粒子ビーム露光装置のためのパターンロック装置
粒子ビーム装置のパターンロック装置において、パターンの投影は少なくとも２つの連続する投影段を用いてなされ、記録手段は、中間投影面の公称位置の箇所に配置され、基準マークは、最終でない投影段により生成された基準マークの中間像の位置において、粒子ビームの位置を決定する記録手段上に投影される。さらに、記録手段上の走査動作を起こすため、基準ビームレットは、パターン描画手段に設けられた偏向手段を用いて、時間依存性の電圧に依存して横方向にシフトされる。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［発明の技術分野および従来技術の説明］
本発明は、粒子ビーム処理装置で使用されるパターンロック手法の改善に関する。より詳しくは、本発明は、粒子ビーム処理装置でターゲットに像を露光する間に、パターン像の位置を制御する方法に関する。このパターンは、パターン描画手段に形成され、荷電粒子のビームを用いて、粒子光学投影装置を通して、以下の考え方のステップによりターゲット上に投影される。
【０００２】
−パターン描画手段に設けられた複数の基準マークを、同じ投影装置を通して、基準マーク像の所望の位置に配置された、対応する数の記録手段に投影するステップ
−各基準マークの正確な位置に依存する対応する信号を発生する記録手段で基準マーク像を検知するステップ
−これらの信号を制御手段で処理し、投影装置の投影特性を調整するための制御信号を得て、基準マーク像を前記した所望の位置に一致させるステップ。
【０００３】
パターンロッキングといわれる方法および装置、すなわち、ウエハ基板のようなターゲット上に投影された構造パターンの位置を粒子投影装置内で固定させる方法および装置は公知であり、出願人（譲受人）の米国特許第４，８２３，０１１号（＝欧州特許０ ２５０ ３９１号）および米国特許４，９６７，０８８号（＝欧州特許０ ２９４ ３６３号）に詳細に説明されている。
【０００４】
この種の処理装置の一つの重要な応用は、描画装置としての、半導体技術に使用される粒子ビーム描画の分野であり、基板表面上に所望のパターンを描画するために、ウエハは放射線感受性のフォトレジスト層で覆われ、所望の構造は描画装置を用いてフォトレジスト上に投影され、それからこのフォトレジストは、前の露光ステップにより描画されたパターンに従い部分的に除去されてパターン化され、それからエッチングのようなさらなる構造化処理のためのマスクとして使用される。この種の処理装置の他の重要な応用は、ナノスケール装置、特に１００ｎｍ以下の形状を有する装置の製造または機能付与に使用される、ダイレクトイオンビーム材料加工またはイオンビーム誘発型のエッチングおよび／または堆積による、ナノスケールパターニングの分野である。
【０００５】
ウエハ（またはターゲットのようなものの）上に所望のパターンを形成する処理においては、露光の間においてウエハ上に正確な像の位置を維持することが通常要求される。この操作は一般にパターンロッキングといわれる。パターンロッキングは、例えば、台形ひずみΔＸおよびΔＹと同様に、ウエハ面における像のＸおよびＹの並進、回転角θ、ならびに横のスケールに対する拡大率ＭＸおよびＭＹ、のそれぞれについてなされる。露光の間、これらのパラメータの変化が、電圧変動（拡大率Ｍ）または投影装置に対するターゲットステーションの僅かな動きによって発生し、両者は横方向ＸＹとＺ方向に、後者は拡大率Ｍにも変化を発生させる。像を変化させる主たる他の原因は、外部磁気場および／または電磁場にある。
【０００６】
パターン化されたビームのパターン像の位置は直接測定することができないので（それは像に干渉する）、「基準ビームレット」と呼ばれる追加的な基準ビームが、調整の目的で採用される。ビームレットは、パターン化する装置（マスクまたは他の描画装置）、つまり、パターン領域に隣接し、しかし離間した基準アパーチャにより描画され、像のパターン情報を担うビームの一部がターゲット上に形成されるのと同様に、ターゲット面に向けて投影される。このため、ビームレットは、パターン情報を担う中央部分のビームを取り囲み、「ダイビーム」とも呼ばれる。ダイビームとは対照的に、基準ビームレットはターゲットには届かない（ダイビームと異なり、それらはターゲット上に投影されない）が、それらは、個別のビームレットの位置を測定する記録手段として機能する、対応する数の検知ユニットに記録され、そして、このように測定された位置は、光学装置の補正信号を引き出すために、不変の基準面に関連した公称位置と比較される。
【０００７】
検知ユニットは、リファレンス装置に含まれる。この装置は、ビームの方向に見てターゲットの前（つまり、上流）に位置している。リファレンス装置は、リファレンス装置の測定信号から補正信号を引き出す装置とともに、パターンロック装置といわれる。（この用語には、ときに補正信号により制御された投影装置の光学要素をも含む。）
通常の技術水準の構成では、リファレンス装置は、走査ブロックと基準面を含んでなり、走査ブロックは、基準面の前に位置している。基準面は、走査ブロックに収容されたディテクタと協働して、入射するビームレットを検知するため記録マークが設けられている。走査ブロックは、ビームレットのための偏向手段をも含んでなる。各ビームレットはビームレットが通過する各偏向手段、基準マークおよびディテクタと関係している。ビームレットは、基準マークに入射すると、各ディテクタにより検知される二次電子を発生させる。偏向手段を用いて、各ビームレットは記録マークを横切って走査される。走査動作の周波数は、典型的には１００Ｈｚの範囲である。時間依存性の検知信号から、時間依存性の偏向電圧信号を考慮すると、ビームレットの位置（つまり、偏向されない位置に関し）が求められる。
【０００８】
現状の技術水準の走査ブロックは、ダイビームの開口を取り囲んだ装置であり、例えば、ビームを僅かにガイドする電場に影響を与える、円形の開口を有するリング形状のユニットである。一方、基準ビームレットは、走査ブロックに位置した検知手段を通過するため、パターンビーム領域の外側に位置している。基準ビームレットの幾何学的配置は、パターン描画装置のレイアウトに反映される。そして、基準マークはアパーチャパターンのパターン領域を取り囲む範囲（通常はリング形状）に位置する。ビームは、基準マークと同様にパターン領域を照射し、結果的に、基準マーク領域を含む全体領域にわたって十分に規定される（均一性と光学収差に関し）。
【０００９】
このリファレンス装置のレイアウトは、スペースの問題、特に、ターゲットに生成される像が小さく、最終的な光学要素が走査ブロックのようなスペースを取る装置のための十分な大きさが無いことから、光学系を減らす上での問題を引き起こす。それゆえ、パターンロック装置から推察されるスペースの問題を解決するための新たな方法が求められる。この問題は、いくつかの側面を通じ、本発明により解決される。
【特許文献１】米国特許第４，８２３，０１１号（＝欧州特許０ ２５０ ３９１号
【特許文献２】米国特許４，９６７，０８８号（＝欧州特許０ ２９４ ３６３号）
【特許文献３】米国特許第６，７６８，１２５号（＝英国特許公開第２ ３８９ ４５４号）
【特許文献４】米国特許第４，９８５，６３４号（欧州特許 ０３４４６４６号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
［発明の概要］
本発明の第１の側面は、粒子ビーム装置に適用でき、パターンの投影は、投影装置の少なくとも２つの連続する投影段を用いて実施され、つまり、少なくとも一つの最終でない投影段と一つの最終投影段を含み、後者はパターンの像を生成する。パターン像とは対照的に、基準マーク像の検知は、最終でない投影段の中間像の位置でなされ、記録手段は、中間像面の公称位置に配置されている。この解決手段により、極めて軽減されたスペース制約のなかでパターンロックを実現することができる。しかも、投影装置を減らしながら、中間像の縮小率は小さく、検知装置は解放された小型化にして形成することができる。
【００１１】
本発明の第２の側面によれば、基準ビームレットの走査動作は、パターン描画装置の位置において既に行われる。それゆえ、少なくとも一つの基準マークにより形成された基準ビームレットは、偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存したパターン描画手段に設けられた偏向手段、を用いて横方向にシフトされ、対応する時間依存性の各基準マーク像の走査動作となる。一つの好ましい実施形態においては、基準ビームレットの横方向のシフトは、２つ（またはそれ以上の）電極のセットにより生成され、それらの電極は、ビームレットの方向に沿って見て直列に配置された、例えば多極電極である。
【００１２】
本発明の他の側面は、ビームがウエハ上の他のダイ領域に動くための休止のような、２つの露光ステップの間での露光休止を用いる。露光休止の間、基準マーク像の横方向の動きは、投影装置、特に、静電多極手段のような偏向手段を用いて実施され、結果として発生する像の検知からの変化する信号が記録され、そしてこれらの信号データに基づき、各記録手段に関する基準マーク像の位置のための好適な動作基点が選択される。この手続により、リファレンス装置の繰り返しの再校正がなされ、パターンロック制御ループの質が改善される。
【００１３】
基準ビームの相対位置の解像度を改善するため、基準マーク像は記録手段を用いて検知されてもよい。この記録手段は、互いに傍に配置された多数の検知エリアと、基準マークから照射が当たったのが合計信号に加わったときの、検知エリアにより生成された検知信号とを含んでなり、この検知エリアは、照射のユニットに関連して、それぞれ検知信号に異なる寄与をもたらし、検知手段に関して基準マーク像の位置に依存して変化する合計信号となる。このような検知手段の好ましい一実施形態においては、検知エリアは選択的に減算ユニットの正および負の入力に接続されている。もう一つの方法として、検知エリアは、照射の方向に対して、その箇所の横方向の幅よりも小さくない高さの違いに従って選択的に上昇または下降する箇所として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図示した好適な実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
［発明の詳細な説明］
本開示の説明のため、Ｚ座標が光軸に沿った軸座標を示し、Ｘ，Ｙが２つの直交する方向を示すデカルト座標を用いる。
【００１６】
以下に説明する本発明の好ましい実施形態は、出願人（譲受人）が米国特許第６，７６８，１２５号（＝英国特許公開第２ ３８９ ４５４号）で開示したパターン描画（ＰＤ）装置に基づき、前記文献での教示は、ここに本開示に組み入れられる。以下において、ＰＤ装置の技術的背景を本発明に関連する限りにおいて、図１から図４（米国特許第６，７６８，１２５号の同図に対応する）を参照してまず説明し、それから、ＰＤ装置の発明の実施形態について説明する。本発明が以下の実施形態またはＰＤ装置に限定されないことは当然であり、それらは単に本発明の可能な実施を表すに過ぎない。むしろ、本発明は、他の型の粒子ビーム露光装置にも同様に好適である。
【００１７】
［パターン描画装置とＰＭＬ２装置］
米国特許第６，７６８，１２５号に記載されたＰＤ装置は、ＰＭＬ２（Projection Mask-Less Lithography #2の省略である）と呼ばれる複数ビーム直接書き込み方式を実現したものである。その装置は、他のプレートの上に積み上げられた複数のプレートと、それらの間のアパーチャアレイ手段（アパーチャプレート）と、ブランキング手段（ブランキングプレート）とを含んでなるＰＤ装置を採用している。これらの分離されたプレートは、規定された距離離れて、例えばケースの中に一緒に設置されている。アパーチャアレイ手段は、前記アパーチャを透過するビームレットの形を規定する同一形状の複数のアパーチャを有し、アパーチャは、ねじれ形の並びの複数のアパーチャからなるＰＤ領域の中に配列され、アパーチャは、一つの開口の幅の第１整数倍だけ前記並びの中で間隔を有して離れ、そして、隣接する並びの間で前記整数倍の幅の端数だけずれている。ブランキング手段は、アパーチャアレイ手段のアパーチャに対応した配列で並んだ複数のブランキング開口を有しており、特に、ねじれ形の並びのブランキング開口を有している。ＰＤ装置の構造と操作に関しての米国特許第６，７６８，１２５号の教示と、特に、そのブランキングプレートの構造は、この開示の一部としてここに含まれる。
【００１８】
すでに説明したように、照光系により発生された電子ビームは、ＰＭＬ２装置で使用される。それは、ターゲット表面に投影されるビームパターンを描画するためにＰＤ手段を照射する。アパーチャを通過する各ビームの経路は、各アパーチャを通過するビームの粒子の経路を許容（「スイッチオン」）または事実上無力化（「スイッチオフ」）するために制御される。アパーチャアレイを透過する（またはより正確には、スイッチオンしたアレイの開口を通った）ビームは、アパーチャの空間的配置を代表したパターン情報を担うパターン化された粒子ビームを形成する。それから、パターン化されたビームは、粒子光投影装置を用いてターゲット上に投影され、そして、ターゲットには、照射された位置においてターゲットが修正されるようにアパーチャの像が形成される。ビームによって形成された像は、各ダイ領域にわたって直線に沿って連続的に動く。走査方向に直交する方向への追加的なビームの走査は必要ではない（必要に応じて、走査ステージの横方向移動誤差を補償する場合を除く）。
【００１９】
本発明の好適な実施形態を採用したマスクレス粒子ビーム露光装置ＰＭＬ２の全体像を図１に示す。以下において、細部は本発明を開示するために必要に応じて示されており、明瞭化のため、図１において、各構成要素は実際のサイズ通りに示されてはいない。装置１００の主要な構成要素は、この例で図１の下方に向かって垂直に走る描画ビームｌｂ、ｐｂの方向に対応して、照光系１０１と、パターン描画（ＰＤ）装置１０２と、投影装置１０３と、基板４１を含むターゲットステーション１０４とである。装置１００全体は、この装置の光軸ｃｘに沿ってビームｌｂ、ｐｂが妨げられずに伝搬するのを保障するために高真空に保持された真空ハウジング１０５内に設けられている。粒子光装置１０１，１０３は、静電レンズまたは電磁レンズが用いられる。
【００２０】
照光系は、例えば、電子銃１１と、収斂レンズ装置１３だけでなく引出系１２を備える。しかしながら、電子に代えて、一般に、他の荷電粒子も同様に用いることができることに注意すべきである。（電子銃から放射された）電子は別として、上記粒子は、例えば、水素イオン又は重イオンであり、本開示においては、重イオンは、Ｏ，Ｎ等のＣよりも重い元素のイオン、あるいはＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の希ガスを指す。
【００２１】
イオン源１１は、例えば、通常数ｋｅＶ、例えば１０ｋｅＶなどの規定の（運動）エネルギーを有するエネルギーイオンを放射する。電子光集光レンズ装置１３によって、イオン源１１から放射されたイオンは、描画ビームｌｂとして機能する、ワイドで、実質的にテレセントリックなイオンビームに形成される。そして、この描画ビームｌｂは、その位置を保持するのに必要な装置と共に、ＰＤ装置１０２を構成するＰＤ装置２０を照射する。ＰＤ装置２０は、描画ビームｌｂの経路中の特定の位置に保持され、それにより複数のアパーチャ２１（図２参照）を照射する。複数のアパーチャのうちのいくつかは、入射ビームを透過するようにスイッチオン又は開放され、残りのアパーチャはスイッチオフ又は閉塞されて、即ちビームに対して非透過性（不透明）になる。スイッチオンされたアパーチャのパターンは、基板上で露光されるパターンに従って選択される。なぜなら、これらのアパーチャは、ＰＤ装置のうちビームｌｂに対して透明な唯一の部分であるからであり、それにより、ビームｌｂは、アパーチャからでてくるパターン化されたビームｐｂに形成される（図１において装置２０の下参照）。
【００２２】
そして、パターン化されたビームｐｂによって表わされるようなパターンは、電子光投影装置１０３によって基板４１上に投影され、基板４１にはスイッチオンされたマスクアパーチャ２１の像が形成される。これは、アパーチャではなく粒子源の像が基板上に形成される、Ａｒａｉらのものと対照的である。投影装置１０３は、２つのクロスオーバｃ１、ｃ２を有する、例えば２００倍の縮小率を実現する。基板４１は、例えば、フォトレジスト層で覆われたシリコンウエハである。ウエハ４１は、ターゲットステーション１０４のウエハステージ４０に保持され、配置される。
【００２３】
図１に示す本発明の実施形態においては、投影装置１０３は、２つの連続する電子光投影段３１、３２からなる。静電イメージング装置の技術的な実現は、例えば米国特許第４，９８５，６３４号（欧州特許 ０３４４６４６号）等、従来技術で公知なので、投影部３１、３２を実現するために用いる静電レンズは、図１において象徴的な形で示す。第１の投影段３１は、装置２０のアパーチャの面を中間面ｅ１に投影し、中間面ｅ１は、第２の投影段３２によって基板表面に順に投影される。ＰＤ装置の位置と同様に、中間面ｅ１においては、ビームは実質的にテレセントリックである。両投影段３１、３２は、クロスオーバｃ１、ｃ２を介した縮小投影を用いるので、面ｅ１内の中間像は反転されるが、基板上に形成される最終的な像は（非反転の）正立像である。縮小率は両投影段において１４倍であり、全体で２００倍の縮小率になる。この程度の縮小投影は、ＰＤ装置の小型化の問題を高めるために、特に描画機構に適している。
【００２４】
第１の投影段３１の後段において、ビーム幅は、例えば、ＰＤ領域ｐｆ（図２）の最初の幅Ｌ＝６０ｍｍから中間面ｅ１における約４ｍｍに十分に減じられる。この結果、第２の投影段３２の電子光部品の寸法を、ビーム幅と同じ縮尺に減じる必要がないので、レンズ要素を、ビームに対してより大きく実施することができ、それによりレンズの欠陥及び投影収差のより容易な処理が可能になる。例えば、イオン源と基板との間の全長が約２ｍの場合、第２の投影段のクロスオーバｃ２の後段の最終レンズの焦点距離は、約２０ｍｍに短くすることができる。これにより、空間電荷相関が小さな影響のみを有するので、例えば４〜１０μＡ程度の、処理可能な高イオン電流が可能になる。
【００２５】
両投影段において、それぞれのレンズ系は、色収差及び幾何学的収差に対して正しく補償されており、さらに、第１の投影段３１の残りの色収差は、第２の投影段３２における電極電位の適切で緻密な補正によって補償することができる。色補償によって、イオン源１１から放射されたイオン（あるいは一般に荷電粒子）のエネルギーは、ΔＥ＝６ｅＶまでの比較的高いエネルギーの不鮮明さを有することができる。これにより、品質に対する要求があまり厳密でないイオン源を用いることが可能になり、そのため高電流を放射することができる。
【００２６】
さらに、第２の投影段において、第１の投影段の確率論的なエラーが縮小されるので、第１の投影段の、クロスオーバｃ１，ｃ２での相互作用による確率論的なエラーは減少し、第２の投影段における確率論的なエラーは、基板表面からの第２のクロスオーバｃ２の距離が小さいので、影響はほとんどない。
【００２７】
イメージを横方向にシフトする手段として、即ち、光軸ｃｘと直角な方向に沿って、偏向手段３１５、３２５が、投影段の一方または双方に設けられている。この偏向手段は、例えば、図１に示す第１段の偏向手段３１５のようにクロスオーバの近くに配置されるか、あるいは図１の第２段の偏向手段３２５の場合のように、各投影部の最終レンズの後段に配置される、多電極装置として実現することができる。この装置においては、多電極は、ステージの動きに関連して像をシフトするための、および以下に説明するパターンロック装置と協働するイメージング装置を補正するための、偏向手段として用いられる。さらに、必要であれば、基板面でパターンの回転を生じさせるために電磁コイル６２が使用される。
【００２８】
図２は、ＰＤ装置２０のアパーチャの配置の平面図を示す。ＰＤ領域ｐｆ内に、隣接するラインｐｌに沿ってアパーチャ２１が並ぶ規則的な配列で、複数の正方形状のアパーチャ２１が設けられ、各ラインｐｌには、同数のアパーチャが存在する。ＰＤ領域ｐｆは、アパーチャを含むアパーチャ領域ａｆといわれる部分と、アパーチャがない領域ｓｆとの複数のストライプに分割されていてもよい。ラインｐｌと直角な方向に沿って見たアパーチャ領域ａｆには、アパーチャが、列ｒ１、ｒ２、ｒ３の並びを構成している。即ち、図示の実施形態においては、列ｒ１〜ｒ３は隣接しておらず、互いに離間している。アパーチャは、斜めに規則的な配列に従って、アパーチャ領域ａｆ内に配置されている。
【００２９】
２行おきのアパーチャは、隣接して並ぶもの同士の間のピッチｐｎがアパーチャの幅ｗの３倍（即ち、ｐｎ＝ｎ×ｗ）になるように並んでおり（ｎ＝３；他の実施形態においては、ｎは２より大きな他の値でもよい）、隣接する列間のオフセットｐｍは、アパーチャの幅ｗの４倍となっている（即ち、ｐｍ＝ｍ×ｗ で ｍ＝４である；ｍは２より大きな他の値でもよい）。ラインｐｌ内において、アパーチャ間のずれは、ｎ・ｐｍ＝１２である。従って、アパーチャは、領域ａｆの面積の１／（ｎ×ｍ）＝１／１２のみをカバーし、図３に示すように、一度に、ｎ×ｍ＝１２の画素の中から一つのみを露光することができる。残りの画素は、基板をアパーチャのイメージに対して「走査方向」ｓｄに沿って移動させる手段によって、後続のステップで露光される。アパーチャ２１の空間的配置及びアパーチャを制御する回路のレイアウトは、米国特許第６，７６８，１２５号に記載されている。
【００３０】
図３は、基板上に形成されたイメージ領域ｍｆを示すが、分かりやすくするため、この図では、全てのアパーチャがスイッチオンされていると仮定する。イメージ領域の幅ｆｗは、投影系の縮小率によって減じられたＰＤ領域ｐｆの幅Ｌである。イメージ領域は、複数の画素（ピクセルともいう）ｍｘからなる。図示の基板上のイメージ領域の位置の場合、アパーチャアレイの各アパーチャ２１は画素ｍｘに対応するが、アパーチャは、ＰＤ領域面積のうちの一部のみをカバーするので、画素の数のうちの対応する一部のみ（図３でハッチングした部分）を一度に露光することができる。残りの画素も露光するために、基板は、イメージ領域を基板上でシフトさせるように、ビーム下で移動される。図３ａは、取りうる１２（＝ｎ×ｍ）の位置を通じて、基板の動きにより順次変わる位置での画素の露光を示しており、画素には、ａ〜ｌの参照符号が付けられている（ハッチングしたピクセルは位置ａである）。イメージ領域ｍｆ全体は、基板表面の全領域をカバーするように、基板４１として機能する、フォトレジストで覆われたウエハの表面上を移動される。図４に示すように、移動距離を最小化するために、走査方向ｓｄは、一つの走査ラインｓｌから次のラインへ互い違いに変わる（左から右に次は右から左へと交互に行を進める動き）。
【００３１】
ここで説明した実施例においては、最小形状は５０ｎｍとすることができ、例えば、ピクセル幅ｘとして定義されるウエハ上に照光される最小スポットは２５ｎｍである。イメージ領域幅ｆｗは３００μｍであり、上述の２段の２００倍の縮小投影装置関連してイメージ領域を形成するために、正方形のＰＤ領域は、Ｌ＝６０ｍｍの幅を有する。図２から図４で示した例で使用した、ｎ、ｍ、ｗなどのパラメータは、それぞれ上述したのとは異なる値を採りうることには注意すべきである。
【００３２】
［ビームコントロール］
ダイビームをターゲット上で位置決め制御するタスクは、各制御のスピードにしたがって、異なる制御装置によるいくつかのタスクに分けることができる。
【００３３】
１．ウエハ調整。前処理の段階で構造を有した特定のウエハにおいては、すべてのターゲットは、完全に像をかぶせることを保証するために、描画ビームに対して適切に調整されなければならない。この処理は、すべてのウエハについて一度はなされなければならない。ウエハ調整のための方法は、従来技術において公知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３４】
２．フットプリント校正。関連速度（associated rate）は、０．１Ｈｚより下がよく、典型的には、約０．０１Ｈｚである。装置の長期間でのドリフトを補償するため、予め決められた間隔で鏡筒全体を再校正する。このため、描画ビームのステージ装置４０に対する位置とビームフットプリントが測定される。フットプリント校正のための方法は、従来技術において公知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】
３．パターンロック。これは、１００Ｈｚのオーダーの外乱を補償できるようにするため、１ｋＨｚのオーダーの速度で起こる。ビーム位置は、記録装置により実時間で測定され、閉制御ループを通じて記録装置の位置に固定される。パターンロックは、粒子ビーム装置内の短時間ドリフトを補償するのに役立ち、以下で詳細を説明する。
【００３６】
４．ビームトラッキング。これは、１ｋＨｚのオーダーの速度で起こる。ステージ装置４０の公称位置に対する変位は、ビームトラッキング装置により補正される。ビームトラッキング装置は、従来技術において公知であり、ライトオンザフライ(write-on-the-fly)技術に大きく関連している。
【００３７】
５．トグル補正。ターゲット上に投影されるパターンは、典型的には１ＭＨｚまたはそれ以上の速度で、アパーチャの並びを通して移動される。この不連続な動作は、ターゲットステージ４０の継続的な動作に適合するようになっている。これは、好ましくは、ターゲット上の像を補正シフト（経時的に鋸歯上の）する反射手段３２５により実現される。
【００３８】
ここでは、ＰＭＬ２装置のような粒子ビーム装置のパターンロック装置を中心に説明する。パターンロックは、約１００Ｈｚ程度のタイプの電磁的な、特に磁性の外乱を補償するのに必要とされる。
【００３９】
［パターンロック装置］
パターンロック装置は、基板上におけるマスクのアパーチャ（イメージ領域ｍｆ）の画像位置を、イオン光学装置に対して安定化させるために設けられる。パターンロック装置の原理は、米国特許第４，８２３，０１１号および米国特許第４，９６７，０８８号に記載されている。これらの２つの特許文献の内容全体は、ここに参照により組み入れられる。
【００４０】
パターンロックの考え方によれば、多くの基準ビームｒｂが使用される。この基準ビームｒｂは、ＰＤフィールドｐｆ（図６）の側部に示した基準マーク２６のように、ＰＤ装置内に形成される。基準ビームレットは、ダイビーム(dye beam)とともに鏡筒を通って伝搬し、これにより実質的にダイビームと同じ処理（光学要素により）と外乱（他の要因により）の影響を受ける。基準マーク２６の典型的な配置は、例えば、ＰＤ領域ｐｆ（図６ａ）から数ミリ離れて配置された、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの寸法領域のたくさんのスロットである。
【００４１】
ビームトラッキング装置は、ステージの動作での変位による画像位置誤差を、実時間のフィードバック制御装置を多極パターン補正と共に用いることで、さらに確かに補償する。例えば、画像の位置とゆがみの補正は、多極電極３２５（図１）によりすることができる。さらに、電磁コイル６２は、基板面でパターンを回転させるのに用いられる。図１においては、現状の技術水準の装置６０の位置を図示しており、本発明のパターンロック装置の配置は、図５ｆｆを参照して以下に説明する。以下においては示されていないけれども、図１の粒子ビーム装置の配置に変更はない。
【００４２】
図５は、関連するパターンロック装置を基準ビームレットｒｂの経路とともに強調した本発明の粒子ビーム装置の全体像を示す。上述したように、基準ビームレットｒｂは、ＰＤ装置２０に照射ビームｌｂから形成された基準構造により規定される。ＰＤ装置の後において、ビームレットｒｂはパターン化されたビームプロパーｐｂとともに、同じ光学要素により投影される。特に、第１のクロスオーバｃ１を通り、中間面ｅ１においてリファレンス構造のイメージに投影される。その場所において、記録装置６０１は、パターン化されたビームｐｂを取り囲み、基準ビームレットｒｂを遮断する。（対照的に、パターン化されたビームは、さらに、投影装置の２番目のそして最後の段を通過してターゲット上に投影される。）図５ａの詳細図には、中間面における配置の詳細を示している。記録装置６０１は、多くの検知ユニット６１（各ビームレットｒｂにひとつ）を備えている。それらは、各基準ビームレットのために記録手段として機能し、中間面が形成される場所に位置している。
【００４３】
このレイアウトは、基準ビームの記録はターゲットの直前でなされなければならないという従来の要件を不要としており、そして、形状寸法の極端な減少とイメージング装置に影響する画像の敏感さとによるスペースの問題が重大である。一方、第２段の減少された寸法を理由として、中間イメージｉ１の後の光学装置は、外部の影響から容易に遮蔽される。なぜなら、それが短い長さを有するし、また、小さな直径と高い粒子エネルギー（例えば、１００ｋｅＶ）により、ビームが外部の影響に対し比較的敏感とはほとんど言えないからである。一方、中間イメージｉ１の前においては、ビームを周囲から遮蔽するのが困難であり、そして、比較的大きな大きさと低い粒子エネルギーにより「柔軟」である。
【００４４】
［ＰＤ装置］
図６は、本発明に使用するのに適合したＰＤ装置１０２を示し、すなわち、図６ａにおいて上面図、図６ｂにおいて横断面図を示す。ＰＤ装置は、描画ビームのパターンを規定する機能を果たすだけでなく、基準ビームレットｒｂを形成する機能を果たす。図７は、ＰＤ装置の単一のアパーチャの構造を詳細に示し、図８は、ＰＤ装置の基準マークの構造の詳細を同様に示す。
【００４５】
装置１０２は、積層構造に設けられた複数のプレート２２を備えている。本発明のＰＤ装置１０２は、各要素がそれぞれの機能を果たす複合装置として実現される。各プレート２２は、本技術分野で知られた微細構造化技術により形成された構造の半導体（特にシリコン）ウエハとして実現される。描画ビームは、ＰＤ領域ｐｆ（図６）に並んだアパーチャを通ってプレートを横断する。各アパーチャは、複数のプレート２２（図７）に規定された開口２１０，２２０，２３０，２５０のセットに対応する。以下では、ＰＤ装置１０２とその構成要素であるプレート２２について、本発明の開示に必要な限りにおいて説明する。詳細については、米国特許第６，７６８，１２５号を参照されたい。
【００４６】
各プレート２２の厚さは、アパーチャがある領域で、約５００μｍから５０μｍである。それらのお互いの距離は、１０μｍから１ｍｍのオーダーである。図６ｂと７において、縦軸（装置の光軸に平行なｚ軸）の大きさは、拡大されており、寸法通りではないことに注意すべきである。プレート２２は、ＰＤ装置１０２の前および後に設けられた冷却要素２８，２８（図１）、例えば、冷却された遮蔽要素による手段および／または第１投影段もしくは収斂レンズの冷却された電極を用いた手段からの熱放射により冷却されている。
【００４７】
ビームレットのブランキングは、ブランキングプレート２０２により実現されるブランキング手段により制御される。ブランキングプレート２０２は、それぞれアパーチャに対応した幅ｗ２の開口２２０の並び（「ブランキング開口」）を備えてなる。このブランキング開口は、すなわち、ＰＤ領域ｐｆのアパーチャに類似した配置のブランキング領域ｂｆを形成する。各開口２２０は、電極２２１を制御するための回路２２２に加えてビームブランキング電極２２１のセットを備える。開口２２０の幅ｗ２は、電極２２１に影響を与えないように、ビームレットｂｍの大きさよりも大きい。
【００４８】
ＰＤ装置１０２は、さらに、ビームレットを横方向に規定し、ここでは幅ｗ３の開口の並びを有したアパーチャアレイプレート２０３（以下、単に「アパーチャプレート」とする）として実現される、アパーチャアレイ手段を備える。本実施形態では、図示したアパーチャプレートは、最後のプレート２２としてブランキングプレート２０２の後（ビームの方向に沿って見て）に位置している。装置１０２から出てくるビームレットの横方向の形状を規定するのは、幅ｗ３のアパーチャ２３０であることに注意すべきである（図２のアパーチャ幅ｗに相当する）。
【００４９】
ビームレットｂｍは、ブランキング電極２２１が通電されていないと仮定すると、経路ｐ１に沿って連なるプレート２２の開口の制限を超え、イメージング装置（図１）に投影される。これは、開口の「スイッチオン」状態に相当する（スイッチ状態に関して、ブランキング開口、それとそれぞれ関連したアパーチャ、またはアパーチャによって規定されたビームレットは、差異がない。）「スイッチオフ」のアパーチャは、電極に電圧を掛け、横断する電圧を付与することにより実現される。この状態において、ブランキング電極２２１は、ビームｂｍを経路ｐ１から変位している経路ｐ０へ偏向させ、ビームレットは、例えば、ＰＤ装置の後の適宜な場所に位置したストッププレート２０４（図１）において、吸収される。（スイッチオフ状態においては、ビームレットｂｍを僅かな角度だけ偏向させれば十分であることに注意すべきである。これにより、ビームレットは、なおアパーチャ２３０を通過するかもしれない。この偏向が、後の方の位置でビームレットを横方向に変位させるのに十分であると仮定すると、スイッチオフされたビームレットを遮断するのは容易である。）
他のプレートの前（描画ビームの方向に見て）には、他のプレートを保護、特に、ブランキングプレート２０２とその繊細な回路を照射による損傷から保護するために、カバープレート２０１として実現されたカバー手段が設けられている。描画ビームｌｂの多くは、カバープレート２０１に当たる。粒子は、アレイ状に形成されたブランキングプレートの開口に対応して形成された開口２１０を通ることができるのみで、開口は、ブランキング領域ｂｆの全体のうち、ごく一部のみを形作っている。
【００５０】
図６ｂに示すように、カバープレート２０１とアパーチャプレート２０３は、それぞれ、ＰＤ装置のプレート２２の最初と最後のものである。描画ビームの照射を受けるのがこれらの２つのプレートだけであることは、注目すべき特徴である。それゆえ、他のプレートは、交換の提供が不要であるのに対して、これらの２つのプレートだけ定期的に交換しなくてはならない。（変形例では、アパーチャプレート２０３は、第１プレートとして配置されてもよい。これもカバープレートの役割を満たす。この場合には、１つのプレートだけが描画ビームの照射を受ける。）
プレート２２は、公知のピエゾアクチュエータまたは微小位置決め要素により実現されるアクチュエータ手段２４，２５により、お互いに対して位置決めされたチャック２３に保持されている。垂直アクチュエータ２５は、省スペースにするために省略されてもよい。そうすると、プレート間の位置決めは、単に互いに積み上げられたチャック２３自身の高さにより規定されるであろう。プレートが数１００ｎｍよりも大きくは動かないことを保証するように、プレート同士の位置が規定されると仮定すれば、水平アクチュエータを省略することも可能である。複数のチャックのうち１つ、例えば、図６のアパーチャプレートのチャックは、他のチャックの横方向の位置決めが容易になるようにカップ２３３として形成されていてもよい。好ましくは、プレート２２とチャック２３とは同じ材料、例えば、シリコンまたは動作温度範囲でこれと同じ熱膨張の挙動を示す材料により製造される。チャックはまた、ブランキングプレート２０２と補正手段２０５（もしあれば）に電力を供給する。明確化のために、電気の線は図面に示していない。
【００５１】
プレート２２には、開口２６が、以下に詳細に説明する基準ビームｒｂを規定するために設けられている。そして、基準ビームｒｂとパターンドビームｐｂは基板面に向けて投影される。しかしながら、パターンドビームｐｂとは対照的に基準ビームｒｂは、基板４１には届かないが、以下に詳細に説明するように、パターンロック装置で測定される。チャック２３は、チャック２３と、それらが保持するプレート２２との相対的な位置決めをするための調整マーカーとして機能する調整開口２３６をさらに有している。
【００５２】
さらに、一もしくはそれ以上の調整ユニットがＰＤ装置に設けられていてもよい。ここに示した実施形態には、カバーとブランキングプレート２０１，２０２の間に調整ユニット５０１が配置されている。発明の他の実施形態としては、いかなる調整ユニットの組み合わせでも実施することができる。調整ユニットは、ＰＤ装置１０２の開口２１０，２２０，２３０，２５０のセットに沿ってビームレットｂｍが進む経路を（静的に）制御する機能を果たし、それゆえ、特に、製造や設置の許容範囲に起因しても起こりうるＰＤ装置の構成要素の寸法許容差に加え、ＰＤ装置を有する装置１００の構成要素に起こりうる不完全な整合、および／または、ＰＤ装置の構成要素（プレート）同士の互いの調整を考慮し、これらを補正する。また、グローバルな空間電荷効果に起因する像のゆがみと同様、像のゆがみや像面湾曲のようないくつかの光学収差が減じられる。
【００５３】
好ましくは、調整ユニット５０１は、ＰＤ装置の第１プレート、すなわち、図６および７に示したカバープレート２０１の直後に配置される。調整ユニット５０１は、照光系１０１に課された要件を減じる助けになり、ＰＤプレートの調整を容易にする。調整ユニット５０１は、図７を参照して以下に説明するように実現することができる。調整ユニットは、２つの偏向板５０ａ，５０ｂにより構成され、これらは、「下」側（ターゲットに向かう側）に電極ｅａ１，ｅａ２，ｅｂ１と適当な給電線（図示せず）を備えてなる導体面５１ａ，５１ｂを有している。好適な方法で幾何学的経路を補正する調整ユニットの電極には、静的な電圧が付与される。偏向板５０ａ，５０ｂは、調整され、ボンディングまたは真空に適合した接着剤で互いに固定される。異なる導体面５１ａ，５１ｂの間の電気的接触は、例えば、ワイヤーボンディングによりなされる。偏向板には、ＰＤ装置のアパーチャに対応しているが、カバープレートにより規定されるビームの幅ｗ１よりは十分に大きい幅ｗ５を有する開口の並びが形成されている。
【００５４】
［基準マークおよびビームの偏向］
図８は、図６のＰＤ装置における基準マークの配置を示す。ＰＤ装置の第１プレート、すなわちカバープレート２０１において、多数の平行なスロット、この例では５つのスロットが形成されている。このスロットのセットは、対応する数の副ビームレットからなる基準ビームレットｒｂを規定する基準マーク２６として機能する。そして、基準ビームレットは、他のプレート５０１，２０２，２０３に形成された開口２６０を通過する。開口２６０は、基準ビームレットの通過を阻止しないことを保証するように十分に広い。こうして形成された基準ビームレットは、各検知ユニット６１に基準マーク像を形成しながら、図６を参照して説明したように投影される。
【００５５】
偏向ユニット５６は、各基準ビームレットｒｂに、手段５６がビームレットｒｂを偏向するようにＰＤ装置に設けられる。その目的は、ビームレットｒｂに、小さいが十分な角度偏向θｒを与えるためである。角度偏向θｒは、基準ビームレットの経路を調整する機能を果たし、これにより基準ビームレットは、開口または他のビーム制限装置（例えば、ストッププレート２０４）にじゃまされることなく露光装置を通過し、各検知ユニットに正しく到達することができる。このような角度偏向は、照光系の高オーダーの収差効果によっては必要になることがある。
【００５６】
図８に示した例においては、偏向ユニット５６は、調整ユニット５０１に設置されている。調整ユニットは、各基準ビームレットのために、図７を参照して説明したような、調整電極を有していても良いことに注意すべきである。それから、電極５６１により生成された角度偏向θｒは、調整電極によって影響された（静的な）偏向に重なる。
【００５７】
図９ａの縦方向断面と図９ｂの横断面は、偏向ユニット５６の好ましい実施形態を示している。少なくとも多極電極５７の一つのセットは、電極を囲み、それらによって形成された電場を含むハウジングチューブ５６２の中に設置されている。ここで採用された小さな角度の型では、角度偏向は、複数の電極５７の間の空間に保持された電場の強さの一次関数である。
【００５８】
好ましくは、図９ａに示すように、偏向電極のセットは、軸方向に２つの片５７１，５７２に分割されていてもよい。これは、例えば、基準ビームレットｒｂを、他の基準ビームレットおよび／またはダイビームから独立した方法で、検知ユニットを横切って移動させることが求められるような用途の場合に好ましい。特に、もし２つの多極片が通過するビームレットｒｂに対して対蹠的な電場を付与するなら、そのビームは、電場の方向に沿って、場の強さに比例した量だけずれ、結果として検知ユニット上で基準マーク２６の像の位置のずれとなるであろうが、ビームレットには偏向は付与されない。２つの電場がゼロと異なる値に増加させるなら、追加的な角度偏向が付与される。２つの片５７１，５７２は、個別に制御され、これにより角度偏向θｒとビームレットのズレが互いに個別に調整される。
【００５９】
角度偏向θｒを用いて、基準ビームレットは、光軸に対して特に径方向に偏向される。基準ビームレットが光軸から相当な距離に位置し、それにより場合によっては相当量の光学的な軸外収差を免れないにもかかわらず、これは、基準ビームレットが、どんなビーム制限装置（例えば、ストッププレート）にもぶつかることなく、鏡筒と、特にクロスオーバｃ１を通ってガイドされるのを確かにする。さらに、ビームレットのずれを導入することにより、偏向ユニットは、検知ユニットで基準ビームレットが当たる位置の正確な補正に用いることができる。結果として、基準ビームレットが当たる位置は、基準ビームレットの位置変位に対して最大の応答信号が与えられるように、偏向ユニットを用いて調整される。
【００６０】
［検知ユニット］
すでに説明したように、各基準マーク２６は記録装置６０１に含まれる各検知ユニット６１に投影される。図１０から１４は検知ユニット６１の好ましい実施形態を示す。これらの例において、基準ビームレットは３つの副ビームレットによって構成されていると考えることができる。このケースは、他の基準ビームレットの構成に容易に拡張することができる。
【００６１】
図１０の検知ユニット６１０に関して、差分アンプ６１９の正と負の入力に選択的に接続された６つのレジスタパッド６１１，６１２，６１３，６１４，６１５，６１６が設けられている。パッド６１１から６１６は、同じ形の、好ましくは長方形の隣接したストライプとして形成され、互いに、また周囲に対して隔離された導電性の材料により作られている。この材料は、帯電した照射を吸収できる。結果として、領域が基準ビームの照射に当たったとき、帯電し、発生する電流は、接続された差分アンプ６１９により測定される。もしくは、パッドは、二次電子を高効率で発生する材料で作られていてもよく、この場合には、当たった照射は主として二次電子の生成により帯電効果を引き起こす。いずれの場合にも、電流は、パッドに照射される比例する。レジスタパッドは、基準マーク２６の大きさに対応した領域の中に配置される。本実施形態では、それらは、側長が約３６μｍの領域内のストライプとして形成される。もしこの領域に６つのパッドが形成されるなら、各パッドは、幅約６μｍとなる。もし、パッドの数がより多ければ、それにしたがって幅は小さくなる。
【００６２】
図１１は、基準ビームの副ビームレット６１ｓにより照射された記録パッド６１１〜６１６を示している。図示したケースでは、正のパッド６１１，６１３，６１５と負のパッド６１２，６１４，６１６に同じ量の照射が付与されている。もし、基準ビームが右に動けば、負のパッドに生ずる電流が減ずるのと同じくして、一方で正のパッドに生ずる電流は増大し、結果的に差分アンプ６１９の出力に明白な差異がある信号が出る。
【００６３】
図１２は、３つの副ビームレットからなる基準ビームのための、変形例の検知ユニットをグルーブディテクタ６３に実現したものである。ディテクタ６３は、周囲から隔離されグラウンド（周囲）に対して電流を測るアンプ６３９の入力に接続された、導電性の材料片で実現される。いくつかの溝６３７は、この場合には櫛状構造を形成するための３つのストライプとして形成され、幅ｗ６よりも大きな深さｄ６の溝で設けられている。もちろん、溝の構造は、基準ビーム（副ビームレット）の構造に対応している。
【００６４】
図１３を参照すると、電子線の基準ビームによる照射により、ディテクタの材料表面から二次電子が出てくる。この二次電子は、すべての方向に放射される。溝の中で、二次電子はファラデーカップの中のように壁に吸収され、結果的に、電子線が当たるのに対応して負の電流が測定される。しかしながら、頂部領域に当たるビームの一部は、ディテクタから自由に飛び出す二次電子を引き起こし、結果として正味の電子の欠乏、つまり正の電流が生ずる。そのため、溝と頂部の境界に対する位置によって結果として生じる電流の符号と大きさが変化する。つまり、もし副ビームレットの大部分が溝に落ちれば負となり、大部分が頂部に当たれば正となる。
【００６５】
同様の効果が負に帯電したイオンビームの場合にも見られる。正に帯電したイオンの場合、生ずる電流は常に正であるが、大きさは、位置による。
【００６６】
図１４は、２次元配列のレジスタパッドを備える「複数検知ユニット」６４を図示している。図１０に示したパッド６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄのようなセットは、平行に位置しているが、微妙にオフセットしている。それゆえ、基準ビームは、各パッドのセットの個別のアンプ６４９ａ〜６４９ｄの出力において、異なる検知信号を生じさせるだろう。
【００６７】
図１５は、「複数検知ユニット」の線形な変形例６５を図示している。この例において、５つのパッドセットが一列に並んでおり、各セットは、差分アンプ６５９に接続された２つの組のパッド６５１，６５２，６５３，６５４からなっている。同じ符号のパッドのオフセットは、副ビームレット６５ｓのオフセットと少し異なり、そのため個別のパッドセットは、基準副ビームレットに異なる態様で当たり、アンプ６５９の正味の出力信号と異なる結果となる。
【００６８】
レジスタパッドの配置は、必ずしも基準ビームの副ビームレットに正確に対応していなくても構わないことに注意すべきである。実際、図１５ですでに説明したように、レジスタパッドの形が、基準副ビームレットから適切に異なっているのも有益である。
【００６９】
さらに、図１６と図１７を参照し、パッドと副ビームレットの構造が一様に周期的でないとしても有益である。図１６は、グルーブディテクタ（上述の図１２の説明参照）の非周期的な構造のプロファイル６７を示しており、溝の幅は変化している。選択された溝６７７の幅は、例えば２倍である。この例において、基準ビームの副ビームレットの配置は、同じく、ディテクタの溝構造に対応するように修正されている。適切に修正された溝幅の構造のおかげで、ディテクタ電流Iｒの強度は、図１７に示すように基準ビームレットの相対位置Δｘに対し複雑な依存関係を示す。一つの際だった特徴は、高コントラストな中央の主たる最大値ｍ１の存在である。他の有利な特徴は、構造特徴の距離の適切な選択を通じて対象な配置で発生し、基準走査動作の幅を測定させる、第２の最大値ｍ２の存在である。
【００７０】
［パターンロック制御ループ］
再び図５を参照し、検知ユニットによって発生した信号、例えば検知電流Ｉｒは、入力信号ｓ１として受け取られ、各基準ビームレットの位置情報を得るために、パターンロック制御ユニットＰＣＵに計算のため導かれる。位置情報に基づき、Ｘ／Ｙ変位の観点からダイビームの相対ゆがみ状態、回転変位、拡大ゆがみ、台形ゆがみなどが決定される。
【００７１】
これらのデータから、順に、制御ユニットＰＣＵは、望まれた公称値からのずれの量を計算し、対応する補正信号ｓ２を決定する。変位／ゆがみ信号を最小とし、それにより対応するダイビームのある基準面に対する変位／ゆがみを減少させるように、信号ｓ２は、ＰＩＤ閉鎖ループ制御装置を使用し、鏡筒（例えば、静電多極および／または上述したような磁性要素）の調整要素３１５を用いて鏡筒にフィードバックされる。検知信号の測定は、例えば１ｋＨｚの測定速度で行われる。このことは、基準ビームに測定速度より下の周波数範囲内、ここでは例えば数百Ｈｚで基準ビームに（そして結果的にダイビームに）作用する位置誤差の影響を決定し、そして補償する。パターンロックは、ある基準面に関する静的な変位／ゆがみのみを維持することに注意すべきである。そして、ターゲット（例えば、ウエハ）に対する変位／ゆがみ状態制御は、おそらくパターンロックそのもの、通常アライメントといわれるものに非常に類似した、追加的な手続／装置でなければならない。
【００７２】
基準ビームレットの位置検知を実行するため、適切な電圧変化が各偏向ユニット５６の電極に付与され、これにより対応する基準ビームは、そして結果的に基準マーク像は検知ユニット上を走査され、順に計算されて所望のビーム位置を与える特徴信号が得られる。
【００７３】
［簡略化されたビーム偏向］
偏向ユニットの簡略化された配置が図１８と図１９に示されている。このケースにおいて、基準ビームレットは、偏向板５６１の組のみを備える偏向ユニット５６′を通る。偏光板は、それらの主軸ｍｘ（図１９ｂの水平軸）が露光装置の光軸ｃｘを横切るような向きに向き合わせされ、ビームレットをガイドする目的で、ビームレットの角度偏向が、どんなビーム制限装置にも当たること無く鏡筒を通過する。この角度偏向は、存在する軸外収差と相まって、基準面に形成される基準ビームレットの像の精密な位置調整の可能性をさらに提供する。
【００７４】
図２０を参照して、再校正の方法とともに以下に説明する簡略化された配置は、偏向ユニット５６′が上述したものよりもずっとシンプルであるという点、また、ビームレットの走査が必要とされないという点で有利である。さらに、もし基準ビームレットがＰＤ装置の中で補正されることなくビームラインとなってすべての開口を通過できる方法でＰＤ装置２０を照射することができるなら、偏向ユニットは省略されてもよい。この場合には、検知ユニットにおいて基準ビームレットが当たる位置の精密な調整は他の方法、例えば第１投影段の光学要素の適切な調整および／または、図１４および１５に示した「マルチ検知ユニット」６４，６５のパッドセットのような記録装置内での検知ユニットの適切な位置の選択によってなされてもよい。
【００７５】
この場合、基準ビームレットの位置検出を実行するために、ビームレットの走査は避けるべきであり、それにより基準ビームは名目上固定された位置をとり、そして検知ユニットに一定した信号レベルを与える。外乱による基準ビームレットの位置の変化は結果として対応するディテクタ上の信号レベルの変化となり、この信号レベルの次々の変化は、基準ビームレットの位置決定に使用される。
【００７６】
［再校正の方法］
オーバタイムｔの関数としての検知ユニット信号Ｉｒの例を示す図２０は、基準ビーム位置の再校正とパターンロックの制御の好ましい、周期的な合成方法を図示している。この方法は、処理装置１００の製造過程において、ターゲットが露光されていない期間により分離された、規定された時間Ｔｅｘｐの間隔でターゲットの露光が起こるという事実を利用している。これらの露光休止の間において、ダイビームは通常スイッチオフされ、さもなければ遮断される。
【００７７】
提案された方法によれば、露光休止の間に基準ビームレットの再校正が実行される。このため、基準ビームレットは（ダイビームとともに）偏向ユニット３１５を用いてディテクタ範囲にわたりアクティブ走査される。このアクティブ走査は、露光休止の最初において時間間隔Ｔｃａｌで実行される。図２０は、再校正の間において、操作可能な型の２つの終わりを印す、２つの極値的ピークが検知されたことを図示し、校正間隔Ｔｃａｌの終わりに向かって、動作基点Ｉ０はこれら２つの極値の間の中央が採用される（図２０においては、明確化のために検知ユニットの複雑な特徴のすべてを示すよりむしろ、両極値の間の簡略化された傾斜だけが示されている）。
【００７８】
動作基点の選択が完了し、校正間隔Ｔｃａｌが終了した後、パターンロック制御は、上述したようにパターンロックフィードバックのための信号Ｉｒを使用して再開される。パターンロック制御間隔Ｔｒｅｇは、一またはそれ以上の連続的なダイ露光ステップＴｅｘｐの時間を完全に埋め込んでいる。ダイ露光ステップの間に、基準ビームレットは、ダイビームに対して固定され、それらの位置は、ダイビームの位置の特定に使用される。この方法は、検出範囲にわたって完全な信号挙動を決定するのを可能にし、またディテクタとアンプを再校正、特に検出範囲の基準位置に対して再校正するのを可能にする。この方法により、基準位置は、次の露光ステップの間に使用されることができる信号範囲の中央に調整されることができる。好ましくは、動作基点Ｉ０は、信号の傾斜が十分に高い（高解像度）位置が選択され、一方の側に制御するのに十分な余地がある。
【００７９】
検知ユニットから信頼できる信号レベルを得るため、個別の検知反応機能の定期的な再校正は必要である。再校正を用いて検知ユニット内のどのようなドリフトも補償できる。ＰＭＬ２の装置においては、この再校正は、各ストライプ像を書いた後ステージを反転させる動作のために必要な各書込休止において有利に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】通常の技術水準のマスクレス粒子ビーム装置の配置を縦方向断面で示す。
【図２】図１の描画装置のパターン定義装置におけるアパーチャの配置を示す平面図である。
【図３】基板表面に存在するイメージ領域を示す図である。
【図４】露光されるウエハ基板上の、図３のイメージ領域の動きを示す図である。
【図５】好ましい実施形態に係る粒子ビーム装置およびそのパターンロック装置の全体図である。
【図５ａ】基準ビーム記録の詳細を示す。
【図６ａ】パターン描画装置を上面図で示す。
【図６ｂ】パターン描画装置の縦断面図である。
【図７】アパーチャの詳細を示す図６ｂの詳細図である。
【図８】基準マークの詳細を示す図６ｂの他の詳細図である。
【図９ａ】偏向ユニットの図８の基準マークにおける縦方向断面の詳細を示す。
【図９ｂ】偏向ユニットの図８の基準マークにおける横断面の詳細を示す。
【図１０】検知ユニットの第１の変形例を示す。
【図１１】基準ビームにより照射された図１０の検知ユニットを示す。
【図１２】検知ユニットの第２の変形例を示す。
【図１３】基準ビームにより照射された図１２の検知ユニットを示す。
【図１４】検知ユニットのさらなる変形例を示す。
【図１５】検知ユニットのさらなる変形例を示す。
【図１６】検知ユニットの他の配置を示す。
【図１７】図１６の検知ユニットに関し、基準ビームの位置の関数として発生する電流パターンを示す。
【図１８】簡略化された基準マークの変形例の図８に対応する図である。
【図１９ａ】簡略化された基準マークの変形例の図９ａに対応する図である。
【図１９ｂ】簡略化された基準マークの変形例の図９ｂに対応する図である。
【図２０】パターンロック制御装置の再校正を示す図である。
【背景技術】
【０００１】
［発明の技術分野および従来技術の説明］
本発明は、粒子ビーム処理装置で使用されるパターンロック手法の改善に関する。より詳しくは、本発明は、粒子ビーム処理装置でターゲットに像を露光する間に、パターン像の位置を制御する方法に関する。このパターンは、パターン描画手段に形成され、荷電粒子のビームを用いて、粒子光学投影装置を通して、以下の考え方のステップによりターゲット上に投影される。
【０００２】
−パターン描画手段に設けられた複数の基準マークを、同じ投影装置を通して、基準マーク像の所望の位置に配置された、対応する数の記録手段に投影するステップ
−各基準マークの正確な位置に依存する対応する信号を発生する記録手段で基準マーク像を検知するステップ
−これらの信号を制御手段で処理し、投影装置の投影特性を調整するための制御信号を得て、基準マーク像を前記した所望の位置に一致させるステップ。
【０００３】
パターンロッキングといわれる方法および装置、すなわち、ウエハ基板のようなターゲット上に投影された構造パターンの位置を粒子投影装置内で固定させる方法および装置は公知であり、出願人（譲受人）の米国特許第４，８２３，０１１号（＝欧州特許０ ２５０ ３９１号）および米国特許４，９６７，０８８号（＝欧州特許０ ２９４ ３６３号）に詳細に説明されている。
【０００４】
この種の処理装置の一つの重要な応用は、描画装置としての、半導体技術に使用される粒子ビーム描画の分野であり、基板表面上に所望のパターンを描画するために、ウエハは放射線感受性のフォトレジスト層で覆われ、所望の構造は描画装置を用いてフォトレジスト上に投影され、それからこのフォトレジストは、前の露光ステップにより描画されたパターンに従い部分的に除去されてパターン化され、それからエッチングのようなさらなる構造化処理のためのマスクとして使用される。この種の処理装置の他の重要な応用は、ナノスケール装置、特に１００ｎｍ以下の形状を有する装置の製造または機能付与に使用される、ダイレクトイオンビーム材料加工またはイオンビーム誘発型のエッチングおよび／または堆積による、ナノスケールパターニングの分野である。
【０００５】
ウエハ（またはターゲットのようなものの）上に所望のパターンを形成する処理においては、露光の間においてウエハ上に正確な像の位置を維持することが通常要求される。この操作は一般にパターンロッキングといわれる。パターンロッキングは、例えば、台形ひずみΔＸおよびΔＹと同様に、ウエハ面における像のＸおよびＹの並進、回転角θ、ならびに横のスケールに対する拡大率ＭＸおよびＭＹ、のそれぞれについてなされる。露光の間、これらのパラメータの変化が、電圧変動（拡大率Ｍ）または投影装置に対するターゲットステーションの僅かな動きによって発生し、両者は横方向ＸＹとＺ方向に、後者は拡大率Ｍにも変化を発生させる。像を変化させる主たる他の原因は、外部磁気場および／または電磁場にある。
【０００６】
パターン化されたビームのパターン像の位置は直接測定することができないので（それは像に干渉する）、「基準ビームレット」と呼ばれる追加的な基準ビームが、調整の目的で採用される。ビームレットは、パターン化する装置（マスクまたは他の描画装置）、つまり、パターン領域に隣接し、しかし離間した基準アパーチャにより描画され、像のパターン情報を担うビームの一部がターゲット上に形成されるのと同様に、ターゲット面に向けて投影される。このため、ビームレットは、パターン情報を担う中央部分のビームを取り囲み、「ダイビーム」とも呼ばれる。ダイビームとは対照的に、基準ビームレットはターゲットには届かない（ダイビームと異なり、それらはターゲット上に投影されない）が、それらは、個別のビームレットの位置を測定する記録手段として機能する、対応する数の検知ユニットに記録され、そして、このように測定された位置は、光学装置の補正信号を引き出すために、不変の基準面に関連した公称位置と比較される。
【０００７】
検知ユニットは、リファレンス装置に含まれる。この装置は、ビームの方向に見てターゲットの前（つまり、上流）に位置している。リファレンス装置は、リファレンス装置の測定信号から補正信号を引き出す装置とともに、パターンロック装置といわれる。（この用語には、ときに補正信号により制御された投影装置の光学要素をも含む。）
通常の技術水準の構成では、リファレンス装置は、走査ブロックと基準面を含んでなり、走査ブロックは、基準面の前に位置している。基準面は、走査ブロックに収容されたディテクタと協働して、入射するビームレットを検知するため記録マークが設けられている。走査ブロックは、ビームレットのための偏向手段をも含んでなる。各ビームレットはビームレットが通過する各偏向手段、基準マークおよびディテクタと関係している。ビームレットは、基準マークに入射すると、各ディテクタにより検知される二次電子を発生させる。偏向手段を用いて、各ビームレットは記録マークを横切って走査される。走査動作の周波数は、典型的には１００Ｈｚの範囲である。時間依存性の検知信号から、時間依存性の偏向電圧信号を考慮すると、ビームレットの位置（つまり、偏向されない位置に関し）が求められる。
【０００８】
現状の技術水準の走査ブロックは、ダイビームの開口を取り囲んだ装置であり、例えば、ビームを僅かにガイドする電場に影響を与える、円形の開口を有するリング形状のユニットである。一方、基準ビームレットは、走査ブロックに位置した検知手段を通過するため、パターンビーム領域の外側に位置している。基準ビームレットの幾何学的配置は、パターン描画装置のレイアウトに反映される。そして、基準マークはアパーチャパターンのパターン領域を取り囲む範囲（通常はリング形状）に位置する。ビームは、基準マークと同様にパターン領域を照射し、結果的に、基準マーク領域を含む全体領域にわたって十分に規定される（均一性と光学収差に関し）。
【０００９】
このリファレンス装置のレイアウトは、スペースの問題、特に、ターゲットに生成される像が小さく、最終的な光学要素が走査ブロックのようなスペースを取る装置のための十分な大きさが無いことから、光学系を減らす上での問題を引き起こす。それゆえ、パターンロック装置から推察されるスペースの問題を解決するための新たな方法が求められる。この問題は、いくつかの側面を通じ、本発明により解決される。
【特許文献１】米国特許第４，８２３，０１１号（＝欧州特許０ ２５０ ３９１号
【特許文献２】米国特許４，９６７，０８８号（＝欧州特許０ ２９４ ３６３号）
【特許文献３】米国特許第６，７６８，１２５号（＝英国特許公開第２ ３８９ ４５４号）
【特許文献４】米国特許第４，９８５，６３４号（欧州特許 ０３４４６４６号）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
［発明の概要］
本発明の第１の側面は、粒子ビーム装置に適用でき、パターンの投影は、投影装置の少なくとも２つの連続する投影段を用いて実施され、つまり、少なくとも一つの最終でない投影段と一つの最終投影段を含み、後者はパターンの像を生成する。パターン像とは対照的に、基準マーク像の検知は、最終でない投影段の中間像の位置でなされ、記録手段は、中間像面の公称位置に配置されている。この解決手段により、極めて軽減されたスペース制約のなかでパターンロックを実現することができる。しかも、投影装置を減らしながら、中間像の縮小率は小さく、検知装置は解放された小型化にして形成することができる。
【００１１】
本発明の第２の側面によれば、基準ビームレットの走査動作は、パターン描画装置の位置において既に行われる。それゆえ、少なくとも一つの基準マークにより形成された基準ビームレットは、偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存したパターン描画手段に設けられた偏向手段、を用いて横方向にシフトされ、対応する時間依存性の各基準マーク像の走査動作となる。一つの好ましい実施形態においては、基準ビームレットの横方向のシフトは、２つ（またはそれ以上の）電極のセットにより生成され、それらの電極は、ビームレットの方向に沿って見て直列に配置された、例えば多極電極である。
【００１２】
本発明の他の側面は、ビームがウエハ上の他のダイ領域に動くための休止のような、２つの露光ステップの間での露光休止を用いる。露光休止の間、基準マーク像の横方向の動きは、投影装置、特に、静電多極手段のような偏向手段を用いて実施され、結果として発生する像の検知からの変化する信号が記録され、そしてこれらの信号データに基づき、各記録手段に関する基準マーク像の位置のための好適な動作基点が選択される。この手続により、リファレンス装置の繰り返しの再校正がなされ、パターンロック制御ループの質が改善される。
【００１３】
基準ビームの相対位置の解像度を改善するため、基準マーク像は記録手段を用いて検知されてもよい。この記録手段は、互いに傍に配置された多数の検知エリアと、基準マークから照射が当たったのが合計信号に加わったときの、検知エリアにより生成された検知信号とを含んでなり、この検知エリアは、照射のユニットに関連して、それぞれ検知信号に異なる寄与をもたらし、検知手段に関して基準マーク像の位置に依存して変化する合計信号となる。このような検知手段の好ましい一実施形態においては、検知エリアは選択的に減算ユニットの正および負の入力に接続されている。もう一つの方法として、検知エリアは、照射の方向に対して、その箇所の横方向の幅よりも小さくない高さの違いに従って選択的に上昇または下降する箇所として実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図示した好適な実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
［発明の詳細な説明］
本開示の説明のため、Ｚ座標が光軸に沿った軸座標を示し、Ｘ，Ｙが２つの直交する方向を示すデカルト座標を用いる。
【００１６】
以下に説明する本発明の好ましい実施形態は、出願人（譲受人）が米国特許第６，７６８，１２５号（＝英国特許公開第２ ３８９ ４５４号）で開示したパターン描画（ＰＤ）装置に基づき、前記文献での教示は、ここに本開示に組み入れられる。以下において、ＰＤ装置の技術的背景を本発明に関連する限りにおいて、図１から図４（米国特許第６，７６８，１２５号の同図に対応する）を参照してまず説明し、それから、ＰＤ装置の発明の実施形態について説明する。本発明が以下の実施形態またはＰＤ装置に限定されないことは当然であり、それらは単に本発明の可能な実施を表すに過ぎない。むしろ、本発明は、他の型の粒子ビーム露光装置にも同様に好適である。
【００１７】
［パターン描画装置とＰＭＬ２装置］
米国特許第６，７６８，１２５号に記載されたＰＤ装置は、ＰＭＬ２（Projection Mask-Less Lithography #2の省略である）と呼ばれる複数ビーム直接書き込み方式を実現したものである。その装置は、他のプレートの上に積み上げられた複数のプレートと、それらの間のアパーチャアレイ手段（アパーチャプレート）と、ブランキング手段（ブランキングプレート）とを含んでなるＰＤ装置を採用している。これらの分離されたプレートは、規定された距離離れて、例えばケースの中に一緒に設置されている。アパーチャアレイ手段は、前記アパーチャを透過するビームレットの形を規定する同一形状の複数のアパーチャを有し、アパーチャは、ねじれ形の並びの複数のアパーチャからなるＰＤ領域の中に配列され、アパーチャは、一つの開口の幅の第１整数倍だけ前記並びの中で間隔を有して離れ、そして、隣接する並びの間で前記整数倍の幅の端数だけずれている。ブランキング手段は、アパーチャアレイ手段のアパーチャに対応した配列で並んだ複数のブランキング開口を有しており、特に、ねじれ形の並びのブランキング開口を有している。ＰＤ装置の構造と操作に関しての米国特許第６，７６８，１２５号の教示と、特に、そのブランキングプレートの構造は、この開示の一部としてここに含まれる。
【００１８】
すでに説明したように、照光系により発生された電子ビームは、ＰＭＬ２装置で使用される。それは、ターゲット表面に投影されるビームパターンを描画するためにＰＤ手段を照射する。アパーチャを通過する各ビームの経路は、各アパーチャを通過するビームの粒子の経路を許容（「スイッチオン」）または事実上無力化（「スイッチオフ」）するために制御される。アパーチャアレイを透過する（またはより正確には、スイッチオンしたアレイの開口を通った）ビームは、アパーチャの空間的配置を代表したパターン情報を担うパターン化された粒子ビームを形成する。それから、パターン化されたビームは、粒子光投影装置を用いてターゲット上に投影され、そして、ターゲットには、照射された位置においてターゲットが修正されるようにアパーチャの像が形成される。ビームによって形成された像は、各ダイ領域にわたって直線に沿って連続的に動く。走査方向に直交する方向への追加的なビームの走査は必要ではない（必要に応じて、走査ステージの横方向移動誤差を補償する場合を除く）。
【００１９】
本発明の好適な実施形態を採用したマスクレス粒子ビーム露光装置ＰＭＬ２の全体像を図１に示す。以下において、細部は本発明を開示するために必要に応じて示されており、明瞭化のため、図１において、各構成要素は実際のサイズ通りに示されてはいない。装置１００の主要な構成要素は、この例で図１の下方に向かって垂直に走る描画ビームｌｂ、ｐｂの方向に対応して、照光系１０１と、パターン描画（ＰＤ）装置１０２と、投影装置１０３と、基板４１を含むターゲットステーション１０４とである。装置１００全体は、この装置の光軸ｃｘに沿ってビームｌｂ、ｐｂが妨げられずに伝搬するのを保障するために高真空に保持された真空ハウジング１０５内に設けられている。粒子光装置１０１，１０３は、静電レンズまたは電磁レンズが用いられる。
【００２０】
照光系は、例えば、電子銃１１と、収斂レンズ装置１３だけでなく引出系１２を備える。しかしながら、電子に代えて、一般に、他の荷電粒子も同様に用いることができることに注意すべきである。（電子銃から放射された）電子は別として、上記粒子は、例えば、水素イオン又は重イオンであり、本開示においては、重イオンは、Ｏ，Ｎ等のＣよりも重い元素のイオン、あるいはＮｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の希ガスを指す。
【００２１】
イオン源１１は、例えば、通常数ｋｅＶ、例えば１０ｋｅＶなどの規定の（運動）エネルギーを有するエネルギーイオンを放射する。電子光集光レンズ装置１３によって、イオン源１１から放射されたイオンは、描画ビームｌｂとして機能する、ワイドで、実質的にテレセントリックなイオンビームに形成される。そして、この描画ビームｌｂは、その位置を保持するのに必要な装置と共に、ＰＤ装置１０２を構成するＰＤ装置２０を照射する。ＰＤ装置２０は、描画ビームｌｂの経路中の特定の位置に保持され、それにより複数のアパーチャ２１（図２参照）を照射する。複数のアパーチャのうちのいくつかは、入射ビームを透過するようにスイッチオン又は開放され、残りのアパーチャはスイッチオフ又は閉塞されて、即ちビームに対して非透過性（不透明）になる。スイッチオンされたアパーチャのパターンは、基板上で露光されるパターンに従って選択される。なぜなら、これらのアパーチャは、ＰＤ装置のうちビームｌｂに対して透明な唯一の部分であるからであり、それにより、ビームｌｂは、アパーチャからでてくるパターン化されたビームｐｂに形成される（図１において装置２０の下参照）。
【００２２】
そして、パターン化されたビームｐｂによって表わされるようなパターンは、電子光投影装置１０３によって基板４１上に投影され、基板４１にはスイッチオンされたマスクアパーチャ２１の像が形成される。これは、アパーチャではなく粒子源の像が基板上に形成される、Ａｒａｉらのものと対照的である。投影装置１０３は、２つのクロスオーバｃ１、ｃ２を有する、例えば２００倍の縮小率を実現する。基板４１は、例えば、フォトレジスト層で覆われたシリコンウエハである。ウエハ４１は、ターゲットステーション１０４のウエハステージ４０に保持され、配置される。
【００２３】
図１に示す本発明の実施形態においては、投影装置１０３は、２つの連続する電子光投影段３１、３２からなる。静電イメージング装置の技術的な実現は、例えば米国特許第４，９８５，６３４号（欧州特許 ０３４４６４６号）等、従来技術で公知なので、投影部３１、３２を実現するために用いる静電レンズは、図１において象徴的な形で示す。第１の投影段３１は、装置２０のアパーチャの面を中間面ｅ１に投影し、中間面ｅ１は、第２の投影段３２によって基板表面に順に投影される。ＰＤ装置の位置と同様に、中間面ｅ１においては、ビームは実質的にテレセントリックである。両投影段３１、３２は、クロスオーバｃ１、ｃ２を介した縮小投影を用いるので、面ｅ１内の中間像は反転されるが、基板上に形成される最終的な像は（非反転の）正立像である。縮小率は両投影段において１４倍であり、全体で２００倍の縮小率になる。この程度の縮小投影は、ＰＤ装置の小型化の問題を高めるために、特に描画機構に適している。
【００２４】
第１の投影段３１の後段において、ビーム幅は、例えば、ＰＤ領域ｐｆ（図２）の最初の幅Ｌ＝６０ｍｍから中間面ｅ１における約４ｍｍに十分に減じられる。この結果、第２の投影段３２の電子光部品の寸法を、ビーム幅と同じ縮尺に減じる必要がないので、レンズ要素を、ビームに対してより大きく実施することができ、それによりレンズの欠陥及び投影収差のより容易な処理が可能になる。例えば、イオン源と基板との間の全長が約２ｍの場合、第２の投影段のクロスオーバｃ２の後段の最終レンズの焦点距離は、約２０ｍｍに短くすることができる。これにより、空間電荷相関が小さな影響のみを有するので、例えば４〜１０μＡ程度の、処理可能な高イオン電流が可能になる。
【００２５】
両投影段において、それぞれのレンズ系は、色収差及び幾何学的収差に対して正しく補償されており、さらに、第１の投影段３１の残りの色収差は、第２の投影段３２における電極電位の適切で緻密な補正によって補償することができる。色補償によって、イオン源１１から放射されたイオン（あるいは一般に荷電粒子）のエネルギーは、ΔＥ＝６ｅＶまでの比較的高いエネルギーの不鮮明さを有することができる。これにより、品質に対する要求があまり厳密でないイオン源を用いることが可能になり、そのため高電流を放射することができる。
【００２６】
さらに、第２の投影段において、第１の投影段の確率論的なエラーが縮小されるので、第１の投影段の、クロスオーバｃ１，ｃ２での相互作用による確率論的なエラーは減少し、第２の投影段における確率論的なエラーは、基板表面からの第２のクロスオーバｃ２の距離が小さいので、影響はほとんどない。
【００２７】
イメージを横方向にシフトする手段として、即ち、光軸ｃｘと直角な方向に沿って、偏向手段３１５、３２５が、投影段の一方または双方に設けられている。この偏向手段は、例えば、図１に示す第１段の偏向手段３１５のようにクロスオーバの近くに配置されるか、あるいは図１の第２段の偏向手段３２５の場合のように、各投影部の最終レンズの後段に配置される、多電極装置として実現することができる。この装置においては、多電極は、ステージの動きに関連して像をシフトするための、および以下に説明するパターンロック装置と協働するイメージング装置を補正するための、偏向手段として用いられる。さらに、必要であれば、基板面でパターンの回転を生じさせるために電磁コイル６２が使用される。
【００２８】
図２は、ＰＤ装置２０のアパーチャの配置の平面図を示す。ＰＤ領域ｐｆ内に、隣接するラインｐｌに沿ってアパーチャ２１が並ぶ規則的な配列で、複数の正方形状のアパーチャ２１が設けられ、各ラインｐｌには、同数のアパーチャが存在する。ＰＤ領域ｐｆは、アパーチャを含むアパーチャ領域ａｆといわれる部分と、アパーチャがない領域ｓｆとの複数のストライプに分割されていてもよい。ラインｐｌと直角な方向に沿って見たアパーチャ領域ａｆには、アパーチャが、列ｒ１、ｒ２、ｒ３の並びを構成している。即ち、図示の実施形態においては、列ｒ１〜ｒ３は隣接しておらず、互いに離間している。アパーチャは、斜めに規則的な配列に従って、アパーチャ領域ａｆ内に配置されている。
【００２９】
２行おきのアパーチャは、隣接して並ぶもの同士の間のピッチｐｎがアパーチャの幅ｗの３倍（即ち、ｐｎ＝ｎ×ｗ）になるように並んでおり（ｎ＝３；他の実施形態においては、ｎは２より大きな他の値でもよい）、隣接する列間のオフセットｐｍは、アパーチャの幅ｗの４倍となっている（即ち、ｐｍ＝ｍ×ｗ で ｍ＝４である；ｍは２より大きな他の値でもよい）。ラインｐｌ内において、アパーチャ間のずれは、ｎ・ｐｍ＝１２である。従って、アパーチャは、領域ａｆの面積の１／（ｎ×ｍ）＝１／１２のみをカバーし、図３に示すように、一度に、ｎ×ｍ＝１２の画素の中から一つのみを露光することができる。残りの画素は、基板をアパーチャのイメージに対して「走査方向」ｓｄに沿って移動させる手段によって、後続のステップで露光される。アパーチャ２１の空間的配置及びアパーチャを制御する回路のレイアウトは、米国特許第６，７６８，１２５号に記載されている。
【００３０】
図３は、基板上に形成されたイメージ領域ｍｆを示すが、分かりやすくするため、この図では、全てのアパーチャがスイッチオンされていると仮定する。イメージ領域の幅ｆｗは、投影系の縮小率によって減じられたＰＤ領域ｐｆの幅Ｌである。イメージ領域は、複数の画素（ピクセルともいう）ｍｘからなる。図示の基板上のイメージ領域の位置の場合、アパーチャアレイの各アパーチャ２１は画素ｍｘに対応するが、アパーチャは、ＰＤ領域面積のうちの一部のみをカバーするので、画素の数のうちの対応する一部のみ（図３でハッチングした部分）を一度に露光することができる。残りの画素も露光するために、基板は、イメージ領域を基板上でシフトさせるように、ビーム下で移動される。図３ａは、取りうる１２（＝ｎ×ｍ）の位置を通じて、基板の動きにより順次変わる位置での画素の露光を示しており、画素には、ａ〜ｌの参照符号が付けられている（ハッチングしたピクセルは位置ａである）。イメージ領域ｍｆ全体は、基板表面の全領域をカバーするように、基板４１として機能する、フォトレジストで覆われたウエハの表面上を移動される。図４に示すように、移動距離を最小化するために、走査方向ｓｄは、一つの走査ラインｓｌから次のラインへ互い違いに変わる（左から右に次は右から左へと交互に行を進める動き）。
【００３１】
ここで説明した実施例においては、最小形状は５０ｎｍとすることができ、例えば、ピクセル幅ｘとして定義されるウエハ上に照光される最小スポットは２５ｎｍである。イメージ領域幅ｆｗは３００μｍであり、上述の２段の２００倍の縮小投影装置関連してイメージ領域を形成するために、正方形のＰＤ領域は、Ｌ＝６０ｍｍの幅を有する。図２から図４で示した例で使用した、ｎ、ｍ、ｗなどのパラメータは、それぞれ上述したのとは異なる値を採りうることには注意すべきである。
【００３２】
［ビームコントロール］
ダイビームをターゲット上で位置決め制御するタスクは、各制御のスピードにしたがって、異なる制御装置によるいくつかのタスクに分けることができる。
【００３３】
１．ウエハ調整。前処理の段階で構造を有した特定のウエハにおいては、すべてのターゲットは、完全に像をかぶせることを保証するために、描画ビームに対して適切に調整されなければならない。この処理は、すべてのウエハについて一度はなされなければならない。ウエハ調整のための方法は、従来技術において公知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３４】
２．フットプリント校正。関連速度（associated rate）は、０．１Ｈｚより下がよく、典型的には、約０．０１Ｈｚである。装置の長期間でのドリフトを補償するため、予め決められた間隔で鏡筒全体を再校正する。このため、描画ビームのステージ装置４０に対する位置とビームフットプリントが測定される。フットプリント校正のための方法は、従来技術において公知であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３５】
３．パターンロック。これは、１００Ｈｚのオーダーの外乱を補償できるようにするため、１ｋＨｚのオーダーの速度で起こる。ビーム位置は、記録装置により実時間で測定され、閉制御ループを通じて記録装置の位置に固定される。パターンロックは、粒子ビーム装置内の短時間ドリフトを補償するのに役立ち、以下で詳細を説明する。
【００３６】
４．ビームトラッキング。これは、１ｋＨｚのオーダーの速度で起こる。ステージ装置４０の公称位置に対する変位は、ビームトラッキング装置により補正される。ビームトラッキング装置は、従来技術において公知であり、ライトオンザフライ(write-on-the-fly)技術に大きく関連している。
【００３７】
５．トグル補正。ターゲット上に投影されるパターンは、典型的には１ＭＨｚまたはそれ以上の速度で、アパーチャの並びを通して移動される。この不連続な動作は、ターゲットステージ４０の継続的な動作に適合するようになっている。これは、好ましくは、ターゲット上の像を補正シフト（経時的に鋸歯上の）する反射手段３２５により実現される。
【００３８】
ここでは、ＰＭＬ２装置のような粒子ビーム装置のパターンロック装置を中心に説明する。パターンロックは、約１００Ｈｚ程度のタイプの電磁的な、特に磁性の外乱を補償するのに必要とされる。
【００３９】
［パターンロック装置］
パターンロック装置は、基板上におけるマスクのアパーチャ（イメージ領域ｍｆ）の画像位置を、イオン光学装置に対して安定化させるために設けられる。パターンロック装置の原理は、米国特許第４，８２３，０１１号および米国特許第４，９６７，０８８号に記載されている。これらの２つの特許文献の内容全体は、ここに参照により組み入れられる。
【００４０】
パターンロックの考え方によれば、多くの基準ビームｒｂが使用される。この基準ビームｒｂは、ＰＤフィールドｐｆ（図６）の側部に示した基準マーク２６のように、ＰＤ装置内に形成される。基準ビームレットは、ダイビーム(dye beam)とともに鏡筒を通って伝搬し、これにより実質的にダイビームと同じ処理（光学要素により）と外乱（他の要因により）の影響を受ける。基準マーク２６の典型的な配置は、例えば、ＰＤ領域ｐｆ（図６ａ）から数ミリ離れて配置された、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの寸法領域のたくさんのスロットである。
【００４１】
ビームトラッキング装置は、ステージの動作での変位による画像位置誤差を、実時間のフィードバック制御装置を多極パターン補正と共に用いることで、さらに確かに補償する。例えば、画像の位置とゆがみの補正は、多極電極３２５（図１）によりすることができる。さらに、電磁コイル６２は、基板面でパターンを回転させるのに用いられる。図１においては、現状の技術水準の装置６０の位置を図示しており、本発明のパターンロック装置の配置は、図５ｆｆを参照して以下に説明する。以下においては示されていないけれども、図１の粒子ビーム装置の配置に変更はない。
【００４２】
図５は、関連するパターンロック装置を基準ビームレットｒｂの経路とともに強調した本発明の粒子ビーム装置の全体像を示す。上述したように、基準ビームレットｒｂは、ＰＤ装置２０に照射ビームｌｂから形成された基準構造により規定される。ＰＤ装置の後において、ビームレットｒｂはパターン化されたビームプロパーｐｂとともに、同じ光学要素により投影される。特に、第１のクロスオーバｃ１を通り、中間面ｅ１においてリファレンス構造のイメージに投影される。その場所において、記録装置６０１は、パターン化されたビームｐｂを取り囲み、基準ビームレットｒｂを遮断する。（対照的に、パターン化されたビームは、さらに、投影装置の２番目のそして最後の段を通過してターゲット上に投影される。）図５ａの詳細図には、中間面における配置の詳細を示している。記録装置６０１は、多くの検知ユニット６１（各ビームレットｒｂにひとつ）を備えている。それらは、各基準ビームレットのために記録手段として機能し、中間面が形成される場所に位置している。
【００４３】
このレイアウトは、基準ビームの記録はターゲットの直前でなされなければならないという従来の要件を不要としており、そして、形状寸法の極端な減少とイメージング装置に影響する画像の敏感さとによるスペースの問題が重大である。一方、第２段の減少された寸法を理由として、中間イメージｉ１の後の光学装置は、外部の影響から容易に遮蔽される。なぜなら、それが短い長さを有するし、また、小さな直径と高い粒子エネルギー（例えば、１００ｋｅＶ）により、ビームが外部の影響に対し比較的敏感とはほとんど言えないからである。一方、中間イメージｉ１の前においては、ビームを周囲から遮蔽するのが困難であり、そして、比較的大きな大きさと低い粒子エネルギーにより「柔軟」である。
【００４４】
［ＰＤ装置］
図６は、本発明に使用するのに適合したＰＤ装置１０２を示し、すなわち、図６ａにおいて上面図、図６ｂにおいて横断面図を示す。ＰＤ装置は、描画ビームのパターンを規定する機能を果たすだけでなく、基準ビームレットｒｂを形成する機能を果たす。図７は、ＰＤ装置の単一のアパーチャの構造を詳細に示し、図８は、ＰＤ装置の基準マークの構造の詳細を同様に示す。
【００４５】
装置１０２は、積層構造に設けられた複数のプレート２２を備えている。本発明のＰＤ装置１０２は、各要素がそれぞれの機能を果たす複合装置として実現される。各プレート２２は、本技術分野で知られた微細構造化技術により形成された構造の半導体（特にシリコン）ウエハとして実現される。描画ビームは、ＰＤ領域ｐｆ（図６）に並んだアパーチャを通ってプレートを横断する。各アパーチャは、複数のプレート２２（図７）に規定された開口２１０，２２０，２３０，２５０のセットに対応する。以下では、ＰＤ装置１０２とその構成要素であるプレート２２について、本発明の開示に必要な限りにおいて説明する。詳細については、米国特許第６，７６８，１２５号を参照されたい。
【００４６】
各プレート２２の厚さは、アパーチャがある領域で、約５００μｍから５０μｍである。それらのお互いの距離は、１０μｍから１ｍｍのオーダーである。図６ｂと７において、縦軸（装置の光軸に平行なｚ軸）の大きさは、拡大されており、寸法通りではないことに注意すべきである。プレート２２は、ＰＤ装置１０２の前および後に設けられた冷却要素２８，２８（図１）、例えば、冷却された遮蔽要素による手段および／または第１投影段もしくは収斂レンズの冷却された電極を用いた手段からの熱放射により冷却されている。
【００４７】
ビームレットのブランキングは、ブランキングプレート２０２により実現されるブランキング手段により制御される。ブランキングプレート２０２は、それぞれアパーチャに対応した幅ｗ２の開口２２０の並び（「ブランキング開口」）を備えてなる。このブランキング開口は、すなわち、ＰＤ領域ｐｆのアパーチャに類似した配置のブランキング領域ｂｆを形成する。各開口２２０は、電極２２１を制御するための回路２２２に加えてビームブランキング電極２２１のセットを備える。開口２２０の幅ｗ２は、電極２２１に影響を与えないように、ビームレットｂｍの大きさよりも大きい。
【００４８】
ＰＤ装置１０２は、さらに、ビームレットを横方向に規定し、ここでは幅ｗ３の開口の並びを有したアパーチャアレイプレート２０３（以下、単に「アパーチャプレート」とする）として実現される、アパーチャアレイ手段を備える。本実施形態では、図示したアパーチャプレートは、最後のプレート２２としてブランキングプレート２０２の後（ビームの方向に沿って見て）に位置している。装置１０２から出てくるビームレットの横方向の形状を規定するのは、幅ｗ３のアパーチャ２３０であることに注意すべきである（図２のアパーチャ幅ｗに相当する）。
【００４９】
ビームレットｂｍは、ブランキング電極２２１が通電されていないと仮定すると、経路ｐ１に沿って連なるプレート２２の開口の制限を超え、イメージング装置（図１）に投影される。これは、開口の「スイッチオン」状態に相当する（スイッチ状態に関して、ブランキング開口、それとそれぞれ関連したアパーチャ、またはアパーチャによって規定されたビームレットは、差異がない。）「スイッチオフ」のアパーチャは、電極に電圧を掛け、横断する電圧を付与することにより実現される。この状態において、ブランキング電極２２１は、ビームｂｍを経路ｐ１から変位している経路ｐ０へ偏向させ、ビームレットは、例えば、ＰＤ装置の後の適宜な場所に位置したストッププレート２０４（図１）において、吸収される。（スイッチオフ状態においては、ビームレットｂｍを僅かな角度だけ偏向させれば十分であることに注意すべきである。これにより、ビームレットは、なおアパーチャ２３０を通過するかもしれない。この偏向が、後の方の位置でビームレットを横方向に変位させるのに十分であると仮定すると、スイッチオフされたビームレットを遮断するのは容易である。）
他のプレートの前（描画ビームの方向に見て）には、他のプレートを保護、特に、ブランキングプレート２０２とその繊細な回路を照射による損傷から保護するために、カバープレート２０１として実現されたカバー手段が設けられている。描画ビームｌｂの多くは、カバープレート２０１に当たる。粒子は、アレイ状に形成されたブランキングプレートの開口に対応して形成された開口２１０を通ることができるのみで、開口は、ブランキング領域ｂｆの全体のうち、ごく一部のみを形作っている。
【００５０】
図６ｂに示すように、カバープレート２０１とアパーチャプレート２０３は、それぞれ、ＰＤ装置のプレート２２の最初と最後のものである。描画ビームの照射を受けるのがこれらの２つのプレートだけであることは、注目すべき特徴である。それゆえ、他のプレートは、交換の提供が不要であるのに対して、これらの２つのプレートだけ定期的に交換しなくてはならない。（変形例では、アパーチャプレート２０３は、第１プレートとして配置されてもよい。これもカバープレートの役割を満たす。この場合には、１つのプレートだけが描画ビームの照射を受ける。）
プレート２２は、公知のピエゾアクチュエータまたは微小位置決め要素により実現されるアクチュエータ手段２４，２５により、お互いに対して位置決めされたチャック２３に保持されている。垂直アクチュエータ２５は、省スペースにするために省略されてもよい。そうすると、プレート間の位置決めは、単に互いに積み上げられたチャック２３自身の高さにより規定されるであろう。プレートが数１００ｎｍよりも大きくは動かないことを保証するように、プレート同士の位置が規定されると仮定すれば、水平アクチュエータを省略することも可能である。複数のチャックのうち１つ、例えば、図６のアパーチャプレートのチャックは、他のチャックの横方向の位置決めが容易になるようにカップ２３３として形成されていてもよい。好ましくは、プレート２２とチャック２３とは同じ材料、例えば、シリコンまたは動作温度範囲でこれと同じ熱膨張の挙動を示す材料により製造される。チャックはまた、ブランキングプレート２０２と補正手段２０５（もしあれば）に電力を供給する。明確化のために、電気の線は図面に示していない。
【００５１】
プレート２２には、開口２６が、以下に詳細に説明する基準ビームｒｂを規定するために設けられている。そして、基準ビームｒｂとパターンドビームｐｂは基板面に向けて投影される。しかしながら、パターンドビームｐｂとは対照的に基準ビームｒｂは、基板４１には届かないが、以下に詳細に説明するように、パターンロック装置で測定される。チャック２３は、チャック２３と、それらが保持するプレート２２との相対的な位置決めをするための調整マーカーとして機能する調整開口２３６をさらに有している。
【００５２】
さらに、一もしくはそれ以上の調整ユニットがＰＤ装置に設けられていてもよい。ここに示した実施形態には、カバーとブランキングプレート２０１，２０２の間に調整ユニット５０１が配置されている。発明の他の実施形態としては、いかなる調整ユニットの組み合わせでも実施することができる。調整ユニットは、ＰＤ装置１０２の開口２１０，２２０，２３０，２５０のセットに沿ってビームレットｂｍが進む経路を（静的に）制御する機能を果たし、それゆえ、特に、製造や設置の許容範囲に起因しても起こりうるＰＤ装置の構成要素の寸法許容差に加え、ＰＤ装置を有する装置１００の構成要素に起こりうる不完全な整合、および／または、ＰＤ装置の構成要素（プレート）同士の互いの調整を考慮し、これらを補正する。また、グローバルな空間電荷効果に起因する像のゆがみと同様、像のゆがみや像面湾曲のようないくつかの光学収差が減じられる。
【００５３】
好ましくは、調整ユニット５０１は、ＰＤ装置の第１プレート、すなわち、図６および７に示したカバープレート２０１の直後に配置される。調整ユニット５０１は、照光系１０１に課された要件を減じる助けになり、ＰＤプレートの調整を容易にする。調整ユニット５０１は、図７を参照して以下に説明するように実現することができる。調整ユニットは、２つの偏向板５０ａ，５０ｂにより構成され、これらは、「下」側（ターゲットに向かう側）に電極ｅａ１，ｅａ２，ｅｂ１と適当な給電線（図示せず）を備えてなる導体面５１ａ，５１ｂを有している。好適な方法で幾何学的経路を補正する調整ユニットの電極には、静的な電圧が付与される。偏向板５０ａ，５０ｂは、調整され、ボンディングまたは真空に適合した接着剤で互いに固定される。異なる導体面５１ａ，５１ｂの間の電気的接触は、例えば、ワイヤーボンディングによりなされる。偏向板には、ＰＤ装置のアパーチャに対応しているが、カバープレートにより規定されるビームの幅ｗ１よりは十分に大きい幅ｗ５を有する開口の並びが形成されている。
【００５４】
［基準マークおよびビームの偏向］
図８は、図６のＰＤ装置における基準マークの配置を示す。ＰＤ装置の第１プレート、すなわちカバープレート２０１において、多数の平行なスロット、この例では５つのスロットが形成されている。このスロットのセットは、対応する数の副ビームレットからなる基準ビームレットｒｂを規定する基準マーク２６として機能する。そして、基準ビームレットは、他のプレート５０１，２０２，２０３に形成された開口２６０を通過する。開口２６０は、基準ビームレットの通過を阻止しないことを保証するように十分に広い。こうして形成された基準ビームレットは、各検知ユニット６１に基準マーク像を形成しながら、図６を参照して説明したように投影される。
【００５５】
偏向ユニット５６は、各基準ビームレットｒｂに、手段５６がビームレットｒｂを偏向するようにＰＤ装置に設けられる。その目的は、ビームレットｒｂに、小さいが十分な角度偏向θｒを与えるためである。角度偏向θｒは、基準ビームレットの経路を調整する機能を果たし、これにより基準ビームレットは、開口または他のビーム制限装置（例えば、ストッププレート２０４）にじゃまされることなく露光装置を通過し、各検知ユニットに正しく到達することができる。このような角度偏向は、照光系の高オーダーの収差効果によっては必要になることがある。
【００５６】
図８に示した例においては、偏向ユニット５６は、調整ユニット５０１に設置されている。調整ユニットは、各基準ビームレットのために、図７を参照して説明したような、調整電極を有していても良いことに注意すべきである。それから、電極５６１により生成された角度偏向θｒは、調整電極によって影響された（静的な）偏向に重なる。
【００５７】
図９ａの縦方向断面と図９ｂの横断面は、偏向ユニット５６の好ましい実施形態を示している。少なくとも多極電極５７の一つのセットは、電極を囲み、それらによって形成された電場を含むハウジングチューブ５６２の中に設置されている。ここで採用された小さな角度の型では、角度偏向は、複数の電極５７の間の空間に保持された電場の強さの一次関数である。
【００５８】
好ましくは、図９ａに示すように、偏向電極のセットは、軸方向に２つの片５７１，５７２に分割されていてもよい。これは、例えば、基準ビームレットｒｂを、他の基準ビームレットおよび／またはダイビームから独立した方法で、検知ユニットを横切って移動させることが求められるような用途の場合に好ましい。特に、もし２つの多極片が通過するビームレットｒｂに対して対蹠的な電場を付与するなら、そのビームは、電場の方向に沿って、場の強さに比例した量だけずれ、結果として検知ユニット上で基準マーク２６の像の位置のずれとなるであろうが、ビームレットには偏向は付与されない。２つの電場がゼロと異なる値に増加させるなら、追加的な角度偏向が付与される。２つの片５７１，５７２は、個別に制御され、これにより角度偏向θｒとビームレットのズレが互いに個別に調整される。
【００５９】
角度偏向θｒを用いて、基準ビームレットは、光軸に対して特に径方向に偏向される。基準ビームレットが光軸から相当な距離に位置し、それにより場合によっては相当量の光学的な軸外収差を免れないにもかかわらず、これは、基準ビームレットが、どんなビーム制限装置（例えば、ストッププレート）にもぶつかることなく、鏡筒と、特にクロスオーバｃ１を通ってガイドされるのを確かにする。さらに、ビームレットのずれを導入することにより、偏向ユニットは、検知ユニットで基準ビームレットが当たる位置の正確な補正に用いることができる。結果として、基準ビームレットが当たる位置は、基準ビームレットの位置変位に対して最大の応答信号が与えられるように、偏向ユニットを用いて調整される。
【００６０】
［検知ユニット］
すでに説明したように、各基準マーク２６は記録装置６０１に含まれる各検知ユニット６１に投影される。図１０から１４は検知ユニット６１の好ましい実施形態を示す。これらの例において、基準ビームレットは３つの副ビームレットによって構成されていると考えることができる。このケースは、他の基準ビームレットの構成に容易に拡張することができる。
【００６１】
図１０の検知ユニット６１０に関して、差分アンプ６１９の正と負の入力に選択的に接続された６つのレジスタパッド６１１，６１２，６１３，６１４，６１５，６１６が設けられている。パッド６１１から６１６は、同じ形の、好ましくは長方形の隣接したストライプとして形成され、互いに、また周囲に対して隔離された導電性の材料により作られている。この材料は、帯電した照射を吸収できる。結果として、領域が基準ビームの照射に当たったとき、帯電し、発生する電流は、接続された差分アンプ６１９により測定される。もしくは、パッドは、二次電子を高効率で発生する材料で作られていてもよく、この場合には、当たった照射は主として二次電子の生成により帯電効果を引き起こす。いずれの場合にも、電流は、パッドに照射される比例する。レジスタパッドは、基準マーク２６の大きさに対応した領域の中に配置される。本実施形態では、それらは、側長が約３６μｍの領域内のストライプとして形成される。もしこの領域に６つのパッドが形成されるなら、各パッドは、幅約６μｍとなる。もし、パッドの数がより多ければ、それにしたがって幅は小さくなる。
【００６２】
図１１は、基準ビームの副ビームレット６１ｓにより照射された記録パッド６１１〜６１６を示している。図示したケースでは、正のパッド６１１，６１３，６１５と負のパッド６１２，６１４，６１６に同じ量の照射が付与されている。もし、基準ビームが右に動けば、負のパッドに生ずる電流が減ずるのと同じくして、一方で正のパッドに生ずる電流は増大し、結果的に差分アンプ６１９の出力に明白な差異がある信号が出る。
【００６３】
図１２は、３つの副ビームレットからなる基準ビームのための、変形例の検知ユニットをグルーブディテクタ６３に実現したものである。ディテクタ６３は、周囲から隔離されグラウンド（周囲）に対して電流を測るアンプ６３９の入力に接続された、導電性の材料片で実現される。いくつかの溝６３７は、この場合には櫛状構造を形成するための３つのストライプとして形成され、幅ｗ６よりも大きな深さｄ６の溝で設けられている。もちろん、溝の構造は、基準ビーム（副ビームレット）の構造に対応している。
【００６４】
図１３を参照すると、電子線の基準ビームによる照射により、ディテクタの材料表面から二次電子が出てくる。この二次電子は、すべての方向に放射される。溝の中で、二次電子はファラデーカップの中のように壁に吸収され、結果的に、電子線が当たるのに対応して負の電流が測定される。しかしながら、頂部領域に当たるビームの一部は、ディテクタから自由に飛び出す二次電子を引き起こし、結果として正味の電子の欠乏、つまり正の電流が生ずる。そのため、溝と頂部の境界に対する位置によって結果として生じる電流の符号と大きさが変化する。つまり、もし副ビームレットの大部分が溝に落ちれば負となり、大部分が頂部に当たれば正となる。
【００６５】
同様の効果が負に帯電したイオンビームの場合にも見られる。正に帯電したイオンの場合、生ずる電流は常に正であるが、大きさは、位置による。
【００６６】
図１４は、２次元配列のレジスタパッドを備える「複数検知ユニット」６４を図示している。図１０に示したパッド６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄのようなセットは、平行に位置しているが、微妙にオフセットしている。それゆえ、基準ビームは、各パッドのセットの個別のアンプ６４９ａ〜６４９ｄの出力において、異なる検知信号を生じさせるだろう。
【００６７】
図１５は、「複数検知ユニット」の線形な変形例６５を図示している。この例において、５つのパッドセットが一列に並んでおり、各セットは、差分アンプ６５９に接続された２つの組のパッド６５１，６５２，６５３，６５４からなっている。同じ符号のパッドのオフセットは、副ビームレット６５ｓのオフセットと少し異なり、そのため個別のパッドセットは、基準副ビームレットに異なる態様で当たり、アンプ６５９の正味の出力信号と異なる結果となる。
【００６８】
レジスタパッドの配置は、必ずしも基準ビームの副ビームレットに正確に対応していなくても構わないことに注意すべきである。実際、図１５ですでに説明したように、レジスタパッドの形が、基準副ビームレットから適切に異なっているのも有益である。
【００６９】
さらに、図１６と図１７を参照し、パッドと副ビームレットの構造が一様に周期的でないとしても有益である。図１６は、グルーブディテクタ（上述の図１２の説明参照）の非周期的な構造のプロファイル６７を示しており、溝の幅は変化している。選択された溝６７７の幅は、例えば２倍である。この例において、基準ビームの副ビームレットの配置は、同じく、ディテクタの溝構造に対応するように修正されている。適切に修正された溝幅の構造のおかげで、ディテクタ電流Iｒの強度は、図１７に示すように基準ビームレットの相対位置Δｘに対し複雑な依存関係を示す。一つの際だった特徴は、高コントラストな中央の主たる最大値ｍ１の存在である。他の有利な特徴は、構造特徴の距離の適切な選択を通じて対象な配置で発生し、基準走査動作の幅を測定させる、第２の最大値ｍ２の存在である。
【００７０】
［パターンロック制御ループ］
再び図５を参照し、検知ユニットによって発生した信号、例えば検知電流Ｉｒは、入力信号ｓ１として受け取られ、各基準ビームレットの位置情報を得るために、パターンロック制御ユニットＰＣＵに計算のため導かれる。位置情報に基づき、Ｘ／Ｙ変位の観点からダイビームの相対ゆがみ状態、回転変位、拡大ゆがみ、台形ゆがみなどが決定される。
【００７１】
これらのデータから、順に、制御ユニットＰＣＵは、望まれた公称値からのずれの量を計算し、対応する補正信号ｓ２を決定する。変位／ゆがみ信号を最小とし、それにより対応するダイビームのある基準面に対する変位／ゆがみを減少させるように、信号ｓ２は、ＰＩＤ閉鎖ループ制御装置を使用し、鏡筒（例えば、静電多極および／または上述したような磁性要素）の調整要素３１５を用いて鏡筒にフィードバックされる。検知信号の測定は、例えば１ｋＨｚの測定速度で行われる。このことは、基準ビームに測定速度より下の周波数範囲内、ここでは例えば数百Ｈｚで基準ビームに（そして結果的にダイビームに）作用する位置誤差の影響を決定し、そして補償する。パターンロックは、ある基準面に関する静的な変位／ゆがみのみを維持することに注意すべきである。そして、ターゲット（例えば、ウエハ）に対する変位／ゆがみ状態制御は、おそらくパターンロックそのもの、通常アライメントといわれるものに非常に類似した、追加的な手続／装置でなければならない。
【００７２】
基準ビームレットの位置検知を実行するため、適切な電圧変化が各偏向ユニット５６の電極に付与され、これにより対応する基準ビームは、そして結果的に基準マーク像は検知ユニット上を走査され、順に計算されて所望のビーム位置を与える特徴信号が得られる。
【００７３】
［簡略化されたビーム偏向］
偏向ユニットの簡略化された配置が図１８と図１９に示されている。このケースにおいて、基準ビームレットは、偏向板５６１の組のみを備える偏向ユニット５６′を通る。偏光板は、それらの主軸ｍｘ（図１９ｂの水平軸）が露光装置の光軸ｃｘを横切るような向きに向き合わせされ、ビームレットをガイドする目的で、ビームレットの角度偏向が、どんなビーム制限装置にも当たること無く鏡筒を通過する。この角度偏向は、存在する軸外収差と相まって、基準面に形成される基準ビームレットの像の精密な位置調整の可能性をさらに提供する。
【００７４】
図２０を参照して、再校正の方法とともに以下に説明する簡略化された配置は、偏向ユニット５６′が上述したものよりもずっとシンプルであるという点、また、ビームレットの走査が必要とされないという点で有利である。さらに、もし基準ビームレットがＰＤ装置の中で補正されることなくビームラインとなってすべての開口を通過できる方法でＰＤ装置２０を照射することができるなら、偏向ユニットは省略されてもよい。この場合には、検知ユニットにおいて基準ビームレットが当たる位置の精密な調整は他の方法、例えば第１投影段の光学要素の適切な調整および／または、図１４および１５に示した「マルチ検知ユニット」６４，６５のパッドセットのような記録装置内での検知ユニットの適切な位置の選択によってなされてもよい。
【００７５】
この場合、基準ビームレットの位置検出を実行するために、ビームレットの走査は避けるべきであり、それにより基準ビームは名目上固定された位置をとり、そして検知ユニットに一定した信号レベルを与える。外乱による基準ビームレットの位置の変化は結果として対応するディテクタ上の信号レベルの変化となり、この信号レベルの次々の変化は、基準ビームレットの位置決定に使用される。
【００７６】
［再校正の方法］
オーバタイムｔの関数としての検知ユニット信号Ｉｒの例を示す図２０は、基準ビーム位置の再校正とパターンロックの制御の好ましい、周期的な合成方法を図示している。この方法は、処理装置１００の製造過程において、ターゲットが露光されていない期間により分離された、規定された時間Ｔｅｘｐの間隔でターゲットの露光が起こるという事実を利用している。これらの露光休止の間において、ダイビームは通常スイッチオフされ、さもなければ遮断される。
【００７７】
提案された方法によれば、露光休止の間に基準ビームレットの再校正が実行される。このため、基準ビームレットは（ダイビームとともに）偏向ユニット３１５を用いてディテクタ範囲にわたりアクティブ走査される。このアクティブ走査は、露光休止の最初において時間間隔Ｔｃａｌで実行される。図２０は、再校正の間において、操作可能な型の２つの終わりを印す、２つの極値的ピークが検知されたことを図示し、校正間隔Ｔｃａｌの終わりに向かって、動作基点Ｉ０はこれら２つの極値の間の中央が採用される（図２０においては、明確化のために検知ユニットの複雑な特徴のすべてを示すよりむしろ、両極値の間の簡略化された傾斜だけが示されている）。
【００７８】
動作基点の選択が完了し、校正間隔Ｔｃａｌが終了した後、パターンロック制御は、上述したようにパターンロックフィードバックのための信号Ｉｒを使用して再開される。パターンロック制御間隔Ｔｒｅｇは、一またはそれ以上の連続的なダイ露光ステップＴｅｘｐの時間を完全に埋め込んでいる。ダイ露光ステップの間に、基準ビームレットは、ダイビームに対して固定され、それらの位置は、ダイビームの位置の特定に使用される。この方法は、検出範囲にわたって完全な信号挙動を決定するのを可能にし、またディテクタとアンプを再校正、特に検出範囲の基準位置に対して再校正するのを可能にする。この方法により、基準位置は、次の露光ステップの間に使用されることができる信号範囲の中央に調整されることができる。好ましくは、動作基点Ｉ０は、信号の傾斜が十分に高い（高解像度）位置が選択され、一方の側に制御するのに十分な余地がある。
【００７９】
検知ユニットから信頼できる信号レベルを得るため、個別の検知反応機能の定期的な再校正は必要である。再校正を用いて検知ユニット内のどのようなドリフトも補償できる。ＰＭＬ２の装置においては、この再校正は、各ストライプ像を書いた後ステージを反転させる動作のために必要な各書込休止において有利に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】通常の技術水準のマスクレス粒子ビーム装置の配置を縦方向断面で示す。
【図２】図１の描画装置のパターン定義装置におけるアパーチャの配置を示す平面図である。
【図３】基板表面に存在するイメージ領域を示す図である。
【図４】露光されるウエハ基板上の、図３のイメージ領域の動きを示す図である。
【図５】好ましい実施形態に係る粒子ビーム装置およびそのパターンロック装置の全体図である。
【図５ａ】基準ビーム記録の詳細を示す。
【図６ａ】パターン描画装置を上面図で示す。
【図６ｂ】パターン描画装置の縦断面図である。
【図７】アパーチャの詳細を示す図６ｂの詳細図である。
【図８】基準マークの詳細を示す図６ｂの他の詳細図である。
【図９ａ】偏向ユニットの図８の基準マークにおける縦方向断面の詳細を示す。
【図９ｂ】偏向ユニットの図８の基準マークにおける横断面の詳細を示す。
【図１０】検知ユニットの第１の変形例を示す。
【図１１】基準ビームにより照射された図１０の検知ユニットを示す。
【図１２】検知ユニットの第２の変形例を示す。
【図１３】基準ビームにより照射された図１２の検知ユニットを示す。
【図１４】検知ユニットのさらなる変形例を示す。
【図１５】検知ユニットのさらなる変形例を示す。
【図１６】検知ユニットの他の配置を示す。
【図１７】図１６の検知ユニットに関し、基準ビームの位置の関数として発生する電流パターンを示す。
【図１８】簡略化された基準マークの変形例の図８に対応する図である。
【図１９ａ】簡略化された基準マークの変形例の図９ａに対応する図である。
【図１９ｂ】簡略化された基準マークの変形例の図９ｂに対応する図である。
【図２０】パターンロック制御装置の再校正を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビーム投影処理装置（１００）でパターン像（ｉ２）によりターゲット（４１）を露光する間に前記パターン像の位置を制御する方法であって、前記パターンは、パターン描画手段（２０）において形成され、かつ荷電粒子（ｌｂ，ｐｂ）を用いて粒子光投影装置（１０３）を通して前記ターゲット（４１）上に投影され、前記方法は、
−同じ投影装置（１０３）を通して、前記パターン描画手段（２０）において設けられた複数の基準マーク（２６）を、所望の位置にある前記基準マークの像の箇所に位置した対応する数の記録手段（６１）上に投影し、
−前記記録手段（６１）において前記基準マーク（２６）の像を検知し、前記記録手段は対応する信号（ｓ１）を発生し、
−制御手段（ＰＣＵ）において前記信号を処理し、前記投影装置の投影特性を調整するために制御信号（ｓ２）を算出し、前記基準マークの像を前記所望の位置に一致させ、
前記パターンの投影は、前記投影装置（１０３）の少なくとも２つの連続的な投影段（３１，３２）、つまり、少なくとも１つのの最終でない投影段と１つの最終的な投影段とを備え、かつ、この後者が前記パターン像（ｉ２）を生成するもの、を用いてなされ、
前記基準マークの像の検知は、最終的でない投影段の中間像（ｉ１）の位置においてなされ、前記記録手段（６１）は、中間像面（ｅ１）の公称位置の箇所に位置していることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記基準マークの少なくとも１つにより形成された基準ビームレットは、偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存し、前記パターン描画手段（２０）に設けられた前記偏向手段（５６）により横方向にシフトされ、各基準マークの像に、対応する時間依存性の走査動作がなされることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、
基準ビームレットの横方向のシフトは、少なくとも２セット（５７１，５７２）の電極により発生され、前記セットは、前記ビームレットの方向に沿って見て直列に配置されたことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３の方法において、
前記電極のセットとして多極電極が使用されることを特徴とする方法。
【請求項５】
パターン像（ｉ２）をターゲット（４１）に露光するのに適合した粒子ビーム投影処理装置（１００）であって、前記パターンを形成するパターン描画手段（２０）と、荷電粒子ビーム（ｌｂ，ｐｂ）を用いて前記パターンを前記ターゲット（４１）上に投影するのに適合した粒子光投影装置（１０３）と、を備え、
前記装置は、制御手段（ＰＣＵ）と、複数の記録手段とをさらに備え、この記録手段は、前記パターン描画手段（２０）に設けられた、対応する数の基準マーク（２６）の像を、同じ投影装置（１０３）を通して投影されたときに検知するものであり、
前記記録手段（６１）は、所望の位置にある前記基準マークの像の箇所に位置し、前記像に対応する信号を発生するのに適合しており、
前記制御手段（ＰＣＵ）は、前記信号を処理するのに適合しており、前記投影装置の投影特性を調整するために制御信号（ｓ２）を算出し、前記基準マークの像を前記所望の位置に一致させ、
前記投影装置（１０３）は、前記パターンを投影するために少なくとも２つの連続する投影段（３１，３２）、つまり、少なくとも１つのの最終でない投影段と１つの最終的な投影段とを備え、かつ、この後者が前記パターン像（ｉ２）を生成するものであり、
前記記録装置（６１）は、中間像面（ｅ１）の公称位置の箇所に位置し、前記位置制御装置は、最終でない投影段の中間像（ｉ１）の位置において基準マークの像の検知を実行するのに適合されたことを特徴とする粒子ビーム投影処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
パターン描画手段（２０）に設けられた偏向手段（５６）を備え、前記偏向手段（５６）は、前記偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存する少なくとも１つの基準マークにより形成された基準ビームレットを横方向にシフトするのに適合され、各基準マークの像に、対応する時間依存性の走査動作がなされることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
少なくとも２つのセット（５７１，５７２）の電極が前記基準ビームレットの横方向のシフトを発生させるために設けられ、前記セットは、前記ビームレットの方向に沿って見て直列に配置されたことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記電極のセットは、多極電極として実現されることを特徴とする装置。
【請求項１】
粒子ビーム投影処理装置（１００）でパターン像（ｉ２）によりターゲット（４１）を露光する間に前記パターン像の位置を制御する方法であって、前記パターンは、パターン描画手段（２０）において形成され、かつ荷電粒子（ｌｂ，ｐｂ）を用いて粒子光投影装置（１０３）を通して前記ターゲット（４１）上に投影され、前記方法は、
−同じ投影装置（１０３）を通して、前記パターン描画手段（２０）において設けられた複数の基準マーク（２６）を、所望の位置にある前記基準マークの像の箇所に位置した対応する数の記録手段（６１）上に投影し、
−前記記録手段（６１）において前記基準マーク（２６）の像を検知し、前記記録手段は対応する信号（ｓ１）を発生し、
−制御手段（ＰＣＵ）において前記信号を処理し、前記投影装置の投影特性を調整するために制御信号（ｓ２）を算出し、前記基準マークの像を前記所望の位置に一致させ、
前記パターンの投影は、前記投影装置（１０３）の少なくとも２つの連続的な投影段（３１，３２）、つまり、少なくとも１つのの最終でない投影段と１つの最終的な投影段とを備え、かつ、この後者が前記パターン像（ｉ２）を生成するもの、を用いてなされ、
前記基準マークの像の検知は、最終的でない投影段の中間像（ｉ１）の位置においてなされ、前記記録手段（６１）は、中間像面（ｅ１）の公称位置の箇所に位置していることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、
前記基準マークの少なくとも１つにより形成された基準ビームレットは、偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存し、前記パターン描画手段（２０）に設けられた前記偏向手段（５６）により横方向にシフトされ、各基準マークの像に、対応する時間依存性の走査動作がなされることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、
基準ビームレットの横方向のシフトは、少なくとも２セット（５７１，５７２）の電極により発生され、前記セットは、前記ビームレットの方向に沿って見て直列に配置されたことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３の方法において、
前記電極のセットとして多極電極が使用されることを特徴とする方法。
【請求項５】
パターン像（ｉ２）をターゲット（４１）に露光するのに適合した粒子ビーム投影処理装置（１００）であって、前記パターンを形成するパターン描画手段（２０）と、荷電粒子ビーム（ｌｂ，ｐｂ）を用いて前記パターンを前記ターゲット（４１）上に投影するのに適合した粒子光投影装置（１０３）と、を備え、
前記装置は、制御手段（ＰＣＵ）と、複数の記録手段とをさらに備え、この記録手段は、前記パターン描画手段（２０）に設けられた、対応する数の基準マーク（２６）の像を、同じ投影装置（１０３）を通して投影されたときに検知するものであり、
前記記録手段（６１）は、所望の位置にある前記基準マークの像の箇所に位置し、前記像に対応する信号を発生するのに適合しており、
前記制御手段（ＰＣＵ）は、前記信号を処理するのに適合しており、前記投影装置の投影特性を調整するために制御信号（ｓ２）を算出し、前記基準マークの像を前記所望の位置に一致させ、
前記投影装置（１０３）は、前記パターンを投影するために少なくとも２つの連続する投影段（３１，３２）、つまり、少なくとも１つのの最終でない投影段と１つの最終的な投影段とを備え、かつ、この後者が前記パターン像（ｉ２）を生成するものであり、
前記記録装置（６１）は、中間像面（ｅ１）の公称位置の箇所に位置し、前記位置制御装置は、最終でない投影段の中間像（ｉ１）の位置において基準マークの像の検知を実行するのに適合されたことを特徴とする粒子ビーム投影処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、
パターン描画手段（２０）に設けられた偏向手段（５６）を備え、前記偏向手段（５６）は、前記偏向手段に付与される時間依存性の電圧に依存する少なくとも１つの基準マークにより形成された基準ビームレットを横方向にシフトするのに適合され、各基準マークの像に、対応する時間依存性の走査動作がなされることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、
少なくとも２つのセット（５７１，５７２）の電極が前記基準ビームレットの横方向のシフトを発生させるために設けられ、前記セットは、前記ビームレットの方向に沿って見て直列に配置されたことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置であって、
前記電極のセットは、多極電極として実現されることを特徴とする装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図３ａ】
【図４】
【図５】
【図５ａ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図３ａ】
【図４】
【図５】
【図５ａ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９ａ】
【図１９ｂ】
【図２０】
【公表番号】特表２００８−５２１２２１（Ｐ２００８−５２１２２１Ａ）
【公表日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４１５７４（Ｐ２００７−５４１５７４）
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００５／０００４５４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５３３５８
【国際公開日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（５０３０７０５７９）イーエムエス ナノファブリカツィオン アーゲー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１５日（２００５．１１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＴ２００５／０００４５４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５３３５８
【国際公開日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（５０３０７０５７９）イーエムエス ナノファブリカツィオン アーゲー (7)
【Ｆターム（参考）】
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