DE19934076A1

DE19934076A1 - Belichtungsapparatur und Belichtungsverfahren mit geladenem Teilchenstrahl, ausgelegt für eine hochpräzise Belichtung in Gegenwart von partiellen Unebenheiten auf der Oberfläche exponierter Proben

Info

Publication number: DE19934076A1
Application number: DE19934076A
Authority: DE
Inventors: Akio Yamada; Tatsuro Ohkawa
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2000-03-30
Also published as: GB2339960B; KR100334636B1; TW414960B; KR20000011676A; GB2339960A; GB9916395D0

Abstract

Eine Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl wird offenbart, die in der Lage ist, partielle Unebenheiten der Oberfläche einer zu bestrahlenden Probe zu detektieren und die Höhe der Probenoberfläche anzupassen. Diese Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl umfaßt eine Strahlungsquelle für geladene Teilchenstrahlen, einen Formgeber für geladene Teilchenstrahlen, einen Ablenker zur Lenkung der Probenposition, auf welche der geladene Teilchenstrahl gestrahlt wird, einen Projektor für die Projektion des geladenen Teilchenstrahls auf die Probe und eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Ablenkers und des Projektors während der Bestrahlung. Ein Muster wird mittels des geladenen Teilchenstrahls, der zweckmäßig konvergiert und abgelenkt wird, auf der Probe eingezeichnet. Die Apparatur umfaßt ferner eine Plattform zur Bewegung der Probe innerhalb der Apparatur und eine Höhenmeßeinheit zur Messung der Höhenverteilung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Probe mit mindestens einer vorgegebenen Dichte von Meßpunkten, während die Probe in der Apparatur eingelegt ist.

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bestrahlungstech nik, die einen geladenen Teilchenstrahl, wie einen Elek tronenstrahl verwendet; insbesondere betrifft sie eine Belichtungsapparatur und eine Belichtungsmethode, die geeignet ist, partielle Unebenheiten oder partielle Ver formungen auf der Oberfläche einer zu bestrahlenden Probe (insbesondere eines Wafers) zu detektieren.

Mit der zunehmenden Dichte integrierter Schaltkreise in den letzten Jahren wurde eine neue Bestrahlungsmethode, die einen geladenen Teilchenstrahl, wie etwa einen Elek tronenstrahl oder Ionenstrahl einsetzt, oder eine Rönt genstrahlen verwendende Bestrahlungsmethode untersucht und als Methode umgesetzt, welche die Photolithographie ersetzt, die lange als Hauptstütze in der Erzeugung fei ner Strukturen war. Unter diesen neuen Methoden hat die Elektronenbestrahlung, welche Muster mittels Elektronen strahlen erzeugt, den großen Vorteil, daß die Quer schnittsfläche des Elektronenstrahls bis auf die Größen ordnung von mehreren zehn nm reduziert werden kann und feine Muster von nicht mehr als 1 µm gezeichnet werden können.

Die Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur ist für die Be strahlung feinerer Strukturen als in der Photolithogra phie vorgesehen. Für eine mit hoher Genauigkeit auszufüh rende Bestrahlung wird ein Strahl mit einer vorbestimmten Querschnittsform zur Fokussierung benötigt, um eine akku rate Belichtung an der gewünschten Position auf dem Wafer zu gewährleisten. Eine Änderung der Oberflächenposition (d. h. der Höhe) des Wafers verursacht eine Defokussierbe dingung (out-of-focus condition) und die Unschärfe des Bestrahlungsortes. Die Defokussierung und die Unschärfe verschlechtern die Genauigkeit des Bestrahlungsmusters.

In der Photolithographie ist es allgemeine Praxis, pro Schuß einen Chip zu bestrahlen. Die Bestrahlung wird un ter der Annahme ausgeführt, daß die Waferhöhe innerhalb der Bestrahlungsfläche des Chips gleichbleibend ist. Mit anderen Worten kann eine eventuell auftretende Verände rung in der Höhe innerhalb des Bestrahlungsbereiches ei nes Chips nicht ausgeglichen werden. Aus diesem Grund wurde die Höhenveränderung innerhalb der Bestrahlungsflä che des Chips nicht gemessen. Im Gegensatz hierzu ist in der Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur der bestrahlte Bereich in der Einstrahlmethode am kleinsten und wächst in Reihenfolge in der variablen Rechteckmethode, der Blockbelichtungsmethode und der BAA-Belichtungsmethode. Trotz allem ist der maximale Bestrahlungsbereich auf das Quadrat von mehreren zehn µm begrenzt. Wenn die Waferhöhe für jeden Bestrahlungsbereich gemessen und ausgeglichen wird, wird eine akkuratere Bestrahlung ermöglicht. Um diesen Ausgleich durchzuführen, ist eine exakte Messung der zu bestrahlenden Waferposition, d. h. der Höhe der Wa feroberfläche, notwendig.

Eine gut bekannte, konventionelle Methode zur Messung der Höhe der Waferoberfläche beinhaltet ein Verfahren, wel ches einen Elektronenstrahl oder einen Lichtstrahl ein setzt. In der Methode, die einen Elektronenstrahl verwen det, wird ein Referenzmuster, das auf dem Wafer zur Be strahlungsausrichtung erzeugt wird, abgetastet, während der Fokus des Elektronenstrahls verändert und der reflek tierte Strahl detektiert wird. Es wird angenommen, daß der Strahl in dem Moment exakt fokussiert ist, wenn das Detektionssignal des reflektierten Strahls die schärfste Änderung durchläuft. Diese Methode wirft jedoch das Pro blem auf, daß die Messung nur an einer Stelle möglich ist, die ein Referenzmuster aufweist, und daß tatsächlich eine Vielzahl von Abtastoperationen für die Variation des Fokusses notwendig ist, wodurch eine lange Meßzeit benö tigt wird.

Eine andere Kategorie bekannter Methoden für die Messung der Waferoberflächenhöhe verwendet eine optische Höhen meßapparatur. Diese Kategorie umfaßt eine Methode zur De tektion der Verschiebung des Brennpunktes durch die Ver wendung eines Astigmatismus oder einer Haarmeßkante und ermittelt die Höhe der Waferoberfläche aus der Position, die durch Rückkopplung derart gesteuert wird, daß ein Fo kus auf der Waferoberfläche gewährleistet wird, oder eine Methode, in der ein Lichtstrahl auf die Waferoberfläche gestrahlt wird, wobei die Verschiebung des reflektierten Lichtstrahls gemessen wird, um die Höhe bzw. die Höhenän derung der Waferoberfläche zu detektieren. In jedem Fall ist die Höhe nur an einem Punkt des Wafers meßbar. Um die Höhenverteilung über die gesamte Waferoberfläche zu mes sen, wird der Wafer auf eine Plattform montiert, die Höhe an einer Vielzahl von Punkten auf dem Wafer gemessen und die Meßpunkte mit einer Splinefunktion oder einer Went zel-Funktion interpoliert, wobei eine Kurvenoberfläche berechnet wird, welche die Höhenverteilung über die ge samte Oberfläche angibt. Die Höhe kann kontinuierlich während der Bewegung des Wafers gemessen werden. In die sem Fall wird die Höhe entlang des Ortes der Bewegung ge messen, so daß die Kurvenoberfläche, welche die Höhenver teilung über die gesamte Waferoberfläche angibt, eben falls durch Interpolation kalkuliert wird. Entsprechend dieser Kurvenoberfläche werden der Fokus und die Ablen kungsstärke des Elektronenstrahl für die Bestrahlung ge regelt, um die Höhe der Waferoberfläche auszugleichen.

Die oben beschriebenen herkömmlichen Methoden zur Höhen messung führen in den Fällen zu keinem Problem, wenn eine Unebenheit oder Verformung über ein vergleichsweise wei tes Areal der Waferoberfläche auftritt, d. h. solange die Unebenheit so ist, daß sie durch eine glatte Kurvenfläche angenähert werden kann. In solchen Fällen kann die Wafer oberflächenhöhe mit hoher Genauigkeit ausgeglichen wer den.

Wenn jedoch partielle Unebenheiten oder partielle Verfor mungen in einem vergleichsweise kleinem Bereich der Wa feroberfläche vorliegen, entsteht das Problem, daß die Punkte, an denen die Partielle Unebenheit auftreten, nicht immer identifiziert werden können.

Partielle Unebenheiten werden häufig durch Fremdmaterie verursacht, wie etwa Schmutz oder Waferpartikel, die sich zwischen der elektrostatischen Spannvorrichtung (Wafer spannvorrichtung) und dem Wafer verfangen, wenn letzterer auf der Plattform fixiert wird. Derartige Fremdmaterie haftet entweder auf der Plattform und verändert regelmä ßig die partielle Höhe an dieser Stelle oder wird mit dem Wafer geliefert und wird somit nach dem Bestrahlungspro zeß entfernt, ehe der nächste Wafer auf der Plattform fi xiert wird. In jedem Fall wird auf das Problem gestoßen, daß das Vorhandensein von partiellen Unebenheiten auf der Waferoberfläche nicht ermittelt werden kann. Wenn parti elle Unebenheiten oder dergleichen auf einem gegebenen Wafer auftreten, ist die Fähigkeit zur Ermittlung dieser Tatsache von höchster Bedeutung und, daß präventive Maß nahmen gegen diesen besonderen Wafer unternommen werden.

Andere denkbare Mittel zur Detektion partieller Uneben heiten oder dergleichen einer Waferoberfläche bestehen in einer Erhöhung der Anzahl der Meßpunkte, indem die Platt form, die den Wafer trägt, in dem konventionellen Höhen meßprozeß in kleinen Schritten bewegt wird. Diese Methode kann jedoch nicht akkurat identifizieren, ob die ermit telte partielle Unebenheit durch den Wafer selbst verur sacht wurde oder auf der Bewegung der Plattform und der resultierenden Höhenänderung beruht. Das Problem ist da her, daß die Bedeutung des Meßergebnisses zweideutig bleibt. Darüber hinaus verbraucht die große Anzahl an Meßpunkten beträchtliche Zeit und reduziert den Durchsatz der Gesamtapparatur.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben be schriebenen Probleme des Standes der Technik erschaffen und ihre Aufgabe ist es, eine Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl und eine Belichtungsmethode zur Verfügung zu stellen, worin eine partielle Unebenheit, die auf der Oberfläche einer zu bestrahlenden Probe auf tritt, positiv detektiert werden kann und somit die Höhe der zu bestrahlenden Probenoberfläche exakt angepaßt wer den, wodurch zu einer hochakkuraten Bestrahlung und einer verbesserten Ausbeute beigetragen werden kann.

Eine Belichtungsapparatur und -methode mit geladenem Teilchenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine Höhenmeßeinheit zur Messung der Höhenverteilung in einem vorbestimmten Bereich und mit einer vorbestimmten Mindestpunktdichte auf der zu bestrahlenden, in die Appa ratur eingelegten Probe.

Insbesondere wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Er findung eine Bestrahlungsapparatur mit geladenem Teil chenstrahl bereitgestellt, die einen Strahlungsquelle zur Erzeugung geladener Teilchenstrahlen umfaßt, einen Form geber für geladene Teilchenstrahlen, einen Ablenker zur Veränderung der zu bestrahlenden Probenposition, auf wel che der geladene Teilchenstrahl gestrahlt wird, einen Projektor für die Projektion des geladenen Teilchen strahls auf die zu bestrahlende Probe und eine Steue rungseinheit zur Steuerung des Ablenkers und des Projek tors während der Bestrahlung, Instrumente, um ein Muster mit dem zweckmäßig projizierten und abgelenkten, gelade nen Teilchenstrahl auf die zu bestrahlende Probe einzu schreiben, eine Plattform zur Bewegung der zu bestrahlen den Probe innerhalb der Apparatur und eine Höhenmeßein heit zur Messung der Höhenverteilung innerhalb eines vor gegebenen Bereichs der Probe mit mindestens einer vorge gebenen Dichte von Meßpunkten während die Probe in der Apparatur eingelegt ist.

Die Apparatur umfaßt vorzugsweise ferner eine Höhenverar beitungseinheit zur Änderung der Meßpunkte der zu be strahlenden Probe für die Höhenmeßeinheit, indem die Pro be mittels einer Plattform bewegt wird, wobei die Messun gen an den verschiedenen Punkten und die Berechnung der Höhenverteilung über die gesamte Oberfläche der zu be strahlenden Probe von der Höhenverarbeitungseinheit durchgeführt wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Be lichtungsmethode mit geladenem Teilchenstrahl zum Schrei ben eines Musters auf die zu bestrahlende Probe mittels eines zweckmäßig konvergierten und abgelenkten, geladenen Teilchenstrahls bereitgestellt. Die Methode umfaßt die Schritte des Einlegens der Probe auf eine Plattform der Belichtungsapparatur, bevor das Muster durch den gelade nen Teilchenstrahl eingezeichnet wird; der Messung der Höhenverteilung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Probe mit mindestens einer vorgegebenen Meßpunktdichte; der Berechnung der Höhenverteilung über die gesamte Pro benoberfläche, indem die Meßpunkte auf der durch die Plattform bewegten Probe variiert werden und die Messun gen an den verschiedenen Punkten verbunden werden; der Bestimmung der Zulässigkeit der partiellen Höhenänderung der Probe auf Basis der Messungen und Bestrahlung der Probe, wenn die partielle Höhenänderung zulässig ist.

Im Aufbau der Belichtungsapparatur und -methode mit gela denem Teilchenstrahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Höhenverteilung in einem vorbestimmten Bereich der Oberfläche der in der Apparatur eingelegten Probe mittels einer Höhenmeßeinheit gemessen, während das Mu ster nicht mittels des geladenen Teilchenstrahls einge schrieben wird (d. h. während der Belichtungsprozeß nicht ausgeführt wird). Eine partielle Unebenheit auf der zu bestrahlenden Probe, welche sich mit der konventionellen Höhenmeßmethode bislang nur schwer erkennen ließ, kann positiv bestimmt werden. Im Ergebnis kann die Höhenmes sung und die Höhenanpassung mit großer Genauigkeit ausge führt werden, indem während der Bestrahlung der geladene Teilchenstrahl auf Basis der Höhenmessung der zu bestrah lenden Probe fokussiert bzw. seine Ablenkungsstärke ent sprechend eingestellt wird, wobei der Erhalt einer hoch präzisen Belichtung und eine Verbesserung der Ausbeute ermöglicht wird.

Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise ferner eine Alarmein heit zur Ausgabe eines Alarms, der eine eventuell detek tierte Höhenänderung meldet, falls diese eine vorgegebene Zulässigkeit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Belichtungsfläche der zu bestrahlenden Probe überschrei tet, und umfaßt eine Speichereinheit für die Speicherung der Information über die Plattformposition, die der Pro benposition entspricht, an der die Höhenänderung auftrat. Beispielsweise wird ein Alarm in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Bestimmung ausgegeben, wenn ein Schätzwert k, der als K = ΔH/ΔL definiert ist, einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei ΔL die Distanz zwischen zwei Punkten innerhalb der Belichtungsfläche auf der zu be strahlenden Probe ist und ΔH die Höhendifferenz zwischen den beiden Punkten ist. Die Apparatur umfaßt vorzugsweise ferner eine Bestimmungseinheit zur Entscheidung, ob die Höhenänderung, welche eine vorgegebene Zulässigkeit über schreitet, durch die Probe selbst oder durch die Platt form verursacht wird, basierend auf der Information über die Plattformposition, an welcher der Alarm bei einer Vielzahl von Proben ausgegeben wird.

Die Höhenmeßeinheit beinhaltet beispielsweise eine Licht strahlquelle zur Emission einer Vielzahl von zueinander parallelen Lichtstrahlen in einer zweidimensionalen Ma trix und einen zweidimensionalen Lichtdetektor für die Detektion einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die von der Oberfläche der zu bestrahlenden Probe reflektiert werden. Die Lichtstrahlquelle ist entweder derart aufgebaut, daß sie eine Vielzahl von Lichtstrahlquellen in einer zweidi mensionalen Matrix beinhaltet, oder derart, daß sie eine Laserstrahlquelle, eine Linse zur Konvertierung des von der Laserstrahlquelle emittierten Laserstrahls in einen parallelen Strahl und einer Aperturmatrix, die eine Viel zahl von Aperturen in einer zweidimensionalen Matrix ent hält, zur Aufspaltung des parallelen Strahls in eine Vielzahl von paralleler Strahlen gemäß den Aperturen.

Die Höhenmeßeinheit ist eine Interferenzeinheit zur Mes sung der Höhenverteilung aus dem Interferenzmuster, das durch die Interferenz des von einer Referenzebene reflek tierten Lichtstrahls mit dem von der Oberfläche der zu bestrahlenden Probe reflektierten Probe erzeugt wird. Die Interferenzeinheit kann ein Twyman-Green-Interferometer sein, das eine Laserquelle enthält, eine Linse zur Kon vertierung des von der Laserquelle emittierten Laser strahls in einen parallelen Strahl, eine Referenzreflexi onsoberfläche, einen Strahlteiler, der den parallelen Strahl in einen Strahl, der auf die Oberfläche der zu be strahlenden Probe einfällt, und in einen Strahl, der auf die Referenzreflexionsfläche einfällt, aufspaltet und der den von der Probenoberfläche reflektierten Strahl mit dem von der Referenzreflexionsoberfläche reflektierten Strahl überlagert, und einen zweidimensionalen Strah lungsdetektor zur Detektion des Interferenzmusters, das in Form des überlagerten Lichtstrahls erhalten wird.

Der obige Gegenstand und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden detailliert, mit Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen erläu tert.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die vorliegende Erfindung wird aus der unten fortgeführ ten Beschreibung mit Bezug auf die folgenden Figuren leichter verständlich, worin:

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die einen Teil eines typischen Konfigurationsbeispiels einer Elektronen strahl-Belichtungsapparatur zeigt, welche die Blockbe lichtungsmethode einsetzt;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Effektes einer Höhenänderung der Bestrahlungsoberflä che in einer Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur;

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für Meßpunkte zur optischen Höhenmessung der Bestrah lungsoberfläche in einer konventionellen Elektronen strahl-Belichtungsapparatur zeigt;

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Probleme, die aufgeworfen werden, wenn eine partielle Unebenheitsänderung in der konventionellen Methode zur Berechnung der Höhenverteilung durch Interpolation auf tritt;

Fig. 5a und 5b sind graphische Darstellungen, die schematisch einen Teil eines Aufbaus einer Elektronen strahl-Belichtungsapparatur gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung darstellen;

Fig. 6a bis 6d sind graphische Darstellungen zur Er läuterung eines Aufbaus einer Höhenmeßeinheit und des Prinzips der Messung mittels der Apparatur gemäß der er sten Ausführungsform;

Fig. 7a und 7b sind graphische Darstellungen, die eine Beispielskonfiguration einer Strahlungsquelle einer Appa ratur gemäß der ersten Ausführungsform zeigen;

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für die Bewegung des Meßareals gemäß der ersten Ausfüh rungsform zeigt;

Fig. 9 ist ein Fließschema, das den Ablauf des Prozesses gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die einen Auf bau der Höhenmeßeinheit gemäß einer ersten Modifikation zeigt;

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die einen Auf bau der Höhenmeßeinheit gemäß einer zweiten Modifikation zeigt;

Fig. 12a und 12b sind graphische Darstellungen, die schematisch den Aufbau der Höhenmeßeinheit und des Inter ferenzmusters zeigen, welches in einer Elektronenstrahl- Belichtungsapparatur gemäß einer zweiten Modifikation der Erfindung erhalten wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor der Beschreibung des Standes der Technik wird eine Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur gemäß der vorlie genden Erfindung und die Probleme der konventionellen Ap paratur kurz erläutert.

Entsprechend dem Stand der Technik wurde der Bestrah lungsprozeß, der einen Elektronenstrahl verwendet, mit einer Einzelstrahl-Belichtungsmethode durchgeführt, wobei die sogenannte "Einzelschlag"-Schreibmethode (single stroke drawing method) eingesetzt wurde. Je feiner die Muster sind, desto kleiner muß der für die Bestrahlung erforderliche Strahldurchmesser sein. Die Folge ist eine extrem lange Zeit, die für die Belichtung benötigt wird. Um diesen Mangel zu beseitigen, wurden eine variable Rechteckmethode, eine Ausblendaperturmatrixmethode, eine Blockbelichtungsmethode, etc. ausgedacht und haben prak tische Anwendungen gefunden. Die vorliegende Erfindung, die für jede der oben beschriebenen Belichtungsmethoden anwendbar ist, wird im folgenden am Beispiel der Blockbe lichtungsmethode beschrieben.

Die Blockbelichtungsmethode verwendet eine Blockmaske, die mit Aperturen ausgestattet ist, welche verschiedenen Grundmustern aus sich wiederholenden Mustern entsprechen. Diese Mustermodule werden erzeugt, indem ein Strahl durch die gewünschten Aperturen der Blockmaske geleitet wird und eine zu bestrahlende Probe belichtet wird. Dann wer den die Mustermodule miteinander verbunden, um ein sich wiederholendes Muster zu zeichnen. Die Blockbelichtungs methode ist sehr effektiv für die Belichtung eines feinen Musters für ein 1 Gb DRAM (dynamic random access memory) oder ein 4 Gb DRAM, in welchem ein Grundmuster sich über praktisch die gesamte zu belichtende Fläche wiederholt.

Fig. 1 zeigt ein typisches Konfigurationsbeispiel einer Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur, welche die Block belichtungsmethode einsetzt.

Gemäß der Darstellung ist die Elektronenstrahl-Belich tungsapparatur aus einem Belichtungsabschnitt 10 und ei nem Steuerungsabschnitt 40 aufgebaut. Der durch die halb gestrichelte Linie definierte Bereich CLM im Belichtungs abschnitt 10 wird als eine "Kolonne" bezeichnet. In der Kolonne CLM kennzeichnet Bezugszeichen 11 eine Elektro nenkanone zur Emission eines Elektronenstrahls; Ziffer 12 eine Linse zur Konvertierung des emittierten Elektronen strahls in einen parallelen Strahl; Ziffer 13 ist eine Maske mit einer Apertur zur Formung eines rechtwinkligen Querschnitts des Elektronenstrahls; Ziffer 14 ist eine Linse zum Sammeln des so geformten Elektronenstrahls; Ziffer 15 ist eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken des ge formten Elektronenstrahls auf die zu bestrahlende Positi on der Blockmaske (das durch Ziffer 16 bezeichnete Bau teil wird weiter unten erläutert); Ziffer 16 und 17 sind einander in Flußrichtung des Elektronenstrahls gegenüber liegend angeordnete Linsen; Ziffer 18 ist die Blockmaske, die in horizontaler Richtung zwischen den Linsen 16 und 17 beweglich montiert ist und Öffnungen (Transmissions muster) zur wunschgemäßen Gestaltung des Querschnitts des Elektronenstrahls aufweist; Ziffer 19 bis 22 sind Ablenk masken für die Selektion des gewünschten Transmissionsmu sters, indem der Elektronenstrahl auf die Blockmaske 18 gelenkt wird, und für die Rückführung des Elektronen strahls, der das gewünschte Transmissionsmuster passiert hat, auf die ursprüngliche optische Achse; Ziffer 23 und 24 sind eine dynamische Fokussierspule bzw. eine dynami sche Stigmatorspule zur Anpassung der Ablenkung des Elek tronenstrahls; Ziffer 25 ist ein Ausblendablenker zur Blockierung bzw. zum Durchlassen des Elektronenstrahls; Ziffer 26 ist eine Linse zur Reduzierung des Querschnitts des Elektronenstrahls; Ziffer 27 ist eine Maske mit einer Apertur zur Formung des Elektronenstrahls in einen runden Querschnitt; Ziffer 28 und 29 sind Projektionslinsen zur Strahlung des geformten Elektronenstrahls auf die zu be strahlende Probe (der später erläuterte Wafer W) und Zif fer 30 und 31 sind ein Haupt- bzw. ein Nebenablenker zur Positionierung des Elektronenstrahls auf den Wafer W.

Bezugszeichen 32 kennzeichnet eine Maskenplattform zur Halterung und Bewegung der Blockmaske 18 in horizontaler Richtung und Ziffer 33 bezeichnet eine in horizontaler Richtung bewegliche Waferplattform mit dem hierauf mon tierten Wafer W. Obwohl hier nicht im einzelnen darge stellt, ist die Waferplattform 33 in einer an die Kolonne CLM angeschlossenen und in einem Vakuumzustand befindli chen Kammer angeordnet, und ist mit einem Hilfsmittel verbunden (einem Laserinterferometer oder dergleichen), um die horizontalen Positionskoordinaten der Plattform zu ermitteln, und mit einem Plattformbewegungsmechanismus zur Bewegung der Plattform basierend auf dem Ergebnis der Ermittlung. In der folgenden Beschreibung wird die Wafer- Plattform einfach Plattform genannt.

Auf der anderen Seite bezeichnet im Kontrollabschnitt 40 Bezugszeichen 41 eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) zur Steuerung der gesamten Elektronenstrahl-Belichtungs apparatur; Ziffer 42 ist ein Speichermedium für die Spei cherung der Designdaten für eine integrierte Schaltkrei seinheit oder dergleichen, das mit dem CPU 41 über einem Systembus BUS verbunden ist; Ziffer 43 ist ein über den Systembus BUS mit dem CPU 41 verbundenes Interface; Zif fer 44 ist eine Belichtungssequenz-Steuereinheit zur Steuerung des allgemeinen Ablaufs des Belichtungsprozes ses basierend auf der durch das Interface 43 übermittelte Belichtungsanfangs- und Belichtungsendinformation; und Ziffer 45 ist ein Datenspeicher zur Speicherung der durch das Interface 43 übermittelten Daten des Schreibmusters und die Blockmaske 18 betreffende Daten, wobei die Ausga be der Daten durch die Belichtungssequenz-Steuereinheit 44 gesteuert wird. Ziffer 46 bezeichnet eine Hauptablenk- Korrekturschaltung für die Durchführung von Prozessen, wie die Berechnung eines Ablenkkorrekturwertes für den Hauptablenker 30 basierend auf den Ablenkdaten des Hauptablenkers vom Datenspeicher 45 unter der Steuerung der Belichtungssequenz-Steuereinheit 44. Ziffer 47 be zeichnet einen Taktgeber zur Erzeugung eines Operations taktes und eines Sperrtaktes, um der gesamten Belich tungsapparatur zu ermöglichen, auf der Basis der Belich tungszeitdaten, der Belichtungszeitkorrekturdaten und der Regenerierungszeitdaten für jeden Schuß zu operieren, welche von dem im folgenden beschriebenen Mustergenerator und der Musterkorrektureinheit unter der Kontrolle der Belichtungssequenz-Steuereinheit 44 übermittelt werden. Ziffer 48 ist ein auf den Operationstakt des Taktgebers 47 ansprechender Mustergenerator zur Bestimmung eines der Transmissionsmuster auf der Blockmaske 18 auf der Basis der im Datenspeicher 45 gespeicherten Daten, wobei der Mustergenerator 48 Hauptbestrahlungspositionsdaten er zeugt (d. h. den Musterdatencode PDC, der ein für die Pro jektion des gewünschten Schreibmusters zu verwendendes spezielles Transmissionsmuster bezeichnet), welche die Position des spezifizierten Musters auf der Blockmaske 18 angeben, und Positionsdaten für die Waferbestrahlung er zeugt (d. h. die Schußmusterdaten SPD, die der Bestrahlung für einen Schuß entsprechen), welche die Position des Wa fers W angeben, auf den das spezielle Schreibmuster zu projizieren ist. Ziffer 49 kennzeichnet einen Maskenspei cher für die Speicherung der im voraus gemessenen Relati on (über das Interface 43) zwischen der Position jedes Musters (der Musterdatencode PDC) auf der Blockmaske 18 und der entsprechenden Ablenkdaten. Bezugszeichen 50 ist die Musterkorrektureinheit, die auf den Operationstakt des Taktgenerators 47 anspricht, zur Ausführung von Pro zessen, wie die Berechnung der Anpassungswerte gemäß der Differenz zwischen der Gestalt der geschriebenen Muster und der Gestalt der spezifizierten Muster auf Basis der Ablenkdaten vom Maskenspeicher 49 und der Schußmusterda ten SPD vom Mustergenerator 48. Ziffer 51 kennzeichnet eine Digital-Analog-Wandler- und Verstärkereinheit DAC (im folgenden aus Gründen der Einfachheit "Verstärkerblock" genannt) zur Konvertierung der vom Mu stergenerator 50 gelieferten Korrekturwerte in analoge Werte, zur Verstärkung und zur Übermittlung der Werte in Form von korrigierten Ablenkdaten an die Ablenkvorrich tung 15. Bezugszeichen 52 und 53 sind Verstärkerblöcke zur Konvertierung der vom Maskenspeicher 49 gelieferten Ablenkdaten in analoge Daten, zur geeigneten Verstärkung und zur Ausgabe der Daten an die dynamische Fokussierspu le 23, der dynamischen Stigmatorspule 24 bzw. der Ablenk masken 19 bis 22. Ziffer 54 ist ein Verstärkerblock zur Konvertierung des vom Taktgeber 47 erzeugten Sperrtaktes in ein analoges Signal, zur geeigneten Verstärkung und zur Weiterleitung als Sperrsignal an den Ausblendablenker 25. Ziffer 55 und 56 sind Verstärkerblöcke für die Kon vertierung der von der Musterkorrektureinheit 50 und von der Hauptablenk-Korrekturschaltung 46 erzeugten Korrek turwerte in analoge Werte, für ihre geeignete Verstärkung und für ihre Ausgabe in Form von korrigierten Ablenkdaten an den Nebenablenker 31 bzw. den Hauptablenker 30.

In obiger Konfiguration wird der Belichtungsprozeß wie folgt ausgeführt.

Zunächst werden die zu bestrahlenden Daten von dem Spei chermedium 42 durch den CPU 41 gelesen und im Datenspei cher 45 gespeichert. Wenn der Belichtungsprozeß gestartet wird, indem ein Startsignal von dem CPU 41 an die Belich tungssequenzsteuerung 44 gegeben wird, werden die im Da tenspeicher 45 gespeicherten Ablenkdaten für den Haupta blenker an die Hauptablenkkorrekturschaltung 46 geleitet, wo der Korrekturwert berechnet und über den Verstärker block 56 in Form von korrigierten Ablenkdaten an den Hauptablenker 30 geleitet werden. Nach Stabilisierung des Ausgabewertes steuert die Belichtungssequenz- Steuereinheit 44 den Taktgeber 47, der dann den Operati onstakt und den Sperrtakt generiert. Ansprechend auf die sen Operationstakt liest der Mustergenerator 48 die im Datenspeicher 45 gespeicherten Block- und Musterdaten und generiert auf der Basis der entsprechenden Daten einen Musterdatencode PDC bzw. die Schußmusterdaten SPD. Dann werden die Ablenkdaten für den Musterdatencode PDC von dem Maskenspeicher 49 gelesen und in die Musterkorrek tureinheit 50 eingegeben. Die Musterkorrektureinheit 50 führt, ansprechend auf den Operationstakt, den Berech nungsprozeß des Korrekturwertes aus, der auf den Ablenk daten und den Schußmusterdaten SPD von dem Mustergenera tor 48 basiert. Die Ausgabedaten der Musterkorrekturein heit 50, die vom Maskenspeicher 49 gelesenen Daten und der von dem Taktgeber 47 erzeugte Sperrtakt werden an die korrespondierenden Verstärkerblöcke 51 bis 55 gegeben und, nach Konvertierung in analoge Daten und geeigneter Verstärkung, an die entsprechenden Ablenker oder Spulen weitergeleitet.

Auf der anderen Seite wird der von der Elektronenkanone 11 emittierte Elektronenstrahl durch die Linse 12 in ei nen Parallelstrahl umgewandelt, und wird, nach Passieren der rechtwinkligen Apertur in der Maske 13, durch die Linsen 14, 16 konvergiert und auf die Blockmaske 18 ge strahlt. Der so projizierte Elektronenstrahl wird an der Blockmaske 18 zweckmäßig abgelenkt. Insbesondere wird ei ne Ablenkung über einen relativ weiten Bereich (etwa 5 mm) an der Blockmaske 18 durch die Ablenkmasken 19, 20 durchgeführt. Nachdem das gewünschte Transmissionsmuster auf der Maske 18 durch die Ablenker 21, 22 ausgewählt ist, wird Ablenkung über einen relativ schmalen Bereich (etwa 500 µm) durch die Ablenkvorrichtung 15 durchge führt. Dann wird der durch das gewünschte Transmissions muster in der Blockmaske 18 passierte Elektronenstrahl durch die Ablenkmasken 21, 22 auf die ursprüngliche opti sche Achse zurückgeführt und, nachdem der Strahl durch die Linse 17 konvergiert wurde, die Strahlablenkung durch eine Strahlkorrekturspule (die dynamische Fokussierspule 23 und die dynamische Stigmatorspule 24) angepaßt. Dann, nach Passage durch die Ausblendablenker 25, wird der Querschnitt des Elektronenstrahls durch die Linse 26 re duziert, der Elektronenstrahl passiert die runde Apertur in der Maske 27 und wird durch die Linsen 28, 29 auf den Wafer W projiziert. Der auf den Wafer W projizierte Elek tronenstrahl wird durch den Hauptablenker 30 über einen großen Ablenkbereich von etwa 2 mm abgelenkt und dann durch den Nebenablenker 31 über einen kleinen Ablenkbe reich von etwa 100 µm abgelenkt. In diesen Prozeß wird ein Muster auf den Wafer W geschrieben, indem der Elek tronenstrahl mittels der Ausblendablenker 25 an- und aus geschaltet wird.

Eine Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur eines Blockbe lichtungstyps wurde oben beschrieben. Die Elektronen strahl-Belichtungsapparaturen, die andere Methoden ein setzen (wie etwa die variable Rechteckbelichtungsmethode oder die BAA-Belichtungsmethode), haben die gleiche Grundkonfiguration und beinhalten die gleichen Verfah rensschritte wie die Blockbelichtungsmethode.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Problems, das durch eine Veränderung der Waferhöhe verursacht wird. Wie in Fig. 2 gezeigt wird, entwickeln die Elektronenstrahlen EB1 bis EB3, die auf die durch Be zugszeichen H1 indizierte Waferoberfläche fokussiert wer den, eine Defokussierbedingung, wenn sich die Waferober fläche zu einer Höhe H2 oder H3 ändert. Die Elektronen strahlen EB2 und EB3, die mit einem Einfallswinkel auf die Waferoberfläche strahlen, entwickeln eine Verschie bung des Bestrahlungsmusters, wenn sich die Waferoberflä che von H1 nach H2 oder H3 ändert.

In der Photolithographietechnik entspricht es der allge meinen Praxis, einen Chip pro Schuß zu bestrahlen, und die Belichtung wird unter der Annahme ausgeführt, daß der Wafer innerhalb der Bestrahlungsfläche eines Chips eine gleichbleibende Höhe hat. Mit anderen Worten kann eine gegebenenfalls auftretende Höhenänderung innerhalb des Bestrahlungsbereiches eines Chips nicht angepaßt werden. Aus diesem Grund wird die Höhenänderung innerhalb des Be strahlungsbereiches eines Chips nicht gemessen. Dagegen ist in der Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur der bei einem Schuß belichtete Bereich am kleinsten für die Ein zelstrahlmethode und wächst in Reihenfolge der variablen Rechteckmethode, der Blockbelichtungsmethode und der BAA- Belichtungsmethode. Der Belichtungsbereich entspricht je doch höchstens dem Quadrat von mehreren zehn µm. Folglich kann eine Bestrahlung von höherer Genauigkeit ermöglicht werden, wenn die Waferhöhe für jeden Belichtungsbereich gemessen und ausgeglichen wird. Die Defokussierung wird beispielsweise durch die in Fig. 1 gezeigte dynamische Fokussierspule 23 und die dynamische Stigmatorspule 24 ausgeglichen, während die Depositionierung beispielsweise durch Veränderung der Ablenkstärke des Nebenablenkers 31 ausgeglichen wird. Diese Justierungen erfordern eine ak kurate Messung der Position des zu bestrahlenden Wafers, d. h. der Höhe der Waferoberfläche.

Wie oben beschrieben wurde, ist eine Methode zur Messung der Höhe der Waferoberfläche bekannt, die einen Elektro nenstrahl oder Lichtstrahl verwendet. In jeder dieser Me thoden wird die Höhe jedoch nur an einem Punkt bestimmt und zur Messung der Höhe über die gesamte Waferoberfläche muß die Plattform bewegt werden, wobei das Problem eines Fehlers durch die Plattformbewegung entsteht. Wenn die Höhenverteilung über die gesamte Waferoberfläche bei spielsweise mit einer Höhenmeßeinheit mittels eines Lichtstrahls gemessen wird, wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird der Wafer durch die Plattform bewegt und die Höhe an einer Vielzahl von Punkten auf dem Wafer gemes sen. Die entsprechenden Punkte werden mit einer Spline funktion oder der Wentzel-Funktion interpoliert, wobei eine Kurvenoberfläche berechnet wird, welche die Höhen verteilung über die gesamte Oberfläche angibt. Die Höhe wird kontinuierlich während der Waferbewegung gemessen, wobei die Höhe entlang der Bewegungslinie gemessen wird und eine Kurvenoberfläche, welche die Höhenverteilung über die gesamte Oberfläche angibt, durch Interpolation oder dergleichen berechnet wird. Um zum Zeitpunkt der Be strahlung die Waferoberflächenhöhe auszugleichen wird, entsprechend der resultierenden Kurvenoberfläche, der Elektronenstrahl fokussiert oder die Ablenkstärke einge stellt.

In der obigen konventionellen Methode zur Höhenmessung darf eine Unebenheit oder eine Verformung über einen ver gleichsweise weiten Bereich der Waferoberfläche auftre ten, d. h. eine Unebenheit oder dergleichen darf auftre ten, die durch eine glatte Kurvenoberfläche approximiert werden kann. In diesem Fall entsteht kein besonderes Pro blem und die Waferoberfläche kann mit beträchtlicher Ge nauigkeit ausgeglichen werden. Wenn jedoch eine partielle Unebenheit oder eine partielle Verformung innerhalb eines vergleichsweise kleinen Bereichs der Waferoberfläche auf tritt, können die Punkte, an denen die partielle Uneben heit oder dergleichen auftritt, nicht immer identifiziert werden. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung zur Er läuterung dieses Problems. Die Höhe wird an drei, durch P1 bis P3 bezeichnete Punkte gemessen und eine Kurven oberfläche VS, welche die durch die gestrichelte Linie dargestellte Höhenverteilung angibt, wird durch eine In terpolationsmethode erzeugt, wobei mit einer Splinefunk tion oder der Wentzel-Funktion approximiert wird, so daß der Ausgleich entlang dieser Kurvenoberfläche VS durchge führt wird. Falls jedoch eine partielle Unebenheit oder dergleichen, die nicht durch eine glatte Kurvenoberfläche angenähert werden kann, auf der Waferoberfläche auftritt, so daß eine tatsächliche, wie die durch PS bezeichnete Oberfläche vorliegt, kann die Differenz zwischen tatsäch licher Oberfläche PS und Kurvenoberfläche VS nicht voll ständig ausgeglichen werden. Diese partielle Unebenheit oder dergleichen wird oft, wie oben beschrieben wurde, durch Fremdmaterie verursacht, wie etwa Schmutz oder Wa ferpartikel, welche sich zwischen der elektrostatischen Spannvorrichtung (Waferspannvorrichtung) und dem Wafer verfangen.

Angesichts dieser Situation wurde eine konventionelle Me thode zur Lösung des Problems erdacht, die eine Erhöhung der Anzahl der Meßpunkte vorsieht, indem die den Wafer tragende Plattform langsam bewegt wird. Mit dieser Metho de ist es jedoch schwierig, exakt zu entscheiden, ob die detektierte partielle Unebenheit durch den Wafer selbst verursacht wird oder durch die Höhenänderung aufgrund der Plattformbewegung. Auch erfordert die Vielzahl von Meß punkten eine beträchtliche Zeit für die Messung, was zu dem Problem eines reduzierten Durchsatzes der Gesamtappa ratur.

Fig. 5a und 5b sind graphische Darstellungen, die schematisch einen Teil des Aufbaus einer Elektronen strahl-Belichtungsapparatur gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigen.

Wie in Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 einen Belich tungsabschnitt, Ziffer 11 eine Elektronenkanone zur Emis sion eines Elektronenstrahls EB, Zeichen W einen Wafer und Ziffer 40 einen Kontrollabschnitt. Weiterhin bezeich net Ziffer 60 eine Kammer zur Unterbringung der Plattform 33, die den Wafer W trägt, während ein Vakuumzustand mit der Kolonne CLM unterhalten wird. Die Kolonne CLM und der Kontrollabschnitt 40 haben die gleiche Grundkonfiguration wie die in Fig. 1 erläuterte Apparatur.

Die Apparatur gemäß dieser Ausführungsform umfaßt weiter eine Höhenmeßeinheit, die einen Lichtstrahler 61, einen zweidimensionalen Lichtdetektor 62 und eine Höhenverar beitungseinheit 63 für die Verarbeitung des Ausgabesi gnals des zweidimensionalen Lichtdetektors 62 beinhaltet und die die Höhenverteilung berechnet. Der Lichtstrahler 61 und der zweidimensionale Lichtdetektor 62 sind, gemäß der Darstellung, an der oberen Innenwand der Kammer 60 angeordnet. Die Höhenverarbeitungseinheit 63 wird durch Software verwirklicht, beispielsweise in dem CPU 41 aus Fig. 1. Wie weiter unten beschrieben wird, werden der Lichtstrahler 61 und der zweidimensionale Lichtdetektor 62 für die Messung der Höhenänderung der Waferoberfläche vor der Bestrahlung des Wafers W verwendet. Zu diesem Zweck wird der von dem Lichtstrahler 61 emittierte Licht strahl M eingesetzt.

Wie in Fig. 5b gezeigt, wird für die Messung der Hö henänderung der Waferoberfläche der Wafer W passend zu der von dem Lichtstrahl M des Lichtstrahlers 61 bestrahl ten Position bewegt, während er auf der Plattform 33 ge halten wird. Auf der anderen Seite wird in dem Belich tungsprozeß des Wafers W, gemäß Fig. 5a, die den Wafer W tragende Plattform 33 von der Kolonne CLM zu der Position bewegt, die durch den Elektronenstrahl EB bestrahlt wird.

Ein spezielles Konfigurationsbeispiel für den Lichtstrahler 61 und den zweidimensionalen Lichtdetektor 62 gemäß der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf Fig. 6a bis 6d und Fig. 7a und 7b erläutert.

Erstens beinhaltet der in den Fig. 6a und 6b darge stellte Lichtstrahler 61 eine Vielzahl von Lichtstrahler 71 in einer zweidimensionalen Matrix. Wie in Fig. 7a ge zeigt wird, ist jeder Lichtstrahler 71 derart aufgebaut, daß eine Lichtquelle 72, die eine starke Lichtquelle, wie ein LED oder einen Halbleiterlaser darstellt, in einen aus transparentem Kunststoff oder dergleichen bestehenden Linsenkörper 74 gepreßt ist. Der Linsenkörper 74 hat auf einer seiner Seiten eine sphärische oder asphärische Lin senoberfläche, so daß das Licht von der Lichtquelle 72 in Form eines annähernd parallelen Strahls 75 emittiert wird. Bezugszeichen 73 bezeichnet ein Ende der Lichtquel le 72. Wie in Fig. 7b gezeigt wird, ist eine Vielzahl von Lichtstrahler 71 (in diesem Fall 5 × 5) mit einer Spannvorrichtung oder dergleichen fixiert und derart an geordnet, daß sich die Rückseite jedes Lichtstrahlers 71 in einem Loch in der Grundplatte 77 befindet. Dann wird jeder Lichtstrahler 71 angeschaltet, um einen Lichtstrahl zu emittieren. Die Lichtstrahlen von den Lichtstrahlern 71 werden mittels des Justiermechanismus der Einspannvor richtung derart justiert, daß sie parallel in eine vorbe stimmte Richtung emittiert werden. Bei vollständiger Jus tierung wird ein Klebstoff 76 in die Löcher der Grund platte 77 gespritzt, wodurch jeder Lichtstrahler 71 auf der Grundplatte fixiert wird. Somit wird ein Lichtstrahler 61 erhalten, der eine Vielzahl von zueinander paral lelen Lichtstrahlen emittiert.

Der zweidimensionale Lichtdetektor 62 ist Bildaufnahmege rät, wie etwa ein CCD (charqed coupled device). In dem in den Fig. 6a und 6b gezeigten Aufbau wird eine Vielzahl von Lichtstrahlen, die vom Lichtstrahler 61 auf den Wafer W geworfen werden, von der Oberfläche des Wafers W re flektiert und die Richtung der Reflexion (d. h. die Strahlposition) wird von dem zweidimensionalen Lichtde tektor 62 detektiert.

In Fig. 6a wird eine im wesentlichen flache Oberfläche des Wafers W angenommen (d. h. es zeigt sich keine parti elle Unebenheit oder dergleichen). Das in Fig. 6c ge zeigte detektierte Muster, welches die Position jedes vom zweidimensionalen Lichtdetektor 62 detektierten Licht strahls angibt, ist ein regelmäßiges Muster, das der An ordnung der Lichtstrahler 71 entspricht.

Auf der anderen Seite ist im Falle des Auftretens einer partiellen Unebenheit oder dergleichen auf der Oberfläche des Wafers W, wie in Fig. 6b dargestellt wird, das vom zweidimensionalen Lichtdetektor 62 detektierte Muster von dem ursprünglichen, regelmäßigen Muster gemäß Fig. 6d verschoben. Die Höhenverarbeitungseinheit 63 verarbeitet das Ausgabesignal des zweidimensionalen Lichtdetektors 62, identifiziert dabei den Strahlungspunkt jeden Licht strahls und berechnet somit die Höhenverteilung aus der Größe der Verschiebung. Auf diese Weise kann die Distanz (ΔL) zwischen zwei Punkten bestimmt werden, welche einen Punkt beinhaltet, an dem eine partielle Unebenheit auf tritt, und einen Punkt von normaler Höhe und die Höhen differenz (ΔH) zwischen den beiden punkten. Diese Infor mationen (ΔL, ΔH) werden für die Bestimmung des Schätz wertes (K) der partiellen Unebenheit des Wafers verwen det, wie weiter unten beschrieben wird.

Aus obiger Darstellung wird erkennbar, daß die Apparatur gemäß der ersten Ausführungsform die Höhenverteilung im Bereich des Wafers W, welcher von der Vielzahl der von dem Lichtstrahler 61 emittierten Lichtstrahlen bestrahlt wird, simultan messen kann. Da die Höhenverteilung in diesem Bereich zur gleichzeitig gemessen wird, kann die Messung innerhalb einer kurzen Zeit abgeschlossen werden, ohne von dem Grad der Genauigkeit der Plattformbewegung beeinflußt zu werden. Gemäß dieser Ausführungsform be trägt der Bereich des Wafers W, der von einer Vielzahl von Lichtstrahlen, die von dem Lichtstrahler 61 emittiert werden, ausgestrahlt wird, etwa 2 cm². Daher kann die Hö henänderung (partielle Unebenheit) der Waferoberfläche innerhalb diesen Bereichs gemessen werden.

Statt die Lichtquellen 71 des Lichtstrahlers 61 gleich zeitig anzuschalten, kann eine oder eine Vielzahl von Lichtquellen 71 miteinander verbunden werden, um die Hö henverteilung sequentiell als Spot zu messen. Folglich wird die Identifizierung jeden Strahls erleichtert. Da die Plattform zwischenzeitlich nicht bewegt wird, wird außerdem kein Fehler durch die Plattformbewegung verur sacht.

In der Elektronenstrahl-Belichtungsapparatur gemäß der ersten Ausführungsform wird bestimmt, ob der Wafer auf der Basis des Schätzwertes (K) belichtet wird, oder ob der Wafer und die Belichtungsapparatur in folgenden Schritten ohne Belichtung untersucht werden. Diese Ent scheidung wird von einem CPU getroffen (z. B. der in Fig. 1 gezeigte CPU 41), der die gesamte Belichtungsapparatur steuert. Falls entschieden wird, daß kein Belichtungspro zeß auf Grundlage des Schätzwertes (K) durchgeführt wird, wird der Schätzwert (K) für einen bestimmten Wafer in ei nem geeigneten Speichermedium (z. B. in dem in Fig. 1 ge zeigten Speichermedium 42) gespeichert, zusammen mit der Information über die Position des Wafers, an der die be stimmte partielle Unebenheit auftrat. Die auf diese Weise gespeicherten Informationen können für die Inspektion des Wafers oder der Belichtungsapparatur in den anschließen den Schritten verwendet werden.

Wie in Fig. 8 dargestellt, wird der Bereich, in welchem die Höhenverteilung mittels des Lichtstrahlers 61 und des zweidimensionalen Lichtdetektors 62 gemessen werden kann, mit dem Zeichen A bezeichnet. Die Höhenverteilung inner halb des Bereichs A wird mittels der Höhenverarbeitungs einheit 63 basierend auf der Ausgabe des zweidimensiona len Lichtdetektors 62 berechnet. Nach der Speicherung des Ergebnisses der Berechnung wird der Wafer W mittels der Plattform bewegt und die Durchführung der Messung der Hö henverteilung in einem anderen Bereich wiederholt. Auf diese Weise kann die Höhenverteilung über die gesamte Oberfläche des Wafers W gemessen werden.

Im folgenden wird der Prozeß (der Meßprozeß der Höhenän derung und der Belichtungsprozeß), der von der Elektro nenstrahl-Belichtungsapparatur gemäß der ersten Ausfüh rungsform durchgeführt wird, mit Bezugnahme auf das Fließschema in Fig. 9 erläutert.

Zunächst wird in Schritt S1 der Wafer W auf die Plattform 33 geladen. Im zweiten Schritt S2 wird der Wafer W, wie in Fig. 5b dargestellt wurde, zu einer Position unter dem Lichtstrahler 61 und dem zweidimensionalen Lichtde tektor 62 bewegt und, während die Plattform 33 bewegt wird, wird die Messung und Speicherung der Höhenvertei lung in dem in Fig. 8 gezeigten Areal A wiederholt, wo mit die Höhenverteilung über die gesamte Oberfläche des Wafers W gemessen wird.

Im nächsten Schritt S3 wird der Schätzwert (K) aus der Information über die partielle Unebenheit (ΔL, ΔH) be stimmt, die von den Messungen der Höhenänderung über die gesamte Belichtungsfläche des Wafers W erhalten wurde. Der Schätzwert ist definiert als K = ΔH/ΔL. In Schritt S4 wird entschieden, ob der Schätzwert (K) einen gegebenen Wert überschreitet (JA) oder nicht (NEIN), d. h. ob eine Höhenänderung detektiert wurde, die innerhalb eines vor bestimmten Bereichs der Belichtungsfläche des Wafers W eine vorbestimmte Zulässigkeit überschreitet (JA) oder nicht (NEIN). Falls diese Entscheidung JA ist, geht der Prozeß zu Schritt S5 über, während, wenn die Entscheidung NEIN ist, der Prozeß zu Schritt S6 fortschreitet.

In dem in Fig. 5a dargestellten Schritt S6 wird der Wa fer W bestrahlt. Dieser Belichtungsprozeß erlaubt eine hochpräzise Fokussierung des Elektronenstrahls bzw. Ein stellung der Ablenkstärke während der Belichtung basie rend auf der Messung der Höhenverteilung der Waferober fläche, wodurch eine hochpräzise Belichtung und eine ver besserter Ausbeute ermöglicht. Danach wird in Schritt S7 entschieden, ob ein bestimmter Wafer der letzte zu bear beitende ist (JA) oder nicht (NEIN). Wenn die Entschei dung JA lautet, wird das Verfahren beendet, während, falls die Entscheidung NEIN lautet, der Prozeß zurück zu Schritt S1 geht, um die oben genannten Schritte zu wie derholen.

Wenn anderseits eine Höhenänderung, die eine vorgegebene Zulässigkeit überschreitet, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Bestrahlungsfläche des Wafers W detektiert wird, wird eine Alarm gegeben, der einen defekten Wafer meldet, und der spezielle Wafer wird in Schritt S5 als zu bestrahlendes Objekt zurückgewiesen. Dieser Alarm wird über ein Display oder dergleichen in dem CPU 41 ausgege ben. Ferner wird der Schätzwert (K) des Wafers zusammen mit der korrespondierenden Information über die Platt formposition in einem Speichermedium gespeichert. Wenn die so gespeicherte Information anzeigt, daß die Höhenän derung, die eine vorbestimmte Zulässigkeit überschreitet, wiederholt an der gleichen Plattformposition auftritt, wird in Betracht gezogen, daß Schmutz oder dergleichen an der speziellen Position der Plattform haftet. In solch einem Fall wird daher die Anweisung zur Säuberung der Plattform gegeben. Auf diese Weise wird die gespeicherte Information, welche eine defekte Stelle anzeigt, für die Inspektion der Apparatur und des Wafers verwendet. Mit Abschluß von Schritt S5 schreitet der Prozeß zu Schritt S7 voran, um die oben beschriebenen Schritte zu wiederho len.

Wie oben beschrieben wurde, wird in der Elektronenstrahl- Belichtungsapparatur gemäß der ersten Ausführungsform das Licht M vom Lichtstrahler 61 in einem vorbestimmten klei nen Bereich auf den auf der Plattform gehaltenen Wafer W gestrahlt, ehe dieser belichtet wird, und das von dem speziellen Bereich reflektierte Licht wird von dem zwei dimensionalen Lichtdetektor 62 detektiert, um die Hö henänderung der Waferoberfläche zu messen. Somit ist es möglich, positiv Punkte auf dem Wafer zu detektieren, an denen die partielle Unebenheit oder dergleichen auftritt, welche gemäß dem Stand der Technik schwierig zu identifi zieren waren.

Gemäß der ersten Ausführungsform wird eine Anordnung ei ner Vielzahl von Lichtquellen 71 für den Lichtstrahler 61 für die Emission einer Vielzahl paralleler Lichtstrahlen verwendet. Vielfältige andere Modifikationen sind jedoch möglich.

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, welche die Kon figuration einer ersten Modifikation zeigt. In dieser Mo difikation wird der von einem Halbleiterlaser 81 emit tierte Laserstrahl durch eine Kollimatorlinse 82 in einen parallelen Strahl konvertiert. Dann wird in einer an schließenden Stufe eine Vielzahl von Lichtstrahlen mit tels einer Vielzahl von Aperturen in einer Aperturplatte 83 erzeugt. Obwohl in diesem Fall nicht jeder Lichtstrahl unabhängig angeschaltet werden kann, kann eine akkurate Ausrichtung der parallelen Lichtstrahlen erhalten werden.

Ebenso ist der zweidimensionale Lichtdetektor 62 in einer Weise angeordnet, daß die von dem Wafer W reflektierten Lichtstrahlen in einem rechten Winkel in den Detektor eintreten. Die erste Ausführungsform, in welcher der zweidimensionale Lichtdetektor 62 parallel zur Oberfläche des Wafers W angeordnet ist, hat den Vorteil, daß wenn die Höhe des Wafers W sich mit einer bestimmten Stärke ändert, die von dem Wafer W reflektierten Lichtstrahlen mit der gleichen Stärke auf dem zweidimensionalen Licht detektor 62 abgebildet werden, wodurch die Berechnung der Höhenverteilung erleichtert wird. Da jedoch die Licht strahlen mit einem großen Einfallswinkel auf den zweidi mensionalen Lichtdetektor 62 treffen, muß der zweidimen sionale Lichtdetektor 62 einen großen Lichteinlaßwinkel aufweisen, wodurch das Problem aufgeworfen wird, daß die in Frage kommenden Geräte zur Bildaufnahme beschränkt sind. Dagegen ist in der in Fig. 10 dargestellten Konfi guration die Distanz von jedem Punkt auf dem Wafer W, an dem die Lichtstrahlen reflektiert werden, zu dem zweidi mensionalen Lichtdetektor 62 unterschiedlich. Daher ist, auch wenn die Höhenänderung des Wafers W gleich ist, die Verschiebung von jedem Lichtstrahl auf dem zweidimensio nalen Lichtdetektor 62 unterschiedlich, wodurch eine Aus gleichsrechnung notwendig wird. Da jedoch jeder Licht strahl mit einem rechten Winkel auf den zweidimensionalen Lichtdetektor 62 einfällt, kann ein normales Bildaufnah megerät verwendet werden.

Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, die einen Auf bau einer zweiten Modifikation zeigt. Wie in der ersten Modifikation wird in dieser Modifikation der von einem Halbleiterlaser 81 emittierte Laserstrahl mittels einer Kollimatorlinse 82 in einen parallelen Strahl konvertiert und eine Vielzahl von Lichtstrahlen wird in einer an schließenden Stufe derart erzeugt, daß sie einer Vielzahl von Aperturen in einer Aperturenplatte 83 entspricht. Die Lichtstrahlen passieren einen Strahlteiler 84 und fallen in einem rechten Winkel auf den Wafer W. Die von dem Wa fer W reflektierten Lichtstrahlen werden von dem Strahl teiler 84 mit einem Winkel von 90° abgelenkt und treffen im rechten Winkel auf den zweidimensionalen Lichtdetektor 62. Dieser Aufbau erfordert einen Strahlteiler 84. Da je doch der zweidimensionale Lichtdetektor 62 parallel zu der Oberfläche des Wafers W angeordnet ist, wird jeder vom Wafer W reflektierte Lichtstrahl im gleichen Ausmaß auf dem zweidimensionalen Lichtdetektor 62 verschoben ab gebildet, so lange die Höhenänderung des Wafers W die gleiche ist. Darüber hinaus trifft jeder Lichtstrahl mit einem rechten Winkel auf den zweidimensionalen Lichtde tektor 62.

Die erste Ausführungsform verwendet eine Höhenmeßeinheit zur Detektion der Richtungsänderung von einer Vielzahl von parallelen Lichtstrahlen. Es kann jedoch jede Appara tur eingesetzt werden, welche die Höhenverteilung in ei nem gegebenen Bereich gleichzeitig messen kann. Die zwei te Ausführungsform verwendet ein Interferometer als Hö henmeßeinheit.

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die einen Auf bau einer Höhenmeßeinheit für eine Elektronenstrahl- Belichtungsapparatur gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Mit Ausnahme der Höhenmeßeinheit sind die Bauteile identisch mit den entsprechenden Bauteilen der ersten Ausführungsform.

Wie in Fig. 12 dargestellt, wird der von dem Halbleiter laser 81 emittierte Laserstrahl in der Kollimatorlinse 82 in einen parallelen Strahl konvertiert und durch den Strahlteiler 85 in zwei Strahlen aufgespalten. Einer der Strahlen trifft mit einem rechten Winkel auf den Wafer W und der andere Strahl trifft mit einem rechten Winkel auf den Referenzspiegel 86, der eine optisch ebene Oberfläche hat. Der von dem Wafer W reflektierte Strahl und der von dem Referenzspiegel 86 reflektierte Strahl fallen erneut auf den Strahlteiler 85 und werden kombiniert und inter ferieren miteinander und treffen auf den zweidimensiona len Lichtdetektor 62. Indem das der Höhenverteilung des Wafers W entsprechende Interferogramm detektiert uns ana lysiert wird, kann somit die Höhenverteilung des Wafers W ermittelt werden. Die resultierende Höhenverteilung wird zur Bestimmung des Schätzwertes (K) der partiellen Un ebenheit des Wafers W verwendet.

In den obigen Ausführungsformen wurde die Blockbelich tungsmethode als ein Beispiel herangezogen. Die vorlie gende Erfindung ist jedoch, wie aus ihrem Gegenstand her vorgeht, selbstverständlich für jeden Typ von Belich tungsmethoden mit gleicher Wirkung anwendbar, wie etwa die variable Rechteckmethode oder die Ausblendaperturma trix-Belichtungsmethode (BAA-Belichtungsmethode).

Trotz der vorausgegangenen Beschreibung, in der ein Elek tronenstrahl als geladener Teilchenstrahl eingesetzt wur de, ist die vorliegende Erfindung offensichtlich nicht auf die Verwendung eines Elektronenstrahls beschränkt, sondern kann auch einen Ionenstrahl mit gleicher Wirkung verwenden.

Wie aus der vorausgegangenen Beschreibung ersichtlich wird, kann in der Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl und der Belichtungsmethode gemäß der vor liegenden Erfindung eine partielle Unebenheit oder der gleichen, die auf der Oberfläche einer zu bestrahlenden Probe auftritt, positiv detektiert werden. Dadurch kann die Höhenmessung der Probenoberfläche und die auf der Hö henmessung basierende Höhenanpassung mit hoher Genauig keit durchgeführt werden. Dieses trägt beträchtlich zu einer hochpräzisen Bestrahlung und zu einer verbesserten Ausbeute bei.

Bezugszeichenliste

10

Belichtungsabschnitt

11

Elektronenkanone

12

Linse

13

Maske

14

Linse

15

Ablenker

16

Linse

17

Linse

18

Blockmaske

19-22

Ablenkmasken

23

dynamische Fokussierspule

24

dynamische Stigmatorspule

25

Ausblendablenker

26

Linse

27

Maske

28

,

29

Projektionslinsen

30

Hauptablenker

31

Nebenablenker

32

Maskenplattform

33

Waferplattform

40

Kontrollabschnitt

41

zentraler Prozessor (CPU)

42

Speichermedium

43

Interface

44

Belichtungssequenz-Steuereinheit

45

Datenspeicher

46

Hauptablenk-Korrekturschaltung

47

Taktgeber

48

Mustergenerator

49

Maskenspeicher

50

Musterkorrektureinheit

51-56

Digital-Analog-Wandler- und Verstärkereinheit

60

Kammer zur Unterbringung der Plattform

61

Lichtstrahler

62

zweidimensionaler Lichtdetektor

63

Höhenverarbeitungseinheit

71

Lichtstrahler

72

Lichtquelle

73

Ende der Lichtquelle

74

Linsenkörper

75

paralleler Lichtstrahl

76

Klebstoff

77

Grundplatte

81

Halbleiterlaser

82

Kollimatorlinse

83

Aperturplatte

84

,

85

Strahlteiler

86

Referenzspiegel
CLM Kolonne
EB Elektronenstrahl
H Höhe der Waferoberfläche
PS Probenoberfläche
VS approximierte Oberfläche
W Wafer

Claims

1. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl, welche umfaßt:
eine Strahlungsquelle für geladene Teilchenstrahlen (11) zur Erzeugung eines geladenen Teilchenstrahls;
einen Formgeber zur Formung des geladenen Teilchen strahls;
einen Ablenker (30, 31) zur Variation der Position auf der zu bestrahlenden Probe, auf welche der gela dene Teilchenstrahl gestrahlt wird;
einen Projektor (23, 24, 28, 29) für die Projektion des geladenen Teilchenstrahls auf die Probe:
eine Steuerungseinheit (40) zur Steuerung des Ablen kers und des Projektors während der Bestrahlung;
Mittel zum Einschreiben eines Musters auf die Probe mittels des entsprechend konvergierten und abgelenk ten, geladenen Teilchenstrahls;
eine Plattform (33) zur Bewegung der Probe innerhalb der Apparatur und
eine Höhenmeßeinheit (61, 62, 63) zur Messung der Hö henverteilung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Probe mit mindestens einer vorgegebenen Dichte, während die Probe in der Apparatur eingelegt ist.

2. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 1, die ferner eine Höhenverarbeitungseinheit zur Ände rung des Meßpunktes der Probe umfaßt, indem die Hö henverarbeitungseinheit die Probe mit der Plattform bewegt, die Messungen an den entsprechenden Punkten miteinander verbindet und die Höhenverteilung über die gesamte Oberfläche der zu bestrahlenden Probe mißt.

3. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Alarmerzeuger zur Ausgabe eines Alarms umfaßt, der die Detektion einer Höhenänderung durch die Höhenmeßeinheit meldet, falls diese eine vorgegebene Zulässigkeit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Belichtungsfläche der zu bestrahlenden Probe überschreitet, und umfaßt eine Speichereinheit für die Speicherung der Information über die Platt formposition, die der Probenposition entspricht, an der die Höhenänderung auftrat.

4. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 3, die ferner eine Bestimmungseinheit umfaßt zur Ent scheidung, ob die Höhenänderung, welche eine vorgege bene Zulässigkeit überschreitet, durch die individu elle Probe oder durch die Plattform verursacht wird, auf Basis der Information über die Plattformposition, an welcher der Alarm bei einer Vielzahl von Proben ausgegeben wird.

5. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 1 bis 4, worin die Höhenmeßeinheit einen Lichtstrahler zur Emission einer Vielzahl von parallelen Lichtstrahlen in einer zweidimensionalen Matrix beinhaltet und ei nen zweidimensionalen Lichtdetektor zur Detektion der Vielzahl von Lichtstrahlen, die von der Oberfläche der zu bestrahlenden Probe reflektiert werden.

6. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 5, worin der Lichtstrahler eine Vielzahl von Lichtquel len in einer zweidimensionalen Matrix beinhaltet.

7. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 5, worin der Lichtstrahler eine Laserlichtquelle ent hält, eine Linse zur Konvertierung des von der Laser lichtquelle emittierten Laserstrahls in einen paral lelen Strahl und eine Aperturplatte mit einer Viel zahl von Aperturen in einer zweidimensionalen Matrix zur Aufspaltung des parallelen Strahls in eine Viel zahl von Strahlen, die der Apertur entsprechen.

8. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 1 bis 4, worin die Höhenmeßeinheit eine Interferenzeinheit ist zur Messung der Höhenverteilung aus dem Interferenz muster, welches durch die Interferenz zwischen dem von einer Referenzebene reflektierten Lichtstrahl und dem von der Oberfläche der zu bestrahlenden Probe er zeugt wird.

9. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß Anspruch 8, worin die Interferenzeinheit eine Laserlichtquelle beinhaltet; eine Linse zur Konvertierung des von der Laserlichtquelle emittierten Laserstrahls in einen parallelen Strahl; eine Referenzreflexionsoberfläche; einen Strahlteiler zur Aufspaltung des paralle len Strahls in einen Strahl, der auf die Oberfläche der Probe fällt, und einen Strahl, der auf die Referenzreflexionsoberfläche fällt, und der den von der Oberfläche der Probe reflektierten Strahl und den von der Referenzreflexionsoberfläche reflektierten Strahl miteinander kombiniert; und einen zweidimen sionalen Lichtdetektor zur Detektion des Interferenz musters, das aus dem kombinierten Lichtstrahl erhal ten wird.

10. Belichtungsapparatur mit geladenem Teilchenstrahl ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Steuerungseinheit mindestens eine der Ab lenkstärken des Ablenkers und den Fokus des Projek tors in Übereinstimmung mit der Höhenverteilungsmes sung einstellt.

11. Belichtungsmethode mit geladenem Teilchenstrahl zum Einschreiben eines Musters auf eine zu bestrahlende Probe mittels eines zweckmäßig konvergierten und auf die Probe abgelenkten geladenen Teilchenstrahls, wel che die Schritte vor dem Einschreiben umfaßt:
Einlegen der Probe auf die Plattform der Belichtungs apparatur;
Messung der Höhenverteilung innerhalb eines vorgege benen Bereichs der Probe mit mindestens einer vorge gebenen Dichte;
Änderung des Meßpunktes der Probe durch Bewegung der Probe mit der Plattform, Verbinden der Messungen der entsprechenden Punkte und Berechnung einer Höhenver teilung über die gesamte Oberfläche der Probe;
Entscheidung auf Basis der Messung, ob eine partielle Höhenänderung der Oberfläche der Probe zulässig ist oder nicht; und
Bestrahlung der Probe in dem Fall, wenn die partielle Höhenänderung der Oberfläche der Probe zulässig ist.

12. Belichtungsmethode mit geladenem Teilchenstrahl gemäß Anspruch 11, worin die Entscheidung über die Zulässigkeit einer partiellen Höhenänderung der Oberfläche der Probe ge troffen wird, indem bestimmt wird, ob der Schätzwert K, der als K = ΔH/ΔL definiert ist, einen vorgegebe nen Wert überschreitet, worin ΔL die Distanz zwischen zwei Punkten in der Belichtungsfläche auf der Probe ist und ΔH die Differenz der Höhe zwischen zwei Punk ten ist.

13. Belichtungsmethode mit geladenem Teilchenstrahl gemäß Anspruch 12, worin in dem Fall, wenn die Entscheidung über die Zu lässigkeit negativ ist, ein Alarm ausgegeben wird, der anzeigt, daß die Probe einen Defekt aufweist, der Belichtungsprozeß anhalten wird und der Schätzwert K für diese Probe zusammen mit der Information über die Plattformposition, die der Position der Probe ent spricht, an der die Höhenänderung auftrat, in einem Speichermedium gespeichert wird.