DD210771A5

DD210771A5 - Belichtungsvorrichtung mittels eines strahls geladener teilchen

Info

Publication number: DD210771A5
Application number: DD83255305A
Authority: DD
Inventors: Hirotsugu Wada; Shunichi Sano; Mamoru Nakasuji; Ryoichi Yoshikawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1984-06-20
Also published as: EP0105694B1; US4647782A; DE3376513D1; EP0105694A3; EP0105694A2; JPS5961134A

Abstract

Die Querschnittsabmessungen eines Elektronenstrahls (12) der von einer Strahlquelle (11) emitiert wird, werden durch Ablenkplatten (15a, 15b), die zwischen einem Lochmaschenpaar (14, 17) angeordnet sind, veraendert und durch Ablenkplatten (21a 21b) zur Korrektur der Strahllaenge korrigiert. Der Elektronenstrahl (12) bestrahlt dann ein Plaettchen (13). Gemaess den Signalen (x0', y0') der Strahlabmessung aus einer CPU (26) liefert eine Schaltung (30) zur Erzeugung eines Korrektursignals diese Signale an eine Schaltung (31) zur Korrektur der Strahllaenge. Die Schaltung (31) liefert Signale zur Strahllagekorrektur an die Ablenkplatten (21a, 21b).

Description

Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen, die es ermöglicht, eine Belichtung durchzuführen, während sich die Querschnittsgrößen eines Strahls geladener Teilchen gemäß eines Belichtungsmusters verändern.

Charakteristik, der bekannten technischen Lösungen

Verschiedene Arten von Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtungen werden zur Bildung feiner Belichtungsrauster auf einem Halbleiterplättchen oder einer Maske benutzt» Die Querschnittsfläche eines Elektronenstrahls, der in einer solchen Vorrichtung angewendet wird, ist sehr klein, und zur Bildung eines feinen Belichtungsmusters geeignet. Das bedeutet jedoch gleichzeitig, daß der Belichtungsbereich pro Zeiteinheit klein ist, und daraus ergibt sich ein geringer Nutzeffekt bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen·

In Anbetracht dieses Problems ist eine Belichtungsvorrichtung vorgeschlagen worden, in. der sich zwei Lochmasken befinden, die eine rechteckförmige Öffnung aufweisen und im wesentlichen in der Bahn des Elektronenstrahls angeordnet sind. Der Elektronenstrahl wird nach dem Passieren der ersten Lochmaske in den x- und y-Richtungen durch eine Strahlablenkeinrichtung, die sich zwischen den beiden Lochmasken befindet, abgelenkt. Daher werden Anteile des Elektronenstrahls durch die Ränder der zweiten Lochmaske, die ihre Öffnung kennzeichnen, geschnitten. Auf diese Weise ermöglicht diese Vorrichtung ein Verändern der Querschnittsfläche oder der Strahlpunktgrößen des Elektronenstrahls, der auf ein Objekt auftrifft, um es zu belichten. In diesem Fall ist

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•«on den vier Seiten eines rechteckförmigen Strahlenmusters, das auf ein Halbleiterplättchen ausgestrahlt wird, ein Paar der angrenzenden Seiten durch die Ränder der zweiten Öffnung gekennzeichnet und verändert daher nach der Strahlablenkung die Lage nicht. Andererseits verändern sich die verbleibenden beiden angrenzenden Seiten nach der Strahlablenkung in der Länge, und daher verändern sich die Querschnittsgrößen des Strahls in den x- und y-Richtungen· Folglich ist es, falls eine Strahlungsbündelgröße verändert werden soll, günstig, einen Schnittpunkt der beiden Seiten einzustellen, die sich nach der Strahlablenkung als Bezugskoordinatenpunkt nicht bewegen, und die Strahlungsbündelgrößen in den x- und y-Richtungen mit Bezug auf diesen Bezugskoordinatenpunkt einzustellen· Dann kann ein Muster mit ausgedehnter Fläche bei hoher Geschwindigkeit mit einem Strahl von zunehmender Größe belichtet werden· Eine Vorrichtung dieser Art hat einen großen Anwendungsbereich, da sie auf einfache Weise eine Reduzierung der Strahlungsbündelgrößen in notwendigem Umfang erlaubt.

Eine Vorrichtung des oben beschriebenen Typs, die eine Veränderung der Strahlungsbündelgrößen ermöglicht, ist jedoch nach den durchgeführten Experimenten mit folgenden Problemen behaftet.

Problem (1)

Wenn die Größen eines Elektronenstrahlquerschnittes in den x- und y-Richtungen verändert werden, verändert sich die Lage des Elektronenstrahls, das ist der Bezugskoordinatenpunkt, der ein Schnittpunkt der beiden benachbarten Seiten des Belichtungsmusters entsprechend der Öffnung der zweiten Lochmaske ist.

Problem (2)

Ferner hängt die Geschwindigkeit des Lagenwachseis des Bezugskoordinatenpunktes bezüglich des Größenwechsels des Elektronen-

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Strahlquerschnitts vom Wert der Veränderung ^ I des Strahlstroms als Reaktion auf einen Größenwechsel 4x ab. Wenn der Verschiebungswert des Bezugskoordinatenpunktes in der x-Richtung A x ist, und wenn sich die Strahlungsbüridelgröße in der X-Richtung durch χ verändert, wird die Geschwindigkeit beispielsweise ^ χ/ΔX. Das wird in Pig. 4A dargestellt.

Problem (3)

Außerdem verändert sich die oben erwähnte Geschwindigkeit in Abhängigkeit vwtn Wert der Verschiebung des Brennpunktes einer Elektronenlinse für die !Fokussierung des Elektronenstrahls, der an der Oberfläche eines Objekts, das belichtet werden soll, in Vor- und Rückwärtsrichtung verschoben wird; die Strahllage wird also verändert. Dies wird später in Pig. 4C dargestellt. Solche Verschiebungen der StralAlage führen zu einer Verminderung der Größe und Lagegenauigkeit des Belichtungsmusters.

Derartige Verschiebungen der Strahllage werden in der Weise betrachtet, daß sie einer Korabination von Astigmatismus der Objektivlinae, Coülombscher Repulsion zwischen den Elektronen innerhalb eines Elektronenstrahls, der durch alle Linsen hindurch tritt, vorgegebener Brennpunktfehler sämtlicher Linsen usw. zuzuschreiben sind. Obv\Tohl die Eliminierung dieser Paktoren theoretisch zur Eliminierung der Strahllageverschiebungen führt, können die den Astigmatismus bestimmenden Paktoren bei verschiedenen Positionen im Strahlengang infolge der komplexen Struktur der Eiektronenstrahlbelichtungsvorrichtung, die den Wechsel von Strahlungsbündelgrößen ermöglicht, vorhanden sein. Eine Vorrichtung, die die den Astigmatismus verursachenden Paktoren nicht aufweist, ist sehr kostspielig.

Die Defokussierung, die durch Coulombsche Repulsion verursacht wird, kann durch eine Korrektion der Linse korrigiert werden. Die Linse muß jedoch gemäß den Größen des Strahlfleckes auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht werden. Dies führt auch zu einem komplexen Herstellungsverfahren und zu einer teuren Vorrichtung.

15 751/57 - 4 Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung sollen die beschriebenen Mangel des Standes der Technik beseitigt werden.

Darlegung; des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen vorzustellen, welche ein automatisches Korrigieren einer Strahllageverschiebung ermöglicht, die üblicherweise durch eine Veränderung der Strahlungsbündelgröße verursacht wird, und die die Maßgenauigkeit eines Belichtungsmusters verbessert und geringe Herstellungskosten erfordert.

Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von einer Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen ausgegangen, die eine Strahlungsquelle geladener Teilchen, erste und zweite •Lochmasken, die eine rechteckförmige Öffnung haben und im wesentlichen am Strahlengang der geladenen Teilchen angeordnet sind, der sich von der Strahlungsquelle der geladenen Teilchen bis zu dem zu belichtenden Objekt erstreckt, Mittel zur Zuführung von dazu entsprechenden Zeichendaten-, Strahlungsbündelgröße- und Strahllagesignalen, Strahlablenkmittel, die zwischen den genannten ersten und zweiten Lochmasken zur Steuerung der Strahlungsbündelgrößen angeordnet sind, und Mittel zur Abtastung des Strahls geladener Teilchen, der gesteuerte Abmaße auf dem Objekt zu belichten hat, sowie Mittel zum Aufzeichnen eines vorbestimmten Musters enthält. Erfindungsgemäß enthält diese Vorrichtung des weiteren Mittel zum Erzeugen von Strahllagekorrektursignalen gemäß den Abmaßen des Strahls geladener Teilchen, der durch die Strahlablenkmittel eingestellt wird, und Mittel zum Korrigieren einer Strahllage auf dem zu belichtenden Objekt gemäß'den Strahllagekonektursignalen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung können Verschiebungen

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der Strahllage infolge von Veränderungen der Querschnittsgrößen des Strahls geladener Teilchen zuverlässig korrigiert werden, so daß eine sehr präzise Belichtung durchgeführt werden kann. Die Strahllagekorrekturmittel und die Mittel für die Bereitstellung eines Strahllagekorrektursignals entsprechend der Strahlungsbündelgröße können von einfachem Aufbau sein. Die Herstellungskosten erhöhen sich daher nicht, und eine kostengünstige Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen wird vorgestellt,

Ausführunffsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;

Pig. 2 eine Darstellung zur Erklärung eines Verfahrens zur Messung der Strahlungsbündelgröße;

Pig. 3 ein Blockschaltbild,'das ein Beispiel einer Schaltung

• ·

zur Erzeugung eines Korrektursignals darstellt;

Pig. 4A, 4B und 4C grafische Darstellungen, die das Verhältnis zwischen dem Wert oder der Geschwindigkeit der Verschiebung der Strahllage und der Strahlungsbündelgrößenveränderung, der Strahlstromveränderung und des Defokussierungswertes wiedergeben;

Pig. 5 ein Blockschaltbild, das ein anderes Beispiel einer Schaltung zur Erzeugung eines Korrektursignals darstellt;

Pig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Strahlform entlang des Strahlenweges in der Ausfuhrungsform der Pig. 1 darartellt;

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Fig· 7, 8A und 8B Darstellungen zur Erklärung der Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausführung;

Fig. 9 eine grafische Barstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Messung der Strahlungsbündelgröße; und

Fig. 10 und 11 Blockschaltbilder, die schematisch den Aufbau anderer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wiedergeben.

Im Folgenden wird;die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben* In einer nun folgenden Beschreibung zeigt eine Elektronenstrahllage einen Koordinatenschnittpunkt (XR, YR) zweier benachbarter Seiten eines Elektronenstrahls *l2 entsprechend den Rändern einer rechteckförmigen öffnung 17a einer zweiten Lochmaske 17 an, und eine Elektronenstrahlgröße schließt Längs- und Querabmessungen des Strahls in den x- und y-Richtungen mit Bezug auf den Köordinatenpunkt (XR₈ YJR) ein»

In der in Fig· 1 dargestellten Ausführungsform belichtet der Elektronenstrahl 12 einer Slektronenstrahlquelle 11 ein Halbleiterplättchen 13 als zu belichtendes Objekt durch seinen Strahlengang« Ein Mechanismus 18 zur Änderung der Strahlungsbündelgröße befindet sich an diesem Strahlengang· Dieser Mechanismus 18 zur Änderung der Strahlungsbündelgröße weist folgende Teile auf, die, angeordnet von der Strahlungsquelle 11 bis zu dem Halbleiterplättchen 13» in der Reihenfolge genannt wer-den: Austastplatten 10, eine erste Lochmaske 14 mit einer rechteckförmigen Öffnung 14a, ein x-Ablenkplattenpaar 15a zur Steuerung^ trahlungsbüMelgrößen, ein y-Ablenkplattenpaar 15bj eine erste Elektronenlinse 16 und die zweite Lochmaske 17 mit der rechteckförmigen öffnung 17a·

Eine zweite Elektronenlinse 19, zwei Paar x-Abtastplatten 20a, 20a', zwei Paar y-Abtastplatten 20b, 20b¹, ein Paar x-Korrektur-

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ablenkplatten 2ia, ein Paar y-Korrekturplatten 21b, eine Elektronenobjektivlinse 22 und einen Reflexions-Elektronensensor 23 sind in der Nähe des Mechanismus 18 zur Änderung der Strahlungsbündelgröße am Strahlengang des Elektronenstrahls

12 angeordnet.

Das Halbleiterplättchen 13 als au belichtendes Objekt befindet sich auf einer flachen Oberfläche eines Gestells 24· Bas Gestell

24 wird in den x- und y-Richtungen bewegt und die Richtposition wird durch eine Schaltung 25 zur Gestellsteuerung ermittelt· Ein Lagenachweissignal der Steuerschaltung 25 des Gestells wird an eine CPU 26 geführt· Als Erwiderung auf das Lagenachweissignal leitet die CPU 26 ein Gestellantriebssignal zur Schaltung

25 der Gestellsteuerung und ein Steuersignal zu einer Strahllagesteuerschaltung 29·

Ein auf das Halbleiterplättchen 13 zu zeichnendes Belichtungsmuster durch den Elektronenstrahl 12 wird durch Zeichendaten bestimmt, die in einem Zeichendatenspeicher 27 gespeichert sind, der mit der CPU 26 verbunden ist· Die Zeichsndaten in dem Zeichendatenspeicher 27 sind der CPU 26 zugänglich und gelesene Zeichendaten werden aufgenommen· Die CPU 26 liefert die Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgrb'ße, die in den gelesenen Zeichendaten enthalten sind, an eine Strahlmeßsteuerschaltung 28· Die Strahlmeßsteuerschaltung 28 dekodiert die eingegangenen Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgröße und erzeugt besondere Spannungssignale (xO·, yO^f) als Signale der Strahlungsbündelgröße zur Bildung vorbestimmter Strahlungsbündelgrößen· Die Spannungssignale werden an die x- und y-Ablenkplatten 15a und 15b geführt, so daß der Elektronenstrahl 12 folglich in den x- und y-Richtungen abgelenkt wird· Die Zeichendaten (XO, YO) zum Belichten des Halbleiterplättchens

13 in einem vorbestimmten Muster werden durch die Strahllagesteuerschaltung 29 dekodiert, die zwei Spannungssignale für die Kennzeichnung der $- und y-Strahllagen entsprechend den Eingangsmustern erzeugt· Das x-Spannungssignal der Schaltung

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wird an die beiden auAbtastplattenpaare 20a, 20b geführt, und das y-Spannungssignal wird an die beiden y-Abtaatplattenpaare 20b, 20b¹ geleitet.

Die Spannungssignale (xO¹, yO¹) zur Bildungjder vorbestimmten Strahlungsbündelgrößen aus der Strahlmeßsteuerschaltung 28 werden an eine ein Korrektursignal erzeugende Schaltung 30 zur Erzeugung von Signalen zur Strahllagekorrektur geführt. Die ein Korrektursignal erzeugende Schaltung 30 bildet Korrektursignale (X, Y) zur Strahllagekorrektur in den x- und y-Richtungen und leitet diese zu einer Strahllagekorrekturschaltung 31· Die das Korrektursignal erzeugende Schaltung vdud später im Detail beschrieben· Die Schaltung 31 zur Strahllagekorrektur erzeugt Spannungssignale zur Korrektur der Strahllage in den x~ und y-Richtungen und führt diese an die Ablenkplatten 21a bzw« 21b zur x- und ^»Korrektur·

Die Lage und die Abmaße des Elektronenstrahls 12 auf dem Halbleiterplättchen 13 können durch ein bekanntes Verfahren wie folgt ermittelt werden· Ein Paradfgyscher Käfig 32 und ein Strahlenformsensor 33 werden in der Nähe des Halbleiterplättchens 13 auf der Oberfläche des Gestells 24 angeordnet, wie in Pig. 1 dargestellt. Ein Ausgangssignal des Farad_ayschen Käfigs 32 wird durch einen Verstärker 34 zur CHJ 26 geführt. Der Strahlenformsensor 33 enthält, wie in Fig. 2 zu sehen, eine Grundfläche 33_a, die aus einem Material mit einem kleinen Elektronenreflexionskoeffizienten, beispielsweise Beryllium, besteht, und ein feines Teilchen 33b, das aus einem Material mit einem hohen Elektronenreflexionskoeffizienten, beispielsweise Gold, besteht, das auf der ebenen Oberfläche 33a befestigt ist. Der Reflexions-Elektronensensor23 ist über dem feinen Teilchen 33b mit seiner Sensoroberfläche, die dem Teilchen 33b gegenübersteht, angeordnet. Die Oberfläche des Strahlenformsensors 33 ist mieder des Halbleiterplättchens 13 nivelliert· Das feine Teilchen 33b weist einen geringen Durchmesser von 0,1 yum bis 0,3/um auf.

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Ein Ausgangssignal des Reflexions-Elektronensensors 23 wird durch einen Verstärker 35 verstärkt und einer Wellenformspeicher-Berechnungsschaltung 36 zugeführt« Diese Wellenformspeicher-Berechnungsschaltung 36 enthält ein RAM, beispielsweise, zur Speicherung einer reflektierten Eiektronenintensitäts-Verteilung, welche der Lage und den Abmaßen des Elektronenstrahls 12 entspricht, und welche am Ausgang des Verstärkers 35 zur Verfugung steht· Die in der Wellenformspeicher Berech nüngsschaltung 36 gebildeten Daten werden gelesen und stehen zur Übernahme durch die CFU 26 bereit und werden schließlich der CPU 26 zugeleitet.

Wie in Fig· 3 gezeigt, enthält die Schaltung 30 zur Bildung des Korrektursignals beispielsweise einfache Potentiometer (Spannungsteiler) 30-1 und 30-2. Die Ausgangssignale (xO¹, yO¹) der Strahlmeßsteuerschaltung 2Θ werden an ein festes Ende der Potentiometer 30-1 und 30-2 geführt, welche Teilspannungen als Korrektursignale (X, Y) an die Schaltung 31 zur Strahllagekorrektur liefern· Die Spannungsteilerverhältnisse der Potentiometer 30-1 und 30-2 werden so eingestellt, daß sie den Verhältnissen der Strahlungsbundelgrößen zu den Verschiebungswerten der Strahllage in den entsprechenden Richtungen gleich sind. Ein voreingestelltes Spannungsteilerverhältnis entsprechend dem Verhältnis K der Strahlungsbündelgröße zu dem Verschiebungswert der Strahllage (oder Proportionalitätskonstante K) kann experimentell durch Messen des Verschiebungswertes für verschiedene Werte jeder Strahlungsbündelgröße bestimmt werden. Fig· 4A zeigt ein Beispiel aus Versuchsergebnissen· In diesem Beispiel verändert sich der Wert der Strahlgrößenvariation in der x-Richtung linear in Bezug auf den Verschiebungswert der Strahllage in dieser Richtung« So ist das Verhältnis des Wertes der Strahlgrößenvariation zum Verschiebungswert der Strahllage konstant, und zwar unabhängig von den Veränderungen der Strahlungsbundelgrößen

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Wenn sich das Verhältnis des Wertes der Strahlgrößenvariation in einer Richtung zum Verschiebungswert der Strahllage in dieser Richtung exponentiell ändert, läßt sich ein entsprechendes Verhältnis K einstellen·

Die das Korrektursignal erzeugende Schaltung 30 .kann, wie in Fig. 5 dargestellt, Vervielfacher 30A-1 und 30Δ-2 enthalten. In diesem Fall werden die Fropotionalitätskonstanten K1 und KS₉ die für die Signale (xO¹, yO¹) der Strahlungsbündelgröße experimentell ermittelt werden, von der CPU 26 erzeugt· Die Multiplikation der Konstanten K1, K2 durch die Signale (xO¹, yO¹) ergibt die Korrektursignale X und Y.

Die Funktionsweise der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben, auch mit Bezug auf die Fig« 6 bis 8. Fig. 6 zeigt schematisch die Veränderungen der Querschnittsform des Elektronenstrahls 12, der sich von der Quelle 11 der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zu dem Plättchen 13 fortbewegte Erwähnt sei, daß nur die Hauptkomponenten in der Figur dargestellt sind· Wie aus Fig· 6 hervorgeht, weist der Elektronenstrahl 12, der von der Elektronenkanone (Strahlungsquelle) 11 als der Elektronenstrahlquelle ausgestrahlt wird, einen Durchmesser auf, der zumindest wesentlich größer ist als die maximale Größe der rechteckförmigen Öffnung 14a der ersten Lochmaske 14» Daher weist der aus der Öffnung 14a hervortretende Elektronenstrahl 12 die gleiche Form auf wie die der Öffnung 14a, und die Dichte des Strahlstromes in der Öffnung 14a ist konstant· Der Elektronenstrahl 12 wird dann durch die erste Elektronenlinse 16 (Fig. 1) fokussiert und durch die vorbestimmten Winkel in den x- und y-Richtungen durch die Ablenkplatten 15a und 15b (hier ist nur die Ablenkplatte 15a zu sehen) abgelenkt« Schließlich wird der Elektronenstrahl 12 in eine Lage abgelenkt, die durch die unterbrochene Linie auf der zweiten Lochmaske 17 angedeutet wird. Der Elektronenstrahl 12, der aus der Öffnung 17a

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der zweiten Lochmaske 17 heraustritt, weist eine Querschnittsfläche P auf (schraffierter TaL), die einem überlappenden Teil der Abbildung der Öffnung 14a entspricht, die durch die unterbrochene Linie und die Öffnung 17a angedeutet ist. Der Elektronenstrahl 12 mit den veränderten Größen wird wieder in den x- und y-Richtungen durch die x- und y-Äbtastplatten 20a, 20a·, 20b, 20b¹ abgelenkt, durch die Ablenkplatten 21a und 21b lagekorrigiert und durch die zweite Objektivelektronenlinse 22 auf das Halbleiterplättchen 13 gerichtet.

Wenn die Strahlungsbündelgröße in der x-Richtung auf 5/um eingestellt wird, wie in Pig. 4A gezeigt, verschiebt sich der Bezugskoordinatenpunkt (ZR, YR) in der x-Richtung ungefähr von einer Stelle, bei der die Strahlungsbündelgröße

auf 0/um eingestellt ist; es ergibt sich schließlich eine Strahlverschiebung von ungefähr 0,4/um · Angenommen, die Abmaße eines Elektronenstrahls mit einer !Fläche P1 (x1 χ y1)» wie in Pig. 7 dargestellt, verändern sich zu einer Fläche (x2 χ y1). In diesem fall sollte der Bezugskoordinatenpnnkt (XR', YJR') theoretisch einen Wert (XR, YR) haben. Da sich jedoch in der Praxis der Strahl gemäß dem Wechsel der Strahlungsbündelgrößen verschiebt, bewegt sich die Lage (XR', YR') des Elektronenstrahls 12 in eine Lage (XR +Ax, YR), wie in Pig. 8B dargestellt, wobei XR» größer als XR ist. Wenn die x-Koordinate X2 5/um beträgt, dann beträgt der entsprechende Wert der Strahlungsverschiebung &x 0,4/um, wie dies in den Pig» 4A und ΘΒ zu sehen ist. Daher muß die Strahllage in der x-Achsenrichtung korrigiert werden, so daß der Wert der Strahlungsverschiebung Λ χ Null bleibt, unabhängig von den Veränderungen der Strahlungsbündelgröße. Dies ist auch auf einen Pail anwendbar, bei dem sich der Bezugspunkt in der y-Richtung verschiebt. Insbesondere, wenn die Strahlungsbündelgröße und der Wert der Terschiebung der Strahllage in dieser Richtung im voraus gemessen werden, können die Korrekturaignale zur Bildung eines Nullwertes der Strahlungsverschiebung gemäß den unterschiedlichen Werten

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. . at· I 2 ⁰^*

der StrahlungsbünaelgröQe unter Verwendung der in den Pig« 3 oder 5 dargestellten Schaltung leicht erzeugt werden. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel werden die Schleifkontakte der Potentiometer 30» 1 und 30-2 gemäß der Neigung der Linie in Fig. 4A eingestellt. Die Korrektursignale Xund Y können entsprechend den Signalen xß^f und yO¹ der Strahlungsbündelgröße erzeugt werden·

In dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel werden die Propafeionalitätskonstanten K1 und K2 entsprechend den in Pig« 4A dargestellten Strahlungsbündelgrößen im Voraus in das ROM (nicht gezeigt) in der CPU 26 gespeichert· Die Multiplikation der Signale xO' und yO' mit den Proportionalitätskonstanten K1 und K2 ergibt auf einfache Weise die Korrektursignale X und Y·

Wenn die Musterbelichtung von dem Elektronenstrahl 12 ausgeführt wird, werden die Daten, die die Lage und die Abmaße des Elektronenstrahls 12 auf dem Halbleiterplättchen 13 darstellen, der GPU 26 zugeführt, um das Verhältnis zwischen den Strahlungabündelgrößen und den Werten der Verschiebung der Si?rahllage zu bestimmen. Zu diesem Zweck wird der Strahlform« sensor 33, der in Pig· 2 gezeigt ist, mit dem Elektronenstrahl 12 abgetastet. Wenn das feine Goldteilchen 33b mit dem Elektronenstrahl 12 abgetastet wird, wird eine große Anzahl von Elektronen von dem Teilchen 33b reflektiert» Dann nimmt der Ausgang J dea Sensors 33 der reflektierten Elektronenstärke zwischen den Positionen xk und xB entlang der x-Achse gemäß einer Strahlungsbündelgröße 1E§ längs der x-Richtung den Zustand "hoch" ein. Folglich kann die Größe des Querschnitts des Elektronenstrahls 12 entlang der x-Richtung durch die Detektion des Ausgangs J bei einem Schwellwert "50" beispielsweise ermittelt werden, indem der Ausgang des Sensors 23 benutzt wird, dieser Ausgangswert in die Wellenformspeicher» Berechnungsschaltung 36 eingespeichert und mittels Adressensteuerung der GPU 26 ausgelesen wird und eine Berechnung

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(xB-xA) in Verbindung mit der Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls 12 erfolgt· Die Querschnittsgröße des Elektronenstrahls 12 längs der y-Richtung kann durch longitudinale Abtastung des feinen Teilchens 33b in ähnlicher Weise gemessen werden.

Die Lage des Elektronenstrahls 12 kann durch Ermittlung des Koordinatenpunktes (XR, YR), wie in Fig. 2 dargestellt, ermittelt werden. Der Koordinatenpunkt (XR, YR) befindet sich auf einer Linie, die den Punkt B enthält. Das bedeutet, die Koordinate XR ist die Position einer reflektierten Blektronendichte· verteilung xB, wie in Fig. 9 dargestellt, und wird in der Wellenformspeicher-Berechnungsschaltung 36 gespeichert. Es ist bekannt, daß die Position des Gestells 24 durch ein bekanntes Entfernungsmeßsystem genau gemessen werden kann, das einen Laserstrahl verwendet, der von der Gesteilsteuerschaltixng 25 auf dem G_estell 24 ausgestrahlt und zur Schaltung 25 zurückmefl-ek-Heri wird.

Mit dem oben beschriebenen Aufbau der Vorrichtung kann die Strahllage, welche sich gemäß den Strahlungsbündelgrößen verändert j korrigiert werden. Eine solche Korrektur kann durch Hinaufiigung der Ablenkungsplatten 21a und 21b, der Schaltung 30 zur Erzeugung des Korrektursignals und der Schaltung 31 zur Strahllagekorrektur zu einer allgemeinen Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung realisiert werden. Aus diesem Grund ist eine Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einfach im Aufbau und billig herzustellen. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Verschiebung der Strahllage nur entsprechend den Veränderungen der Strahlungsbündelgrößen korrigiert. Eine solche Verschiebung der Strahllage ist dafür bekannt, daß sie in großem Maße von den Veränderungen der Strahlbündelgrößen abhängig ist. Das bedeutet, daß die Verschiebung der Strahllage wesentlich von einer Vorrichtung der oben beschriebenen Ausführung korrigiert werden kann und eine sehr hohe Zeichengenauigkeit aufweist.

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Fig· 10 zeigt ein scheraatisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsforra der vorliegenden Erfindung· Die gleichen Bezugszeichen, die in Fig· 1 benutzt werden, bezeichnen die gleichen Teile in Fig. 10· Die in Fig· 10 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig· 1 gezeigten dadurch, daß die das Korrektursignal erzeugende Schaltung 30 in Fig. 1 eliminiert wird, und stattdessen"hat die CPU die Aufgabe, die Korrektursignale X und Y zu erzeugen· Die CPU 26 weist hierbei ein RAM auf, das das Verhältnis der Verschiebung der Strahllage zu den Strahlungsbiindelgrößen speichert; ein solches Verhältnis für die in Fig* 1 gezeigte Ausführungsform ist in Fig. 4A dargestellt· Die Zeichendaten, die aus dem Zeichendatenspeicher 27 in die CPU 26 geholt werden, enthalten Daten (xO, yO), die die Strahlungsbündelgrößen darstellen· Die CPU 26 multipliziert die Daten (xO, yO) mit dem Ausleseverhältnis aus dem JRAIi, um damit die Korrektursignale X und Y zu bilden. Die Korrektursignale X und Y, die so gebildet werden, werden zur Strahllagekonskturschaltung 31 geleitet.

Wie in den Fig. 4B und 4C dargestellt, ändert sich auch die Geschwindigkeit der Strahllageverschiebung, wenn sich die Strahlstromänderungsgeschwiildigkeit oder der Defokussierungswert der Elektronenlinse veränderte Um diesen Tatbestand zu kompensieren, werden das Verhältnis der Strahlstromänderungsgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Strahlverschiebung in der Strahllage, und das Verhältnis des Defokussierungswertes zum Verhältnis der Verschiebung in der Strahllage im voraus gemessen» Die Meßdaten werden im RAM der CPU 26 gespeichert· Bei einer Veränderung des Strahlstromes oder des Defokussierungswertes der Elektronenlinse werden die Korrektursignale zur Korrektur nach einer Änderung der Strahlungsbündelgrößen weiter korrigiert, auf diese Weise wird die Zeichenfcelichtung mit höherer Genauigkeit ausgeführt·

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis der Strahlungsbündelgrößen zum Wert der Verschiebung, der Strahllage in dem RAM der CPU 26 gespeichert. Die Daten,

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die den V/ert der Verschiebung in der Strahllage entsprechend jeder StrahlungsbündelgrößB darstellen, können jedoch in dem RAM in Form einer Speichertabelle eingespeichert sein. Dann besteht eine Zugriffsmöglichkeit zu dem RAM, sofern das Signal der Strahlungsbündelgröße als ein Adressensignal von der CPU 26 verwendet wird· Die gelesenen Daten, die den entsprechenden Verschiebungswert darstellen, werden in der Strahllage zur Bildung der Korrektursignale benutzt. Um den Fehler in den Korrektursignalen zu minimieren, kann eine Optimierung der Korrektursignale durchgeführt werden.

Die oben erwähnten Korrekturverfahren werden in einem Fall angewendet, in dem die Verschiebung der Bezugsposition bezüglich der Veränderung der Strahlungsbündelgröße als lineare Veränderung vorausgesetzt werden kann. In dem Fall einer Strahlbelichtungsvorrichtung zur Belüitung eines VLSI-Must era, das Musterabmessungen von weniger als 1 /um aufweist, kann die oben erwähnte lineare Approximation nicht angewendet werden, weil die Mustergenauigkeit nicht aufrechterhalten werden kann. Die Genauigkeit des Musters hängt vom Vorrichtungsaufbau, dem Grad der Steuergenauigkeit eines elektronenoptischen Systems, der Art der Materialumformung des Belichtungssystems und der mechanischen Genauigkeit ab. Das folgende dritte Ausfuhrungsbeispiel wird für den oben erwähnten Pail geeignet sein.

Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der in Pig. 1 dargestellten Ausführungsform ähnlich· Folglich wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen, und für die Besehreibungszwecke wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Bei der dritten Ausführungsform werden die Strahllagekorrektursignale Z und Y als Funktionen n-ter Ordnung der Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgröße dargestellt. Beispielsweise enthalten X und Y die Terme bis zur zweiten Ordnung (n=2) der Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgröße, die gege-

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ben sind durch:

X a k1xO + k2yO + k3xOyO + k4xO² + k5yO²

y = k6xO + k7yO + k8x0y0 + k9xO² + kiOyO² ... (1)

wobei X der Wert der Verschiebung der Strahllage in der x-Richtung, Y der Wert der Verschiebung der Strahllage in der y-Richtung, xO die Strahlungsbündelgröße in der x-Richtung, yO die Strahlungsbündelgröße in der y-Richtung und k1 bis k10 Konstanten sind, die experimentell bestimmt werden und die von der Strahlstromdichte, den maximalen Strahlungsbündelgrößen j dem Brennpunkt der Elektronenlinse usw« abhängig sind. Die Konstanten k1 bis k10 werden in der CPU 26 gespeichert. Me das Korrektursignal erzeugende Schaltung 30 schließt in sich eine Berechnungsschaltung ein. Die BerechnungsschäLtung empfängt die Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgröße von der CPU 26 oder die Signale (xO¹, yO¹) der Strahlungsbündelgröße von der Schaltung 28 zur Steuerung der Strahlungsbündelgröße, wie dies durch die unterbrochene Linie in Fig. 1 angedeutet ist. Die Berechnungsschaltung empfängt in ähnlicher Weise die Konstanten k1 bis k10 von der CPU 26, um damit die Gleichung (1) der Berechnungen auszuführen. Bei der dritten Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, die Strahllagekorrektur mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden als in den Ausführungsformen, die in den Fig« 1 und 10 dargestellt sind.

Pig· 11 zeigt ein schematiseh.es Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausftihrungsform in Pig. 1 darin, daß die Korrekturablenkplatten 21a und 21b und die Schaltung 31 zur Strahllagekorrektur eliminiert sind und eine Datenverarbeitungeschaltung 40 mit einem Speicher 40a an Stelle der Schaltung 30 zur Erzeugung des Korrektursignals verwendet wird. Die Datenverarbeitsungsschaltung 40 enthält eine CPU, welche die Daten (xO, yO) der Strahlungsbündelgröße von der CPU 26 empfängt und die Korrektursignale

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X und Y gemäß Gleichung (1) gewinnt· Die Datenverarbeitungsschaltung 40 erzeugt die Korrektursignale X, Y, und erzeugt die korrigierten Strahllagesignale X¹ und Y' gemäß den Korrektursignalen X und Y, die auf diese Weise erhalten werden, und verarbeitet die Strahllagesignale XO und YO von der CPU 26·

Die Schaltung 29 zur Steuerung der Strahllage empfängt die korrigiert enStrahllagesignale X'und Y* und erzeugt die Spannungen zur Einstellung der Strahllage sowohl in der x- als auch inder y-Richtung, die zur Verschiebung der Strahllage entsprechend der Änderung der Strahl ungsblindelgrößen korrigiert worden sind· Die Spannungen von der Schaltung 29 zur Steuerung der Strahllage werden bei den Ablenk- oder Abtastplatten 20a und 20b angewendet· Die Elektronenstrahlbahn des Elektronenstrahls 12 in der Vorrichtung ist bei dem Aufbau der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derjenigen einer herkömmlichen Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung ähnlich. Folglich kann die vorliegende Erfindung bei einer Belichtungseinrichtung mit herkömmlichem Aufbau bequem angewendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einzelne der oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt· Verschiedene Veränderungen und Modifikationen können im Sinn und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. Beispielsweise sind die Gestaltungen der Schaltung 30 zur Erzeugung des Korrektursignals, der Schaltung 31 zur Strahllagekorrektur, der Korrekturablenkplatten 21a und 21b usw.· nicht auf diejenigen in den oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung muß im wesentlichen ein Mittel zur Gewinnung des Verschiebungswertes der Strahllage entsprechend einer Veränderung der Größe des Elektronenstrahls und ein Mittel zur Korrektur der Strahllage gemäß des gewonnenen Wertes der Verschiebung der Strahllage aufweisen* Anstelle eines Elektronenstrahls, der in der Erfindung verwendet wird, kann ein anderer Strahl geladener Teilchen, wie z. B. ein Ionenstrahl, verwendet werden·

Claims

15 751/ 57 Erfindungsanspruch

1· Belichtungsvorrichtung mittels eines Strahls geladener Teilchen, bestehend aua

einer Strahlungsquelle ,geladener Teilchen zur Erzeugung eines Strahls geladener Teilchen; ersten bzw. zweiten Lochmasken, welche eine rechteekförmige Öffnung haben und in einem Strahlengang geladener Teilchen, der sich von der Strahlungsquelle der geladenen Teilchen bis zu einem zu belichtenden Objekt erstreckt, regelmäßig angeordnet sind;

Mittel zur dazu entsprechenden Zuführung von Datenmuster-, Strahlenbündelgröße- und Strahllage3ignalen; Strahlablenkungsmittel, die zwischen den ersten und zweiten Lochmasken zur Steuerung einer Strahlenbündelgröße gemäß den Signalen der Strahlenbündelgröße angeordnet sind; und

Mittel zur Abtastung des Strahls geladener Teilchen, das die Strahlenbündelgrößen auf dem Objekt zur Belichtung und zur Zeichnung eines vorbestimmten Misters steuert, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung weiterhin enthält Mittel (26, 30) zur Erzeugung von Strahllage-Korrektursignalen gemäß den Strahlenbündelgrößen des durch dieStrahlablenkmittel eingestellten Strahles geladener Teilchen; und Mittel (21a, 21b, 31) zur Korrektur einer Strahllage auf dem Objekt, das gemäß der Strahllagekorrektursignale belichtet wird«

2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mittel (26, 30) zur Erzeugung das Strahllagekorrektursignals eine Schaltung (30) zur Bildung eines Korrektursignals enthält, welche die Signale der Strahlenbündelgröße empfängt und die Strahllagekorrektursignale erzeugt, und daß das Mittel (21a, 21b, 3i)zur Strahllagekorrektur eine Strahllagekorrekturschaltung (31) enthält, um ein

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Spannungssignal gemäß den Korrektursignalen zu erzeugen, und Ablenkplatten (21a, 2.1b) zur Ablenkung des Strahls geladener Teilchen gemäß den Spannungssignalen enthält·

3« Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltung (30), die das Korrektursignal erzeugt, Potentiometer (30-1, 30-2) enthält, welche Teilausgangsapannungen entsprechend den Signalen der Strahlenbündelgröße als Strahllagekorrektursignale erzeugt·

4» Vorrichtung nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß ein Spannungsteilerverhältnis der jeweiligen Potentiometer eingestellt wird, das gleich ist einem Verhältnis der Strahlenbündelgröße entsprechend einem Verschiebungswert in der Strahllage·

5. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Mittel (26, 30), welches das Strahllagekorrektursignal erzeugt, Vervielfacher (30A-1, 30A-2) aufweist, wobei jeder die Signale der Strahlenbündelgröße an einer jeweiligen Bingangsklemme empfängt, und daß Mittel für die Zuführung konstanter Daten mit vorbeBkimmter Proportionalität an die jeweils anderen Eingangsklemmen der Vervielfacher vorhanden sind, und daß die Strahllagekorrektursignale von den Vervielfachern (30A-1, 30A-2) gebildet werden·

6. Vorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch,daß die Schaltung (30), welche das Strahllagekorrektursignal erzeugt, eine Datenverarbeitungsschaltung (40) aufweist, welche die Strahllagekorrektursignale X und Y gemäß der folgenden Gleichungen bildet:

X = k1x0 + k2yO + k3x0y0 + k4x0² + k5yO² Y = k6x0 + k7yO + kSxOyO + k9x0² + k10y0²

wobei X der Verschiebungswert in einer Strahllage in einer X-Richtung ist, V ist der Verschiebungswert in der

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Strahllage in einer y-Richtung, und k1 bis k10 sind Konstanten, die eine Strahlstromdichte, maximale Strahlenbündelgrößen und einen Linsenbrennpunkt betreffen·

7· Vorrichtung nach Punkt 1,gekennzeichnet dadurch, daß das Mittel (26, 30), welches das Strahllagekorrektursignal erzeugt, eine zentrale Verarbeitungseinheit (26) enthält, genannt QPU (26), in der sich ein Speicher befindet, der Daten speichert, die ein Verhältnis des Verschiebungswertes in der Strahllage zu den Strahlenbündelgrößen darstellen, und hat eine Aufgabe, die Signale der Strahlenbündelgröße mit den das Verhältnis darstellenden Daten zu vervielfachen, um die Strahllage-Korrektursignale zu erhalten·

8. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Mittel, welches das Strahllagekorrektursignal erzeugt, Mittel (23, 33) zum Messen der Strahlenbündelgrößen und der fcJtrahllagen 'der Strahlung geladener Teilchen enthält, und daß Datenverarbeitungsmittel (26, 35» 36) zur Bildung eines Verhältnisses der gemessenen Strahlenbündelgrößen und Strahllagen vorhanden sind·

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Hierzu ff Blatt Zeichnungen