DE2951216C2 - Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals - Google Patents

Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals in bezug auf das zeitliche Auftreten dieser beiden Amplitudenwerte, beispielsweise zur positionsmäßigen Fixierung eines in Form einer Maske oder einem Halbleiterplättchen vorhandenen Markierung mit Hilfe einer Elektronenstrahlabtastung, bestehend aus einem Eingangsverstärker, daran angeschlossenen Maximal- und Minimalwertregistern und einem Referenzwertgeber sowie einer daran angeschlossenen Vergleichsschaltung zur Durchführung eines Signalvergleichs. Es ist bereits eine Schaltungsanordnung bekannt (siehe DE-AS 22 08 310), bei welcher Maximal- und Minimalwerte des vorhandenen Signals bestimmt werden, um auf diese Weise durch Mittelwertsbildung einen Schwellwert abzuleiten. Das Eingangssignal wird dann mit dem Schwellwert verglichen, um auf diese Weise ein jeweils zwei Amplitudenwerte annehmendes Ausgangssignal zu bilden. Diese Schaltungsanordnung ist im wesentlichen als Analogschaltung aufgebaut.
Elektronenstrahllithographievorrichtungen weisen in der Regel bestimmte Abtastkreise auf, um beispielsweise die Position gewisser Elemente beispielsweise eine Maske oder eines Halbleiterplättchens zu bestimmen, oder um die Verschiebung oder die Ablenkverzerrung des Strahlengangablenksystems zu messen. Die Abtas'ung derartiger Markierungen muß dabei mit sehr hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wobei gewisse Störeinflüsse beispielsweise die jeweilige Stärke des Elektronenstrahls oder die mit der Zeit nachlassende Empfindlichkeit des verwendeten Sensors keinen
to Einfluß haben dürfen.
Es ist demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals zu schaffen, welche eine genaue zeitliche Fixierung des Auftretens der beiden Amplitudenwerte dieses elektrischen Signals erlaubt, um auf diese Weise unabhängig von dem Auftreten gewisser Störfaktoren eine sehr genaue positionsmäßige Fixierung einer beispielsweise in Form einer Maske oder eines HalbleiterpJäitchens vorhandenen Markierung bei Elektronenstrahllithographie durchführen zu können.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im Anschluß an den Vorverstärker ein Analog/Digitalwandler vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal den digital aufgebauten Maximal- und Minimalwertregistern zugeführt ist.
Da im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zeitliche Festlegung der Anfangs- und Endpunkt der einzelnen Signalabschnitte des zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals auf digitaler Basis erfolgt, kann diese zeitliche Festlegung mit sehr viel höherer Genauigkeit durchgeführt werden. In Verbindung mit einem wandelnden Elektronenstrahl erlaubt dies dann auch eine sehr genaue positionsmäßige Fixierung vorhandener Markierungen, und zwar unabhängig von der jeweiligen Stärke des Elektronenstrahls oder der Empfindlichkeit des verwendeten Sensors.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche 2 bis 4.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen
Fig. IA und B eine Draufsicht bzw. eine Schnittansieht eines vorgesehenen Markierungsbereiches:
Fig. IC ein schematisches Diagramm eines bei der Abtastung auftretenden elektrischen Signals;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer eisten Ausführungsform der Erfindung und
F i g. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Wie sich aus den Fi g. IA, IB und IC entnehmen läßt, wird dann, wenn eine Markierung 3, beispielsweise eine Markierung aus verdampftem Gold (Au) oder eine Markierung einer Stufe einer Aussparung in Silicium (Si) auf einem Silicium (Si)-Substrat 2 mit einem Elektronenstrahl 1 abgetastet wird, ein Markierungs-Abtastsigna- A auf der Basis von reflektierten Elektronen in einem Festkörper-Detektor 4 erhalten wird. Dieses Signal
Μ wird einer Binärcodierungs-Verarbeitung mit einem Schwellwertsignal B der nachstehend näher beschriebenen Ar' unterworfen und somit in einen lmpu^ umgewandelt.
Die Markierungsposition kann dementsprechend
h5 durch präzises Abtasten des Zeitintervalls von de·- Auslösung der Abtastung bis zum Erhalt des Impuiss; gnals festgestellt werden. Genauer gesagt ist es so. daß dann, wenn ν in m/s die Abtastgeschwindigkeit de^
Strahls und t in s das Zeitintervall zum Erhalt des binärcodierten Impulses bezeichnen, die Markierungsposition sich in einem Abstand von vx t in m vom Ausgangspunkt der Abtastung ergibt Um das Zentrum oder den Schwerpunkt der Markierung präziser herauszufinden, wird das Zeitintervall erhalten als
t = (t\ + h + h + fcO/4,
wobei t\ und r2 Zeitintervalle bezeichnen, die von der Vorderkante bis zur Hinterkante eines ersten Impulssignals genommen sind, während /3 und u sich auf die entsprechenden Vorder- und Hinterkanten des darauffolgenden Impulssignals beziehen.
Um diesen Vorgang zu gewährleisten, muß der Pegel des Schwellwertsignals B exakt halb so groß wie das reflektierte Elektronensignal A sein, das im Festkörper-Detektor 4 erhalten wird.
Zur Erläuterung der ersten Ausführungsform soll zunächst auf das Blockschaltbild in Fig.2 Bezug genommen werden. Ein Ausgangssignal von einem 2« Festkörper-Detektor 4 wird auf einen geeigneten Amplitüdenpegel beim Durchgang durch einen Vorverstärker 5 verstärkt. Das verstärkte Signal wird an den Eingang eines schnell arbeitenden Analog-Digital-Wandlers 6 angelegt. ->5
Wenn ein Markierungsbereich-Abtastsignal 16 an eine Analog-Digital-Steuerung 11 angelegt wird, so werden sowohl ein Maximalwert-Register 7 als auch ein Minimalwert-Register 8 in diesem Augenblick zurückgesetzt und Analog-Digital-Startsignale nacheinander » dem Analog-Digital-Wandler 6 zugeführt, bis das Markierungsbereich-Abtastsignal 16 dann ausgelöst wird. Das nächste Analog-Digital-Startsignal wird jedoch nur geliefert, wenn ein Analog-Digital-Umwandlungs-Endsignal vom Analog-Digital-Wandler 6 gelie- 3; fert wird. Zu dem Zeitpunkt, wo die Analog-Digital-Wandlung beendet worden ist, werden die Ausgangswerte während der Analog-Digital-Wandlung jeweils mit den InhaUen des Maximalwert-Registers 7 und des Minimalwert-Registers 8 mittels eines Maximalwert-(Comparators 9 bzw. eines Minimalwert-Komparators 10 verglichen und die Inhalte der entsprechenden Register erneuert. Genauer gesagt ist es so, daß dann, wenn (Inhalt der Analog-Digital-Wandlung) größer als (Inhalt des Maximalwert-Registers) gilt, der Inhalt des Maximalwert-Registers jedesmal neu eingeschrieben und dann als Spitzenwert in der positiven Richtung festgehalten wird. Das gleiche gilt für den Minimalwert, und jedesmal dann, wenn (Inhalt der Analog-Digital-Wandlung) kleiner als (Inhalt des Minimalwert-Registers) gilt, wird der Inhalt des Minimalwert-Registers neu eingeschrieben, um den Spitzenwert in negativer Richtung zu erneuern. Dementsprechend ist es so, daß zu dem Zeitpunkt, wo das Markierungsbereirh-Abtastsignal 16 ausgelöst worden ist, der Maximalwert und der Minimalwert des Signals in einem Markierungsbereich im Maximalwert-Register 7 bzw. im Minimalwert-Register 8 erhalten werden.
Die Inhalte dieser beiden Register werden dann der Operation (Maximalwert) - (Minimalwert) mittels fco eines Subtrahierers 12 unterworfen, um den Wert von Spitze zu Spitze der Amplitude zu erhalten, der als Adresseninformation an einen Festwertspeicher oder ROM 13 angelegt wird. Der ROM 13 speichert die nachstehend näher beschriebenen Daten in Abhängig- tr> keit von entsprechenden Amplituden (Adresseninformation), und sein Ausgang wird an die digitale Eingangsklemme eines multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers oder MDAC 14 als Richtungs-Koeffizient angelegt
Andererseits wird die Analoginformation vom Vorverstärker 5 an die analoge Eingangsklemme des MDAC 14 angelegt. Sie wird mit der oben genannten Digitalinformation multipliziert, während das entstehende Produkt das Eingangssignal 15 für eine Binärcodierungsschaltung darstellt
Wenn nun der Ausdruck Eip.p die Spannung der Amplitude von Spitze zu Spitze bezeichnet die mit der oben beschriebenen Markierungsbereich-Abtastung erhalten worden ist, der Ausdruck Ei eine Eingangsspannung bei einer nacheinander durchzuführenden fälligen Markierungs-Abtastung (Eingangsspannung des Analog-Digital-Wandlers) bezeichnet und der Ausdruck Eo die Ausgangsspannung des multiplizierenden Digital-Analog-Wandlers angibt, so ist eine Steuerung erforderlich, bei der Eo= kχ F/= const, d. h. eine Steuerung, bei der die Ausgangsspannung Eo auch dann konstant gemacht wird, wen: sich die Eingangsspannung Ei ändert. Zu diesem Zweck muß die Relation k<x\IEipp erfüllt sein. Aus diesem Grunde muß dieser Wert k gesetzt und vorher im ROM 13 gespeichert werden. Der ROM 13 nimmt somit eine Teilerfunktion wahr.
Durch das Hinzufügen einer derartigen Schaltungsanordnung wird die Spannung, die zu allen Zeitpunkten konstant ist, als Signal 15 erhalten. Sobald einmal der Schwellwertpegel B der Binärcodierungsschaltung so gesetzt worden ist, daß er 1/2 des Ausgangssignals Eo des MDAC ausmacht, ist keinerlei anschließende Einstellung erforderlich, auch wenn der Strahlstrom sich ändert. Dementsprechend wird die Arbeitswirksamkeit in beträchtlichem Maße verbessert, und es läßt sich eine Steuerung der Markierungs-Abtastgenauigkeit erzielen. Auch in dem Falle, wo das Eingangssignal einem Gleichstrom überlagert ist, wird der Inhalt des Minimalwert-Rtgisters 8 mittels eines Digital-Analog-Wandlers 17 in eine Analogspannung umgewandelt, und dieses Signal wird einem Subtraktionsprozeß in einem analogen Subtrahierer 18 hinsichtlich des Eingangssignals unterworfen, bevor es in den multiplizierenden Digital-Analog-Wandler 14 eintritt. Auf diese Weise wird die Gleichspannungskomponente entfernt und das verbleibende Signal an den MDAC 14 angelegt, so daß der Ausgangsamplitudenpege! des MDAC 14 konstant gehalten werden kann.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist es so, daß in dem Falle, wo hinsichtlich der Empfindlichkeit der Binärcodierungsschaltung das Signal 15 für die Binärcodierungsschaltung schwer in Impulse mit hoher Präzision bei den Ausgangswerten umzuwandeln ist. immer noch ein besseres Ergebnis geliefert wird, um einen Verstärker in einer dem MDAC 14 folgenden Stufe anzuordnen.
Nachstehend soll eine weitere Ausführungsform erläutert werden. Bei einem alternativen Verfahren zur Erreichung des der Erfindung zugrundeliegenden Zieles der eingangs genannten Art ist es auch möglich, die Amplitudenwerte des Signals, das durch Abtastung des Markierungsbereiches erhalten worden ist, unmittelbar vor der fälligen Markierungs-Abtastung wie bei der vorherigen Ausführungsform zu speichern und die Binärcodierung durchzuführen, indem man 1/2 der Pegel der Signalwerte als Schwellwert verwendet.
Genauer gesagt werden, wie in F i g. 3 dargestellt, der Maximalwert und der Minimalwert der Amplitude des durch Abtastung des Markierungsbereiches erhaltenen Signals unmittelbar vor der fälligen Markierung? Vl "
stung im Maximalwert-Register 7 bzw. im Minimalwert-Register 8 gespeichert und diese beiden Werte mittels eines Addierers 19 addiert. Anschließend passiert die resultierende Summe eine Bit-Schiebe-Schaltung 20, die in der Lage ist, ihr Eingangssignal um 1 Bit nach rechts zu verschieben, um somit den Inhalt auf den Wert 1 /2 zu bringen. Diese Operation ist damit äquivalent, den Mittelwert von Maximalwerten und Minimalwerten des Eingangssignals zu erhalten. Dieser Mittelwert wird von einem Digtal-Analog-Wandler 21 in eine analoge Spannung umgewandelt, und die analoge Spannung wird von einer Binärcodierschaltung 22 mit einem Signal verglichen, das bei der fälligen Markierungs-Abtastung erhalten wird, wobei der Kastenteil der Markierung präzise erfaßt und in einen Impuls umgewandelt wird. Da bei dieser Ausführungsform der Aspekt bis zum Erhalt der Maximalwerte und Minimalwerte des Signals basierend auf der Markierungsbereich-Abtastung der gleiche wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist, bezeichnen die Bezugszeichen 4 bis 11 und 16 in Fig. 3 die gleichen Elemente wie bei der Ausführungsform nach F i g. 2.
Die zweite Ausführungsform hat den Vorteil, daß auch dann, wenn eine Gleichspannungs-Komponente ■> dem Eingangssignal überlagert ist, die Verarbeitung zum Entfernen der Gleichspannungs-Komponente wie bei der ersten Ausführungsform völlig unnötig ist, da der Schwellwertpegel auf der Basis der Maximal- und Minimalwerte der Eingangsspannung (1/2 der Eingangs-
Hi amplitudenwerte) berechnet wird.
Wie oben dargelegt, wird gemäß der Erfindung der Amplitudenpegel eines Signals, der eine Benärcodierschaltung zuzuführen ist, zu allen Zeitpunkten konstant gehallen, oder aber es werden alternativ dazu die
!■> Amplitudenwerte eines Signals gespeichert und der Peeel von 1/2 des Signalwertes zu einem Schwellwert gemacht, um auf diese Weise eine Markierungsposition-Abtastung bei hoher Genauigkeit zu ermöglichen, die bislang nicht erreichbar war.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals in bezug auf das zeitliche Auftreten dieser beiden Amplitudenwerte, beispielsweise zur positionsmäßigen Fixierung eines in Form einer Maske oder einem Halbleiterplättchen vorhandenen Markierung mit Hilfe einer Elektronenstrahlabtastung, bestehend aus einem Eingangsverstärker, daran angeschlossenen Maximal- und Minimalwertregistern und einem Referenzwertgeber sowie einer daran angeschlossenen Vergleichsschaltung zur Durchführung eines Signalvergleichs, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Vorverstärker (5) ein Analog/ Digiialwandler (6) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal den digital aulgebauten Maximal- und Minimalwertregistern (7, 8) zugeführt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Maximal- und Minimalwertregister (7, 8) entsprechenden Maximal- und Minimalwertkomparatoren (9, 10) zugeführt sind, deren Ausgangssignale einen Steuerkreis (11) speisen, der wiederum auf den Analog/Digitalwandler (6) einwirkt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Maximal- und Minimalwertregister (7,8) über einen Subtrahierkreis (12) einem Lesespeicher (13) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal nach Digital/Analogkonversation einen Multiplizierkreis (14) speist, dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Vorverstärkers (5) zugeführt ist (F i g. 2).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Maximal- und Minimalwertregister (7, 8) über einen Addierkreis (19) einem Schieberegister (20) zugeführt sind, das über einen Digital/Analogwandler (21) eine Binärcodierschaltung (22) speist (Fig. 3).
DE2951216A 1978-12-22 1979-12-19 Schaltungsanordnung zur genauen Untersuchung eines zwei Amplitudenwerte annehmenden elektrischen Signals Expired DE2951216C2 (de)

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