Das
U.S. Patent 6,667,486 B2 offenbart ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren,
eine Vorrichtung und eine darauf beruhende Herstellungsmethode für Bauelemente,
welche eine Vielzahl von Elektronenstrahlen nutzen, die durch ein
Aperturenarray oder verschiedene Typen von Multiemitterkathoden gebildet
werden. Zum Belichten werden die Teilstrahlen individuell ein/ausgesteuert
und kollektiv über
das jeweilige Teilarbeitsfeld gerastert. Es wird offengelegt, wie
die durch Fertigungstoleranzen, Verzeichnungen der elektronenoptischen
Säule,
Driften sowie Ablenk- und Höhenfehler
bedingten Positionsabweichungen der einzelnen Beamlets individuell
durch Shifting bzw. Interpolation der zu belichtenden Pattern korrigiert
werden können.
Details zur Synchronisation der Belichtung mit dem sich bewegenden
Substrattisch werden nicht offenbart. Auch werden die Teil- und
Hauptarbeitsfelder sequentiell nacheinander mit zwischenzeitlichem
Blanken aller Beamlets belichtet, so dass eine Strahlnachführung die
Position des Strahlenbündels
zum Tisch nur für
die Zeit der Belichtung eines solchen Feldes fixieren muss.
Das
U.S. Patent 6,774,379 B2 offenbart ein Elektronenstrahl-Belichtungseinrichtung
und eine Ablenkkorrekturmethode, bei der ein ein- oder zweikanaliges
Strahlnachführsystem
die Strahlauslenkung auf Basis der letzten Messung der Tischposition durch
das Laserwegmesssystem korrigiert und außerdem aus den beiden letzten
Messwerten des Laserwegmesssystems die aktuelle Tischgeschwindigkeit
berechnet und durch Extrapolation die weitere Tischablage nach dem
Zeitpunkt der letzten Messung korrigiert. Die Belichtung erfolgt
jedoch durch hintereinander folgende Shots mit zwischenzeitlichen Blanken
des Elektronenstrahls sowie wegen des begrenzten Strahlablenkbereiches
innerhalb von einzelnen Arbeitsfeldern, wobei die offengelegte Vorrichtung
dazu dient, die Strahl-zu-Tisch-Position während der Belichtung eines
Arbeitsfeldes konstant zu halten.
Das
U.S. Patent 6,403,973 B1 offenbart ein Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren
und eine Vorrichtung, die geeignet ist für die Anwendung dieses Verfahrens.
Ein zu belichtendes Substrat ist auf einem sich kontinuierlich bewegenden
Tisch abgelegt. Dabei werden parallel die Tischposition und die
erforderliche Strahlposition ermittelt und eventuelle Abweichungen
in zwei Schritten verrechnet, so dass eine hochgenaue, glitchfreie
Einstellung der einzelnen Belichtungspositionierungen auf dem Substrat ermöglicht ist.
Jedoch arbeitet diese Vorrichtung lediglich mit einem einzigen Elektronenstrahl.
Eine Aperturplatte ist nicht vorgesehen, um aus den einzelnen Elektronenstrahlen
eine Vielzahl von Teilstrahlen zu erzeugen. Außerdem erfolgt die Belichtung
nicht kontinuierlich, sondern als Folge einzelner kurzzeitiger Shots.
Das
U.S. Patent 4,853,870 offenbart ebenfalls ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem,
das bei der Belichtung die Position des Tisches berücksichtigt
und über
eine zweistufige Auslenkung des Elektronenstrahls eine mögliche Ablage
des Tisches entsprechend korrigiert. Hier wird ebenfalls nur mit
einem einzigen Elektronenstrahl und, durch Ein- und Austasten des
Strahls, mittels einer Folge von Shots belichtet.
Das
U.S. Patent 4,477,729 beschreibt ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem,
das in einem kontinuierlichen Schreibregime arbeitet. Dabei werden
die zu erzeugenden Strukturen als Folge von nebeneinander liegenden
Teilstrukturen belichtet, wobei die Sollposition des Tisches durch
eine korrespondierende Folge dicht beieinander liegender Referenzpositionen
der Teilstrukturen gegeben wird. Auch in diesem System ist ebenfalls
eine entsprechende Verrechnung der aktuellen Tischposition und der
aktuellen Schreibposition des Elektronenstrahls gegeben. Das Weiterrücken von
einem Teilarbeitsfeld zum nächsten
setzt allerdings ein Blanken des Teilchenstrahles voraus. Außerdem wird
auch in diesem System nur mit einem einzigen Teilchenstrahl geschrieben.
Eine
weitere Belichtungsanordnung und -methode mit einem einzelnen Elektronenstrahl
ist in dem U.S. Patent 4,147,937 offenbart. Die beschriebene Anordnung
arbeitet ebenfalls mit Nachführung der
Strahl-zu-Tisch-Position auf der Basis eines Positionsmesssystems.
Belichtet wird jedoch durch Anfahren vorgegebener Sollpositionen
im Step&Go-Modus.
Das
U.S. Patent 4,153,843 offenbart ein Belichtungssystem mit mehreren
Strahlen. Dazu ist im Strahlengang eines Elektronenstrahl-Belichtungssystems
ein zweidimensionales Array mit mehreren Öffnungen vorgesehen. Das Array
wird von dem Elektronenstrahl flächig
beleuchtet und verkleinert auf ein Substrat abgebildet. Mittels
der Aperturplatte können
entsprechende Einzelstrahlen ausgeschaltet werden, damit diese nicht
auf das Substrat gelangen. Durch die Aperturplatte wird somit erreicht,
dass die Elektronendosis auf dem Substrat steuerbar ist, und zwar
bei jeder adressierten Position des Elektronenstrahls, so dass der
Proximityeffekt korrigiert werden kann. Eine Korrektur der Tischablage
und eine daraus resultierende entsprechende Ansteuerung des Elektronenstrahls
sind hier nicht offenbart.
Das
U.S. Patent 5,144,142 A offenbart ein Teilchenstrahlsystem, das
eine Aperturplatte enthält, um
entsprechende Teilstrahlen erzeugen zu können. Das Aperturplattenarray
umfasst n-Zeilen und m-Spalten von Öffnungen, die zweidimensional
auf einem Substrat angeordnet sind. Jeder der Öffnungen ist ein Paar von Ablenkelektroden
zugeordnet. Ferner sind n m-bit-lange Schieberegister auf dem Substrat
vorgesehen, um den Patterndaten entsprechende Ablenkspannungen an
die m Paare von Elektroden jeder Zeile zuzuführen. Die Belichtung erfolgt durch
Shiften der Patterndaten durch das Aperturenarray bei gleichzeitiger
Auslenkung des Strahlenbündels.
Dabei wird die aktuelle durch ein Laserinterferometer bestimmte
Tischposition mit der Datensollposition verglichen und die Differenz
bei der Auslenkung berücksichtigt.
Eine Vorrichtung zur Synchronisation des Tischsystems mit dem Shiften
in der Aperturplatte ist jedoch nicht offengelegt.
Die
U.S. Patentanmeldung US 2003/0155534 A1 offenbart ein maskenloses
Belichtungssystem für
Partikelstrahlen. Durch einen Stapel von Aperturplatten wird ein
Vielfachstrahl geformt, wobei eine Blanking Plate mit integrierter Schieberegister-
und Speicherlogik eine Ein/Aus-Steuerung jedes Teilstrahls synchron
zur Scanbewegung des Tischsystems ermöglicht. Zur Fixierung der Pixelbilder
während
der Belichtung auf dem sich bewegenden Substrat wird ein durch eine
sägezahnförmige Spannung
gesteuertes Ablenksystem vorgeschlagen. Eine technische Lösung für die Synchronisierung
der Tischbewegung mit dem Shiften in der Blanking Plate und der
Ablenkbewegung des Vielfachpartikelstrahls ist hier jedoch nicht
offenbart.
Der
Artikel „Programmable
Aperture Plate for Maskless High-Throughput Nanolithography" von Berry et al.;
J. Vac. Sci. Technol. B 15(6), Nov/Dec 1997; Seite 2382 bis 2386,
offenbart ein programmierbares Aperturenarray, das 3000 × 3000 Aperturen
umfasst, die individuell elektronisch angesteuert und dadurch ein/ausgeschaltet
werden können,
um dadurch den Strahldurchtritt dynamisch zu steuern. Das zu belichtende
Pattern wird von einer Seite sukzessive in das Aperturenarray geladen
und mittels integrierter Schiebestufen zur anderen Seite durchgeschoben.
Der zu beschreibende Wafer wird dazu synchron bewegt. Eine Kontrolle
oder ein Ausgleich der aktuellen Tischposition ist in diesem Artikel
nicht offenbart.
Alle
bekannten Druckschriften, die eine Strahlnachführung auf der Basis eines Laserwegmesssystems
zur Bestimmung der Tischposition behandeln, gehen vom Prinzip eines
fixen Schreibfeldes aus. Die Strahlnachführung kompensiert dabei die
vom Laserwegmesssystem angezeigte Abweichung der aktuellen Tischposition
von einer vorgegebenen Sollposition und fixiert dadurch den Mittelpunkt
des aktuellen Schreibfeldes. Da wegen der Abbildungsfehler der Partikeloptik
die maximale Schreibfeldgröße begrenzt
ist, wird die Substratfläche
durch Aneinanderreihen einer Vielzahl von Schreibfeldern (unter
Umständen
mit Überlappung) belichtet.
Für die
Neupositionierung der Schreibfelder ist ein Blanken des gesamten
Strahls erforderlich; ein ununterbrochenes Schreiben eines Streifens über das
gesamte Substrat ist somit nicht möglich.
Die
Dokumente, die Aperturenarrays erwähnen, gehen entweder auf das
Problem der Strahl-zu-Tisch-Positionierung nicht näher ein
oder sehen eine Strahlnachführung
vor, die unabhängig vom
Pixelshifting bei der Erzeugung des latenten Pixelbildes im Aperturenarray
arbeitet. Im letzteren Fall ist mit dem Aperturenarray, wie eben
erläutert
nur das Scannen über
die Breite eines fixen Schreibfeldes möglich. Anderenfalls treten
systematische Positionsfehler auf Grund fehlender Synchronisation
zwischen dem Tischsystem und dem Aperturenarray auf.
Eine
Ableitung des Pixelshifttaktes aus den aktuellen Positionswerten
des sich bewegenden Tischsystems, d.h. bei Erreichen der nächstfolgenden
Sollposition wird das Aperturenarray um einen Takt weitergeschaltet,
stellt keine Lösung
des Problems dar, da durch den nicht exakten Tischablauf nicht tolerierbare
Zeit- und damit Dosisschwankungen entstehen.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch ein Aperturenarray
strukturierten Partikelstrahl exakt auf ein Substrat zu positionieren,
welches sich auf einem kontinuierlich in x-Koordinatenrichtung und
y-Koordinatenrichtung bewegten Tisch befindet.
Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Ferner
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem ein durch ein Aperturenarray strukturierter Pixelstrahl
exakt auf ein sich bewegendes Substrat positioniert werden kann,
wobei das Substrat sich auf einem kontinuierlich in x-Koordinatenrichtung
und y-Koordinatenrichtung bewegten Tisch befindet.
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
15 gelöst.
Die
Erfindung hat einerseits die Eigenschaft, dass mit der Vorrichtung
und dem Verfahren die Ablauffehler des Tisches korrigiert werden
können.
Ferner erfordert das Arbeitsprinzip eines Aperturenarrays, welches
das latente Pixelbild spaltenweise mit einer Shiftfrequenz fS um ein Pixelraster Δp weiterschiebt, eine treppenförmige Veränderung
der Strahlposition auf dem Substrat. Bei einer Verfahrstrecke des
Tisches von 250 mm und einem Pixelraster von Δp = 25 nm ist ein Treppenverlauf
mit 107 Stufen ohne Unterbrechung der fortschreitenden
Belichtung und mit einer absoluten Genauigkeit im Nanometerbereich
zu generieren. Dies wird durch die vorliegende Erfindung gewährleistet.
Ferner kann, um eine geforderte Belichtungsdosis zu erzielen, die
Shiftfrequenz fS sehr feinstufig bis in
den Bereich von einigen 10 MHz eingestellt werden, ohne dass die
Funktion der Vorrichtung bezüglich
Positioniergenauigkeit oder Synchronität beeinträchtigt wird.
Die
Vorrichtung zum Abbilden eines Mehrfach-Partikelstrahls auf ein
Substrat umfasst eine Partikelstrahlquelle, eine Kondensoroptik,
ein Aperturplattensystem, welches vom Partikelstrahl flächig beleuchtet
wird und aus dem Partikelstrahl eine Vielzahl von Einzelstrahlen
erzeugt, sowie ein Projektionssystem mit dem die Partikelstrahlen
verkleinert auf ein Substrat abgebildet werden und dort einen Strahlfußpunkt festlegen.
Das Substrat selbst ist auf einem in x-Koordinatenrichtung und in
y-Koordinatenrichtung beweglichen Tisch aufgelegt, dessen Position
mit einem Laserwegmesssystem bestimmt beziehungsweise überwacht
wird. Mit dem Aperturplattensystem wird ein latentes Pixelbild mit
einem Pixelshifttakt um ein Pixelraster weitergeschoben. Das Laserwegmesssystem
liefert Positionsdaten mit einem festen Takt fSNF an
eine Synchronisations- und Steuereinrichtung, die taktgleich eine
Sollposition für den
Tisch vorgibt, in einem definierten Frequenzverhältnis zum Takt des Laserwegmesssystems
den Pixelshifttakt für
das Aperturplattensystem generiert und die Korrektursignale für ein mehrkanaliges Strahlnachführsystem
liefert, das den Strahlfußpunkt in
x-Koordinatenrichtung
und in y-Koordinatenrichtung positioniert, wobei ein erster Kanal
aufgrund eines ersten Korrektursignals eine stetige lineare Verschiebung
der Sollposition des Strahlfußpunktes
und ein zweiter Kanal aufgrund eines zweiten Korrektursignals eine
zum Pixelshifttakt synchrone sägezahnförmige Strahlauslenkung
vornimmt.
Mit
dem Takt des Laserwegmesssystems wird ein Sollpositionsgenerator
betrieben, der ab einem Startzeitpunkt tS die
hochlineare Verschiebung der Sollposition des Strahlfußpunkts
in x-Koordinatenrichtung und in y-Koordinatenrichtung vorgibt. Der Sollpositionsgenerator
umfasst ein Sollwertregister, dem ein erster Multiplexer und ein
zweiter Multiplexer über
eine Addierlogik vorgeschaltet sind. Das Sollwertregister wird über den
ersten Multiplexer vor Beginn der Belichtung mit der Startposition
des Belichtungsstreifens geladen. Ab dem Startzeitpunkt tS wird durch Umschalten des zweiten Multiplexers
das Sollwertregister zyklisch mit einem Schrittwert Δn inkrementiert.
Die
Synchronisations- und Steuereinrichtung arbeitet taktsynchron, wobei
die Taktfrequenz fSNF der maximalen Messrate
des Laserwegmesssystems entspricht. Am Ausgang der Synchronisations-
und Steuereinrichtung ist ein glitchfreier DA-Wandler zur Ansteuerung
des Strahlnachführsystems
vorgesehen. Aus der Differenz der generierten Sollpositionen und
der Positionsdaten des Laserwegmesssystems resultiert das erste
Korrektursignal, das analog gewandelt über das Strahlnachführsystem
die Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position des Strahlfußpunkts
zu Null kompensiert.
Die
Synchronisations- und Steuereinrichtung umfasst weiterhin einen
Taktgenerator zur Erzeugung des Pixelshifttaktes und einen Sägezahngenerator,
der als digitaler Funktionsgenerator ausgeführt ist und den Strahlfußpunkt auf
dem Substrat während der
Belichtung eines Pixelbildes für
die Zeit 1/fS konstant hält.
Der
Sägezahngenerator
ist aus einem rückgekoppelten
digitalen Akkumulator mit Startwert- und Stufenregister sowie einem
schnellen Digital-Analog-Wandler
aufgebaut. Vom Taktgenerator wird synchron zur Grundfrequenz fS ein Taktsignal mit einem ganzzahligen Vielfachen
n der Grundfrequenz fS geliefert. Der Sägezahngenerator
erzeugt durch D/A-Wandlung eines Digitalwortes im Akkumulator ein
Sägezahnsignal,
wobei dieses bei jeder positiven Flanke des Pixelshifttaktes fS auf den Wert a0 des Startregisters
gesetzt wird und bei jeder weiteren Flanke des Taktvielfachen n
fS der Wert Δa des Stufenregisters aufakkumuliert
wird. In den Sägezahngenerator
ist weiterhin ein digitaler Subtrahierer eingebaut, der zum Startzeitpunkt
tS der Belichtung den aktuellen Wert des
Akkumulators vom Wert a0 im Startwertregister
subtrahiert.
Die
gesamte Synchronisations- und Steuereinrichtung wird von einem quarzstabilen
Muttertakt-Generator betrieben, von dem die Taktfrequenz fSNF der Strahlnachführung und auch die Eingangsfrequenz
fin des Taktgenerators ableitet werden.
Das
Verfahren zum Positionieren eines durch eine Aperturplatte gebildeten
Mehrfach-Partikelstrahls, der aus einer Vielzahl von Einzelstrahlen besteht,
umfasst vorteilhafterweise die folgenden Schritte:
Projizieren
einer Vielzahl von Einzelstrahlen durch ein Projektionssystem auf
ein Substrat, das auf einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
beweglichen Tisch aufgelegt ist, wobei auf dem Substrat ein Strahlfußpunkt festgelegt
wird;
Bewegen des Tisches in eine vorgegebene Richtung, wobei
ein Laserwegmesssystem die X- und Y-Tischpositionen bestimmt und
die Werte an eine Synchronisations- und Steuereinrichtung, an die
ein mehrkanaliges Strahlnachführsystem
angeschlossen ist, weitergibt und gestützt auf das Laserwegmesssystem
Erzeugung einer hochlinearen stetigen Verschiebung zwischen dem
Fußpunkt
des Partikelstrahls und dem Tisch;
Taktgleiches Generieren
eines Pixelshifttaktes für das
Aperturplattensystem und eines Sägezahnsignals
durch die Synchronisations- und Steuereinrichtung, wobei das mit
Hilfe eines digitalen Sägezahngenerators
in der Synchronisations- und Steuereinrichtung erzeugte Sägezahnsignal
als Korrektursignal einem Kanal des mehrkanaligen Strahlnachführsystems
zugeleitet wird, welches eine derartige Auslenkung des Vielfachstrahls
vornimmt, dass der Strahlfußpunkt
während
der Belichtungszeit eines Pixelbildes 1/fS auf
dem Substrat feststeht.
Die
Shiftfrequenz fS kann durch eine DDS-Schaltung
in einem weiten Bereich und mit hoher Genauigkeit gewählt werden.
Durch
Einstellen eines Offsets des Sägezahnsignals
zum Zeitpunkt des Belichtungsstarts tS durch
Subtraktion eines aktuellen Akkumulatorwertes vom Startwert des
Sägezahngenerators
wird eine Kompensation der Phasenverschiebung zwischen dem Strahlnachführtakt fSNF und dem Pixelshifttakt fS und
eine exakte Positionierung des ersten Pixelbildes erreicht.
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
In
den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems zur
Elektronenstrahl-Lithographie;
2 eine
Darstellung zur Erzeugung eines treppenförmigen Kurvenverlaufs;
3 eine
Belichtungsanlage mit einem Aperturblendenarray, das ein Tischsystem
und eine Strahlnachführung
umfasst;
4 eine
schematische Darstellung eines Blockschaltbildes der modifizierten
Strahlnachführung;
5 den
Verlauf der Strahl-zu-Substrat-Positionierung;
6 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators; und
7 eine
schematische Darstellung des Prinzips des adaptiven Phasenausgleichs.
1 zeigt
den prinzipiellen Strahlengang in einem Partikel-Projektionssystem 2. Nachfolgend wird
das Partikel-Projektionssystem 2 beschrieben; dabei sind
die Partikel Elektronen. Die Beschränkung auf Elektronen sollte
jedoch in keiner Weise als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst
werden. Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch
mit anderen Teilchen als Elektronen realisiert werden kann. Von
einer Elektronenkanone 30 wird ein Elektronenstrahl 31 erzeugt,
der sich in Richtung einer elektronenoptischen Achse 32 ausbreitet.
Die aus der Elektronenkanone 30 austretenden Elektronen
weisen einen Quell-Crossover 310 auf.
Der Elektronenkanone 30 ist eine Strahlzentriereinrichtung 33 nachgeschaltet,
die den Elektronenstrahl 31 symmetrisch um die optische
Achse 32 ausrichtet. Nach der Strahlzentriereinrichtung
durchläuft
der Elektronenstrahl 31 einen Beleuchtungskondensor 10,
der aus dem anfänglich
divergenten Elektronenstrahl einen parallelen Strahl formt. Der
durch den Beleuchtungskondensor 10 geformte Strahl besitzt
einen Durchmesser, über
den die Intensität
homogen verteilt ist. Nach dem Beleuchtungskondensor 10 ist
eine Aperturplatte 34, mit einer Vielzahl von Öffnungen
zur Erzeugung vieler paralleler Strahlenbündel 36 vorgesehen.
In Ausbreitungsrichtung der Strahlenbündel 36 hin zum Target 6 folgt
eine Ablenkplatte 35, die eine Vielzahl von Strahlablenkeinheiten
besitzt. Nach der Ablenkplatte 35 folgt eine Beschleunigungslinse 39, die
die Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 31 erhöht und dann
ein erstes Zwischenbild des Crossovers 311 am
Ort der Aperturblende 38 erzeugt. Alle individuellen Crossover
der Teilstrahlenbündel 36 entstehen
nahezu am gleichen Ort, nämlich
der Blendenöffnung
der Aperturblende 38. Der Durchmesser der Öffnung der
Aperturblende 38 ist dabei so gewählt, dass nahezu alle Elektronen
der unabgelenkten Strahlenbündels 36 die
Aperturblende 38 passieren können. Einzelstrahlen 37,
die durch die Ablenkplatte 35 eine individuelle Richtungsänderung
erfahren haben, werden an der Aperturblende 38 gestoppt,
da ihr Crossover-Bild
nicht am Ort der Aperturblendenöffnung
entsteht. Im weiteren Strahlenverlauf folgt jetzt mindestens eine
magnetische Linse 40 zur verkleinerten Abbildung der Aperturplatte 34 auf das
Target 6. In dem hier aufgeführten Ausführungsbeispiel sind zwei magnetische
Linsen 40 gezeigt. Bei der Abbildung entsteht ein zweites
Zwischenbild des Crossovers 312 .
Bevor die unabgelenkten Strahlenbündel 36 auf das Target 6 treffen,
das zum Beispiel ein Wafer ist, durchlaufen sie eine Objektivlinse 41.
Die Objektivlinse 41 ist mit einer Vielzahl von Elementen
ausgestattet. Vor und nach dem zweiten Crossover 312 des
Elektronenstrahls 31 sind zwei Ablenkeinrichtungen 45 und 46 vorgesehen.
Die Ablenkeinrichtungen 45, 46 dienen zum Auslenken
und zur Lagebestimmung des Elektronenstrahls 31 beziehungsweise
der Vielzahl der unabgelenkten Strahlenbündel 36 im Target 6.
Die zwei unabhängig
steuerbaren Ablenksysteme 45, 46 werden vorteilhaft dazu
benutzt, langsame und schnelle Ablenkvorgänge separat optimal zu gestalten.
Schnelle Ablenkvorgänge
im Frequenzgebiet von Megahertz bis Gigahertz sind zum Beispiel
erforderlich, um mittels sägezahnförmiger Ablenkung
die Position der verkleinerten Aperturplatte 34 auf dem
gleichförmig
bewegten Target 6 für
die Zeitdauer eines Belichtungsschritts konstant zu halten und anschließend in
sehr kurzer Zeit zum nächsten
Belichtungspunkt zu springen. Da benachbarte Pixel typisch kleiner
als 100 Nanometer entfernt sind, wird das schnelle Ablenksystem 46 bevorzugt
als elektrostatisches System aufgebaut. Für die Kompensation niederfrequenter
Positionsabweichungen des Targets 6 von der gleichförmigen Bewegung
im Bereich von einigen Mikrometern kommt bevorzugt ein langsames
aber hochgenaues magnetisches Ablenksystem 45 zum Einsatz.
Ferner sind Stigmatoren 44 vorgesehen, die bevorzugt als
mehretagige magnetische Spulensysteme aufgebaut sind, um Astigmatismen
und Verzeichnungen, die in der optischen Säule durch Fertigungstoleranzen
und Justagefehler bedingt sind, auszugleichen. Die Objektivlinse 41 besitzt
am Landepunkt, beziehungsweise Strahlfußpunkt, des Elektronenstrahls
am Target 6 ein abtastendes Höhenmesssystem 42.
Das Höhenmesssystem 42 dient
zur Erfassung von Unebenheiten des Targets 6 (zum Beispiel
Wafer) so wie von Höhenschwankungen,
die ein Verschiebetisch verursachen kann. Ein Detektor für die von
dem Target 6 rückgestreuten
Partikel befindet sich nah am Strahlfußpunkt. Dieser Detektor dient
der Positionsermittlung von Marken auf dem Target 6 zum
Zwecke der Überdeckung
mehrerer Belichtungsebenen beziehungsweise zur Kalibrierung von
Steuerelementen einer Belichtungsanlage. Weiterhin befinden sich
drei Korrekturlinsenpaare 23, 24, 25 im
unteren Bereich des Projektionssystems der korpuskularoptischen Säule. Die
Korrekturlinsen, 23, 24, 25 dienen der
dynamischen Korrektur des Fokus, der Bildfeldgröße und der Bildfeldrotation
während
der Belichtung des kontinuierlich bewegten Targets 6. Das
Korrekturlinsensystem 23, 24, 25 ermöglicht die
Korrektur von Fehlern, die durch Höhenschwankungen des Targets sowie
durch veränderliche
Raumladungen im Säulenbereich
hervorgerufen werden.
2 zeigt
die Grundüberlegung,
dass ein treppenförmiger
Kurvenverlauf 3 durch Überlagerung einer
ansteigenden/abfallenden Rampe 5 mit einem schnellen Sägezahnsignal 7 erzeugt
werden kann. Dabei bestimmt die Rampe 5 die integrale Linearität des Signals,
braucht jedoch nur eine geringe Bandbreite zu besitzen. Das höherfrequente
Sägezahnsignal 7 bestimmt
die differenzielle Genauigkeit der Treppe, hat verglichen zur Gesamthöhe 11 der
Treppe 3 aber nur eine geringere Amplitude 12.
Der treppenförmige
Kurvenverlauf 3 beschreibt die gewünschte Veränderung der Strahlposition
auf dem Substrat beziehungsweise Target 6. Bei einer Fahrstrecke
des Tisches von ca. 250 mm bei einem Pixelraster von Δp = 25 nm
ist es erforderlich, einen treppenförmigen Kurvenverlauf 3 mit
107 Stufen ohne Unterbrechung der fortschreitenden
Belichtung und mit einer absoluten Genauigkeit im Nanometerbereich zu
generieren. Für
die Positionierung der fortschreitenden Pixelbilder der Aperturplatte 34 ergibt
sich gemäß 2 die
Möglichkeit,
diese zweistufig zu realisieren. Zum einen durch das Tischsystem
inklusive Strahlnachführung,
welches gestützt
auf ein Laserwegmesssystem 20 eine hochlineare stetige Strahl-zu-Tisch-Verschiebung
erzeugt. Diese hochlineare stetige Strahl-zu-Tisch-Verschiebung
ist als ansteigende/abfallende Rampe 5 in 2 dargestellt.
Die zweite Stufe wird durch ein schnelles Korrekturablenksystem
realisiert, welches eine zum Pixelshifttakt synchrone sägezahnförmige Auslenkung um
wenige Rasterschritte Δp
ermöglicht.
Die sägezahnförmige Auslenkung
ist durch das in 2 dargestellte Sägezahnsignal 7 repräsentiert.
In 3 ist
ein Partikelprojektionssystem 2 dargestellt, wobei ein
in x-Koordinatenrichtung
und in y-Koordinatenrichtung beweglicher Tisch 21 das Substrat 6 trägt, und
wobei die Position des in x-Koordinatenrichtung und in y-Koordinatenrichtung
beweglichen Tisches 21 mittels eines Laserwegmesssystems 20 gemessen
wird. Das Laserwegmesssystem 20 liefert die Positionsdaten
des Tisches mittels eines festen Taktes an eine Synchronisations-
und Steuereinrichtung 50. In ihr werden die Ansteuerwerte für das mehrstufige
Strahlnachführsystem 45, 46 berechnet.
Die im Partikelprojektionssystem 2 vorgesehene Aperturplatte 34 wird
ebenfalls durch die Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 gesteuert.
Eine Elektronenstrahlquelle 30 sendet einen Elektronenstrahl 31 aus,
der einen Quell-Crossover 310 aufweist.
Der Elektronenstrahl breitet sich entlang der optischen Achse 32 aus.
Ein Beleuchtungskondensor 10 formt aus dem anfänglich divergenten Elektronenstrahl 31 einen
parallelen Strahl. Der parallele Strahl trifft auf eine Aperturplatte 34,
die mit einer Vielzahl von Öffnungen
zur Erzeugung vieler paralleler Strahlenbündel 36 versehen ist.
Das partikelstrahloptische Abbildungssystem 52 besteht
aus mindestens zwei magnetischen Linsen 40 und einer Objektivlinse 41.
Bei der Belichtung des Targets 6 beziehungsweise des Substrats
ist es wichtig, einen durch den abgebildeten Partikelstrahl erzeugten Strahlfußpunkt 55 auf
dem Substrat mit konstanter Geschwindigkeit in einer vorgegebenen
Richtung zu bewegen. Diese Bewegung des Strahlfußpunktes 55 ist mit
der linearen Bewegung des in x-Koordinatenrichtung und in y-Koordinatenrichtung
beweglichen Tisches 21 zu koordinieren. Dafür ist die
Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 vorgesehen.
Die
Ausgestaltung der Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 ist
in 4 dargestellt. Mit dem Takt des Laserwegmesssystems 21 wird
ein Sollpositionsgenerator betrieben, der ab einem Startzeitpunkt
tS eine hochlineare Verschiebung der Sollposition
des Strahlfußpunkts 55 in
x-Koordinatenrichtung
und in y-Koordinatenrichtung vorgibt. Der Sollpositionsgenerator
umfasst ein Sollwertregister 60, dem ein erster Multiplexer 61 und
ein zweiter Multiplexer 62 über eine Addierlogik 63 vorgeschaltet
sind. Das Sollwertregister 60 wird über den ersten Multiplexer 61 vor
Beginn der Belichtung mit der Startposition 64 des Belichtungsstreifens
auf dem Target 6 geladen. Ab dem Startzeitpunkt tS wird durch Umschalten des zweiten Multiplexers 62 das
Sollwertregister 60 zyklisch mit einem Schrittwert Δn inkrementiert. Die
aktuelle Position des in x-Koordinatenrichtung und
in y-Koordinatenrichtung beweglichen Tisches 21 wird vom
Laserwegmesssystem 20 an ein Istwertregister 65 geliefert.
Der Inhalt des Istwertregisters 65 und der Inhalt des Sollwertregisters 60 werden einer
Subtrahierlogik 66 zugeführt. Die Subtrahierlogik 66 ist
mit einem als Integrator ausgebildeten Digital-Analog-Wandler 67 verbunden.
In Abhängigkeit von
der Differenz zwischen der aktuellen Tischposition, die im Istwertregister 65 gespeichert
ist, und dem Wert im Sollwertregister 60 wird der Ansteuerung
des Strahlnachführsystems
ein Strom aufgeprägt,
welcher nach einer Integrationszeit von 1/fSNF die
gemessene Ablage über
das Strahlnachführ-Ablenksystem korrigiert.
Für die
Strahlnachführung
ist es unbedingt erforderlich, dass die Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 eine
taktsynchrone Arbeitsweise besitzt, wobei die Taktfrequenz fSNF der maximalen Messrate des Laserwegmesssystems 20 entspricht. Der
Wert Δn
stellt genau die Anzahl von Laserwegmessinkrementen des Laserwegmesssystems 20 dar,
die im Idealfall bei vorgegebener Geschwindigkeit des in x-Koordinatenrichtung
und in y-Koordinatenrichtung beweglichen Tisches 21 in
der Zeitspanne 1/fSNF einlaufen müssen. Um
sich akkumulierende Fehler zu vermeiden, muss Δn mit einer hohen Genauigkeit,
d.h. einer großen
Anzahl von Nachkommastellen in die digitale Rechnung eingehen.
In 5 ist
die Arbeitsweise der modifizierten Strahlnachführung dargestellt. Dabei wird
davon ausgegangen, dass sich der in x-Koordinatenrichtung und in
y-Koordinatenrichtung bewegliche Tisch 21 nach einer Beschleunigungsphase
im Einfangbereich der Strahlnachführung mit konstanter Geschwindigkeit
auf den Anfangspunkt der Belichtung zubewegt. Die Absolutposition
des Startpunktes ist im Sollwertregister 60 gespeichert.
Vor Erreichen dieser Position arbeitet die Strahlnachführung in
bekannter Weise. Die Strahlnachführung
versucht, den Strahl auf den Startpunkt zu positionieren, wobei
auf Grund der nachlaufenden Korrektur eine systematische Ablage
von Δn verbleibt.
Wird der Startpunkt 70 zur Zeit tS erreicht
oder überschritten,
so wird ein Startsignal ausgelöst,
welches durch Umschalten des Multiplexers 62 den Akkumulationsbetrieb
der Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 aktiviert. Durch
die sukzessive Addition von Δn
zum Sollwert verschwindet die systematische Ablage. Die Strahlnachführung korrigiert
im Zyklus nach tS noch die Positionsfehler
des Tisches 21 zum Startzeitpunkt und verändert danach ihre
Ablenkung nicht mehr beziehungsweise nur noch dann, wenn Abweichungen
des Ablaufs des in x-Koordinatenrichtung und in y-Koordinatenrichtung
beweglichen Tisches 21 von der idealen linearen Fahrkurve
auftreten. Damit werden gleichzeitig zwei Aufgaben realisiert: Mit
dem Laserwegmesssystem 20 wird erstens eine hochlineare Strahl-zu-Tischverschiebung
erzielt und zweitens der Anfangspunkt dieser Verschiebung auf den
vorgegebenen Startpunkt der Belichtung des Targets 6 einjustiert.
Eine
weitere Variante der Arbeitsweise ergibt sich im Falle eines in
Positionierrichtung unbewegten Tisches 21. In diesem Fall
kompensiert die Strahlnachführung
zunächst
eine gemessene Ablage von der Startposition statisch und arbeitet
ab dem Startzeitpunkt tS als laserwegmessgestützter Scangenerator.
6 zeigt
das Blockschaltbild des Sägezahngenerators 80 und
des Taktgenerators 81. Die Synchronisations- und Steuereinrichtung 50 beinhaltet
einen Sägezahngenerator 80,
der als digitaler Funktionsgenerator ausgeführt ist und den Strahlfußpunkt auf
dem Substrat während
der Belichtung eines Pixelbildes konstant hält. Um für die Zeit 1/fS der Belichtung
eines Pixelbildes die Strahlposition relativ zum Tisch unverändert zu
lassen, werden an den zur Ansteuerung des schnellen Korrektursystems
notwendigen Sägezahngenerator 80 zwei
Hauptforderungen gestellt: Die erste Forderung ist, dass die Frequenz
des Sägezahns
exakt mit der Shiftfrequenz fS im Aperturenarray 34 übereinstimmt.
Die zweite Forderung ist, dass die Amplitude über das Ablenksystem eine Strahlauslenkung
von genau Δp
ergibt. Die Shiftfrequenz fS wird entsprechend
den Anforderungen an Frequenzbereich, Einstellgenauigkeit und Stabilität beim heutigen
Stand der Technik durch einen digitalen Taktgenerator, der nach
dem Prinzip der Direct Digital Synthesis (DDS) arbeitet, erzeugt.
Der Sägezahngenerator 80 besteht
also aus einem DDS-Taktgenerator 81, an den ein rückgekoppelter digitaler
Akkumulator 82 angeschlossen ist. Ferner umfasst der Sägezahngenerator
ein Startwertregister 83 und ein Stufenregister 84.
Das Stufenregister 84 ist mit einer Addierlogik 85 verbunden.
Das Startwertregister 83 ist über einen Multiplexer 86 mit
der Addierlogik 85 verbunden. Der Sägezahngenerator 80 besitzt
ferner einen schnellen Digital-Analog-Wandler 86. Der DDS-Taktgenerator 81 liefert
synchron zur Grundfrequenz fS auch ein Taktsignal
mit einem ganzzahligen Vielfachen n fS.
Das Sägezahnsignal entsteht
durch D/A-Wandlung
des Digitalworts im Akkumulator 82, wobei dieses bei jeder
positiven Flanke des Pixelshifttaktes fS auf
den Wert a0 des Startregisters 83 gesetzt
und bei jeder weiteren Flanke des Taktvielfachen n fS der
Wert Δa
des Stufenregisters 84 aufakkumuliert wird. Entsprechend
der Fahrrichtung des Tisches 21 muss entweder ein steigender oder
fallender Sägezahn
generiert werden, was durch Einstellen von positiven beziehungsweise
negativen Werten für Δa erreicht
wird. Es ergibt sich ein zur Shiftfrequenz fS exakt
synchrones Treppensignal mit n Stufen, welches bei n > 10 ein Sägezahnsignal mit
guter Genauigkeit approximiert. Durch Wahl der Stufenhöhe Δa kann die
Amplitude des Signals sehr genau digital eingestellt werden. Sowohl
die Update-Rate fSNF der Strahlnachführung als
auch die Eingangsfrequenz fin des DDS-Taktgenerators 81 werden
von einem gemeinsamen quarzstabilen Muttergenerator abgeleitet.
Dies garantiert, dass bei der Belichtung eines Streifens auf dem
Target 6 keine durch Frequenz- oder Phasenabweichungen bedingten Positionsverschiebungen
entstehen können.
Die Frequenzen des Taktes des Strahlnachführungssystems fSNF und
des Pixelshifttaktes fS sind voneinander verschieden.
Dies führt
dazu, dass zum Startzeitpunkt tS der Pixelshifttakt
und damit auch der Sägezahn
eine beliebige Phase besitzen. Dieser Umstand führt beim sequenziellen Schreiben
einer Vielzahl von Streifen auf dem Target 6 zu einem inakzeptablen
Positionsjitter der Streifenanfangspunkte in der Größenordnung
von Δp.
Zum Zwecke des adaptiven Phasenausgleichs ist in dem Sägezahngenerator 80 ein
digitaler Subtrahierer 87 eingefügt, der zum Startzeitpunkt
tS den aktuellen Wert des Akkumulators 82 vom
Wert a0 im Startregister 83 subtrahiert.
Da der neue Wert a0 bei der nächsten Flanke
des Pixelshifttaktes den Nullpunkt der Sägezahnkurve vorgibt, verschiebt
sich diese um einen gewissen Offset-Betrag.
Das
Prinzip des adaptiven Phasenausgleichs ist in 7 dargestellt,
wobei der Startwert a0 zunächst gleich
Null angenommen wurde. Da der neuer Wert a0 bei
der nächsten
Flanke des Pixelshifttaktes den Startpunkt der Sägezahnkurve vorgibt, verschiebt
sich diese um einen gewissen Offset-Betrag a0 neu.
Im Ergebnis dessen wird erreicht, dass der Akkumulatorwert Null
bei allen Phasenlagen von fS immer zu einem
und demselben Zeitpunkt erreicht wird und damit die Streifenanfänge auf
dem Target wirklich inline positioniert werden.