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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für Schattenwurf-Lithographie
mittels elektrisch geladener Teilchen zur Abbildung von Strukturen
einer Maske auf einem unmittelbar dahinter angeordneten Substrat,
mit einer im wesentlichen punktförmigen
Teilchenquelle und einem Extraktionssystem, welches einen von einer
im wesentlichen punktförmigen
virtuellen Quelle ausgehenden divergenten Teilchenstrahl erzeugt,
und mit einem Mittel zur Bündelung
des divergenten Teilchenstrahls zu einem zumindest annähernd parallelen
Teilchenstrahl zur Beleuchtung der Maske bzw. des Substrates.
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Ein
Lithographiesystem dieser Art geht beispielsweise aus der US-PS
4 757 208 hervor. In diesem Dokument ist ein System für Ionenlithographie
mittels Schattenwurfprojektion, üblicherweise
MIBL (= Maskierte Ionen Breitstrahl Lithographie/Masked Ion Beam
Lithography) genannt, beschrieben. In diesem System ist eine Wasserstoff
oder Helium-Ionenquelle
mit einem Extraktionssystem vorgesehen, welches ein magnetisches
Sektorfeld zur Massenfilterung der aus der Quelle austretenden Teilchen
aufweist. In Strahlrichtung hinter dem Sektorfeld befindet sich
eine aus zwei koaxialen Röhren
aufgebaute elektrostatische Sammellinse, welche den Teilchenstrahl
in einem sogenannten Crossover zu einem Bildpunkt der Quelle sammelt.
Dieser Crossover liegt in der objektseitigen Brennebene einer zweiten,
ebenso aus zwei koaxialen Röhren
aufgebauten Sammellinse, welche das oben angesprochene Mittel zur
Bündelung
des divergenten Teilchenstrahls zu einem Parallelstrahl bildet.
Mit diesem Parallelstrahl wird eine Lithographiemaske bestrahlt,
die unmittelbar oberhalb eines Substrates angeordnet ist, so daß ein direktes
Abbilden der Strukturen der Maske auf diesem Substrat ermöglicht wird.
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Ein
weiteres System dieser Art ist in der Zeitschrift Optik, Band 51,
Heft 5, in einem Artikel mit dem Titel "Lithium-ion-beam exposure of PMMA-layers
without proximity-effect" von
R. Speidel und U. Behringer aus dem Jahr 1979 beschrieben. Anstelle
von Linsen mit zwei koaxialen Rohren sind bei diesem bekannten System
zwei Einzel-Linsen vorgesehen, die aus je drei koaxialen Ringelektroden
gebildet werden. Die masken- bzw. waferseitig angeordnete Einzel-Linse
bildet das Mittel zur Bündelung
des divergenten Teilchenstrahls zu einem Parallelstrahl.
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Die
mittels eines solchen bekannten Systems erreichbare Auflösung ist
von mehreren Faktoren abhängig,
nämlich
von der Energieunschärfe
der aus der Quelle austretenden Teilchen und der virtuellen Quellgröße, das
heißt,
dem engsten Durchmesser des Gebietes, aus welchem die Teilchen der
Quelle scheinbar entstammen. Weiterhin ist die Qualität der Abbildung
durch den Abbildungsfehler der Sammellinsen, insbesondere der zweiten,
für die
Erzeugung des Parallelstrahls verwendeten Linse begrenzt. Falls
der Teilchenstrahl nicht exakt parallel, sondern geringfügig konvergierend
oder divergierend ist, tritt zusätzlich
die Ungenauigkeit des Abstandes zwischen der Maske und dem Substrat
als Abbildungsfehler in Erscheinung. Dazu zählen auch Unebenheiten des
Substrates oder der
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In
er österreichischen
Anmeldung A 259/95 der Anmelderin vom 13.2.1995 die des nachveröffentlichten
DE 196 27 170 A1 entspricht,
ist ein besonderer Linsenaufbau zur Herstellung eines annähernd parallelen Strahls
beschrieben, der sich durch besonders geringe Abbildungsfehler auszeichnet.
Bei dieser Anordnung sind nacheinander eine Mehrzahl koaxial angeordneter
Ringelektroden vorgesehen, deren Potentiale so ausgewählt sind,
dass sich innerhalb des Strahlquerschnittes in Strahlrichtung zumindest
abschnittsweise ein konstantes Beschleunigungsfeld ausbildet. Wenn
nun ein divergenter Strahl geladener Teilchen in dieses Beschleunigungsfeld
eingeschossen wird, so werden die einzelnen Teilchenbahnen durch
die beschleunigende Wirkung dieses Feldes auf eine Parabelbahn gelenkt,
wobei sich nach Durchlaufen einer gewissen Strecke ein annähernd paralleler
Strahl ergibt, der zur Abbildung von Strukturen einer Maske auf
ein Substrat verwendet werden kann.
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In
dem Artikel von Hammel E. et al. „Masked Ion Beam Lithography
for Proximity Printing" in
Microelectronic Engineering, Band 30, Seiten 241 bis 244 (1996)
der Anmelderin wird ein Ionenstrahl-Lithographie-Verfahren auf Basis
einer Maske für
Näherungsdruck
offenbart, bei dem ein paralleler, dispersionsfreier Ionenstrahl
verwendet wird, um ein Muster einer Schablonenmaske auf verschiedene
Arten von nicht idealen Substraten abzubilden.
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In
der europäischen
Patentanmeldung
EP
0 564 438 A1 der Anmelderin wird ein Teilchen-Abbildungssystem,
insbesondere ein ionenoptisches Abbildungssystem, beschrieben, bei
dem eine Sammellinse als Dreielektrodenlinse realisiert ist.
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In
dem US-Patent
US 4,985,634 der
Anmelderin werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Projektionslithographie
mittels Ionenstrahlen beschrieben, wobei die Erzeugung von großflächigen Reduktionsbildern
mit geringer Verzerrung eines Maskenmusters auf einer Wafer-Oberfläche ermöglicht wird.
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In
der japanischen Patentanmeldung JP 05-114382 A wird eine Vorrichtung
zum Erzeugen eines Mikro-Ionenstrahls beschrieben, bei der die Vergrößerung zum
Bilden des Ionenstrahls reduziert ist.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung für Schattenwurf-Lithographie
der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die Abbildungsfehler
gegenüber
den bekannten Systemen weiter verringert werden. Das Bildfeld für die Abbildung
sollte zudem möglichst
groß gewählt werden
können.
Weiterhin sollte bei der zu schaffenden Einrichtung die Möglichkeit
bestehen, den Abbildungsmaßstab
innerhalb gewisser Grenzen zu verändern, um beispielsweise Längenänderungen
des Substrates, die insbesondere bei großflächigen Substraten während der
Verarbeitung auftreten, auf lithographischem Wege korrigieren zu
können. Ebenso
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zu schaffen,
die mit vergleichsweise geringen Kosten realisierbar ist und sich überdies
durch ihre Kompaktheit auszeichnet.
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Diese
Aufgaben werden bei einer Anordnung für Schattenwurf-Lithographie
mit den Merkmalen von Anspruch 1 und in allgemeiner Weise dadurch
gelöst,
dass das Mittel zur Bündelung
des Teilchenstrahls eine Elektrodenanordnung aufweist, die zumindest
eine elektrostatische Sammellinse in Verbindung mit einer elektrostatischen
Zerstreuungslinse umfasst. Vorzugsweise ist die Zerstreuungslinse
in Strahlrichtung in einem Abstand hinter der Sammellinse angeordnet.
Die gesamte Anordnung ist im strengen Sinn eine einzige Multielektroden-Linse,
wobei im folgenden der fokussierende Teil der Anordnung mit "Sammellinse" und der dispersive Teil
mit "Zerstreuungslinse" bezeichnet wird.
Durch diese Kombination zumindest einer Sammellinse und zumindest
einer Zerstreuungslinse können
durch eine Optimierung der an den einzelnen Elektroden angelegten Potentiale
Abbildungsfehler höherer
Ordnung der unterschiedlichen Linsen gegeneinander kompensiert werden,
so daß eine
Verbesserung der Abbildungseigenschaften erreicht werden kann. Weiter
besteht mit einer Linsenkombination dieser Art die Möglichkeit,
den Strahl innerhalb eines besonders großen Querschnittes so zu fokussieren,
daß die
Teilchenbahnen beinahe exakt parallel verlaufen und, sofern dies
gewünscht
ist, die Abbildungseigenschaften in einfacher Weise so zu verändern, daß die Teilchenbahnen
wahlweise eine exakt vorgebbare Konvergenz oder Divergenz aufweisen,
um eine verkleinerte oder vergrößerte Abbildung
der Maskenstrukturen auf das Substrat zu ermöglichen. Durch die neuartige
Linsenanordnung wird die Anordnung im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen,
unter anderem auch jener mit den Beschleunigungselektroden insbesondere
in der Länge
erheblich verkleinert, so daß eine
kompakte, materialsparende und somit in der Praxis kostengünstige Realisierung
dieser Anordnung möglich
ist.
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Vorzugsweise
ist die elektrostatische Sammellinse in bekannter Weise durch zumindest
zwei koaxiale Ringelektroden realisiert, wogegen die elektrostatische
Zerstreuungslinse, wie unter anderem in der WO95/19637 A1 geoffenbart,
durch eine Ringelektrode und durch ein Gitter realisiert ist. Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
besteht jedoch darin, daß die
elektrostatische Sammellinse mehr als drei koaxial angeordnete Ringelektroden
aufweist, von welchen die erste Elektrode eine Eintrittsblende mit
einer punktförmigen Öffnung aufweist.
Diese Ausführungsform
kann im Hinblick auf möglichst
gute Abbildungseigenschaften bei möglichst kompakter Bauweise
optimiert werden, in dem zumindest zwei dieser Ringelektroden auf
das gleiche Potential gelegt sind, so daß der Zwischenraum weitgehend
feldfrei ist, und in dem zumindest zwei weitere dieser Elektroden
auf unterschiedliche Potentiale gelegt sind, die für die geladenen
Teilchen zumindest abschnittsweise ein Beschleunigungsfeld bilden.
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Ein
Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung
besteht darin, daß die
elektrostatische Zerstreuungslinse im Bereich der Maske angeordnet
ist und die Maske das "Gitter" der Zerstreuungslinse
bildet, wobei in diesem Fall, im Gegensatz zu der in der WO95/19637
A1 geoffenbarten Zerstreuungslinse, das Gitter in Strahlrichtung
hinter der Ringelektrode liegt. Dadurch kann einerseits auf die
Fertigung und den Einbau einer Gitterelektrode verzichtet werden
und andererseits können
unerwünschte,
durch die Gitterelektrode verursachte Intensitätsveränderungen innerhalb des Strahlquerschnittes
vermieden werden.
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Eine
weitere Verbesserung der Anordnung im Hinblick auf ihre Abbildungseigenschaften
ist dadurch möglich,
dass die Maske und das Substrat auf das gleiche Potential gelegt
sind, so dass der Raum zwischen Maske und Substrat kein elektrisches
Feld aufweist. Hierdurch wird eine unerwünschte Beeinflussung des Teilchenstrahls
in diesem Bereich vermieden.
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Eine
für die
Praxis besonders vorteilhafte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung besteht
darin, dass die punktförmige
Teilchenquelle eine Ionenquelle mit einem virtuellen Quellpunkt
ist, welche ein Extraktionssystem für Ionen bestimmter Energie
und ein Separationssystem zur Abtrennung unerwünschter Ionensorten aufweist.
Bei dieser Ausführungsvariante
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Strahlengang zwischen
der Quelle und der Elektrodenanordnung zumindest eine elektrostatische
Sammellinse vorgesehen ist, welche den aus der punktförmigen Quelle
austretenden divergenten Teilchenstrahl zu einem Bild der Quelle
bündelt.
Der von diesem Bild der Quelle ausgehende divergierende Teilchenstrahl
wird sodann durch die neuartige Elektrodenanordnung mit einer Sammel-
und einer Zerstreuungslinse zu einem im wesentlichen parallelen
Strahl gewandelt und auf die Maske gerichtet. Unabhängig von
der Erzeugung eines im wesentlichen parallelen Strahls kann es gemäß den Bedingungen
des Scherzer-Theorems, wonach raumladungsfreie Ionenlinsen unvermeidbare
Fehler wie beispielsweise chromatische und sphärische Aberrationen aufweisen,
notwendig sein, eine Bildfehlerkorrektur mittels den Linsenfeldern überlagerter
elektrostatischer oder magnetischer Multipolfelder durchzuführen.
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Bei
der weiter oben erwähnten
bevorzugten Ausführungsform,
bei welcher die Elektrodenanordnung eine Eintrittsblende aufweist,
ist die Öffnung
der Eintrittsblende der Elektrodenanordnung in vorteilhafter Weise nicht
wesentlich größer als
der Durchmesser des Bildes der Quelle.
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Um
die Größe der abgebildeten
Strukturen innerhalb bestimmter Grenzen variieren zu können, ist
die Feldstärke
sowohl der Sammellinse als auch der Zerstreuungslinse bei einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung
innerhalb vorgegebener Grenzen variierbar, so dass die Abweichung
des Teilchenstrahls von der Parallelität im Bereich des Substrates
verändert
und die Strukturen der Maske dadurch in gewissen Grenzen vergrößert oder
verkleinert auf das Substrat abgebildet werden können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen,
die zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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2 schematisch
das Funktionsprinzip einer elektrostatischen Zerstreuungslinse,
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3 ein
praktisches Ausführungsbeispiel
für eine
Elektrodenanordnung,
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4 den
Strahlengang durch die Elektrodenanordnung von 3,
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5 den
berechneten geometrischen Abbildungsfehler der Elektrodenanordnung
von 3,
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6 eine
schematische Teildarstellung der Maske und des Substrates zur Definition
der Parameter für
den Abbildungsfehler,
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7 die
berechnete Abweichung von der Telezentrizität innerhalb des Strahlquerschnitts
von 4 bei 1:1-Abbildung, und von der gewünschten
Strahlrichtung bei verkleinerter oder vergrößerter Abbildung der Maskenstrukturen,
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8 eine
SEM-Abbildung von Maskenstrukturen in einem Teilabschnitt der Maske,
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9 eine
SEM-Abbildung der Wiedergabe der Maskenstrukturen von 9 auf
einem Substrat und
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10 Abmessungen
der abgebildeten Maskenstrukturen in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis.
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Vorerst
wird auf die 1 Bezug genommen, in welcher
eine beispielhafte MIBL-Anordnung 1 der erfindungsgemäßen Art
zur Schattenwurf-Lithographie mittels geladener Teilchen (Ionen)
schematisch dargestellt ist.
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Die
Anordnung umfaßt
eine Teilchenquelle 2 mit einer möglichst kleinen virtuellen
Quellgröße und ein Extraktionssystem 3,
durch welches die aus der Quelle austretenden Teilchen auf ihre
Anfangsenergie beschleunigt werden. Um die Strahlqualität beeinflussen
zu können,
ist es vorteilhaft, den virtuellen Quellpunkt durch ein System von
Sammellinsen 4, 4' in
einen Bildpunkt der Quelle zu fokussieren. Falls nur eine Teilchensorte
erwünscht
ist, kann zwischen den Linsen 4, 4' ein Massenfilter (z.B. Wien-Filter)
vorgesehen sein.
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An
dem Bildpunkt der Quelle 2 ist eine Eintrittsblende 5 für eine Elektrodenanordnung 6 vorgesehen, welche
sich in Strahlrichtung von dieser Eintrittsblende 5 bis
zu einer Maske 7 erstreckt, die unmittelbar vor einem Substrat 8 angeordnet
ist, um die Öffnungsstrukturen
der Maske mittels Schattenwurf-Projektion auf die Oberseite des
Substrates 8 abzubilden.
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Die
in 1 nicht näher
dargestellte Elektrodenanordnung weist erfindungsgemäß eine Kombination zumindest
einer elektrostatischen Sammellinse mit zumindest einer elektrostatischen
Zerstreuungslinse auf, um die von dem Bild der Quelle divergierend
austretenden Bahnen des Teilchenstrahls möglichst fehlerfrei und parallel
auf das Substrat zu richten. Die Sammellinse und die Zerstreuungslinse
sind in einem solchen Abstand voneinander angeordnet, daß dazwischen
kein Crossover gebildet wird.
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Als
eine Sammellinse für
die Zwecke der Elektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung können beispielsweise
eine bekannte Zweielektrodenlinse (Gap-Lens) oder eine bekannte
Dreielektrodenlinse (Einzel-Linse) verwendet werden. Ebenso sind
Kombinationen solcher Linsen zulässig.
Elektrostatische Sammellinsen dieser Art sind dem Fachmann aus dem
Stand der Technik bekannt und werden hier daher nicht näher erläutert.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung besteht aber auch die Möglichkeit,
eine sogenannte Mehr- oder Vielelektroden-Sammellinse vorzusehen,
die eine Vielzahl, zumindest jedoch mehr als drei Elektroden aufweist.
Ein Beispiel für
eine solche Linse wird weiter unten mit Bezug auf die 3 und 4 näher erläutert.
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Das
Funktionsprinzip elektrostatischer Zerstreuungslinsen ist in 2 schematisch
dargestellt. Eine solche Linse wird üblicherweise durch eine Kombination
eines zylindrischen Rohres 9 bzw. einer Ringelektrode mit
einer Platte oder einem Gitter 10 gebildet. In der eingangs
genannten WO95/19637 A1 eine elektrostatische Zerstreuungslinse
offenbart, welche in Strahlrichtung zuerst das Gitter, dann die
Rohrelektrode aufweist; damit die Konfiguration gemäß der WO95/19637
A1 zerstreuende Wirkung hat, muß das
elektrostatische Feld zwischen Gitter und Rohr die Teilchen beschleunigen. 2 zeigt
schematisch die Anordnung, wie sie bei der gegenständlichen
Erfindung bevorzugt zur Anwendung kommt, wobei in Strahlrichtung
die Rohrelektrode vor dem Gitter liegt. In 2 sind auch
die Äquipotentiallinien
des Linsenfeldes dargestellt, deren Dichte die Größe des elektrischen
Feldes angibt. Die defokussierende Wirkung des Feldes ergibt sich
in diesem Fall, wenn es sich dabei um ein verzögerndes Feld handelt, bei dem
die Feldstärke
im wesentlichen entgegen die Richtung der ankommenden Teilchen gerichtet
ist. In Figur sind schematisch die Bahnen von Teilchen gezeigt,
die von links konvergierend einfallen und durch die abgebildete
Linse von 20keV auf 1 keV abgebremst und dabei parallel ausgerichtet
werden.
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Bei
Verwendung einer Zerstreuungslinse in einer Anordnung für Schattenwurf-Lithographie
kann das Gitter in vorteilhafter Weise durch eine elektrisch leitfähige Maske
gebildet werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann aber
auch im Strahlengang ein separates Gitter angeordnet sein.
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In 3 ist
eine äußerst kompakte
und in Hinblick auf die Abbildungseigenschaften optimierte Elektrodenanordnung 6 für die Sammel-
und die Zerstreuungslinse einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem Querschnitt
dargestellt, wobei die Z-Achse in Strahlrichtung entlang der Symmetrieachse
der rotationssymmetrischen Anordnung verläuft und die R-Achse den Radius
der Anordnung angibt. Die an der V-Achse angegebenen Zahlenwerte
betreffen die an den einzelnen Elektroden angelegten Potentiale,
z.B. für
die Abbildung mit positiv geladenen Helium-Ionen.
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Wie
bereits weiter oben erwähnt,
weist die Elektrodenanordnung eine Eintrittsblende 5 mit
einer zentralen Öffnung
auf, die genau an jener Stelle angeordnet ist, an welcher durch
den Crossover des Teilchenstrahls das Bild der Quelle gebildet wird.
Die Eintrittsblende 5 ist auf ein Potential gelegt, welches
genau der Energie der Teilchen an dem Crossover entspricht, im vorliegenden
Fall 10 keV. Das Potential der Eintrittsblende 5 ist daher
auf 140 kV gelegt, um 10 kV niedriger als jenes der Quelle, deren
Potential auf 150 kV gelegt ist.
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In
Strahlrichtung hinter dieser Eintrittsblende 5 befindet
sich die Elektrodenanordnung 6, bestehend aus einer Mehrzahl
von ringförmigen
Elektroden 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f 6g, 6h für die Sammel-
und die Zerstreuungslinse, wobei im vorliegenden Fall die Elektroden 6a bis 6f der
Sammellinse und die Elektroden 6g und 6h zusammen
mit der schematisch angedeuteten Maske 7 der Zerstreuungslinse
zugeordnet werden können.
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Die
als Sammellinse wirkende Elektrodenanordnung 6a bis 6f fokussiert
die vom Crossover divergierend austretenden Teilchenbahnen zu einem
leicht konvergierenden Strahl, wonach die Zerstreuungslinse diesen
konvergierenden Strahl in einen Parallelstrahl übergehen läßt, der auf die Maske 7 gerichtet
wird. Der in 3 dargestellte Strahlengang
durch die Elektrodenanordnung 6 ist in 4 radial
vergrößert dargestellt.
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Die
exakte Form der Ringelektroden, deren Abstand voneinander und die
daran angelegten Potentiale werden durch eine Optimierung der Elektrodenanordnung
hinsichtlich einer möglichst
kompakten Bauweise und möglichst
guter Abbildungseigenschaften ermittelt.
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Die
in Strahlrichtung letzte Elektrode 6h der Elektrodenanordnung 6 ist
elektrisch leitend mit der ebenso elektrisch leitfähigen Maske 7 verbunden,
welche die Gitterelektrode für
die Zerstreuungslinse bildet.
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Unmittelbar
hinter der Maske ist (in 3 nicht dargestellt) das zu
belichtende Substrat angeordnet. Der Abstand zwischen der Maske
und dem Substrat kann je nach den Anwendungsanforderungen im Mikrometer-
oder Millimeterbereich gewählt
werden.
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Aus
Berechnungen und ersten praktischen Erfahrungen geht hervor, daß das oben
beschriebene System hervorragende Abbildungseigenschaften, insbesondere
auch bei großflächigen Substraten
aufweist. Auf die möglichen
Abbildungseigenschaften des neuartigen Elektrodensystems wird im
folgenden näher
eingegangen.
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Ein
wesentlicher Faktor im Hinblick auf gute Abbildungseigenschaften
ist der geometrische Abbildungsfehler des Abbildungssystems, welcher
vorwiegend durch die Größe der virtuellen
Quelle bestimmt ist. Diese definiert die Divergenz α des Strahls
an der Maske, welche in 6 gezeigt ist. In 5 sind
Berechnungen für
den geometrischen Abbildungsfehler bei einem 50 × 50 mm großen Bildfeld dargestellt, wobei
der Durchmesser der Teilchenquelle mit 20 μm und der Abstand zwischen der
Maske und dem Substrat mit 300 μm
angenommen wurde. Der 5 ist zu entnehmen, daß der maximale
geometrische Abbildungsfehler innerhalb des Bildfeldes kleiner als
5nm ist.
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In
der Praxis ist es möglich,
diese Parameter noch zu verringern, z.B. eine Teilchenquelle mit
einem Durchmesser von 10 μm
und einen Abstand von 100 μm
zwischen Maske und Substrat, so daß die Abbildungseigenschaften
in bezug auf den geometrischen Fehler gegebenenfalls weiter verbessert
werden können.
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Ein
weiterer, wesentlicher Faktor für
die Bestimmung der Abbildungseigenschaften des Elektrodensystems
betrifft die Abweichung der Teilchenbahnen von der Strahlrichtung
(Telezentrizität),
das heißt
die Güte der
Parallelität
des Strahls bei Auftreffen auf die Maske. Dabei wird in einem gezielten
Optimierungsverfahren versucht, die Abbildungsfehler der Sammellinse
durch gegenläufige
Abbildungsfehler der Zerstreuungslinse zu kompensieren und umgekehrt.
In 7 sind für
ein Bildfeld von 54mm × 50mm
(ca. 35mm Radius) die Abweichungen der Auftreffwinkel ε (gemäß 6)
auf die Maske von den optimalen Auftreffwinkeln dargestellt, wobei
die Kurve für
einen exakt parallelen Strahl (Abbildungsmaßstab 1:1) eine Maximalabweichung
von –60μrad zeigt.
Diese Kurve entspricht dem in 3 und 4 dargestellten
Strahlengang mit den in 3 angegebenen Potentialen für die einzelnen
Elektroden 6a bis 6g des Elektrodensystems 6.
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Nachfolgend
sind mit Bezug auf die 6 Kenndaten der optimierten
Schattenwurf-Anordnung,
wie sie in den Figuren dargestellt und oben beschrieben ist, in
einer Tabelle zusammengefaßt.
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Ein
weiterer Vorzug dieses neuartigen Systems besteht darin, daß der Abbildungsmaßstab innerhalb bestimmter
Grenzen variiert werden kann, nämlich
ganz einfach in dem durch entsprechende Änderung der Potentiale an den
einzelnen Elektroden die Wirkung der Zerstreuungslinse im Verhältnis zur
Sammellinse geändert
wird. Somit kann sowohl eine geringfügig verkleinerte als auch eine
geringfügig
vergrößerte Darstellung der
Maskenstrukturen erfolgen. Dies ist insbesondere bei großflächigen Substraten
von großer
Bedeutung, wie sie z.B. für
Flachbildschirme verwendet werden. Durch technologisch notwendige
Temperschritte können
z.B. Glassubstrate Größenänderungen
von ± 150
ppm haben, bei Plastiksubstraten sind diese Änderungen größer (≅± 500 ppm).
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Bei
einer vergrößerten oder
verkleinerten Abbildung der Maskenstrukturen auf das Substrat sind
die Teilchenstrahlen in einem Abstand von der Strahlachse zunehmend
divergierend bzw. konvergierend. Bei dem 50mm × 50mm Bildfeld verlaufen beispielsweise
die Randstrahlen des Teilchenstrahls bei einem Abstand zwischen
Maske und Substrat von 1 mm und bei einer Vergrößerung oder Verkleinerung des
Bildfeldes um 500 ppm unter einem Winkel von 17,7 mrad und bei einer
Vergrößerung oder
Verkleinerung des Bildfeldes um 300 ppm unter 10,6 mrad.
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In 7 sind
Berechnungen dargestellt, welche die Abweichungen der Teilchenstrahlen
von der gewünschten
Teilchenbahn bei einem Bildfeld von 50mm × 50mm und einer Maßstabsänderung
von 300 ppm und 500 ppm zeigen. Diesen Berechnungen ist zu entnehmen,
daß innerhalb
des vorgegebenen Vergrößerungs-/Verkleinerungsbereichs
von ±500
ppm mit einer maximalen Strahlabweichung von weniger als 100 μrad zu rechnen
ist. Bei einem angenommenen Abstand zwischen Maske und Substrat
von 1 mm beträgt
der maximale Lagefehler 0,1 μm.
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An
dieser ist Stelle zu bemerken, daß bei bekannten Anlagen für Lithographie
Maßstabsänderungen der
Abbildung nur etwa innerhalb von ± 75 ppm mit akzeptablen Fehlern
möglich
sind, sodaß die
neuartige Anlage solche bekannten Anlagen um ein Vielfaches übertrifft.
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Versuche
mit einem von der Anmelderin hergestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung
in Form einer MIBL-Anlage haben gezeigt, daß die in obiger Tabelle angeführten Parameter
praktisch realisierbar sind. In 8 sind Öffnungsstrukturen
in einer Maske in einer Ecke eines 60.5mm × 30.3mm großen Maskenfeldes
dargestellt. 9 zeigt eine MIBL Abbildung
mit 80keV Helium-Ionen in einem 0.6μm dicken Resist (Negativresist:
die mit Ionen belichteten Resistgebiete bleiben nach der Entwicklung
erhalten). Dabei war der Abstand zwischen Maske und Wafer 1mm. Durch
Experimente bei größeren Abständen (8mm, 265mm)
konnte nachgewiesen werden, daß die
Divergenz α kleiner
als 50 μrad
ist. Daß dieser
Wert etwas höher
ist als der in der Tabelle angeführte
Wert von 30 μrad
liegt daran, daß die
Energieverschmierung der verwendeten Ionenquelle relativ hoch war.
Einem Vergleich der Abbildungen von 8 und 9 kann
entnommen werden, daß die
Strukturen der Maske innerhalb der weiter oben erläuterten
Fehlergrenzen exakt mit den Strukturen auf dem Substrat übereinstimmen.
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Für den praktischen
Einsatz von Schattenwurf-Lithographie Anordnungen ist ebenso die
Veränderung der
abgebildeten Strukturen bei Änderung
der Strahldosis zu berücksichtigen.
1 Mit der bestehenden Anlage sind Versuche durchgeführt worden,
um die Änderung
der Linienbreite bei einer Änderung
der Ionendosis zu bestimmen. Das Ergebnis dieser Versuche ist in
der 10 dargestellt.
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Nachstehend
ist ein Vergleich der realisierten MIBL-Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung mit anderen Schattenwurf-Belichtungen auf der Basis von
Synchrotron-Röntgenstrahlung
dargestellt.
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Da
die vorliegende Erfindung keineswegs auf das in den Figuren dargestellte
und oben beschriebene Ausführungsbeispiel
eingeschränkt
ist, kann insbesondere das Belichtungsfeld ohne Weiteres auf z.B.
100mm × 100mm
ausgedehnt werden.
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Im
Vergleich zur herkömmlichen
optischen Lithographie ergeben sich damit einige unschätzbare Vorteile
der erfindungsgemäßen MIBL-Systeme.
Beispielsweise müssen
in der optischen Lithographie Verkleinerungen von 1:4 bis 1:5 vorgenommen
werden, wobei maximale Bilddurchmesser von 40mm erreicht werden können. Die
Tiefenschärfe
von optischen Systemen beträgt
nicht mehr als 5μm,
während
sie bei MIBL-Systemen der erfindungsgemäßen Art bis über 1mm
reicht. Damit können
in diesen Systemen Substrate mit großen Dickenunterschieden bzw.
Oberflächenrauhigkeiten
verwendet werden, und auch geringfügige Krümmungen der Substrate sind
zulässig.
Außer
der erwähnten
Möglichkeit,
den Abbildungsmaßstab
elektronisch bis ca. 1000ppm zu verändern, bietet die MIBL-Technologie
auch noch den Vorteil, daß wesentlich
billigere Resists ("g-line" statt "i-line"-Resists) als bei
optischen Systemen verwendet werden können. Weiter gibt es bei Abbildungen
mit Ionen keine stehenden Wellen, daher ist keine Antireflexionsbeschichtung
der Substrate notwendig.
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MIBL-Systeme
der erfindungsgemäßen Art
eröffnen
ein weites Feld von neuartigen Anwendungen und Produktionsmethoden.
Insbesondere können
Flachbildschirme auf der Basis von Feldemissionsdisplays mit einer
hohen Durchsatzrate erzeugt werden. Weiter ist die MIBL-Technik
für die
Erzeugung von Oberflächenwellenfiltern,
mikrooptischen Bauteilen und für
die Mikrosystemtechnik optimal anwendbar.
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Für den Fachmann
ist ersichtlich, daß weitere
Modifikationen und Optimierungen von Elektrodenanordnungen möglich sind,
um die Abbildungseigenschaften bzw. die Kompaktheit und Einfachheit
des Systems weiter zu verbessern, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Im
Umfang der gegenständlichen
Erfindung sind demnach alle Schattenwurf-Anordnungen umfaßt, deren
Elektrodenanordnung unter Maßgabe
der Merkmale von Anspruch 1 eine Kombination einer Sammel- mit einer
Zerstreuungslinse darstellt.
