DE102014118135B4

DE102014118135B4 - Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät

Info

Publication number: DE102014118135B4
Application number: DE102014118135.2A
Authority: DE
Inventors: c/o Advantest Corp. Hamaguchi Shinichi; c/o Advantest Corp. Kurokawa Masaki; c/o Advantest Corp. Sugatani Shinji; c/o Advantest Corp. Yamada Akio
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2022-07-14
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: DE102014118135A1; JP6215061B2; JP2015133400A; US20150200074A1; US9478396B2

Abstract

Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät (10; 20; 30; 40; 50), umfassend:eine Ladungsteilchenquelle (1), dazu ausgelegt, einen Ladungsteilchenstrahl zu emittieren,eine Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24), die eine Vielzahl von in einer Linie angeordneter Öffnungen (21a) enthält und dazu ausgelegt ist, den Ladungsteilchenstrahl in eine Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu formen, wobei die Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) eine Vielzahl von Linien von Öffnungen (21a) aufweist und die Öffnungen (21a) in den Linien der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) die gleiche Form aufweisen und im gleichen Abstand angeordnet sind,eine Austastplatte (31, 34), die Öffnungsbereiche (31a) und Austastelektroden (31b, 31c) aufweist und dazu ausgelegt ist, die Ladungsteilchenstrahlen einzeln abzulenken, wobei die Öffnungsbereiche (31a) an den Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) in entsprechenden Bereichen vorgesehen sind, die Öffnungsbereiche (31a) von der gleichen Größe und die Austastelektroden (31b, 31c) in einer Vielzahl von Linien im gleichen Abstand angeordnet sind und die Austastelektroden (31b, 31c), die in einer zu den Linien senkrechten Richtung benachbart sind, miteinander parallel verbunden sind,eine Abschlussöffnungsplatte (5), dazu ausgelegt, die von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen zu blockieren und die nicht von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen hindurchzulassen,ein Ladungsteilchen-Optiksystem, dazu ausgelegt, die von der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) geformte Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen in der Größe zu verkleinern und davon ein Bild auszubilden,eine Bühnenvorrichtung (7), dazu ausgelegt, ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Vielzahl von Linienstrukturen in einem bestimmten Abstand ausgebildet sind, zu halten und zu bewegen,ein optisches System (3) zur asymmetrischen Belichtung, das zwischen der Ladungsteilchenquelle (1) und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Ladungsteilchenquelle (1) emittierten Ladungsteilchenstrahl in einen Strahl mit einem Querschnitt zu verformen, der entlang der Linie der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) gestreckt ist,einen Auswahldeflektor (62a, 62b), der zwischen dem optischen System (3) zur asymmetrischen Belichtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Position auf der mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlten Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) zu ändern, undeine Steuerung (13), dazu ausgelegt, eine Belichtung einer vorgegebenen Struktur auf dem Halbleitersubstrat durch Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) und An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) auszuführen.

Description

Die hierin diskutierten Ausführungsbeispiele betreffen ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät, welches eine Belichtung unter Verwendung einer Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen ausführt.
Stand der Technik
Mit der Entwicklung der Hochintegration von Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf nach einer Belichtungstechnik zum Erreichen feinerer Strukturen und eine neue Belichtungstechnik befindet sich in der Entwicklung. Eine derzeit verwendete Licht-Belichtungstechnik nutzt Licht von einer ArF-Quelle. Wegen der langen Wellenlänge eines solchen Lichts, gilt die Belichtung von komplizierten Strukturen mit einer Linienbreite von 10 nm oder weniger als schwierig mit dieser Belichtungstechnik.
Eine Ladungsteilchenstrahlen verwendende Belichtungstechnik ist deshalb vorteilhaft, weil Ladungsteilchenstrahlen sehr kurze Wellenlängen aufweisen und deshalb im Grunde eine hohe Auflösung bieten. Allerdings ist es mit der Ladungsteilchenstrahlen verwendenden Belichtungstechnik schwierig, Ladungsteilchenstrahlen mit ausreichender Intensität zu erhalten. Aus diesem Grund kann keine brauchbare Verarbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden, wenn nur die Ladungsteilchenstrahl-Belichtungstechnik zur Zeichnung feiner Strukturen verwendet wird.
Daher wurde eine komplementäre Lithographie vorgeschlagen, bei der eine Immersionsbelichtungstechnik unter Einsatz einer ArF-Lichtquelle und eine Ladungsteilchenstrahl-Belichtungstechnik in komplementärer Weise verwendet werden.
Bei der komplementären Lithographie wird eine einfache Linienrasterstruktur unter Verwendung von Doppelstrukturierung durch die Immersionsbelichtung unter Einsatz der ArF-Lichtquelle ausgebildet. Als nächstes werden durch die Ladungsteilchenstrahl-Belichtung ein Schneiden der Linienstrukturen und Ausbilden von Durchgangslöchern ausgeführt.
Bei dieser Lithographietechnik beträgt die Fläche eines mit Ladungsteilchenstrahlen belichteten Bereichs nur etwa einige Prozent der Gesamtfläche der Struktur. Aus diesem Grund kann die Belichtung mit geringerer Strahlung ausgeführt werden, als im Fall, bei dem die Belichtung unter Verwendung nur von Elektronenstrahlen für die gesamte Fläche ausgeführt wird. Dies erhöht möglicherweise den Durchsatz.

Patentdokument 1: JP S61 - 187 334 A
Nicht-Patentdokument 1: Yasuda et al., Japanese Journal of Applied Physics, Band 32, 6012 (1993)

Aus B. Lischke et al., An e-beam comb-probe printer for nanolithography, Microelectronic Engineering 9 (1989), 199-203, ist ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät bekannt, das eine Steuerplatte mit mehreren Öffnungen enthält. Aus R. Freed et al., Reflective electron-beam lithography: progress toward high-throuput production capability, Proc. of SPIE, Vol. 8323 ist die Verwendung einer Mehrzahl von Schreibvorrichtungen zur Verbesserung des Durchsatzes bekannt. DE 10 2008 062 450 A1 beschreibt eine Anordnung zur Beleuchtung eines Substrats mit mehreren individuell geformten steuerbaren Partikelstrahlen für die Elektronenstrahllithographie in der Halbleiterindustrie. H. Schäfer et al., Advances in the electron optical design of a multi e-beam comb probe printer, Microelectronic Engineering 11 (1990), 355-358, beschreibt ein Mehrelektronenstrahl-Belichtungsgerät mit einer Aperturplatte mit mehreren Löchern.
Zusammenfassung
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät bereitzustellen, das für die Lithographie unter Verwendung von Lichtbelichtung und Ladungsteilchenstrahlbelichtung bei einer komplementären Lithographie geeignet ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der unten offenbarten Technik wird ein Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät bereitgestellt, enthaltend: eine Ladungsteilchenquelle, dazu ausgelegt, einen Ladungsteilchenstrahl zu emittieren, eine Strahlformungs-Öffnungsplatte, die eine Vielzahl von in einer Linie angeordneter Öffnungen enthält und dazu ausgelegt ist, den Ladungsteilchenstrahl in eine Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu formen, wobei die Strahlformungs-Öffnungsplatte eine Vielzahl von Linien von Öffnungen aufweist und die Öffnungen in den Linien der Öffnungen der Strahlformungs-Öffnungsplatte die gleiche Form aufweisen und im gleichen Abstand angeordnet sind, eine Austastplatte, die Öffnungsbereiche und Austastelektroden aufweist und dazu ausgelegt ist, die Ladungsteilchenstrahlen einzeln abzulenken, wobei die Öffnungsbereiche an den Öffnungen der Strahlformungs-Öffnungsplatte entsprechenden Bereichen vorgesehen sind, die Öffnungsbereiche (31a) von der gleichen Größe und die Austastelektroden (31b, 31c) in einer Vielzahl von Linien im gleichen Abstand angeordnet sind und die Austastelektroden (31b, 31c), die in einer zu den Linien senkrechten Richtung benachbart sind, miteinander parallel verbunden sind, eine Abschlussöffnungsplatte, dazu ausgelegt, die von der Austastplatte abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen zu blockieren und die nicht von der Austastplatte abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen hindurchzulassen, ein Ladungsteilchen-Optiksystem, dazu ausgelegt, die von der Strahlformungs-Öffnungsplatte geformte Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen in der Größe zu verkleinern und davon ein Bild auszubilden, eine Bühnenvorrichtung, dazu ausgelegt, ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Vielzahl von Linienstrukturen in einem bestimmten Abstand ausgebildet sind, zu halten und zu bewegen, ein optisches System zur asymmetrischen Belichtung, das zwischen der Ladungsteilchenquelle und der Strahlformungs-Öffnungsplatte angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Ladungsteilchenquelle emittierten Ladungsteilchenstrahl in einen Strahl mit einem Querschnitt zu verformen, der entlang der Linie der Öffnungen der Strahlformungs-Öffnungsplatte gestreckt ist, einen Auswahldeflektor, der zwischen dem optischen System zur asymmetrischen Belichtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Position auf der mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlten Strahlformungs-Öffnungsplatte zu ändern, und eine Steuerung, dazu ausgelegt, eine Belichtung einer vorgegebenen Struktur auf dem Halbleitersubstrat durch Bewegung der Bühnenvorrichtung und An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen synchron mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung auszuführen.
Gemäß dem Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät gemäß dem obigen Gesichtspunkt kann die Belichtung von Strukturen durch An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen synchron mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung ausgeführt werden. Dies ermöglicht eine Vereinfachung eines optischen Systems zum Einstellen der Bestrahlungspositionen der Ladungsteilchenstrahlen.
Die Bereitstellung des optischen Systems zur asymmetrischen Belichtung ermöglicht eine Verringerung des Verlusts von Ladungsteilchenstrahlen, so dass Ladungsteilchenstrahlen mit höherer Stromdichte erhalten werden. Somit kann der Belichtungsdurchsatz noch stärker erhöht werden.
Figurenliste

1A und 1B sind Darstellungen zur Erläuterung der komplementären Lithographie.
2 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine elektrostatische Quadrupol-Elektrode zeigt.
4A ist eine Darstellung, die einen mit einem Elektronenstrahl gemäß einem Vergleichsbeispiel bestrahlten Bereich zeigt, und 4B ist eine Darstellung, die einen mit einem Elektronenstrahl unter Nutzung eines asymmetrischen optischen Belichtungssystems bestrahlten Bereich zeigt.
5A ist eine Draufsicht auf eine Austastplatte und 5B ist eine entlang der Linie III-III in 5A genommene Querschnittansicht.
6A ist eine Darstellung, die zeigt, wie Strukturen beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet werden, und 6B ist eine Draufsicht, welche die Form von Öffnungsbereichen einer Strahlformungs-Öffnungsplatte zeigt.
7 ist eine Darstellung, die zeigt, wie die Bestrahlungsbereiche korrigiert werden, um einen Versatz einer Probe in einer Drehrichtung beim ersten Ausführungsbeispiel zu korrigieren.
8 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
9 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
10 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
11 ist eine Draufsicht auf eine Strahlformungs-Öffnungsplatte in 10.
12 ist eine Draufsicht auf eine Austastplatte in 10.
13 ist eine Darstellung, die zeigt, wie Auswahldeflektoren in 10 eine mit einem Elektronenstrahl bestrahlte Position auf der Strahlformungs-Öffnungsplatte ändern.
14 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einer Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels.
15 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
16 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
17 ist eine Darstellung, die ein Beispiel zeigt, wie Säulenzellen im Elektronenstrahl-Belichtungsgerät in 16 angeordnet sind.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Vor der Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird zunächst die komplementäre Lithographie erläutert.
1A und 1B sind Darstellungen zur Erläuterung der komplementären Lithographie.
Bei der komplementären Lithographie wird eine Schaltungsstruktur durch abwechselndes Überlagern von Schaltungsschichten, die jeweils aus einer Struktur von Querlinien ausgebildet sind, und Schaltungsschichten, die jeweils aus einer Struktur von vertikalen Linien ausgebildet sind.
1A zeigt ein Beispiel einer Linienrasterstruktur auf der N-ten Schicht der Schaltungsschichten auf einem Halbleitersubstrat und die Anordnung von Schnittstrukturen 83 zum Schneiden von Linienstrukturen der Linienrasterstrukturen. Bei der in 1A gezeigten Linienrasterstruktur sind Linienstrukturen 81a und Zwischenräume 82a, die bestimmte Breiten aufweisen und sich quer (in einer X-Richtung) erstrecken, abwechselnd angeordnet. Diese Linienrasterstruktur wird unter Verwendung einer Schmal-Abstands-Technik ausgebildet, die Immersionsbelichtung unter Nutzung einer ArF-Lichtquelle und Doppelstrukturierung kombiniert.
Die Schnittstrukturen 83 sind keine einfachen Linien, sondern feine rechteckige Strukturen. Daher ist es schwierig, die Schnittstrukturen 83 mit Lichtbelichtung unter Verwendung der ArF-Lichtquelle auszubilden. Aus diesem Grund wird die Belichtung der Schnittstrukturen 83 unter Verwendung von Elektronenstrahlen (Ladungsteilchenstrahlen) mit ausgezeichneter Auflösung ausgeführt.
In 1A sind Gitter bildende Linien 84a, 84b in Entwurfsdaten festgelegte Linien, um Anordnungspositionen der Strukturen zu kennzeichnen. Die Linienstrukturen 81a und die Zwischenräume 82a sind entlang der Querlinien 84a angeordnet.
Die Schnittstrukturen 83 sind andererseits entlang der vertikalen Linien 84b angeordnet. Die Form einer jeden Schnittstruktur 83 ist nicht beschränkt, sofern sie eine rechteckige Struktur ist, die eine Länge aufweist, welche die Linienstrukturen 81a kreuzweise vertikal schneiden. Wie es in 1A gezeigt ist, nehmen die Schnittstrukturen 83 nur einen kleinen Prozentsatz der gesamten Fläche ein. Somit kann selbst mit Elektronenstrahlbelichtung ein brauchbarer Durchsatz erzielt werden.
1B ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Positionszusammenhangs zwischen einer Linienrasterstruktur auf einer N+ 1-ten Schicht und der Schnittstruktur 83 auf der N-ten Schicht zeigt.
Wie in 1B gezeigt, ist die Linienrasterstruktur auf der N+1-ten Schicht durch abwechselndes Anordnen von Linienstrukturen 81b und Zwischenräumen 82b ausgebildet, welche bestimmte Breiten aufweisen und sich vertikal (in einer Y-Richtung) erstrecken. Die Linienstrukturen 81b sind entlang der vertikalen Linien 84b in den Entwurfsdaten angeordnet.
An Schnittstellen der Querlinienstrukturen 81a und den vertikalen Linienstrukturen 81b sind Durchgangslöcher ausgebildet, um diese Strukturen miteinander zu verbinden.
Bei seitlichem Versatz können sich die Schnittstrukturen 83 störend auf die Durchgangslochstrukturen auswirken. Aus diesem Grund müssen die Schnittstrukturen 83 akkurat zwischen den Linienstrukturen 81b angeordnet werden und es wird Genauigkeit in Querrichtung benötigt. Da die vertikale Länge einer jeden Schnittstruktur 83 größer ist als die Linienbreite einer jeden Linienstruktur 81a, ist andererseits ein vertikaler Versatz der Schnittstrukturen 83 nicht so problematisch.
Unter Fokussierung auf die Eigenschaften der oben beschriebenen Schnittstrukturen 83 wird in den folgenden Ausführungsbeispielen ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät mit einfachem Geräteaufbau beschrieben, das zu effizienter Elektronenstrahlbelichtung unter Verwendung vieler Elektronenstrahlen fähig ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
2 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 2 gezeigt, enthält ein Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Gehäuse (Säulenzelle) 11, in dem eine Elektronenkanone 1, die dazu geeignet ist, einen Elektronenstrahl EB zu erzeugen, und ein optisches System des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 10 untergebracht sind, eine unter der Säulenzelle 11 angeordnete Bühnenvorrichtung 7 und eine Steuerung 13, die dazu geeignet ist, jede Einheit zu steuern.
Die Elektronenkanone 1 in der Säulenzelle emittiert den Elektronenstrahl EB₀ mit einer vorgegebenen Beschleunigungsspannung (beispielsweise 50 keV). Durch Führen durch eine Öffnung 2a einer ersten Öffnungsplatte 2 wird der Elektronenstrahl EB₀ in einen Strahl mit kreisrundem Querschnitt, symmetrisch um eine optische Achse C, geformt.
Unter der ersten Öffnungsplatte 2 ist ein optisches System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung angebracht, das durch Verformen des Elektronenstrahls EB₀ in einen Elektronenstrahl mit einem länglichen Querschnitt, der in einer Richtung (der X-Richtung) lang und in der anderen Richtung (der Y-Richtung) kurz ist, einen Elektronenstrahl EB₁ erzeugt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des optischen Systems 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung als eine Gruppe elektrostatischer Quadrupol-Linsen zeigt.
Wie in 3 gezeigt, ist das optische System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung aus elektrostatischen Quadrupol-Elektroden 51a ausgebildet, die um die optische Achse C angeordnet und in vier Schichten gestapelt sind, und erzeugt nahe der optischen Achse C ein elektrisches Quadrupol-Magnetfeld. Der Elektronenstrahl EB₁ mit länglichem Querschnitt kann durch geeignete Einstellung dieses elektrostatischen Quadrupol-Magnetfelds ausgebildet werden.
Der Elektronenstrahl EB₁ wird auf einen Bestrahlungsbereich S₁ einer Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 appliziert.
Die Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ist mit einer Linie von Öffnungsbereichen 21a, die in der gleichen Richtung wie die Längsrichtung (X-Richtung) des Bestrahlungsbereich S₁ für den Elektronenstrahl EB₁. Diese Öffnungsbereiche 21a formen den Elektronenstrahl EB₁ in eine Vielzahl von Elektronenstrahlen EB₃, und zwar so viele wie es Öffnungsbereiche 21a gibt.
4A ist eine Darstellung, die einen Bestrahlungsbereich S₉₉ für den Elektronenstrahl EB₁ gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt, und 4B ist eine Darstellung, die den Elektronenstrahl-Bestrahlungsbereich S₁ für den Elektronenstrahl EB₁ gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
Beim in 4A gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Elektronenstrahl, der einen kreisrunden Querschnitt aufweist, direkt appliziert, ohne Verwendung des optischen Systems 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung. Somit nehmen die Öffnungsbereiche 21a nur einen kleinen Prozentsatz des Bestrahlungsbereichs S₉₉ ein. Beim Vergleichsbeispiel wird deshalb ein Großteil der von der Elektronenkanone 1 emittierten nicht genutzt und verworfen und die Stromdichte der durch die Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 laufenden Elektronenstrahlen EB₃ ist gering.
Im Gegensatz dazu wird der Elektronenstrahl EB₁ bei diesem Ausführungsbeispiel, wie in 4B gezeigt, auf die Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 appliziert, nachdem er durch das optische System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung in einen Strahl mit länglichem Querschnitt wurde. In diesem Fall nehmen die Öffnungsbereiche 21a einen größeren Prozentsatz des Bestrahlungsbereichs S₁ für den Elektronenstrahl EB₁ ein, was ermöglicht, dass mehr Elektronen für die Belichtung genutzt werden. Daher können die Elektronenstrahlen EB₃ mit einer größeren Stromdichte erzeugt werden, was ermöglicht, dass eine Struktur durch Aufstrahlung in kürzerer Zeit gezeichnet werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 in einer Linie in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich die Bühnenvorrichtung 7 während der Belichtung bewegt, so dass sich gleichzeitig die Vielzahl von Elektronenstrahlen EB₃ bewegt.
In 2 ist unter der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 eine Austastplatte 31 angeordnet.
5A ist eine vergrößerte Draufsicht auf die Austastplatte 31 und 5B ist eine entlang der Linie III-III in 5A genommene Querschnittansicht.
Wie in 5A gezeigt, ist die Austastplatte 31 nahe der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 angeordnet und in einem Hauptkörper 31e der Austastplatte 31 sind Öffnungen 31a vorgesehen. Die Öffnungen 31a sind alle größer als jeder Öffnungsbereich 21a und ermöglichen den Elektronenstrahlen EB₃ durch sie hindurchzulaufen. An den Seiten einer jeden Öffnung 31a sind Austastelektroden 31b, 31c vorgesehen. Die Austastelektroden 31b, 31c sind über Zwischenverbindungen 31d und (nicht gezeigte) Anschlussklemmen mit einer Steuerschaltung verbunden. Die Austastelektroden 31b, 31c und die Zwischenverbindungen 31d sind integral durch Strukturierung eines Halbleiterfilms auf dem Hauptkörper 31e der Austastplatte 31 ausgebildet, wobei der leitfähige Film eine Dicke von etwa mehreren Mikrometern bis mehreren zehn Mikrometern aufweist. Die Austastelektroden 31b, 31c sind vorzugsweise auf einer Oberfläche ausgebildet, die der Ablaufseite der Elektronenstrahlen EB₃ entspricht, um eine Beschädigung durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen zu verhindern.
Wie in 5B gezeigt, werden die Elektronenstrahlen EB₃, die durch die Öffnungen 31a gelaufen sind, größtenteils gebeugt, wenn Spannung an die Austastelektroden 31b, 31c angelegt wird, wie es mit einer als OFF bezeichneten Bahn gezeigt ist. Im Ergebnis wird ein durch die Austastelektroden 31b, 31c gebeugter Elektronenstrahl EB_OFF zu einem Äußeren einer Öffnung 5a einer unter der Austastplatte 31 angeordneten Abschlussöffnungsplatte 5 geleitet und wird durch die Abschlussöffnungsplatte 5 blockiert.
Wenn andererseits keine Spannung an die Austastelektroden 31b, 31c angelegt wird, laufen die Elektronenstrahlen EB₃ durch die Öffnung 5a der Abschlussöffnungsplatte 5. Mit anderen Worten, die AN/AUS-Steuerung eines jeden der Elektronenstrahlen EB₃ kann durch Anlegen oder Nicht-Anlegen von Spannung an die entsprechenden Austastelektroden 31b, 31c erreicht werden.
Unterhalb der Austastplatte 31 sind eine erste elektromagnetische Linse 4a, eine zweite elektromagnetische Linse 4b, eine dritte elektromagnetische Linse 4c und eine vierte elektromagnetische Linse 4d vorgesehen. Das Zusammenwirken dieser ersten bis vierten elektromagnetischen Linsen 4a bis 4d ermöglicht, dass Bilder der Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 mit einem vorgegebenen Verkleinerungsverhältnis α verkleinert und auf einer Oberfläche einer Probe 80 ausgebildet wird.
Die Abschlussöffnungsplatte 5 befindet sich zwischen der zweiten elektromagnetischen Linse 4b und der dritten elektromagnetischen Linse 4c. Die kreisrunde Öffnung 5a ist in der Abschlussöffnungsplatte 5 nahe der optischen Achse C vorgesehen und nur die nicht von der Austastplatte 31 reflektierten Elektronenstrahlen EB₃ gelangen durch die Öffnung 5a.
Unter der Abschlussöffnungsplatte 5 ist ein Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 vorgesehen. Dieser Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 weist ein Paar Elektrodenplatten auf, das entlang der Linie der Öffnungsbereiche 21a (der X-Richtung) auf solche Art und Weise angeordnet ist, dass die optische Achse C dazwischen verläuft. Der Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 ermöglicht die Feineinstellung der Bestrahlungsposition der Elektronenstrahlen EB₃ in der X-Richtung.
Die Bühnenvorrichtung 7 ist unter der Säulenzelle 11 vorgesehen. Die Bühnenvorrichtung 7 hält die Probe 80 auf seiner oberen Oberfläche und wird durch eine Antriebsvorrichtung 8 in die Lage versetzt, sich horizontal zu bewegen und zu drehen.
Längsseits der Bühnenvorrichtung 7 ist ein aus einem Laser-Interferometer ausgebildeter Positionssensor 9, ein Liniensensor oder dergleichen vorgesehen, um eine genaue Messung der Position der Bühnenvorrichtung 7 auf Mikrometerbasis zu ermöglichen. Ein Messergebnis des Positionssensors 9 wird zur Steuerung der Antriebsvorrichtung 8 und Steuerung des Bühnenrückkopplungsdeflektors 6 verwendet.
Beim Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 10 gemäß diesem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Belichtung von Schnittstrukturen und Durchgangslöchern ausgeführt, während die Bühnenvorrichtung 7 in der Richtung senkrecht zur Linie der Öffnungsbereiche 21a (der X-Richtung) bewegt wird. Im Folgenden wird ein Belichtungsverfahren zum Zeichnen einer Struktur bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
6A ist eine Darstellung, die Bestrahlungsbereiche 23 von Elektronenstrahlen zur Belichtung der Linienstrukturen 81a auf der N-ten Schicht zeigt, und 6B ist eine vergrößerte Darstellung, welche die Gestalt und die Anordnung der Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 zeigt. Man beachte, dass in 6B Öffnungsbereiche 21a zur Belichtung von Schnittstrukturen als Beispiel dargestellt sind. Obgleich hierin Schnittstrukturen beschrieben werden, kann für Durchgangslochstrukturen sowie durch Änderung der Form und der Bestrahlungsposition eine gleichartige Belichtung verwendet werden.
Wie in 6A gezeigt, werden die Elektronenstrahlen EB₃ auf einer Oberfläche der Probe 80 an den Bestrahlungsbereichen 23 aufgebracht, welche durch Verkleinern des Bilds von Öffnungsbereichen 21a mit einem vorgegebenen Verkleinerungsverhältnis α erhalten werden. Diese Bestrahlungsbereiche 23 sind rechteckig und an den Zwischenraumbereichen zwischen den Linienstrukturen 81b auf der N+1-ten Schicht angeordnet.
Ein Abstand P₂ der Bestrahlungsbereiche 23 ist gleich dem Abstand der Linienstrukturen 81b auf der N+1-ten Schicht. Eine Breite A₂ eines jeden Bestrahlungsbereichs 23 in X-Richtung ist so festgelegt, dass sie gleich oder kleiner ist als eine Breite D₂ eines Zwischenraums zwischen den benachbarten Linienstrukturen 81b. Eine Länge B₂ des Bestrahlungsbereichs 23 in Y-Richtung ist so festgelegt, dass sie größer ist als eine Breite D₁ der Linienstruktur 81a auf der N-ten Schicht.
Um einen solchen Bestrahlungsbereich 23 zu bilden, werden eine Breite A₁, eine Länge B₁ und ein Abstand P₁ eines jeden Öffnungsbereichs 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 durch Verkleinern der Breite A₂, der Länge B₂ und des Abstands P₂ des Bestrahlungsbereichs 23 mit dem vorgegebenen Verkleinerungsverhältnis α erhalten.
Man beachte, dass die Breite, die Länge und der Abstand der Schnittstrukturen entsprechend der die Linienbreite und den Abstand der Linienstrukturen definierenden Prozesstechnologie variieren. Somit kann bei diesem Beispiel die Belichtung der Probe 80 für eine andere Prozesstechnologie unter Verwendung einer anderen Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ausgeführt werden, die mit den Öffnungsbereichen 21a mit der Größe und dem Abstand, die dieser Prozesstechnologie entsprechen, versehen ist.
Während die Bühnenvorrichtung 7 unter Lenkung der Steuerung 13 in der durch Pfeil M in 6A angegebenen Richtung bewegt wird, wird als nächstes durch Anschalten von gewünschten Elektronenstrahlen EB₃, zum Zeitpunkt, wenn die Bestrahlungsbereiche 23 mit den Linienstrukturen 81a auf der N-ten Schicht kreuzweise überlappen, eine Belichtung von Schnittstrukturen ausgeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Positionsverschiebung der Bühnenvorrichtung 7 in X-Richtung konstant durch den Positionssensor 9 ermittelt und auf der Grundlage des Messergebnisses veranlasst der Bühnenrückkopplungsdeflektor 6, dass die X-Richtungspositionen der Bestrahlungsbereich 23 der Oberfläche der Probe 80 folgen, um die Genauigkeit in der X-Richtung sicherzustellen.
Der Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 wird zudem zur Korrektur von Fehlern infolge eines Versatzes der Probe 80 in Drehrichtung verwendet.
7 ist eine Draufsicht, die ein Verfahren zur Korrektur der Bestrahlungsbereiche 23 zum Ausgleichen des Versatzes der Probe 80 in Drehrichtung veranschaulicht.
Der Versatz in Drehrichtung erfolgt aufgrund der mechanischen Genauigkeit der Bühnenvorrichtung 7 oder eines beim Anordnen der Probe 80 auf der Bühnenvorrichtung 7 verursachten Fehlers. Sowie sich die Bühnenvorrichtung 7 mehr in Y-Richtung bewegt, nimmt eine Positionsverschiebung ΔX in X-Richtung zu, wie in 7 gezeigt. Daher wird im Vorhinein unter Verwendung einer Positionierungsmarke oder dergleichen eine Winkelverschiebung Δθ der Probe 80 in Drehrichtung gemessen. Und durch den Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 wird die mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung 7 in Y-Richtung auftretende Positionsverschiebung der Bestrahlungsbereiche 23 in X-Richtung ausgeglichen. Dadurch kann die Belichtung von Schnittstrukturen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, selbst wenn die Probe 80 in Drehrichtung versetzt ist.
Wie oben beschrieben, werden die Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 gemäß dem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 10 dieses Ausführungsbeispiels eindimensional in einer Linie angeordnet und das optische System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung ändert die Form von Elektronenstrahlen, so dass sie einen flachen Querschnitt aufweisen können, welcher der Linie der Öffnungsbereiche 21a entspricht. Dadurch kann eine Belichtung unter Verwendung einer Vielzahl von Elektronenstrahlen EB₃ mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, ohne die von der Elektronenkanone 1 emittierte Elektronenmenge zu erhöhen. Somit kann die Belichtung vieler Durchgangslöcher und Schnittstrukturen mit kurzer Dauer ausgeführt werden.
Zudem kann die Positionierung der Elektronenstrahlen EB₃ alleine mit dem Bühnenrückkopplungsdeflektor 6 erreicht werden und deshalb kann das elektronenoptische System vereinfacht werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
8 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Strukturen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 20 dieses Ausführungsbeispiels, welche gleich denen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 10 in 2 sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie jene gekennzeichnet sind, die in 2 verwendet wurden, und nicht näher beschrieben werden.
Wie in 8 gezeigt, unterscheidet sich das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 20 dieses Ausführungsbeispiels vom Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 10 dadurch, dass sich zwischen dem optischen System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 eine Primärstrahlformungsplatte 41 befindet.
Die Primärstrahlformungsplatte 41 weist einen rechteckigen Schlitz 41a auf, der in Länge und Breite geringfügig größer als die Linie der Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ist. Dieser Schlitz 41a formt den Elektronenstrahl EB₁ in einen Strahl mit rechteckigem Querschnitt und bildet einen rechteckigen Bestrahlungsbereich S₂ auf der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 aus. Bei diesem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Bereitstellung der Primärstrahlformungsplatte 41 die Verringerung der Menge an Elektronen zur Bestrahlung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21. Dies ermöglicht, einen Verschleiß oder eine Beschädigung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 bedingt durch Aufheizung zu verhindern.
Die Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ist eine teure Komponente, weil daran eine hochgenaue Mikrofabrikation ausgeführt wird, um die Öffnungsbereiche 21a auszubilden. Daher führt ein Verschleiß oder eine Beschädigung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 zu einer Steigerung der laufenden Kosten. Wenn die Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 verschlissen ist und ein Austausch erforderlich ist muss, muss darüber hinaus das Gerät gestoppt werden, was folglich die Nutzbarkeit des Geräts vermindert.
Im Gegensatz dazu kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein durch Elektronenstrahlen bedingter Verschleiß oder eine Beschädigung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 verringert werden, was eine Verbesserung der Nutzbarkeit und Verringerung der Betriebskosten des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 20 mit sich bringt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann zwischen der Primärstrahlformungsplatte 41 und der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ein Paar oder eine Vielzahl von Paaren von elektromagnetischen Linsen zur Ausbildung eines Bilds des Schlitzes 41a vorgesehen sein. In solch einem Fall kann der Bestrahlungsbereich S₀ auf der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 in schärferer Form ausgebildet werden, was eine Verringerung der Aberration des Elektronenstrahls ermöglicht. Im Ergebnis können auf der Oberfläche der Probe 80 schärfere Bilder der Öffnungsbereiche 21a ausgebildet werden, was eine Belichtung von feineren Strukturen mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
Drittes Ausführungsbeispiel
9 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 30 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Strukturen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 30, die gleich denen der in den 2 bis 8 dargestellten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräte 10 und 20 sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie jene, die in den 2 bis 8 verwendet wurden, und nicht näher beschrieben werden.
Das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 30 dieses Ausführungsbeispiels weist zwischen dem optischen System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21, wie in 9 gezeigt, eine Primärstrahlformungsplatte 42 und elektromagnetische Linsen 61a, 61b auf.
Die Primärstrahlformungsplatte 42 ist mit einer Linie von in der X-Richtung angeordneten rechteckigen Öffnungsbereichen 42a in der Zahl wie die Öffnungsbereiche 21a auf. Die Öffnungsbereiche 42a sind größer als die Öffnungsbereiche 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 und sind mit fast gleichem Abstand wie die Öffnungsbereiche 21a ausgebildet.
Der Elektronenstrahl EB₁, der durch das optische System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung flach geformt wurde, wird auf einen Bestrahlungsbereich S₁ der Primärstrahlformungsplatte 42 appliziert. Dann wird der Elektronenstrahl EB₁ durch Laufen durch die Öffnungsbereiche 42a der Primärstrahlformungsplatte 42 in eine Vielzahl von rechteckigen Elektronenstrahlen EB₁₁ geformt.
Durch die elektromagnetische Linse 61a und die elektromagnetische Linse 61b werden Bilder der Elektronenstrahlen EB₁₁ auf der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 ausgebildet und die Elektronenstrahlen EB₁₁ werden somit auf die Bestrahlungsbereiche S₁₁ der Primärstrahlformungsplatte 42 appliziert, die den jeweiligen Öffnungsbereichen 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 entsprechen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Primärstrahlformungsplatte 42 die Menge an Elektronen zur Bestrahlung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 im Vergleich zu einem Fall der Verwendung des Schlitzes 41a der Primärstrahlformungsplatte 41 verringert werden. Daher kann ein Verschleiß oder eine Beschädigung der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 wirksamer verhindert werden.
Darüber hinaus wird der Strombetrag der Elektronenstrahlen EB₁₁ durch die Primärstrahlformungsplatte 42 verringert. Deshalb kann eine durch Coulomb-Wechselwirkung von Elektronen (Schwankung der Geschwindigkeit der Elektronen) bedingte chromatische Aberration verringert werden, was eine Verbesserung der Feinheit der Belichtungsstrukturen ermöglicht.
Viertes Ausführungsbeispiel
10 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 40 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Strukturen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 40, die gleich denen der in den 2 bis 9 dargestellten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräte 10, 20 und 30 sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie jene, die in den 2 bis 9 verwendet wurden, und nicht näher beschrieben werden.
Wie in 10 gezeigt, weist das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 40 dieses Ausführungsbeispiels eine mit einer Vielzahl von Linien von Öffnungsbereichen 21a versehene Strahlformungs-Öffnungsplatte 22, eine der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 entsprechende Austastplatte 34 und erste und zweite Auswahldeflektoren 62a und 62b zum Auswählen zwischen den Linien der Öffnungsbereiche 21a auf.
11 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Wie in 11 gezeigt, ist die Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 dieses Ausführungsbeispiels mit wenigstens zwei Linien von Öffnungsbereichen 21a versehen, die in X-Richtung angeordnet sind. Die Öffnungsbereiche 21a einer Linie und die Öffnungsbereiche 21a der anderen Linie weisen die gleiche Form auf und befinden sich an in X-Richtung zusammenfallenden Positionen. Obgleich es beim in 11 gezeigten Beispiel zwei Linien der Öffnungsbereiche 21a gibt, ist dieses Ausführungsbeispiel nicht darauf beschränkt und kann drei oder mehr Linien aufweisen.
Wie es in 10 gezeigt ist, befindet sich die Austastplatte 34 unter der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22.
12 ist eine Draufsicht auf die Austastplatte 34. Diese Austastplatte 34 ist an den Öffnungsbereichen 21a der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 entsprechenden Bereichen mit Öffnungsbereichen 31a versehen. Jeder Öffnungsbereich 31a ist größer als jeder Öffnungsbereich 21a und erlaubt einem durch die Öffnungsbereiche 21a gelaufenen Elektronenstrahl durch ihn hindurchzulaufen.
Die Austastelektroden 31b, 31c sind an den jeweiligen Seiten eines jeden Öffnungsbereichs 31a vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Austastelektroden 31b für die Öffnungsbereiche 31a, die an in X-Richtung zusammenfallenden Positionen ausgebildet sind, miteinander über eine Zwischenverbindung 37a parallel verbunden und die Austastelektroden 31c für die Öffnungsbereiche 31a, die an in X-Richtung zusammenfallenden Positionen ausgebildet sind, miteinander über eine Zwischenverbindung 37b parallel verbunden.
Dies beseitigt die Notwendigkeit, die Zahl von Steuerschaltungen 65a, 65b zu erhöhen, selbst wenn die Zahl der parallel angeordneten Öffnungsbereiche 31a erhöht wird.
Darüber hinaus sind der erste Auswahldeflektor 62a und der zweite Auswahldeflektor 62b, wie in 10 gezeigt, über der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 vorgesehen.
Der erste Auswahldeflektor 62a lenkt den durch die Primärstrahlformungsplatte 41 gelaufenen Elektronenstrahl EB₁ in Y-Richtung ab und der zweite Auswahldeflektor 62b richtet die vom ersten Auswahldeflektor 62a abgelenkte Elektronenstrahl EB₁ so aus, dass der Elektronenstrahl EB₁ parallel zur optischen Achse C sein kann.
13 ist eine Darstellung, die zeigt, wie die Auswahldeflektoren 62a, 62b den Bestrahlungsbereich S₂ für den Elektronenstrahl ändern.
Wie der Pfeil in 13 zeigt, können der erste Auswahldeflektor 62a und der zweite Auswahldeflektor 62b den Bestrahlungsbereich S₂ auf eine unterschiedliche Linie der Öffnungsbereiche 21a auf der Strahlformungs-Öffnungsplatte 22 umschalten.
Wenn die Belichtung unter Verwendung des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 40 eine lange Zeitdauer ausgeführt wird, kann irgendeiner der Elektronenstrahlen EB₃ infolge der abnormalen Austastwirkung der Öffnungsbereiche 31a der Austastplatte 34 oder des Verschleißes der Strahlformungs-Öffnungsplatte 21 eine Abnormität erfahren.
Selbst in einem solchen Fall kann die Belichtung, wie in 13 gezeigt, durch Umschalten auf eine andere Linie der Öffnungsbereiche 21a unter Verwendung der Auswahldeflektoren 62a, 62b fortgesetzt werden, ohne das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 40 anzuhalten.
Anderes Beispiel des vierten Ausführungsbeispiels
14 ist eine teilweise Ansicht einer Strahlformungs-Öffnungsplatte 23 gemäß einer Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels.
Wie in 14 gezeigt, ist die Strahlformungs-Öffnungsplatte 23 dieses Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Linien von Öffnungsbereichen versehen, nämlich eine Linie von Öffnungsbereichen 21a bis zu einer Linie von Öffnungsbereichen 21d, wobei sich die Öffnungsbereiche in der Form, Größe und im Abstand von einer Linie zur anderen unterscheiden.
Um genau zu sein, die Strahlformungs-Öffnungsplatte 23 ist mit einer Linie von Öffnungsbereichen 21a für Schnittstrukturen und einer Linie von Öffnungsbereichen 21b für Durchgangslochstrukturen versehen und für eine unterschiedliche Prozesstechnologie mit einer Linie von Öffnungsbereichen 21c für Schnittstrukturen und einer Linie von Öffnungsbereichen 21d für Durchgangslochstrukturen.
Bei dieser Modifikation kann das Umschalten zwischen Belichtung von Schnittstrukturen und Belichtung von Durchgangslochstrukturen durch Ändern der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls EB₁ von der Linie von Öffnungsbereichen 21a zur Linie von Öffnungsbereichen 21b unter Verwendung der Auswahldeflektoren 62a, 62b erfolgen.
Um eine Belichtung für die Probe 80 auszuführen, auf der Schaltungsstrukturen für unterschiedliche Prozesstechnologien nebeneinander vorhanden sind, kann die Belichtung ferner durch Ändern der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls EB₁ beispielsweise von der Linie von Öffnungsbereichen 21a zur Linie von Öffnungsbereichen 21c fortgesetzt werden.
Dadurch muss die Strahlformungs-Öffnungsplatte nicht verändert werden. Somit kann die Belichtung von Schnittstrukturen oder Durchgangslochstrukturen ausgeführt werden, ohne das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 40 anzuhalten.
Fünftes Ausführungsbeispiel
15 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 50 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Strukturen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 50, die gleich denen der in den 2 bis 14 dargestellten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräte 10, 20, 30 und 40 sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie jene, die in den 2 bis 14 verwendet wurden, und nicht näher beschrieben werden.
Wie in 15 gezeigt, enthält das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 50 zwischen dem optischen System 3 zur asymmetrischen Ausleuchtung und der Primärstrahlformungsplatte 43 elektromagnetische Deflektoren 63a, 63b. Die elektromagnetischen Deflektoren 63a, 63b sind dazu geeignet, die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls EB₁ auf einer Primärstrahlformungsplatte 43 einzustellen.
Die Primärstrahlformungsplatte 43 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 43a, 43b, 43c versehen. Die Öffnung 43a ist ein Schlitz, der in X-Richtung gestreckt ist, und die Öffnungen 43b sind rechteckige Öffnungen, die in einer Linie in X-Richtung angeordnet sind. Die Öffnung 43c ist ein Schlitz, der in der Y-Richtung gestreckt ist.
Beim Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 50 dieses Ausführungsbeispiels werden die elektromagnetische Deflektoren 63a, 63b verwendet, um eine der Öffnungen 43a bis 43c mit dem länglichen Elektronenstrahl EB₁ zu bestrahlen.
Eine in Y-Richtung gestreckte Öffnung, wie die Öffnung 43c, kann mit dem Elektronenstrahl EB₁ durch Verschieben, um 90° um die optische Achse, einer Kombination von an die Elektroden 51a des optischen Systems 3 (elektrostatischer Quadrupol-Deflektor) zur asymmetrischen Ausleuchtung anzulegenden Spannungen bestrahlt werden, wie in 3 gezeigt.
Unter der Primärstrahlformungsplatte 43 ist eine Strahlformungs-Öffnungsplatte 24 vorgesehen. Die Strahlformungs-Öffnungsplatte 24 dieses Ausführungsbeispiels ist mit einer Vielzahl von Öffnungsbereichen 21a, 24a an den Öffnungen 43a, 43b, 43c der Primärstrahlformungsplatte 43 entsprechenden Positionen versehen. Von den Öffnungsbereichen 21a, 24a sind die Öffnungsbereiche 24a in einer Linie in Y-Richtung angeordnet.
Elektronenstrahlen, die durch die Öffnungsbereiche 24a gelaufen sind, formen eine Linie in Y-Richtung. Somit kann durch Applizieren der Elektronenstrahlen, während die Bühnenvorrichtung in X-Richtung bewegt wird, eine Belichtung von Schnittstrukturen für sich in Y-Richtung erstreckende Strukturen ausgeführt werden.
Daher ermöglicht das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 50 dieses Ausführungsbeispiels die Belichtung von Schnittstrukturen für die sich in X-Richtung erstreckende Linienstrukturen 81a und Schnittstrukturen für die sich in Y-Richtung erstreckende Linienstrukturen 81b, ohne die Probe 80 um 90° zu drehen.
Sechstes Ausführungsbeispiel
16 ist ein Blockschema eines Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 60 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Strukturen des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 60, die gleich denen der in den 2 bis 15 dargestellten Elektronenstrahl-Belichtungsgeräte 10, 20, 30, 40 und 50 sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind wie jene, die in den 2 bis 15 verwendet wurden, und nicht näher beschrieben werden.
Wie in 16 gezeigt, enthält das Elektronenstrahl-Belichtungsgerät 60 dieses Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Säulenzellen 11 innerhalb einer Vakuumkammer 12 und unter diesen Säulenzellen 11 ist die Bühnenvorrichtung 7 vorgesehen, die dazu ausgelegt ist, die Probe 80 zu halten. Jede dieser Säulenzellen 11 beherbergt eine Komponenten, die ein elektronenoptisches System aufbauen, wie etwa eine Elektronenkanone, eine Strahlformungs-Öffnungsplatte, eine Austastplatte, eine Abschlussöffnungsplatte, eine Gruppe von elektromagnetischen linsen und einen Bühnenrückkopplungsdeflektor (siehe 2 bis 15). Jede Säulenzelle 11 emittiert beispielsweise etwa zweitausend Elektronenstrahlen EB₃.
17 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer Anordnung der Säulenzellen 11 des Elektronenstrahl-Belichtungsgeräts 60 zeigt.
Wie in 17 gezeigt, sind die Säulenzellen 11 jeweils in einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von beispielsweise etwa 40 mm ausgebildet. Beispielsweise sind sechzig Säulenzellen 11 über einem Halbleiterwafer (der Probe 80) mit einem Durchmesser von 300 mm bis 400 mm angeordnet. Die von den Säulenzellen 11 erzeugte Vielzahl von Elektronenstrahlen EB₃ werden auf Bestrahlungsbereiche 66 mit einer in 17 gezeigten Breite appliziert.
Die Belichtung von Schnittstrukturen oder Durchgangsstrukturen wird in Bezug auf eine Oberfläche der Probe 80 ausgeführt, während die Probe 80 in einer Y₁- oder Y₂-Richtung bewegt wird, wie in 17 mit den Pfeilen gezeigt. Nach Bewegen der Probe 80 um 40 mm, was ebenso lang ist wie das Abstandsmaß der Säulenzellen 11, in Y₁- oder Y₂-Richtung, wird die Probe 80 einen der Breite des Strahlungsbereichs 66 entsprechenden Abstand in X₁-Richtung bewegt und dann in Y₁- oder Y₂-Richtung bewegt. Dann wird eine Belichtung ausgeführt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Belichtung unter Verwendung einer Vielzahl von Säulenzellen 11 ausgeführt, um gelichzeitig viele Elektronenstrahlen zu verwenden. Deshalb verbessert sich der Belichtungsdurchsatz stärker.
In einem Fall, bei dem sechzig Säulenzellen 11, die jeweils dazu ausgelegt sind, zweitausend Elektronenstrahlen EB₃ zu erzeugen, kann insgesamt eine Belichtung mit 120.000 Elektronenstrahlen EB₃ ausgeführt werden.
Die Geschwindigkeit der Belichtung wurde unter der Annahme abgeschätzt, dass die Belichtung in Bezug auf einen Photolack mit Empfindlichkeit von 100 µC/cm² mit den Säulenzellen 11 ausgeführt wird, die in einer Anzahl angeordnet sind, welche eine von jeder Säulenzelle 11 belichtete Fläche von etwa 900 mm² ergibt. Im Ergebnis wurde bestätigt, dass etwa zehn Wafer pro Stunde verarbeitet werden können.

Claims

Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät (10; 20; 30; 40; 50), umfassend: eine Ladungsteilchenquelle (1), dazu ausgelegt, einen Ladungsteilchenstrahl zu emittieren, eine Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24), die eine Vielzahl von in einer Linie angeordneter Öffnungen (21a) enthält und dazu ausgelegt ist, den Ladungsteilchenstrahl in eine Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu formen, wobei die Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) eine Vielzahl von Linien von Öffnungen (21a) aufweist und die Öffnungen (21a) in den Linien der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) die gleiche Form aufweisen und im gleichen Abstand angeordnet sind, eine Austastplatte (31, 34), die Öffnungsbereiche (31a) und Austastelektroden (31b, 31c) aufweist und dazu ausgelegt ist, die Ladungsteilchenstrahlen einzeln abzulenken, wobei die Öffnungsbereiche (31a) an den Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) in entsprechenden Bereichen vorgesehen sind, die Öffnungsbereiche (31a) von der gleichen Größe und die Austastelektroden (31b, 31c) in einer Vielzahl von Linien im gleichen Abstand angeordnet sind und die Austastelektroden (31b, 31c), die in einer zu den Linien senkrechten Richtung benachbart sind, miteinander parallel verbunden sind, eine Abschlussöffnungsplatte (5), dazu ausgelegt, die von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen zu blockieren und die nicht von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen hindurchzulassen, ein Ladungsteilchen-Optiksystem, dazu ausgelegt, die von der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) geformte Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen in der Größe zu verkleinern und davon ein Bild auszubilden, eine Bühnenvorrichtung (7), dazu ausgelegt, ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Vielzahl von Linienstrukturen in einem bestimmten Abstand ausgebildet sind, zu halten und zu bewegen, ein optisches System (3) zur asymmetrischen Belichtung, das zwischen der Ladungsteilchenquelle (1) und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Ladungsteilchenquelle (1) emittierten Ladungsteilchenstrahl in einen Strahl mit einem Querschnitt zu verformen, der entlang der Linie der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) gestreckt ist, einen Auswahldeflektor (62a, 62b), der zwischen dem optischen System (3) zur asymmetrischen Belichtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Position auf der mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlten Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) zu ändern, und eine Steuerung (13), dazu ausgelegt, eine Belichtung einer vorgegebenen Struktur auf dem Halbleitersubstrat durch Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) und An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) auszuführen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem das optische System (3) zur asymmetrischen Belichtung elektrostatische Quadrupol-Elektroden (51a) enthält.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Steuerung (13) dazu ausgelegt ist, eine Belichtung einer vorgegebenen Struktur auf dem Halbleitersubstrat durch Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) in einer Richtung senkrecht zur Linie der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) und synchrones An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu zeichnen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 3, bei dem die Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) in einem Abstand angeordnet sind, der gleich dem Produkt des Abstands der Linienstrukturen auf dem Halbleitersubstrat und einem Verkleinerungsverhältnis des Ladungsteilchen-Optiksystems ist.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 4, bei dem sich die Vielzahl von Linien der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) voneinander in Form und Anordnungsabstand der Öffnungen (21a) unterscheiden.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Primärstrahlformungsplatte (41; 42; 43), die zwischen dem optischen System (3) zur asymmetrischen Belichtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, die die Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) erreichenden Ladungsteilchenstrahlen zu begrenzen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 6, bei dem der Auswahldeflektor (62a, 62b) zwischen der Primärstrahlformungsplatte (41; 42; 43) und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet ist.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Austastelektroden (31b, 31c) der Austastplatte (31, 34) auf einer Seite angeordnet sind, von der die Ladungsteilchenstrahlen emittiert werden.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Positionsdetektor (9), dazu ausgelegt, eine Positionsverschiebung der Bühnenvorrichtung (7) zu erfassen, und einen Bühnenrückkopplungsdeflektor (6), dazu ausgelegt, die Bestrahlungspositionen der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen basierend auf einem Ergebnis der Erfassung durch den Positionsdetektor (9) fein einzustellen.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät nach Anspruch 1, bei dem die Austastelektroden (31b), die an einer Seite eines jeden Öffnungsbereichs (31a) und an Positionen angeordnet sind, die sich in der Richtung orthogonal zu den Linien decken, an eine Steuerschaltung (65a) parallel angeschlossen sind und die Austastelektroden (31c), die an der gegenüberliegenden Seite eines jeden Öffnungsbereichs (31a) und an den Positionen angeordnet sind, die sich in der Richtung orthogonal zu den Linien decken, an eine andere Steuerschaltung (65b) parallel angeschlossen sind.
Ladungsteilchenstrahl-Belichtungsgerät (60), umfassend: eine Bühnenvorrichtung (7), dazu ausgelegt, ein Halbleitersubstrat, auf dem eine Vielzahl von Linienstrukturen in einem bestimmten Abstand ausgebildet ist, zu halten und zu bewegen, eine Vielzahl von Säulenzellen (11), die über der Bühnenvorrichtung (7) angeordnet und jeweils dazu ausgelegt sind, eine Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu erzeugen, und eine Steuerung (13), dazu ausgelegt, eine vorgegebene Struktur auf dem Halbleitersubstrat durch Hin- und Her-Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) in einer bestimmten Richtung und An- und Ausschalten der Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen synchron mit der Bewegung der Bühnenvorrichtung (7) zu zeichnen, wobei jede der Säulenzellen (11) enthält: eine Ladungsteilchenquelle (1), dazu ausgelegt, einen Ladungsteilchenstrahl zu emittieren, eine Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24), die eine Vielzahl von Öffnungen (21a) enthält und dazu ausgelegt ist, den Ladungsteilchenstrahl in eine Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen zu formen, wobei die Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) eine Vielzahl von Linien von Öffnungen (21a) aufweist und die Öffnungen (21a) in den Linien der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) die gleiche Form aufweisen und im gleichen Abstand angeordnet sind, eine Austastplatte (31, 34), die Öffnungsbereiche (31a) und Austastelektroden (31b, 31c) aufweist und dazu ausgelegt ist, die Ladungsteilchenstrahlen einzeln abzulenken, wobei die Öffnungsbereiche (31a) an den Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) in entsprechenden Bereichen vorgesehen sind, die Öffnungsbereiche (31a) von der gleichen Größe und die Austastelektroden (31b, 31c) in einer Vielzahl von Linien im gleichen Abstand angeordnet sind und die Austastelektroden (31b, 31c), die in einer zu den Linien senkrechten Richtung benachbart sind, miteinander parallel verbunden sind, eine Abschlussöffnungsplatte (5), die mit einer Öffnung (5a) versehen und dazu ausgelegt ist, die von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen zu blockieren und die nicht von der Austastplatte (31, 34) abgelenkten Ladungsteilchenstrahlen hindurchzulassen, und ein Ladungsteilchen-Optiksystem, dazu ausgelegt, die von der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) geformte Vielzahl von Ladungsteilchenstrahlen in der Größe zu verkleinern und davon ein Bild auszubilden, ein optisches System (3) zur asymmetrischen Belichtung, das zwischen der Ladungsteilchenquelle (1) und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, den von der Ladungsteilchenquelle (1) emittierten Ladungsteilchenstrahl in einen Strahl mit einem Querschnitt zu verformen, der entlang der Linie der Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) gestreckt ist, einen Auswahldeflektor (62a, 62b), der zwischen dem optischen System (3) zur asymmetrischen Belichtung und der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) angeordnet und dazu ausgelegt ist, eine Position auf der mit dem Ladungsteilchenstrahl bestrahlten Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) zu ändern, und wobei die Öffnungen (21a) der Strahlformungs-Öffnungsplatte (21; 22; 24) in einer Linie in einer Richtung angeordnet sind, die senkrecht zur Richtung ist, in der die Bühnenvorrichtung (7) hin und her bewegt wird.