DE60023989T2

DE60023989T2 - Verfahren und vorrichtung zur festlegung der formeinkodierung einen ladungsträgerstrahls in lithographie systemen

Info

Publication number: DE60023989T2
Application number: DE60023989T
Authority: DE
Inventors: A. Stephen RISHTON; Weidong Wang; Volker Boegli; Ulrich Hofmann
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: US6556702B1; CA2322972A1; EP1060498B1; DE60023989D1; KR100417906B1; KR20010088282A; IL138104A0; WO2000041207A1; EP1060498A1; JP2002534792A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lithographie und auf Elektronenstrahlsäulen (oder Säulen für Strahlen anderer Energie) und insbesondere auf eine Struktur und ein Verfahren für das Bestimmen von Formkodes variabel geformter Strahlen.
Es ist auf dem Gebiet der Lithographie (Mustererzeugung, Strukturerzeugung) wohl bekannt, dass es wünschenswert ist, den Durchsatz von Mustererzeugungssystemen zu erhöhen. Zwei Hauptanwendungen für solche Mustererzeugungssysteme sind die Herstellung von Masken für die Verwendung bei der Halbleiterherstellung durch eine Elektronenstrahllithographie und ein Direktschreiben von Mustern mit einem Elektronenstrahl auf Wafer, um Halbleiterelemente auszubilden.
Lithographiesysteme erzeugen oder belichten Muster durch das Steuern des Flusses der Energie (des Strahls) von einer Quelle auf ein Substrat, das mit einer Schicht beschichtet ist, die für diese Form der Energie empfindlich ist. Die Musterbelichtung wird gesteuert und in kleine diskrete Einheiten aufgeteilt, die allgemein als Flashes (Blitze) bezeichnet werden, wobei ein Flash der Teil des Musters ist, der während eines Zyklus einer Belichtungssequenz belichtet wird. Flashes werden erzeugt, indem es Energie von der Quelle, beispielsweise Licht-, Elektronenstrahlen oder Strahlen anderer Teilchen, ermöglicht wird, das beschichtete Substrat innerhalb ausgewählter Musterbereiche zu erreichen. Die Details der Flash-Zusammensetzung, der Dosis und der Belichtungssequenz, die verwendet werden, um ein Muster zu erzeugen, und somit die Steuerung des Lithographiesystems bilden das, was als Schreibstrategie bekannt ist.
Eine traditionelle Zeilenabtastschreibstrategie (raster scan writing strategy) verwendet eine gleichförmige, periodische Zeilenabtastung, die der Zeilenabtastung beim Fernsehen ähnelt. Ein mechanischer Ständer bewegt ein Substrat, das beispielsweise auf einem Tisch platziert ist, gleichförmig in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung des gleichförmigen Abtastens eines Energiestrahls. Auf diese Weise wird ein Muster auf einem regelmäßigen Gitter mit einer regelmäßigen Abtastbahnlinie, die sich aus der rechtwinkligen Bewegung des Ständers und des Strahls ergibt, aufgebaut. Wenn der Strahl über einem Gitterort, der eine Belichtung erfordert, positioniert ist, wird der Strahl hellgetastet und der darunter liegende Ort belichtet. Nur die Größe der Dosis oder Energie wird je nach Erfordernis an jedem Ort variiert. Somit können die Belichtungsdaten in einer Zeitsequenz, die der regelmäßigen Abtastbahnlinie entspricht, organisiert werden, und es muss nur die Dosis für jeden Ort spezifiziert werden. Die speziellen Kennzeichnen einer traditionellen Zeilenabtastschreibstrategie sind ein kleiner runder Strahl, der zu einem Zeitpunkt einen Ort bestrahlt, eine periodische Abtastung, die sich sequentiell zu jedem Ort eines Gitters bewegt, und eine gerasterte Darstellung von Daten, die der erforderlichen Dosis für jeden Ort oder „Pixel" des Gitters entspricht.
Die WO-98/33198 beschreibt ein Rasterschreibstrategiesystem mit einem geformten Strahl und ein Verfahren für die Mustererzeugung. Eine gemischte Belichtungsstrategie für eine Mustererzeugung verwendet eine Rasterscan-Ablenkung und einen sich gleichförmig bewegenden Ständer, um lange Streifen zu belichten. Eine periodische analoge Breitfeldmagnetabtastung wird durch eine elektrostatische Hochgeschwindigkeitsretrogradabtastung, um den Strahl während der Belichtung rechteckiger Flash-Felder stationär zu halten, verbessert. Der Datenpfad des Systems verwendet ein Muster, das in einem Rasterformat dargestellt ist. Datenbanken für Zwischenvektoren werden unter Verwendung von Bruchregeln, die die Merkmalsgröße und die hierarchische Zellgröße begrenzen, so dass sie kleiner als die überlappenden Ränder von Streifendatenfeldern sind, erzeugt. Es werden rechteckige Flash-Felder verwendet, wobei jedes Feld eine 1 × n Anordnung von Schreibpixeln darstellt. Die Länge, die Ausgangsposition und die Dosis der Flashes des linienförmigen Strahls können variiert werden, um es zu ermöglichen, dass Muster auf einem Gestaltungsgitter, das viel kleiner als ein Schreibpixel ist, belichtet werden. Die Längen-, die Ausgangspositions- und die Dosisdaten für jeden Flash werden aus einem gerasterten Datenformat unter Verwendung einer Dekodiervorrichtung abgeleitet.
Die WO-94/28574 beschreibt eine Dosismodulation und eine Pixelablenkung für eine Zeilenabtastlithographie. Ein Zeilenabtastlithographiesystem wird modifiziert, so dass die Dauer der Beleuchtung (Dosismodulation) für spezielle Pixel variiert wird, so dass sie zwischen normalerweise verwendeter voller Anschaltung und voller Ausschaltung liegt. Beispielsweise werden drei Stufen der Pixelintensität vorgesehen: 100%, 70% und 30% (zusätzlich zu "aus", was durch 0% dargestellt wird). Die Pixel mit 30% und 70% werden entlang der Kante einer Struktur verwendet, um die Kante (52, 540) zu lokalisieren, wenn sie zwischen die Linien des kartesischen Zeilenabtastgitters geschrieben wird. Somit werden die Kanten der Struktur vom Gitter weg bewegt, ohne dass mehrere Durchläufe notwendig sind. Die Pixeldosismodulation verwendet drei voreingestellte Verzögerungslinien (30), die Pixel für Pixel Verweilzeiten für jeden Pixel bestimmen, wie sie durch eine zwei Bit (oder mehr Bit) tiefe Speicherdatei, die mit dem zu schreibenden Muster verbunden ist, definiert werden. Zusätzlich werden die Pixelzentrumsorte vom Gitter direkt weg bewegt, durch das Ablenken des Strahls, wenn er gewisse Pixel abtastet, die entlang von Strukturkanten angeordnet sind. Die Größe der Ablenkung ist gesteuert variabel, um verschiedene Kantenorte zu erzielen. Diese Ablenkung wird selbst oder in Kombination mit der Dosismodulation verwendet und wird durch eine elektrostatische Ablenkeinheit in der Strahllinse für ein Elektronenstrahlsystem implementiert.
Andererseits wird bei einer typischen Vektorscan-Schreibstrategie (vector scan writing strategy) der Strahl nur über solchen Orten, die eine Belichtung erfordern, positioniert und dann hellgetastet, um den Ort zu belichten. Das Positionieren wird durch eine Kombination einer Ständer- und Strahlbewegung erzielt, was oft als eine halb zufällige Abtastung bezeichnet wird. Somit müssen Daten vorgesehen werden, die sowohl die Dosis als auch die Position jedes Flashs oder jedes belichteten Ortes einschließen. Häufig verwenden Vectorscan-Strategien einen variabel geformten Strahl, der einen Strahl darstellt, der eine unterschiedliche Größe und/oder Form für jeden Flash aufweist. Das Muster wird dann aus diesen variablen Formen zusammengesetzt. Ein geformter Strahl kann mehrere Pixelorte gleichzeitig statt nur einen Pixelort zu einer Zeit, wie in einer Rasterscan-Schreibstrategie, belichten. Wo ein variabel geformter Strahl verwendet wird, müssen die Daten zusätzlich den Ort, die Größe und die Form für jeden Flash einschließen. Somit sind die kennzeichnenden Eigenschaften traditioneller Vectorscan-Schreibstrategien ein Strahl mit variabler Form und Größe, der mehrere Pixelorte in einem einzigen Flash belichtet, eine halb zufällige Abtastung, die nur solche Teile eines Musters, die belichtet werden müssen, umfasst, und eine vektorisierte Darstellung der Daten, die den Ort, die Größe, die Form und die Dosis jedes Flashs einschließen.
Sowohl Vektor- als auch Rasterscan-Schreibstrategien weisen Vorteile und Nachteile auf. Vektorscan-Strategien können eine feine Musterfestlegung bieten. Die Vektorscan-Flashraten sind jedoch typischerweise langsamer als die Rasterscan-Strategien, verursacht durch die Ausregelzeit, die zwischen den relativ großen Strahlablenkungen der halb zufälligen Abtastbahn erforderlich ist. Für Muster mit belichteten Abschnitten, die fein detailliert sind, sind Vektorscan-Strategien durch die Verzögerungen beim Ausregeln der Elektronenstrahlformungskomponenten, die den Strahl über einen großen Dimensionsbereich formen können, relativ langsamer. Auch ist die Stromdichte (Strom pro Flächeneinheit) bei Vektorscan-Strategien, dadurch dass die Elektronenquelle fähig sein muss, größere Gebiete gleichzeitig abzudecken, im allgemeinen niedriger, was wiederum zu einem niedrigeren Durchsatz führt. Ein Nachteil der Rasterscan-Schreibverfahren ist die relative grobe Musterfestlegung.
Somit ist es wünschenswert, eine verbesserte Schreibstrategie zu entwickeln, die die Vorteile einer Vektorscan-Strategie, nämlich eine feine Musterfestlegung, mit solchen einer Rasterscan-Strategie, nämlich eine erhöhte Geschwindigkeit, kombiniert, um den Durchsatz von Mustererzeugungssystemen zu erhöhen.
Diese Erfindung liefert einen Flash-Konverter für ein Lithographiesystem, der die Formdaten bestimmt, die ein Flash-Feld unter Pixeln spezifizieren, wobei die Pixel als Graustufenwerte dargestellt werden, die einen Anteil der jeweiligen Pixel, der sich mit einem Muster überlappt, darstellen, wobei er eine Umformatiervorrichtung umfasst, die eine Matrix aus einem Quadranten und umgebender Pixel des Flash-Feldes konstruiert, wobei die Umformatiervorrichtung die Matrix so modifiziert, dass N Zwischenformen, die einem belichteten Gebiet des Quadraten entsprechen, geliefert werden, und eine Formkodebestimmungsvorrichtung, die verbunden ist, um die modifizierte Matrix zu empfangen und die Zwischenformdaten, die den Quadranten spezifizieren, bestimmt, wobei die Formkodebestimmungsvorrichtung eine umgekehrte Modifikation der Zwischenformdaten durchführt und Formdaten ausgibt, die das Flash-Feld spezifizieren. In einer Ausführungsform ist N gleich 3.
Die Erfindung liefert auch ein Lithographieverfahren für das Bestimmen von Formdaten, die ein Flash-Feld unter Pixeln spezifizieren, wobei die Pixel als Graustufenwerte dargestellt sind, die einen Anteil der Pixel, der sich mit einem Muster überlappt, darstellen, wobei es die Aktionen des Konstruierens einer Matrix aus einem Quadranten und umgebenden Pixeln, des Modifizierens der Matrix, so dass N Zwischenformen, die einem belichteten Gebiet des Quadranten entsprechen, geliefert werden, des Bestimmens von Zwischenformdaten, die den Quadranten spezifizieren, und des Durchführens einer umgekehrten Modifikation dieser Zwischenformdaten, um die Formdaten, die das Flash-Feld spezifizieren, zu bestimmen, umfasst.
Die vorliegende Erfindung wird im Licht der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt ein Blockdiagramm einer geeigneten Rastervorrichtung 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt ein Flussdiagramm eines geeigneten Verfahrens 200, das durch die Rastervorrichtung 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
3 zeigt einen beispielhaften Abschnitt eines Gitters 302, das einen Abschnitt der Oberfläche des Substrats, der das Muster 306 einschließt, in Pixel 310 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufteilt.
4 zeigt ein Beispiel einer Ecke eines Musters innerhalb eines Pixels.
5A zeigt einen geeigneten Flash-Konverter 108 in Blockdiagrammform gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5B zeigt ein geeignetes Verfahren, das durch den Flash-Konverter 108 implementiert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt 14 Basisformen, jede innerhalb eines Quadranten 304, und zugehörige Formkodes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts 308 des Musters 306 in einem Quadranten.
8 zeigt ein detaillierteres Flussdiagramm des Verfahrens 502 der 5B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt detaillierter eine Matrix A und eine Matrix B.
10 zeigt ein Verfahren, um einen Zwischenformkode zu bestimmen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt ein Beispiel nicht belichteter Abschnitte einer Matrix B für die Zustände B–D gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt ein schematisches Diagramm einer Elektronenstrahlsäule 118 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13A zeigt eine detailliertere Aufsicht auf einen Abschnitt einer oberen Blende 1210 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13B zeigt eine Schnittansicht der oberen Blende 1210 der 13A entlang der Linie A-A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14A zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt der unteren Blende 1214A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14B zeigt eine Schnittansicht der unteren Blende 1214A der 14A entlang der Linie B-B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15A zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer unteren Blende 1214B gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15B zeigt eine Schnittansicht der unteren Blende 1214B der 15A entlang der Linie C-C gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt eine geeignete Implementierung und Anordnung einer konventionellen oberen Ablenkeinheit 1212 und einer konventionellen unteren Ablenkeinheit 1216 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17A zeigt ein Blockdiagramm einer Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17B zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm der Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt schematisch einen Beispielpfad des Elektronenstrahls 1222 durch die obere Blende 1210 und die untere Blende 1214A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19A zeigt eine Aufsicht auf die untere Blende 1214A mit der Dunkeltastungsposition 1904 und die Form 1908, die unter Verwendung der Öffnungen 1402A–1402D erzeugt wird.
19B zeigt eine Aufsicht auf die untere Blende 1214A mit der Dunkeltastungsposition 1904 und die Form 1910, die unter Verwendung der Öffnungen 1402A–1402D erzeugt wird.
20A zeigt ein Beispiel der Formung des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222 als Form 1908 der 19A unter Verwendung der Öffnung 1502 der unteren Blende 1214B.
20B zeigt ein Beispiel der Formung des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222 als Form 1910 der 19B unter Verwendung der Öffnung 1502 der unteren Blende 1214B.
Man beachte, dass die Verwendung derselben Bezugszahlen in unterschiedlichen Figuren dieselben oder ähnliche Elemente anzeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
SYSTEMÜBERBLICK
Diese Beschreibung ist auf ein System und ein Verfahren für das Erzeugen und Schreiben von Elektronenstrahlen (oder Strahlen anderer Energie) mit spezifizierten Querschnittsformen, die auf ein Substrat in einer konventionellen Rasterabtastung mit „regelmäßigem, periodischem Bahnverlauf" gerichtet sind, gerichtet. Eine Ausführungsform erzeugt Elektronenstrahlen, deren größte Querschnittsformen kleiner als die eines Elektronenstrahiquerschnitts sind, der durch eine konventionelle Vektorstrahlformungseinrichtung erzeugt wird. Somit ermöglicht diese Ausführungsform eine kleinere Musterdefinition als bei einer konventionellen Vektorstrahlformungseinrichtung.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Lithographie(abbildungs)systems 100 gemäß dieser Ausführungsform, das eine Rasterschaltung 102, eine Pufferschaltung 104, eine Dosiswertschaltung 106, einen Flash-Konverter 108, eine Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 und eine Elektronenstrahlsäule 112 einschließt. Der Flash-Konverter 108 und die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 sind jeweils so verbunden, dass sie ein Taktsignal (Zeitgebungssignal) vom Taktgeber 114 erhalten. In diesem Beispiel beträgt die Taktsignalfrequenz des Taktgebers 114 800 MHz. Details der Rasterschaltung 102, der Pufferschaltung 104, der Dosiswertschaltung 106, des Flash-Konverters 108, der Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 und der Elektronenstrahlsäule 112 sind unten angegeben. Alle Abmessungen und Parameter sind hier beispielhaft.
In dieser Ausführungsform empfängt die Rasterschaltung 102 zuerst (beispielsweise von einer konventionellen Lithographiedatenstruktur) ein Muster, das auf ein Substrat 118 geschrieben werden soll, spezifiziert durch seinen Formort (shape location) auf dem Substrat (sogenanntes „Vektorformat"). Die Rasterschaltung 102 teilt dann die Oberfläche des Substrats 118 in ein Gitter von Pixeln auf und stellt jeden Pixel als „Graustufenwert" dar, der einen Bruchteil der Pixelfläche spezifiziert, der den Teil des Musters einschließt. Die Rasterschaltung 102 gibt jeden Graustufenwert an den Puffer 104 und die Dosiswertschaltung 106 aus. (Die Verbindungslinien in 1 innerhalb der gestrichelten Linien stellen typischerweise Mehrleitungsdatenbusse dar). Der Puffer 104 liefert die Graustufenwerte an den Flash- Konverter 108. In dieser Ausführungsform stellt der Flash-Konverter 108 jede quadratische Anordnung (zweidimensional) von vier Pixeln („Quadrant") als ein Flash-Feld dar, das in einem Flash-Zyklus belichtet werden kann (nachfolgend stellt der Ausdruck „Flash-Feld" eine Leerstelle oder eine Form dar, die die Elektronenstrahlsäule 112 auf das Substrat 118 schreibt). In anderen Ausführungsformen kann der Flash-Konverter 108 ein Flash-Feld als ein N × M Pixelrechteck, eine größere oder kleinere Quadratanordnung oder als eine andere Form darstellen. Der Flash-Konverter 108 spezifiziert jedes Flash-Feld durch die Formklasse und die Koordinaten (Form_x, Form_y) (hier nachfolgend bezieht sich der Ausdruck „Formdaten" sowohl auf die Formklasse als auch auf die Koordinaten). Die Dosiswertschaltung 106 empfängt Graustufenwerte, die mit jedem Quadranten verbunden sind, von der Rasterschaltung 102 und gibt Dosiswerte zu jedem Flash-Feld aus.
Die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 fordert Formdaten und entsprechenden Dosiswerte (nachfolgend werden die Formdaten und die entsprechenden Dosiswerte zusammen als „Flash-Daten" bezeichnet) vom jeweiligen Flash-Konverter 108 und der Dosiswertschaltung 106 an. In einer Ausführungsform liefern der Flash-Konverter 108 und die Dosiswertschaltung 106 ungefähr alle 10 ns Flash-Daten an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110. Die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 wandelt alle Flashdaten in Spannungswerte um und liefert die Spannungen, um die Elektronenstrahlsäule 112 zu steuern, um das spezifizierte Flash-Feld an einem passenden Ort auf das Substrat 118 zu schreiben. In dieser Ausführungsform schreibt die Elektronenstrahlsäule 112 ein neues Flash-Feld alle 10 ns (hier nachfolgend als „Flash-Zyklus" bezeichnet). Für ein leeres Flash-Feld schreibt die Elektronenstrahlsäule 112 keinen Elektronenstrahl auf das Substrat 118. Eine Ionenstrahlsäule oder ein Strahl anderer Energie (beispielsweise ein Laser) können statt der Säule 112 verwendet werden.
Die Elektronenstrahlsäule 112 schreibt Flash-Felder in beispielsweise einer konventionellen Rasterabtastung mit „regelmäßigem periodischen Bahnverlauf". In dieser Ausführungsform kann eine Rasterabtastung mit „regelmäßigem periodischen Bahnverlauf" vom „einseitig gerichteten" oder „zweiseitig gerichteten" Typ sein. Ein „regelmäßiger, periodischer Bahnverlauf" bedeutet, dass die Abtastung sich gleichförmig und periodisch bewegt und die Bewegung nicht durch Musterdaten gesteuert wird. Bei einem „einseitig gerichteten" Typ beginnt die Abtastung eines Gitters beispielsweise bei einer unteren linken Ecke des Gitters, das auf einem Abschnitt des Substrats gebildet ist, und geht zur oberen rechten Ecke des Gitters, kehrt dann zum unteren Teil der nächsten am weitesten links befindlichen Spalte mit dunkelgetastetem Strahl zurück und fährt fort, die nächste am weitesten links befindliche Spalte in derselben Richtung wie die erste Spalte, das heißt von unten nach oben, abzutasten. Die Abtastung setzt sich in derselben Weise fort, bis das gesamte zu strukturierende Gitter abgedeckt ist. Bei einer konventionellen Rasterabtastung des „zweiseitig gerichteten" Typs beginnt eine Abtastung des Gitters beispielsweise mit einer unteren linken Ecke des Gitters, das auf einem Abschnitt des Substrats gebildet ist, und geht weiter zur oberen rechten Ecke des Gitters, und setzt sich fort, um die nächste am weitesten links liegende Spalte in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung, das heißt von oben nach unten, abzutasten. Das Abtasten setzt sich in einer solchen Aufwärts- und dann Abwärtsreihenfolge fort, bis das gesamte zu strukturierende Gitter abgetastet ist.
Vektorscan-Systeme des Stands der Technik erfordern große Datenpuffer, die vektoriell abgetastete Muster speichern. Die Mustergrößen sind sehr variabel, und somit weist ein Datenpuffer, der geeignet ist, um Musterdaten im Vektorformat zu speichern, eine sehr große Speicherkapazität auf. Die große Datenkapazität des Puffers erhöht jedoch die Kosten. Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine Echtzeitverarbeitung der Flash-Feld-Daten, um den großen Datenpuffer des Stands der Technik zu vermeiden. In dieser Ausführungsform verarbeiten die Rasterschaltung 102, der Flash-Konverter 108, die Dosiswertschaltung 106 und die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 zusammen die Form und die Dauer eines Flash-Feldes, direkt vor der Erzeugung des Flash-Feldes durch die Elektronenstrahlsäule 112.
Rasterschaltung 102
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt 2A schematisch eine geeignete Rasterschaltung 102. Die Rasterschaltung 102 umfasst eine Pixeliervorrichtung 210 und eine Graustufenspezifiziervorrichtung 212. In einer Ausführungsform ist die Rasterschaltung 102 eine „fest verdrahtete" Logikschaltung, die ein Verfahren 200 durchführt, das detaillierter weiter unten in Bezug auf 2B beschrieben wird. In anderen Ausführungsformen kann die Rasterschaltung 102 ein Computer sein, der eine Softwareform eines Verfahrens 200 implementiert. Alle Parameter hier sind beispielhaft.
Die Rasterschaltung 102 empfängt als Eingangssignal Daten im Vektorformat, die ein konventionelles Muster, das auf ein Substrat geschrieben werden soll, darstellen. Das Muster definiert konventionellerweise beispielsweise eine Schicht einer integrierten Schaltung und wird in x-y-Koordinaten ausgedrückt. Die Rasterschaltug 102 zerlegt ein Musterbild, das auf einen Abschnitt des Substrats geschrieben werden soll, in ein Gitter von Pixeln und stellt jeden Pixel als Graustufenwert dar, der einen Bruchteil eines Pixel spezifiziert, der ein Muster einschließt.
2B zeigt ein Flussdiagramm eines geeigneten Verfahrens 200, das durch die Rasterschaltung 102 ausgeführt wird, um das Musterbild, das auf eine Oberfläche des Substrats geschrieben werden soll, als Graustufenwerte darzustellen.
Im Schritt 201 teilt die Pixeliervorrichtung 210 einen Abschnitt der Substratoberfläche in ein Gitter auf. Die Pixeliervorrichtung 210 positioniert weiter jedes Muster, wo es spezifiziert ist, innerhalb des Gitters. In dieser Ausführungsform besteht jedes Gitter maximal aus 8192 Pixel mal 1.444.000 Pixel. Für das Abbilden einer Maske, die eine minimale Merkmalsgröße von 200 nm erfordert, wird jeder Pixel quadratisch geformt und weist ungefähr 100 nm auf einer Seite auf, obwohl andere Pixelformen auch verwendet werden können. 3 zeigt einen beispielhaften Abschnitt eines Gitters 302, das einen Abschnitt der Oberfläche des Substrats 302 unterteilt, auf dem sich das abgebildete Muster 306, unterteilt in Pixel 310, befindet.
Im Schritt 202 der 2 gibt die Pixeliervorrichtung 210 das Gitter an die Graustufenspezifiziervorrichtung 212, die jeden Pixel 310 durch einen Graustufenwert darstellt. Der Graustufenwert stellt einen Abschnitt von Unterpixeln innerhalb eines Pixels 310 dar, die sich mit dem Muster 306 überlappen. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reichen die Graustufenwerte von 0 bis 16. Beispielsweise weist ein Pixel, der kein Muster 306 einschließt, einen Graustufenwert von 0 auf. 4 stellt ein Beispiel einer Ecke eines Musters innerhalb eines Pixels dar. Im Beispiel sind 64 (die Pixel an der Kante der dunklen Fläche) aus den 256 Unterpixeln überlappt, um somit einen Graustufenwert von 4 darzustellen. In dieser Ausführungsform spezifiziert die Graustufenspezifiziervorrichtung 212 jeden Graustufenwert durch einen 5-Bit-Wert, um somit bis zu 32 Graustufen zu ermöglichen.
Im Schritt 203 speichert die Rasterschaltung 102 die Graustufenwerte, die mit dem Gitter verbunden sind, im Puffer 104.
Nachfolgend wiederholt die Rasterschaltung 102 das Verfahren 200 der 2B, bis ungefähr das ganze Bild, das auf das Substrat zu schreiben ist, durch Pixel dargestellt wird.
In konventionellen Vektorscan-Geräten werden nur Muster, die auf ein Substrat zu schreiben sind, kodiert. In dieser Ausführungsform unterteilt die Rastervorrichtung einen Abschnitt der Oberfläche des Substrats in ein Gitter und stellt jeden Pixel auf der Oberfläche dar. Die Darstellung eines vollen Substratbildes liefert viele Vorteile gegenüber konventionellen Vektor formatdarstellungen von Mustern, insbesondere da jeder Pixel, unabhängig davon, ob er ein Muster einschließt, dargestellt wird.
Beispielsweise können konventionelle Proximity-Fehlerkorrekturen leichter berechnet werden, da jeder Pixel, ob er nun belichtet wird oder nicht, dargestellt wird. Die Proximity-Fehlerkorrektur umfasst das Einstellen eines Pegels des Elektronenstrahls, der auf ein spezielles Gebiet eines Substrats leuchtet, um eine Überbelichtung zu vermeiden, durch das Berücksichtigen der Belichtung der Pixel neben dem Gebiet. Wenn die Muster im Vektortormat vorliegen, erfordert die Bestimmung der Nähe von Mustern viele Berechnungen.
Die Überlappungsbestimmung kann in dieser Ausführungsform leichter berechnet werden. Die Überlappungsbestimmung ist erforderlich, um eine Überbelichtung eines Gebietes, bei dem sich mehrere Muster überlappen, zu verhindern. Mit Mustern im Vektortormat wird jedes Muster, sogar die überlappenden Muster, getrennt kodiert. Um so die Überlappung zu bestimmen, sind viele Berechnungen notwendig. Da jeder Pixel in dieser Ausführungsform durch Graustufenwerte dargestellt ist, ist es viel leichter, die Überlappung zu bestimmen.
Manchmal müssen Muster „in der Tönung umgekehrt" werden, das heißt normalerweise nicht belichtete Abschnitte eines Substrats werden belichtet, und normalerweise belichtete Musterabschnitte werden nicht belichtet. In dieser Ausführungsform können Pixel leicht in der Tönung umgekehrt werden, da sogar die normalerweise nicht belichteten Pixel dargestellt werden. Bei Mustern im Vektortormat sind nur die belichteten Gebiete kodiert, so dass es schwierig ist, die nicht belichteten Gebiete in der Tönung umzukehren.
Mit Mustern im Vektorformat kann die Anzahl von Flash-Feldern in einem Muster enorm sein und erfordert somit einen nicht praktikabel großen Pufferplatz. In dieser Ausführungsform ist jeder Pixel einzeln dargestellt, so dass die Pixel in einen Pufferplatz in diskreten Schritten geladen werden können, sogar ein Muster unterteilt werden kann. In dieser Ausführungsform gibt die Rasterschaltung 102 Graustufenwerte an die Puffervorrichtung mit einer konstanten Rate aus, um es somit dem Puffer 104 zu ermöglichen, weniger Speicherplatz als beim Stand der Technik zu umfassen.
Flash-Konverter 108
Der Flash-Konverter 108 wandelt Graustufenwerte von Pixeln in Formdaten um, die die Form eines Flash-Feldes spezifizieren. 5A zeigt einen geeigneten Flash-Konverter 108 in Blockdiagrammform. Wie gezeigt ist, so umfasst der Flash-Konverter 108 eine Umformatier logik 510, eine Formkodebestimmungslogik 512, eine erste Tabelle (lookup table, LUT) 514, und eine zweite LUT 516. Eine geeignete Implementierung der ersten und zweiten LUTs 514 und 516 ist ein statischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM). Der Flash-Konverter 108 ist verbunden, um Graustufenwerte vom Puffer 104 und ein Taktsignal vom Taktgeber 114 zu empfangen. Der Flash-Konverter 108 gibt Formdaten an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 gemäß dem Taktsignal vom Taktgeber 114 aus.
In dieser Ausführungsform ist der Flash-Konverter 108 eine fest verdrahtete Logik, die das Verfahren 500, das weiter unten in Bezug auf 5B diskutiert wird, durchführt. In anderen Ausführungsformen kann der Flash-Konverter 108 ein Computer sein, der eine Softwareform des Verfahrens 500 implementiert.
Im Schritt 501 liefert der Puffer 104 ein Signal, das beispielsweise mindestens 16 Graustufenwerte aufweist, an die Umformatierlogik 510. In dieser Ausführungsform entsprechen die Graustufenwerte einer quadratischen Formation von 4 auf 4 Pixel (nachfolgend „Matrix A") mit einem interessierenden Quadranten im Zentrum. 9 zeigt die Matrix A detaillierter. Der interessierende Quadrant entspricht den Pixeln a22, a23, a32 und a33, und die restlichen Pixel sind „umgebende Pixel". Für die Quadranten an den Kanten eines Gitters weisen Pixel, die die Quadranten umgeben, die nicht im Gitter liegen, einen Graustufenwert von 0 auf. Der Flash-Konverter 108 stellt den interessierenden Quadranten als Formdaten dar.
Bei einer ersten Ausführung des Schritts 501 gibt der Puffer 104 zuerst die Daten aus, die zum unteren linken Quadranten gehören. Bei nachfolgenden Ausführungen des Schritts 501 gibt der Puffer 104 Daten aus, die zu den Quadranten in der Rasterabtastung gehören, die früher beschrieben wurde.
Im Schritt 502 stellt die Umformatierlogik 510 den Quadranten durch Formdaten, das sind ein Formkode und Koordinaten (Form_x, Form_y) dar. Der Formkode stellt eine Grundform dar, die von einem Quadranten reicht, der voll durch den Strahl belichtet werden soll, bis zu einem nicht zu belichtenden Quadranten. Die Koordinaten modifizieren die Grundformen durch Unterpixel, so dass die modifizierte Form sich besser dem Abschnitt eines Musters innerhalb des Quadranten nähert. Die Form jedes Flash-Feldes wird durch einen Form-Kode und Koordinaten spezifiziert.
6 zeigt 14 Grundformen, jede innerhalb eines Quadranten 304, und zugehörige zugewiesene Formkodes gemäß dieser Ausführungsform. Der dunkle Abschnitt jeder Form stellt ein Gebiet dar, das durch den (Elektronen) Strahl belichtet werden soll („belichtetes Gebiet").
Das größte belichtete Gebiet ist ein voller Quadrant und entspricht dem Formkode 16. Die Formkodes 1 bis 4 spezifizieren rechteckig geformte, belichtete Gebiete mit vier unterschiedlichen Drehungen. Die Formkodes 5 bis 8 spezifizierten belichtete Gebiete, die entweder quadratisch oder rechteckig geformt sind, mit vier unterschiedlichen Drehungen. Die Formkodes 9 bis 12 stellen L-förmige, belichtete Gebiete mit vier unterschiedlichen Drehungen dar. In anderen Ausführungsformen können die Formkodes andere Formen darstellen.
Die Koordinaten modifizieren die Formen, die den Formkodes 1 bis 12 entsprechen, durch Unterpixel. In dieser Ausführungsform nehmen die Form_x und die Form_y jeweils Werte von 0 bis 31 an. Beispielsweise zeigt 7 eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts 308 des Musters 306 in einem Quadranten. Der Abschnitt 308 entspricht einem Formkode von 12. Im Beispiel wird die Änderung der Form im Formkode 12 durch das Spezifizieren der Koordinaten Form_x und Form_y von (19,20) erzielt. Im Beispiel spezifizieren die Koordinaten die Eckposition der Form.
8 zeigt ein detaillierteres Flussdiagramm des Verfahrens 502. Im Schritt 801 lädt die Umformatierlogik 510 die Matrix A.
Im Schritt 802 modifiziert die Umformatierlogik 510 die Matrix A, so dass der Pixel a22 den höchsten Graustufenwert im interessierenden Quadranten aufweist, durch eine oder alle der folgenden drei Operationen: 1) Rotation, 2) Umklappen (flipping) oder 3) Graduationsumkehr. Die Variable „rotiere" nimmt die Werte 0, 1, 2 oder 3 an und stellt dar, ob die Matrix A jeweils um 0, 90, 180 oder 270 Grad gedreht wurde. Die Variable „umklappen" spezifiziert, ob die Matrix „umgeklappt wurde", das heißt für jeden Pixel das Austauschen der Koordinaten Form_x und Forme_y aber das Beibehalten des Graustufenwertes. Die Variable „Umkehr" spezifiziert, ob jeder Graustufenwert als 16 minus seinen Graustufenwert dargestellt werden soll. Die Umformatierlogik 510 speichert die Variablen und zeichnet die Reihenfolge der Operafionen für einen späteren Gebrauch auf. Die sich ergebende Matrix ist Matrix B, die in 9 gezeigt ist. Die Umformatierlogik 510 gibt dann die Matrix B und die Variablen und die Reihenfolge der Operationen an die Formkodebestimmungslogik 512 aus.
Im Schritt 803 wendet die Formkodebestimmungslogik 512 ein in 10 gezeigtes Verfahren auf die zentralen vier Pixel der Matrix B an, um einen Zwischenformkode zu bestimmen. Zuerst bestimmt im Schritt 1002 die Formkodebestimmungslogik 512, ob der Pixel b23 einen Graustufenwert von 16 aufweist. Wenn dem nicht so ist, so ist im Schritt 1003 der Zwischenformkode entweder 5, 1 oder 11 (Zustand D). Wenn dem so ist, so bestimmt in Schritt 1004 die Formkodebestimmungslogik 512, ob der Pixel b32 einen Grauwert von 16 aufweist.
Wenn dem nicht so ist, so ist im Schritt 1005 der Zwischenformkode entweder 1 oder 11 (Zustand C). Wenn dem so ist, so bestimmt dann im Schritt 1006 die Formkodebestimmungslogik 512, ob der Pixel b33 einen Grauwert von 16 aufweist. Wenn dem nicht so ist, so ist im Schritt 1007 der Zwischenformkode 11 (Zustand B). Wenn dem so ist, so ist im Schritt 1008 der Zwischenformkode 16 (Zustand A).
Somit bestimmt die Formkodebestimmungslogik 512, wenn der Zustand C oder D ist, nachfolgend Zwischenkoordinaten und einen Zwischenformkode. Für den Zustand B bestimmt die Formkodebestimmungslogik 512 nachfolgend nur Zwischenkoordinaten, durch die die Form entsprechend dem Zwischenformkode 11 zu modifizieren ist. Für den Zustand A müssen keine Koordinaten bestimmt werden.
In dieser Ausführungsform liefert für den Zustand B, um die Zwischenkoordinaten zu bestimmen, die Formkodebestimmungslogik 512 Graustufenwerte der Pixel, die in Tabelle 1 gezeigt sind, zur ersten Tabelle 514, die wiederum die entsprechenden Zwischenkoordinaten ausgibt. Für die Zustände C–D gibt, um die Zwischenkoordinaten und einen Zwischenformkode zu bestimmen, die Formkodebestimmungslogik 512 Graustufenwerte der Pixel, die in Tabelle 1 gezeigt sind, an die erste Tabelle 514, die wiederum die Zwischenkoordinaten und den Zwischenformkode ausgibt.
Tabelle 1
Für den Zustand B werden die Zwischenkoordinateneinträge in der ersten Tabelle 514 folgendermaßen abgeleitet. Pixel b22, b23 und b32 weisen Graustufenwerte von 16 auf. Der Graustufenwert von Pixel b33 wird spezifiziert, aber die belichteten Unterpixel werden nicht spezifiziert. Somit könnte ein einziger Graustufenwert einer Vielzahl von belichteten Unterpixeln entsprechen. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass eine Ecke durch die Pixel b34, b33 und b43 (gestrichelte Linie in Matrix 1102 der 11) gebildet wird, mit der Kreuzung der Seiten der Ecke am Kantenpunkt 1118 in Pixel b33. Das innere schraffierte Gebiet der Ecke 1108 wird nicht belichtet. Der Winkel zwischen den Seiten, die sich am Kantenpunkt 1118 schneiden, ist nicht notwendigerweise 90 Grad. In dieser Ausführungsform werden die Koordinaten des Kantenpunkts 1118 und somit der belichtete Abschnitt des Pixels b33 durch das Bestimmen einer Ecke 1108 durch die Pixel b34, b33 und b43, die einem minimalen Graustufenfehler entspricht, geschätzt. Insbesondere entspricht jede Koordinate in der ersten Tabelle 514 einem minimalen Fehler zwischen 1) den spezifizierten Graustufenwerten des Flash-Feldes und den Pixeln b34, b43 und b44 und 2) den Graustufenwerten des sich ergebenden Flash-Feldes und den Pixeln b34, b43 und b44, wobei der Kantenpunkt an der Koordinate festgelegt wird.
In dieser Ausführungsform wird die unten angegebene Formel für jede Koordinate von (16,16) bis (31,31) für alle möglichen Graustufenwerte berechnet. Jede Zwischenkoordinate in der ersten Tabelle 514 entspricht dem minimalen Fehlerwert aus der folgenden Formel: Fehler = K(F) + L(PE) + M(T) (1)
Die Variable F stellt den absoluten Wert der Differenz zwischen dem spezifizierten Gesamtgraustufenwert des Flash-Feldes und dem Gesamtgraustufenwert des Flashfeldes, der durch eine Koordinate erzielt wurde, dar.
Die Variable PE stellt einen maximalen Fehler zwischen jedem Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand B und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zustand B, erhalten durch eine Koordinate dar.
Die Variable T stellt die Summe der Variable F und die Summe der absoluten Differenzen zwischen jedem spezifizierten Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand B und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zustand B, erzielt durch eine Koordinate dar.
In einer Ausführungsform sind die Wichtungsvariablen K, L und M jeweils 8, 4 und 1. Diese Gewichte wirken am stärksten auf die Variable F.
Für den Zustand C werden die Zwischenkoordinateneinträge in der ersten Tabelle 514 folgendermaßen abgeleitet. Die Pixel b22 und b23 weisen Graustufenwerte von 16 auf. Die Graustufenwerte der Pixel b32 und b33 werden spezifiziert, aber die belichteten Unterpixel nicht. Da der belichtete Abschnitt des Quadranten dem Formkode 1 oder 11 entsprechen kann, wird eine Ecke entweder durch Pixel b32, b33, b34 und b42 geformt, oder es wird eine gerade Kante durch die Pixel b32, b33, b34 und b31 geformt (gestrichelte Linien in Matrix 1104 der 11). Der Winkel zwischen den Seiten der Ecke kann ein anderer als 90 Grad sein. Für die Ecke, die einem Formkode 11 entspricht, spezifizieren Zwischenkoordinaten das Schneiden der Seiten am Kantenpunkt 1120 im Pixel b32. Der nicht belichtete Abschnitt der Ecke ist als Gebiet 1110 gezeigt, und der nicht belichtete Abschnitt der gerade Kante ist als gemeinsame Gebiete 1110 und 1112 gezeigt.
Für den Zustand C entsprechen die Zwischenformkodes und die Zwischenkoordinaten für jede Kombination der Graustufenwerte für die Pixel b31, b32, b33, b34 und b42, die in der Tabelle spezifiziert sind, minimalen Fehlerwerten aus der Formel. Die vorher diskutierte Formel wird für jeden der Formkode 1 und 11 und die Koordinaten, die von (0,16) bis (31,31) reichen, berechnet. In der Formel stellt die Variable PE einen maximalen Fehler zwischen jedem Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand C und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zuastand C, die durch eine Koordinate erhalten wurden, dar. Die Variable T stellt die Summe der Variable F und die Summe der absoluten Differenzen zwischen jedem spezifizierten Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand C und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zustand C, erhalten durch eine Koordinate, dar.
Für. den Zustand D werden die Zwischenkoordinateneinträge in der ersten Tabelle 514 folgendermaßen abgeleitet. Die Graustufenwerte der Pixel b22, b23, b32 und b33 werden spezifiziert, aber die belichteten Unterpixel nicht. Da der belichtete Abschnitt des Quadranten dem Formkode 1, 5 oder 11 entsprechen kann, wird eine Ecke entweder durch die Pixel b42, b32, b22, b23 und b24 geformt, oder es wird eine gerade Kante durch die Pixel b21, b22, b23 und b24 geformt (gestrichelte Linien in Matrix 1106 der 11). Der nicht belichtete Abschnitt der Ecke ist als Gebiet 1116 gezeigt, und der nicht belichtete Abschnitt der geraden Kante ist als gemeinsame Gebiete 1114 und 1116 gezeigt. Für die Ecke, die einem Formkode von 11 oder 5 entspricht, spezifizieren die Koordinaten die Kreuzung der Seiten am Kantenpunkt 1122 durch jeden Pixel des Quadranten. Der Winkel zwischen den Seiten des Kantenpunkts 1122 kann ein anderer als 90 Grad sein. Beispielsweise könnte ein Formkode 5 einem Winkel zwischen den Seiten der Ecke von mehr als 90 Grad entsprechen.
Für den Zustand D entsprechen die Zwischenformkodes und die Zwischenkoordinaten für jede Kombination der Graustufenwerte für die Pixel b22, b23, b32, b33 und b42, die in der ersten Tabelle 514 spezifiziert sind, minimalen Fehlerwerten aus der Formel. Die vorher diskutierte Formel wird für jeden der Formkodes 1, 5 und 11 und die Koordinaten, die von (0,0) bis (31,31) reichen, berechnet. In der Formel stellt die Variable PE einen maximalen Fehler zwischen jedem Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand D und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zustand D, die durch eine Koordinate erhalten wurden, dar. Die Variable T stellt die Summe der Variable F und die Summe der absoluten Differenzen zwischen jedem spezifizierten Graustufenwert jedes Pixels in Tabelle 1 für den Zustand D und den Graustufenwerten der Pixel in Tabelle 1 für den Zustand D, erhalten durch eine Koordinate, dar.
Im Schritt 804 der 8 kehrt die Formkodebestimmungslogik 512 für alle Zustände jede Modifikation, die durch die Umformatierlogik 510 im Schritt 802 ausgeführt wurde, in einer umgekehrten Reihenfolge auf der Form, die durch den Formkode und die Koordinaten, die in Schritt 803 bestimmt wurden, spezifiziert ist, um. In dieser Ausführungsform greift die Formkodebestimmungslogik 512 auf die zweite Tabelle 516 zu, die Koordinaten und Formkodes für jede Kombination von Umkehrtransformationsoperationen auf jedem möglichen Zwischenformkode und Zwischenkoordinaten, das sind die Formkodes 1, 5 oder 11 und die Koordinaten (0,0) bis (31,31) einschließt. Im Schritt 805 liest die Formkodebestimmungslogik 512 den passenden Formkode und die Koordinaten aus der zweiten Tabelle 516.
Im Schritt 503 der 5B liefert die Formkodebestimmungslogik 512 Formdaten an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110. In dieser Ausführungsform liefert der Flash-Konverter 108 Formdaten ungefähr alle 10 ns an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110.
Der Flash-Konverter 108 wiederholt die Schritte 501 bis 503 für jeden Quadranten im Gitter, bis alle Quadranten im Gitter, die im Schritt 202 der 2B spezifiziert sind, durch Formdaten dargestellt sind.
Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausführungsform eine reduzierte Anzahl von Einträgen in der Tabelle und eine reduzierte Schaltung, die bei Ladeoperationen notwendig ist. Die erste Tabelle 514 umfasst Koordinateneinträge für drei Formkodes, das sind 1, 5 und 11. In dieser Ausführungsform werden 17⁴ Werte in einer Tabelle für den Zustand B benötigt, und es werden 17⁵ Werte in einer Tabelle für jeden der Zustände C und D benötigt. Ansonsten würden Tabellen für jeden der Formkodes 1 bis 12 benötigt. Somit reduziert diese Ausführungsform die Anzahl der kostspieligen Tabellen.
In dieser Ausführungsform erfordert jeder Tabellenwert 2 Bytes, die einen 5-Bit Form_x-Koordinatenwert und einen 5-Bit Form_y-Koordinatenwert und einen 5-Bit Formkode einschließt. In dieser Ausführungsform erfordern die erste Tabelle 514 und die zweite Tabelle 516 ungefähr 6 Megabyte.
Dosiswertschaltung 106
In einer Ausführungsform empfängt die Dosiswertschaltung 106 Graustufenwerte aus und um ein Flash-Feld von der Rasterschaltung 102, wählt drei Dosiswerte „Dosis1", „Dosis2" und „Dosis3" aus einer programmierbaren Tabelle aus, und gibt diese Dosiswerte an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110. Dosiswerte, die mit Formdaten verbunden sind, hängen von den Anordnungen und Größen der Graustufenwerte im Flash-Feld, die durch die Formdaten dargestellt sind, ab. In anderen Ausführungsformen sind mehr oder weniger Dosiswerte mit einem Flash-Feld verbunden. Die Variable „Dosis1" spezifiziert eine Stufe konventioneller Weitbereichskorrektur (long range correction). Die Variable „Dosis2" spezifiziert eine Stufe der konventionellen Kurzbereichskorrektur (short range correction). Die Variable „Dosis3" spezifiziert eine Stufe der Graustufenverstärkungskorrektur (gray level splicing correction). Eine geeignete Technik für das Erzeugen von mit jedem Flash-Feld verbundenen Dosiswerten ist in der US-A-6,262,429 und der US-A-5,847,959 und in „Run-Time Correction of Proximity Effects in Raster Scan Pattern Generator Systems", L. Veneklasen, U. Hofmann, L. Johnson, V. Boegli und R. Innes, dargestellt in Micro- and Nano-Engineering 98, Leuven, Belgien, September 22–24, 1998 beschrieben.
Eine geeignete Dosiswertschaltung 106 umfasst festverdrahtete Logik und einen konventionellen Speicher, wie einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff. In anderen Ausführungsformen kann die Dosiswertschaltung 106 ein Computer sein, der geeignete Software ausführt. Alle Parameter hier sind beispielhaft.
In dieser Ausführungsform liefert die Dosiswertschaltung 106 Dosiswerte, die mit den jeweiligen Formdaten verbunden sind, alle 10 ns an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110. Die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110, die weiter unten detaillierter beschrieben wird, übersetzt die mit den Formdaten verbundene Dosiswerte in Belichtungszeiten, die die Zeitdauer eines Flash-Feldes, das heißt die Zeit, zu der ein Gebiet des Substrats dem Strahl ausgesetzt ist, spezifizieren.
Elektronenstrahlsäule 112
12 zeigt schematisch eine geeignete neue Elektronenstrahlsäule 112, die Flash-Felder, die durch Formdaten spezifiziert werden, in einer Zeilenabtastung erzeugt. In dieser Ausführungsform erzeugt die Elektronenstrahlsäule 112 Flash-Felder durch eine „Schattenprojektionstechnik", die weiter unten detaillierter erläutert wird. Die Elektronenstrahlsäule 112 um fasst eine konventionelle Elektronenquelle 1204 mit thermischer Feldemission (TFE), eine konventionelle Elektronenstrahltransferlinse 1206, eine obere Blende 1210, eine konventionelle obere Ablenkeinheit 1212, eine untere Blende 1214, eine konventionelle untere Ablenkeinheit 1216, konventionelle magnetische Ablenkspulen 1218 und eine konventionelle Elektronenstrahlobjektivlinse 1220. Die Elektronenstrahlsäule 112 schreibt Flash-Felder auf ein Substrat 118.
Alle Abmessungen und Parameter sind hier beispielhaft. In anderen Ausführungsformen könnte die Elektronenstrahlsäule 112 Strahlen aus geladenen Teilchen oder Strahlen anderer Energie erzeugen.
12 zeigt einen Apparat, der für das Schreiben von Mustern mit einer minimalen Merkmalsabmessung von 200 nm auf eine Maske verwendet wird. Der Apparat kann natürlich für andere minimale Merkmalsgrößen geändert werden. Die maximale Strahlquerschnittsgröße, die durch die Elektronenstrahlsäule 112 erzeugt wird, entspricht der minimalen Merkmalsgröße des sich ergebenden Musters.
Eine konventionelle Elektronenquelle 1204 mit thermischer Feldemission (TFE) gibt einen Elektronenstrahl 1222 aus. Die TFE-Elektronenquelle 1204 liefert einen Strom pro Raumwinkeleinheit dl/dΩ, der auch als Winkelintensität bekannt ist, von mindestens 1,0 mA/Sterad. Die TFE-Elektronenquelle 1204 gibt einen Elektronenstrahl 1222 von ungefähr 420 mm über der Oberfläche des Substrats 118 aus.
Die konventionelle Transferlinse 1206 ist in Bezug der Elektronenstrahlrichtung von der TFE-Elektronenquelle 1204 stromabwärts angeordnet (nachfolgend bedeutet „stromabwärts" stromabwärts in Bezug auf die Richtung des Elektronenstrahls von der TFE-Elektronenquelle 1204). Die Transferlinse 1206 befindet sich stromaufwärts ungefähr 320 nm entfernt von der Oberfläche des Substrats 118. Die konventionelle Transferlinse 1206 fokussiert den Elektronenstrahl 1222 an einem Kreuzungspunkt 1230 ungefähr 1 mm stromabwärts eines Zentrums, des Punkts C, der unteren Blende 1214, die später detaillierter beschrieben wird.
Die obere Blende 1210 ist stromabwärts der Transferlinse 1206 angeordnet. Die obere Blende 1210 ist ungefähr 290 mm stromaufwärts vom Substrat 118 entfernt angeordnet. Die obere Blende 1210 bildet eine quadratische Öffnung 1302 von ungefähr 135 μm auf 135 μm. Wenn die obere Öffnung 1210 durch die TFE-Elektronenquelle 1204 beleuchtet wird, so wird ein gut aufgelöster Schatten der quadratischen Öffnung 1302, die dem Querschnitt des Elektronenstrahls 1222 entspricht, stromabwärts der oberen Blende 1210 projiziert. Wie in
12 gezeigt ist, nimmt die Größe eines Querschnitts des Schattens des Elektronenstrahls 1222 stromabwärts der oberen Blende 1210 zum Kreuzungspunkt 1230 ab.
13A zeigt eine detailliertere Aufsicht auf einen Abschnitt der oberen Blende 1210. In dieser Ausführungsform bildet die obere Blende 1210 eine quadratische Öffnung 1302 von ungefähr 135 μm auf 135 μm. Die quadratische Öffnung 1302 liegt koaxial zum Elektronenstrahl 1222. 13B zeigt eine Querschnittsansicht der obere Öffnung 1210 der 13A entlang der Linie A-A. Die Dicke der oberen Blende 1210 beträgt ungefähr 10 μm.
In dieser Ausführungsform ist die obere Blende 1210 durch das Abscheiden eines hitzefesten Metalls niedriger Spannung (low stress refractory metall), wie einer Wolfram-Titan-Legierung, auf einer Silikonmembran und dann der Strukturierung einer quadratischen Öffnung 1302 von 135 μm auf 135 μm durch die Legierung und die Silikonmembran unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls konstruiert. In einer anderen Ausführungsform ist die obere Blende 1210 aus einer ungefähr 10 μm dicken Metallfolie, wie beispielsweise aus Molybdän, Wolfram oder einer Legierung, wie Molybdän-Rhenium, die durch einen elektrischen Strom erhitzt werden kann, um Kontaminierungsprobleme zu reduzieren, hergestellt.
Betrachtet man die 12, so ist eine konventionelle Ablenkeinheit 1212 stromabwärts der oberen Blende 1210 angeordnet. Die Funktionsweise und eine geeignete Struktur der oberen Blende 1212 wird weiter unten detaillierter beschrieben.
Die untere Blende 1214 ist stromabwärts der oberen Ablenkeinheit 1212 angeordnet. Wenn die untere Blende 1214 durch den Elektronenstrahl 1222 beleuchtet wird, so wird ein gut aufgelöster geformter Strahl weiter durch den Abschnitt des Schattens der Öffnung, die durch die obere Blende 1210 gebildet wird, der durch die untere Blende 1214 hindurch geht, gebildet. Wie in 12 gezeigt ist, nimmt die Größe des Querschnitts des Schattens des Elektronenstrahls 1222 stromabwärts von der unteren Blende 1214 zum Kreuzungspunkt 1230 ab und nimmt dann vom Kreuzungspunkt 1230 zu.
Der Elektronenstrahl 1222 konvergiert zum Kreuzungspunkt 1230 dicht an der unteren Blende 1214. Wenn der Elektronenstrahl 1222 auf die untere Blende 1214 auftrifft, ist die Größe des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222 sehr klein. Die kleine Querschnittsgröße wiederum bringt die Verwendung kleinerer Formungsöffnungen in der unteren Blende 1214 mit sich. Die Querschnittsgröße des Elektronenstrahls 1222, da wo der Elektronenstrahl 1222 auf die untere Blende 1214 trifft, kann eingestellt werden, indem der Kreuzungspunkt 1230 eingestellt wird, was das Ändern der Stärke der Transferlinse 1206 bedingt.
In dieser Ausführungsform ist die untere Blende 1214 beispielsweise entweder die untere Blende 1214A (14A) oder die untere Blende 1214B (15A). 14A zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt der unteren Blende 1214A. Wie dargestellt ist, so umfasst die untere Blende 1214A vier Öffnungen 1402A–1402D. Jeder kurze Seite 1412 jeder Öffnung 1402A–1402D weist eine Länge A von ungefähr 3 μm auf. Wie dargestellt ist, beträgt der Winkel zwischen jeder kurzen Seite 1412 90°. Der enge Abstand X zwischen jeder Öffnung 302 beträgt ungefähr 3 μm. 14B zeigt eine Querschnittsansicht der unteren Blende 1214A der 14A entlang der Linie B-B. Die Dicke T der unteren Blende 1214A beträgt ungefähr 10 μm.
In dieser Ausführungsform wird die untere Blende 1214A durch das Abscheiden eines hitzefesten Metall geringer Spannung, wie beispielsweise einer Wolfram-Titan-Legierung, auf einer Silikonmembran und dann das Strukturieren der vier Öffnungsabschnitte 1402A–1402D durch das Metall und die Silikonmembran unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls konstruiert. In einer anderen Ausführungsform ist die untere Blende 1214A aus einer ungefähr 10 μm dicken Folie aus Metall, wie Molybdän, Wolfram oder einer Legierung, wie Molybdän-Rhenium hergestellt, wobei sie durch einen elektrischen Strom erhitzt werden kann, um Kontaminierungsprobleme zu reduzieren.
15A zeigt eine Aufsicht auf einen Abschnitt einer alternativen unteren Blende 1214B. Wie gezeigt ist, so umfasst die untere Blende 1214B eine kreuzförmige Öffnung 1502. Jede der 12 Seiten 1508 der kreuzförmigen Öffnung weist eine Größe von ungefähr 3 μm auf. Wie dargestellt ist, beträgt der Winkel zwischen jeder Seite 1508 90°. 15B zeigt einen Querschnitt der unteren Blende 1214B der 15A entlang der Linie C-C. Die Dicke der unteren Blende 1214B beträgt ungefähr 10 μm.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die untere Blende 1214B durch das Abscheiden eines hitzefesten Metall geringer Spannung, wie beispielsweise einer Wolfram-Titan-Legierung, auf einer Silikonmembran und dann das Strukturieren der kreuzförmigen Öffnung 1502 durch das Metall konstruiert. In einer anderen Ausführungsform ist die untere Blende 1214B aus einer ungefähr 10 μm dicken Folie aus Metall, wie Molybdän, Wolfram oder einer Legierung, wie Molybdän-Rhenium hergestellt, wobei sie durch einen elektrischen Strom erhitzt werden kann, um Kontaminierungsprobleme zu reduzieren.
Die obere Blende 1210, wie sie in 13A dargestellt ist, und die untere Blende 1214A der 14A oder die untere Blende 1214B der 15A sind koaxial entlang einer Achse, die von der Spitze der Elektronenquelle 1204 durch den Zentralpunkt C, der in den 13A, 14A und 15A gezeigt ist, nach unten verläuft, ausgerichtet.
Die L-förmigen oder kreuzförmigen Öffnungen in der unteren Blende 1214 ermöglichen es einem Elektronenstrahl 1222, eine Kante, eine äußere Ecke oder eine innere Ecke irgendwo in einem Flash-Feld zu bilden. Somit können die Kanten und Ecken in einem Muster in sehr viel kleineren Inkrementen platziert werden, als das bei der Herstellung eines Halbleiterelements gefordert wird.
Die konventionelle untere Ablenkeinheit 1216 ist stromabwärts der unteren Blende 1214 angeordnet. Die Funktionsweise und eine geeignete Struktur der unteren Ablenkeinheit 1216 werden später detailliert angegeben.
16 zeigt eine geeignete Implementierung und Anordnung einer konventionellen oberen Ablenkeinheit 1212 und einer konventionellen unteren Ablenkeinheit 1216. Die konventionelle obere Ablenkeinheit 1212 umfasst vier Metallplatten 1602, die in einer quadratischen Formation angeordnet und verbunden sind, um Spannungen an den Knoten 1606, 1608, 1604 und 1610 zu empfangen. In ähnlicher Weise umfasst eine konventionelle untere Ablenkeinheit 1216 vier Metallplatten 1602, die in einer quadratischen Formation angeordnet und verbunden sind, um Spannungen an den Knoten 1618, 1614, 1616 und 1612 zu empfangen. In dieser Ausführungsform sind die Knoten der oberen Ablenkeinheit 1212 und der unteren Ablenkeinheit 1216 verbunden, um Spannungen von einer Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 zu empfangen. Der Betrieb der oberen Ablenkeinheit 1212 und der unteren Ablenkeinheit 1216 wird später detaillierter beschrieben.
Konventionelle Ablenkspulen 1218 sind stromabwärts der unteren Ablenkeinheit 1216 angeordnet. Konventionelle Ablenkspulen führen einen Elektronenstrahl 1222 über das Substrat 118 in einer konventionellen Zeilenabtastung. In dieser Abtastung beträgt die Länge der Abtastung bis zu 1 mm.
Gemäß der konventionellen Zeilenabtastung wird das Substrat 118 auf einem konventionellen Ständer, der das Substrat 118 in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung der Zeilenabtastung und innerhalb der Ebene des Substrats 118 bewegt, angeordnet.
Eine konventionelle Objektivlinse 1220 ist neben den Ablenkspulen 1218 angeordnet, das heißt innerhalb derselben Ebene rechtwinklig zur Richtung des Elektronenstrahls. Die Objektivlinse 1220 steuert wirksam die Größe des Elektronenstrahlschattens von der unteren Blende 1214, der auf das Substrat 118 geschrieben wird. Die Funktionsweise der Objektivlinse 1220 wird unten detaillierter diskutiert.
In dieser Ausführungsform umfasst eine Schattenprojektion die Verwendung einer kleinen TFE-Quelle hoher Helligkeit, um eine hohe Stromdichte im Schatten, beispielsweise bis zu 3000 Ampere pro Quadratzentimeter im geformten Strahl zu erhalten, als auch eine kleine Überkreuzung, das heißt der Strahlkreuzungsabschnitt am Kreuzungspunkt 1230 ist im Vergleich zur Größe des Formschattens in der Ebene 1806 klein. Die Verwendung kleiner Öffnungen in der unteren Blende 1214 ermöglicht kleine Ablenkwinkel durch die obere Ablenkeinheit 1212, was wiederum relativ niedrige Ablenkspannungen ermöglicht. Niedrige Ablenkspannungen ermöglichen eine hohe Erzeugungsrate des geformten Strahls. Die aktuelle kleine Formgröße und die kleinen erforderlichen Ablenkspannungen ermöglichen auch eine kurze Einstellzeit für jeden geformten Flash, beispielsweise weniger als 3 ns, was weiter einen höheren Durchsatz als bei konventionellen Vektorstrahlformungsgeräten erleichtert.
Die Schattenprojektionsformung (shadow projection shaping) ermöglicht auch die Verwendung eines relativ kurzen Strahlweges, was die Interaktionen zwischen den Elektronen reduziert, die ansonsten ein verschwommenes Bild des geformten Strahls auf dem Substrat 118 erzeugen würden.
Die TFE-Elektronenquelle ist für eine Verwendung in einer konventionellen Vektorstrahlformungseinrichtung weniger geeignet, da sie keinen ausreichenden Strahlstrom für die geforderten größeren Formen liefern kann.
Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110
Die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 steuert die Form und die Dauer der Flash-Felder, die die Elektronenstrahlsäule 112 auf das Substrat 118 schreibt, indem sie Spannungen an die obere Ablenkeinheit 1212 und die untere Ablenkeinheit 1216 der Elektronenstrahlsäule 112 liefert.
17A zeigt ein Blockdiagramm einer Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110, die einen Umsetzer 1720, eine Ausgabevorrichtung 1722, einen Zeitgeber 1708 und eine Retrogradabtastvorrichtung 1710 einschließt. Wie oben diskutiert wurde, fordert die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 Flash-Daten, das sind Formdaten und entsprechende Dosiswerte, vom jeweiligen Flash-Konverter 108 und der Dosiswertschaltung 106 an und empfängt diese. Der Umsetzer 1720 empfängt die Flash-Daten und wandelt die Formdaten und die entsprechenden Dosiswerte in die jeweiligen Spannungswerte und eine Belichtungszeit um. Der Umsetzer 1720 liefert die Belichtungszeit an den Zeitgeber 1708 und er liefert die Spannungswerte an die Ausgabevorrichtung 1722. Die Ausgabevorrichtung 1722 wandelt die Spannungswerte in Spannungssignale um und liefert die Spannungssignale an die Ablenkeinheiten der Elektronenstrahlsäule 112. Der Zeitgeber 1708 steuert die Dauer, während der die Ausgabevorrichtung 1722 Spannungssignale ausgibt, gemäß der Belichtungszeit. Die Retrogradabtastvorrichtung 1710 wendet eine Retrogradabtastung, die unten detaillierter diskutiert wird, auf das Spannungssignal, das an die untere Ablenkeinheit 1216 gelegt wird, an.
17B zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm der Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110. In 17B umfasst der Umsetzer 1720 eine Formtabelle 1702 und eine Dosistabelle 1704, die Ausgabevorrichtung 1722 umfasst Multiplexer (MUXs) 1706A–1706D, Digital-Analog-Wandler (DACs) 1712A-1, 1712A-2, 1712B-1, 1712B-2, 1712C-1, 1712C-2, 1712D-1 und 1712D-2, Verstärker 1714A-1, 1712A-2, 1714B-1, 1714B-2, 1714C-1, 1714C-2, 1714D-1 und 1714D-2 und Dunkeltastungsspannungsregister 1724.
Für alle eingegebenen Formdaten gibt die Formtabelle 1702 vier Spannungswerte an die MUXs 1706A–1706D. Zwei Spannungswerte, die an die MUXs 1706A und 1706B geliefert werden, spezifizieren eine zweidimensionale Elektrofeldablenkung durch die obere Ablenkeinheit 1212, die wirksam eine Formung des Elektronenstrahlquerschnitts durch das Steuern eines Orts, an dem der Elektronenstrahl die untere Blende 1214 schneidet, steuert. Die zwei Spannungswerte, die an die MUXs 1706C und 1706D geliefert werden, spezifizieren eine zweidimensionale Elektrofeldablenkung durch die untere Ablenkeinheit 1216, die jede Ablenkung durch die obere Ablenkeinheit 1212 versetzt und den geformten Elektronenstrahl) auf einem vorgesehenen Abschnitt des Substrats 118 positioniert.
In dieser Ausführungsform ist der Ort, an dem der Elektronenstrahl die untere Blende 1214 schneidet, durch 4069 inkrementelle Distanzeinheiten in der horizontalen oder der vertikalen Richtung innerhalb der Ebene der unteren Blende 1214 einstellbar. In dieser Ausführungsform beträgt jede Schritteinheit ungefähr 12/4096 μm. Die feine Schrittpositionierung ermöglicht das Kompensieren kleiner Fehler, die beispielsweise durch Variationen in einer Öffnung, die durch die untere Blende 1214 gebildet wird, über der Zeit verursacht werden. In einer Ausführungsform ist jeder Spannungswert ein 12-Bit-Wert.
Eine beispielhafte Implementierung der Formtabelle 1702 umfasst einen konventionellen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff. In dieser Ausführungsform ist die Formtabelle 1702 leicht programmierbar. Dies ist notwendig, da geeignete Einträge der Formtabelle, das sind Spannungswerte, um den Elektronenstrahlquerschnitt in der gewünschten Weise zu formen, variieren können. Es kann notwendig sein, die Spannungswerte in der Formtabelle 1702 für eine Elektronenstrahlsäule über der Zeit zu ändern, da es sein kann, dass sich die Eigenschaften der Elektronenstrahlsäule 112 über der Zeit ändern. Es kann beispielsweise sein, dass die Öffnungen, die durch die Blenden gebildet werden, sich durch Abnutzung über der Zeit ändern. Es kann auch sein, dass sich die Spannungswerte für ein spezifisches Flash-Feld zwischen verschiedenen Elektronenstrahlsäulen ändern.
Eine beispielhafte Implementierung der Dosistabelle 1704 umfasst einen konventionellen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff. Die Dosistabelle gibt eine Belichtungszeit, die mit den Dosiswerten verbunden ist, an den Zeitgeber 1708 aus. Wie oben angegeben wurde, spezifiziert eine Belichtungszeit eine Zeit, zu der die Ablenkeinheiten der Elektronenstrahlsäule 112 den Elektronenstrahl ablenken. In dieser Ausführungsform ist der Belichtungszeitwert ein 9-Bit-Wert und er kann höchsten 10 ns spezifizieren. In dieser Ausführungsform ist die Dosistabelle 1704 leicht programmierbar aus ähnlichen Gründen, wie das im Hinblick auf die Formtabelle 1702 diskutiert wurde.
Der Zeitgeber 1708 empfängt Belichtungszeitwerte von der Dosistabelle 1704 und er empfängt weiter das Taktsignal vom Systemtaktgeber 114 der 1. Der Zeitgeber 1708 gibt ein binäres Ausgangssignal aus, um die Ausgänge der MUXs 1706A–1706D hin und her zu schalten. Der Zeitgeber 1708 gibt ein positives Binärsignal an die MUXs 1706A–1706D für die Anzahl der Taktzyklen, die durch jeden Belichtungszeitwert spezifiziert werden, und ansonsten ein negatives Binärsignal an die MUXs 1706A–1706D. Eine geeignete Implementierung für den Zeitgeber 1708 ist eine emittergekoppelte Logikschaltung.
In dieser Ausführungsform veranlasst der Zeitgeber 1708 weiter den Flash-Konverter 108 und die Dosiswertschaltung 106 mit dem Liefern von Flash-Daten, das sind Formdaten und Dosiswerte, an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 zu beginnen. In dieser Ausführungsform liefert der Zeitgeber 1708 eine erste Anforderung, um mit dem Fluss einer Spalte von Flash-Daten vom Puffer 1204 zu beginnen und wiederholt eine solche Anforderung, nachdem der Zeitgeber eine Spalte von Flash-Daten erhalten hat. In dieser Ausführungsform entspricht eine Spalte 4096 Flash-Daten, und der Zeitgeber 1708 liefert ungefähr alle 40,96 ms eine Anforderung.
Der weitere Betrieb des Zeitgebers 1708 wird in Bezug auf die Positionseinstellvorrichtung 116 beschrieben. Die MUXs 1706A–1706D sind jeweils ein konventioneller Multiplexer, der mehrere Eingangssignale empfängt und ein einziges Ausgangssignal in Erwiderung auf ein Steuersignal liefert. Ein erstes Eingangssignal an die MUXs 1706A–1706D ist der Satz von vier Spannungswerten aus der Formtabelle 1702. Ein zweites Eingangssignal ist ein Satz von vier Spannungswerten, die einer Strahldunkeltastungsposition entsprechen, vom Dunkeltastungsspannungsregister 1724. Das binäre Ausgangssignal 1708 steuert das Ausgangssignal der MUXs 1706A–1706D. Somit geben in dieser Ausführungsform während eines 10 ns Flash-Zyklus für eine Zeit, die durch die Belichtungszeit spezifiziert wird, die MUXs 1706A–1706D die vier Spannungswerte von der Formtabelle 1702 aus, und während der verbleibenden Zeit geben die MUXs Spannungswerte aus, die den Elektronenstrahl dunkel tasten. In den meisten Fällen sind die Spannungswerte, die den Elektronenstrahl dunkel tasten, null, obwohl es sein kann, dass sie eingestellt werden, um den Dosisfehler in einer Dunkeltastungsoperation zu minimieren. Wie in 17B gezeigt ist, liefern die MUXs 1706A–1706D ihre Ausgangssignale an die jeweiligen "Formgeber" DACs 1712A-1, 1712A-2, 1712B-1, 1712B-2, 1712C-1, 1712C-2, 1712D-1 und 1712D-2.
Konventionelle DACs 1712A-1, 1712A-2, 1712B-1, 1712B-2, 1712C-1, 1712C-2, 1712D-1 und 1712D-2 wandeln die Spannungswerte in analoge Spannungssignale um. In dieser Ausführungsform multiplizieren diese DACs im wesentlichen jeden binären 12-Bit-Spannungswerte mit einem Umwandlungsverhältnis von 0,5 V/2¹². In dieser Ausführungsform beträgt die maximale Spannungsausgabe eines DAC ungefähr 0,5 V von Spitze zu Spitze. Die DACs 1712A-1, 1712A-2, 1712B-1 und 1712B-2 liefern Analogspannungen an die jeweiligen konventionellen Verstärker 1714A-1, 1714A-2, 1714B-1 und 1714B-2, die Spannungen an die obere Ablenkeinheit 1212 liefern. Die DACs 1712C-1 und 1712C-2 liefern Analogspannungen an die jeweiligen konventionellen Verstärker 1714C-1 und 1714C-2, die Spannungen an die untere Ablenkeinheit 1216 liefern. Die DACs 1712D1- und 1712D-2 liefern Analogspannungen an die jeweiligen konventionellen Spannungsaddierer 1716A und 1716B, die Spannungen, wie sie durch die Signale von der Retrogradabtastvorrichtung 1710, die unten detaillierter beschrieben wird, modifiziert werden, an die untere Ablenkeinheit 1216 liefern.
Die Retrogradabtastvorrichtung 1710 stellt Spannungen, die an die untere Ablenkeinheit 1216 geliefert werden, um die Bewegung der Position des Strahls auf dem Substrat 118 während der oben diskutierten Zeilenabtastung zu versetzen (eine sogenannte "Retrogradabtastung") ein. Die Retrogradabtastung verhindert, dass die Elektronenstrahlsäule 112 ein Flash-Feld über den beabsichtigten Bereich hinaus ausbreitet. In dieser Ausführungsform gibt die Retrogradabtastvorrichtung 1710 Binärwerte, die in einer Treppenfunktionsweise einen Wert erhöhen oder erniedrigen, an die konventionellen DACs 1712E-1 und 1712E-2. In dieser Ausführungsform entspricht jede Treppenstufe ungefähr 200/8 nm eines Versatzes zur Position eines Flash-Feldes auf dem Substrat. In einer Ausführungsform liefert die Retrogradabtastvorrichtung 1710 acht Stufen pro Flash-Zyklus, das sind 10 ns. Ob die Binärwerte zunehmen oder abnehmen, hängt von der Richtung der Zeilenabtastungsablenkung ab. Das Treppensignal wird nachfolgend gefiltert (nicht dargestellt), um die dritte Harmonische zu entfernen und somit eine ungefähre Sägezahnwellenform mit derselben Periode wie das Treppensignal zu erzeugen. Die Retrogradabtastvorrichtung 1710 fügt Werte für eine Zeilenabtastungsablenkung pro Spalte, das heißt 4096 Flash-Felder, die in einer Zeile angeordnet sind hinzu, und subtrahiert Werte, die eine Spalte hinab gehen.
Die DACs 1712E-1 und 1712E-2 geben wiederum analoge Spannungsdarstellungen der Binärwerte an die jeweiligen Spannungsaddierer 1716A und 1716B. Die Spannungsaddierer 1716A und 1716B addieren Spannungen, die durch die DACs 1712D-1, 1712D-2, 1712E-1 und 1712E-2 geliefert werden, und geben die Summe der Spannungen an die jeweiligen konventionellen Verstärker 1714D-1 und 1714D-2 aus.
In dieser Ausführungsform geben die konventionellen Verstärker 1714A-1, 1714A-2, 1714B-1, 1714B-2, 1714C-1, 1714C-2, 1714D-1, 1714D-2, 1712E-1 und 1712E-2 Signale aus, die jeweils dem zehnfachen der Größe der Eingangssignale entsprechen. Die Verstärker 1714A-1, 1714A-2, 1714B-1 und 1714B-2 geben Spannungen an die jeweiligen Knoten 1606, 1608, 1604 und 1610 der oberen Ablenkeinheit 1212 aus. Die Verstärker 1714C-1, 1714C-2, 1714D-1 und 1714D-2 geben Spannungen an die jeweiligen Knoten 1618, 1614, 1612 und 1616 der unteren Ablenkeinheit 1216 aus.
Im Stand der Technik ist die Retrogradabtastschaltung getrennt von der Schaltung, die Spannungen für die Ablenkeinheiten erzeugt. Vorteilhafterweise kann in dieser Ausführungsform durch das Kombinieren der Retrogradabtastfähigkeit in die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung die Länge der Elektronenstrahlsäule 118 kürzer sein als bei einer Elektronenstrahlsäule des Stands der Technik. Eine kürzere Elektronenstrahlsäule ermöglicht die Verwendung eines geringeren Stroms, um ein Flash-Feld zu erzeugen, was eine schnellere Erzeugung eines Flash-Feldes ermöglicht.
Positionseinstellvorrichtung 116
Bei der oben beschriebenen konventionellen Zeilenabtastung wird das Substrat 118 auf einem konventionellen Ständer angeordnet, der das Substrat 118 in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung der Zeilenabtastung und in einer Ebene bewegt. Eine konventionelle Positionseinstellschaltung 116 kompensiert die horizontale Bewegung des Substrats 118 auf dem konventionellen Ständer. Die Positionseinstellschaltung lenkt die Richtung des einfallenden Elektronenstrahls unter Verwendung eines elektrischen Feldes ab, so dass die Elektronenstrahlsäule 112 ein Flash-Feld an einen passenden Ort schreibt. Die Einstellung ähnelt der oben beschriebenen Retrogradabtastung.
Der Zeitgeber 1708 der Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 gibt die ungefähre Bewegung des Substrats 118 an die Positionseinstellvorrichtung 116. Der Zeitgeber 1708 liefert ein Signal, das anzeigt, wann die Elektronenstrahlsäule 112 das Schreiben einer Spalte von Flash-Feldern vollendet hat. In einer Ausführungsform bewegt sich das Substrat alle 40,96 ms horizontal um ungefähr 20 nm, das heißt die Breite einer Spalte.
Beispiel des Betriebs der Elektronenstrahlsäule 112 Das Folgende ist ein Beispiel des Betriebs der Elektronenstrahlsäule 112 während eines einzigen Flash-Zyklus. 18 zeigt ein Beispiel der Formungsaktion, wenn der Elektronenstrahl 1222 die obere Blende 1210 und die untere Blende 1214 quert. Die TFE-Elektronenquelle 1204 gibt einen Elektronenstrahl 1222 aus (nicht dargestellt). Die Transferlinse 1206 (nicht dargestellt) fokussiert den Elektronenstrahl 1222 am Kreuzungspunkt 1230, ungefähr 1 mm stromabwärts der unteren Blende 1214. Wenn die obere Blende 1210 durch die TFE-Elektronenquelle 1204 belichtet wird, wird ein gut aufgelöster Schatten der quadratischen Öffnung 1302, die dem Querschnitt des Elektronenstrahls 1222 entspricht, stromabwärts von der oberen Blende 1210 projiziert. Zu Beginn befindet sich keine Spannung an der oberen Ablenkeinheit 1212, so dass der Elektronenstrahl 1222 einen festen Abschnitt der unteren Blende schneidet (eine sogenannte "Strahldunkeltastungsoperation").
Nachfolgend liefern der Flash-Konverter 108 und die Dosiswertschaltung 106 Flash-Daten, das sind Formdaten und Dosiswerte, an die Form/Dunkeltastungs-Ansteuenrorrichtung 110, die die sich ergebenden Spannungen an die obere Ablenkeinheit 1212 und die untere Ablenkeinheit 1216 anlegt. Die obere Ablenkeinheit 1212 ändert dann die Richtung des Elektronenstrahls 1222, so dass er auf die Öffnung fällt, die durch die untere Blende 1214 gebildet wird, um den Elektronenstrahlquerschnitt so zu formen, wie das durch die Formdaten spezi fiziert wird. Ein Schatten des geformten Elektronenstrahlquerschnitts erscheint am Ort 1804 in der Ebene 1806, stromabwärts der unteren Öffnung 1214. Die Ebene 1806 verläuft parallel zur Ebene der unteren Blende 1214 und ungefähr 0,6 mm stromabwärts der unteren Blende 1214.
Die untere Ablenkeinheit 1216 legt ein elektrisches Feld an, das die Richtung des geformten Elektronenstrahls 1222 so ändert, dass es scheint, dass der Schatten am Ort 1804 am Ort 1808, wenn man es vom Substrat 118 (nicht dargestellt) betrachtet, positioniert ist. Somit ermöglicht die untere Ablenkeinheit 1216 eine Formung ohne eine wesentliche Verschiebung der Strahlposition auf dem Substrat 118. Wie früher ausgeführt wurde, wendet die untere Ablenkeinheit 1216 auch ein elektrisches Feld an, das eine Retrogradabtastung liefert, wie sie oben beschrieben wurde. Die (nicht dargestellte) Objektivlinse 1220 fokussiert den Schatten des geformten Elektronenstrahls 1222 am Ort 1808 auf dem Substrat 118. Die Dauer der Belichtung des Flash-Feldes wird durch den Zeitgeber 1708 der Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 spezifiziert. Wenn die Belichtung des Flash-Feldes beendet ist, so kehrt der Strahl zur dunkelgetasteten Position, beispielsweise in das Zentrum der unteren Blende 1214A zurück.
Es sei angemerkt, dass in diesem Beispiel der Winkel, um den die obere Ablenkeinheit die Richtung der Zentralachse 1808 des Strahls ändert (θ_Ablenkung), viel kleiner als der Divergenzwinkel (θ_Öffnung) des Elektronenstrahls ist.
Das Folgende beschreibt ein Beispiel der Formung des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222 durch die untere Blende 1214A. Die 19A und 19B zeigen jeweils eine Aufsicht der Öffnungen 1402A–1402D der unteren Blende 1214A und eine Dunkeltastungsposition 1904, die sich in einem festen Abschnitt der unteren Blende 1214A befindet. Die 19A und 19B zeigen jeweils weiter Elektronenstrahlformen (im Querschnitt) 1908 und 1910, die unter Verwendung der jeweiligen Öffnungen 1402A und 1402C der unteren Blende 1214A erzeugt werden. Der Elektronenstrahl 1222 schneidet zuerst die Dunkeltastungsposition 1904 (die "Strahldunkeltastungsoperation"). Um eine Form 1908 zu erzeugen, die beispielsweise der Form Klasse 5 und den Koordinaten (20, 25) entsprechen mag, richtet die obere Ablenkeinheit 1212 einen quadratisch geformten Elektronenstrahl 1222 von der Dunkeltastungsposition 1904, dass er auf die Fläche 1902 fällt, so dass der Querschnitt des Teils des Elektronenstrahls 1222, der die untere Blende 1214B durchquert, zur Form 1908 passt. Um die Form 1910 zu erzeugen, die beispielsweise der Formklasse 10 und den Koordinaten (15, 25) entsprechen mag, richtet die obere Ablenkeinheit 1212 einen quadratisch geformten Elektronenstrahl 1222 von der Dunkeltastungsposition 1904, dass er auf die Fläche 1906 fällt, so dass der Querschnitt des Elektronenstrahls 1222, der die untere Blende 1214B durchquert, zur Form 1910 passt.
Die 20A und 20B zeigen jeweils ein Beispiel der Formung des Querschnitts des Elektionenstrahls 1222 als Formen 1908 und 1910 unter Verwendung der Öffnung 1502 der unteren Blende 1214B. Um die Form 1908 zu erzeugen, richtet die obere Ablenkeinheit 1212 einen quadratisch geformten Elektronenstrahl 1222, dass er auf die Fläche 2002 fällt, so dass der Teil des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222, der die untere Blende 1214B durchquert, zur Form 1908 passt. Um die Form 1910 zu erzeugen, richtet die obere Ablenkeinheit 1212 den quadratisch geformten Elektronenstrahl 1222, dass er auf die Fläche 2004 auftrifft, so dass ein Teil des Querschnitts des Elektronenstrahls 1222, der die untere Blende 1214B durchquert, zur Form 1910 passt.
Wie oben angegeben wurde, führt die Elektronenstrahlsäule 112 die Strahldunkeltastungsoperation durch das Richten des Elektronenstrahls auf die Dunkeltastungsposition 1904 der unteren Blende 1214A aus. In dieser Ausführungsform fällt, wenn die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 nahezu keine Spannung an die Knoten 1606, 1608, 1604 und 1610 der oberen Ablenkeinheit 1212 anlegt, der Elektronenstrahl 1222 auf die Dunkeltastungsposition 1904. Somit findet die Strahldunkeltastung statt, ohne dass der Elektronenstrahl 1222 ein offenes Gebiet der unteren Blende 1214A durchquert. Bei der unteren Blende 1214B durchquert jedoch der Elektronenstrahl 1222 die Öffnung 1502, wenn die Form/Dunkeltastungs-Ansteuervorrichtung 110 keine Spannung an die obere Ablenkeinheit 1212 anlegt. Um den Elektronenstrahl 1222 dunkelzutasten, lenkt die obere Ablenkeinheit 1212 den Weg des Elektronenstrahl 1222 so ab, dass ein fester Abschnitt der unteren Blende 1214B (der spezifische Blockierabschnitt ist nicht dargestellt) den Pfad des Elektronenstrahl 1222 blockiert. Der Elektronenstrahl 1222 muss jedoch die Öffnung 1502 in der unteren Blende 1214B vor eine Blockierung durch einen festen Abschnitt der unteren Blende 1214B durchqueren. Das Durchqueren einer Öffnung beim Strahldunkeltasten führt einen unerwünschten Dosisfehler ein. Somit ist ein geringerer Dosisfehler mit der unteren Blende 1214A als mit der unteren Blende 1214B verbunden. Die untere Blende 1214A ermöglicht auch eine schnellere Strahldunkeltastung als die untere Blende 1214B, da es keine Verzögerung gibt, die von einer Änderung des Weges des Elektronenstrahls 1222, um das Strahldunkeltasten zu bewirken, herrührt.
Es ist wünschenswert, dass verschiedene Abschnitte der unteren Blende 1214 verwendet werden, um den Elektronenstrahl 1222 zu formen, um die Erhitzung der Blende durch den Elektronenstrahl zu verteilen. Beispielsweise ist die Belichtung eines vollen quadratisch ge formten Flash-Feldes sehr gebräuchlich. Betrachtet man die 14A, so wird, um das Erhitzen auf die unteren Blende 1214A zu verteilen, wenn ein volles Flash-Feld erzeugt wird, ein quadratisch geformter Querschnitt des Elektronenstrahls 1222 unter Verwendung von beispielsweise der Ecken 1404, 1406, 1408 oder 1410 geformt. In ähnlicher Weise wird, wenn man 15A betrachtet, wenn ein volles Flash-Feld erzeugt wird, ein Querschnitt des Elektronenstrahls 1222 unter Verwendung von beispielsweise der Ecken 1504, 1506 oder 1512 geformt. Ein ähnliches Wärmeverteilungsschema kann auf andere Querschnittsformen des Elektronenstrahls angewandt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind illustrierend und nicht einschränkend. Beispielsweise können die Distanzen zwischen und die Abmessungen der Komponenten innerhalb der Elektronenstrahlsäule 112, wie die obere Blende 1210, die untere Blende 1214A oder die untere Blende 1214B für größere oder kleinere minimale Elementmerkmale optimiert werden. Die Öffnungen, die durch die obere Blende 1210, die untere Blende 1214A und die untere Blende 1214B definiert werden, können geändert werden. Die Flash-Felder können andere als die von 2 Pixel auf 2 Pixel sein. Die Platten der unteren Ablenkeinheit 1216 und der oberen Ablenkeinheit 1212 können dünne Metallstäbe sein.

Claims

Flash-Konverter (108) für ein Lithographiesystem, der Formdaten bestimmt, die ein Flash-Feld unter Pixeln spezifizieren, wobei die Pixel als Graustufenwerte dargestellt sind, die einen Abschnitt jedes Pixels, der sich mit einem Muster überlappt, darstellen, umfassend: eine Umformatiervorrichtung (510), die eine Matrix aus einem Quadranten und der umgebenden Pixel des Flash-Feldes erzeugt, wobei die Umformatiervorrichtung die Matrix so modifiziert, dass N Zwischenformen, die einem belichteten Gebiet des Quadranten entsprechen, geliefert werden; und eine Formkodebestimmungsvorrichtung (512), die verbunden ist, um die modifizierte Matrix zu empfangen und die Zwischenformdaten, die den Quadranten spezifizieren, bestimmt, wobei die Formkodebestimmungsvorrichtung eine umgekehrte Modifikation der Zwischenformdaten ausführt und Formdaten ausgibt, die das Flash-Feld spezifizieren.
Flash-Konverter nach Anspruch 1, wobei N gleich 3 ist.
Flash-Konverter nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine erste Tabelle (514), die mit der Formkodebestimmungsvorrichtung (512) verbunden ist, wobei die Formkodebestimmungsvorrichtung weiter einen Zwischenformkode und Zwischenkoordinaten, die mit den Zwischenformdaten verbunden sind, aus der ersten Tabelle bestimmt.
Flash-Konverter nach Anspruch 3, wobei die erste Tabelle (514) Einträge des Zwischenformkodes und der Zwischenkoordinaten, die mit den Graustufenwerten der Pixel unter der modifizierten Matrix verbunden sind, speichert.
Flash-Konverter nach Anspruch 4, wobei die Einträge des Zwischenformkodes und der Zwischenkoordinaten einem minimalen Graustufenwertfehler für den Quadranten und ausgewählte Pixel unter der modifizierten Matrix entsprechen.
Flash-Konverter nach Anspruch 1, wobei er weiter eine zweite Tabelle (516) umfasst, die mit der Formkodebestimmungsschaltung (512) verbunden ist, wobei die Formkodebestimmungsschaltung weiter einen Formkode und Koordinaten, die mit den Formdaten verbunden sind, aus der zweiten Tabelle bestimmt.
Flash-Konverter nach Anspruch 6, wobei die zweite Tabelle Einträge des Formkodes und der Koordinaten für jede Kombination umgekehrter Modifikationsoperationen mit diesen Zwischenformdaten speichert.
Flash-Konverter nach Anspruch 1, wobei der Flash-Konverter (108) jede Matrix in einer Zeilenabtastung konstruiert.
Lithographieverfahren für das Bestimmen von Formdaten, die ein Flashfeld unter Pixeln spezifizieren, wobei die Pixel als Graustufenwerte dargestellt werden, die einen Abschnitt der Pixel, der sich mit einem Muster überlappt, darstellen, wobei es folgende Aktionen umfasst: Konstruieren einer Matrix aus einem Quadraten und umgebender Pixel; Modifizieren der Matrix, so dass N Zwischenformen, die einem belichteten Gebiet des Quadraten entsprechen, vorgesehen werden; Bestimmen von Zwischenformdaten, die diesen Quadranten spezifizieren; und Durchführen einer umkehrten Modifikation mit diesen Zwischenformdaten, um die Formdaten zu bestimmen, die das Flash-Feld bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei N gleich 3 ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Bestimmung der Zwischenformdaten weiter die Aktion des Ermittelns eines Zwischenformkodes und von Zwischenkoordinaten einschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln die Aktion des Ermittelns des Zwischenformkodes und von Zwischenkoordinaten, die mit den Graustufenwerten der Pixel der modifizierten Matrix verbunden sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Zwischenformkode und die Zwischenkoordinaten einem minimalen Graustufenwertfehler für den Quadraten und ausgewählte Pixel der modifizierten Matrix entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Durchführen einer umgekehrten Modifikation der Zwischenformdaten, um die Formdaten zu bestimmen, weiter die Aktion des Ermittelns eines Formkodes und von Koordinaten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ermitteln die Aktion der Ermittelns des Formkodes und der Koordinaten für eine Kombination von Umkehrmodifikationsoperationen mit diesen Zwischenformdaten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Konstruieren weiter die Aktion des Konstruierens einer Matrix aus einem Quadraten und umgebender Pixel in einer Zeilenabtastung umfasst.