(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発した光束を光分岐素子により複数に分岐して描画面上に導き、複数のビームスポットを形成し、該ビームスポットを前記描画面に対して相対的に走査させることにより前記描画面上にパターンを形成するマルチビーム描画装置におけるビーム列検出方法であって、
前記光源と前記光分岐素子との間に、前記光束の断面を複数のエリアに分割して隣接するエリア間に半波長の光路差を与える位相フィルターを配置し、
前記位相フィルターを配置することにより前記ビームスポット内に生じた位相ギャップにより形成される暗線を基準にして前記複数のビームスポットの相対間隔を検出することを特徴とするビーム列検出方法。
【請求項２】
前記位相フィルターは、前記光束の断面を扇形のエリアに４分割し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与えることにより、前記ビームスポット内に十字形の暗線を形成することを特徴とする請求項１に記載のビーム列検出方法。
【請求項３】
前記位相フィルターは、前記光束の断面を中心部の円形エリアとその周囲のリング状エリアとの２つのエリアに分割し、これらのエリア間に半波長の光路差を与えることにより、前記ビームスポット内にリング状の暗線を形成することを特徴とする請求項１に記載のビーム列検出方法。
【請求項４】
入射する光束の断面を複数のエリアに分割し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与えることを特徴とするビーム列検出用位相フィルター。
【請求項５】
直交する十字線により区切られた４つのエリアを有し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与えることを特徴とする請求項４に記載のビーム列検出用位相フィルター。
【請求項６】
リング状の線により区切られた２つのエリアを有し、これらのエリア間に半波長の光路差を与えることを特徴とする請求項４に記載のビーム列検出用位相フィルター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチビーム描画装置におけるビーム列検出方法、およびこの検出に利用される位相フィルターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチビーム描画装置は、光源から発した光束を光分岐素子により複数に分岐して描画面上に導き、複数のビームスポットを形成し、これらのビームスポットを描画面に対して相対的に走査させることにより描画面上にパターンを形成する。この種のマルチビーム描画装置においては、走査線の間隔を等しくするため、複数のビームスポットが描画面上で等間隔で配列する必要がある。
【０００３】
マルチビーム描画装置の光学系は、ビームスポットが等間隔で配列するよう設計されているが、光学系の持つ収差や光学素子の機械的な組み立て誤差等により、実際にはビームスポットの間隔にバラツキが生じる場合がある。ビームスポット間隔のバラツキは走査線の間隔のバラツキとなって描画品質を劣化させるため、ビームスポットの間隔を検出し、これらが等間隔となるよう調整する必要がある。
【０００４】
従来から、実際の描画結果に基づいて走査線の間隔を検出する方法、あるいは、ＣＣＤ等の光電変換素子を描画面の位置に配置してビームスポットの位置を直接検出する方法等が実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の描画結果に基づく検出方法では、調整の結果を即時に知ることができず、調整に手間がかかるという問題がある。また、光電変換素子を用いた方法では、検出されたビームスポットのなだらかな強度分布に基づいてビームスポットの中心を特定するのが困難であり、ビームスポットの間隔を正確に検出するのが困難であるという問題がある。なお、光電変換素子を用いた検出では、ビームスポットの強度分布の重心をビームスポットの中心として特定することも考えられるが、強度分布には各ビームスポット毎に固有の乱れを含む場合もあり、一様に重心を中心とすると、正確な調整ができない可能性がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、検出結果を即時に知ることができ、かつ、ビームスポットの間隔を正確に検出することができるビーム列検出方法および検出用位相フィルターを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるビーム列検出方法は、上記の目的を達成させるため、マルチビーム描画装置の光源と光分岐素子との間に、光束の断面を複数のエリアに分割して隣接するエリア間に半波長の光路差を与える位相フィルターを配置し、この位相フィルターを配置することにより描画面上のビームスポット内に生じた位相ギャップにより形成される暗線を基準にして複数のビームスポットの相対間隔を検出することを特徴とする。
【０００８】
上記の方法によれば、位相フィルターを配置することにより描画面上の明るいビームスポット内に暗線が形成されるため、この暗線がコントラストの高い指標となる。したがって、描画面に光電変換素子を配置してビームスポットを検出すると、暗線を基準にしてビームスポットの位置を正確に検出することができる。また、位相フィルターは、光束が分岐する手前に配置されているため、単一の位相フィルターにより複数のビームスポットに暗線を形成することができ、かつ、位相フィルターが光束に対して偏心したとしても、偏心による暗線のずれは全てのビームスポットに対して同等に現れるため、ビームスポットの相対位置を検出する際の妨げにはならない。
【０００９】
位相フィルターは、例えば光束の断面を扇形のエリアに４分割し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与える。この場合には、ビームスポット内に十字形の暗線が形成される。あるいは、位相フィルターは、光束の断面を中心部の円形エリアとその周囲のリング状エリアとの２つのエリアに分割し、これらのエリア間に半波長の光路差を与える。この場合には、ビームスポット内にリング状の暗線が形成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるビーム列検出方法の実施形態を説明する。図１(A)は、実施形態の方法が適用されるマルチビーム描画装置の光学系を示す概略図、図１(B)は、図１(A)の光学系のビームスポット位置検出時に使用される位相フィルターの平面図である。最初に、図１(A)に基づいてマルチビーム描画装置の構成について説明する。
【００１１】
マルチビーム描画装置は、図１(A)中左側から順に、光源１、ビームエクスパンダー２、回折分岐素子３、収束レンズ４、リレー光学系５、マルチチャンネル変調器６、コリメートレンズ７、ポリゴンミラー８、ｆθレンズ９、そして、描画面１０が配列して構成されている。
【００１２】
光源１は、アルゴンレーザー等のレーザー光源であり、この光源１から発した光束はビームエクスパンダー２により光束径が調整される。回折分岐素子３は、ビームエクスパンダー２からの平行光束を回折させることにより複数本に分岐してそれぞれ異なる角度で射出させる。
【００１３】
回折分岐素子３により分岐された複数の平行光束は、収束レンズ４により収束光とされて第１群５ａと第２群５ｂとを含むリレー光学系５を介してＡＯＭ(音響光学変調素子)等のマルチチャンネル変調器６に入射する。リレー光学系５から導かれる複数の光束は、マルチチャンネル変調素子６によりそれぞれ独立して変調される。変調された複数の光束は、コリメートレンズ７を介してポリゴンミラー８に入射し、このポリゴンミラーの回転に伴って反射、偏向される。偏向された複数の光束は、ｆθレンズ９を介して描画面１０上に主走査方向に走査する複数のビームスポットを形成する。
【００１４】
ビーム列の検出時には、光源１と回折分岐素子３との間、この例では図１(A)に破線で示すように、ビームエクスパンダー２と回折分岐素子３との間に、位相フィルター２０が配置される。位相フィルター２０は、図１(B)に示すように、光束Ｌの断面を複数のエリア、この例では扇形の４つのエリアに分割し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与える素子である。すなわち、位相フィルター２０は、円板状の素子であり、表面が４つの扇形のエリア２１，２２，２３，２４に分割されている。図中で斜線で示される２つのエリア２１，２３は、他のエリア２２，２４に対して半波長の光路差を与えるよう構成されている。
【００１５】
図２は、上記の位相フィルター２０の製造方法の一例を示す説明図である。円板状の透明なガラス基板２０ａを用意し(図２(A))、その直径を境とする半分を覆って図２(B)中斜線で示す領域に半波長の光路差を与える膜をコーティングにより形成する。次に、覆う領域を９０度回転させ、同様に半波長の光路差を与える膜をコーティングにより形成する(図２(C))。これにより、膜が形成されないエリア２１に対して、１層の膜が形成されたエリア２２，２４は半波長の光路差を与え、２層の膜が形成されたエリア２３は１波長の光路差を与える。１波長の光路差は光路差がないのと等価であるため、エリア２１，２３が同位相、これに対してエリア２２，２４は半波長の光路差(位相差)を与えることとなる。
【００１６】
位相フィルター２０を光路中に配置すると、位相フィルターの隣接したエリアを透過した光束間には半波長の位相差が生じるため、描画面１０上のビームスポット内にも位相フィルター２０のエリアと相似形の位相差が生じ、これによりエリア間に位相ギャップが生じる。このようなビームスポット内の位相ギャップにより、エリアの境界部分に相当する部分では位相のずれた光が打ち消し合って強度がゼロになる。したがって、ビームスポットには、十字形の暗線が形成される。
【００１７】
図３は、位相フィルター２０を配置した場合の描画面１０上でのビームスポットの強度分布を示すグラフである。このグラフに示されるように、ビームスポットは４つのピークを含み、これらのピークの間の境界部分は強度の谷間となって暗線を形成する。
【００１８】
実際には描画面１０上には複数のビームスポットが形成されるため、位相フィルター２０を配置した場合には、図４に示すように、十字形の暗線を含むビームスポットＳ1が複数形成される。これらのビームスポットＳ１は、破線で示される走査線に沿って走査する。描画精度を高く保つためには、これらの走査線の間隔Ｗ1，Ｗ2を特定の値に保つ必要がある。なお、図４では、ビームスポットＳ1の明るい部分を扇形の領域として図示している。これらの扇形の領域の間の部分は、空白として示されているが、実際にはビームスポット外の領域と同じ明るさとなるため、明るいビームスポットＳ1内における暗線として観察される。描画面１０に光電変換素子を配置し、これらの十字形の暗線を基準にしてビームスポットの位置を検出すると、各ビームスポットの位置を正確に検出することができ、したがって、複数のビームスポットの相対間隔を精度よく検出することができる。
【００１９】
なお、位相フィルター２０は、光束を分岐させる回折分岐素子３より光源側に配置されているため、単一の位相フィルター２０により複数のビームスポットに暗線を形成することができる。また、位相フィルター２０が光束に対して偏心した場合には、例えば図５に示すように、全てのビームスポットＳ2について十字形の暗線が同一方向に同一量変位する。したがって、位相フィルターの偏心は、ビームスポットＳの相対位置を検出する際の妨げにはならない。
【００２０】
図６は、他の実施形態にかかる位相フィルター３０を示す平面図である。この位相フィルター３０は、光束Ｌの断面を複数のエリア、この例では中心部の円形エリアとその周囲のリング状エリアとの２つのエリアに分割し、隣接するエリア間に半波長の光路差を与える。すなわち、位相フィルター３０は、円板状の素子であり、表面が中心部の円形のエリア３１と、その周囲のリング状のエリア３２とに分割されている。
【００２１】
位相フィルター３０は、ビーム列の検出時に、図１(A)に示した実施形態と同様にビームエクスパンダー２と回折分岐素子３との間に配置される。位相フィルター３０を光路中に配置すると、位相フィルター３０の２つのエリアを透過した光束間には半波長の位相差が生じるため、描画面１０上のビームスポット内にも位相フィルター３０のエリアと相似形の位相差が生じ、これによりエリア間に位相ギャップが生じる。このようなビームスポット内の位相ギャップにより、エリアの境界部分に相当する部分では光束が打ち消し合って強度がゼロになる。したがって、ビームスポットには、円形の暗線が形成される。
【００２２】
図７は、位相フィルター３０を配置した場合の描画面１０上でのビームスポットの強度分布を示すグラフである。ここでは、強度の分布を明確にするために、１／４の領域をカットして示している。このグラフに示されるように、ビームスポットは中心に単一のピークを有すると共に、周辺にはリング状のピークを有し、これらのピークの間の境界部分は強度の谷間となって暗線を形成する。
【００２３】
実際には描画面１０上には複数のビームスポットが形成されるため、位相フィルター３０を配置した場合には、図８に示すように、円形の暗線を含むビームスポットＳ3が複数形成される。ビームスポットの周辺部は、強度の低下がなだらかであるため、境界が不明確であるが、位相ギャップによる暗線は、明るいビームスポットの中に形成されるため、コントラストが高く、明確に識別することができる。描画面１０に光電変換素子を配置し、これらの円形の暗線を基準にしてビームスポットの位置を検出すると、各ビームスポットの位置を正確に検出することができ、したがって、複数のビームスポットの相対間隔を精度よく検出することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチビーム描画装置の光路中に位相フィルターを配置することにより、描画面上の各ビームスポット内に暗線を形成することができるため、この暗線を基準にすることにより、光電変換素子を用いた検出方法により、ビームスポットの位置を正確に特定することができる。したがって、検出結果を即時に知ることができ、かつ、ビームスポットの間隔を正確に特定することができ、検出結果に基づく調整等を素早く正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (A)は実施形態の方法が適用されるマルチビーム描画装置の光学系を示す概略図、(B)は(A)の光学系のビームスポット位置検出時に使用される位相フィルターの平面図。
【図２】  図１(B)の位相フィルターの製造方法の一例を示す説明図。
【図３】  図１(B)の位相フィルターを配置した場合の描画面上でのビームスポットの強度分布を示すグラフ。
【図４】  図１(B)の位相フィルターを配置した場合の描画面上でのビームスポットの配列の一例を示す説明図。
【図５】  図１(B)の位相フィルターを配置した場合の描画面上でのビームスポットの配列の他の例を示す説明図。
【図６】  図１の光学系のビームスポット位置検出時に使用される位相フィルターの他の例を示す平面図。
【図７】  図６の位相フィルターを配置した場合の描画面上でのビームスポットの強度分布を示すグラフ。
【図８】  図６の位相フィルターを配置した場合の描画面上でのビームスポットの配列の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１  光源
２  ビームエクスパンダー
３  回折分岐素子
６  マルチチャンネル変調器
８  ポリゴンミラー
９  ｆθレンズ
１０  描画面
２０，３０  位相フィルター３０
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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