DE68920281T2

DE68920281T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Lithographie mittels eines Strahls geladener Teilchen.

Info

Publication number: DE68920281T2
Application number: DE68920281T
Authority: DE
Inventors: Kiichi Sakamoto; Akio Yamada; Hiroshi Yasuda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2009-10-27
Also published as: DE68920281D1; EP0367496A2; KR930002576B1; EP0367496A3; US5051556A; EP0367496B1; KR900007052A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Lithographie mittels eines Strahls geladener Teilchen und insbesondere auf ein Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen, das geeignet ist, um ein Halbleitermuster auf eine Halbleiterscheibe zu schreiben, und ein Verfahren zum Schreiben eines derartigen Musters mit hoher Geschwindigkeit.
Mit der ständigen Nachfrage nach einer Erhöhung der Integrationsdichte integrierter Schaltungen werden derzeit neue Lithographietechniken, wie die Elektronenstrahl-Lithographie oder Röntgenstrahl-Lithographie, intensiv untersucht. Einige von diesen stehen bereits in Verwendung.
Im Fall der Elektronenstrahl-Lithographie wird ein äußerst feines Mustern gemäß der Mikron- oder Submikronregel unter Verwendung eines fokussierten Elektronenstrahls mit einem äußerst kleinen Strahlfleck, der einen Durchmesser von einem Mikron oder weniger aufweisen kann, ermöglicht. Herkömmlich wird ein sogenannter gaußförmiger Strahl mit einem kreisförmigen Strahlfleck mit der Gauß-Verteilung für die Elektronenintensität im Strahl oder ein sogenannter geformter Strahl mit einem geformten Strahlquerschnitt, der beispielsweise rechteckig oder dreieckig sein kann, verwendet, wobei ein Tisch, der eine Scheibe trägt, kontinuierlich oder schrittweise bewegt wird. Bei jeder dieser Techniken ist jedoch die Geschwindigkeit des Musterns auf Grund der essentiellen Beschaffenheit der Elektronenstrahl-Lithographie, bei der das Muster vom Elektronenstrahl in einem "Einzelschritt" auf die Scheibe geschrieben wird, begrenzt.
Bei der Elektronenstrahl-Lithographie besteht insofern ein Problem, als die Anzahl von Schüssen erhöht wird, wenn ein Elektronenstrahl mit kleinem Strahldurchmesser verwendet wird, und daher kommt es zu dem Problem, daß die Belichtung oder das Ausfüllen eines großen Bereichs der Scheibe lange dauert. Beispielsweise sind hundert Schüsse bei der Belichtung eines quadratischen Musters mit einer Größe von 10 um x 10 um durch einen Elektronenstrahl mit quadratischem Querschnitt mit einer Strahlgröße von 1 um x 1 um erforderlich. Wenn hingegen die Strahlgröße 0,5 um x 0,5 um beträgt, werden vierhundert Schüsse notwendig. Folglich verschlechtert sich der Durchsatz des Musterns weiter.
Um das vorstehende Problem der übermäßigen Zunahme der Anzahl von Schüssen zu vermeiden, wird herkömmlich das in Fig.1 gezeigte System verwendet, bei welchem ein durch eine Elektronenkanone 1 erzeugter Elektronenstrahl, nachdem er durch eine Formungsapertur 2 geführt wurde, von einem elektrostatischen Ablenker 4 und einer elektromagnetischen Linse 3 derart abgelenkt wird, daß der Elektronenstrahl selektiv auf ein ausgebildetes Muster 6a fällt, das auf einer Schablonenmaske 5 in Form einer Apertur mit einer vorherbestimmten Form, die dem elementaren Muster der zu musternden Halbleiteranordnung entspricht, vorgesehen ist. Nachdem der Elektronenstrahl die Maske 5 passiert hat, wobei er nun eine Form hat, die dem ausgewählten Muster 6a entspricht, wird er durch Elektronenlinsen 8 und 9 auf die Scheibe 7 fokussiert. Auf der Maske 5 ist ferner eine rechteckige oder dreieckige Apertur 6b vorgesehen, und der Querschnitt des Elektronenstrahls kann wie gewünscht geändert werden, indem der Elektronenstrahl durch das Steuern des Ablenkers 4 gerichtet wird, um zumindest auf einen Teil der Apertur 6b aufzutreffen. Durch das Steuern des Ablenkers 4, so daß nur ein kleiner Teil des Elektronenstrahls durch die Apertur 6b geführt wird, wird die Größe des Elektronenstrahls reduziert. Wenn der Ablenker 4 derart gesteuert wird, daß ein großer Teil des Elektronenstrahls durch die Apertur 6b geführt wird, wird die Größe des Elektronenstrahls erhöht.
Fig.2(A) zeigt detaillierter eine typische bekannte Maske 5. Die Maske 5 umfaßt allgemein einen Silizium-Basiskörper 5a, auf dem eine Vielzahl von Zonen 6 definiert ist, wobei die vorherbestimmten Muster, wie die Muster 6a-1 bis 6a-3, in der Zone 6 in Form der Apertur gebildet sind, wie aus der Schnittansicht in Fig.2(B) klar ersichtlich ist. Es ist zu beachten, daß die Zonen 6 innerhalb eines Bereichs 5b der Maske definiert sind, der durch die Ablenkung des Elektronenstrahls B adressiert werden kann. Ferner ist ein einzelner großer Ausschnitt, welcher der Apertur 6b entspricht, in einer der Zonen 6 vorgesehen, wie in Fig.2(A) gezeigt, zum variablen Formen des Elektronenstrahls B.
Nach dem obigen Formen der Elektronenstrahlen wird der Strahl B mit einem gewünschten Querschnitt durch ein oberhalb der Scheibe 7 vorgesehenes Ablenkungssystem (nicht gezeigt) über die Scheibe 7 bewegt, und ein Halbleitermuster 7a, das eine Wiederholung von Mustern umfaßt, wie das Muster 6a-3 und dgl., wird als Folge der Bewegung des Strahls B relativ zur Scheibe 7 aufgeschrieben, wie in Fig.2(C) dargestellt. In Fig.2(C) ist ein auf die Scheibe 7 geschriebener Randbereich als Bereich 7b dargestellt.
Eine derartige Elektronenstrahl-Lithographie unter Verwendung der Maske ist für das Mustern einer Halbleiteranordnung insbesondere dann effizient, wenn die Anordnung eine Wiederholung einer begrenzten Anzahl grundlegender oder elementarer Muster umfaßt, wie ein dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM). So werden zahlreiche Variationen auf Basis dieser Technik vorgeschlagen, wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr.52-119185 beschrieben, in welcher die grundlegenden Muster auf der Maske in einer Reihen- und Spalten-Formation angeordnet sind, oder wie in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr.62-260322, in welcher die ausgebildeten Muster und die Apertur für die variable Formung des Elektronenstrahls auf einer Blende vorgesehen sind.
Im obigen Elektronenstrahl-Lithographiesystem ist zu beachten, daß der elektrostatische Ablenker 4 zum Ablenken des Elektronenstrahls verwendet wird. Da der elektrostatische Ablenker eine Ansprechzeit von etwa 0,1 bis 1 us aufweist, kann das System die Größe und Form des Elektronenstrahlflecks zwischen einem Schuß und dem nächsten Schuß rasch ändern. Der elektrostatische Ablenker kann jedoch auf Grund der praktischen Einschränkung der Spannung, die quer über ein den Ablenker bildendes Elektrodenpaar angelegt werden kann, keine große Strahlablenkung bewirken. Wenn eine übermäßige Spannung an den elektrostatischen Ablenker angelegt wird, besteht das erhebliche Risiko, daß eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden stattfindet, und die Steuerung des Elektronenstrahls geht verloren. So ist der Ablenkungswinkel, der durch den elektrostatischen Ablenker erhalten werden kann, begrenzt, und folglich besteht insofern ein Problem, als die Anzahl von Mustern, die auf der Maske ausgewählt werden können, begrenzt ist.
Ferner zeigt das bekannte System in Fig.1 insofern ein Problem, als die Elektronenlinse 8 eine sphärische Abberation aufweist, und ein Bild, das auf der Scheibe 7 entsprechend dem Fleck des durch das gewünschte Muster geführten Elektronenstrahls abgebildet wird, tendiert dazu, verzerrt zu sein, wenn das ausgewählte Muster in einem Randbereich weit entfernt von der optischen Achse der Elektronenlinse B angeordnet ist.
Außerdem besteht im bekannten System insofern ein weiteres Problem, als das vom Elektronenstrahl auf die Scheibe fokussierte Bild unerwünscht verkleinert wird. Mit Bezugnahme auf Fig.3, die einen Teil rund um die Linse 8 in vergrößertem Maßstab zeigt, ist der Elektronenstrahl, der auf die Linse 8 einfällt, die eine erste Linse 8a und eine zweite Linse 8b umfassen kann, wie in der Zeichnung dargestellt, schräg entlang einem ersten Weg A (als Strahl A bezeichnet) relativ zu dem Elektronenstrahl, der senkrecht auf die Linse 8 entlang einem zweiten Weg B einfällt, der gerade durch den Mittelpunkt der Linse führt, (als Strahl B bezeichnet) ausgebreitet. Folglich wird ein relativ großer Anteil des Elektronenstrahls A durch das gewünschte Muster 6a abgesperrt, verglichen mit dem Strahl B, der durch das Muster 6b unterbrochen wird, auch wenn die Größe der Apertur im Muster 6a und im Muster 6b identisch ist. Wenn die so durch die Maske 5 geformten Elektronenstrahlen durch die zweite Linse 8b auf einen Kreuzungspunkt C fokussiert werden, wird die Winkelapertur für den Elektronenstrahl A kleiner als jene des Elektronenstrahls B, und das Bild des Musters, das vom Strahl A auf die Scheibe fokussiert wird, wird unerwünscht komprimiert oder verkleinert.
Demgemäß ist es wünschenswert, ein neues und nützliches Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen vorzusehen, bei welchem die vorstehenden Probleme eliminiert werden.
Die US-A-4 213 053 offenbart eine Lithographievorrichtung unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigeschlossenen Anspruchs 1.
Die US-A-3 363 953 offenbart ein Elektronenstrahl- Schreibverfahren, bei welchem bahnförmige Zonen durch einen Elektronenstrahl mit bandförmigem Querschnitt belichtet werden. Der Elektronenstrahl wird elektrostatisch in der Richtung der kürzeren Seite des Strahlquerschnitts und elektromagnetisch in der Richtung der längeren Seite davon abgelenkt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen gemäß dem beigeschlossenen Anspruch 1 vorgesehen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen vorsehen, bei welchem vielfältigste Muster auf einer Maske vorgesehen werden, und ein gewünschtes Muster durch das Ablenken eines Strahls geladener Teilchen um einen großen Ablenkungswinkel selektiv verwendet wird; bei welchem eine variable Formung des Strahls umgehend zwischen einem Schuß und dem nächsten durchgeführt werden kann; bei welchem die Verzerrung eines fokussierten Musters, die durch eine sphärische Abberation einer elektromagnetischen Linse auftritt, eliminiert wird; und bei welchem die unerwünschte Verkleinerung eines fokussierten Musters auf einer Halbleiterscheibe eliminiert wird.
In der vorliegenden Erfindung wird eine große Ablenkung eines Strahls geladener Teilchen zum Adressieren verschiedener Muster auf einer Maske durch einen elektromagnetischen Ablenker bewirkt, wohingegen eine geringe Ablenkung für die variable Formung des Strahls durch einen elektrostatischen Ablenker erfolgt.
Dadurch kann eine Anzahl vorherbestimmter Muster ausgewählt werden, indem der Strahl geladener Teilchen um einen großen Winkel unter Verwendung des elektromagnetischen Ablenkers abgelenkt wird, und die Effizienz des Musterungsverfahrens wird verbessert. Bei der Durchführung der Belichtung unter Verwendung des variabel geformten Strahls kann ferner die Form des Strahls geladener Teilchen sofort geändert werden, indem der elekrostatische Ablenker eingesetzt wird, und die Effizienz des Musterns wird auch in diesem Fall verbessert.
Außerdem wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die sphärische Abberation des elektromagnetischen Linsensystems eliminiert, indem der Strahl geladener Teilchen von der optischen Achse weg verschoben wird, wobei eine parallele Beziehung aufrechterhalten wird, nachdem der Strahl in das Linsensystem eingetreten ist, und indem der Strahl zur optischen Achse zurückgeführt wird, bevor der Strahl geladener Teilchen aus dem Linsensystem austritt. Ferner wird das obige Problem der unerwünschten Verkleinerung des Bildes, die mit dem schrägen Einfallen des Strahls geladener Teilchen auf das elektromagnetische Linsensystem einhergeht, erfolgreich eliminiert, da der Strahl geladener Teilchen im wesentlichen koinzident mit der optischen Achse in das elektromagnetische Linsensystem eintritt und aus diesem austritt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Zeichen eines Musters auf ein Substrat gemäß dem beigeschlossenen Anspruch 14 vor.
Ein bevorzugtes Beispiel dieses Verfahrens umfaßt detaillierter die Schritte:
(a) Ablenken des Strahls geladener Teilchen von der optischen Achse weg durch das Versorgen der ersten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung mit Energie,
(b) Ablenken des von der ersten Ablenkereinrichtung abgelenkten Strahls durch das Versorgen der zweiten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung mit Energie, um den Strahl durch die genannte ausgewählte Apertur zu führen,
(c) Ablenken des durch die ausgewählte Apertur geführten Strahls durch das Versorgen der dritten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung mit Energie, so daß der Strahl zur optischen Achse bewegt wird, und
(d) Ablenken des so abgelenkten Strahls durch das Versorgen der vierten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung mit Energie, so daß der Strahl zum Substrat entlang der optischen Achse bewegt wird;
wobei Schritt (a) das Zuführen einer ersten elektrischen Erregung mit einer die ausgewählte Apertur auf der Maske spezifizierenden Größe und Polarität umfaßt, (b) das Zuführen einer zweiten elektrischen Erregung mit gleicher Größe, jedoch zur ersten Erregung entgegengesetzer Polarität umfaßt, (c) das Zuführen einer dritten elektrischen Erregung mit gleicher Größe und Polarität wie die zweite Erregung umfaßt, und (d) das Zuführen einer vierten elektrischen Erregung mit gleicher Größe und Polarität wie die erste Erregung umfaßt.
Vorzugsweise werden bei diesem bevorzugten Verfahren die Ablenkeinrichtungen gemäß einer linear unabhängigen Kombination eines Parameters θsp, welcher eine seitliche Verschiebung des Strahls geladener Teilchen, der durch die ausgewählte Apertur auf der Maske hindurchgeht, spezifiziert, und eines weiteren Parameters θb, welcher eine Winkelverschiebung des obigen Strahls geladener Teilchen, der durch die Maske hindurchgeht, mit Energie versorgt, wie:
X = - θsp + α. b
und
Y = + θsp + β. b
worin X die elektrische Erregung der dritten Ablenkeinrichtung bedeutet, Y die elektrische Erregung der vierten Ablenkeinrichtung darstellt, und α und β Konstanten sind. So wird die Einstellung des Strahls geladener Teilchen für die Strahlausrichtung leicht durchgeführt, da die seitliche Versetzung und die Winkelversetzung des Strahls geladener Teilchen unabhängig vorgenommen werden können. Es ist zu beachten, daß, wenn die Parameter X und Y unabhängig geändert werden - mit anderen Worten wenn die dritte und die vierte Ablenkeinrichtung unabhängig mit Energie versorgt werden -, die seitliche Versetzung und die Winkelversetzung des durch die Maske hindurchgehenden Strahls geladener Teilchen gleichzeitig geändert werden, und die richtige Ausrichtung des Strahls äußerst schwierig wird.
Anhand von Beispielen wird auf die beigeschlossenen Zeichnungen bezuggenommen, in denen:
Fig.1 eine schematische Ansicht ist, die ein bekanntes Elektronenstrahl-Lithographiesystem zeigt;
Fig.2(A) und (B) Darstellungen sind, die eine im System in Fig.1 verwendete, bekannte Maske zeigen;
Fig.2(C) eine Darstellung ist, die ein Beispiel der auf eine Scheibe im System in Fig.1 geschriebenen Muster zeigt;
Fig.3 eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Teil des Systems in Fig.1 zeigt;
Fig.4 eine Darstellung ist, die eine Gesamtkonstruktion des Elektronenstrahl-Lithographiesystems gemaß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.5 eine Darstellung ist, welche eine Zone einer im System in Fig.4 verwendeten Maske zeigt, die durch einen Elektronenstrahl adressiert werden kann;
Fig.6 eine Darstellung ist, die eine tatsächliche Konstruktion der im System in Fig.4 verwendeten Maske zeigt;
Fig.7 eine vergrößerte Ansicht ist, die einen Teil des Systems in Fig.4 zeigt;
Fig.8 eine Darstellung ist, die eine zweite Ausführungsform des Elektronenstrahl-Lithographiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig.9 eine Darstellung ist, die eine Modifikation des Systems in Fig.8 zeigt;
Fig.10 eine Darstellung ist, die einen Teil des Systems in Fig.8 in vergrößertem Maßstab zeigt;
Fig.11 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Strahlausrichtung im System in Fig.8 ist;
Fig.12(A) und (B) Darstellungen sind, welche die unabhängige Korrektur hinsichtlich der seitlichen Versetzung und Winkelversetzung des Elektronenstrahls gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Fig.13 eine Darstellung ist, die einen Zustand zeigt, in dem die Ausrichtung des Elektronenstrahls vollendet ist.
Fig.4 zeigt eine Gesamtkonstruktion des Elektronenstrahl-Lithographiesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnung wird ein durch eine Elektronenkanone 10 erzeugter Elektronenstrahl B, nach der Einstellung durch ein Elektronenstrahl-Einstellsystem 11, geformt, indem er durch eine Apertur 12 geführt wird, und wird durch eine Elektronenlinse 14 auf einen Kreuzungspunkt 14x fokussiert. Dann wird der Strahl B in eine zu beschreibende Elektronenlinse 16 eingeführt und wird auf einen zweiten Kreuzungspunkt 16x fokussiert. In der Nähe der Linse 16 ist eine zu beschreibende Maske 34 vorgesehen, und der Elektronenstrahl wird geformt, indem er durch die Apertur 12 und die Maske 34 geführt wird. Ferner wird der Elektronenstrahl durch Verkleinerungslinsen 20 und 22 geführt, und wird, nachdem er durch eine runde Apertur 23 hindurchgegangen ist, durch ein Objektivlinsensystem 24 derart konvergiert, daß ein auf der Maske 34 getragenes Muster auf einer Halbleiterscheibe 26 gebildet wird, die ihrerseits von einem Tisch 28 gehalten wird. Das Linsensystem 24 enthält ferner einen elektromagnetischen Haupt-Ablenker 24a und einen elektrostatischen Neben-Ablenker 24b zum Ablenken des Elektronenstrahls auf der Scheibe 26, so daß der Elektronenstrahl über die Fläche der Scheibe 26 zu einer gewünschten Position bewegt wird.
Das System der vorliegenden Erfindung umfaßt außerdem die vorstehende Schablonenmaske 34, die eine Vielzahl von Aperturen in der Nähe oder an der Innenseite der Linse 16 trägt, und ein elektrostatischer Ablenker 30 sowie ein elektromagnetischer Ablenker 32 sind ferner über der Maske 34 zum Ablenken des Elektronenstrahls B zu einer gewünschten Position auf der Maske 34 vorgesehen. Wie in Fig.3 veranschaulicht, sind der Ablenker 30 und der Ablenker 32 zwischen der Elektronenlinse 14 und der Elektronenlinse 16 vorgesehen.
Fig.5 zeigt die allgemeine Konstruktion der Maske 34. Auf der Maske 34 ist ein Bereich 71 definiert, der durch den Elektronenstrahl B adressiert werden kann, und eine Anzahl von Zonen 72 ist auf dem Bereich 71 in Entsprechung zur Zone 6 der bekannten Maske in Fig.2(A) definiert. Da der elektromagnetische Ablenker 32 zum Adressieren der Zonen 72 auf der Maske 34 verwendet wird, kann der Bereich 71 wesentlich größer gemacht werden als der Bereich 5b der bekannten Maske 5, und es können problemlos vielfältigste Muster, wie ein Muster 73a oder 73b, auf der Maske 34 vorgesehen werden. In einem Beispiel kann der Bereich 71 eine Größe von 2 bis 5 mm aufweisen. In Entsprechung dazu ist ein Ablenkbereich von etwa ± 2,5 mm für den Elektronenstrahl erforderlich. Unter Verwendung des elektromagnetischen Ablenkers 32 wird ein derartiger Bereich leicht abgedeckt.
Fig.6 zeigt eine tatsächliche Konstruktion der Maske 34. Mit Bezugnahme auf Fig.6 ist eine Anzahl von Mustern 73 typischerweise mit einer Größe von etwa 300 bis 500 um für jede Kante im Bereich 71 in einer Reihen- und Spalten-Formation angeordnet, mit Ausnahme der Umgebung eines rechteckigen Ausschnitts 75, der an einem allgemein zentralen Teil der Maske 34 nahe bei der optischen Achse L zum variablen Formen des Elektronenstrahls vorgesehen ist. Da die variable Strahlformung durch das Verschieben oder Versetzen des Elektronenstrahls B relativ zum Ausschnitt 75 durchgeführt wird, sollte das Muster 73 nicht in der Nähe des Ausschnitts vorgesehen sein, um den Austritt des verschobenen Elektronenstrahls B durch ein benachbartes Muster 73 zu vermeiden. Es ist zu beachten, daß ferner eine Referenzmarke 79 an einer geeigneten Stelle auf der Maske 34 für die Maskenausrichtung vorgesehen ist.
Unter Verwendung der Maske in Fig.6 können vielfältigste Muster 73 auf der Maske 34 vorgesehen werden. So kann das Mustern effizient durchgeführt werden, indem eines der Muster 73 ausgewählt und das ausgewählte Muster in einem Einzelschuß geschrieben wird. Es ist zu beachten, daß ein Schuß für ein derartiges vorherbestimmtes Muster lange dauern würde, wenn das Muster Einzelschuß für Einzelschuß durch einen fein fokussierten Elektronenstrahl beispielsweise mit Submikron-Größe geschrieben wird. Dies bedeutet, daß die Verwendung des elektromagnetischen Ablenkers 32, der eine lange Ansprechzeit aufweist, die etwa 0,1 bis 1 ms betragen kann, keine Unzweckmäßigkeiten, wie die Abnahme der Effizienz des Musterungsverfahrens, bewirkt. Andererseits wird der variabel geformte Strahl zum Schreiben eines unregelmäßigen Musters eingesetzt, indem die Größe und Form des Strahls in jedem Schuß geändert werden. Dies bedeutet, daß das gewünschte Muster durch eine Anzahl von Schußwiederholungen geschrieben werden muß, während die Größe und Form des Strahls in jedem Schuß geändert werden. So muß die variable Formung des Strahls sofort erfolgen. Zu diesem Zweck wird bei der vorliegenden Erfindung der elektrostatische Ablenker 30 mit einer raschen Ansprechzeit, die etwa 0,1 bis 1 us betragen kann, in Kombination mit dem zusammenwirkenden Ausschnitt 75, der in der Nähe der optischen Achse vorgesehen ist, verwendet.
Fig.7 zeigt die vorstehende Auswahl des Musters 73 und des Ausschnitts 75 im System in Fig.4. Mit Bezugnahme auf die Zeichnung, die einen Teil des Systems in Fig.4 in vergrößertem Maßstab zeigt, wird der entlang der optischen Achse L geführte Elektronenstrahl B vom elektromagnetischen Ablenker 32 abgelenkt, wie durch eine durchgehende oder strichlierte Linie veranschaulicht. Nach der Ablenkung wird der Elektronenstrahl zu dem Weg, der entlang der optischen Achse L verläuft, durch die Fokussierwirkung der Elektronenlinse 16 zurückgeführt, die den Elektronenstrahl auf den auf der optischen Achse L angeordneten Kreuzungspunkt 16x fokussiert. Der so durch die Linse 16 geführte Elektronenstrahl B wird dann durch eine ausgewählte Apertur auf der Maske durch die Maske 34 geführt, wie bereits beschrieben, bevor er den Kreuzungspunkt 16x passiert. Nach dem Hindurchgehen durch den Kreuzungspunkt 16x wird der Elektronenstrahl durch die Linsen 22 und 24 verkleinert und wird durch die Objektivlinse 24 auf eine Oberfläche der Scheibe 26 fokussiert. Ferner wird der Elektronenstrahl durch den Haupt- und den Neben-Ablenker 24a und 24b über die Oberfläche der Scheibe 26 bewegt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Betriebs des Systems in Fig.4 durch erneute Bezugnahme auf die Zeichnung.
Beim Elektronenstrahl-Lithographiesystem der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem verwendet, das eine Zentraleinheit (CPU) 40 und eine Speichereinrichtung mit großer Kapazität, wie einen Magnetplattenspeicher 42 oder einen Magnetbandspeicher 44, worin ein Steuerprogramm und dgl. zum Steuern des Systems gespeichert sind, umfaßt. Wenn vom Programm ein Schuß unter Verwendung des variablen geformten Strahls ausgewählt wird, sendet die CPU 40 einen Befehl an einen Muster-Kontroller 50 über eine Schnittstelle 46 und einen Datenspeicher 48, und der Muster-Kontroller 50 erzeugt Steuerdaten, die den Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls B in Entsprechung zur gewünschten Strahlgröße und -form spezifizieren. Dann werden diese Steuerdaten dem elektrostatischen Ablenker 30 nach der Digital-Analog-Wandlung in einem D/A-Wandler 51 in Form einer Steuerspannung zugeführt. Der D/A-Wandler 51 erzeugt die Steuerspannung, die dem gewünschten Ablenkungswinkel entspricht, und der Elektronenstrahl B wird über die Maske 34 in Fig.5 bewegt, so daß nur der gewünschte Teil des Elektronenstrahls durch den Ausschnitt 75 geführt wird. Wie bereits angegeben, erfolgt das Ansprechen des elektrostatischen Ablenkers sofort, und eine Serie kontinuierlicher Schüsse kann mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden, wobei die Größe und Form des Strahls in jedem Schuß geändert werden.
Wenn ein Schuß durch den geformten Elektronenstrahl, der gemäß einem der vorherbestimmten Muster 73 geformt wird, vom Programm ausgewählt wird, sendet andererseits die CPU 40 einen Befehl an den Muster-Kontroller 50 über die Schnittstelle 46 und den Datenspeicher 48 ähnlich dem vorhergehenden Fall, wodurch der Muster-Kontroller 50 Steuerdaten erzeugt, die einen Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls zum Adressieren des ausgewählten Musters 73 spezifizieren, und die Steuerdaten werden durch einen D/A-Wandler 52 in einen Steuerstrom umgewandelt, der dem elektromagnetischen Ablenker 32 zuzuführen ist. Ansprechend auf den Steuerstrom wird der Elektronenstrahl B um den obigen spezifizierten Winkel abgelenkt, und der Elektronenstrahl bewegt sich über die Maske 34 zum ausgewählten Muster 73. Als Folge der Verwendung des elektromagnetischen Ablenkers 32 kann der Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls B groß eingestellt werden, und es kann eine große Anzahl von Mustern 73 auf der Maske 34 vorgesehen werden.
Ferner führt der Muster-Kontroller Steuerdaten einem Austast-Kontroller 54 zu, ansprechend auf einen Befehl von der CPU 40 bei der Unterbrechung der Belichtung. Ansprechend auf die Steuerdaten erzeugt der Austast-Kontroller 54 Leersteuerdaten, und die Leersteuerdaten werden einem anderen elektrostatischen Ablenker 36 nach einer Digital-Analog- Wandlung in einem D/A-Wandler 55 zugeführt. Darauf ansprechend wird der Elektronenstrahl vom optischen Weg L verschoben, wobei er durch die Lochblende 23 geführt wird, und der Elektronenstrahl verschwindet von der Oberfläche der Scheibe 26.
Ferner wird der Elektronenstrahl über die Oberfläche der Scheibe 26 bewegt, ansprechend auf das Befehlssignal von der CPU 40, das an einen sequentiellen Kontroller 56 über die Schnittstelle 46 angelegt wird. So erzeugt der sequentielle Kontroller 56 Daten, welche die Position des Elektronenstrahls auf der Scheibe 26 spezifizieren, und die Daten werden einem Ablenk-Kontroller 57 zugeführt. Der Ablenk- Kontroller 57 erzeugt seinerseits erste Ablenksteuerdaten, die den Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls repräsentieren, der vom Haupt-Ablenker 24a zu erzielen ist, und zweite Ablenksteuerdaten, die den Ablenkungswinkel des Strahls repräsentieren, der vom Neben-Ablenker 24b zu erzielen ist. Dann werden die ersten Ablenksteuerdaten von einem D/A-Wandler 58 in einen Ablenksteuerstrom umgewandelt und dem Haupt- Ablenker 24a zugeführt. Ähnlich werden die zweiten Ablenksteuerdaten von einem D/A-Wandler 59 in eine Ablenksteuerspannung umgewandelt und dem Neben-Ablenker 24b zugeführt.
Außerdem führt der sequentielle Kontroller 56 einem Tisch-Kontroller 61 Tischsteuerdaten zu, welche eine gewünschte Position des Tisches 28 spezifizieren, ansprechend auf den Befehl von der CPU, und der Tisch-Kontroller ändert die Position des Tisches gemäß den ihm zugeführten Tischsteuerdaten. Ferner wird die Position des Tisches 28 durch ein Laserinterferometer 59 überwacht, und der Ablenkungswinkel des Elektronenstrahls auf der Scheibe 26 wird gemäß dem Ergebnis der Positionsmessung des Tisches 28 durch das Laserinterferometer 60 eingestellt.
Als nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf Fig.8 beschrieben. In der Zeichnung erhalten die Teile, die den mit Bezugnahme auf die vorhergehenden Zeichnungen bereits beschriebenen Teilen entsprechen, identische Bezugszahlen, und die Beschreibung davon wird weggelassen.
Mit Bezugnahme auf Fig.8 umfaßt die in dieser Ausführungsform verwendete Elektronenlinse 16 eine obere Linse 16a, die an einer der Elektronenkanone 10 nähergelegenen Seite der Maske 34 angeordnet ist, und eine untere Linse 16c, die an der anderen, dem Tisch 26 nähergelegenen Seite der Maske 34 angeordnet ist. So bildet die Elektronenlinse 16 dieser Ausführungsform ein Linsensystem. Ferner werden bei der vorliegenden Ausführungsform vier elektromagnetische Ablenker 32a bis 32d eingesetzt, die zwischen der Elektronenlinse 16a und der Elektronenlinse 16c anstelle des elektromagnetischen Ablenkers 32 angeordnet sind, wobei zwei von ihnen (32a und 32b) über der Maske 34 angeordnet sind, und die übrigen beiden von ihnen (32c und 32d) unter der Maske angeordnet sind. Die elektromagnetischen Ablenker 32a bis 32d werden durch vom Muster-Kontroller 50 zugeführte Steuerströme S&sub1; bis S&sub4; erregt. In Fig.8 ist der D/A-Wandler 52 der Einfachheit halber weggelassen. Typischerweise wird ein Strom von etwa ± 2 bis 3 Ampere als Steuerströme S&sub1; bis S&sub4; zugeführt, wobei eine Spannung von etwa ± 30 Volt an den elektrostatischen Ablenker 30 angelegt wird.
Ansprechend auf den Steuerstrom S&sub1;, der vom Muster-Kontroller 50 unter der Steuerung der CPU 40 erzeugt wird, erzeugt der elektromagnetische Ablenker 32a ein Magnetfeld - A, wie in der Zeichnung gezeigt. Andererseits erzeugt der zwischen dem elektromagnetischen Ablenker 32a und der Maske 34 angeordnete elektromagnetische Ablenker 32b ein Magnetfeld - A mit der gleichen Größe, jedoch entgegengesetzter Richtung, wie ebenfalls in der Zeichnung dargestellt. Ferner wird der elektromagnetische Ablenker 32c, der unter der Maske 34 angeordnet ist, vom Muster-Kontroller 50 mit dem Steuerstrom S&sub3; versorgt und erzeugt ein Magnetfeld - A, das mit dem vom elektromagnetischen Ablenker 32b erzeugten Magnetfeld identisch ist. Außerdem erzeugt der elektromagnetische Ablenker 32d ein Magnetfeld + A, das mit dem vom elektromagnetischen Ablenker 32a erzeugten Magnetfeld identisch ist.
Wenn der Elektronenstrahl B, der sich entlang der optischen Achse L bewegt, durch die obere Elektronenlinse 16a geführt wird, wird der Elektronenstrahl durch die Wirkung des Magnetfelds + A des elektromagnetischen Ablenkers 32a von der optischen Achse L weg abgelenkt. Dann wird der so abgelenkte Elektronenstrahl durch das Magnetfeld - A des elektromagnetischen Ablenkers 32b erneut abgelenkt, das in der entgegengesetzten Richtung mit der gleichen Stärke wirkt, und der Elektronenstrahl schlägt einen Weg ein, der parallel zur optischen Achse L, jedoch von dieser versetzt verläuft. So wird der Elektronenstrahl B senkrecht durch die Maske 34 geführt. Nach dem Hindurchgehen durch die Maske 34 wird der Elektronenstrahl durch das Magnetfeld - A, das vom elektromagnetischen Ablenker 32c erzeugt wird, zur optischen Achse L um den gleichen Ablenkungswinkel erneut abgelenkt wie jenen, wenn der Strahl vom elektromagnetischen Ablenker 32b abgelenkt wird. Wenn der Elektronenstrahl B zur optischen Achse L zurückgeführt wird, wird er durch das Magnetfeld + A, das vom elektromagnetischen Ablenker 32d erzeugt wird, um einen Ablenkungswinkel weiter abgelenkt, der gleich ist wie jener, wenn der Strahl vom elektromagnetischen Ablenker 32a abgelenkt wird. Folglich wird der Elektronenstrahl B zur optischen Achse L zurückgeführt und passiert die untere Elektronenlinse 16c entlang der optischen Achse L. Mit anderen Worten tritt der Elektronenstrahl B im wesentlichen entlang der optischen Achse L in das Linsensystem 16 ein und aus diesem aus, auch wenn der Elektronenstrahl B für die selektive Adressierung eines gewünschten Musters auf der Maske 34 abgelenkt wird.
Folglich wird das Problem der sphärischen Abberation zur Gänze eliminiert. Ferner wird das Problem einer unerwünschten Verkleinerung des Bildes auf der Scheibe 26, das mit dem schrägen Einfall des Elektronenstrahls in das Linsensystem 16 einhergeht, völlig eliminiert. Außerdem wird als Folge der Verwendung der elektromagnetischen Ablenker ein großer Ablenkungswinkel erzielt, und es können, wie gewünscht, vielfältigste Muster auf der Maske 34 durch den Elektronenstrahl B ähnlich der vorhergehenden Ausführungsform adressiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Steuerströme S&sub2; bis S&sub4; einzig und allein durch den Steuerstrom S&sub1; im Kontroller 50 bestimmt werden, da die Steuerströme S&sub2; bis S&sub4; prinzipiell vom Steuerstrom S&sub1; abhängig sind. Durch das Kalibrieren des tatsächlichen Ablenkungswinkels der Ablenker 32a bis 32d im voraus wird eine derartige automatische Bestimmung der Steuerströme S&sub2; bis S&sub4; durch den Steuerstrom S&sub1; möglich. Dadurch kann die Belastung des Kontrollers 50 reduziert werden, und die Effizienz des Musterungsverfahrens wird verbessert.
Bei der Ablenkung des Elektronenstrahls B durch den elektrostatischen Ablenker 30 (Fig.4) zur variablen Formung des Strahls ist der Ablenkungswinkel allgemein klein. So ist die Konstruktion des Ablenkers 30 nicht absolut notwendig, um das Eintreten und Austreten des Elektronenstrahls B koinzident mit der optischen Achse L zu erzielen. Eine ähnliche Ablenkeranordnung, um dies zu realisieren, kann jedoch leicht aus Fig.8 konstruiert werden, wie in Fig.9 dargestellt. Mit Bezugnahme auf Fig.9, die eine Modifikation des Systems in Fig.8 zeigt, sind vier elektrostatische Ablenker 30a bis 30d anstelle des elektrostatischen Ablenkers 30 in Fig.4 derart vorgesehen, daß zwei von ihnen (30a und 30b) über der Maske 34 angeordnet sind, und zwei von ihnen (30c und 30d) unter der Maske 34 angeordnet sind. Jeder elektrostatische Ablenker 30a bis 30d wird vom Muster-Kontroller 50 unter der Steuerung der CPU 40 mit einer Steuerspannung V&sub1; bis V&sub4; versorgt und lenkt den Elektronenstrahl B ähnlich dem Fall in Fig.8 ab. Zu diesem Zweck steuert der Muster-Kontroller 50 die Spannungen V&sub1; bis V&sub4; derart, daß ein elektrisches Feld mit der gleichen Größe A, jedoch entgegengesetzter Richtung quer über einem den Ablenker bildenden Elektrodenpaar errichtet wird. So wird vom elektrostatischen Ablenker 30a ein elektrisches Feld + A ansprechend auf die Steuerspannung V&sub1; gebildet, wird vom elektrostatischen Ablenker 30b ein elektrisches Feld - A ansprechend auf die Steuerspannung V&sub2; gebildet, wird vom elektrostatischen Ablenker 30c ein elektrisches Feld - A ansprechend auf die Steuerspannung V&sub3; gebildet, und wird vom elektrostatischen Ablenker 30d ein elektrisches Feld + A ansprechend auf die Steuerspannung V&sub4; gebildet. Das übrige Betriebsprinzip geht aus der vorstehend Beschreibung für das System in Fig.8 hervor, und eine weitere Beschreibung dieses Systems wird weggelassen. Typischerweise wird eine Spannung von etwa ± 200 bis 250 V für einen Ablenkungswinkel von ± 1 bis 1,5 mm angelegt. Gemäß dieser Modifikation ist eine sehr rasche Ablenkung des Elektronenstrahls möglich. Obwohl der durch dieses System erzielte Ablenkungswinkel kleiner ist als jener, der durch das System in Fig.8 erhalten wird, ist das System effizient, wenn es in dem Fall verwendet wird, wo eine geringe Ablenkung bei sehr raschem Ansprechen notwendig ist.
In der Ausführungsform von Fig.8 oder Fig.9 wird ein Doppellinsensystem für die Elektronenlinsen 16a und 16b zur Korrektur der Drehung des Bildes eingesetzt. Eine derartige Drehung des Bildes wird durch die im optischen Weg des Elektronenstrahls vorgesehene Maske verursacht. Herkömmlich wurde die Drehung des Bildes durch das Drehen der Maske korrigiert. Die Drehung der Maske 34 im System der vorliegenden Erfindung wird jedoch nicht bevorzugt, da eine derartige Drehung der Maske 34 eine Verschiebung der Muster auf der Maske bewirkt. Die Korrektur hinsichtlich der Drehung des Bildes selbst kann durch eine elektromagnetische Einzellinse durchgeführt werden. Wenn eine derartige Einzellinse verwendet wird, wird jedoch auch die Intensität des Magnetfelds ansprechend auf die Drehungskorrektur geändert, und der Parallelismus des Elektronenstrahls geht verloren oder verschlechtert sich.
Im vorliegenden System ist die Elektronenlinse 16a gebildet als Doppellinsensystem mit einer ersten Linsenspule 16a&sub1;, die von einer ersten Energiequelle 161 getrieben wird, und einer zweiten Linsenspule 16a&sub2;, die von einer zweiten Energiequelle 162 getrieben wird, wie in Fig.8 gezeigt, um die Drehung des Elektronenstrahls auf der Maske 34 zu korrigieren. Wenn beispielsweise die gesamte Anzahl der Wicklungen der Spulen im Doppellinsensystem eintausend beträgt, kann die erste Spule 16a&sub1; fünfhundertmal gedreht werden und auch die zweite Spule 16a&sub2; fünfhundertmal gedreht werden, und ein Strom I wird jeder Spule mit entgegengesetzter Richtung zugeführt. Wenn der Strom I als solcher zugeführt wird, wird die Stärke des Magnetfelds, die proportional zu I² ist, durch die Richtung des durch jede Spule fließenden Stroms nicht beeinflußt, es ändert sich jedoch der Drehungswinkel des Bildes, da er proportional zu I ist. So kann durch die Änderung des Verhältnisses des durch die erste Spule und die zweite Spule fließenden Stroms I, wobei das Quadrat des gesamten Strompegels bei I² gehalten wird, die Drehung des Bildes wie gewünscht gesteuert werden. So kann die Drehung des Strahls auf der Maske 34 leicht korrigiert werden, indem der Treibstrom, der jeder die Doppellinse 16a bildenden Spule zugeführt wird, eingestellt wird. Ähnlich besteht die untere Elektronenlinse 16c aus einem Doppellinsensystem mit einer ersten Linsenspule 16a&sub3; und einer zweiten Linsenspule 16a&sub4;, die von den Energiequellen 163 und 164 getrieben werden, um die Drehung des auf die Scheibe 26 fokussierten Bildes zu korrigieren. Es ist zu beachten, daß die Korrektur der Drehung des Strahls durch irgendeine unter der Linse 16c vorgesehene Linsenspule ohne Verwendung der Doppelkonstruktion für die Linse 16c unrealistisch ist, da eine derartige Korrektur, die jedesmal, wenn die Maske ersetzt wird, durchgeführt führt, unweigerlich eine Änderung der Stärke des Magnetfelds mit sich bringt.
Gemäß der Beschreibung der obigen Ausführungsformen ist klar, daß die Ablenkung um einen kleinen Winkel, wie im Fall der variablen Formung des Strahls oder einer geringen Verschiebung des Strahls, vom elektrostatischen Ablenker mit raschem Ansprechen durchgeführt wird, wohingegen die Ablenkung um einen großen Winkel durch den elektromagnetischen Ablenker erfolgt.
Als nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Steuerung des Elektronenstrahls im System in Fig.8 oder Fig.9 beschrieben. In der Zeichnung erhalten die bereits mit Bezugnahme auf die vorhergehenden Zeichnungen beschriebenen Teile identische Bezugszahlen, und die Beschreibung davon wird weggelassen.
Im System in Fig.8 oder Fig.9 ist es notwendig, den Elektronenstrahl derart einzustellen, daß der Elektronenstrahl auf der optischen Achse L abgelenkt wird, durch ein ausgewähltes Muster auf der Maske 34 senkrecht zur Maske 34 geführt wird, und, erneut ansprechend auf die das ausgewählte Muster spezifizierenden Daten, zur optischen Achse L zurückgeführt wird. Zu diesem Zweck ist ein Strahlausrichtverfahren zum Einstellen des Weges des Elektronenstrahls erforderlich, da das tatsächliche Elektronenstrahl-Lithographiesystem mehr oder weniger vom idealen System abgelenkt wird.
Mit Bezugnahme auf Fig.10, die eine typische Situation zeigt, fällt der Elektronenstrahl etwas schräg auf die Maske 34 ein, und als Folge der Ablenkung durch die elektromagnetischen Ablenker 32c und 32d ist der aus der unteren Elektronenlinse 16b austretende Strahl von der optischen Achse L versetzt. Auf Grund einer derartigen Versetzung wird der Elektronenstrahl B auf die Scheibe in einer Position fokussiert, die von der gewünschten Position abgelenkt ist, oder er wird von der runden Apertur 23 daran gehindert, an der Scheibe 26 anzukommen. Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Einstellen des Weges des Elektronenstrahls B vor, indem die Versetzung des Elektronenstrahls einmal in eine Winkelversetzungskomponente φ, die eine Abweichung der Strahlrichtung von der Vertikalen repräsentiert, und ferner in eine seitliche Versetzungskomponente δ, die eine seitliche Abweichung des Strahls vom richtig ausgerichteten Strahlweg repräsentiert, zerlegt wird, und indem außerdem diese Versetzungskomponenten φ und δ unabhängig geändert werden. Es ist zu beachten, daß, wenn die gleiche Einstellung durch das unabhängige Versorgen der elektromagnetischen Ablenker 32c und 32d mit Energie versucht wird, diese Versetzungskomponenten gleichzeitig geändert werden, und die richtige Einstellung des Elektronenstrahlweges äußerst schwierig wird. Dies bedeutet, daß das Erzielen der Strahlausrichtung lange dauert, und die Kosten der unter Verwendung der Elektronenstrahl-Lithographietechnik hergestellten Halbleiteranordnung erhöht werden.
Fig.11 zeigt ein Flußdiagramm für das Strahlausrichtverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf die Zeichnung wird die Elektronenkanone 10 in Schritt 1 eingeschaltet, und der Elektronenstrahl B wird gebildet. In Schritt 2 werden die elektrischen Erregungen X&sub1; bis X&sub4;, welche die Steuerströme S&sub1; bis S&sub4; für die elektromagnetischen Ablenker 32a bis 32d sein können, abgeschaltet. Mit anderen Worten wird der Elektronenstrahl B gerade ohne Ablenkung durch die elektromagnetischen Ablenker geführt. Schritt 2 kann gleichzeitig mit oder vor Schritt 1 durchgeführt werden. Als nächstes wird das in Fig.4 gezeigte Strahleinstellsystem 11 in Schritt 3 eingestellt, bis der Elektronenstrahl B durch die Lochblende 23 geführt wird.
Als nächstes, in Schritt 4, werden die elektrischen Erregungen X&sub1; bis X&sub4; jeweils auf +θs&sub1;, -θs&sub1;, -θs&sub1; und +θs&sub1; gesetzt, so daß die elektromagnetischen Ablenker 32a bis 32d die Magnetfelder + A, - A, - A und + A erzeugen, wie bereits beschrieben. Als Folge der Erregung in Schritt 4 wird der Elektronenstrahl abgelenkt, wie bereits mit Bezugnahme auf Fig.8 beschrieben. Wenn die Ausrichtung ideal ist, schlägt der Elektronenstrahl einen in Fig.10 durch eine strichlierte Linie gezeigten Weg ein, und es ist keine weitere Ausrichtung notwendig.
Im nächsten Schritt 5 wird diskriminiert, ob der so abgelenkte Elektronenstrahl durch die vorstehende Lochblende 23 geführt wird oder nicht. Wenn das Ergebnis JA ist, wird das Strahlausrichtverfahren abgeschlossen, und das Verfahren wird in Schritt 6 angehalten. Andererseits werden, wenn das Ergebnis NEIN ist, ein Parameter θsp für die Einstellung der seitlichen Versetzung δ und ein Parameter θb für die Einstellung der Winkelversetzung φ in Schritt 7 geändert. Ferner werden, in Schritt 8, die elektrische Erregung X&sub3; und die elektrische Erregung X&sub4; für die elektromagnetischen Ablenker 32c und 32d im Muster-Kontroller 50 erzeugt, gemäß den Gleichungen:
X&sub3; = - θs&sub1; - θsp + α.θb
und
X&sub4; = + θs&sub1; + θsp + β.θb
worin α und β Konstanten sind.
Nach Schritt 8 wird die Diskriminierung in Schritt 5 erneut durchgeführt, und die Schritte 5, 7 und 8 werden mit einer unterschiedlichen Kombination der elektrischen Erregungen θsp und θb wiederholt, bis der Elektronenstrahl B durch die Lochblende 23 geführt wird.
Fig.12(A) zeigt die Einstellung der seitlichen Versetzung δ des Elektronenstrahls B ansprechend auf die Änderung der elektrischen Erregung θsp, und Fig.12(B) zeigt die Einstellung der Winkelversetzung φ des Elektronenstrahls B ansprechend auf die Änderung der elektrischen Erregung θb. Durch die Änderung der elektrischen Erregungen X&sub3; und X&sub4; gemäß der vorstehenden linearen Kombination können die Einstellung für die seitliche Versetzungskomponente δ in Fig.12(A) und die Einstellung der Winkelversetzungskomponente φ in Fig.12(B) unabhängig durchgeführt werden, und das Verfahren zum Ausrichten des Elektronenstrahls wird signifikant einfacher. Es ist zu beachten, daß Fig.12(B) eine Beziehung zwischen dem Parameter α und β zeigt. Aus der elementaren Geometrie geht hervor, daß eine Beziehung gilt:
α.θφ = - φ - β.θφ (1),
worin die Parameter wie in der Zeichnung spezifiziert sind.
Ferner gilt eine Beziehung:
a.φ = (b - a).β.θφ (2),
worin a eine Position des elektromagnetischen Ablenkers 32c, gemessen von der Maske 34, bedeutet, und b eine Position des elektromagnetischen Ablenkers 32d, gemessen von der Maske 34, darstellt. Aus den Gleichungen (1) und (2) läßt sich leicht ableiten, daß die Beziehung gilt: α/β = -b/a.
Fig.13 zeigt eine Situation, in welcher die Strahlausrichtung richtig erzielt wird. Es ist zu beachten, daß die elektrische Erregung X&sub3; erhöht wird um -θsp + α.θb relativ zum Ausgangswert von -θs&sub1; und die elektrische Erregung X&sub4; um +θsp + β.θb. Darauf ansprechend werden die Ablenkungswinkel θ &sub3; und θ&sub4; geändert, und der Elektronenstrahl B kehrt genau auf der optischen Achse L zurück.
Es ist zu beachten, daß die vorstehende Einstellung nicht auf die elektromagnetischen Ablenker 32c und 32d begrenzt ist, sondern auch bei den elektromagnetischen Ablenkern 32a und 32b verwendet werden kann. Da die Einstellung des Strahlweges unter Verwendung der Ablenker 32a und 32b durch die vorhergehende Beschreibung klar ist, wird die Beschreibung für diesen Fall weggelassen.
Es ist zu beachten, daß der Strahl geladener Teilchen nicht auf den Elektronenstrahl beschränkt ist, sondern andere Strahlen geladener Teilchen, wie Protonenstrahlen oder Ionenstrahlen, verwendet werden können.
Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf das System zum Schreiben eines Musters auf ein Halbleitersubstrat begrenzt, sondern es kann ein Muster auch auf eine Zwischenbelichtungsschablone 26' geschrieben werden, indem sie an die Stelle der Halbleiterscheibe 26 gesetzt wird, wie in Fig.1 gezeigt.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungs formen beschränkt, sondern es können verschiedene Variationen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen zum Zeichnen eines Musters auf ein Objekt (26) mit einem Strahl (B) geladener Teilchen, welches umfaßt: eine Strahlquelleneinrichtung (10, 11) zum Erzeugen und Richten des genannten Strahls geladener Teilchen, so daß sich der Strahl entlang einer vorherbestimmten optischen Achse (L) zum Objekt bewegt, eine Strahlformungseinrichtung (12), die auf einem Bewegungsweg des Strahls geladener Teilchen vorgesehen ist, um dem genannten Strahl geladener Teilchen einen vorherbestimmten Querschnitt zu geben, eine erste Fokussiereinrichtung (16), die zwischen der Strahlformungseinrichtung und dem Objekt vorgesehen ist, zum Fokussieren des von der Strahlformungseinrichtung zugeführten Strahls geladener Teilchen auf einen ersten, auf der optischen Achse angeordneten Kreuzungspunkt (16x), eine zweite Fokussiereinrichtung (24), die zwischen dem ersten Kreuzungspunkt und dem Substrat vorgesehen ist, zum Fokussieren des vorher auf den ersten Kreuzungspunkt fokussierten Strahls geladener Teilchen auf einen zweiten, auf der optischen Achse angeordneten Kreuzungspunkt, eine Strahlablenkeinrichtung (24a, 24b) zum Ablenken des von der zweiten Fokussiereinrichtung fokussierten Strahls geladener Teilchen, so daß der Strahl über die Oberfläche des Objekts bewegt wird, eine Tischeinrichtung (28) zum Tragen des Objekts, und eine Maskeneinrichtung (34), die in der Nähe der genannten ersten Fokussiereinrichtung vorgesehen ist, um im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse zu verlaufen, zum Unterbrechen des Strahls geladener Teilchen, wobei die genannte Maskeneinrichtung eine Vielzahl von Aperturen (73, 75) trägt, um dem Strahl geladener Teilchen eine vorherbestimmte gemusterte Form zu geben, wenn der Strahl geladener Teilchen durch diese hindurch geführt wird, gekennzeichnet durch eine Adressiereinrichtung (30, 32) zum selektiven Ablenken des Strahls geladener Teilchen, so daß der Strahl geladener Teilchen durch eine ausgewählte der Aperturen auf der Maskeneinrichtung geführt wird, wobei die Adressiereinrichtung umfaßt: einen elektrostatischen Ablenker (30) zum Ablenken des Strahls geladener Teilchen, so daß der Strahl geladener Teilchen durch eine vorherbestimmte Apertur (75) in der Maskeneinrichtung geführt wird, um den Strahl geladener Teilchen variabel zu formen, und zumindest einen elektromagnetischen Ablenker (32) zum Ablenken des Strahls geladener Teilchen um einen Winkel, der zumindest größer ist als jener, der durch den elektrostatischen Ablenker erzeugt wird, so daß der Strahl geladener Teilchen selektiv durch die ausgewählte der Aperturen (73) geführt wird.

2. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Strahl (B) geladener Teilchen einen Elektronenstrahl umfaßt.

3. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Objekt ein Halbleitersubstrat (26) umfaßt.

4. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Objekt eine Zwischenbelichtungsschablone (26) umfaßt.

5. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vielzahl von Aperturen (73, 75) auf der Maskeneinrichtung in einer Zone mit einer Größe von 2 bis 5 mm x 2 bis 5 mm angeordnet ist, und der genannte elektromagnetische Ablenker (32) den Strahl (B) geladener Teilchen auf der Maskeneinrichtung über eine Distanz von zumindest etwa 2 bis 5 mm ablenken kann.

6. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Vielzahl von Aperturen (73, 75) eine allgemeine Größe von 300 bis 500 um x 300 bis 500 um aufweist, und die genannte Vielzahl von Aperturen, mit Ausnahme der genannten vorherbestimmten Apertur (73), eine Form hat, die einem elementaren Muster, das wiederholt auf das Objekt (26) zu schreiben ist, entspricht.

7. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vorherbestimmte Apertur (73) auf der Maskeneinrichtung in der Nähe der optischen Achse (L) vorgesehen ist.

8. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Fokussiereinrichtung (16) umfaßt: eine erste elektromagnetische Linse (16a), die an einer der Strahlquelleneinrichtung (10, 11) näherliegenden Seite der Maskeneinrichtung (34) vorgesehen ist, um den Strahl (B) geladener Teilchen zu empfangen, der sich entlang der optischen Achse bewegt hat, zum Beugen des Weges des darauf einfallenden Strahls geladener Teilchen, so daß sich die geladenen Teilchen im Strahl, nach dem Hindurchgehen durch die erste elektromagnetische Linse, im wesentlichen parallel zueinander bewegen, und eine zweite elektromagnetische Linse (16c), die an der anderen Seite der Maskeneinrichtung vorgesehen ist, zum Fokussieren des durch die Maskeneinrichtung geführten Strahls geladener Teilchen auf den ersten Kreuzungspunkt (16x), und daß zumindest ein Teil der genannten Adressiereinrichtung (30, 32) zwischen der genannten ersten und der zweiten elektromagnetischen Linse vorgesehen ist.

9. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Adressiereinrichtung (32) umfaßt: einen ersten elektromagnetischen Ablenker (32a), der zwischen der ersten elektromagnetischen Linse (16a) und der Maskeneinrichtung (34) vorgesehen ist, zum Ablenken des Strahls (B) geladener Teilchen von der optischen Achse (L) weg, einen zweiten elektromagnetischen Ablenker (32b), der zwischen dem ersten elektromagnetischen Ablenker und der Maskeneinrichtung vorgesehen ist, zum Ablenken des vom ersten elektromagnetischen Ablenker abgelenkten Strahls geladener Teilchen, so daß der Strahl geladener Teilchen parallel zur optischen Achse, jedoch davon versetzt bewegt wird, und senkrecht auf die Maskeneinrichtung einfällt, einen dritten elektromagnetischen Ablenker (32c), der zwischen der Maskeneinrichtung und der zweiten elektromagnetischen Linse (16c) vorgesehen ist, zum Ablenken des durch die Apertur (73) auf der Maskeneinrichtung geführten Strahls geladener Teilchen zur optischen Achse hin, und einen vierten elektromagnetischen Ablenker (32d), der zwischen dem dritten elektromagnetischen Ablenker und der zweiten elektromagnetischen Linse vorgesehen ist, zum Ablenken des vom dritten elektromagnetischen Ablenker abgelenkten Strahls geladener Teilchen, so daß sich der Strahl geladener Teilchen auf der optischen Achse bewegt.

10. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte System ferner umfaßt: einen Kontroller (50) zum Zuführen eines Treibstroms (S&sub1; bis S&sub4;) zu dem genannten ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten elektromagnetischen Ablenker (32a bis 32d), so daß der erste elektromagnetische Ablenker ein erstes Magnetfeld (+ A) mit einer vorherbestimmten Stärke in einer vorherbestimmten Richtung erzeugt, der zweite elektromagnetische Ablenker ein zweites Magnetfeld (- A) mit einer Stärke, die mit der genannten vorherbestimmten Stärke identisch ist, in einer zur genannten vorherbestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung erzeugt, der dritte elektromagnetische Ablenker ein drittes Magnetfeld (- A) mit einer Stärke und Richtung, die mit den vom zweiten elektromagnetischen Ablenker erzeugten identisch sind, erzeugt, und so daß der genannte vierte elektromagnetische Ablenker ein viertes Magnetfeld (+ A) mit einer Stärke und Richtung, die mit den vom ersten elektromagnetischen Ablenker erzeugten identisch sind, erzeugt.

11. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kontroller (50) mit einem Befehlssignal versorgt wird, das die ausgewählte Apertur spezifiziert, und ferner den Steuerstrom (S&sub1; bis S&sub4;) ansprechend auf das Befehlssignal steuert, so daß der Strahl (B) geladener Teilchen durch die ausgewählte Apertur (73) auf der Maskeneinrichtung geführt wird.

12. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kontroller (50) einen ersten Steuerstrom (S&sub1;) für den ersten elektromagnetischen Ablenker (32a) ansprechend auf das Befehlssignal erzeugt, und ferner einen zweiten, einen dritten und einen vierten Steuerstrom (S&sub2; bis S&sub4;) für den zweiten, den dritten bzw. den vierten elektromagnetischen Ablenker (32b bis 32d) gemäß dem ersten Steuerstrom erzeugt, so daß der zweite Steuerstrom die gleiche Größe und entgegengesetzte Polarität aufweist, der dritte Steuerstrom die gleiche Größe und entgegengesetzte Polarität aufweist, und der vierte Steuerstrom die gleiche Größe und gleiche Polarität aufweist.

13. Lithographiesystem unter Verwendung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste elektromagnetische Linse (16a) umfaßt: eine erste Fokussierspule (16a&sub1;), die von einer ersten Treiberquelle (161) getrieben wird, und eine zweite Fokussierspule (16a&sub2;), die von einer zweiten Treiberquelle (162) unabhängig von der ersten Fokussierspule getrieben wird, zum Korrigieren einer Drehung des Strahls (B) geladener Teilchen auf der Schablonenmaskeneinrichtung, und die genannte elektromagnetische Linse (16c) umfaßt: eine dritte Fokussierspule (16c&sub1;), die von einer dritten Treiberquelle (163) getrieben wird, und eine vierte Fokussierspule (16c&sub2;), die von einer vierten Treiberquelle (164) unabhängig von der dritten Fokussierspule getrieben wird, zum Korrigieren einer Drehung des Strahls geladener Teilchen am Objekt (26).

14. Verfahren zum Zeichnen eines Musters auf ein Substrat (26) mit einem Strahl (B) geladener Teilchen, welches die Schritte umfaßt: Erzeugen des Strahls geladener Teilchen, so daß sich der Strahl geladener Teilchen zum Substrat entlang einer vorherbestimmten optischen Achse (L) bewegt, wobei der Strahl geladener Teilchen von der optischen Achse weg abgelenkt wird, Führen des abgelenkten Strahls geladener Teilchen durch eine ausgewählte einer Vielzahl von auf einer Maske (34) vorgesehenen Aperturen (73, 75), Ablenken des abgelenkten Strahls geladener Teilchen zurück zur optischen Achse, und Fokussieren des durch die ausgewählte Apertur auf das Substrat geführten Strahls geladener Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Ablenkens des Strahls geladener Teilchen von der optischen Achse weg umfaßt: einen Schritt des Versorgens eines elektrostatischen Ablenkers (30) mit Energie, wenn eine variable Formung des Strahls geladener Teilchen durchgeführt wird, so daß ein variabler Teil des abgelenkten Strahls geladener Teilchen durch eine vorherbestimmte Apertur (75) geführt wird, die auf der Maske zum Formen eines variabel geformten Strahls vorgesehen ist, und einen Schritt des Versorgens eines elektromagnetischen Ablenkers (32) mit Energie, wenn eine Formung des Strahls geladener Teilchen gemäß einem von einer Vielzahl vorherbestimmter Muster durchgeführt wird, die auf der Maske in Form einer Vielzahl gemusterter Aperturen (73) vorgesehen sind, so daß der abgelenkte Strahl geladener Teilchen durch die ausgewählte gemusterte Apertur geführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die genannten Schritte detaillierter die Schritte umfassen:

(a) Ablenken des Strahls geladener Teilchen von der optischen Achse weg durch das Versorgen der ersten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung (32a) mit Energie,

(b) Ablenken des von der ersten Ablenkereinrichtung abgelenkten Strahls durch das Versorgen der zweiten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung (32b) mit Energie, um den Strahl durch die genannte ausgewählte Apertur (73, 75) zu führen,

(c) Ablenken des durch die ausgewählte Apertur geführten Strahls durch das Versorgen der dritten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung (32c) mit Energie, so daß der Strahl zur optischen Achse bewegt wird, und

(d) Ablenken des so abgelenkten Strahls durch das Versorgen der vierten elektromagnetischen Ablenkereinrichtung (32d) mit Energie, so daß der Strahl zum Substrat entlang der optischen Achse bewegt wird;

wobei Schritt (a) das Zuführen einer ersten elektrischen Erregung (S&sub1;) mit einer die ausgewählte Apertur (73, 75) auf der Maske spezifizierenden Größe und Polarität umfaßt, (b) das Zuführen einer zweiten elektrischen Erregung (S&sub2;) mit gleicher Größe, jedoch zur ersten Erregung (S&sub1;) entgegengesetzer Polarität umfaßt, (c) das Zuführen einer dritten elektrischen Erregung (S&sub3;) mit gleicher Größe und Polarität wie die zweite Erregung (S&sub2;) umfaßt, und (d) das Zuführen einer vierten elektrischen Erregung (S&sub4;) mit gleicher Größe und Polarität wie die erste Erregung (S&sub1;) umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die Schritte umfaßt: Überwachen eines Ankunftszustands des Strahls (B) geladener Teilchen am Substrat (26), Modifizieren der dritten und der vierten elektrischen Erregung (S&sub3;, S&sub4;) gemäß einer linear unabhängigen Kombination eines ersten Parameters (θsp), der eine seitliche Verschiebung des Strahls geladener Teilchen von einem idealen Strahlweg repräsentiert, und eines zweiten Parameters (θb), der eine Winkelverschiebung des Strahls geladener Teilchen in bezug auf den idealen Weg repräsentiert, wobei der erste und der zweite Parameter unabhängig geändert werden, und Wiederholen der Schritte des Überwachens des Strahls und Modifizierens der Erregungen, bis der Strahl geladener Teilchen richtig am Substrat ankommt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte linear unabhängige Kombination eine Beziehung

X = - θsp + α.θb

und

Y = + θsp + β.θb

worin X und Y die dritte und die vierte Erregung bedeuten, θsp und θb der erste und der zweite Parameter sind, und α und β Konstanten darstellen, umfaßt.