DE10020714A1 - Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung - Google Patents
Elektronenstrahl-BelichtungsvorrichtungInfo
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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,
- - 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,
- - 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.
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