DE19720228C2 - Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung mit einem Rasterelektronenmikroskop - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Elektronen­ strahl-Belichtungsvorrichtung und insbesondere eine Elektro­ nenstrahl-Belichtungsvorrichtung mit einem Rasterelektronenmi­ kroskop (SEM).

Bei einer Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung sind Elektro­ nenstrahlen, die von Elektronenkanonen ausgesendet werden, die zur Belichtung vorgesehen sind, als Partikel-Strahlungsquellen zum Abtasten im SEM verwendet worden. Das SEM wird zum Durch­ führen von Einstellungen verwendet, wie beispielsweise einem Fokussieren der Linse und zum Ausrichten der Strahlungsachse eines Elektronenstrahls mit der Achse der Linse vor einer Be­ lichtung. Derartige Funktionen werden unterbrochen, wenn eine Belichtung durch den Elektronenstrahl durchgeführt wird.

Fig. 1 zeigt eine derartige Elektronenstrahl-Belichtungsvor­ richtung. Die Vorrichtung besteht aus einem Steuersystem zum Steuern jeweiliger Einheiten, die in einer Säule 109 unterge­ bracht sind, und einer Anzeige 102 zum Prüfen von SEM-Bildern.

Die Säule 109 enthält eine Elektronenkanone 110, eine Konden­ sorlinse 111, eine Ablenkspule 113 zum Ablenken eines Elektro­ nenstrahls von der Elektronenkanone 110, so daß der Elektronen­ strahl ein vorbestimmtes Muster auf einen Wafer 117 (oder eine Maske) zeichnet, der auf einen Tisch 116 gelegt ist, eine Ob­ jektivlinse 114 und einen Sekundärelektronendetektor 115 zum Detektieren sekundärer Elektronen, die durch den Elektronenstrahl von der Elektronenkanone 110 auf dem Wafer 117 erzeugt werden. Eine Pumpe 118 ist zum Entgasen der Säule vorgesehen.

Das Steuersystem enthält einen Steuercomputer 101, eine Säulen­ steuerung 103, eine Vakuumsteuerung 104, eine Tischsteuerung 105 und einen Bildspeicher 107. Alle Befehle für die jeweiligen Steuerungen werden durch den Steuercomputer 101 ausgegeben.

Bei einer Belichtungsoperation steuert die Säulensteuerung 103 die Aussendung von Elektronenstrahlen von der Elektronenkanone 110 zur Belichtung, die Ablenkung durch die Ablenkspule 113 und das Fokussieren der Kondensorlinse 111 und der Objektivlinse 114, um die Belichtungsoperation zu steuern.

Die Vakuumsteuerung 104 treibt die Pumpe 118 derart, daß die Säule auf einem konstanten Vakuum bleibt. Die Tischsteuerung 105 bewegt den Tisch 116 (X-, Y-Richtungen und Drehung) bei ei­ ner Belichtung und einer SEM-Aufzeichnung zu einer vorbestimm­ ten Position.

Bei einer SEM-Operation sendet die Säulensteuerung 103 Abtast­ steuersignale, die gleich jenen für die Belichtungsoperation sind, zu den jeweiligen Einheiten innerhalb der Säule zum Durchführen einer Abtaststeuerung. Ebenso wird das Abtaststeuersignal zur Bildaufzeichnungseinheit 107 gesen­ det, wobei ein Signal, das ein abgetastetes Bild anzeigt, aus der Ausgabe des Sekundärelektronendetektors 115 bei je­ weiligen Abtastpositionen erzeugt wird, die durch das Ab­ taststeuersignal angezeigt werden, und zum Zeigen des abge­ tasteten Bildes zur Anzeige 102 gesendet wird.

Fig. 2 zeigt die Säulensteuereinheit 103 und die Bildauf­ zeichnungseinheit 107. Sie zeigt hauptsächlich ein Abtastsy­ stem und zeigt nicht die Steuerung für ein Aussenden von der Elektronenkanone 110 und das Fokussieren der Kondensorlinse 111 und der Objektivlinse 114. Wie es oben beschrieben ist, werden die Funktionen des SEM unterbrochen, wenn eine Be­ lichtung durch den Elektronenstrahl durchgeführt wird, so daß die Säulensteuereinheit 103 zum Durchführen einer Elek­ tronenstrahlbelichtung und einer SEM-Operation und die für eine SEM-Operation notwendige Bildaufzeichnungseinheit 107 unabhängig voneinander vorgesehen sind, wie es in der Figur gezeigt ist.

Die Bildaufzeichnungseinheit 107 enthält einen A/D-Wandler 307 zum Umwandeln der Ausgabe des Sekundärelektronendetek­ tors 115 in ein digitales Signal, einen Bildspeicher 304 zum temporären Speichern der Ausgabe des A/D-Wandlers 307 und eine Bildumwandlungseinheit 303 zum gleichzeitigen Umwandeln einer vorbestimmten Menge von Bilddaten, die im Bildspeicher 304 gespeichert sind, in ein Bildsignal, wie beispielsweise ein RF-Signal oder ein Videosignal.

Die Säulensteuereinheit 103 enthält einen Datengenerator 306 zum Empfangen eines Steuersignals vom Steuercomputer 101 über einen Datenbus 305, einen D/A-Wandler zum Umwandeln der Ausgabe des Datengenerators 306 in ein analoges Signal und einen Ablenkverstärker 309 zum Verstärken der Ausgabe des D/A-Wandlers 308, um ein Antriebssignal für die Ablenkspule 113 zu erzeugen. Ein A/D-Wandler 310 ist vorgesehen, um die Operation des Ablenkverstärkers 309 zu prüfen und um die Ausgabe des Ablenkverstärkers 309 in ein digitales Signal umzuwandeln und dieses zum Datenbus 305 zu übertragen. Der Steuercomputer 101 prüft die Ausgabe des A/D-Wandlers 310 über den Datenbus 305 sowie die Ausgabe des Ablenkverstär­ kers 309, um zu sehen, ob die Ausgabe dem digitalen Wert entspricht, der im Datengenerator 306 eingestellt ist, und ob der Ausgangspegel geeignet und linear ist.

Ein derartiges Prüfen des Ablenkverstärkers 309, wie es oben beschrieben ist, wird bei jeder vorbestimmten Zahl oder Zeit einer Belichtung durchgeführt. Das bedeutet, daß das her­ kömmliche System derart aufgebaut ist, daß es prüft, ob die Ausgabe des A/D-Wandlers 310 dem Wert entspricht, der im Datengenerator 306 eingestellt ist. Die Operationsprüfung wird durch Ändern des eingestellten Werts des Datengenera­ tors 306 durchgeführt, so daß es eine gewisse Zeit dauert, bis nach der Umwandlung durch den A/D-Wandler 310 der näch­ ste eingestellte Wert geprüft wird.

Zusätzlich sind die Säulensteuereinheit 103 und die Bildauf­ zeichnungseinheit 107 getrennt vorgesehen, so daß es nötig ist, die A/D-Wandler getrennt vorzusehen, was das System kompliziert macht.

EP 653 774 A1 zeigt ein Rasterelektronenmikroskop zum Beobach­ ten einer Probe unter Verwendung von von der Probe ausgesende­ ten sekundären Elektronen durch zweidimensionales Abtasten der Probe mit einem Elektronenstrahl. Ein Bild der Probe in einem Frame-Speicher wird durch Aufteilen des Frame-Speichers zum Speichern eines Bilds in 16 Teilbereichen und durch Speichern der kontinuierlichen Bilddaten der Oberfläche der Probe gebil­ det, die durch Bewegen der Probe in jeden der 16 Teilbereiche des Frame-Speichers erhalten werden.

US 5,276,325 A zeigt ein Rasterelektronenmikroskop, bei welchem eine Probe unter Verwendung eines Energiestrahls abgetastet wird. Ein Detektor erfaßt die Wechselwirkung des Strahls mit der Probe und erzeugt Bildsignale der Probe, die zum Erzeugen eines Anzeigebilds des abgetasteten Bereichs der Probe verwen­ det werden. Die Bildsignale können in einem Speicher gespei­ chert und aus diesem zum Anzeigen eines Bilds (ganz oder teil­ weise) ausgelesen werden. Durch diese (Zwischen-)Speicherung kann eine effektive Vergrößerung erreicht werden, ohne daß die Probe mit zu nahe beieinanderliegenden Abtastlinien abgetastet werden muß. Das Abtasten durch den Strahl kann auch intermit­ tierend erfolgen.

US 4,807,159 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern einer Bestrah­ lung einer Probe mit einem Elektronenstrahl bei einer festge­ legten Position. Vor einer Oberflächenerfassung von beispiels­ weise spezifischen Mustern wird zweimal eine Probe mittels Ab­ lenkens eines Elektronenstrahls durch eine Ablenkspule gebil­ det. Für die erste Probe werden Bildsignale für das gefundene Muster, sowie Daten für einen der Ablenkspule zugeführten Strom und Daten für die Position der Probe während der Mustererfas­ sung, in einem Speicher gespeichert. Die Bildsignale und die Daten der zweiten Probe werden mit den entsprechenden gespei­ cherten Bildsignalen und Daten der ersten Probe verglichen und aus einem gefundenen Unterschied zwischen den Bildsignalen und Daten der zweiten Probe und den entsprechenden gespeicherten Bildsignalen und Daten der ersten Probe wird eine Elektronen­ strahldrift berechnet. Gemäß der Elektronenstrahldrift wird eine Ablenkspule so gesteuert, daß der Elektronenstrahl auf einen erwünschten Teil der Probe angewendet werden kann.

US 4,752,686 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Her­ vorheben eines durch einen primären Strahl eines Elektronen­ strahlmikroskops abgetasteten Bereichs einer Probenoberfläche. Eine Probenoberfläche wird zeilenweise abgetastet. Durch Ver­ gleichen von Ablenkspannungen einer Ablenkeinrichtung des pri­ mären Elektronenstrahls mit variablen Vergleichsspannungen wird ein Steuersignal erzeugt, das anzeigt, ob eine abgetastete Stelle auf der Probenoberfläche innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Mit dem Steuersignal werden Abtastparameter, wie beispielsweise die Abtastrate, variiert. Das Steuersignal kann auch durch ein analoges Netzwerk erzeugt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronen­ strahl-Belichtungsvorrichtung mit einem Rasterelektronenmikro­ skop zu schaffen, die ein schnelles Prüfen des Ablenkverstär­ kers ermöglicht und einen einfachen Aufbau hat.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektronenstrahl- Belichtungsvorrichtung mit einem Rasterelektronenmikroskop ge­ mäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 und 3 zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektronenstrahl- Belichtungsvorrichtung des Anspruchs 1.

Da die Ausgabe des Ablenkverstärkers im Bildspeicher gespei­ chert wird, ist es möglich, die Ausgabe des Ablenkverstär­ kers zu ändern, wenn die Umwandlungszeit des A/D-Wandlers überlappt, wodurch die Zeit reduziert wird, die zum Prüfen der Operation des Ablenkverstärkers erforderlich ist. Zu­ sätzlich sind der Bildspeicher und der A/D-Wandler, die zum Prüfen der Operation des Ablenkverstärkers verwendet werden, bereits im Bildaufzeichnungsabschnitt vorgesehen, wodurch die Vorrichtung vereinfacht wird.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Elektro­ nenstrahl-Belichtungsvorrichtung;

Fig. 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Säulen­ steuereinheit 103 und der Bildaufzeichnungseinheit 107 der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Elektronenstrahl-Be­ lichtungsvorrichtung gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4 ist ein detailliertes Blockdiagramm der Säulen­ steuereinheit 403 und der Bildaufzeichnungseinheit 407 der Fig. 3.

Es folgt nun eine Beschreibung des bevorzugten Ausführungs­ beispiels.

In Fig. 3 enthält die Elektronenstrahl-Belichtungsvorrich­ tung einen Steuercomputer 401 (Hauptsteuereinheit), eine Säulensteuereinheit 403 und eine Bildaufzeichnungseinheit 407, die jeweils unterschiedlich von dem Steuercomputer 101, der Säulensteuerung 103 und der Bildaufzeichnungseinheit 107 der Fig. 1 sind, und andere Einheiten, die gleich jenen der Fig. 1 sind und mit denselben Bezugszeichen wie jenen der Fig. 1 versehen sind.

In Fig. 4 enthält die Säulensteuereinheit 403 einen Daten­ generator 206, einen D/A-Wandler 208 und einen Ablenkver­ stärker 209. Die Bildaufzeichnungseinheit 407 enthält einen Bildwandler 203, einen Bildspeicher 204, einen A/D-Wandler 207 und Schalter 210 und 211.

Die Operationen der jeweiligen Vorrichtungen der Säulensteu­ ereinheit 403 sind gleich jenen des Datengenerators 306, des D/A-Wandlers 308 und des Ablenkverstärkers 309 der Fig. 2, aber die Ausgabe des Datengenerators 206 wird zum Bildspei­ cher der Bildaufzeichnungseinheit 407 geführt und die Aus­ gabe des Ablenkverstärkers 209 wird zur Ablenkspule 113 und zum Umschaltschalter 210 geführt, wobei der A/D-Wandler von der Säulensteuereinheit 103 der Fig. 2 entfernt ist.

Der Umschaltschalter 210 im Bildaufzeichnungsabschnitt 407 sendet entweder die Ausgabe des Sekundärelektronendetektors 115 oder die Ausgabe des Ablenkverstärkers 209 zum A/D-Wandler 207. Der Umschaltschalter 211 sendet die Ausgabe des Bildspeichers 204 entweder zum Bildwandler 203 oder zum Da­ tenbus 205.

Die Schaltoperationen der Umschaltschalter 210 und 211 wer­ den durch Steuersignale vom Steuercomputer 401 gesteuert. Das bedeutet, daß der Steuercomputer 401 zuläßt, daß der Um­ schaltschalter 210 die Ausgabe des Sekundärelektronendetek­ tors 115 und des Bildspeichers 204 derart auswählt, daß sie bei der SEM-Operation zum Bildwandler 203 ausgegeben wird. Ebenso läßt er zu, daß der Umschaltschalter 210 die Ausgabe des Ablenkverstärkers 209 und des Bildspeichers 204 derart auswählt, daß sie auf ein Prüfen der Operation des Ablenk­ verstärkers 209 hin zum Datenbus 205 ausgegeben wird.

Bei der SEM-Operation speichert der Bildspeicher 204 tempo­ rär die Ausgabe des Sekundärelektronendetektors 115, die durch den A/D-Wandler 207 in ein digitales Signal umgewan­ delt worden ist, und gibt vorbestimmte Einheiten der gespei­ cherten Daten über den Umschaltschalter 211 zum Bildwandler 203 aus. Das Bild des umgewandelten RF- oder Videosignals wird in der Anzeige 102 gezeigt.

Beim Prüfen der Operation des Ablenkverstärkers 209 empfängt der Bildspeicher 204 die Ausgabe des Datengenerators 206 und die Ausgabe des Ablenkverstärkers 209, die durch den A/D- Wandler 207 digitalisiert ist, über den Umschaltschalter 210. Der Bildspeicher 204 speichert die Ausgabe des Ablenk­ verstärkers 209 mit der Ausgabe des Datengenerators 206 als Adressensignal. Der Steuercomputer 401 ist über einen Adres­ senbus (nicht gezeigt) an den Bildspeicher 204 angeschlossen und sendet die Daten als Adressendaten zum Bildspeicher 204, die als Steuersignal zum Datengenerator 206 gesendet worden sind, um ein Signal, das die Ausgangszustände des Ablenkverstärkers 209 anzeigt, zum Prüfen der Operation über den Da­ tenbus zu empfangen.

Wie es oben beschrieben worden ist, verwendet die Erfindung den Bildspeicher und den A/D-Wandler, die nur bei der Opera­ tion des Elektronenmikroskops verwendet worden sind, zum Prüfen der Operation des Ablenkverstärkers, um eine schnelle Prüfung der Operation des Ablenkverstärkers und eine Verein­ fachung der Vorrichtung zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird der Bildspeicher zum Prüfen der Operation des Ablenkverstärkers ohne irgendeine zusätzliche Hardware mit einer Geschwindigkeit verwendet, die gleich der der tatsächlichen Belichtungs- oder SEM-Operation ist. Bei der herkömmlichen Vorrichtung muß die Operation des Ablenk­ verstärkers während der Lesezeit der Ausgabe des A/D-Wand­ lers durch den Computer unterbrochen werden, woraus eine erniedrigte Operationsgeschwindigkeit und eine Unfähigkeit zum Prüfen bei der aktuellen Geschwindigkeit resultiert. Die Verwendung des Bildspeichers gemäß der Erfindung reduziert die Zeit, die zum Prüfen der Operation erforderlich ist.

Claims (3)

1. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung mit einem Rasterelektronen­ mikroskop, die folgendes aufweist:
eine Hauptsteuereinheit (401);
eine Elektronenkanone (110) zum Aussenden eines Elektro­ nenstrahls;
einen Ablenkverstärker (209), der an der Hauptsteuereinheit angeschlossen ist und ein Treibersignal ausgibt, um Ablenkzustände des Elektronenstrahls zu steuern;
einen Sekundärelektronendetektor (115);
einen A/D-Wandler (208), der selektiv entweder an den Ab­ lenkverstärker oder an den Sekundärelektronendetektor angeschlos­ sen ist; und
einen Bildspeicher (204), der an den A/D-Wandler ange­ schlossen ist, und selektiv an die Hauptsteuereinheit, so daß die Hauptsteuereinheit Ausgaben des Ablenkverstärkers in Antwort auf Ausgaben des Bildspeichers prüft.

2. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiter­ hin einen ersten Umschaltschalter (210) aufweist, der zwischen dem Sekundärelektronendetektor (115) und dem A/D-Wandler (207) an­ geschlossen ist.

3. Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin einen zweiten Umschaltschalter (211) aufweist, der zwi­ schen dem Bildspeicher (204) und er Hauptsteuereinheit (401) ange­ schlossen ist.