Verfahren zur Elektronenstrahlbelichtung und Vorrichtung zu dessen Durchführung
Hintergrund der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Elektronenstrahlbelichtung und eine
Vorrichtung zum Aufbringen einer Belichtung auf eine Rohmaske zur
Halbleiterherstellung durch Anwendung eines Elektronenstrahls. Die Vorrichtung enthält
einen Elektronenstrahlerzeuger zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, der auf die
Oberfläche der Rohmaske gerichtet ist. Eine derartige Vorrichtung ist in JP-A-6 358 829
offenbart.
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Im Falle der Herstellung einer Maske zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung wird
eine Vorrichtung zur Elektronenstrahlbelichtung angewandt, um eine Rohmaske mit
einem Elektronenstrahl zu belichten und so eine Belichtung durchzuführen.
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Ein von einem Elektronenstrahlerzeuger ausgesandter Elektronenstrahl bestrählt eine in
einer Kassette angebrachte Rohmaske.
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Wenn jedoch der Elektronenstrahl die Rohmaske bystrahlt, wird auch ein
Kassettenbereich außerhalb der zu bestrahlenden Rohmaske bestrahlt. Es wird eine
sogenannte Schleierbelichtung erzeugt, derart daß der auf die Kassette einfallende
Elektronenstrahl an deren Oberseite und dann weiter an der Unterseite einer Blende
reflektiert wird, so daß die Rohmaske eine zweites Mal und zwar übermäßig belichtet
wird. Im allgemeinen erfolgt im Zentralbereich der Rohmaske kaum eine
Schleierbelichtung und diese wird umso stärker je näher die Bestrahlungsposition am
Rand liegt.
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Wenn eine solche Erscheinung auftritt, dann ergeben sich Verhältnisse, die dem Fall,
entsprechen, wo ein Elektronenstrahl einer festen Dosis nicht auf die Rohmaske
einstrahlte. Insbesondere wenn sich die Bestrahlungsposition vom Zentralbereich, der
nicht der Schleierbelichtung unterliegt zum Randbereich verschiebt, vergrößert sich das
Ausmaß der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl allmählich. Als Ergebnis werden
dort, wenn die Rohmaske entwickelt wird, Ungleichmäßigkeiten der Musterabmessungen
oder -größe auftreten, die ursprünglich, sogar wenn die Entwicklungszeit festgelegt ist,
die gleichen Abmessungen haben sollten.
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Das Ergebnis der Messungen solcher Ungleichmäßigkeiten der Musterabmessungen wird
unten dargestellt. In Fig. 1 ist eine quadratische Rohmaske mit einer Seitenlänge von 100
mm als Beispiel genommen worden, wobei die Ungleichmäßigkeit in einer X-Richtung
der Musterabmessungen als Ordinate genommen wurde und eine Position auf der
Rohmaske in einer Richtung entsprechend dem Durchmesser einer Halbleiterscheibe
wurde als Abzisse genommen. Fig. 2 zeigt das in gleicher Weise wie bei Fig. 1
gemessene Ergebnis der Messung in einer Y-Richtung der Musterabmessungen.
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Ferner ist in Fig. 3 eine Position auf der Rohmaske dargestellt, wo eine
Ungleichmäßigkeit der Musterabmessungen (in X-Richtung) von mehr als 0,18 um
festgestellt wurde. Dies stellt die Positionsbeziehung in dem Zustand dar, wen von oben
auf die Rohmaske geschaut wird. Fig. 4 zeigt eine Position auf der Rohmaske, wo eine
Ungleichmäßigkeit von mehr als 0,18 um in einer Y-Richtung festgestellt wurde.
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Wie aus den oben angeführten Meßwerte deutlich wird, nimmt die Ungleichmäßigkeit
der Abmessungen zu, wenn die Meßposition aus einem Zentralbereich der Rohmaske in
den Randbereich verschoben wird. Solch eine Ungleichmäßigkeit der
Musterabmessungen führt zu einer Verminderung der Fabrikationsausbeute oder der
Zuverlässigkeit.
Zusammenfassung der Erfindung
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Dementsprechend ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Elektronenstrahl-
Belichtungsverfahren und eine Vorrichtung dafür zu schaffen, welche die
Ungleichmäßigkeit der Musterabmessungen infolge des Auftretens von
Schleierbelichtung bei der Bestrahlung der Rohmaske mit Elektronenstrahlen verhindern
können.
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Unter einem Aspekt ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Aufbringen einer Belichtung
auf eine Rohmaske zur Halbleiterherstellung durch Anwendung eines Elektronenstrahls
zur Bestrahlung der Rohmaske vorgesehen derart, daß der Strahlstrom mit der
Verschiebung der Bestrahlungsposition vom Zentralbereich der Rohmaske zu deren
Randbereich, der einer Schleierbelichtung unterliegt, vermindert wird, so daß die
Elektronen-Bestrahlungsdosis über die Oberfläche der Rohmaske gleichmäßig wird.
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Beim Einstrahlen eines Elektrons auf die Rohmaske wird ein Lösungsweg angewandt,
um den Strahlstrom relativ zu vermindern, wenn die Bestrahlungsposition vom
Zentralbereich zum Randbereich der Rohmaske, der einer Schleierbelichtung der
Oberfläche der Rohmaske unterliegt, verschoben wird, bei dem mit dem Elektronenstrahl
belichtet wird, während seine Dosis eingestellt wird. Somit wird das Ausmaß der
Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl entsprechend relativ vermindert, je näher die
Bestrahlungsposition an den der Schleierbelichtung unterliegenden Randbereich
herankommt. Im Ergebnis wird die einstrahlende Elektronenstrahldosis über die
Rohmaske gleichmäßig. Damit wird das Auftreten von Ungleichmäßigkeit der
Musterabmessungen verhindert.
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Weiterhin ist unter einem anderen Aspekt erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum
Aufbringen einer Belichtung auf eine Rohmaske zur Halbleiterherstellung durch
Anwendung eines Elektronenstrahls mit einem Elektronenstrahlerzeuger zur Erzeugung
eines Elektronenstrahls, der auf die Oberfläche der Rohmaske gerichtet ist vorgesehen,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorrichtung weiterhin ein Strahlstrom-
Steuereinrichtung zum Steuern des Elektronenstrahlerzeuger-Strahlstromes enthält, wobei
diese Strahlstrom-Steuereinrichtung eine Steuerung derart durchführt, daß der
Strahlstrom mit der Verschiebung der Bestrahlungsposition vom Zentralbereich der
Rohmaske zu deren Randbereich, der einer Schleierbelichtung der Oberfläche der
Rohmaske unterliegt, vermindert wird, wodurch die Elektronen-Bestrahlungsdosis über
die Oberfläche der Rohmaske gleichmäßig wird.
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Wie oben festgestellt, ist die erfindungsgemäße Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung
mit einer Strahlstrom-Steuereinrichtung versehen, um beim Austritt des Elektronenstrahls
aus dem Elektronenstrahlerzeuger eine Steuerung zur relativen Abnahme des
Strahlstroms durchzuführen, wenn sich die Bestrahlungsposition vom Zentralbereich zum
Randbereich der Oberfläche der Rohmaske verschiebt. Demzufolge kann die
Ungleichmäßigkeit des Musters vermindert werden, wenn eine Belichtung mittels der
oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beigefügten Zeichnungen betreffen:
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Meßergebnisse der Ungleichmäßigkeit in einer
X-Richtung der Musterabmessungen für den Fall, daß die Belichtung nach einem
herkömmlichen Verfahren erfolgt.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Meßergebnisse der Ungleichmäßigkeit in einer
Y-Richtung der Musterabmessungen für den Fall, daß die Belichtung nach dem
herkömmlichen Verfahren erfolgt.
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Fig. 3 ist eine Verteilungsdarstellung auf einem Maskensubstrat, welche die Positionen
mit einer Ungleichmäßigkeit von mehr als 0,18 um bei den Musterabmessungen in einer
X-Richtung für den Fall zeigt, daß die Belichtung nach dem herkömmlichen Verfahren
erfolgt.
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Fig. 4 ist eine Verteilungsdarstellung auf einem Maskensubstrat, welche die Positionen
mit einer Ungleichmäßigkeit von mehr als 0,18 um bei den Musterabmessungen in einer
Y-Richtung für den Fall zeigt, daß die Belichtung nach dem herkömmlichen Verfahren
erfolgt.
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Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung einer Elektronenstrahl-
Belichtungsvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
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Fig. 6 zeigt in Blockdarstellung die vergrößerte Anordnung des Bereiches, wo in der
Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung ein Elektronenstrahl ausgesandt wird.
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer
Entwicklungszeit und dem Ausmaß der Musterbreitenänderung zeigt.
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Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer
Musterbreite und dem Ausmaß der Musterbreitenänderung zeigt, wenn der Strahlstrom
als Parameter genommen wird.
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Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Strahlstrom
und dem Ausmaß einer Musterbreitenänderung zeigt.
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Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, welche einen tatsächlich vorhandenen
Strahlstromwert zeigt.
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Fig. 11 und 12 sind graphische Darstellungen, welche jeweils die Verminderung der
Ungleichmäßigkeit der Musterbreite durch diese Erfindung zeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren und eine Vorrichtung dafür entsprechend
einer Ausführungsform dieser Erfindung sollen nun unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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Bei dieser Ausführungsform wird ein Belichtungsprozeß unter Verwendung einer
Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, realisiert. Auf
einem Magnetband (EBMT) 1 gespeicherte Daten 1a für ein Belichtungsmuster werden
an ein Festplatten-Laufwerk 3 übertragen. Eine CPU 4 führt unter Verwendung dieser
Daten eine Belichtungssteuerung des von einer Elektronenstrahlquelle 101 ausgesandten
Elektronenstrahls durch.
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Eine EOS-Steuereinheit 5 (elektro-optisches System) stellt einen Brennpunkt eines
Strahlstromes ein oder variiert den Vorspannungswert eines Gitters innerhalb des
Elektronenstrahlerzeugers 101, wodurch die Stärke des Strahlstromes gesteuert wird. In
diesem Falle führt die EOS-Steuereinheit 5 eine Steuerung in einer solchen Weise durch,
daß ein Strahlstrom vom Zentralbereich einer Rohmaske 109 zu deren Randbereich hin
allmählich abnimmt. Eine Belichtungssteuerschaltung 6 steuert die Spannung an einer
Dunkelsteuerungselektrode 104, um eine EIN/AUS-Steuerung eines Elektronenstrahls
durchzuführen.
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Die vergrößerte Anordnung des Teiles, wo ein Elektronenstrahl von einer
Elektronenstrahl-Belichtungsvorrichtung ausgesandt wird, ist als Blockdarstellung in Fig.
6 gezeigt.
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Ein von einem Elektronenstrahlerzeuger 101 ausgesandter Elektronenstrahl 112 wird
durch eine Anode 102 beschleunigt. Nachdem der Elektronenstrahl durch eine erste
Kondensorlinse 103 und eine zweite Kondensorlinse 105 fokusiert worden ist, durchläuft
er eine Objektlinse 106 und eine Blende 107 zur Verhinderung von Reflexionen.Dann
strahlt der Elektronenstrahl 112 auf die Rohmaske ein, die auf einer Kassette 110
befestigt und über einen Tisch 111 geerdet ist. Wenn der Elektronenstrahl 112 die
Dunkelsteuerungselektrode 104 durchläuft, dann unterliegt die Strahlung auf die
Rohmaske 109 einer EIN/AUS-Steuerung. Ferner wird der durch die Rohmaske 109
usw. reflektierte Elektronenstrahl 112 durch einen Reflexionselektronendetektor 108
festgestellt.
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Die Rohmaske 109, die mit dem Elektronenstrahl 112 bestrahlt wurde, wird nachfolgend
nacheinander den entsprechenden Behandlungen, wie Entwicklung, Spülen, Aushärten
und Ätzen unterworfen.
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Ein zweites Mal zu Fig. 5 zurückkehrend, wird der Tisch 111, auf dem die Rohmaske
109 befestigt ist, durch eine Tischantriebsschaltung 10 angetrieben. Zuerst werden die
Positionen des Tischs 111 in X- und Y-Richtung mittels eines Laserinterferometers 15
gemessen. Die so gemessenen Werte werden über eine Tischsteuereinheit 9 einem
Komparator 8 zugeführt und entsprechenden Bezugspositionen verglichen. Danach
werden durch die CPU 4 eine Bewegungsrichtung und ein Ausmaß der Bewegung
bestimmt. Dann wird die Tischantriebsschaltung 10 durch die Tischsteuerschaltung 9 auf
der Grundlage von Richtung und Ausmaß der Bewegung, wie sie ermittelt worden sind,
gesteuert. Gleichzeitig gibt eine Synchronisierschaltung (SYNC) 7 eine von der
Tischsteuereinheit 9 erhaltene Positionsinformation des Tisches 111 an die
Belichtungssteuereinheit 6, wodurch die Position des Tisches und die
Bestrahlungsposition eines Elektronenstrahls miteinander synchronisiert werden.
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Wenn die so aufgebaute Belichtungsvorrichtung zum Bestrahlung der Rohmaske 109
mittels eines Elektronenstrahles eingesetzt wird, führt die EOS-Steuereinheit 5 eine
Steuerung derart aus, daß die Stärke des Strahlstromes vermindert wird, wenn sich die
Bestrahlungsposition vom Zentralbereich einer Rohmaske 109 zu deren Randbereich
verschiebt.
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Nun soll beschrieben werden, wie der Strahlstrom bestimmt wird.
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Die Musterbreite ändert sich allgemein in Abhängigkeit vom Strahlstrom und von der
Entwicklungszeit.
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche das Ausmaß einer Musterbreiten-
Abmessungsänderung ΔL im Falle einer Änderung des Strahlstromes und der
Entwicklungszeit zeigt, wenn die Abmessung der Musterbreite und der
Strahldurchmesser zu 4,0 um bzw. 0,5 um angenommen werden. Aus dieser graphischen
Darstellung läßt ein Änderungsausmaß ΔL wie folgt ausdrücken:
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ΔL = (I - 400)/10 x 0,1 + 0,08/30 x Δt (um)
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Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche zeigt, wie die Abmessung der
Musterbreite durch den Strahlstrom verändert wird, wenn die Entwicklungszeit auf einen
festen Wert von beispielsweise 710 Sekunden eingestellt wird.
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Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche das Ausmaß der Abmessungsänderung ΔL
für den Fall zeigt, daß der Wert des Strahlstromes verändert wird, wobei auf der Basis
der Fig. 8 ein Strahlstrom von 400 nA als Bezugswert genommen wird. Aus dieser Figur
ist ersichtlich, daß mit jeder Änderung des Strahlstromes um 10 nA die Abmessung der
Musterbreite um 0,1 um geändert wird.
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Demzufolge reicht es zur Kompensation des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausmaßes der
Abmessungsänderung aus, in Abhängigkeit von der Bestrahlungsposition einen
Strahlstrom in der Weise zu liefern, daß die Bestrahlungsdosis eines Elektronenstrahles
über das Substrat konstant ist.
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Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, welche das Verhalten einer solchen
Stromänderung zeigt, wobei das Ausmaß der Änderungen in X- und Y-Richtung für den
Fall eines Bezugsstromes von beispielsweise I = 400 uA dargestellt ist. Bezüglich eines
normalerweise zurückbleibenden Musters wird der Strahlstrom, wie im oberen Teil der
graphischen Darstellung wiedergegeben, im Randbereich um 50 uA vergrößert.
Andererseits wird bei einem entfernten Muster der Strahlstrom, wie im unteren Teil der
graphischen Darstellung wiedergegeben, im Randbereich um 50 uA vermindert.
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Nun sollen die Ergebnisse der Messung der Musterabmessungen beschrieben werden,
wenn der Belichtungsprozeß unter Anwendung einer solchen erfindungsgemäßen
Vorrichtung durchgeführt wird. Die Fig. 11 und 12 zeigen die Ergebnisse, welche durch
Messung der Ungleichmäßigkeiten von Musterabmessungen in X- beziehungsweise Y-
Richtung erhalten wurden. Diese Figuren zeigen eine Verteilung in einer
Durchmesserrichtung der Rohmaske 109. Wie aus dem oben Gesagten ersichtlich ist,
fallen die Ungleichmäßigkeiten der Musterabmessungen sogar im Randbereich in einen
Bereich von ± 0,1 um. Im Vergleich zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Ungleichmäßigkeiten der herkömmlichen Lösung (+0,5 bis -0,1 um) wird eine große
Verbesserung erzielt.
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Dies resultiert daraus, daß beim Verschieben der Bestrahlungsfunktion in einen
Randbereich, der einer Schleierbelichtung unterliegt, die Dosis eines Elektronenstrahls
vermindert wird, so daß im ganzen Bereich der Rohmaske eine gleichmäßige Belichtung
erfolgt. Wie oben festgestellt wurde, werden entsprechend dieser Erfindung die
Musterabmessungen konstant gehalten und die Herstellungsausbeute und/oder die
Zuverlässigkeit verbessert.
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Es muß noch angemerkt werden, daß das Ausmaß der Strahlstromänderung in
Abhängigkeit vom Resisttyp, von der Entwicklungszeit und dergleichen variiert werden
kann. Dementsprechend kann eine technische Lösung angewandt werden, um einen
Befehl dazu durch einen Bediener an einer Tastatur oder dergleichen einzugeben und
dadurch die Belichtungssteuerschaltung 6 zur Ausführung der erforderlichen Steuerung
zu veranlassen.