JP4966461B2

JP4966461B2 - 位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置（パターンのロックシステム）

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Publication number: JP4966461B2
Application number: JP2001276043A
Authority: JP
Inventors: シャルプカアルフレッド; ステングルゲルハルト; レシュナーハンス; ノバークロベルト; エーダーシュテファン
Original assignee: イーエムエスナノファブリカツィオンアーゲー
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: JP2002175979A; US20020033457A1; GB2369240A; US6661015B2; GB2369240B; GB0122003D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子投影の平版印刷法において画像の位置合わせをする技術に関する。特に、本発明は、幅広の粒子ビームによってマスクに形成され且つターゲット上に作像される構造のパターンの光学画像の位置と形状とを計測するようになっている位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置に関し、そこで、本装置は、上記粒子ビームの放射線による照射時に二次放射線を発生するようになっており且つ上記光学画像を発生するビーム部分を通す開口が設けられている複数の位置合わせマークを有している。
【０００２】
【従来の技術】
粒子投影システムにおいてウェーハ回路基板等のターゲット上に作像された構造パターンを位置合わせする方法と装置は、公知であり、また米国特許第４，９６７，０８８号と米国特許第４，８２３，０１１号とに詳細に説明されている。これらの二つの米国特許文献の全内容は、ここに参考に組み込まれている。
【０００３】
半導体装置を製造するために必要とされる色々なプロセスの内で、平版印刷が非常に重要である。簡単に説明すると、平版印刷作業は、イオン放射線等の放射線に感応するフォトレジスト又は単に『レジスト』と呼ばれている薄層の材料である、例えばシリコンウェーハ等の回路基板を被覆することで始まる。平版印刷の露光装置は、マスク上に収められるパターン又はレチクルの画像をレジストで被覆されたウェーハ上に投影する。ウェーハは、マスクの同じパターンがウェーハ上に何回かに分けて露光される一連の露光位置に渡って逐次段階的に加工されるが、各露光位置は、ウェーハが全ての加工処理後に分けられる幾つかのチップの一つ一つに対応している。現像することで、ウェーハ表面上に所望の画像を描写しているレジストパターンを残す。ウェーハは、次にエッチング、酸化処理、イオン注入、拡散及び析出等の多くの可能な加工処理の内のいずれかを受けることになる。
【０００４】
所望の回路設計に合わせるためにウェーハにパターンを形成する工程では、単一のチツプ位置に幾つかの相補的なマスクパターンを作像することがしばしば必要とされている。或る所定回路の特徴を精確に生じさせるために、色々なマスクパターンが注意深く重ねられなければならず、また画像をウェーハ位置と照合することが必要である。そのような重ね作業の品質要求は、回路特性がマイクロエレクトロニックの分野の時勢に応じてどんどんと小さくなり続けるに従って年々厳しさを増している。
【０００５】
米国特許第４，９６７，０８８号と米国特許第４，８２３，０１１号に開示されている位置合わせシステムは、露光時間の前やその最中に画像フィールドの位置と大きさのリアルタイムの計測と調節とを行っている。位置合わせは、例えばウェーハ面での画像のＸ及びＹの並進移動と、回転角度θと、各々横スケールに対する倍率Ｍ_X，Ｍ_Y と、更に不等辺四辺形状の歪み△_X ，△_Y について行われる。露光中には、これらパラメータの変化は、電圧の変動（倍率Ｍに影響）によって、又は横方向Ｘ、Ｙ及びＺ−方向の両方向において投影システムに対するターゲット場所の若干の動きによって起き得るもので、後者のＺ−方向での変動は、更に倍率Ｍにおける変化も引き起こす。これら全てのパラメータは、照射方向に見て、ターゲットの正面に位置決めされた、例えば基準プレート上に設けられた一組の位置合わせマークから計測されるようになっている。光学画像は、基準プレートに設けられた開口を通して投影され、他方位置合わせマークは、開口の周りにおいて基準プレート上で位置決めされると共に、マスクにおいて形成されて、またターゲット上に形成される構造パターンの光学画像に使用されるパターンビームと共に基準プレートの面上に作像される各々の基準ビームによって照射される。
【０００６】
特に、イオンが照射粒子として使用されるときには、焦点深さは非常に大きくなり、その結果、ターゲット面に焦点が結ばれる基準ビームは、たとえターゲット面が或る距離だけターゲットからずれていても、この距離が焦点深さよりも小さいかぎり、依然として基準プレートの面に十分に焦点を結ぶものであり、ターゲットと位置合わせシステムとの間にビームシャッター等の手段を設けられるようにしている。更に、回路基板と位置合わせシステムとを空間的に分離することは、回路基板から飛び散った物質によって位置合わせ検出器が汚れるのを防ぐ上で有益である。しかし、もしターゲットからの基準面の距離が無視し得ないものであれば、ターゲット上の画像の寸法と形状とは、ビームの異なった部分が基準面を横切る角度にも左右される。もし、電圧変動やターゲットのＺ方向シフトが起きれば、それで単に倍率修正を行うだけでは十分ではない。このことは公知の位置合わせシステムで起きていることである。公知の位置合わせシステムは、基準ビームが基準プレート上に衝突する角度を計測しておらず、従ってビームがターゲット面上に衝突している角度を合わせられない。結果的に、電圧変動したり、ターゲットシフトや傾動が起きれば、修正された画像と所望の形状との間に不整合が起きることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｚ−座標軸、即ち光軸に沿った位置に左右されるビーム特性の計測と調節をできるようにするパターンの位置合わせ方法を提供することを目的としている。特に、本発明は、ビームが位置合わせシステムを横切る方向の計測と調節とを目指している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明に従って、本装置が、
− 上記画像を発生するビーム部分のための上記開口の外側に配置されていて、
− 上記光学画像がターゲット上に投影されている間に、マスク上に与えられる基準ビーム形成構造を通して投影される粒子基準ビームと一致する位置に配置されていて、また
− 各々の基準ビームの方向に沿って見て、ターゲット上方で少なくとも二つの異なったレベルに位置が定められている複数の位置合わせマークを有している最初に掲げたような装置によってかなえられる。
【０００９】
異なったＺレベルに位置合わせマークを設けることで、あり得る消滅しないビーム着地角度や、又は他のビーム着地パラメータを考慮した位置合わせができるように成る。本発明のお陰で、横の尺度や倍率等の位置合わせパラメータが各レベルに対して決定されると共に、例えば予め設定された公称値に調節される。
【００１０】
レベル間の比較的大きな距離によって、本発明は、光軸に沿ったＺ位置を変えるときに生じるような位置合わせパラメータの小さな差でも検出できる。かくして、本発明は、画像の位置及び形状の制御を失敗すること無しに位置合わせ面をターゲット面から隔離する可能性を与えてくれるものであり、かくして、ターゲット上に投影されたビームの共心性や離れた心合わせに対して光学系に提示された必要条件を緩和する助けをする。
【００１１】
この状況では、ターゲットと位置合わせ面とがかなり隔離されていても、ビームの焦点領域がそれらを範囲に入れるように、もし本システムが大きな焦点深さ（ＤＯＦ）を有していれば適用である。このためには、粒子がイオンとなっているイオン投影平板印刷システムが特に役に立つ。
【００１２】
好ましくは、投影システムの必要条件に従って位置合わせマークの予め設定された個所を確実に維持するために、位置合わせマークは、画像発生のビーム部分のための開口の外側に配置された位置決め手段上に位置が定められると共に、位置決め手段のマスクに向いた側面上に位置決めされる。好ましくは、位置合わせマークは、小板の表面上に形成されるもので、該小板は、接着によって位置決め手段上に固定される。更に、小板は、例えば溝等のシリコン小板の周面に対して異なった高さの構造体として位置合わせマークが形成されているシリコン小板とすることができる。
【００１３】
好適な実施例は、ターゲットに対して所定位置に位置決めされるようになっていて、また上記光学画像を発生するビーム部分に寸法が相応した開口が設けられると共に上記開口の外側に配置された位置合わせマークが設けられた基準プレートから構成されている。ふさわしくは、基準プレートはゼロデュアのプレートとすることができる。
【００１４】
位置合わせ機構のコンパクトな構成を得るために、本発明に係る装置には、更に、位置合わせマークから放出される二次電子流を計測するようになっている電極が設けられた検出器手段が、各位置合わせマーク用に用意されている。この場合、電極は対応した位置合わせマークに対して非対称に形成され、また二次電子を大量に発生させるために位置合わせマークと周囲の構成要素の電位に対して陽電気の電位に保持される。
【００１５】
好ましくは、八つの位置合わせマークは、第１レベルに位置決めされており、また四つの位置合わせマークは第２レベルに位置決めされている。
【００１６】
粒子放射線、特にイオン放射線を使用することで、個々の位置合わせ面間の重要な距離を数ミリメータ、例えば５ｍｍまでにすることができる。ターゲット面上への投影に対して本発明によって得られる位置合わせパラメータの信頼性を高めるために、二つの異なったレベルの間の距離をターゲット面によって限定された面からの位置合わせマークの距離の大きさに適切に選択することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
次のような説明をするために、デカルト座標系が、光軸によって与えられる方向を意味しているＺと、他の二つの次元、即ちＺ−軸に直交した面を意味しているＸ、Ｙと共に使用される。
【００１９】
図１の長手断面図を参照すると、イオン投影の平版印刷機械１００の好適な実施例が示されている。主要な構成要素は、順番に、イオン源１１２と、照明システム１１３と、ステンシルのマスク１を有したマスク組立体１１４と、光学コラム３０１と、スキャナーブロックと基準プレートとを有したパターンロックシステム３０２と、ターゲットステージ４００となっている。供給部１１１から取り出されたイオン、この好適な実施例ではＨ₂+又はＨｅ+ イオンは、イオン源１１２から発生され、マスク上に幅広のイオンビーム１３０を投影する照明システムを通過していくが、ビーム１３０は、ほぼ光軸に平行になっている。
【００２０】
ビームはマスク１を通過して行ってイオン光学コラム３０１に入る。ビームは、それが減速されてほぼ光軸に平行され、またウェーハチャック４０２によってターゲットステージ４００に取り付けられた回路基板４０１上にマスク構造の画像を形成する前に、収斂してクロスオーバか、又はイオン源の画像を形成するようにイオン光学コラム３０１の第１電極によって加速される。イオン光学コラム３０１内部でのイオンビームのクロスオーバの背後には、適当な双極子電界を加えることでビーム位置をＸ、Ｙ面で変更する二つの連続した多極子から好ましくは構成されているパターンロック光学組立体３が設けられている。大きさは等しいが符号が反対の双極子電界を二つの多極子に加えることで、ビームはその元の経路に平行になっていたのがその元の経路から片寄らされることもある。これら片寄りの大きさは、位置合わせビームから発生された信号に応答してパターンロック装置３０２によって制御されるが、例えば±５μｍにも大きくできる。多極子は、いずれかの偶数倍の電界を発生するのに使用される（例えば、双極子、４極子、８極子等）。好適な実施例の実行に際しては、より高いオーダの電界が、システムの歪みに対して修正を行うために予め設定され、他方で片寄り用の双極子の電界は重畳される。パターンロック光学組立体３は、更にパターンロック装置３０２によって操縦される一つ以上のソレノイドを有している。ソレノイドを通るいずれの電流も、ビーム、例えばイオン光学画像が光軸回りで回転されるようにローレンツ（Ｌｏｒｅｎｔｚ）力をイオンに発揮する磁界を発生する。
【００２１】
ウェーハ４０１は、それが一つの位置からもう一つ別の位置へ段階移動されるようにＸ、Ｙ及びＺの方向に対して正確な移動ができるようにするステージ４００に搭載されており、また画像パターンの複製が、ウェーハ上の異なった位置に形成される。更に、光軸に沿ったウェーハの位置は、調節されることになる。
【００２２】
ビームがウェーハに当る直前には、位置合わせビームの検出器と検出器システムとから構成されたパターンロック構造３０２が配置されており、該パターンロック構造３０２は、ウェーハ上に形成された画像の位置を監視し且つ光学エレメントの修正作用を不整合が検出される範囲まで誘導する信号を発生するために使用されている。
【００２３】
図２は、最新のパターンロックシステムの構成要素を示している。更に詳細には、読者は米国特許第４，９６７，０８８号を参照される。マスク１は、イオン源１１２（図１）から到来する幅広のビームの光学経路に配置されている。マスク１には、イオン投影システムによって回路基板４０１（図１）上に作像されることになるマスクパターンフィールド上の構造３２が設けられている。マスク構造３２の画像は、該マスク構造３２の画像と例えば、回路基板上に事前に存在していた画像との所定形状と相対位置とが得られて、露光中には一定のままになっているように回路基板上に形成されることになる。マスク１には、位置合わせビーム３３を発生する基準ビーム形成構造としての働きをする位置合わせ開口１１が設けられており、また開口１１の画像は、位置合わせマーク１６が設けられている基準プレート２上に形成されている。位置合わせマーク１６は、例えば、基準プレート２の別状態の平坦面に形成された溝として実現されている。基準プレート２上のマスク１の開口１１の画像は、各々の対応したマーク１６と一致するように調節される。
【００２４】
例えば８極子等の一つ又は二つの静電多極子から構成されているパターンロック光学手段３と、例えば一つ又は二つのソレノイド等の軸方向磁界を確立する手段とは、マスク１と基準プレート２との間の光学経路に配設されている。図示の実施例では、基準プレート２はウェーハに平行になっている。基準プレート２は、ウェーハ上に形成されることになるマスクパターンフィールドの構造３２の画像に寸法がほぼ相当した開口３１を有している。基準プレート２上のマーク１６は、ウェーハ上に画像を形成するパターンビーム３６のための光学経路の外側に配置されている。
【００２５】
象徴的にじょうろ状検出器７として図２に示されている検出器は、基準プレート２近くに設けられており、基準プレートから放射される二次電子を検出する。検出器の構成と機能を以下により詳細に説明する。二次電子は、位置合わせビーム３３が基準プレート２に当たっている位置合わせビームによるものである。片寄りプレート４４によって、位置合わせビーム３３は基準プレート２上の位置合わせマーク１６を横切って曲げられる。検出器７によって検出される二次放射線の量は、位置合わせビーム３３が位置合わせマーク１６に当り始めると劇的に変化し、かくして、制御装置（図示されていない）に供給されるようになっている検出器７からの信号は、パターンロック光学組立体３を制御するために使用される。パターンロック光学組立体３は、位置合わせの必要条件に応じてイオンビームを調節するためにイオン−光学修正エレメントとしての働きをする。イオンビームの制御によって、マスク１上のマーク１１の画像は、基準プレート２上の各々の対応したマーク１６と一致させられる。基準プレート２上の位置合わせマーク１６を横切ってマスク１上のマーク１１の画像を曲げている間、検出器７の信号から、基準プレート２上の位置合わせマーク１６に対する位置合わせビーム３３の平均位置が提供され、また対応した修正信号が、パターンロック光学組立体３と米国特許第４，９６７，０８８号に詳細に説明されているような電極の電圧供給部とに与えられることになる。
【００２６】
検出器は、市場で入手可能な電子増幅器チャンネルから構成され、該電子増幅器チャンネルは、米国特許第４，９６７，０８８号に説明されているように続いた電子回路によって、到来する電子の割合に応じて出力電圧を発生するものである。好ましくは、コンパクトな検出器の構成を達成するために、検出器は、以下に詳細に説明されているように連続した電流計測モードで作動する二次電子流検出器として実現されている。
【００２７】
図３は、本発明に係るパターンロック装置３０２の一つの可能な構成を示している。そのパターンロック装置は、基準フレーム構造４０とスキャナーブロック４８とから構成されている。図３に示されている変形例では、基準フレーム構造４０は、静電式イオン−光学コラム３０１の最後の電極３１１に搭載されており、またスキャナーブロック４８は、検出器４７と基準ビーム３３用の片寄せプレート４４とから構成されており、フレーム構造４０の主プレート４１上に固定されている。
【００２８】
パターンビーム３６は、ウェーハチャック４０２によってターゲットステージ４００上に搭載された、例えばシリコンウェーハ４０１等のターゲット上へ光学コラム３０１を通して投影される。ターゲットステージ４００とパターンロック装置３０２との相対位置は、ウェーハチャック４０２とパターンロックフレーム４０とに各々搭載されたミラー３４０、３４１によって干渉観測的に計測される。機械式シャッター４９は、基準プレート４３とターゲット４０１を備えたターゲットステージ４００との間で位置決め可能となっており、露光間隔間においてターゲットをイオンビーム３６への露光から遮断するようになっている。
【００２９】
米国特許第４，９６７，０８８号に更に詳細に説明されているように、片寄せプレート４４は、基準プレート４３上に設けられた位置合わせマーク１７ａ、１７ｂを横切って基準ビーム３３（以下にも、時々『ビームレット』と称されている）を走査するのに使用される。マーク上に当たるビームレットから二次放射線として発生される電子は、検出器４７によって検出される。検出器は全てのターゲットマークに対して用意されていると理解すべきである。検出器からの信号は、ウェーハ４０１上のパターンビーム３６によって投影された画像のＸ、Ｙにおける位置と向き、Ｚにおける位置及び形状を決定するのに使用される。信号に応答して、修正電界が光学エレメント３によって、また一つ以上のレンズ電極１１３に加えられる。
【００３０】
図１のもののような平版印刷機械の光学系では、ビーム３６は、光軸に対して或る角度で、所謂『ビーム着地角度』でターゲット面に当っている。図示の実施例では、ビーム３６の入射方向は、ターゲット面に公称上直交している、即ち、ビーム着地角度は、実質的に０度となっており、他の実施例では、それは、光学系の設計に応じて更に別に選択されるものである。即ち、ビームは、ターゲットで実質的に収斂状態になるか、又は拡散状態になることができる。光学系の残留している作像上の欠陥によって、理想角度から小さなずれβが存在しており、そのずれは、イオン投影システムの一般的な場合には数ｍｒａｄ（ミリラジアン）のオーダとなっている。図４は、ビーム着地角度βが、光軸でゼロとなっていると、光軸からの距離によってどの程度左右されるのかと言う一般的な場合を線図で示しており、その場合、それは、光軸からの或る距離において、例えばマイナスの値（即ち、収斂する）から、例えば数ｍｒａｄの最大（絶対の）値までを取ることができ、次に、例えばゼロを通って再度増大し、外部半径でプラス（即ち、拡散する）になる。
【００３１】
公称角度からずれているビーム着地角度は、システムの不整合、即ち、ターゲット面からの位置合わせ計測面を表している基準プレートの距離によってターゲット上で画像の不整合を来すことは明らかである。このことは、ターゲット４０１上の所望位置にパターン画像を発生する『理想的な』光学パラメータに対応して、公称の形態３３、３６からずれたイオンビームの形態３３’、３６’の例について図４に示されている。位置合わせの原理に忠実に、基準ビーム３３’は、対応した位置合わせマークに対して理想的でない光学パラメータでもってその位置にロックされ、かくして、パターンビーム３６’は、シフトされたり又は歪められた画像を発生することになろう。この不整合は、位置合わせ面内における基準ビーム３３の不整合によるものではなく、むしろ、それは、その公称値からの着地角度βのずれによって惹起される。本発明に依れば、図４に示されているもののような不整合の作用を除外するために、異なった位置合わせ面を用意することで角度β等のＺ−依存の位置合わせパラメータの決定を可能にする。図４には、更にターゲット面Ｚｔと、位置合わせマーク１７が本発明に従って位置決めされている二つの位置合わせ面Ｚａ、Ｚｂとが示されている。
【００３２】
基準ビーム３３を含めてイオンビーム３６の方向βは、一般に、次のような等式によって位置の関数Ｘ、Ｙにより説明される。
β＝ａ₁Ｘ＋ａ₂Ｙ＋ａ₁₁Ｘ²
＋ａ₁₂ＸＹ＋ａ₂₂Ｙ² ＋・・・・
本発明は、例えば、光学コラム３０１の電極の静電位とパターンロック光学手段３との適切な調節によって一定に保たれる少なくとも第１オーダの係数ａ₁、ａ₂ の決定ができるようにしている。
【００３３】
ターゲットからの基準プレートの距離は、焦点深さに相当した最大値に制限される。他方、イオン−ビームシステムに関しては、開口数は、焦点深さ（ＤＯＦ）を非常に大きくする１０^-5のオーダに非常に小さく保持され、図１に係る一実施例では、例えばヘリウムイオンに対しては、ＤＯＦは約５ｍｍとなっている。従って、基準プレート４３をターゲット４０１から、例えばシャッター４９をターゲットの直前に設けられるようにする数ｍｍの距離に区切ることができる。しかし、この区切りに関しては、ビーム着地角度ずれによる不整合の危険が存在している。
【００３４】
図３に示されている実施例では、基準フレーム構造４０は、主プレート４１と中間プレート４２と基準プレート４３とから構成されている。プレート４１、４２と、基準プレート４３の本体とは、ゼロデュアのブランクから別々に造られ、次いで組立られる。更に、図５を参照すると、本発明に係る基準プレート４３が光軸に沿って計測されるように、異なったＺ−面に、即ちターゲット面の上方の異なったレベルに設置された位置合わせマーク１７ａ、１７ｂを備えている。位置合わせマークは、基準プレート４３を形成しているゼロデュアのプレートに局部的に接着されたシリコン小板上に溝として形成されている。シリコン小板の放射線損傷を回避するために、保護層が上面上に加えられる。一実施例では、基準マーク上に７５ｋｅＶのエネルギで衝突するＨｅ+ イオンに対して、シリコン小板は、５００ｎｍのプラチナによって被覆される。
【００３５】
図５から理解されるように、各々が位置合わせマーク７１７ａを備えた八つの小板は、第１レベルに配置され、他方マーク１７ｂを備えた四つの小板は、マスクに余り近くない第２レベルでプレート上に配置されている。図５、特に図５ａにおいて特定されている線Ａ−Ａに沿った長手断面を表している図５ｂは、検出器４７ａ、４７ｂを配置することができるスキャナーブロック４８の基準ビームチャンネル７０の端部も概略示している。
【００３６】
図５から更に理解されるように、八つのマーク１７ａは、二重の十字状に向けられている。米国特許第４，９６７，０８８号に既に詳細に説明されているように、これら八つのマークは、例えばＸとＹの位置や、回転θや、尺度Ｍ_X 、Ｍ_Y や、不等辺四辺形の歪み△_X
、△_Y 等のターゲット上のパターン画像の位置と尺度に関するパラメータの決定ができるようにしている。しかし、これらのパラメータは、単一面に、即ちウェーハ面に平行なＸとＹの方向に制限されている。四つの付加マーク１７ｂによって、もう一つ別の組のパラメータが、例えば、位置Ｘ’、Ｙ’及び尺度Ｍ'_X、Ｍ'_Y等のウェーハ面に平行な異なった面を表しているパラメータが計測されるが、その場合プライム符号は、これらの量が異なったＺ面に関係していると言う事実を意味している。イオンビームシステムに関しては、二つの面が、例えば５ｍｍ等の数ミリメートルだけ間隔が取られている。二つのＺ面における対応した量を一定に保つことは、更にビーム着地パラメータも第１のオーダに対して一定に保つことになり、従ってターゲット面において安定した画像を得ることができる。一実施例では、検出された倍率Ｍ、Ｍ’は、二つの異なった電極の電圧を制御するのに使用され、ＭとＭ_X
又はＭ_Y との間の差と、Ｍ' とＭ'_X 又はＭ'_Y との間の差とは、パターンロック装置３の多極子によって供給される四極子の電界を制御し、不等辺四辺形の歪みは、マスクの照明器具内に設けられた多極子に送られてマスクにおけるビームの方向を変え、また回転θは、パターンロック装置３のソレノイドを通る電流を制御する。
【００３７】
付加マーク１７ｂは、マーク１７ａの個所の間のＸ、Ｙの個所に配置されている。第２のＺ面におけるマーク１７ｂの配列は、第１面におけるマーク１７ａの又はこれらマークのサブセットの配列には似ていない。対応した配列における異なった面にマークを配列することは原則的に可能で、位置合わせパラメータの直接比較を簡単にできて、かくして検出されるが、このことは、最初から空間が限定されているためにしばしば不可能となる。むしろ、図示の実施例では、付加マーク１７ｂは、パターンビーム３６の光学経路のための開口３１の周りに正方形状配列に配置される。マーク１７ｂは、二対の対向したマークでビーム画像のＸ及びＹの尺度を計測できるようにするために、図５に示されているように各々の半径に直交した向きに向けられている。
【００３８】
このような幾何学的構成によって、マーク１７ｂは各々の検出器の軸線と平行になっていない。もし、電子倍増管検出器（又はチャンネルトロン）の公知の検出器技術がこれらのマーク１７ｂと共に使用されれば、検出された信号は非対称となる。だから、基準ビームが位置合わせマークを表している溝に渡って走査されると、電子倍増管内に放出される二次電子の量が二つの側面に対して異なることになる。しかし、非対称信号を処理するのは難しく、位置合わせパラメータの決定を複雑にする。更に、制限された空間によって、特に位置合わせマークの数が増えている場合には、電子倍増管技術は、それらのデリケートでスペースを取る構造によって問題が大きくなり、だからと言って小形化するとかなりコスト高になろう。さらには、チャンネルトロンや電子倍増管検出器は、高い電圧供給を必要とし、かなりの電力消費を負担することになる。
【００３９】
本発明の更に別の形態では、位置合わせシステムの検出器は、図５に示されているように各々の位置合わせマークに渡って走査される基準ビームの衝撃から発生される二次電子の連続した流れを計測するようになっている。この解決法は、一連の事象として粒子を個別に計測する代わりに電流を連続的に計測するように替えている。
【００４０】
図５から理解されるように、各位置合わせマーク１７ａ、１７ｂに対して二次放射電流検出器としての働きをする検出器電極４７ａ、４７ｂが設けられている。電極４７ａ、４７ｂは、対応した位置合わせマーク１７ａ，１７ｂに対して上と横において位置決めされている。位置合わせマークから二次放射線として放射される電子の発生量を高めるために、周囲の構成要素の接地電位と、基準マークが存在している小板の電位とに対してプラスの電位に保持される。検出器電極に対する電位差は、かくして、位置合わせマークから放射される二次電子のための案内電界を形成する働きをする。実験では、例えば３０Ｖ又は４０Ｖ等の数十Ｖの検出器電極電位Ｕ_D （図６）は、放射された電子の９８％よりも多い高い発生量を得る上で十分であることが示された。
【００４１】
電極検出器の更に別の重要な特徴は、電極の形状及び位置である。形状及び位置は、流入して来る基準ビームのビーム軸線に対する対称状態から十分に離れていなければ成らないことが判った。だから、もし、電極が、例えば基準ビームの経路の周りのリング状電極として対称に形成されていれば、放射された電子の軌跡も対称になり、またこれら軌跡のかなりの部分が、検出器電極を打つ代わりに放射電極（即ち、位置合わせマーク小板）に戻って行くことになる。例えば、図４に示されているように、検出器電極の非対称形状を選択することで、小板へ戻り移行する電子の部分は、２％未満の量まで（９８％より多い上記発生量に対応して）削減される。
【００４２】
電極の電位及び形状を適切に選択しても、電極検出器によって検出される二次放射線の電流は小さいままで、即ちｐＡの範囲に留まっており、また更なる処理の前に増幅される必要がある。図６に示されているような電位計増幅器は、小さな入力電流をｍＶ範囲の電圧Ｕ_outへと変換するために本発明と共に使用されるものである。
【００４３】
勿論、検出器電極４７に接続された入力線は、迷い出た電界からのノイズを回避するために短くされるべきである。増幅器回路は、例えば１００ＧΩの範囲で非常に低いノイズにするために抵抗が非常に高くなっているフィードバック抵抗Ｒ1 を有した、例えばバー−ブラウン（Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ）のＯＰＡ１２９等のオペアンプＡから成る在来の電位計回路をベースにしている。増幅器回路の入力キャパシタンスを補償し、回路の瞬敏性を高めるためにＲＣグループＲｋＣｋから構成された補償器エレメントが設けられている。補償装置の抵抗器Ｒｋは、例えばｋΩの範囲であって、また補償装置のコンデンサーＣｋは、ｐＦの範囲となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本システムの光軸に沿った長手断面図において、本発明を実現するのに適したイオン−ビーム平版印刷装置を示している。
【図２】位置合わせシステムの原理を示している。
【図３】長手断面において本発明に係る位置合わせシステムを示している。
【図４】光軸からの半径方向距離に対するビーム着地角度の依存性を示している。
【図５】図５ａは、図３の基準プレートの詳細と、更に検出器の構成を示した頂面図であり、図５ｂは長手断面図である。
【図６】図５の電極検出器の増幅器回路を示している。

Claims

幅広の粒子ビームによってマスクに形成され且つターゲット上に作像される構造のパターンの光学画像の位置と形状とを計測するようになっている位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置であって、本装置は、上記粒子ビームの放射線による照射時に二次放射線を発生するようになっている複数の位置合わせマークを有し、且つ上記光学画像を発生するビーム部分のための開口が設けられており、該位置合わせマークは、
− 上記画像を発生するビーム部分のための上記開口の外側に配置されていて、
− 上記光学画像がターゲット上に投影されている間に、マスク上に与えられる基準ビーム形成構造を通して投影される粒子基準ビームと一致する位置に配置されていて、前記粒子基準ビームはターゲット上に投影されず、
− 各々の基準ビームの方向に沿って見て、ターゲット上方で少なくとも二つの異なったレベルに位置が定められていることを特徴としている位置合わせシステムにおいて粒子投影平版印刷システムに使用する装置。
粒子がイオンとなっているイオン投影平版印刷システムに使用するようになっている請求項１記載の装置。
位置合わせマークは、画像発生するビーム部分のための開口の外側に配置された位置決め手段上に位置が定められており、また位置決め手段のマスクに向いた側面上に位置決めされている請求項１記載の装置。
位置合わせマークは、小板の表面上に形成されており、該小板は、接着によって位置決め手段上に固定されている請求項３記載の装置。
小板は、位置合わせマークが、シリコン小板の周囲面に対して異なった高さの構造物として形成されているシリコン小板となっている請求項４記載の装置。
ターゲットに対して所定位置に位置決めされるようになっていて、また上記光学画像を発生するビーム部分に寸法が相応した開口が設けられると共に上記開口の外側に配置された位置合わせマークが設けられた基準プレートから構成されている請求項１記載の装置。
基準プレートは、ゼロデュアのプレートとなっている請求項６記載の装置。
更に、位置合わせマークから放射される二次電子流を計測するようになっている電極が設けられた検出器手段が各位置合わせマークに対して設けられている請求項１記載の装置。
電極は、対応した位置合わせマークに対して非対称に形成されると共に、位置合わせマークと周囲の構成要素の電位に対して陽電気の電位に保持されている請求項８記載の装置。
八つの位置合わせマークは、第１レベルに位置決めされており、また四つの位置合わせマークは、第２レベルに位置決めされている請求項１記載の装置。
二つの異なったレベル間の距離は、ターゲット表面によって限定された面からの位置合わせマークの距離のオーダとなっている請求項１記載の装置。