DE2108669C3 - Verfahren zur Bestrahlung eines selektierten Gebietes einer Oberflache eines Werkstückes mit geladenen Teilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestrahlung der Oberfläche eines Werkstückes mit geladenen Teilchen in Form eines Musters, bei dem die geladenen Teilchen in einer geeigneten Quelle erzeugt werden, wonach sie von einem optischen System für geladene Teilchen gebündelt werden, und bei dem der Auftreffpunkt des Bündels auf der Oberfläche des Werkstücks durch eine Relativbewegung zwischen dem Bündel und dem Werkstück rasterförmig verschoben wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus »Philips Technische Rundschau«, 28. Jahrgang 1967, Heft 8/9/10, S. 275 bis ^T8 bekannt und kann z. B. zur Bestrahlung eines selektierten Gebietes einer Maskierungsschicht mit diesen Teilchen verwendet werden, derart, daß dieses Gebiet in einem Lösungsmittel löslich oder unlöslich wird; auch können mit diesem Verfahren selektiv Teile eines metallischen Überzugs auf einem Substrat entfernt oder können selektiv Ionen in Teile einer Halbleiterplatte implantiert werden. Diese Techniken werden z. B. bei der Herstellung von Mikroschaltungen angewendet, weil das Auflösungsvermögen bei Anwendung eines Bündeis geladener Teilchen (im aiigemeinen Elektronen, aber Ionen sind auch brauchbar) ja größer als bei Anwendung eines elektromagnetischen StrahlungsbündeLs, z. B. aus Ultraviolettlicht, ist

Wenn zu diesem Zweck ein stark fokussierter Elektronenstrahl verwendet wird, ergibt sich aber der Nachteil, daß das zu bestrahlende Gebiet häufig sowohl mit einem hohen Auflösungsvermögen zu bestrahlende Teile als auch verhältnismäßig große mit einem niedrigeren Auflösungsvermögen zu bestrahlende Teile enthält Nach dem bekannten Verfahren werden die Gebiete für die eine geringe Auflösung erforderlich ist, von einem Strahlbündel mit demselben Durchmesser und mit derselben Geschwindigkeit überstrichen, wie Gebiete, für die eine hohe Auflösung erforderlich ist

is Dies nimmt viel Zeit in Anspruch, so daß bei der Bestrahlung großer Gebiete die erforderliche Gesamtzeit zu lang werden kann, was zur Folge hat, daß der Vorgang unwirtschaftlich wird.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, durch das eine Bestrahlung unterschiedlicher Gebiete, für die teilweise eine hohe Auflösung und teilweise nur eine geringe Auflösung erforderlich ist, auf wirtschaftliche Weise durchgeführt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei der Bestrahlung von mit einem großen Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen des Gebietes eine stärkere Verkleinerung des optischen Systems als bei der Bestrahlung von mit einem kleineren Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen des Gebietes eingestellt wird.

Es werden also bei der Bestrahlung von mit einem großen Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen des Gebietes und bei der Bestrahlung von mit einem

α niedrigen Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen des Gebietes verschiedene Verkleinerungen des optischen Systems verwendet Dies hat zur Folge, daß, während das erforderliche hohe Auflösungsvermögen bei der Bestrahlung eines dieses Auflösungsvermögen erfordernden Teiles des Werkstückes beibehalten wird, ein niedrigeres Auflösungsvermögen (d. h. ein größerer Abbildungsfleck) verwendet wird, wenn ein Teil des Werkstückes bestrahlt wird, der das maximale Auflösungsvermögen nicht erfordert. Die Verwendung eines größeren Abbildungsflecks bietet den Vorteil, daß der maximal erzielbare Strahlstrom nahezu der Fläche des Abbildungsfleck proportional ist, was zur Folge hat, daß der Strahlstrom erheblich erhöht werden kann, wenn der mit einem niedrigen Auflösungsvermögen zu bestrahlende Teil des Werkstückes bestrahlt wird, wodurch die Gesamtbestrahlungszeit herabgesetzt werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil ist der, daß, wenn der Strahl die mit einem niedrigen Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teile des Werkstückes in Form eines Rasters überstreicht, die Linien dieses Rasters in einem größeren gegenseitigen Abstand liegen können als sonst möglich wäre, wodurch die Anordnung zur Erzeugung des Rasters vereinfacht werden kann.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine

w) Anordnung zur Bestrahlung der Oberfläche eines Werkstückes mit geladenen Teilchen, welche aus einer Quelle zur Erzeugung geladener Teilchen, einem optischen System zur Bündelung der geladenen Teilchen und einer Abtastvorrichtung zur gegenseitigen Bewegung des Bündels geladener Teilchen und des Werkstückes in zu der Bündelrichtung senkrechten Richtungen besteht. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische System mindestens

eine Linse enthält, mit deren Hilfe die Verkleinerung des Systems bei gleichbleibendem Bildabstand auf die beiden bei der Bestrahlung verwendeten Werte eingestellt werden kann.

Obgleich das optische System für geladene Teilchen ein elektrostatisches System sein kann, wird vorzugsweise ein magnetisches System verwendet In diesem Falle wird die Änderung der Verkleinerung vorzugsweise dadurch erhalten, daß der elektrische Strom in den Windungen einer elektromagnetischen Linse geändert wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Elektronenstrahlanordnung, und

F i g. 2 ein ausgewähltes Gebiet der Oberfläche eines Werkstücks, das mittels der Anordnung nach Fig. ί bestrahlt wird.

Die Elektronenstrahlanordnung nach Fig. 1 enthält eine evakuierte Umhüllung 1 mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, das einen aus Wolfram bestehenden haarnadelförmigen Glühkörper 2, eine Steuerelektrode 3 und eine Anode 4 enthält Der von diesem System erzeugte Elektronenstrahl durchläuft nacheinander ein Solenoid 5 ohne Eisenkern eine erste elektromagnetische Fokussierungslinse 6 mit einem Eisenkern, X- und K-Ablenkplatten 7 bzw. 8 und eine zweite elektromagnetische Fokussierungslinse 9 mit einem Eisenkern, bevor er auf ein Werkstück 10 auftrifft, das derart auf einem Träger 11 angeordnet ist, daß es in seitlicher Richtung bewegt werden kann. Die Ablenkplatten können durch elektromagnetische Ablenkspulen ersetzt werden, die normalerweise derart angeordnet werden können, daß sie eine geringere Aberration als elektrostatische Ablenksysteme herbeiführen.

Wenn das Solenoid 5 nicht erregt wird, wird der erste von dem Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugte »Knoten« von der Linse 6 in verkleinerter Form an einer Stelle zwischen der Linse 6 und der Linse 9 abgebildet Dieses Bild wird seinerseits in verkleinerter Form von der Linse 9 auf dem Werkstück 10 abgebildet wobei auf diesem Werkstück eine Auftreffstelle mit einem Durchmesser von z. B. 3 μπι erhalten wird. Die Lage dieser Auftreffstelle auf dem Werkstück 10 kann dadurch geändert werden, daß zwischen den Ablenkplattenpaaren 7 und 8 geeignete Potentiale angelegt werden, und/odsr daß das Werkstück 10 in bezug auf den Träger 11 bewegt wird.

Wenn das Solenoid 5 nun in genügendem Maße erregt wird, wird eine zusätzliche Abbildung des ersten »Strahlknotens« zwischen dem Solenoid 5 und der Linse 6 erhalten. Die Leistung des Solenoids 5 wird genügend hoch gewählt, damit, trotz der Tatsache, daß der durch die Linse 6 bedingte Verkleinerungsfaktor nun herabgesetzt wird, weil das Objekt weiter auf die Linse 6 zu bewegt wird, der Netto-Verkleinerungsfaktor des elektronenoptischen Systems erhöht wird, was zur Folge hat, daß der Durchmesser der Auftreffstelle des Strahles auf dem Werkstück auf z. B. nahezu 1 μπι herabgesetzt wird, wobei der Strahlstrom während des Vorganges herabgesetzt wird. Wenn das Solenoid aber nur schwach erregt wird, stellt sich heraus, daß bei gewissen Stärken dieser Linse der Durchmesser der Auftreffstelle des Strahles auf dem Werkstück vergrößert wird. Daher kann das System derart aufgebaut sein, daß, wenn die Linse 5 nicht erregt wird, das Strahlbündel an der Auftreffstelle einen Mindestumfang aufweist, während es bei Erregung der Linse 5 vergrößert wird, wobei der Strahlstrom erhöht wird.

Es sei bemerkt, daß sich der Bildabsiand des elektronenoptischen Systems unvermeidlich etwas änuem wird, wenn das Solenoid von dem nicht erregten Zustand in den erregten Zustand übergeht Aus diesem Grund ist das Solenoid 5 möglichst nahe bei der Anode 4 angeordnet, damit dieser Unterschied nahezu völlig beseitigt wird. Erwünschtenfalls kann ein zusätzliches Solenoid ohne Eisenkern (nicht dargestellt) angebracht werden, das z. B. in Vereinigung mit der Linse 9 einen etwa noch vorhandenen Unterschied zwischen diesen beiden Bildabständen beseitigen kana Dieses zusätzliche Solenoid wird synchron mit dem Solenoid 5 geschaltet und kann mit diesem letzteren Solenoid elektrisch in Reihe angeordnet werden.

Eine Blendenöffnung 12 ist z. B. in dem Strahlengang zwischen dem Solenoid 5 und dem Werkstück 10 angebracht die die nützliche öffnung des optischen Systems definiert

2(i Das Solenoid 5 wird vorzugsweise derart aufgebaut daß ein Draht in konzentrischen Schichten auf einen Kern aus nicht-magnetischem Material gewickelt wird.

Durch diese Bauart kann eine starke magnetische Linse erhalten werden, die eine gute Symmetrie und eine niedrige Induktanz aufweist Da das Solenoid S einen Kern aus einem nicht-magnetischen Material enthält kann die Zeit zum Übergang vom einen Umfang des Strahlbündels an der Auftreffstelle zu dem anderen viel kürzer sein als bei Verwendung eines Solenoids mit

ju Eisenkern, weil seine Induktanz mit Eisenkern viel höher wäre. Das Solenoid 5 kann auf ein keramisches Rohr mit einem Durchmesser von 5 mm und mit einer Länge von 25 mm aufgewickelt werden und kann aus zehn Windungsschichten von je 70 Windungen aufgebaut sein. Bei Erregung mit einem Strom von 1 A wird mit dieser Bauart eine Konvergenzlinse mit einem Bildabstand von etwa 3 cm erhalten. Das Gebilde kann ölgekühlt werden.

Das Erzeugungssystem 2, 3, 4 kann derart eingestellt

w werden, daß ein Strahlstrom in der Größenordnung von 1 mA und ein erster Strahiknoten mit einem Durchmesser von etwa 100 μηι erhalten werden.

Beim Betrieb wird die Anordnung zur Bestrahlung eines ausgewählten Gebietes einer Oberfläche eines Werkstückes 10 mit einem Elektronenstrahl verwendet Das Werkstück 10 kann z. B. aus einer Siliciumscheibe bestehen, die mit einer Maskierungsschicht überzogen ist die einer Bestrahlung mit Elektronen unterworfen werden soll; auch kann das Werkstück aus einer

so Siliciumscheibe bestehen, wobei in ausgewählte Gebiete dieser Scheibe Ionen implantiert werden sollen. Im letzteren Falle wird das Elektronenstrahlerzeugungssystem 2, 3, 4 durch einen Ionenstrahlerzeugungssystem ersetzt

Es sei angenommen, daß das zu bestrahlende ausgewählte Gebiet die in Fig.2 dargestellte Form aufweist, wobei die Schenkel 13 eine Breite von einigen μπι aufweisen und viel schmälei als der rechteckige Tei! 14 sind, d. h, daß die Schenkel 13 im Vergleich zu dem

en Teil 14 mit einem verhältnismäßig großen Auflösungsvermögen bestrahlt werden müssen. Auch sei angenommen, daß die Ränder des Teiles 14 mit großer Genauigkeit positioniert werden müssen.
Das Werkstück wird in die Anordnung nach F i g. 1

b) gesetzt und das Solenoid wird derart angeregt, daß das Strahlenbündel an der Auftreffstelle auf dem Werkstück. einen Durchmesser vor, etwa 1 μπι erhält Der schraffierte Teil der Fig.2 wird nun dadurch bestrahlt,

daß zwischen den Ablenkplattenpaaren 7 und 8 geeignete Potentiale angelegt werden und/oder daß das Werkstück 10 in bezug auf den Träger 11 derart bewegt wird, daß die Auftreffstelle nacheinander Teile dieses Gebietes durchläuft. Dieser Vorgang kann erwünschtenfülls einmal oder mehrere Male wiederholt werden.

Wenn der ganze schraffierte Teil bestrahlt worden ist, wird das Solenoid 5 abgeschaltet, so daß eine Auftreffstelle mit einem Durchmesser von z. B. 3 μπι und somit eine Erhöhung des Strahlstroms erhalten

wird, während der nichtschraffiertc Teil Jes Rech 14 in Form eines Rasters abgetastet wird. E einleuchtend, daß dies viel schneller vor sich gehen als bei Verwendung der Auftreffstelle mit e Durchmesser von 1 μηι, insbesondere weil der S¹ strom größer ist als bei Bestrahlung der mit e großen Auflösungsvermögen zu bestraWenHon ' die Blendenöffnung 1? läßt nun eine größere Anzar Elektronen durch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestrahlung der Oberfläche eines Werkstückes mit geladenen Teilchen in Form eines Musters, bei dem die geladenen Teilchen in einer geeigneten Quelle erzeugt werden, wonach sie von einem optischen System für geladene Teilchen gebündelt werden, und bei dem der Auftreffpunkt des Bündels auf der Oberfläche des Werkstücks durch pine Relativbewegung zwischen dem Bündel und dem Werkstück rasterförmig verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestrahlung von mit einem großen Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen (13) des Gebietes eine stärkere Verkleinerung des optipchen Systems als bei der Bestrahlung von mit einem kleineren Auflösungsvermögen zu bestrahlenden Teilen (14) des Gebietes eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilchenstrom in der Abbildungsebene bei den verschiedenen Verkleinerungen des optischen Systems nahezu die gleiche Stromdichte aufweist

3. Anordnung zur Bestrahlung der Oberfläche eines Werkstückes mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welche aus einer Quelle zum Erzeugen geladener Teilchen, einem optischen System zur Bündelung der geladenen Teilchen und einer Abtastvorrichtung zur gegenseitigen Bewegung des Bündels geladener Teilchen und des Werkstückes in zu der Bündelrichtung senkrechten Richtungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System mindestens eine Linse (5) enthält, mit deren Hilfe die Verkleinerung des Systems bei gleichbleibendem Bildabstand auf die verschiedenen bei der Bestrahlung verwendeten Werte eingestellt werden kann.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (5) zur Einstellung der Verkleinerung eine elektromagnetische Linse mit einem eisenfreien Kern ist.