DD216137A1 - Verfahren zur direkten abbildung von mikrostrukturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Abbildung von Mikrostrukturen mittels geladener Teilchen zur Herstellung integrierter mikroelektronischer Schaltkreise auf dem Gebiet der Halbleitertechnik. Das Ziel der Erfindung besteht darin, Substrate mittels hochenergetischer geladener Teilchen, beispielsweise Elektronenstrahlen, direkt zu strukturieren, ohne dass aeussere Einfluesse den Strukturierungsprozess negativ beeinflussen koennen. Die Aufgabe besteht darin, das Sunstrat in definiert vorgegebenen Bereichen ohne Maske oder Schablone unter Zuhilfenahme der Substrattischbewegung so zu exponieren, dass die Strukturabbildung des Schaltkreises direkt auf d.Substratoberflaeche erfolgt. Erfindungsgemaess werden dazu ein vorgeformtes Elektronenstrahlenbuendel so nachgeformt, dass ein Strahlenband entsteht, dessen Breite um ein Vielfaches groesser als seine Dicke ist. Dieses Band wird verschiedenen Ablenkeinrichtungen zugefuehrt, definiert ausgelenkt, der unausgelenkte Strahlenbandanteil wird nachgeformt, beschleunigt u. auf das Substrat gerichtet, wo durch Bewegung desselben entsprechend eines Computerprogrammes die Struktur exponiert wird.

Description

Verfahren zur direkten Abbildung von Mikrostrukturen

Anwendungsgebiet der Srfindung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Abbildung von Mikrostrukturen auf einem Substrat mittels geladener Teilchen, beispielsweise Slektronenstrahlen, für die Herstellung integrierter mikroelektronischer Schaltkreise. ' . '. . . '; " ^; . : ' '. ; ' " Das Verfahren ist auf dem Gebiet der Halbleitertechnik anwendbar. ; : . '

Charakteristik der bekannten technischen ,Lösungen.

Ss sind Verfahren zur Strukturierung von Halbleitersub- \ straten mittels hochenergetischer ,geladener Teilchen, beispielsweise Slektronenstrahlen, bekannt, bei denen in einem Vakuum ein Blektronenstrahlenbündel gebildet und konzentriert wird, welches durch eine einer Ablenkein-¹ richtung zugeführte' elektrische Spannung so positioniert wird, daß das Slektronenstrahlenbündel zu einer vorbestimmten Position auf einem gegenüber Slektronenstrahlen empfindlichen Material auf einem Substrat bewegt ^;wird. Der auf dem strahlenempfindlichen Material entstehende Brennfleck wird entsprechend einer vorgegebenen Strukturierung durch Bewegung des Slektronenstrahlenbündels .

oder der das .Substrat tragenden Substrataufnahme so aneinandergereiht vervielfacht, daß eine der geforderten Strukturierung, beispielsweise die eines bestimmten Schaltkreises entsprechende Struktur, exponiert wird. Dieses als Elektronenstrahldirektbelichten oder Elektronenstrahlschreiben bekannte Verfahren ist relativ auf -wendig, da -die im Bereich von 0,1 bis wenige Mikrometer liegende Brennfleckgröße bis zur Exponierung der , Gesamtstruktur einen im Verhältnis zur Substratiläche hohen Zeitaufwand erfordert.

Sin anderes Verfahren arbeitet nach dem Prinzip eines durch ein System von Steuereinrichtungen ausgebildeten !Formstrahles j unter welchem mäanderförmig ein zu bestrahlendes Substrat hindurchgeführt- wird. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes e-Strahlsystem erfordert einen nicht, unerheblichen.'Zeitaufwand für die Exponierung der Struktur sowie einen komplizierten Steuer- und Hegelmechani sinus für die Substrat- und Strahlbewegung:, da der Bereich der maximalen Strahlablenkung im Vergleich zur gesamten au exponierenden Fläche gering ist und deshalb das Substrat schrittweise unter dem Ablenkbereich des Elektronenstrahles bewegt werden muß» Die Bewegung des Substrates führt zwangsläufig zu unerwünschten und die Zuverlässigkeit und Qualität beeinträchtigenden Schwingungen im Gesamtsystem. Desweiteren hat die Ablenkspannung direkten Einfluß auf die Position des abgelenkten Slektronenstrahlbündels während des Exponierungsvorganges.'Deshalb ist zur Stabilisierung der Ablenkspannung 'ein ebenfalls hoher Aufwand für die Versorgungselektronik und Abschirmungsmaßnahmen erforderlich. ' :

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Ziel der Erfindung .· - "\

Das Ziel der -Erfindung besteht darin, Substrate mittels hochenergetischer geladener Teilchen, beispielsweise Elektronenstrahlen, direkt zu;strukturieren, ohne daß störende Einflüsse, wie Schwingungen des Anlagensystems aus SubstrattischbewegiLQgen oder destabile Spannungen an den Ablenkelektroden den Strukturierungsprozeß beein~ trächtigen.

Aufgäbe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur direkten Erzeugung" von Mikrostrukturen mittels hochenergetischer geladener Teilchen.» beispielsweise Elektronenstrahlen, zu entwickeln das es ermöglicht, in definiert vorgegebenen Bereichen auf einem Substrat ohne linsatz einer Maske oder Schablone Strukturen herzustellen, ohne daß komplizierte Vorrichtungen/zur Schwingungskompensation der Substrattischbewegungen der Anlage, sowie zur Erzeugung hochpräziser Ablenkspannungen für die Ablenk-.. elektroden der Anlage vorgesehen sein müssen.

Merkmale der Erfindung .\ '

SrfindungsgemäJB wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein durch Blenden vorgeformtes, sehr schmales, paralleles , Ladungsträgerstrahlenband durch ein der Blendenanordnung nachgeordnetes, näherungsweise eindimensional ausgelegtes Projektionslinsensystem geleitet,, innerhalb eines folgend angeordneten Modulationselektrodensystems in definierten Bereichen moduliert', partiell abgelenkt und einer Trennelekiriida. -U2_;afiilir1i ^!,rd, welche nur den unausgelenkten Anteil des Strahlenbandes passieren läßt. Der unausgelenkte Anteil des Ladungsträgerstrahlbandes wird inner-

halb der Trennelektrode einer räumlichenG-lättung unterzogen und mittels eines ersten Elektrodensystems "beschleunigt, einem weiteren Elektroden- und Linsensystem zugeführt, dessen Aufbau .ebenfalls näherungsweise eindimensional ausgelegt ist, worin der unausgelenkte .Ladungsträgerstrahlenbandanteil auf seine Nennenergie be-,schleunigt und verkleinert wird. Dieser so ausgebildete Ladungsträgerstrahlenbandanteil wird auf einem in der Bildebene befindlichen und auf einer in x-, y-, z- und ' ψ -Bichtung.beaufschlagbaren Substrataufnahme befestigten Substrat verkleinert abgebildet. .' ;.'.

Die Bewegung des Substrates in der Bild- oder Strahlebene erfolgt zur Durchführung des Yerfahrens gleichförmig und in Abhängigkeit von der-Ansteuerung der Modulations-'· und Beschleunigungselektrodensysteme'vorzugsweise senk- . recht zur größeren Ausdehnungs'richtung des Ladungsträgerstrahlenbandquerschnitts oder verläuft in einem beliebigen Winkel zu dieser. . Die Steuerung der Modulation des Ladungsträgerstrahlenbandes,.. dessen Beschleunigung und Verkleinerung sowie . die Steuerung der Substratbewegung in der Bildebene wird von einem dem System zugeordneten Computer ausgeführt.

Ausführungsbeispiel . .·.'..·

Die Erfindung wird anhand, eines Ausführungsbeispieles und anhand von vier Zeichnungen näher erläutert« . Dabei zeigen: ; .

Pig. i den schematischen,Aufbau einer zur Durchführung

'-'.des Verfahrens geeigneten Einrichtung, ~ Jig» 2 die Drauf sieht von Fig. 1, ,

Fig. 3 den Schnitt durch ein Modnlatio.nselektroden-

i*ig, 4 Querschnitte des Strahlenbandes.

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,&emäß Pig· 1 wird ein von einer nichtdargestellten .Strahlenquelle ausgehender paralleler und in geeigneter Weise vorbeschleunigter und vorgeformter Teilchenstrom von Ladungsträgern, beispielsweise Elektronenstrahlen S, -•einer Anordnung von Blenden 2; 3 zugeführt, die "den . Teilchenstrom zu einem flachen Strahlenband Λ umformen, dessen Breite b ein Vielfaches seiner Dicke s aufweist.

.In seinem weiteren Verlauf wird das Ladungsträgerstrahlenband 1 in ein nachgeschaltetes Projektionslinsensystem 4 .geleitet, in dem eine weitere Parallelisierung und Sichtung des LadungsträgerStrahlenbandes 1 erfolgt. Den Querschnitt des. Ladungsträgerstrahlenbandes 1 nach:dem Durchgang durch das Projektionslinsensystem A zeigt Fig. "A im .Schnitt A - A. Im Anschluß daran ist ein Modulationselektrodensystem 5 vorgesehen, welches in seiner Abszissenachse ein fein untergliedertes Ablenksystem für elektrisch geladene Teilchen aufweist, dessen Sinzelelektroden im einfachsten !Fall analogeines Kondensators aufgebaut sind. Bine einfache j stark;vergrößerte Ansicht einer Elektrode zeigt Fig* 3> ' ·. - ' '. '' ' ' Die Ablenkelektroden, sind mittels geeigneter elektronischer Vermittlungs- und Verteilungsschaltungen^:mit einem Steuercomputer 1Ί verbunden und werden von diesem im Zusammenwirken mit der Bewegung des Substrattisches 9, der Beschleunigungseinrichtung 10 und des Verkleinerungssystems 7 gesteuert. Wird an die Ablenkelektroden des. Systems 5 ein elektrisches. Potential angelegt, werden die zwischen diesen Elektroden ^hindurchgehenden Strahlen-?·/ ' bandanteile 1.1 entsprechend aus.gelenkt, während die un-.beschalteten Ablenkelektroden den übrigen Strahlenband-.'anteil 1.2 unausgelenkt passieren lassen. In Fig. 4 ist ein Querschnitt des Strahlenbandes nach dem Durchgang durch das Modulationselektrodensystem 5 'dargestellt (Schnitt B — B) .*- In- dem·· nac/hgeordneten ', Trennelektrodensystem 6 wird der ausgelenkte Strahlen-, bandanteil 1.1 aufgehalten, während der unausgelenkte Anteil 1.2 das System ungehindert passiert. Während des

Durchganges des unausgelenkten Anteils 1.2 durch, das Trennelektrodensystem .6 erfolgt eine Glättung desselben in Richtung der Ordinatenachse· Dabei ist es unerheblich, um welchen Betrag der ausgelenkte Strahlenbandanteil 1.1 ausgelenkt wurde, das heißt, welche Ablenkspannung innerhalb bestimmter Grenzwerte im konkreten Fall an jeder Ablenkelektrode anlag, da dieser Strahlenanteil zur Bearbeitung nicht genutzt,wird. Daraus ergibt sich, daß eine präzise'Vorgabe der Ablenkspannung nicht erforderlich ist. .· - , . . ' '-". - ·. ..'.- . '.. ' ' Der in der Pig. 4 dargestellte Schnitt C-C beinhaltet den modulierten: Strahlenbandant eil 1»3 323-ch Verlässen des Trennelektrodensystems 6. · . . >

In seiner Weiterführung wird der Strahlenbandanteii I.3 in dem nachgeordneten Beschleunigungssystem 10 beschleunigt und in dem,folgenden. Verkleinerungssystem 7 entsprechend dem gewählten Maßstab in den, Koordinaten χ und y verkleinert und verläßt dasselbe parallel. Durch weitere, dem Verkleinerungssystem 7 nachgeordnete Beschleunigungselektroden 10.1 wird.dsr Strahlenbandanteii 1.3.'auf seine Sndenergie beschleunigt.und anschließend auf eine Bildebene projiziert, "auf der das auf der Substrataufnahme 9 befestigte Substrat 8 angeordnet ist. Die Bewegungsbahn des genutzten Strahlenbandanteiles I.3 ist im 2Tormalfall nach der Justage fest vorgegeben und unterliegt keinem äußeren, von den Koordinaten der zu erzeugenden Struktur bestimmten Ablenkungszwang*..

Durch die spezifischen und vorausbestimmten Wechselwirkungen zwischen den Teilchen jedes Teilstromes I..3I des Strahlenbandanteiles 1.3 und der zu beeinflussenden Oberflächenschicht des Substrates 8 wird eine Strukturierung derselben in modulierter Weise parallel zur Abszissenachse sofort in der;gesamten Breite des Strahlenbandes bewirkt. .

Durch die gleichzeitige gleichförmige und schwingungsfreie Verschiebung des Substrattisches 9 vorzugsweise

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parallel oder unter einem Winkel cC von 0°έ<Χ ^ zur Ordinatenachse,wird auf der Oberfläche des Substrates 8,eine Fläche in den Koordinaten χ und y überstrichen und dabei strukturiert. V

Die Vorschubgeschwindigkeit des Substrattisches 9 wird mittels des Computers 11 mit dem Modulationselektrodensystem 5 und dem Beschleunigungssystem 10 so koordiniert, daß auf der Oberfläche des Substrates 8 praktisch.jedes Muster im East-ermaß a strukturiert werden kann. Das Eastermaß ä wird dabei durch das Unterteilungsmaß.der Ablenkelektroden des Modulationselektrodensystems 5 und dem gewählten Yerkleinerungsmaßstab bestimmt.. . Sin Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die geometrische Bindung an das Eastermaß. a praktisch nur. für die Koordinate χ eines Musters bestimmend ist, während- das Hastermaß a in der Koordinate j im wesentlichen von der .:fokussierung des Strahlenbandes in Ordinatenrichtung begrenzt wird und sonst nur von der'minimalen Taktzeit des Modulationselektrodensystems in Verbindung mit einer sinnvollen Vorschubgeschwindigkeit der Substrataufnähme abhängig ist». . . ^; _:

Kritische-Abmessungen, wie beispielsweise Kanallängen integrierter, aktiver Bauelemente, .werden· vorzugsweise parallel zur Ordinatenachse vorgesehen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der direkten Bestrahlung, .'-womit exakte und kleinste Struktur breit en ohne Masken oder Schablonen zum Beispiel auf einem Halbleitersubstrat erzielt werden können.

Claims (10)

Srfindungsanspruch - . > ' ,

1. Verfahren-zur. direkten Abbildung von Mikrostrukturen . mittels geladener '.Te.ilch.en, die in geeigneten Einrichtungen fokussiert und durch Bewegung des mit einem " ; Substrat versehenen Werkstückträgers entsprechend eines vorgegebenen Programmes' die Oberfläche- des Substrates punkt- oder linienförmig Strukturen erzeugen, gekennzeichnet dadurch, daß ein durch'ein elektrisch beaufschlagbares Blendensystem (2;3) vorgeformtes,.paralleles Ladungsträgerstrahlenband (1) mit einer gegenüber seiner Dicke ;(s)_: um, ein Vielfaches .· größeren Breite (b) durch ein der SOkussiereinrichtung nachgeordnetes. Projektionslinsensystem (4) geleitet, innerhalb eines folgenden Modulationselektrodensy- : stems (5) in definierten Bereichen partiell abgelenkt . und daß ein partiell abgelenktes Strahlenband einem Trennelektrodensystem (6) zugeführt,wird, welches einen ausgelenkten Strahlenbandanteil (1*1) aufhält, •während ein ''unattsgelenkter Strahlenbandanteil (1.2) das Trennelektrodensy.stem (6) ungehindert verläßt, dabei einer räumlichen Glättung unterzogen wird und daß danach der geglättete Strahlenbandanteil (1.3) innerhalb eines Beschleunigungselektrodensystems (10) auf 'Nennbeschleunigung^beschleunigt, einem weiteren Linsensystem (7) zugeführt\und innerhalb desselben . / verkleinert'wird-und daß der verkleinerte .Strahlenbandanteil (Ί.4) nach Durchgang durch ein weiteres Beschleunigungselektrodensystem (10.1) nachbeschleunigt auf .einem auf einer in der Bildebene des Beschleunigungssystems (10.1) vorgesehenen Substrataufnahme (9) angeordneten Substrat (8) verkleinert abgebildet wird,. ' . ^ ,

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Substrataufnahme (9) in Abhängigkeit von , der Ansteuerung des Modulationselektrodensystems : (5) senkrecht zur größeren Ausdehnungsrichtung des Ladimgsträgerstrahlenbandanteiles (1.4) und senkrecht zur Strahlrichtung gleichförmig bewegt wird.

3· "Verfahren nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Bewegungsrichtung der Substrat-' aufnahme (9) in einem beliebigen Winkel oC zur größeren Ausdehnungsrichtung des Ladungsträger-. strahlenbandanteiles '(1.4) und senkrecht, zur Strahlrichtung gesteuert wird.

4. Verfahren nach den Punkten 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß der Ladungsträger s'trahlenbandänteil (1.3) mit einer koordinatenabhängigen Ablenkung 'zur Strukturierung des Substrates (8) beaufschlagt wird.

5· Verfahren nach den Punkten 1 bis 3j gekennzeichnet dadurch, daß der Ladungsträgerstrahlenbandanteil (1,3) ohne koordinatenabhängige Ablenkung zur Strukturierung des Substrates (8), eingesetzt wird. ' '

6. Verfahren nach den Punkten .1 bis 5» gekennzeichnet

,, dadurch, daß die Bewegung der Ladungsträgerstrahlenbandanteile (1; 1.1; .1.2; 1.3) und der Substrataufnähme (9). von einem Computer (11) gesteuert wird.'

7. Verfahren nach den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß als Ladungsträger Elektronen eingesetzt werden. ·

8. Verfahren nach, den Punkten 1 bis 6, gekennzeichnet . . dadurch, daß,als Ladungsträger Ionen eingesetzt
" werden. " '

9· Verfahren nach den Punkten 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß das Progektionslinsensystem (4) und
das weitere Linsensystem (7) eindimensional ausgelegt sind. " . ,

10. Verfahren nach den Punkten 1'bis 9» gekennzeichnet

dadurch, daß die^Steuerung des Computers (11) in
' ' Abhängigkeit von auf dem Substrat '(S). angeordneten . Positioniermarken erfolgt« .

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen