JP2010123966A - 定電流マルチビームパターニング - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲット上にパターン形成すべき像の適切な露光を可能にすることを目的とする。
【解決手段】複数の露光段階における荷電粒子のビームを利用してターゲットの基板表面上にパターンを形成するための方法に関し、ビームは、パターン形成ビームへと分割され、基板とパターン画定手段の間に相対運動が生じる。これにより、パターン形成粒子ビームが基板表面全面で端から端まで有効に移動し、各露光段階で基板表面上の像要素を露光し、ターゲット上の像要素は、ビームレットに対して複数回、つまり特定のシーケンスに従って、複数の露光段階で何回か露光される。像要素の露光段階のシーケンスは、パターンの露光中、マルチビーム露光装置の光学カラム内の電流変動を小さくする目的で、特定のルールに従って一回の露光段階からその後の露光段階まで非線形に構成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、複数の露光段階における荷電粒子のビームを利用してターゲットの表面上にパターンを形成するための方法に関し、各段階は、該粒子ビームを生成するステップ、該粒子ビームをパターン画定手段内に向け、ビームレットの形状および相対位置を画定する複数の規則的に配置された同一形状のアパーチャを有するパターン画定手段のアパーチャアレイを使用して複数のビームレットを生成し、さらにパターン画定手段の電気制御が可能なブランキング手段を使用して選択されたビームレットの経路を有効にスイッチオフし、残りのビームレットが全体としてパターン形成された粒子ビームを形成するステップ、および制御可能な粒体光学手段を備える光学カラムを利用して該パターン形成された粒子ビームを該基板表面上に投影して、これらのスイッチオンされたアパーチャの像を形成するステップであって、各アパーチャが、均一に時間調整された各露光段階において基板表面上の１つの像要素に対応するステップを含み、基板表面上の１シーケンスの隣接する像要素にわたるビームレットの移動に従って基板とパターン画定手段の相対運動が起こり、その結果、パターン形成された粒子ビームが基板表面全面で端から端まで有効に移動し、各露光段階で表面上の該像要素を露光し、ターゲット上のこの像要素は、ビームレットに対して複数回、つまり、特定のシーケンスに従って複数の露光段階で何回か露光される。

荷電粒子を利用するマルチビームリソグラフィは、１９８０年代から研究されてきた。粒子ビームリソグラフィの１つの重要な用途は、半導体技術においてである。そこでは、リソグラフィ装置は、例えばシリコンウェーハなどのターゲット上に構造を画定するのに使用される（この開示を通して、用語ターゲットおよび基板は、相互に交換可能に使用される）。基板ウェーハ上に所望のパターンを画定するために、ウェーハは、感放射線性レジストで被覆される。その後、所望の構造がリソグラフィ装置によってレジスト上に結像され、レジストはその後、直前の露光工程によって画定されたパターンに従って一部を除去することによってパターニングされ、その後、エッチングなどの以後の構造化プロセスのためのマスクとして使用される。別の重要な用途では、ターゲット上の構造は、レジストなしで、例えばイオンミリング、または反応性イオンビームエッチングまたは堆積などのダイレクトパターン形成によって生成することができる。

１９７７年にＢｅｒｒｙ等が、非特許文献１において、ブランキングアパーチャアレイおよびイオン投影系に基づく描画戦略を提示した。Ａｒａｉ等の特許文献１は、パターン画定手段の役割を果たす、いわゆるブランキングアパーチャアレイ（ＢＡＡ）を使用する電子ビーム露光システムを論じている。ＢＡＡは、複数のアパーチャの列を有し、このアパーチャの像が、アパーチャの列に直角な方向で制御された連続的な動きで基板の表面全面に走査される。この列は、走査方向に沿って見てアパーチャがジグザグ状のライン（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ｌｉｎｅｓ）を形成するように、インターレース式に互いに対して整列される。したがって、ジグザグ状のラインは、それらが基板に対して移動する際、その間に隙間を残すことなく基板表面上に連続するラインを描き、これにより基板上の露光すべき全領域がカバーされる。

Ｂｅｒｒｙの概念から発して、Ｅ．Ｐｌａｔｚｇｕｍｍｅｒ等は、特許文献２で、相互に積み重ねられた複数の平板を備え、その間にアパーチャアレイ手段およびブランキング手段を備えるパターン画定デバイスを採用する、ＰＭＬ２（「投影マスクレスリソグラフィ」の省略）と呼ばれるマルチビーム直接描画概念を提示した。これらの分離した平板は、規定された距離のところで、例えばケーシングの中に一緒に搭載される。アパーチャアレイ手段は、該アパーチャを透過するビームレットの形状を画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、複数のジグザグ状のラインのアパーチャで構成されたパターン画定フィールド内に配置され、またアパーチャは、アパーチャの幅の第１の整数倍だけ該ライン内で離間して配置され、隣接するライン間は該幅の整数倍の分数だけオフセットされる。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する並び方で配置された複数のブランキング開口部を有し、詳細には、対応するジグザグ状のラインのブランキング開口部を有する。パターン画定デバイスの構造および作動に関する特許文献２の教示は、参照により本開示の一部として本明細書に含まれる。

ＰＭＬ２マルチビーム直接描画概念により、単一のビーム描画装置と比べて描画速度を大きく向上させることが可能になる。これは、必要な電流密度の減少、大きな断面による空間電荷の重要性の低下、平行描画戦略による画素転写率の向上、および複数のビームを使用することで可能な高度の冗長性により生じる。

出願人／譲受人の特許文献３は、少なくとも１つのアパーチャプレートと、ブランキング手段とを備える粒子ビーム処理に関するパターン画定手段を開示する。アパーチャプレート内のアパーチャは、「インターロッキンググリッド」内に配置され、すなわちアパーチャは、その基本グリッドが互いに噛み合う正方形または矩形内にグループで配置される。これは、走査方向に直角のおよび／またはそれに対して平行な方向に対して取られたアパーチャの位置が、該方向に沿って取られたアパーチャの実効幅の整数倍のみならず、該実効幅の整数分の１の整数倍だけ互いにオフセットされることを意味する。この文脈において、「走査方向」とは、荷電粒子ビームによってターゲット表面上に形成されたアパーチャの像が、露光工程でこれに沿ってターゲット表面全面に移動される方向を意味する。

「インターロッキンググリッド」解法により、個々のアパーチャの各像によって形成された個々のスポットのサイズがたとえ縮小されなくても、ターゲット表面上でより微細な解像度を得ることが可能になる。分数オフセットの特定の値は、アパーチャの実効幅の１／２^Ｋ倍の整数倍であり、Ｋは、正の整数である
さらに、特許文献３は、ターゲット上の１つの画素を一列に配置された複数のアパーチャによってその後露光することによるグレイスケールの生成を記載し、いかに効果的にシフトレジスタ方式を適用して、グレイスケールパターン、すなわち、最小露光照射量（黒）と最大露光照射量（白）の間に内挿された露光レベルを作り出すかを示している。

先行技術ＰＭＬ２概念は、基板が連続して移動され、一列に配置されたアパーチャのその後の露光によって、投影像の構造化ビームが、「白」画素のために１００パーセントの露光照射量を送達する戦略である。グレイレベルを実現するために、一列のアパーチャの全量がカラムへとさらに分割され、このカラムの数は、所望のグレイレベルの数に対応する。出願人／譲受人による公開済みの特許文献４に記載される最近の変形形態において、画素に十分な露光照射量を送達するために、各画素に対して（機械的）走査方向に沿った１つまたはいくつかのビームが使用される、いわゆる「トロッティングモード（ｔｒｏｔｔｉｎｇ ｍｏｄｅ）」描画戦略が提案される。この変形形態の利点は、ＣＭＯＳ構造の複雑さが低下し、データ管理が改良される点である。

ビットマップタイプのパターンコーディングに基づく全ての描画戦略において、リソグラフィ要件を満たすために、架空のグリッド（典型的には２０ｎｍピッチの物理的グリッド）に対する個々のビームの精密な位置制御が不可欠である。基本的に像の系統的な歪みは、ボケ（ｂｌｕｒ）の異方性の変化を引き起こし、上述の「トロッティングモード」では、１つの（または、選択された戦術および冗長性によってはいくつかの）ビームのみが１つの画素の総露光照射量に寄与するため、系統的な歪みはさらに、最終的に生成されるパターンの著しい歪みを引き起こすことになるであろう。同様に、レベル当たりの照射量は、アパーチャサイズ、およびアパーチャプレート上の各位置での電流密度に直接関係しており、これは、トロッティングモードの場合、より重要になる。

光学系の性能に対して基本的に大きな影響を与える別のパラメータは、マスクレス粒子ビーム露光装置の光学カラムを通る電流である。電流は、ビームの荷電密度に直接比例する、すなわち、装置によって、実際のパターン密度が露光される。粒子のクーロン相互作用（荷電密度に依存する）は、故に、電流に依存する。したがって、個々のビームレットのボケは、光学系内をより大きな電流が流れることによって増大する。このボケは、クーロン相互作用による影響を受け、装置の空間解像度に関する必須パラメータである。

特に、走査モードで露光が行われる際、大きなフィーチャが露光フィールド内に入ってきた時、電流は変化する。したがって、ターゲットは、フィーチャの境界で激しく変動するボケを伴って露光され、その結果、装置の全体の性能が低下することになる。

特許文献３に記載されるように、装置が像を露光するためにグレイレベルを使用する際にも同様の考え方が適用される。ここでは、電流は、パターン密度に依存するだけでなく、さらには、露光されるグレイレベルが理由で、露光工程中に変動する。

露光すべきパターンによって、電流変動は、例えば完全な「黒」露光（全てのアパーチャが閉鎖される）の後に完全な「白」露光（全てのアパーチャが開放する）が続くとき、最大可能電流の１００パーセントの高さになり得る。

米国特許第５，３６９，２８２号 米国特許第６，７６８，１２５号 米国特許第７，２７６，７１４号 米国特許出願第２００８２３７４６０号

Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ、１５（６）、１９９７、ｐｐ．２３８２−２３８６

上記に記載の欠点を克服するために、ターゲット上にパターン形成すべき像の適切な露光を可能にすることが、本発明の目的である。

この趣旨は、最初に述べたような種類の基板の表面上にパターンを形成する方法によって対処され、パターンを露光する際、マルチビーム露光装置の光学カラム内の電流の変動を減少させる目的で、像要素の露光段階のシーケンスは、特定のルールに従って非線形に時間軸上に並べられる。

本発明は、ターゲット電流を一定に維持する技術を使用し、これにより、ターゲットビーム電流変動に対する光学カラムの適合を克服することを可能にする。

基板または基板を被覆するタイプのレジストの表面が通常、線形かつ時間不変の習性を有する、すなわち、総放射照射量は、経時的分散のみを問題とすることから、１つの画素の特定のグレイレベルに関して、特定の選択されたビーム照射パワーの特定の露光時間インターバルは、総利用可能時間全体に自由に分散することができる。ビームレットのオン／オフ切り替えに関連して、別個のサブインターバルからこのような総利用可能時間インターバルを組み立てる際、このようなサブインターバルは、いずれの置換においても、総利用可能時間全体に再配列することが可能である。空間的および時間的に均質な電流分布を実現するために、切り替えられたビームレットは、一回の露光段階から次の段階まで可能な限り均等に分散されるように構成される必要があり、一般的に言えば、開放アパーチャ（すなわち、ビームレット）と利用可能なアパーチャの比が常に、可能な限りの近似でこの比の平均に適合する必要があることが要求される。

像要素の露光は、非線形で生じ、これは、ある特定の像要素が連続して露光されるのではなく、利用可能な時間全体にむしろ不規則に分散された複数の露光インターバルの中で露光され、各露光段階において空間的および時間的に均質な電流分布を可能にすることを意味する。

好ましくは、上述の特定のルールにより、いくつかの置換が可能であり、全てが、ターゲットに同一の照射量を送達する。

本発明の別の実施形態において、露光の際の光学カラム内の全体の電流変動を減少させる目的で、露光段階のシーケンスにおけるダミー露光として選択された像要素の付加的な露光を含むことによって露光パターンが修正され、ここではダミー露光は、露光されることを目的とせず、これに対してこの修正が露光効果を変えることのない基板の領域上の像要素の露光であり、像要素当たりの総照射量は、特定の閾値を下回ったままである。本来の像のパターン密度が特定の範囲内にある限り、これらの露光修正を使用してマルチビーム露光装置の光学系を通る電流を一定に維持することができる。それらはまた、基板上で空間的により一様な照射量分散を実現することを可能にする。

本発明の概念を適用するための好ましい方法において、ターゲット上の像要素は、Ｃ＋１の異なるグレイレベル、すなわち、最小（「黒」）露光照射量と最大（「白」）露光照射量の間に内挿された露光レベルまで露光され、各グレイレベルは、各像要素のアパーチャが、実際のグレイレベルによってそれぞれスイッチオンまたはスイッチオフされる露光段階のシーケンスとして実現され、露光段階のシーケンスは、特定のルールに従って非線形に並べられる。

本発明のさらに別の実施形態において、切り替えシーケンスに関する特定のルールは、Ｎ≧Ｃで、Ｎｘ(Ｃ+１)要素ｇ_iｊ∈｛０、１｝のマトリクスＧによって与えられ、０は、「スイッチオフされた」状態を表し、１は、「スイッチオンされた」状態を表し、Ｎは、複数の露光段階であり、Ｇは、ルール（１）

に従う。

本実施形態は、非線形アパーチャオンアンドオフシーケンスに対するグレイレベルの特定のリマッピング（ｒｅｍａｐｐｉｎｇ）を示しており、このシーケンスは、標準的な像（すなわち、全てのグレイレベルが均等に存在する像、以下の詳細な記載を参照）が露光される際、マルチビーム露光装置の光学カラムを通るほぼ一定の電流が可能であるように設計される。マトリクスＧにおいて特定のグレイレベルｊ∈｛０、１、．．．、Ｃ｝に関する露光シーケンスは、カラムベクトル｛ｇ_１ｊ、ｇ_２ｊ、ｇ_３ｊ、．．．、ｇ_Ｎｊ｝として表される。このようなベクトル内の全ての要素は、均等な時間（τ）の連続する周期に割り当てられ、ブランカーは、値ｇ_ｉｊによって、閉鎖あるいは開放される。

レジストの習性が、線形かつ時間不変であり、これにより露光中の照射量を単純に合計することから、式（１）は、原則として、所望の露光照射量が像要素に送達されることを保証する露光シーケンスに関する唯一の要件である。

本発明の別の実施形態において、マトリクスＧはさらにルール（２）

に従い、全てに関してｉ＝１、２、．．．、Ｎである。

このルールによって、異なる「オーダー」のシーケンス構造化同士を差別化することが可能である。全ての露光段階において同数のアパーチャがスイッチオンされなければならないため、Ｏ_１＝０に関して、最適なシーケンスが必要とされる。より効果の低いシーケンス、例えば従来技術から知られている線形マッピングは、Ｏ_１＝（Ｃ＋１）／２などより大きなＯ_１になる。

一般に式（１）を満たし、特定のＯ_１に関して式（２）を満たす全てのシーケンスは、「オーダーＯ_１のレベル１ビットシャッフル露光シーケンス」と呼ばれる。このビットシャッフリングレベル１の基本概念は、オーダーＯ_１を最小化するシーケンスを特定することであり、これにより、標準的な像を露光する際、マルチビーム露光装置の光学カラムを通る電流がさらに一定となる。

本実施形態は、ターゲット上の像の全ての画素に関して、すなわち露光中にスイッチオンおよびスイッチオフされる全てのビームレットに関して、マトリクスＧを特定する必要はないという事実を認める。特定のＯ_２に関して式（３）を満たすマトリクスＧ^ｘｙのセットは、「オーダーＯ_２のレベル２ビットシャッフル露光シーケンス」と呼ばれる。マトリクスＧ^ｘｙのセットが、Ｏ_２＝０で式（３）を満たし、Ｏ_１＝０で各個別マトリクスに関して式（１）および（２）を満たす場合、このセットを「完全なビットシャッフル」と呼ぶ。

明確にするために、用語「画素」および「像要素」は、本記載の中で相互に交換可能に使用されることが本明細書で記載される。

上記に記載したその異なる実施形態における特定のルールは好ましくは、パターン密度Ｄの変動によって生じるターゲット電流変動を補償する目的で、露光すべきパターン密度Ｄから独立して切り替えシーケンスの調整と組み合わせることができ、ターゲット電流Ｉ（ターゲット）は、
式（４）Ｉ（ｔａｒｇｅｔ）＝Ｉ（ｓｏｕｒｃｅ）*ＡＯＲを使用して確定され、ＡＯＲは、
式（５）ＡＯＲ=Ｄ・Ｃ/Ｎによる「アパーチャ開口比」であり、Ｃは、複数の異なるグレイレベルであり、Ｎは、複数の露光段階である。

式（４）は、ソース電流Ｉ（ソース）に対するターゲット電流Ｉ（ターゲット）の依存性を表す。露光時間インターバルτは、ソース電流変動に反比例して並行して適合されてよい。

式（４）で、ターゲット電流の計算が示され、ＡＯＲは、粒子ビームに対して透過なパターン画定手段のアパーチャのパーセンテージを表している。式（５）は、ＡＯＲが切り替えシーケンスパラメータＮの変動によってどのように影響され得るかを示している。

本発明のさらに別の実施形態において、ターゲット電流を一定に維持する、すなわち、様々な露光段階において荷電粒子の非パターン形成ビームを遮断することによる可能性が提示される。露光タイミングパラメータの適合と同調する非パターン形成ビームの電流変動により、パターン形成ビームの一定の電流が可能になる。それがゼロを超える場合、光学カラム内の電流が唯一問題となることから、これは起こり得る。全体のビーム電流が、露光中の特定の時間スイッチオフされる際、装置の「オン」の時間内の電流は、マルチビーム露光装置の光学系に必要な電流に匹敵する。

以下で、図面を参照して、より詳細に本発明を記載する。

長手方向断面の従来技術による、但し本発明に好適な粒子ビーム露光装置の全体の概略図である。 ビームレットがターゲット全面に「トロット」する従来技術による描画戦略の図である。 例示の像の画素マップの概略図である。 図３からの画素マップを直進（ｓｔｒａｉｇｈｔ―ｆｏｒｗａｒｄ）式に露光する際の粒子ビーム露光装置の光学カラムを通る電流の簡単な様式のグラフである。 図３からの画素マップを直進法で露光する際のビームレットの切り替えを三次元的に視覚化した図である。 本発明によるビットシャッフル法を使用して図３の画素マップを露光する際のビームレットの切り替えを三次元的に視覚化した図である。 図６に表された方法で画素マップを露光する際の光学カラムを通る電流のグラフである。 グレイレベルの直進マッピングの図である（ストップウォッチ手法）。 図８でのマッピングで平均的画素マップ（標準的な像）を露光する際に光学カラムを通る電流のグラフである。 本発明によるグレイレベルの非線形マッピングの図である。 図１０でのマッピング法による平均的画素マップ（標準的な像）を露光する際に光学カラムを通る電流のグラフである。

以下に考察される本発明の好ましい実施形態は、譲受人／出願人の特許文献２（イギリス特許第２３８９４５４Ａ号と等しい）に開示されるパターン画定（ＰＤ）系と、大幅に縮小する投影系とを備えたＰＭＬ２型粒子ビーム露光装置から発展したものである。以下において、最初に装置の技術的背景を、本発明に関する限り考察し、その後、本発明を詳細に提示する。

本発明は、以下の実施形態、すなわちＰＤ系の特定のレイアウトに限定されるものではなく、これは、本発明の可能な用途のうちの１つを表すのみであり、本発明は、同様の投影段を有する粒子ビームを利用する他のタイプの処理システムに適用可能であることを理解されたい。
マスクレス荷電粒子ビーム処理装置
図１は、それ自体、従来技術から知られているが、本発明を具現化するのに好適であるマスクレス荷電粒子ビーム処理装置ＰＭＬ２の全体の概略図を示す。構成要素は、サイズ通りに示されておらず、特に、粒子ビームｌｂ、ｐｂの横幅は、誇張されている。以下において、これらの詳細は単に、本発明を開示するのに必要とされるとき与えられる。より詳細を求める場合には、読者は、特許文献２および特許文献３を参照されたい。

リソグラフィ装置１の主な構成要素は、この例において図１内で下方に垂直に伸びるリソグラフィビームｌｂ、ｐｂの方向に対応して、照明系２、ＰＤ系３、投影系４、およびウェーハステージ１４によって保持され配置された基板１３を備えたターゲットステーション５である。装置の全体は、ビームｌｂ、ｐｂが、装置の光学軸ｃｘに沿って妨げられずに確実に伝播するように、高真空に保持された真空筐体（図示せず）の中に収容される。光学系２、４は、参照番号６で象徴的に表される静電気または電磁レンズを使用して実現される。

照明系２は、例えば、電子銃７、抽出系８ならびに集光レンズ系９を備える。同様に、一般的なブランキング偏光器９ａが存在する場合もある。しかしながら、電子の代わりに、一般に、他の電荷を帯びた粒子を同様に使用することができることに留意されたい。電子以外に、これらは、例えば水素イオンまたは重イオン、荷電原子クラスタ、または荷電分子であってよい。本開示の文脈において、「重イオン」とは、Ｏ、ＮなどＣより重いイオン要素、またはＮｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスを称する。

集光レンズ系９を利用して照明系２から放出された粒子は、リソグラフィビームｌｂとして機能する、幅広の、実質的にテレセントリックな粒子ビームに形成される。リソグラフィビームｌｂは、次いで、リソグラフィビームｌｂの経路内の特定の位置に保持されたＰＤ系３を照射する。ＰＤ系３は、規則的なアレイ内に配置され、基板１３上に投影されるビームパターンを画定する複数の開口部および／またはアパーチャ３０を備えたいくつかのプレートを備える。

アパーチャおよび／または開口部の一部は、それらによって、その中を通って伝送されたビーム（ビームレット）の一部が、ターゲットに到達することができるという意味において、入射ビームに対して透過であるように、「スイッチオン」、すなわち「開放」される。他のアパーチャおよび／または開口部は、「スイッチオフ」、すなわち「閉鎖される」、つまり対応するビームレットが、ターゲットに到達することができない（たとえそれらが、ＰＤ系を離れ、投影系４の一部を通って進むことができたとしても）という意味であり、事実上、これらの「スイッチオフされた」アパーチャおよび／または開口部は、ビームに対して非透過性（不透明）である。その結果、リソグラフィビームｌｂは、ＰＤ系３から出現するパターン形成されたビームｐｂへと構造化される。スイッチオンされたアパーチャおよび／または開口部のパターン、すなわち、基板１３上に露光すべきパタ−ンに従って、リソグラフィビームｌｂに対して透過であるＰＤ系３の一部のみが選択される。ビームレットの「スイッチオン／オフ」は通常、ＰＤ系３のプレートのうちの１つの中に設けられた好適なタイプのブランキング手段によって実現される。「スイッチオフされた」ビームレットは、その経路から外れて偏向され（極めて小さい角度で）、その結果、それらは、ターゲットに到達することができず、リソグラフィ装置内のいずれかの場所で、例えば吸収プレート１０によって単に吸収されるのみである。図１において、実際の多数のビームレットの典型例として、パターン形成されたビームｐｂのうちの５つのビームレットのみが示されている。ビームレットの１つは、スイッチオフされ、吸収プレート１０で吸収され、他の４つのビームレットは、基板１３に向けられ、そこでそれぞれのアパーチャ６の像を形成する。

図１に示される実施形態において、投影系４は、静電気または電磁レンズ、あるいは他の偏向手段から成る複数の連続する粒体−光学投影装置の段で構成される。これらのレンズおよび手段は、その用途が従来技術からよく知られているため象徴的な形態でのみ示される。投影系４は、クロスオーバｃ１、ｃ２による縮小結像を採用する。両段に関する縮小率は、全体の縮小が数百、例えば２００ｘとなるように選択される（図１は、縮尺されていない）。このオーダーの縮小は、ＰＤデバイスにおける小型化の問題を改善する目的で、リソグラフィセットアップに特に好適である。
投影系４全体において、レンズおよび／または偏向手段を色および幾何学的収差に対して広範に補償するための措置が施される。像を全体的に横方向に、すなわち光学軸ｃｘに対して直角の方向に沿ってシフトさせるための手段として、投影系４の中に偏向手段１１および１２が設けられる。偏向手段は、例えば、第１の偏向手段１１で図１に示されるようにクロスオーバ付近に、または図１の第２段偏向手段１２の場合のように、投影装置の最終レンズの後のいずれかに配置される多極電極系として実現することができる。この装置において、多極電極は、段の動きに関連して像をシフトさせる、さらにアライメント系と共に結像系を補正する２つの目的の偏向手段として使用される。これらの偏向手段１１、１２は、パターン形成されたビームｐｂの選択されたビームレットを「オン」または「オフ」に切り替えるのに使用されるＰＤ系３の偏向アレイ手段と混同されることはなく、これは、前者が全体として粒子ビームを扱うのみであるためである。

好適には、基板１３が入射ビームｐｂの下に移動される走査ストリップ露光戦略が利用される。基板１３の異なる部分が、別々にパターン形成されなければならないため、基板が、パターン形成されたビームの下に移動される際、「スイッチオンされた」アパーチャの数が迅速に変化し得ることに留意されたい。同時に、電流、すなわち、吸収板１０の後でリソグラフィ装置１の光学カラムを横断する粒子は、著しく変化し得る。

１つの典型的な実装形態において、基板１３上に対するＰＤ系３内のアパーチャのアレイの像の大きさは、８０μｍの二乗である。基板１３は、パターン形成されたビームの下で３ｍｍ／ｓの速度で移動され、したがって、概ね３０ミリセカンド毎に、生じ得る異なるパターンを有する完全に新しい領域が実現する。その結果、パターンは、ほんのミリセカンドの中で変化し、さらにリソグラフィ装置１の光学機器は、変化する電流、すなわち、光学カラムを横断する粒子の数の変化にうまく対処する必要がある。
グレイスケール
ＰＭＬ２概念によると、基板１３は、連続して移動され、ターゲット上の同一の像要素（画素）は、同一の走査移動の間、１シーケンスのアパーチャの像によって何度もカバーされる。ターゲット（すなわち、ターゲット上のレジスト）は典型的には、線形かつ時間不変の露光習性を示すため、画素の露光は、蓄積した照射量に対応する単一の値によって特徴付けることができる。ＰＤ系により、ビームレットの２進法制御、すなわちオン／オフ制御が可能になる。異なる照射量のグラデーションを露光するために、各画素の露光時間を変える必要がある。実際の系において、この変動は量子化される必要があり、実際の手法は、数Ｎのインターバルの継続期間τの中で１つの（および各）画素の露光を行うことを目的とし、各インターバルにおいて、その画素の上に衝突するビームレットを有したり、有さなかったりする。画素の露光は、次いで、その間ビームレットがその上に衝突するこのようなインターバルの数に関連する整数値で表すことができる。ビームレットは、全てのインターバルの中で同一のアパーチャから生じても、異なるアパーチャからの生じてもよい。

したがって、ターゲット上のある場所で１つの像要素を考えるとき、全てのアパーチャがスイッチオンされた場合、それらがこの像要素をカバーする際、これは、最大露光、すなわち、１００パーセントに相当する「白」シェードとなる。「白」シェードに加えて、グレイスケールに従って、すなわち最小（「黒」）と最大（「白」）露光照射量との間に挿入されるであろう露光レベルで、ターゲットで像要素を露光することが可能である。先に説明してきたように、グレイスケールは、基板１３が入射ビームの下で移動する際、そのライン内の対応するアパーチャの数、例えば３０個のアパーチャのうちの８個をスイッチオンすることによって実現される。したがって、像要素の値を制御する信号は、上記に記載した整数値、いわゆるグレイスケールコード、例えば、ｎビットの二進法の数としてコードされた整数として表される。異なる数のグレイシェードもあり得る。

図３は、１０ｘ１８=１８０画素のサイズの像１５の簡単な例を示しており、ここでは露光領域のいくつかの画素１６は、１００パーセントのグレイレベルまで露光され、他の画素１７は、完全なグレイレベルの５０パーセントまで露光される。残りの画素は、０パーセント照射（全く露光されない）に露光される。当然のことながら、本発明の実際の用途では、標準的像の画素の数は、はるかに大きいであろう。しかしながら、より明確にするために、ここでは画素の数は１８０個のみである。また、より多くのグレイレベルを使用することも可能である。
トロッティングモード
図２は、公開済みの特許文献４で考察される「トロッティング」戦略の概念を図示する。ターゲット４０、例えば、露光すべきレジストで被覆されたシリコンウェーハが、速度ｖで移動し、それと同時に複数のビームレット（明確にするために、ＡからＥで表された５つのビームレットのみが示される）が、ターゲット上に衝突する。各ビームレットは、一つの画素露光サイクルＴ１の中で、１つの画素に対する完全な照射量をレジストに送り、図２の最も上のフレームと最も下のフレームの間で推移する。図面の中で網掛けされたフィールドは、完全に照明された（プログラムされたパターンに従って）画素を表し、単に斜線が引かれたフィールドは、現在露光され、したがって合計して必要な照射量になりつつある画素を指す。方法の説明を簡素化するために、図２は、グレイスケールを考慮せず、むしろ図２では、完全な露光（１００パーセントのグレイスケール、「白」シェードに匹敵する）のみが示される。

ターゲットは、ＰＤ装置（図２の頂部を超えて固定位置にあることが推測される）に対して移動されるが、描画方法では、たとえターゲットが複数の画素をカバーする距離を移動したとしても、それぞれの画素露光サイクル中に各ビームレットがターゲット上に衝突する場所が、相対移動にも関わらず基板上の画素のその位置の上に固定されたままであることが要求される。したがって、ビームレットは、結像光学機器の偏向系を利用して、これに応じて偏向される。

ターゲット上で露光される画素の幅は、ｗで表され、２つの隣接するビームレットの距離は、Ｈ’ｗであり、Ｈ’は、１つのライン上で平行に描画するビームレットの数Ｈより１つだけ大きい。係数Ｈ+１は、ＨとＨ’が互いに素である（相対的素数）ことを確実にするための１つの簡単な選択であり、Ｈの素数である他の任意の数Ｈ’を代わりに使用することもできる。ＨおよびＨ’をこのように選択することにより、それらの間で等距離の並進の投影を行う際、一行程のＨ露光サイクルを通して隣接する画素の露光が確実になる。図２に示される簡素な例の場合、Ｈ=５であり、Ｈ'=Ｈ+１=６である。ｔ=０:０で最初の（最も上の）フレーム内に示される露光サイクルの始まりの最初の位置から始まり、時間は、一貫してｔ=０:１で表され、ターゲットの連続する移動は、１つの画素の幅ｗだけ進められ、２つの画素幅２ｗ（図示せず）でｔ=０:２ などになる。ｔ=０:５ (ｔ=０:Ｈ)で、この移動は、５（Ｈ）個の画素幅５ｗの距離まで進み、これは、実際の露光の終わりを表す。その後、ビームレットは、ｔ＝１：０で（ｔ=０:Ｈの直後の時点であり、換言するとｔ=０:Ｈ+δ=１:０であり δは、ビームレットを切り替えるのに使用されるわずかな時間インターバルを表す）次の画素露光サイクルを開始するために、図２の最も下のフレームに示されるように別のセットの画素に向けられる。このスキームを使用すると、Ｈ＊ｋ（ｋ∈Ｎ）隣接画素の露光は、ｋ+（Ｈ−１）の露光を必要とする。

図２のビームレットの傾斜は、大きく誇張されていることに留意されたい。ウェーハ工程の実際の形状の正しい描写では、傾斜角はかなり小さく、一見したところ人の目にはつきにくいであろう。さらに、その配向に影響を与えずにビームレットのセットを横方向にシフトすることも可能であり（例えば、静電気多重極の連続するセットを使用することによって）、その場合、傾斜角は全く変わらないであろう。また、偏向の範囲は好適には、Ｚ軸の周りで対称的になるように選択されてよい
上記の記載において、全ての画素は、１００パーセントのグレイ値まで完全に露光されることが推測された。実際のケースでは、当然のことながら、各画素は、露光すべきパターンによって決定される個々のグレイ値に属する。したがって、グレイスケールが含まれる際、いくつかのビームレットは、記載される露光段階のいくつかではスイッチオフされ、１つの画素から次の画素までのグレイスケールに従って堆積する照射量は異なるであろう。ＰＤ系内の全てのブランカーのオン／オフ切り替えは、各画素露光サイクル中、プログラムされたパターンに従って制御される。例えば、その対応するビームレットによって照明された１つの画素が、最大値の２５パーセントの照射量を受ける場合、そのビームレットに関するブランカーは、その画素をカバーする画素露光サイクルの２５パーセントの間開放される必要がある。

ＰＤ装置内の全てのブランカーのオン／オフ切り替えは、各画素露光サイクル中、プログラムされたパターンに従って制御される。例えば、その対応するビームレットによって照明された１つの画素は、最大値の２５パーセントの照射量を受ける場合、そのビームレットに関するブランカーは、画素露光サイクルの２５パーセントの間開放される必要がある。

一般に、上述の装置の光学系は、様々なパラメータに適合し、様々な要件を実現するように設計されなければならない。光学系の性能に重要な影響を与える１つのパラメータは、光学カラムを通る電流である。

ビームの粒子は荷電されているため、それらはクーロン相互作用によって互いに影響し合う。電荷密度は、ビーム電流と直接比例して変倍される。この電荷密度に依存するクーロン相互作用は、したがってビーム電流に依存し、ターゲット上のパターンの形状（特に、境界）に影響を与える。したがって、個々のビームレットのボケは、装置の空間解像度の重要なパラメータであり、光学系をより大きな電流が流れることにより増大する。
アパーチャと開口部の比
粒子ソースから放出される一定の電流を維持することは比較的容易であるが、ＰＤ系の後のビーム電流を制御またはさらには測定することは、はるかにより困難である。総電流が低いことから、またこの測定値が、測定されるビームに対して何の遡及効果も持つことができないことに起因して、電流の測定は元々困難である。したがって、ビーム電流を測定するために間接的な方法を使用する必要がある。

０（全てのアパーチャが閉鎖される）から１００パーセント（全てのアパーチャが開放する）までの値を採り得るアパーチャと開口部の比(ＡＯＲ)を定義することによって、式（４）Ｉ（ｔａｒｇｅｔ）=Ｉ（ｓｏｕｒｃｅ）・ＡＯＲによってターゲット電流を計算することができる。

ＡＯＲがわかっている場合、ターゲットでの電流を計算することは簡単である。ＡＯＲは、パターン密度Ｄに密接に関連しており、これは、範囲［０、１］に調整された一回の露光の全画素の全てのグレイレベル値の合計として定義される、すなわち、画素が全く露光されない場合、それは０になり、全ての画素が最大グレイレベル値Ｃを有する場合、１になる。固定されたＩ（ソース）に関して、完全に露光された（「白」、すなわちグレイレベルＣ）画素に対して照射量Ｄ_ｍａｘを送達するためには、最小時間Ｔ_ｍｉｎが必要である。
すなわち、Ｄ_ｍａｘ＝Ｉ（ｓｏｕｒｃｅ）・Ｔ_ｍｉｎである。

したがって、画素に完全な露光照射量（「白」）を送達するアパーチャは、Ｔ_ｍｉｎの間開放される必要がある。多数のアパーチャの開放時間が、利用可能時間Ｔ_ｅｘｐ（≧Ｔ_ｍｉｎ）のインターバル内に均等に分散される際、この露光の平均ＡＯＲは、
ＡＯＲ=Ｄ・Ｔ_ｍｉｎ／Ｔ_ｅｘｐとなる。

特に露光が走査モードで行われる際、特に濃密にあるいはまばらにパターン形成された領域が、露光フィールド内を移動する際、パターン密度Ｄは、変化する。固定パラメータＩ（ソース）およびＴ_ｅｘｐに関して、これは、強力なターゲット電流変動につながり、これによりターゲットは、クーロン相互作用効果の強度が変化することに起因して、フィーチャの境界で特に顕著な激しく変動するボケに対して露光され、結果として装置全体の性能が低下する。

上記に説明してきたように、図３は、１０ｘ１８＝１８０画素のサイズの例示の像１５を示しており、ここでは、露光領域のいくつかの画素１６は、１００パーセントのグレイレベルまで露光され、他の画素１７は、完全なグレイレベルの５０パーセントまでしか露光されない。残りの画素は、０パーセント照射量に露光される、すなわち、全く露光されない。当然のことながら、本発明の実際の用途では、像内で使用される画素の数も、異なるグレイレベルの数も、はるかに大きいであろう。しかしながら、ここでは、より明確にするために、画素の数は１８０個のみである。

Ｃ＋１の異なるレベルのグレイスケールが存在する。露光は、継続時間τ＝Ｔ_ｅｘｐ／ＮのＮ露光段階に分割される。各画素は、Ｎ≧Ｃで、Ｎ露光段階のうちの数ｎ∈｛０、１、．．．、Ｃ｝の中で露光され、ｎ＝０は、非露光画素に関連し、ｎ＝Ｃは、完全に露光された「白」画素に関する。

像を露光するための直進的な手法は、「ストップウォッチ」スキームを使用することである、すなわち、全てのグレイレベルに関して、ビームレットは、時間ゼロでスイッチオンされ、所望の露光時間が経過した後スイッチオフされる。これは、図５に描かれ、図３の像の経時的な露光を示す。最初に、０を超えるグレイレベルを有する全ての画素が露光され、最終的には、最も高いグレイレベルを有する画素のみが露光される。

その結果、ＰＤ系を通ってターゲット上に伝達される電流は、露光工程中大きく変化する。これは、図４に示される。一回の露光Ｔ_ｅｘｐの期間全体にわたって、ＡＯＲは、最大可能電流、すなわち、全てのアパーチャが開放される場合の２０パーセントから４０パーセントまで変化する。これは、５０パーセントと１００パーセントのグレイレベル画素が露光されるため、最初により多くのビームレットが、スイッチオンされることに起因する。最終的に、１００パーセントのグレイレベルドットのみがスイッチオンされ、これにより電流は、有意に降下する。

いかなる時もＡＯＲがわかっている場合、先に説明してきたように、光学カラム内のビーム光学機器（図１の４）を、カラムを通る実際の電流に適合させることができる。しかしながら、この適合性のある光学機器に関する必要な時間定数は、ハイスループットツールであるため著しく小さいものであろう。露光時間Ｔ_ｅｘｐは典型的には、数マイクロセカンドの範囲であり、したがって、定電流の期間は、典型的なＮ＝１０^１．．．１０^２に関して１から２オーダーの大きさだけさらに短くなる。異なる電流に対する光学カラムの適合は、高圧の設定を必要とするため、このような高い比率での適合は、実現するのが著しく困難であろう。
ビットシャッフリングレベル１
電流変動を克服するために、本発明による、いわゆる「ビットシャッフリングレベル１」が採用される。

電流変動の減少を評価するために、Ｍ画素で構成された標準的な像を画定することが望ましい。全てのＣ＋１グレイレベルは、均等に分散される、すなわち、Ｍは（Ｃ＋１）の倍数であり、像内で利用可能な全ての可能性のあるグレイレベルのＭ／（Ｃ＋１）画素が存在する。

「ビットシャッフリングレベル１」は、非線形アパーチャオンアンドオフシーケンスに対するグレイレベルのリマッピングであり、好適には、標準的な像が露光される際、光学カラム内をほぼ一定の電流が通過できるように設計される。グレイレベルマッピングは、Ｎ≧Ｃおよび要素ｇ_ｉｊ∈｛０、１｝で、Ｎｘ（Ｃ+１）マトリクスＧとして定義することができ、０は、閉鎖アパーチャを表し、１は開放アパーチャを表す。特定のグレイレベルｊ∈｛０、１、２、．．．、Ｃ｝に関する露光シーケンスは次いで、カラムベクトル｛ｇ_１ｊ、ｇ_２ｊ、ｇ_３ｊ、．．．、ｇ_Ｎｊ｝として表される。このようなベクトル内の全ての要素は、均等な時間（τ）の連続する周期のに割り当てられ、アパーチャは、値ｇ_ｉｊによって閉鎖または開放される。

リマッピングの目的は、グレイ値の正確なマッピングを実現することであり、これは、グレイ値が、段階の間で起こり得る最も小さい電流変動でＮ露光段階全体にマップされることを意味する。

露光シーケンスへのグレイ値のセットの正確なマッピングを実現するために、マトリクスＧの要素は、式（１）

に従う必要がある。

最後のＮ露光段階の後、レジストの照射量は、必要な照射量ｊに等しくなければならない。これは、露光シーケンスに関する唯一の要件であり、その理由は、レジストの習性が線形かつ時間不変であり、したがって、露光中、照射量を単純に合計するためである。明確な理由については、全てのｉに関してｇ_ｉ０＝０である。したがって、マトリクスの第１のカラムは固定される。標準的像の露光中、より一様に分散された電流を実現するために、式（２）

によってマトリクスＧに別の制約が課される。

式（２）は、Ｇマトリクスの各列の合計が、Ｏ_１を超えてその減数と異なるべきではなく、この減数は、Ｎで割ったＧマトリクス内の全てのものの数であり（全てのｊに関する式（１）の合計、１≦ｊ≦Ｃ）、すなわち換言すると、マトリクス列当たりのその平均的な数である。（１）を満たし、それに関してＯ_１が（２）を満たす最小値である全てのシーケンスセット（すなわち、マトリクスＧ）は、以後「オーダーＯ_１のレベル１ビットシャッフル露光シーケンス」と呼ばれる。明確には、Ｏ_１＝０は、（２）を満たす最適なシーケンスに対して成り立ち、Ｏ_１＝（Ｃ＋１）／２に関しては最悪のケースのシーケンス（例えば、線形マッピング）に関してすら成り立つ。Ｏ_１がゼロに近づく際、開放アパーチャと利用可能なアパーチャの比は、概して、露光を通して一定に維持される。

「ビットシャッフリングレベル１」の基本概念は、オーダーＯ_１を最小化するシーケンスを特定することであり、これにより標準的な像の露光中、カラムを通る電流がより均一になる。理想的には、この目的のために、オーダーＯ_１＝０のマトリクスＧを特定することができる。

図６は、「ビットシャッフリングレベル１」を適用した図３の像の経時的な露光を示す。これは、幾分不規則に分散されて、異なるグレイレベルが露光されることを意味する。基板上のレジストが、線形かつ時間不変的習性を有するため、同一のｘ、ｙ座標を有する特定の画素の露光は、任意の置換で時間軸に沿って再度指示（ｒｅｏｒｄｅｒ）することができる。空間的および時間的に均質の電流分散を実現するために、画素は、図６内で三次元配列（ｘ、ｙ、ｔ）内で可能な限り均等に分散されて配置される。換言すると、三次元データ配列の任意のサブ空間において、開放アパーチャと利用可能アパーチャの比は、可能な限りの近似で平均パターン密度と一致しなければならない。

結果として生じる利点が、図７に示されており、これは、経時的電流変動を示す。電流変動は、図４および図５に表されるマッピングシーケンスでの変動と比較すると、最大可能電流、すなわち全てのアパーチャが開放された場合の０．６パーセントまで降下する。

図８から図１１は、８つのグレイレベル（０を含む）の例に関する本発明による概念を示す。図８は、従来技術からの簡単な手法を示しており、各段階において、異なる数字（図８では「ＧＬ」と印された）のグレイレベルが露光され、ゼロ以外の７つのレベル全てから始まり、１つのレベルのみが露光されることで終わる。これは、図９で見ることができるように、標準的な像を露光する際の大きな電流変動につながる。

図１０は、例示の露光シーケンスを示し、各段階において、同数の画素が露光される。これは、マトリクスＧによって示すことができる。

異なるグレイスケールが均等に分散されることで、これは、露光中の電流につながり、図１１に見ることができるにように、概してこれは一定である。

レベル１ビットシャッフリングは、異なるグレイレベル（ＧＬ）を有する像に対して有効に作用するが、少数のグレイレベルのみが像内で使用される際、機能しない恐れがある。したがって、本発明の別の態様として、「ビットシャッフリングレベル２」と称される第２の段階が採用される。
ビットシャッフリングレベル２
マトリクスＧは、像の全ての画素に関して均等または均一である必要はない。むしろ、像内の全ての画素に対して異なるマトリクスＧを割り当てることができる。当然のことながら、割り当てられたマトリクスのそれぞれは、式（１）を満たす必要がある。

像内の位置ｘ、ｙ上の１つの画素に関して、特定のマトリクスＧが、該画素に関するマッピングであることを示すために、表記Ｇ^ｘｙが使用される。Ｇ^ｘｙの要素は、

∀ｊ∈｛０、１、．．．Ｃ｝、ｉ∈｛１、２、．．．、Ｎ｝、

ｃａｒｄ（Ｓ_ｘｙ）≧ｎ_ｍｉｎ
において定義される。

機能カード（・）は、パラメータとして与えられたセットの基数を評価し、この基数は、セットの要素の数の測定値である。式（３）は、総電流に対する各グレイレベルｊの寄与率の変動が、少なくともｎ_ｍｉｎ要素（画素）の像領域ＸｘＹ内の画素の全てのサブセットＳ_ｘｙに関して、および露光の全ての別個のサブインターバルｉに関して、上方境界Ｏ_２を有するという目的を明確に表す。サブセットＳ_ｘｙに関して物理的意味を持つために、それらの要素は、例えば一点から最大距離内にある１セットの組（ｘ、ｙ）にひとまとめにされるべきである。

その各個別のマトリクスもやはり（１）を満たす（３）のマトリクスＧ^ｘｙの全てのセットは、「オーダーＯ_２のレベル２ビットシャッフル露光シーケンス」と呼ばれる。Ｏ_２＝０で、式（３）を満たす最適シーケンスの取得もやはり、積ＸＹ（すなわち、像のサイズ）に依存する。

マトリクスＧ^ｘｙのセットは、「完全なビットシャッフル」と呼ばれ、これはＯ_２＝０で式（３）を満たし、Ｏ_１＝０で各個別マトリクスに関して式（１）および（２）を満たす。

特定の実装形態に関して、マトリクスＧ^ｘｙの適切なセットを見つけるために、異なるアルゴリズムを選択することができる。一般に、労力（計算力）と性能の間には常に妥協点が存在する。マトリクススセットＧ^ｘｙの定義（生成）と作動中のマッピングとを区別することが重要である。シーケンスは一般に、例えば、Ｇ^ｘｙの実現可能なセットの徹底的なサーチを使用して、または確率的シミュレーション（モンテカルロ法）を使用して、オフラインで定義される。

像のグレイレベルが特定のアパーチャオン／オフシーケンスに対して割り当てられる際、マッピングは、オンラインで、すなわち、データ準備ソフトウェアの実行時のそれぞれの荷電粒子ビーム露光装置の作動中に行われ、これは通常ルックアップテーブルおよび／または有限状態機械を使用することによって行われる。用語「状態機械」はここでは、ハードウェア内で定義された特定のシーケンスのコマンドを実行する高度に最適化されたマイクロプロセッサを表している。
ビットシャッフリング最適化問題に対する好ましい解法
以下において、マトリクスＧ^ｘｙのマッピングの例示の方法が示され、これは有効に実施することができる。このセクションは、Ｎ＝Ｃを設定しており、Ｎ≧Ｃへの拡大およびその利益は、次のセクションで示される。

データ準備工程において、多角形の露光データがグレイレベルパターンに変換（ラスタライズ）される。１つの画素に関するグレイレベルの定義とその画素の露光との間の任意の地点で、マッピング工程を行う必要がある。マッピングは、適切なソフトウェアルーティンによって従来のコンピュータ上で行うことができる、あるいは、物理的データ経路の一部として、またはＰＤそれ自体として直接ハードウェア内で実施することができる。ハードウェア内で実施するために共通して使用される「ルックアップテーブル」または「有限状態機械」などのハードウェア設計要素を使用することができる。

ビットｊ_ｎ、ｊ_ｎ−１、．．．、ｊ_ｏでグレイレベルｊを２進数として利用できる場合、任意のグレイレベルｊ∈｛０、１、．．．、Ｃ｝に関する露光シーケンスは、カラムベクトル｛ｊ_ｎ、ｊ_ｎ、．．．、ｊ_ｎ、ｊ_ｎ−１、．．．、ｊ_ｎ−１、．．．、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_１、ｊ_１、ｊ_０｝として定義される。長さ２^ｎ＋１−１のこのベクトル内で全ての要素ｊ_ｎは２^ｎ回出現し、したがって、このようなラインベクトルは「ビット荷重露光ベクトル」と呼ばれる。このベクトルが、全てのグレイレベルｊに関して式（１）を満たすことは明らかであり、さらに全てのグレイレベルに関して同時に起こるこのラインベクトルの任意の置換が、有効なマッピングシーケンスをもたらす、すなわち、それらは式（１）を満たす。さらに、それらは、オーダー０のレベル１ビットシャッフリングシーケンスである。これらのベクトルは、「置換されたビット荷重露光ベクトル」と呼ばれる。

これらの置換シーケンスのいくつかは、例えばハードウェア内で、状態機械を利用することによって容易にマップすることができる。次の段階は、レベル２ビットシャッフリングシーケンスである。多数の可能なマッピングシーケンスが、先の段落で既に特定されているため、異なる置換を異なるビームレットに割り当てる必要がある。

マトリクスＧ^ｘｙのレベル２ビットシャッフルセットを獲得するための１つの簡素な方法は、マトリクスを「回転」させることである、すなわち、全ての列を１つの位置だけ上にずらし、一番上の列を最下部に配置する。このようなシーケンスは、「回転マッピングシーケンス」と呼ばれる。この方法により、Ｎ個の異なるマトリクスＧ^（０）からＧ^{（Ｎ−１）}が生じる。全てのＧ^ｘｙを、これらのＮ個のマトリクスのうちの１つに割り当てる必要があり、Ｇ^（０）からＧ^{（Ｎ−１）}のＮ個の異なるマトリクスは、均等に分散されなければならない、すなわち、それらは、Ｇ^ｘｙマトリクスのセット内で同一数だけ存在する必要がある。

Ｎ個の異なるマトリクスＧ^（０）からＧ^{（Ｎ−１）}を均等に分散することができるように、Ｎ｜ＸＹ、すなわち、余りなしでＸ・ＹがＮで割り切れることが必須である。

これを正確に満たすことができないとしても、マトリクスＧ^ｘｙのレベル２のシフトされたセットがもたらす分散は、極めて均等になるであろう。この理由としては、Ｎは通常、ＸＹよりはるかに小さく、したがって、異なるマトリクスＧ^（０）からＧ^{（Ｎ−１）}が、ほぼ均等に分散されるためである。

上記に記載の方法によって、１回の露光（Ｎサブステップ）中、または最終的には、いくつかの連続する露光の間にパターン密度が大きく変化しない場合には、より長い間、ほぼ一定の電流を維持することが可能になる。しかしながら、後者は、通常推定することが不可能であり、したがって、付加的適合を行う必要がある。
露光分散の経時的変動
ビットシャッフリング手法からのパラメータを使用すると、上述のＡＯＲとパターン密度Ｄとの関係は、ＡＯＲ=Ｄ・Ｃ/Ｎとなる。

したがって、可変のＮによってＡＯＲを変えることが可能であり、制限値内で、露光像によって決定されるパターン密度Ｄに対してほぼ一定に保つことができる。上記に提示された好ましいビットシャッフリング解法に関して、ＮはＮ:=Ｃに固定された。次に、Ｎは、生じるカラムベクトルを（Ｎ−Ｃ）ゼロ｛０、．．．０、ｊ_ｎ、ｊ_ｎ、．．．ｊ_ｎ、ｊ_ｎ−１、．．．、ｊ_ｎ−１、．．．、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_２、ｊ_１、ｊ_１、ｊ_０｝に拡張することによって変えられる（Ｎ>＝Ｃ）。式（１）は、なお満たされるが、式（２）は一般に、Ｏ_１＝０と一致することは不可能であり、すなわち、Ｎ｜Ｃの場合のみである。しかしながら、レベル２ビット−シャッフリングを再度適用する際、典型的にはＸＹ＞＞Ｎであるため、カラムベクトルの回転にゼロを含むことによって、かなりの近似値で（３）を満たすことができる。ゼロはしたがって、Ｎ位置全体にほぼ一様に分散される。

この方法を適用するために、特定のパターン密度Ｄを有する全ての露光に関して、このようにして実現したＡＯＲと、露光全体にわたる平均ＡＯＲとの差を最小化するＮを有するマトリクスセットＧ^ｘｙが使用される。上述のゼロの挿入は、回転用のカウンターを備えた有限状態機械を使用してハードウェア内で容易に実施することができる。
サブリミナル露光パターン修正
ＡＯＲを一定に維持するためのさらに別の方法は、露光の結果に対して何の影響も持たない領域内で露光像をサブリミナルに修正することによってパターン密度Ｄを変えることである。これは通常、大半のレジストが、高い「コントラスト」を有するため、レジスト露光によって可能である、すなわち、レジストの化学的変形を引き起こすのに達する必要のある照射量閾値が、厳密に定義される。これにより、完全な露光の範囲において送達照射量をわずかに減少させ、非露光（「暗い」）領域内の送達照射量をわずかに増加させることはいずれも、露光結果、すなわち現像後の輪郭線または残りのレジスト層の厚みに顕著な影響を与えない。
露光タイミング適合によるソース電流変動
先に詳細に記載したように、ターゲット電流は、ＡＯＲ＝Ｄ・Ｃ／Ｎで、Ｉ_target＝Ｉ_source・ＡＯＲとして計算することができる。ＡＯＲを変えること以外に、変動するパターン密度に対してターゲット電流を安定させて維持する目的で、Ｉ_sourceを変えることによってターゲット電流に対して影響を与えることも可能である。上述のように、パターン形成されないビームｌｂに対するビーム光学機器は、パターン形成されたビームに対するものよりも適合させやすい。ソース電流が変えられた場合、異なる電流が開放アパーチャ内を通過するため、同一の照射量ｄ_ｍａｘ〜Ｉ_source／（τ／Ｃ）を送達させるために、露光タイミングを適合させる必要がある。

Claims (9)

1. 複数の露光段階における荷電粒子のビームを利用してターゲットの表面上にパターンを形成するための方法であって、各段階が、
   前記粒子ビームを生成するステップと、
   前記粒子ビームをパターン画定手段内に向け、ビームレットの形状および相対位置を画定する複数の規則的に配置された同一形状のアパーチャを有する前記パターン画定手段のアパーチャアレイを使用して複数の前記ビームレットを生成し、さらに前記パターン画定手段の電気制御が可能なブランキング手段を使用して前記ターゲットに向かう選択されたビームレットの経路を有効にスイッチオフし、残りのビームレットが全体としてパターン形成された粒子ビームを形成するステップと、
   制御可能な粒体光学手段を備える光学カラムを利用して前記パターン形成された粒子ビームを前記基板表面上に投影して、これらのスイッチオンされたアパーチャの像を形成するステップであって、各アパーチャが、均一に時間調整された各露光段階において前記基板表面上の１つの像要素に対応するステップとを含み、
   前記基板表面上の１シーケンスの隣接する像要素にわたる前記ビームレットの移動に従って前記ターゲットと前記パターン画定手段の相対運動が起こり、その結果、パターン形成された粒子ビームが前記ターゲット表面全面で端から端まで有効に移動し、各露光段階で表面上の前記像要素を露光し、前記ターゲット上の像要素が、前記ビームレットに対して複数回、つまり特定のシーケンスに従って複数の露光段階において何回か露光され、前記パターンの露光中、マルチビーム露光装置の光学カラム内の電流変動を減少させる目的で、前記像要素の露光段階のシーケンスが、特定のルールに従って時間軸の上に非線形に配列される方法。
2. 前記特定のルールによって、全てが前記ターゲットに同一の照射量を送達するいくつかの置換が可能になる、請求項１に記載の方法。
3. 前記露光パターンが、露光中の前記光学カラム内の全体の電流変動を減少させる目的で、露光段階のシーケンスにおけるダミー露光として選択された像要素の付加的な露光を含むことによって修正され、ダミー露光は、露光されることを目的とせず、これに対して前記修正が露光効果を変えることのない前記基板の領域上の像要素の露光であり、像要素当たりの総照射量が、特定の閾値を下回ったままである、請求項１に記載の方法。
4. 前記ターゲット上の前記像要素が、特定の数Ｃ＋１の異なるグレイレベル、すなわち最小（「黒」）露光照射量と最大（「白」）露光照射量の間に内挿された露光レベルまで露光され、前記各グレイレベルは、各像要素の前記アパーチャが、実際のグレイレベルによってそれぞれスイッチオンまたはスイッチオフされる露光段階のシーケンスによって実現され、露光段階の前記シーケンスが特定のルールに従って非線形に並べられる、請求項１に記載の方法。
5. 前記切り替えシーケンスに関する特定のルールが、Ｎｘ（Ｃ+１）要素ｇ_iｊ∈｛０、１｝のマトリクスＧによって与えられ、０は、「スイッチオフされた」状態を表し、１は、「スイッチオンされた」状態を表し、Ｎは、複数の露光段階であり、ルール
   

   

   に従い、ｊは、露光すべき照射量である、請求項４に記載の方法。
6. 前記マトリクスＧが、さらにルール
   

   

   に従い、すべてに関してｉ＝１、２、．．．、Ｎである、請求項５に記載の方法。
7. 
8. パターン密度Ｄの変動によって生じるターゲット電流変動を補償する目的で、前記切り替えシーケンスが露光すべきパターン密度Ｄから独立して調整され、前記ターゲット電流Ｉ（ターゲット）が、式Ｉ（ｔａｒｇｅｔ）＝Ｉ（ｓｏｕｒｃｅ）*ＡＯＲを使用して確定され、ＡＯＲは、式ＡＯＲ=Ｄ・Ｃ/Ｎによる「アパーチャ開口比」であり、Ｃは、複数の異なるグレイレベルであり、Ｎは、複数の露光段階である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 種々の露光段階において、パターン形成されない荷電粒子のビームが遮断される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

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