(57)【要約】【課題】像位置と標的位置との間の光軸方向（Ｚ方向）の偏差を補正するために像位置および倍率を任意に変更する方法を提供すること。【解決手段】粒子光学投影装置（３２）において、パターン（Ｂ）がエネルギー性荷電粒子によって標的（ｔｐ）上に描画される。このパターンは、少なくとも１つのクロス・オーバ（ｃ）を介して物体平面から出現する前記荷電粒子のパターン形成したビーム（ｐｂ）として表され、それは所与の大きさおよび歪曲を有する像（Ｓ）に結像される。像（Ｓ）の大きさを変更せずに標的（ｔｐ）の実際位置からの像（Ｓ）位置のＺ方向偏差を補正するために、本投影装置は  標的（ｔｐ）の幾つかの箇所のＺ位置を測定する位置検出手段（ＺＤ）、および  最終段の粒子光学レンズ（Ｌ２）の選択されたレンズ・パラメータの修正値（ｃｒ）を計算し、かつ前記修正値に従ってレンズ・パラメータを制御する制御手段（３３）を備える。【選択図】図２
2005268788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビーム露光装置においてエネルギー性荷電粒子によってパターンを標的（ｔｐ）上に描画するための粒子光学投影装置（３２）であって、物体平面（ｂｐ）に位置してかつ少なくとも１つのクロス・オーバ（ｃ）を介して物体平面から生成される前記荷電粒子のパターン形成したビーム（ｐｂ）に表されるパターンから、所与の大きさおよび歪曲を有する像（Ｓ）を標的の位置に生成するようになっており、前記投影装置は、
・標的（ｔｐ）の幾つかの箇所のＺ位置（Ｚは投影装置の光軸（ｃｘ）に実質的に平行な方向に沿って取った座標軸を指す）を測定する位置検出手段（ＺＤ）と、
・前記投影装置の最終段の粒子光学レンズ（Ｌ２）の選択されたレンズ・パラメータの修正値（ｃｒ）を計算し、かつ前記修正値に従って前記レンズ・パラメータを制御するようになされた制御手段（３３）と、を備え、前記修正値は、像の大きさを変更することなく、前記Ｚ位置測定値から求めた標的（ｔｐ）の実際の位置からの像（Ｓ）位置のＺ偏差を補正するのに適切であることを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記制御手段（３３）が、さらにパターン形成したビーム全体に対応するビーム電流値（Ｉｂ）を計算し、かつ最終段の粒子光学レンズ（Ｌ２）の選択されたレンズ・パラメータの修正値（ｃｒ）を計算するようになっており、前記修正値は、投影装置の幾何学的な描画特性に対する前記ビーム電流値（Ｉｂ）の影響を追加的に補正するのに適切な量であることを特徴とする請求項１記載の投影装置。
【請求項３】
前記投影装置が、磁気材料から作製された共通の電極外被中に、レンズ内部の異なる位置にありかつ異なる電流を印加できる少なくとも２個の導電コイル（２１、２２；３１２、３２２、３２３）を有する電磁レンズを備え、前記制御手段は、標的（ｔｐ）の位置からの前記像（Ｓ）の実際の位置のＺ偏差を補正するのに適切な、前記導電コイルに供給される電流（Ｉ１、Ｉ２；Ｉｂａｓｅ、Ｉｃ）の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って前記電磁コイルに供給される電流（Ｉ１、Ｉ２；Ｉｂａｓｅ、Ｉｃ）を制御することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
【請求項４】
前記電磁レンズが、前記粒子ビームに平行する方向に関して位置が異なる、同じ大きさの２個の導電コイル（２１、２２）を備えることを特徴とする請求項３記載の投影装置。（図３ａ）
【請求項５】
前記電磁レンズが、第１の電流（Ｉｂａｓｅ）が供給される第１の導電コイル（３２１）、および第２の電流（Ｉｃ）が供給される少なくとも１つの第２の導電コイル（３２２、３２３）を有し、前記第２の電流（Ｉｃ）の絶対値は、前記第１の電流（Ｉｂａｓｅ）よりも少なくとも１桁小さいことを特徴とする請求項３記載の投影装置。（図３ｂ）
【請求項６】
前記投影装置は、初期電極（４２１）、少なくとも２個の中央電極（４３１、４３２）、および最終電極（４２２）を有する静電アインツェル・レンズを備え、中央電極には異なる静電電位（Ｕ１、Ｕ２）が供給されるようになっており、前記制御手段は、標的（ｔｐ）の位置からの像（Ｓ）の実際の位置のＺ偏差を補正するのに適切な、前記中央電極の電位（Ｕ１、Ｕ２）の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って中央電極の電位（Ｕ１、Ｕ２）を制御するようになっており、前記中央電極の電位間の差（Ｕ１−Ｕ２）は、
前記中央電極（４３１、４３２）の一方の電位と、前記初期および最終電極（４２１、４２２）の電位との間の差よりも少なくとも１桁小さいことを特徴とする請求項１記載の投影装置。
【請求項７】
前記投影装置が、投影装置の光軸に沿って測定したレンズの軸方向位置（Δｚ）を調整する調整可能な位置決め手段が設けられた粒子光学レンズを備え、前記制御手段は、標的（ｔｐ）の位置からの像（Ｓ）の実際の位置のＺ偏差を補正するのに適切な前記レンズの軸方向位置（Δｚ）の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って位置決め手段によって前記軸方向位置（ｚ１、ｚ２）を制御することを特徴とする請求項１記載の投影装置。
【請求項８】
前記位置決め手段が圧電アクチュエータとして実現される請求項７記載の投影装置。
【請求項９】
粒子ビーム露光装置においてエネルギー性荷電粒子によってパターンを標的（ｔｐ）上に描画するための粒子光学投影装置（３２）であって、物体平面（ｂｐ）に位置してかつ少なくとも１つのクロス・オーバ（ｃ）を介して前記物体平面から生成される前記荷電粒子のパターン形成したビーム（ｐｂ）に表される前記パターンから、所与の大きさおよび歪曲を有する像（Ｓ）を前記標的の位置に生成するようになっており、前記投影装置は、
経時変化可能なパターンを有する前記パターン形成したビームを画定する多ビーム・パターン画定手段を備え、前記多ビーム・パターン画定手段は、
−複数のアパーチャ（２３０）を有し、該アパーチャを透過するを透過する単位ビーム（ｂｍ）の形状を画定するアパーチャアレイ手段（２０３）と、
−前記アパーチャアレイ手段（２０３）とは別体であり、前記単位ビーム（ｂｍ）を包囲する複数の開口部（２５０）を有する少なくとも１つのデフレクタアレイ手段（５０１、５０２、５０３）であって、それぞれの開口部ごとに、または複数の開口部をまとめたそれぞれのグループごとに、異なる静電電位が印加できる少なくとも２個の偏向電極（ｅａ１、ｅａ２；ｅｂ１、ｅｂ２）が設けられ、それにより、デバイス（１０２）を貫通する望ましい経路に従って、各開口部を通過する１本または複数の単位ビームの経路を補正できる、少なくとも１つのデフレクタアレイ手段と、を有し、
前記デフレクタアレイ手段の少なくとも１つ（５０２）は、前記クロス・オーバ（ｃ）の収差を最小化するために、前記アパーチャを通過する単位ビーム（ｂｍ）の角度を調整することを特徴とする投影装置。
【請求項１０】
前記デフレクタアレイ手段（５０２）が、前記アパーチャアレイ手段（２０３）の直前に位置することを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１１】
前記多ビーム・パターン画定手段が、前記アパーチャアレイ手段の前記アパーチャ（２３０）によって画定された、前記物体とは異なる虚物体（２０３'）を生成するようになされているデフレクタアレイ手段（５０３）を備えることを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１２】
前記多ビーム・パターン画定手段は、
−前記クロス・オーバ（ｃ）の収差を最小化するために、前記アパーチャを通過する単位ビーム（ｂｍ）の角度を調整するようになされている第１のデフレクタアレイ手段（５０２）と、
−前記アパーチャ（２３０）によって画定された、前記物体とは異なる虚物体（２０３'）を生成するようになされている第２のデフレクタアレイ手段（５０３）とを備え、
前記第１および第２のデフレクタアレイ手段（５０２、５０３）は、相互に独立して、虚物体（２０３'）の位置を調整し、また単位ビームの角度を調整できることを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１３】
前記偏向電極電位の修正値が、像の軸方向位置および像の大きさに対するビーム電流の影響を補正するように計算されることを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１４】
前記偏向電極電位の修正値は、像の歪曲に対するビーム電流の影響を追加的に補正するように計算されることを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１５】
前記投影装置が、初期電極（４２１）、少なくとも２個の中央電極（４３１、４３２）、および最終電極（４２２）を有する静電アインツェル・レンズをさらに備え、前記中央電極には異なる静電電位（Ｕ１、Ｕ２）が供給されるようになっており、前記制御手段が、
パターン形成したビーム全体に対応するビーム電流値（Ｉｂ）を計算し、
投影装置の幾何学的な描画特性に対する前記ビーム電流値（Ｉｂ）の影響を補正するのに適切な、前記中央電極の電位（Ｕ１、Ｕ２）の修正値を計算し、
前記修正値に従って前記中央電極の電位（Ｕ１、Ｕ２）を制御するようになっており、
前記中央電極の電位間の差（Ｕ１−Ｕ２）は、前記中央電極（４３１、４３２）の一方の電位と、前記初期および最終電極（４２１、４２２）の電位との間の差よりも少なくとも１桁小さいことを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１６】
前記投影装置が、投影装置の光軸に沿って測定した前記レンズの軸方向位置（Δｚ）を調整する調整可能な位置決め手段が設けられた粒子光学レンズをさらに備え、前記制御手段は、
パターン形成したビーム全体に対応するビーム電流値（Ｉｂ）を計算し、
投影装置の幾何学的な描画特性に対する前記電流値（Ｉｂ）の影響を補正するのに適切な、前記レンズの軸方向位置（Δｚ）の修正値を計算し、
前記修正値に従って前記位置決め手段によって前記軸方向位置（ｚ１、ｚ２）を制御することを特徴とする請求項９記載の投影装置。
【請求項１７】
前記位置決め手段が圧電アクチュエータとして実現される請求項１６記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子光学投影装置に関し、具体的には、粒子光学投影装置において、倍率または像品質を変えずに、標的の実際位置に従って、結像フィールド位置を光軸に沿って調整することに関する。さらに詳細には、本発明は、粒子ビーム露光装置においてエネルギー性荷電粒子によってパターンを標的上に描画するための粒子光学投影装置の改良に関し、この投影装置は、物体平面に位置し、少なくとも１つのクロス・オーバを介して物体平面から生成される前記荷電粒子のパターン形成したビームとして表されるパターンから、所与の大きさおよび歪曲を有する像を標的の位置に生成するようになされている。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置では、結像平面のＺ位置、すなわち、粒子ビームの方向に沿って測定した位置は、投影装置の焦点深度（ＤｏＦ）によって決まる、ある一定のＺ公差の範囲内で標的位置と一致しなければならない。典型的なイオン光学装置では、このＺ公差が、数マイクロメートルの桁か、またはそれ以下でさえある。電子光学装置では、電子のより大きな回折のせいで、ＤｏＦを浅くするより大きな開口数が必要なので、公差は一般的により小さい。
【０００３】
このような装置の標的、例えば、シリコン・ウェーハは、所定位置における理想平面とは異なる個々の幾何学的特性を呈する場合がある。例えば、ウェーハは、内部応力のせいで膨らむか、そうでなければ歪む場合があるし、またはウェーハ表面全体にわたって厚みが大きい又は小さい場合もある。また、ウェーハが装着されているステージ位置の安定不良によっても標的位置の偏差が生じる。しかも、このような多ビーム・システムのように像の露光時にウェーハ・ステージが移動するシステムでは、標的のＺ位置は、ウェーハ・ステージの移動公差に従って変化することになる。これは、半導体製造装置で許容されるＺ位置の公差を容易に超過し得る。
【０００４】
さらには、本発明は、結像平面（結像フィールド）の位置に対するクーロン相互作用に関する。パターン形成した粒子ビームの強度が変化するとき、粒子ビームの合焦特性は、ビーム内部のクーロン相互作用によって影響を受ける。しばしば、パターンは、露光過程中（通常は標的表面全体にわたる走査動作のような）、標的上の（虚）画像フレームの動きにつれて、全体的な透明度の変化に従って時間的に変化する。クーロン相互作用は、粒子ビームが実際には不規則に分布する粒子から成っており、従って像のぼけを増大させることから生じる確率的な相互作用と、ビームの空間電荷によって全体としてビーム自体に作用する空間電荷効果とに分類される。この空間電荷効果は、連続的な発散レンズのように作用し、投影装置の合焦特性を変化させ、それによって結像平面の位置を変化させる。
【０００５】
空間電荷効果は、米国特許出願公開第２００３−０１５５５３４号（＝英国特許出願公開第０３００６９３．９号＝特開２００３−４５１４５号）に記述されたいわゆるＰＭＬ２のような多ビーム・システムにおいては特に妨害的である。このような装置では、ビームは、強度が零と完全値との間で個別に切り換えられる数多くの単位ビームから成る。描画すべきパターンが変化する結果、合計電流（全単位ビームの合計に対応する）ばかりでなくビーム内部の電流分布もメガヘルツの率で変化する。補正または補償を行わなければ、空間電荷効果も同じ率で変化することになり、その結果、結像位置ばかりでなく倍率および歪曲も絶えず変化し、それによって像のぼけおよび像の歪曲を増大させる。
【０００６】
ＰＭＬ２では、１０μＡの最大電流が光学カラムを流れる場合、空間電荷のためにより大きなＺ（すなわち、焦点はずれ）に向かう結像位置のシフトは、０と約１００μｍとの間の値を取り得る。本出願におけるＺ位置の許容公差は、分解能要件および関連する焦点深度によって与えられるが、１μｍよりも小さい。倍率も空間電荷によって変化するが、倍率の変化量は一般に焦点はずれ量には直接つながらない。
【０００７】
変化する標的の位置という問題は最新技術において対処されてきた。例えば、オキタ（Ｏｋｉｔａ）らによれば（米国特許第６５３８７２１号）、標的のＺ位置は稼働中に測定可能である。
【０００８】
米国特許第５２６０５７９号において、ヤスダ（Ｙａｓｕｄａ）らは、瞬間的な合計ビーム電流に従って「再合焦」すなわち最終レンズの焦点距離の調整をすることにより、多ビーム・システムにおける高速で変化する空間電荷効果の影響を補正することを提案する。しかし、焦点距離の変化によって倍率も影響を受けるので、これらの方策は投影光学描画装置には適切ではない。しかも、空間電荷効果は、粒子ビーム内部で異なる電流密度分布も引き起こして様々な像の歪曲をもたらす。
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号
【特許文献２】英国特許出願公開第０３００６９３．９号
【特許文献３】特開２００３−４５１４５号
【特許文献４】米国特許第６５３８７２１号
【特許文献５】米国特許第５２６０５７９号
【特許文献６】米国特許第４９６７０８８号
【特許文献７】米国特許第４９８５６３４号
【特許文献８】欧州特許第０３４４６４６号
【非特許文献１】エム  スジラギー（Ｍ．Ｓｚｉｌａｇｙｉ）著，「電子およびイオン光学（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）」，プレナム・プレス（Ｐｌｅｎｕｍ  ｐｒｅｓｓ），ｐ．３６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、像位置および倍率を任意に変更して、特に、標的の個々の幾何学的特性、および各瞬間のパターンを流れる電流の空間電荷効果に起因し得る、像位置と標的位置との間の軸方向（Ｚ方向）偏差を、パターン分布および全体的な照明電流密度によって生じるこれらの描画特性の依存性を考慮しながら補正する方法を提供することである。解決すべき主要な課題は、必要に応じて光学的な結像平面を変位させること、すなわち、「再合焦」しながら、他方で縮小倍率の値を要件（典型的には、ΔＭ／Ｍ＝１×１０−５）に適合する一定範囲に維持することである。また、空間電荷効果の変更と関連した像の歪曲をも最小化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様では、上記目的が、冒頭に説明した粒子光学投影装置によって達成される。この投影装置は、標的の幾つかの箇所のＺ位置（Ｚとは、投影装置の光軸に実質的に平行な方向に沿って取った１つの座標軸を指す）を測定する位置検出手段と、前記投影装置の最終の粒子光学レンズの選択されたレンズ・パラメータの修正値を計算し、かつ前記修正値に従って前記レンズ・パラメータを制御するようになされた制御手段とをさらに備え、前記修正値は、像の大きさを変更せずに、前記Ｚ位置測定値から求めた標的の実際の位置からの、結像位置のＺ偏差を補正するのに適切である。
【００１２】
このような解決策によって、標的のＺ位置に関する問題に対処する簡素な方法が可能になり、さらに幾何学的配置を迅速に補正することもできる。従って、本発明は、不十分なＺ位置決めによって生産ラインの効率を深刻に阻害する恐れのある従来技術の装置とは異なり、高度の処理能力を実現する。ほとんどの応用例では、望ましい修正を実行するのに単一のレンズ・パラメータの修正で十分である。適切であれば、１つのレンズの複数のレンズ・パラメータまたは幾つかのレンズのレンズ・パラメータを修正することも可能である。
【００１３】
他の描画上の欠陥も補正できる本発明の好ましい１つの発展形態では、制御手段が、さらにパターン形成したビーム全体に対応するビーム電流値を計算し、かつ最終段の粒子光学レンズの選択されたレンズ・パラメータの修正値を計算するようになされている。前記修正値は、投影装置の幾何学的な描画特性に対する前記ビーム電流値の影響を追加的に補正するのに適切な量となるように定める。
【００１４】
Ｚ補正を実現する一つの手段は電磁レンズによるものである。この電磁レンズは、磁気材料から作製された共通の電極外被中に、そのレンズ内部の異なる位置にあって異なる電流を印加できる少なくとも２個の導電コイルを有し、制御手段は、標的位置決めからの像の実際の位置決めのＺ偏差を補正するのに適切な、前記導電コイルの供給電流の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って前記電磁コイルに供給される電流を制御する。電磁レンズは例えば、粒子ビームと平行な方向に関して位置が異なる、同じ大きさの２個の導電コイルを有する。例えば電磁レンズは、第１の電流が供給される第１の導電コイル、および第２の電流が供給される少なくとも一つの第２の導電コイルを有し、第２の電流の絶対値は、第１の電流よりも少なくとも１桁小さい。
【００１５】
Ｚ補正を実施するもう一つの可能な方法は、静電レンズ、特に、初期電極、少なくとも２個のの中央電極、および最終電極を有し、中央電極には異なる電位が供給されるようになされている静電アインツェル・レンズを利用しようとするものであり、制御手段は、標的位置からの像の実際の位置のＺ偏差を補正するのに適切な、前記中央電極の電位の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って中央電極の電位を制御する。２個の中央電極の電位間の差は、この中央電極の一方の電位と、初期および最終電極の電位との間の差よりも少なくとも１桁小さい。
【００１６】
さらに別の手段は、機械的シフト、すなわち投影装置の光軸に沿って測定した、そのレンズの軸方向位置を調整する調整可能な位置決め手段、例えば圧電アクチュエータを備える粒子光学レンズであり、制御手段は、標的位置からの像の実際の位置のＺ偏差を補正するのに適切な前記レンズの軸方向位置の修正値を計算し、かつ前記修正値に従って前記位置決め手段によって前記軸方向位置を制御する。
【００１７】
本発明の第２の態様によれば、冒頭に説明した粒子光学投影装置は、経時変化可能なパターンを有するパターン形成したビームを画定する多ビーム・パターン画定手段をさらに備え、この多ビーム・パターン画定手段は、
−複数のアパーチャを透過する単位ビームの形状を画定する前記複数のアパーチャを有するアパーチャアレイ手段と、
−このアパーチャアレイ手段とは別体であり、単位ビームを包囲する複数の開口部を有する少なくとも１個のデフレクタアレイ手段であって、それぞれの開口部ごとに、または複数の開口部をまとめたそれぞれのグループごとに、異なる静電電位が印加できる少なくとも２個の偏向電極が設けられ、よってデバイスを貫通する望ましい経路に従って各開口部を通過する１本または複数の単位ビームの経路を補正できる少なくとも１つのデフレクタアレイ手段と、を備え、
前記デフレクタアレイ手段の少なくとも１つは、クロス・オーバの収差を最小化するために、アパーチャを通過する単位ビームの角度を調整するようになされている。
【００１８】
このような本発明の態様は、不均一な電流を有するビームの空間電荷効果による歪曲が、アパーチャを出ていく単位ビームの角度を適切に選択することによって最小化できるという観察に基づく。
【００１９】
本発明の好ましい１つの発展形態では、デフレクタアレイ手段がアパーチャアレイ手段の直前に位置する。
【００２０】
デフレクタアレイが、アパーチャアレイ手段のアパーチャによって画定される物体とは異なる虚物体を生成するようになされるとき、さらに有利である。これによって、生じる恐れのある様々な欠陥、特に伝達関数の偏差および投影光学装置の歪曲を補正することができる。
【００２１】
例えば、クーロン相互作用および曲率収差から発生する描画上の問題を回避するために、クロス・オーバを望ましい収差の程度になるよう再形成することが有利である。このために、多ビーム・パターン画定手段は、
−クロス・オーバの収差を最小化するために、アパーチャを通過する単位ビームの角度を調整する第１のデフレクタアレイ手段と、
−アパーチャによって画定される物体とは異なる虚物体を生成する第２のデフレクタアレイ手段と、を備えることが可能であり、
前記第１および第２のデフレクタアレイ手段は、相互に独立して、虚物体の位置を調整し、また単位ビームの角度を調整する。
【００２２】
特に、前記偏向電極電位の修正値は、像の軸方向位置および像の大きさに対するビーム電流の影響を補正し、及び／または像の歪曲に対するビーム電流の影響を追加的に補正するように計算可能である。
【００２３】
このような本発明の態様に関しても、上述の静電アインツェル・レンズおよび／または機械的に調整可能なレンズを使用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、標的のＺ位置決めに関する問題に対処する簡素な方法が可能になり、さらに幾何学的配置を迅速に補正することもできるので、不十分なＺ位置決めによって生産ラインの効率を深刻に阻害する恐れのある従来技術による配置とは異なり、高度の処理能力を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下では、添付の概略的な図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２６】
以下に論じる本発明の好ましい実施の形態は、パターン形成したビームを生成するパターン画定デバイスの後ろに、２ステージの縮小投影光学系を有する上述のＰＬＭ２装置で使用するのに適切である。図１は、本発明を開示するのに必要な特徴のみを示したＰＬＭ２の概略図である（ＰＬＭ２に関するさらなる詳細については、例えば、米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号参照）。
【００２７】
以下では、まず図１（米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号の図に適当な修正を加えた）を参照して、本発明に関連する限りにおけるＰＬＭ２装置およびそれに包含されるパターン画定（ＰＤ）デバイスの技術的背景を論じる。本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、それは本発明の可能な実施の１つを代表するものに過ぎないことを理解されたい。
【００２８】
図１に、本発明の好ましい実施の形態を用いるリソグラフィー装置の概略を示す。以下では本発明を開示するのに必要なディテールのみを示す。図１では明瞭のため構成要素を尺度に従って示していない。リソグラフィー装置１００（この例ではリソグラフィー・ビームｌｂ、ｐｂが図１上で垂直に下方に進む）の主要構成要素は、照明系１０１、ＰＤシステム１０２、投影系１０３、および基板４１を有する標的ステーション１０４である。装置１００の全体は、ビームｌｂ、ｐｂが妨害を受けずに装置の光軸ｃｘに沿って確実に伝搬するように、真空容器１０５の中に高真空の下に収容されている。粒子光学系である１０１、１０３は、静電レンズまたは電磁レンズを使用して実現されている。
【００２９】
照明系は、例えば電子銃１１、抽出システム１２、およびコンデンサ・レンズ・システム１３を備える。しかし、一般には、電子の代わりに他の荷電粒子も同様に使用可能であることに留意されたい。例えば電子とは別に、水素イオンまたはより重いイオンを使用してもよい。
【００３０】
抽出システム１２は、典型的には数キロ電子ボルト、例えば、１０キロ電子ボルトの確定エネルギーまで粒子を加速する。放射源１１から発せられる粒子は、コンデンサ・レンズ・システム１３によって、リソグラフィー・ビームｌｂとして使用される幅広の実質的にテレセントリックな粒子ビームとなる。次いで、リソグラフィー・ビームｌｂはＰＤデバイス２０を照射するが、このＰＤデバイスは、それを定位置に維持するのに必要なデバイスと共にＰＤシステムを構成する。ＰＤデバイス２０は、リソグラフィー・ビームｌｂの経路中の特定位置に保持され、従ってこのビームはＰＤデバイス２０中に存在する複数のアパーチャを照射する（アパーチャの配置および動作に関するさらなる詳細は、例えば米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号参照）。これらのアパーチャの幾つかは、入射ビームに対して透明であるように「スイッチオン」されまたは「開かれ」、その他のアパーチャは「スイッチオフ」または「閉じられる」、すなわちビームに対して非透明（不透明）になる。オンに切換えられるアパーチャのパターンは基板上に露光すべきパターンに従って選択されるが、ビームｌｂに対して透明なアパーチャはＰＤデバイスの一部のみであるので、ビームはパターン形成したビームｐｂ（図１ではデバイス２０の下方のビーム）となってアパーチャから生成される。ＰＤデバイス２０は冷却板２８、２９によって冷却される。
【００３１】
次いで、パターン形成したビームｐｂに表されたパターンは電磁光学投影系１０３によって基板４１の上に投影され、この基板上に、オンに切換えられたマスクアパーチャの像を形成する。この投影系１０３は、２個のクロス・オーバｃ、ｃ'を介して、例えば、２００分の１倍の縮小倍率を実現する。基板４１は、例えば、フォトレジスト層で被覆されたシリコン・ウェーハである。このウェーハ４１は標的ステーション１０４のウェーハ・ステージ４０によって保持されかつ位置決めされる。
【００３２】
装置１００は位置合わせシステム（図示せず）をさらに備えることが可能である。この位置合わせシステムは、ＰＤフィールドの側方の基準マークによってＰＤシステム中に形成される基準ビームを使用して、粒子光学系に関して基板上のマスクアパーチャ像の位置を安定させることができる（位置合わせシステムの原理については米国特許第４９６７０８８号参照）。例えば像の位置および歪曲の横方向の補正は、多重電極３１５、３２５によって実行可能である。さらには、磁気コイル６２を使用して基板平面内でパターンの回転を引き起こすことができる。
【００３３】
図１に示す本発明の実施の形態では、投影系１０３が、２個の連続する電磁光学投影機のステージ３１、３２から成っている。粒子描画システムの技術的実現手段は従来技術においてよく知られているので（例えば、本出願人の米国特許第４９８５６３４号＝欧州特許第０３４４６４６号）、投影機３１、３２の実現手段であるレンズは概念的にのみ図１で示してある。第１の投影機ステージ３１は、デバイス２０のアパーチャ平面を中間平面ｅ１へ結像し、中間平面は今度は第２の投影機ステージ３２によって基板表面上に結像される。両ステージ３１、３２は、クロス・オーバｃ、ｃ'を介する縮小描画法を採用している。両ステージの縮小倍率は、全体で数百分の１、例えば２００分の１倍の縮小倍率が得られるように選択される。このオーダーの縮小倍率は、ＰＤデバイスの小型化に関する問題を軽減できるので、リソグラフィー機構に関して特に適切である。正規のビーム経路から逸れるビーム成分を遮断するために、例えばクロス・オーバｃ'の位置にストップ・プレート２０４を設けてもよい。
【００３４】
両方の投影機ステージにおいて、各レンズ系は色収差および幾何学収差に対して適切に補償される。また第１ステージ３１の残存色収差は、第２ステージ３２における適切な微細補正によって補償可能である。
【００３５】
像を全体的に横方向に、すなわち、光軸ｃｘに直交する方向に沿ってシフトさせる手段として、投影機ステージの一方または両方に偏向手段３１５、３２５が設けられている。この偏向手段は、例えば図１の第１ステージ偏向手段３１５のようにクロス・オーバの近傍に位置するか、または第２ステージ偏向手段３２５のように各投影機の最終レンズの後ろに位置する多重電極システムとして実現可能である。本装置では、像をステージの移動に関連してシフトする手段、および位置合わせシステムと協働して描画システムを補正する手段として多重電極が使用される。これらの偏向手段３１５、３２５をＰＤデバイスのデフレクタアレイ手段（下記を参照）と混同すべきではない。すなわち、前者は、粒子ビームを全体としてのみ処理するからである。
【００３６】
図２は、クロス・オーバｃを有する第２ステージ３２の単純化した模式図を示す。本発明の開示の目的では、投影光学系の第２ステージのみを論じ、第１ステージを固定的なものとして取り扱えば十分である。ビーム径は、第１ステージに較べて、第２ステージにおいて十分に減少するので、ビーム電流効果は第２ステージで遙かに顕著となり、従って第１ステージはビーム電流による補正を行なう必要がない。もっとも当然ながら、必要であれば本発明に従って第１ステージにもビーム電流の補正を実行することができる。
【００３７】
第２ステージ３２はレンズ系として実現されている。本実施例のレンズ系はダブレットレンズ系であり、物体平面ｂｐ（図１の平面ｅ１に対応する）に位置する物体Ｂ（本実施例では先行するステージによって形成された中間像である）から入射するパターン形成されたビームを修正して、結像フィールドｓｐ（理想的には、略平坦な基板上の標的平面ｔｐと一致する）に位置する像Ｓを形成する２個のレンズＬ１、Ｌ２を備えている。図２は、パターン形成されたビームの縁部における１本の「テレセントリック」光線を示す。
【００３８】
実際の装置では、この結像フィールドｓｐは、標的上への望ましい描画に関して常に欠陥を呈する。欠陥の１つの主要なタイプは（実際の）結像フィールド位置と（実際の）標的位置との間の位置合わせ不良によるものである。粒子光学装置における像と標的の横方向の位置合わせはよく知られている問題であり、いわゆる位置合わせ工程によって対処されかつ解決されてきた（例えば、米国特許第４９６７０８８号参照）が、同様に軸方向の位置合わせも、特に標的の形状が理想的な平面ではなく機械的応力等によって湾曲するかまたは膨らんでいる場合に問題となり得る。別の欠陥のタイプは、理想平面（「結像平面」）からの結像フィールドの幾何学的な偏差によるものであり、典型的にはフィールドの湾曲を生じ、標的の湾曲との組み合わせで問題となる。ここで論じる欠陥は僅かなものに過ぎないが、半導体生産における製品の構造の精細さや構造の正確な描写に関する高度の要求に照らせば、これらの欠陥は、標的の他の領域（例えば、中心）が鮮明な像を受け取るときに、標的上のある領域では依然として描画された構造のぼけを生じさせる十分な原因となる。
【００３９】
さらには、序論で説明したように、ウェーハ・ステージはその本来の位置に対して位置決め不良が起こり得る。しかも、結像位置が空間電荷効果によってＺ軸に沿ってシフトする恐れがあり、このＺシフト（「焦点はずれ」）の量は、パターン形成されたビームの合計電流に依存する。所与の投影系の運用に先立って、Ｚシフトのビーム電流値依存性を較正実験によって確立し、運用時にはこの較正データを使用したビーム電流の測定又は計算により必要なＺ補正が導出可能となるようにすべきである。
【００４０】
位置検出デバイスＺＤが、標的の軸方向位置（以後の処理のため信号ｓ（ｔｐ）として出力される）の検出を行うために設けられている。適切な位置検出デバイスがオキタ（Ｏｋｉｔａ）らによって開示されている（米国特許第６５３８７２１号参照）が、これはレジストの現像に影響を与えない照明光を使用するものである。
【００４１】
２個の連続するレンズＬ１、Ｌ２（本開示の目的では、理想的な薄さであると想定可能である）は、物体Ｂの縮小された像を生成する。もし物体が、物体焦点距離ｆ１ｏを有する第１レンズＬ１の物体焦点平面内に位置し、かつ第１レンズの像焦点平面（像焦点距離はｆ１ｉ）が、焦点距離ｆ２ｏを有する第２の、そして最終のレンズＬ２の物体焦点平面と一致すれば、システムの縮小倍率Ｍは、Ｍ＝−ｆ１ｉ／ｆ２ｏによって与えられ、かつ像は第２レンズＬ２の像焦点平面内に生成される。
【００４２】
典型的な例では、焦点距離の公称値は、ｆ１：＝ｆ１ｏ＝ｆ１ｉ＝２００ｍｍであり、かつｆ２：＝ｆ２ｏ＝ｆ２ｉ＝３０ｍｍである。（より明瞭にするために、図２の寸法は尺度通りでない。）僅かな偏差Δｂだけｆ２が変化すると、同じ量だけ像位置の変位が生じるが、同時に、倍率の変化も生じる。磁気レンズでは、焦点距離が、コイル中の電流を変化させることによって修正され、静電レンズでは電極電位を変化させることによって修正される。ｆ２を１μｍだけ増加させると、既に３×１０−５の相対倍率の変化を引き起こすから、倍率に影響を与えないで１μｍ以上結像平面をシフトさせる必要が生じた場合、最終レンズＬ２の焦点距離ｆ２ｏを変更するだけでは、それに従って倍率も変化させることになり、不十分である。
【００４３】
図２のダブレット系において、収差のない理想的レンズ（「ガウス屈折系」）では、第２レンズＬ２全体をオフセットΔｚだけシフトさせることにより、倍率を変更せずに像位置をΔｚだけシフトさせることが可能である。換言すれば、このレンズの主平面がシフトされる。もしこれと独立して倍率を同時に変更しなければならない場合は、主平面シフトと焦点距離の変更の適切な組合せが選択される。
【００４４】
レンズＬ２の再位置決め、又は一般にレンズ・パラメータの修正は、リソグラフィー装置１００を制御するためのコントローラシステム（明瞭にするために図示せず）の一部を構成する制御デバイス３３によって制御される。この制御デバイス３３は、パターン描写制御ＰＤＣでパターンを生成（この場合は、物体Ｂが実際にはパターンの像であるので、間接的に生成）するために使用される信号ｓ（Ｂ）を受け取る（米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号に説明されている）。この信号ｓ（Ｂ）から、例えばパターン描写信号ｓ（Ｂ）中のすべてのアパーチャ透明度の値を加算する（デジタルまたはアナログの）加算器ＳＵＭにおいて、ビーム電流値Ｉｂが計算される。デバイス３３はまた、標的のＺ位置測定から出力信号ｓ（ｔｐ）を入力として受け取る。標的のＺ位置ｓ（ｔｐ）およびビーム電流値Ｉｂに基づいて、パラメータ・コントローラＰＣが、補正すべきレンズ・パラメータの修正に対応する（本実施例ではレンズ主平面の軸方向の幾何学的なオフセットΔｚを引き起こす）補正信号ｃｒを生成する。標的Ｚ位置およびビーム電流値Ｉｂのような入力パラメータを、レンズ・パラメータに対する補正値に変換することは、上に述べた事前の較正測定で求めた較正データの補間によって実行可能である。補正信号ｃｒは、レンズ・パラメータの所望の修正を行うためのレンズの適切な構成要素に供給される。
【００４５】
このようなシフトを実現する１つの方法は、Ｚ方向（光軸と平行な方向）に沿って所要量ΔｚだけレンズＬ２を物理的に移動させて結像平面の位置を変更することである。図２のレンズＬ２を実現するための電磁レンズ３００の場合に関して、その方法が図３ａに示してある。図３ａでは、電磁レンズ３００の断面の上半分が示されており、このレンズは、光軸ｃｘ周りに回転対称である。レンズ３００は、圧電アクチュエータ２９２を含む取付けシステム２９１に取り付けられている。この圧電アクチュエータは、圧電信号ｐｓによって制御される。圧電信号ｐｓは上で論じた補正信号ｃｒの具体例であり、パラメータ・コントローラＰＣによって生成され、所望の軸方向の幾何学的オフセットΔｚに対応している。この圧電信号ｐｓにより圧電アクチュエータ２９２が磁気レンズ３００全体を軸方向に沿ってシフトさせる。レンズが静電レンズとして実現されているならば、レンズ全体または静電レンズの１つの電極のみをこのような様態で移動させればよい。
【００４６】
図３ａはまた、本発明の第２の実施例、すなわち電磁レンズ３００のコイルの分割を例示する。電流はコイル２１、２２を通って流れ、その流れる方向は図面の平面に対して垂直である。これらのコイルは、ギャップ３０２を有する磁極外被としての役割を果たす鉄製の外被３０１の中に保持される。コイル２１、２２を透過する電流Ｉ１、Ｉ２によって誘導された磁束線が外被３０１を透過し、ギャップ３０２を横切る。ギャップ３０２によって、磁束はビーム経路（光軸ｃｘの周囲）に達する。磁気レンズとしての役割を果たすのは磁束であり、その主平面はギャップの内部に位置し、その焦点距離は軸方向の磁界の形状および値によって決まる。従来技術のレンズは２個のコイル２１、２２の代わりに1個のみのコイルを有するが、その場合の１個のコイルの動作は、両方のコイル２１、２２を同じ電流Ｉ０＝Ｉ１＝Ｉ２によって動作させることに対応する。この電流Ｉ０の変化、従ってまたそれによる磁束の変化は、レンズの焦点距離（電流の２乗に比例）を変化させるけれども、磁界の幾何学的構成に影響がないので主平面の位置を変化させることはない。
【００４７】
主平面をシフトさせるために、磁気レンズ３００には２個のコイル、例えば等しいサイズおよび合致する形状を有する２個の部分コイル２１、２２が設けられ、それらは独立して選択可能な電流Ｉ１、Ｉ２によってそれぞれ動作させることができる。電流Ｉ１、Ｉ２の方向は同じである（例えば、図面の平面の中へ流れる）。電流Ｉ１、Ｉ２は、制御デバイスＰＣ（図２）によって制御される電流源によって生成される。
【００４８】
２個の連続するレンズＬ１、Ｌ２を有する図２の実施例では、最終レンズＬ２が図３ａの磁気レンズ３００であり、最初のレンズＬ１の焦点距離はｆ１ｏ＝ｆ１ｉ＝４２０ｍｍである。磁気レンズ３００による全励振すなわち電流と巻数との積は例えばＩｔｏｔ＝１８０００アンペア回数であり、それはｆ２ｏ＝ｆ２ｉ＝３０ｍｍの焦点距離を生じる。結像平面ｔｐは、主平面ｐｐから３０ミリメートルの距離にあり、縮小倍率は、Ｍ＝−ｆ１／ｆ２＝−１４である。
【００４９】
全励振Ｉｔｏｔが第１コイル２１のみによって送出される場合は、結像平面は約−１５５μｍシフトされる。ここで負の符号は、ビームに逆らって標的から離れる向きのシフトを表す。縮小倍率を元の値に維持するためには、合計電流を減少させねばならない。すなわち、ΔＩｔｏｔ＝−０．１４％だけ減少させる必要がある。
【００５０】
他方で、全Ｉｔｏｔが第２コイル２２によって送出される場合は、結像平面は約１３０マイクロメートルだけ（すなわち、標的に向かって）シフトされる。縮小倍率を元の値に維持するためには合計電流を増加させねばならない。すなわちΔＩｔｏｔ＝０．１７％だけ増大させる必要がある。明らかなことであるが、他の点では対称的なこれら２個のコイル２１と２２の非対称性は、磁気レンズ３００の非対称設計から生じる。
【００５１】
この議論から明らかなように、倍率が一定に維持されている条件下では、各コイル２１、２２を流れる電流補正ΔＩｔｏｔは所望の結像平面シフトの関数としての二次従属性が確立される。例えば、Δｚ＝−２５μｍの結像平面シフトが必要であれば、その必要な電流分割は、約Ｉ１＝５８．７６％およびＩ２＝４１．２２％になり、他方、Δｚ＝＋２５μｍの結像平面シフトでは、必要な電流分割は約Ｉ１＝４１．００％およびＩ２＝５９．０４％になる。
【００５２】
電流／励起の実際の精度は、倍率を１ｘ１０M−５の範囲内に維持するには、上記実施例で示したよりも少なくとも１桁高くする必要があることに留意されたい。
【００５３】
図３ｂは、電流／励起の制御精度を高めるための電磁コイル装置を有する、別の好ましい実施例に係る電磁レンズ３１０を示す。基本コイルまたは主コイル３２１は、磁極片材料３１１の内部で可用幅全体にわたって延在し、一定の電流設定値Ｉｂａｓｅで動作する。２個の副コイル３２２、３２３が主コイル３２１を囲んで位置しており、基本的には同じ電流量を異なる方向に流す。以下では、結像平面シフトΔｚ＝＋２５μｍを得るためにこれらのコイルを流れる電流値が、主コイルを流れる電流値に対する比として求められる。
【００５４】
好ましくは副コイル３２２、３２３は、厳密に同一寸法であり、巻き方向だけが逆である。この場合両コイルには共通の電源が使用され、結像平面をシフトさせるため、例えば主コイル３２１に供給される電流の９％に当る「共通の」寄与電流Ｉｃが逆向きに供給される。また、２個のコイルの一方、例えば右側のコイルに別の電源を接続することにより、コイル３２３を流れる電流Ｉｃ＋ΔＩｃをコイル３２２の電流−Ｉｃの反対値からずれさせるような追加電流、例えばΔＩｃ＝＋０．０４％を供給することが可能である。この追加電流の値は極めて小さいが、倍率を一定に維持するためには非常に重要でもあるので、主励振電流と一緒の電源にするよりも独立の電源で制御を行う方が遙かに容易である。
【００５５】
結像平面の補正に加えて倍率の補正も必要であれば、すべてのコイルを流れる電流を同一の相対量だけ変化させることにより、レンズの焦点距離を変化させねばならない。
【００５６】
本発明の別の実施例、すなわち静電レンズの場合が図４に示してある。静電アインツェル・レンズ４１０は、２個の同一の境界電極４２１、４２２および中央の対称的な電極４３０を備える。境界電極４２１、４２２は、同じ電位、例えばＵｏ＝０Ｖに維持され、中央電極４３０はそれと異なる電位、例えば加速用の電位Ｕｃに維持されている。薄肉レンズを想定すると、所与の入射粒子のエネルギーＥｏに対して、このシステムは、中央に主平面を有し所与の焦点距離ｆｏ（その厳密な値はレンズの幾何学的性質にも依存する）を有するレンズの役割を果たす。電位ＵｃをΔＵｃだけ変化させると、レンズのの焦点距離が変化する。図１８は、エム  スジラギー（Ｍ．Ｓｚｉｌａｇｙｉ）著，「電子およびイオン光学（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ）」，プレナム・プレス（Ｐｌｅｎｕｍ  ｐｒｅｓｓ），ｐ．３６５に従って、均一電位の静電レンズの焦点距離が電圧比１＋Ｕｃ／Ｅｏの関数として定まることを示す。
【００５７】
主平面の位置を変化させるために、中央電極４３０は光軸ｃｘに直交する１つの平面に沿って２個の同一の部分４３１、４３２に分割され、これら２個の半電極４３１と４３２との間には絶縁シートが挿入される。第一の部分に印加される電圧は、例えば、Ｕ１＝Ｕｃ＋ΔＵｃであり、第二の部分に印加される電圧は、Ｕ２＝Ｕｃ−ΔＵｃである。このように、レンズ内部の電位分布が非対称になり、その結果主平面はより高い（加速）電位を有する電極に向かってシフトされる。
【００５８】
実質的に軸対称でかつ均一な粒子ビームによってパターンを描画する粒子光学投影系では、倍率および結像位置は空間電荷によって変化する。倍率の変化が正または負であり得るのに対して、焦点はずれによる結像位置の変化は常に正である。球面収差を有する光学系では、像の歪曲も空間電荷によって変化を受ける。これを図５に示すが、そこでは、異なる球面収差に関して、全空間電荷によって引き起こされる結像平面での像の径方向変位ｄＲ（ナノメートル単位）を、光軸からの径方向距離Ｒ（ミリメートル単位）の関数として示す。ＣＳ０と表示された曲線は「均一な」（鮮鋭な）クロス・オーバに対応し、さらに曲線ＣＳ１、ＣＳ２は、多少の収差を含む（「非均一の」）クロス・オーバをもたらす１００ｍおよび５００ｍの球面収差係数に対応している。「収差を含むクロス・オーバ」および「鮮鋭なクロス・オーバ」という用語の意味するところを図６に例示する。
【００５９】
球面収差を含む、すなわち「非均一な」クロス・オーバを有する光学系では、空間電荷効果は像の歪曲の増大を招く。米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号に記述されたＰＭＬ２システムでは２個のクロス・オーバを有する２ステージ光学系（例えば、全体で２００、各ステージが約１４の縮小倍率を有する）を使用する。従って、第１ステージの確率的効果および全体的効果は１４分の１に低減され、実際上は無視可能である。第２クロス・オーバ（第２ステージ）のみを考慮すればよい。
【００６０】
ＰＤデバイス２０は、それぞれが単位ビームを画定する数多くのアパーチャを備え、この単位ビームは、対応するアパーチャがオンに切り換えられると、標的に誘導されかつそれに描画されたことを想起されたい。ＰＭＬ２のような多ビームシステムでは、描画すべき物体の位置に既に存在するそれぞれの単一の単位ビームに、再誘導を行うことによって、クロス・オーバに対する球面収差の効果を最小化すること、すなわち、クロス・オーバを「均一化する」ことが可能である。これが実現すれば、空間電荷の変化は倍率と結像位置の変化をもたらすのみであり、上記の方法によって対処可能である。このような再誘導は、電流量には依存せず、レンズ特性のみの関数であり、また当然のことであるが、照明系によって送出されるビームの角度分布の関数であることに留意されたい。
【００６１】
単位ビームの方向を変えるには、図８に従って以下に説明する調整ユニット５０２を使用することが可能である。このような１個または２個の調整プレートにすべての偏向ユニットを組み込むことができる。空間に余裕があれば、それをＰＤデバイスのブランキングプレートの中に組み込むことも可能である。単位ビームを再誘導する１つまたは複数の調整ユニットをパターン画定（ＰＤ）デバイスの中に設けることができる（図１２および１３）。
【００６２】
単位ビームの必要な角度補正は計算または測定することが可能である。図７は、クロス・オーバを「均一化」して空間電荷効果による歪曲を除くために、単位ビーム画定アパーチャの位置において必要な補正量の計算の一例を示す。図７のグラフは、ビーム補正の角度（図１２の角度θ２に対応する）をＰＤデバイス中心からのアパーチャの距離の関数として示す。
【００６３】
図８では、アパーチャプレート２０３の直前に位置する単一の調整ユニット５０２を有する単純化した実施例を示す。この調整ユニットは、単位ビームｂｍがＰＤシステム１０２の一組の複数の開口部２１０、２２０、２３０、２５０に沿って進む経路を制御する役割を果たし、装置１００全体の構成要素とＰＤデバイスとの間に生じ得るマッチング不良、及び／またはＰＤデバイスの構成要素（プレート）相互間に生じ得るアライメント不良、また特に製造および取付け公差によって生じるＰＤデバイス構成要素の寸法のばらつき、等から生じる影響を考慮しつつ補正する。また像の歪曲および結像フィールドの湾曲のような幾つかの光学収差を低減できるばかりでなく、全空間電荷効果によって生じる像の歪曲も低減することができる。図示された実施例では３個以下の調整ユニットが備わっているが、本発明の他の実施の形態では、調整ユニットの任意の適切な組合せが実施可能である。
【００６４】
調整ユニット５０２は、図８、１２、および１３に示すように、ＰＤシステムのアパーチャプレート２０３の直前に位置することが好ましい。ＰＤデバイス２０およびその構成要素（特に、カバープレート２０１、ブランキングプレート２０２、およびアパーチャプレート２０３）の作用および動作の説明においては、米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号を明示的に参照する。
【００６５】
調整ユニット５０２の実現方法は、図８から１７を参照して以下に説明される。図８を参照すると、調整ユニット５０２は２枚のデフレクタプレート５０ａ、５０ｂから成り、各デフレクタプレートは「底面」（標的に面する側）に電極と給電線とを備えた導体平面５１ａ、５１ｂを有する。デフレクタプレート５０ａ、５０ｂは、相互に位置合わせされ、ボンディングまたは真空適合接着によって固着される。異なる導体平面５１ａと５１ｂとの間の電気接点は、例えばワイヤー・ボンディングによって作成される。デフレクタプレートには、開口部がＰＤシステムのアパーチャとマッチするが、幅ｗ５がカバープレート２０１によって画定される単位ビームｂｍの幅ｗ１よりも十分大きい開口部のアレイが設けてある。
【００６６】
図１６ａおよび１６ｂには、それぞれデフレクタプレート５０ａ、５０ｂの一実施例の平面詳細図が示されている。各デフレクタプレート５０ａ、５０ｂには、数多くの電極対ｅａ１、ｅａ２、ｅｂ１、ｅｂ２が、開口部２５０のそれぞれが電極対の対向する電極間にはさまれた様態で実現されている。電極対の間に双極子電界を誘導すると、その間の開口部を通過する単位ビームの光軸（Ｚ軸）に対する角度に変化が生じる。このような双極子電界は、電極対の各電極に異なる静電電位を印加することによって形成可能である。デフレクタプレート５０ａ（図１６ａ）の各電極対ｅａ１、ｅａ２は、通過する単位ビームに対して、例えばＸ方向に角度変化を引き起こし、他方のデフレクタプレート５０ｂの各電極対ｅｂ１、ｅｂ２は、ＸＹ平面内の別の方向Ｙ'（Ｘ方向とは十分に異なる）に角度変化を誘導するように作用する。
【００６７】
１枚のウェーハを露光する間、調整ユニット５０１の電極に印加される電極電位は、実質的に一定であるか、または基板フィールドの走査の間（米国特許出願公開第２００３／０１５５５３４号の図４参照）における基板の幾何学的配置の変化に対応してゆっくりと変化する。また調整ユニット内部での（すなわち、同じ調整ユニット上の異なるＸＹ位置に関する）電位の空間的変化は、必要な角度変化が非常にゆるやかにしか起こらないので緩慢である。従って本明細書に示す実施の形態では、図１６ａおよび１６ｂからわかるように、電極対は、隣接する開口部間の最も近接する間隔（図１６ａ）および２番目に近接する間隔（図１６ｂ）を辿るライン上にそれぞれ配置される。偏向角度の緩慢な変化により、このような配置では、ｅａ１およびｅａ２のそれぞれにつき、１グループのｎ個の隣接する電極に対して同じ電位を印加することが可能になる。どのように電位が印加されるかを図９ないし１１を参照しつつさらに詳細に説明すると、一まとめにされる電極の数は、生じる偏向の段差（１つのグループから次のグループに進む）が十分に低くなるように、十分に小さくしなければならない。１つの同じグループに属する電極は、１組の共通の電極としても構成可能である。これを図１７ａおよび１７ｂに示すが、これらの図には、１つの電極対が幾つかの単位ビームに作用するというだけでなく、関連するすべての単位ビームに関する単一の開口部のみが電極間に設けられる別の実施例が示されている。図１７ａおよび１７ｂはそれぞれＸ方向および非Ｘ方向に関する配置を示しており、ここでは各電極対ｆａ１、ｆａ２、ｆｂ１、ｆａｂ２がそれぞれ５つのアパーチャに対して使用されている。電極は長方形の開口部ｆｐの長辺に配置され、各開口部を通って、５つのアパーチャに対応する５つの単位ビームｂ１，…，ｂ５が偏向される。この場合も一まとめにされるアパーチャの数ｎは、偏向に生じる段差（１つのグループから次のグループに進む）が十分に低くなるように、十分に小さくしなければならない。
【００６８】
図１７ｃは、Ｙ方向に沿って図１７ｂのプレートを通る断面を示す。単位ビームｂｍは開口部ｆｐを通過している。
【００６９】
デフレクタ電極が、平行に走る規則的な列または同心状のライン（図１５）のような、同型のライン上に配置されていること、およびそれらの間の電界が非常に緩慢に変化することによって、偏向方向に垂直な境界効果が強力に低減されるか、または図１７のように１対の電極にはさまれた内側３個（ｎ−２個）のアパーチャ／単位ビームにおいては、このような効果を完全に回避さえする。
【００７０】
電極に対する電位の供給、さらに詳細には、給電点の間で電極電位を徐々に変化させるために、様々な方法が可能である。
【００７１】
１つの方法は、図９に示すように、アパーチャ領域全体をｎｘｍ個の小領域Ａ１１，Ａ１２，…，Ａｎｍに区分するものである。この場合、各小領域Ａｉｊ（ｉ＝１，…，ｎ；ｊ＝１，…，ｍ）内の電極対に同じ電位差が割り当てられる。理論的または実験的データから算出される公称関数に基く電位の変化が十分に小さい場合には、これが公称関数に対する十分な近似となる。次いで小領域Ａｉｊのそれぞれに対して、小領域の中の代表点について決定された供給電位が使用される。この代表点はそれぞれの小領域の縁部の１つ（例えば、左上縁部）か、またはその小領域の中心点である。
【００７２】
図９では、アパーチャ領域が、等しいサイズの長方形（ほぼ正方形）の小領域に分割されている。小領域Ａｉｊのそれぞれのための給電線は、デフレクタフィールドの外側から給電点ｐｉｊに対して接続される。電位の値は、例えばデジタル信号をアナログ電圧信号ＡＶに変換するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）Ｄ１に、有線デジタル信号として出力され、アナログ電圧信号ＡＶは電極に対する供給電位として使用される。各電極への電位の分配は、３個のアパーチャのグループに作用する非Ｘ型電極ｅｂ１、ｅｂ２に関して図１０に示されているように、両極性に対する独立の導線ｃｌ１、ｃｌ２を使用して行われる。導線ｃｌ１、ｃｌ２は、ウェーハ・バルク基板上で絶縁層によって相互に分離された異なる層の中に配置される。電極はそれぞれの導線に接点を介して接続される。導線および接点の作成には、最新のリソグラフィおよびエッチング技法を用いることができる。
【００７３】
他の可能な方法は、隣接する給電点Ｐｉｊ間の電位の一次補間を求めるために抵抗器アレイを使用するものである。小領域Ａｉｊ（ｉ＝１，，…，ｎ；ｊ＝１，…，ｍ）のそれぞれには、４つの格子点Ｐｉｊ、Ｐ（ｉ＋１）ｊ、Ｐｉ（ｊ＋１）、Ｐ（ｉ＋１）（ｊ＋１）がアレイ中で接続される。Ｘ型電極ｅａ１、ｅａ２の例に関して図１１ａに示すように、４格子点間の小領域中の電位の線形関数分布が、接点間の抵抗器Ｒａ１、Ｒａ２の適切な配置によって実現される。図１１ｂは対応する非Ｘ型電極ｅｂ１、ｅｂ２に関する抵抗器Ｒｂ１、Ｒｂ２の類似のアレイを示す。どちらの極に対しても抵抗器アレイが設けられる。抵抗器Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２は、最新技術から知られる適切な厚さと寸法を有する抵抗材料の層として実現される。
【００７４】
他の実施例では、電位の分布が「連続補間」を利用して実現可能である。その場合には電位のそれぞれの極に対して、上に説明した導線に代えて、一つの抵抗材料の層が設けられる。供給電位が格子点Ｐｉｊに印加され、この給電点における値を補間する様々な電位が確立される。この電位が、各極性の電極の給電に必要な小領域Ａｉｊ中の任意の点で使用される。抵抗層と貫通接続の製造には、最新技術のリソグラフィーおよびエッチング技法を用いることができる。
【００７５】
図１２は、照明収差の補正に関する調整ユニット５０１の作用を例示する。物体に粒子ビームを送出する照明系が厳密にテレセントリック・ビームを生成しない場合には、ビームがカバープレート２０１に当たる角度θ１はプレート上のビーム位置に依存することになる（ＸＹ依存）。調整ユニット５０１は、カバー・プレート２０１の後ろに位置し、角度θ１のＸＹ依存の補正を可能にするので、照明ビームｌｂのテレセントリック性に関する公差要件が緩和される。
【００７６】
また、調整ユニット５０１の補助によって、ＰＤプレートのアライメント不良、特に同じアパーチャに属する開口部の整列する軸が厳密にＺ軸に平行でなくＺ軸と角θ２を成しているようなタイプのアライメント不良を補正することができる。プレートおよびそれらの内部構造が同じ方法で（例えば製造に同じリソグラフィー器具を使用して）画定されている場合には、対応する構造、特に開口部２１０、２２０、２３０の相対位置も非常に良く（わずか数ｎｍの偏差で）マッチする。これによってカバープレート、ブランキングプレート、およびアパーチャプレートは、粒子ビームがプレート中の一連の開口部を正確に横切るようにして、相互にかつ粒子ビームに対して整列可能になる。調整ユニット５０１は、粒子ビームｌｂの（局所的な）角度θ１および開口部の積み重ね軸の（局所的な）角度θ２に生じ得る偏差を補正する。理想的な直交性（Ｚ軸に対して平行に延びる方向）からの積み重ね方向の偏差は、プレートの積み重ねの傾きによるか、またはＺ軸回りの積み重ねの捻れに起因して起こり得る。
【００７７】
図１３の実施例では、調整ユニット５０２（ユニット５０１と同じ配置）が、アパーチャプレート２０３の前に位置している。このユニットの目的は、像の歪曲、幾何学的ぼけ（結像平面の湾曲）、および非点効果のような幾何学的収差を低減することである。また、粒子ビームの再合焦と組み合わせて空間電荷効果が補正されるように、空間電荷効果を変調するためにも使用できる。補正すべき上述の欠陥に対して大きな効果を得られるよう、調整ユニット５０２は、物体までの距離が可能な限り小さくなるように、すなわちアパーチャプレート２０３中のアパーチャ２３０に対して非常に近く配置される。
【００７８】
図１および２に関して上で述べたように、単位ビームの軌跡の角度は、基板平面でアパーチャアレイの像として形成される前に、クロス・オーバｃへと集束する。このようなレンズ特性によって、クロス・オーバは収差を受けるのが一般である。すなわち、ＰＤシステムを同じ向きで出発する軌跡が、１点に集束するのではなく、球面状の収差円板を形成することになる。像に対する全空間電荷の影響は、大部分が第２クロス・オーバｃの近傍におけるクーロン相互作用に由来する。このクロス・オーバが収差を受けると、像の形状に対する効果として、倍率の変化ばかりでなく、歪曲も生じる。倍率の変化は、例えば静電レンズ中の１つまたは複数の電極の電圧を変更することによって比較的容易に補正可能であるが、全空間電荷によって生じる歪曲は、基板上の最終パターン中に追加的なぼけを引き起こすことになる。調整ユニット５０２（図１２および１３）の補助によって、クロス・オーバの収差を最小限とするように単位ビームの角度を調整可能である。この方策によって系のフィールド歪曲収差も軽減され、すなわち系の光学的性能が向上する。調整ユニット５０２はまた、軌跡が子午平面（光軸ｃｘを含む平面）内を通らない可能性（これは、特に軸対称磁界を投影装置に使用する場合に該当し得る）にも対処する。当然のことであるが、アパーチャプレート２０３の後ろにも調整ユニット５０３が存在する場合は、調整ユニット５０３と調整ユニット５０２の効果を併せて考慮する必要がある。
【００７９】
第三の型の調整ユニット５０３（ユニット５０２と同じ配置）は、図１３にも示されるように、アパーチャプレート２０３の後ろの位置に配置可能である。このユニット５０３は、製造上の瑕疵、計算上の限界、アライメント不良、外的要因（例えば外部電磁場）の影響のような様々な理由によって生じ得る、公称伝達関数からの結像系の実際の伝達関数の偏差を補正する作用を果たす。このユニットはまた投影光学系の歪曲の補正にも使用できる。調整ユニット５０３は、アパーチャ２３０によって画定された物体と異なる虚物体２３０'を生成し、それが基板上に描画される。ユニット５０３の目的、すなわち描画される物体の位置を、基板上の所望の像位置への伝達関数に関して必要な位置まで横方向にシフトさせる目的のため、このユニットは物体すなわちアパーチャプレート２０３の後ろに配置されねばならない。
【００８０】
軌跡がそれぞれの子午平面からずれない場合には、調整ユニット５０１、５０２に一対のデフレクタではなく、１個のラジアルなデフレクタ装置のみを設けることで十分であることに留意すべきである。その場合、デフレクタは光軸回りに延びるリングに沿って配向されたデフレクタプレートによって実現可能である。
【００８１】
図１４は、このような「ラジアル」な実施例を例示する。このデフレクタ電極は、確実に粒子を径方向に偏向するために径方向に対して直交して（「接線」方向に）配向される。電極電位は径方向に変化させねばならないから、アパーチャ領域は、光軸ｃｘを包囲する同心リング形状の小領域Ａｉ（ｉ＝１，…，ｎ）に区画するのが適切である。それぞれの小領域Ａｉごとに、それぞれの静電電位を供給するためにリング線が設けられている。静電電位は、例えば、デジタル・データからＤＡＣ  Ｄ２において生成され、各リング線を介してリングＡｉに属する電極に供給される。リング線の間での電位の変化は、この場合も一定とするか、又は例えば抵抗アレイまたは抵抗層による連続補間によって線形補間することができる。図１５は、リングＡｉおよびリングＡ（ｉ＋１）の一部に関し、線形補間のための抵抗アレイを備えた導線の詳細な配置を示す。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施例に係る、Ｚ位置検出およびＺ位置補正を含むイオン光学リソグラフィ装置を示した概略（長手断面）図である。
【図２】図１の装置の第２投影ステージの詳細図である。
【図３】調整可能なＺ位置を有する磁気レンズの２個の変形を示した図である。
【図４】調整可能なＺ位置を有するアインツェル・レンズを示した図である。
【図５】全空間電荷効果によって生じた像の径方向の変位を示した図である。
【図６】収差のあるクロス・オーバおよび均一化されたクロス・オーバについて、クロス・オーバを経由するビーム経路を示した図である。
【図７】クロス・オーバを均一化する多ビーム・アレイについて角度補正を示した図である。
【図８】調整ユニットを備える多ビームシステムのパターン画定デバイスを示した長手断面詳細図である。
【図９】電極に静電電位を印加するために小領域に分割されたアパーチャフィールド領域を示した図である。
【図１０】図１７ｂの電極に静電電位を印加する導体線配置を示した図である。
【図１１】電極の両方の種類について静電電圧を供給する抵抗器アレイを示した図である。
【図１２】多ビームシステムの光学特性に対するデフレクタアレイ手段の働きを示した図である。
【図１３】多ビームシステムの光学特性に対するデフレクタアレイ手段の働きを示した図である。
【図１４】電極を同型の小領域に分割する「ラジアルな」電極配置の実施例を示した図である。
【図１５】図１４の実施例における抵抗アレイを備えた給電手段を示した図である。
【図１６】最近接間隔（Ｘ方向）の方向（図１６ａ）および２番目に最も近接する間隔（非Ｘ方向）の方向（図１６ｂ）に沿った電極を有する２個のデフレクタプレートからなる、本発明のデフレクタアレイ手段の電極配置の平面詳細図である。
【図１７】アパーチャアレイの２つ以上のアパーチャに作用する電極対を有する電極配置の実施例を示した図（図１７ａおよび１７ｂ）、および同じ実施例のＹ方向に沿って図１７ｂのプレートを通る断面による断面図（図１７ｃ）である。
【図１８】電圧比１＋Ｕｃ／Ｅｏと均一電位の静電レンズの焦点距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１１  電子銃
１２  抽出システム
１３  コンデンサ・レンズ・システム
２０  パターン画定（ＰＤ）デバイス
２１、２２  導電コイル
２８、２９  冷却板
３１、３２  粒子光学投影装置
３３  制御手段
４０  ウェーハ・ステージ
４１  基板
５０ａ、５０ｂ  デフレクタ
５１ａ、５１ｂ  導体平面
６２  磁気コイル
１００  リソグラフィー装置
１０１  照明系
１０２  ＰＤシステム
１０３  投影系
１０４  標的ステーション
１０５  真空容器
２０１  カバープレート
２０２  バンキングプレート
２０３  アパーチャプレート
２０３'  虚物体
２０４  ストップ・プレート
２１０、２２０、２３０、２５０  開口部
２９１  取付けシステム
２９２  圧電アクチュエータ
３００、３１０  磁気レンズ
３０１  鉄製外被
３０２  ギャップ
３１１  磁極片材料
３１５、３２５  偏向手段
３２１  主コイル
３２２、３２２  副コイル
４１０  静電アインツェル・レンズ
４２１  境界電極（初期電極）
４２２  境界電極（最終電極）
４３０  中央電極
４３１、４３２  半電極
５０１、５０２、５０３  デフレクタアレイ手段
ｂｍ  単位ビーム
ｂｐ  物体平面
ｃ、ｃ'  クロス・オーバ
ｃｌ１、ｃｌ２  導線
ｃｒ  レンズ・パラメータ修正値
ｃｘ  光軸
Ｄ１  デジタル／アナログ変換器
Δｚ  レンズの軸方向位置
ｅａ１、ｅａ２、ｅｂ１、ｅｂ２  電極対
Ｉｂ  ビーム電流値
Ｉ１、Ｉ２、Ｉｂａｓｅ、Ｉｃ  電磁コイルの供給電流
Ｌ１、Ｌ２  粒子光学レンズ
ｔｐ  標的
ｐｂ  パターン形成したビーム
Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒｂ１、Ｒｂ２  抵抗器
Ｓ  像
ｓｐ  結像フィールド
Ｕ１、Ｕ２  中央電極の電位
ＺＤ  位置検出手段
【図１】
2005268788.tif 000003
【図２】
2005268788.tif 000004
【図３】
2005268788.tif 000005
【図４】
2005268788.tif 000006
【図５】
2005268788.tif 000007
【図６】
2005268788.tif 000008
【図７】
2005268788.tif 000009
【図８】
2005268788.tif 000010
【図９】
2005268788.tif 000011
【図１０】
2005268788.tif 000012
【図１１】
2005268788.tif 000013
【図１２】
2005268788.tif 000014
【図１３】
2005268788.tif 000015
【図１４】
2005268788.tif 000016
【図１５】
2005268788.tif 000017
【図１６】
2005268788.tif 000018
【図１７】
2005268788.tif 000019
【図１８】
2005268788.tif 000020