DE10260601A1

DE10260601A1 - Elektronenstrahlvorrichtung und Verfahren zur Vermeidung einer Oberflächenladung auf einer Oberfläche in einer Elektronenstrahleinrichtung

Info

Publication number: DE10260601A1
Application number: DE2002160601
Authority: DE
Inventors: Tarek Lutz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-06-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektronenstrahlvorrichtung bereit mit: einer Elektronenquelle (10) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (11) in einer abgeschlossenen Vakuumkammer, welcher auf einen Auftreffbereich einer Oberfläche (13) trifft; einer Ionenquelle (17) zum Bereitstellen positiv geladener Ionen (18) in der Nähe des Auftreffbereichs, so daß Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen (14) des Elektronenstrahls (11) mit den positiv geladenen Ionen (18) rekombinieren. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Vermeidung von Oberflächenladungen (14) auf einer Oberfläche (13) in einer Elektronenstrahleinrichtung bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlvorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung einer Oberflächenladung auf einer Oberfläche in einer Elektronenstrahleinrichtung, und insbesondere eine Elektronenstrahlvorrichtung zur Belichtung einer Maske für die Herstellung integrierter Schaltungen.
Elektronenstrahlvorrichtungen werden beispielsweise für Halbleiter-Herstellungsprozesse insbesondere bei der Strukturierung von Masken eingesetzt. Um möglichst kleine Strukturen der Maske mit der Elektronenlithographie zu generieren, ist es erforderlich, zur Belichtung einer Photolackschicht, welche für nachfolgende Prozeßschritte als Maske dient, Elektronen einzusetzen, welche mit einer hohen Spannung beschleunigt werden. Aus der hohen Beschleunigungsspannung folgt eine hohe Geschwindigkeit der Elektronen, wodurch eine gewünschte kleine äquivalente Wellenlänge der Primärelektronen des Elektronenstrahls folgert, die Auflösung steigt und dementsprechend feinere Strukturen im Photolack erzeugbar sind. Darüber hinaus sind stark beschleunigte Elektronen eines Elektronenstrahls mit einer höheren Energie versehen, können tiefer in die Photolackschicht eindringen und werden außerdem besser in Vorwärtsrichtung gestreut, wodurch präzisere Strukturkanten in der Photolackmaske vorsehbar sind.
Neben den beschleunigten Primärelektronen des Elektronenstrahls entstehen in der Elektronenlithographie beim Lackbelichten jedoch auch Sekundär- und/oder Rückstreu- bzw. Backscatter-Elektronen. Diese im Herstellungsprozeß unerwünschten, parasitären Elektronen führen zu statischen Aufladungen auf der elektrisch isolierenden Lackoberfläche. Diese statischen Aufladungen bleiben auf der Lackoberfläche erhalten und führen zu einer Ablenkung des Elektronenstrahls an einer solchen unerwünschten Oberflächenladung. Darüber hinaus beeinflußt diese Oberflächenladung den Primärelektronenstrom des Elektronenstrahls, welches sich in Stromschwankungen und somit Strukturgrößenschwankungen (CD uniformity) und/oder Positions- (Registrations) -schwankungen der Photolackmaske niederschlägt. Da in der Maskentechnik Pattern-Generatoren mit einer erhöhten Elektronenbeschleunigungsspannung von beispielsweise 50 kV erst seit kurzer Zeit Verwendung finden, ist bisher noch keine Kompensationsmöglichkeit der Oberflächenladung bekannt.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronenstrahlvorrichtung und ein Verfahren zur Vermeidung einer Oberflächenladung auf einer Oberfläche in einer Elektronenstrahleinrichtung bereitzustellen, wodurch eine Ablenkung eines auf eine Oberfläche auftreffenden Elektronenstrahls durch auftretende Oberflächenladungen verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Elektronenstrahlvorrichtung und für ein Verfahren zur Vermeidung einer Oberflächenladung auf einer Oberfläche in einer Elektronenstrahleinrichtung nach Anspruch 12 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im wesentlichen darin, durch die Verwendung einer Ionenquelle die durch die Sekundär- und Rückstreuelektronen entstehende Oberflächenladung zu neutralisieren.

In der vorliegenden Erfindung wird das eingangs erwähnte Problem insbesondere dadurch gelöst, daß eine Elektronenstrahlvorrichtung bereitgestellt wird mit: einer Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls in einer abgeschlossenen Vakuumkammer, welcher auf einen Auftreffbereich einer Oberfläche trifft; einer Ionenquelle zum Bereitstellen positiv geladener Ionen in der Nähe des Auftreffbereichs, so daß Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen des Elektronenstrahls (11) mit den positiv geladenen Ionen rekombinieren.

Auf diese Weise können Oberflächenladungen vermieden werden, welche eine Ablenkung der Primärelektronen des Elektronenstrahls mit sich bringen.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Erfindungsgegenstandes.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Ionenquelle eine Ring-Ionenquelle, welche den Elektronenstrahl konzentrisch umgibt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegen die positiv geladenen Ionen in einem positiv ionisierten Gas vor, wobei vorzugsweise ausschließlich positiv ionisierte Gas-Ionen der Vakuumkammer zuführbar sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden als positiv geladene Ionen leichte Ionen, wie beispielsweise positiv ionisierte Argon-Ionen Ag⁺, eingesetzt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt zwischen der Oberfläche und der Ionenquelle eine betragsmäßig um Größenordnungen kleinere Beschleunigungsspannung zur Beschleunigung der positiv geladenen Ionen als die Beschleunigungsspannung zur Erzeugung des Elektronenstrahls an.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung liegt die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls in der Größenordnung von 50 kV und die der positiv geladenen Ionen im Bereich von 100 V.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Oberfläche, auf welche der Elektronenstrahl auftrifft, eine elektronenlithographisch zu strukturierende Photolackmaske.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Elektronenstrahlvorrichtung in einem Pattern-Generator vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Elektronenstrahlvorrichtung in einem Rasterelektronenmikroskop vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein sich aus den positiv geladenen Ionen bildender Ionenstrom an die Regelung und/oder Steuerung des Primärelektronenstroms des Elektronenstrahls gekoppelt, d.h. wird insbesondere davon abhängig geregelt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Einrichtung zum Entfernen von Teilchen, welche durch eine Rekombination aus Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen des Elektronenstrahls mit den positiv geladenen Ionen entstehen, durch eine Vakuumpumpe zur Evakuierung der abgeschlossenen Vakuumkammer gebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt.
1 eine schematische Schrägansicht einer Elektronenstrahlvorrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Elektronenquelle 10 z.B. mit einer Beschleunigungsspannung von 50 kV vorgesehen, welche einen Elektronenstrahl 11 erzeugt. Trifft dieser Elektronenstrahl 11 mit seinen Primärelektronen 12 auf eine Oberfläche 13, vorzugsweise eine Photolackschicht, so entstehen beim Auftreffen, vorzugsweise normal zur Ebene der Oberfläche, parasitäre Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen 14 (Backscatter-Elektronen). Die mit dem Elektronenstrahl 11 zu belichtende Photolackschicht 13 ist vorzugsweise auf einer transparenten Trägereinrichtung 15, wie einer Glasplatte, aufgebracht.
Über eine Zuleitung 16 wird eine Ionenquelle 17, welche vorzugsweise ringförmig und konzentrisch zum Elektronenstrahl 11 ausgebildet ist, mit positiv geladenen Ionen 18 versorgt. Die vorzugsweise ringförmige Ionenquelle 17 ist vorzugsweise senkrecht zum Elektronenstrahl 11 ausgerichtet und weist an der Unterseite eine Verteilungseinrichtung (nicht dargestellt), insbesondere gleichmäßig beabstandete Öffnungen bzw. Düsen auf. Die positiv geladenen Ionen 18 weisen vorzugsweise eine geringe Masse auf, wie beispielsweise positiv ionisiertes Argon-Gas Ag⁺. Um die positiv geladenen Ionen 18 von der Ionenquelle 17 zur Oberfläche 13 hin zu beschleunigen, wird zwischen der Oberfläche 13 und der Ionenquelle 17 eine Potentialdifferenz von beispielsweise 100 Volt angelegt. Erreichen die positiv geladenen Ionen 18 die Sekundärelektronen 14, d.h. die Oberflächenladung, auf der Oberfläche 13 (z.B. einer Photolackschicht), so rekombinieren diese miteinander in der Regel zu elektrisch neutralen Teilchen, wie beispielsweise Argon-Moleküle Ag₂ (nicht dargestellt).
Diese Teilchen werden dann vorzugsweise von einer Vakuumpumpe zum Aufrechterhalten eines Vakuums in der Vakuumkammer (nicht dargestellt) entfernt, wobei sich sowohl die Elektronenquelle 10 als auch die Ionenquelle 17 und die Trägereinrichtung 15 mit der Oberfläche 13 in einer solchen abgeschlossenen Vakuumkammer (nicht dargestellt) befinden. Somit wird eine Beeinflussung des Elektronenstrahls 11, vor allem der präzisen Ausrichtung des Elektronenstrahls 11, mit Bezug auf die Oberfläche 13 reduziert bzw. verhindert, da durch Sekundärelektronen 14 auf der Oberfläche 13 verursachte Oberflächenladungen durch die von der Ionenquelle 17 bereitgestellten positiv geladenen Ionen 18 in ihrer Wirkung elektrisch kompensiert werden. Dabei wird der Ionenstrom aus den positiv geladenen Ionen 18 vorzugsweise an den Primärelektronenstrom der Primärelektronen 12 bzw. dessen Regelungseinrichtung gekoppelt, um einen Beitrag der positiv geladenen Ionen 18, beispielsweise zur Belichtung eines Photolacks 13, auszuschließen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz einer mit Bezug auf 1 beschriebenen erfindungsgemäßen Elektronenstrahlvorrichtung in einem Pattern-Generator zur Strukturierung von Masken für Halbleiter-Herstellungsprozesse.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
So ist insbesondere auch eine andere Form als die Ringform einer Ionenquelle vorstellbar. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Bereich der Elektronenlithographie von Masken beschränkt, sondern ebenfalls beispielsweise in der Elektronenmikroskopie einsetzbar. Darüber hinaus sind auch andere Beschleunigungsspannungen bzw. Ionen auf die vorstehend erläuterte Ausführungsform anwendbar.

10: Elektronenquelle (z.B. 50 kV Beschleunigungsspannung)
11: Elektronenstrahl trifft auf Auftreffbereich von 13
12: Primärelektronen
13: Oberfläche, vorzugsweise eine Photolackschicht
14: Sekundär- bzw. Rückstreuelektronen (Backscatter Elektr.)
15: Trägereinrichtung, z.B. Glasplatte
16: Zuleitung zur Ionenquelle
17: Ionenquelle, vorzugsweise ringförmig konzentrisch zum
: Elektronenstrahl
18: positiv geladene Ionen, z.B. Ag⁺

Claims

Elektronenstrahlvorrichtung mit: einer Elektronenquelle (10) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (11) in einer abgeschlossenen Vakuumkammer, welcher auf einen Auftreffbereich einer Oberfläche (13) trifft; einer Ionenquelle (17) zum Bereitstellen positiv geladener Ionen (18) in der Nähe des Auftreffbereichs, so daß Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen (14) des Elektronenstrahls (11) mit den positiv geladenen Ionen (18) rekombinieren.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle (17) eine Ring-Ionenquelle ist, durch welche der Elektronenstrahl (11) konzentrisch hindurchtritt.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die positiv geladenen Ionen (18) in einem positiv ionisierten Gas vorliegen, wobei vorzugsweise ausschließlich positiv ionisierte Gas-Ionen der Vakuumkammer zuführbar sind.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als positiv geladene Ionen (18) leichte Ionen, wie beispielsweise positiv ionisierte Argon-Ionen Ag⁺, eingesetzbar sind.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Oberfläche (13) und der Ionenquelle (17) eine betragsmäßig um Größenordnungen kleinere Beschleunigungsspannung zur Beschleunigung der positiv geladenen Ionen (18) anliegt als die Beschleunigungsspannung zur Erzeugung des Elektronenstrahls (11).
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls (11) in der Größenordnung von 50 kV und die der positiv geladenen Ionen (18) im Bereich von 100 V liegt.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (13), auf welche der Elektronenstrahl (11) auftrifft, eine elektronenlithographisch zu strukturierende Photolackmaske ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlvorrichtung in einem Pattern-Generator vorgesehen ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlvorrichtung in einem Rasterelektronenmikroskop vorgesehen ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich aus den positiv geladenen Ionen (18) bildender Ionenstrom an die Steuereung und/oder Regelung des Primärelektronenstroms des Elektronenstrahls (11) gekoppelt ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Entfernen von Teilchen, welche durch eine Rekombination aus Sekundär- und/oder Rückstreuelektronen (14) des Elektronenstrahls (11) mit den positiv geladenen Ionen (18) entstehen, durch eine Vakuumpumpe zur Evakuierung der abgeschlossenen Kammer gebildet wird.
Verfahren zur Vermeidung einer Oberflächenladung (14) auf einer Oberfläche (13) in einer Elektronenstrahleinrichtung mit den Schritten: Erzeugen eines Elektronenstrahls (11), welcher auf einen Auftreffbereich der Oberfläche (13) auftrifft, in einer abgeschlossenen Vakuumkammer mit einer Elektronenquelle (10); Bereitstellen positiv geladener Ionen (18) mit einer Ionenquelle (17) in der Nähe des Auftreffbereichs; und Neutralisieren der Oberflächenladung (14) auf der Oberfläche (13) durch eine Rekombination mit den positiv geladenen Ionen (18).