交線から成る２つのエッジ部６４ｂ、６４ｃを形成し、このエッジ部６４ｂ、６４ｃでマーカー部６４を構成している。エッジ部６４ｂ、６４ｃは、ポイント６４ａのＸ、Ｙ各方向の位置を示す幅を持たない指示線となり、ポイント６４ａが大きさを持たない点として特定される。尚、ポイント６４ａとなる部分は加工の都合上切り欠かれている。

また、ステージ２上に張り出す治具部分６１には、マーカー部６４の下側でステージ２の上面に着座する着座部６５が形成されている。これにより調整治具６がステージ２上に安定して支持され、マーカー部６４のぐらつきが防止される。

第１ステージミラー２３_１を覆う治具部分６２_１には、マーカー部６４で示されるポイント６４ａを通るＸ方向の線上に第１レーザー測長計５_１のレーザー光の光軸５ａが位置したときにこのレーザー光が入射される第１光軸ターゲット部６６_１が形成され、第２ステージミラー２３_２を覆う治具部分６２_２には、マーカー部６４で示されるポイント６４ａを通るＹ方向の線上に第２レーザー測長計５_２のレーザー光の光軸５ａが位置したときにこのレーザー光が入射される第２光軸ターゲット部６６_２が形成されている。また、第１と第２の各光軸ターゲット部６６_１，６６_２は、ステージ２上に載置する試料Ｗと同一高さ位置に形成されている。

尚、本実施形態では、第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２のレーザー光が干渉計５４と各ステージミラー２３_１，２３_２との間で互いに離隔した２つの光路５６，５７上を２往復するため、第１と第２の各光軸ターゲット部６６_１，６６_２を、光路５６上のレーザー光と光路５７上のレーザー光とが入射される２つの透孔で構成し、レーザー光が透孔を介してステージミラー２３_１，２３_２に入反射されるようにしている。

以下、図４、図５を参照して、第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２の光軸調整方法について説明する。光軸調整に際しては、ビーム照射手段４を取り外して、ステージ２に調整治具６を上記の如くＸ方向及びＹ方向に位置決めして固定する。また、ビーム照射手段４の取付穴１２に顕微鏡７を固定坂８を用いて配置する。この際、電子ビームのビーム中心に合致する位置、即ち、取付穴１２の中心に合致する位置に顕微鏡７の光軸７ａを位置させる。

次に、顕微鏡７で調整治具６のマーカー部６４を視準し、マーカー部６４で示されるポイント６４ａが顕微鏡７の光軸に合致する位置になるようにステージ２をＸ方向及びＹ方向に位置調整する(ステージ位置調整工程)。ここで、マーカー部６４は、上記の如くポイント６４ａからＸ方向とＹ方向にのびるエッジ部６４ｂ、６４ｃで構成されるため、ポイント６４ａを大きさを持たない点として特定でき、更に、マーカー部６４のぐらつきが着座部６５で防止されるため、ステージ２の位置調整を正確に行うことができる。

次に、第１レーザー測長計５_１のレーザー光の調整治具６に対する入射ポイントを目視確認しつつ、レーザー光が第１光軸ターゲット部６６_１に入射されるように第１レーザー測長計５_１の光軸５ａの位置を調整する (第１レーザー測長計５_１の光軸調整工程)。同様に、第２レーザー測長計５_２のレーザー光が第２光軸ターゲット部６６_２に入射されるように第２レーザー測長計５_２の光軸５ａの位置を調整する(第２レーザー測長計５_２の光軸調整工程)。

尚、透孔から成る各光軸ターゲット部６６_１，６６_２にレーザー光が入射されると、レーザー光が各ステージミラー２３_１，２３_２に到達する。レーザー光が各ステージミラー２３_１，２３_２に到達しなければ、各レーザー測長計５_１，５_２の出力はゼロになる。また、レーザー光が各光軸ターゲット部６６_１，６６_２で一部遮られれば、各レーザー測長計５_１，５_２の出力はその分、減少する。従って、各レーザー測長計５_１，５_２の出力変化に基づいて、レーザー光が各光軸ターゲット部６６_１，６６_２に入射されたか否かを自動的に判別することも可能である。

ここで、第１と第２の各光軸ターゲット部６６_１，６６_２は、マーカー部６４で示されるポイント６４ａを通るＸ、Ｙの各方向の線上に第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２の光軸５ａが位置したときに各レーザー測長計５_１，５_２のレーザー光が入射されるように形成されている。そして、ステージ位置調整工程において、マーカー部６４で示されるポイント６４ａが電子ビームのビーム中心に合致するように位置決めされるため、上述した光軸調整工程において、第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２の光軸５ａの位置を、光軸５ａがビーム中心に交差するように調整することができる。これにより、ステージ２の移動に伴うヨーイングで測定エラーを生ずることを防止できる。

更に、第１と第２の各光軸ターゲット部６６_１，６６_２は、ステージ２上に載置する試料Ｗと同一高さ位置に形成されている。そのため、上述した光軸調整工程において、第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２の光軸５ａを試料Ｗと同一高さ位置に調整することができる。これにより、ステージ２の移動に伴うローリングやピッチングで測定エラーを生ずることも防止できる。

光軸調整工程後は、ステージ２上の基準マーク２２の中心が顕微鏡７の光軸に合致するようにステージ２を移動させ、このときに第１と第２の各レーザー測長計５_１，５_２で測定されるステージ２のＸ、Ｙ各方向の位置を記憶する。この位置は、ビーム照射手段４を設置して、電子ビームにより基準マーク２２の中心を確認する際のリファレンスとなる。

ところで、上述した光軸調整方法では、顕微鏡７の分解能(例えば、０．０５ｍｍ)と調整治具６の製造公差の影響で各レーザー測長計５_１，５_２の光軸５ａがビーム中心からずれる可能性があるが、このずれ量は０．１ｍｍ以内に抑え込むことができる。ずれ量が０．１ｍｍ以内であれば、描画結果を見て描画のパターンずれがある箇所に補正をかけることで対処でき、実用上問題はない。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣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。例えば、上記実施形態では、各光軸ターゲット部６６_１，６６_２を透孔で構成したが、十字状等のマークで各光軸ターゲット部６６_１，６６_２を構成してもよい。また、上記実施形態は、電子ビームを照射する電子ビーム描画装置におけるレーザー測長計５_１，５_２の光軸調整に本発明を適用したものであるが、イオンビーム等の他の荷電粒子ビームを照射する描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整にも同様に本発明を適用できる。

本発明を適用する電子ビーム描画装置の概略側面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線から見た平面図。 (ａ) 調整治具を取り付けた状態でのステージの斜視図、(ｂ)図３(ａ)とは異なる方向から見たステージの斜視図。 図１の電子ビーム描画装置の光軸調整時の状態を示す概略側面図。 図４のＶ−Ｖ線から見た平面図。

符号の説明

Ｗ…試料、１…チャンバー、１１…天井部、１２…取付穴、２…ステージ、２３_１…第１ステージミラー、２３_２…第２ステージミラー、４…ビーム照射手段、５_１…第１レーザー測長計、５_２…第２レーザー測長計、５ａ…各レーザー測長計の光軸、６…調整治具、６１…ステージ上に張り出す治具部分、６２_１…第１ステージミラーを覆う治具部分、６２_２…第２ステージミラーを覆う治具部分、６４…マーカー部、６４ａ…ポイント、６４ｂ、６４ｃ…エッジ部、６５…着座部、６６_１…第１光軸ターゲット部、６６_２…第２光軸ターゲット部、７…顕微鏡、７ａ…顕微鏡の光軸。

Claims (5)

1. 互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動自在なステージと、ステージ上に載置した試料に荷電粒子ビームを照射するビーム照射手段と、ステージに固定したＸ方向の法線を持つ第１ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＸ方向位置を測定する第１レーザー測長計と、ステージに固定したＹ方向の法線を持つ第２ステージミラーへのレーザー光の入反射でステージのＹ方向位置を測定する第２レーザー測長計とを備える荷電粒子ビーム描画装置の第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を、光軸が荷電粒子ビームのビーム中心に交差するように調整する方法において、
   ステージにＸ方向及びＹ方向に位置決めして固定可能な調整用治具であって、ステージ上に張り出す治具部分に形成した、所定位置のポイントを示すマーカー部と、第１ステージミラーを覆う治具部分に形成した、マーカー部で示されるポイントを通るＸ方向の線上に第１レーザー測長計のレーザー光の光軸が位置したときにこのレーザー光が入射される第１光軸ターゲット部と、第２ステージミラーを覆う治具部分に形成した、マーカー部で示されるポイントを通るＹ方向の線上に第２レーザー測長計のレーザー光の光軸が位置したときにこのレーザー光が入射される第２光軸ターゲット部とを有するものを用い、
   ステージに調整用治具を固定して、マーカー部で示されるポイントの位置が荷電粒子ビームのビーム中心に合致する位置になるようにステージをＸ方向及びＹ方向に位置調整するステージ位置調整工程と、
   第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光が第１と第２の各光軸ターゲット部に入射されるように第１と第２の各レーザー測長計のレーザー光の光軸位置を調整する光軸調整工程とを順に実行することを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法。
2. 前記ステージ位置調整工程では、顕微鏡を、前記ステージを収納するチャンバーの天井部に形成した前記ビーム照射手段の取付穴に、前記ビーム中心に合致する位置に顕微鏡の光軸が位置するように配置し、前記マーカー部で示される前記ポイントの位置が顕微鏡の光軸に合致する位置になるようにステージをＸ方向及びＹ方向に位置調整することを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法。
3. 前記第１と第２の各光軸ターゲット部は、前記ステージ上に載置する試料と同一高さ位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法。
4. 前記マーカー部は、前記ポイントからＸ方向とＹ方向にのびる２つのエッジ部で構成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法。
5. 前記ステージ上に張り出す前記治具部分に、ステージの上面に着座する着座部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の荷電粒子ビーム描画装置におけるレーザー測長計の光軸調整方法。

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