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Hintergrund
der Erfindung Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft die Fertigung
von Bauelementen, insbesondere integrierten Großschaltkreisen (LSI Large Scale
Integrated Circuits), die nach Entwurfsregeln im Submikrometerbereich
hergestellt werden, beispielsweise von <0,5 μm.
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Die einschlägige Fertigung beinhaltet die Projektions-Lithographie
unter Verwendung von Zeichnungsenergie in Form geladener Teilchen,
entweder Elektronen oder Ionen.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die fortwährende Entwicklung von LSI-Schaltkreisen
im Zuge der gesteigerten Miniaturisierung bei der Steigerung der
Chip-Kapazität
hat zu einer Reihe von Entwicklungen in den Fertigungsverfahren
geführt.
Diese hängen
sämtlich
von der lithographischen Musterzeichnungsfähigkeit ab, die besser ist
als die bei der Fertigung von zum Stand der Technik gehörigen Bauelementen,
besser als die bei der Herstellung von 1 - Megabit-Chips mit einer Entwurfsmusterfeinheit
von 0,9 μm.
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Derzeit eingesetzte Lithographie
im nahen UV-Bereich läßt sich
erweitern auf beträchtlich
kleinere Entwurfsregeln, möglicherweise
unter Einsatz von Phasenmasken. Bei einem gewissen Grad an Wellenlängen-Beschränkungen
für elektromagnetische
Strahlung im nahen UV-Bereich oder gar im tiefen UV-Spektrum wird eine
andere Strahlungsquelle notwendig. Einschlägige Bemühungen richten sich derzeit
auf den Einsatz von Strahlung im Röntgenspektrum.
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In zunehmendem Maße führen Vorteile der Musterzeichnung
mit geladenen Partikeln -Elektronen- oder Ionenstrahl-Musterzeichnung
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Musterzeichnung mit Röntgenstrahlen
zu einer Erforschung dieses Wegs. Die Elektronenstrahl-Projektionslithographie
hat das Potential, ein Werkzeug der Wahl für die Fertigung von Bauelementen
mit einer Entwurfregel von <0,5 μm zu werden.
Die Erfahrungen haben innerhalb einer Zeitspanne von 60 Jahren sowohl
bezüglich
des Entwurfs als auch des Aufbaus bildgebender Elektronen-Optiken im Bereich
der Mikroskopie geführt,
und die Direktschreib-Elektronenstrahllithographie betraf dies in
einem Zeitraum von 20 Jahren. Beide Möglichkeiten haben zu Zuverlässigkeit
geführt
und bieten Einblick in passende Entwürfe von Apparaturen und Verfahren.
Verfügbare
Beschleunigungsspannungen von 50–200 kV (was zu 50–200 KeV
bei Elektronen führt), setzt
sich um in äquivalente
Wellenlängen
von 0,054–0,025 Å (1 Å = 10–10 m),
was wesentlich besser ist als der Bedarf an in Betracht gezogenen
Entwurfsregeln, um die Focustiefe erheblich zu steigern und dadurch
die Kritizität
der Verarbeitungsparameter und der gesteigerten Ausbeute zu mindern.
Gut entwickelte Verfahren für
Elektronen-Optiken ermöglichen
die Erzielung einer Projektion mit einer Bildverkleinerung, welche
die Fertigung von der vergrößerten Masken
erleichtert.
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Die Verwendung absorbierender Schablonen
(oder Apertur-) Masken erlegt der Lithographie bedeutende Einschränkungen
auf. Diese Vorgehensweise schließt ringförmige oder andere derartige
Umfangs-Maskenstrukturen aus, eine Beschränkung, die durch die Verwendung
von Komplementär-Maskenpaaren überwunden
wird, was allerdings die Expositionsanforderungen pro Ebene mit
den entsprechenden erhöhten
Kosten für
den Durchsatz bei einer überlappenden
Ausrichtung ebenso steigert wie die Ausbeute. Eine verringerte Absorption
im Verein mit erhöhter
Beschleunigungsspannung in Sperrzonen der Maske zwingt zu einem
Kompromiß zwischen Bildkontrast
und -auflösung.
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In der anhängigen Patentanmeldung mit dem
Aktenzeichen 390, 139, eingereicht am 7. August 1989, ist ein Verfahren
vorgestellt, welches von impliziten Vorteilen der Elektronenstrahllitographie Gebrauch
macht, um die Verwendung von Apertur-Masken zu umgehen. Das Schlüsselmerkmal setzt
Streuung/Nichtstreuung anstelle der Absorptions-Transparenzmaskierung.
Die durch einen mit Blende versehenen Streufilter in der Strahl-Kreuzungsebene
vor dem Wafer, wobei die Blende im allgemeinen auf der optischen
Achse angeordnet ist, ermöglichte
Diskriminierung gestattet eine Beschleunigungsspannung von etwa
50–200
kV, wie sie für
die Auflösung
und Merkmalsbeabstandung angestrebt wird, während gleichzeitig ein Bildkontrast
von 80 oder mehr erreicht wird. Bekannt ist das Verfahren als SCattering
with Angular Limitation in Projection Electron-beam Lithography,
also etwa Streuung mit Winkelbegrenzung bei der Elektronenstrahl-Projektionslithographie.
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Die möglichen Vorteile des SCALPEL-Verfahrens,
insbesondere für
Entwurfsregeln im Bereich von Mikrometer-Bruchteilen ergibt sich
aus der reduzierten Maskendicke, die möglich ist durch die Abhängigkeit
vom Streuwinkel anstelle der Absorption. Einfach ausgedrückt: Es
ist ausreichend Bildkontrast mit Hilfe wesentlich dünnerer Masken
erzielbar. Ein Streuwinkel in der Größenordnung von 50 mrad, statistisch
realisierbar durch fünf
Elektronen-Atom-Ereignisse (Kollisionen oder hinreichend naher Vorbeigang,
um eine deutliche Auslenkung durch Feld-Wechselwirkung zu erreichen)
ist für
Sperrzonen-Dicken in der Größenordnung
von 500–2000
A erzielbar.
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Ähnliche
Erwägungen,
wie sie oben dargelegt wurden, führen
zu der Verwendung einer "Membran"-Maske. Eine Maske, die für die Merkmalsausbildung
von einem Film oder einer Membran mit einer Dicke in der Größenordnung
von 500–2000
A abhängt
und einer "Sperrung" (Streuzonen) von ebenfalls einer Dicke in der
gleichen Größenordnung sorgt,
führt ersichtlich
zu dem erforderlichen Kontrast für
Submikrometer-Entwurfsregeln für
zumindest eine Größenordnung
im Bereich von unterhalb etwa 0,5 μm. Dies eignet sich für eine Masken-Wafer-Verkleinerung
im Bereich von 4x–5x.
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Erschwert noch durch die vergrößerten Maskenabmessungen
aufgrund der Bildverkleinerung hat die Maske, die nun 5 cm breit
ist (für
eine 5x-Verkleinerung, um ein 1-cm-Chip zu erhalten) nicht die erforderlich
mechanische Integrität.
Durchhängen/Verzerrung,
verursacht beispielsweise durch lokale Er wärmung, resultierend aus teilweiser
oder vollständiger Partikelabsorption,
kollidiert mit der Erzielung extremer Genauigkeit, wie sie für derartige
Entwurfsregeln erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Die Bild-Rekonstruktion in der Objektebene, basierend
auf dem Einsatz einer mittels Stützen
segmentierten Maske, nutzt den Vorteil exakt gesteuerter Zeichnungsstrahlen
aus geladenen Partikeln, Elektronen oder Ionen, und ermöglicht die
Realisierung verbesserter Bildkennwerte entsprechend reduzierter
Maskendicken. In Betracht kommende Masken können abhängen von Sperrzonen, die ausreichende
Absorption oder Streuung bei Sperrzonen mit abgestützter Dicke
im Bereich von 500–2000 Å oder weniger
aufweisen. Durchlaßzonen
können
gebildet werden durch Abperturen oder - alternativ - freien Zonen,
entweder mit ausreichender Transparenz, um den erforderlichen Kontrast
zu Absorptionszonen zu erreichen oder ausreichend wenig streuend
und mit einer Transparenz, die Anforderungen zur Verwendung mit
Sperrzonen basierend auf Streuung erfüllen. Masken zur Verwendung
bei den erfindungsgemäßen Verfahren
werden durch Streben abgestützt, welche
die erforderliche mechanische Integrität für die dazwischen liegenden
Maskensegmente bieten - Steifigkeit, Widerstand gegen Durchhängen, gegen thermisch
bedingte Verzerrung etc. Eine in Betracht gezogene Maskenstruktur
besitzt parallele Streben zum Definieren von dazwischen liegenden
funktionellen Maskenzonen, die geradlinig sind und Längsabmessungen
haben, die dazu führen,
dass die Gesamtheit des Musters in dieser Richtung kopiert wird.
Eine Ausführungsform
hängt ab
von einem durchgehenden Grill aus sich kreuzenden x- und y-Streben,
um dreieckige Segmente zu bilden. Derartige Maskenzonen (oder Segmente)
können
sich zusammen mit einem Gesamt-Typmuster erstrecken.
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Unabhängig von dem speziellen Streben-Muster
hängt die
erfindungsgemäße Lehre
in kritischer Weise von inneren "Randleisten" zwischen Streben und
zu kopierendem Muster ab, in den meisten Fällen umfaßt eine solche Randleiste beide
Seiten der Strebe. Im Fall von einander kreuzenden Streben ähnelt die Randleistenstruktur
einem Rand, in dem "Bilderrahmen" jedes durch Streben definierten
Segments.
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Eine Hauptfunktion der Randleiste
ist die Erzielung exakt positionierter und dimensionierter Gebrauchs-Segmente,
um einen Aufbau/Wiederaufbau des projizierten Bildes zu ermöglichen.
Genau genommen, hängt
die Erfindung ab von der Trennung der beiden Funktionen, wonach
die mechanische Masken-Integrität vornehmlich
aus der Verwendung von Streben erreicht wird, und die Bildgenauigkeit aus
Randleisten resultiert. Aufbau/Wiederaufbau zur Vermeidung der Streben-Abbilds-"Stich"-Segmente als
durch Streben getrennte Bereich aus der Maske, um dadurch ein kontinuierliches
Bild auf dem Wafer zu erzeugen, wird gefördert durch die bevorzugte Ausführungsform,
die für
eine Zeichnung/Fertigung von Randleisten als integraler Bestandteil
während der
Zeichnung/Fertigstellung des dazugehörigen Bauelement-Musters gehören. Bei
dieser Ausführungsform
wird eine solche Randleiste zweckmäßigerweise aus demselben Material
und mit gleicher Dicke ausgebildet, wie dies für die die Merkmale definierenden
Zonen des Maskenbilds der Fall ist, wiederum entweder durch Absorbieren
(so wie bei der Ionen-Maskierung) oder durch Streuung (so wie es bei
der Elektronen-Maskierung nützlich
ist, beispielsweise in Verbindung mit SCALPEL). Diese Vorgehensweise
ermöglicht
eine Muster-Zeichnung
und Entwicklung zur Bildung der Randleisten als Teil der Chip-Musterbildungsprozedur
mit wirtschaftlichen Vorteilen bei den Prozesskosten und der Prozess-Ausbeute.
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Eine zusätzliche Funktion der Randleiste
- sei sie nun Teil eines eindimensionalen oder eines zweidimensionalen
Rosts - lässt
sich als "Strahlformung" bezeichnen. Es wurde beobachtet, dass die Zeichnungs-Partikelenergie
- Elektron oder Ion - aus der Sicht der Quelle eine "Keulen"- oder
eine "Flügel"-Zone verringerte
Intensität
besitzt. Flügel
oder Keulen, im allgemeinen nicht nützlich für die Musterbildung, können zu
einer unerwünschten
Erhitzung, insbesondere einer Erhitzung der Streben, führen, was
beiträgt
zu einer unerwünschten
Bildverzerrung. Ein optimaler Entwurf des erfindungsgemäßen Verfahrens
sorgt für
eine Verringerung der Streben-Aufheizung durch derartige Keulen.
Die Masken-Randleiste wird mit minimaler Breitenabmessung rechtwinklig
zu der Strebe entworfen, um Strahlkeulen im wesentlichen Rechnung
zu tragen. Randleisten, die von Streuung abhängen (z. B. als Teil einer
streuenden/streufreien Maske) sind in höchstem Grad wirksam bei der
Zerstreuung von Keulenenergie. Die alternative Struktur, bei der
Randleisten durch Absorption gekennzeichnet sind, schwächt ebenfalls
unerwünschte
Streben-Erhitzung.
Maskenmaterial - eine Membran ebenso wie Sperrzonen - wird möglichst mit
Blick auf Wärmeleitfähigkeit
ausgewählt,
so dass es zu einer Verteilung zu der durch Strahlkeulen hervorgerufenen
Erhitzung und damit zu einer Verringerung der Verzerrung aufgrund
lokaler Wärmegradienten
kommt.
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Die seitliche Randleisten-Abmessung,
die unter dem Kapitel "detaillierte Beschreibung" diskutiert wird,
kann einer Breite entsprechen, die sowohl Abmessungs-Schwankungen,
Platzierungsfehler etc. ausgleicht als auch eine "Strahlformungs"-Funktion
wahrnimmt. Eine Eigenschaft der Erfindung in dieser Hinsicht ist
die Zulässigkeit
einer erhöhten
Toleranz für
derartige Unregelmäßigkeiten,
was andererseits die Kosten der Maske verringert. Die Möglichkeit,
eine derartige, durch Streben getragene Maske zu verwenden, ist
zurückzuführen auf
den Beitrag der Beaufschlagung mit geladenen Partikeln, die eine
exakte und rasche Steuerung der Position des einfallenden Strahls
ermöglicht.
Verstärkt
durch die indirekte Genauigkeit der Randleisten-Abmessung - es handelt
sich hierbei um die gleiche Genauigkeit, mit der auch die Merkmale
der Maske ausgebildet sind - ist die Bildrekonstruktion entsprechend dieser
Genauigkeit direkt zurückzuführen auf
die Strahlsteuerung, wie sie durch die Wechselwirkung mit einem
magnetischen oder elektrostatischen Feld erreicht wird.
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Die Erfindung wird allgemein in Verbindung mit
einem vielversprechenden Verfahren beschrieben, abhängig von
einer einfachen segmentierten Maske mit einer Bildrekonstruktion,
die von dem "Steppen", d. h. dem Zusammensetzen sequentiell projizierter,
benachbarter Segmente abhängt.
Die Beherrschbarkeit, welche das Verfahren fördert, ist zurückzuführen auf
die einfache präzise
Steuerung eines Strahls geladener Partikel, findet Anwendung bei
alternativen Verfahren. Beispielsweise kann durch Programmierung
eine wiederholte Verwendung eines oder mehrerer Segmente möglich sein,
z. B. durch Schaffung eines Aneinanderfügens sich wiederholender Segmente.
In diesem Sinn kann die Maske insgesamt oder teilweise als "Segmentkatalog"
betrachtet werden, der eine relativ geringe Anzahl von Segmenten
enthält,
die mehrmals auswählbar
und verwendbar sind in beabstandeten oder benachbarten Positionen,
um ein Bild herzustellen. In gewisser Weise bedeutet diese Abwandlung
eine Bilderzeugungsprozedur, die sich eher als "Konstruktion" eines
Bildes beschreiben läßt als "Wiederherstellung",
wobei der erstgenannte Ausdruck im Folgenden allgemein verwendet
wird, da er allgemein gültiger
ist. Der gleiche mechanische Zusammenhang, unterstützt durch
diesen Beitrag der Musterbildung durch geladene Partikel, ermöglicht das
Weglassen von einem oder mehreren Segmenten bei der Bildkonstruktion.
In ähnlicher
Weise kann ein Segmentkatalog aus Gründen der Redundanz geschaffen werden,
das heißt
für die
Einbeziehung von zwei oder mehreren identischen Segmenten in einer
Maske, um einen Austausch von Anfangs defekten oder später beschädigten Segmenten
zu ermöglichen.
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Die Abweichung von dem einfachen
Konzept, dass nämlich
eine Mustermaske für
ein kontinuierliches Chip einfach segmentiert wird, kann zu weiteren
wirtschaftlichen Kostenvorteilen und auch zu einem Vorteil in der
Größe der Anlage
führen.
Ein Segmentkatalog, selbst wenn er aus Gründen der Redundanz vorhanden
ist, kann gewisse und wesentlich weniger Segmente für die wiederholte
Verwendung enthalten. Dies gestattet die Verwendung einer kleineren
Maske mit verschiedenen, damit einhergehenden Vorteilen, beispielsweise
verringerte Masken-Kosten. Eine Größenverringerung der Maske ermöglicht eine
entsprechende Größenverringerung
der Apparatur, sowohl was die Aufnahme der Maske angeht, als auch,
was möglicher
Weise noch wichtiger ist, was die Größe des Linsensystems angeht.
Eine Reduzierung der Apparaturgröße hat auch Vorteile
in Hinblick auf den erforderlichen Platz und die aufzuwenden Kosten.
Alternativ kann die zugelassene Verringerung der Anzahl von Segmenten
in der Maske eine stärkere
Verringerung des Verhältnisses
von Maske und Wafer bei gegebener Apparaturgröße ermöglichen.
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Verfahren gemäß der Erfindung können in vorteilhafter
Weise Gebrauch machen von "Streufiltern", die selektiv Musterzeichnungs-Strahlung durchlassen oder
sperren, je nach Streuwinkel, wie es allgemein durch die Maske vorgegeben
ist. Für Prozesse,
die von Musterbildungsinformation abhängen, welche mit Hilfe einer
streuenden/nicht streuenden Maske in die Strahlung eingebracht wird,
kann das Streufilter selektiv an sich nicht gestreute Strahlung
durchlassen oder sperren. Erstere Funktion kann von einer einfachen
Apparatur in einer ansonsten sperrenden Platte ermöglicht werden,
wobei sich die Apparatur auf der optischen Achse befindet. Ein selektives
Durchlassen gestreuter Strahlung kann durch eine ähnlich angeordnete,
aber ringförmige Apparatur
erreicht werden (natürlich
muss eine Halterung für
die zentral angeordnete Sperrzone vorhanden sein, ggf. durch Einsatz
von einem oder mehreren feindimensionierten Stegen). Das Streufilter
kann in Systemen, die von einer Absorptions-Transmissions-Maske sowie von Streuung/Nichtstreuung
abhängen,
die die Aufgabe haben, eine Kantenstreuung zu verringern, zu welchem
Zweck von einer zentral angeordneten Apparatur Gebrauch gemacht wird.
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Es ist übliche Praxis, einschlägige optische Systeme
anhand von Musterbildungsstrahlung zu diskutieren, die durch parallele
Strahlen an der Maske erzeugt wird. In diesem Zusammenhang, in welchem
an sich ungestreute Musterbildungsstrahlen, die aus der Maske austreten,
parallel zu der optischen Achse verlaufen, wird das Streufilter
in der hinteren Brennebene des Systems angeordnet. Unter diesen
Umständen
definiert die hintere Brennebene die Stelle, an der derartige Strahlen
einander kreuzen. Unter anderen Umständen fällt die Kreuzungsebene nicht
mit der hinteren Brennebene zusammen, was die Anordnung des Streufilter
an einer anderen Stelle bedingt. Die Anordnung des Streufilters
an der Kreuzungsebene ermöglicht
eine Verringerung der Apparaturgröße und ermöglicht eine bessere Entscheidung
basierend auf dem Streuwinkel im Fall einer streuenden/nicht-streuenden
Abbildung, um maximale Auflösung
zu ermöglichen.
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Nebenbei bemerkt, kann das Streufilter
die zusätzliche
Funktion haben, eine numerische Apertur zu definieren. Alternativ
kann ein zweites Aperturfilter so ausgebildet sein, dass speziell
diese Funktion erreicht wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine schematische, perspektivische Ansicht einer segmentierten Maske
gemäß der Erfindung,
angeordnet in einer beispielhaften Projektionsapparatur, die so
ausgerüstet
ist, dass der Aufbau des Musters in der Bildebene ermöglicht ist.
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2 zeigt
eine repräsentative
Maske gemäß der Erfindung,
wobei 2A die Maske und 2B einen Vergrößerungsabschnitt darstellt,
jeweils in perspektivischer Ansicht.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Maskensegments und zeigt sowohl
Streben als auch Randleisten.
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4 umfasst: 4A, welche ein segmentiertes Muster für eine Maskenherstellung
veranschaulicht, 4B, die eine entsprechende
Zone einer derartigen Maske zeigt, und 4C,
die das erzeugte Bild veranschaulicht, wie es auf dem Resistmaterial
erscheint.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Zeichnung
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Figur 1
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Diese Figur veranschaulicht schematisch eine
zeit-sequentielle Ausleuchtung einer Maske 10 anhand der
Beleuchtung von im vorliegenden Fall zwei einander benachbarten
Segmenten 25 und 26. Zuerst wird das Segment 25 mit
Hilfe von Partikelstrahlen 11 exponiert, anschließend wird
das Segment 26 mit Partikelstrahlen 12 exponiert.
Die dargestellte Maske 10 besteht aus einer Membran 13,
die im Fall der dargestellten Apparatur ohne Öffnungen ausgebildet ist. Eine
Apertur-Maske, wie sie für
die Ionen-Musterbildung eingesetzt wird, wird an anderer Stelle
diskutiert, würde
keine andere Änderung
der dargestellten Figur bewirken. Bei der Ausführungsform, bei der Strahlen 11 und 12 aus
Elektronen bestehen, die vorzugsweise mit Hilfe einer Beschleunigungs spannung
im Bereich von 50–200
kV (was 50–200
keV Elektronen bedeutet) Geschwindigkeit erhalten, besteht eine
Membran 13 aus einem durchgängigen Flachstück, ausreichend
transparent und von unzureichender Streuung für die erforderliche Abbildung.
Um ein Beispiel zu geben: Die Membran kann aus einem 0,1 μm dicken
Flachstück
aus polykristallinem Silizium mit einer Kristallitgröße bestehen,
die für
Abbildungs-Anforderungen tolerant ist, beispielsweise bei einem
Fünftel
der kleinsten Merkmalabmessung. Das entwickelte Maskenbild wird
definiert durch Sperrzonen 14, im vorliegenden Fall durch
streuende Zonen beispielsweise, gebildet durch polykristallines
Wolfram. Zufriedenstellende Versuchsergebnisse wurden mit Hilfe
von Sperrzonen 14 erreicht, die größenordnungsmäßig die
gleiche Dicke wie die Membran 10 besaßen, bei einer Reihe von Versuchen
besaßen
die Sperrzonen eine Dicke von 0,05 μm (50 nm oder 500 Å). Randleisten 15 gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung bestehen aus dem gleichen Material
und haben die gleiche Dicke wie die Sperr-/Streuzonen 14.
Was zu dem gleichen Ausmaß der
Sperrung führt,
beispielsweise dem gleichen Maß der
Streuung (für
den bevorzugten SCALPEL-Prozess). Halte-Streben 16, die in
Verbindung mit der 2 diskutiert
werden haben beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm und eine Höhe von 1,0
mm, wie sie von den Strahlen 11/12 angetroffen werden, sie sind
so beabstandet, dass ein Maskensegment definiert wird, hier ein
1 mm großes
Segment zwischen Streben 16.
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Die auftretenden Strahlen 11a und 12a veranschaulichen
jenen Teil der Zeichnungsenergie, der von den Sperrzonen 14 oder
den Randleistenzonen 15 nicht angetroffen und folglich
nicht gestreut wird Teile der Belichtungs- oder Expositionsstrahlung,
beispielsweise in Form von Elektronenstrahlung, die auf Musterbildungszonen 14 und
auf Randleistenzonen 15 auftreffen und statistisch so gestreut
werden, dass sie die Wafer-Ebene nicht erreichen, sind nicht dargestellt.
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Ungesperrte Exposition, die folglich
vornehmlich aus Strahlen 11a und aus strahlen 12a besteht,
wird mit Hilfe einer ersten elektromagnetischen/elektrostatischen
Projektionslinse 17 zum Konvergieren gebracht, um dadurch
Strahlenabschnitte 11b und 12b zu bilden, die
zu Kreuzungsstrahlen, beispielsweise Strahlen 11c und 12c an
der Stelle 18 werden, wobei die Kreuzungsstelle sich in der
Ebene des Apertur-Streufilters 19 befindet. Wie bereits
diskutiert, befindet sich das Filter 19 beispielsweise
auf der hinteren Brennebene, in der die Strahlen 11a und 11b parallel
zur optischen Achse verlaufen.
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Eine zweite Projektionslinse 22 ist
so aufgebaut und wird derart mit Energie gespeist, dass die Strahlen
jedes Strahlenbündels,
gebildet aus Strahlen 11c und 12c, eine parallele
Lagebeziehung erhalten. Im Fall der Strahlen 11d, es sind
dies die Strahlen des Bündels
auf der optischen Achse, reicht beispielsweise die Wirkung der Linse 22 aus,
damit die Strahlen orthogonal auf dem Wafer 24 auftreffen,
soweit die Strahlen auf der Achse liegen. Für gegenüber der Achse versetzte Strahlenbündel, beispielsweise
hier bei dem Bündel,
das aus den Strahlen 12c besteht, ist eine Umlenkung erforderlich,
um eine Kompensation für
die umgangenen Streben 16 sowie die Randleisten 15 zu
erreichen. Diese "Zusammenheft"-Wirkung liegt in der Verantwortlichkeit
von Zusammenheft-Ablenkern 20 und 21. Die Ablenken 20 werden
derart mit Energie gespeist, dass sie die außerachsigen Strahlen wie z.
B. die Strahlen 12c derart umlenken, dass sie zu neupositionierten
Strahlen werden, die hier mit 12d bezeichnet sind. Die
Funktion der Ablenken 21 besteht darin, eine End-Richtungssteuerung
zu bewirken, so dass Strahlen 12e bei der dargestellten
Prozedur entstehen, die in Nebeneinanderstellung mit den Strahlen 11d Abbilder der
betreffenden Streben 5, 16 und Randleisten 15 beseitigen.
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Wie an anderer Stelle im Rahmen der
vorliegenden Offenbarung richtet sich die Beschreibung in besonderem
Maße auf
eine Vorrichtung und auf Verfahrensaspekte, die in einzigartiger
Weise mit der Erfindung zu tun haben. Der einschlägige Stand
der Technik bewegt sich auf einem hochentwickelten Niveau, einem
Niveau, welches abträgliche
Effekte stillschweigend eliminiert, ebenso wie wahrscheinlich anzutreffende
Verzerrungen. Die erfindungsgemäße Lehre
läßt sich
unter Einsatz all derartige Vorrichtungen und Verfahren sowie zukünftiger
Abwandlungen implementieren. Linsen, wie sie bei 17 und 22 dargestellt
sind, dienen als Beispiel. Es erscheint unangemessen, detaillierte
Entwurfs-/Verarbeitungsbedingungen einzubeziehen, da diese ohne
weiteres aus der Literatur entnehmbar sind. Experten auf diesem Gebiet
kennen sich aus mit Anlagen und Entwürfen für passende Fokussierung, insbesondere
was die Beeinflussung der Richtung geladener Teilchen angeht. Es
wird verwiesen auf Standard-Texte wie beispielsweise P. Dahl, Introduction
to Electron and Ion Optics, Academic Press, New York (1973). Diese Schrift
zeigt die gegenseitige Austauschbarkeit von elektrostatischen und
magnetischen (eher elektromagnetischen) Linsen.
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Die Bezugzeichen 17 und 22 sind
entsprechend auszulegen. Repräsentative,
dargestellte Strukturen sind ringförmige Bipole mit nicht dargestellten
Aktivierungsspulen. Während
es wahrscheinlich ist, dass eine kommerzielle Apparatur diese Form zumindest
am Anfang annimmt, so soll die Darstellung nur beispielhaft sein.
Bezugnahme auf diese Elemente erfolgt vereinbarungsgemäß unter
dem Begriff "Linsen". Linsenfunktionen werden bewirkt durch Feldmuster,
die durch die dargestellten Strukturen erzeugt werden. Die nummerierten
und dargestellten Elemente sind tatsächlich die Generatoren oder
Erzeuger von Feldmustern, um die es geht, und nicht die Muster selbst.
Gleichermaßen
ist die Darstellung von lediglich zwei derartigen "Linsen" nur repräsentativ
zu verstehen. Eine Abbildung erfordert tatsächlich mindestens zwei Linsen,
während
eine reale Apparatur, ausgebildet zum Kompensieren von vielfältigen Verzerrungen,
eine oder mehr zusätzliche Linsen
enthalten kann.
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Zum Zweck der Stromüberwachung,
dh. der Anzahl geladener Partikel, die auf dem Detektor auftreffen,
ist ein sogenannter Rückstreu-Elektronen-Detektor
(mit jeweils Back Scattered Electron Detector) vorgesehen. Dessen
Einsatz kann auf berechneten Ergebnissen beruhen, ohne einfach auf
einer versuchsweisen Beobachtung früherer, damals als angemessen
betrachteter Bedingungen.
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Wie oben angegeben, kann die passende Temperatur
auf Textmaterial beruhen wie beispielsweise von P. Dahl, Introduction
to Electron and Ion Optics, Academic Press, New York (1973); L.
M. Myers, Electron Optics, Van Nostrand Co., Inc., New York (1939);
und Magnetic Electron Lenses, P. W. Hawkes, (Herausgeber), Springer
Verlag, New York (1982). Brauchbare Entwurfsmöglichkeiten für Elektronen-Musterzeichnungen
können
von Erfahrungen Gebrauch ma chen, die sich aus der Elektronenmikroskopie
sowie Anlage für
direkte Musterbildung ergeben.
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Wie anderweitig im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung erwähnt,
ist die spezifische Beschreibung lediglich beispielhaft. Beispielsweise
wird das Zusammenheften in Verbindung mit Strahlbündeln erläutert, die
senkrecht auf dem Wafer auftreffen. Tatsächlich kommen Umstände in Betracht,
unter denen derartige Strahlbündel
nicht notwendiger Weise senkrecht auftreffen, sondern die Strahlbündel unter
spezifischen, sich ändernden
Auftreffwinkeln auftreffen. Die US-Anmeldung 07/852 272 betrifft speziell
ein Verfahren, das als eine bevorzugte Spezies der Erfindung dienen
kann. Jene Anmeldung berücksichtigt
die Bewegung der Bildinformation, entweder ein Segmentteil oder
ein gesamtes Segment, oder - alternativ -- einen Abtaststrahl, der
bei der Musterausleuchtung auf dem Wafer auftritt und schräg verlaufen
kann. Die Streben 42 können,
wie 3 zeigt, sich in
einem Ausmaß verjüngen, wie
es erforderlich ist, um eine solche "Schrägabtastung" zu ermöglichen.
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Die Beschreibung dieser Figur erfolgt
in Übereinstimmung
mit anderweitiger Diskussion hier vornehmlich bezüglich der
aus der vorliegenden Erfindung resultierenden Variante. Die Figur
setzt eine geeignete Partikelquelle voraus, beispielsweise in Form
der Strahlen 11 und 12. Bekannte Quellen für Elektronen-
sowie Ionenstrahlung sind an anderer Stelle beschrieben, vergl.
Ludwig Reimer, Transmission Electron Microscopy, Seiten 86–99, Springer Verlag,
New York (1984); und "Beam Processing Technologies", VLSI Electronics
Microstructure Science, Herausgeber N. G. Einspruch et. al, Academic Press,
v. 21, Seiten 157–203
(1989).
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Eine geeignete Quelle liefert Elektronen,
die von einer einkristallinen Lanthan-Hexafluorid-Quelle mit einer Beschleunigung
von 70 keV emittiert werden. (Eine passende Kathodenquelle ist beschrieben in
dem oben zitierten Artikel "Transmission Electron Microscopy). Derzeit
verfügbare
Quellen können Elektronen
liefern, die auf 70 keV ± 5eV
mit einer Helligkeit von etwa 1 × 106 A/cm2/Strang und einem Strom von etwa 5 mA beschleunigt
sind. Eine Apertur von etwa 1 mrad kann als Eintrittspupille für die Beleuchtungslinse
dienen, um einen effektiv parallelen Strahl mit einem Querschnitt
von etwa 1 mm bei im wesentlichen gleichförmiger Dichte zu erhalten,
der in Erscheinung tritt wenn der Strahl exponiert bei Auftreffen
auf eine Maske wie beispielsweise der Maske 13 in 1 sofort die Gesamtheit
eines 1 mm großen Segments,
die aus der Diskussion dieser Figur hervorgeht, der auftretende,
jetzt mit einem Muster versehene Strahl wird dann unter dem Einfluss
einer ersten Projektionslinse (der Linse 17) so fokussiert, dass
ein Brennpunkt in der einen Durchmesser von 100 μm aufweisenden Apertur eines
Streufilters entsteht (in Übereinstimmung
mit einer Brennweite von 10 cm und einem Akzeptanzwinkel von 1 mrad
für ein Apertur-Streufilter
wie das in 1 gezeigte
Filter 19). Der anschließende Durchgang durch eine
zweite Projektionslinse und eine Verschiebung mit Hilfe der Zusammenheftungs-Dipoldeflektoren 20, 21 führt zu der
Rekonstruktion des Wafer-Bildes.
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Die bisherige Beschreibung betraf
die Verkleinerung von der Maske auf den Wafer, etwa in einem Verkleinerungsverhältnis von
4x von 5x. Grundprinzipien der Erfindung sind gleichermaßen auf
andere Verkleinerungsverhältnisse
zwischen Maske und Wafer anwendbar, auch auf 1 : 1-Systeme, ja sogar
auf eine Vergrößerung (obschon
derzeit für
diese Besonderheit kein Bedarf zu erkennen ist).
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Figur 2
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2A zeigt
eine mittels Streben gehalterte Membran-Maske 30. Die Maske 30 wird
von einem Ring 31 gehalten, letzterer mit geeigneter Steifigkeit und
Temperaturtoleranz sowie weiteren Bedingungen aufgebaut. Es wird
angenommen, eine 4x-Maske 30 trage ein Einzelchip-Muster, ausgestaltet
für ein
dem Stand der Technik entsprechenden Chip von etwa 1 cm Größe; in diesem
Fall beträgt
der Innendurchmesser des Innenrings 31 ≈ 5 – 6 cm. Dicke sowie Höhe betragen ≈1 cm, was
sich für
einen Glasring als angemessen erwiesen hat.
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Wie in 2 zu
sehen ist, ist die von der Rahmenleiste 34 umschlossen
Maskenfläche
durch ein Rost von Streben 33 gehaltert, was Segmente bildet.
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Betrachtet man einen 1-Gigabite-DRAM
mit einer funktionellen Chipfläche
von 35 × 17mm2 in Masken-Wafer-Verkleinerungsfeld von
4 : 1, so besitzt die dargestellte Maske 30 eine Maskenfläche von
140 mm × 68
mm. Die Detailansicht der 2B zeigt
zwei Segmente 32, die von Randleisten 34 definiert
sind und von Streben 33 gehaltert sind, jeweils mit einer
Dicke W ≈ 0,1
mm und einer Höhe
Z ≈ 1,0 mm,
so dass ein Segment-Mittenabstand L von ≈1,0 mm verbleibt. Die Membran 30 hat
typischer Weise eine Stärke
t in Bereich von 500 Å bis
2000 Å.
Die angegebenen Abmessungen haben sich als geeignet erwiesen für ein Membranmaterial
aus Silizium oder Siliziumnitrid und für Streben, die aus elementarem Silizium
oder aus Quarzglas gefertigt sind. Die angegebenen Abmessungen für die Haltestreben
sind konservativ, indem sie zu einer Durchbiegung von weniger als ≈2 μm insgesamt
führen,
angemessen für
die angestrebte Genauigkeit der Entwurfsregeln von 0,1 mm. Der endgültige Entwurf
wird wohl auf Versuchen beruhen. Allgemein gesagt, ist das Durchhängen proportional
zu L4, die Steifigkeit ist proportional
zu t3 (der dritten Potenz der Membranstärke).
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Figur 3
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Diese Figur zeigt ein Maskensegment 40, das
von Streben 41 und 42 getragen wird. In diesem Fall
sind die Streben so angeordnet, dass sich ein Segment-Mittenabstand mit
einer Gesamtspanne von. 1,3 mm ergibt, so dass Randleisten 43 und 44 möglich sind
und eine funktionelle Größe von 1,0
mm für
ein Maskensegment und die Abbildungszone der Maske erreicht wird.
Solche Abmessungen sind für eine
Membranstärke
t im Bereich von 500–1000 Å. geeignet.
Streben 41 und 42 sind gemäß Darstellung verjüngt ausgeführt, beginnend
bei einer maximalen Dicke von ≈0,1mm
bei der Berührungsstelle
mit der Maske, bis hin zu etwa 0,08 bei einer Höhe von 1 mm. Wie bereits oben
diskutiert, dient die Verjüngung zur
Anpassung der Art der Abtastung, wie dies in der US-Anmeldung 07/852
272 beschrieben ist.
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4 umfasst
vier Ansichten 4A, 4B und 4C, die die
Segmentierung des Aufbaus einer Maske und den Aufbau eines endgültigen Wafer-Abbilds
veranschaulichen. Masken- und Wafermuster haben gemäß Darstellung
gleiche Abmessungen entsprechend einer 1 : 1-Projektion von Maske
zu Wafer. Während
dies im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre
liegt, sehen bevorzugte Ausführungsformen
jedoch eine Verkleinerung vor.
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In 4A ist
das Muster 50 in Viertel 51, 52, 53 und 54 aufgeteilt
und beinhaltet Streben 55 und 56 an den gestrichelten
Linien. 4B zeigt entsprechende Zonen
einer Maske oder eines Maskenausschnitts 59, der zum Zweck
der Darstellung als auf einem Material kreisförmigen Querschnitts 60 gelagert dargestellt
ist. In dieser Figur sind die nun ausgeführten Streben 57 und 58 (an
den Stellen 55 und 56) von Randleisten 59 bzw. 60 umfasst.
Mustersegmente 51, 52, 53 und 54 sind
in den Maskensegmenten 61, 62, 63 bzw. 64 enthalten.
Sequentielles Drucken der Segmente 61 bis 64 in
der Weise, dass diese nebeneinander liegen und die Streben und Randleisten 57, 58, 59 und 90 -
durch Zusammenheften der Segmente - beseitigt sind, führt zu dem
konstruierten Bild 70, das in der Ansicht der 4C gezeigt
ist.
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Allgemeines
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Wie in dem Kapitel "Offenbarung der
Erfindung" angeregt ist, kann die Maske eine Anzahl von Formen annehmen,
die als Segmentkatalog dienen oder einen solchen enthalten, um für das Zusammenheften
eines fertigen Wafer-Bilds ausgewählt und positioniert zu werden.
Eine zulässige
Verringerung der Anzahl von Maskensegmenten kann folgende Vorteile
erbringen: verringerte Kosten, geringere Baugröße, mögliche Redundanz (Einbeziehung
von zwei oder mehreren identischen Elementen, um Defekte zuzulassen
und dadurch die Lebensdauer der Maske zu verlängern) und dergleichen. Es
wird erwartet, dass die anfängliche
Verwendung der Erfindung die Form der direkten Erweiterung derzeitiger
Praxis annimmt, wobei ein kontinuierliches Chip-Muster in einfacher
Weise (durch Streben und Randleisten) segmentiert wird. Übereinstimmend
mit der Gesamtoffenbarung betrifft dieser Abschnitt hauptsächlich solche
Maßnahmen.
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Die Erfindung ist abhängig von
dem Einsatz der Exposition mit geladenen Partikeln, entweder Elektronen
oder Ionen. Das Drucken aufeinanderfolgender Segmente durch Projektion
durch die vielfach segmentierte Maske hat den Vorteil des exakten Masken-/Chargenverhältnisses
für jede
Form der Exposition. Unabhängig
davon, ob die ausgewählte
erfindungsgemäße Vorgehensweise
einen Arbeitsschritt/Wiederholungsschritt-mit oder ohne Bewegung
des Bildes und/oder Objektbühne
während
des Drucks eines gegebenen Segments - beinhaltet, eine exakte Steuerung
zwecks Erfüllung
der Platzierungsanforderung zieht Vorteil aus der Unveränderlichkeit dieses
Verhältnisses.
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Für
die einfachste Vorgehensweise, mit der die Gesamtheit eines mittels
Streben identifizierte Sequenz gleichzeitig projiziert wird, kann
das Zusammenheften oder Zusammenfügen die ausschließliche Domäne einer
programmgesteuerten Ansteuerung von Deflektoren wie z. B. der Elemente 20 und 21 aus 1 sein. Für eine Betriebsart
beinhaltet der das Zusammenheften umfassende Lithografieschritt auch
die mechanische Bewegung. In dieser Betriebsart werden sowohl die
Masken- als auch die Waferbühne
bewegt, und zwar mit einem Geschwindigkeitsverhältnis, welches angepasst ist
an das Größenverhältnis zwischen
Maske und Wafer (beispielsweise wird das Masken-Wafer-Abbildungsverhältnis von
4 : 1 mit einem erhöhten
Geschwindigkeitsverhältnis
bearbeitet, wie es von der Streben-/Randleisten-Segmenttrennung
vorgegeben wird für
das dargestellte Zweilinsensystem verlaufen Masken- und Waferbewegung
entgegengesetzt.
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Weitere Betriebsarten sind möglich und
ziehen gleichermaßen
Nutzen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Möglich
dabei ist eine Rasterabtastung mit Hilfe eines Strahls kleinen Durchmessers in
Relation zu dem zu projizierenden Segment. Diese Abwandlungsform
kann ebenfalls Vorteile aus dem Schrägabtastverfahren gemäß der US-Patentanmeldung
07/852 272 ziehen.
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Maskenentwurf
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Wie bereits erwähnt, wird der Maskenentwurf
hier anhand einer einfachen, kontinuierlichen Mustermaske erläutert, allerdings
ausgestattet mit den Streben und Randleisten gemäß der vorliegenden Lehre. Weiterhin
betrifft die Diskussion allgemein die bevorzugte Ausführungsform,
die sowohl Elektronen-Be strahlung als auch den Einsatz einer kontinuierlichen,
aperturfreien Streuungs/Nichtstreuungs-Maske beinhaltet, geeignet
für die
Elektronenbestrahlung. Im speziellen Fall betrifft die Beschreibung
der Maske ein 4x-Verkleinerungssystem, ausgestaltet für die Bildung
eines 17 × 35-mm-DRAM-Chips. Die kleinste
Maskengröße ermöglicht eine
Reserve von 30% für
lineare Abmessungen zur Fertigung von Streben und Randleisten, was
zu einer 90 × 180
mm-Maske führt.
Die Bildung eines Rosts soll die Maske innerhalb von ±2μm flachhalten.
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Mernbranfläche - die maximale nichtunterstützte Membranfläche läßt sich
durch folgende Formeln ableiten, die den Differenzdruck P, der auf
die Membran bei maximaler Auslenkung δ einwirkt und die in der Membran
zustandekommende Spannung σ in
Beziehung zueinander setzt:
wobei r = Membramadius,
t = Membrandicke und σf =
Bruchfestigkeit. Eine Bruchfestigkeit von ≈1GPa, wie sie im Versuch für 0,1 μm dicke Membranen
aus polykristallinem Silizium beobachtet wurde, entspricht einem
Differenzdruck von 0,9 Atmosphären für eine Segmentabmessung
von 1,2 mm - ein Wert, der ausreicht für die in Betracht kommenden
Anforderungen.
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Roststruktur
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Spezielle Anforderungen werden als
nicht im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erforderlich betrachtet.
Eine beispielhafte Struktur ist in Verbindung mit 2 dargestellt. Am wichtigsten ist, dass das
erfindungsgemäße Verfahren
abhängt
von der Definition der durch die Randleisten zu druckenden Zone,
möglichst
definiert während
des gleichen Zeichen-/Entwicklungsverfahrens, welches auch für die Merkmalserzeugung
in der zu druckenden Zone verwendet wird. Möglich ist auch ein beschleunigtes
Zusammenfügen
oder- heften, um
die gewünschte
Präzision
zu erzielen. Wie bereits diskutiert, können auch Randleisten einem
zusätzlichen
Zweck dienen - bei passenden Betriebsbedingungen können sie eine
solche Breite haben, dass sie Zeichnungsenergie in der Strahlführung absorbieren
oder streuen und so eine Aufheizung der Streben vermeiden oder verringern,
Ansonsten könnte
eine Aufhetzung zu einer Streben-Ausdehnung kommen, mit dem Ergebnis
einer Maskenverzerrung, die eine stärkere Zusammenheft-Steuerung
erfordert. Unter Versuchsbedingungen wurde eine auf 50 kV beschleunigter
Elektronenstrahl mit einem Nenn-Querschnitt von 1 mm beobachtet,
der Abfallzonen ("Keulen") besaß,
die sich in einem für
eine Erhitzung relevanten Abstand von 100 mm erstreckten. Die Vermeidung
der Strebenerhitzung wird dementsprechend durch ähnlich dimensionierte Randleisten
erreicht. In der vorliegenden Darstellung beläuft sich die Segment-Reserve einschließlich 100
mmStreben auf insgesamt 300μm. Ein
Masken-Druckflächenbereich
von 1 × 1
mm2 erfordert also eine Membranzone mit
einer größeren 1,3 × 1,3 mm
zwischen den Streben (30% Zuschlag).
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Weitere Erwägungen für den Maskenentwurf ergeben
sich aus Timoshenko "Theory of Plates and Shells", McGraw Hill (1940)
die auf den Seiten 228, 229 dargelegten Beziehungen ermöglichen
Maskenabmessungen für
eine maximale Auslenkung 5 von 1–2 μm. Entsprechende Gesamtrostabmessungen
- die Abmessung der gesamten Arbeitsmaske - wie sie sich durch die
Berechnung ergeben, betragen 10 cm für die kürzere Spanne zwischen zwei
Streben für
einen 2 : 1-Rechteckrost und 15 cm für einen quadratischen Rost.
Photoform®-Glas
ist ein Beispiel für eine
Klasse fotoempfindlicher Glase, die mit einer Polysilizium-Membran
kompatibel sind und auch ansonsten den oben angesprochenen Erforderungen genügen.
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Eine detaillierte Betrachtung der
zur Umsetzung der Erfindung in die Praxis geeigneten Software, insbesondere
in Verbindung mit dem Zusammenheften z. B. dem Bild-Wiederaufbau
braucht im Gegenstand der vorliegenden Beschreibung nicht abgehandelt
zu werden., Die Erfindung wird vornehmlich im Rahmen des raschen
Einsatzes in der Anlage beschrieben, der durch das zu verlässige Massen-Ladungsverhältnis von
Ionen oder Elektronen und eine Geschwindigkeitssteuerung zu erreichen
ist. Es ist die Realisierung dieser Besonderheit, die den erfindungsgemäßen Fortschritt
bietet. Die Programmierung/Software, die verschiedene Faktoren berücksichtigt
und so zu einer präzisen
Bild-Rekonstruktion führt,
ist bekannt.
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Aufbauprozedur
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Die verschiedenen Faktoren, die erforderlich sind
zum Erzielen der angestrebten Bildrekonstruktion, wurden in angemessener
Weise dargelegt. Der gesamte Prozess läßt sich gleichzeitig mit der
waferweisen Fertigung durchfahren. Unter zahlreichen Umständen jedoch,
bei denen die Fertigung vieler identischer Wafer erfolgt, wird eine
gewisse Zeit und Kostenersparnis dadurch erreicht, dass man die
verschiedenen Korrekturen - Aberrationen/Verzerrungen - in eine
Anfangsprozedur einbezieht, um im Zuge der Fertigung dann eine passende
Eichung und Korrektur zu erzielen. Während sich zwar die Bedingungen ändern und
dementsprechend eine wiederholte Eichung/Korrektur erfordern, so
ist abzusehen, dass die Fertigung von zahlreichen Wafern ohne Änderung
möglich
ist. Bei einer bestimmten Kombination betrachteter Umstände ist
zu erwarten, dass eine Eichung oder Kalibrierung tageweise vorgenommen werden
kann.
