DE19922758A1 - Verfahren zur Herstellung einer lithographischen Zeichnung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer lithographischen ZeichnungInfo
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer lithographischen Zeichnung besteht darin, daß im Teilchenstrahl solche geladenen Teilchen abgesondert werden, deren Energiedispersion im Bereich von 0,1 bis 5,0 eV liegt, und aus dem Teilchenstrahl solche geladenen Teilchen entfernt werden, deren Energiedispersion außerhalb des angegebenen Bereichs liegt. Dann wird die primäre Fokussierung des Teilchenstroms von geladenen Teilchen bis zum Erreichen seiner Divergenz von 5.10·-2· bis 10·-4· und eine Bestrahlung mit dem fokussierten Teilchenstrahl von geladenen Teilchen einer eine Zeichnungsschablone aufweisenden Maske durchgeführt. Danach wird eine sekundäre Fokussierung des beim Passieren durch die Maske modulierten Teilchenstrahls zur Herstellung auf der zu bearbeitenden strahlungsempfindlichen Schicht der lithographischen Zeichnung, welche der Zeichnungsschablone der Maske im verkleinerten Maßstab entspricht, durchgeführt.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft Technologie zur Herstellung von
komplizierten lythographischen Zeichnungen mit Hilfe von geladenen
Teilchen. Vorliegende Erfindung kann in Mikroelektronik zur
lythographischen Herstellung von integrierten Schaltkreisen,
Speichereinrichtungen und optischen Elementen mit Abmessungen der
Einzelelemente der leitenden Strukturen im Nanometerbereich Anwendung
finden.
Bis heutiger Zeit wurde die Mikroelektronik auf dem Wege der sukzessiven
Reduzierung der Abmessungen von Schaltungselementen von Mikrometer-
bis Submikrometerbereich entwickelt. Nachdrückliche Forderung nach
Elementen mit Nanometerabmessungen führt zur Suche nach neuen
technologischen Methoden der lythographischen Herstellung der leitender
Struktur, die eine hohe Auflösung erlauben. Unter der Auflösung wird in
diesem Fall die minimale Abmessung von Elementen der zu schaffenden
leitenden Struktur verstanden, die eine noch zulässige Elementendichte der
leitender Struktur definiert, ohne daß sie sich auf Längen- oder
Flächeneinheit berühren.
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zeichnung durch
lythographische Abbildung (US-Patent 5,376,505). Das Verfahren sieht eine
Bestrahlung eines Substrats aus strahlungsempfindlichen Material durch eine
Maske mit einem Strahl von geladenen Teilchen vor, wodurch das erwähnte
Material umgewandelt und auf dem Substrat eine der Zeichnungsschablone
der Maske entsprechende Zeichnung geformt wird. Die Teilchen werden bis
zur Geschwindigkeit beschleunigt, welche De-Broglie-Wellenlänge
entspricht, deren Maximalwert unter der vorgegebenen
Projizierungsgenauigkeit liegt. Der Strahl wird durch Teilchen gebildet,
welche sich innerhalb eines bestimmten Raumwinkels auf den
unterschiedlichen Laufbahnen bewegen, wodurch die erwähnten Teilchen die
Substratoberfläche auch unter verschiedenen Winkeln treffen. Zum
Erreichen der vorgegebenen Genauigkeit der Ausbildung von
lythographischen Zeichnung werden einzelne Abschnitte der Maske derart
abgetastet, daß sich die Lage des Strahls beim Übergang von undurchlässigen
zu durchlässigen Abschnitten (Zeichnungsschablone der Maske) und zurück
ändert.
Die geladenen Teilchen im Strahl weisen eine bedeutende Streuung vom
Mittelwert auf, mit anderen Worten liegt eine Energiedispersion der
geladenen Teilchen vor. Da diese Teilchen die Maske unter verschiedenen
Winkeln treffen, geschieht eine Verwaschung der Abbildung von
durchlässigen Maskenabschnitten (Zeichnungsschablone der Maske) auf dem
Substrat. Die angeführten Erscheinungen lassen keine hohe Auflösung zu,
das heißt es lassen sich keine Abbildungselemente mit linearen Abmessungen
in der Größenordnung von einigen Nanometer herstellen. Die in dem
bekannten Verfahren vorgenommene Abtastung der Maske erschwert das
Verfahren und vermindert seine Produktivität.
Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer lithographischen
Zeichnung auf einer strahlungsempfindlichen Oberfläche (US-Patent
5,561,008). Das Verfahren besteht darin, daß eine einmalige Bestrahlung
einer Zeichnungsschablone der Maske mit einem Strahl von geladenen
Teilchen durchgeführt wird. Der Strahl von geladenen Teilchen wird nach
Passieren der Maske auf die Oberfläche (das Substrat) mit darauf
aufgetragenem strahlungsempfindlichen Material fokussiert, wodurch das
erwähnte Material umgewandelt und auf dem Substrat eine der
Zeichnungsschablone der Maske entsprechende Zeichnung geformt wird.
Jede Quelle der geladenen Teichen stellt bekanntlich keine ideale
Quelle dar, da die Teilchen eine Energiedispersion aufweisen können und
der Strahl selbst eine endliche Winkeldivergenz besitzen kann.
Vorhandensein von Energiedispersion der geladenen Teilchen führt zu
chromatischen Aberrationen in den die Abbildung formenden Systemen.
Vorhandensein der Winkeldivergenz des Strahls von geladenen Teilchen
führt zu sphärischen Aberrationen. Die erwähnten Aberrationen neben der
den geladenen Teilchen entsprechenden De-Broglie-Wellenlänge begrenzen
die in den Abbildung formenden Systemen erreichbare maximale Auflösung.
Ohne spezielle Begrenzung der Energiedispersion der geladenen Teilchen
(chromatischen Aberration) und der Divergenz des auf die Maske fallenden
Strahls ist eine in der Mikroelektronik bei Herstellung von integrierten
Mikroschaltungen und ähnlichen Erzeugnissen erforderliche hohe Auflösung
nicht zu erreichen.
Der Erfindung ist die Aufgabe zu Grunde gelegt, ein Verfahren zur
Herstellung einer lithographischen Zeichnung zu entwickeln, bei dem durch
Bildung eines Strahls von geladenen Teilchen mit einer bestimmten
Winkeldivergenz und durch Gewährleistung einer bestimmtem
Energiedispersion der geladenen Teilchen die Herstellung einer
lithographischen Zeichnung erreichbar wäre, deren einzelne Elemente
lineare Abmessungen in der Größenordnung von einigen Nanometer
ausweisen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Herstellung
einer lithographischen Zeichnung, welches eine Bildung des Strahls von
geladenen Teilchen, eine primäre Fokussierung des gebildeten Strahls von
geladenen Teilchen, eine Bestrahlung der Zeichnungsschablone der Maske
mit dem fokussierten Strahl von geladenen Teilchen, eine sekundäre
Fokussierung des beim Passieren der Maske modulierten Teilchenstrahls zur
Herstellung auf der zu bearbeitenden strahlungsempfindlichen Schicht einer
der Zeichnungsschablone der Maske entsprechenden lithographischen
Zeichnung im verkleinerten Maßstab umfasst, erfindungsgemäß im Strahl
solche geladene Teilchen ausgesondert werden, deren Energiedispersion im
Bereich von 0,1 bis 5,0 eV liegt, und aus dem Teilchenstrahl solche
geladenen Teilchen entfernt werden, deren Energiedispersion außerhalb des
angegebenen Bereichs liegt, wobei die primäre Fokussierung des
Teilchenstrahls von geladenen Teilchen bis zur Winkeldivergenz von 5.10-2
bis 10-4 Radiant durchgeführt wird.
Dadurch, daß im beanspruchten Verfahren Fokussierung des
Teilchenstrahls von auf die Oberfläche der Maske auftretenden geladenen
Teilchen bis zur Winkeldivergenz von 5.10-2 bis 10-4 Radiant vorgesehen ist,
wird die sphärische Aberration bei Projizieren der Zeichnungsschablone der
Maske auf die strahlungsempfindliche Schicht bedeutend vergrößert.
Aussonderung der geladenen Teilchen mit Energiedispersion von 0,1 bis 5,0 eV
im Unterschied zu den bekannten Verfahren läßt eine Verminderung der
chromatischen Aberration zu.
Im Ganzen ist bei beanspruchtem Verfahren durch Verminderung der
sphärischen und chromatischen Aberration die Erhöhung der Auflösung
erreichbar, das heißt, es lassen sich Elemente der leitender Struktur mit
linearen Abmessungen in der Größenordnung von einigen Nanometer
herstellen.
Die weiteren Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung folgen aus der
ausführlichen Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und Zeichnung,
welche schematisch ein Prinzipschaltbild der Anlage zeigt, in der das
beanspruchte Verfahren durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer lithographischen
Zeichnung besteht im folgenden. Mit Hilfe einer Quelle 1 der geladenen
Teilchen wird ein Strahl von geladenen Teilchen - Elektronen oder Ionen -
mit definierter Teilchenenergie und einer bestimmten Energiedispersion im
Bereich zwischen 0,1 bis 5,0 eV gebildet. Dabei werden aus dem
Teilchenstrahl solche geladenen Teilchen entfernt, deren Energiedispersion
außerhalb des angegebenen Bereichs liegt.
Zur Zeit sind die Elektronenquellen vorhanden, welche die angeführte
Energiedispersion der Elektronen gewährleisten. Bei Verwendung einer
Ionenquelle (Thermoionen-, Gasentladungs-, Oberflächenplasma-,
Photodesorbtionsquelle und andere) wird Ionenstrahl durch ein Wien-Filter
durchgelassen, welches die erforderliche Energiedispersion der geladenen
Teilchen sichert (nicht gezeigt).
Auf diese Weise gebildeter Teilchenstrahl von geladenen Teilchen wird
durch ein Linsensystem 2 fokussiert und auf die Maske 3 gerichtet, welche
eine Zeichnungsschablone aufweist.
Durch Linsensystem 2 aus zum Beispiel elektromagnetischen oder
elektrostatischen Linsen wird die primäre Fokussierung des gebildeten
Teilchenstrahls von geladenen Teilchen derart durchgeführt, daß die
Winkeldivergenz des Teilchenstrahls von 5.10-2 bis 10-4 Radiant beträgt.
Winkeldivergenz im angegebenen Bereich kann in den modernen
Elektronenmikroskopen mit erforderlichen Aperturabmessungen, zum
Beispiel in den Beleuchtungssystemen der Transmissionsmikroskopen GEM
4000 FX erreicht werden.
Der auf diese Weise gebildete Teilchenstrahl von geladenen Teilchen passiert
die Maske 3 und erfährt dabei eine räumliche Intensitätsmodulation und
trägt Information über Zeichnungsschablone der Maske 3. Danach wird
mittels des Linsensystem 2 (aus Elektronen- oder Ionenlinsen) die sekundäre
Fokussierung des Teilchenstrahls von geladenen Teilchen auf die
strahlungsempfindliche Schicht 5 durchgeführt. Bestrahlung der einzelnen
Abschnitte dieser Schicht 5 mit geladenen Teilchen führt zur Änderung der
chemischen Zusammensetzung der Oberflächenschicht durch selektive
Entfernung von Atomen einer bestimmten Sorte aus der Schicht 5. Das
heißt, im Bestrahlungsprozess werden die Bedingungen zum Trennen des
Materials der strahlungsempfindlichen Schicht 5 in leitende und
nichtleitende Komponenten geschaffen; dabei driftet die nichtleitende
Komponente in die Tiefe des Schichtmaterials und beeinflußt praktisch seine
Eigenschaften nicht, und die leitende Komponente bleibt im Schichtmaterial
unter Bildung einer Mehrzahl von Elementen der leitenden Struktur mit
linearen Abmessungen in der Größenordnung von einigen Nanometer.
Auf diese Weise wird auf der strahlungsempfindlichen Schicht eine
lithographische Zeichnung gebildet, welche der Zeichnungsschablone der
Maske in dem verkleinerten Maßstab entspricht. Die strahlungsempfindliche
Schicht kann die Oberfläche des Substrats sein, auf welches eine Schicht aus
unter Strahlungseinwirkung umwandlungsfähigen Material aufgetragen ist.
Als solches Material können Metalloxide, -hydride oder -nitride Verwendung
finden. Als Metallhydrid ist vorteilhaft Lanthanhydrid oder
Ytterbiumhydrid, als Metalloxid Urandioxid, als Metallnitrid Galliumnitrid
zu verwenden: nichtsdestotrotz ist diese Aufzählung nicht dadurch begrenzt,
und es ist Anwendung auch von anderen bekannten Stoffen möglich.
Die angegebenen Stoffe werden in den bekannten Verfahren recht selten
verwendet, aber gerade solche Stoffe lassen bei Trennen in die leitende und
nichtleitende Komponenten durch Bestrahlung eine Drift der nichtleitenden
Komponente in Substratmaterial zu.
Durch Ausbildung eines Teilchenstrahls von geladenen Teilchen, welcher
mit einer Winkeldivergenz von 5.10-2 bis 10-4 Radiant auf die Maske
gerichtet wird, wird die sphärische Aberration bei Projizieren der
Zeichnungsschablone der Maske auf bestrahlte Oberfläche wesentlich
verringert. Dabei ist experimentell festgestellt, daß bei Winkeldivergenz
größer als 5.10-2 Radiant die sphärische Aberration zu Verzerrung und
Verwaschung der Zeichnung führt und es können keine Elemente der
lithographischen Zeichnung mit Abmessungen von einigen Nanometer
hergestellt werden. Reduzierung der Winkeldivergenz unterhalb 10-4 Radiant
führt zur wesentlichen Abnahme der Teilchenstrahldichte, was seinerseits
eine vergrößerte Belichtungszeit bei unbedeutender Zunahme der Auflösung
erforderlich macht, was bei Serienfertigung ökonomisch nicht vertretbar ist.
Bildung des Teilchenstrahls von geladenen Teilchen mit Energiedispersion
von 0,5 bis 5 eV führt, wie die durchgeführten Untersuchungen gezeigt
haben, zur Verminderung der chromatischen Aberration bei Projizieren der
Zeichnungsschablone der Maske auf die bestrahlte Oberfläche und damit zur
Zunahme der Auflösung. Dabei ist die Verminderung der Energiedispersion
unter 0,1 eV nicht gerechtfertigt wird, da keine weitere merkliche Zunahme
der Auflösung geschieht. Falls die Energiedispersion 5 eV übersteigt, so
verhindert die entstehende chromatische Aberration die Herstellung der
Abbildung mit Abmessungen einzelner Elementen von einigen Nanometer.
Zur besseren Verständnis des beanspruchten Verfahrens und seiner Vorteile
sind nachfolgend konkrete Ausführungsbeispiele beschrieben.
In einer Bestrahlungskammer der oben beschriebenen technologischen
Anlage wird eine mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehene Platte
mit Abmessungen 5 × 5 × 0,4 mm in einer Halterung angeordnet. In dieser
Ausführung ist die Platte aus Siliziumoxid gebildet und auf ihre Oberfläche
ein strahlungsempfindliches Material mit einer Dicke von 10 nm
aufgetragen. Als dieses Material wird Lanthanhydrid verwendet. Vor der
Platte wird eine Maske aus Silizium in Form einer Platte mit Abmessungen
50 × 50 × 0,4 mm mit einer darin ausgeführten Zeichnungsschablone in Form
von Rundöffnungen mit einem Durchmesser von 100 nm und geraden Linien
mit einer Breite von 100 nm und einer Länge von 3 mm beim Abstand
zwischen Zeichnungselementen von 1000 nm angeordnet. In der
Bestrahlungskammer wird zuerst mittels einer Vorvakuum- und
Turbomolekularpumpe und dann einer Ionenpumpe ein Vakuum von 10-9
Torr geschaffen. Als Quelle der geladenen Teilchen wird eine
Elektronenkanone mit einer Wolframthermokathode verwendet. Es wird der
Betrieb der Elektronenkanone eingeregelt, welcher eine Energiedispersion
der Elektronen von 0,1 bis 5,0 eV gewährleistet. Dafür wird vor der Maske
im Strahlungsweg der Elektronen eine den Elektronenstrahl absorbierende
Klappe aufgestellt. Nach Erreichen der Elektronenkanone der
Betriebsparameter wird die Klappe geöffnet und eine einmalige Belichtung
durchgeführt. Durch ein System von elektromagnetischen Linsen wird ein
Elektronenstrahl mit einer Winkeldivergenz von 5.10-2 bis 10-4 Radiant
gebildet. Als Resultat der Zusammenwirkung des modulierten
Elektronenstrahls mit Lanthanhydrid erfolgt eine selektive Entfernung von
Wasserstoffatomen aus der Schicht und Abbildung der lithographischen
Zeichnung. Mittlere Elektronenenergie beträgt 300 keV und der
Elektronenstrahlstrom 100 µA. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1
angegeben.
Das Verfahren wird mit gleichen Parametern wie im Beispiel 1 durchgeführt,
es wird jedoch als Quelle der geladenen Teilchen eine Protonenquelle
verwendet, welche eine Generierung von Wasserstoffionen mit Energie in
der Größenordnung von 1 keV gewährleistet. In diesem Fall wird als
strahlungsempfindliches Material Ytterbiumhydrid mit einer Dicke von 10
nm verwendet. Mittlere Ionenenergie beträgt 1000 keV und der
Ionenstrahlstrom 60 µA. Es wird eine Maske mit der gleichen
Zeichnungsschablone wie im Beispiel 1 verwendet. Die Ergebnisse sind in
der Tabelle 2 angegeben.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung einer lithographischen Zeichnung, umfassend eine Bildung eines Teilchenstrahls von geladenen Teilchen, eine primäre Fokussierung des Teilchenstrahls von geladenen Teilchen, eine Bestrahlung mit dem fokussierten Teilchenstrahl von geladenen Teilchen einer eine Zeichnungsschablone aufweisenden Maske, eine sekundäre Fokussierung des beim Passieren durch die Maske modulierten Teilchenstrahls zur Herstellung auf der zu bearbeitenden strahlungsempfindlichen Schicht der lithographischen Zeichnung, welche der Zeichnungsschablone der Maske im verkleinerten Maßstab entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß im Teilchenstrahl solche geladene Teilchen abgesondert werden, deren Energiedispersion im Bereich von 0,1 bis 5,0 eV liegt und aus dem Teilchenstrahl solche geladenen Teilchen entfernt werden, deren Energiedispersion außerhalb des angegebenen Bereichs liegt, wobei die primäre Fokussierung des Teilchenstrahls von geladenen Teilchen bis zum Erreichen seiner Divergenz von 5.10-2 bis 10-4 durchgeführt wird.
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