(57)【要約】【課題】プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させる。【解決手段】実施形態に係わるパターン形成装置は、被処理基板１２の下面側に配置されるステージ１１と、被処理基板１２の上面側に配置されるプローブ１３と、ステージ１１及びプローブ１３の少なくとも１つを駆動する駆動ユニット１４，１５と、プローブ１３に接続されるモニタ／描画ユニット１６と、駆動ユニット１４，１５及びモニタ／描画ユニット１６を制御する制御ユニット１７とを備える。制御ユニット１７は、プローブ１３と被処理基板１２との相対位置を変化させ、かつ、プローブ１３により、被処理基板１２内の下地パターン２２を検出した後に下地パターン２２の直上のエリア内に微細パターン２５を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の下面側に配置されるステージと、前記被処理基板の上面側に配置されるプローブと、前記ステージ及び前記プローブの少なくとも１つを駆動する駆動ユニットと、前記プローブに接続されるモニタ／描画ユニットと、前記駆動ユニット及び前記モニタ／描画ユニットを制御する制御ユニットとを具備し、
前記制御ユニットは、
前記プローブと前記被処理基板との相対位置を変化させ、かつ、
前記プローブにより、前記被処理基板内の下地パターンを検出した後に前記下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成する
パターン形成装置。
【請求項２】
前記下地パターンは、前記被処理基板に対して光学的アライメントを実行した後に前記プローブにより検出される請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記下地パターンは、前記プローブと前記ステージとの間に生じる静電容量を計測することにより検出される請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記微細パターンは、前記プローブにより前記被処理基板内のレジスト層を部分的に露光することにより形成される請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記微細パターンは、前記プローブにより前記下地パターンの直上のエリア内に材料を堆積させることにより直接形成される請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
被処理基板の下面側に配置されるステージと、前記被処理基板の上面側に隣接して配置される第１及び第２のプローブと、前記ステージ並びに前記第１及び第２のプローブの少なくとも１つを駆動する駆動ユニットと、前記第１のプローブに接続されるモニタユニットと、前記第２のプローブに接続される描画ユニットと、前記駆動ユニット、前記モニタユニット及び前記描画ユニットを制御する制御ユニットとを具備し、
前記制御ユニットは、
前記第１及び第２のプローブと前記被処理基板との相対位置を変化させ、かつ、
前記第１のプローブにより前記被処理基板内の下地パターンを検出するのに並行して、前記第２のプローブにより前記下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成する
パターン形成装置。
【請求項７】
前記下地パターンは、前記被処理基板に対して光学的アライメントを実行した後に前記第１のプローブにより検出される請求項６に記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記下地パターンは、前記第１のプローブと前記ステージとの間に生じる静電容量を計測することにより検出される請求項６に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記微細パターンは、前記第２のプローブにより前記被処理基板内のレジスト層を部分的に露光することにより形成される請求項６に記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記微細パターンは、前記第２のプローブにより前記下地パターンの直上のエリア内に材料を堆積させることにより直接形成される請求項６に記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
被処理基板の下面側に配置されるステージと、前記被処理基板の上面側に一定間隔で配置される第１及び第２のプローブと、前記ステージ並びに前記第１及び第２のプローブの少なくとも１つを駆動する駆動ユニットと、前記第１のプローブに接続されるモニタユニットと、前記第２のプローブに接続される描画ユニットと、前記駆動ユニット、前記モニタユニット及び前記描画ユニットを制御する制御ユニットとを具備し、
前記制御ユニットは、
前記第１及び第２のプローブと前記被処理基板との相対位置を変化させ、かつ、
前記第１のプローブにより前記被処理基板内の下地パターンを検出するのに並行して、前記第２のプローブにより前記下地パターンの直上とは異なるエリア内に微細パターンを形成する
パターン形成装置。
【請求項１２】
前記下地パターンは、前記被処理基板に対して光学的アライメントを実行した後に前記第１のプローブにより検出される請求項１１に記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記下地パターンは、前記第１のプローブと前記ステージとの間に生じる静電容量を計測することにより検出される請求項１１に記載のパターン形成装置。
【請求項１４】
前記微細パターンは、前記第２のプローブにより前記被処理基板内のレジスト層を部分的に露光することにより形成される請求項１１に記載のパターン形成装置。
【請求項１５】
前記微細パターンは、前記第２のプローブにより前記下地パターンの直上のエリア内に材料を堆積させることにより直接形成される請求項１１に記載のパターン形成装置。
【請求項１６】
前記制御ユニットは、前記微細パターンを形成した後に、前記第１のプローブにより前記微細パターンを検出する請求項１１に記載のパターン形成装置。
【請求項１７】
前記制御ユニットは、前記微細パターンの位置及び寸法に基づいて、前記一定間隔の値を補正する請求項１６に記載のパターン形成装置。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、前記微細パターンの位置及び寸法に基づいて、前記第１のプローブにより検出される前記下地パターンと前記第２のプローブにより形成する前記微細パターンとの関係を補正する請求項１６に記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、パターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子間力顕微鏡、トンネル電流顕微鏡などで使われる微小なプローブを用いて、ナノメートルレベルの微細パターンを形成するプローブリソグラフィ技術が知られている。例えば、陽極酸化法、電子ビーム描画法、さらには、プローブの先端から少量の溶液を滴下してパターンを形成する方法や、プローブの先端に吸着させた材料を基板上に堆積させる方法などは、プローブリソグラフィ技術の一つである。
【０００３】
この技術を用いて微細パターンを形成する場合、既に形成されている下地パターンとのアライメントが課題となる。即ち、このアライメントは、一般的には、下地パターンと同じ層又はそれよりも下にある層内に形成されるアライメントマークを検出することにより行うが、従来のプローブリソグラフィ技術においては、微細パターンを形成する面内に形成されたアライメントマークを用いている。しかも、微細パターンを形成するエリアは、アライメントマークの位置と離れている。このため、プローブによりアライメントマークを検出した後、プローブを、アライメントマーク上から微細パターンを形成するエリア内に移動させなければならない。
【０００４】
そして、この移動は、パターン形成装置内のプローブ又はステージを機械的に移動させることにより行うため、アライメントマークの位置を正確に検出しても、微細パターンと下地パターンとの間に十分なアライメント精度が得られない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６７２２４号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態によれば、パターン形成装置は、被処理基板の下面側に配置されるステージと、前記被処理基板の上面側に配置されるプローブと、前記ステージ及び前記プローブの少なくとも１つを駆動する駆動ユニットと、前記プローブに接続されるモニタ／描画ユニットと、前記駆動ユニット及び前記モニタ／描画ユニットを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記プローブと前記被処理基板との相対位置を変化させ、かつ、前記プローブにより、前記被処理基板内の下地パターンを検出した後に前記下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】パターン形成装置の第１の実施例を示す図。
【図２】パターン形成プロセスを示すフローチャート。
【図３】パターン形成プロセスを示すフローチャート。
【図４】レジスト層に微細パターンを形成するプロセスを示す図。
【図５】静電容量計測により下地パターンを検出する例を示す図。
【図６】レジスト層に微細パターンを形成するプロセスを示す図。
【図７】微細パターンを直接形成するプロセスを示す図。
【図８】パターン形成装置の第２の実施例を示す図。
【図９】パターン形成プロセスを示すフローチャート。
【図１０】パターン形成プロセスを示すフローチャート。
【図１１】パターン形成装置の第３の実施例を示す図。
【図１２】レジスト層に微細パターンを形成するプロセスを示す図。
【図１３】調整のために微細パターンを検出するプロセスを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
【００１０】
プローブリソグラフィ技術は、プローブを用いてパターンを形成する技術のことである。この技術の課題は、プローブの走査により微細パターンを形成するために、被処理基板に対するアライメントを実行してから実際に微細パターンを描画するまでに一定期間を要するということにある。即ち、この一定期間内に、プローブ又はステージを機械的に移動させる動作が伴うため、微細パターンと下地パターンとの間に十分なアライメント精度が得られないという課題が発生する。
【００１１】
そこで、以下の実施形態では、下地パターン（アライメントマークを含む）を検出した後、直ちに、下地パターン上に微細パターンを形成する、という共通の特徴により、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させることが可能なパターン形成装置について説明する。
【００１２】
ここで、本明細書において、下地パターン及び微細パターンについて次のように定義する。微細パターンとは、本実施形態のパターン形成装置により形成するパターンのことであり、下地パターンとは、微細パターンの下地となるパターンのことであり、微細パターンを形成するに当たりアライメントが必要となるパターンのことである。
【００１３】
１．  第１の実施例  
第１の実施例は、１つのプローブにより、下地パターンを検出した後に下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成することが可能なパターン形成装置に関する。
【００１４】
図１は、パターン形成装置の第１の実施例を示している。
【００１５】
ステージ１１は、基板（被処理基板）１２の下面側に配置される。ステージ１１は、基板１１を支持すると共に、基板１１の下面に固定電位（例えば、正電位）を印加する機能を有する。基板１１は、例えば、半導体ウェーハである。
【００１６】
プローブ１３は、基板１２の上面側に配置される。プローブ１３は、例えば、カンチレバー型を有するが、それに限定されることはない。
【００１７】
駆動ユニット１４，１５は、ステージ１１及びプローブ１３の少なくとも１つを駆動する。ステージ１１のみを駆動するときは、駆動ユニット１５を省略してもよい。また、プローブ１３のみを駆動するときは、駆動ユニット１４を省略してもよい。当然、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３の双方を駆動してもよい。
【００１８】
駆動ユニット１４は、ステージ１１を駆動する。例えば、駆動ユニット１４は、ステージ１１を二次元的に駆動する。但し、ステージ１１は、駆動ユニット１４により、一次元的又は三次元的に駆動させることも可能である。
【００１９】
駆動ユニット１５は、プローブ１３を駆動する。例えば、駆動ユニット１５は、プローブ１３を三次元的に駆動する。但し、プローブ１３は、駆動ユニット１５により、一次元的又は二次元的に駆動することも可能である。
【００２０】
モニタ／描画ユニット１６は、基板１２内の下地パターンを検出するため、及び、下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成するために、プローブ１３に電気的に接続される。例えば、モニタ／描画ユニット１６は、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量を検出することにより、基板１２内の下地パターンを検出する。
【００２１】
静電容量により下地パターンを検出するとき、モニタ／描画ユニット１６は、例えば、ステージ１１とプローブ１３との間に交流(Alternate Current)電圧を印加し、その電流波形を検出する。また、微細パターンを形成するとき、モニタ／描画ユニット１６は、例えば、ステージ１１とプローブ１３との間に電圧を印加する。
【００２２】
尚、下地パターンは、静電容量以外の物理的ファクター、例えば、表面電位、磁界などにより検出することも可能である。
【００２３】
制御ユニット１７は、駆動ユニット１４，１５及びモニタ／描画ユニット１６を制御する。制御ユニット１７は、基板１２とプローブ１３との相対位置を変化させる。例えば、制御ユニット１７は、プローブ１３が基板１２に対して直線的に走査するように、駆動ユニット１４，１５を制御する。
【００２４】
また、制御ユニット１７は、プローブ１３により、基板１２内の下地パターンを検出した後に、下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成する。
【００２５】
例えば、１つの下地パターンを検出した後、直ちに、その１つの下地パターンの直上のエリア内に１つの微細パターンを描画してもよいし、また、複数の下地パターンを検出した後、各々の下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを描画してもよい。
【００２６】
ここで重要な点は、プローブ１３により検出した下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを描画することにある。即ち、下地パターンの位置を直接検出し、その直上に微細パターンを形成することができる。
【００２７】
これにより、基準となる下地パターンを検出してから実際に微細パターンを描画するまでに、プローブ１３を長時間かつ長距離にわたって移動させることがなくなるため、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させることができる。
【００２８】
尚、下地パターンの検出に当たっては、基板１２に対する光学的アライメントを従属的に使用してもよい。例えば、基板１２に対する光学的アライメントを実行した後にプローブ１３により下地パターンを検出すれば、さらに高精度なアライメントを実現できる。
【００２９】
図２は、図１のパターン形成装置を用いたパターン形成プロセスを示している。
【００３０】
まず、プローブを用いて下地パターンを検出する（ステップＳＴ１）。  
この後、直ちに、プローブを用いて下地パターン上に微細パターンを形成する（ステップＳＴ２）。
【００３１】
例えば、下地パターンが、導電線、電極などの電気的に機能する要素であるとき、微細パターンは、下地パターンと電気的接続を確保するためのコンタクトホールなどの要素である。また、下地パターンが、アライメントマークであるとき、微細パターンは、下地パターンの直上に形成されるアライメントマークである。
【００３２】
図３は、図２のパターン形成プロセスの変形例を示している。
【００３３】
まず、光学的アライメントを実行し、基板内における下地パターンの大まかな位置について把握する（ステップＳＴ１）。
【００３４】
次に、プローブを用いて下地パターンを検出する（ステップＳＴ２）。  
この後、直ちに、プローブを用いて下地パターン上に微細パターンを形成する（ステップＳＴ３）。
【００３５】
ここで、プローブにより微細パターンを形成する方法としては、第一に、基板内のレジスト層を部分的に露光する方法（例えば、電子ビーム露光法など）、下地パターンの直上のエリア内に材料を堆積させることによりパターンを直接形成する方法（例えば、Dip Pen Nanolithography method: DPN法など）がある。
【００３６】
そこで、以下、これらについて説明する。
【００３７】
図４乃至図６は、レジスト層に微細パターンを形成するプロセスを示している。
【００３８】
基板（被処理基板）１２は、半導体層２０と、半導体層２０上の絶縁層２１と、絶縁層２１上の下地パターン（例えば、導電線、電極など）２２と、下地パターン２２を覆う層間絶縁層２３と、層間絶縁層２３上のレジスト層２４とを備える。
【００３９】
パターン形成装置を構成する要素、例えば、ステージ１１、プローブ１３、駆動ユニット１４，１５、モニタ／描画ユニット１６及び制御ユニット１７については、既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
本例では、図１のパターン形成装置を用いて、レジスト層２４に微細パターンを形成する例を説明する。微細パターンは、例えば、コンタクトホールのパターンである。
【００４１】
まず、図４に示すように、基板１２をステージ１１上に搭載する。また、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３の少なくとも１つを駆動し、プローブ１３を基板１２の上面に沿って走査させる。
【００４２】
例えば、プローブ１３を、基板１２の上面、ここでは、レジスト層２４の上面から離した状態で、ｘ方向に走査させる。また、プローブ１３をｘ方向に走査させながら、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量を計測する。この場合、プローブ１３が下地パターン２２の直上のエリア内に配置されると、図５に示すように、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量Ｃが増加する。
【００４３】
従って、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量を計測することにより、下地パターン２２を検出することができる。下地パターン２２のデータは、例えば、制御ユニット１７内のメモリに記憶される。
【００４４】
次に、図６に示すように、下地パターン２２のデータに基づいて、再び、プローブ１３を、下地パターン２２の直上のエリア内に移動させる。
【００４５】
即ち、今度は、プローブ１３を、基板１２の上面、ここでは、レジスト層２４の上面に接触させた状態で、ｘ方向に走査させる。この時、ステージ１１とプローブ１３との間に印加される電圧を制御することにより、レジスト層２４を部分的に露光させ、レジスト層２４に微細パターン（露光エリア）２５を形成する。
【００４６】
例えば、レジスト層２４を露光するときは、ステージ１１とプローブ１３との間に電圧を印加し、プローブ１３から放出される電子によりレジスト層２４を露光する。それ以外のときは、ステージ１１とプローブ１３との間に電圧を印加しない。
【００４７】
以上のプロセスにより、下地パターン２２の直上のレジスト層２４に、微細パターン（露光エリア）２５を形成することができる。
【００４８】
尚、この後、レジスト層２４は現像される。そして、レジスト層２４をマスクにして、例えば、ＲＩＥ(reactive ion etching)により、層間絶縁層２３をエッチングすると、下地パターン２２上にコンタクトホールが形成される。
【００４９】
図７は、微細パターンを直接形成するプロセスを示している。
【００５０】
基板（被処理基板）１２は、半導体層２０と、半導体層２０上の絶縁層２１と、絶縁層２１上の下地パターン（例えば、導電線、電極など）２２と、下地パターン２２を覆う層間絶縁層２３とを備える。
【００５１】
パターン形成装置を構成する要素、例えば、ステージ１１、プローブ１３、駆動ユニット１４，１５、モニタ／描画ユニット１６及び制御ユニット１７については、既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【００５２】
本例では、図１のパターン形成装置を用いて、DPN法などにより、層間絶縁層２３上に材料を堆積させることにより微細パターンＰを直接形成する例を説明する。微細パターンは、例えば、コンタクトホールのパターンである。
【００５３】
まず、基板１２をステージ１１上に搭載する。また、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３の少なくとも１つを駆動し、プローブ１３を基板１２の上面に沿って走査させる。
【００５４】
例えば、プローブ１３を、基板１２の上面、ここでは、層間絶縁層２３の上面から離した状態で、ｘ方向に走査させる。また、プローブ１３をｘ方向に走査させながら、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量を計測する。この場合、プローブ１３が下地パターン２２の直上のエリア内に配置されると、図５に示すように、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量Ｃが増加する。
【００５５】
従って、ステージ１１とプローブ１３との間の静電容量を計測することにより、下地パターン２２を検出することができる。下地パターン２２のデータは、例えば、制御ユニット１７内のメモリに記憶される。
【００５６】
次に、下地パターン２２のデータに基づいて、再び、プローブ１３を、下地パターン２２の直上のエリア内に移動させる。
【００５７】
即ち、プローブ１３を、基板１２の上面、ここでは、層間絶縁層２３の上面から離した状態で、ｘ方向に走査させる。この時、プローブ１３から層間絶縁層２３上に、部分的にレジスト層２４を滴下することにより、微細パターンＰを有するレジスト層２４を形成することができる。
【００５８】
以上のプロセスにより、下地パターン２２の直上に、レジスト層２４が形成されないエリア、即ち、微細パターンＰを形成することができる。
【００５９】
尚、この後、レジスト層２４をマスクにして、例えば、ＲＩＥにより、層間絶縁層２３をエッチングすると、下地パターン２２上にコンタクトホールが形成される。
【００６０】
以上、第１の実施例に係わるパターン形成装置を用いれば、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度（Overlay accuracy: OL精度）を向上させることができる。例えば、幅約10nmの下地パターンと、その直上に形成する微細パターンとのアライメント精度は、±3nm未満を実現することができる。
【００６１】
２．  第２の実施例  
第２の実施例は、隣接する２つのプローブのうちの１つにより下地パターンを検出するのに並行して、他の１つにより下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成することが可能なパターン形成装置に関する。
【００６２】
図８は、パターン形成装置の第２の実施例を示している。
【００６３】
ステージ１１は、基板（被処理基板）１２の下面側に配置される。ステージ１１は、基板１１を支持すると共に、基板１１の下面に固定電位（例えば、正電位）を印加する機能を有する。基板１１は、例えば、半導体ウェーハである。
【００６４】
プローブ１３ａ，１３ｂは、基板１２の上面側に配置される。プローブ１３ａ，１３ｂは、互いに隣接して配置され、かつ、互いに電気的に絶縁される。プローブ１３ａ，１３ｂは、例えば、カンチレバー型を有するが、それに限定されることはない。
【００６５】
駆動ユニット１４，１５は、ステージ１１及びプローブ１３ａ，１３ｂの少なくとも１つを駆動する。ステージ１１のみを駆動するときは、駆動ユニット１５を省略してもよい。また、プローブ１３ａ，１３ｂのみを駆動するときは、駆動ユニット１４を省略してもよい。当然、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３ａ，１３ｂの双方を駆動してもよい。プローブ１３ａ，１３ｂを駆動するときは、プローブ１３ａ，１３ｂの動きは同じになる。
【００６６】
駆動ユニット１４は、ステージ１１を駆動する。例えば、駆動ユニット１４は、ステージ１１を二次元的に駆動する。但し、ステージ１１は、駆動ユニット１４により、一次元的又は三次元的に駆動させることも可能である。
【００６７】
駆動ユニット１５は、プローブ１３ａ，１３ｂを駆動する。例えば、駆動ユニット１５は、プローブ１３ａ，１３ｂを三次元的に駆動する。但し、プローブ１３ａ，１３ｂは、駆動ユニット１５により、一次元的又は二次元的に駆動することも可能である。
【００６８】
モニタ／描画ユニット１６は、基板１２内の下地パターンを検出するため、及び、下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成するために、プローブ１３ａ，１３ｂに電気的に接続される。例えば、モニタ／描画ユニット１６は、ステージ１１とプローブ１３ａとの間の静電容量を検出することにより、基板１２内の下地パターンを検出する。
【００６９】
静電容量により下地パターンを検出するとき、モニタ／描画ユニット１６は、例えば、ステージ１１とプローブ１３ａとの間に交流を印加し、その電流波形を検出する。また、微細パターンを形成するとき、モニタ／描画ユニット１６は、例えば、ステージ１１とプローブ１３ｂとの間に電圧を印加する。
【００７０】
尚、下地パターンは、静電容量以外の物理的ファクター、例えば、表面電位、磁界などにより検出することも可能である。
【００７１】
制御ユニット１７は、駆動ユニット１４，１５及びモニタ／描画ユニット１６を制御する。制御ユニット１７は、基板１２とプローブ１３ａ，１３ｂとの相対位置を変化させる。例えば、制御ユニット１７は、プローブ１３ａ，１３ｂが基板１２に対して直線的に走査するように、駆動ユニット１４，１５を制御する。
【００７２】
また、制御ユニット１７は、プローブ１３ａにより、基板１２内の下地パターンを検出するのに並行して、プローブ１３ｂにより、下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成する。
【００７３】
ここで重要な点は、プローブ１３ａにより検出した下地パターンの直上のエリア内に、プローブ１３ｂにより微細パターンを描画することにある。即ち、下地パターンの位置を直接検出し、その直上に微細パターンを形成することができる。
【００７４】
これにより、基準となる下地パターンを検出してから実際に微細パターンを描画するまでに、プローブ１３ａ，１３ｂを長時間かつ長距離にわたって移動させることがなくなるため、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させることができる。
【００７５】
尚、下地パターンの検出に当たっては、基板１２に対する光学的アライメントを従属的に使用してもよい。例えば、基板１２に対する光学的アライメントを実行した後にプローブ１３ａにより下地パターンを検出すれば、さらに高精度なアライメントを実現できる。
【００７６】
図９は、図８のパターン形成装置を用いたパターン形成プロセスを示している。
【００７７】
このプロセスの特徴は、プローブ１３ａにより、下地パターンを検出するのに並行して、プローブ１３ｂにより、下地パターン上に微細パターンを形成することにある（ステップＳＴ１）。
【００７８】
即ち、下地パターンを検出するためのプローブ１３ａと、微細パターンを形成するためのプローブ１３ｂとが隣接して配置されているため、下地パターンを検出するのに並行して、下地パターン上に微細パターンを形成することができる。
【００７９】
尚、下地パターンが、導電線、電極などの電気的に機能する要素であるとき、微細パターンは、下地パターンと電気的接続を確保するためのコンタクトホールなどの要素である。また、下地パターンが、アライメントマークであるとき、微細パターンは、下地パターンの直上に形成されるアライメントマークである。
【００８０】
図１０は、図９のパターン形成プロセスの変形例を示している。
【００８１】
まず、光学的アライメントを実行し、基板内における下地パターンの大まかな位置について把握する（ステップＳＴ１）。
【００８２】
この後、プローブ１３ａにより、下地パターンを検出するのに並行して、プローブ１３ｂにより、下地パターン上に微細パターンを形成する（ステップＳＴ２）。
【００８３】
ここで、プローブにより微細パターンを形成する方法としては、第一に、基板内のレジスト層を部分的に露光する方法（例えば、電子ビーム露光法など）、下地パターンの直上のエリア内に直接パターンを形成する方法（例えば、DPN法など）がある。これらの方法の例としては、既に第１の実施例で説明したので、ここでの説明は省略する。
【００８４】
３．  第３の実施例  
第３の実施例は、一定間隔で配置される２つのプローブのうちの１つにより下地パターンを検出するのに並行して、他の１つにより下地パターンの直上とは異なるエリア内に微細パターンを形成することが可能なパターン形成装置に関する。
【００８５】
図１１は、パターン形成装置の第３の実施例を示している。
【００８６】
ステージ１１は、基板（被処理基板）１２の下面側に配置される。ステージ１１は、基板１１を支持すると共に、基板１１の下面に固定電位（例えば、正電位）を印加する機能を有する。基板１１は、例えば、半導体ウェーハである。
【００８７】
プローブ１３ａ，１３ｂは、基板１２の上面側に配置される。プローブ１３ａ，１３ｂは、互いに一定間隔だけ離れて配置され、かつ、互いに電気的に絶縁される。プローブ１３ａ，１３ｂは、それぞれ、例えば、カンチレバー型を有するが、それに限定されることはない。
【００８８】
駆動ユニット１４，１５は、ステージ１１及びプローブ１３ａ，１３ｂの少なくとも１つを駆動する。ステージ１１のみを駆動するときは、駆動ユニット１５を省略してもよい。また、プローブ１３ａ，１３ｂのみを駆動するときは、駆動ユニット１４を省略してもよい。当然、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３ａ，１３ｂの双方を駆動してもよい。プローブ１３ａ，１３ｂを駆動するときは、プローブ１３ａ，１３ｂの動きは同じになる。
【００８９】
駆動ユニット１４は、ステージ１１を駆動する。例えば、駆動ユニット１４は、ステージ１１を二次元的に駆動する。但し、ステージ１１は、駆動ユニット１４により、一次元的又は三次元的に駆動させることも可能である。
【００９０】
駆動ユニット１５は、プローブ１３ａ，１３ｂを駆動する。例えば、駆動ユニット１５は、プローブ１３ａ，１３ｂを三次元的に駆動する。但し、プローブ１３ａ，１３ｂは、駆動ユニット１５により、一次元的又は二次元的に駆動することも可能である。
【００９１】
モニタユニット１６ａは、基板１２内の下地パターンを検出するために、プローブ１３ａに電気的に接続される。例えば、モニタユニット１６ａは、ステージ１１とプローブ１３ａとの間の静電容量を検出することにより、基板１２内の下地パターンを検出する。静電容量により下地パターンを検出するとき、モニタユニット１６ａは、例えば、ステージ１１とプローブ１３ａとの間に交流を印加し、その電流波形を検出する。
【００９２】
尚、下地パターンは、静電容量以外の物理的ファクター、例えば、表面電位、磁界などにより検出することも可能である。
【００９３】
描画ユニット１６ｂは、下地パターンの直上のエリア内に微細パターンを形成するために、プローブ１３ｂに電気的に接続される。微細パターンを形成するとき、描画ユニット１６ｂは、例えば、ステージ１１とプローブ１３ｂとの間に電圧を印加する。
【００９４】
制御ユニット１７は、駆動ユニット１４，１５、モニタユニット１６ａ及び描画ユニット１６ｂを制御する。制御ユニット１７は、基板１２とプローブ１３ａ，１３ｂとの相対位置を変化させる。例えば、制御ユニット１７は、プローブ１３ａ，１３ｂが基板１２に対して直線的に走査するように、駆動ユニット１４，１５を制御する。
【００９５】
また、制御ユニット１７は、プローブ１３ａにより、基板１２内の下地パターンを検出するのに並行して、プローブ１３ｂにより、下地パターンの直上とは異なるエリア内に微細パターンを形成する。
【００９６】
ここで重要な点は、プローブ１３ａにより下地パターンを検出すると同時に、プローブ１３ｂにより微細パターンを描画することにある。これにより、基準となる下地パターンを検出してから実際に微細パターンを描画するまでに、プローブ１３ａ，１３ｂを長時間かつ長距離にわたって移動させることがなくなるため、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させることができる。
【００９７】
尚、下地パターンの検出に当たっては、基板１２に対する光学的アライメントを従属的に使用してもよい。例えば、基板１２に対する光学的アライメントを実行した後にプローブ１３ａにより下地パターンを検出すれば、さらに高精度なアライメントを実現できる。
【００９８】
また、図１１のパターン形成装置を用いたパターン形成プロセスは、第２の実施例と同様に、図９及び図１０に示すようになる。従って、パターン形成プロセスの説明については省略する。下地パターンについては、導電線、電極などの電気的に機能する要素であってもよいし、アライメントマークであってもよい。
【００９９】
本実施例は、上述の第１及び第２の実施例と比べると、下地パターンの位置と微細パターンの位置とが異なる。従って、実際に形成された微細パターンの位置、サイズ及び形状などに基づいて、プローブ１３ａにより検出される下地パターンとプローブ１３ｂにより形成する微細パターンとの関係を補正することが必要になる。
【０１００】
例えば、微細パターンの位置、サイズ及び形状などに基づいて、プローブ１３ａ，１３ｂの間隔（一定間隔の値）や、微細パターンを形成するときのプローブ１３ｂの位置などを調整する。
【０１０１】
そのために、本実施例では、微細パターンを形成した後に、プローブ１３ａにより、実際に形成された微細パターンを検出する。
【０１０２】
以下、その例について説明する。
【０１０３】
図１２及び図１３は、レジスト層に微細パターンを形成するプロセスを示している。
【０１０４】
基板（被処理基板）１２は、半導体層２０と、半導体層２０上の絶縁層２１と、絶縁層２１上の下地パターン（例えば、アライメントマークなど）２２と、下地パターン２２を覆う層間絶縁層２３と、層間絶縁層２３上のレジスト層２４とを備える。
【０１０５】
パターン形成装置を構成する要素、例えば、ステージ１１、プローブ１３ａ，１３ｂ、駆動ユニット１４，１５、モニタユニット１６ａ、描画ユニット１６ｂ及び制御ユニット１７については、既に説明したので、ここでの説明は省略する。
【０１０６】
本例では、図１１のパターン形成装置を用いて、レジスト層２４に微細パターンを形成すると共に、その微細パターンを再検出することによりプローブ１３ａ，１３ｂの位置や間隔を調整する例を説明する。
【０１０７】
まず、図１２に示すように、基板１２をステージ１１上に搭載する。また、駆動ユニット１４，１５を用いて、ステージ１１及びプローブ１３ａ，１３ｂの少なくとも１つを駆動し、プローブ１３ａ，１３ｂを基板１２の上面に沿って走査させる。
【０１０８】
例えば、プローブ１３ａをｘ方向に走査させながら、ステージ１１とプローブ１３ａとの間の静電容量を計測する。この場合、プローブ１３ａが下地パターン２２の直上のエリア内に配置されると、図５に示すように、ステージ１１とプローブ１３ａとの間の静電容量Ｃが増加する。
【０１０９】
従って、ステージ１１とプローブ１３ａとの間の静電容量を計測することにより、下地パターン２２を検出することができる。
【０１１０】
これに並行して、ステージ１１とプローブ１３ｂとの間に印加される電圧を制御することにより、レジスト層２４を部分的に露光させ、レジスト層２４に微細パターン（露光エリア）２５を形成する。
【０１１１】
例えば、レジスト層２４を露光するときは、ステージ１１とプローブ１３ｂとの間に電圧を印加し、プローブ１３ｂから放出される電子によりレジスト層２４を露光する。それ以外のときは、ステージ１１とプローブ１３ｂとの間に電圧を印加しない。
【０１１２】
これにより、下地パターン２２の直上のレジスト層２４に、微細パターン（露光エリア）２５を形成することができる。
【０１１３】
次に、図１３に示すように、プローブ１３ａにより、実際に形成された微細パターン２５の位置、サイズ及び形状などを検出する。
【０１１４】
例えば、微細パターン２５がレジスト層２４の露光エリアであるときは、露光による露光エリアの僅かな表面の凹凸、露光エリアの化学的変化による容量変化、さらには、露光エリアとそれ以外のエリアとの摩擦力（プローブ１３ａで走査したときの摩擦力）などを計測することにより、微細パターン２５を検出することができる。
【０１１５】
また、画像処理などの手法により、微細パターン２５を直接検出してもよい。
【０１１６】
そして、目標値としての微細パターンの位置、サイズ及び形状などの要素と、実際に形成された微細パターンの位置、サイズ及び形状などの要素とを比較し、両者の関係に基づいて、プローブ１３ａ，１３ｂの間隔（一定間隔の値）や、微細パターンを形成するときのプローブ１３ｂの位置などを調整する。
【０１１７】
本実施例によれば、プローブ１３ａ，１３ｂの走査中、即ち、下地パターンの検出中又は微細パターンの描画中において、微細パターンの位置、サイズ及び形状などをリアルタイムに補正することが可能である。
【０１１８】
例えば、本実施例は、ステージ１１やプローブ１３ａ，１３ｂなどの経時劣化、また、プローブ１３ｂから材料（レジストなど）を噴射するときは、材料特性及び噴射量の経時変化や、材料切れ及び材料の目詰まりによる微細パターンのサイズ及び形状の変化など、にも対応することができる。
【０１１９】
尚、微細パターンを直接形成するプロセス（例えば、図７参照）においても、上述と同じ効果を得ることができることは言うまでもない。
【０１２０】
４．  むすび  
実施形態によれば、プローブリソグラフィ技術におけるアライメント精度を向上させることができる。また、アライメントマークがなくても、高精度なアライメントを実現できるため、アライメントマークを省略することも可能である。このため、ＴＡＴ(turn around time)の短縮や、製造コストの削減などを図ることもできる。但し、本実施例によるアライメントと、アライメントマークによる光学的アライメントとを組み合わせることは、当然に可能である。
【０１２１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１：  ステージ、  １２：  基板（被処理基板）、  １３，１３ａ，１３ｂ：  プローブ、  １４，１５：  駆動ユニット、  １６：  モニタ／描画ユニット、  １６ａ：  モニタユニット、  １６ｂ：  描画ユニット、  １７：  制御ユニット。
【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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