DE69408114T2

DE69408114T2 - Anordnung zur direkten Elektronenstrahlschrift für ULSI Lithographie, mit einfacher Rotation- und Verstärkungseinstellung der angestrahlten Muster, und Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren

Info

Publication number: DE69408114T2
Application number: DE69408114T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Itoh; Hiroshi Yamashita
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2014-11-11
Also published as: KR0137706B1; KR950015553A; EP0657916B1; US5438207A; JPH07142352A; EP0657916A1; DE69408114D1

Description

Anordnung zur direkten Elektronenstrahlschrift für ULSI-Lithographie mit einfacher Rotation- und Verstärkungseinstellung der angestrahlten Muster und Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Direktschriftsystem und hierfür ein Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren; und insbesondere ein Elektronenstrahl-Direktschriftsystem als ein Elektronenstrahl-Belichtungssy-Stern für die Verwendung in der Lithographie für ULSIs (Ultra Large Saale Integrated Circuit - integrierte Schaltung mit ultrahohem Integrationsgrad), bei dem vereinfachte Rotations- und Verstärkungsfaktorkorrekturen der Schußmuster möglich sind, und ein Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren hierfür.
Das Elektronenstrahl-Direktschriftsystem ist für den Bereich der Lithographie zur Herstellung von ULSIs mit einem Integrationsgrad von mehreren Millionen oder mehr in den Mustern unentbehrlich und es besteht die Notwendigkeit eines erhöhten Integrationsniveaus und nach präzisen Techniken. Die Lithographie ist ein Verfahren, um ein Halbleitersubstrat mit einem gewünschten Muster zu versehen.
Für die Lithographie ist das Elektronenstrahl-Direktschriftsystem im allgemeinen so ausgebildet, daß ein Hochgeschwindigkeits-Elektronenstrahl mit einem Energiebereich von 5 KeV bis 100 KeV projiziert wird, der einen Resistfilm, mit welchem ein Maskensubstrat oder Wafer beschichtet ist, abtastet, so daß chemische Reaktionen in den bestrahlten Teilen des Resistfilms verwendet werden können, um ein gewünschtes Muster auf dem Maskensubstrat oder dem Wafer zu erhalten. Der Elektronenstrahl wird auf einen Durchmesser von 0,1 um oder ein Quadrat mit der Seitenlänge 0,1 um oder weniger konvergiert, was eine hohe Auflösung zuläßt. Darüberhinaus kann der Strahl beliebig durch ein elektrisches und magnetisches Feld abgelenkt werden. Auf diese Art und Weise ist ein beliebiges Muster mit hoher Präzision erzielbar, indem ein den Strahl ablenkendes Abtastsignal von einem Computer gesteuert wird.
Der Elektronenstrahl ist bezüglich seiner Querschnittsform durch einen gaußschen Strahl und einen beschnittenen oder geformten Strahl kategorisiert. Letztgenannter wird durch Blenden mit einer gewünschten Querschnittsform in die gewünschte Form gebracht und konvergiert, um eine ähnliche verkleinerte Figur zu haben, wenn der Strahl für eine Abbildung abgestrahlt wird. Bei Anwendung bei Elektronenstrahl-Direktschriftsystemen für die Lithographie für ULSI's erscheint er als ein variabel geformter Strahl mit variabler Querschnittsform, die durch ein paar elektrooptisch einander überlagerte Blenden definiert ist.
Der variabel geformte Strahl ist inhärent sowohl für Hochgeschwindigkeits- als auch Hochprazisionsprozesse geeignet, und erfüllt damit die große Nachfrage nach Elektronenstrahl-Direktschriftsystemen von einem Typ, bei dem der Strahl für die Lithographie von ULSI's verwendet wird.
Die Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Elektronenstrahl-Direktschreibsystem eines derartigen Typs. Das herkömmliche System ist versehen mit einer Elektronenkanone 111 zum Projizieren eines Elektronenstrahls 113, einem ersten und einem zweiten Blendenelement 112 und 116, die vertikal im Abstand zueinander und für ein Zusammenwirken zum Erzeugen des Strahls 113 mit einer gewünschten Rechteckform angeordnet sind, einem Deflektor 114, der zwischen den Blendenelementen 112, 116 angeordnet ist, die als eine Gestaltungslinse zum Erzeugen eines gesteuerten rechteckigen Musters mit einer gewünschten Größe dient, und einem Objektiv 117, damit der Elektronenstrahl 113 wenn er die zweite Blende 116 passiert hat, fokussiert wird, um ein entsprechendes Bild an einem Belichtungsort auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 118 zu erzeugen, wo das rechteckige Muster abgebildet wird, um direkt geschrieben oder gezeichnet zu werden.
Es wird nun ein herkömmliches Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren bei dem herkömmlichen System beschrieben. Durch eine rechteckige Öffnung, die in dem zweiten Blendenelement 116 ausgebildet ist, wird der Elektronenstrahl 113 durchgelassen, um das rechteckige Muster an einem beliebigen Ort auf dem Halbleitersubstrat 118 abzubilden. Dieses Abbilden durch eine einzelne Belichtung wird im Nachfolgenden als "ein Schuß" bezeichnet. Zum Zeichnen eines gewünschten Musters sind eine Reihe von Schüssen erforderlich, die aufeinander folgend durchgeführt werden, wobei der Ort der Belichtung auf dem Substrat 118 verschoben wird. Beim Zeichnen werden irgendein Paar aufeinanderfolgender Schüsse, die ihre Abbildungsflächen naturgemäß auf dem Substrat 118 nebeneinander haben, so ausgeführt, daß die Abbildungsflächen kontinuierlich nebeneinander liegen, wodurch ein Bewertungsmuster 181 in einer gewünschten linearen Form gezeichnet werden kann. Um Wertungen sowohl in der X als auch der Y-Richtung durchführen zu können, wird ein lineares Muster in der X- als auch der Y-Richtung gezeichnet. Die gezeichneten linearen Muster können in Form des Buchstabens L oder in Kreuzform kombiniert werden. Eine Anzahl von Bewertungsmustern kann falls notwendig an separaten Orten auf dem Halbleiterchip gezeichnet werden.
Das Direktschriftverfahren zeigt weiterhin die Schritte Einstellen der Belichtungsdosis, d.h. der Menge der Elektronenstrahl-Strahlung, Korrigieren von Positionsfehlern der Schußmuster, wie beispielsweise ein Kontaktierungsfehler, um dadurch dessen Rotation und Verstärkungsfaktor zu korrigieren, Ausrichten der Komponentenglieder des Systems und Bewerten der Musterreproduktivität. Als ein Beispiel dieser Bewertung wurde ein Verfahren zum Verringern des Kontaktierungsfehlers zwischen benachbarten abgebildeten Streifen bei einem Elektronenstrahlbelichtungssystem des vorstehend beschriebenen Typs auf den Seiten 213 bis 215 des Journal of Vacuum Science and Technology, Vol B6, Nr. 1, Januar/Februar 1988, diskutiert. Das diskutierte Verfahren verwendet einen Schritt des Erzielens von Messungen der jeweiligen Abmessungen und der Kontaktierungsfehler zwischen den Streifen, sowie auch eine überprüfung ihrer Konfigurationen mittels eines Bahnbreite-Messabtastelektronenmikroskops (SEM) od. dgl., vorheriges Eingeben der resultierenden Daten, wie beispielsweise die gemessenen Werte in einen Steuercomputer des Elektronenstrahl-Belichtungssystems, um dadurch die Bewertungen der beschriebenen Punkte zu beenden.
Bei dem herkömmlichen System und insbesondere bei dem Beispiel des herkömmlichen Verfahrens werden über ein zweites Blendenelement, das mit einer rechteckigen Öffnung versehen ist, eine Vielzahl von Schüssen durchgeführt, um benachbarte Abbildungsbereiche nebeneinander zu haben, um die gewünschten Muster zu erzeugen, deren Abmessungen durch ein SEM gemessen werden, und die Einstellung der Belichtungsdosis, der Ausrichtung der Komponentenelemente des Systems und die Korrektur der Rotation und des Verstärkungsfaktors erfolgt so gegen einen Kontaktierungfehler, daß dadurch eine Reproduktionsbewertung wie beschrieben erzielt wird.
Die Verwendung eines SEM nimmt eine relativ lange Zeitspanne für die Messung der Abmessungen in Anspruch und ist verglichen mit einem optischen Mikroskop, schwierig. Angenommen der Lesefehler des SEM beträgt zwischen 50 bis 100 Tausendstel (in Termen des Multiplikationsfaktors), dann muß eine Fehlergrenze ungefähr 0,03 um sein.
Da ein Angrenzen des Resists, wo das erzielte Bild dunkel ist und damit Abmessungsfehler wahrscheinlich stattfinden, direkt gemessen werden muß, können, wenn es getrennt ist, die Abmessungsfehler weiter erhöht werden. Um solche Nachteile zu vermeiden, ist es erforderlich, nochmals eine Probe herzustellen.
Diese Nachteile führen zu dem Problem der Verringerung des Systemdurchsatzes.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektronenstrahl-Direktschriftsystem und ein Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren zu schaffen, bei dem die Belichtungsdosis, die Korrektur der Rotation und des Verstärkungsfaktors eines Schusses, die Angrenzung und dgl. mit erhöhter Geschwindigkeit auf einfachere Art und Weise eingestellt werden können.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Elektronenstrahl-Direktschriftsystem geschaffen, mit einer Elektronenkanone zum Zuführen eines Elektronenstrahls, einem ersten und einem zweiten Blendenteil, die vertikal ausgerichtet sind, um ein gewünschtes rechtwinkliges Muster zu erzielen, einem Deflektor als einer elektrooptischen Formungslinse, der zwischen dem ersten und zweiten Blendenteil angeordnet ist, um ein rechtwinkliges Muster mit gewünschter Größe zu erzeugen, und einem Objektiv zum Fokussieren des Elektronenstrahls, nachdem er durch das zweite Btendenteil passiert ist, auf eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats als Objekt eines Aufzeichnungsvorganges. Das zweite Blendenteil hat eine Schußöffnung, die einem ersten, zweiten und dritten Schuß als Belichtungsvorgang des Elektronenstrahls entspricht, zum jeweiligen Aufzeichnen eines ersten Schußmusters mit rechtwinkliger Form und einer vorbestimmten Größe, eines zweiten Schußmusters benachbart zum ersten Schußmuster in einer ersten Richtung, und eines dritten Schußmusters benachbart zum ersten Schußmuster in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung auf dem Halbleitersubstrat, und einer Auswertungsöffnung, die Auswertungsmustern entspricht, die durch Zeichnen eines ersten Linien/Intervallmusters in Umfangsteilen des ersten Schußmusters und eines zweiten Linien/Intervallmusters in Umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters ausgeformt sind. Die ersten Linien/Intervallmuster bestehen aus kurzen Linien, die jeweils eine vorbestimmte Breite haben und in ersten Abständen in der ersten und der zweiten Richtung in den Umfangsteilen des ersten Schußmusters angeordnet sind. Die zweiten Linien/Intervallmuster bestehen aus kurzen Linien, die in der ersten und der zweiten Richtung in den Umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters mit zweiten Abständen mit geringem Unterschied zu den ersten Abständen angeordnet sind.
Zusätzlich können die ersten bis dritten Schußmuster vorzugsweise jeweils Muster vom auf dem Halbleitersubstrat ausgeformten LSI-Chip sein.
Die ersten und zweiten Abstände können vorzugsweise dazwischen ein Haupt/Hilfs-Skalenverhältnis zueinander haben, so
L = u x p = (u ± 1)s ist, wobei L gleich der Gesamtlänge einer Hilfsskala ist, u die Anzahl der Aufteilungen jeder der Haupt- und Hilfsskalen ist, s die Teilungslänge der Hauptskala bezeichnet und p die Aufteilungslänge auf der Hilfsskala bezeichnet.
In dem Skalenverhältnis kann jede Aufteilung der Hauptskala ferner unterteilt sein gemäß einem Verhältnis, so daß: L = u x p = (r x u ± 1)s, wobei r gleich (Anzahl der Unterteilungen + 1)/Teilung ist.
In dieser Verbindung ist an einem Mittelpunkt des ersten Linien/Intervallmusters als auch des zweiten Linien/Intervallmusters eine Mittellinie enthalten, wobei die Mittellinie etwas länger als die anderen kurzen Linien ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Elektronenstrahl-Direktschriftverfahren zur Verwendung in einem Elektronenstrahl-Direktschriftsystem vorgeschlagen, mit einer Elektronenkanone zum Liefern eines Elektronenstrahls, einem ersten und einem zweiten Blendenteil, die vertikal ausgerichtet sind, um ein gewünschtes rechtwinkliges Muster zu erhalten, einem Deflektor als elektrooptischer Formungslinse, der zwischen dem ersten und dem zweiten Blendenteil angeordnet ist, zum Erzeugen eines rechtwinkligen Musters einer gewünschten Größe, einem Objektiv zum Fokussieren des Elektronenstrahls nach dem Passieren durch das zweite Blendenteil auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats als Objekt eines Aufzeichnungsvorganges. Das Verfahren hat einen Musterformungsschritt zum Formen eines ersten, eines zweiten und eines dritten Schußmusters und eines Auswertungsmusters durch das zweite Blendenteil mit den Schritten: Aufzeichnen eines ersten Schußmusters mit rechtwinkliger Form mit einer vorbestimmten Größe, eines zweiten Schußmusters in einer ersten Richtung neben dem ersten Schußmuster und eines dritten Schußmusters neben dem ersten Schußmuster in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung, auf dem Halbleitersubstrat; Aufzeichnen eines ersten Linien/Intervallmusters durch Anordnen von kurzen Linien, die jeweils eine vorbestimmte Breite haben, mit ersten Abständen in der ersten und der zweiten Richtung in Umfangsteilen des ersten Schußmusters, und Aufzeichnen von zweiten Linien/Intervallmustern durch Anordnen von kurzen Linien in der ersten und der zweiten Richtung in Umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters mit zweiten Abständen, die geringfügig unterschiedlich zu den ersten Abständen sind und mit den ersten Abständen zusammenwirken, um dazwischen ein Haupt-/Hilfs-Skalenverhältnis zu schaffen. Das Direktschriftverfahren hat weiterhin einen ersten Positionsdifferenzdetektionsschritt zum Gewinnen eines Ordinalzahlwertes einer übereinstimmenden Zeile, in der ein örtliches Übereinstimmen auftritt zwischen den kurzen Linien jeweils des ersten Linien/Intervallmusters und eines der zweiten Linien/Intervallmuster, wobei der Ordinalzahlwert relativ zu einer Zentrallinie bestimmt wird, einen zweiten Positionsdifferenzdetektionsschritt zum Erzielen eines Ordinalzahlwertes einer übereinstimmenden Linie, in welcher eine Positionsübereinstimmung auftritt zwischen kurzen Linien jeweils des ersten Linien/Intervallmusters und des anderen der zweiten Linien/Intervallmuster, wobei der Ordinalzahlwert relativ zu einer Zentrallinie bestimmt wird, und einen Multiplikationsschritt mit Multiplikation jedes der Ordinalzahlwerte mit der Auflösung des Haupt- /Hilfs-Skalenverhältnisses, welches aus den ersten und den zweiten Abständen bestimmt wird, wodurch reale Abmessungsfehler in der Position zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Schußmuster bestimmt werden.
Gemäß dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird daher durch ein zweites Blendenteil auf dem Halbleitersubstrat ein erstes Schußmuster mit rechteckiger Form mit einer vorbestimmten Größe, ein zweites Schußmuster neben dem ersten Schußmuster in einer ersten Richtung und ein drittes Schuß muster neben dem ersten Schußmuster in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung abgebildet. Das zweite Blendenteil bildet weiterhin ein erstes Linien/Intervallmuster in Umfangsteilen des ersten Schußmusters und zweite Linien/Intervallmuster in Umfangsteilen jeweils der zweiten und dritten Schußmuster ab. Das erste Linien/Intervallmuster hat kurze Linien mit vorbestimmter Breite, die jeweils mit ersten Abständen in der ersten und zweiten Richtung in den Umfangsteilen der ersten Schußmuster angeordnet sind. Die zweiten Linien/Intervallmuster enthalten kurze Linien, die in der ersten und der zweiten Richtung in den Umfangsteilen des zweiten bzw. des dritten Schußmusters mit zweiten Abständen mit geringem Unterschied zu den ersten Abständen angeordnet sind. Hieraus folgt, daß Abmessungsfehler zwischen benachbarten Schußmustern bestimmt werden können, indem die Übereinstimmungspositionen zwischen den ersten Linien/Intervallmuster mit den ersten Abständen und jedem der zweiten Linien/Intervallmuster mit zweiten Abständen detektiert werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung anhand der begleitenden Figuren im einzelnen hervor, in welchen zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Aufbaus eines herkömmlichen Beispiels des Elektronenstrahl-Direktschriftsystems;
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur schematischen Darstellung einer Ausführungsform des Elektronenstrahl-Direktschriftsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung eines Musters auf einem Halbleitersubstrat, das durch das Elektronenstrahl-Direktschriftsystem gemäß Fig. 2 gezeichnete ist; und
Fig. 4 ein Flußschaltbild einer Ausführungsform des Elektronenstrahl-Direktschriftverfahrens, das bei dem Elektronenstrahl-Direktschriftsystem verwendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Es wird nun auf die begleitenden Figuren Bezug genommen, und es werden jeweils Ausführungsformen eines Elektronenstrahl-Direktschriftsystems und eines Elektronenstrahl-Direktschriftverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Figuren 2 bis 4 zeigen die Ausführungsformen
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Elektronenstrahl-Direktschriftsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Direktschriftsystem gemäß der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform hat eine Elektronenkanone 11 zum Zuführen eines Elektronenstrahls 13, dessen Intensität steuerbar ist, einen ersten Blendenteil 12, einen Deflektor 14, einem Objektiv 17 zum Fokussieren des Elektronenstrahls 13 auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats 18 als Objekt von später beschriebenen Aufzeichnungsoperationen, d.h. Belichtungsoperationen, eine Schußöffnung 161 und einem zweiten Blendenteil 16 mit einer Auswertungsöffnung 15. Der erste Blendenteil 12 und der zweite Blendenteil 16 sind zwischen der Elektronenkanone 11 und dem Halbleitersubstrat 18 an steuerbaren Orten im vertikalen Abstand zueinander angeordnet, so daß sie zusammen ein Aufzeichnungsmuster mit varibler Form definieren. Der Deflektor 14 wird zwischen den ersten und zweiten Blendenteilen 12, 16 angeordnet und ist so betätigbar, daß er eine steuerbare Größe des Aufzeichnungsmusters erzeugt.
In dem System dient die Schußöffnung 161 für jeden zugehörigen Schuß zum Abbilden eines quadratischen Schußmusters (eines der Schußmuster 91a bis 91i wie in der Fig. 3 gezeigt), das einen LSI-Chip oder VLSI-Chip in einem gezeichneten LSI oder VLSI-Muster 19 auf einem Halbleitersubstrat 18 gezeichnet, entspricht. Das Muster 19 wird durch eine Folge von Schüssen in Form eines Gitters, bestehend aus einer Anzahl von benachbarten rechteckigen Bereichen entsprechend der aufgezeichneten Schußmuster 91a bis 91i (im Nachfolgenden kollektiv mit 91' bezeichnet), gezeichnet.
Das zweite Blendenteil 16 dient zum Aufzeichnen eines Auswertungsmusters 92a bis 92i (im Nachfolgenden kollektiv mit "92" bezeichnet) in jedem Schußmuster 91, und besteht aus einer Auswertungsöffnung 15 zum Aufzeichnen von zwei Arten von Linien/Intervall-Mustern (21a, 22a; 21b, 22b..., 21d, 22d... (im Nachfolgenden kollektiv mit "21, 22" oder "21" und/oder "22" bezeichnet) , die das Auswertungsmuster 92 bilden und die jeweils aus einer Folge von seitlich sich erstreckenden balkenartigen kurzen Linien bestehen, die zueinander in Längsrichtung des Musters 15 einen Abstand aufweisen. Die Linien/Intervall-Muster 21, 22 werden in den vier Umfangsteilen jedes Schußmusters 91 aufgezeichnet, d.h. entlang der Längen der vier Kanten oder Seiten derselben an deren Innenseite. In jedem Linien/Intervallmuster 21, 22 haben die seitlichen kurzen Linien eine vorbestimmte Breite in Längsrichtung des Musters 21, 22 und sind in Abständen mit einem vorbestimmten Abstand in Längsrichtung angeordnet, die in der Fig.) eine vertikale oder eine erste Richtung des Schußmusters 21 ist, oder in horizontaler Richtung (in der Fig. gesehen) oder einer zweiten Richtung derselben rechtwinklig zur ersten Richtung verläuft. Die Linienabstände bei einem der Linien/Intervall-Muster 21, 22 (im Nachfolgenden als "erstes Linien/Intervallmuster" bezeichnet) unterscheiden sich von den Abständen bei der anderen Art des Linien/Intervallmusters 21, 22, im Nachfolgenden als "zweites Linien/Intervallmuster" bezeichnet. Darüberhinaus unterscheiden sich die Linienabstände zwischen benachbarten zwei Linien/Intervallmustern 21, 22 und damit zwischen den beiden Seiten einer Grenzlinie, die zwischen benachbarten zwei Schußmustern 91, die nebeneinander in horizontaler oder vertikaler Richtung liegen, hindurchgeht. Anders ausgedrückt, eines der ersten und zweiten Linien/Intervallmuster 21, 22 ist auf einer Seite der Grenzlinie aufgezeichnet und das andere ist auf der anderen Seite der Grenzlinie aufgezeichnet. Die Auswertungsöffnung 15 ist mit einer Kombination aus rechteckig angeordneten vier Mustern versehen: benachbarte zwei derselben entsprechen jeweils dem ersten Linien/Intervallmuster 21, 22 und die anderen zwei entsprechen jeweils dem zweiten Linien/Intervall-Muster 21, 22. Es kann ein Paar Auswertungsöffnungen vorgesehen sein, die entweder eine Kombination aus viereckig angeordneten vier Mustern, die jeweils dem ersten Linien/Intervallmuster 21, 22 entsprechen, aufweisen und die anderen Auswertungsöffnungen haben entsprechend angeordnete vier Muster, die jeweils dem zweiten Linien/Intervallmuster 21, 22 entsprechen und zwar jeweils für ein Aufzeichnen desselben auf jedem versetzt angeordneten Schußmuster 91.
Fig. 3 zeigt schematisch und in Teilansicht das gezeichnete Muster 19, welches die Schußmuster 91 und die Auswertungsmuster 21, 22 aufweist, die entlang der jeweiligen Grenzen der Schußmuster 91 aufgezeichnet sind. In der Horizontal- und Vertikalrichtung des aufgezeichneten Musters 19 sind drei Reihen und drei Spalten Schußmuster 91 angeordnet. Die Schußmuster 91 sind als Beispiel mit einer Anzahl von neun so aufgezeichnet, daß sie nebeneinander liegen. Zur Vereinfachung wird eine Beziehung zwischen den Schußmustern 91a und 91b, die in horizontaler Richtung nebeneinander liegen, und zwischen den Schußmustern 91a und 91d, die in vertikaler Richtung nebeneinander liegen, beschrieben.
Das Auswertungsmuster 92, welches am Umfang des Schußmusters 91a aufgezeichnet ist, hat das erste Linien/Intervall-Muster 21a, bestehend aus kurzen Linien, die mit der Bezugsziffer 212 bezeichnet sind und vertikal mit einem vorbestimmten Abstand s angeordnet sind, wobei die mittlere der kurzen Linien 211a etwas, jedoch signifikant länger als die anderen Linien ist, und das erste Linien/Intervall-Muster 22a bestehend aus den kurzen Linien, die mit der Bezugsziffer 222 bezeichnet sind und horizonta mit dem Abstand s angeordnet sind, wobei die mittlere Linie 211a der kurzen Linien etwas, jedoch signifikant länger als die anderen ist.
Die Auswertungsmuster 92b und 92d, die in den Schußmustern 91b bzw. 91d aufgezeichnet sind, haben das zweite Linien/Intervallmuster 21b bzw. 22d, jeweils vertikal und horizontal angeordnet, wobei weiterhin das zweite Linien/Intervallmuster 21d im Schußmuster 91d sowie das erste Linien/Intervallmuster 22b im Schußmuster 91b enthalten ist. Jedes der zweiten Linien/Intervall-Muster 21b und 22d besteht aus kurzen Linien, die in Abständen mit einem vorbestimmten Abstand p angeordnet sind, der eine geringe Differenz zum Abstand s hat, der eine vorbestimmte Beziehung zum Abstand p hat.
Zwischen den ersten und zweiten Linien/Intervallmustern 21a und 21b oder 21a und 22d, die nebeneinander liegen, existiert eine Haupt/Hilfs-Skalenbeziehung, wobei das erste Linien/Intervallmuster eine Hauptskala und das zweite Linien/Intervallmuster eine Hilfsskala bildet, wobei diese Beziehung umgekehrt sein kann. Die Beziehung wird nun im Einzelen beschrieben.
In der Beziehung zwischen der Hauptskala und der Hilfsskala oder einer Nonius-Skala wird letztere dazu verwendet, die erstere weiter zu unterteilen, um eine kleinere Einheit für die Messung zu erzielen.
Die Haupt- und Hilfsskalen haben die folgende Beziehung:
L = u x p = (u ± 1)s .... (1)
mit L gleich der Gesamtlänge der Hilfsskala, u gleich der Anzahl der Teilungen jeder der Haupt- und Hilfsskalen, s gleich der Lange einer Teilung der Hauptskala und p gleich der Lange einer Teilung der Hilfsskala.
Gemäß der Gleichung (1) wird die Teilungslänge p der Hilfsskala erzielt, indem die Länge (u + 1)s, die der Anzahl der Teilungen "u + 1" zugeordnet ist, durch u gleichmäßig geteilt wird. Das heißt, diese Beziehung ist repräsentiert durch p = {(u + 1)s}/u, was zu der Gleichung (1) führt. In der vorstehenden Beschreibung bezeichnet "u + 1" die Teilung, die angegeben ist durch "u - 1" oder "u + 1".
Darüberhinaus kann eine Skala zur weiteren Unterteilung der Hauptskala verwendet werden. In dieser Skala gilt die folgende Gleichung, wobei r die Anzahl der Unterteilungen jeder Teilung in der Hauptskala bezeichnet.
L = u x p = (r x u + 1)s.... (2)
mit r gleich (Anzahl der Unterteilungen + 1)/Teilung.
Für den Fall daß eine derartige Feinunterteilungsskala nicht verwendet wird, nämlich die Anzahl der Feinunterteilungen = 0 wird, wird r eine Einheit und daher ist die Gleichung (2) identisch mit der Gleichung (1). Im allgemeinen ist der Wert r auf 1 oder 2 gesetzt.
Die Unterteilungslänge s und p in der Gleichung (1) und in der Gleichung (2) sind den Abständen s und p zugeordnet, die bei dieser Ausführungsform auf 1,00 um bzw. 1,02 um festgelegt sind. Daraus folgt, daß die Anzahl der Teilungen der Hauptskala entsprechend dem Abstand s 50 wird, während die Länge der Hilfsskala als das fünfzigfache des Abstandes p, nämlich 51 um erzielt wird. Daraus resultiert, daß die Auflösung für die Messung 1/50 des Abstandes s, nämlich 0,02 um ist. Die Anzahl der Unterteilungen ist bei der vorliegenden Ausführungsform "0".
Fig. 3 zeigt die Details des gezeichneten Musters 19, und hat zusätzlich das Schußmuster 91, das Auswertungsmuster 92, das der Auswertungsöffnung 15 zugeordnet ist. Solange keine Diskrepanz oder kein Fehler zwischen den Schußmustern 91a und 91b, die horizontal nebeneinander liegen, besteht, stimmt die zentrale Linie 211a des ersten Linien/Intervallmusters 21a mit der zentralen Linie des zweiten Linien/Intervallmusters 21b überein. Wenn ein Positionsfehler vorhanden ist, fällt eine der kurzen Linien des vertikal sich erstreckenden ersten Linien/Intervallmusters 21a im Schußmuster 21a vollständig oder weitgehend mit einer der kurzen Linien des sich vertikal erstreckenden zweiten Linien-/Intervallmusters 21b im Schußmuster 21b zusammen, während die zentralen Linien der Muster dies nicht tun. Durch Detektieren der fluchtenden Linie oder der zusammenpassenden Linien in Termen des Abstandes der Ordinalnummer der kurzen Linien, ausgehend von der Zentrallinie 211 gezählt, ist es möglich, das Maß des Versatzes oder der Verschiebung eines vertikalen Positionsfehlers, der infolge einer nicht perfekten Rotations- oder Verstärkungsfaktorsteuerung eines Schusses zwischen den Schußmustern 91a und 91b auftritt, zu detektieren.
Für die Schußmuster 91a und 91d, die in vertikaler Richtung nebeneinander liegen, kann ein horizontaler Positionsfehler zwischen diesen ebenfalls auf ähnliche Art und Weise detektiert werden.
Die Funktionsweise des Direktschrift-Systems wird nun anhand der Figuren 2 und 3 und des Flußdiagrammes gemäß Fig. 4 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform des Elektronenstrahl-Direktschriftverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Auf dem Halbleitersubstrat 18 werden mehrere Schüsse des Elektronenstrahls 13 ausgeführt, um ein vorbestimmtes Muster 19 zu zeichnen (Schritt S1). Darauffolgend wird das so erzeugte Zeichenmuster 19 durch ein optisches Mikroskop betrachtet, um eine übereinstimmende Linie zwischen den Linien/Intervallmustern 21a und 21b der jeweils benachbarten Schußmuster 91a und 91b zu bestimmen, um einen Abstand oder einen Positionswert relativ zur Zentrallinie 211a aufzuzeichnen (Schritt S2). Bei diesem Beispiel ist die übereinstimmende Linie eine erste obere Linie 211 bezogen auf die Zentrallinie 211a und der Abstand von "+1" wird in einen nicht dargestellten Speicher als detektierter Wert, der aufgezeichnet werden muß, eingeschrieben.
Als nächstes wird entsprechend die Übereinstimmungslinie zwischen den Linien/Intervallmustern 22a und 22d detektiert und ein detektierter Wert wird aufgezeichnet (Schritt S3). Bei diesem Beispiel ist eine zweite Linie 222 auf der linken Seite der Zentrallinie 211a, die übereinstimmende Linie, so daß der detektierte Wert "2" ist.
Um die Größe der seitlichen Verschiebung (das Maß des Versatzes in Termen einer Ordinalzahleinheit der Länge) gegenüber der Zentrallinie 211 oder 221 zu bestimmen, wird jeder der in den Schritten S2 und S3 ermittelten Werte mit der Leseauflösung (0,02 um) des Linie/Intervallmusters multipliziert. In diesem Fall ist eine Verschiebung von 0,02 um in vertikaler Richtung und von + 0,04 um in horizontaler Richtung, berechnet worden. Ähnlich werden die Schritte S2 bis S4 nacheinander für die jeweiligen Linien/Intervallmuster 21, 22 der Auswertungsmuster 92 durchgeführt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung zu ersehen ist, hat ein zweiter Blendenteil eine Schußöffnung entsprechend einem ersten, zweiten und dritten Schußmuster horizontal und vertikal nebeneinander auf einem Halbleitersubstrat und eine Auswertungsöffnung entsprechend den Auswertungsmustern, die durch Zeichnen eines ersten und eines zweiten Linien/Intervallmusters erzeugt werden. In dem ersten Linien/Intervallmuster sind kurze Linien mit ersten Abständen an den Umfangsteilen des ersten Schußmusters in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet. In den zweiten Linie/Intervallmustern sind kurze Linien mit zweiten Abständen, die gegenüber den ersten Abständen etwas unterschiedlich sind, an den Umfangsteilen der zweiten und dritten Schußmuster in vertikaler und horizontaler Richtung angeordnet. Diese Anordnung erlaubt eine Haupt/Hilfsskalenbeziehung, die zwischen dem ersten und zweiten Linien/Intervallmustern auf dem Halbleitersubstrat errichtet werden kann. Daraus folgt, daß Positionsfehler zwischen den benachbarten ersten bis dritten Schußmustern optisch und leicht in kurzer Zeitdauer detektiert werden können, wodurch ein verbesserter Systemdurchsatz erlaubt wird.
Die Auswertungsmuster werden direkt am Umfang eines LSI- Chips aufgezeichnet und die Zeitspanne zum Herstellen einer Probe kann eingespart werden. Darüberhinaus ist es unnötig, die Abmessungen von einem Anliegefehler im Resistfilm direkt zu messen, so daß die Ursache herkömmlicher Abmessungsfehler eliminiert werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der speziell dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch diese Ausführungsformen, sondern nur durch die anhängenden Patentansprüche beschränkt. Für den Fachmann ist leicht zu ersehen, daß die Ausführungsformen ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, leicht geändert oder modifiziert werden können.

Claims

1. Elektronenstrahldirektschreibsystem mit:

einer Elektronenkanone (11) zum Zuführen eines Elektronenstrahls (13);

einem ersten und einem zweiten Blendenteil (12, 16), die vertikal ausgerichtet sind zum Erzielen eines gewünschten rechtwinkligen Musters;

einem Deflektor (14) als elektro-optische Formungslinse, welcher zwischen dem ersten und zweiten Blendenteil (12, 16) angeordnet ist, um ein rechtwinkliges Muster einer gewünschten Größe zu erzeugen;

einem Objektiv (17) zum Fokussieren des Elektronenstrahls (13), nachdem er durch das zweite Blendenteil (16) passiert ist, auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (18) als Objekt eines Aufzeichnungsvorgangs;

wobei das zweite Blendenteil (16) eine Schußöffnung (161) aufweist, die einem ersten, einem zweiten und einem dritten Schuß als Belichtungsvorgang des Elektronenstrahls (13) entspricht, zum jeweiligen Aufzeichnen eines ersten Schußmusters (91a) mit rechtwinkliger Form und einer vorbestimmten Größe, eines zweiten Schußmusters (91b), benachbart zum ersten Schußmuster in einer ersten Richtung, und eines dritten Schußmusters (91d), benachbart zum ersten Schußmuster in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung auf dem Halbleitersubstrat (18), und einer Auswertungsöffnung (15), die Auswertungsmustern (92) entspricht, die durch Zeichnen eines ersten Linien/Intervallmusters (21a, 22a) in Umfangsteilen des ersten Schußmusters (91a) und eines zweiten Linien/Intervallmusters (21b, 22d) in Umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters (91b, 91d) ausgeformt sind; wobei das erste Linien/Intervallmuster (21a, 22a) kurze Linien (212, 222) aufweist, die jeweils eine vorbestimmte Breite haben und in ersten Abständen (s) in der ersten und der zweiten Richtung in den Umfangsteilen des ersten Schußmusters (91a) angeordnet sind; und

wobei die zweiten Linien/Intervailmuster (21b, 22d) kurze Linien aufweisen, die in der ersten und der zweiten Richtung in den Umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters (91b, 91d) mit zweiten Abständen (p) mit geringem Unterschied zu den ersten Abständen (s) angeordnet sind.

2. Elektronenstrahldirektschreibsystem nach Anspruch 1, wobei die ersten, die zweiten und die dritten Schußmuster (91a, 91b, 91d) jeweils Muster vom auf dem Halbleitersubstrat (18) ausgeformten LSI-Chips sind.

3. Elektronenstrahldirektschreibsystem nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Abstände (s, p) ein Haupt /Hilfs-Skalenverhältnis zueinander haben.

4. Elektronenstrahldirektschreibsystem nach Anspruch 3, wobei das Haupt/Hilfsskalenverhältnis so ausgebildet ist,

L = u p = (u ± 1)s

wobei L die Gesamtlänge der Hilfsskala ist, u die Anzahl der Aufteilungen jeder der Haupt- und Hilfsskalen anzeigt, s die Teilungslänge der Hauptskala bezeichnet, und p für die Aufteilungslänge auf der Hilfsskala steht.

5. Elektronenstrahldirektschreibsystem nach Anspruch 4, wobei jede Aufteilung der Hauptskala ferner unterteilt ist in einem Verhältnis, daß:

L = u p = (r u ± 1)s

wobei r = (Anzahl der Unterteilungen + 1) / Aufteilung.

6. Elektronenstrahldirektschreibsystem nach Anspruch 1, welches ferner eine Zentrallinie (211, 221) an einem Zentralpunkt jedes der ersten Linien/Intervallmuster (21a, 22a) und der zweiten Linien/Intervallmuster (21b, 22d) aufweist, wobei die Zentrallinie (211, 221) etwas länger als die anderen kurzen Linien ist.

7. Elektronenstrahldirektschriftverfahren zur Benutzung in einem Elektronenstrahldirektschriftsystem mit einer Elektronenkanone (11) zum Liefern eines Elektronenstrahls (13), einem ersten und einem zweiten Blendenteil (12, 16), die vertikal ausgerichtet sind, um ein gewünschtes rechtwinkliges Muster zu erhalten, einem Deflektor (14) als elektrooptische Formungslinse, der zwischen dem ersten und dem zweiten Blendenteil (12, 16) angeordnet ist zum Erzeugen eines rechtwinkligen Musters einer gewünschten Größe, einem Objektiv zum Fokussieren des Elektronenstrahls (13) nach dem Passieren durch das zweite Blendenteil (16) auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats (18) als Objekt eines Aufzeichnungsvorganges, wobei das Verfahren aufweist:

einen Musterformungsschritt (S1) zum Formen eines ersten, eines zweiten und eines dritten Schußmusters (91a, 91b, 91d) und eines Auswertungsmusters (92) durch das zweite Blendenteil (16) mit den Schritten:

Aufzeichnen eines ersten Schußmusters (91a) mit rechtwinkliger Form mit einer vorbestimmten Größe, eines zweiten Schußmusters (91b), anliegend an das erste Schußmuster (91a) in einer ersten Richtung, und eines dritten Schußmusters (91d) , anliegend an das erste Schußmuster (91a) in einer zweiten Richtung rechtwinklig zur ersten Richtung auf dem Halbleitersubstrat (18);

Aufzeichnen eines ersten Linien/Intervallmusters (21a, 22a) durch Anordnen von kurzen Linien, die jeweils eine vorbestimmte Breite haben, mit ersten Abständen (s) in der er sten und der zweiten Richtung in Umfangsteilen des ersten Schußmusters (91a), und Aufzeichnen zweiter Linien/Intervallmuster (21b, 22d) durch Anordnen von kurzen Linien in der ersten und der zweiten Richtung in umfangsteilen jeweils des zweiten und des dritten Schußmusters (91b, 91d) mit zweiten Abständen (p), die geringfügig unterschiedlich zu den ersten Abständen (s) sind und mit den ersten Abständen (s) zusammenwirken, um dazwischen ein Haupt/Hilfs-Skalenverhältnis zu schaffen;

einen ersten Positionsdifferenzdetektionsschritt (S2) mit Gewinnung eines Ordinalzahlwertes einer übereinstimmenden Zeile, in der ein örtliches Übereinstimmen auftritt zwischen den kurzen Linien jeweils des ersten Linien/Intervallmusters (21a) und eines (21b) der zweiten Linien/Intervallmuster (21b, 22d) wobei der Ordinalzahlwert relativ zu einer Zentrallinie (211) bestimmt wird;

einem zweiten Positionsdifferenzdetektionsschritt (S3) mit Gewinnung eines Ordinalzahlwertes einer übereinstimmenden Linie, in welcher eine Positionsübereinstimmung auftritt zwischen kurzen Linien jeweils des ersten Linien/Intervallmusters (22a) und des anderen (22d) der dritten Linien/Intervallmuster (21b, 22d), wobei der Ordinalzahlwert bestimmt wird relativ zu einer Zentrallinie (221); und

einen Multiplikationsschritt (S4) mit Multiplikation jedes der Ordinatzahlwerte mit der Auflösung des Haupt/Hilfsskalenverhältnisses, welches bestimmt wird aus den ersten und den zweiten und den dritten Abständen (s, p), wodurch reale Abmessungen der Positionsdifferenz zwischen dem ersten, dem zweiten und dem Schußmuster (91a, 91b, 91d) bestimmt werden.