DE102014114081A1

DE102014114081A1 - Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102014114081A1
Application number: DE102014114081.8A
Authority: DE
Inventors: c/o Advantest Corp. Yamada Akio
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: US20150243480A1; JP6211435B2; DE102014114081B4; US9824860B2; JP2015162513A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät, zum Belichten von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen auf einem Substrat, das eine Vielzahl von Linienstrukturen 81a aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats in konstantem Abstand angeordnet sind, durch Bestrahlen des Substrats mit einer Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen B1 bis Bn, während ein eindimensionaler Matrixstrahl A1 in X-Richtung parallel zu den Linienstrukturen 81a bewegt wird, wobei der eindimensionale Matrixstrahl A1 ein Strahl ist, bei dem die Ladungsteilchenstrahlen B1 bis Bn in einer Y-Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen 81a angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die hierin diskutierten Ausführungsbeispiele betreffen ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung desselben.
Stand der Technik
Mit dem Fortschritt der höheren Integration von Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf für eine Belichtungstechnik, die feinere Strukturen ausbilden kann, und die Entwicklung einer neuen Belichtungstechnik. Derzeit wird bei einer zur Herstellung von Halbleiterbauelementen gemäß Stand der Technik verwendeten optischen Belichtungstechnik Licht von einer ArF-Lichtquelle verwendet. Da die Wellenlänge dieses Lichts lang ist, ist die Ausbildung einer Struktur mit einer Linienbreite von 20 nm oder weniger schwierig, selbst wenn verschiedene Techniken zur Verbesserung der Auflösung angewendet werden.
Eine Belichtungstechnik, die einen Ladungsteilchenstrahl verwendet, weist den Vorteil auf, dass die Auflösung im Grunde hoch ist, da eine gebeugte Wellenlänge des Ladungsteilchenstrahls äußerst kurz ist. allerdings weist diese Technik das folgende Problem auf. Da es schwierig ist, einen Ladungsteilchenstrahl mit ausreichender Intensität zu erhalten, während eine hohe Auflösung aufrechterhalten wird, kann keine praktische Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden, wenn eine feine Schaltkreisstruktur deines Halbleiterbauelements, bei dem eine Fläche eines zu belichtenden Teilbereichs groß ist, nur unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls direkt gezeichnet werden.
Zur Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls befindet sich eine Multistrahl-Belichtungstechnik in der Entwicklung. Ein Ladungsteilchenstrahl läuft durch eine Blendenanordnung, um in eine Vielzahl von Strahlen unterteilt zu werden, und die unterteilten Strahlen werden unabhängig voneinander mit einer Austastanordnung ausgeblendet. Diese Technik ist eine Belichtungstechnik zum Ausbilden von Strukturen durch unabhängiges An- und Ausschalten des Ladungsteilchenstrahls zur Bestrahlung von Pixeln, die auf einer Gesamtbelichtungsfläche eines Halbleiterwafers in regelmäßigen Intervallen bereitgestellt werden sollen (siehe beispielsweise Patentdokument 1 und Patentdokument 2).
Indessen wird eine komplementäre Lithographie vorgeschlagen, welche sich gegenseitig ergänzend die Ladungsteilchenstrahl-Belichtungstechnik und eine Immersionslicht-Belichtungstechnik unter Verwendung einer ArF-Lichtquelle verwendet.
Bei der komplementären Lithographie wird zuerst unter Verwendung von Verfahren, wie Doppelstrukturieren in Immersionslicht-Belichtung unter Verwendung der ArF-Lichtquelle, eine einfache Linien- und Zwischenraumstruktur ausgebildet. Es ist bekannt, dass im Fall einer Linien- und Zwischenraumstruktur, deren Linienbreite und Abstandsmaß in vertikaler oder horizontaler Richtung bestimmt werden, eine Struktur mit einer Linienbreite von 10 nm oder weniger in Belichtung mit Licht unter Verwendung der Doppelstrukturierungstechnik und dergleichen ausgebildet werden kann. Dann werden unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls Schnittstrukturen zum Schneiden von Linienstrukturen und Kontaktierungsstrukturen zum miteinander Verbinden der Linienstrukturen ausgebildet.
Bei der komplementären Lithographie ist die Fläche des Teils, an dem die Belichtung unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls ausgeführt wird, ungefähr auf einige Prozent der Fläche der die Linienstruktur enthaltenden Gesamtstruktur beschränkt. Entsprechend kann die Belichtung durch Bestrahlung der Belichtungsfläche des Halbleiterwafers mit Ladungsteilchen in einem weit geringeren Gesamt-Belichtungsumfang vervollständigt werden, als in dem Fall, in dem die gesamte, die Linienstruktur enthaltende Struktur nur unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls belichtet wird, und der Durchsatz kann um einen dem verringerten Belichtungsumfang entsprechenden Ausmaß verbessert werden.
Dokumente des Stands der Technik

Patentdokument 1: US 7276714 B2
Patentdokument 2: JP 2013-93566 A

Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei der komplementären Lithographie existieren die Schnittstrukturen und die Kontaktierungsstrukturen nur an den Linienstrukturen, die das Linien- und Zwischenraumstruktur bilden. Die Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen werden unter Verwendung des Ladungsteilchenstrahls so ausgebildet, dass sie eine ähnliche Größe wie die Linienbreite aufweisen, so dass sie die gleiche Größe und Form aufweisen und voneinander isoliert sind.
Ein herkömmlich vorgeschlagenes Ladungsteilchen-Multistrahl-Belichtungsgerät weist das folgende Problem auf. Wenn die nur an der Linienstruktur existierenden Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen unter Verwendung des in einem Gittermuster angeordneten Ladungsteilchenstrahls belichtet werden, ist das Verhältnis der Multistrahlen für die gleichzeitige Bestrahlung der Belichtungsfläche zu allen der vielen Strahlen klein und der Großteil der von einer Ladungsteilchenquelle emittierten Ladungsteilchenstrahlen werden verschwendet, ohne tatsächlich für die Belichtung verwendet zu werden.
Selbst wenn die Strahlen des Ladungsteilchen-Multistrahl-Belichtungsgeräts in einer eindimensionalen Richtung angeordnet sind, ist es unmöglich, ein Belichtungsgerät zu erhalten, das die an den Linien befindlichen Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen an allen Positionen, die allerdings in einer Linienstrukturrichtung begrenzt sind, effizient bei einer praktikablen Verarbeitungsgeschwindigkeit belichtet, während eine hohe Auflösung aufrechterhalten wird.
Angesichts dessen ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereitzustellen, welche effizient Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen zeichnen können.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Gesichtspunkt der unten beschriebenen Offenbarung stellt ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät bereit, zum Belichten von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen auf einem Substrat, das eine Vielzahl von Linienstrukturen aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats in konstantem Abstand angeordnet sind, wobei die Schnittstrukturen vorgesehen sind, um die Linienstrukturen zu schneiden, und die Kontaktierungsstrukturen vorgesehen sind, um Durchgangslöcher an den Linienstrukturen auszubilden, wobei das Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät enthält: eine Ladungsteilchenquelle zum Emittieren von Ladungsteilchen, eine Blendenplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, die in einer eindimensionalen Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordnet sind, wobei die Blendenplatte dazu geeignet ist, einen eindimensionalen Matrixstrahl zu bilden, bei dem Ladungsteilchenstrahlen, die aus durch die Öffnungen gelaufene Ladungsteilchen gebildet werden, in einer Matrix in der eindimensionalen Richtung angeordnet sind, eine Austastplatte, die eine Austastanordnung zum unabhängigen Ablenken der im eindimensionalen Matrixstrahl enthaltenen Ladungsteilchenstrahlen in Austastmanier enthält, eine Abschlussblendenplatte zum Abblocken der durch die Austastanordnung abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen, einen Deflektor zum Einstellen einer Bestrahlungsposition des gesamten eindimensionalen Matrixstrahls, eine Bühne, die einen Antriebsmechanismus enthält, zum Halten und Bewegen des Substrats, und ein Steuerteil zum Steuern von Operationen der Austastplatte, des Deflektors und der Bühne, wobei das Steuerteil die Bühne veranlasst, sich kontinuierlich in einer Richtung parallel zu den Linienstrukturen zu bewegen, und gleichzeitig eine Aufstrahlung des Ladungsteilchenstrahls ausführt, während der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an Pixelpositionen, die in regelmäßigen Intervallen auf den Linienstrukturen festgelegt sind, entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird.
Darüber hinaus stellt ein anderer Gesichtspunkt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bereit, umfassend des Schritt des Belichtens von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen auf einem Substrat, das eine Vielzahl von Linienstrukturen aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats in konstantem Abstand angeordnet sind, wobei die Schnittstrukturen vorgesehen sind, um die Linienstrukturen zu schneiden, und die Kontaktierungsstrukturen vorgesehen sind, um Durchgangslöcher an den Linienstrukturen auszubilden, wobei die Belichtung unter Verwendung eines Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgeräts ausgeführt wird, enthaltend: eine Ladungsteilchenquelle zum Emittieren von Ladungsteilchen, eine Blendenplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, die in einer eindimensionalen Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordnet sind, wobei die Blendenplatte dazu geeignet ist, einen eindimensionalen Matrixstrahl zu bilden, bei dem Ladungsteilchenstrahlen, die aus durch die Öffnungen gelaufene Ladungsteilchen gebildet werden, in einer Matrix in der eindimensionalen Richtung angeordnet sind, eine Austastplatte, die eine Austastanordnung zum unabhängigen Ablenken der im eindimensionalen Matrixstrahl enthaltenen Ladungsteilchenstrahlen in Austastmanier enthält, eine Abschlussblendenplatte zum Abblocken der durch die Austastanordnung abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen, einen Deflektor zum Einstellen einer Bestrahlungsposition des gesamten eindimensionalen Matrixstrahls, eine Bühne, die einen Antriebsmechanismus enthält, zum Halten und Bewegen des Substrats, und ein Steuerteil zum Steuern von Operationen der Austastplatte, des Deflektors und der Bühne, wobei die Bühne kontinuierlich in einer Richtung parallel zu den Linienstrukturen bewegt und gleichzeitig eine Aufstrahlung des Ladungsteilchenstrahls ausgeführt wird, wobei der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an Pixelpositionen, die in regelmäßigen Intervallen auf den Linienstrukturen festgelegt sind, entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird.
Wirkung der Erfindung
Gemäß den oben beschriebenen Gesichtspunkten wird die Aufstrahlung der in Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordneten Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen ausgeführt, während der aus der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen ausgebildete eindimensionale Matrixstrahl in Richtung parallel zu den Linienstrukturen bewegt wird. Da der eindimensionale Matrixstrahl wie oben verwendet wird, kann das Verhältnis der tatsächlich für die Belichtung verwendeten Ladungsteilchenstrahlen zu allen Ladungsteilchenstrahlen erhöht werden. Die Nutzungseffizienz der von der Ladungsteilchenquelle erzeugten Ladungsteilchenstrahlen wird somit verbessert und die für die Belichtung erforderliche Zeit kann verringert werden.
Darüber hinaus kann das Ausführen der Aufstrahlung der Ladungsteilchenstrahlen, während der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an in regelmäßigen auf den Linienstrukturen festgelegten Pixelpositionen entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird, das Ansteigen der Belichtungsbetragsverteilung steil machen. Die Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen können dadurch mit hoher Auflösung und mit hoher Genauigkeit gezeichnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1A ist eine Draufsicht auf an Linienstrukturen ausgebildeten Schnittstrukturen bei komplementärer Lithographie und 1B ist eine Draufsicht auf Linienstrukturen, die unter Verwendung der belichteten Schnittstrukturen von 1A bei der komplementären Lithographie geschnitten werden.
2 ist ein Blockschema einer Säule in einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät eines ersten Ausführungsbeispiels.
3A ist eine Draufsicht auf eine Schlitzplatte in der Säule von 2 und 3B ist eine Draufsicht auf eine Blendenplatte.
4 ist eine Ansicht, die eine Funktion einer Bühne im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils um einen Bestrahlungsbereich S₃ von 4.
6 ist eine Ansicht, die eine Bewegung eines eindimensionalen Matrixstrahls beim Belichtungsgerät des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
7 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine Struktur zwischen Pixelpositionen unter Verwendung eines n-ten Elektronenstrahls Bn im eindimensionalen Matrixstrahl gezeichnet wird.
8 ist eine Ansicht, die die durch Berechnung erhaltene Summe von Belichtungsbetragsverteilungen F_p(x) und F_p-1(x), die Breite der Struktur und die Position der Struktur zeigt.
9 ist ein Graph, bei dem die horizontale Achse einen internen Quotienten r und die vertikale Achse die Position einer Strukturmitte und eine Strukturbreite repräsentiert und ein Ergebnis zeigt, wie Änderungen der Strukturbreite und der Strukturposition in einem Fall erhalten wird, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 gemäß dem internen Quotienten r geändert werden.
10 ist ein Blockschema eines Steuersystems im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des Ausführungsbeispiels.
11 ist ein Signalformdiagramm, das ein Ausgangssignal einer Differenzermittlungsschaltung 215 und ein Pixelvorschubsignal zeigt.
12 ist ein Ablaufplan, der eine Belichtungsoperation im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
13 ist ein Graph, der ein Ergebnis zeigt, wie die Linienbreite und Versetzung von der Zielposition durch Berechnung in einem Falle erhalten wird, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 durch Polynome des internen Quotienten r ausgedrückt werden.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts eines dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
15 ist eine Draufsicht auf Bereiche, in denen die jeweiligen Säulen eine Bestrahlung ausführen, wenn die Säulen jeweils mit einem Durchmesser von 30 mm auf einem Halbleitersubstrat mit einem Durchmesser von 300 mm angeordnet sind.
Modus zur Ausführung der Erfindung
1A ist eine Draufsicht auf an Linienstrukturen ausgebildeten Schnittstrukturen bei komplementärer Lithographie, 1B ist eine Draufsicht auf Linienstrukturen 81b, die durch die belichteten Schnittstrukturen von 1A bei der komplementären Lithographie auf eine gewünschte Länge geschnitten werden.
Wie in 1A gezeigt, ist die Vielzahl an Linienstrukturen 81a bei der komplementären Lithographie in einem bestimmten Abstand angeordnet, so dass sich eine Linien- und Zwischenraumstruktur bildet. Diese Linienstrukturen werden beispielsweise durch eine Belichtungstechnik ausgebildet, die Doppelstrukturierung und Immersionslicht-Belichtung unter Verwendung einer ArF-Lichtquelle kombiniert.
Danach werden die Schnittstrukturen 83, die Öffnungsbereiche zum Schneiden der Linienstrukturen 81a sind, in einem auf der Linien- und Zwischenraumstruktur ausgebildeten (nicht dargestellten) Photolackfilm ausgebildet. Die Schnittstrukturen 83 sind keine einfachen Linien, sondern feine rechteckige Strukturen. Entsprechend ist die Anwendung der Licht-Belichtungstechnik unter Verwendung der ArF-Lichtquelle schwierig. Daher wird für die Belichtung ein Elektronenstrahl (Ladungsteilchenstrahl) verwendet, der eine ausgezeichnete Auflösung besitzt.
Danach werden die Linienstrukturen 81a in Teile der Schnittstrukturen 83 geschnitten.
Dadurch werden die in die gewünschten Längen geschnittenen Linienstrukturen 81b erhalten, wie es in 1B gezeigt ist.
Als nächstes wird ein Zwischenschicht-Isolationsfilm ausgebildet und auf dem Zwischenschicht-Isolationsfilm wird eine Vielzahl von sich in einer Richtung (1A) senkrecht zu den Linienstrukturen 81a erstreckenden ausgebildet. Zudem werden im Zwischenschicht-Isolationsfilm an Bereichen, an denen sich die oberen und unteren Linienstrukturen einander überschneiden, Durchgangslöcher ausgebildet, die die oberen und unteren Linienstrukturen miteinander verbinden. Diese Durchgangslöcher werden durch ein ähnliches Verfahren zu dem der Schnittstrukturen 83 belichtet.
Die durch komplementäre Lithographie wie oben beschrieben ausgebildeten Schnittstrukturen und Kontaktierungsstrukturen weisen die folgenden Eigenschaften auf.

Bedingung 1: Die ausgebildeten Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen weisen in derselben Schicht die gleiche Form auf.
Bedingung 2: Die ausgebildeten Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen existieren auf den Linienstrukturen.
Bedingung 3: Die Fläche der ausgebildeten Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen beträgt einige Prozent der Gesamtfläche der Linienstrukturen. Auf diese Weise kann selbst bei Elektronenstrahl-Belichtung ein praktikabler Durchsatz erreicht werden.
Bedingung 4: Keine ausgebildeten Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen sind aufeinander folgend miteinander verbunden. Dies liegt daran, dass als Halbleiterbauelement dienende Bereiche Strukturen von Teilen, die nach dem Schneiden verbleiben, und Strukturen sind, die die nach dem Schneiden verbleibenden Teile verbinden, und es gibt kein Schneiden, das die verbleibenden Teile beseitigt, oder keine Verbindung, die einen direkten Kurzschluss zwischen den verbleibenden Teilen bildet.
Bedingung 5: Die ausgebildeten Schnittstrukturen können an zufälligen Positionen auf den Linienstrukturen existieren. Mit anderen Worten, ein Anordnungsabstand der Schnittstrukturen in Linienrichtung (Längsrichtung) der Linienstrukturen ist nicht konstant.
Bedingung 6: Die ausgebildeten Schnittstrukturen müssen in der Längsrichtung der Linienstrukturen mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Dies liegt daran, dass sich die Schnittstrukturen in Bereichen, in denen sich die Linienstrukturen einander überschneiden, mit Kontaktierungsstrukturen und dergleichen stören können, wenn die Genauigkeit der Schnittstrukturen in der Längsrichtung gering ist.
Bedingung 7: Die Positionsgenauigkeit und Linienbreitengenauigkeit der ausgebildeten Schnittstrukturen in einer Richtung (Breitenrichtung der Linien) senkrecht zur Richtung der Linienstrukturen muss nicht so groß wie die Genauigkeit in Längsrichtung der Linienstrukturen sein. Dies liegt daran, dass die Linienstrukturen selbst dann geschnitten werden können, wenn die Genauigkeit in der Breitenrichtung der Linienstrukturen gering ist, und dies hat keine Auswirkungen auf die Länge der geschnittenen Linienstrukturen.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät (Elektronenstrahl-Belichtungsgerät) beschrieben, das zum Zeichnen der die oben genannten Eigenschaften aufweisenden Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen geeignet ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
(1) Aufbau des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts
2 ist eine Querschnittansicht einer Säule in einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät des Ausführungsbeispiels.
Das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des Ausführungsbeispiels bestrahlt unter Verwendung der in 2 gezeigten Säule 10 eine Oberfläche eines ein Bestrahlungsziel darstellenden Halbleitersubstrats 80 mit einem Elektronenstrahl EB (Ladungsteilchenstrahl). Die Säule 10 enthält ein zylindrisches Gehäuse und innerhalb des Gehäuses ist nahe dessen oberen Endes eine Elektronenkanone 1 vorgesehen, die dazu geeignet ist, den Elektronenstrahl EB zu erzeugen.
Der Elektronenstrahl EB wird von der Elektronenkanone 1 bei einer vorgegebenen Beschleunigungsspannung (beispielsweise 50 keV) emittiert und wird durch Durchführen durch eine Öffnung 2a einer ersten Blendenplatte 2 so geformt, dass er einen kreisrunden Querschnitt um eine optische Achse c aufweist.
Der durch die erste Blendenplatte 2 geführte Elektronenstrahl EB läuft durch ein unterhalb der ersten Blendenplatte 2 vorgesehenes optisches System 3 zur asymmetrischen Beleuchtung. Das optische System 3 zur asymmetrischen Beleuchtung enthält beispielsweise eine elektrostatische Quadrupolelektrode und verformt den Elektronenstrahl EB durch geeignetes Einstellen eines elektrostatischen Quadrupolfelds in eine Form, die einen in eine vorgegebene Richtung gestreckten Querschnitt aufweist.
Mit dem durch das optische System 3 zur asymmetrischen Beleuchtung geführten Elektronenstrahl EB wird eine Schlitzplatte 4 bestrahlt. 3A ist eine Draufsicht auf die Schlitzplatte 4. Wie in 3A gezeigt, enthält die Schlitzplatte 4 eine längliche rechteckige Öffnung 4a, wobei ein die Öffnung 4a umgebender Strahlungsbereich S₁ mit dem Elektronenstrahl EB bestrahlt wird. Durch Durchführen durch die Schlitzplatte 4 wird der Elektronenstrahl EB so geformt, dass er einen länglichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Das oben beschriebene Entfernen eines überschüssigen Teils des Elektronenstrahls EB mit der Schlitzplatte 4 kann durch Sputtern verursachte Schäden und übermäßiges Aufheizen einer Strahlformungs-Blendenplatte 5 verringern.
Danach wird der Elektronenstrahl EB durch elektromagnetische Linsen 12a und 12b auf die Strahlformungs-Blendenplatte 5 fokussiert.
3B ist eine Draufsicht auf die Strahlformungs-Blendenplatte 5. Wie in 3B gezeigt, ist die Strahlformungs-Blendenplatte 5 mit einer Vielzahl von Öffnungsbereichen 5a versehen, die eindimensional in derselben Richtung wie die Längsrichtung des Elektronenstrahls EB angeordnet sind. Die Strahlformungs-Blendenplatte 5 erzeugt einen eindimensionalen Matrixstrahl A1, der Elektronenstrahlen B1 bis Bn enthält, deren Anzahl gleich der Zahl der Öffnungsbereiche 5a ist. Man beachte, dass die Formen der jeweiligen Öffnungsbereiche 5a infolge von Bedingung 1, dass alle Strukturen in derselben Schicht gleich sind, alle gleich sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Nutzungswirksamkeit des Elektronenstrahls durch Formen des Elektronenstrahls EB mit dem optischen System 3 zur asymmetrischen Beleuchtung in die längliche Form und dann Bestrahlen der eindimensional angeordneten Öffnungsbereiche 5a mit dem Elektronenstrahl EB verbessert. Infolge dessen kann ein Photolack bei Elektronenstrahl-Bestrahlung in kürzerer Zeit belichtet werden und der Durchsatz wird dadurch verbessert.
Wie in 2 gezeigt, ist unter der Strahlformungs-Blendenplatte 5 eine Austastplatte 6 angeordnet.
Die Austastplatte 6 enthält in den Öffnungsbereichen 5a der Strahlformungs-Blendenplatte 5 entsprechenden Bereichen Öffnungsbereiche 6a. Seitlich zu jedem Öffnungsbereich 6a sind Austastelektroden 6b und 6c zum unabhängigen Ablenken der Elektronenstrahlen b1 bis bn vorgesehen.
Unter der Austastplatte 6 sind elektromagnetische Linsen 13a bis 13d, eine Abschlussblende 7 und ein Deflektor 8 vorgesehen. Die elektromagnetische Linsen 13a bis 13d verringern den eindimensionalen Matrixstrahl A1 um einen vorgegebenen Vergrößerungsfaktor und fokussieren den eindimensionalen Matrixstrahl A1 auf eine Oberfläche des Halbleitersubstrats 80.
Die Abschlussblende 7 enthält eine kreisrunde Öffnung 7a. Die Abschlussblende 7 blockt einen durch die Austastelektroden 6b und 6c abgelenkten Elektronenstrahl EB_off ab und erlaubt nur einem nicht durch die Austastplatte 6 abgelenkten Elektronenstrahl EB_on zu passieren.
Der Deflektor 8 ist unter der Abschlussblende 7 vorgesehen. Das Halbleitersubstrat 80 wird mit dem eindimensionalen Matrixstrahl A1 bestrahlt, wobei dessen Bestrahlungsposition auf dem Halbleitersubstrat 80 durch den Deflektor 8 in einem vorgegebenen Ablenkbereich eingestellt wird.
Eine Kammer 11 ist mit einem unteren Teil der zuvor genannten Säule 10 verbunden und in der Kammer 11 ist das Halbleitersubstrat 80, welches das Bestrahlungsziel darstellt, und eine zum Halten des Halbleitersubstrats 80 geeignete Bühne 9a vorgesehen. Die Bühne 9a kann durch eine Antriebsvorrichtung 9b in horizontaler (X-Y-Richtung) und Drehrichtung angetrieben werden.
Seitlich der Bühne 9a ist ein Positionssensor 9c, der beispielsweise ein Laserinterferometer und dergleichen enthält, vorgesehen und erfasst genau die Position der Bühne 9a mit einer Positionsgenauigkeit von etwa 0,1 nm (Nanometer). Ein Messergebnis des Positionssensors 9c wird zur Steuerung der Antriebsvorrichtung 9b und des Deflektors 8 und für ähnliche Operationen verwendet.
Die Operationen der Säule 10, der Bühne 9a und der Antriebsvorrichtung 9b, die oben beschrieben wurden, werden durch ein Steuerteil 101 gesteuert.
(2) Elektronenstrahl und Arbeitsweise der Bühne
Als nächstes werden der Elektronenstrahl und Arbeitsweise der Bühne 9a beschrieben.
4 ist eine Draufsicht, die die Arbeitsweise der Bühne 9a bei der Belichtung des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 zeigt.
In 4 zeigt ein rechteckiger Belichtungsbereich 85 einen Bereich, in dem die Säule 10 die Belichtung ausführt, und die Größe des Belichtungsbereichs 85 beträgt beispielsweise etwa 30 nm × 30 nm.
Pfeile in 4 zeigen Bewegungsrichtungen eines Bestrahlungsbereichs S₃ des eindimensionalen Matrixstrahls A1. Wie in 4 gezeigt, wird die Belichtung durch Bestrahlung eines Bereichs, der eine Breite von Fw (im Folgenden als Rahmenbreite bezeichnet) aufweist, mit dem eindimensionalen Matrixstrahl ausgeführt, während der Bestrahlungsbereich S₃ von einer Ecke des Belichtungsbereichs 85 linear in X₂-Richtung bewegt wird. In dieser Beschreibung wird ein Bereich, der in einer linearen Bewegung belichtet wird, als Rahmen 86 bezeichnet.
Wenn der Bestrahlungsbereich S₃ ein Ende des Belichtungsbereichs 85 erreicht, wird der Bestrahlungsbereich S₃ um die Rahmenbreite Fw in Y₁-Richtung bewegt und dann zurückgeführt, so dass die Belichtung am nächsten Rahmen 86 ausgeführt wird. Man beachte, dass die Bühne 9a während der Belichtung des Rahmens 86 vorzugsweise kontinuierlich bewegt wird, um eine Verschlechterung der Genauigkeit infolge von Vibrationen zu verhindern.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils um den Bestrahlungsbereich S₃ von 4.
Wie in 5 gezeigt, werden die Bestrahlungspositionen der im eindimensionalen Matrixstrahl A1 enthaltenen n Elektronenstrahlen B1, B2, ... und Bn an den Linienstrukturen 81a des Halbleitersubstrats 80 bestimmt. dadurch wird die Bedingung 2 erfüllt, dass die Strukturen auf den Linienstrukturen angeordnet sind.
Die Strahlungspositionen des Elektronenstrahls B1 bis Bn bewegen sich entlang den Linienstrukturen 81a, wenn sich die Bühne 9a in der X₂-Richtung bewegt. Mit anderen Worten, der eindimensionale Matrixstrahl A1 bewegt sich in einer Richtung parallel zu den Linienstrukturen 81a.
Dann wird durch Ausführen einer Aufstrahlung der Elektronenstrahlen B1 bis Bn zu vorgegebenen Zeitpunkten eine Belichtung von Schnittstrukturen 83a ausgeführt.
Man beachte, dass wenn die Strahlung der Elektronenstrahlen B1 bis Bn mit dem bewegten eindimensionalen Matrixstrahl A1 ausgeführt wird, sich mit der Bewegung des Halbleitersubstrats 80 auch die Kanten der Elektronenstrahlen B1 bis Bn bewegen. Dementsprechend geschieht ein Ansteigen und Abfallen der Belichtungsbetragsverteilungen graduell. Im Ergebnis verschlechtert sich die Genauigkeit an den Kantenpositionen der Strukturen 83a in X-Richtung. Bei der komplementären Lithographie müssen die Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen in der Längsrichtung der Linienstrukturen mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden (Bedingung 6), aber es kann bei der sich mit dem bewegenden Elektronenstrahlen ausgeführten Belichtung keine ausreichende Genauigkeit erreicht werden.
Obgleich zur Schaffung eines steileren Ansteigens und Abfallens der Belichtungsbetragsverteilungen eine Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne denkbar ist, verschlechtert sich in diesem Fall die Verarbeitungsgeschwindigkeit deutlich.
Angesichts dessen wird die Belichtung bei diesem Ausführungsbeispiel so ausgeführt, dass die Bestrahlungsposition des eindimensionalen Matrixstrahls A1 auf den Linienstrukturen 81a durch synchrones Bewegen des eindimensionalen Matrixstrahls A1 mit der Bewegung der Bühne 9a unter Verwendung des Deflektors 8 gestoppt wird, während das Aufstrahlen der Elektronenstrahlen ausgeführt wird.
6 ist eine Ansicht, die die Bewegung der Bestrahlungsposition des eindimensionalen Matrixstrahls A1 beim Ausführungsbeispiel zeigt.
Wie in 6 gezeigt, werden beim Ausführungsbeispiel auf jeder Linienstruktur 81a Pixelpositionen a₁ bis a_n in einem bestimmten Abstand festgelegt. Die Bestrahlungsposition des eindimensionalen Matrixstrahls A1 wird unter Verwendung des Deflektors 8 für eine bestimmte Dauer an den Pixelpositionen a₁ gestoppt und in diesem Zeitraum wird die Aufstrahlung der Elektronenstrahlen ausgeführt. Danach hüpft die Bestrahlungsposition des eindimensionalen Matrixstrahls A1 zur nächsten Pixelpositionen a₂ und die Aufstrahlung der Elektronenstrahlen wird ausgeführt, während die Bestrahlungsposition an der Pixelpositionen a₂ gestoppt ist. Die Strukturen werden durch Wiederholen dieser Operation und Ausführen der Aufstrahlung der Elektronenstrahlen, während die Bestrahlungsposition fortlaufend an den Pixelpositionen a₁ bis a_n gestoppt werden, ausgebildet.
Das Ansteigen und Abfallen der Belichtungsbetragsverteilungen der Elektronenstrahlen kann dadurch steil gemacht werden und es ist möglich, Bedingung 6 zu erfüllen, dass die Strukturen 83a in der Längsrichtung der Linienstrukturen 81a genau ausgebildet sind.
Man beachte, dass ein in 6 mit dem Bezugszeichen O bezeichneter Teil eine Belichtungs-Bezugsposition des Deflektors 8 ist und im rahmen 86 eine Vielzahl der Belichtungs-Bezugspositionen in Intervallen gleich einer Ablenkbreite des Deflektors 8 angeordnet ist. Der Deflektor 8 arbeitet auf der Grundlage der Belichtungs-Bezugspositionen. Ein in 6 mit dem Bezugszeichen C bezeichneter Teil zeigt eine Pixelposition, an der gerade die Belichtung auszuführen ist. In diesem Fall wird dem Deflektor 8 eine Pixelvorschub-Ablenkdatenkomponente, wie durch den Pfeil gezeigt, der sich von der Belichtungs-Bezugsposition O zur Pixelposition C erstreckt, zugeführt. Die Pixelvorschub-Ablenkdatenkomponente entspricht einer Komponente, die sich in der später zu beschreibenden 11 schrittweise ändert. Eine Ablenkdatenkomponente (Komponente, die sich in Fig. Kontinuierlich ändert) einer Differenz zwischen einer momentanen Bühnenposition und der Belichtungs-Bezugsposition O wird zu dieser Pixelvorschub-Ablenkdatenkomponente hinzuaddiert und die sich ergebende Datenkomponente wird dem Deflektor 8 zugeführt. Das Addieren der zwei oben beschriebenen Ablenkdatenkomponenten hält die Amplitude eines dem Deflektor 8 zugeführten Steuersignals im Wesentlichen nahe null.
(3) Verfahren zum Ausbilden einer Struktur zwischen Pixelpositionen
Beim oben beschriebenen Belichtungsverfahren sind die Bestrahlungspositionen der Elektronenstrahlen auf die Bezugspositionen begrenzt. Demgemäß sind die Positionen der Schnittstrukturen und der Kontaktierungsstrukturen nur auf die Pixelpositionen beschränkt, wenn das Verfahren so ausgeführt wird. Daher ist es unmöglich, Bedingung 5 zu erfüllen, dass die Strukturen an zufälligen Positionen auf einer Linienstruktur existieren können.
Wenn die Positionen der Schnittstrukturen nur auf die Pixelpositionen beschränkt sind, wird dem Entwurf eines Halbleiterbauelements darüber hinaus eine starke Einschränkung auferlegt, und es ist schwierig, das Halbleiterbauelement auf solche Weise zu entwerfen, dass diese Bedingung erfüllt wird. Demgemäß wird es bevorzugt, dass die Schnittstrukturen jeweils an beliebigen Positionen zwischen Pixelpositionen gezeichnet werden können.
Angesichts dessen wird im Fall des Zeichnens einer Struktur an einer Position zwischen Pixelpositionen das Zeichnen bei diesem Ausführungsbeispiel durch Überlappen von Teilbereichen ausgeführt, die durch einen Elektronenstrahl belichtet werden, der zwei Pixelpositionen neben dieser Struktur zugeführt wird.
7 zeigt ein Beispiel, bei dem eine an einer Strukturposition Xp befindliche und eine Strukturbreite Wp aufweisende Schnittstruktur unter Verwendung eines im eindimensionalen Matrixstrahl A1 enthaltenen n-ten Elektronenstrahls Bn ausgeführt wird. In 7 repräsentiert a_p die p-te Pixelposition, a_p+1 repräsentiert die (p+1)-te Pixelposition und aw repräsentiert einen Pixelabstand. Zudem wird angenommen, dass sich die Position Xp der Zielstruktur innerhalb eines Bereichs von a_p ≤ Xp ≤ a_p+1 befindet.
Der zugeführte Elektronenstrahl Bn ist als rechteck mit einer Breite W in der Linienstrukturrichtung (x-Richtung) dargestellt. Die Breite W zeigt eine Breite, in der die Struktur entwickelt wird, wenn der Elektronenstrahl in einem Referenzbelichtungsbetrag zugeführt wird. Allerdings spreizt sich der Elektronenstrahl tatsächlich in einem vorgegebenen Bereich auf, der durch Gegebenheiten des optischen Systems der Säule 10 bestimmt wird. Die Größe dieser Aufspreizung des Elektronenstrahls wird im Folgenden als Blur (Unschärfe) bezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel wird die Größe des Pixelabstands aw so festgesetzt, dass er innerhalb eines solchen Bereichs liegt, dass sich Unschärfebereiche des Elektronenstrahls Bn an benachbarten Pixelpositionen einander überlappen, und eine Schnittstruktur wird durch Überlappung von Blur-Bereichen (auch als Unschärfebereiche bezeichnet) des Elektronenstrahls Bn an benachbarten Pixelpositionen gezeichnet. Dann wird die Position der Schnittstruktur durch entsprechendes Einstellen eines Verhältnisses zwischen den Belichtungsbeträgen des Elektronenstrahls Bn an den benachbarten Pixelpositionen fein eingestellt.
Ein Verfahren zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen den Belichtungsbeträgen wird im Folgenden beschrieben.
Im Fall, dass die Aufstrahlung des Elektronenstrahls Bn an der p-ten Pixelpositionen a_p in einem Belichtungsbetrag D_p ausgeführt wird, wird eine Belichtungsbetragsverteilung F_p(x) in Linienstrukturrichtung (x-Richtung) durch die folgende Formel ausgedrückt. F_p(x) = D_p × (1/2) × [(Erf((x – a_p – W/2)/Blur) – Erf((x – a_p + W/2)/Blur)]
Man beachte, dass Erf in der obigen Formel eine Fehlerfunktion darstellt. In der obigen Formel, die die Belichtungsbetragsverteilung F_p(x) angibt, und einer Formel, die eine Belichtungsbetragsverteilung F_p+1(x) angibt, drückt der erste Term das Ansteigen der Belichtungsbetragsverteilung aus und der zweite Term drückt das Abfallen der Belichtungsbetragsverteilung aus.
Im Fall, dass die Bestrahlung an der (p+1)-ten Pixelposition a_p-1 mit einem Belichtungsbetrag D_p-1 ausgeführt wird, wird die Belichtungsbetragsverteilung F_p(x) in Linienstrukturrichtung durch die folgende Formel ausgedrückt. F_p+1(x) = D_p+1 × (1/2) × [(Erf((x – a_p+1 – W/2)/Blur) – Erf((x – a_p+1 + W/2)/Blur)]
In jeder der zwei oben beschriebenen Formeln sind die Parameter W und Blur im ersten und zweiten Term gleich. Demgemäß erscheint die Belichtungsbetragsverteilung symmetrisch in Bezug auf die Mitte. Darüber hinaus ist der Maximalwert der Verteilung F_p(x) gleich D_p, der Maximalwert der Verteilung F_p+1(x) ist gleich D_p-1 und die Belichtungsbetragsverteilung ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Struktur. Da die Formen von F_p(x) und F_p+1(x) beide durch die Fehlerfunktionen (Erf) beschrieben werden, weisen die Belichtungsbetragsverteilungen an den Pixelpositionen a_p und a_p+1 das gleiche Formprofil auf.
Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben, wie F_p(x) und F_p+1(x) aus den obigen Formeln erhalten und die reite und Größe einer Struktur berechnet werden, die durch Ausführen einer Entwicklung unter vorgegebenen Entwicklungsbedingungen (Schwellenwert des Belichtungsbetrags, durch den die Entwicklung ausgeführt wird) erscheint, wobei das Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen D_p und D_p+1 variiert wird.
8 ist eine Ansicht, die eine durch Berechnung erhaltene Summe der Belichtungsbetragsverteilungen F_p(x) und F_p-1(x), die Breite der Struktur und die Position der Struktur zeigt.
Hierbei wird die Berechnung für einen Fall ausgeführt, bei dem eine Schnittstruktur mit einer Breite von 18 nm belichtet wird. Die Berechnung wird unter der Voraussetzung ausgeführt, dass der Pixelabstand wp auf 10 nm festgelegt ist, die Breite W eines jeden im eindimensionalen Matrixstrahl A1 enthaltenen Elektronenstrahls auf 10 nm festgelegt ist und Blur, das die Größe der Unschärfe angibt, auf 10 nm festgelegt ist.
Eine linke Abbildung in 8 zeigt einen Fall, bei dem das Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen (D_p : D_p+1) auf (0 : 1) festgelegt ist, und eine mittlere Abbildung in 8 zeigt einen Fall, bei dem das Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen (D_p : D_p+1) auf (0,2 : 0,8). Eine rechte Abbildung in 8 zeigt einen Fall, bei dem das Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen (D_p : D_p+1) auf (0,5 : 0,5) festgelegt ist. Darüber hinaus zeigt eine gerade Linie 98 in den Abbildungen einen Entwicklungslevel.
Wie in den Abbildungen gezeigt, wird gefunden, dass sich die Linienbreite der ausgebildeten Struktur kaum ändert, wenn das Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen D_p und D_p-1 geändert wird, ohne deren Summe zu erhöhen. Es wird zudem gefunden, dass sich die Mittelposition der Schnittstruktur in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den Belichtungsbeträgen D_p und D_p+1 ändert.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen den Belichtungsbeträgen D_p und D_p-1 beschrieben, um die Mittelposition der Schnittstruktur mit einer Zielposition Xp auszurichten.
Die Zielposition Xp kann unter Verwendung der Koordinaten a_p und a_p+1 der Pixelpositionen und eines der Zielposition Xp entsprechenden internen Quotienten r (0 ≤ r ≤ 1) als a_p × r + a_p+1 × (1 – r) ausgedrückt werden. Hierbei werden die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 im gleichen Verhältnis wie der interne Quotienten r geändert. Um genau zu sein, die Belichtungsbeträge werden auf der Grundlage der folgenden Beziehungsformeln festgesetzt. D_p= D₀× r D_p+1= D₀× (1 – r)
Man beachte, dass D₀ einen experimentell aus Verarbeitungsbedingungen, wie etwa Photolackbedingungen und Entwicklungsbedingungen bestimmten Parameter darstellt.
9 ist ein Graph, bei dem die horizontale Achse den internen Quotienten r repräsentiert und die vertikale Achse die Position der Strukturmitte und die Strukturbreite repräsentiert, und zeigt ein Ergebnis, wie Änderungen der Strukturbreite und der Strukturposition in einem Fall erhalten werden, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p-1 entsprechend dem internen Quotienten r geändert werden. Eine Kurvenlinie 99a in 9 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem internen Quotienten und der Linienbreite. Darüber hinaus zeigt die Kurvenlinie 99b, um wie viel die Position der Strukturmitte von der Zielposition a_p × r + a_p-1 × (1 – r) versetzt ist. Die zur Berechnung erforderlichen Parameter werden so festgelegt, dass sie denen in 9 entsprechen.
Wie in 9 gezeigt, wird gefunden, dass im Fall, dass die Belichtungsbeträge D_p und D_p-1 im gleichen Verhältnis wie der interne Quotient r geändert werden, die Linienbreite der Struktur (Kurvenlinie 99a) für den internen Quotienten r um eine Position von r = 0,5 eine gerade Funktion ist und ein Schwankungsbereich ΔWp der Linienbreite der Struktur maximal 1 nm beträgt.
Darüber hinaus wird gefunden, dass die Versetzung der Position der Strukturmitte von der Zielposition (Kurvenlinie 99b) für den internen Quotienten r um eine Position von r = 0,5 eine ungerade Funktion ist und die Versetzung von der Zielposition maximal innerhalb eines Bereichs von 0,5 nm liegt.
Wie oben beschrieben, kann eine Schnittstruktur an einer beliebigen Position zwischen zwei benachbarten Pixelpositionen durch Ändern der Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 entsprechend dem internen Quotienten r der Pixelpositionen genau ausgebildet werden.
(3) Verfahren zur Bestimmung von Parametern
Als nächstes wird ein Verfahren zum Bestimmung des Pixelabstands aw, der Breite W des Elektronenstrahls und der Streuungsunschärfe des Belichtungsbetrags beschrieben.
Der Pixelabstand aw ist ein Abstand, der die Bestrahlungsposition des eindimensionalen Matrixstrahls aus eine Belichtungsfläche ändert und kann als Betriebsparameter des Geräts geeignet eingestellt werden. Der Pixelabstand aw ist ein Wert kleiner als die Breite Wp einer zu zeichnenden Struktur und wird derart festgelegt, dass sich einander überlappende belichtete Bereiche ausgebildet werden, wenn die Belichtungsbeträge durch Unschärfe an den benachbarten Pixelpositionen streuen.
Die Breite W des Elektronenstrahls wird auf einen Wert kleiner als die Breite Wp der zu zeichnenden Struktur festgelegt (beispielsweise 50 % der Strukturbreite Wp). Die Breite W des Elektronenstrahls wird auf der Grundlage der Größe einer Öffnung 21a einer Blendenplatte 21 und des optischen Vergrößerungsfaktors der Verkleinerung des Elektronenstrahls bestimmt und wird entsprechend der Breite Wp der zu zeichnenden Struktur geeignet festgelegt.
Die streuende Unschärfe des Belichtungsbetrags des Elektronenstrahls wird auf der Grundlage der Abberation einer Projektionslinse und der Streuung des Elektronenstrahls im Photolack bestimmt und ist ein Wert, der aus den Eigenschaften der Projektionslinse und des Photolackmaterials bestimmt wird.
Die Verwendung der derzeitigen Säulendesigntechnik und eines Photolacks gemäß Stand der Technik können eine Unschärfe von beispielsweise 5 nm im Minimum erreichen. Unter Verwendung eines Elektronenstrahls mit einem Blur von minimal 5 nm und durch Einstellen des Pixelabstands aw und der Breite W des Elektronenstrahls auf 5 nm kann eine Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur mit einer Breite von etwa 9 nm gezeichnet werden.
Im Fall der Belichtung einer Struktur mit einer größeren breite unter Verwendung desselben Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts wird der Pixelabstand aw durch Ändern der Betriebsparameter auf einen größeren Wert geändert und die Breite W des Elektronenstrahls wird durch Ersetzen der Blendenplatte 21 oder durch Einstellen des Vergrößerungsfaktors der Verkleinerung erhöht. Darüber hinaus kann die Unschärfe des Elektronenstrahls durch versetzen des Fokalpunkts des Elektronenstrahls mit den elektromagnetischen Linsen 12a und 12b auf einen großen Wert eingestellt werden.
Im Fall einer Verdoppelung der Breite Wp der Struktur werden der Pixelabstand aw, die Breite w des Elektronenstrahls und die aufspreizende Unschärfe des Elektronenstrahls verdoppelt. Beispielsweise werden im Fall, dass die Breite Wp der Struktur auf 18 nm festgelegt wird, der Pixelabstand aw, die Breite w des Elektronenstrahls und die aufspreizende Unschärfe des Elektronenstrahls jeweils auf 10 nm eingestellt.
Es wird unterstellt, dass das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 von 2 so betrieben wird, dass die Stromdichte des Elektronenstrahls EB immer konstant gehalten wird. Demgemäß wird die Einstellung der Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 beim Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 nicht durch Steuern eines Stromwerts des Elektronenstrahls ausgeführt, sondern durch Steuern einer Bestrahlungszeit (AN-Zeit) des Elektronenstrahls.
Die Bestrahlungszeit T_p des Elektronenstrahls Bn an der p-ten Pixelposition a_p wird durch die folgende Formel aus der Stromdichte J(n) und dem Belichtungsbetrag D_p des Elektronenstrahls Bn erhalten. T_p(n) = D_p/J(n) = D₀ × r/J(n)
Darüber hinaus wird die Bestrahlungszeit T_p+1 des Elektronenstrahls Bn an der (p+1)-ten Pixelposition a_p+1 durch die folgende Formel erhalten. T_p+1(n) = D_p+1/J(n) = D₀ × (1 – r)/J(n)
Man beachte, dass die Stromdichte J(n) des Elektronenstrahls Bn im Vorhinein durch Erfassen des Stromwerts eines jeden im eindimensionalen Matrixstrahl enthaltenen Elektronenstrahl Bn und Teilen des Stromwerts durch die Fläche des Bestrahlungsbereichs erhalten wird. Da die Stromdichte J unter den Elektronenstrahlen B1 bis Bn unterschiedlich sein kann, wird die Stromdichte J eines jeden Elektronenstrahls vorzugsweise im Vorhinein gemessen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne 9a beschrieben.
Zuerst wird aus den Elektronenstrahlen B1 bis Bn der Elektronenstrahl mit der kleinsten Stromdichte J ausgewählt und der Maximalwert T_m der Bestrahlungszeit des Elektronenstrahls an der p-ten Pixelposition unter einer Bedingung, bei der die Belichtungszeit am längsten ist, auf der Grundlage der kleinsten Stromdichte J_min erhalten. Um genau zu sein, die Belichtungszeit ist am längsten, wenn der interne Quotient r1 beträgt und der Maximalwert T_m dieser Bestrahlungszeit D₀/J_min beträgt.
Des Weiteren gibt es im Fall der Bewegung des eindimensionalen Matrixstrahls mit dem Deflektor 8 eine Stabilisierungszeit T_w des Deflektors 8.
Demgemäß sind für jede Pixelposition die Maximalzeit T_m der Belichtungszeit und die Stabilisierungszeit T_w erforderlich.
Vorausgesetzt, dass ein Pixelintervall aw beträgt, wird die effizienteste Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne auf der Grundlage der oben beschriebenen Belichtungszeit T_m und Stabilisierungszeit T_w als aw/(T_m + T_w) erhalten.
(4) Steuersystem des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts
Im Folgenden wird ein spezieller Aufbau des Steuerteils 101 des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 beschrieben.
10 ist ein Blockschema eines Steuersystems im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des Ausführungsbeispiels.
Wie in 10 gezeigt, enthält der Steuerteil 101 des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 eine Systemsteuerung 20, die dazu geeignet ist, Steuersignale an verschiedene Teile der Säule 10 bereitzustellen, und eine Gesamtsteuerung (CPU) 30.
Die Gesamtsteuerung 30 ist mit der Systemsteuerung 20 über einen Bus 31 verbunden und legt Betriebsparameter von verschiedenen Einheiten in der Systemsteuerung 20 fest. Darüber hinaus überwacht die Gesamtsteuerung 30 die Aktivierung und die Betriebszustände der Systemsteuerung 20 und führt eine Gesamtsteuerung des gesamten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 aus.
Indessen enthält die Systemsteuerung 20 drei Haupteinheiten einer Bühnenpositions-Steuereinheit 210, eine Austastanordnungs-Steuereinheit 220 und eine Belichtungsstrukturpositions-Speichereinheit 230.
Die Bühnenpositions-Steuereinheit 210 enthält eine Momentanpositions-Leseschaltung 213, die über einen Pufferverstärker 214 Signale vom Positionssensor 9c aufnimmt. Die Momentanpositions-Leseschaltung 213 ermittelt eine momentane Position der Säule 10 auf dem Halbleitersubstrat 80 und sendet das Ermittlungsergebnis an eine Differenz-Ermittlungsschaltung 215 und eine Speichersteuerschaltung 212.
Die Differenz-Ermittlungsschaltung 215 ermittelt eine Differenz zwischen der momentanen Position der Säule 10 und der Belichtungs-Bezugsposition.
Hierbei wird die Belichtungs-Bezugsposition unter Verwendung von 5 beschrieben. Beim Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des Ausführungsbeispiels wird der Rahmen 86, der in 4 gezeigt ist und bei dem die Belichtung in einer linearen Bewegung ausgeführt wird, dadurch gehandhabt, dass er durch eine Ablenkbreite L in kleine Bereiche unterteilt wird, die Felder genannt werden, wobei die Ablenkbreite L eine Breite ist, um die der Deflektor 8 den Elektronenstrahl ablenken kann. Die Handhabung von Koordinatendaten und dergleichen der Struktur in Einheiten von Feldern, die wie oben beschrieben vergleichsweise klein sind, kann die Datenmengen von Strukturen und die Zahl von Stellen in einem Koordinatenwert niedrig halten. Daher kann die Datenmenge eine einfach zu handhabende Menge sein und dadurch wird eine schnelle Datenverarbeitung möglich gemacht. Die Belichtungs-Bezugsposition ist eine Koordinate des Mittelpunkts eines jeden zuvor genannten Feldes und der Punkt O in 5 zeigt die Belichtungs-Bezugsposition.
In 10 ermittelt eine Belichtungsbezugspositions-Ausgabeschaltung 216 diese Belichtungs-Bezugsposition auf der Grundlage von Koordinatendaten des Feldes, welche aus der Belichtungsstrukturpositions-Speichereinheit 230 ausgelesen werden, und von Belichtungsdaten des Feldes, die aus einem Belichtungsbezugspositions-Speicher 233 ausgelesen werden, und gibt dann die ermittelte Belichtungs-Bezugsposition aus. Jedes mal, wenn sich ein Feld, zu dem die Säule 10 gehört, ändert, ermittelt die Belichtungsbezugspositions-Ausgabeschaltung 216 (siehe 10) eine neue Belichtungs-Bezugsposition und gibt diese aus.
Ein von der Differenz-Ermittlungsschaltung 215 ausgegebener Differenzwert wird an eine Belichtungsstart-Ermittlungsschaltung 217 und eine Ablenkdaten-Erzeugungsschaltung 219 gesendet.
11 ist ein Signalformdiagramm, das ein Ausgangssignal der Differenz-Ermittlungsschaltung 215 und ein von einer Pixelvorschub-Ablenkdaten-Erzeugungseinheit 218 ausgegebenes Pixelvorschubsignal zeigt.
Die Belichtungsstart-Ermittlungsschaltung 217 bestimmt den Beginn der Belichtung am Feld, wenn der Differenzwert zwischen der momentanen Position der Säule 10 und der Belichtungs-Bezugsposition des Felds etwa der Hälfte der Länge des Felds entspricht. In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 91 dem Differenzwert entsprechende Ablenkdaten. Der Differenzwert zwischen der Belichtungs-Bezugsposition und der momentanen Position der Säule 10 ändert sich mit Bewegung der Bühne 9a und wird als Ablenkdaten 91, die verwendet werden, um die Position des eindimensionalen Matrixstrahls zusammen mit der Bühne 9a zu bewegen, in die Ablenkdaten-Erzeugungsschaltung 219 (siehe 10) eingegeben. Indessen erzeugt die Pixelvorschub-Ablenkdaten-Erzeugungseinheit 218 Pixelvorschub-Ablenkdaten 92, die Ablenkdaten für jeweils benachbarte Pixel sind, mit der Belichtungs-Bezugsposition als Ursprung, und die sich wie in 11 gezeigt schrittweise ändern, und führt die Pixelvorschub-Ablenkdaten 92 der Ablenkdaten-Erzeugungsschaltung 219 zu.
Die Ablenkdaten-Erzeugungsschaltung 219 kombiniert die Differenzwertdaten 91 und die Pixelvorschub-Ablenkdaten 92 und führt die kombinierten Daten dem Deflektor 8 zu.
Eine Ablenkausgabe des Deflektors 8 kann durch Ausführen einer solchen Steuerung auf im Wesentlichen null gedrückt werden, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne 9a gemäß der Belichtungszeit eines jeden Pixels festgelegt wird. Daher kann die Belichtung nahe der Mittelachse der Säule 10 ausgeführt werden.
In 10 enthält die Austastanordnungs-Steuereinheit 220 eine Strahl-An-Startzeit-Schaltung 221, eine Austastzeit-Steuerschaltung 222 und Antriebseinheiten 223.
Die Strahl-An-Startzeit-Schaltung 221 stellt allen Austastelektroden eine synchronisierte Strahl-An-Zeitsteuerung bereit. Der Zyklus einer Strahl-An-Zeit wird in Abhängigkeit einer Strahl-An-Zeit der Austastelektroden und einer Sprungstabilisierungs-Wartezeit des Elektronenstrahls zwischen den Pixeln bestimmt.
Die Strahl-An-Startzeit-Schaltung 221 führt der Austastzeit-Steuerschaltung 222 entsprechend dem zuvor genannten Zyklus der Strahl-An-Zeit ein Signal zu, das einen Zeitpunkt zum Start der Aufstrahlung des Elektronenstrahls bereitstellt.
Die Austastzeit-Steuerschaltung 222 liest für jedes Feld die Position der Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur einer jeden Linienstruktur aus einem Strukturpositionsspeicher 232 aus. Dann bestimmt die Austastzeit-Steuerschaltung 222 für jeden Elektronenstrahl B1 bis Bn entsprechend der jeweiligen Linienstruktur aus dem Positionszusammenhang zwischen der Position der Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur und der dazu benachbarten Pixelposition, ob an jeder der Pixelpositionen eine Belichtung ausgeführt werden soll oder berechnet im Fall der Ausführung der Belichtung einen Anteil der Belichtungszeit.
Darüber hinaus führt die Austastzeit-Steuerschaltung 222 den Antriebseinheiten 223 das Steuersignal auf der Grundlage des Zeitsignals zu, das von der Pixelvorschub-Ablenkdaten-Erzeugungseinheit 218 gesendet wurde und das die Pixelposition und die Elektronenstrahl-An-Startzeit bereitstellt.
Die Antriebseinheiten 223 enthalten Antriebsschaltungen, die den jeweiligen Austastern der Austastplatte 6 entsprechen. Die Antriebseinheiten 223 verstärken das Ausgangssignal der Austastzeit-Steuerschaltung 222 und führen das verstärkte Signal den Austastern zu.
Die Elektronenstrahlen B1 bis Bn werden somit gemäß der Strukturposition an- und ausgeschaltet und dadurch wird die Struktur gezeichnet.
Indessen enthält die Belichtungsstrukturpositions-Speichereinheit 230 ein Belichtungsdaten-Speicherteil 231, den Strukturpositionsspeicher 232 und den Belichtungsbezugspositions-Speicher 233.
Der Belichtungsdaten-Speicherteil 231 speichert die Positionskoordinaten der Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen im gesamten Halbleiterbauelement 80 als Belichtungsdaten. Der Strukturpositionsspeicher 232 unterteilt die im Belichtungsdaten-Speicherteil 231 gespeicherten in Rahmeneinheiten, unterteilt jedes in Rahmeneinheiten unterteilte Belichtungsdatenstück weiter Feldeinheiten, die jeweils eine Länge gleich der Ablenkbreite aufweisen, und speichert die derart unterteilten Belichtungsdaten.
Im Belichtungsbezugspositions-Speicher 233 wird eine aus den Belichtungsdaten eines jeden Felds im Strukturpositionsspeicher 232 extrahierte Belichtungs-Bezugspositions-Koordinate gespeichert.
Der Strukturpositionsspeicher 232 führt die Belichtungsdaten dann in Feldeinheiten der Austastzeit-Steuerschaltung 222 zu.
(5) Arbeitsweise des gesamten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts
Als nächstes wird eine Belichtungsoperation des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 beschrieben.
12 ist ein Ablaufplan, der die Belichtungsoperation im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Zuerst wird das Halbleitersubstrat 80, welches das Belichtungsziel ist, wie in 12 gezeigt, in die Kammer 11 (siehe 2) des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 100 aufgenommen, so dass es auf der Bühne 9a befestigt ist (Schritt S10).
Als nächstes wird eine seitliche Versetzung (Versatz) einer Substratbefestigungsposition des Halbleitersubstrats 80 auf der Bühne 9a und eine Verlagerung in Drehrichtung (Rotation) korrigiert (Schritt S20).
Dann werden Positionierungsmarkierungen, die im Vorhinein in einem Schneidebereich zwischen Chips des Halbleitersubstrats 80 vorgesehen wurden, durch die Elektronenstrahlen abgerastert und die Position der Mittelachse der Säule 10 und die Belichtungsposition der Linienstruktur auf dem Halbleitersubstrat 80 miteinander ausgerichtet (Schritt S30).
Als nächstes wird die Bühne zur Belichtungsstartposition bewegt (Schritt S40) Dann wird durch Starten der Linearbewegung der Bühne 9a und Ausführen der Aufstrahlung der Elektronenstrahlen, mit dem eindimensionalen Matrixstrahl A1 an der Pixelposition des Halbleitersubstrats 80 gestoppt, die Belichtung des Rahmens 86 ausgeführt (Schritt S50).
Nachdem die Belichtung eines Rahmens 86 beendet ist, schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S60 voran und das Steuerteil bestimmt, ob die Belichtung aller Rahmen 86 beendet ist. Wenn es einen Rahmen 86 gibt, der noch nicht belichtet ist, schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S70 voran und die Bühne 9a wird bewegt, um zurückzukehren, und zur Belichtungsposition des nächsten Rahmens 86 bewegt. Danach schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S50 voran und die Belichtung des nächsten Rahmens 86 wird ausgeführt.
Wenn indessen das Steuerteil in Schritt S60 bestimmt, dass die Belichtung aller Rahmen 86 beendet ist, schreitet der Arbeitsgang zu Schritt S80 voran. In Schritt S80 wird das Halbleitersubstrat 80 aus dem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 entnommen und die Belichtungsoperation wird beendet.
Wie oben beschrieben, führt das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 100 des Ausführungsbeispiels die Aufstrahlung der Ladungsteilchenstrahlen aus, während der eindimensionale Matrixstrahl in Richtung parallel zu den Linienstrukturen bewegt wird, wobei der eindimensionale Matrixstrahl die in Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordnete Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen enthält. Da der eindimensionale Matrixstrahl wie oben beschrieben verwendet wird, kann die Zahl der Ladungsteilchenstrahlen verringert werden. Dies verbessert die Nutzungseffizienz der von einer Ladungsteilchenquelle erzeugten Ladungsteilchenstrahlen und die für die Belichtung erforderliche Zeit kann somit verringert werden.
Darüber hinaus kann das Ansteigen in der Belichtungsbetragsverteilung durch Ausführen der Aufstrahlung des Ladungsteilchenstrahls, während der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an den in regelmäßigen Intervallen auf den Linienstrukturen festgelegten Pixelpositionen entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird, steil gemacht werden. Die Schnittstrukturen und die Kontaktierungsstrukturen können dadurch genau gezeichnet werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das erste Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 lineare Funktionen des internen Quotienten r sind. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 Polynome des internen Quotienten r sind, um die Genauigkeit weiter zu verbessern.
Wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben, gibt es in der Linienbreite eine Schwankung einer geraden Funktion um die Position von R = 0,5, wenn die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 lineare Funktionen sind.
Angesichts dessen wird die Schwankung der Linienbreite der Schnittstruktur bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt weiter verringert. Beispielsweise werden ein Term vierter Ordnung und ein Term sechster Ordnung als Terme höherer Ordnung addiert, um einen in der Schwankung der Linienbreite von Gig. 9 (Kurvenlinie 99a) erscheinenden geraden Funktionsterm auszugleichen.
Betreffend den Versatz der Schnittstruktur werden darüber hinaus beispielsweise ein Term dritter Ordnung und ein Term fünfter Ordnung in gleicher Weise addiert, um den Fehler in der ungeraden Funktion (Kurvenlinie 99b) auszugleichen.
Die Linienbreite und der Versatz von der Zielposition werden durch Berechnung für einen Fall erhalten, bei dem die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 durch die folgenden Polynome des internen Quotienten r ausgedrückt werden. D_p = D₀ × (r – 4 × R₀ × r(r – 1)) D_p+1 = D₀ × ((1 – r) – 4 × R₀ × r(r – 1))
In den obigen Polynomen ist D₀ eine Konstante, die aus Verarbeitungsbedingungen, wie etwa Photolackbedingungen und Entwicklungsbedingungen, bestimmt wird und R₀ ist eine Konstante innerhalb eines Bereichs von 0 < R₀ ≤ 0,1.
13 ist ein Graph, der ein Ergebnis der Gewinnung der Linienbreite und der Versetzung aus der Zielposition durch Berechnung in dem Fall zeigt, dass die Belichtungsbeträge D_p und D_p+1 durch die Polynome des internen Quotienten r ausgedrückt werden. Hierbei wird die Berechnung ausgeführt mit R auf 0,05 festgelegt, der Strahlbreite auf 10 nm festgelegt und Blur auf 10 nm festgelegt.
Wie in 13 gezeigt, wird gefunden, dass der Versetzungsbetrag der Schnittstruktur von der Zielposition auf 0,3 nm oder weniger niedergehalten werden kann, und zudem, dass der Schwankungsbereich der Breite der Schnittstruktur zum Zielwert auf 0,5 nm oder weniger niedergehalten werden kann.
Drittes Ausführungsbeispiel
14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts eines dritten Ausführungsbeispiels.
Wie in 14 gezeigt, ist bei diesem Ausführungsbeispiel über der Bühne 9a eine Vielzahl von Säulen 10 angeordnet. Der Aufbau einer jeden Säule 10 ist gleich dem der in 3 gezeigten Säule 10. Jede Säule 10 kann so ausgebildet sein, dass sie beispielsweise einen Durchmesser von etwa 30 mm aufweist.
15 ist eine Draufsicht auf Bereiche, in denen die jeweiligen Säulen 10 eine Belichtung ausführen, wenn die jeweils einen Durchmesser von 30 mm aufweisenden Säulen auf einem Halbleitersubstrat 80 mit einem Durchmesser von 300 mm angeordnet werden.
Wie in 15 gezeigt, können auf dem Halbleitersubstrat 80 mit dem Durchmesser von 300 mm 88 Säulen 10 angeordnet sein und jede Säule 10 führt eine Belichtung auf einem Bereich von 30 mm × 30 mm aus. Da die Vielzahl von Säulen 10 die Belichtung parallel zueinander ausführen können, kann die Belichtung von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen bei diesem Ausführungsbeispiel schneller ausgeführt werden.
Im Folgenden wird ein Beispiel einer Berechnung des Durchsatzes des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
Als Betriebsbedingungen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts ist ein Intervall aw zwischen den benachbarten Pixelpositionen auf 10 nm festgelegt, die stromdichte der Elektronenstrahlen B1 bis Bn ist auf 400 A/cm² festgelegt, die Breite eines jeden Feldes (welches die Breite des eindimensionalen Matrixstrahls und zudem die Ablenkbreite des Deflektors 8 ist) ist auf 30 µm × 30 µm festgelegt, der Belichtungsbereich einer jeden Säule 10 ist auf 30 mm × 30 mm festgelegt und die Ablenkstabilisierungswartezeit für den Sprung des eindimensionalen Matrixstrahls zwischen den benachbarten Pixelpositionen ist auf 10 ns festgelegt. Darüber hinaus ist der Schwellenwert des Belichtungsbetrags, durch den der Photolack entwickelt wird, auf 40 µC/cm² als eine Verarbeitungsbedingung festgelegt.
In diesem Fall beträgt der Maximalwert der Aufstrahlungszeit des Elektronenstrahls (40 µC/cm²)/(400 A/cm²) = 100 ns. Die Verarbeitungszeit für jede Pixelposition, enthaltend die Ablenkstabilisierungswartezeit, beträgt 100 ns + 10 ns = 110 ns.
Die Zahl der Pixelpositionen in einem Feld ist 30 µm/10 nm = 3000. Dementsprechend beträgt die für die Belichtung eines Felds erforderliche Zeit 110 ns × 3000 = 330 µs.
Aus dem oben beschriebenen Berechnungsergebnis ergibt sich die Bewegungsgeschwindigkeit (mittlere Geschwindigkeit) der Bühne zu 30 µm/330 µs = 91 mm/s. Die Belichtungszeit eines Rahmens beträgt 30 mm/91 mm/s = 330 ms. Die Zahl der Rahmen im Belichtungsbereich beträgt 30 mm/30 µm = 1000. Dementsprechend beträgt die für das Zeichnen des gesamten Belichtungsbereichs erforderliche Zeit 330 ms × 1000 = 330 s. Da die zum Einbringen, Einstellen, Entnehmen und dergleichen erforderliche Zeit für das Halbleitersubstrat etwa 3 Sekunden beträgt, ergibt sich die Verarbeitungszeit eines Halbleitersubstrats zu 330 Sekunden + 30 Sekunden = 360 Sekunden.
Das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät des Ausführungsbeispiels kann somit 3600 Sekunden/360 Sekunden = 10 Halbleitersubstrate pro Stunde bearbeiten.
Andere Ausführungsbeispiele
Bei der Beschreibung der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden Beispiele des Belichtungsgeräts und Belichtungsverfahren verwendet, welche Elektronenstrahlen als Ladungsteilchenstrahlen verwenden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können anstelle der Elektronenstrahlen verschiedene Ladungsteilchen, wie etwa Ionenstrahlen, als Strahlen zur Belichtung verwendet werden.
Darüber hinaus ist es möglich, ein Ausführungsbeispiel einzusetzen, bei dem ein Teil der Bauelemente innerhalb des Umfangs des durch die Beschreibung offenbarten technischen Geists geändert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7276714 B2 [0008]
JP 2013-93566 A [0008]

Claims

Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät zum Belichten von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen auf einem Substrat, das eine Vielzahl von Linienstrukturen aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats in konstantem Abstand angeordnet sind, wobei die Schnittstrukturen vorgesehen sind, um die Linienstrukturen zu schneiden, und die Kontaktierungsstrukturen vorgesehen sind, um Durchgangslöcher an den Linienstrukturen auszubilden, wobei das Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät enthält: eine Ladungsteilchenquelle zum Emittieren von Ladungsteilchen, eine Blendenplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, die in einer eindimensionalen Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordnet sind, wobei die Blendenplatte dazu geeignet ist, einen eindimensionalen Matrixstrahl zu bilden, bei dem Ladungsteilchenstrahlen, die aus durch die Öffnungen gelaufene Ladungsteilchen gebildet werden, in einer Matrix in der eindimensionalen Richtung angeordnet sind, eine Austastplatte, die eine Austastanordnung zum unabhängigen Ablenken der im eindimensionalen Matrixstrahl enthaltenen Ladungsteilchenstrahlen in Austastmanier enthält, eine Abschlussblendenplatte zum Abblocken der durch die Austastanordnung abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen, einen Deflektor zum Einstellen einer Bestrahlungsposition des gesamten eindimensionalen Matrixstrahls, eine Bühne, die einen Antriebsmechanismus enthält, zum Halten und Bewegen des Substrats, und ein Steuerteil zum Steuern von Operationen der Austastplatte, des Deflektors und der Bühne, wobei das Steuerteil die Bühne veranlasst, sich kontinuierlich in einer Richtung parallel zu den Linienstrukturen zu bewegen, und gleichzeitig eine Aufstrahlung des Ladungsteilchenstrahls ausführt, während der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an Pixelpositionen, die in regelmäßigen Intervallen auf den Linienstrukturen festgelegt sind, entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Intervalle der Pixelpositionen derart festgelegt sind, dass Unschärfebereiche eines jeden Ladungsteilchenstrahls einander überlappen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 2, bei dem das Steuerteil jede Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur an einer beliebigen Position zwischen benachbarten zwei Pixelpositionen zeichnet, unter Verwendung der Überlappung von Bestrahlungsbetragsverteilungsbereichen eines entsprechenden Ladungsteilchenstrahls an den benachbarten zwei Pixelpositionen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 2, bei dem das Steuerteil jede Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur an einer beliebigen Position zwischen benachbarten zwei Pixelpositionen zeichnet, durch Einstellen eines Verhältnisses zwischen Bestrahlungszeiten eines entsprechenden Ladungsteilchenstrahls jeweils an den benachbarten zwei Pixelpositionen mit der Austastplatte.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 4, bei dem das Steuerteil ein Verhältnis zwischen Bestrahlungsbeträgen des entsprechenden Ladungsteilchenstrahls jeweils an den benachbarten zwei Pixelpositionen aus einem Polynom eines internen Quotienten einer Strukturposition für die benachbarten zwei Pixelpositionen erhält.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 5, bei dem, vorausgesetzt dass a_p und a_p+1 eine Pixelposition bzw. eine dazu benachbarte Pixelposition repräsentieren und dass eine Position einer zu zeichnenden Struktur unter Verwendung eines internen Quotienten r als a_p × r + a_p× (1 – r) ausgedrückt wird, das Steuerteil einen Belichtungsbetrag D_p an der Pixelposition a_p und ein Belichtungsbetrag D_p-1 an der Pixelposition a_p+1aus den Beziehungsformeln D_p = D₀ × (r – 4 × R₀ × r(1 – r)) D_p+1 = D₀ × ((r – 1) – 4 × R₀ × r(1 – r)) erhält, wobei D₀ eine Konstante ist, die aus einem Photolackmaterial und einer Entwicklungsbedingung bestimmt wird, und R₀ eine Konstante ist, die innerhalb des Bereichs von 0 < R₀ ≤ 0,1 bestimmt wird.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 2, ferner enthaltend eine Fokuslinse zum Einstellen der Fokalpositionen der Ladungsteilchenstrahlen, wobei das Steuerteil die Größen der Unschärfebereiche der Ladungsteilchenstrahlen durch Versetzung einer Fokalposition der Fokuslinse einstellt.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit: die Zahl P der in einer Ablenkbreite L enthaltenen Pixelpositionen durch Teilen der Ablenkbreite L durch einen Abstand zwischen den Pixelpositionen erhält, wobei die Ablenkbreite L eine Breite ist, um die der Deflektor in der Lage ist, den eindimensionalen Matrixstrahl in der Linienstrukturrichtung abzulenken, eine Stoppzeit T an jeder Pixelposition durch Addieren einer Strahlablenkungs-Stabilisierungswartezeit zu einer Strahlaufstrahlungszeit, erhalten durch Teilen eines für die Belichtung der Schnittstruktur oder der Kontaktierungsstruktur erforderlichen Belichtungsbetrags durch eine Stromdichte des Ladungsteilchenstrahls, erhält und eine Bewegungsgeschwindigkeit der Bühne auf L/(T × P) festlegt.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, umfassend des Schritt des Belichtens von Schnittstrukturen oder Kontaktierungsstrukturen auf einem Substrat, das eine Vielzahl von Linienstrukturen aufweist, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats in konstantem Abstand angeordnet sind, wobei die Schnittstrukturen vorgesehen sind, um die Linienstrukturen zu schneiden, und die Kontaktierungsstrukturen vorgesehen sind, um Durchgangslöcher an den Linienstrukturen auszubilden, wobei die Belichtung unter Verwendung eines Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgeräts ausgeführt wird, enthaltend: eine Ladungsteilchenquelle zum Emittieren von Ladungsteilchen, eine Blendenplatte mit einer Vielzahl von Öffnungen, die in einer eindimensionalen Richtung senkrecht zu den Linienstrukturen angeordnet sind, wobei die Blendenplatte dazu geeignet ist, einen eindimensionalen Matrixstrahl zu bilden, bei dem Ladungsteilchenstrahlen, die aus durch die Öffnungen gelaufene Ladungsteilchen gebildet werden, in einer Matrix in der eindimensionalen Richtung angeordnet sind, eine Austastplatte, die eine Austastanordnung zum unabhängigen Ablenken der im eindimensionalen Matrixstrahl enthaltenen Ladungsteilchenstrahlen in Austastmanier enthält, eine Abschlussblendenplatte zum Abblocken der durch die Austastanordnung abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen, einen Deflektor zum Einstellen einer Bestrahlungsposition des gesamten eindimensionalen Matrixstrahls, eine Bühne, die einen Antriebsmechanismus enthält, zum Halten und Bewegen des Substrats, und ein Steuerteil zum Steuern von Operationen der Austastplatte, des Deflektors und der Bühne, wobei die Bühne kontinuierlich in einer Richtung parallel zu den Linienstrukturen bewegt und gleichzeitig eine Aufstrahlung des Ladungsteilchenstrahls ausgeführt wird, wobei der eindimensionale Matrixstrahl eine bestimmte Dauer lang an Pixelpositionen, die in regelmäßigen Intervallen auf den Linienstrukturen festgelegt sind, entsprechend der Bewegung der Bühne gestoppt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 9, bei dem die Intervalle der Pixelpositionen derart festgelegt sind, dass Unschärfebereiche eines jeden Ladungsteilchenstrahls einander überlappen.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 10, bei dem jede Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur an einer beliebigen Position zwischen benachbarten zwei Pixelpositionen gezeichnet wird, unter Verwendung der Überlappung von Bestrahlungsbetragsverteilungsbereichen eines entsprechenden Ladungsteilchenstrahls an den benachbarten zwei Pixelpositionen.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 10, bei dem bei dem jede Schnittstruktur oder Kontaktierungsstruktur an einer beliebigen Position zwischen benachbarten zwei Pixelpositionen gezeichnet wird, durch Einstellen eines Verhältnisses zwischen Bestrahlungszeiten eines entsprechenden Ladungsteilchenstrahls jeweils an den benachbarten zwei Pixelpositionen mit der Austastplatte.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 12, bei dem ein Verhältnis zwischen Bestrahlungsbeträgen des entsprechenden Ladungsteilchenstrahls jeweils an den benachbarten zwei Pixelpositionen aus einem Polynom eines internen Quotienten einer Strukturposition für die benachbarten zwei Pixelpositionen erhalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements nach Anspruch 13, bei dem, vorausgesetzt dass a_p und a_p+1 eine Pixelposition bzw. eine dazu benachbarte Pixelposition repräsentieren und dass eine Position einer zu zeichnenden Struktur unter Verwendung eines internen Quotienten r als a_p × r + a_p× (1 – r) ausgedrückt wird, das Steuerteil einen Belichtungsbetrag D_p an der Pixelposition a_p und ein Belichtungsbetrag D_p-1 an der Pixelposition a_p+1aus den Beziehungsformeln D_p = D₀ × (r – 4 × R₀ × r(1 – r)) D_p+1 = D₀ × ((r – 1) – 4 × R₀ × r(1 – r)) erhält, wobei D₀ eine Konstante ist, die aus einem Photolackmaterial und einer Entwicklungsbedingung bestimmt wird, und R₀ eine Konstante ist, die innerhalb des Bereichs von 0 < R₀ ≤ 0,1 bestimmt wird.