DE2727733A1

DE2727733A1 - Elektronenstrahllithographieanordnung

Info

Publication number: DE2727733A1
Application number: DE19772727733
Authority: DE
Inventors: Marcus Barry Heritage
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1978-01-05
Also published as: JPS533774A; CA1061008A; FR2357060A1; US4039810A; JPS5319906B2; GB1575980A; IT1115356B; DE2727733C2; FR2357060B1

Description

Böblingen, den 16. Juni 1977 bu-se/bb

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der
Anmelderin:

YO 975

Vertreter:

Patentanwalt

Dipl.-Ing. Robert Busch Böblingen

Bezeichnung:

ELEKTRONENSTRAHLLITHOGRAPHIE-ANORDNUNG

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist. Hierbei werden Elektronenstrahlabbildungen von Schaltungsmustern über Masken auf sensibilisierte Siliciumsubstratoberflachen oder Wafern projiziert, um monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen zu erstellen. In zweckmäßiger Weise wird

abei die Elektronenstrahlabbildung von einem entsprechend uvstrahlten Photokathodenfenster aus projiziert, das mit einer

ntsprechenden Maske bedeckt ist, um die Bereiche entsprechend abzubildenden Schaltungsmuster zu definieren, von denen

hotoelektronen zu ermittieren sind, die dann zur Bildung eines Elektronenstrahls mit der jeweils gewünschten Abbildungskonfiguration beitragen.

Diese Photokathodenprojektionsmethode besitzt einen gewissen vorteil gegenüber anderen Arten von Elektronenstrahlabbiläungsverfahren, nämlich den, daß die Maske nicht freitragend zu sein braucht. Sie kann also ganz exakt in Übereinstimmung, entsprechend dem gewünschten Schaltungsmuster ausgebildet Eein, ohne daß Stützverbindungen an nicht dem Strahl ausgeetzten Gebieten dieser Maske anzubringen sind, die ihrerseits dann vollständig von dem Strahl ausgesetzten Gebieten umjeben sind. Auf diese Weise wird ein Verzerrungstyp, nämlich lie sogenannte "Stempelkomplikation" ausgeschaltet. Jedoch zeigp sich, daß Photokathodenprojektionsverfahren gewissen anderen Schwierigkeiten unterworfen sind. Werden z.B. Schadstoffe /on der Photolack überzogenen Oberfläche des Wafers emit- :iert, so daß sie auf die Photokathode gelangen, dann üben sie eine schädliche Wirkung auf diese Photokathode aus und verkürzen damit ihre Lebensdauer. Bisher liegen noch keine wirksamen Maßnahmen vor, um die Photokathode vor solchen Schadstoffen zu schützen.

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■ν

Andere Nachtelle derartiger Photokathodenprojektionsveri
I fahren beruhen auf der Tatsache, daß In derartigen Anord- !nungen es üblich 1st, die Waferoberfläche der Wirkung eines :elektrostatischen Feldes auszusetzen, das die Elektronen des ;Elektronenstrahls von der Photokathode zum Wafer hin beschleunigt. Hierdurch wird die Ausrichtung des proj!zierten iAbbildungsmusters bezüglich der Ausrichtungsmarken auf der ;Waferoberfläche erschwert, da jeder Ausrichtungssignaldetektor der zur Erfassung der von den Ausrichtungsmarken rückge-I streuten Elektronen (Sekundärelektronen) dient, ebenfalls :Innerhalb dieses elektrostatischen Feldes angeordnet werden muß, das dann hierdurch natürlich gestört wird und somit j entsprechend zur Bildverzerrung beiträgt. Ausrichtungs-Idetektoren, unter Anwendung von Röntgenstrahlen sind vorigeschlagen, um dieses Problem zu überwinden, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß hiermit keine zufriedenstellenden !Ergebnisse zu erzielen sind.

!Ein anderer Nachteil, der sich aus dem Anbringen des Wafers Jim elektrostatischen Feld ergibt, ist darin zu sehen, daß jRauigkeiten oder Unebenheiten in der Waferoberfläche ebenfalls zu Störungen des elektrostatischen Feldes beitragen !können und damit zur Verzerrung des wiederzugebenden Abbildungsmusters. Da außerdem der Elektronenstrahl auf Gebiete Ider Waferoberfläche einfällt, die unmaskierten Bereichen der Photokathode entsprechen, werden einige der von dem Elektronenstrahl hervorgerufenen Sekundärelektronen durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes zurück auf diejenigen Flächenbereiche des Wafers geworfen, die ihrerseits maskierten Flächenbereichen der Photokathode entsprechen, so daß hierdurch der Kontrast zwischen maskierten und unmaskierten Flächenbereichen verringert wird und die Qualität des auf der Waferoberflächen proj!zierten Schaltungsmusters herabgesetzt wird, ganz abgesehen davon, daß es hierdurch erschwert wird, die Ausrichtungsmarken exakt zu erfassen.

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Ein anderer Nachteil bekannter Photokathodenprojektionsverfahr en besteht darin,daß sie bisher unausweichlich auf eine Reproduktion im Verhältnis von 1:1 beschränkt sind. Das beideutet, daß das abzubildende Schaltungsmuster auf der Photokathodenflache von der gleichen geringen Größe sein muß als

jdie hiervon auf der Halbleiteroberfläche zu projizierende

!Abbildung, wobei es schwierig und/oder aufwendig ist, ein iAbbildungsmuster hoher Auflösung mit größter Genauigkeit lauf die Photokathode aufzubringen.

Für eine Elektronenstrahlprojektionsanordnung unter Anwendung einer Photokathode als Abbildungsformen des Elements besteht junter Vermeidung oben genannter Nachteile die Aufgabe der Erfindung darin, das Abbildungsmuster auf der Waferoberfläche im verkleinerten Maßstab gegenüber der Photokathodenmasken-Definition aufzubringen und zwar so, daß die auf die Waferbberflache gerichteten Elektronenstrahlen eine gute Bildwiederjgabe und zuverlässige Ausrichtung auf der Waferoberfläche gewährleisten, so daß eine hohe Auflösung bei zufriedenstellendem Kontrast des auf der Waferoberfläche abzubildenden Schaljtungsmusters zu erzielen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 zu entnehmen ist. Erfindungsjemäß wird also der durch die Photokathode gemäß dem abzubildenden Muster gebildete Elektronenstrahl über zwei in Btrahlrichtung hintereinander angebrachten Linsensysteme auf iie Waferoberfläche projiziert, wobei die Linsensysteme über sine kleine Blendenöffnung in einer beiden Linsensystemen gemeinsamen Polplatte zusammenwirken, die andererseits die seiden durch die Linsensysteme zur Linsenwirkung jeweils definierten Gebiete voneinander getrennt hält und elektrostatisch voneinander abschirmt. Lediglich das erste Gebiet, das de »hotokathode zugeordnet ist, besitzt ein elektrostatisches l'eld zur Beschleunigung der Elektronen von der Photokathode

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in Richtung auf den Wafer. Dieses Gebiet steht natürlich auch unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes, das so zur Einwirkung gebracht wird, daß die Elektronenstrahlen auf einen in der in der Polplatte enthaltenen Blendenöffnung vorgesehenen Fokussierungspunkt fokussiert werden. Das zweite, durch das entsprechende Linsensystem definierte Gebiet ist dem Wafer zugeordnet und steht unter der Wirkung eines zweiten Magnetfeldes, das erfindungsgemäß so ausgelegt ist, daß die durch die Zusammenwirkung des ersten Magnetfeldes und des elektrostatischen Beschleunigungsfeldes hervorgerufenen Abbildungsfehler kompensiert werden. Im zweiten Gebiet ist dabei im wesentlichen kein elektrostatisches Feld wirksam, so daß die Wafer-Oberflache entsprechend unbelastet ist.

Die vom Photolacküberzug auf der Waferoberfläche emittierten 'Schadstoffe werden bereits in vorteilhafter Weise im zweiten Linsengebiet abgefangen, so daß sie die Photokathoden in schädlichem Ausmaß nicht erreichen können, da die zwischen den beiden Linsengebieten liegende Blendenöffnung äußerst klein gehalten ist. In vorteilhafter Weise sind die axialen Längen der beiden Linsengebiete gemäß vorteilhafter Ausgestaltung ider Erfindung derart proportioniert, daß sich hiermit ein !verkleinerter Maßstab des auf die Waferoberfläche projizierten Schaltungsmusters ergibt, das ja durch die Maske auf der Photokathode definiert ist. Unter diesen Umständen kann die auf der Photokathode befindliche Maske beträchtlich größer jals die tatsächlichen Abmessungen des Schaltungsmusters der Jzu erstellenden monolithisch integrierten Halbleiterschaltung !sein, so daß es hiermit leichter ist, eine genaue Maske !anzubringen und darüber hinaus noch die Genauigkeit bzw. Auflösung der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung wesentlich vergrößert wird.

Ms weiterer Vorteil ergibt sich, daß, da der Wafer nicht ier Wirkung des elektrostatischen Feldes ausgesetzt ist,

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er auch nicht zu entsprechenden Feldverzerrungen beitragen ] kann und damit die Oberflächenbeschaffenheit keine nachteilige Wirkung auszuüben vermag. Außerdem sind von den : jeweils bestrahlten Oberflächenbereichen des Wafers emittierte, Sekundärelektronen frei von elektrostatischen Feldwirkungen und werden damit nicht auf Flächenbereiche der Waferoberfläche gerichtet, die nicht den Elektronenstrahlen ausgesetzt werden sollen, so daß sich Dank der !Erfindung, eine zufriedenstellende Kontrastwirkung ergibt. _; !Durch Fernhalten des elektrostatischen Feldes vom Wafer und jdurch Bereitstellen eines Fokussierungspunktes der Elektronen- :strahlen, wie vorgesehen, lassen sich also die ElektronenjStrahlen auf die Waferoberfläche derart richten, daß eine !gute Abbildungswiedergabe und zuverlässige Ausrichtung auf der Waferoberfläche in vorteilhafter Weise zu erzielen sind.

Ausrichtungsdetektoren sind dabei so angebracht, daß sie nicht !innerhalb des elektrostatischen Feldes zu liegen kommen, indem sie nämlich in vorteilhafter Weise unmittelbar benachbart !zum Elektronenstrahl-Fokussierungspunkt innerhalb der Polplattenstruktur, die die Blendenöffnung enthält, angebracht werden. Damit läßt sich die Ausrichtung des Elektronenstrahls · jemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durch Erfassen ier von der Waferoberflächen rückgestreuten Elektronen ohne nennenswerte Störung des elektrostatischen Feldes durchführen, i

i j

'orteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter- I

insprüchen zu entnehmen.

Anschließend wird die Erfindung in einer Ausführungsbeispiels- >eschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen läher erläutert.

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ι Es zeigen:

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a6

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung gemäß der Erfindung,

;Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs der Linie 2-2 in

! Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnittsausschnitt des Photokathoden-, fensters in vergrößertem Maßstab/

iFig. 4 einen Längsschnittausschnitt durch die obere ; Linsenstruktur der in Fig. 1 gezeigten An

ordnung ,

Fig. 5 eine Ausschnittsansicht eines elektromagneti-' sehen Ablenkungsjoches mit zugeordneten Licht-

: leitungen als Teil der Abbildungsausrichtungs-

mittel,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine modifizierte

Struktur einer elektrostatischen Feldquelle,

ι wie sie in der oberen Linsenstruktur Anwendung

! findet.

In nachfolgender Beschreibung sind Ausdrückte wie "vertikal",

!"horizontal", "oben" und "unten" relativ zu verstehen und

nicht im absoluten Sinne als erforderlich für die Erfindung jzu nehmen.

In der in Fign. 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Photokathodenfenster 10 enthalten, das mit einer entsprechenden Maske versehen ist, um das abzubildende Schaltungsmuster zu definieren. Im Ansprechen auf eine

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UV-Bestrahlung werden aufgrund hiervon emittierter Photoelektronen von den unmaskierten Bereichen des Photokathodenfensters 10 Elektronenstrahlen 12 emittiert. Die Elektronenstrahlen 12 bilden eine Querschnittskonfiguration entsprechend, aber nicht notwendigerweise, der Ausgestaltung des Musters, wie es durch die unmaskierten Bereiche der Photokathode 10 definiert ist. Die so durch die Elektronenstrahlen 12 geformte Abbildung wird auf ein Werkstück W, wie z.B. einen Siliciumwafer, projiziert, der mit einem Photolack überzogen ist und auf einer Halterung 14 aufgebracht ist. Unter der Wirkung der Elektronenstrahlen wird auf der entsprechenden Werkstückoberfläche eine Abbildung reproduziert, die dem ursprünglichen, durch die Maske auf der Photokathode 10 definierten Muster entspricht.

Aus der Abbildung nach Fig. 3 lassen sich einige Einzelheiten des Photokathodenfensters entnehmen. Das Photokathodenfenster 10 ist auf der Unterseite einer Substratscheibe 16 aus Quarz oder anderem geeignetem Material angebracht, das jedenfalls für Ultraviolett-Strahlung in hohem Grade durchlässig sein muß. Zwischen dem Photokathodenfenster 10 und der Substratscheibe 16 befindet sich eine Schicht 18, bestehend aus elektrisch leitendem Material, wie z.B. Gold, das in einer ausreichend dünnen Schicht aufgetragen ist, um die Durchlässigkeit gegenüber der UV-Strahlung nicht nennenswert zu beeinträchtigen. Diese elektrisch leitende Schicht 18 dient als negative Elektrode zur Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes auf das weiter unten noch zurückgekommen wird. Das Photokathodenfenster 10 besteht aus einer Maskenschicht 20, die gegen UV-Strahlung undurchlässig ist, wie z.B. Tantaloxid. Diese Maskenschicht 20 ist in ausgewählten Bereichen abgeätzt, um so das auf das Werkstück W zu projizierende Schaltungsmuster zu definieren. Die Maske 20

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1st mit einer Schicht 22, bestehend aus photoemlttlerendem Material, wie z.B. Cäsiumjodid überzogen, das sich durch ;UV-Strahlung anregen läßt, so daß von den unmaskierten Bereichen des Photokathodenfensters 10 Photoelektronen !emittiert werden, die insgesamt die Elektronenstrahlen 12 zur Abbildungsübertragung bilden.

In typischer Weise werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Elektronenstrahlen 12 über die in Strahlrichtung 'hintereinander angeordneten Magnetlinsenstrukturen 24 und übertragen, wobei die erstere, d.h., die obere Linsenstruktur 24 gleichzeitig ein elektrostatisches Feld zur Beschleunigung der Elektronen in Richtung des als Target wirkenden Werkstücks W bereitstellt und die zweite, nämlich die untere !Linsenstruktur 26 jedoch frei von irgend einer elektrostatischen Feldwirkung ist. Beide Linsenstrukturen erzeugen Magnetfelder zur Fokussierung der Elektronenstrahlen 12 und zwar in der Weise, daß sich für die Elektronenstrahlen 12

ein Fokussierungspunkt P in einer Ebene ergibt, die zwischen einem ersten Gebiet 30, wo das elektrostatische und magnetische [Feld der oberen Linsenstruktur 24 zur Auswirkung kommt, und einem zweiten Gebiet 32 liegt, in dem das durch die !Linsenstruktur 26 hervorgerufene Magnetfeld einwirkt. Durch jdie Fokussierungswirkungen der Magnetfelder im ersten Gebiet 30 und zweitem Gebiet 32 ist es möglich, daß die auf das jwerkstück 12 projizierten Elektronenstrahlen 12 eine Abbildung in verkleinertem Maßstab gegenüber dem auf dem Photokathodenfenster 10 gebildeten Schaltungsmuster bereitstellen. Diese maßstäbliche Abbildungsverkleinerung ist bedeutsam, da es hierdurch nämlich möglich ist, die Photokathodenmaske stark vergrößert anzufertigen, so daß sich ein Schaltungsmuster sehr viel größerer Präzision auf der Oberfläche des Werkstücks W abbilden läßt, als es ausgehend von einem Muster cleineren Maßstabs auf der Photokathode möglich ist.

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'»η j

Die Linsenstrukturen 24 und 26 sind generell ringförmig ! ausgebildet. Beiden gemeinsam 1st eine scheibenförmige Stuktur 34, die in Form einer gemeinsamen magnetischen i Polplatte als elektostatische Abschirmung zwischen oberen ^: I und unteren Gebieten 30 und 32 und als Blende für die Elektro-■ nenstrahlen dient. In der scheibenförmigen Struktur befindet j sich eine magnetische Scheibe 36 mit hierauf aufgesetztem ι Ring 38/ um so das untere Polstück für die obere Linsenj struktur 24 bereitzustellen; ein weiterer ringförmiger

! Ansatz 4O auf der Unterseite der scheibenförmigen Struktur

34 stellt das obere Polstück für die untere Linsenstruktur ! 26 dar. Die Ebene, in der der Fokussierungspunkt P für die ! Elektronenstrahlen 12 vorgesehen ist, erstreckt sich allge- ; mein parallel durch die scheibenförmige Struktur 34, wobei ! die magnetische Polplatte 36 eine zentrale Bohrung 42 aufweist, > deren Achse in vertikaler Richtung durch den Fokussierungsjpunkt P läuft. Am oberen Ende der öffnung 42 ist die magne- ; j tische Polscheibe 36 mit einer ringförmigen Ausnehmung ; versehen, in der eine Scheibe 44 nicht-magnetischen Ma-I terials, wie z.B. Aluminium mit einer zentralen Blenden-' öffnung 46 eingelassen ist, wobei der Fokussierungspunkt P ^! in den Bereich dieser Blendenöffnung 46 zu liegen kommt, so _: daß nur ein äußerst begrenzter Übergangsbereich für die

i Elektronenstrahlen 12 zum Durchgang vom Gebiet der oberen ι Linsenstruktur 30 zum Gebiet der unteren Linsenstruktur 32 zur Verfügung steht. Diese Scheibe 44 ist Teil der elektrostatischen Abschirmung, die durch die ringförmige Scheibenstruktur 34 zwischen den Gebieten 30 und 32 gebildet wird. ■

Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fokus- I sierungspunkt P genau genommen in der Ebene der unteren ;

Oberfläche der nicht-magnetischen Scheibe 44. Es sei jedoch erwähnt, daß die Lageneinstellung des Fokussierungspunktes P

längs der vertikalen Achse der Elektronenstrahlen 12 eine Justie-

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rungsangelegenhelt ist, um je nach Bedarf In geringfügig abgeänderter Position eingestellt werden zu können.

Um die Beschreibung der Linsenstrukturen abzuschließen, sei erwähnt, daß die obere Linsenstruktur 24 aus einer äußeren zylindrischen Hülle 48 magnetischen Materials besteht, das sich zwischen der gemeinsamen Magnetscheibe 36 an der unteren Seite bis zu einer oberen Magnetscheibe 50 erstreckt, die das ringförmige Polstück 52 der Linsenstruktur 24 trägt. Im Zwischenraum zwischen der äußeren Hülle 48 und den Polstücken 38 und 52 befindet sich eine Spule bzw. Wicklung 54, die zur Bereitstellung des magnetischen Fokussierungsfeldes im oberen Linsengebiet 30 dient. An die Innenseiten der Polstücke 38 und 52 der oberen Linsenstruktur 24 anliegend, ist eine Zylinderbüchse 56 nicht magnetischen Materials wie Aluminium angeordnet, die als Teil der positiven Elektrode bzw. Anode zur Bereitstellung des elektrostatischen Feldes im oberen Linsengebiet 30 dient. Die Anode läßt sich auch so ansehen, als ob sie die mit der Blendenöffnung versehene Ring-Ischeibe 44 und die magnetische Ringscheibe 36 zwischen {Ringscheibe 44 und Zylinderbüchse 56 einschließt. Die Oberflächen sämtlicher oben beschriebenen Teile, die mit 'dem oberen Linsengebiet 30 in Berührung stehen, sind geschliffen und geglättet, so daß das elektrostatische Feld !innerhalb des oberen Linsengebiets 30 die gewünschte Ver-'t ei lung aufweist.

Die untere Linsenstruktur 26 ist in ihrer Art gleich aufgebaut wie die obere Linsenstruktur 24 mit der Ausnahme allerdings, daß hier keinerlei Maßnahmen zur Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes im Gebiet 32 getroffen sind. Eine zylindrische Außenhülle 60, bestehend aus magnetischen Material, erstreckt sich von der gemeinsamen ringförmigen Polplatte 36 zur unteren ringförmigen magnetischen Scheibe 62,

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die das ringförmige Polstück 64 der Linsenstruktur 26 trägt. Eine Zentralbohrung 65 im ringörmigen Polstück 64 ist axial mit der Bohrung 42 in der ringförmigen Polplatte 36 ausgerichtet. Im ringförmigen Raum zwischen der äußeren Hülle 60 und den ringförmigen Polstücken 40 und 64, liegt eine Spule bzw. Wicklung 66 zur Bereitstellung eines Magnetfeldes im unteren Gebiet 32.

Die Verteilung des elektrostatischen Potentials im Gebiet 30 der oberen Linsenstruktur mit den zugeordneten Elektrodenstrukturen, ist schematisch in Fig. 4 gezeigt, wo die ausgezogenen Linien 70 elektrostatische Potentiallinien darstellen. Durch die gestrichelt gezeichneten Linien sind die zwischen den ringförmigen Polstücken 38 und 52 ausgebildeten nagnetisehen Potentiallinien angedeutet. Die elektrostatische Kraft strebt danach, die vom Photokathodenfenster 10 emittierten Elektronen längs Pfaden zu bewegen, die jeweils Ln Richtung der Normalen der elektrostatischen Potential-Linien verlaufen. Die Wirkung der magnetischen Feldkräfte Lst komplizierter, jedoch in einfacher Analogie lassen sich lie magnetischen Potentiallinien als gleichartig mit Bre- :hungsoberflächen einer Glaslinse ansehen. Die resultierende iirkung der magnetischen Feldkräfte ist dann der Art, daß »ine Konvergenz der Elektronen in Richtung zur zylindrischen Symmetrieachse herbeigeführt wird. Die elektrostatischen träfte führen zur Beschleunigung der Elektronen von der fotokathode hinweg und zwar mit einiger Divergenz bezüglich ler zylindrischen Symmetrieachse. Die beiden genannten 'elder sind also derart angeordnet, daß sie eine Beschleuligung der Elektronen von der Photokathode hinweg hervorrufen, jedoch unter Konvergenz auf einen Fokussierungspunkt P₁ ler, wie gezeigt, in der kleinen Blendenöffnung 46 gelegen .st. Die Elektronenstrahlen 12 können nach Austritt aus der Blendenöffnung 46 wieder etwas divergieren, bis sie in den

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Einflußbereich des Magnetfeldes des zweiten Linsengebietes jgelangen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das ιAusmaß der Divergenz geringer ist, als das der oben er-I wähnten Konvergenz und zwar entsprechend dem gewünschten !Grad der Verkleinerung des Abbildungsmaßstabes. Die Maß-Istabsverkleinerung ist dabei im wesentlichen eine Funktion des Verhältnisses zwischen den Polstückabständen S1 und |S2 bei der oberen Linsenstruktur 24 bzw. denen der unteren Linsenstruktur 26.

JDie durch das magnetische und elektrostatische Feld innerhalb der oberen Linsenstruktur 24 verursachten, dominierenden, exzentrischen Abbildungsfehler werden durch gleiche, aber !entgegengesetzt wirkenden Abweichungsfehler, verursacht durch !das in der unteren Linsenstruktur 26 erzeugte Magnetfeld, kompensiert. Die Polstückabstände S1 und S2 und die Radien R1 und R2 der Bohrungen in der magnetischen Polstrukturen der Linsenstrukturen 24 und 26 im Zusammenwirken mit dem !Radius R der Bohrung 42 in der gemeinsamen scheibenförmigen Polplatte 36 und den Erregungsströmen in den Spulen 54 und 56 sind so proportioniert, daß einige Linsenfehler dritter Ordnung reduziert oder eliminiert werden; nämlich speziell Verzerrung, anisotrope Aberration und chromatischer Verzer-(rungsfehler. Wird diesen Bedingungen genügt, dann lassen

is ich Abbildungen hoher Auflösung zur vorteilhaften Erstellung von mikrostrukturen insbesondere monolithisch integrierten üalbleiterschaltungen erzielen. Eine derartige Optimalisierung liegt durchaus in den Gegebenheiten auf dem Gebiet der Elektronenoptik.

oben beschrieben,.liegt der Fokussierungspunkt Pj auf den lie vom Photokathodenfenster 10 emittierten Elektronenstrahlen inter Wirkung des elektrostatischen und magnetischen feldes im Gebiet der oberen Linsenstruktur 24 fokussiert

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ir i

werden, vorzugsweise In der Blendenöffnung 46 der gemein- ' samen scheibenförmigen Struktur 34. Die scheibenförmige
Struktur 34 führt zu einer sehr geringen elektrostatischen I Linsenwirkung, hat jedoch keine hierdurch herbeigeführte ; Verzerrung zur Folge, wenn der Fokussierungspunkt auf oder
dicht bei einer Hauptebene dieser so gebildeten kleinen Linse

eingestellt wird.

In dem MaBe, wie das elektrische Feld, durch welches die : Elektronenstrahlen 12 beschleunigt werden, von einem ^! Einfluß auf das Werkstück W ferngehalten wird und hiervon durch die Abschirmwirkung der ringförmigen Scheibe 34
abgeschirmt wird, können Unebenheiten der Werkstückober- ; fläche, insbesondere eines Halbleiterwafer, dieses elektrostatische Feld auch nicht beeinflussen bzw. in seiner Wirkung beeinträchtigen. Aufgrund der sehr geringen Abmessungen der Blendenöffnung 46 innerhalb der Ringscheibe 34 können auch ; Schadstoffe, die vom Photolack auf der Waferoberfläche emit- > tiert werden, nicht in einem solchen Ausmaß in das obere
Linsenstrukturgebiet 30 gelangen, daß sie dort schädliche

Wirkungen auf der Photokathode ausüben zu können. ,

I Eine genaue Ausrichtung des auf die Werkstückoberfläche

projizierten Strahlbildes wird mittels einer einzigartigen
Anwendung einer ansich bekannten Ausrichtungsmethode durchgeführt, die aus der Erfassung von Sekundärelektronen
von Ausrichtungsmarken auf der Waferoberfläche besteht. Da
eine generelle Bekanntschaft dieses Verfahrens vorausgesetzt
werden kann, wird anschließend nur in soweit auf Einzelheiten
eingegangen, als die Ausrichtungsmethode bzw. -anordnung speziell erfindungsgemäßen Zwecken dient bzw. hierauf gerichtet ist.

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I -ΑΤΙ Λϊ

j In der Anordnung nach den Fign. 1 und 2 sind die Lichtlei-

jtungen bzw. Lichtleitungsstäbe 74, 75, 76 und 77 in radialen Bohrungen, die sich durch die Magnetpolplatte 36 bis zur 'zentralen Bohrung 42 erstrecken, angeordnet. Die innen liegen-I den Enden dieser Lichtleitungen sind eng benachbart zur Achse jder Elektronenstrahlen 12 unterhalb der Blendenöffnung in der !Scheibe 44 angeordnet. Die Lichtleitungen 74 und 76 werden \als in einer X-Achse liegend angenommen, wohingegen die Lichtleitungen 75 und 77 auf der hierzu senkrecht liegenden

Y-Achse liegen. X- und Y-Achse erstrecken sich jeweils 'senkrecht zur Strahlachse. Die der Strahlachse benachbarten !Enden der Lichtleitungen 74, 75, 76, 77 sind nach unten 'abgeschrägt, so daß die Lichtleitungsendflächen einen spitzen Winkel zur Strahlachse bilden. Diese abgeschrägten Endflächen sind mit einer Fluoreszenssubstanz oder dergleichen überzogen, so daß jede Lichtleitung als Detektor für von der Wa- ■ feroberfläche rückgestreute Elektronen dient, die beim Auf-

treffen der Elektronenstrahlen 12 herausgeschlagen werden.

Anordnungen üblicher Bauart sind an die verschiedenen Lichtleitungen 74, 75, 76, 77 angeschlossen, um auf die durch die !Lichtleitungen empfangenen Signale anzusprechen, die in elektrische Größen umgesetzt werden, um die Elektronenstrahlen {bezüglich ihrer Lage im durch die X- und Y-Achsen festgelegten

Koordinatensystem (Fig. 2) zu positionieren und damit die Elek- ! tronenstrahlabbildung exakt auf die Oberfläche des Werkstücks V wie gewünscht, auszurichten und zwar für den Fall, daß ein Ausrichtungsfehler zwischen den X- und Y-Bezugslinien im ursprüng-I liehen Abbildungsmuster auf dem Photokathodenfenster 10 und der entsprechenden X- und Y-Ausrichtungsmarken auf der Oberfläche des Werkstücks W vorliegt. In üblicher Weise wird die Ausrichtungseinstellung zur Durchführung des eigentlichen Abbildungsprozesses durchgeführt. Bei Durchführung der Ausrichtung sind lediglich diejenigen Bereiche der Photokathode nicht maskiert bzw. werden bestrahlt, wo diese Bezugslinien angebracht sind.

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Nach Ausrichtungsjustierung kann dann die Wiedergabe des abzubildenden Musters auf die Photokathode vorgenommen werden.

TM die Strahlablenkung durchzuführen, wird ein elektromagneti-j sches Ablenkungsjoch 80 (Fig. 5) in die Bohrung 42 (Fig. 1) ' der Polplatte 36 unterhalb der Lendenscheibe 44 angebracht. ! Das Ablenkjoch 80 ist von üblicher Bauart, indem es einen \

Ringkern 82 (Fig. 5) mit hierauf verteilt angebrachten Wick- S lungen 84 und 86 aufweist. Die Elektronenstrahlen 12 werden durch die Zentralöffnung 88 im Ringkern 82 geführt. Die Windungen 84 werden durch Anlegen eines Gleichstroms jeweils gewünschter Polarität erregt, um die Elektronenstrahlen 12 in gewünschter Richtung längs der X-Achse des vorgenannten Koordinatensystems, wie außerdem rechts oben in Fig. 5 angedeutet, abzulenken. Die Windungen 86 können gleicherweise I durch einen Gleichstrom gewünschter Polarität erregt werden, j um die Elektronenstrahlen 12 in Richtung der Y-Achse abzu- |

lenken. Die Windungen 84 und 86 lassen sich gesondert erre- ' gen, um die Strahlausrichtungsjustierung im Ansprechen auf j Signale von den Rückstreuelektronendetektoren durchzuführen, die, wie gesagt, die Lichtleitungen 74 bis 77 aufweisen. Damit diese Lichtleitungen 74 bis 77 dem Ablenkjoch 80 in geeigneter Weise zugeordnet werden können, ist der Ringkern 82 des Ablenkjochs 80 mit radialen Bohrungen versehen, durch die die innenliegenden Enden der Lichtleitungen 74 bis 77 hindurchgesteckt werden können, bis ihre Lichtauffangflächen in die zentrale öffnung 88 des Ringkerns zu liegen kommen, wo sie dann dem Elektronenstrahlpfad benachbart angeordnet sind.

Wie oben erwähnt, liegen die Abbildungsausrichtungsdetektoren 74 bis 77 (Fign. 1, 2 und 5) und die Strahlablenkungsanordnung 80 außerhalb des Gebiets 30 der oberen Linsenstruktur, wo das

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elektrostatische Feld zur Beschleunigung der Strahlelektronen wirksam ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Abbildungsausrichtungsdetektoren und die Strahlablenkungsanordnung nicht die elektrostatische Feldverteilung stören können. Dies stellt damit einen weiteren Beitrag zur Verbesserung der Abbildungsqualität des auf dem Wafer W abgebildeten Schaltungsmusters dar.

Ein weiterer Vorteil zur Beschränkung des elektrostatischen Feldes in seiner Wirkung auf das obere Gebiet 30 der oberen Linsenstruktur 24 ist darin zu sehen, daß dieses Feld nicht mit den rückgestreuten Elektronen von der Waferoberflache in Wechselwirkung treten kann. Infolge dessen können die von den Teilen der Werkstücksoberfläche emittierten rückgestreuten Elektronen, welche den unmaskierten Bereichen im Photokathodenfenster 10 (Fig. 1 und Fig. 3) entsprechen, durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes nicht auf die anderen Teile der Werkstücksoberfläche rückbeschleunigt werden, die den maskierten Bereichen im Photokathodenfenster 10 entsprechen. Bei üblichen Photokathodenelektronenstrahl-Projektionsanordnungen hat diese unerwünschte Wechselwirkung zwischen rückgestreuten Elektronen bzw. Sekundärelektronen und dem genannten elektrostatischen Feld die Wirkung zur Folge, daß der Kontrast zwischen maskierten und unmaskierten Bereichen des Schaltungsmusters entsprechend stark reduziert wird, so daß hierunter die Qualität der reproduzierten Abbildung leidet. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung jedoch ist dieser Nachteil beseitigt.

Das elektrostatische Feld kann jeder gewünschten Konfiguration angepaßt werden, indem wie ansich bekannt, die Elektroden, speziell die Anode, entsprechend gestaltet werden. In den ?ign. 1 und 4 ist die Anode als Zylinderbüchse 56 mit einer Wandung gleichmäßiger Dicke ausgeführt. Fig. 6 zeigt eine Vlternativform für eine derartige Anode, wobei dann die nnenflache einer modifizierten Zylinderbuchse 56' konisch

uläuft. Auch andere Abarten sind wie gesagt möglich.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Elektronenstrahllithographieanordnung bei der ein Elektronenstrahl durch Definition einer Musterabbildung von einer maskierten Photokathode auf eine sensibilisierte Werkstückoberfläche projizierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Linsenstruktur ein erstes Gebiet definiert, durch welches der Elektronenstrahl gelangt, wobei diese Linsenstruktur einschließt

1. Mittel zur Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes, um die Elektronen des Elektronenstrahls in diesem ersten Gebiet zu beschleunigen und

2. Mittel zur Bereitstellung eines in diesem ersten Gebiet einwirkenden Magnetfeldes zur Fokussierung des j Elektronenstrahls in einem zwischen Werkstückober- \ fläche und Photokathode gelegenen Fokussierungspunkt, j

daß eine zweite Linsenstruktur zur Definition eines zwei- ' ten Gebietes dient, das sowohl zwischen dem ersten Gebiet und dem Werkstück als auch zwischen Fokussierungspun* und Werkstück liegt und daß eine eine Blendenöffnung enthaltende Abschirmung zwischen diesem ersten und diesem zweiten Gebiet angeordnet ist.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fokussierungspunkt in der Blendenöffnung der Abschirmebene liegt.

Anordnung nach Anspruch und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das zweite Gebiet definierende Linsenstruktur zur Bereitstellung eines die Elektronenstrahlabbildung auf der Werkstückoberfläche projizierenden Magnetfeldes ausgelegt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmstruktur mit der darin enthaltenen Blendenöffnung zumindest teilweise aus magnetischem Material besteht, so daß Magnetflußpfade für die j in beiden Gebieten wirksamen Magnetfelder bereitgestellt sind.

Anordnung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des ersten Gebiets nahe dem ί Strahlweg Strahlabbildungsbegrenzerdetektoren zur Erj fassung der von Ausrichtungsmarken auf der Werkstückoberfläche rückgestreuten Elektronen (Sekundärelektronen) angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlabbildungsbegrenzerdetektoren zumindest teilweise innerhalb der mit der Blendenöffnung versehenen Abschirmstruktur angeordnet sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Steuerung der Strahlabbildungsbegrenzerdetektoren stehenden Strahlablenkungsmaßnahmen in die mit der Blendenöffnung versehene Abschirmungsstruktur eingebaut sind.

8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reduzierung des auf die Werkstückoberfläche projizierten Musters gegenüber dem auf der Photokathode abgebildeten Muster das Verhältnis der Länge des ersten Gebiets in Richtung der Strahllänge zur Länge des zweiten Gebiets in Richtung der Strahllänge entsprechend gewählt ist.

Anordnung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in entsprechenden radial verlaufenden

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und zweiten Gebiet Im Bereich zwischen dem Fokussierung spunk t der Elektronenstrahlen und dem Werkstück jeweils Im rechten Winkel zueinander stehend, vier Lichtleitungen eingebracht sind, deren Endflächen Im spitzen Winkel mit bezug auf die Werkstückoberfläche abgeschrägt und mit einer Fluoreszenssubstanz überzogen sind, daß in der Zentralbohrung der Abschirmung unterhalb der Lochblende ein magnetischer Ringkern angebracht ist, durch den sich die Lichtleiter in entsprechenden Bohrungen hindurch bis in die Nähe des Elektronenstrahlpfads erstrecken und der Ablenkwicklungen zur Ablenkung des Elektronenstrahls in X- bzw. Y-Richtung aufweist und daß die Lichtleiter über opotelektronische Wandler zur Strahlauslenkungsjustierung mit dem auf dem als Ablenkjoch wirksamen magnetischen Ringkern angebrachten Windungen elektrisch in Verbindung stehen.

10. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode des elektrostatischen Feldes Im ersten Gebiet aus einer glattpolierten Zylinderhülse besteht, die in die öffnung der Fokussierungsspule eingelassen ist.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode aus einem Quarzsubstrat mit einem Golddünnfilmüberzug besteht, auf den das abzubil dende Halbleiterschaltungsmuster als ausgeätzte Tantaloxidschicht aufgebracht ist und daß die freiliegenden Golddünnfilmbereiche sowie das Tantaloxidschaltungsmuster mit einer photoemittierenden Schicht zur Abstrahlung von Elektronenstrahlen überzogen ist.

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