DE10020714A1 - Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung, bei der keine Vorbereitungszeit benötigt und mit der eine hohe effektive Durchsatzleistung erzielt werden kann. Die Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung enthält eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, Formgebungsmittel zum Formen des Elektronenstrahls, Ablenkmittel zum Ändern der Position des auf eine Probe gestrahlten Elektronenstrahls, und Projektionsmittel zum Fokussieren des geformten Elektronenstrahls auf die Probe, wobei das Formgebungsmittel Teilermittel zum Erzeugen einer Vielzahl von Teilstrahlen durch Aufspalten des Elektronenstrahls aufweisen, ferner rechteckige Formgebungsmittel zum jeweiligen Formen jedes Teilstrahls in eine gewünschte rechteckige Form und Teilstrahlen-Ablenkmittel zum jeweiligen Bewegen der Strahlposition jedes Teilstrahls. Die Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung spaltet daher den von einer einzigen Elektronenstrahlquelle erzeugten Elektronenstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen auf, formt jeden Teilstrahl unter Verwendung des Verfahrens mit einem Rechteck variabler Größe und lenkt jeden geformten Strahl ab. Ist der Axialabstand zwischen den Teilstrahlen klein, so können die Auswirkungen der Verschiebung zwischen den Teilstrahlen gering gehalten werden und das Problem der Verschiebungen an den Verbindungen tritt nicht auf. Außerdem können alle Teilstrahlen unter Verwendung der bekannten Ablenkmittel über einen breiten Bereich ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronen­ strahl-Belichtungsvorrichtung und insbesondere ein Ver­ fahren zum Verbessern der Durchsatzleistung bei einer Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung.

In den vergangenen Jahren hat sich die Halbleitertech­ nologie mit riesigen Schritten weiterentwickelt und es wurde ein höheres Integrationsniveau und eine höhere Funktionalität der integrierten Halbleiterschaltungen (IC's) erreicht. Es ist nun zu erwarten, daß diese Halbleitertechnologie als Kerntechnologie eine Hauptrolle beim Fortschritt von Technologien spielen wird, die eine große Vielzahl von industriellen Gebie­ ten, u. a. Computer und Geräte zur Datenübertragungs­ steuerung, umspannen. Das Integrationsniveau von IC's ist bisher alle zwei bis drei Jahre um das Vierfache angestiegen, und beim dynamischen Speicher mit wahl­ freiem Zugriff (DRAM) hat sich die Speicherkapazität von 1 M auf 4 M bis hin zu 16 M oder gar 256 M und schließ­ lich bis zu 1 G vervierfacht. Dieses hohe Integrations­ niveau von IC's wurde zu einem großen Teil durch die Fortschritte bei den Miniaturisierungsverfahren in der Halbleitertechnologie ermöglicht.

Im Augenblick werden die Grenzen bei den Miniaturisie­ rungsverfahren durch die Musterbelichtungsverfahren (Lithographieverfahren) bestimmt. Bei den heute im all­ gemeinen angewendeten Musterbelichtungsverfahren wird eine optische Belichtungsvorrichtung (optische Litho­ graphie), ein sogenannter Stepper verwendet. Bei der optischen Lithographievorrichtung wird die minimale Li­ nienbreite eines Musters, die gebildet werden kann, aufgrund der Diffraktionsphänomene durch die Wellen­ länge der verwendeten Belichtungslichtquelle begrenzt. Zur Zeit werden ultraviolette Strahlen aussendende Lichtquellen verwendet, jedoch ist es schwierig, Licht mit kürzeren Wellenlängen zu verwenden, und es werden außer der optischen Lithographie eine Reihe von neuen, Belichtungsverfahren getestet, um ein Verfahren mit feineren Strukturen zu schaffen. Eines dieser Verfahren ist die Elektronenstrahlbelichtung, mit der man wesent­ lich kleinere Strukturen und Muster erzeugen kann als mit der optischen Lithographie. Die Entwicklung bei den Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren ist schneller vorangeschritten als bei anderen Verfahren, da die praktischen Geräte bereits vorhanden sind. Ferner wurde der Elektronenstrahlbelichtung als einem Verfahren, das die optische Lithographie ersetzen kann, viel Aufmerk­ samkeit geschenkt.

Man war jedoch immer der Meinung, man könne die Elek­ tronenstrahl-Belichtungsverfahren wegen ihrer geringen Durchsatzleistung im Vergleich zu den Steppern nicht für die Massenproduktion von LSI-Schaltkreisen verwen­ den. Dieses Denken basierte z. B. auf Beispielen in der Elektronenstrahlbelichtung des Einzelstrich-Schreib­ typs, bei dem ein einzelner Elektronenstrahl kontinuer­ lich gescannt wird, und war nicht die Schlußfolgerung, zu der man nach gründlicher Analyse und genauem Studium der Ursachen gelangt wäre, indem man nämlich den physi­ kalischen und technischen Hindernissen, die der Verbes­ serung der Durchsatzleistung im Wege stehen, Aufmerk­ samkeit geschenkt hätte. Mit anderen Worten ist man zu der Einschätzung, die Elektronenstrahlbelichtung könne wegen der niedrigen Durchsatzleistung nicht für die Massenproduktion von LSI-Schaltungen verwendet werden, nur im Hinblick auf die Produktivität der Elektronen­ strahlbelichtung, bei der die bekannte Einzelstrahlbe­ lichtung verwendet wird, gelangt.

In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Durchsatzleistung der Elektronen­ strahlbelichtung vorgeschlagen. Bei der Elektronen­ strahlbelichtung, bei der ein einziger Strahl verwendet wird, wird ein Muster geschrieben, indem der Strahl wiederholt über den Musterabschnitt gescannt wird, um das Musterbild auszuleuchten. Um feine Ecken des Mu­ sters genau zu schreiben, muß der Strahl in einen klei­ neren Punkt fokussiert werden, wodurch sich die für das Ausleuchten des Bildes benötigte Zeit entsprechend er­ höht. Angesichts dessen wurde ein Verfahren mit einer Austastblendenanordnung geschaffen, bei dem eine Viel­ zahl von Elektronenstrahlen, von denen jeder mit Hilfe einer eine Vielzahl von angeordneten Blenden aufweisen­ den, sogenannten Austastblendenanordnung unabhängig von den anderen Elektronenstrahlen ein- und ausgeschaltet werden kann, erzeugt und gleichzeitig über das Muster gescannt werden. Beim Verfahren mit einer Austastblen­ denanordnung (BAA-Verfahren) wie auch beim Einzel­ strahlverfahren wird im Gegensatz zur optischen Litho­ graphie keine Maske benötigt. In der Praxis ist die Vielzahl von Elektronenstrahlen zweidimensional ange­ ordnet, wodurch der Belichtungsumfang erhöht wird, wäh­ rend die Austauschrate der Gesamtstrommenge an den Mu­ sterkanten usw. reduziert wird. Die Effizienz der Bildausleuchtung gemäß dem BAA-Verfahren wird in hohem Maße verbessert verglichen mit dem Einzelstrahlverfah­ ren bei Mustern, deren senkrecht zur Abtastrichtung ge­ messene Breite groß ist, sich jedoch nicht sehr verbes­ sert, wenn beispielsweise ein feines Muster vorliegt, das sich in eine Richtung parallel zur Abtastrichtung erstreckt. In jedem Fall muß beim BAA-Verfahren der ge­ samte Belichtungsbereich abgetastet werden und, wenn das zu belichtende Muster klein ist, dann erhöht sich die Belichtungszeit, was dem eigentlich vorgesehenen Zweck zuwiderläuft, und es kann beim derzeitigen tech­ nologischen Stand keine ausreichende Durchsatzleistung erzielt werden. Zudem weist das BAA-Verfahren eine große Zahl von Blenden auf, die kleiner als 70 bis 50 der Musterregel ausgeführt sind und die alle genau ar­ beiten müssen. Das BAA-Verfahren muß daher streng ge­ handhabt werden, was den zusätzlichen Zeitaufwand er­ höht und zu dem Problem der verminderten Durchsatzlei­ stung führt.

Zu den anderen Verfahren, die zur Verbesserung der Durchsatzleistung vorgeschlagen wurden, gehört auch ein Verfahren, bei dem ein Rechteck mit variabler Größe verwendet wird. Bei diesem Verfahren mit einem Rechteck mit variabler Größe werden zwei Substrate, von denen jedes eine rechteckige Blende aufweist, so angeordnet, daß sich die Blenden gegenüberliegen, und ein Strahl, der rechteckig ausgebildet wird, indem er durch die Blende im ersten Substrat hindurchtritt, wird abge­ lenkt, um auf die Blende im zweiten Substrat gestrahlt zu werden, dann wird der durch sie hindurchtretende Strahl so abgelenkt, daß er in seine ursprüngliche Aus­ richtung zurückgebracht wird. Die Form des durch die Blende im zweiten Substrat hindurchtretenden Strahls wird bestimmt durch den Ablenkumfang, d. h. den Grad der Überlappung zwischen dieser Blende und dem auf das zweite Substrat gestrahlten Strahls; auf diese Weise kann der Strahl durch Steuerung des Ablenkumfangs jede gewünschte rechteckige Form annehmen. Das Belichtungs­ muster zerfällt in zwei Rechtecke, und der Strahl wird für die Belichtung zur Strahlposition hin abgelenkt, nachdem er rechteckig ausgebildet wurde. Dementspre­ chend braucht bei dem Verfahren mit einem Reckteck va­ riabler Größe im Gegensatz zur optischen Lithographie keine Maske verwendet werden. Mit dem Verfahren mit ei­ nem Rechteck variabler Größe kann ein großes rechtecki­ ges Muster in einer einzigen Aufnahme belichtet werden; dementsprechend verbessert sich die Belichtung wirksam in großem Umfang, wenn ein Muster belichtet wird, das in große rechteckige Formen zerlegt werden kann. Werden jedoch kleine, diskrete, rechteckige Formen belichtet, so kann keine ausreichende Durchsatzleistung erzielt werden.

Während bei dem Verfahren mit einem einzigen Strahl, dem BAA-Verfahren und dem Verfahren mit einem Rechteck variabler Größe wie zuvor erläutert im Gegensatz zur optischen Lithographie keine Maske benötigt wird, wird ein anderes Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren - das sogenannte Blockbelichtungsverfahren - vorgeschlagen, bei dem eine Maske verwendet wird. Bei Halbleiterbau­ steinen, und insbesondere bei Speichern oder ähnlichem, belegt ein Bereich, in dem sich das gleiche Muster wie­ derholt, einen wesentlichen Teil der Halbleiterscheibe. Wird eine Blockmaske vorbereitet, die Blendenmuster aufweist, welche mit solchen sich wiederholenden Mu­ stern übereinstimmt, so können die sich wiederholenden Muster in einer einzigen Aufnahme belichtet werden. Bei tatsächlichen Halbleiterbausteinen gibt es verschiedene Arten von sich wiederholenden Mustern; deshalb können die meisten Halbleiterbausteinmuster unter Verwendung eines zur Verfügung stehenden Blockmaskenmusters be­ lichtet werden, wenn verschiedene sich wiederholende, mit den verschiedenen sich wiederholenden Mustern über­ einstimmende Blendenmuster vorbereitet werden. Bei ei­ nem Muster, für das die entsprechende Blockmaske nicht zur Verfügung steht, wird die Belichtung unter Verwen­ dung der Blockmaske in Verbindung mit dem Verfahren mit einem Rechteck variabler Größe ausgeführt. Bei dem Blockbelichtungsverfahren verbessert sich die Durch­ satzleistung erheblich, da alle komplizierten Muster in einer einzigen Aufnahme belichtet werden können, so­ lange die entsprechende Blockmaske zur Verfügung steht. Bei Halbleiterbausteinen (Mikroprozessoren, etc.), die Zufallsmuster für logische oder andere Zwecke aufwei­ sen, ist jedoch der Bereich, in dem das Blockbelich­ tungsverfahren angewendet werden kann, begrenzt und die Durchsatzleistung kann nicht in befriedigendem Maße er­ höht werden. Da beim Blockbelichtungsverfahren, wie der optischen Lithographie, eine Maske verwendet wird, muß zudem die Maske getrennt hergestellt werden, was die Vorbereitungszeit erhöht, bevor die Belichtung tatsäch­ lich ausgeführt werden kann. Weiterhin muß die Maske exakt gehandhabt werden, da Staub auf der Maske einen Fehler im Belichtungsmuster verursachen würde.

Dementsprechend erhöht die Zeit, die für die Handhabung der Maske benötigt wird, den zusätzlichen Zeitaufwand der Vorrichtung, wie im Falle der optischen Lithogra­ phie, was zu dem Problem führt, daß sich die tatsächli­ che Durchsatzleistung nicht im erwarteten Umfang ver­ bessert. Hinzu kommt das Problem, daß die für die Her­ stellung der Maske und deren Handhabung benötigten Ko­ sten die Produktkosten noch erhöht.

Verschiedene im Stand der Technik vorgeschlagene Ver­ fahren zur Verbesserung der Durchsatzleistung der Elek­ tronenstrahlbelichtung wurden zuvor bereits beschrie­ ben. Um die Durchsatzleistung zu verbessern, muß der Bereich, der pro Aufnahme belichtet werden kann, ver­ größert werden, während die für eine Aufnahme benötigte Zeit verringert wird. Ein Verringern der Zeit pro Auf­ nahme kann entweder dadurch erreicht werden, daß man die Einrichtungszeit reduziert, die benötigt wird, um den für die Belichtung bereiten Strahl einzustellen, wie die Belichtungsmusterform und die Ablenkung, oder indem man die Belichtungszeit pro Aufnahme durch Erhö­ hen der Strahlstromdichte pro Flächeneinheit erhöht. Die Einrichtungszeit ist von Verfahren zu Verfahren un­ terschiedlich und muß entsprechend dem angewendeten Verfahren eingestellt werden. Wird die Strahlstrom­ dichte erhöht, so wird der Strahl durch coulombsche Wechselwirkungen und den Auflösungsabfall unscharf. Der Einfluß der coulombschen Wechselwirkungen hängt auch mit der Größe des Strahls zusammen; wird die Strahl­ größe vergrößert, während die Strahlstromdichte unver­ ändert beibehalten wird, so tritt das Problem auf, daß sich die Auflösung wegen der coulombschen Wechselwir­ kungen verringert.

Zur Lösung solcher Probleme schlagen T. R. Groves und R. A. Kendall in J. Vac. Sci. Technol. B16(6), Nov./Dez. 1998 auf den Seiten 3168 bis 3173 eine mit einer Vielzahl von unterschiedlichen rechteckigen Strahlprojektionssy­ stemen (Säulen) ausgestattete Elektronenstrahl-Belich­ tungsvorrichtung vor. Bei dieser Vorrichtung enthält jede Säule eine unabhängige Elektronenstrahlquelle, eine variable rechteckige Formgebungseinrichtung und eine elektrostatische Ablenkeinrichtung mit einem klei­ nen Ablenkbereich. Der Erfinder der vorliegenden Erfin­ dung hat in der japanischen, ungeprüften Patentveröf­ fentlichung Nr. 10-128795 und in anderer Literatur auch eine Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung vorge­ schlagen, die eine Vielzahl von Säulen aufweist. Bei solchen Vorrichtungen, die eine Vielzahl von unabhängi­ gen Säulen aufweisen, wird das oben beschriebene Pro­ blem der coulombschen Wechselwirkungen gelindert. Je­ doch kann der Axialabstand zwischen den Säulen nicht unter ein bestimmtes Limit verkürzt werden, wodurch die Anzahl der Säulen, die in einer Vorrichtung vorgesehen werden können, begrenzt wird, und die Durchsatzleistung kann dadurch nicht in ausreichendem Maße erhöht werden. Da der Axialabstand zwischen den Säulen groß ist, ist zudem die Änderung des Axialabstandes der Säulen in­ folge von Temperaturänderungen oder -schwankungen rela­ tiv groß verglichen mit der minimalen Linienbreite des zu belichtenden Musters, was zu dem Problem der Ver­ schiebungen an Musterverbindungen führt. Im Augenblick kann die Elektronenstrahlbelichtung - verglichen mit der optischen Lithographie - trotz des Einflusses der coulombschen Wechselwirkungen eine ausreichend gute Auflösung liefern, und bei einer praktischen Vorrich­ tung ist die Verbesserung der Durchsatzleistung eine Angelegenheit von größerem Interesse.

Wie zuvor bereits beschrieben, wurden verschiedene Ver­ fahren zur Verbesserung der Durchsatzleistung bei der Elektronenstrahlbelichtung vorgeschlagen, jedoch hat jedes Verfahren seine eigenen Probleme. Beim derzeiti­ gen technologischen Stand bietet die Blockmaskenbelich­ tung die höchste Durchsatzleistung, aber wie zuvor er­ läutert existiert das Problem, daß sie eine Vorberei­ tungszeit für die Vorbereitung einer Maske erfordert, ihre Handhabung schwierig ist und sich der zusätzliche Zeitaufwand erhöht, wodurch sich die effektive Durch­ satzleistung nicht so verbessert, wie man dies erwarten würde. Beim BAA-Verfahren und beim Verfahren mit einem Rechteck variabler Größe wird die Vorbereitungszeit für die Vorbereitung der Maske nicht benötigt, jedoch ist die Durchsatzleistung im Vergleich zum Blockbelich­ tungsverfahren gering. Beim BAA-Verfahren tritt zudem das Problem auf, daß die Handhabung der Austastblenden­ anordnung den zusätzlichen Zeitaufwand erhöht. Anderer­ seits ist es mit dem Mehrfachsäulenverfahren schwierig, die Durchsatzleistung ausreichend zu verbessern, und das Problem ist, daß die Musterauflösung an den Muster­ verbindungen abnimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung zu schaffen, bei der keine Vorbereitungszeit benötigt wird und mit der man eine hohe und effektive Durchsatzleistung er­ zielen kann.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe enthält die Elek­ tronenstrahl-Belichtungsvorrichtung Formgebungsmittel zum Teilen eines aus einer einzigen Elektronenstrahl­ quelle in eine Vielzahl von Teilstrahlen gestrahlten Elektronenstrahls und zum anschließenden Formen jedes Teilstrahls in eine rechteckige Form variabler Größe, wobei die Formgebungsmittel ferner Mittel zum Ablenken jedes Teilstrahls aufweisen, wenn auch nur über einen kleinen Bereich hinweg. Bei der vorliegenden Erfindung werden Fokussier- und Ablenkmittel gemäß dem Stand der Technik verwendet, um die Vielzahl der Teilstrahlen als Ganzes zu fokussieren und um die Strahlen über einen größeren Bereich hinweg abzulenken.

Genauer gesagt weist die Elektronenstrahl-Belichtungs­ vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls auf, ferner Formgebungsmittel zum Formen des Elektro­ nenstrahls, Ablenkmittel zum Ändern der Strahlposition des Elektronenstrahls auf einer Probe und Projektions­ mittel zum Fokussieren des geformten Elektronenstrahls auf die Probe, wobei die Formgebungsmittel enthalten: Teilermittel zum Erzeugen einer Vielzahl von Teilstrah­ len durch Aufspalten des Elektronenstrahls, rechteckige Formgebungsmittel zum Formen jeder der Vielzahl von Teilstrahlen in eine gewünschte rechteckige Form und Teilstrahlen-Ablenkmittel zum Verändern der Strahlposi­ tion jedes Teilstrahls.

Die Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung spaltet den von einer einzigen Elektronenstrahlquelle erzeugten Elektronenstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen auf, formt jeden Teil­ strahl unter Verwendung eines Verfahrens mit einem Rechteck variabler Größe und lenkt jeden so geformten Strahl ab. Ist der Axialabstand zwischen den Teilstrah­ len gering, so können auch die Auswirkungen der Ver­ schiebung zwischen den Teilstrahlen gering gehalten werden, und das Problem von Verschiebungen an den Ver­ bindungen tritt nicht auf. Außerdem können alle Teil­ strahlen mit Hilfe der bekannten Ablenkmittel über einen größeren Bereich hinweg abgelenkt werden. Folg­ lich kann der Strahl in viele Teilstrahlen gespalten werden und die Durchsatzleistung verbessert sich in ho­ hem Maße. Es ist auch möglich, eine Vielzahl von Elek­ tronenstrahlquellen und für jede Elektronenstrahlquelle die oben beschriebene Konstruktion vorzusehen, d. h. das System zum Aufspalten des von der Elektronenstrahl­ quelle erzeugten Elektronenstrahls in eine Vielzahl von Teilstrahlen, anschließend jeden Teilstrahl unter Ver­ wendung des Verfahrens mit einem Rechteck variabler Größe zu formen und jeden geformten Teilstrahl abzulen­ ken.

Weiterhin wird es vorgezogen, jeden Teilstrahl zu for­ men und unabhängig von den anderen Teilstrahlen abzu­ lenken. Besitzen jedoch die vielen Teilstrahlen unter­ schiedliche Stromverteilungen, obwohl sie durch Teilung desselben Elektronenstrahls erzeugt werden, kann es er­ forderlich sein, eine Redundanz zu verwenden, daß ein Strahl eines gleichen Bereichs auf einer Probe in eine Vielzahl von Belichtungen unterschiedlicher Teilstrah­ len geteilt wird. In diesem Fall wird den Teilstrahlen in den jeweiligen Gruppen ein Kontrolsignal zugeführt, wobei diese Gruppen durch Hinzufügen der gewünschten Verzögerungszeiten dasselbe Muster belichten. Außerdem ist es in diesem Fall notwendig, eine Menge der Dosis jedes Teilstrahls in eine Anzahl der Unterteilungen zu reduzieren.

Weiterhin können Austastmittel vorgesehen sein, die alle Teilstrahlen gleichzeitig dahingehend steuern, ob alle Teilstrahlen gemeinsam auf die Probe gestrahlt oder nicht gestrahlt werden, oder es können Teilstrah­ len-Austastmittel vorgesehen sein, um jeden Teilstrahl unabhängig von dem anderen Teilstrahl zu steuern, je nachdem ob jeder Teilstrahl auf die Probe gestrahlt wird oder nicht; alternativ können beide Mittel vorge­ sehen und in Verbindung miteinander verwendet werden. Ist der Teilstrahlenaustaster vorgesehen, so kann jeder Teilstrahl unabhängig gestrahlt werden. Werden beide Mittel in Verbindung miteinander verwendet, so kommen die herkömmlichen Austastmittel zum Einsatz, wenn bei­ spielsweise der Ablenkumfang eines Ablenkelements mit einem großen Ablenkbereich geändert wird, wie z. B. ein Hauptablenkelement oder ein Teilablenkelement, die die Ablenkmittel bilden, und zu einem anderen Zeitpunkt werden die Teilstrahlen-Ablenkmittel verwendet.

Die Teilermittel zum Aufspalten des Strahls in mit ge­ ringem Abstand zueinander angeordnete Teilstrahlen wird verwirklicht, indem man ein Substrat mit einer Vielzahl von ersten formgebenden Blenden einer vorgegebenen rechteckigen Form in einem vorgeschriebenen Abstand an­ ordnet. Verwendet man dieses Substrat, so wird eine Vielzahl von Teilstrahlen erzeugt, die eine vorgegebene rechteckige Form aufweisen und in einem vorgeschriebe­ nen Abstand angeordnet sind. Die rechteckigen Formge­ bungsmittel weisen erste formgebende Ablenkmittel zum Ablenken jedes Teilstrahls auf, wobei eine formgebende Blendenanordnung eine Vielzahl von zweiten formgeben­ den, rechteckigen Blenden besitzt, die so angeordnet sind, daß sie mit dem vorgeschriebenen Abstand überein­ stimmen, und zweite formgebende Ablenkmittel zum Ablen­ ken der Vielzahl von durch die Vielzahl von zweiten Formgebungsblenden geformten Teilstrahlen in die entge­ gengesetzte Richtung; werden die ersten formgebenden Ablenkmittel verwendet, so wird die Vielzahl von Teil­ strahlen auf den entsprechenden zweiten formgebenden Blenden in der formgebenden Blendenanordnung gestrahlt, und jeder Teilstrahl erhält eine Form, die durch den Überlappungsbereich zwischen dem Teilstrahl und der zweiten formgebenden Blende, auf die der Teilstrahl ge­ strahlt wird, begrenzt wird. Die ersten und zweiten formgebenden Ablenkmittel weisen jeweils zwei formge­ bende Ablenksubstrate auf, von denen jedes eine Viel­ zahl von Blenden aufweist, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teilstrahlen übereinstimmen, ferner zwei zur Bildung eines elektro­ statischen Feldes auf beiden Seiten jeder Blende ange­ ordnete Ablenkelektroden, und Abschirmelektroden, die jede Blende an anderen Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ablenkelektroden ausgebildet sind, flankieren, wobei die Richtung des durch das Ablenk­ elektrodenpaar des einen formgebenden Ablenksubstrats gebildeten elektrostatischen Feldes und die Richtung des durch das entsprechende Ablenkelektrodenpaar des anderen formgebenden Ablenksubstrats gebildeten elek­ trostatischen Feldes um 90° zueinander gedreht sind und wobei die beiden formgebenden Ablenksubstrate nahe zu­ einander angeordnet sind.

Die Teilstrahlen-Ablenkmittel enthalten zwei Ablenksub­ strate, von denen jedes eine Vielzahl von Blenden ent­ hält, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teilstrahlen übereinstimmen, ferner zwei auf beiden Seiten jeder Blende zur Bildung eines elektrostatischen Feldes ausgebildete Ablenkelektroden, und Abschirmelektroden, die jede Blende an anderen Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ablenk­ elektroden ausgebildet sind, flankieren, wobei die Richtung des durch das Ablenkelektrodenpaar des einen formgebenden Ablenksubstrats gebildeten elektrostati­ schen Feldes und die Richtung des durch das entspre­ chende Ablenkelektrodenpaar des anderen formgebenden Ablenksubstrats gebildeten elektrostatischen Feldes um 90° zueinander gedreht sind, und die beiden Ablenksub­ strate sind ganz nahe zueinander angeordnet.

Bei der vorliegenden Erfindung muß die Vielzahl von mit geringem Abstand zueinander angeordneten Teilstrahlen ganz genau abgelenkt werden, nachdem sie unabhängig voneinander geformt wurden, und man kann sagen, daß die Tatsache, daß die rechteckigen Formgebungsmittel und Teilstrahlen-Ablenkmittel zum Erreichen dieses Ziels in integrierter Form auf einem einzigen Substrat, wie oben beschrieben, der Faktor ist, durch den es möglich wurde, die effektive Durchsatzleistung bei der vorlie­ genden Erfindung zu erhöhen.

Die Teilstrahlen-Austastmittel enthalten: ein Austast- Ablenksubstrat, das eine Vielzahl von Blenden enthält, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teilstrahlen übereinstimmen, zwei Ablenk­ elektroden, die zur Bildung eines elektrostatischen Feldes auf beiden Seiten jeder Blende ausgebildet sind, und Abschirmelektroden, die jede Blende an anderen Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ablenk­ elektroden ausgebildet sind, flankieren; und eine Ab­ schirmplatte zum Abschirmen der Vielzahl von durch das Ablenkelektrodenpaar abgelenkten Teilstrahlen.

Vorzugsweise enthält das Substrat der Teilermittel eine Vielzahl von formgebenden Blendenanordnungen, von denen jede aus der Vielzahl von ersten Formgebungsblenden be­ steht und jede der Vielzahl von Blendenanordnungen wahlweise in die Bahn des Elektronenstrahls hineinbe­ wegt werden kann. Im Substrat der Teilermittel ist es lediglich erforderlich, die Vielzahl der ersten formge­ benden Blenden auszubilden, und eine Verkabelung oder ähnliches muß nicht vorgesehen sein; es kann daher eine Vielzahl von formgebenden Blendenanordnungen vorgesehen sein. Da das Substrat der Teilermittel durch die Strah­ lung der Elektronenstrahlen beschädigt wird, dient das Vorsehen der Vielzahl von formgebenden Blendenanordnun­ gen und das wahlweise Verwenden derselben dazu, die Be­ triebsfähigkeit zu verbessern.

Im allgemeinen benötigt ein Ablenkelement mit einem größeren Ablenkbereich eine längere Einstellzeit. Bei der bekannten Vorrichtung werden daher ein Hauptablenk­ element, ein Teilablenkelement und, falls erforderlich, ein untergeordnetes Teilablenkelement so miteinander kombiniert, daß der Strahl effektiv mit hoher Geschwin­ digkeit über einen breiten Ablenkbereich hinweg abge­ lenkt werden kann. Auch bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß Ablen­ kelemente mit unterschiedlichen Ablenkbereichen und un­ terschiedlichen Einstellzeiten kombiniert miteinander verwendet werden. Bei der vorliegenden Erfindung unter­ scheidet sich jedoch das Ablenkverfahren entsprechend dem Teilstrahlen-Ablenkbereich, da jeweils jeder Teil­ strahl abgelenkt werden kann und da das Hauptablenkele­ ment, das Teilablenkelement und das untergeordnete Tei­ lablenkelement, usw. alle Teilstrahlen gemeinsam im selben Umfang ablenkt.

In einem ersten Fall sind die Teilstrahlen-Ablenkberei­ che zusammenhängend oder sie überlappen sich. In diesem Fall wird der Ablenkbereich aller angeordneten Teil­ strahlen als der Ablenkbereich der Ablenkmittel nied­ rigster Ordnung eingestellt, und die Ablenkung wird in Verbindung mit Ablenkmitteln höherer Rangordnung, wel­ che einen größeren Ablenkbereich besitzen, ausgeführt, wie es auch bei der bekannten Vorrichtung praktiziert wird. Ist die Belichtung der Muster in den Ablenkberei­ chen aller Teilstrahlen abgeschlossen, so wird die Ab­ lenkposition der Ablenkmittel zur nächsten Ablenkposi­ tion bewegt, und der gleiche Vorgang wird wiederholt.

In einem Fall, in dem die Teilstrahlen-Ablenkbereiche nicht zusammenhängend sind, wird die Ablenkposition des anderen, die Ablenkmittel bildenden Ablenkelements. (Ablenkelement mit niedrigster Rangordnung) in einer Größenordnung bewegt, die der Breite des Teilstrahlen- Ablenkbereiches entspricht, um den gesamten Bereich der Teilstrahlenanordnung zu belichten. Der übrige Prozess verläuft genauso wie bei der bekannten Vorrichtung. Der Bereich zwischen jedem benachbarten Teilstrahlen-Ab­ lenkbereich kann beispielsweise insgesamt belichtet werden, indem die mittlere Position viermal verschoben wird, wenn die Mittelpunkte der Teilstrahlen-Ablenkbe­ reiche um einen Abstand beabstandet zueinander angeord­ net sind, der viermal der Breite des Teilstrahlenberei­ ches entspricht. Sind die Mittelpunkte der Teilstrah­ len-Ablenkbereiche um einen Abstand gleich viermal der Breite des Teilstrahlenbereichs sowohl in Richtung der X- als auch der Y-Achse beabstandet zueinander angeord­ net, so sollte die Belichtung durchgeführt werden, in­ dem die mittleren Positionen insgesamt 16 mal verscho­ ben werden.

Normalerweise sind die Ablenkmittel so aufgebaut, daß sie ein Hauptablenkelement mit einem untergeordneten Ablenkelement verbinden; in diesem Fall kann die Ablen­ kung zum Belichten des Bereiches zwischen dem benach­ barten Teilstrahlen-Ablenkbereich durchgeführt werden, indem man das Teilablenkelement verwendet, jedoch sollte vorzugsweise ein untergeordnetes Teilablenkele­ ment zur Durchführung der Ablenkung vorgesehen werden, dessen Ablenkbereich kleiner ist als der Ablenkbereich des Teilablenkelements, dessen Einstellzeit für die Ab­ lenkung jedoch kürzer ist.

Vorzugsweise wird jeder Teilstrahlen-Ablenkbereich kleiner eingestellt als sein maximaler Ablenkbereich, und ein Muster, das eine Grenze zwischen den Teilab­ lenkbereichen überschreitet, wird mit einer einzigen Aufnahme belichtet. Dies dient dazu, Verschiebungen an den Verbindungen zu verhindern.

Sind die Teilstrahlen-Ablenkbereiche so angeordnet, daß sie einander überlappen, so werden Vorkehrungen getrof­ fen, damit, wenn die Belichtung eines Musters in einem bestimmten Teilstrahlen-Ablenkbereich abgeschlossen ist, wenn die Belichtung in ihrem benachbarten Teil­ strahlen-Ablenkbereich noch nicht abgeschlossen ist, der Teilstrahl, mit dem die Belichtung abgeschlossen wurde, verwendet wird, um das Muster in seinem benach­ barten Teilstrahlen-Ablenkbereich zu belichten. Dies verbessert die Durchsatzleistung.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegen­ den Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschrei­ bung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie an­ hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Darstellung, die den gesamten Aufbau einer Elektronenstrahl-Belichtungsvor­ richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Darstellung, die die Elektronen­ strahlbahnen in einem elektronenoptischen System in der Elektronenstrahl-Belich­ tungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 3A und 3B Darstellungen, die die Bahn eines Teil­ strahls im elektronenoptischen System in der Elektronenstrahl-Belichtungsvorrich­ tung des Ausführungsbeispiels zeigen;

Fig. 4A und 4B Darstellungen, die ein Strukturbeispiel der ersten und zweiten formgebenden Blen­ denanordnungen in der Elektronenstrahl- Belichtungsvorrichtung des Ausführungs­ beispiels zeigen;

Fig. 5 eine Darstellung, die eine Ablenksubstra­ tanordnung der Elektronenstrahl-Belich­ tungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels zeigt;

Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Ablenksubstratan­ ordnung;

Fig. 7 eine Darstellung, die eine Blende, eine Elektrodenform und ein von Elektroden in einer Blendeneinheit im Ablenkelementan­ ordnungssubstrat gebildetes elektrisches Feld zeigt;

Fig. 8 eine Seitenansicht und vergrößerte Quer­ schnittsansichten einer ersten formgeben­ den Ablenkelementanordnung 4, einer zwei­ ten formgebenden Ablenkelementanordnung 5 und einer Teilstrahlen-Ablenkanordnung 9;

Fig. 9A bis 9D Darstellungen zur Erläuterung der Teilung eines Ablenkbereichs gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel;

Fig. 10A und 10B Darstellungen zur Erläuterung der Teilung eines Ablenkbereichs gemäß dem Ausfüh­ rungsbeispiel; und

Fig. 11 eine Darstellung, die eine Blende, eine Elektrodenform und ein von den Elektroden in einer Blendeneinheit im Ablenkelemen­ tanordnungssubstrat in einem modifizier­ ten Beispiel gebildetes elektrisches Feld zeigt.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die schematisch den Aufbau einer Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung gemäß ei­ nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Elektronenstrahlbahnen in einem elektronenoptischen Sy­ stem in Fig. 2, und Fig. 3A und 3B sind Darstellungen zur Erläuterung der Bahn eines Teilstrahls in der Mitte.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Elektronenstrahlerzeuger, 3 eine erste formgebende Blendenanordnung, 4 eine erste formgebende Ablenkelementanordnung, 5 eine zweite form­ gebende Ablenkelementanordnung, 6 eine zweite formge­ bende Blendenanordnung, 7 einen Teilstrahlenaustaster, 8 eine Iris, 9 eine Teilstrahlen-Ablenkanordnung, 10-1 bis 10-9 magnetische Linsen, 11 einen herkömmlichen Austaster, 12 ein Hauptablenkelement, 13 ein Teilablen­ kelement, 14 einen Korrektor zum Korrigieren von Aber­ rationen/Coulombschen Unschärfen, 15 eine Halbleiter­ scheibe, 16 einen Tischmechanismus zum Bewegen der Halbleiterscheibe 15 durch Festklemmen der Halbleiter­ scheibe auf dem Tisch unter Verwendung eines Vakuums, 17 ein Steuerelement für den Tischmechanismus, 18 einen Detektor für reflektierte Elektronen zur Ermittlung der Fokussierungsbedingungen und der Position eines Bezugs­ punktes, 19 einen Detektorsignalverarbeitungsschalt­ kreis, 20 eine Hauptablenkelement-Steuereinrichtung, 21 eine Teilablenkelement-Steuereinrichtung, 22 eine Steuereinrichtung zum Steuern des Korrektors für die Aberrationen/Coulombschen Unschärfen, 23 eine Steuer­ einrichtung zum Steuern der Teilstrahlen-Ablenkelemen­ tanordnung, 24 eine Steuereinrichtung zum Steuern des herkömmlichen Austasters, 25 eine Steuereinrichtung zum Steuern des Teilstrahlenaustasters, 26 eine zweite Steuereinrichtung zum Steuern der Ablenkelementanord­ nung, 27 eine erste Steuereinrichtung zum Steuern der formgebenden Ablenkelementanordnung, 28 eine Steuerein­ richtung zum Steuern des elektronenoptischen Systems, 29 einen Steuerrechner, 30 eine Großspeichereinrich­ tung, 31 eine Schnittstelle zum Anschließen des Steuer­ rechners an die verschiedenen Teile der Vorrichtung, 32 einen Netzwerkadapter für die Verbindung zu einem Hauptrechner, 33 einen Computerbus, 34 einen Steuerbus, 35 einen Faradayschen Käfig und 36 ein untergeordnetes Teilablenkelement. In der Figur zeigen die durchgezoge­ nen und gestrichelten Linien, die vom Elektronenstrahl­ erzeuger 1 zur Halbleiterscheibe 15 führen, jeweils die äußersten Bahnen und die optischen Achsen der von bei­ den Kanten des Elektronenstrahlerzeugers emittierten Elektronenstrahlen.

Die Grundkonstruktion der Elektronenstrahl-Belichtungs­ vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dieselbe wie die der bekannten Vorrichtung, und die hier nicht dar­ gestellten Einzelheiten sind dieselben wie bei der be­ kannten Vorrichtung. Beispielsweise sind die Elektro­ nenstrahlbahnen, die Halbleiterscheibe 15, der Tischme­ chanismus 16, die Ablenkelemente und die Korrekturein­ richtung alle in der zylindrischen Vakuumkammer aufge­ nommen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich le­ diglich auf die Teile, die die vorliegende Erfindung kennzeichnen.

Die Elektronenstrahlbahnen im elektronenoptischen Sy­ stem des Ausführungsbeispieles werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3A und 3B beschrieben. Die Bezugs­ zeichen 2-1 bis 2-8 kennzeichnen die Achsen der durch die jeweiligen Magnetlinsen 10-1 bis 10-8 erzeugten Ma­ gnetfelder. Der vom Elektronenstrahlerzeuger 1 emit­ tierte Elektronenstrahl wird zunächst vom Magnetfeld 2- 1 konvergiert und anschließend auf die erste formge­ bende Blendenanordnung 3 gestrahlt. Die erste Blendena­ nordnung 3 weist viele reckteckige, in einer Anordnung angeordnete Blenden auf, wie später noch beschrieben wird, und der durch sie hindurchtretende Elektronen­ strahl wird in viele Teilstrahlen aufgespalten. Der durch die Blende 42 im Zentrum hindurchtretende Elek­ tronenstrahl tritt auch als ein Teilstrahl aus, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Gruppe von Teilstrahlen wird vom Magnetfeld 2-2 konvergiert und tritt auf halbem Weg durch den Konvergierungsprozeß in die erste formgebende Ablenkelementanordnung 4 ein. Die erste formgebende Ab­ lenkelementanordnung 4 ist an einer Stelle angeordnet, an der das Vergrößerungsverhältnis des Elektronen­ strahls mit dem Vergrößerungsverhältnis der ersten formgebenden Ablenkelementanordnung 3 übereinstimmt. Gleiches gilt auch für die zweite formgebende Ablenke­ lementanordnung 5, die zweite formgebende Blendenanord­ nung 6, den Teilstrahlenaustaster 7 und die Teilstrah­ len-Ablenkelementanordnung 9. Die erste formgebende Ab­ lenkelementanordnung 4 enthält auch Blenden, wie bei der ersten formgebenden Blendenanordnung 3, und auf beiden Seiten jeder Blende sind Ablenkelektroden ausge­ bildet, so daß der Strahl in einem gewünschten Umfang in Richtung der X-Achse und der Y-Achse senkrecht zur optischen Achse (Z-Achse) abgelenkt werden kann. Fig. 3A zeigt den Fall, bei dem der Teilstrahl nicht von seinem entsprechenden ersten formgebenden Ablenkelement 4-1 abgelenkt wird, und Fig. 3B zeigt den Fall, bei dem der Teilstrahl von seinem entsprechenden ersten formgeben­ den Ablenkelement 4-1 abgelenkt wird. Nachdem sie kon­ vergiert wurde, tritt die Gruppe von Teilstrahlen durch das Magnetfeld 2-3 hindurch und in die zweite formge­ bende Ablenkelementanordnung 5 ein. In der zweiten formgebenden Ablenkelementanordnung 5 kehrt das jedem Teilstrahl entsprechende Ablenkelement die vom entspre­ chenden Ablenkelement in der ersten formgebenden Ablen­ kelementanordnung 4 ausgeführte Ablenkung um, und kehrt so den Weg zur ursprünglichen Ausrichtung um. Auf die zweite formgebende Ablenkelementanordnung 5 folgt un­ mittelbar die zweite formgebende Blendenanordnung 6, in welcher der Grad der Überlappung zwischen jedem Teil­ strahl und seiner entsprechenden Blende entsprechend dem vom entsprechenden Ablenkelement in der ersten formgebenden Ablenkelementanordnung 4 angewendeten Ab­ lenkumfang variiert. Wie in Fig. 3A dargestellt, tritt eine Hälfte des Teilstrahls durch die Blende hindurch, wenn der Teilstrahl nicht vom ersten formgebenden Ab­ lenkelement 4-1 abgelenkt wird. Andererseits tritt der größte Teil des Teilstrahls durch die Blende hindurch, wenn der Teilstrahl vom ersten formgebenden Ablenkele­ ment 4-1, wie in Fig. 3B dargestellt, abgelenkt wird. Das Bezugszeichen 5-2 zeigt die von der zweiten formge­ benden Ablenkelementanordnung 5-1 angewendete Ablen­ kung; wie man sieht, wird die Ablenkrichtung umgekehrt im Vergleich zu der Richtung der Ablenkung, die vom er­ sten formgebenden Ablenkelement 4-1 angewendet wird. Wird die Ablenkrichtung im Vergleich zu der in Fig. 3B dargestellten Ablenkrichtung umgekehrt, so wird der durch die Blende hindurchtretende Strahl enger. Eine solche Ablenkung wird in Richtung der X-Achse und der Y-Achse angewendet, um dem Strahl verschiedene rechtec­ kige Formen zu verleihen.

Die Gruppe von Teilstrahlen wird dann vom Magnetfeld konvergiert und fällt auf den Teilstrahlenaustaster 7. Wird ein Teilstrahl von seinem entsprechenden Ablenke­ lement im Teilstrahlenaustaster 7 abgelenkt, wie in Fig. 3A dargestellt, so wird der Teilstrahl von der Iris 8 geblockt. Andererseits tritt der Teilstrahl durch die Iris 8 hindurch, wie in Fig. 3B dargestellt, wenn der Teilstrahl nicht von dem Ablenkelement im Teilstrahlen­ austaster 7 abgelenkt wird. Auf diese Weise kann auf jeden einzelnen Teilstrahl eine An-/Aus-Steuerung aus­ geübt werden, um den Teilstrahl auf die Halbleiter­ scheibe 15 zu strahlen oder nicht. Nachdem die Gruppe von Teilstrahlen durch das Magnetfeld 2-5 hindurchge­ treten ist, tritt sie in die Teilstrahlen-Ablenkelemen­ tanordnung 9 ein. Wie in den Fig. 3A und 3B darge­ stellt, verändert sich die Strahlungsposition auf der Halbleiterscheibe 15 je nachdem, ob von dem entspre­ chenden Ablenkelement in der Teilstrahlen-Ablenkelemen­ tanordnung 9 eine Ablenkung angewendet wird oder nicht. Die Gruppe von Teilstrahlen wird dann durch die Magnet­ felder 2-6, 2-7 und 2-8 auf die Halbleiterscheibe 15 fokussiert.

Die Fig. 4A und 4B zeigen ein Strukturbeispiel der ersten und zweiten formgebenden Blendenanordnungen 3 und 6. Wie in Fig. 4A dargestellt, ist die formgebende Blendenanordnung aus einer dünnen Platte einer Silikon­ scheibe oder ähnlichem gebildet. Die Stärke eines Blen­ denbereichs 41, in dem eine Anordnung von Blenden aus­ gebildet werden soll, wird durch Ätzen oder ein ähnli­ ches Verfahren reduziert, und quadratische Blenden 42 werden durch Ätzen im Blendenbereich 41 geöffnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden beispiels­ weise 20 × 20, d. h. insgesamt 400 Blenden, jede mit Kantenlängen von 15 µm, in einem Abstand von 60 µm aus­ gebildet. Da ein 60 : 1 verkleinertes Bild der formgeben­ den Blendenanordnung auf die Ebene der Halbleiter­ scheibe 15 projiziert wird, wenn das Bild undeformiert projiziert wird, werden die Teilstrahlen, von denen je­ der in eine 0,25 µm-Quadratform fokussiert wird, in ei­ nem Abstand von 1,0 µm auf der Halbleiterscheibe 15 an­ geordnet.

Die Darstellung zeigt, daß 5 × 5, d. h. insgesamt 25 Blendenbereiche 41 vorgesehen sind. Da die Blenden 42 lediglich geöffnet werden und keine Verkabelung benö­ tigt wird, kann die Vielzahl von Blendenbereichen 41 auf dem formgebenden Blendenanordnungssubstrat vorgese­ hen werden. Das formgebende Blendenanordnungssubstrat, insbesondere die erste formgebende Blendenanordnung 3, welche Elektronenstrahlen über ihre gesamte Oberfläche hinweg aufnimmt, erfordert je nach den Anwendungsbedin­ gungen eine Auswechslung oder andere Wartungsarbeiten, da sich die Blenden infolge von Erhitzung usw. nach langen Anwendungszeiten deformieren können. Der Aus­ wechslungszyklus kann verlängert und damit die Wartung erleichtert werden, indem eine Vielzahl von Blendenbe­ reichen 41 vorgesehen und das System so aufgebaut wird, daß jeder der Blendenbereiche 41 mit Hilfe des nicht dargestellten Bewegungsmechanismus wahlweise in den Elektronenstrahlbahnen positioniert wird.

Fig. 4B zeigt eine Querschnittsdarstellung der formge­ benden Blendenanordnung; in diesem Beispiel ist ein Blendenanordnungsbereich 41 dargestellt. Das Bezugszei­ chen 43 ist ein Siliciumsubstrat (Si), 44 eine bordif­ fundierte Isolierschicht, 46 ein Silicium und 47 ein Schutzmetallfilm. Nachdem die Stärke des Blendenbe­ reichs 41 durch Ätzen weiter reduziert wurde, werden die Blenden 42 ausgebildet.

Fig. 5 ist ein Ablenkelementanordnungssubstrat 50, das zur Ausbildung der ersten formgebenden Ablenkanordnung 4, der zweiten formgebenden Ablenkanordnung 5, des Teilstrahlenablenkers 7 und der Teilstrahlen-Ablenkan­ ordnung 9 verwendet wird. Dieses Substrat 50 wird auch aus einer dünnen Platte einer Siliciumscheibe oder ähn­ lichem gebildet, und ein Ablenkelementanordnungsbereich 51, in dem eine Ablenkelementanordnung ausgebildet ist, wird in seiner Stärke reduziert, wie im Falle des Blen­ denbereichs 41 der formgebenden Blendenanordnung. Das Bezugszeichen 52 zeigt Signalelektrodenkontaktstellen zum Liefern von Signalen, mit denen die in dem Ablenke­ lementanordnungsbereich 51 ausgebildeten Ablenkelektro­ den versorgt werden sollen, und 53 zeigt eine Massen­ elektroden-Kontaktstelle.

Fig. 6 ist eine Aufsicht auf den Ablenkelementanord­ nungsbereich 51. Wie dort zu erkennen ist, sind die quadratischen Blenden 56 entsprechend der Anordnung der Blenden 42 in der formgebenden Blendenanordnung ange­ ordnet. Entlang zweier gegenüberliegender Seiten jeder Blende 56 sind eine positive Elektrode 53 und eine ne­ gative Elektrode 54 angeordnet, während eine auf Masse liegende Abschirmelektrode 55 auf jeder der beiden an­ deren Seiten ausgebildet ist.

Dementsprechend sind bei dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel 20 × 20, d. h. insgesamt 400 quadratische Blen­ den 56 in einem Abstand von 60 µm ausgebildet. Jede Blende 56 ist quadratisch und weist eine Kantenlänge von etwa 25 µm auf, was etwas größer ist als jede Blende 42 in der formgebenden Blendenanordnung.

Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Blende, die Elek­ trodenform und ein von den Elektroden in einer Blenden­ einheit 57 gebildetes elektrisches Feld zeigt. Diese Darstellung zeigt, daß die positive Elektrode 53 und die negative Elektrode 54 symmetrisch zueinander sind, wobei die mittleren Abschnitte parallele, an beiden En­ den leicht gebogene Elektroden bilden. Die auf Masse liegenden Abschirmelektroden 55 werden mit den jeweili­ gen benachbarten Blendeneinheiten geteilt. Es wird ge­ zeigt, daß ein einheitliches elektrisches Feld, dessen elektrische Kraftlinien im mittleren Abschnitt parallel und gleichabständig sind, mit der oben beschriebenen Form von den Elektroden gebildet werden. Ist der vom Ablenkelementanordnungssubstrat 50 geschaffene Ablen­ kumfang nicht genau, so kann kein Strahl in der ge­ wünschten Form erzeugt werden oder die Belichtungsposi­ tion wird verschoben; es wird daher von dem Ablenkele­ mentanordnungssubstrat 50 bezüglich des Ablenkumfangs, den es liefert, eine extrem hohe Genauigkeit verlangt. Angesichts dessen ist jede Blende 56 quadratisch ausge­ bildet, um die Bildung eines einheitlichen elektrischen Feldes zu gewährleisten. Jede Blende 42 in der formge­ benden Blendenanordnung besitzt die mit dem Bezugszei­ chen 58 versehene Form; der durch die Blende 42 gebil­ dete Teilstrahl tritt auf ziemlich einfache Weise durch die Blende 56 hindurch und wird durch das einheitliche elektrische Feld ganz genau abgelenkt.

Wenden wir uns nun wieder der Fig. 5 zu. Dort sind viele Verdrahtungsleitungen zum Verbinden der Signal­ elektrodenkontaktstellen 52 und der Masseelektroden- Kontaktstellen 53 mit den positiven Elektroden 53 und den negativen Elektroden 54 im Ablenkelementanordnungs­ bereich 51 in mehreren Schichten in Bereichen zwischen dem Ablenkelementanordnungsbereich 51 in der Mitte und den umgebenden Signalelektroden-Kontaktstellen 52 und den Masseelektroden-Kontaktstellen 53 ausgebildet.

Der Teilstrahlenaustaster 7 kann so aufgebaut sein, daß er nur ein einziges Ablenkelementanordnungssubstrat 50 verwendet, wie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt, da seine Funktion ist, den Strahl in nur einer Richtung abzulenken; andererseits werden für die erste formge­ bende Ablenkelementanordnung 4, die zweite formgebende Ablenkelementanordnung 5 und die Teilstrahlenablenkele­ mentanordnung 9 zwei Ablenkelementanordnungssubstrate 50 verwendet, da der Strahl in zwei Richtungen senk­ recht zur Achse des elektronenoptischen Systems abge­ lenkt werden muß.

Fig. 8 ist eine Darstellung, die den Aufbau der ersten formgebenden Ablenkelementanordnung 4, der zweiten formgebenden Ablenkelementanordnung 5 und der Teil­ strahlenablenkelementanordnung 9 zeigt.

Wie in Fig. 8 dargestellt, sind zwei Ablenkelementanord­ nungssubstrate 50 nahe zu einander angeordnet. Im Ab­ lenkelementanordnungsbereich 51 des einen Substrats 50 werden die Blenden 56 im Substrat ausgebildet, und die positiven Elektroden 53, die negativen Elektroden 54 und die auf Masse liegenden Abschirmelektroden 55 sind auf einer Seite des Substrats ausgebildet. Die Signal­ elektroden-Kontaktstellen 52 und die Masseelektroden- Kontaktstellen sind ebenso auf der einen Seite des Sub­ strats ausgebildet. Im Ablenkelementanordnungsbereich 51' des anderen Substrats 50' sind die Blenden 56' im Substrat ausgebildet, und die positiven Elektroden 53', die negativen Elektroden 54' und die auf Masse liegen­ den Abschirmelektroden 55' sind auf der anderen Seite des Substrats ausgebildet. Die Signalelektroden-Kon­ taktstellen 52' und die Masseelektroden-Kontaktstellen sind ebenso auf der einen Seite des Substrats ausgebil­ det. Die beiden Substrate 50 und 50' sind so angeord­ net, daß die Nichtelektrodenseiten einander gegenüber­ liegen und die Blenden 56 auf die entsprechenden Blen­ den 56' ausgerichtet sind, wie die Darstellung zeigt. Da die Elektroden, usw. nicht auf den sich gegenüber­ liegenden Seiten ausgebildet sind, können die beiden Substrate ganz nah zueinander angeordnet werden.

Die positiven Elektroden 53 und die negativen Elektro­ den 54 sind um 90° gedreht zu den positiven Elektroden 53' und den negativen Elektroden 54' ausgerichtet. Da­ her werden die elektrischen Felder in die mit den Be­ zugszeichen 61 und 61' versehenen Richtungen ausgebil­ det, indem eine Spannung zwischen den positiven und ne­ gativen Elektroden 53 und 54 und zwischen den positiven und negativen Elektroden 53' und 54' angelegt wird, so daß der durch die entsprechenden Blenden 56 und 56' hindurchtretende Teilstrahl in bei 90° aufeinander aus­ gerichteten Richtungen abgelenkt werden kann. Das heißt, es wird ein Ablenkelement realisiert, welches den Teilstrahl unabhängig in zwei Richtungen, in Rich­ tung der X-Achse und in Richtung der Y-Achse senkrecht zur optischen Achse ablenken kann.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die An­ zahl der Blenden 56 und 56' und ihr Abstand sowohl in Richtung der X-Achse als auch in Richtung der Y-Achse gleich. Der Aufbau eines jeden Ablenkelements erfolgt daher, indem man zwei Ablenkelementanordnungssubstrate 50 unter Verwendung des gleichen Herstellungsverfahrens herstellt und sie zueinander anordnet, wobei deren Ach­ sen um 90° gedreht sind.

Wie bereits zuvor erläutert sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste formgebende Ablenkelemen­ tanordnung 4, die zweite formgebende Ablenkelementan­ ordnung 5, die Teilstrahlen-Ablenkelementanordnung 9 und der Teilstrahlenaustaster 7 jeweils an einer Stelle angeordnet, an der das Vergrößerungsverhältnis des Elektronstrahls übereinstimmt mit dem der ersten form­ gebenden Blendenanordnung 3. Dadurch wird es möglich, daß man für jedes der zum Aufbau der Ablenkelemente verwendeten Substrate dieselbe Blendenanordnung verwen­ det. Daher sind die erste formgebende Ablenkelementan­ ordnung 4, die zweite formgebende Ablenkelementanord­ nung 5 und die Teilstrahlen-Ablenkelementanordnung 9 jeweils so aufgebaut, daß sie zwei Ablenkelementanord­ nungssubstrate 50 verwenden, die unter Verwendung des­ selben Herstellungsverfahrens hergestellt wurden, und der Teilstrahlen-Austaster 7 ist ebenfalls unter Ver­ wendung desselben Substrats aufgebaut. Dies dient dazu, die Auswirkungen von in den Herstellungsprozeß einge­ führten Fehlern zu reduzieren.

Wenden wir uns nun wieder der Fig. 1 zu: Dort erzeugen die erste Steuereinrichtung 27 zum Steuern der ersten formgebenden Ablenkelementanordnung, die zweite Steuer­ einrichtung 26 zum Steuern der zweiten formgebenden Ab­ lenkelementanordnung, die Steuereinrichtung 23 zum Steuern der Teilstrahlen-Ablenkelementanordnung und die Steuereinrichtung 25 zum Steuern des Teilstrahlen­ austasters Steuersignale, die jeweils an die Signal­ elektroden auf der ersten formgebenden Ablenkelementan­ ordnung 4, der zweiten formgebenden Ablenkelementanord­ nung 5, des Teilstrahlenaustasters 7 und der Teilstrah­ len-Ablenkelementanordnung 9 angelegt werden.

Bei der Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel bilden das Hauptablenkelement 12 als ein elek­ tromagnetischer Reflektor, das untergeordnete Ablenke­ lement 13 als ein elektrostatisches Ablenkelement und das untergeordnete Teilablenkelement 36 als ein elek­ tromagnetisches Ablenkelement zusammen ein gemeinsames Ablenkmittel. Die Größe des Ablenkbereichs verringert sich in der Größenordnung des Hauptablenkelements 12, des Teilablenkelements 13 und des untergeordneten Teil­ ablenkelements 36, während sich die Ablenkgeschwindig­ keit (die die Länge der Ablenkeinstellzeit darstellt) in der Größenordnung des untergeordneten Teilablenkele­ ments 36, des Teilablenkelements 13 und des Hauptablen­ kelements 12 verringert. Bei dem dargestellten Aufbau ist das untergeordnete Teilablenkelement 36 außerhalb des Teilablenkelements 13 angeordnet, es kann jedoch auch oberhalb des Teilablenkelements 13 angeordnet sein. In diesem Fall kann das untergeordnete Teilablen­ kelement 36 als ein elektrostatisches Ablenkelement an­ geordnet sein.

Die vorangegangene Beschreibung befaßt sich mit dem Aufbau der Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung ge­ mäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel; andere Teile, die nicht ausdrücklich beschrieben wurden, sind grund­ sätzlich die gleichen wie bei der bekannten Vorrich­ tung.

Als nächstes wird in bezug auf die Fig. 9A bis 9D und die Fig. 10A und 10B beschrieben, wie der Ab­ lenkbereich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgespalten wird.

Wie zuvor erläutert, werden bei der bekannten Elektro­ nenstrahl-Belichtungsvorrichtung Ablenkelemente mit un­ terschiedlichen Merkmalen miteinander kombiniert, so daß der Strahl tatsächlich mit hoher Geschwindigkeit über einen großen Ablenkbereich hinweg abgelenkt werden kann. In der Praxis wird die Durchsatzleistung weiter erhöht, indem ununterbrochen belichtet wird, während der Umfang der Tischbewegungen unter Verwendung eines Teilablenkelements korrigiert wird, usw., während der Tisch bewegt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel wird grundsätzlich das gleiche Verfahren verwen­ det. Da jeder Teilstrahl unabhängig abgelenkt werden kann und da das Hauptablenkelement, das Teilablenkele­ ment, das untergeordnete Teilablenkelement, usw. alle Teilstrahlen zusammen im gleichen Umfang ablenkt, un­ terscheidet sich bei dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel jedoch das Ablenkverfahren je nach dem Bereich der Teilstrahlenablenkung. Das Ablenkverfahren unter­ scheidet sich auch, wenn die Ablenkbereiche benachbar­ ter Teilstrahlen sich entweder überlappen oder mitein­ ander zusammenhängen, als wenn sie mit Abstand zueinan­ der angeordnet sind. Das vorliegende Ausführungsbei­ spiel wird nachfolgend beschrieben, indem man annimmt, daß die Ablenkbereiche 79 der benachbarten Teilstrahlen beabstandet zueinander angeordnet sind, wie in Fig. 10 dargestellt.

Fig. 9A zeigt eine Anordnung von auf der Halbleiter­ scheibe 15 ausgebildeten Chips (Einzelfeldern) 70. Da jedes Chip 70 größer ist als der Ablenkbereich der Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung, muß der Tisch bewegt werden, um den ganzen Chip 70 zu belichten. Es können zwei Verfahren verwendet werden: das sogenannte Step- und Repeat-Verfahren, bei dem der Tisch bewegt und dann angehalten wird, um ein Muster innerhalb des Ablenkbereichs zu belichten und der Tisch wird, nach Abschluß der Belichtung, wiederum bewegt und dann ange­ halten, um den benachbarten Bereich zu belichten, oder ein Dauerbewegungsverfahren, bei dem ein Teil eines Mu­ sters belichtet wird, wenn es in den Ablenkbereich be­ wegt wird, während der Umfang der Tischbewegung unter Verwendung eines Teilablenkelements korrigiert wird, usw., während der Tisch bewegt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes dieser beiden Verfahren angewendet werden, jedoch wird zur besseren Veranschaulichung bei der nachfolgenden Beschreibung das Step- and Repeat-Verfahren als Beispiel verwendet.

Wie in Fig. 9A dargestellt, werden die Chips in dersel­ ben Spalte aufeinanderfolgend belichtet, indem der Um­ fang der Tischbewegung in nur einer Richtung (feste Po­ sition in der Richtung der X-Achse und schrittweise Be­ wegung nur in der Richtung der Y-Achse) um die Breite eines ersten Ablenkbereichs (der in geeigneter Weise innerhalb des maximalen Ablenkbereichs eingestellt wird) entsprechend dem Hauptablenkbereich der Elektro­ nenstrahl-Belichtungsvorrichtung verändert wird. Der Bereich der oben genannten, zu diesem Zeitpunkt belich­ teten Breite wird als Rahmen 71 bezeichnet. Ist die Be­ lichtung eines Rahmens 71 abgeschlossen, so wird der nächste Rahmen belichtet, indem der Tisch in die entge­ gengesetzte Richtung bewegt wird, wie in Fig. 9B darge­ stellt. Das Bezugszeichen 72 bezeichnet die Richtung der Tischbewegung. Bei dem dargestellten Beispiel be­ trägt die Breite des ersten Ablenkbereiches 73 der Elektronenstrahlvorrichtung ein Drittel der einen Seite jedes quadratischen Chip; daher kann der gesamte Be­ reich eines Chip in neun Step- und Repeat-Arbeitsgängen belichtet werden, und innerhalb eines Rahmens wird ein Chip in drei Arbeitsschritten belichtet.

Wie in Fig. 9C dargestellt, wird der erste Ablenkbereich 73 in zweite Ablenkbereiche 75 (im dargestellten Bei­ spiel Bereich 35) aufgespalten, von denen jeder einem Teilablenkbereich entspricht. Bei in der Mitte des einen der beiden Ablenkbereiche 75 befestigter Ablenk­ position des Hauptablenkelements 12 wird der Ablenkum­ fang im Teilablenkelement 13, im untergeordneten Teil­ ablenkelement 36 und in der Teilstrahlen-Ablenkelemen­ tanordnung 9 verändert, um ein Muster innerhalb des zweiten Ablenkbereichs 75 zu belichten. Ist die Belich­ tung des Musters innerhalb dieses zweiten Ablenkbe­ reichs 75 abgeschlossen, so wird die Ablenkposition des Hauptablenkelements 12 bewegt und in der Mitte des nächsten der beiden Ablenkbereiche 75 fixiert, und der­ selbe Vorgang wird wiederholt. Wurde dieses Verfahren auf alle zweiten Ablenkbereiche 75 innerhalb des ersten Ablenkbereichs 73 angewendet, so ist die Belichtung dieses ersten Ablenkbereichs 73 abgeschlossen, und der Belichtungsvorgang wird für den nächsten ersten Ablenk­ bereich 73 in Fig. 9B wiederholt. Das Bezugszeichen 74 bezeichnet den Ort, der die Veränderung der Hauptab­ lenkposition zeigt.

Wie in Fig. 9D dargestellt, wird jeder zweite Ablenkbe­ reich 75 in dritte Ablenkbereiche (im dargestellten Beispiel 16 Bereiche) aufgespalten. Bei in der Mitte eines dritten Ablenkbereichs 77 fixierter Ablenkposi­ tion des Teilablenkelements 13 wird der Ablenkumfang im dem untergeordneten Teilablenkelement 36 und in der Teilstrahlen-Ablenkanordnung 9 verändert, um ein Muster innerhalb des dritten Ablenkbereichs 77 zu belichten. Ist die Belichtung des Musters innerhalb dieses dritten Ablenkbereichs 77 abgeschlossen, so wird die Ablenkpo­ sition des Teilablenkelements 13 bewegt und in der Mitte des nächsten dritten Ablenkbereichs 77 fixiert, und derselbe Vorgang wird wiederholt. Wurde dieses Ver­ fahren auf alle dritten Ablenkbereiche 77 innerhalb des zweiten Ablenkbereichs 75 angewendet, so ist die Be­ lichtung dieses zweiten Ablenkbereichs 75 abgeschlos­ sen, und der Belichtungsvorgang wird für den nächsten zweiten Ablenkbereich 75 in Fig. 9C wiederholt. Das Be­ zugszeichen 76 bezeichnet den Ort, welcher die Änderung der Teilablenkposition zeigt.

Die Fig. 10A und 10B sind Darstellungen, die zeigen, wie die Belichtung in jedem dritten Ablenkbereich 77 fortschreitet. Das Bezugszeichen 79 bezeichnet jeden Teilstrahlen-Ablenkbereich der Teilstrahlen-Ablenkan­ ordnung 9. Wie zuvor bereits erläutert, gibt es 20 × 20 = 400 Teilstrahlen, und die Teilstrahlen-Ablenkbereiche betragen auf der Halbleiterscheibe jeweils 0,25 µm im Quadrat und sind mit 1,0 µm beabstandet zueinander an­ geordnet. Jeder dritte Ablenkbereich 77 ist in 400 vierte Ablenkbereiche 82 aufgespalten, von denen jeder wiederum in 16 fünfte Ablenkbereiche aufgespalten ist, von denen jeder einem Teilstrahlen-Ablenkbereich ent­ spricht. Nachdem der Ablenkumfang des untergeordneten Teilstrahlen-Ablenkelements 36 verändert wurde, um in der Mitte jedes fünften Ablenkbereichs 83 angeordnet zu werden, wie in Fig. 10B dargestellt, werden 400 fünfte Ablenkbereiche 83 unter Verwendung der Teilstrahlen-Ab­ lenkanordnung 9 belichtet. Ist die Belichtung abge­ schlossen, so wird der Ablenkumfang des untergeordneten Teilstrahlen-Ablenkelements 36 verändert, um in der Mitte des nächsten fünften Ablenkbereichs 83 angeordnet zu werden, wie durch die Stelle in Fig. 10B angedeutet, und derselbe Vorgang wird wiederholt. Wurden die 16 fünften Ablenkbereiche für jeden Teilstrahl belichtet, so ist die Belichtung aller vierten Ablenkbereiche 82, d. h. die Belichtung des dritten Ablenkbereichs 77, ab­ geschlossen.

Bei diesem Beispiel sollte der Ablenkbereich des unter­ geordneten Teilablenkelements 36 so ausgestaltet sein, daß er wenigstens 4 × 4 fünfte Ablenkbereiche 83, d. h. 1/80 des Ablenkbereichs des Teilablenkelements 13 (welcher einem der zweiten Ablenkbereiche 75 ent­ spricht) abdecken.

Bei jedem Teilstrahlen-Ablenkbereich 79 wird jeder Teilstrahl durch die erste formgebende Ablenkelementan­ ordnung 4 und die zweite formgebende Ablenkelementan­ ordnung 5 unabhängig zu einem Rechteck 81 ausgebildet und wird zur Belichtung gestrahlt, nachdem er von der Teilstrahlen-Ablenkelementanordnung 9 in Übereinstim­ mung mit der Belichtungsposition abgelenkt wurde, wie durch das Bezugszeichen 80 dargestellt. Um die rechtec­ kige Form innerhalb eines Teilstrahlen-Ablenkbereichs 79 mehrmals zu belichten, wird derselbe Vorgang in ei­ ner entsprechenden Anzahl wiederholt. Beispielsweise wird in dem linken Beispiel die rechteckige Form einmal belichtet; in der Mitte wird die rechteckige Form zwei­ mal belichtet; und rechts wird die rechteckige Form viermal belichtet. Die Darstellung zeigt, daß die un­ tere linke Ecke des Rechtecks als die Bezugsposition eingestellt wird; auch nach dem Formen wird die untere linke Ecke des Rechtecks in der gleichen Stellung ge­ halten, und der Strahl wird in diesem Zustand abge­ lenkt, so daß die untere linke Ecke des Rechtecks in die gewünschte Position bewegt wird.

Wie oben beschrieben wird bei dem vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel der Tisch bewegt, so daß der Mittelpunkt des ersten Ablenkbereichs 73 auf die optische Achse ausgerichtet ist. Anschließend wird die Ablenkposition des Hauptablenkelements 12 in der Mitte des einen zwei­ ten Ablenkbereichs 75, die Ablenkposition des Teilab­ lenkelements 13 in der Mitte des einen dritten Ablenk­ bereichs 77 und die Ablenkposition des untergeordneten Teilablenkelements 36 eingestellt, so daß jeder Teil­ strahlen-Ablenkbereich auf einen der fünften Ablenkbe­ reiche 83 ausgerichtet ist, in den jeder der vierten Ablenkbereiche 82, die den dritten Ablenkbereich 77 bilden, unterteilt ist; in diesem Zustand werden die von der ersten formgebenden Ablenkelementanordnung 4 und der zweiten formgebenden Ablenkelementanordnung 5 geformten, rechteckigen Teilstrahlen von der Teilstrah­ len-Ablenkanordnung 9 für die Belichtung abgelenkt. Ist die Belichtung jedes Teilstrahlen-Ablenkbereichs abge­ schlossen, so wird die Ablenkposition des untergeordne­ ten Teilablenkelements 36 zum nächsten fünften Ablenk­ bereich 83 bewegt, und derselbe Vorgang wird wieder­ holt. Dieser Vorgang wird 16mal wiederholt, um die Be­ lichtung des dritten Ablenkbereichs 77 abzuschließen. Als nächstes wird die Ablenkposition des Teilablenkele­ ments 13 in die Mitte des nächsten dritten Ablenkbe­ reichs 77 bewegt, und derselbe Vorgang wird wiederholt. Dieser Vorgang wird 16mal wiederholt, um die Belichtung des zweiten Ablenkbereichs 75 abzuschließen. Außerdem wird die Ablenkposition des Hauptablenkelements 12 in die Mitte des nächsten zweiten Ablenkbereichs 75 be­ wegt, und derselbe Vorgang wird wiederholt. Dieser Vor­ gang wird 36mal wiederholt, um die Belichtung des er­ sten Ablenkbereichs 73 abzuschließen. Dann wird der Tisch in Richtung der Y-Achse bewegt, um die Belichtung des nächsten ersten Ablenkbereichs 73 auf dieselbe Weise durchzuführen, und der Belichtungsvorgang wird so lange wiederholt, bis die Belichtung des einen Rahmens abgeschlossen ist. Als nächstes wird der Tisch in Rich­ tung der X-Achse bewegt, um denselben Vorgang für den nächsten Rahmen zu wiederholen. Auf diese Weise werden alle Muster auf der Halbleiterscheibe 15 belichtet.

Als nächstes wird der in der Elektronenstrahl-Belich­ tungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispieles durchzuführende Belichtungsablauf beschrieben.

Als erstes wird jede Einheit eingestellt. Bei dieser Einstellung wird jede Einheit auf einen optimalen Zu­ stand eingestellt und gleichzeitig werden die die Daten betreffenden Unterschiede zwischen Teilstrahlen in den auf den Teilstrahl bezogenen Einheiten gesammelt. Der Elektronestrahlerzeuger 1 und die Magnetlinsen 10-1 bis 10-9 werden unter Verwendung der Steuereinrichtung 28 für das elektronenoptische System eingestellt. Weiter­ hin werden das Hauptablenkelement 12, das Teilablenke­ lement 13 und das untergeordnete Teilablenkelement 36 eingestellt, und die Daten, die ihren Ablenkumfang be­ treffen, werden gesammelt. Diese Einstellungen sind die gleichen wie die Einstellungen, die bei der bekannten Vorrichtung durchgeführt werden. Die erste formgebende Blendenanordnung 3 und die zweite formgebende Blendena­ nordnung 6 sind jeweils mit einer Vielzahl von Blenden­ bereichen 41 versehen, wie zuvor beschrieben, und einer der Blendenbereiche 41 wird ausgewählt. Die erste form­ gebende Blendenanordnung 3, die zweite formgebende Blendenanordnung 6, die erste formgebende Ablenkelemen­ tanordnung 4, die zweite formgebende Ablenkelementan­ ordnung 5, der Teilstrahlenaustaster 7, die Teilstrah­ len-Ablenkanordnung 9 und die Iris 8 werden zur Justie­ rung eingestellt, indem eine Justierlehre oder ähnli­ ches verwendet wird. Zu diesem Zeitpunkt werden auch die Daten, die die Merkmale jedes einzelnen Ablenkele­ ments für die Teilstrahlenablenkung betreffen, gesam­ melt und gespeichert. Außerdem werden der Korrektor 14 zum Korrigieren von Aberrationen/Coulombschen Unschär­ fen, usw. eingestellt und dessen Daten gesammelt. Für die oben genannten Einstellungen und die Datensammlung werden der Detektor 18 für reflektierte Elektronen, der Faradaysche Käfig 36, usw. verwendet.

Ausgehend von den so gesammelten Daten werden die Kor­ rekturdaten in der Steuereinrichtung 20 des Hauptablen­ kelements, in der Teilablenkelement-Steuereinrichtung 21, in der Steuereinrichtung 22 zum Steuern des Korrek­ tors für die Aberrationen/Coulombschen Unschärfen, in der Steuereinrichtung 23 zum Steuern der Teilstrahlen- Ablenkanordnung, in der Steuereinrichtung 24 zum Steu­ ern des herkömmlichen Austasters, in der Steuereinrich­ tung 25 zum Steuern des Teilstrahlen-Austasters, in der Steuereinrichtung 26 zum Steuern der zweiten formgeben­ den Ablenkelementanordnung, in der Steuereinrichtung 27 zum Steuern der ersten formgebenden Ablenkelementanord­ nung, in der Steuereinrichtung 28 zum Steuern der er­ sten formgebenden Ablenkelementanordnung, in der Steuereinrichtung 28 zum Steuern des elektronenopti­ schen Systems, usw. aufgebaut.

Der Steuerrechner 29 stellt aus "LSI Chip Schreibdaten" und "Informationen über das Halbleiterscheibenlayout und die Belichtungsbedingungen", die in der Großspei­ chereinrichtung 30 gespeichert sind, Belichtungsinfor­ mationen für jeden Schreibrahmen zusammen. Zu diesem Zeitpunkt werden Belichtungsinformationen für jeden ge­ teilten Belichtungsbereich zusammengestellt, wie in be­ zug auf die Fig. 9A bis 9D und die Fig. 10A und 10B beschrieben ist.

Bei für das Austasten des gesamten Strahls eingestell­ tem herkömmlichem Austaster 11 und in der Austaststel­ lung ebenfalls eingestelltem Teilstrahlen-Austaster wird die Halbleiterscheibe 15 für die Belichtung auf dem Tisch 16 festgeklemmt, und der Tisch 16 wird be­ wegt, wie zuvor in bezug auf die Fig. 9A bis 9D und die Fig. 10A und 10B beschrieben, um die Ablenkposi­ tionen des Hauptablenkelements 12 und des Teilablenke­ lements 13 einzustellen. In diesem Zustand wird der Austastzustand des herkömmlichen Austasters 11 freige­ geben. Dann wird die Ablenkposition des untergeordneten Teilablenkelements 36 eingestellt, und die Belichtung beginnt.

Jeder Teilstrahl ist für seine Form und seine Ablenkpo­ sition unabhängig steuerbar und belichtet sequentiell Muster in den entsprechenden Bereichen, jedoch treten, wie zuvor bereits angemerkt, aufgrund von Coulombschen Wechselwirkungen Strahlunschärfen auf. Diese Unschärfen werden korrigiert, indem man den Korrektor 14 für die Aberrationen/Coulombschen Unschärfen verwendet. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, wenn die Strommenge für die Teilstrahlen als Ganzes groß wird oder wenn sich der Strom in großem Umfang verändert. Einige Teilstrah­ len-Schreibbereiche enthalten eine große Anzahl von Mu­ stern, und einige enthalten lediglich ein paar Muster oder überhaupt keine Muster. Im Grunde wird die Anzahl von Aufnahmen von der Anzahl der im zu belichtenden Be­ reich enthaltenen Mustern bestimmt; die Anzahl der Auf­ nahmen kann je nach dem zu belichtenden Bereich groß oder klein sein. Angesichts dessen wird die Reihenfolge der Aufnahmen in einem Bereich, in dem die Anzahl der Aufnahmen klein ist, so eingestellt, daß die maximale Strommenge pro Aufnahme so klein wie möglich gemacht wird und daß die Änderung der Strommenge zwischen den einzelnen Aufnahmen reduziert wird.

Beispielsweise enthält der Bereich (3, 1) auf der lin­ ken Seite der Fig. 10A ein großes Muster einer Aufnahme, und der Bereich (5, 1) in der Mitte enthält relativ kleine Muster von zwei Aufnahmen, während der Bereich (m, 1) auf der linken Seite kleine Muster von vier Auf­ nahmen enthält. Bei dem dargestellten Beispiel erfolgt die Belichtung in einer Anzahl von Belichtungsschrit­ ten, indem beispielsweise nur ein Muster bei (m, 1) in der ersten Aufnahme belichtet wird, ein Muster bei (5, 1) und ein Muster bei (m, 1) in der zweiten Aufnahme, das verbleibende eine Muster bei (5, 1) und ein Muster bei (m, 1) in der dritten Aufnahme und das Muster bei (3, 1) und das verbleibende eine Muster bei (m, 1) in der vierten Aufnahme. Tatsächlich wird eine solche Be­ lichtung für die Belichtungsbereiche der 400 Teilstrah­ len durchgeführt. Dies dient dazu, die maximale Strom­ menge pro Aufnahme zu reduzieren, während gleichzeitig die Änderung der Strommenge zwischen den Aufnahmen re­ duziert wird.

Wird die Belichtung wie oben beschrieben durchgeführt, so ist die Belichtung von Mustern in 400 fünften Ab­ lenkbereichen 83 abgeschlossen. Danach wird derselbe Belichtungsprozeß wiederholt durchgeführt, indem der Tisch bewegt und die Ablenkpositionen des untergeordne­ ten Teilablenkelements 36, des Teilablenkelements 13 und des Hauptablenkelements 12 verändert wird, bis alle auf der Halbleiterscheibe 15 befindlichen Muster be­ lichtet wurden.

Die Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung wurde zuvor anhand des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung beschrieben, jedoch sind auch verschiedene Modifi­ kationen möglich.

Beispielsweise wurden die positiven Elektroden 53 und die negativen Elektroden 54, die auf dem Ablenkelemen­ tanordnungssubstrat 50 ausgebildet sind, so beschrie­ ben, daß sie die in Fig. 7 dargestellte Form aufweisen, jedoch können diese auch als parallele Elektroden wie die in Fig. 11 dargestellten ausgebildet sein. Bei die­ ser Modifikation muß jedoch die Größe der Blendenein­ heit 57, und folglich auch der Abstand der Teilstrah­ len, erhöht sein, wenn dieselbe Teilstrahlengröße auch hier verwendet werden soll, da der Bereich, in dem ein einheitliches elektrisches Feld ausgebildet werden kann, kleiner wird. In dem Beispiel der Fig. 7 beträgt der Blendenabstand 1/4 der Strahlgröße und die Wirksam­ keit der Teilstrahlenausnutzung liegt bei 1/16, während bei dem Beispiel der Fig. 11 der Blendenabstand 1/16 der Strahlgröße beträgt und die Wirksamkeit der Teilstrah­ lenausnutzung bei 1/36 liegt. Obwohl die Wirksamkeit der Teilstrahlenausnutzung um etwa die Hälfte absinkt, reicht sie für praktische Zwecke aus.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zum Hauptab­ lenkelement 12 und dem Teilablenkelement 13 das unter­ geordnete Teilblenkelement 36 vorgesehen, und die dis­ kret angeordneten Ablenkbereiche 79 werden bewegt, je­ doch kann das untergeordnete Teilablenkelement 36 auch weggelassen und das Teilablenkelement 13 so ausgebildet werden, daß es diese Ablenkung ausführen kann.

Außerdem wurden bei dem Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung die Teilstrahlen-Ablenkbereiche 79 als beabstandet zueinander angeordnet beschrieben, wie in Fig. 10A dargestellt, jedoch können die Teilstrahlen-Ab­ lenkbereiche 79 zusammenhängend ausgebildet sein, indem der Ablenkumfang jeder Ablenkelementanordnung in der Teilstrahlen-Ablenkelementanordnung 9 erhöht wird. In diesem Fall muß der vom dem untergeordneten Teilablenk­ element ausgeführte Positionswechsel nicht durchgeführt werden, wie in Fig. 10B gezeigt, jedoch wird der dritte Ablenkbereich 77 belichtet, indem lediglich die Ablenk­ position jedes Teilstrahls verändert wird.

Zudem kann jeder Teilstrahlen-Ablenkbereich 79 kleiner als sein maximaler Ablenkbereich eingestellt werden, wobei Vorkehrungen getroffen werden, um ein über eine Grenze zwischen den aufgeteilten Ablenkbereichen lau­ fendes Muster in einer Aufnahme zu belichten. Dies re­ duziert die Möglichkeit von Verschiebungen an den Ver­ bindungen.

Werden die Teilstrahlen-Ablenkbereiche so angeordnet, daß sie sich überlappen, so können Vorkehrungen getrof­ fen werden, damit, wenn die Belichtung eines Musters in einem bestimmten Teilstrahlen-Ablenkbereich abgeschlos­ sen ist, wenn die Belichtung im benachbarten Teilstrah­ len-Ablenkbereich noch nicht abgeschlossen ist, der Teilstrahl, mit dem die Belichtung abgeschlossen wurde, verwendet wird, um das Muster im benachbarten Teil­ strahlen-Ablenkbereich zu belichten. Dies verbessert die Durchsatzleistung.

Weiterhin kann, wenn die Belichtung in einer Anzahl von Schritten unter Verwendung mehrerer Teilstrahlenaufnah­ men durchgeführt wird, eine Obergrenze für die Gesamts­ trommenge der Teilstrahlen als Ganzes voreingestellt werden, und wenn der Stromwert diese Obergrenze über­ schreitet, auch wenn der Belichtungsprozeß in eine An­ zahl von Schritten unterteilt wird, dann kann die An­ zahl der Aufnahmen größer eingestellt werden als die größte Anzahl von Mustern in den Teilstrahlen-Ablenkbe­ reichen. In diesem Fall erhöht sich die Belichtungszeit aufgrund der erhöhten Anzahl von Aufnahmen, aber da so eine Situation nicht oft vorkommt, ist eine Verschlech­ terung der effektiven Durchsatzleistung unbedeutend.

Wie zuvor beschrieben verbessert sich gemäß der vorlie­ genden Erfindung die Durchsatzleistung erheblich, da sehr viele der mit dem Verfahren, bei dem ein Rechteck variabler Größe verwendet wird, durchgeführten Aufnah­ men gleichzeitig gemacht werden können, und es wird eine Durchsatzleistung erzielt, die vergleichbar oder höher ist als die Durchsatzleistung, die mit dem Block­ belichtungsverfahren erzielt wird. Da zudem die Vorbe­ reitungszeit für die Vorbereitung der Blockmaske, wie dies beim Blockbelichtungsverfahren erforderlich ist, nicht benötigt wird und auch nicht die Handhabung der Blockmaske, wird der zusätzliche Zeitaufwand reduziert und die effektive Durchsatzleistung weiter erhöht.

Dadurch wird eine Elektronenstrahl-Belichtungsvorrich­ tung geschaffen, die in den Massenproduktionsverfahren von LSI's eingesetzt werden kann, wodurch die Massen­ produktion von hochintegrierten Schaltkreisen bei nied­ rigen Kosten ermöglicht wird.

Claims (12)

1. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung, enthaltend:

• - eine Strahlenquelle zur Erzeugung eines Elektro­ nenstrahls;
• - Formgebungsmittel zum Formen des Elektronen­ strahls;
• - Ablenkmittel zum Ändern der Strahlposition des Elektronenstrahls auf einer Probe; und
• - Projektionsmittel zum Fokussieren des geformten Elektronenstrahls auf die Probe,

wobei die Formgebungsmittel enthalten:

• - Teilermittel zum Erzeugen einer Vielzahl von Teilstrahlen durch Aufspalten des Elektro­ nenstrahls;
• - rechteckige Formgebungsmittel zum Formen jeder der Vielzahl von Teilstrahlen in eine gewünschte rechteckige Form; und
• - Teilstrahlen-Ablenkmittel zum Verändern der Strahlposition jedes Teilstrahls.

2. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 1, wobei die rechteckigen Formgebungsmittel wenigstens einen Teil der Vielzahl von Teilstrahlen unabhängig voneinander zu einer gewünschten rechtec­ kigen Form formen und wobei die Teilstrahlen-Ablenk­ mittel die Strahlposition wenigstens eines Teils der Vielzahl von Teilstrahlen unabhängig voneinander verändern.

3. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, ferner enthaltend Austastmittel zum Steuern des Elektronenstrahls dahingehend, daß der Elektronenstrahl auf die Probe abgelenkt bzw. nicht abgelenkt wird.

4. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner enthaltend Teilstrah­ len-Austastmittel zum Steuern jeder der Vielzahl von Teilstrahlen unabhängig voneinander dahingehend, daß jeder Teilstrahl auf die Probe abgelenkt bzw. nicht abgelenkt wird.

5. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei

• - das Teilermittel durch ein Substrat mit einer Vielzahl von ersten Formgebungsblenden gebildet wird, die eine vorgegebene rechteckige Form auf­ weisen und in einem vorgeschriebenen Abstand an­ geordnet sind, und
• - die Vielzahl von Teilstrahlen durch eine Viel­ zahl von Strahlen mit einer vorgegebenen rechteckigen Form gebildet wird, die in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind,

und wobei die rechteckigen Formgebungsmittel enthal­ ten

• - erste formgebende Ablenkmittel zum Ablenken je­ der der Vielzahl von Teilstrahlen;
• - einen formgebende Blendenstrahl mit einer Viel­ zahl von zweiten, rechteckigen Formgebungsblen­ den, die so angeordnet sind, daß sie mit dem vorgegebenen Abstand übereinstimmen, wobei jede der Vielzahl von durch die ersten formgebenden Ablenkmittel abgelenkten Teilstrahlen auf eine zugehörige zweite Formgebungsblende gerichtet wird; und
• - zweite formgebende Ablenkmittel zum Ablenken der Vielzahl von durch die Vielzahl von zweiten Formgebungsblenden geformten Teilstrahlen in die entgegengesetzte Richtung.

6. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 5, wobei

• - die ersten und zweiten formgebenden Ablenkmittel jeweils enthalten:
• - zwei formgebende Ablenksubstrate, von denen jedes eine Vielzahl von Blenden enthält, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teilstrahlen übereinstimmen,
• - weiterhin zwei Ablenkelektroden, die zur Bil­ dung eines elektrostatischen Feldes auf bei­ den Seiten jeder Blende ausgebildet sind,
• - Abschirmelektroden, die jede Blende an ande­ ren Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ablenkelektroden ausgebildet sind, flankieren,
• - wobei die Richtung des durch das Ablenk­ elektrodenpaar des einen formgebenden Ablenksub­ strats gebildeten elektrostatischen Feldes und die Richtung des durch das entsprechende Ab­ lenkelektrodenpaar des anderen formgebenden Ab­ lenksubstrats gebildeten elektrostatischen Fel­ des um 90° zueinander gedreht sind
• - und wobei die beiden formgebenden Ablenksub­ strate nahe zueinander angeordnet sind.

7. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 5, wobei

• - das Substrat der Teilermittel eine Vielzahl von formgebenden Blendenanordnungen aufweist, von denen jeder aus der Vielzahl von ersten Formge­ bungsblenden besteht und
• - jede der Vielzahl von Blendenanordnungen wahl­ weise in die Bahn des Elektronenstrahls hinein­ bewegt werden kann.

8. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, wobei

• - die Teilstrahlen-Ablenkmittel zwei Ablenksub­ strate aufweisen, von denen jedes eine Vielzahl von Blenden enthält, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teil­ strahlen übereinstimmt, ferner zwei auf beiden Seiten jeder Blende zur Bildung eines elektro­ statischen Feldes ausgebildete Ablenkelektroden, und Abschirmelektroden, die jede Blende an ande­ ren Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ablenkelektroden ausgebildet sind, flankieren,
• - und wobei die Richtung des durch das Ablenk­ elektrodenpaar des einen formgebenden Ablenksub­ strats gebildeten elektrostatischen Feldes und die Richtung des durch das entsprechende Ab­ lenkelektrodenpaar des anderen formgebenden Ab­ lenksubstrats gebildeten elektrostatischen Fel­ des um 90° zueinander gedreht sind.

9. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 4, wobei die Teilstrahlen-Austastmittel ent­ halten:

• - ein Austast-Ablenksubstrat, das eine Vielzahl von Blenden aufweist, die so angeordnet sind, daß sie mit der Anordnung der Vielzahl von Teil­ strahlen übereinstimmen,
• - zwei zur Bildung eines elektrostatischen Feldes auf beiden Seiten jeder Blende ausgebildete Ab­ lenkelektroden,
• - Abschirmelektroden, die jede Blende an anderen Stellen als den Stellen, an denen die beiden Ab­ lenkelektroden ausgebildet sind, flankieren,
• - und eine Abschirmplatte zum Austasten der Viel­ zahl von durch das Ablenkelektrodenpaar abge­ lenkten Teilstrahlen.

10. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, wobei

• - die Ablenkmittel Hauptablenkmittel und Teilab­ lenkmittel enthalten, deren Ablenkbereich klei­ ner ist als der Ablenkbereich der Hauptablenk­ mittel und wobei
• - ein mit dem ablenkbaren Bereich der Hauptablenk­ mittel übereinstimmender Hauptablenkbereich in eine Vielzahl von Teilablenkbereichen aufgespal­ ten wird, von denen jeder mit dem ablenkbaren Bereich der Teilablenkmittel übereinstimmt,
• - wobei ferner jeder der Teilablenkbereiche in eine Vielzahl von Teilstrahlen-Ablenkbereiche aufgespalten wird, von denen jeder mit dem ablenkbaren Bereich der Teilstrahlen-Ablenkmit­ tel übereinstimmt,
• - wobei bei fixiert gehaltenen Ablenkpositionen der Hauptablenkmittel und der Teilablenkmittel die Belichtung in jedem der Teilstrahlen- Ablenkbereiche ausgeführt wird, indem man die Ablenkposition der Teilstrahlen-Ablenkmittel variiert,
• - die Belichtung ferner in jedem Teilablenkbereich ausgeführt wird, indem man die Belichtung in je­ dem der Teilstrahlen-Ablenkbereiche wiederholt, während man die Ablenkposition der Teilablenk­ mittel variiert, und
• - die Belichtung weiterhin in jedem Teilablenkbe­ reich ausgeführt wird, während man die Belich­ tung in jedem der Hauptablenkbereiche wieder­ holt, während man die Ablenkposition der Haupt­ ablenkmittel variiert.

11. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 10, wobei die Vielzahl von Teilstrahlen-Ab­ lenkbereichen beabstandet zueinander angeordnet sind.

12. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach An­ spruch 11, wobei

• - die Ablenkmittel ferner in sich unterteilte Tei­ lablenkmittel aufweisen, deren Ablenkbereich kleiner ist als der Ablenkbereich der Teilab­ lenkmittel und breiter als der Abstand, in dem die Vielzahl von Teilstrahlen-Ablenkbereichen angeordnet sind,
• - wobei die Teilablenkbereiche in eine Vielzahl von gesamten Teilstrahlen-Ablenkbereichen aufge­ spalten sind, von denen jeder mit einem Bereich außerhalb der angeordneten Vielzahl von Ablenk­ bereichen übereinstimmt,
• - wobei bei fixiert gehaltenen Ablenkpositionen der Hauptablenkmittel, der Teilablenkmittel und der in sich unterteilten Teilablenkmittel die Belichtung in jedem der Teilstrahlen-Ablenkbe­ reiche ausgeführt wird, indem man die Ablenkpo­ sition der Teilstrahlen-Ablenkmittel variiert,
• - die Belichtung ferner in jedem der gesamten Teilstrahlen-Ablenkbereiche ausgeführt wird, in­ dem man die Belichtung in jedem der Teilstrah­ len-Ablenkbereiche wiederholt, während man die Ablenkposition der in sich unterteilten Teilab­ lenkmittel variiert, und
• - die Belichtung weiterhin in dem der Teilablenk­ bereiche ausgeführt wird, indem man die Belich­ tung in jedem der gesamten Teilstrahlen-Ablenk­ bereiche wiederholt, während man die Ablenkposi­ tion der Teilablenkmittel variiert.