(57)【要約】【課題】アライメント時における誤差を抑えることができる荷電粒子線露光装置のアライメント方法、及び、荷電粒子線露光装置を提供する。【解決手段】感応基板１００を戴置して移動するステージ１２０と、該ステージの位置計測器１６０と、感応基板上に荷電粒子線を選択的に照射する、レンズ及び偏向器を有する光学系１１０と、感応基板上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段１４０とを備える露光装置におけるアライメント方法であって、ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の上記ステージ位置を予測しながら上記アライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける上記ステージの位置予測値を用いて上記感応基板の位置あわせを行う。【選択図】  図１
2004158634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置におけるアライメント方法であって、
前記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の前記ステージ位置を予測しながら前記アライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける前記ステージの位置予測値を用いて前記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置のアライメント方法。
【請求項２】
感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置におけるアライメント方法であって、
前記ステージ位置計測器からのステージ位置情報に対して、前記位置計測系での測定から位置情報出力までの遅延時間、前記アライメントマーク検出時の遅延時間、前記光学系での遅延時間、による該ステージの位置誤差を考慮して該ステージの位置を決定することを特徴とする荷電粒子線露光装置のアライメント方法。
【請求項３】
感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、
該ステージの位置計測器と、
前記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、
前記感応基板、前記感応基板ステージ、前記マスク、及び／又は、前記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、
を備える露光装置であって、
前記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の前記ステージ位置を予測しながら前記アライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける前記ステージの位置予測値を用いて前記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィに用いられる荷電粒子線露光装置及びそのアライメント方法に関する。特には、アライメント精度を更に高めるよう改良を加えた荷電粒子線露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の更なる小線幅化に対応するため、スループットの高い荷電粒子線露光装置の開発が必要とされている。従来の荷電粒子線露光装置としては、一筆書きのように荷電粒子線をウェハ上に照射する方式が一般的であった。しかしながら、このような方式による露光装置は、製造のスループットやコストの面を考慮すると非効率的なので、量産用の装置として用いられることはなかった。そこで、大口径の荷電粒子ビームを、パターン開口を有するマスク上に照射することにより、パターンを縮小投影する荷電粒子線露光装置の開発が進められている。
【０００３】
このような露光装置においては、レチクル上のパターンを分割し、ステージのステップアンドリピート及び荷電粒子線の偏向スキャンを行うことにより、ウェハ上のパターンをつなぎ合わせている。この方式によると、ステージ位置の制御や位置計測を行うと共に荷電粒子線を偏向しながら露光する高精度なトラッキングが必要になる。このため、この方式の露光方法においては、干渉計等によりリアルタイムで位置を計測し、偏向器やステージを制御する方法がとられている。
【０００４】
一方、小線幅化に対応して、ウェハ上に多層のパターンを転写するためには、より高精度のアライメント（重ね合わせ）技術も必要である。従来の位置検出装置としては、光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用い、回折格子状のアライメントマークに光源光を照射し、その回折光や散乱光を検出して解析することにより位置検出する方式のものや、光学顕微鏡を介してＣＣＤカメラによりアライメントマークを撮像し、画像処理を施すことにより位置検出する方式のものがある。また、露光光源である荷電粒子線を用いてアライメントマークをスキャンし、反射した荷電粒子の強度分布から位置を計測する方式のものもある。これら方式のアライメントマーク検出手段を利用して、さらに、精度の高いアライメントを行う方法が研究されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、位置合わせ装置において、検出可能範囲は広いが、ある一瞬には基板上の１点のみからの光情報しか検出できない第１マーク検出手段と、実効的な検出可能範囲は狭いが、基板上のマークの全体からの光情報を同時に取り込む第２マーク検出手段とを組み合わせ、この２つのマーク検出手段を一連のマーク検出動作において時系列に、或いは、ほぼ同時に使用することにより、アライメントシーケンス上の時間的なロスを減らし、スループットの低下を抑制することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、ウェハステージ上の基準板に、レチクルマークとアライメントされる基準マークと、オフアクシス系によってアライメントされる基準マークとを設け、２つの基準マークをステージ静止状態でほぼ同時に計測し、そのときのステージ状態で、露光時に使う干渉計とオフアクシスアライメント時に使う干渉計とを同一測定値にプリセットすることにより、オフアクシスアライメント系を備えた投影露光装置のベースライン管理を高精度に行うことが開示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、周囲への磁気的な影響を低減するために、コイルを有する固定子と、該固定子との間で電磁気的相互作用を行う磁石を有し、少なくとも第１の軸方向に移動する可動子とを備えたモータ装置において、上記固定子と上記可動子との内少なくとも上記可動子に、該可動子周辺空間への磁束の漏れを低減する磁気シールドを設けたことを特徴とするモータ装置を備え、露光用光学系からのエネルギビームにより露光される基板を戴置させるステージ装置を備えた露光装置等が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−２８３０１１号公報
【特許文献２】
特開平５−２１３１４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１７１８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的に、ステージ上のアライメントマークの位置は、アライメントマーク検出と同時に、干渉計等を用いてステージの位置情報を取り込むことにより求められる。しかし、このステージの位置情報は、ハード等の制約により、実際にはアライメントマーク検出と完全に同時に取り込むことはできない。このため、例えば、ステージ位置の検出時刻とアライメントマーク位置の検出時刻との間には、数ｎ秒程度の遅延時間が存在する。従って、検出されたステージの位置でマーク検出されているとは限らず、遅延時間分の誤差が残ってしまう。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、アライメント時における誤差を抑えることができる荷電粒子線露光装置のアライメント方法、及び、荷電粒子線露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る荷電粒子線露光装置のアライメント方法は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、上記感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、を備える露光装置におけるアライメント方法であって、上記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後の上記ステージ位置を予測しながらアライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける上記ステージの位置予測値を用いて上記感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第２の観点に係る荷電粒子線露光装置のアライメント方法は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、上記感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、上記感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段とを備える露光装置におけるアライメント方法であって、上記ステージ位置計測器からのステージ位置情報に対して、上記位置計測系での測定から位置情報出力までの遅延時間、上記アライメントマーク検出時の遅延時間、上記光学系での遅延時間、による該ステージの位置誤差を考慮して該ステージの位置を決定することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明に係る荷電粒子線露光装置は、感応基板を戴置して移動する感応基板ステージ、及び／又は、原版パターンを有するマスク（レチクルを含む）を戴置して移動するマスクステージと、該ステージの位置計測器と、感応基板上に荷電粒子線による像を選択的に形成するためのレンズ及び偏向器を有する光学系と、感応基板、上記感応基板ステージ、上記マスク、及び／又は、上記マスクステージ上に配置されたアライメントマークを検出するマーク検出手段と、を備える露光装置であって、上記マーク検出手段が、上記ステージ位置計測器からの情報を受けて任意時間後のステージ位置を予測しながらアライメントマークを検出し、ちょうどアライメントマークを検出したタイミングにおける上記ステージの位置予測値を用いて感応基板の位置あわせを行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、アライメントを行う際に、アライメントマーク検出時に生じた遅延時間、ステージ位置計算に要する遅延時間、さらに、偏向量に伴う収差補正処理に要する遅延時間分のステージ位置の誤差を補正するので、位置検出の誤差を大幅に低減させて確度の高い位置決めを行うことにより精度の高い露光を行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る荷電粒子線露光装置は、最新のステージ位置情報を取り込み、それに基づいて任意時間後のステージ位置を予測し、その際に、アライメント時に生じる遅延時間による誤差を解消し、精確なアライメントを行うことを特徴としている。本実施形態においては、荷電粒子線として電子線を用いた電子線露光装置について説明する。また、本実施形態においては、分割転写方式の荷電粒子線露光を例にとって説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る荷電粒子線露光装置は、ウェハ１００を露光する電子光学系１１０と、ウェハ１００を戴置するために用いられるウェハステージ１２０と、電子光学系１１０の制御を行う電子光学系制御部１３０と、ウェハ１００上に印されているアライメントマークを検出するアライメント計測部１４０と、アライメント計測部１４０の計測結果に基づいてアライメント演算を行うアライメント演算部１５０と、ウェハステージ１２０の位置を計測するステージ位置計測部１６０と、ウェハステージ１２０の位置を制御するステージ制御部１７０と、任意時間後のウェハステージ１２０の位置を予測するステージ位置予測演算部１８０とを含んでいる。
【００１７】
図２は、図１に示す荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
電子光学系１１０の最上流に配置されている電子銃１は、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１の下方には、２段のコンデンサレンズ２、３が備えられており、電子線は、これらのコンデンサレンズ２、３によって収束されてブランキング開口７にクロスオーバーＣ．Ｏを結像する。
【００１８】
２段目のコンデンサレンズ３の下には、矩形開口（照明ビームの成形開口）４が備えられている。この矩形開口４は、レチクル１０の１つのサブフィールド（露光の１単位となるパターン小領域）を照明する照明ビームのみを通過させる。開口４の像は、レンズ９によってレチクル１０に結像する。
【００１９】
ビーム成形開口４の下方には、ブランキング偏向器５が配置されている。同偏向器５は、必要時に照明ビームを偏向させてブランキング開口７の非開口部に当て、ビームがレチクル１０に当たらないようにする。ブランキング開口７の下には、照明ビーム偏向器８が配置されている。同偏向器８は、主に照明ビームを図２の横方向（Ｙ方向）に順次走査し、照明光学系の視野内にあるレチクル１０の各サブフィールドの照明を行う。偏向器８の下方には、照明レンズ９が配置されている。照明レンズ９は、レチクル１０上にビーム成形開口４を結像させる。
【００２０】
レチクル１０は、後述するように、実際には光軸垂直面内（Ｘ−Ｙ面）に広がっており、多数のサブフィールドを有している。レチクル１０上には、全体として１個の半導体デバイスチップをなすパターン（チップパターン）が形成されている。もちろん、複数のレチクルに１個の半導体デバイスチップをなすパターンを分割して配置しても良い。
【００２１】
レチクル１０は、移動可能なレチクルステージ１１上に戴置されている。このレチクル１０を光軸垂直方向（ＸＹ方向）に動かすことにより、照明光学系の視野よりも広い範囲に広がるレチクル上の各サブフィールドを照明することができる。レチクルステージ１１上には、レーザ干渉計を用いた位置検出器１２が付設されており、レチクルステージ１１の位置をリアルタイムで正確に把握することができる。
【００２２】
レチクル１０の下方には、投影レンズ１５及び１９並びに像位置調整偏向器１６が設けられている。レチクル１０の１つのサブフィールドを通過した電子線は、投影レンズ１５、１９及び偏向器１６によってウェハ１００上の所定の位置に結像する。投影レンズ１５、１９及び偏向器１６の詳しい作用については後述する。ウェハ１００上には、レジストが塗布されており、レジストに電子線のドーズが与えられ、レチクル１０上のパターンが縮小されてウェハ１００上に転写される。
【００２３】
ここで、図３及び図４を参照しながら、分割転写方式の電子線投影露光について詳しく説明する。
図３は、電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図である。（ａ）は全体の平面図であり、（ｂ）は一部の斜視図であり、（ｃ）は１つの小メンブレン領域の平面図である。このようなレチクルは、例えばシリコンウェハに電子線描画・エッチングを行うことにより製作できる。
【００２４】
図３の（ａ）には、レチクル１０における全体のパターン分割配置状態が示されている。同図中に多数の正方形４１で示されている領域が１つのサブフィールドに対応したパターン領域を含む小メンブレン領域（厚さ０．１μｍ〜数μｍ）である。図３の（ｃ）に示すように、小メンブレン領域４１は、中央部のパターン領域（サブフィールド）４２と、その周囲の額縁状の非パターン領域（スカート４３）とからなる。サブフィールド４２は、転写すべきパターンの形成された部分である。スカート４３は、パターンが形成されていない部分であり、照明ビームの縁の部分が当たる。パターン形成の形態としては、メンブレンに孔開き部を設けるステンシルタイプと、電子線の高散乱体からなるパターン層をメンブレン上に形成する散乱メンブレンタイプとがある。
【００２５】
１つのサブフィールド４２は、現在検討されているところでは、レチクル上で１ｍｍ角程度の大きさを有する。投影の縮小率を１／４とすると、サブフィールドがウェハ上に縮小投影された投影像の大きさは、０．２５ｍｍ角である。小メンブレン領域４１の周囲の直交する格子状のマイナーストラットと呼ばれる部分４５は、レチクルの機械強度を保つために設けられた、例えば、厚さ０．７ｍｍ程度の梁である。マイナーストラッド４５の幅は、例えば、０．１ｍｍ程度である。なお、スカート４３の幅は、例えば、０．０５ｍｍ程度である。
【００２６】
図３の（ａ）に示すように、図の横方向（Ｘ方向）に多数の小メンブレン領域４１が並んで１つのグループ（エレクトリカルストライプ４４）をなし、そのようなエレクトリカルストライプ４４が、図の縦方向（Ｙ方向）に多数並んで１つのメカニカルストライプ４９を形成している。エレクトリカルストライプ４４の長さ（メカニカルストライプ４９の幅）は、照明光学系の偏向可能視野の大きさによって制限される。
【００２７】
メカニカルストライプ４９は、Ｘ方向に並列に複数存在する。
隣り合うメカニカルストライプ４９の間にメジャーストラット４７として示されている幅の太い梁は、レチクル全体のたわみを小さく保つためのものである。メジャーストラット４７は、マイナーストラット４５と一体である。
【００２８】
現在有効と考えられている方式によれば、１つのメカニカルストライプ（以下、単にストライプと呼ぶ）４９内のＸ方向のサブフィールド４２の列（エレクトリカルストライプ４４）は、電子線偏向により順次露光される。一方、ストライプ４９内のＹ方向の列は、連続ステージ走査により順次露光される。
【００２９】
図４は、レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。図の上部には、レチクル１０上の１つのメカニカルストライプ４９が示されている。メカニカルストライプ４９には、上記のように、多数のエレクトリカルストライプ４４とサブフィールド４２及びマイナーストラット４５が形成されている。また、図の下部には、レチクル１０と対向するウェハ１００が示されている。
【００３０】
この図では、レチクル上のストライプ４９の一番手前のエレクトリカルストライプ４４における左隅のサブフィールド４２−１が、上方からの照明ビームＩＢにより照明されている。そして、サブフィールド４２−１を通過したパターンビームＰＢが、２段の投影レンズ１５、１９と像位置調整偏向器１６（図２に参照）の作用により、ウェハ１００上の所定の領域５２−１に縮小投影されている。パターンビームＰＢは、光軸と平行な方向から光軸と交差する方向へ、そしてその逆に計２回偏向される。
【００３１】
エレクトリカルストライプ４４内の各サブフィールド４２は、上記のように、電子線の偏向によって順次露光される。この時、マスクステージとウェハステージを縮小比に従った速度でＹ方向に連続ステージ走査させている。そして、１つのエレクトリカルストライプ４４の露光が終了すると、次のエレクトリカルストライプ４４（ストライプ４９内のＹ方向）を露光する。こうして、メカニカルストライプ４４内の全てのサブフィールドを露光する。このように、１つのメカニカルストライプは、１回のステージ走査で露光される。
【００３２】
再び、図２を参照すると、レチクル１０とウェハ１００の間を縮小率比で内分する点にクロスオーバーＣ．Ｏ．が形成され、同クロスオーバー位置にはコントラスト開口１８が設けられている。コントラスト開口１８は、レチクル１０の非パターン部で散乱された電子線がウェハ１００に到達しないよう遮断する。
【００３３】
ウェハ１００は、静電チャック（図示されず）を介して、ＸＹ方向に移動可能なウェハステージ１２０上に戴置されている。上記レチクルステージ１１とウェハステージ１２０とを、互いに逆の方向に同期走査することにより、投影光学系の視野を越えて広がるチップパターン内の各部を順次露光することができる。
【００３４】
また、ウェハステージ１２０には、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに、干渉式位置測定システムの固定鏡及び移動鏡が備えられている。固定鏡及び移動鏡は、後述するステージ位置計測部１６０によってウェハステージの位置を計測する際に用いられる。
なお、投影レンズや偏向器等の電子光学系１１０や、ウェハステージ１２０は、ウェハチャンバ（図示されず）内に収容されている。ウェハチャンバには、ウェハ搬送装置（図示されず）が接続されており、同装置によりウェハ１００が外部のカセットからウェハステージ１２０に搬送される。
【００３５】
電子光学系制御部１３０は、コイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ、及び、５ａ、８ａ、１６ａを含んでおり、コントローラ３１の制御に従って電子光学系１１０の各部を制御する。即ち、コントローラ３１は、コイル電源制御部２ａ、３ａ、９ａ、１５ａ、１９ａ、及び、５ａ、８ａ、１６ａを介して、上記各レンズ２、３、９、１５、１９及び各偏向器５、８、１６を制御する。また、コントローラ３１は、レチクルステージ制御部１１ａを介して、レチクルステージ１１を制御する。レチクルステージ位置検出器１２は、アンプやＡ／Ｄ変換器等を含むインターフェース１２ａを介してコントローラ３１に信号を送る。さらに、コントローラ３１は、ステージ位置の制御誤差を把握し、その誤差を像位置調整偏向器１６で補正する。これにより、レチクル１０上のサブフィールドの縮小像がウェハ１００上の目標位置に合わせるように制御できる。そして、ウェハ１００上で各サブフィールド像が繋ぎ合わされて、レチクル上のチップパターン全体がウェハ上に転写される。
【００３６】
ウェハステージ１２０から所定距離離れた位置には、アライメント計測部（アライメントマーク検出光学系）１４０が設けられている。アライメント計測部１４０は、電子光学系１１０の光軸中心からＸ軸側及びＹ軸側に設置されており、ステージ上のウェハ１００若しくは基準プレート上に印されているアライメントマークを検出する。本実施形態においては、アライメント計測部１４０として、ＦＩＡ（ｆｉｅｌｄ  ｉｍａｇｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を利用している。ＦＩＡは、ハロゲンランプ等の広帯域を用い、顕微鏡等の光学系を介してＣＣＤカメラによってアライメントマークを撮像し、これに画像処理を施すことによりアライメントマークの位置情報を検出する方法である。この他に、アライメント計測部１４０の構成としては、Ｈｅ−Ｎｅレーザをアライメントマークに照射し、その回折光や散乱光を利用してアライメントマークの位置情報を検出するＬＳＡ（ｌａｓｅｒ  ｓｔｅｐ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）や、回折格子状のアライメントマークに、波長の僅かに異なるレーザ光を２方向から照射し、発生した回折光の干渉させ、その位相からアライメントマークの位置情報を検出するＬＩＡ（ｌａｓｅｒ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を利用しても良く、また、これらを組み合わせて利用しても良い。或いは、電子光学系１１０に含まれる光源（電子銃）からウェハ１００に向けて電子線を照射し、ウェハ１００の被露光面やステージ上のマークで反射される電子の量（強度分布）を検出する構成を用いても良い。
【００３７】
アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の計測結果、及び、後述するステージ位置予測演算部１８０によって求められたステージ位置の予測値に基づいて、アライメントマーク位置の予測演算を行う。
【００３８】
ステージ位置計測部１６０は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれについて位置を計測するレーザ干渉計を含んでおり、これにより、所定の時間間隔ごとにウェハステージ１２０の位置を計測している。レーザ干渉計は、ウェハステージ１２０の端に取り付けられた鏡にＨｅ−Ｎｅレーザを照射し、参照光と反射光との干渉を利用してステージ位置を検出する装置であり、位置計測のために一般的に用いられ、高分解能で位置計測することが可能である。この他に、ステージ位置計測部１６０としては、高精度、且つ、リアルタイムで位置計測可能であれば、どのような装置を用いても良い。
【００３９】
ステージ位置制御部１７０は、アライメント演算部１５０及び後述するステージ位置予測演算部１８０の演算結果に基づいて、ウェハステージ１２０の位置を制御する。
【００４０】
次に、ステージ位置予測演算部１８０について詳しく説明する。
ステージ位置予測演算部１８０は、フィルタやプレディクタ等を含む演算処理手段であり、ステージ位置計測部１６０の計測結果に基づいて、任意時間後のステージ位置を予測する。ここで、ステージ制御部１７０は、アライメント計測部１４０の計測結果に基づいてアライメント演算部１５０により演算処理された情報に従ってステージ位置を制御する。しかしながら、実際にステージ制御部１７０がウェハステージ１２０に制御信号を出力する時刻と、アライメント計測部１４０が計測を行った時刻との間には遅延時間が生じている。このため、アライメントする際には、このような遅延時間に起因する誤差が生じてしまう。このような誤差を解消するために、アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の計測結果と、ステージ位置予測演算部１８０により予測されたステージの位置情報とに基づいてアライメント演算を行う。なお、アライメント時に生じる誤差については、後で詳しく説明する。
【００４１】
また、ステージ位置予測演算部１８０の演算結果は、電子光学系制御部１３０にも送られる。電子光学部制御部１３０は、ステージ位置の計測時刻から電子線がウェハに到達する時刻までの遅延時間分を含むステージ位置予測結果に基づいて、パターン露光位置のトラッキング（追跡）を行う。即ち、電子光学系１１０においては、電子光学系制御部１３０の制御に従ってウェハの露光が行われるが、この際に、偏向器５、８、１６によって電子線が偏向される。このとき、偏向の影響により電子線に歪みが生じるので、この補正を行うために、電子光学系制御部１３０は歪み補正演算を行い、その結果に基づいて、レンズや偏向器への出力を決定する。しかしながら、あるステージ位置情報に基づいて歪み補正演算が行われ、その演算結果に基づいて各部の制御が行われると、出力された電子線がステージ１２０上に戴置されたウェハに届くまでの間に遅延時間が生じ、実際のステージ位置との間にズレが生じてしまう。ステージ位置予測演算部１８０は、この遅延時間分を調整するために、ステージ位置計測部１６０の結果に基づいて任意時間後のステージ位置を予測演算し、電子光学系制御部１３０に出力する。
【００４２】
次に、ステージ位置予測演算部１８０において行われるステージ位置の予測の原理について説明する。
最新時刻ｔ０におけるステージの位置、速度、加速度の誤差を、Ｘ方向、Ｙ方向に対して、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０とすると、時刻ｔにおけるステージ位置は次式のように予測される。
Ｘ１＝Ｘ０＋ＶＸ０（ｔ−ｔ０）＋ＡＸ０（ｔ−ｔ０）２／２  …（１）
Ｙ１＝Ｙ０＋ＶＹ０（ｔ−ｔ０）＋ＡＹ０（ｔ−ｔ０）２／２  …（２）
【００４３】
このとき、ステージ速度は次式のように予測される。
ＶＸ１＝ＶＸ０＋ＡＸ０（ｔ−ｔ０）  …（３）
ＶＹ１＝ＶＹ０＋ＡＹ０（ｔ−ｔ０）  …（４）
また、加速度は定数として考えて良いので、次のように表される。
ＡＸ１＝ＡＸ０  …（５）
ＡＹ１＝ＡＹ０  …（６）
【００４４】
上式（１）〜（６）に、アライメント時において生じた遅延時間Δｔをｔ−ｔ０に代入することにより、アライメント時刻におけるステージの位置情報を得ることができる。ここで、上記の例では、ウェハステージ１２０はＸ−Ｙ平面内で直線的に移動すると仮定されている。しかしながら、ウェハステージ１２０を剛体とみなすことにより一般化することができ、この場合には、ウェハ１００上の点に対する６自由度がステージの位置と方向に要求される。
【００４５】
次に、本実施形態に係るアライメント方法について、図１、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係るアライメント方法における露光シーケンスを示すタイムチャートであり、図６は、図５におけるアライメント動作を示すタイムチャートである。
【００４６】
まず、図５の上側に示す露光シーケンスを説明する。この露光シーケンスは、露光装置のコントローラ３１で制御される。
露光シーケンス中のウェハ交換タイミングにおいて、ウェハ搬送装置（図示せず）によってウェハ１００が露光チャンバのウェハステージ１２０上に戴置される。その後、アライメント系のベースラインチェックが行われる。ベースラインチェックにおいて、アライメント計測部１４０と電子線光学系１１０との位置関係が計測され、その後、アライメント計測部１４０及びアライメント演算部１５０によりウェハのアライメントが行われる。
【００４７】
図６は、図５に示すウェハアライメントのプロセスについて説明するための図である。
通常のアライメント方法においては、アライメント計測部１４０がウェハ１００上のアライメントマークを検出した時刻をｔ１とすると、アライメント演算部１５０は、時刻ｔ１におけるアライメントマークの位置情報を生成している。しかしながら、アライメント計測部１４０が時刻ｔ１に検出した値は、実際には、時刻ｔ１よりΔｎｔ前、即ち、時刻（ｔ１−Δｎｔ）におけるものである。即ち、例えば、アライメントセンサとしてＦＩＡを用いる場合には、光源光がアライメントマークから反射してアライメント計測部１４０に検出されるまでにΔｎｔ時間かかる。その間にもステージ及びアライメントマークは移動しているので、結局、アライメントマークの位置情報としては、ステージの移動速度をｖとすると、距離（ｖ×Δｎｔ）分の誤差が含まれてしまう。なお、ＬＳＡやＬＩＡ等の他のアライメントセンサを用いる場合にも、同様の誤差が生じる。
【００４８】
そこで、本実施形態においては、このような誤差を抑えるために、ステージ位置予測演算部１８０からアライメント演算部１５０にパスを設け、所定時刻におけるウェハステージの位置をステージ位置予測演算部１８０に予測させ、この予測値を用いてアライメント演算を行わせる。即ち、アライメント演算部１５０は、アライメント計測部１４０の結果に対して移動距離（ｖ×Δｎｔ）分の補正をし、補正された値を用いてアライメント演算を行う。
【００４９】
一方、ステージ位置予測演算部１８０は、アライメントマークが計測された時刻ｔ１から、アライメント演算が行われ、ステージ位置を移動させるための制御信号が出力される時刻ｔ２までの時間Δｔにおけるステージの移動を補正するために、時刻ｔ２におけるステージ位置を予測する。
【００５０】
ステージ位置制御部１７０は、アライメント演算部１５０によって補正値を用いて行われたアライメント演算の結果と、ステージ位置予測演算部１８０によって予測された時刻ｔ２におけるステージ位置情報とに基づいてウェハステージ１２０の位置を制御する。
【００５１】
このような一連のウェハアライメントのプロセスを繰り返すことにより、ウェハステージ１２０の位置及び電子光学系１１０の座標が、それ以前にウェハ上に描かれたパターン図形に合わせられる。即ち、次に露光される新しいパターンが、前の工程においてウェハ上に作られた構造体（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と位置合わせされる。
【００５２】
再び、図５を参照すると、ウェハのアライメントが終了後、ウェハ１００上の端のチップから露光を行う。１つのチップの露光が終了すると、次のチップを露光するために、ウェハステージを移動させ、そのチップを露光する。このような動作を、ウェハ１００上の全てのチップの露光が終了するまで繰り返す。
【００５３】
ウェハを露光する際には、ステージ位置予測演算部１８０は所定時間後におけるステージ位置の予測値を電子光学系制御部１３０に送り、電子光学系制御部１３０は、この予測値に基づいて電子線のトラッキングを行う。ここで、ステージ位置予測演算部１８０から出力された信号は、電子光学系制御系１３０のコントローラ３１に入力され、アナログ信号に変換されて各偏向器の増幅器に送られる。この間の時間差、即ち、アナログ変換時刻とフィルタの最新時刻の差ｔ−ｔ０は予め決まるので、この値ｔ−ｔ０を上式（１）〜（６）に代入することにより、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０が求められ、これらの値がコントローラ３１に入力される。先に述べたように、これらの量はビームがブランキングされていて露光が行われていない間に転送される。このため、データ転送やそれに伴う動作に起因するディジタルノイズがアナログ偏向信号を劣化させることはない。
【００５４】
ここで、露光中のステージの動きは無視できない量であり、偏向器は連続的に最新状態に更新される必要がある。従って、上記のような計算がコントローラ３１内で連続的に、アナログ技術を使ってステージ位置予測演算部１８０からの情報を取り込んで行われる。
【００５５】
一般的に、ステージの加速度は時間的に一定でないので、先に述べたようなステージ位置演算部１８０による測定は限られた時間内においてのみ、即ち、許容精度内でのみ正しい。Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の新しい値は、ステージ位置予測演算部１８０によって処理された新しいデータを用いて求められる。これには仮定があって、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の値を正しい値として扱ってよい時間が、フィルタのアップデート時間（ｕｐｄａｔｅ  ｔｉｍｅ）及びコントローラ内で予測された量をアナログの形に変換する時間よりも長い、という仮定の下である。その場合、露光を中断するためにビームをブランキングし、Ｘ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０の最新の値を使ってＸ０、Ｙ０、ＶＸ０、ＶＹ０、ＡＸ０、ＡＹ０を計算し、それらをコントローラ３１に送り込む。露光が続けられるのはコントローラ３１が偏向条件を最新化した後である。
【００５６】
このようなステージ位置予測演算部は、例えば、次のような構成とすることができる。図７は、ステージ位置予測演算部１８０の構成例を示すブロック図である。図７に示すように、ステージ位置予測演算部１８０は、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄと、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄと、マルチプレクサ１８３と、クロック１８４と、コントロールロジック１８５と、データレジスタ１８６とを含んでいる。
【００５７】
一般的に、センサによって検出された信号には、ノイズや他の余分な成分（例えば丸め誤差）が含まれている。このため、ステージ位置予測演算部１８０は、ステージ位置計測部１６０によって求められたサンプル値をそのまま使用して位置誤差の推定をすることはできない。しかしながら、ノイズの統計的な性質が判っていれば、フィルタを適当に設計することにより、このようなサンプル値を利用することができる。このため、本実施形態においては、ステージ位置予測演算部１８０においてフィルタ１８１ａ〜１８１ｄを用いることにより、ノイズ等の不要な成分を除く処理を行っている。また、同時に、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄを用いて微分演算を行うことにより、速度及び加速度を求めている。
【００５８】
フィルタ１８１ａ〜１８１ｄには、ステージ位置計測部１６０から出力されたステージ位置を表す信号（測定サンプル値）が、周期的に入力される。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄは、入力された測定サンプル値に対してフィルタ処理することにより、ノイズの除去や微分演算、測定値の座標変換、補正計算等を行う。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとしては、例えば、カルマンフィルタ、格子フィルタ（ｌａｔｔｉｃｅ  ｆｉｌｔｅｒ）、有限インパルス応答（ａ  ｆｉｎｉｔｅ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ等の様々なフィルタを用いることができる。本実施形態においては、カルマンフィルタをディジタルプロセッサーチップ（ＤＳＰ）を使って組み込んでいる。この他に、ハードウェアを単独で、またハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることによってフィルタを組み込んでも良い。
【００５９】
プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄから出力された信号、即ち、位置、速度、加速度の誤差を表す信号を用いて所定の演算処理を行うことにより、ステージ位置の予測値を算出する。なお、本実施形態においては、複数のフィルタとそれぞれにマッチングする複数のプレディクタとを含む構成としているが、例えば、高速処理が可能なプレディクタを用いる場合には、複数のフィルタの出力を１個のプレディクタで処理する構成としても良い。
【００６０】
クロック１８３及び制御ロジック１８４は、システムクロック、又は、システムクロックと同期したクロックであり、それぞれマルチプレクサ１８５に接続されている。また、制御ロジック１８４は、制御信号を発生してマルチプレクサ１８５からの信号出力タイミングを制御する。
【００６１】
マルチプレクサ１８５には、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄにおいて周期的に処理された信号が順次入力される。マルチプレクサ１８５は、これらの信号の中から、制御ロジック１８４の制御信号のタイミングに従って１つの信号を選択して出力する。これにより、数クロックサイクルが終わると、マルチプレクサ１８５の出力は、周期的にフィルタ処理された出力値を用いた状態予測の出力系列（ｏｕｔｐｕｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｔａｔｅ  ｅｓｔｉｍａｔｅｓ）、又はフィルタ処理された状態測定サンプル値系列（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｓｔａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｓａｍｐｌｅｓ）を形成する。
【００６２】
データレジスタ１８６は、マルチプレクサ１８５から出力された信号を記憶する。この際に、データレジスタ１８６は、マルチプレクサ１８５から新たな信号が出力されると、新たな信号を先の信号に置き換えて記憶する。また、データレジスタ１８６は、記憶している信号を、電子光学系１４０やアライメント演算部１５０に所定のタイミングで出力する。
【００６３】
次に、ステージ位置予測演算部１８０の各部の動作について、図７〜図１０を参照しながら説明する。図８〜図１０は、図７に示すステージ位置予測演算部１８０の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、以下において、ステージ位置計測部１６０から入力される計測値を、「測定サンプル値」という。
【００６４】
図７に示すように、ステージ位置予測演算部１８０において、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ、及び、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、周期的に入力された測定サンプル値を用いて、様々なタイミングで所定時間後のステージ位置の予測を行う。
【００６５】
図８に示すように、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄには、マスタークロックのタイミングに従って、周期的に測定サンプル値が順次入力される。これらの測定サンプル値は、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ、及び、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄにおいてそれぞれ処理される。
【００６６】
フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ及びプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄは、ステージ位置計測部１６０から測定サンプル値を順次入力し、フィルタ処理及び予測演算処理を行って予測値を出力する。フィルタ１８１ａ〜１８１ｄ及びプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄはシークエンスに従って初期化され、それによってシークエンスのクロックパルスが有効な間に信号が出力される。
【００６７】
プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄから出力された信号は、マルチプレクサ１８３に順次入力される。また、制御ロジック１８５が発生した制御信号も、マルチプレクサ１８３に与えられる。マルチプレクサ１８３は、クロック１８４によって作られるクロックサイクルのそれぞれの初め（又は終わり）において、又は所定の時間だけずらした時刻において、プレディクタ１８２ａ〜１８２ｄから入力された信号の内の１つを選択して出力する。
【００６８】
このような動作が数クロックサイクル分行われると、マルチプレクサ１８３の出力は、周期的にフィルタ処理された出力値を使って状態予測の出力系列（ｏｕｔｐｕｔ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓｔａｔｅ  ｅｓｔｉｍａｔｅｓ）、又はフィルタ処理された状態測定サンプル値系列（ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｓｔａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｓａｍｐｌｅｓ）を形成する。このように、制御ロジック１８５から出力される制御信号を操作することにより、マルチプレクサ１８３から様々なタイミングで信号を出力させることができる。
【００６９】
マルチプレクサ１８３から出力された信号によって形成された各状態推測はデータレジスタ１８６に蓄えられ、マルチプレクサ１８３から次に形成された状態予測が入力されると置き換えられる。状態予測はビームがブランキングしている間に電子系制御部１３０に適切なタイミングで転送される。記述した情報（即ち、Ｘ１、Ｙ１、ＶＸ１、ＶＹ１、ＡＸ１、ＡＹ１、ｔ−ｔ１）からコントローラ２１２は偏向を補正するために必要なアナログ信号を作り出す。
【００７０】
ここで、電子光学系１１０の偏向器等を制御するために電子光学系制御部１３０が作る信号はアナログ信号である。しかしながら、ステージ位置予測演算部１８０から出力される処理済みの位置情報はディジタルである。従って、コントローラ３１の内部には、ディジタルからアナログへの変換が必要となる。また、偏向器等に出力されるアナログ信号には、ウェハ上の位置誤差の原因になるので、ノイズがあってはならない。従って、コントローラ３１は、電子線がブランキングされていない時には位置情報を受け取らず、また信号処理も行わない。さらに、電子線がブランキングされている時間の長さは、パターンの露光条件によって変化する。これらの制約から、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄとは、非同期的に動作することが求められる。しかしながら、もしシステムの全ての動作、露光過程を含んだ動作がマスタークロック（ｍａｓｔｅｒ  ｃｌｏｃｋ）の変化と対応しているか、マスタークロックの変化に対して一定時間おいて対応していれば、フィルタ１８１ａ〜１８１ｄとプレディクタ１８２ａ〜１８２ｄとを擬似的に非同期的に動作させることができる。
【００７１】
図８〜図１０に示すタイミングチャートは、図７に示すステージ位置予測演算部１８０においてなされた状態予測のタイミングを示している。図８、９、１０においては、露光サイクル又は入力シークエンスは、次段のステップ、即ち、ステージ位置制御部１７０又は電子光学系制御部１３０が必要とする状態推測の頻度と相対的なタイミングを示している。図８では、露光サイクルは所定の時間間隔Ｔｂｅでなされ、Ｔｂｅは長さが５クロックサイクルであり、露光期間の後に続くブランキング期間を含んでいる。Ｔｆはフィルタのアップデート時間である。コントローラ３１が状態誤差予測を受け取ると、偏向器用のディジタル・アナログ変換器が準備され、アナログ信号が作られる。図８では、コントローラ３１は露光サイクル３０１−３０８により示されているように、５クロック毎に状態予測を求めている。この露光サイクルが入力シークエンスを形成し、５クロック毎に繰り返されている。図９では、コントローラ３１は３クロック毎に状態予測を求めている。図１０では、コントローラ３１は６クロック毎に状態予測を求めている。フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂ、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃ、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは、４つのサイクルのフィルタアップデート時間毎にそれぞれ状態予測を行うが、図８、９、１０のそれぞれの状態では、図７に示すコントローラ３１の要求に応じて状態予測が行われる。より詳細に言うと、図８、９、１０では露光サイクルの各入力ウィンドウ又はブランキング期間の間において、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂ、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃ、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは、１つの状態予測を行う。マルチプレクサ１８３は制御ロジック１８５により作られた制御信号に従って、入力ウィンドウと合った、又はそれと整合した状態予測を選択する。これに代わるものとしては、マルチプレクサ１８３は状態予測を選択するものであると考える代わりに、マルチプレクサ１８３は入力シークエンスにおいて入力ウィンドウのそれぞれに対して１つのフィルタを選択するものである、と考えることである。制御ロジック１８５は制御信号を出し、これによってマルチプレクサ１８３が状態予測中から適切なものを選択し、選択された状態予測とコントローラ３１の入力ウィンドウがかみ合うようになる。明らかなように、１つの状態予測が入力ウィンドウとかみ合っている場合や状態予測が入力ウィンドウの開始時刻前の状態予測であって、古くて、不正確でコントローラ３１に役立たないものでない状態予測である場合に整合性が満たされる。
【００７２】
図８、９、１０のそれぞれでは、１つのフィルタが１つの状態予測を行うと同時に、同じフィルタは状態測定サンプル値を受け取り、それを使ってフィルタアップデートの１フィルタアップデート時間だけ後に次の状態予測が行われる。しかしながら、与えられたフィルタはこの測定値のみに制限されるのではなく、次の出力を計算するためにそれ以前の測定値を用いることもある。図８、９、１０ではフィルタの各々はマスタークロックのクロック４つ毎に状態測定サンプル値を受け取るが、この１つの測定に限られるわけではない。フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａが状態測定サンプル値を受け取るが、それはフィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂが状態測定サンプル値を受け取る１クロック前、フィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃが状態測定サンプル値を受け取る２クロック前、フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄが状態測定サンプル値を受け取る３クロック前である。まとめてみると、フィルタの１つが状態測定サンプル値を受け取る時刻と他のフィルタが状態測定サンプル値を受け取る最接時刻の間には１つのクロックサイクルがある。或いは、１つのフィルタがその状態測定サンプル値を受け取る時刻と他のフィルタがその状態測定値を受け取る時刻との間のクロック数は別の数であってもよい。同様に、センサがサンプルされる速度が十分速いと仮定されている。このことはフィルタによる状態測定にも当てはまる。
【００７３】
このように、計算集約ではなく、簡単なフィルタを使って許容内の周波数帯域で状態測定が可能になる。その結果、開発が困難で処理が複雑なフィルタを回避することができる。
【００７４】
状態予測は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄの各々のフィルタにおいて４クロックサイクルのフィルタアップデート時間で行われる。しかしながら、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは同時に状態予測を行うことはない。それよりむしろ、その状態予測を他のフィルタが行う時刻が互いに一定の時間だけずらせた時刻で行う。図８では、第１の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ２０６ー８ー１によって作られた第１の状態予測値を選択してデータレジスタ１８６に送っている。第２の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂによって作られた第２の状態予測値を選択し、第３の入力ウィンドウウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃによって作られた第３の状態予測値を選択し、第４の入力ウィンドウに対してマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄによって作られた第４の状態予測値を選択している。明らかなことではあるが、第５、６、７、８のウィンドウに対してはマルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄをそれぞれ選択する。Ｔｂｅが５つのサイクル時間に等しく、フィルタアップ時間Ｔｆが４つのサイクル時間に等しい限りにおいては、マルチプレクサ１８３はフィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄから順次繰り返して状態予測を選択する。図８の各ウィンドウにおいては、フィルタ−プレディクタは少なくとも以下の２つのことを行う。（１）センサから状態の情報を読みとり、Ｔｆ時刻後の状態予測を行う。（２）以前にセンサから受け取った状態測定情報を用いて状態予測を行う。
【００７５】
図９では、露光のサイクル時間は３サイクル時間に変えられているが、Ｔｆは４サイクル時間のままである。マルチプレクサ１８３は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａ〜フィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄの順序で選択して情報予測を得る。
【００７６】
図１０では、露光のサイクル時間は６サイクル時間に変えられているが、Ｔｆは４サイクル時間のままである。マルチプレクサ１８３は、フィルタ１８１ａ−プレディクタ１８２ａとフィルタ１８１ｃ−プレディクタ１８２ｃのみから順次選択して状態予測を得る。即ち、フィルタ１８１ｂ−プレディクタ１８２ｂとフィルタ１８１ｄ−プレディクタ１８２ｄは不要となっている。
【００７７】
図７に示すステージ位置予測演算部１８０においては、４つのフィルタが用いられているが、フィルタアップデート時間の最小値や露光時間によってフィルタの数を変更することができる。フィルタの数は、次のように求められる。即ち、フィルタの数は、｛（Ｔｆ／Ｔｂｅ）＊ｎ｝の最大値である。ここで、Ｔｂｅは許容される全ての値を取り得る。また、ｎは（Ｔｆ／Ｔｂｅ）＊ｎが整数になる最小の整数、Ｔｆはフィルタアップデート時間、Ｔｂｅは次段から出力を要求される周期である。
【００７８】
この他に、ステージ位置予測演算部としては、様々な構成を取ることができる。図１１は、ステージ位置予測演算部の別の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、ステージ位置予測演算部２００は、プログラマブルフィルタ２０１とプレディクタ２０２とによって構成されている。このようなプログラマブルフィルタは、フィルタアップデートの時間の変更が可能であり、コントローラ３１の要求に応じて状態予測を行うことができる。
【００７９】
このようなプログラマブルフィルタを含むステージ位置予測演算部は、露光サイクル時間Ｔｂｅの取り得る値がフィルタアップデート時間Ｔｆよりも長い場合に使用するのに適している。即ち、ある期間内においては露光サイクル時間が固定であることが判っており、且つ、それが何時変わるか、どのような値に変わるか、ということが判っている場合には、露光サイクル時間の各値に対して露光サイクルがプログラマブルフィルタのアップデート時間の整数倍である限り、プログラマブルフィルタが使用可能である。フィルタアップデート周波数と同じ周波数で状態測定サンプル値を受け取るフィルタに対しては、フィルタアップデート時間が短いときには、より長いアップデート時間のフィルタに比して、より最近の測定値に基づく予測が可能になる。このように、好ましくはフィルタアップデート時間を露光サイクル時間の整数分の位置にすることである。他のタイプのフィルタで、より頻繁に状態測定サンプル値を受け取るようなフィルタは露光サイクル時間とフィルタアップ時間が等しいフィルタよりも有効に機能する。
【００８０】
この説明において、露光サイクルタイムにはブランキング時間と露光時間が含まれている。ブランキング時間Ｔｂは、次のステップ、即ち、ステージ位置制御部１７０又は電子光学系制御部１３０のコントローラ３１が状態予測を受け取ることが可能な入力ウィンドウである。露光時間はコントローラ３１が状態予測を受け取ることが出来ない時間帯であり、Ｔｂｅ−Ｔｂと等しい。露光時間は電子ビーム強度とウェハレジストの特性により決められる。露光サイクルタイムの値によっては、ブランキング時間を変化させて、露光サイクル時間の値がブランキング時間調整後にフィルタアップデート時間の整数倍にすることである。これは、Ｔｂｅがクロックサイクルの何倍かになっている場合に当てはまる。露光サイクル時間の値によっては、フィルタアップデート時間をフィルタアップデート時間の最小値よりも長い値に変える必要がある。これにより、露光サイクル時間がフィルタアップデート時間の整数倍になるようにする。下記の表１に示されているのは、フィルタアップデート時間（ブランキング時間、又は両方）をどのように調整して色々な動作条件に合わせるか、ということを示している。Ｔｆｍは最小フィルタアップデート時間であり、計算上の有効な資源とフィルタのアルゴリズムの複雑さに関連している。
【表１】
2004158634.tif 000003
【００８１】
図１２〜図１４は、図１１に示すステージ位置予測演算部２００の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図１２の（ａ）は、露光サイクル時間が６サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。プログラマブルフィルタ２０１は、本来５サイクルのフィルタアップデート時間を有している。しかしながら、プログラマブルフィルタ２０１は、図１２の（ｂ）に示すように、６サイクル毎に状態を予測するように再プログラムすることが可能である。プログラマブルフィルタ２０１を再プログラムするには、カルマンフィルタのパラメータを変えて、変化したアップデート時間に合わせることがある。カルマンフィルタの再プログラムは良く知られた技術である。
【００８２】
図１３の（ａ）及び（ｂ）は、露光サイクル時間が１４サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。次段のコントローラ３１が受け取ることが出来る時に状態予測を行うようにするためには、プログラマブルフィルタ２０１を再プログラムし、フィルタアップデート時間を増加させて５サイクル時間から７サイクル時間にすると良い。
【００８３】
さらに、図１４（ａ）は、露光サイクル時間が１７サイクル時間である場合の動作タイミングを示している。露光サイクル中でのサイクル数が主要数であり、フィルタアップデート時間を変えただけでは不十分であり、露光サイクル時間をフィルタアップデート時間の整数倍にすることは出来ない。従って、ブランキング時間Ｔｂは増加させられることになる。このことが図１４（ｂ）に示されている。その結果、露光サイクル時間は１８サイクルになる。付随的に、フィルタアップデート時間は１つのサイクル時間が増加して６サイクル時間になり、露光サイクル時間がフィルタアップデート期間の整数倍になる。
【００８４】
図１５は、図１に示すステージ位置予測演算部の更に別の構成例を用いた場合におけるタイミングチャートである。この構成例においては、固定されたフィルタアップデート時間を持つフィルタの代わりに複数のプログラマブルフィルタが使用されている。固定されたアップデート時間を持つ多くのフィルタを持ち、それから選択して状態予測を供給する代わりに、プログラマブルフィルタはアップデート時間を変更でき、コントローラ３１からの状態予測要求に対処できる。露光サイクルが９クロックサイクルで、Ｔｂが５クロックサイクルの場合、５つのプログラマブルでないフィルタを用意して次段（制御部等）が要求する時に状態予測を行うことになる。もし、プログラマブルフィルタを用いると、２つ用意すれば、フィルタアップデート時間が６サイクルであるフィルタが得られる。
【００８５】
これに代わるものとしては、露光サイクル時間が１０クロックサイクル時間になった場合、アップデート時間として５クロックサイクル時間を持つプログラマブルな１つのフィルタで間に合うようになる。しかしながら、図１４ｂに示す場合と同様に、ブランキング時間の増加を伴う。ブランキング時間の増加はシステムのスループットを低下させので、出来るだけ避けることが好ましい。
【００８６】
ここで、フィルタ−プレディクタからの予測が正しいとして扱ってよい時間を露光時間が越えることもある。その場合には、露光時間に余分なブランキング期間を設けることにより、偏向器のドライバへのアナログ出力に影響なしにプレディクタアップデートが可能になる。従って、この余分なブランキング期間はフィルタ・プレディクタからのアップデートと整合している必要がある。可能であれば、フィルタアップデート時間は新たな全露光時間の整数分の１であるように調整されると良い。このために、先に記した方法が使われる。ここで、新たな全露光時間が余分なブランキング周期Ｔｂｅ’を含むようになる場合には、以下の関係式を満足することが好ましい。
ＮｕＴｆ＝Ｔｂｅ‘＝Ｔｂｅ＋（Ｎｕ−１）Ｔｂ  …（７）
ここで、Ｎｕは新たな露光サイクル中のアップデート時間数である。このように、システムのスループットを最大にするには、全ブランキング時間を出来るだけ短くする必要がある。
【００８７】
式（７）を満たす整数が見つからない場合には、最後のフィルタ・プレディクタにより長いブランキング期間を付け加えて、Ｔｂｅ’がＴｆの整数倍になるようにする。即ち、もし、Ｎｕが関係式Ｎｕ＜Ｔｂｅ＋（Ｎｕ−１）Ｔｂを満たす最大の整数であるなら、最終的なブランキング期間はＴｂ‘＝（Ｎｕ＋１）Ｔｆ−Ｔｂｅ−（Ｎｕ−１）Ｔｂは露光サイクルＴｂｅ’を与え、それはＴｆに整数Ｎｕ＋１を乗じたものに等しい。
【００８８】
プログラマブルフィルタを使うメリットには、使用に際しての柔軟性と使用するフィルタの個数の低減があげられる。場合によっては、数個のＤＳＰによって時間的に互い違いに動作させられた数個のフィルタの代わりに、１つのＤＳＰで１つのフィルタを動作させることも可能になる。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、アライメント時に生じた時間遅延分のステージの位置を予測して求め、これをアライメント演算の結果にフィードバックさせることにより、高精度な位置合わせを行うことができる。これにより、スループットを落とすことなく、確度の高い露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る荷電粒子線露光装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す荷電粒子線露光装置の光学系全体における結像関係及び制御系の概要を示す図である。
【図３】電子線投影露光用のレチクルの構成例を模式的に示す図であり、（ａ）は全体の平面図であり、（ｂ）は一部の斜視図であり、（ｃ）は１つの小メンブレン領域の平面図である。
【図４】レチクルからウェハへのパターン転写の様子を模式的に示す斜視図である。
【図５】本実施形態に係るアライメント方法における露光シーケンスを示すタイムチャートである。
【図６】図５におけるアライメント動作を示すタイムチャートである。
【図７】図１に示すステージ位置予測演算部の構成を示すブロック図である。
【図８】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、５クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図９】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、３クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１０】図７に示すステージ位置予測演算部の動作において、７クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１１】図１に示すステージ位置予測演算部の変形例を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、６クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１３】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、１４クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１４】図１１に示すステージ位置予測演算部の動作において、１７クロック毎に状態予測を求める場合のタイミングチャートである。
【図１５】図１に示すステージ位置予測演算部の別の変形例を用いた場合におけるタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  電子銃
２、３、９、１５、１９  レンズ
５、８、１６  偏向器
２ａ、３ａ、５ａ、８ａ、９ａ、１５ａ、１６ａ、１９ａ  コイル電源制御部
１０  レチクル
１１  レチクルステージ
１１ａ  レチクルステージ制御部
１２  レチクルステージ位置検出器
１２ａ  インターフェース
３１  コントローラ
４１  小メンブレン領域
４２  サブフィールド
４３  スカート
４４、５４  エレクトリカルストライプ
４５  マイナーストラット
４７  メジャーストラット
４９、５９  メカニカルストライプ
５２  サブフィールド
１００  ウェハ
１１０  電子光学系
１２０  ウェハステージ
１３０  電子光学系制御部
１４０  アライメント計測部
１５０  アライメント演算部
１６０  ステージ位置計測部
１７０  ステージ位置制御部
１８０、２００  ステージ位置予測演算部
１８１ａ〜１８１ｄ  フィルタ
１８２ａ〜１８２ｄ、２０２  プレディクタ
１８３  マルチプレクサ
１８４  クロック
１８５  制御ロジック
１８６  データレジスタ
２０１  プログラマブルフィルタ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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