DE69425995T2

DE69425995T2 - Verfahren und Vorrichtung zur elektronischen Messung von Strahl-Parametern

Info

Publication number: DE69425995T2
Application number: DE69425995T
Authority: DE
Inventors: Richard W. Prior
Original assignee: Etec Systems Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1993-03-26
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2014-03-26
Also published as: EP0721202A3; JP2860247B2; EP0617454B1; US5345085A; KR100196121B1; DE69425897D1; EP0721202B1; CA2117119A1; DE69425897T2; CA2117119C; DE69425995D1; KR940022774A; EP0721202A2; EP0617454A1; JPH0794381A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Messung von Ablenkfehlern eines geladenen Partikelstrahls zur Rasterabtastung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft ein entsprechendes System, das im Oberbegriff des Anspruchs 16 definiert ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Herstellung elektronischer integrierter Schaltkreise stützt sich stark auf die Verwendung von Bildprojektionsverfahren, um fotolackbeschichtete Wafer mit Licht oder Röntgenstrahlung zu belichten. Die durch diese Belichtung gebildeten Muster bestimmen die diversen Schaltungsverbindungen und Anordnungen. In gewissen Anwendungen werden die Muster integrierter Schaltungen direkt auf fotolackbeschichtete Wafer in einem Vorgang geschrieben, der als der Elektronenstrahldirektbeschreibung bezeichnet wird.
Bei einem Belichtungsverfahren ist die Genauigkeit des projizierten Bildes von äußerster Wichtigkeit. Diese Genauigkeit ist besonders wichtig bei der Herstellung von sehr dicht liegenden Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAM), in denen die Ausbeute und letztlich die Kosten der Komponenten sehr stark von der Erfüllung der strikten Anforderungen bei der Belichtungspositionierung abhängen. Gegenwärtig bieten Elektronenstrahllithografiesysteme das genaueste Verfahren zum Aufbringen der Belichtungsstrukturen auf Substrate für Bildprojektionsverfahren und für Direktschreibverfahren. Ein Substrat ist definiert als eine Maske, Wafer oder ein ähnliches Material, das im Halbleiterprozess verwendet wird. In Elektronenstrahllithografiesystemen ist die Strahlposition während der Belichtung entscheidend dafür, um die strengen notwendigen Prozesstoleranzen zu erreichen und aufrecht zu erhalten.
Die Position des Elektronenstrahls wird für gewöhnlich mittels einem Verfahren gesteuert, das als Rasterabtastung bezeichnet wird. In diesem Verfahren wird der Elektronenstrahl wiederholt in einer kontinuierlichen Serie von rampenartigen Ablenkungen und Rückholperioden in ähnlicher Weise wie bei einem in Fernsehgeräten verwendeten Abtastverfahren abgelenkt. Typischerweise wird der Elektronenstrahl so schnell als möglich abgelenkt, um die zur vollständigen Belichtung eines Musters benötigte Zeit zu minimieren. Auf diese Weise wird die Produktionsgeschwindigkeit (d. h. der Durchsatz) erhöht, und die Kosten pro Maske oder Wafer verringert.
In herkömmlichen Systemen wird der Elektronenstrahl, der typischerweise ein Fleck von 0,1 um bis 1 um im Durchmesser ist, über einen Bereich von mehreren hundert Mikrometern abgelenkt und muss innerhalb dieses Bereichs mit einem Fehler von weniger als 0,01 um positioniert werden, d. h. vorzugsweise mit einem Positionsfehler von weniger als einem Teil in zehntausend. Dieser kleine Positionsfehler zusammen mit einer typischen Abtastrate von 30 Kilohertz (KHz) erschwert die direkte Messung derartiger Signale in besonderer Weise.
Herkömmlicherweise wird das Ablenkungssignal durch dessen Erzeugnis, d. h. die Strukturen auf der Maske und dem Wafer gemessen. Eine auf der Maske oder dem Wafer erkannte nicht ideale Musterpositionierung wird durch eine Serie von Messungen und Tests identifiziert, und es werden anschließend geeignete Änderungen am Deflektionssignal vorgenommen, um diese Fehler zu korrigieren. Dieses Verfahren zur Änderung der Wirkung des Ablenksignals stützt sich im Wesentlichen auf standardmäßige Prozeduren zum Schreiben eines Musters, auf das Verarbeiten der Maske oder des Wafers und auf anschließendes Messen der Genauigkeit des Musters mit bewährten, aber relativ langsamen Verfahrenstechniken. Dieser Prozess kann von einer Stunde für eine einfache Kalibrierung bis mehrere Wochen für eine vollständige Kalibrierung benötigen.
Vorzugsweise wird die Kalibrierung ohne den zeitaufwendigen Vorgang des Schreibens und Lesens tatsächlicher Belichtungsstrukturen auf Masken und Wafern durchgeführt. Eine "Echtzeit"-Charakterisierung von Elektronenstrahlparametern wird durch Abtasten des Elektronenstrahls mit sehr geringen Frequenzen über eine Referenz mit bekannten Positionen erreicht. Dieses Verfahren ist im Stand der Technik gut bekannt und liefert ausreichende Informationen, um ein Elektronenstrahllithografiesystem funktionell zu kalibrieren.
Jedoch ist die Korrelation zwischen diesen langsamen Messsequenzen und dem tatsächlichen Strahlschreibe-Ablenksignal nicht exakt. Insbesondere werden durch das hochfrequente Schreibsignal gewisse Anomalien in den Elektronenstrahl eingeführt, die einer weiteren Bestimmung mittels extensiver Beschreibung und Auslesung von Mustern bedürfen. Zu diesen Anomalien gehören Übersprechen von Ablenkungsachsen, geringe Auswirkungen der Drehung von Ablenkungsachsen, Körnungsunterschiede und Abtastoffsetwerte, die jeweils als Funktion der Abtastfrequenz variieren.
Da Elektronenstrahlparameter nur schwer mittels der oben beschriebenen Abtasttechnik mit geringer Sequenz vorhergesagt werden können, ist das zuvor genannte zeitaufwendige Verfahren zum Schreiben und Lesen tatsächlicher Belichtungen gegenwärtig das einzige Verfahren, um das Schreibverhalten von Lithografiesystemen vollständig zu charakterisieren.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Messung von Strahlparametern in einem Rasterabtastsystem zu ermöglichen, wobei die oben genannten Probleme gelöst sind.

Würdigung des Stands der Technik

Weiter relevanter Stand der Technik ist aus den folgenden Dokumenten bekannt.
US-A-4546260 lehrt ein Justierverfahren für einen abtastenden Strahl in einem Maskeninspektionswerkzeug. In einer ersten Position angeordnetes größeres Fenster, das vorzugsweise mit einem Rand einer Gitterlinie überlappt, wird von dem Strahl abgetastet und das Reflexionssignal wird integriert. Anschließend wird das Verfahren für eine nächste Position des Fensters wiederholt. Aus dieser Schrift ist das Unterteilen des Strahls in kurze Impulse, um eine quasi stationären Strahl an einer einzelnen Strahlposition zu erhalten, nicht bekannt.
EP-A-0176745 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Entfernungen in einem Rasterteilchenmikroskop. Zum Messen von Entfernungen wird eine Probe innerhalb des Sichtfelds des Mikroskops bewegt und es wird eine Reihe von Referenzgitterlinien, die das Sichtfeld durchqueren, gezählt, um eine zurückgelegte Entfernung zu messen.
EP-A-0333098 betrifft die Anwendung eines Siliciumgitters als ein Referenz- und Kalibrierstandard in einem Teilchenstrahllithografiesystem. Das Ein- und Ausblenden des Strahls zur Erhaltung eines gepulsten Strahls mit der Echtzeit-Betriebssequenz, um die Kalibrierung und Integration zum Erhalten eines verwendbaren Signals, ist aus diesem Dokument nicht bekannt.
JP 2082515 betrifft die Elektronenstrahllithografie und insbesondere die Messung und Korrektur des Betrags der Ablenkverzerrung des Elektronenstrahls mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit, wobei dies ohne Bewegen einer Halterung unter Verwendung einer ein Gebiet eines Felds abdeckender Maske erreicht wird. Das Pulsieren eines Strahls um einen quasi stationären Strahl an einer einzelnen Pixelposition zu erhalten, ist aus diesem Dokument nicht bekannt.
Das "IBM Technical Disclosure Bulletin,", Vol. 21, Nr. 11, April 1979, Seiten 4506 bis 4508, R. A. Ainsworth et al., bezieht sich auf Verfahren zum Verarbeiten von Rückstreusignalen von Elektronenstrahlen zur Ablenkkalibrierung. Ein Strahl wird abtastend bewegt, um einen Markierungsrand auf einem Kalibriergitter zu überqueren und daraus resultierende Rückstreusignale werden detektiert. Das Pulsieren des Strahls (Stroboskopeffekt) zum Erhalten eines quasi stationären Strahls ist daraus nicht bekannt.
Das "Journal of Vacuum Science and Technology", B7(6), November/Dezember 1989, J. G. Garofalo et al. betrifft den Nachweis von Justiermarken von Elektronenstrahldirektschreibsystemen mit geringem Kontrast, wobei versucht wird, den Elektronenstrahl über den Markierungsrand abtastend zu bewegen und das Signal mit der Strahlbewegung über das Gitter zu integrieren. Das Pulsieren des Strahls zur Erhaltung eines quasi stationären Strahls an einer einzelnen Pixelposition und Integration des Signals an der einzelnen Pixelposition ist daraus nicht bekannt.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend einer ersten Ausführungsform mit einem Verfahren zur elektronischen Messung von Ablenkfehlern eines Rasterabtastungsstrahls geladener Partikel gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Vorzugsweise schließt das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin das Ausführen der oben bezeichneten Schritte eine erste und eine zweite Achse eines Gitters ein. Der Wert der integrierten Signale, die mit der zweiten Achse verknüpft sind, wird verwendet, um die relative Position der zweiten Achse des Gitters zu bestimmen. Die relativen Positionen der ersten und zweiten Achsen bestimmen die relative Platzierung des Gitters. Diese Gitterposition wird typischerweise verwendet, um eine Strahlabweichung mit der Zeit oder der Temperatur zu bestimmen. Wenn insbesondere keine Strahlabweichung vorhanden ist, dann führt die gleiche angewendete Ablenkung zum gleichen Wert der angehäuften bzw. integrierten Signale. Wenn ferner die Gitterposition bekannt ist, ist die Position eines damit verknüpften Substrats, das typischerweise benachbart zum Gitter angeordnet ist, ebenfalls bekannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ein Verstärker die von dem Strahl erzeugte Ladung. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Verstärker vor der Integration zurückgesetzt, um damit die Anzahl wiederholter Messungen zu steigern und die Zeitdauer vor einer erneuten durchzuführenden Messung zu minimieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden mehrere zusammenhängende Pixel ausgewählt und das oben beschriebene Gitter umfasst reflektierende Markierungen auf dem Substrat. Somit wird in dieser Ausführungsform das separate Gitter vermieden. Da die Strahlmessung auf dem Substrat selbst vorgenommen wird, liefert diese Ausführungsform eine deutlich bessere Genauigkeit als eine Ausführungsform mit einem separaten Gitter.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen, die im Anspruch 16 definiert sind, gelöst.
Die vorliegende Erfindung erlaubt einen Betrieb mit einer normalen Ablenkrate, d. h. einer Ablenkrate, die während er Fotolackbelichtung verwendet wird, und erhöht damit die Bestimmung der Positioniergenauigkeit. Da ferner die vorliegende Erfindung Ablenksignale mit voller Geschwindigkeit verwendet, wird der Kalibriervorgang beschleunigt, wodurch deutlich Zeit und Kosten, die mit einem herkömmlichen Kalibriervorgang verknüpft sind, reduziert werden. Weiterhin sorgt die vorliegende Erfindung dafür, dass mehrere Ladungspakete integriert werden, wodurch die Anwendung von Verstärkern mit geringerer Verstärkung möglich ist, was wiederum das Signal-zu-Rauschen-Verhalten verbessert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm für einen Vorgang gemäß der vorliegenden Erfindung zum Kalibrieren von Ablenksignalen.
Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm eines Strahlenmesssystems für ein Elektronenstrahllithografiesystem dar.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Halterungsgitters und eines Fotodiodendetektors.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei zurückgestreute Elektronen von einem Ziel auf dem Substrat abgefangen werden.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Ladungsverstärker.
Fig. 6 stellt schematisch einen weiteren Ladungsverstärker dar.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung des Rasterstrahls mit einem beschriebenen Pixel, bevor quer über eine einzelne Kreuzung des Halterungsgitters abgetastet wird.
Fig. 8 zeigt einen Graph des Ausgangsspannungssignals des Ladungsverstärkers gegenüber der Ausgangsspannung während eines typischen Messzyklus.
Fig. 9 zeigt einen Graph der räumlichen Verteilung, wobei die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers gegenüber der Elektronenstrahlposition dargestellt ist.
Fig. 10 zeigt ein typisches Elektronenstrahl-Stromprofil in einem Graphen, wobei die Strahlstromdichte gegenüber dem Abstand von Strahlzentrum aufgetragen ist.
Fig. 11A zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei mehrere zusammenhängende Pixel im Rasterstrahl beschrieben sind.
Fig. 11B illustriert eine typische Signalform, die von einer Gruppe aus fünf zusammenhängenden Pixeln sowie einem einzelnen Pixel, die über ein Y-Gitter abgetastet sind, erzeugt werden.
Fig. 11C zeigt typische Signalformen, die von einer Gruppe aus fünf zusammenhängenden Pixeln sowie einem einzelnen Pixel, die quer über ein X-Gitter abgetastet sind, erzeugt werden.
Fig. 12A zeigt perspektivisch einen Elektronenstrahl, der von einer Reflexionsmarkierung auf einem Substrat abgelenkt wird.
Fig. 12B zeigt eine Draufsicht des Elektronenstrahls und der in Fig. 12A dargestellten Reflexionsmarkierung.
Fig. 12C zeigt einen Graphen mit relativen Spannungssignalen in Abhängigkeit vom Abstand des Elektronenstrahls, der über die Reflexionsmarkierungen in Fig. 12B abtastend bewegt wird.
Fig. 13A zeigt perspektivisch mehrere Elektronenstrahlbereiche, die von einer Reihe von Reflexionssegmenten auf einem Substrat reflektiert werden.
Fig. 13B zeigt eine Draufsicht auf die Elektronenstrahlbereiche und die Reihe von Reflexionssegmenten, die in Fig. 13A gezeigt sind.
Fig. 13C zeigt einen Graphen der relativen Signalspannung in Abhängigkeit von der Entfernung, wenn die Elektronenstrahlbereiche abtastend quer über die Reihe von Reflexionssegmenten in Fig. 13B bewegt werden.
Fig. 13D zeigt in einer Draufsicht mehrere Elektronenstrahlbereiche und mehrere Reflexionssegmente gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13E zeigt einen Graphen der Relativsignalspannung in Abhängigkeit von der Entfernung, wenn die mehreren Elektronenstrahlbereiche über die mehreren Reflexionssegmente in Fig. 13D abtastend bewegt werden.
Fig. 16A und 16B stellen ein Stahltransmissionssystem dar, in dem der Primärstrahl durch ein Substrat hindurchtritt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Messungen der Strahlabweichungen sind während des Beschreibens des Substrats regelmäßig notwendig, um eine genaue Elektronenstrahlpositionierung zu gewährleisten. Eine typische Rasterabtastungszeile, die während des Beschreibens des Substrats verwendet wird, besteht aus 2048 Pixel oder Vielfachen davon pro Zeile, abhängig von der Ausstattung und dem Anwendungszweck. Ein Verfahren zur Messung von Elektronenstrahlparametern gemäß der vorliegenden Erfindung charakterisiert einen Pixel pro Zeiteinheit. Somit wird bezüglich Fig. 1 ein erstes Pixel, das zu kalibrieren ist, im Schritt 101 ausgewählt.
In Fig. 2 bestimmt eine Computersteuerung 212, die mit Informationen aus einem Ladungsverstärker 210 (wird später detailliert erläutert) über einen Analog zu Digitalwand ler (ADC) 211 versorgt wird, die Abweichung eines Elektronenstrahls 207. Eine Halterungsposition-Steuerung 201 (mit einer X-Halterungspositionssteuerung 201A und einer Y-Halterungspositionssteuerung 201 B) positioniert eine Halterung 203 unter dem Elektronenstrahl 207. Während der Messungen zur Strahlabweichung wird der Fotolack auf einem Substrat 204 nicht belichtet. Somit werden während dieser Messungen zur Strahlabweichung die das Substrat 204 tragende Halterung 203, ein Elektronendetektor 205 und Halterungsgitter 206 so bewegt, dass das Halterungsgitter 206 unter dem Elektronenstrahl 207 positioniert wird, wie dies im Schritt 102 (Fig. 1) angedeutet ist. Zu beachten ist, dass diese Elektronenstrahlposition dem ersten Pixel entspricht. Da das Halterungsgitter 206 fest mit der Halterung 203 verbunden und damit mit dem Substrat 204 verknüpft ist, entspricht eine beliebige Strahlabweichung, die am Halterungsgitter 207 erfasst wird, im Wesentlichen der Strahlabweichung auf der Schreiboberfläche, d. h. auf dem Substrat 204.
Während dem Schritt 103 wird eine elektronische Kalibrierung durchgeführt. Die Elektronik des Systems 200 mit einem Elektronendetektor 205, einem Ladungsverstärker 210, einer digitalen Steuerleitung 252 und einem ADC 211 besitzen im Allgemeinen eine entsprechende inhärente Drift, ein Rauschen und Offsetwerte. Diese Effekte werden erfindungsgemäß bestimmt und aus dem gemessenen Strahlsprung heraussepariert. Im Schritt 103 wird willkürlich eine einzelne Gitterkreuzung 316 (Fig. 3) ausgewählt, die eine von mehreren tausend Gitterkreuzungen auf dem Halterungsgitter 306 sein kann. Eine willkürliche Gitterkreuzung 316 ist ausreichend, da die Position des Elektronenstrahls 307 und die Position des Halterungsgitters 306 auf relativen Abständen basieren, d. h. auf der Abweichung des Elektronenstrahls 307 von einer anfänglichen Startposition. Zu beachten ist, dass elektrische Verbindungen 314 und 315 die unter dem Halterungsgitter 306 angebrachte Fotodiode 305 mit einem Ladungsverstärker (wird detailliert mit Bezug zu den Fig. 5 und 6 erläutert) und einer Spannungsquelle Vbias jeweils verbinden.
Der Elektronendetektor 205 ist unter dem Halterungsgitter 206 angeordnet, um Elektronen des Elektronenstrahls 207 nachzuweisen. In dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Elektronendetektor 205 eine Fotodiode. In anderen Ausführungsformen ist der Elektronendetektor 205 ein beliebiger Typ eines Elektronendetektors mit hoher Verstärkung wie etwa: ein fotoleitender Detektor (ebenso als Fotoröhre bezeichnet), ein Szintillator, oder ein positiv intrinsische negative (PIN) Diode. Zur Vereinfa chung wird im weiteren der Elektronendetektor 205 als die Fotodiode 205 bezeichnet. Die Fotodiode 205 fungiert als ein Stromverstärker mit einer typischen Stromverstärkung zwischen 500 und 5000. Die tatsächliche Verstärkung variiert gemäß dem Aufbau der Fotodiodenelemente und der Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls. Da Einzelpixel-Belichtungen extrem geringe Ladungsüberträge zur Folge haben, ist eine hohe Stromverstärkung für die Fotodiode 205 zu bevorzugen.
Der von der Fotodiode 505 erzeugte Strom, der den verstärkten Strahlstrom und den restlichen Diodenleckstrom beinhaltet, wird dem Ladungsverstärker 510 zugeführt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Der Ladungsverstärker 510 umfasst einen Operationsverstärker 520, einen Kondensator 522, einen Analogschalter 523, eine Offset-Einsteller 524 und eine Anstiegfeinjustierung 525. Die Fotodiode 505 ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 520 verbunden, wohingegen der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 520 mit einer Spannungsquelle, üblicherweise mit Masse, verbunden ist. An die Fotodiode 505 wird eine geringe Vorspannung von typischerweise -5 bis -20 Volt in Rückwärtsrichtung angelegt, um die Kapazität der Fotodiode zu verringern und das Antwortverhalten des Operationsverstärkers 520 zu verbessern.
Der Ladungsverstärker 510 besitzt zwei Betriebsweisen: den Resetmodus und den Integrationsmodus. Im Resetmodus ist der Analogschalter 523 geschlossen und der Integrationskondensator 522 wird entladen, wodurch ein Signal an der Ausgangsleitung 510A von ungefähr Null Volt geliefert wird. Im Integrationsmodus hängt das Signal an der Ausgangsleitung 510A von der von der Fotodiode 505 gelieferten Ladung ab. Insbesondere ändert sich das Signal an der Ausgangsleitung 510A des Verstärkers 520A typischerweise schrittweise in Richtung positiver Spannung (ΔVout) gemäß dem vom Elektronenstrahl 207 (Fig. 2) erzeugten Strom, der Effizienz der Fotodiode 505 und dem Wert des Integrationskondensators 522. Insbesondere beträgt
ΔVout = PBC · PT · Gd · 1/Cf (Gleichung 1)
wobei PBC = primärer Strahlstrom,
PT = Pixelzeit,
Gd = Stromverstärkung der Fotodiode, und
Cf = Kapazität des Integrationskondensators.
Wenn beispielsweise der primäre Strahlstrom (PBC) 100 Nanoampere, die Pixelzeit (PT) 12,5 Nanosekunden, die Stromverstärkung der Fotodiode (Gd) 500 und die Kapazität des Integrationskondensators (Cf) 15 Picofarand beträgt, dann ergibt Gleichung 1:
ΔVout = 100 Nanoampere · 12,5 Nanosekunden
· 1/15pF = 42 mV (Gleichung 2)
Somit ändert sich unter Verwendung der beispielhaften in Gleichung 2 dargestellten Werte die Ausgangsspannung AVout des Operationsverstärkers 520 (im Integrationsmodus) schrittweise um 42 Millivolt in Richtung zur positiven Spannung bei jeder Pixelbelichtung. Die Spannung an der Ausgangsleitung 510A steigt solange an, bis der Operationsverstärker 520 in der Sättigung ist. Unter normalen Bedingungen wird die Pixelbelichtung vor Erreichen der Sättigung angehalten.
Rauschen, der Restleckstrom und Integrationszeit (anhängig vom Durchsatz) legen praktische Beschränkungen für die Integrationszeit fest. Typischerweise liefern 32 Einzelpixel-Ladungspakete eine geeignete Ausgangsspannung für den Operationsverstärker 520. Multiplikation der beispielhaften Ausgangsspannung ΔVout von 42 mV mal 32 Ladungspakete ergibt eine Ausgangsspannung von näherungsweise 1,3 Volt.
Um die Elektronik zu kalibrieren, wird der Elektronenstrahl vollständig ausgeblendet, um im Wesentlichen auf die Fotodiode 505 einfallende Elektronen zu vermeiden. Der Ladungsverstärker 520 wird für eine Zeitdauer, die beispielsweise 32 Rasterabtastungen (d. h. der Gesamtzahl an Ladungspaketen) entspricht, in den Integrationsmodus versetzt. Nach dieser Zeit konvertiert der ADC 211 (Fig. 2) die Ausgangsspannung des Verstärkers 520 in ein digitales Signal, das dann zum Steuercomputer 212 gesendet und dort gespeichert wird. Dieser gespeicherte Wert repräsentiert den Strahl-Nullwert.
Der Verstärker 520 wird für einige Mikrosekunden zurückgesetzt und anschließend in den Integrationsmodus geschaltet. Anschließend wird das für die Kalibrierung vorgese hene einzelne Pixel belichtet. Alle verbleibenden Pixel werden nicht beschrieben. Dieses Pixel wird mit N Abtastungen belichtet, wobei N die Anzahl der Rasterabtastungen (32 in diesem Beispiel) ist. Diese Einzelpixelbelichtung erzeugt im Wesentlichen einen stationären Strahl, der alle 32 Mikrosekunden "stroboskopartig" ein/ausgeschaltet wird. Nachdem das identifizierte Pixel mit N Abtastungen belichtet ist, wird der Elektronenstrahl 207 nochmals vollständig ausgeblendet, und der ADC 211 wandelt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 520 in ein digitales Signal um. Dieses ebenfalls im Steuercomputer 212 gespeicherte digitale Signal repräsentiert den unkorrigierten Gesamtstrahlstromwert. Der Strahl-Nullwert (d. h. der restliche Fehler) wird von dem unkorrigierten Gesamtstrahlstromwert subtrahiert, um einen korrigierten Gesamtstrahlstromwert zu liefern. Nachfolgende Strahlstrommessungen basieren auf dem Prozentsatz dieses korrigierten Gesamtstrahlstromwerts.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird die Kalibrierung der Elektronik durchgeführt, wenn das Substrat 404 selbst auf der Halterung 403 liegt. In dieser Ausführungsform dringt der nichtausgeblendete Elektronenstrahl 407 während der Strahl-Nullwert-Kalibrierung (gemeinhin eher als Offsetreferenzkalibrierung bezeichnet) durch eine Blende 444 in der Platte 441 und trifft auf das Substrat 404 in der Nähe der Reflexionsmarkierung 442. Der Ladungsverstärker 520 (Fig. 5), der mit dem Elektronendetektor 440 verbunden ist, wird dann in den Integrationsmodus für die vorbestimmte Zeitdauer versetzt. Anschließend konvertiert der ADC 520 das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 520 in ein digitales Signal und liefert dieses digitale Signal an den Steuercomputer 212.
Während der Messung des Gesamtstrahlstroms passiert der nichtausgeblendete Elektronenstrahl 407 die Blende 444 in der Platte 441 hin zu der Reflexionsmarkierung 442, die eine bekannte Position besitzt. Die Reflexionsmarkierung 442 ist typischerweise aus Chrom hergestellt, obwohl jedes reflektierende, metallische Material, das mit dem Substratherstellungsverfahren verträglich ist (wie etwa Gold oder Platin), verwendet werden kann. Zum Elektronenstrahl 407 zurückgestreute Elektronen werden von den Fotodiodenelektronendetektoren 440, die unter der Platte 441 angeordnet sind, erfasst. In der in Fig. 4 gezeigten Anordnung werden vier Fotodiodenelektrondetektoren 440 verwendet, um ein verbessertes Signalerfassungsgebiet zu bilden. Das von dem Ladungsverstärker 210 integrierte und von dem ADC 211 konvertierte Signal von diesen Detektoren 440 wird dem Steuercomputer 212 zugeführt. Somit ist in dieser Ausführungsform der Erfindung das Halterungsgitter 306 (Fig. 3) nicht notwendig. Ferner führt diese Ausführungsform, da die Strahlmessung auf dem Substrat selbst vorgenommen wird, zu einer deutlich verbesserten Genauigkeit gegenüber einer Ausführungsform, die ein benachbart zum Substrat angeordnetes Halterungsgitter miteinschließt.
In einer weiteren, in Fig. 16A gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dringt der primäre Elektronenstahl 1602 relativ ungehindert durch das Substrat 1600. Typischerweise ist das Substrat 1600 aus Silicium hergestellt und besitzt eine Dicke von ungefähr 50 nm. Wenn der Strahl 1602 jedoch durch die Referenzmarkierung 1601 dringt, wie in Fig. 16B gezeigt, erfährt der durchtretende Strahl 1602A eine Winkelaufstreuung. Der zur Erfassung der Streuung unter dem Substrat 1600 angeordnete Strahldetektor 1603 umfasst typischerweise einen kreisförmigen Empfänger große einfallende Strahlströme (von beispielsweise 1 uA) oder eine herkömmliche Fotodiode für kleine Strahlströme. Die zentrale Öffnung 1605 erlaubt es dem primären durch das Substrat 1600 hindurchgetretenen Elektronenstrahl 1602 durch den Strahldetektor 1603 ohne Streuung hindurchzutreten, wodurch keine Signale zum Ladungsverstärker 1604 geliefert werden. In dem US Patent mit der Nummer 5,079,112, erteilt am 7. Januar 1992, werden zusätzliche Details bezüglich des Verfahrens zum Beobachten von Markierungen durch Transmission anstelle von Reflexion bereitgestellt.
Fig. 6 zeigt einen detaillierten Schemaaufbau eines Ladungsverstärkers 610. In Fig. 6 ist in einer Ausführungsform der Operationsverstärker 620 ein Operationsverstärker mit Feldeffekttransistoreingang (FET), der sehr geringe Eingangsfehlerströme, beispielsweise 1 Nanoampere liefert und über ausreichende Ausgangstreiberqualitäten verfügt, d. h. bis zu 10 Volt, um eine gängige Schnittstellenelektronik anzusteuern.
Der Transistor 623 arbeitet als ein Analogschalter mit geringer Leckrate, wodurch es möglich wird, dass Kondensator 622, ein integrierender Rückkopplungskondensator, während des Resetmodus entladen wird. Typischerweise erzwingt eine Spannung in der Nähe von Null am Gate des Transistor 623 den Resetmodus, und eine hohe Spannung beispielsweise 3 bis 6 Volt am Gate des Transistors 623 versetzt den Operationsverstärker 620 in den Integrationsmodus (d. h. der Transistor 623 ist nicht leitend).
Die Diode 633 begrenzt zusammen mit dem Widerstand 632 die Drainspannung am Transistor 623, um sicherzustellen, dass die Drainspannung die Gatespannung des Transistors 623 während des Integrationsmodus nicht übersteigt. Zu beachten ist, dass, wenn die Drainspannungen die Gatespannung übersteigen sollte, der Gate-Drain- Übergang des Transistors 623 in Vorwärtsrichtung vorgespannt würde und der normale Betrieb nicht stattfinden würde. Der Widerstand 632 stellt eine minimale Last (beispielsweise 10 Kiloohm) an der Ausgangsleitung des Operationsverstärkers 620 dar, wobei diese jedoch gering genug ist, um eine schnelle Entladung des Kondensators 622 zu gewährleisten.
Das Trimpotentiometer 630 und der Festwiderstand 631, die als Anstiegsfeinjustierung 625 bezeichnet sind, eliminieren von der Fotodiode 605 erzeugte Leckströme oder beispielsweise Streuströme des Operationsverstärkers 620. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Trimpotentiometer 630 durch einen Digital-zu-Analogwandler (DAC) ersetzt, der eine Computersteuerung des Leckstromabgleichs erlaubt. Die Anstiegsfeinjustierung 625 ist so eingestellt, dass, wenn kein Elektronenstrahl vorhanden ist, der Anstieg des integrierten Ausgangssignals (wird im Anschluss detailliert beschrieben) minimal ist.
Die Offseteinstellung 624, die einen Inverter 634, ein Verzögerungselement 635, ein Trimpotentiometer 636 und einen Kondensator 637 umfasst, wird manuell vom Anwender oder elektronisch vom Computer gesteuert. Die Offseteinstellung 634 minimiert durch Leckströme der Fotodiode 605 oder durch Ladungsinjektion vom Analogschalter 623 während des Übergangs vom Reset in den Integrationsmodus über kapazitive Kopplung der Resetsteuerleitung 638 erzeugte Spannungsoffsetwerte. Wenn beispielsweise der Transistor 623 seinen Zustand ändert, wird eine kleine Ladungsmenge von der Resetsteuerleitung 638 zum integrierenden Kondensator 622 übertragen. Diese Ladung tritt als ein Offsetfehler in Erscheinung, wird aber durch Einführen einer komplementären Ladung über die Offsetjustierschaltung 624 effizient ausgeglichen. Der Inverter 634 invertiert das Signal auf der Leitung 638, das Verzögerungselement 635 verzögert dieses invertierte Signal (beispielsweise um 1000 Nanosekunden) und der Kondensator 637 erzeugt eine Ladung am Kondensator 622. Das Trimpotentiometer 636 liefert eine feinfühlige Veränderung dieses Signals und ist so eingestellt, dass der Gesamtoffsetwert des Ladungsübertrags minimal ist. In einer weiteren Ausführungsform der Off setjustierschaltung 624 ist der Widerstand 636 durch einen DAC (nicht gezeigt) ersetzt, der vom Steuercomputer 212 (Fig. 2) betrieben wird.
In den Fig. 1 und 2 wird nach Kalibrierung der Elektronik im Schritt 103 der Elektronenstrahl 207 über das Halterungsgitter 206 in Richtung der X-Achse im Schritt 104 schrittweise weiterbewegt. Der Schritt 104 beinhaltet die Unterschritte 104A-104F. Im Unterschritt 104A wird, nachdem der Elektronenstrahl 207 vollständig eingeschaltet ist, d. h. ein maximales Signal zur Fotodiode 205 liefert, der Ladungsverstärker 210 zurückgesetzt und anschließend in den Integrationsmodus geschaltet. Im Unterschritt 104B wird der Elektronenstrahl 207 für 32 Rasterabtastungen auf ein Pixel gerichtet. Anschließend wird im Unterschritt 104C die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 210 in ein digitales Signal (vom ADC 211) umgewandelt und im Steuercomputer 212 gespeichert.
Im Schritt 104D wird der Ladungsverstärker 210 zurückgesetzt und in den Integrationsmodus geschaltet. Anschließend wird der Elektronenstrahl 207 mittels einem kleinen summierenden Ablenkungssignal 250A in der Y-Strahlablenkung 251A in Richtung des X-Achsengitters 703 weiterbewegt, wie dies durch den Pfeil 701 in Fig. 7 dargestellt ist. Das summierende Signal 250A erzeugt üblicherweise eine Ablenkung mittels der Y- Strahlablenkung 251A von 0,005 Mikrometern (oder weniger) für eine Feinkalibrierung und bis zu mehrere Mikrometer für eine Grobkalibrierung. Anschließend werden im Schritt 104E N Belichtungen für das gleiche Pixel durchgeführt, d. h. der Elektronenstrahl 207 wird stroboskopartig betrieben, wodurch die Wirkung eines stationären Strahls erreicht wird. Zu beachten ist, dass das Signal einer jeden Belichtung in sich schnell ist und einen kleinen Wert aufweist, wodurch ein genaues Messen extrem erschwert wird. Daher werden erfindungsgemäß durch den Ladungsverstärker 210 Ladungspakete aus jeder Belichtung angehäuft bzw. integriert, um ein geeignetes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 wird digitalisiert und schließlich im Steuercomputer 212 im Schritt 104F gespeichert. Die Schritte 104D-104F werden solange wiederholt bis der Elektronenstrahl 207 vollständig an der Oberseite des Halterungsgitters 206 ist, d. h. das Ausgangssignal ist näherungsweise gleich dem Strom- Nullwert.
Somit wird bezüglich Fig. 8 während der Integration eines einzelnen Pixels innerhalb eines einzelnen Strahlschrittes der Ladungsverstärker 210 während der Zeitdauer 800 zurückgesetzt, die Ausgangsspannung des Ladungsverstärkers 210 während der Zeitdauer 801 integriert, und der ADC 211 konvertiert dieses integrierte Signal während der Zeitdauer 802. Die digitalisieren Ausgangsspannungen von aufeinanderfolgenden Strahlschritten 900 sind in Fig. 9 dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. 9 die Ausgangsspannungen eines Elektronenstrahls 207 (Fig. 2), der in Richtung und über das X- Achsengitter 703 (Fig. 7) in Einheiten von 0,005 Mikrometern schrittweise bewegt wurde. Ein konventioneller Elektronenstrahl (der ein gerundetes Bild projiziert) erzeugt umso weniger Strom (über die Fotodiode 205) desto größer der Abstand von der Strahlmitte ist. Somit ist, wie durch die Signalform 1000 in Fig. 10 dargestellt ist, die Elektronenstrahlstromdichte bei 0,05 Mikrometer Abstand von der Strahlmitte 1001 etwa halb so groß. Entsprechend den Fig. 9 und 10 wird der Gitterrand 901 als relative Strahlposition 905 bei im Wesentlichen dem Mittelwert (d. h. 50%) der abgetasteten Ausgangsspannung 904 bestimmt. Die Punkte 902 und 903 kennzeichnen die relative Strahlposition 905 mit 0,05 Mikrometer vom Strahlmittelpunkt 1001 entfernt, der wiederum der Gitterrandposition 901 entspricht. Die relative Position des Elektronstrahls 207, der das Halterungsgitter 206 überquert, wird im Schritt 105 (Fig. 1) unter Anwendung der bekannten inkrementalen Abweichung für jeden Schritt 900 bestimmt. Auf diese Weise wird die Position des X-Gitters 703 ermittelt. Diese Gitterposition ist eine relative Position und wird prinzipiell verwendet, um die Strahlabweichung mit der Zeit oder der Temperatur zu ermitteln. Insbesondere wenn es keine Strahlabweichung gibt, hat die gleiche angewendete Ablenkung die gleiche Verstärkerausgangsspannung zur Folge. Somit wird diese erste Kalibriermessung als ein Referenzpunkt verwendet und alle nachfolgenden Kalibriermessungen werden mit diesem Referenzpunkt verglichen.
Entsprechend den Fig. 1, 2 und 7 wird eine ähnliche Prozedur in den Schritten 106A- 106F ausgeführt, um die relative Position des Y-Gitters zu bestimmen, wobei kleine inkrementale Ablenkungen in der Y-Ablenkeinheit 251B angewendet werden, bis erkannt wird, dass der Strahl den Y-Gitterrand 704A überstreicht. Zu beachten ist, dass nachdem sowohl die X-Gitter als auch die Y-Gitterpositionen bekannt sind, die Position des Substrats 204 (Fig. 3) ebenfalls bekannt ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet herkömmliche Datenreduzierverfahren, um die Position des X-Gitters und des Y-Gitters zu ermitteln, insbesondere wenn der Elektronenstrahl 307 (Fig. 2) vollständig auf die Fotodiode 305 oder vollständig auf das Halte rungsgitter 306 trifft, wird relativ wenig Information über die Strahlposition erhalten. Es werden jedoch essentielle Daten erhalten, wenn der Elektronenstrahl 307 über den Rand des Gitters, d. h. den X-Gitterrand 703A oder den Y-Gitterrand 704A (Fig. 7), streicht. Daher minimiert üblicherweise eine Computersoftware den Betrag der Zeit zum Ablenken des Pixels weg vom Halterungsgitter 306. Eine herkömmliche Software, beispielsweise entweder eine Gausskurvenfitroutine (für Einzelpixelanwendungen) oder ein Fitprogramm der kleinsten Quadrate (für mehr Pixelanwendungen), ermittelt die exakte Position des Elektronenstrahls 307 durch Verwenden der Daten, wenn der Strahl auf dem Rand ist. In einer Ausführungsform ermittelt die Software den Mittelpunkt des Elektronenstrahls 207 (vergleiche Fig. 9 und 10), wohingegen in anderen Ausführungsformen die Software ein Verarbeitungsschema für digitale Signale bereitstellt, um die Genauigkeit zur Bestimmung anderer Prozentsätze der abgetasteten Ausgangsspannung zusätzlich zu dem 50%-Spannungsausgangssignal zu erhöhen. Diese Werte werden an die Kurve 900 angepasst, die für jeden Stroboskopzyklus als gleichmäßig betrachtet wird.
Im Schritt 108 wird das nächste zu kalibrierende Pixel ausgewählt. Anschließend werden die Schritte 101-107 wiederholt bis das letzte Pixel kalibriert ist. Für jedes Pixel wird das Halterungsgitter 206 mittels der Halterungspositionssteuerungen 201A und 201B auf eine neue Kalibrierstelle positioniert. In einer weiteren Ausführungsform wird der Elektronenstrahl 207 mittels der Strahlablenkungen 251A und 251B bewegt. Die relative Platzierung jeder Halterungsgitterposition ist aufgrund der Betriebsweise des System 202, das ein Laserinterferometer 212, eine Schwingungskorrekturvorrichtung 213 und eine Halterungspositionssteuerung 201 umfasst, genau bekannt. Da das inkrementale Ablenksummationssignal 250 genau bekannt ist (mittels Kalibrierung mit geringer Geschwindigkeit) ebenso wie die Position des Halterungsgitters 203, wird die Position jedes Pixels in der vorliegenden Erfindung exakt ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Signal-zu- Rauschen-Verhältnis deutlich verbessert, indem mehrere zusammenhängende Pixel belichtet werden, wie dies in Fig. 11A gezeigt ist. In dieser Ausführungsform wird angenommen, das beliebige nichtlineare Fehler innerhalb der Pixelgruppe vernachlässigbar sind. Wenn die Pixelgruppe 1100 (beispielsweise eine Gruppe aus fünf Pixeln) langsam schrittweise über das Gitter 1107 bewegt wird, hängt das Ausgangssignal des Ladungs verstärkers (nicht gezeigt) von der Bewegungsrichtung ab. Wenn die normale Rasterabtastung in der Y-Richtung liegt (durch Pfeile 1108 angedeutet), erzeugt die in der X- Richtung über den Y-Gitterrand 1101 vorwärtsschreitende Pixelgruppe 1100 eine Signalform 1103, die in Fig. 11B gezeigt ist. Die Signalgestalt, d. h. die Signalform 1103, ist im Wesentlichen identisch mit einer "Einzelpixel"-Signalform 1104; jedoch ist die maximale Signalamplitude N mal größer als die Einzelpixelamplitude, wobei N die Anzahl der zusammenhängenden belichteten Pixel ist. Da angenommen wird, dass alle Pixel innerhalb der Gruppe 1100 linear sind, wird die Position eines einzelnen Pixels unter Verwendung bekannter Dateninterpolationsverfahren ermittelt.
Die Pixelgruppe 1100 wird schrittweise über den X-Gitterrand 1102 in einem Abstand von N Pixeln bewegt, um das volle Ausgangssignal zu erhalten. Wiederum wird der Mittelpunkt jedes Pixels in der Pixelgruppe 1100 durch Interpolieren der Daten aus den integrierten Signalen ermittelt, wie dies in Fig. 11C gezeigt ist. Zu beachten ist, dass diese Signalform nur dann erhalten wird, wenn das X-Gitter wesentlich breiter als die Pixelgruppe 1100 ist.
In einer weiteren, in den Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Gestaltung des Elektronenstrahls und der Reflexionsmarkierungen bzw. -markierung abhängig davon variiert, ob der Strahl zur Messung der X-Position oder Messung der Y-Position des Substrat schrittweise bewegt wird. Die Fig. 12A und 12B zeigen einen Elektronenstrahl 1200, der in einer Richtung 1203 über eine Reflexionsmarkierung 1202 zur Messung der Y-Position des Substrats 1201 schrittweise bewegt wird. Die Reflexionsmarkierung 1202 besitzt eine typische Länge 1204 von 1024 um. Der sich schrittweise über die Reflexionsmarkierung 1202 bewegende Strahl 1200 erzeugt zurückgestreute Elektronen 1220, die anschließend detektiert und vom Elektronendetektor 1221 und Ladungsverstärker 1222 jeweils angesammelt werden (vergleiche ebenfalls Fig. 4). Die vom Ladungsverstärker 1222 integrierten Ladungspakete ergeben eine in Fig. 12C gezeigte Signalfarm 1206, die bei voller Auslenkung einen relativen Signalwert 1205B von beispielsweise 10 Volt und bei einem einzelnen Pixel einen Relativsignalwert 1205A von beispielsweise 5 mV ergibt. Der Ladungsverstärker 1222 erreicht schnell den Gesamtabtastungswert 1205B nach der Entfernung 1207, die typischerweise 0,5 um beträgt. Dieses Verfahren zur Bestimmung der X-Position liefert die folgenden Vorteile im Vergleich zur zuvor beschriebenen Einzelpixelabtastung: ein schärferes Signal, wenn der Strahl 1200 sich über den Rand der Reflexionsmarkierung 1202 bewegt, ein verbessertes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis und eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen (beispielsweise Stößen) an der Reflexionsmarkierung 1202 (d. h. mehrere Pixel neigen dazu, diese Schwankungen über die Länge der Abtastung herauszumitteln).
Die Fig. 13A und 13B zeigen einen Elektronenstrahl 1300, der mehrere "Strahlfinger" bzw. Strahlbereiche umfasst. In dieser Ausführungsform werden drei Strahlbereiche 1200A bis 1200C, die sich in einer Richtung 1310 schrittweise bewegen, bereitgestellt, um die Y-Position des Substrats 1301 zu ermitteln. Die Bereiche bzw. Finger 1300A bis 1300C werden jeweils schrittweise über die Reflexionsmarkierungen 1202A bis 1202C bewegt. Zu beachten ist, dass die Länge 1309 eines Fingers bzw. Bereichs 1300 z. B. der Bereich 1300A, kleiner als die Länge 1308 einer Reflexionsmarkierung 1302, beispielsweise der Markierung 1302A, ist. Typischerweise beträgt die Länge 1309 des Fingers 1300 näherungsweise 150 um, wohingegen die Länge 1308 der Markierung 1302 näherungsweise 200 um beträgt. Das schrittweise Bewegen des Strahls 1300 über die mehreren Reflexionsmarkierungen 1302 erzeugt zurückgestreute Elektronen 1320, die mittels des Elektronendetektors 1321 und des Ladungsverstärkers 1322 detektiert und angesammelt werden. Der Ladungsverstärker 1322 liefert eine in Fig. 13C gezeigte Signalform 1311, das den Gesamtabtastungswert nach einer Entfernung 1312, die der Länge des Fingers 1300 (in dieser Ausführungsform 150 um) entspricht, erreicht.
In einer modifizierten Ausführungsform, die mit Bezug zu den Fig. 13A und 13B beschrieben ist, weisen die Finger bzw. Bereiche 1300A'-1300C' und die Reflexionsmarkierungen 1302A'-1302C' eine deutlich verringerte Größe auf Insbesondere ist die Länge 1304 z. B. des Fingers bzw. Bereichs 1300B' ungefähr 2,0 um, während die Länge 1313 z. B. der Reflexionsmarkierung 1302B' ungefähr 2,5 um beträgt. Anzumerken ist, dass die Anzahl der Finger bzw. Bereiche 1300' und der entsprechenden Reflexionsmarkierung 1302' erfindungsgemäß zwischen 3 und 200 schwankt. Der Ladungsverstärker 1322 liefert eine in der Fig. 13E gezeigte Signalform 1315, die den Gesamtabtastungswert nach einer Entfernung 1316 erreicht. Die Entfernung 1316 entspricht der Länge 1314 des Fingers 1300' (in dieser Ausführungsform 2,0 um). Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert die folgenden Vorteile: kleinere Bereiche bzw. Finger 1300' erlauben schärfere Signalränder und verbessern die Genauigkeit gegenüber der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform, und mehrere Finger bzw. Bereiche 1300' verbessern die Signalpegel und mitteln kleine Strahlschwankungen heraus. Die Position jedes Pixels in den Bereichen 1300' (Fig. 13D), in den Bereichen 1300 (Fig. 13B) oder des Strahls 1200 (Fig. 12) wird mittels Interpolation, wie dies zuvor detailliert beschrieben wurde, ermittelt.
Nach der Bestimmung der Position jedes Pixels wird ein beliebiges bekanntes Datenreduktionsverfahren angewendet, um die Qualität der Strahlablenkung, d. h. die Linearität des Rasterabtastens sowohl in der X- als auch in der Y-Ablenkungsachse, die Rasterabtastungslänge und die Abtastungsdrift in Abhängigkeit von der Zeit oder Temperatur, zu analysieren.
Somit liefert ein Messsystem für die Stahlparameter und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung deutliche Vorteile gegenüber einem System bzw. Verfahren gemäß dem Stand der Technik; dazu gehören ohne Anspruch auf Allgemeinheit folgende Vorteile:
1. Betrieb bei einer normalen Ablenkrate bzw. Geschwindigkeit, d. h. bei der Ablenkgeschwindigkeit, die während der Fotolackbelichtung verwendet wird, wodurch die Positionsbestimmungsgenauigkeit gesteigert wird,
2. Integration mehrerer Ladungspakete, wodurch Verstärker mit geringerer Verstärkung einsetzbar sind, wodurch sich das Signal-zu-Rauschen-Verhalten verbessert,
3. Verwendung eines Ladungsverstärkers, der eine vorhersagbare Signalform liefert, wodurch sich die Problematik der Zeitablaufsteuerung verringert, und
4. Verwendung einer Resetfunktion, wodurch sich der Durchsatz von wiederholten Messungen verbessert und die Zeitdauer, bevor eine neue Messung durchgeführt werden kann, minimiert wird.
Systeme im Stand der Technik (d. h. jene Systeme, die nicht die Resetfunktion bereitstellen, weisen eine Zeitkonstante auf, die mit dem Signalabfall eines Tiefpassfilters ver knüpft ist. Diese Abklingzeit ist typischerweise 5 bis 10 mal größer als die zur Signalaufnahme benötigte Zeit. Die vorliegende Erfindung stellt eine Resetfunktion bereit, die eine sofortige Nullsetzung des Signals erlaubt, wodurch eine unzulässige Zeitkonstante, die im Stand der Technik zu finden ist, vermieden wird.
Die Verwendung der Eigenschaften mehrerer Pixel ergibt mehrere Datentabellen. Beispielsweise beschreibt die Position eines einzelnen Pixels, die als Funktion der Zeit oder der Temperatur tabelliert ist, das Driften des Systems. In einer weiteren Tabelle werden die Positionen der Endpixel (oder der Pixel in der Nähe des Endes der Abtastung) aufgezeichnet, um Änderungen in der Rasterabtastlänge zu überwachen. In einer noch weiteren Tabelle werden die Positionen mehrerer Pixel mittels bekannter Kurvenfitverfahren mittels "kleinster Quadrate" analysiert, um Abweichungen von der idealen linearen Platzierung der Pixel aufzuzeichnen.
Die obige Beschreibung ist lediglich illustrativer Natur und somit nicht beschränkend. Obwohl sich beispielsweise die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf das Messen der Ablenkung eines Elektronenstahls beziehen, betreffen andere Ausführungsformen Ionenstrahlen. Ferner ist das oben beschriebene Verfahren und das erfindungsgemäße System in gleicher Weise sowohl in Lithografie- als auch Messtechniksystemen anwendbar. Die Erfindung wird in den angefügten Ansprüchen fortgesetzt.

Claims

1. Verfahren zur elektronischen Messung von Ablenkfehlern eines zur Rasterabtastung verwendeten geladenen Partikelstrahls (207, 1300,1200) mit den Schritten:

a) Wählen einer vorbestimmten Strahlposition (705) für den zu kalibrierenden, zur Rasterabtastung verwendeten geladenen Partikelstrahl;

b) Bereitstellen einer Referenzstruktur (316, 1102, 1202, 1302) in der Nähe der vorbestimmten Strahlposition und eines Detektionssystems (205) zum Erfassen eines Strahlsignals, das den Grad der Wechselwirkung des zur Rasterabtastung verwendeten geladenen Partikelstrahls mit der Referenzstruktur repräsentiert;

gekennzeichnet durch

c) Stroboskopartiges Pulsen des zur Rasterabtastung verwendeten geladenen Partikelstrahls, um somit einen quasi stationären Strahl an der vorbestimmten Position (705) bereitzustellen;

d) Integrieren des Strahlsignals für eine vorbestimmte Anzahl (N) von stroboskopartigen Pulsen, und Ausgeben eines integrierten Signals;

e) Ändern der vorbestimmten Strahlposition in vorbestimmten Inkrementen bis die Strahlposition die Referenzstruktur überquert hat,

f) wobei an jeder inkrementalen Strahlposition die Schritte c) und d) wiederholt werden.

2. Das Verfahren nach Ansprach 1, wobei eine Referenzstruktur mit einer ersten und einer zweiten Achse bereitgestellt wird, und wobei die Schritte d) bis f) des Anspruchs 1 ausgeführt werden, bis die Strahlposition sowohl die erste als auch die zweite Achse der Referenzstruktur überquert hat.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Integrieren des Strahlsignals mittels eines Verstärkers (620) ausgeführt wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin den Schritt umfasst: Zurücksetzen des Verstärkers (620) und Versetzen des Verstärkers in einen Integrationsmodus jedes Mal bevor eine Messung an einer gegebenen Strahlposition durchgeführt wird.

5. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt c) das Beschreiben der vorbestimmten Strahlposition für N-Abtastungen miteinschließt, wobei N eine vorbestimmte Ganzzahl ist.

6. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche weiterhin mit den Schritten: Konvertieren einer Ausgangsspannung des Verstärkers in ein digitales Signal und Speichern des digitalen Signals.

7. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt a) des Anspruchs 1 Auswählen von mehreren Pixeln (1100) umfasst.

8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mehreren Pixel zusammenhängend sind.

9. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Referenzstruktur ein Gitter (316) ist.

10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gitter reflektierende Segmente (442) auf einem Substrat umfasst.

11. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Gitter zumindest eine streuende Markierung auf einer durchlässigen Oberfläche umfasst.

12. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geladene Teilchenstrahl zur Rasterabtastung mehrere Strahlbereiche (1302a, 1302b, 1302c), die linear angeordnet sind, umfasst.

13. Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geladene Teilchenstrahl zur Rasterabtastung in einem Lithografiesystem angewendet wird.

14. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der geladene Teilchenstrahl zur Rasterabtastung in einem messtechnischen System angewendet wird.

15. System zur elektronischen Messung von Ablenkfehlern eines geladenen Partikelstrahls zur Rasterabtastung (207), der zur Strukturierung eines Substrats (204) verwendet wird, mit:

einer Einrichtung (203) zum Positionieren des Substrats (204);

einer Referenzstruktur (206, 1202, 1302), die an der Einrichtung (203) zum Positionieren befestigt ist;

einem Detektor, der so positioniert ist, um geladene Teilchen aus der Referenzstruktur aufzunehmen;

einen mit dem Detektor (205) gekoppelten Ladungsverstärker (210); und

einer Einrichtung zum Übertragen eines Signals aus dem Ladungsverstärker zu der Einrichtung zum Positionieren

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (209) zum stroboskopartigen Pulsen des geladenen Partikelstrahls, um so einen quasi stationären Strahl an einer vorbestimmten Position auf dem Substrat bereitzustellen.

16. Das System nach Anspruch 15, wobei der Ladungsverstärker (210) umfasst:

einen Operationsverstärker (620);

ein parallel mit dem Operationsverstärker verbundenes kapazitives Element (622);

eine parallel mit dem Operationsverstärker verbundene Einrichtung (623) zum Schalten;

eine in Reihe mit der Einrichtung zum Schalten verbundene Offsetjustierung (624); und

eine Anstiegsfeinjustierung (625), die zwischen die Offsetjustierung und die Einrichtung zum Schalten gekoppelt ist.

17. Das System nach Anspruch 16, wobei der Detektor (205) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (620) verbunden ist.

18. Das System nach Anspruch 17, wobei eine erste Spannungsquelle mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (620) verbunden ist.

19. Das System nach Anspruch 18, wobei die Offsetjustierung (624) und die Anstiegsfeinjustierung (625) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden sind.

20. Das System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Referenzstruktur ein Gitter (206) ist, das über dem Detektor (205) positioniert ist.

21. Das System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Referenzstruktur eine Reflexionsmarkierung (442) auf dem Substrat (404) ist, und wobei der Detektor (205) über dem Substrat positioniert ist.

22. Das System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Referenzstruktur eine streuende Markierung auf einer durchlässigen Oberfläche ist, und wobei der Detektor unter der durchlässigen Oberfläche positioniert ist.

23. Das System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das System ein lithografisches System ist.

24. Das System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das System ein messtechnisches System ist.