JP4146951B2 - Beam irradiation apparatus and electron beam exposure apparatus - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線露光装置、集束レーザや集束電子ビームを用いた加工装置および座標測定装置等のようなビーム照射装置並びに電子線を用いて被露光基板上に描画等の露光を行なう電子線露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電子線露光装置においては、被加工物を載置、移動させるステージの位置を常時レーザ測長器で計測し、これを元に電子線描画位置を計算し電子線の位置を制御しながら加工している。この時、レーザ測長器のレーザビーム位置と電子線ビームの基準位置がずれているといわゆるアッベの誤差が発生する。
【０００３】
このアッベ誤差をなくするために、特開平６−１９６３９５号公報（従来技術１）に記載された技術が知られている。この従来技術１には、ステージ上に、ＸＹ両方向のレーザ測長器から出射されるＸ用およびＹ用のレーザビームに向けてスリット板とその後方に光検出器を配置し、さらに光検出器の後方で、かつＸＹそれぞれのスリット延長線上の交点部分に電子ビーム位置検出用のマークを配置し、電子ビームの位置とレーザビームの位置とをそれぞれ計測する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術１では、レーザ測長器から出射されるレーザ光を通すスリット板と、電子ビーム位置検出用マークとを別々に設けているため、これらの相対的な位置関係が機械的な組立精度に依存し、レーザ測長器から出射されるレーザ光の位置と電子ビームの位置との間の誤差を正確に測定することが困難であるという課題を有していた。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決すべく、加工用または検出用の集光ビームの位置とレーザ測長器から出射されるレーザ光の位置との相対的な位置関係を高精度に計測できるようにしてアッベ誤差を無くしてビームを被対象物に対して高精度に照射できるようにしたビーム照射装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、露光用の電子ビームの位置とレーザ測長器から出射されるレーザ光の位置との相対的な位置関係を高精度に計測できるようにしてアッベ誤差を無くし、電子ビームによる高精度の露光（描画）を実現できるようにした電子線露光装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工用または検出用の集光ビームの位置とレーザ測長器から出射されるレーザ光の位置との相対的な位置関係を高精度に計測できるようにしてアッベ誤差を無くし、高精度の加工および検査を実現できるようにしたビーム加工装置および座標測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被対象物を搭載したステージと、該ステージを駆動走査させる駆動走査装置と、前記ステージ上に搭載された被対象物に対して集束ビームを照射する光学系と、前記駆動走査装置で駆動走査されるステージの位置を計測するレーザ測長器とを備えたビーム照射装置であって、線対称もしくは点対称のマークを上面に形成したマーク部材を前記ステージ上に設置し、前記レーザ測長器から出射されるレーザ光を前記マーク部材に入射させることによって前記マークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換する光検出器と、前記光学系から集束ビームを照射することによって前記マーク部材のマークから発生する電子もしくは光を検出するビーム検出器と、前記光検出器から検出される信号に基いて前記レーザ測長器から出射されるレーザ光の位置を算出し、更に前記ビーム検出器から検出される信号に基いて前記集束ビームの位置を算出する位置算出手段とを備え、該位置算出手段で算出された前記レーザ光の位置と前記集束ビームの位置との相対関係からアッベ誤差をほぼなくすべく前記レーザ光と集束ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とする。
また、本発明は、被対象物を搭載したステージと、該ステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動走査させる駆動走査装置と、前記ステージ上に搭載された被対象物に対して集束ビームを照射する光学系と、前記駆動走査装置で駆動走査されるステージのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置を計測するＸ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器とを備えたビーム照射装置であって、線対称もしくは点対称のマークを上面に形成したＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材を前記ステージ上に設置し、前記Ｘ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器の各々から出射されるレーザ光を前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材に入射させることによって各々のマークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換するＹ軸用およびＸ軸用の光検出器と、前記光学系から集束ビームを照射することによって前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々のマークから発生する電子もしくは光を検出するビーム検出器と、前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記Ｙ軸用およびＸ軸用の光検出器の各々から検出される信号から前記レーザ測長器の各々から出射されるレーザ光のＹ軸方向の位置およびレーザ光のＸ軸方向の位置を算出し、更に前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用のマーク部材およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記ビーム検出器から検出される信号から前記集束ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置を算出する位置算出手段とを備え、該位置算出手段で算出された前記各レーザ光のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置と前記集束ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置との相対関係からＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差をほぼなくすべく前記各レーザ光と集束ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、被露光基板を搭載したステージと、該ステージをＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動走査させる駆動走査装置と、前記ステージ上に搭載された被露光基板に対して電子ビームを照射して露光する露光光学系と、前記駆動走査装置で駆動走査されるステージのＸ軸方向およびＹ軸方向の位置およびを計測するＸ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器とを備えた電子線露光装置であって、線対称もしくは点対称のマークを形成したＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材を前記ステージ上に設置し、前記Ｘ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器の各々から出射されるレーザ光を前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々に入射させることによって各々のマークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換するＹ軸用およびＸ軸用の光検出器と、前記露光光学系から電子ビームを照射することによって前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材のマークから発生する反射電子もしくは２次電子を検出する電子検出器と、前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記Ｙ軸用およびＸ軸用の光検出器の各々から検出される信号から前記レーザ測長器の各々から出射されるレーザ光のＹ軸方向の位置およびレーザ光のＸ軸方向の位置を算出し、更に前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用のマーク部材およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記電子検出器から検出される信号から前記電子ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置を算出する位置算出手段とを備え、該位置算出手段で算出された前記各レーザ光のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置と前記電子ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置との相対関係からＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差をほぼなくすべく前記各レーザ光と電子ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置におけるマーク部材は、レーザ光をマークに向かって偏向せしめる偏向部分を有することを特徴とする。これにより水平方向に射出される該レーザ光を水平方向に設置されたマークに照射することが可能になるので、垂直方向に照射されるビームの位置と水平方向に射出されるレーザ光の位置を同一のマークを用いて計測することが可能になる。
また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置におけるマーク部材の偏向部分は、レーザ光の光軸に対して傾きをもった屈折面と該屈折面で屈折された光を反射する反射面とで形成することを特徴とする。これにより、傾きをもった屈折面と反射面を有する１つの光学素子で偏向を行うことが可能になる。また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置における前記マーク部材は、遮光膜に形成された開口部によってマークを形成した光透過基板で構成されることを特徴とする。これにより、レーザ光はマークを透過し、入射方向とは反対方向に配置された光検出器で検出することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置におけるマーク部材の遮光膜の材質の原子番号は、前記開口部における材質の原子番号より概略２倍以上大きいことを特徴とする。これにより、電子ビーム等でマークを検出する場合、入射側に配置した電子検出器によって開口部に比べ遮光膜で大きな反射電子を検出することができ、大きなコントラストのマーク検出信号が得られる。
また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置におけるマーク部材のマークは、１次元または２次元のフレネルマークであることを特徴とする。これにより、マークから離れた場所に設置された光検出器上に効率的に光を集めることができる。
また、本発明は、前記ビーム照射装置または電子線露光装置におけるマーク部材のマークは、回折格子であることを特徴とする。これにより、マークを透過するレーザ光の方向とは異なる方向に設置された光検出器に光を導くことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高い位置精度が要求される電子線露光装置、レーザや荷電粒子ビームを用いた加工装置および座標測定装置等に備えられるビーム位置調整装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
まず、本発明に係る電子線露光装置の一実施例について、図５を用いて説明する。即ち、５０１は電子線ビームを放射する電子銃、５０２は電子銃５０１から放射された電子線ビームを絞る絞りである。５０３は絞り５０２で絞られた電子線ビームを集束させる電子レンズである。５０４は露光（描画）するための任意のビーム形状（例えば矩形形状）に整形制御できる絞りで、ブランキングするための絞りの役目も有する。なお、ブランキング電極については図示省略する。７１は絞り５０４で整形された電子ビーム７１１を被露光基板５００上に集光して投影する電子レンズ（対物レンズ）である。５０５は被露光基板５００上に投影される電子ビーム７１１を偏向させる偏向器である。８はマークからの反射電子を検出する反射電子検出器である。これら電子レンズ（対物レンズ）７１、偏向器５０５、および反射電子検出器８の配置の関係は、図５に示すものに限定されない。即ち、電子レンズ７１を最終段、被露光基板５００に最も接近した位置に設けてもよい。
【００１１】
上記構成から、放出電子銃５０１より放射された電子線ビームは、絞り５０２と電子レンズ５０３、７１により所望の形状と電流密度に制御され、ステージ（Ｘステージ１２およびＹステージ１１からなる。）１１、１２上の被露光基板（ウエハ）５００に照射されることになる。そこで、まず、コンピュータ（制御系）９は、指令を出してステージ１１、１２を移動させて被露光基板５００上のマークの位置を電子ビームの光軸に位置付けする。次に、コンピュータ（制御系）９は指令を出して偏向器制御部５０６を制御することにより偏向器５０５により電子ビーム７１１を走査し、マークからの反射電子を反射電子検出器８で検出し、マーク検出器（信号処理回路）８１が走査時の反射電子の強度変化からレーザ測長器３２で計測されるステージ１１、１２の位置を基準にしてマーク位置を計測する。この結果、コンピュータ（制御系）９は、ステージ１０、１２と被露光基板５００との間の相対的位置関係を認識することができる。露光時には、レーザ測長器（Ｘ軸方向を測長するものが３１、Ｙ軸方向を測長するものが３２である。）３１、３２が計測したステージ位置に、被露光基板との相対的位置について補正した目標位置に電子ビーム７１１を偏向器５０５で走査しながら、露光する。なお、露光する際、電子ビーム７１１が照射される位置が上記補正された目標値になるように、レーザ測長器３１、３２で計測しながら、ステージ１１、１２も移動させることになる。
【００１２】
次に、本発明に係るレーザ加工装置の一実施例について、図６を用いて説明する。即ち、６０１はレーザ光源、６０２はハーフミラー、６０３はレーザビームを任意の形状（例えば矩形形状）に整形制御できる絞り、６０４はハーフミラー、６０５は照明用の光源、６０６は絞り６０３で整形されたレーザビームを被加工物６００上に集光して投影する対物レンズ、６０７は照明光によるマークの光学像を撮像するＴＶカメラ等で構成された撮像装置である。
【００１３】
上記構成により、レーザ光源６０１より出射されたレーザビームは、ハーフミラー６０２で反射し、絞り６０３によって所望の形状（例えば所望の矩形形状）に整形され、対物レンズ６０６により被加工物６００上に集光投影される。即ち、絞り６０３によって所望の形状に整形されたレーザビームが、被加工物６００上に集光投影されることになる。そこで、まず、コンピュータ（制御系）９は、指令を出してステージ１１、１２を移動させて被加工物６００上のマークの位置をレーザビームの光軸に位置付けする。次に、光源６０５からの光を、ハーフミラー６０４で反射させて対物レンズ６０６で集光させてマークに対して照明する。マークからの反射光の強度変化に基づく画像を撮像装置６０７で撮像し、マーク検出器（信号処理回路）８１でレーザ測長器３１、３２で計測されるステージ１１、１２の位置を基準にしてマークの位置を計測する。この結果、コンピュータ（制御系）９は、ステージ１０、１２と被加工物６００との間の相対的位置関係を認識することができる。加工時には、コンピュータ（制御系）９は、被加工物との相対的位置について補正した目標位置の信号（データ）を位置制御系５１１に送り、位置制御系５１１は、レーザ測長器３１、３２が計測した位置が、コンピュータ９から送られる補正した目標位置になるようにモータ制御系５１０を介してモータ４１、４２を駆動し、ステージ１１、１２を移動させて被加工物６００を位置決めし、該位置決めされた被加工物６００に対して投影されたレーザビームによって加工を行なう。なお、レーザビームの照射によって被加工物６００を加工する際、コンピュータ９は、指令を出して、レーザ制御系６０８によりレーザ光源６０１に対してレーザビームのＯＮ／ＯＦＦおよび強度を制御しても良い。
【００１４】
次に、本発明に係る座標測定装置の一実施例について、図７を用いて説明する。即ち、レーザ光源７０１より出射されたレーザビームは、対物レンズ７０３によって被測定物７００上に集光されることになる。そこで、まず、コンピュータ（制御系）９は、指令を出してステージ１１、１２を移動させて被測定物７００上のマークの位置をレーザビームの光軸に位置付けする。次に、レーザ光源７０１からのレーザビームを、ミラー７０２で反射させて対物レンズ７０３で集光させてマークに対して照明する。マークのエッジからの散乱光の強度変化に基づく光強度信号を検出器７０４ａ、７０４ｂで検出し、マーク検出器（信号処理回路）８１でレーザ測長器３２で計測されるステージ１１、１２の位置を基準にしてマークの位置を計測する。この結果、コンピュータ（制御系）９は、ステージ１０、１２と被測定物７００との間の相対的位置関係を認識することができる。被測定物上の所望のパターンの座標を算出する時には、コンピュータ（制御系）９は、ステージ１１、１２を移動させながら、被測定物上の所望のパターンに対してレーザビームを照射し、該所望のパターンのエッジから発生する散乱光の強度変化に基づく光強度信号を検出器７０４ａ、７０４ｂで検出し、マーク検出器（信号処理回路）８１でレーザ測長器３２で計測されるステージ１１、１２の位置を基準にして所望のパターンの座標を算出する。そして、コンピュータ９は、この算出された所望のパターンの座標に対して被測定物７００との間の相対的位置関係を補正することによって、真の所望のパターンの座標を算出することができる。
【００１５】
以上、座標測定装置としてレーザビームを用いた場合について説明したが、レーザビームの代わりに、電子ビーム等の荷電粒子ビームやトンネル電流でもよい。即ち、電子ビームの場合には走査電子顕微鏡ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で構成され、トンネル電流の場合には走査型トンネル顕微鏡ＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で構成されることになる。また、走査型近接場光顕微鏡ＳＮＯＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）にも適用することができる。
ところで、電子線露光装置等においては、被露光基板（被加工物６００）５００を載置、移動させるステージ１１、１２の位置を常時レーザ測長器３２で計測し、これを元に電子線露光位置（電子線描画位置）を計算し、電子線の位置を制御しながら露光等の加工を施している。この時、レーザ測長器３２のレーザビーム位置と電子線ビームの基準位置がずれているといわゆるアッベの誤差が発生する。このアッベの誤差について、図４を用いて説明する。
【００１６】
例えばＹステージ１１は、ｙ方向への移動時、本来の状態１１Ａに対してヨーイングをもつため状態１１Ｂとなる。これは、例えば、回転中心Ｏを中心として回転した状態である。この時、レーザ測長器３１の測長値変化Δｘは、次に示す（数１）式の関係で現され、電子線ビーム基準位置ＥＢから見たステージのｘ方向の移動量Δξは、次に示す（数２）式の関係で現される。
Δｘ＝ｐ cos（β−θ）−ｐ cosβ≒ｐ sinβ・θ＝ＹLA・θ （数１）
Δξ＝ｒ cos（α−θ）−ｒ cosα≒ｒ sinα・θ＝ＹEB・θ （数２）
この時、レーザ測長器３１の誤差Δａは、次に示す（数３）式の関係で与えられる。この誤差Δａは一般にアッベの誤差と呼ばれている。
Δａ＝Δξ−Δｘ＝（ＹEB−ＹLA）・θ＝Δｙ・ （数３）
ここで、Δｙはレーザ測長器３１、３２によるビーム位置と電子ビーム等のビーム位置のｙ方向の誤差を示す。
【００１７】
例えば、ステージヨーイングθが０．０５ｍｒａｄ（１０μｍ／２００ｍｍ）で、Δｙ＝１ｍｍの場合、アッベ誤差Δａは５０ｎｍとなる。これは、０．１８μｍルールの１ＧbitＤＲＡＭの合わせ余裕６５ｎｍに対して大きな値となる。このため、Δｙは０．１ｍｍ以下に合わせ込む必要がある。
従って、ステージ１１、１２にヨーイングがあった場合でもほぼΔｙ＝０であれば電子ビーム基準位置ＥＢから見たステージの移動分が正確に測定できるため、誤差のない描画が可能となる。
この原理は一般にアッベの原理と呼ばれている。この原理は、電子線露光装置に限らず、電子ビームやイオンビームおよびレーザビームを用いた加工や被検査物の信号検出あるいは被検査物の特定位置の座標計測を行う装置に広く適用することができる。
【００１８】
次に、本発明に係るレーザ測長器３１、３２によるビーム位置と電子ビーム等のビーム位置とのアッベ誤差をなくすためのビーム位置調整装置の実施例について、図１〜図３を用いて説明する。
まず、本発明に係るビーム位置調整装置の実施例を電子線露光装置に適用した場合について説明する。
モータ制御系５１０により駆動モータ４１を回転駆動制御することにより駆動ローラ４１１を回転させる。すると、回転駆動される駆動ローラ４１１と補助ローラ４１２との間に挟み込まれたロッド４１３は、摩擦力によって駆動されて移動され、該ロッド４１３の出力端に連結されたＹステージ１１も移動されることになる。該Ｙステージ１１の移動量は、レーザ測長器３２より発せられたレーザ光３２１をレーザミラー２で反射させ、戻り光と基準光を干渉させて発生するビート信号をモニタすることにより計測される。
【００１９】
Ｘステージ１２は、Ｙステージ１１と同様に図示しない駆動系によって駆動され、Ｘステージ１２の移動量は、レーザ測長器３１より射出するレーザ光３１１がレーザミラー２によって反射される範囲にＹステージ１１を移動させることによってレーザ測長器３２と同様の原理で計測される。
次に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘを用いてＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差をなくす方法について説明する。
まず、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘを用いたＸ軸用レーザ測長器３１から出射されたレーザ光３１１、およびＹ軸用レーザ測長器３２から出射されたレーザ光３２１の位置検出方法について説明する。
【００２０】
Ｙ軸方向のアッベ誤差をなくすためのレーザ・ビーム計測マーク５ｙは、例えば、レーザ光３１１に対してテーパ角ψをもったガラス等の透明な材料で構成され、上面に線対称性（軸対称性）を有するスリット状の開口部５１を形成し、ＸＹステージ１１、１２上に設置される。なお、線対称性（軸対称性）を有するスリット状の開口部５１の幅Ｗは、レーザ光３１１のビーム径Ｄより十分小さく設定されている。また、図２に示すようにテーパ面５３のテーパ角度ψを小さくすると、下面５４からの正反射光が浅い角度で得られるので、レーザ・ビーム計測マーク５ｙの上面と電子線鏡筒の下端との間が接近していたとしても、電子線鏡筒の下端に遮られることなく、スリット状の開口部５１を通過したレーザパターンを２次元もしくは１次元のアレイセンサまたはフォトダイオード単体等で構成される光検出器６ｙによって検出することが可能となる。特に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙの上面と光検出器６との間にレンズを設置していないのは、電子線鏡筒の下端がレーザ・ビーム計測マーク５の上面に接近していて、レンズを設置するスペースを確保することが難しいことによる。従って、レンズを設置するスペースを確保することができれば、レーザ・ビーム計測マーク５ｙの上面と光検出器６ｙとの間にシリンドリカルレンズ等のレンズを設けてスリット状の開口部５１を通過したレーザパターンを光検出器６ｙの受光面に結像させた方が好ましい。また、光検出器６ｙから得られる信号をデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号をスリット状の長手方向に加算してもよい。
【００２１】
レーザ測長器３１から出射されたレーザ光３１１は、ＸＹステージ１１、１２上に設置されたレーザ・ビーム計測マーク５ｙへ照射され、テーパ面５３に入射後屈折し、下面５４で光検出器６ｙの方向に正反射される。レーザ・ビーム計測マーク５ｙの上面には、開口部であるスリット５１が形成されているので、レーザ・ビーム計測マーク５ｙの下面で反射したレーザ光のうちスリット状の開口部５１を通過したパターンが光検出器６ｙによって検出されることになる。そして、光検出器６ｙで検出された光強度は、信号処理回路６１に送られる。なお、信号処理回路６１には、Ｙ方向レーザ測長器３２で計測されたレーザ・ビーム計測マーク５ｙの走査量を示すＹレーザ測長値が入力されることになる。
【００２２】
そこで、制御系（コンピュータ）９は、位置制御系５１１に対して指令を出してモータ制御系５１０によってＹステージ１１を駆動してレーザ・ビーム計測マーク５ｙをスキャンさせる。すると、レーザ測長器３１から出射されたレーザ光３１１がレーザ・ビーム計測マーク５ｙへ照射されているので、ガラス等の透明な材料のテーパ面５３で屈折し、下面５４で正反射し、スリット状の開口部５１を通過したレーザパターンが光検出器６ｙによって検出されると共にレーザ・ビーム計測マーク５ｙの走査量を示すＹレーザ測長値がＹ方向レーザ測長器３２で計測される。従って、信号処理回路６１は、横軸をＹ方向レーザ測長値、縦軸を光強度とした波形６１１が得られ、例えば、しきい値法といった処理アルゴリズムにより中心値ＹLAを求めることができる。このしきい値法は、図８に示すように、中心値ＹLAを、適当なしきい値と波形６１１との交点の座標Ｙ１、Ｙ２の平均値として求める方法である。
【００２３】
以上、信号処理回路６１において、レーザ測長器３１から出射されたレーザ光３１１のＹ軸方向のビーム位置が中心値ＹLAとして求められたことになる。
当然、Ｘ軸方向のアッベ誤差をなくすためのレーザ・ビーム計測マーク５ｘ（図示せず）もＸＹステージ１１、１２上に設置され、同様にしてＹ軸用レーザ測長器３２から出射されたレーザ光３２１をレーザ・ビーム計測マーク５ｘへ入射し、レーザ・ビーム計測マーク５ｘのスリット状の開口部５１を通過したレーザパターンを光検出器６ｘ（図示せず）によって検出することによって信号処理回路６１においてＹ軸用レーザ測長器３２から出射されたレーザ光３２１のＸ軸方向の位置ＸLAを求めることができる。
【００２４】
次に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘを用いた電子ビーム７１１の位置検出方法について説明する。
電子レンズ７１によって電子ビーム７１１は、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘのスリット状の開口部５１上にフォーカシングされる。レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの高さは、図示しない被露光基板５００であるウエハがステージ１１、１２上に設置された時の面と同一の高さになるように予め設定されている。電子ビーム７１１は、スリット状の開口部５１に入射後、反射電子７１２を発生させ、これらは電子検出器８によって検出される。反射電子７１２の強度は電子ビーム７１１の入射する材質の原子番号が大きい程大きい。従って、スリット状の開口部５１を形成する反射膜５２の材質として、レーザ・ビーム計測マーク５ｙの基板材料であるガラスの原子Ｓｉ、Ｏより２倍以上大きな原子番号をもつ、例えばＷ（タングステン）やＴｉ（チタン）を選択すれば、スリット５１部は低く、反射膜５２部は高い反射電子強度が得られる。この結果、電子検出器８からは、スリット状の開口部５１を示す高いコントラストの波形が得られる。電子検出器８で検出された反射電子強度は、信号処理回路８１に送られる。信号処理回路８１には、Ｙ方向レーザ測長器３２で計測されたレーザ・ビーム計測マーク５ｙの走査量を示すＹレーザ測長値およびＸ方向レーザ測長器３１で計測されたレーザ・ビーム計測マーク５ｘの走査量を示すＸレーザ測長値が入力されることになる。
【００２５】
そこで、制御系（コンピュータ）９は、位置制御系５１１に対して指令を出してモータ制御系５１０によってＹステージ１１を駆動してレーザ・ビーム計測マーク５ｙをスキャンさせる。すると、電子レンズ７１等の光学系からの電子ビーム７１１がフォーカシングされてレーザ・ビーム計測マーク５ｙのスリット状の開口部５１を形成する反射膜５２上に照射されるので、該反射膜５２からスリット状の開口部５１に相応する反射電子が電子検出器８によって検出されることになると共にレーザ・ビーム計測マーク５ｙの走査量を示すＹレーザ測長値がＹ方向レーザ測長器３２で計測される。従って、信号処理回路８１は、横軸をＹ方向レーザ測長値、縦軸を反射電子強度とした波形８１１が得られ、例えば、対称性パターンマッチング等の処理アルゴリズムにより中心値ＹEBが求めることができる。なお、この際、Ｙステージ１１の走査と偏向器５０５による電子ビーム７１１の走査とを併用した場合、Ｙ方向レーザ測長値として、偏向器５０５による電子ビーム７１１の偏向量を加味することが必要となる。
以上、信号処理回路８１において、電子レンズ７１等の光学系から照射された電子ビーム７１１のＹ軸方向の位置が中心値ＹEBとして求められたことになる。
【００２６】
当然、Ｘ軸方向のアッベ誤差をなくすためのレーザ・ビーム計測マーク５ｘ（図示せず）もＸＹステージ１１、１２上に設置され、同様にして電子レンズ７１等の光学系からの電子ビーム７１１をレーザ・ビーム計測マーク５ｘ上の反射膜５２に照射し、該反射膜５２からスリット状の開口部５１に相応する反射電子を電子検出器８によって検出することによって信号処理回路８１において電子ビーム７１１のＸ軸方向の位置ＸEBを求めることができる。
【００２７】
次に、Ｙ軸用およびＸ軸用レーザ測長器３１、３２から出射されるレーザ光３１１、３２１の位置調整方法について説明する。
制御系（コンピュータ）９は、信号処理回路６１からレーザ光３１１のＹ軸方向のビーム位置ＹLAを、信号処理回路８１より電子ビーム７１１のＹ軸方向の位置ＹEBを受け取り、これらの差分（ＹLA−ＹEB）の量だけ補正するように移動ステージ駆動制御部３１３に対して指令し、移動ステージ駆動制御部３１３によりレーザ測長器３１の移動ステージ３１０１の移動ステージ駆動部３１０２を駆動し、レーザ光３１１の位置を（ＹLA−ＹEB）の量だけ補正する。移動ステージ３１０２は、例えば、ロータリエンコーダを備え、制御回路９の指示により所定量（（ＹLA−ＹEB）の量）移動することができる。
同様に、制御系（コンピュータ）９は、信号処理回路６１からレーザ光３２１のＸ軸方向のビーム位置ＸLAを、信号処理回路８１より電子ビーム７１１のＸ軸方向の位置ＸEBを受け取り、これらの差分（ＸLA−ＸEB）の量だけ補正するように移動ステージ駆動制御部３１３に対して指令し、移動ステージ駆動制御部３１３によりレーザ測長器３２の移動ステージの移動ステージ駆動部を駆動し、レーザ光３２１の位置を（ＸLA−ＸEB）の量だけ補正する。
【００２８】
また、移動ステージ３１０１および移動ステージ駆動部３１０２が無くても、信号処理回路６１から表示等により出力されるレーザ光３１１、３２１のビーム位置ＹLA、ＸLAの値、および信号処理回路８１より表示等により出力される電子ビーム７１１の位置ＹEB、ＸEBの値に基いて、手動によりレーザ光３１１のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置を補正しても良い。
さらに、レーザ光３１１、３２１の位置を補正する代わりに、電子レンズ７１により差分（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）の量だけ、電子ビーム７１１のＹ軸方向およびＸ軸方向の基準位置（光軸位置）を補正しても良い。即ち、差分（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）の相当量の電流値または電圧値の指令を制御回路９から電子レンズ７１や偏向器５０５等に入力して電子ビーム７１１をＹ軸方向およびＸ軸方向に偏向させることにより、電子ビーム７１１のＹ軸方向およびＸ軸方向の基準位置（光軸位置）を補正することができる。
【００２９】
次に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの別の実施例について説明する。図１に示した実施例では、スリット状の開口部５１から出射するレーザ光が開口部のエッジ部で回折して拡がるため、スリット状の開口部５１と光検出器６との間の距離を大きくすると、光検出器６ｙ、６ｘでの検出光量が低下することになる。
特に図５において、電子レンズ７１、偏向器５０５、および反射電子検出器８などと被露光基板５００との間の距離が小さい場合、光検出器６ｙ、６ｘは電子ビームの被露光基板上の照射位置から離れた位置に設置する必要がある。
そこで、この場合は、図２に示すようにスリット状の開口部５１の形状を線対称性を有する１次元フレネルパターンにすることによってレンズ作用によって光検出器６ｙ、６ｘに結像させることができ、検出光量の低下を防止することができる。スリット状の開口部５１から光検出器６ｙ、６ｘまでの距離をｆとすると１次元フレネルパターン５１１の中心５１０から各フレネルの境界の座標Ｌmは、次に示す（数４）式で与えられる。
【００３０】
Ｌm＝√（２ｍｆλ） （数４）
ここに、λはレーザ光３１１、３２１の波長、ｍは整数である。
また、図９に示す各フレネルの幅Ｗｎは、例えば次に示す（数５）式で与えられる。
Ｗn＝（Ｌn−Ｌn-1）／２ （数５）
このようにすれば、１次元フレネルパターン５１１を透過した光は、２次元もしくは１次元のアレイセンサまたはフォトダイオード単体等から構成される光検出器６ｙ、６ｘ上に集光され、検出光量の低下を防ぐことができ、ＳＮ（signal to noise ratio)の高い検出が可能となる。１次元フレネルパターン５１１を用いる場合、電子ビーム７１１の径が１次元フレネルパターン５１１の検出方向の幅Ｗより小さいため、図１０に示すように電子検出器８は複数のピークを検出するが、信号処理回路８１により複数のピーク波形から全体の中心値を求める処理を施すことにより、電子ビーム７１１のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置ＹEBを求めることができる。この処理は、例えば、波形全体の重心を求めるといった処理により簡単に実現できる。
【００３１】
また、１次元フレネルパターン５１１の代わりに、点対称性を有する同心円状の２次元のフレネルパターンを用いても良い。
さらに、図３によりレーザ・ビーム計測マーク５の別の実施例について説明する。即ち、実装上、光検出器６ｙ、６ｘは、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの上面からの透過光の方向に設置できない場合がある。この場合は、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの各々のスリット状の開口部５１を、Ｘ方向（レーザ光３１１の入射方向）およびＹ方向（レーザ光３１２の入射方向）の回折格子に置き換えれば良い。回折格子５１２のピッチをｄ、レーザ光３１１、３２１の波長をλ、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの上面の法線に対する透過光角度をω0とすると、レーザ・ビーム計測マーク５上面の法線に対する回折光角度をωdは、次に示す（数６）式を満たす。
sin ωd＝ sin ω0−（ｍλ／ｄ） （数６）
但し、ｍは整数であり、回折光の次数を表す。
【００３２】
例えば、光検出器６ｙ、６ｘを実装上、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの上面の法線に対する角度ωdの方向に設置する必要がある場合、回折格子５１２のピッチは次に示す（数７）式によって決定される。
ｄ＝（ｍλ／（sin ω0−sin ωd）） （数７）
このようにすれば、光検出器６ｙ、６ｘをレーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの上面からの透過光の角度とは異なる浅い角度方向に設置することが可能になる。
以上説明した実施例では、Ｙ軸用レーザ・ビーム計測マーク５ｙとＸ軸用レーザ・ビーム計測マーク５ｘとを別々にＸＹステージ１１、１２上に設置する場合について説明したが、Ｙ軸用レーザ・ビーム計測マーク５ｙとＸ軸用レーザ・ビーム計測マーク５ｘとを一体的に構成して、ＸＹステージ１１、１２上に設置しても良い。
【００３３】
以上説明したように、レーザ測長器３１から出射されるレーザ光３１１のＹ軸方向の位置ＹLAと電子線鏡筒から照射される電子ビーム７１１のＹ軸方向の位置ＹEBとを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｙから計測するように構成し、レーザ測長器３２から出射されるレーザ光３２１のＸ軸方向の位置ＸLAと電子線鏡筒から照射される電子ビーム７１１のＸ軸方向の位置ＸEBとを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｘから計測するように構成したので、それらの相対的な位置関係、即ちＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）を高精度に計測することができるので、これらのアッベ誤差がほぼなくなるように高精度に補正することが可能となる。
また、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘは、レーザ光３１１、３２１を前記マークの方向に光を偏向せしめる部分を有するので、水平方向に射出されるレーザ光３１１、３１２を水平方向に設置されたマーク５ｙ、５ｘに照射することが可能となり、垂直方向に照射される電子ビーム７１１の位置と水平方向に射出されるレーザ光の位置を同一のマーク５ｙ、５ｘを用いて計測することが可能となる。
【００３４】
さらに、マークの方向に光を偏向せしめる部分を、レーザ光３１１、３２１の光軸に対して傾きをもった屈折面５３と該屈折面５３で屈折された光を反射する反射面５４で構成することにより、傾きをもった屈折面５３と反射面５４を有する１つの光学素子で偏向を行うことが可能になる。
また、マークを、光透過基板と該光透過基板の一面を遮光する遮光膜と一面に入射する光の一部を透過する開口部５１によって構成することにより、マークを透過したレーザパターンを、入射方向とは反対方向に配置された光検出器６ｙ、６ｘで検出することができる。
【００３５】
さらに、遮光膜５２の材質の原子番号は、開口部５１の材質の原子番号より概略２倍以上に大きくすることにより、電子ビーム７１１等でマークを検出する場合、入射側に配置した電子検出器８によって開口部に比べ遮光膜で大きな反射電子を検出することができ、大きなコントラストのマーク検出信号が得られる。
また、マークを１次元または２次元のフレネルマークで形成することにより、前記マークから離れた場所に設置された光検出器６ｙ、６ｘ上に効率的に光を集めることができる。
さらに、マークを回折格子で形成することにより、該マークを透過したレーザパターンを、出射される方向とは異なる方向（例えば浅い角度方向）に設置された光検出器６ｙ、６ｘに導くことができる。
次に、本発明に係るビーム位置調整装置の実施例を図６に示すレーザ加工装置に適用した場合について説明する。
【００３６】
図１および図５に示す電子線露光装置と同様に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘを、ＸＹステージ１１、１２上に設置する。レーザ測長器３１、３２から出射されるレーザ光３１１、３１２の位置ＹLA、ＸLAは、同様にして信号処理回路６１において求められる。他方、ＸＹステージ１１、１２上に設置されたレーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの各々の上面開口部５１に光源６０５からの照明光を照射し、該開口部５１からの反射光のうち絞り６０３を透過した光パターンを撮像装置６０７で撮像するか、あるいは光検出器６１１で該開口部５１からの散乱光を検出することによって、図１の信号処理回路８１に示すと同様なレーザ測長値を横軸とした光強度波形（この光強度波形は、加工用のレーザビームを整形する絞り６０３を基準にしたものが得られる。）を有する信号が検出され、加工用のレーザビーム６１０のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置ＹLB、ＸLBは、信号処理回路８１ａにおいて同様にして求められる。なお、上記実施例の場合、照明光をレーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの上側から照明したが、照明光をレーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの下側から照明してもよいことは明らかである。
【００３７】
その結果、同様に、レーザ測長器３１から出射されるレーザ光３１１のＹ軸方向の位置ＹLAと光学系から照射される加工用のレーザビーム６１０のＹ軸方向の位置ＹLBとを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｙから計測するように構成し、レーザ測長器３２から出射されるレーザ光３２１のＸ軸方向の位置ＸLAと光学系から照射される加工用のレーザビーム６１０のＸ軸方向の位置ＸLBを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｘから計測するように構成したので、それらの相対的な位置関係、即ちＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）をコンピュータ９において高精度に計測することができる。次に、計測されたＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）を無くすように、レーザ測長器３１、３２の移動ステージを微動させるか、絞り６０３の中心位置または光学系全体を微動させて補正する。
【００３８】
次に、本発明に係るビーム位置調整装置の実施例を図７に示す座標測定装置に適用した場合について説明する。
図１および図５に示す電子線露光装置と同様に、レーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘを、ＸＹステージ１１、１２上に設置する。レーザ測長器３１、３２から出射されるレーザ光３１１、３１２の位置ＹLA、ＸLAは、同様にして信号処理回路６１において求められる。他方、ＸＹステージ１１、１２上に設置されたレーザ・ビーム計測マーク５ｙ、５ｘの各々の上面開口部５１にレーザ光７０５を照射し、該開口部５１のエッジからの散乱光の強度変化に基づく画像を検出器７０４ａ、７０４ｂで撮像することによって、図１の信号処理回路８１に示すと同様なレーザ測長値を横軸とした光強度波形を有する信号が検出され、レーザビーム７０５のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置ＹLB、ＸLBは、信号処理回路８１ａにおいて同様にして求められる。
【００３９】
その結果、同様に、レーザ測長器３１から出射されるレーザ光３１１のＹ軸方向の位置ＹLAと光学系から照射されるレーザビーム７０５のＹ軸方向の位置ＹLBとを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｙから計測するように構成し、レーザ測長器３２から出射されるレーザ光３２１のＸ軸方向の位置ＸLAと光学系から照射されるレーザビーム７０５のＸ軸方向の位置ＸLBを、ＸＹステージ１１、１２上に設置される一つのレーザ・ビーム計測マーク５ｘから計測するように構成したので、それらの相対的な位置関係、即ちＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）をコンピュータ９において高精度に計測することができる。次に、計測されたＹ軸方向およびＸ軸方向のアッベ誤差（ＹLA−ＹEB）、（ＸLA−ＸEB）を無くすように、レーザ測長器３１、３２の移動ステージを微動させるか、光学系全体を微動させて補正する。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、電子線露光装置またはレーザや電子ビームを用いた加工装置または座標測定装置において、アッベ誤差を正確に計測して補正することができ、その結果、高精度な電子線露光やビーム加工や座標測定を実現することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るビーム位置調整装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係るレーザ・ビーム計測マークの一実施例を説明する図である。
【図３】本発明に係るレーザ・ビーム計測マークの別の実施例を説明する図である。
【図４】図１に示すレーザ測長器をもつステージのアッベ誤差を説明するための図である。
【図５】本発明に係るビーム位置調整装置を備えた電子線露光装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図６】本発明に係るビーム位置調整装置を備えたビーム加工装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係るビーム位置調整装置を備えた座標測定装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図８】しきい値法を説明するための図である。
【図９】１次元フレネルパターンを示す図である。
【図１０】１次元フレネルパターンを電子検出器で検出された信号波形を示す図である。
【符号の説明】
２…レーザ測長器ミラー、５ｙ、５ｘ…レーザ・ビーム計測マーク、６ｙ、６ｘ…光検出器、１１…Ｙステージ、１２…Ｘステージ、３１…Ｘ方向レーザ測長器、３１１…Ｘ方向レーザ光、３１０１…移動ステージ、３１０２…移動ステージ駆動部、３２…Ｙ方向レーザ測長器、３２１…Ｙ方向レーザ光、４１…Ｙステージ駆動モータ、４１１…Ｙステージ駆動ロータ、４１２…Ｙステージ補助ロータ、４１３…Ｙステージロッド、５１…スリット状の開口部、５１１…１次元フレネルパターン、５１２…回折格子、５２…反射膜、５３…屈折面、５４…反射面（下面）、６１…信号処理回路、７１…電子レンズ、７１１…電子ビーム、７１２…反射電子、８…電子検出器、８１…信号処理回路、９…制御系（コンピュータ）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam exposure apparatus, a beam irradiation apparatus such as a processing apparatus and a coordinate measuring apparatus using a focused laser or a focused electron beam, and an electron beam for performing exposure such as drawing on an exposed substrate using an electron beam. The present invention relates to an exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
For example, in an electron beam exposure apparatus, the position of a stage on which a workpiece is placed and moved is always measured with a laser length measuring device, and an electron beam drawing position is calculated based on this position while controlling the position of the electron beam. Processing. At this time, if the laser beam position of the laser length measuring device and the reference position of the electron beam are shifted, a so-called Abbe error occurs.
[0003]
In order to eliminate this Abbe error, a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-196395 (prior art 1) is known. In this prior art 1, a slit plate and a photodetector are arranged behind the slit plate for the X and Y laser beams emitted from the laser measuring device in both XY directions on the stage. , And an electron beam position detection mark is arranged at the intersection on the XY slit extension line, and a technique for measuring the position of the electron beam and the position of the laser beam is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art 1, since the slit plate for passing the laser beam emitted from the laser length measuring device and the electron beam position detection mark are provided separately, the relative positional relationship between them is mechanical assembly. Depending on the accuracy, it has been difficult to accurately measure the error between the position of the laser beam emitted from the laser length measuring device and the position of the electron beam.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art by accurately determining the relative positional relationship between the position of a focused beam for processing or detection and the position of a laser beam emitted from a laser length measuring device. It is an object of the present invention to provide a beam irradiation apparatus that can perform measurement with high accuracy and can irradiate a target object with high accuracy without Abbe error.
Another object of the present invention is to eliminate the Abbe error by measuring the relative positional relationship between the position of the electron beam for exposure and the position of the laser beam emitted from the laser length measuring device with high accuracy. Another object of the present invention is to provide an electron beam exposure apparatus capable of realizing high-precision exposure (drawing) with an electron beam.
Another object of the present invention is to make it possible to measure with high accuracy the relative positional relationship between the position of the focused beam for processing or detection and the position of the laser beam emitted from the laser length measuring device. An object of the present invention is to provide a beam processing apparatus and a coordinate measuring apparatus that can eliminate Abbe error and realize high-precision processing and inspection.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention irradiates a focused beam onto a stage on which an object is mounted, a drive scanning device that drives and scans the stage, and the object mounted on the stage. A beam irradiation device comprising an optical system and a laser length measuring device for measuring the position of a stage driven and scanned by the drive scanning device, wherein a mark member having a line-symmetric or point-symmetric mark formed on an upper surface thereof A photodetector installed on a stage and receiving a laser beam pattern obtained by transmitting the mark by making the laser beam emitted from the laser length measuring device incident on the mark member and converting it into a signal; A beam detector for detecting electrons or light generated from the mark of the mark member by irradiating a focused beam from the optical system, and detected from the photodetector Position calculating means for calculating the position of the laser beam emitted from the laser length measuring device based on the signal, and further calculating the position of the focused beam based on the signal detected from the beam detector, The relative position between the laser beam and the focused beam is corrected so as to substantially eliminate the Abbe error from the relative relationship between the position of the laser beam calculated by the position calculating means and the position of the focused beam. And
The present invention also provides a stage on which an object is mounted, a drive scanning device that drives and scans the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, and a focused beam on the object mounted on the stage. A beam irradiation apparatus comprising: an optical system for irradiation; and an X-axis and Y-axis laser length measuring device for measuring positions in the X-axis direction and the Y-axis direction of a stage driven and scanned by the drive scanning apparatus. Then, Y-axis and X-axis mark members having line-symmetric or point-symmetric marks formed on the upper surface are placed on the stage, and emitted from the X-axis and Y-axis laser length measuring devices. Y-axis and X-axis photodetection that receives a laser beam pattern obtained by transmitting each mark through the Y-axis and X-axis mark members and converts them into signals. And the optical system A beam detector for detecting electrons or light generated from each of the Y-axis and X-axis mark members by irradiating a focused beam, and a Y-axis measured by each of the laser length measuring devices. Laser light emitted from each of the laser length measuring devices from signals detected from the Y-axis and X-axis photodetectors based on the position measurement values of the mark members for the X-axis and the X-axis The position measurement value of each of the Y-axis mark member and the X-axis mark member is calculated by calculating the position in the Y-axis direction and the position in the X-axis direction of the laser light, and further measured by each of the laser length measuring devices. Position calculating means for calculating the positions of the focused beam in the Y-axis direction and the X-axis direction from the signal detected from the beam detector based on the Y of each laser beam calculated by the position calculating means Axial direction The relative relationship between each laser beam and the focused beam so as to eliminate the Abbe error in the Y-axis direction and the X-axis direction from the relative relationship between the position in the X-axis direction and the Y-axis direction and the X-axis direction position of the focused beam. The present invention is characterized in that the position is corrected.
[0007]
The present invention also provides a stage on which the substrate to be exposed is mounted, a drive scanning device that drives and scans the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, and an electron beam to the substrate to be exposed mounted on the stage. An exposure optical system that irradiates and exposes, and an X-axis and Y-axis laser length measuring device that measures the positions in the X-axis direction and the Y-axis direction of the stage that is driven and scanned by the drive scanning device. An electron beam exposure apparatus, wherein Y-axis and X-axis mark members on which line-symmetric or point-symmetric marks are formed are placed on the stage, and the X-axis and Y-axis laser length measuring devices A laser beam emitted from each of the Y-axis and X-axis mark members is incident on each of the Y-axis and X-axis mark members to receive a laser beam pattern obtained through each mark and convert it into a signal. For X axis A detector; an electron detector for detecting reflected electrons or secondary electrons generated from the marks of the Y-axis and X-axis mark members by irradiating an electron beam from the exposure optical system; and the laser length measurement. The laser length measurement from signals detected from the Y-axis and X-axis photodetectors based on the position measurement values of the Y-axis and X-axis mark members measured by each of the detectors The position of the laser beam emitted from each of the measuring instruments in the Y-axis direction and the position of the laser beam in the X-axis direction are calculated, and the Y-axis mark member and the X-axis are measured by each of the laser length measuring devices. Position calculating means for calculating the position of the electron beam in the Y-axis direction and X-axis direction from a signal detected from the electron detector based on the position measurement value of each of the mark members. Calculated The lasers are designed to substantially eliminate Abbe errors in the Y-axis direction and the X-axis direction from the relative relationship between the positions of the laser beams in the Y-axis direction and the X-axis direction and the positions of the electron beams in the Y-axis direction and the X-axis direction. The present invention is characterized in that the relative position between the light and the electron beam is corrected.
[0008]
According to the present invention, the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus has a deflection portion for deflecting the laser beam toward the mark. This makes it possible to irradiate the mark placed in the horizontal direction with the laser beam emitted in the horizontal direction, so that the position of the beam irradiated in the vertical direction and the position of the laser beam emitted in the horizontal direction can be determined. Measurement can be performed using the same mark.
According to the present invention, the deflection portion of the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus has a refracting surface inclined with respect to the optical axis of the laser beam and a reflection that reflects light refracted by the refracting surface. It is characterized by forming with a surface. Accordingly, it is possible to perform deflection with one optical element having an inclined refracting surface and a reflecting surface. In the invention, it is preferable that the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus is formed of a light transmission substrate in which a mark is formed by an opening formed in a light shielding film. As a result, the laser beam passes through the mark and can be detected by the photodetector arranged in the direction opposite to the incident direction.
[0009]
Further, the invention is characterized in that the atomic number of the material of the light shielding film of the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus is approximately twice or more larger than the atomic number of the material in the opening. Thereby, when a mark is detected by an electron beam or the like, a large reflected electron can be detected by the light shielding film as compared with the opening by an electron detector arranged on the incident side, and a mark detection signal having a large contrast can be obtained.
In the invention, the mark of the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus is a one-dimensional or two-dimensional Fresnel mark. Thereby, light can be efficiently collected on the photodetector installed in a place away from the mark.
In the present invention, the mark of the mark member in the beam irradiation apparatus or the electron beam exposure apparatus is a diffraction grating. As a result, light can be guided to a photodetector installed in a direction different from the direction of the laser light that passes through the mark.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a beam position adjusting device provided in an electron beam exposure apparatus, a processing apparatus using a laser or a charged particle beam, a coordinate measuring apparatus, and the like according to the present invention will be described with reference to the drawings. .
First, an embodiment of an electron beam exposure apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. That is,
[0011]
From the above configuration, the electron beam radiated from the
[0012]
Next, an embodiment of the laser processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. That is, 601 is a laser light source, 602 is a half mirror, 603 is a diaphragm that can shape-control the laser beam into an arbitrary shape (for example, rectangular shape), 604 is a half mirror, 605 is a light source for illumination, and 606 is shaped by a
[0013]
With the above structure, the laser beam emitted from the
[0014]
Next, an embodiment of the coordinate measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. That is, the laser beam emitted from the
[0015]
Although the case where a laser beam is used as the coordinate measuring apparatus has been described above, a charged particle beam such as an electron beam or a tunnel current may be used instead of the laser beam. That is, in the case of an electron beam, a scanning electron microscope SEM (Scanning Electron Microscope) is used, and in the case of a tunnel current, a scanning tunneling microscope STM (Scanning Tunneling Microscope) is used. The present invention can also be applied to a scanning near-field optical microscope SNOM (Scanning Near Field Optical Microscope).
By the way, in an electron beam exposure apparatus or the like, the positions of the
[0016]
For example, when the
Δx = p cos (β−θ) −p cosβ≈p sinβ · θ = Y LA ・ Θ (Equation 1)
Δξ = r cos (α−θ) −r cosα≈r sinα · θ = Y EB ・ Θ (Equation 2)
At this time, the error Δa of the laser
Δa = Δξ−Δx = (Y EB -Y LA ) · Θ = Δy · (Equation 3)
Here, Δy indicates an error in the y direction between the beam position by the laser
[0017]
For example, when the stage yawing θ is 0.05 mrad (10 μm / 200 mm) and Δy = 1 mm, the Abbe error Δa is 50 nm. This is a large value for the alignment margin of 65 nm of the 1 Gbit DRAM of the 0.18 μm rule. For this reason, Δy needs to be adjusted to 0.1 mm or less.
Accordingly, even when the
This principle is generally called Abbe's principle. This principle is not limited to an electron beam exposure apparatus, but can be widely applied to an apparatus that performs processing using an electron beam, an ion beam, or a laser beam, detects a signal of an inspection object, or measures coordinates of a specific position of the inspection object. it can.
[0018]
Next, an embodiment of a beam position adjusting apparatus for eliminating an Abbe error between the beam position of the laser
First, the case where the embodiment of the beam position adjusting apparatus according to the present invention is applied to an electron beam exposure apparatus will be described.
The
[0019]
The
Next, a method for eliminating the Abbe error in the Y-axis direction and the X-axis direction using the laser
First, a method for detecting the position of the
[0020]
The laser
[0021]
The
[0022]
Therefore, the control system (computer) 9 issues a command to the
[0023]
As described above, in the
Naturally, a laser
[0024]
Next, a method for detecting the position of the
The
[0025]
Therefore, the control system (computer) 9 issues a command to the
As described above, in the
[0026]
Naturally, a laser
[0027]
Next, a method for adjusting the position of the
The control system (computer) 9 sends a beam position Y in the Y-axis direction of the
Similarly, the control system (computer) 9 sends a beam position X in the X-axis direction of the
[0028]
Even without the moving
Further, instead of correcting the positions of the
[0029]
Next, another embodiment of the laser
In particular, in FIG. 5, when the distance between the electron lens 71, the
Therefore, in this case, as shown in FIG. 2, the slit-shaped
[0030]
L m = √ (2mfλ) (Equation 4)
Here, λ is the wavelength of the
Moreover, the width Wn of each Fresnel shown in FIG. 9 is given by, for example, the following equation (5).
W n = (L n -L n-1 ) / 2 (Equation 5)
In this way, the light transmitted through the one-
[0031]
Instead of the one-
Further, another embodiment of the laser
sin ω d = Sin ω 0 − (Mλ / d) (Equation 6)
However, m is an integer and represents the order of diffracted light.
[0032]
For example, when the
d = (mλ / (sin ω 0 −sin ω d )) (Equation 7)
In this way, the
In the embodiment described above, the case where the Y-axis laser
[0033]
As described above, the position Y in the Y-axis direction of the
Further, since the laser
[0034]
Further, a portion for deflecting light in the direction of the mark is constituted by a refracting
Further, the mark is constituted by a light transmitting substrate, a light shielding film that shields one surface of the light transmitting substrate, and an
[0035]
Further, when detecting the mark with the
Further, by forming the mark with a one-dimensional or two-dimensional Fresnel mark, it is possible to efficiently collect light on the
Furthermore, by forming the mark with a diffraction grating, the laser pattern transmitted through the mark can be guided to the
Next, the case where the embodiment of the beam position adjusting apparatus according to the present invention is applied to the laser processing apparatus shown in FIG. 6 will be described.
[0036]
As in the electron beam exposure apparatus shown in FIGS. 1 and 5, laser beam measurement marks 5 y and 5 x are placed on the XY stages 11 and 12. Position Y of
[0037]
As a result, similarly, the position Y in the Y-axis direction of the
[0038]
Next, the case where the embodiment of the beam position adjusting device according to the present invention is applied to the coordinate measuring device shown in FIG. 7 will be described.
As in the electron beam exposure apparatus shown in FIGS. 1 and 5, laser beam measurement marks 5 y and 5 x are placed on the XY stages 11 and 12. Position Y of
[0039]
As a result, similarly, the position Y in the Y-axis direction of the
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, an Abbe error can be accurately measured and corrected in an electron beam exposure apparatus, a processing apparatus using a laser or an electron beam, or a coordinate measurement apparatus. As a result, high-accuracy electron beam exposure or There is an effect that beam processing and coordinate measurement can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a beam position adjusting device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining an embodiment of a laser beam measurement mark according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of a laser beam measurement mark according to the present invention.
4 is a diagram for explaining an Abbe error of a stage having the laser length measuring device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a schematic block diagram showing an embodiment of an electron beam exposure apparatus provided with a beam position adjusting device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a beam processing apparatus provided with a beam position adjusting apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a coordinate measuring apparatus provided with a beam position adjusting device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining a threshold method.
FIG. 9 is a diagram showing a one-dimensional Fresnel pattern.
FIG. 10 is a diagram showing a signal waveform in which a one-dimensional Fresnel pattern is detected by an electron detector.
[Explanation of symbols]
2 ... laser length measuring mirror, 5y, 5x ... laser beam measurement mark, 6y, 6x ... photodetector, 11 ... Y stage, 12 ... X stage, 31 ... X direction laser length measuring device, 311 ... X direction laser Light, 3101 ... Moving stage, 3102 ... Moving stage drive unit, 32 ... Y direction laser length measuring device, 321 ... Y direction laser light, 41 ... Y stage drive motor, 411 ... Y stage drive rotor, 412 ... Y stage auxiliary rotor DESCRIPTION OF
Claims (14)
線対称もしくは点対称のマークを上面に形成したマーク部材を前記ステージ上に設置し、
前記レーザ測長器から出射されるレーザ光を前記マーク部材に入射させることによって前記マークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換する光検出器と、
前記光学系から集束ビームを照射することによって前記マーク部材のマークから発生する電子もしくは光を検出するビーム検出器と、
前記光検出器から検出される信号に基いて前記レーザ測長器から出射されるレーザ光の位置を算出し、更に前記ビーム検出器から検出される信号に基いて前記集束ビームの位置を算出する位置算出手段とを備え、
該位置算出手段で算出された前記レーザ光の位置と前記集束ビームの位置との相対関係から前記レーザ光と集束ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とするビーム照射装置。A stage on which an object is mounted, a drive scanning device that drives and scans the stage, an optical system that irradiates a focused beam onto the object mounted on the stage, and a drive scan that is driven by the drive scanning device A beam irradiation apparatus equipped with a laser length measuring device for measuring the position of the stage,
A mark member in which a line-symmetric or point-symmetric mark is formed on the upper surface is installed on the stage,
A photodetector for receiving a laser beam pattern obtained by transmitting the mark by making the laser beam emitted from the laser length measuring device incident on the mark member and converting it into a signal;
A beam detector for detecting electrons or light generated from the mark of the mark member by irradiating a focused beam from the optical system;
The position of the laser beam emitted from the laser length measuring device is calculated based on the signal detected from the light detector, and the position of the focused beam is calculated based on the signal detected from the beam detector. A position calculating means,
A beam irradiation apparatus configured to correct a relative position between the laser beam and the focused beam based on a relative relationship between the position of the laser beam calculated by the position calculating unit and the position of the focused beam. .
線対称もしくは点対称のマークを上面に形成したＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材を前記ステージ上に設置し、
前記Ｘ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器の各々から出射されるレーザ光を前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材に入射させることによって各々のマークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換するＹ軸用およびＸ軸用の光検出器と、
前記光学系から集束ビームを照射することによって前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々のマークから発生する電子もしくは光を検出するビーム検出器と、
前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記Ｙ軸用およびＸ軸用の光検出器の各々から検出される信号から前記レーザ測長器の各々から出射されるレーザ光のＹ軸方向の位置およびレーザ光のＸ軸方向の位置を算出し、更に前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用のマーク部材およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記ビーム検出器から検出される信号から前記集束ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置を算出する位置算出手段とを備え、
該位置算出手段で算出された前記各レーザ光のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置と前記集束ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置との相対関係から前記各レーザ光と集束ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とするビーム照射装置。A stage on which an object is mounted; a drive scanning device that drives and scans the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction; an optical system that irradiates a focused beam onto the object mounted on the stage; A beam irradiation apparatus comprising: an X-axis and a Y-axis laser length measuring device for measuring positions in the X-axis direction and the Y-axis direction of a stage driven and scanned by the drive scanning device;
A Y-axis and X-axis mark member having a line-symmetric or point-symmetric mark formed on the upper surface is installed on the stage,
Laser light patterns obtained by transmitting laser beams emitted from the X-axis and Y-axis laser length measuring devices to the Y-axis and X-axis mark members and transmitting the marks. A Y-axis and X-axis photodetector that receives light and converts it into a signal;
A beam detector for detecting electrons or light generated from the marks of the Y-axis and X-axis mark members by irradiating a focused beam from the optical system;
From signals detected from the Y-axis and X-axis photodetectors based on the position measurement values of the Y-axis and X-axis mark members measured by the laser length measuring devices. A Y-axis mark member that calculates the position of the laser beam emitted from each of the laser length measuring devices in the Y-axis direction and the position of the laser light in the X-axis direction and is further measured by each of the laser length measuring devices. And a position calculating means for calculating a position of the focused beam in the Y-axis direction and the X-axis direction from a signal detected from the beam detector based on a position measurement value of each of the mark members for the X-axis,
Based on the relative relationship between the position of each laser beam in the Y-axis direction and the X-axis direction calculated by the position calculating means and the position of the focused beam in the Y-axis direction and the X-axis direction, the laser beam and the focused beam A beam irradiation apparatus configured to correct a relative position.
線対称もしくは点対称のマークを形成したＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材を前記ステージ上に設置し、
前記Ｘ軸用およびＹ軸用のレーザ測長器の各々から出射されるレーザ光を前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々に入射させることによって各々のマークを透過して得られるレーザ光パターンを受光して信号に変換するＹ軸用およびＸ軸用の光検出器と、
前記露光光学系から電子ビームを照射することによって前記Ｙ軸用およびＸ軸用のマーク部材のマークから発生する反射電子もしくは２次電子を検出する電子検出器と、
前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記Ｙ軸用およびＸ軸用の光検出器の各々から検出される信号から前記レーザ測長器の各々から出射されるレーザ光のＹ軸方向の位置およびレーザ光のＸ軸方向の位置を算出し、更に前記レーザ測長器の各々によって計測されるＹ軸用のマーク部材およびＸ軸用のマーク部材の各々の位置計測値を元に前記電子検出器から検出される信号から前記電子ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置を算出する位置算出手段とを備え、
該位置算出手段で算出された前記各レーザ光のＹ軸方向およびＸ軸方向の位置と前記電子ビームのＹ軸方向およびＸ軸方向の位置との相対関係から前記各レーザ光と電子ビームとの相対的位置を補正するように構成したことを特徴とする電子線露光装置。A stage on which an exposure substrate is mounted, a drive scanning device that drives and scans the stage in the X-axis direction and the Y-axis direction, and an exposure that exposes the exposure substrate mounted on the stage by irradiating an electron beam An electron beam exposure apparatus comprising an optical system and X-axis and Y-axis laser length measuring devices for measuring positions in the X-axis direction and the Y-axis direction of a stage driven and scanned by the drive scanning device. And
A Y-axis and X-axis mark member on which a line-symmetric or point-symmetric mark is formed is placed on the stage,
Laser obtained by transmitting laser beams emitted from each of the X-axis and Y-axis laser length measuring devices to each of the Y-axis and X-axis mark members and transmitting the marks. A Y-axis and X-axis photodetector that receives a light pattern and converts it into a signal;
An electron detector for detecting reflected electrons or secondary electrons generated from the marks on the Y-axis and X-axis mark members by irradiating an electron beam from the exposure optical system;
From signals detected from the Y-axis and X-axis photodetectors based on the position measurement values of the Y-axis and X-axis mark members measured by the laser length measuring devices. A Y-axis mark member that calculates the position of the laser beam emitted from each of the laser length measuring devices in the Y-axis direction and the position of the laser light in the X-axis direction and is further measured by each of the laser length measuring devices. And a position calculating means for calculating a position of the electron beam in the Y-axis direction and the X-axis direction from a signal detected from the electron detector based on a position measurement value of each of the mark members for the X-axis,
From the relative relationship between the position of each laser beam in the Y-axis direction and the X-axis direction calculated by the position calculation means and the position of the electron beam in the Y-axis direction and the X-axis direction, the laser beam and the electron beam An electron beam exposure apparatus configured to correct a relative position.
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