DE3130422C2 - Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildmusters auf einem mit einem für Elektronen empfindlichen Material beschichteten Substrat - Google Patents

Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildmusters auf einem mit einem für Elektronen empfindlichen Material beschichteten Substrat

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildmustererzeugung durch Elektronenstrahlabtastung und eine Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung. Erfindungsgemäß wird die Probe (6), die Referenzmarken (10) aufweist, zur Ermittlung der Positionen der Referenzmarken von einem Elektronenstrahl abgetastet, um so ein erwünschtes Bildmuster auf der Probe (6) zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls bei der Abtastung der Probe zur Bildmustererzeugung gegenüber der Abtastung zur Ermittlung der Positionen der Referenzmarken auf einen niedrigeren Wert verringert.

Description

a) Abtastung einer beliebigen Referenzmarke (10) mit einer hohen und sodann mit einer niedrigen Beschleunigungsspannung Vh bzw. Vl für den Elektronenstrahl zur Gewinnung je zweier Werte Xh und Xl bzw. Yh und Yl für der Markenlage entsprechende Ablenkspannungen für den Elektronenstrahl;
b) BilSuag der Differenzen Ax=Xh-Xl und Ay= Yh- Yl als Korrekturwerte für die Koordinatenbestimmung;
c) Abtastung der jeweiligen Referenzmarken für einen Teilbereich (6) des aufzuzeichnenden Musters mit der hohen Beschleunigungsspannung Vh für den Elektronenstrahl;
d) Schreiben des Bildmusters in dem jeweiligen Teilbereich mit der niedrigen Beschleunigungsspannung VL für den Elektronenstrahl unter Berücksichtigung der Korrekturwerte Ax und Ay.
2. Verfahren nach Patenirnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturwerte (Ax, Ay) mittels eines Digitalcompuiers ('2) aus den der Referenzmarkenlage entsprechenden Meßwerten (xh, xl; yn, yCi ermittelt werden, der unter Berücksichtigung der Korrekturweite (Ax, Ay) die Bewegung des Elektronenstrahls beim Schreiben des Bildmusters mit der niedrigen Beschleunigungsspannung steuert (14).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildmusters auf einem mit einem für Elektronen empfindlichen Material beschichteten Substrat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Einrichtungen, die nach dem angegebenen Verfahren arbeiten, wird im allgemeinen das Bildmuster durch rasterförmige Bewegung des Elektronenstrahls aufgezeichnet. Die Steuerung des Elekronenstrahls erfolgt hierbei in Bezug auf Referenzmarken auf dem Substrat, deren Lage vor Beginn der Aufzeichnung eines Bildmusters durch den Elektronenstrahl ermittelt wird.
Die Positionen der Referenzmarken werden oft unter Verwendung von Sekundärelektronensignalen ermittelt, die von den Referenzmarken erhalten werden, wenn diese durch den Elektronenstrahl abgetastet werden. Diese Signale sind allerdings allgemein nur schwach. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist ungünstig.
Dieses Problem kann durch Erhöhung der Energie des Elektronenstrahls gelöst werden, da die Intensität des Sekundärelektronenstrahls mit steigender Energie des Elektronenstrahls zunimmt. Obgleich die Energie des Elektronenstrahls durch Erhöhung seiner Beschleunigungsspannung erhöht wird, tritt jedoch durch die Erhöhung der Intensität der Signale zur Ermittlung der Referenzmarken in üblichen Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtuhgen eine Verbreiterung des Bildmusters bzw. eine entsprechende Linienverbreiterung auf, wodurch die Herstellung von Bildmustern mit hoher Genauigkeit auf große Schwierigkeiten stößt
Bildmustergeneratoren, bei denen Justiermarken mit dem Elektronenstrahl lokalisiert werden, sind bekannt (Philips techn. Rundschau, 37, 1977/78, Nr 11/12, S. ίο 362—374). Im Gegensatz zu diesen bekannten Bildmustergeneratoren wird jedoch bei der vorliegenden Erfindung die Detektierung der~Referenzmarken und das Schreiben des Bildmusters mit unterschiedlicher Elektronenstrahlenergie durchgeführt Es ist auch bekannt, daß der Durchmesser des zum Schreiben verwendeten Elektronenstrahls abhängig vom Strahlstrom ist und daß deshalb die Wahl des Strahlstroms durch die Feinstruktur des zu schreibenden Bildes bestimmt wird (IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-17, No. 6, Juni 1970, S. 450-457 und VoL ED-12, No. 10, Oktober 1965, S. 556-563) und daß zur Lagebestimmung der Justiermarken ein anderer Strahlstrom gewählt werden kann. Durch eine Änderung der Stromstärke bei der Lokalisierung der Referenzmarken wird jedoch das Signal-Rausch-Verhältnis nicht optimal.
Der Erfindung lifgt daher die Aufgs.be zugrunde, eine genaue Abtastung der Referenzmarken ohne Beeinträchtigung der Auflösung beim Schreiben des Bildmusters zu erreichen.
Gelöst wird diase Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
F i g. 1 ein Diagramm zur Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses der Sekundärelektronensignale von der Elektronenstrahlenergie,
F i g. 2 ein Diagramm zur Abhängigkeit der auf der Probe auftreffenden Energie des ciekronenstrahls von der Breite des geschriebenen Bildmuster,
Fig.3 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Substrattisches der Einrichtung von F i g. 3 und
Fig.5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung nach F i g. 3.
In F i g. 1 sind Ergebnisse von Versuchen dargestellt, die im Rahmen der Erfindung durchgeführt wurden. Das Diagramm zeigt die Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses bei der Erfassung der Sekundärelektronen von der Energie des Elektronenstrahls, der zur Abtastung der Referenzmarken herangezogen wird. Aus dem Diagramm geht hervor, daß das Signal-Rausch-Verhältnis mit steigender Elektronenstrahlenergie zunimmt. Wenn daher die Referenzmarken zur Ermittlung ihrer Positionen vom Elektronenstrahl abgetastet werden, kann die Intensität der zur Erfassung der Referenzmarken dienenden Signale, die von der Abtastung der Referenzmarken durch den Elektronenstrahl herrühren, durch Erhöhung der Elektronenstrahlenergie erhöht werden.
Die Referenzmarken-Erfassungssignale können anstelle von Sekundärelektronensignalen reflektierte Elektronensignale sein. Auch in diesem Fall wird das Verhältnis des reflektierten Elektronensignals zum Rauschen durch Erhöhung der Energie der zur Abtastung dienenden Elektronen erhöht.
In Fi g. 2 sind die Ergebnisse weiterer Versuche dargestellt, die im Rahmen der Erfindung durchgeführt wurden. Das Diagramm zeigt die Beziehung zwischen der auf dem Resist (elektronenstrahlempfindliche Emulsion), der auf einem Substrat bzw. einem Wafer durch Beschichtung aufgebracht wurde, akkumulierten Energie des Elektronenstrahls und der Breite des erzeugten Bildmusters. Aus dem Diagramm von Fig.2 geht hervor, daß die gestrichelte Kurve, die der Verwendung eines 20-keV-Elektronenstrahls entspricht, im Vergleich zur durchgezogenen Kurve, die der Verwendung eines 10-keV-Elektronenstrahls entspricht, eine leichte Verbreiterung aufweist Dies bedeutet, daß das Bildmuster um so breiter und damit um so weniger hochauflösend wird, je höher die Energie des Elektronenstrahls ansteigt, so daß sich unter diesen Bedingungen keine Bildmuster mit hoher Genauigkeit erzielen lassen. Durch Schreiben des Bildmusters mit einem Elektronenstrahl mit niederer Energie läßt sich daher die Verbreiterung des Bildmusters bzw. der geschriebenen Linien in wirksamer Weise verhindern.
Gemäß der Erfindung wird daher die Beschleunigungsspannung und damit die Energie des Elektronenstrahls beim Abtasten der Referenzmarken zur Ermittlung ihrer Positionen auf einen höheren Wert eingestellt als bei der Bildmustererzeugung.
In F i g. 3 ist eine Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt Der vom Elektronenstrahlerzeuger 1 emittierte Elektronenstrahl wird von einer vom Stromversorgungsteil 2 gelieferten Beschleunigungsspannung beschleunigt Der beschleunigte Elektronenstrahl wird durch Fokussierung mit den Fokussieningslinsen 3 und 4, zwischen denen sich eine Austast-Ablenkvorrichtung 19 und eine unmittelbar danach vorgesehene Blende 7 befinden, auf das Substrat 6 fokussiert, das sich auf einem Tisch 5 befindet Der Elektronenstrahl fällt auf die Blende 7, wenn die Austast-Ablenkvorrichtung 19 in Betrieb ist, wobei eine entsprechende Strahlausblendung erfolgt. Zwischen der Fokussierungslinse 4 und dem Substrat 6 ist eine Ablenkvorrichtung 8 vorgesehen, durch die der Elektronenstrahl entsprechend einem Bildmustersignal für ein zu erzeugendes Bildmuster abgelenkt wird. Zwischen der Ablenkvorrichtung 8 und dem Substrat 6 ist ein Sekundärelektronendetektor 9 angeordnet, der die Sekundärelektronen von Referenzmarken 10 erfaßt, die wie in F i g. 4 angeordnet sind.
Die Daten des zu erzeugenden Bildmusters werden aus einem Computer 12 (Digitalcomputer) mit vorgegebenem Programm für diese Daten ausgelesen und zur Steuerung einer Austast-Steuereinrichtung 13, einer Ablenk-Steuereinrichtung 14 sowie einer Tisch-Steuereinrichtung 15 verwendet. Auf diese Weise wird der Elektronenstrahl durch die Austast-Ablenkvorrichtung 19 ausgeblendet urd entsprechend dem zu erzeugenden Bildmuster von der Ablenkvorrichtung 8 abgelenkt. Der Tisch 5 wird ferner so gesteuert, daß er sich in X- und y-Richtung bewegt Die Ablenkung des Elektronenstrahls durch die Ablenkvorrichtung 8 erfolgt dabei in der Weise, daß das Substrat 6 oder die darauf befindlichen Referenzmarken vom Elektronenstrahl abgetastet werden.
Die Bildmustererzeugung erfolgt auf der Basis der Positionen der Referenzmarken 10, die auf dem Substrat 6 vorgesehen sind. Die auf dem Substrat 6 befindlichen Referenzmarken 10 werden vom Elektronenstrahl abgetastet. Der Elektronenstrahl wird von der Ablenkvorrichtung 8 abgelenkt, die von der Ablenk-Steuereinrichtung 14 auf der Basis der aus dem Computer 12 ausgelesenen Daten gesteuert wird. Wenn die Referenzmarken 10 vom Elektronenstrahl abgetastet werden, werden von ihnen Sekundärelektronen erzeugt die dann vom Sekundärelektronendetektor 9 erfaßt werden. Die entsprechenden Signale werden über die Ablenk-Steuereinrichtung 14 zum Computer 12 geleitet, der anschließend die Positionen der Referenzmarken 10 auf der Basis der erfaßten Sekundärelektronensignale
ίο berechnet
Das Ausmaß der Bewegung des Tisches 5 wird andererseits von einem Verschiebungsdetektor 20 erfaßt der aus einem optischen Interferometer besteht und vom Computer 12 berechnet Der Computer 12 berechnet ferner die Abweichung zwischen einem vorgegebenen Wert und dem gemessenen Betrag der Verschiebung des Tisches 5.
Der Computer 12 steuert die AMenk-Steuereinrichtung 14 so, daß ein Bildmuster erzeugt wird, wobei die Abweichung des Betrags der Verschiebung unter Bezug auf die Positionen der Referenzmarr in 10 kompensiert wird.
Der Computer 12 steuert das Stromversorgungsteil 2, das die Beschleunigungsspannung erzeugt, so, daß dem Elektronenstrahl eine höhere Energie zugeführt wird, wenn die Referenzmarken 10 abgetastet werden, als beim Schreiben eines Bildmusters. Auf diese Weise wird die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl durch entsprechende Umschaltung in der Weise geänden, daß die Referenzmarken 10 mit hoher Empfindlichkeit erfaßt werden können, wodurch wiederum eine Bildmustererzeugung mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Da sich die Fokussierungsbedingungen des Elektronenstrahls und auch die Ablenkbedingungen bei Veränderung der Energie des Elektronenstrahls ändern, werden die Stromversorgungen 16 und 17 zur Erregung der Fokussierungslinsen 3 und 4 bei der in F i g. 3 dargestellten Einrichtung so vom Computer 12 gesteuert, *Jaß die
Änderung der Fokussierungsbedingungen aufgrund der Veränderung der Fokussierungsspannung oder der Energie des Elektronenstrahls kompensiert wird.
In F i g. 5 ist ein Flußdiagramm für den Betrieb einer Einrichtung zur Durchführung des erfinduiigsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Bildmustererzeugung wird im folgenden unter Bezug auf das Flußdiagramrn von F i g. 5 erläutert:
(1) Der Computer 12 steuert das Stromversorgungsteil 2 zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung so, daß eine hohe Beschleunigungsspannung Vh geliefert wird, und steuert ferner die Stromversorgungen 16 und 17 zur Linsenerregung so, daß bei dieser Beschleunigungsspannung Linsens'röme I\h und Iw in den Fokussieru.-.gilinsen 3 und 4 fließen, die zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf dem Substrat 6 geeignet sind.
(2) Der Tisch 5 wi»d so bewegt, daß eine beliebige von mehreren Referenzmarken 10 vom Elektronenstrahl abgetastet werden kann. Das Sekundärelektronensignal vom Sekundärelcktronendetektor, das von der entspre· chenden Referenzmarke erzeugt wurde, wird zur Berechnung der Koordinaten Xh, Yh der Referenzmarke 10 herangezogen.
(3) Die Beschleunigungsspannung wirü dann auf einen niederen Wert Vl verringert, bei den' Linsenströme I\l und Ul zur Fokussierung der Foku!>si<srungslinsen 3 und 4 so ausgewählt werden, daß eier Elektronenstrahl auf dem Substrat 6 fokussiert wird.
Die hohe Beschleunigungsspannung Vi\ kann 20 keV
und die niedere Beschleunigungsspannung lOkeV betragen.
(4) Die Koordinaten Xl, Yt. der Referenzmarke 10, die der Elektronenstrahl abtastet, werden in der oben beschriebenen Weise ermittelt, ebenso wird die Differenz
Xh-Xl = Δχ und YH- Yi. = Ay
berechnet, wobei Δχ und //y die Beträge der Änderung der Elektronenstrahlablenkung bedeuten, die durch Änderung der Beschleunigungsspannung hervorgerufen werden.
(5) Wie in Schritt (1) werden die Beschleunigungsspannung Vh sowie die Linsenströme Λ» und hu ausgewählt.
(6) Die zu einem gegebenen Schreibbereich (Belichtungsbereich) aus einer Vielzahl entsprechender Schreibbereiche 6a auf dem Substrat 6 gehörende Referenzmarke 10 wird in die Position gebracht, die der Eiektronenstrahi abtastet, indem der Tisch 5 bewegt wird. Anschließend werden unter dieser Voraussetzung die Koordinaten Xo, Yo der Referenzmarke 10 ähnlich wie in Schritt 2 ermittelt.
(7) Die Differenzen
Xm-X1M = ΔΧχχηά YM- Y'M = ΔΥ
zwischen den vorgegebenen Werten Xm bzw. Ym und den gemessenen Werten X'm bzw. Y'm der Beträge der Verschiebung des Tisches 5 in Schritt 6 werden berechnet.
(8) Wie in Schritt (3) werden die niedere Beschleunigungsspannung Vl und die zugehörigen Linsenströme I\l und SiL ausgewählt
(9) Unter dieser Voraussetzung werden die Werte
X1 + Δχ + X0 + JA"und Y, + Δγ + Y0 + ΔΥ
spannung nachteilig auf die Bildmustererzeugung auswirkt.
Bei der oben erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind Sekundärelektronensignale als Signale zur Erfassung der Referenzmarken herangezogen; erfindungsgemäß können jedoch auch anstelle der Sekundärelektronensignale die Signale von reflektierten Elektronen herangezogen werden. Bei der oben erläuterten Ausführungsform können das Stromversorgungsteil 2 zur Erzeugung der Beschleunigungsspannung, die Stromversorgungen 16, 17 zur Linsenerregung, die Auslast-Steuereinrichtung 13, die Ablenk-Steuereinrichtung 14, die Tisch-Steuereinrichtung IS und der Veschiebungsdetektor 20 zur Erfas- sung der Verschiebung des Tisches im wesentlichen herkömmlichen Geräten bzw. Einrichtungen entsprechen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
berechnet, wenn die Koordinaten eines Punkts des Zeichenbereichs (Belichtungsbereichs), die zu den Koordi- naten ΛΌ, Köder Referenzmarke 10gehören,als X\, Y\ in bezug auf die Referenzkoordinaten Xo, Yo angenommen werden. Diese Signale werden als Schreibsignale (Belichtungssignale) vom Computer 12 zum Ablenksystem der Ablenk-Steuereinrichtung 14 und der Ablenkvorrichtung 8 geleitet
(10) Die Schritte (5) bis (9) werden wiederholt, bis sämtliche Schreibbereiche auf dem Substrat 6 vollständig beschrieben bzw. belichtet sind.
Da erfindungsgemäß eine hohe Beschleunigungs- so spannung bei der Referenzmarkenerfassung und eine niedere Beschleunigungsspannung bei der Bildmustererzeugung angewandt wird, ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise die Erfassung von Referenzmarken mit hoher Genauigkeit und Empfindiichkeit möglich ist und zugleich Bildmuster mit hoher Genauigkeit erzeugt werden können. Hinzu kommt, daß das Linsensystem in Abhängigkeit von der Änderung der Beschleunigungsspannung in der Weise erregt wird, daß sich die Fokussierungsbedingungen nicht verändem. Da Δχ und Δγ, die in Schritt 4 berechnet werden, in Schritt 9 zu den Schreibdaten X\, Y\ hinzuaddiert werden, ist leicht ersichtlich, daß die Veränderung der Ablenkbedingungen, die durch geänderte Beschleunigungsspannung hervorgerufen werden, kompensiert werden.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also verhindert, daß sich die Änderung der Beschleunigungs-

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildmusters auf einem mit einem für Elektronen empfindlichen Material beschichteten Substrat, bei dem mit einem Elektronenstrahl zum ersten zur Lagebestimmung dienende Referenzmarken auf dem Substrat erfaßt werden und sodann mit dem Elektronenstrahl bei unterschiedlicher Einstellung der Strahlenergie das aufzuzeichnende Muster geschrieben wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
DE3130422A 1980-08-01 1981-07-31 Verfahren zum Aufzeichnen eines Bildmusters auf einem mit einem für Elektronen empfindlichen Material beschichteten Substrat Expired DE3130422C2 (de)

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