DE3021612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Schreiben von Mustern in eine Schicht auf einem Substrat mit einem Bündel elektrisch geladener Teilchen, die eine Quelle zum Erzeugen des Bündels, ein Linsensystem für ge­ ladene Teilchen zum Fokussieren des Bündels auf die Schicht und Mittel zum Fortbewegen des Bündels und des Substrats in bezug aufeinander in Richtung senkrecht zu der Bündelachse enthält.

Eine derartige Vorrichtung kann z. B. dazu benutzt werden, mit einem Elektronenstrahl bestimmte Gebiete einer für Elektronen empfindlichen Lackschicht zu bestrahlen, so daß entweder diese Gebiete oder der verbleibende Teil der Schicht nachher weggeätzt werden können. Andere Anwen­ dungsmöglichkeiten sind: die Entfernung ausgewählter Gebiete einer Metallschicht oder das Implantieren von Ionen in ausgewählte Gebiete einer Halbleiterschicht. Techniken dieser Art werden z. B. bei der Herstellung sogenannter Mikroschaltungen verwendet. Diese Mikroschaltungen können magnetische Domänenspeicher oder inte­ grierte elektronische Schaltungen (nachstehend kurz als I. C.="Integrated Circuits" bezeichnet) sein. Das Auf­ lösungsvermögen, das mit einem Bündel geladener Teilchen erreicht werden kann, das meist ein Elektronenbündel ist, aber auch ein Ionenbündel sein kann, ist größer als das Auflösungsvermögen, das bei Anwendung eines Bündels elektro­ magnetischer Strahlung, z. B. Ultraviolettlicht erreicht werden kann.

Im Aufsatz "An Electron Beam Mask Maker" in "I. E. E. E.- Transactions on Electron Devices", Band ED-22, Nr. 7, Juli 1975, S. 376-384 wird eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, nämlich ein sogenannter "Elektronenbündel­ schreiber", in dem mit einem Elektronenbündel ein Schicht eines Substrats gemäß einem bestimmten Muster bestrahlt wird. Mit einer derartigen Vorrichtung können Masken für Mikroschaltungen hergestellt werden, mit deren Hilfe die gewünschten I. C.-Muster oder die gewünschten magnetischen Domänenmuster auf eine Schicht eines Substrats, wie einer Siliziumscheibe, projiziert werden können. Es ist auch möglich, mit einem derartigen Schreiber unmittelbar Mikroschaltungsmuster in die Schicht zu schreiben.

Bei der Herstellung von Mikroschaltungen bietet die Anwendung eines Elektronenbündels im Vergleich zu der Anwendung eines optischen Bündels neben dem höheren Auf­ lösungsvermögen noch einige Vorteile, und zwar eine grö­ ßere Flexibilität und die Möglichkeit zum Schreiben ausge­ dehnter Muster mit sehr kleinen Details. Beim direkten Schreiben mit einem Bündel geladener Teilchen der Mikro­ schaltungen in die Schicht auf dem Substrat können in dem Verfahren zur Herstellung der Mikroschaltungen eine Anzahl von Verfahrensschritten vermieden werden, wodurch die Möglichkeit des Auftretens von Fehlern herabgesetzt wird.

In einer Vorrichtung zum Schreiben mit einem Bündel geladener Teilchen muß das Bündel sehr genau auf der einzuschreibenden Schicht positioniert werden. Diese Positio­ nierung erfolgt dadurch, daß der Winkel d zwischen dem Bündel und der Achse des Linsensystems für geladene Teil­ chen eingestellt wird. Um die gewünschte Genauigkeit bei der Positionierung zu erreichen, müßte die Höhe der ein­ zuschreibenden Schicht in bezug auf die Bildebene des Linsensystems sehr genau konstant bleiben. Es hat sich herausgestellt, daß in der Praxis immer Änderungen in der genannten Höhe auf­ treten, infolge von Ungenauigkeiten in der mechanischen Führung des Substrats in bezug auf das Linsensystem, infolge von Unflachheiten des Substrats und infolge der Wiederan­ bringung des Substrats in der Schreibvorrichtung, nachdem das Substrat aus dieser Vorrichtung entfernt worden ist, um lithographischen Verfahrensschritten unterworfen zu werden. Es ist daher erforderlich, die Lage der einzu­ schreibenden Schicht in bezug auf das Linsensystem messen zu können, damit an Hand der Messung der Ablenkwinkel ϕ an­ gepaßt werden kann.

Wie im genannten Aufsatz "An Electron Beam Mask Maker" beschrieben ist, können dazu zusätzliche Markierungen, z. B. in Form kleiner Quadrate aus einem Schwermetall, wie Gold, auf dem Substrat angebracht werden. Bevor das gewünschte Muster geschrieben wird, werden die Markierungen vom Bündel abgetastet und die Elektronenstreuung an den Markie­ rungen gemessen. Daraus lassen sich die Istlagen der Markie­ rungen ermitteln, so daß die Abweichungen in der Höhe der einzuschreibenden Schicht und die Positionierung des Bündels für Gebiete rings um die Markierungen bekannt sind. Dieser Höhenmessung haften die Nachteile an, daß zusätzliche Verfahrensschritte erforderlich sind, und zwar das Anbringen der Markierungen auf dem Substrat und das Abtasten des Substrats vor dem Einschreiben, und daß durch die Anbrin­ gung der Markierungen das elektrische Verhalten der herzu­ stellenden Halbleiterschaltung beeinflußt werden kann.

Auch könnte in Erwägung gezogen werden, das Linsen­ system, für geladene Teilchen telezentrisch auszuführen, d. h. diesem System eine zusätzliche Linse hinzuzufügen, wodurch für jede Lage in der einzuschreibenden Schicht der Winkel ϕ zwischen dem Bündel und der Achse des Linsensystems Null wird. Das Hinzufügen einer zusätzlichen Linse bedeutet aber eine Komplikation der Schreibvorrichtung. Wenn das Linsensystem telezentrisch ausgeführt wird, bedeutet dies außerdem, daß in bezug auf bestimmte Parameter dieses Systems, wie das Bildfeld oder den Öffnungswinkel, ein Kompromiß getroffen werden muß.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, in der die Lage der einzuschreibenden Schicht in bezug auf die Bildebene des Linsensystems beim Einschreiben selber und kontinuierlich gemessen wird, ohne daß dabei zusätzliche Markierungen auf dem Substrat angewandt zu werden brauchen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung in Anspruch 1 gekennzeichnet.

Das optische Bündel fällt auf das Substrat mit der einzuschreibenden Schicht unter einem großen Einfallswinkel ein und wird von diesem Sub­ strat zu dem Detektor reflektiert. Das Bündel wird in der Ebene fokussiert, die mit der Sollage der einzuschreibenden Schicht zusammenfällt. Bei einer Höhenänderung dieser Schicht ändert sich die Lage der Abbildung auf dem Detek­ tionssystem.

Es sei bemerkt, daß es aus der US-PS 41 19 954 bekannt ist bei einem Elektronenbündelschreiber ein optisches Meßsystem vorzusehen, mit dem die senkrecht zur elektronenoptischen Achse verlaufende Lage des mit der einzuschreibenden Schicht versehenen Substrats und einer mit dem elektronenoptischen Linsensystem fest verbundenen Referenzmarke bestimmt wird. Fener ist es bekannt in optischen Abbildungssystemen die Lage einer Fläche, auf der abgebildet werden muß, mit Hilfe eines optischen Hilfsbündels zu bestimmen, das von der genannten Fläche zu einem Detektions­ system reflektiert wird. Dabei sei auf die deutsche Offen­ legungsschrift Nr. 26 56 730 verwiesen, in der eine Vor­ richtung zum Auslesen eines Aufzeichnungsträgers mit einer optisch auslesbaren und spurförmigen Informationsstruktur beschrieben ist. Dabei ergibt sich das Problem, daß die Tiefenschärfe des Auslesebündels sehr gering ist, wodurch eine Längenänderung der Fläche der Informationsstruktur schon bald zu einer Abnahme der Modulationstiefe des ausge­ lesenen Signals und zu einem Übersprechen zwischen benach­ barten Spuren führt. Eine Lagenänderung der Fläche der Informationsstruktur wird dort nicht zu einer Änderung der Lage des Ausleseflecks in bezug auf die Informationsstruktur führen. In einer Vorrichtung zum Schreiben mit einem Bündel geladener Teilchen ist die Tiefenschärfe dieses Bündels groß, so daß eine Lagenänderung der einzuschreibenden Schicht nicht zu einer erheblichen Vergrößerung des bestrahlten Gebietes auf der Schicht führen wird. Die ge­ nannte Lagenänderung führt jedoch tatsächlich zu einer er­ heblichen Verschiebung des bestrahlten Gebietes auf der Schicht.

Die Anwendung eines optischen Höhenmeßsystems in einer Vorrichtung zum Schreiben mit einem Bündel geladener Teil­ chen bringt einen beträchtlichen und nicht auf der Hand liegenden Eingriff in das Konzept einer derartigen Vor­ richtung mit sich und weist erhebliche Vorteile auf, wie die Möglichkeit einer kontinuierlichen Höhenmessung, die beim Einschreiben durchgeführt wird, wobei diese Messung keine zusätzliche Zeit beansprucht. Für diese Messung werden keine zusätzlichen Verfahrensschritte benötigt und brauchen keine zusätzlichen Markierungen, die das Verhalten der herge­ stellten Mikroschaltungen beeinflussen können, angebracht zu werden.

Das Detektionssystem des optischen Höhemeßsystems kann durch eine sogenannte "Doppelzelle" gebildet werden, die aus zwei durch einen engen Spalt voneinander getrennte Photo­ dioden besteht. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird aber als Detektionssystem eine sogenannte "Lateral-Effekt-Diode" verwendet. Eine der­ artige Diode ist in der Zeitschrift "Laser Focus", März 1976, S. 38-40 beschrieben. Der Vorteil einer Lateral-Effekt- Diode ist der, daß sie eine Lageninformation erteilt, die von der Intensitätsverteilung innerhalb des optischen Bündels unabhängig ist.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung kann weiter dadurch gekennzeichnet sein, daß im Wege des zum ersten Mal von der einzuschreibenden Schicht reflektierten optischen Bündels ein Bündelumkehrelement, das das Bündel in sich selbst und spiegelbildlich reflektiert, angeordnet ist und daß das optische Strahlungsdetektionssystem im Wege des zum zweiten Mal an der einzuschreibenden Schicht reflektierten optischen Bündels angeordnet ist.

In dieser Ausführungsform ist das vom Detektionssystem gelieferte Lagenfehlersignal von etwaigen lokalen Refle­ xionsunterschieden der einzuschreibenden Schicht unabhängig. Außerdem ist die Empfindlichkeit für die Lagenfehler der genannten Schicht zweimal größer als wenn das optische Bündel nur einmal von der Schicht reflektiert wird, bevor es auf das Detektionssystem fällt.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend für einen Elektronenbündelschreiber an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen bekannten Elektronenbündelschreiber,

Fig. 2 die Weise, in der das Elektronenbündel auf die einzuschreibende Schicht einfällt,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung.

Der Elektronenbündelschreiber nach Fig. 1 besteht aus einer Umhüllung 1, innerhalb deren Vakuumbedingungen vor­ herrschen und in der eine Kathode 2, eine Steuerelektrode 3 und eine Anode 4 mit denen das Elektronenbündel erzeugt und beschleunigt wird, angeordnet sind. Das Elektronenbündel des Elektronenbündelerzeugungssystems durchläuft nacheinander eine erste elektromagnetische Fo­ kussierlinse 6, x- und y-Ablenkplatten 7 bzw. 8 und eine zweite elektromagnetische Fokussierlinse 9 und fällt dann auf ein mit einer einschreibbaren Schicht 15 versehenes Sub­ strat 10 ein, das auf einem bewegbaren Schlitten 11 ange­ bracht ist. Erwünschtenfalls können die Ablenkplatten 7 und 8 durch elektromagnetische Ablenkspulen ersetzt werden, die derart angeordnet werden können, daß sie kleinere Aberratio­ nen als elektrostatische Ablenkplatten hervorrufen.

In Fig. 2 ist angegeben, wie das Elektronenbündel b _e auf die Substratoberfläche S _s einfällt. In dieser Figur ist mit 7 das Ablenksystem für die x-Richtung und mit b die Bildfläche des elektronenoptischen Linsensystems 6, 9 bezeichnet. Um das Elektronenbündel in einem Punkt X _a der Bildfläche in einem Abstand x₁ von der elektronenoptischen Achse aa′ des Sys­ tems zu positionieren, werden die Ablenkspulen 7 derart er­ regt, daß das Bündel b _e einen Winkel ϕ _x mit der Achse aa′ einschließt. Dabei gilt, daß x₁ = w · tg ϕ _x ist, wobei w den sogenannten Arbeitsabstand des elektronenoptischen Systems darstellt. In der Praxis wird die Substratoberfläche nicht immer genau mit der Bildfläche b zusammenfallen.

In Fig. 2 sind die Abweichungen zwischen der Oberfläche S _s und der Bildfläche b übertrieben groß dargestellt. Diese Abweichungen können auf Unebenheiten des Substrats oder auf Ungenauigkeiten in der mechanischen Führung des Substrats zurückzuführen sein. Wenn die Höhenabweichung der Substrat­ oberfläche an der Stelle des Punktes X _a gleich Δ h ist, trifft das Elektronenbündel b _e die Substratoberfläche nicht im Punkt X _a , sondern in einem Punkt X _b , der in einem Abstand x₁+Δ x von der Achse aa′ liegt. Dann tritt ein Lagenfehler Δ x auf, der gegeben wird durch:

Auch in der Y-Richtung kann ein Lagenfehler auftreten. Dieser Fehler Δ y wird gegeben durch:

In der Praxis ist es erwünscht, daß Δ x kleiner als z. B. 0,1 µm ist. Für x=2 mm und w=40 mm würde dies bedeuten, daß Δ h kleiner als 2 µm bleiben muß. Dies ist allein schon wegen der Unebenheit des Substrats eine nahezu unerfüllbare Anforderung. Es wird daher die Höhe der Substratoberfläche an der Stelle der Achse des elektronenoptischen Systems, also stets in unmittelbarer Nähe des Punktes, auf den das Elektronenbündel einfällt, kontinuierlich und auf optischem Wege gemessen. Das sich aus dieser Messung ergebende Signal wird dem Bündelablenker 7 zugeführt, um die Winkel ϕ _x und ϕ _y derart nachzuregeln, daß Δ _x =0 und Δ _y =0 werden.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einem optischen Höhenmeßsystem schematisch dargestellt.

In dieser Figur ist das elektronenoptische System durch den Block EO angedeutet. Das optische Höhenmeßsystem ist fest mit dem System EO verbunden und enthält eine Strahlungsquelle, z. B. einen Laser L. Das vom Laser ge­ lieferte optische Bündel b _o, von dem der Einfachheit halber nur der Hauptstrahl dargestellt ist, wird über die Prismen P₁ , P₂ und P₃ auf die Substratoberfläche S _s gerichtet und fällt auf das Substrat unter einem Winkel α ein. Das Bündel b _o wird von der Substratoberfläche reflektiert und dann vom Prisma P₄ auf ein optisches Strahlungsdetektions­ system D gerichtet.

Im Strahlungsweg von dem Laser zu dem Substrat ist eine Linse L₁ angeordnet, die das Bündel b _o zu einem Strahlungsfleck V in der Bildfläche des elektronenoptischen Systems fokussiert. Die Linse L₂ bildet den Strahlungs­ fleck V in der Ebene des Detektionssystems D ab, der z. B. durch eine Doppelzelle gebildet wird. Das Höhenmeßsystem ist derart in bezug auf das elektronenoptische System aus­ gerichtet, daß die Linse L₂ den Schnittpunkt der Achse aa′ des elektronenoptischen Systems mit der Bildfläche b dieses Systems in der Ebene des Detektionssystems D abbildet. Wenn die Substratoberfläche S _s mit der Bildfläche b zusammenfällt, wird der Strahlungsfleck V in dem Fleck V′ abgebildet, der symmetrisch zu dem Detektionssystem D liegt. Dann empfangen die beiden Hälften des Systems D dieselbe Strahlungsinten­ sität. Das Ausgangssignal S _d eines mit den Ausgängen des Systems D verbundenen Differenzverstärkers 12 ist dann z. B. Null. Die Ablenkung des Ablenksystems 7 braucht dann nicht nachgeregelt zu werden.

Wenn nun die Substratoberfläche in bezug auf die Bild­ fläche b verschoben ist, ist auch die Abbildung V′ ver­ schoben, d. h., daß diese Abbildung nicht mehr zu dem Detektionssystem symmetrisch ist. So wird, wenn die Sub­ stratoberfläche nach unten verschoben ist, der linke Teil des Systems D mehr Strahlung als der rechte Teil dieses Systems empfangen. Bei einer Verschiebung der Oberfläche S _s nach oben tritt das Umgekehrte auf.

Dadurch, daß die Linse L₂ eine Abbildung des Strah­ lungsflecks V auf dem Detektionssystem D erzeugt, wird in Annäherung erster Ordnung das Signal S _d nicht durch eine Kippbewegung des Substrats beeinflußt werden.

Der Winkel α, unter dem das Bündel b _o auf die Sub­ stratoberfläche einfällt, wird möglichst groß, z. B. in der Größenordnung von 80°, gewählt. Dann ist nämlich die Reflexion an der Substratoberfläche möglichst groß und ist die Empfindlichkeit des Meßsystems, d. h. die Verschie­ bung der Abbildung V′ als Funktion der Verschiebung der Substratoberfläche, möglichst groß. Diese Verschiebung Δ s wird gegeben durch:

Δ s=2 · Δ h · M · sin α,

wobei M die Vergrößerung der Linse L₂ ist.

Als Detektionssystem D wird vorzugsweise eine lagenempfindliche Photodiode, eine sogenannte "Lateral-Effekt-Photodiode" gewählt. Eine derartige Photodiode ist in der Zeitschrift "Laser Focus" vom März 1976, S. 38-40 beschrieben und wird hier daher nicht näher erörtert. Beim Gebrauch einer Lateral-Effekt-Photodiode ist die maximale Verschiebung der Substratoberfläche, die noch gemessen werden kann, zweimal größer als wenn eine Doppelzelle mit einer strah­ lungsempfindlichen Oberfläche gleich der der Lateral-Effekt- Photodiode verwendet wird.

Die Abbildung V′ des Strahlungsflecks V kann helle und dunkle Teile aufweisen, die z. B. durch Interferenzen von Teilen des Bündels b _o, die von der Oberfläche der einzuschreibenden Lackschicht reflektiert sind, mit Teilen des Bündels b _o, die durch die transparente Lackschicht hindurchgehen und von der Oberfläche des darunterliegenden Substrats reflektiert sind, herbeigeführt sind. Bei An­ wendung einer Doppelzelle kann dies zu Ungenauigkeiten in der Höhenmessung führen. Da die Lateral-Effekt-Photodiode stets den Schwerpunkt der Lichtverteilung innerhalb der Abbildung V′ mißt, werden die genannten hellen und dunklen Teile die Höhenmessung bei Anwendung einer derartigen Photo­ diode nahezu nicht beeinflussen.

Während bei der Vorrichtung nach der deutschen Offen­ legungsschrift Nr. 26 56 730 die Höhenabweichung Δ h auf Null geregelt wird, dadurch, daß der Abstand zwischen dem optischen Linsensystem und der Fläche, auf der abgebildet werden muß, nachgeregelt wird, wird in der beschriebenen Schreibvorrich­ tung das gemessene Höhenfehlersignal zur Anpassung der Winkel ϕ _x und ϕ _y und nicht zur Nach­ regelung des Abstandes zwischen dem elektronenoptischen System und der einzuschreibenden Schicht verwendet. Es müssen Maßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, daß das Signal, das zur Nachregelung der Winkel ϕ _x und ϕ _y verwendet wird, nur von den Höhenabweichungen Δ h abhängig ist und nicht durch Änderungen in der Intensität der Quelle oder durch Änderungen in der Durchlässigkeit oder der Reflexionsfähigkeit der optischen Elemente im Strah­ lungsweg beeinflußt wird.

Dazu kann, wie in Fig. 3 angegeben ist, die elek­ tronische Schaltung zur Verarbeitung der Detektorsignale nicht nur einen Differenzverstärker 12, sondern auch einen Summenverstärker 13 enthalten, in dem die Signale der Detektorhälften zueinander addiert werden. Die Ausgänge der Schaltungen 12 und 13 sind mit einer Teilerschaltung 14 ver­ bunden, in der der Quotient S _d /S _t bestimmt wird. Das Aus­ gangssignal

das zur Nachregelung der Winkel ϕ _x und ϕ _y verwendet wird, ist nur von dem Höhenfehler Δ h abhängig.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform des Höhenmeßsystems dargestellt. Das elektronenoptische System ist wieder mit EO und die Substratoberfläche wieder mit S _s bezeichnet.

Um auch für kleine Verschiebungen der Substrat­ oberfläche S _s ein genügend großes Signal S _d′ , d. h. einen genügend großen Unterschied zwischen den Strahlungsintensi­ täten auf den zwei Detektorhälften, zu erhalten, muß der Strahlungsfleck V eine große Helligkeit aufweisen. Daher wird vorzugsweise ein Laser als Strahlungsquelle verwendet. Das von dem Laser gelieferte Strahlungsbündel b _o muß stabil sein. Vorzugsweise wird ein Halbleiterdiodenlaser, DL in Fig. 4, z. B. ein AlGaAs-Diodenlaser, der in der Nähe des Substrats angeordnet werden kann, verwendet. Es ist auch möglich, einen Glaslaser zu verwenden, der in größerer Entfernung von dem Substrat angeordnet ist, wobei die Strahlung dieses Lasers über eine Lichtleitfaser zu dem Substrat geführt wird.

Das Laserbündel b _o wird von der Linse L₃ in ein paralleles Bündel umgewandelt und dann über Reflexionen an einem Bündelteiler BS, z. B. einem halbdurchlässigen Prisma, und den Reflexionsprismen P₂ und P₃ auf die Substratober­ fläche S _s gerichtet. Die Linse L₁ erzeugt den Strahlungs­ fleck V auf der Substratoberfläche. Nach der Reflexion an dieser Oberfläche durchläuft das Bündel b _o ein Bündelumkehr­ element. Dieses Element kann aus der Linse L₄ und dem Spiegel M bestehen, wobei der Spiegel in der Brennebene der Linse L₄ angeordnet ist. Von einem derartigen Bündelumkehr­ element wird das Bündel in sich selbst reflektiert, wobei die Bündelhälften untereinander verwechselt werden. Das Bündel b _o durchläuft dann denselben Weg in umgekehrter Richtung. Ein Teil des zweimal von der Substratoberfläche reflektierten Bündels wird von dem Bündelteiler BS zu dem Detektionssystem D₁, D₂ durchgelassen, das wieder eine Doppel­ zelle oder eine Lateral-Effekt-Photodiode sein kann. Die Linse L₅ erzeugt eine Abbildung V′′ des Strahlungsflecks V auf dem Detektionssystem. Die Detektorsignale werden auf gleiche Weise wie an Hand der Fig. 3 beschrieben, verarbeitet. Die zwei auf das Detektionssystem einfallenden Bündelhälften sind sowohl mit dem linken Teil als auch mit dem rechten Teil des Substratgebietes unter dem Strahlungsfleck V in Berührung gewesen, wodurch das Meßsignal von lokalen Reflexionsunterschieden des Substrats unabhängig ist.

Das Differenzsignal S _d der zwei Detektoren D₁ und D₂ wird in erster Linie durch den Abstand zwischen der Bildfläche des Linsensystems EO und der Fläche S _s bestimmt. Dieses Signal ist aber auch von der gesamten Intensität des zweimal von der Fläche S _s reflektierten Strahlungs­ bündels b _o abhängig. Diese Intensität kann sich infolge einer Änderung in der Intensität der Strahlungsquelle oder durch Änderungen im Reflexions- oder Durchlässigkeits­ koeffizienten der optischen Elemente im Strahlungsweg ändern.

Um den Einfluß von Änderungen in der auf die Detektoren D₁ und D₂ einfallenden gesamten Bündelintensität zu beseitigen, können die Ausgangssignale der Detektoren zueinander addiert werden, so daß ein Summensignal S _t erhalten wird. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann dann in einer analogen Teilerschaltung das Signal

bestimmt werden, wobei dieses Signal ein Maß für den Lagenfehler der Fläche S _s des Substrats in bezug auf das Projektions­ linsensystem ist und von Intensitätsänderungen der Strahlungsquelle und von Änderungen im Reflexions- oder Durchlässigkeitskoeffizienten im Strahlungsweg unabhängig ist. Um auch bei schlechten Reflexions- oder Durchlässig­ keitskoeffizienten noch die für die erforderliche Genauig­ keit benötigte Menge Strahlung auf den Detektoren zu erhalten, muß die Strahlungsquelle auf eine möglichst hohe Strahlungsleistung eingestellt werden. Dadurch kann die Lebensdauer der Strahlungsquelle, vor allem wenn sie ein Halbleiterdiodenlaser ist, beschränkt werden. Weiter ist ein driftfreier analoger Teiler ein kostspieliges Element.

Die obengenannten Nachteile können dadurch vermieden werden, daß, wie in einer bevorzugten Ausführungs­ form des Detektionssystems der Fall ist, das Summensignal S _t dazu benutz wird, die Intensität der Strahlungsquelle derart zu regeln, daß die gesamte Strah­ lungsintensität auf den Detektoren D₁ und D₂ konstant bleibt. Falls die Strahlungsquelle eine strahlungsemittie­ rende Diode ist, kann dazu die Größe des elektrischen Stromes, mit dem diese Strahlungsquelle gesteuert wird, nach­ geregelt werden.

Ein Halbleiterdiodenlaser, z. B. ein AlGaAs-Laser, wird vorzugsweise mit Stromimpulsen betrieben, weil dies für die Lebensdauer des Lasers günstig ist. Außerdem kann der Winkel, unter dem ein derartiger Laser seine Strahlung emittiert, sich bei Änderung der Größe des elektrischen Stromes durch den Laser ändern. Die Intensität der von einem Diodenlaser emittierten Strahlung wird vorzugsweise dadurch geregelt, daß bei konstanter Impulsbreite die Impulsfrequenz der elektrischen Stromimpulse geändert wird.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, werden die Signale der Detektoren D₁ und D₂ einerseits einer Subtrahier­ schaltung 12, an deren Ausgang das Signal S _d erscheint, und andererseits einer Addierschaltung 13 zugeführt, die an ihrem Ausgang ein Signal S _t liefert. Das Signal S _t kann z. B. einem Eingang eines Differenzverstärkers A _d zugeführt werden, dessen anderer Eingang mit einer Bezugsquelle Ref verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist mit einem Oszillator VCO verbunden, der eine Reihe von Impulsen liefert, deren Frequenz durch die Spannung an seinem Ein­ gang bestimmt wird. Der Ausgang des Oszillators ist mit einem Impulsgenerator PG verbunden. Der für den Betrieb des Diodenlasers DL benötigte elektrische Strom wird vom Impuls­ generator in Form von Impulsen mit einer konstanten Impuls­ dauer und mit einer Wiederholungsfrequenz gleich der der Impulse des Oszillators VCO geliefert.

Die mittlere Strahlungsintensität des Dioden­ lasers könnte gegebenenfalls statt durch Anpassung der Impulsfrequenz auch durch Anpassung der Breite der elektrischen Stromimpulse geregelt werden.

Die Einstellung des Diodenlasers ist derart, daß bei höchstens zu erwartendem Strahlungsverlust im Strahlungsweg die von den Detektoren aufgefangene Gesamt­ menge Strahlung gerade genügend ist, um die erforderliche Genauigkeit, die durch u. a. den Leckstrom und den Rausch­ pegel der Detektoren bestimmt wird, zu erzielen. Bei kleineren Strahlungsverlusten wird die Strahlungsquelle eine kleinere Strahlungsintensität auszusenden brauchen, was für die Lebensdauer der Quelle günstig ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Schreiben von Mustern in einer Schicht auf einem Substrat mit einem Bündel elektrisch geladener Teilchen, die eine Quelle zum Erzeugen des Bündels, ein Linsensystem für geladene Teilchen zum Fokussieren des Bündels auf die Schicht und Mittel zum Fortbewegen des Bündels und des Substrats in bezug aufeinander in Richtun­ gen senkrecht zu der Bündelachse enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Höhenmeßsystem zur Bestimmung einer in Richtung der Achse des Linsensystems für geladene Teilchen verlaufenden Abweichung zwischen der Soll- und der Istlage der einzuschreibenden Schicht (15) in bezug auf die vom Linsensystem (EC) für geladene Teilchen erzeugten Bild­ ebene (6) vorgesehen ist, daß dieses Höhenmeßsystem eine ein optisches Bündel (b₀) liefernde Strahlungsquelle (L, DL) und optische Mittel zum Richten des optischen Bün­ dels auf die einzuschreibende Schicht und zum Fokussieren dieses Bündels zu einem Strahlungsfleck auf diese Schicht und zur Abbildung des Strahlungsflecks in der Ebene eines optischen Strahlungsdetektionssystems (D; D₁, D₂) enthält, das sich auf derselben Seite der einzuschreibenden Schicht wie die optische Strahlungsquelle befindet, und daß das Detektionssystem so ausgebildet ist, daß sein Ausgangs­ signal von der Lage der Abbildung des Strahlungsflecks in bezug auf dieses System abhängig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Strahlungsdetektionssystem (D) eine Lateral-Effekt-Photodiode ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Strahlungsquelle (L, DL) ein Laser ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Halbleiterdiodenlaser ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der das Detektions­ system aus zwei strahlungsempfindlichen Detektoren be­ steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der zwei Detektoren (D₁, D₂) mit einer Addierschaltung (13) verbunden sind, deren Ausgang mit ei­ ner Regelschaltung zur Nachregelung der Intensität der Strahlungsquelle verbunden ist, derart, daß die Summe der Detektorsignale konstant bleibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, in dem die Strahlungs­ quelle ein Halbleiterdiodenlaser ist, der Strahlungsimpul­ se emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung einen von der Summenspannung der Detektoren (D₁, D₂) gesteuerten Oszillator (VCO) enthält, dessen Ausgang mit einem elektrischen Impulsgenerator (PG) verbunden ist, der den Diodenlaser steuert.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege des zum ersten Mal von der einzuschreibenden Schicht (15) reflektierten optischen Bündels ein Bündelumkehrelement (L₄, M), das das Bündel in sich selbst und spiegelbildlich reflektiert, angeordnet ist, und daß das optische Strahlungsdetektionssystem (D₁, D₂) im Wege des zum zweiten Mal an der einzuschreibenden Schicht reflektierten optischen Bündels angeordnet ist (Fig. 4).