DE69206425T2

DE69206425T2 - Belichtungsvorrichtung mit Strahlen aus geladenen Teilchen zur Verbesserung des Heizzustandes einer Blockmaske.

Info

Publication number: DE69206425T2
Application number: DE69206425T
Authority: DE
Inventors: Akio Yamada
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-01-11
Filing date: 1992-01-06
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2012-01-07
Also published as: KR920015463A; EP0494737B1; KR960002282B1; EP0494737A2; EP0494737A3; US5177365A; DE69206425D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung, im besonderen auf eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung, bei der ein Ladungsteilchenstrahl verwendet wird, wie ein Elektronenstrahl oder ein Ionenstrahl.
Die Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung mit einer Blockmaske, die ein Blockbelichtungsverfahren anwendet, wird verwendet, um eines oder mehrere winzige Öffnungsmuster von einer Vielzahl von Öffnungsmustern (Blockmustern) zu selektieren, die auf der Blockmaske gebildet sind, und um einen Ladungsteilchenstrahl auf eine Oberfläche eines Substrats einzustrahlen, welches ein zu bearbeitender Halbleiterwafer ist.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Jüngste Entwicklungen bei dem Elektronenstrahl belichtungsverfahren haben zu einer zunehmenden Verwendung von ihm als Verfahren geführt, bei dem die miniaturisierten Muster produziert werden, die erforderlich sind, wenn eine integrierte Schaltung mit hoher Dichte hergestellt wird. Ferner ist ein Ionenstrahlbelichtungsverfahren untersucht worden, und das Ionenstrahlbelichtungsverfahren kann feinere Muster bilden, da eine Streuung in einem Resistfilm und eine Reflexion von einem Substrat des Ionenstrahlbelichtungsverfahrens kleiner als jene des Elektronenstrahlbelichtungsverfahrens sind.
Es sei erwähnt, daß bei dem Elektronenstrahlbelichtungsverfahren, wie es beim Stand der Technik hauptsächlich verwendet wird, zum Beispiel ein Elektronenstrahl mit einer rechteckigen Querschnittsform gescannt und auf einen Halbleiterwafer eingestrahlt wird, um spezifische erforderliche Muster zu bilden. Die spezifischen erforderlichen Muster werden nämlich erhalten, indem jedes Ein-Schuß Muster, das durch den rechteckförmigen Elektronenstrahl gebildet wird, mit jeder Ein-Schuß-Operation kombiniert wird. Deshalb sollte ein Bereich der Ein-Schuß-Operation klein gebildet sein, um dem Bedarf an einer Miniaturisierung der erforderlichen Muster zu entsprechen, und somit wird die Anzahl von Schußoperationen, die für einen Einheitsbereich notwendig sind, groß, und daher wird der Durchsatz eines Belichtungsprozesses gemindert. Um diese Probleme zu lösen, ist ein Blockbelichtungsverfahren vorgesehen worden (zum Beispiel unter Bezugnahme auf H. C. Pfeiffer et al., IEEE Trans. on Electron Devices, Bd. ED-26 (1979) 663 und EP-A- 367496).
Eine integrierte Halbleiterschaltung, die ein ultrafeines Muster benötigt, z. B. ein 64-Mbit- oder 256-Mbit-DRAM, enthält nämlich einen Belichtungsbereich, bei dem einer oder mehrere Typen von Blockmustern (Basismuster), die auf einer Blockmaske gebildet sind, wiederholt selektiert und belichtet werden. Es sei erwähnt, daß eine Form von jedem der Blockmuster komplex ist, und eine Größe von ihm ist miniaturisiert, um in einem Querschnittsbereich eines variablen rechteckigen Strahls enthalten zu sein. Falls solch ein Blockmuster durch eine Ein-Schuß-Operation erhalten wird, kann deshalb der Durchsatz des Belichtungsprozesses angehoben werden. Es sei erwähnt, daß bei dem Blockbelichtungsverfahren die Basismuster (Blockmuster), die wiederholt verwendet werden, auf einer Maske (Blockmaske) als erforderliche Anzahl von Öffnungsmustern ausgeführt sind, wovon eines oder mehrere winzige Öffnungsmuster selektiert werden und das selektierte Öffnungsmuster für die Ein-Schuß-Operation eines Elektronenstrahls verwendet wird, um dadurch ein erforderliches Muster auf einem Substrat (Halbleiterwafer) zu bilden.
Es sei angemerkt, daß die Blockmaske, die eine Vielzahl von Blockmustern enthält, zum Beispiel aus Silizium oder Metall besteht, und eine Dicke des Mittelabschnittes der Blockmaske, in dem die Blockmuster gebildet sind, etwa 10 um beträgt. Ferner werden, wie oben beschrieben, verschiedene winzige Blockmuster, die auf der Blockmaske gebildet sind, selektiert, und dann trifft der Ladungsteilchenstrahl, der durch jedes selektierte Blockmuster geformt wird, sukzessive auf den verschiedenen Positionen des Substrats auf.
In der oben beschriebenen Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung (Blockbelichtungsvorrichtung) wird während einer Periode zum Eingeben von Belichtungsdaten in die Belichtungsvorrichtung, einer Periode zum Übertragen der Eingangsdaten oder einer Periode zum Wechseln des Substrats (Halbleiterwafer) die Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung auf eine spezifische Bedingung eingestellt, um somit nach dem Ablauf der obigen Perioden die Belichtungsoperation unverzüglich zu starten. Es sei erwähnt, daß eine Warteperiode, die durch einen Wechsel des Substrats verursacht wird, zum Beispiel mehr als einige Dutzend Sekunden dauert, und ferner dauert eine Warteperiode zum Eingeben oder Übertragen von Belichtungsdaten in die Belichtungsvorrichtung sehr lange, zum Beispiel einige Dutzend Minuten. Während dieser Perioden wird ein Teil der Blockmaske durch den Elektronenstrahl kontinuierlich bestrahlt, und deshalb wird die Temperatur eines Teils der Blockmaske erhöht, und ein Verziehen des Öffnungsmusters wird durch die resultierende thermische Nichtgleichförmigkeit verursacht, und ferner wird durch eine Abscheidung von polymerisierenden Materialien eine Verschmutzung der Blockmaske bewirkt.
Wenn nämlich der Ladungsteilchenstrahl kontinuierlich auf einen Bereich eines Blockmusters der Blockmaske eingestrahlt wird, kann der Bereich, der das Blockmuster enthält und eine Dicke von etwa 10 um hat, verbogen werden, und ein Teil des Blockmusters kann geschmolzen oder eliminiert werden. Wenn der Ladungsteilchenstrahl kontinuierlich auf einen Bereich der Blockmaske eingestrahlt wird, tritt ferner auf dem bestrahlten Bereich eine Verschmutzung auf. Es sei erwähnt, daß die Verschmutzungsmaterialien im allgemeinen isolierende Materialien sind, und in diesen Verschmutzungsmaterialien wird eine elektrostatische Ladung eingefangen, und so kann der Ladungsteilchenstrahl, der durch das Blockmuster der Blockmaske hindurchtritt, durch die elektrostatische Ladung der Verschmutzungsmaterialien gekrümmt werden. Ferner werden die Verschmutzungsmaterialien auch auf einer Blendenöffnungseinheit erzeugt, die zwischen der Blockmaske und dem Substrat vorgesehen ist, und der Ladungsteilchenstrahl, der durch die Blendenöffnungseinheit hindurchtritt, kann durch diese Verschmutzungsmaterialien der Blendenöffnungseinheit auch gekrümmt werden. Diese Probleme werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 38 eingehend erläutert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladungsteilchenstrahlbel ichtungsvorrichtung vorzusehen, die eine gleichförmige Wärmeverteilung einer Blockmaske vorsieht, die in ihr gehalten wird. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung vorzusehen, durch die eine Verschmutzung der Blockmaske vermieden wird. Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung vorzusehen, durch die die Genauigkeit der Belichtungsoperation erhöht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung vorgesehen, die eine optische Ladungsteilchensäule hat, zum Selektieren eines oder mehrerer winziger Blockmuster von einer Vielzahl von Blockmustern, die auf einer Blockmaske gebildet sind, und zum Einstrahlen eines Ladungsteilchenstrahls, der eine spezifische Querschnittsform hat, die durch das selektierte Blockmuster bestimmt ist, auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats, welche Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung umfaßt: eine Strahlerzeugungseinheit zum Erzeugen des Ladungsteilchenstrahls; eine erste Strahlsteuereinheit, die zwischen der Strahlerzeugungseinheit und der Blockmaske vorgesehen ist, zum Ablenken des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Strahlerzeugungseinheit erzeugt wurde, und Einstrahlen dessen auf die Blockmaske; eine zweite Strahlsteuereinheit, die zwischen der Blockmaske und dem Substrat vorgesehen ist, zum Ablenken des Ladungsteilchenstrahls, der die spezifische Querschnittsform hat, und Fokussieren dessen auf die Oberfläche des Substrats; welche Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch eine dritte Strahlsteuereinheit, die zwischen der Strahlerzeugungseinheit und der Blockmaske vorgesehen ist, zum gleichförmigen Einstrahlen des Ladungsteilchenstrahls auf die Blockmaske während einer Warteperiode.
Die dritte Strahlsteuereinheit kann eine Vergrößerungslinse umfassen, die zwischen der Strahlerzeugungseinheit und der Blockmaske vorgesehen ist, zum Vergrößern und Einstrahlen des Ladungsteilchenstrahls auf einen spezifischen Bereich der Blackmaske, der eine Vielzahl von Blockmustern enthält, während der Warteperiode. Die dritte Strahlsteuereinheit kann ferner eine Steuerenergiezuführung umfassen, zum Verhindern einer Operation der Vergrößerungslinse während einer Belichtungsperiode, und zum Steuern der Vergrößerungslinse, um den Ladungsteilchenstrahl während der Warteperiode auf den spezifischen Bereich der Blockmaske einzustrahlen. Die Vergrößerungslinse kann eine elektromagnetische Linse sein, die Steuerenergiezuführung führt während der Belichtungsperiode der elektromagnetischen Linse keinen Strom zu, und die Steuerenergiezuführung kann der elektromagnetischen Linse einen Wechselstrom zuführen, der eine Amplitude hat, die gemäß einer Zeit, die ab der Zeit der Vollendung der Warteperiode bis zum Beginn der Belichtungsperiode abläuft, allmählich reduziert wird.
Die dritte Strahlsteuereinheit kann Ablenkungseinheiten umfassen, die zwischen der Strahlerzeugungseinheit und der Blockmaske vorgesehen sind, zum Scannen und Einstrahlen des Ladungsteilchenstrahls auf einen spezifischen Bereich der Blockmaske, der eine Vielzahl von Blockmustern umfaßt, während der Warteperiode. Die Warteperiode kann eine Periode sein zum Eingeben von Belichtungsdaten in die Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung, eine Periode zum Übertragen der Eingangsdaten oder eine Periode zum Wechseln des Substrats. Die Strahlerzeugungseinheit kann eine Elektronenstrahlkanone umfassen, und die Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung kann eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung sein.
Die erste Strahlsteuereinheit kann umfassen: eine Öffnungseinheit zum Formen der Querschnittsform des Ladungsteilchenstrahls, der von der Strahlerzeugungseinheit emittiert wurde; Ablenkungseinheiten zum Ablenken des geformten Ladungsteilchenstrahls, um selektiv durch das selektierte Blockmuster der Blockmaske geführt zu werden; und eine Linse, die zwischen der Öffnungseinheit und den Ablenkungseinheiten vorgesehen ist, um in der optischen Ladungsteilchensäule eine Bilderzeugungsbeziehung des Ladungsteilchens herzustellen. Die erste Strahlsteuereinheit kann ferner umfassen: eine erste Kollimatorlinse, die zwischen der Strahlerzeugungseinheit und der Öffnungseinheit vorgesehen ist, zum Verändern des Ladungsteilchenstrahls, der von der Strahlerzeugungseinheit emittiert wurde, in einen kollimierten Strahl, und zum Einstrahlen des kollimierten Strahls auf die Öffnungseinheit; und eine zweite Kollimatorlinse, die zwischen den Ablenkungseinheiten und der Blockmaske vorgesehen ist, zum Verändern des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Ablenkungseinheiten geführt wurde, in einen kollimierten Strahl, und zum Einstrahlen des kollimierten Strahls auf die Blockmaske.
Die zweite Strahlsteuereinheit kann umfassen: eine Fokussierlinse zum Fokussieren eines Bildes des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Blockmaske geformt ist; zweite Ablenkungseinheiten zum Ablenken des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Blockmaske geführt wurde, um zu der optischen Achse der optischen Ladungsteilchensäule zurückgeführt zu werden; eine Blendenöffnungseinheit zum Einstellen des Ladungsteilchenstrahls, um einer Auflösung und einer Stromdichte des Ladungsteilchenstrahls auf der Oberfläche des Substrats zu entsprechen; und eine Austasteinheit, die zwischen der Blockmaske und der Blendenöffnungseinheit vorgesehen ist, zum Verschieben des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Blockmaske geführt wurde, so daß er während der Warteperiode nicht auf die Oberfläche des Substrats eingestrahlt wird. Die zweite Strahlsteuereinheit kann ferner umfassen: eine Reduktionslinse zum Reduzieren des Ladungsteilchenstrahls um eine spezifische Vergrößerung; Projektionslinsen, die zwischen der Blendenöffnungseinheit und dem Substrat vorgesehen sind, zum Auftreffen des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Blendenöffnungseinheit geführt wurde, auf der Oberfläche des Substrats; und dritte Ablenkungseinheiten, die zwischen der Blendenöffnungseinheit und dem Substrat vorgesehen sind, zum Ablenken und wiederholten Einstrahlen des Ladungsteilchenstrahls, der durch die Blendenöffnungseinheit geführt wurde, auf verschiedene Positionen des Substrats.
Die Blockmaske kann aus Silizium oder Metall sein, und das Substrat kann ein Halbleiterwafer sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird durch die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden, in denen:
Figur 1 ein Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der verwandten Technik zeigt;
Figuren 2A und 2B Diagramme sind, die eine Blockmaske zeigen, die für eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungs- Vorrichtung verwendet wird;
Figuren 3A und 3B Diagramme zum Erläutern von Problemen sind, die sich bei der Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der verwandten Technik ergeben;
Figur 4 ein Diagramm ist, das eine Ausführungsform einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn eine Vergrößerungslinse nicht betrieben wird;
Figur 5 ein Diagramm ist, das eine Ausführungsform einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn eine Vergrößerungslinse betrieben wird;
Figur 6 ein Diagramin ist, das ein Beispiel eines Entmagnetisierungsverfahrens der Vergrößerungslinse zeigt, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist;
Figur 7 ein Flußdiagramm eines Beispiels eines Elektronenstrahlsteuerprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 8 ein Diagramm ist, das einen Bereich zeigt, der durch Ein-Schuß-Operation einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung belichtet wird;
Figur 9 ein Diagramm zum Erläutern einer anderen Ausführungsform einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und Figur 10 ein Flußdiagramm ist, das ein anderes Beispiel eines Elektronenstrahlsteuerprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

Zum besseren Verstehen der bevorzugten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 38 die Probleme der verwandten Technik erläutert.
Figur 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung zum Ausführen eines Blockbelichtungsverfahrens gemäß der verwandten Technik zeigt. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszahl 3 eine Elektronenstrahlkanone, bezeichnet 6 eine Öffnungseinheit mit einer rechteckigen Öffnung, bezeichnet 57 eine Blockmaske mit einer Vielzahl von Öffnungsmustern (Blockmustern), bezeichnet 34 eine Blendenöffnungseinheit und bezeichnet 100 ein Substrat (Halbleiterwafer). Ferner bezeichnen in Fig. 1 die Bezugszahlen 4, 11, 56a, 56b, 14, 24a und 24b Linsen, und 55a, 55b, 55c, 55d bezeichnen Deflektoren.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Elektronenstrahl, der von der Elektronenstrahlkanone 3 emittiert wurde, durch eine Kollimatorlinse 4 in einen kollimierten Strahl verändert, und dann wird der kollimierte Strahl auf die Öffnungseinheit 6 eingestrahlt, wodurch dem kollimierten Strahl durch eine spezifische rechteckige Öffnung, die in der Öffnungseinheit 6 gebildet ist, die Form eines Rechteckstrahls verliehen wird, der eine spezifische Form und Größe hat. Ferner wird der geformte kollimierte Strahl durch die Linse 11 geführt, um eine Bilderzeugungsbeziehung des kollimierten Strahls in einer elektrooptischen Säule herzustellen, und dann wird der kollimierte Strahl durch Musterselektionsdeflektoren (Ablenkungseinheiten) 55a und 55b abgelenkt. Des weiteren wird der kollimierte Strahl auf ein erforderliches Blockmuster (selektiertes Basismuster) eingestrahlt, das auf einer Blockmaske 57 gebildet ist. Es sei erwähnt, daß eine Kollimatorlinse 56a vorgesehen ist, um den Elektronenstrahl, der auf die Maske 57 eingestrahlt wird, in einen kollimierten Strahl zu verändern.
Figur 2A ist eine Draufsicht auf eine Blockmaske 57, die für eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung verwendet wird, und Fig. 2B ist eine Seitenansicht der Blockmaske 57 längs einer Linie X-X', die in Fig. 2A gezeigt ist.
Wie in Fig. 2A gezeigt, sind zum Beispiel vier Arten von Basisöffnungsmustern (Blockmuster) A1, A2, A3 und A4 auf der Blockmaske 57 gebildet. Es sei erwähnt, daß gestrichelte Linien in Fig. 2A Bereiche kennzeichnen, auf denen der Elektronenstrahl durch eine Ein-Schuß-Operation eingestrahlt wird.
Wie in Fig. 28 gezeigt, ist die Blockmaske 57 durch ein Substrat 1 gebildet, das aus Silizium oder Metall ist, und die Blockmuster A1, A2, A3 und A4 sind als Öffnungsmuster in dem Mittelabschnitt des Substrats 1 gebildet. Es sei angemerkt, daß die Dicke des Mittelabschnittes des Substrats 1 unter Einsatz eines Ätzverfahrens auf etwa 10 um gebracht wird. Ferner ist die Blockmaske 57 durch normale lithografische Techniken, die für ein Elektronenstrahlbelichtungsverfahren verwendet werden, ein reaktives Ionenätzverfahren und dergleichen gebildet. Ferner kann eine Vielzahl von Gruppen, die jeweils die oben beschriebenen Blockmuster umfassen, auf derselben Maske 57 gebildet sein. In diesem Fall wird eine Selektion der obigen Gruppen durch eine Bewegung eines X-Y- Tisches ausgeführt, auf dem die Maske 57 montiert ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine Querschnittsform des Elektronenstrahls durch ein Blockmuster (Basismuster) geformt, das von der Vielzahl von Blockmustern auf der Blockmaske 57 selektiert wird, und ein Bild des geformten Elektronenstrahls wird durch die Linse (Fokussierlinse) 56b fokussiert und durch Deflektoren (Ablenkungseinheiten) 55c und 55d abgelenkt, um zu einer optischen Achse der elektrooptischen Säule zurückgeführt zu werden. Ferner wird die Querschnittsform des Elektronenstrahls durch eine Reduktionslinse 14 um eine spezifische Vergrößerung reduziert, und dann trifft der Elektronenstrahl durch Projektionslinsen, die die Linsen 24a und 24b enthalten, auf der Oberfläche eines Substrats 100 auf, wie ein Halbleiterwafer und dergleichen. Es sei erwähnt, daß dieses Elektronenstrahlbild durch Ablenkungseinheiten (Deflektoren) 21 und 22 abgelenkt und auf verschiedene Positionen des Substrats 100 wiederholt eingestrahlt wird. Ferner können in der obigen Beschreibung verschiedene winzige Blockmuster, die auf der Blockmaske 57 gebildet sind, durch die Deflektoren 55a und 55b selektiert werden, und der Elektronenstrahl, der durch jedes selektierte Blockmuster geformt wird, kann dann sukzessive auf den verschiedenen Positionen des Substrats 100 auftreffen.
Es sei angemerkt, daß Bezugszahl 33 in Fig. 1 eine Austastelektrode bezeichnet, die zum Ablenken des Elektronenstrahls vorgesehen ist, der durch die Fokussierlinse 56b geführt wurde, so daß er während einer Übergangsperiode des Betreibens der Ablenkungsstrukturen oder einer vorbestimmten Warteperiode nicht auf die Oberfläche des Substrats 100 eingestrahlt wird. Ferner bezeichnet Bezugszahl 34 in Fig. 1 eine Blendenöffnungseinheit, die zum Einstellen des Elektronenstrahls vorgesehen ist, der durch die Reduktionslinse 14 geführt wurde, um der Auflösung und Stromdichte des Elektronenstrahls auf der Oberfläche des Substrats 100 zu entsprechen. Des weiteren ist eine Wegverriegelungsstruktur (in der Zeichnung nicht gezeigt) durch einen Absperrschieber (in der Zeichnung nicht gezeigt) mit der oben beschriebenen elektrooptischen Säule verbunden, und die Blockmaske 57 kann unter Verwendung der Wegverriegelungsstruktur und des Absperrschiebers verändert werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Schnittstellenschaltung, die einen D/A-Umsetzer (DAC) und einen Verstärker (AMP) enthält, mit jedem der Deflektoren 55a, 55b, 55c, 55d, mit jeder der Ablenkungseinheiten 21, 23 und der Austastelektrode 33 verbunden, und eine spezifische Ablenkspannung oder ein spezifischer Ablenkstrom wird gemäß einer Instruktion von einer elektrooptischen Steuereinheit 200 auf sie angewendet.
In der oben beschriebenen Blockbelichtungseinheit wird während einer Periode zum Eingeben von Belichtungsdaten in die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung, einer Periode zum Übertragen der Eingangsdaten oder einer Periode zum Wechseln des Substrats (Halbleiterwafer) die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung auf spezifische Bedingungen eingestellt, um die Belichtungsoperation unmittelbar nach dem Verstreichen der obigen Perioden zu beginnen. Wenn zum Beispiel ein Blockmuster selektiert wird, wird der Elektronenstrahl durch die Öffnungseinheit 6 geformt, und der geformte Elektronenstrahl wird in einem Wartezustand gehalten, bei dem der Elektronenstrahl auf die Blockmaske 57 eingestrahlt wird. Es sei erwähnt, daß der Elektronenstrahl, der durch die Blockmaske 57 geführt wurde, durch die Austastelektrode 33 abgelenkt wird, um nicht der Projektionslinse 24a eingegeben zu werden, so daß der Elektronenstrahl nicht durch die Blendenöffnungseinheit 34 hindurchtritt. Wenn nämlich die Austastelektrode 33 betrieben wird, wird der Elektronenstrahl, der durch die Fokussierlinse 56b geführt wurde, von der Öffnung (Mittelabschnitt) der Blendenöffnungseinheit 34 zu dem Endabschnitt der Blendenöffnungseinheit 34 abgelenkt.
Es sei erwähnt, daß eine Warteperiode, die durch Wechseln des Substrats verursacht wird, zum Beispiel mehr als einige Dutzend Sekunden dauert, und ferner dauert eine Warteperiode zum Eingeben oder Übertragen von Belichtungsdaten in die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung sehr lange, zum Beispiel einige Dutzend Minuten. Während dieser Perioden wird ein Teil der Blockmaske 57 kontinuierlich durch den Elektronenstrahl bestrahlt, und deshalb wird die Temperatur eines Teils der Blockmaske 57 erhöht, und ein Verziehen des Öffnungsmusters tritt auf Grund von einer thermischen Nichtgleichförmigkeit auf, und ferner wird durch die Abscheidung von polymerisierenden Materialien eine Verschmutzung der Blockmaske 57 verursacht.
Figuren 3A und 3B sind Diagramme zum Erläutern von Problemen, die sich in der Ladungsteilchenstrahlbelichtungs- Vorrichtung gemäß der verwandten Technik ergeben.
Wie in Fig. 3A gezeigt, wird, wenn der Elektronenstrahl kontinuierlich auf einen Bereich eines Blockmusters der Blockmaske 57 eingestrahlt wird, der Bereich, der das Blockmuster enthält und eine Dicke von etwa 10 um hat, verbogen (siehe Bezugszahl 11), und ein Teil des Blockmusters wird geschmolzen und eliminiert (siehe Bezugszahl 12). Wenn nämlich der Elektronenstrahl kontinuierlich auf einen Bereich eingestrahlt wird, der ein spezifisches Blockmuster enthält, wird die Form des spezifischen Blockmusters durch dessen Verbiegen oder Schmelzen verändert.
Ferner wird, wie in Fig. 38 gezeigt, wenn der Elektronenstrahl kontinuierlich auf einen Teil der Blockmaske 57 eingestrahlt wird, Verschmutzung, die durch die Abscheidung von polymerisierenden Materialien, z. B. organisches Gas des Restgases, verursacht wird, auf dem bestrahlten Bereich 13 oder 14 erzeugt. Wenn nämlich der Elektronenstrahl kontinuierlich auf einen Bereich 13 eingestrahlt wird, der ein spezifisches Blockmuster (A5) enthält, tritt auf dem bestrahlten Bereich 13 Verschmutzung auf, und wenn der Elektronenstrahl ferner kontinuierlich auf einen Bereich 14 eingestrahlt wird, wo kein Blockmuster vorgesehen ist, tritt auf dem bestrahlten Bereich 14 Verschmutzung auf. Es sei erwähnt, daß verschmutzende Materialien im allgemeinen isolierende Materialien sind, und eine elektrostatische Ladung (zum Beispiel negative elektrostatische Ladung, die durch den Elektronenstrahl verursacht wird) wird in den verschmutzenden Materialien, die dem bestrahlten Bereich 13 oder 14 entsprechen, eingefangen. Deshalb wird der Elektronenstrahl, der durch das Blockmuster der Blockmaske 57 hindurchtritt, durch die elektrostatische Ladung der verschmutzenden Materialien gekrümmt, und somit wird das Bild des Elektronenstrahls verzerrt.
Ferner werden die verschmutzenden Materialien auch auf der Blendenöffnungseinheit 34 erzeugt, und der Elektronenstrahl, der durch die Blendenöffnungseinheit 34 hindurchtritt, wird durch verschmutzende Materialien auf der Blendenöffnungseinheit 34 gekrümmt, so daß das Bild des Elektronenstrahls verzerrt wird.
Um die obigen Probleme zu lösen, wird erwogen, die Blockmaske 57 kräftig zu bewegen oder den Elektronenstrahl über der Blockmaske 57 abzulenken, so daß er nicht auf die Blockmuster der Blockmaske eingestrahlt wird, aber diese Überlegungen bringen folgende Probleme mit sich.
Nämlich würde bei ersterem eine Operation zum Einstellen der Position des Elektronenstrahls bezüglich der Blockmaske 57 erforderlich sein, und somit wird viel Zeit vergeudet. Andererseits tritt bei letzterem, da die Erhitzung der Blockmaske 57 in der Belichtungsperiode und in der Warteperiode sehr verschieden ist, eine Verzerrung des Blockmusters während der Übergangsperiode auf, bis die Belichtungsoperation einen konstanten Zustand erreicht, und ferner wird die Zeit verlängert, die für die Belichtungsoperation erforderlich ist, um den konstanten Zustand zu erreichen.
Die bevorzugten Ausführungsformen einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 4 den Prozeß zeigt, wenn eine Vergrößerungslinse nicht betrieben wird, und Fig. 5 den Prozeß zeigt, wenn eine Vergrößerungslinse betrieben wird.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, bezeichnet Bezugszahl 10 eine Vergrößerungslinse, bezeichnet 200 eine elektrooptische Steuereinheit und bezeichnet 300 eine Steuerenergiezuführung. Wenn die Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung (Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung), die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, mit jener in Fig. 1 verglichen wird, ist ersichtlich, daß in der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Vergrößerungslinse 10, die elektrooptische Steuereinheit 200 und die Steuerenergiezuführung 300 zu der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der verwandten Technik hinzugefügt sind. Es sei erwähnt, daß die Vergrößerungslinse 10 zwischen einer Öffnungseinheit 6 und einer Linse 11 vorgesehen ist, und die Öffnungseinheit 6 und die Linse 11 haben dieselbe Konfiguration wie in der Blockbelichtungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, wird ein Elektronenstrahl, der von der Elektronenstrahlkanone 3 emittiert wird, durch eine Kollimatorlinse 4 nämlich in einen kollimierten Strahl verändert, und dann wird der kollimierte Strahl auf die Öffnungseinheit 6 eingestrahlt, so daß der Elektronenstrahl durch eine spezifische rechteckige Öffnung, die in der Öffnungseinheit 6 gebildet ist, zu einem Rechteckstrahl gebildet wird, der eine spezifische Form und Größe hat. Ferner wird der geformte Elektronenstrahl durch die Vergrößerungslinse 10 und die Linse 11 hindurchgeführt, um eine Bilderzeugungsbeziehung des Elektronenstrahls in einer elektrooptischen Säule herzustellen, und dann wird der Elektronenstrahl durch Musterselektionsdeflektoren 55a und 55b abgelenkt.
Wenn die Vergrößerungslinse 10 nicht betrieben wird, wie in Fig. 4 gezeigt, wird der Elektronenstrahl, der durch die Vergrößerungslinse 10 hindurchtritt, der Linse 11 als kollimierter Elektronenstrahl eingegeben, der derselbe wie jener ist, der in der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der verwandten Technik verwendet wird, die in Fig. 1 gezeigt ist. Ferner wird der Elektronenstrahl durch Deflektoren 55a, 55b und eine Kollimatorlinse 56a geführt, und dann wird ein kollimierter Elektronenstrahl auf ein erforderliches Blockmuster eingestrahlt, das auf einer Blockmaske 57 gebildet ist. Wenn die Vergrößerungslinse 10 nicht betrieben wird, sei erwähnt, daß der Elektronenstrahl, der auf die Maske 57 eingestrahlt wird, derselbe wie jener ist, der in der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der verwandten Technik verwendet wird, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Andererseits wird, wie in Fig. 5 gezeigt, wenn die Vergrößerungslinse 10 betrieben wird, der Elektronenstrahl, der durch die Vergrößerungslinse 10 hindurchtritt, der Linse 11 als nichtkollimierter Elektronenstrahl eingegeben. Ferner wird der Elektronenstrahl durch die Deflektoren 55a, 55b und die Kollimatorlinse 56a geführt, und dann wird der Elektronenstrahl auf den gesamten Bereich der Blockmaske 57 eingestrahlt. Es sei erwähnt, daß der Elektronenstrahl, der auf die Blockmaske 57 eingestrahlt wird, kein kollimierter Elektronenstrahl ist, der Elektronenstrahl ist nämlich vergrößert und wird auf einen breiten Bereich der Blockmaske 57 eingestrahlt. Deshalb wird die Blockmaske 57 durch einen Strahl mit niedrigerer Dichte als bei der Belichtungsoperation bestrahlt, und der breite Bereich, der das selektierte Blockmuster enthält, wird durch den Elektronenstrahl gleichförmig bestrahlt, so daß die thermische Nichtgleichförmigkeit verringert werden kann und eine Verschmutzung und eine Verzerrung der Blockmaske 57 nicht auftreten.
Es sei erwähnt, daß die Blockmaske 57 dieselbe Konfiguration wie jene hat, die für die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der verwandten Technik in Fig. 1 verwendet wird, wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, und somit wird eine Erläuterung von ihr weggelassen.
Wenn die Vergrößerungslinse 10 nicht betrieben wird, wird ferner eine Querschnittsform des Elektronenstrahls durch ein Blockmuster geformt, das von der Vielzahl von Blockmustern auf der Blockmaske 57 selektiert wird, und ein Bild des geformten Elektronenstrahls wird durch die Fokussierlinse 56b fokussiert und durch Deflektoren 55c und 55d abgelenkt, um zu einer optischen Achse der elektrooptischen Säule zurückgeführt zu werden. Des weiteren wird die Querschnittsform des Elektronenstrahls durch eine Reduktionslinse 14 um eine spezifische Vergrößerung reduziert, und dann trifft der Elektronenstrahl durch Projektionslinsen, die die Linsen 24a und 24b enthalten, auf einer Oberfläche eines Substrats 100 auf, wie ein Halbleiterwafer und dergleichen. Es sei erwähnt, daß dieses Elektronenstrahlbild durch Ablenkungseinheiten 21 und 22 abgelenkt und wiederholt auf verschiedene Positionen des Substrats 100 eingestrahlt wird. Ferner können in der obigen Beschreibung verschiedene winzige Blockmuster, die auf der Blockmaske 57 gebildet sind, durch die Deflektoren 55a und 55b selektiert werden, und dann kann der Elektronenstrahl, der durch jedes selektierte Blockmuster geformt wird, sukzessive auf den verschiedenen Positionen des Substrats 100 auftreffen. Des weiteren ist eine Wegverriegelungsstruktur (in der Zeichnung nicht gezeigt) mit der oben beschriebenen elektrooptischen Säule durch einen Absperrschieber (in der Zeichnung nicht gezeigt) verbunden, und die Blockmaske 57 kann unter Verwendung der Wegverriegelungsstruktur und des Absperrschiebers verändert werden.
In Fig. 4 und 5 bezeichnet Bezugszahl 33 eine Austastelektrode, die zum Ablenken des Elektronenstrahls vorgesehen ist, der durch die Fokussierlinse 56b geführt wurde, so daß er während einer Übergangsperiode zum Betreiben der Ablenkungsstrukturen oder einer vorbestimmten Warteperiode nicht auf die Oberfläche des Substrats 100 eingestrahlt wird. Ferner bezeichnet Bezugszahl 34 in Fig. 4 und 5 eine Blendenöffnungseinheit, die zum Einstellen des Elektronenstrahls vorgesehen ist, der durch die Reduktionslinse 14 geführt wurde, um der Auflösung und der Stromdichte des Elektronenstrahls auf der Oberfläche des Substrats 100 zu entsprechen. Es sei erwähnt, daß der Elektronenstrahl, der durch die Blockmaske 57 geführt wurde, zum Beispiel während einer Wartezeit durch die Austastelektrode 33 abgelenkt wird, so daß er nicht der Projektionslinse 24a eingegeben wird, und somit tritt der Elektronenstrahl nicht durch die Blendenöffnungseinheit 34 hindurch. In diesem Fall wird die Vergrößerungslinse 10 betrieben, und somit wird auch der Endabschnitt der Blendenöffnungseinheit 34 durch einen Strahl bestrahlt, der eine niedrigere Dichte hat, als wenn die Vergrößerungslinse 10 nicht betrieben wird. Deshalb kann die thermische Nichtgleichförmigkeit der Blendenöffnungseinheit 34 verringert werden, und eine Verschmutzung und Verzerrung der Blendenöffnungseinheit 34 treten nicht auf.
In der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist die Vergrößerungslinse 10, wie oben beschrieben, ferner zwischen der Öffnungseinheit 6 und der Linse 11 vorgesehen.
Zuerst wird, wie in Fig. 4 gezeigt, wenn die Vergrößerungslinse 10 nicht betrieben wird, d. h., wenn eine Blockbelichtung ausgeführt wird, ein Elektronenstrahl auf ein Blockmuster von einer Vielzahl von Blockmustern, die auf der Blockmaske 57 gebildet sind, eingestrahlt, und das Elektronenstrahlmuster, das durch das Blockmuster geführt wurde, d. h., ein Elektronenstrahlbild, wird auf eine Oberfläche des Substrats 100 eingestrahlt. Es sei erwähnt, daß dieses Elektronenstrahlbild durch Ablenkungseinheiten 21 und 23 abgelenkt und wiederholt auf verschiedene Positionen des Substrats 100 eingestrahlt wird. Ferner können in der obigen Beschreibung verschiedene winzige Blockmuster, die auf der Blockmaske 57 gebildet sind, durch die Deflektoren 55a und 55b selektiert werden, und dann kann der Elektronenstrahl, der durch jedes selektierte Blockmuster geformt wird, sukzessive auf den verschiedenen Positionen des Substrats 100 auftreffen. Diese Belichtungsoperation ist dieselbe wie jene in der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Wenn als nächstes, wie in Fig. 5 gezeigt, die Vergrößerungslinse 10 betrieben wird, d. h., wenn die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung in einem Wartezustand gehalten wird, während auf Belichtungsdaten gewartet wird, die der Belichtungsvorrichtung einzugeben sind, während eines Übertragungszustandes zum Übertragen der Eingangsdaten oder eines Wechselzustandes zum Wechseln des Substrats, ist der Elektronenstrahl, der der Linse 11 eingegeben wird, kein kollimierter Strahl. Deshalb trifft der Elektronenstrahl nicht auf einer spezifischen Position in der elektrooptischen Säule auf und wird auf einen breiten Bereich der Blockmaske 57 eingestrahlt, d. h., ein gesamter Bereich, der eine Vielzahl von Blockmustern enthält, wird durch den Elektronenstrahl bestrahlt. Daher wird die Blockmaske 57 durch einen Strahl mit niedrigerer Dichte als mit jenem bestrahlt, der für die Belichtungsoperation verwendet wird, und ferner wird ein breiter Bereich, der das selektierte Blockmuster enthält, durch den Elektronenstrahl gleichförmig bestrahlt, so daß die thermische Nichtgleichförmigkeit verringert werden kann und eine Verschmutzung und eine Verzerrung des Musters wie nach Stand der Technik nicht auftreten. Es sei erwähnt, wie oben beschrieben, daß diese Effekte auch auf die Blendenöffnungseinheit 34 zutreffen.
In der obigen Beschreibung sind während des Betreibens der Vergrößerungslinse 10 die anderen Linsen 4, 11, 56a, 56b, 14, 24a, 24b, Deflektoren 55a, 55b, 55c, 55d und dergleichen wie bei den Bedingungen der Belichtungsoperation eingestellt. Deshalb kann, wenn der Wartezustand beendet ist und die Vergrößerungslinse 10 nicht in Betrieb ist, eine Belichtungsoperation ausgeführt werden, indem die Ablenkoperation der Austastelektrode 33 gestoppt wird. Es sei erwähnt, wie unten beschrieben, daß eine begrenzte Zeit erforderlich ist, um die Vergrößerungslinse 10 zu stoppen.
Figur 6 zeigt ein Beispiel eines Entmagnetisierungsverfahrens der Vergrößerungslinse 10. In einer elektromagnetischen Linse, wie einer Vergrößerungslinse 10, bleibt nämlich eine Restmagnetisierung zurück, selbst wenn ein verwendeter Erregungsstrom (I&sub0;) bei der Belichtungsoperation abgeschaltet wird. Es sei erwähnt, daß in der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Steuerenergiezuführung 300 für die Vergrößerungslinse 10 vorgesehen ist und der Vergrößerungslinse 10 einen Wechselstrom zuführt, der eine Amplitude hat, die gemäß einem Ablauf der Zeit allmählich verringert wird, wenn die Vergrößerungslinse in einen Nichtbetriebszustand versetzt wird.
Deshalb kann die Restmagnetisierung der Vergrößerungslinse, die in der Belichtungsperiode verbleibt, verringert werden, und es kann dieselbe Blockbelichtungsoperation wie jene der Belichtungsvorrichtung nach Stand der Technik ausgeführt werden. Es sei erwähnt, daß die Zeit, die zum Entmagnetisieren der Restmagnetisierung der Vergrößerungslinse erforderlich ist, unter Einsatz dieses Verfahrens im allgemeinen einige Sekunden beträgt. Ferner kann die obige Restmagnetisierung nicht auf Null gebracht werden, sondern eine Restmagnetisierung, die dazu tendiert, einen Fokussierfehler zu verursachen, der durch die Linse, z. B. Linse 11, kompensiert werden kann, kann zugelassen werden. Ferner wird eine Schaltoperation zwischen einer Magnetisierung und einer Nichtmagnetisierung der Vergrößerungslinse 10, unter Verwendung der Steuerenergiezuführung, durch eine elektrooptische Steuereinheit 200 ausgeführt, die dieselbe wie jene ist, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Figur 7 ist ein Flußdiagramm, das ein Beispiel eines Elektronenstrahlsteuerprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird bei Schritt 71 unterschieden, ob eine Belichtungsoperation gestartet werden kann. Wenn bei Schritt 71 bestimmt wird, daß die Belichtungsoperation gestartet werden kann, geht das Verfahren zu Schritt 72 über, und Belichtungssignale werden erzeugt. Ferner geht das Verfahren zu Schritt 73 über, und die oben beschriebene Belichtungsoperation wird ausgeführt.
Falls bei Schritt 71 bestimmt wird, daß die Belichtungsoperation nicht gestartet werden kann, geht das Verfahren zu Schritt 74 über, und es wird bestimmt, ob eine spezifische Periode eines Wartezustandes abgelaufen ist. Falls bei Schritt 74 bestimmt wird, daß die spezifische Periode nicht abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 71 zurück.
Falls bei Schritt 74 bestimmt wird, daß die spezifische Periode abgelaufen ist, geht das Verfahren zu Schritt 75 über, und der Elektronenstrahl wird vergrößert und über der gesamten Blockmaske eingestrahlt. In diesem Fall wird nämlich die Vergrößerungslinse 10 betrieben, ist der Elektronenstrahl, der der Linse 11 eingegeben wird, kein kollimierter Strahl, und wird der Elektronenstrahl auf einen breiten Bereich der Blockmaske 57 eingestrahlt, wodurch die Blockmaske 57 (Blendenöffnungseinheit 34) durch einen Elektronenstrahl mit niedriger Dichte bestrahlt wird. Dann kehrt das Verfahren zu Schritt 71 zurück.
In der Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird der Elektronenstrahl, der auf die Maske eingestrahlt wird, während einer Übertragung von Eingangsdaten, einem Wechsel des zu bearbeitenden Substrats und dergleichen, d. h., einer Dauer, die länger als eine vorbestimmte Warteperiode ist, gesteuert, um den gesamten Bereich der Maske zu bestrahlen, die wenigstens ein Blockmuster enthält, und somit sind die Vergrößerungslinse und die Steuerenergiezuführung zu der Blockbelichtungsvorrichtung hinzugefügt. Dementsprechend kann die Erscheinung eines teilweisen Temperaturanstiegs der Maske vermieden werden, die Verschmutzung der Maske und das Verziehen des Öffnungsmusters treten nicht auf, und somit wird die Genauigkeit des Belichtungsmusters nicht gemindert. Ferner kann durch thermisches Stabilisieren der Maske unnötige Zeit reduziert werden, und ein Muster mit hoher Genauigkeit kann mit hohem Durchsatz belichtet werden.
Figur 8 zeigt einen Bereich, der durch eine Ein-Schuß- Operation einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung belichtet wurde. Wie in Fig. 8 gezeigt, kann zum Beispiel ein 256-Mbit-DRAM durch wiederholtes Ausführen von einer Ein-Schuß-Operation zum Belichten eines spezifischen Blockmusters und eines spezifischen Bereichs durch die oben beschriebene Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung erzeugt werden. In Fig. 8 bezeichnet Bezugszeichen AA nämlich einen Bereich, der durch eine Ein-Schuß-Operation belichtet wurde, wobei der Bereich AA ein Blockmuster für neun Speicherzellen enthält.
Unter dieser Bedingung erfordert ein Halbleiterchip ((256 x 10&sup6;) ÷ 9) Schüsse, und ein Halbleiterwafer enthält zum Beispiel 50 Halbleiterchips, weshalb:
eine erforderliche Schußanzahl für jeden Halbleiterwafer (256 x 106 x 50) ÷ 9 1,4 x 10&sup9; [Schuß/Wafer] beträgt,
wenn die Zeit eines Schusses für eine Belichtungsoperation zum Beispiel 200 Nanosekunden beträgt; beträgt die Zeit, die zum Einstrahlen eines Elektronenstrahls erforderlich ist, um einen Halbleiterwafer zu bearbeiten, 1,4 x 10&sup9; [Schuß/Wafer] x 200 [ns/Schuß] = 280 [s/Wafer],
und ferner beträgt die Zeit, die zum Wechseln und Positionieren eines Halbleiterwafers erforderlich ist, etwa 580 [s/Wafer], und deshalb beträgt die Zeit, die zum Bearbeiten eines Wafers erforderlich ist, etwa 360 [s/Wafer], und daher können 10 Wafers in einer Stunde bearbeitet werden.
Figur 9 ist ein Diagramm zum Erläutern einer anderen 10 Ausführungsform einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 9 wird anstelle des Vorsehens der in Fig. 4 und 5 gezeigten Vergrößerungslinse 10 und des Betreibens der Vergrößerungslinse 10, um einen Elektronenstrahl zu vergrößern und auf einen gesamten Bereich einer Blockmaske 57 einzustrahlen, der Elektronenstrahl, der durch eine Linse 11 geführt wurde, während einer Warteperiode über den gesamten Bereich der Blockmaske 57 gescannt. Wenn nämlich die Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung in einem Wartezustand gehalten wird, während auf Belichtungsdaten gewartet wird, die der Belichtungsvorrichtung einzugeben sind, während eines Übertragungszustandes zum Übertragen der Eingangsdaten oder eines Wechselzustandes zum Wechseln des Substrats, wird entsprechend der Perioden, wenn die Vergrößerungslinse 10 bei den ersteren Ausführungsformen in Fig. 4 und 5 betrieben wird, der Elektronenstrahl, der der Linse 11 eingegeben wurde, durch Deflektoren 55a und 55b abgelenkt, um einen breiten Bereich der Blockmaske 57 zu scannen, die in sich eine Vielzahl von Blockmustern hat.
Es sei erwähnt, daß in Fig. 9 der Bereich der Blockmaske 57, der durch den Elektronenstrahl dieser Ausführungsform gescannt wird, jenem entspricht, der durch den durch die Vergrößerungslinse 10 vergrößerten Elektronenstrahl bestrahlt wurde. Deshalb können in dieser Ausführungsform Effekte erreicht werden, die denen der ersteren Ausführungsformen ähnlich sind, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 erläutert wurden. In dieser Ausführungsform wird der Elektronenstrahl nämlich durch die Deflektoren 55a und 55b gescannt und auf einen gesamten Bereich der Blockmaske 57 eingestrahlt, und somit wird jeder Abschnitt der Blockmaske 57 in kurzer Zeit gleichförmig bestrahlt, und daher kann die thermische Nichtgleichförmigkeit verringert werden, und Verschmutzung und Verzerrung der Blockmaske 57 treten nicht auf. Ferner kann die thermische Nichtgleichförmigkeit der Blendenöffnungseinheit 34 verringert werden, und Verschmutzung und Verzerrung der Blendenöffnungseinheit 34 treten nicht auf, und bei der Blockmaske 57 kann derselbe Effekt erreicht werden.
Figur 10 ist ein Flußdiagramm, das ein anderes Beispiel (unter Bezugnahme auf Fig. 9) eines Elektronenstrahlsteuerprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn das in Fig. 10 gezeigte Flußdiagramm mit jenem in Fig. 8 verglichen wird, ist ersichtlich, daß Schritt 75 in Fig. 8 zu Schritt 76 in Fig. 10 verändert wurde. Wie in Fig. 9 und 10 gezeigt, wird nämlich bei Schritt 71 bestimmt, ob eine Belichtungsoperation gestartet werden kann. Falls bei Schritt 71 bestimmt wird, daß die Belichtungsoperation gestartet werden kann, geht das Verfahren zu Schritt 72 über, und Belichtungssignale werden erzeugt. Ferner geht das Verfahren zu Schritt 73 über, und die oben beschriebene Belichtungsoperation wird ausgeführt.
Falls bei Schritt 71 bestimmt wird, daß die Belichtungsoperation nicht gestartet werden kann, geht das Verfahren zu Schritt 74 über, und ferner wird bestimmt, ob eine spezifische Periode bei einem Wartezustand abgelaufen ist. Falls bei Schritt 74 bestimmt wird, daß die spezifische Periode nicht abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 71 zurück.
Falls bei Schritt 74 bestimmt wird, daß die spezifische Periode abgelaufen ist, geht das Verfahren zu Schritt 76 über, und der Elektronenstrahl wird gescannt und über der gesamten Blockmaske eingestrahlt. In diesem Fall wird nämlich der Elektronenstrahl, der der Linse 11 eingegeben wurde, durch die Deflektoren 55a und 55b abgelenkt, um einen breiten Bereich der Blockmaske 57 zu scannen, in der eine Vielzahl von Blockmustern gebildet sind. Deshalb wird jeder Abschnitt der Blockmaske 57 in kurzer Zeit gleichförmig bestrahlt, wodurch die thermische Nichtgleichförmigkeit verringert wird, und Verschmutzung und Verzerrung der Blockmaske 57 treten nicht auf. Wie oben beschrieben, treffen diese Effekte auch auf die Blendenöffnungseinheit 34 zu.
Es sei erwähnt, daß sich die obigen Ausführungsformen nur auf eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung beziehen, aber die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung angewendet werden, die ein Blockbelichtungsverfahren unter Verwendung eines Ionenstrahls ausführt.
Wie oben beschrieben, sind gemäß einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Vergrößerungslinse und eine Steuerenergiezuführung zum Steuern der Vergrößerungslinse zu der Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung der verwandten Technik hinzugefügt, wodurch die thermische Nichtgleichförmigkeit einer Blockmaske, die während einer Warteperiode durch einen Elektronenstrahl verursacht wird, vermieden werden kann, und somit kann ein integriertes Schaltungsmuster mit hoher Dichte, das eine hohe Genauigkeit hat, mit hohem Durchsatz gleichförmig gebildet werden.
Ferner wird gemäß einer Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Elektronenstrahl während einer Warteperiode gescannt und über der gesamten Blockmaske eingestrahlt, und deshalb wird jeder Abschnitt der Blockmaske in kurzer Zeit gleichförmig bestrahlt, wodurch die thermische Nichtgleichförmigkeit verringert werden kann, und Verschmutzung und Verzerrung der Blockmaske treten nicht auf. Es sei erwähnt, daß diese Effekte auch auf die Blendenöffnungseinheit zutreffen.
Viele sehr unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können konstruiert werden, ohne den Schutzumfang der Ansprüche zu verlassen, und es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in dieser Beschreibung beschriebenen spezifischen Ausführungsformen begrenzt ist, außer wie in den Ansprüchen definiert.

Claims

1. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung mit: einer optischen Ladungsteilchensäule zum Selektieren eines oder mehrerer winziger Blockmuster von einer Vielzahl von Blockmustern, die auf einer Blockmaske (57) gebildet sind, und zum Einstrahlen eines Ladungsteilchenstrahls, der eine spezifische Querschnittsform hat, die durch das selektierte Blockmuster bestimmt ist, auf eine Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats (100); einem Strahlerzeugungsmittel (3) zum Erzeugen des genannten Ladungsteilchenstrahls; einem ersten Strahlsteuermittel (4, 6, 11, 55a, 55b, 56a), das zwischen dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) und der genannten Blockmaske (57) vorgesehen ist, zum Ablenken des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch das genannte Strahlerzeugungsmittel (3) erzeugt wurde, und Einstrahlen dessen auf die genannte Blockmaske (57); und einem zweiten Strahlsteuermittel (56b, 55c, 33, 55d, 14, 34, 24a, 24b, 21, 23), das zwischen der genannten Blockmaske (57) und dem genannten Substrat (100) vorgesehen ist, zum Ablenken des genannten Ladungsteilchenstrahls, der die genannte spezifische Querschnittsform hat, und Fokussieren dessen auf die Oberfläche des genannten Substrats (100), dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung ferner umfaßt:

ein drittes Strahlsteuermittel (10; 55a, 55b), das zwischen dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) und der genannten Blockmaske (57) vorgesehen ist, zum gleichförmigen Einstrahlen des genannten Ladungsteilchenstrahls auf die genannte Blockmaske (57) während einer Warteperiode.

2. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte dritte Strahlsteuermittel eine Vergrößerungslinse (10) umfaßt, die zwischen dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) und der genannten Blockmaske (57) vorgesehen ist, zum Vergrößern des genannten Ladungsteilchenstrahls und Einstrahlen dessen auf einen spezifischen Bereich der genannten Blockmaske (57), der eine Vielzahl von Blockmustern enthält, während der genannten Warteperiode.

3. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte dritte Strahlsteuermittel ferner eine Steuerenergiezuführung (300) umfaßt, zum Steuern der genannten Vergrößerungslinse (10), so daß sie während einer Belichtungsperiode nicht arbeitet, und zum Steuern der genannten Vergrößerungslinse (10), um den genannten Ladungsteilchenstrahl während der genannten Warteperiode auf den genannten spezifischen Bereich der genannten Blockmaske (57) einzustrahlen.

4. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Vergrößerungslinse (10) eine elektromagnetische Linse ist, die genannte Steuerenergiezuführung (300) der genannten elektromagnetischen Linse während der genannten Belichtungsperiode keinen Strom zuführt, und die genannte Steuerenergiezuführung (300) der genannten elektromagnetischen Linse einen Wechselstrom zuführt, der eine Amplitude hat, die gemäß einer Zeit, die ab einer Vollendung der genannten Warteperiode bis zum Start der genannten Belichtungsperiode verstreicht, allmählich abnimmt.

5. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das genannte dritte Strahlsteuermittel ein Ablenkungsmittel (55a, 55b) umfaßt, das zwischen dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) und der genannten Blockmaske (57) vorgesehen ist, zum Scannen und Einstrahlen des genannten Ladungsteilchenstrahls auf einen spezifischen Bereich der genannten Blockmaske (57), der eine Vielzahl von Blockmustern enthält, während der genannten Warteperiode.

6. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Warteperiode eine Periode ist zum Eingeben von Belichtungsdaten in die genannte Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung, eine Periode zum Übertragen der Eingangsdaten oder eine Periode zum Wechseln des genannten Substrats (100).

7. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte Strahlerzeugungsmittel eine Elektronenstrahlkanone (3) umfaßt und die genannte Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung ist.

8. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte erste Strahlsteuermittel umfaßt:

ein Öffnungsmittel (6) zum Formen der Querschnittsform des genannten Ladungsteilchenstrahls, der von dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) emittiert wurde;

ein Ablenkungsmittel (55a, 55b) zum Ablenken des genannten geformten Ladungsteilchenstrahls, um durch das genannte selektierte Blockmuster der genannten Blockmaske (57) selektiv hindurchzutreten; und

eine Linse (11), die zwischen dem genannten Öffnungsmittel (6) und dem genannten Ablenkungsmittel (55a, 55b) vorgesehen ist, um eine Bilderzeugungsbeziehung des Ladungsteilchens in der genannten optischen Ladungsteilchensäule herzustellen.

9. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das genannte erste Strahlsteuermittel ferner umfaßt:

eine erste Kollimatorlinse (4), die zwischen dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) und dem genannten Öffnungsmittel (6) vorgesehen ist, zum Verändern des genannten Ladungsteilchenstrahls, der von dem genannten Strahlerzeugungsmittel (3) emittiert wurde, in einen kollimierten Strahl und zum Einstrahlen des kollimierten Strahls auf das genannte Öffnungsmittel (6); und

eine zweite Kollimatorlinse (56a), die zwischen dem genannten Ablenkungsmittel (55a, 55b) und der genannten Blockmaske (57) vorgesehen ist, zum Verändern des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch das genannte Ablenkungsmittel (55a, 55b) hindurchtrat, in einen kollimierten Strahl und zum Einstrahlen des kollimierten Strahls auf die genannte Blockmaske (57).

10. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte zweite Strahlsteuermittel umfaßt:

eine Fokussierlinse (56b) zum Fokussieren eines Bildes des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch die genannte Blockmaske (57) geformt wurde;

ein zweites Ablenkungsmittel (55c, 55d) zum Ablenken des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch die genannte Blockmaske (57) hindurchtrat, um zu der optischen Achse der genannten optischen Ladungsteilchensäule zurückgeführt zu werden;

ein Blendenöffnungsmittel (34) zum Einstellen des genannten Ladungsteilchenstrahls, um der Auflösung und der Stromdichte des genannten Ladungsteilchenstrahls auf der Oberfläche des genannten Substrats (100) zu entsprechen; und

ein Austastmittel (33), das zwischen der genannten Blockmaske (57) und dem genannten Blendenöffnungsmittel (34) vorgesehen ist, zum Verschieben des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch die genannte Blockmaske (57) hindurchtrat, so daß er während der genannten Warteperiode nicht auf die Oberfläche des genannten Substrats (100) eingestrahlt wird.

11. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der das genannte zweite Strahlsteuermittel ferner umfaßt:

eine Reduktionslinse (14) zum Reduzieren des genannten Ladungsteilchenstrahls um eine spezifische Vergrößerung;

Projektionslinsen (24a, 24b), die zwischen dem genannten Blendenöffnungsmittel (34) und dem genannten Substrat (100) vorgesehen sind, zum Auftreffen des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch das genannte Blendenöffnungsmittel (34) hindurchtrat, auf der Oberfläche des genannten Substrats (100); und

ein drittes Ablenkungsmittel (21, 23), das zwischen dem genannten Blendenöffnungsmittel (34) und dem genannten Substrat (100) vorgesehen ist, zum Ablenken und wiederholten Einstrahlen des genannten Ladungsteilchenstrahls, der durch das genannte Blendenöffnungsmittel (34) hindurchtrat, auf verschiedene Positionen des genannten Substrats (100).

12. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Blockmaske (57) aus Silizium oder Metall hergestellt ist.

13. Eine Ladungsteilchenstrahlbelichtungsvorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte Substrat (100) ein Halbleiterwafer ist.