DE2428303A1

DE2428303A1 - Verfahren und anordnung zur praezisionsausrichtung eines elektronenstrahls mit ausgewaehlten bereichen einer hauptflaeche eines halbleiterkoerpers

Info

Publication number: DE2428303A1
Application number: DE19742428303
Authority: DE
Inventors: Terence W O'keeffe; Alan J Simon
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1975-03-27
Also published as: CA1005176A; FR2234659B1; GB1477871A; JPS583372B2; US3840749A; JPS5037096A; FR2234659A1

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 11. Juni 1974 43,401 I
7481

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania, V. St. A.

Verfahren und Anordnung zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls mit ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung des Elektronenstrahl-Fertigungssystems und des Ausrichtsystems dafür dar, wie sie in den US-PSen 3,679,497 vom 25. 7. 72 und 3,710,101 vom 9. 1. 73 beschrieben sind, die beide auf die gleiche Anmelderin wie die vorliegende Anmeldung zurückgehen. Bei dem Fertigungssystem erzeugt eine planare Photokathodenquelle (die als "Elektromaske" bezeichnet wird) eine gerasterte Elektronenstrahl-Strahlung, die auf eine elektronenempfindliche Schicht (die als "Elektroresist" bezeichnet wird) auf einer Hauptfläche eines im Abstand von der Photokathodenquelle angeordneten Substrats gerichtet wird, um eine gerasterte Differenz hinsichtlich der Löslichkeit zwischen bestrahlten und nicht bestrahlten Gebieten der empfindlichen Schicht zu schaffen. Das Raster der unterschiedlichen Löslichkeit wird auf ein Raster in einer Bauelementlage oder einem Körper übertragen, indem der weniger lösliche Anteil der Elektroresist-Schicht unter Bildung eines.Fenster-Rasters darin entfernt und anschließend die Bauelement-Schicht oder der Körper durch das in der Resist-Schicht gebildete Fenster-Raster selektiv geätzt oder dotiert oder aber eine Bauelement-Schicht etwa durch Verdampfung, Zerstäubung, Oxydieren oder epitaxiales Züchten durch das Fenster-Raster in der Elektroresist-Schicht aufgebracht wird.

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Die Auflösung des Elektronenbild-Projektionssystems von beispielsweise weniger als 0,5 Mikron geht aber bei der benachbarten Anordnung von Bauelement-Rastern verloren, wenn nicht die gleiche Auflösung bei der Ausrichtung aufeinanderfolgender Elektromasken beibehalten werden kann. Die Herstellung eines integrierten Schaltkreises erfordert beispielsweise das Zur-Deckung-bringen und die Bestrahlung von mindestens zwei bis zehn unterschiedlichen Bauelement-Rastern in Elektroresist-Schichten, die aufeinanderfolgend entwickelt und durch Ätzen, Dotieren oder Materialauftrag an eine Bauelement-Schicht übertragen werden. Die Elektronenstrahlung für jedes Raster muß mit genau festgelegten Bereichen der Hauptfläche jedesmal mit einer Genauigkeit von 0,5 Mikron oder weniger im Verhältnis zu dem ersten Raster ausgerichtet werden. Anderenfalls werden die Präzision und die Wirtschaftlichkeit des Elektronenbild-Projektionssystems für die fertiggestellten integrierten Schaltkreise nicht erhalten.

Zur genauen Anordnung von Mehrfachbauelement-Rastern nebeneinander unter Verwendung von durch Elektronenstrahlen hervorgerufenen Leitfähigkeitsmarkierungen (EBIC - electron beam induced conductivity) ist bereits eine Anordnung geschaffen worden, wie sich das aus der üS-PS 3,710,101 vom 9. 1. 73 ergibt. Auf der Photokathodenquelle werden mindestens ein und vorzugsweise zwei kleine im Abstand voneinander angeordnete Anzeige-Elektronenstrahlraster oder -markierungen vorgegebener Querschnittsform vorgesehen, die Justierstrahlanteile bilden, wobei dann entsprechende Detektormarkierungen vorgegebener Form, die vorzugsweise die gleiche wie für die Justierstrahlanteile ist, in einer Oxidschicht auf einem Körper gebildet und mit einer Metallschicht abgedeckt werden. An jeder Detektormarkierung wird über die Oxidschicht ein Gleichspannungspotential zwischen die Metallschicht und den Körper gebracht. Der anschließende Stromfluß zwischen den Anschlüssen ändert sich entsprechend dem Teil oder Bereich der Detektormarkierung, der durch den entsprechenden Justierstrahlanteil bestrahlt wird. Somit läßt sich der Justierstrahlanteil genau im Verhältnis zu der Detektorraarkierung ausrichten, indem der durch den Elektro-

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nenstrahl hervorgerufene Strom abgelesen wird, der der bestrahlten Fläche der Detektormarkierung entspricht. Der elektrische Stromfluß kann durch einen Verstärker so ausgewertet werden, daß dadurch ein Servomechanismus betätigt werden kann, der die Photokathodenquelle oder den Körper verschiebt oder aber das von den Fokussier- und Ablenk-Elektromagnetspulen, die die Photokathodenquelle und den Körper umgeben, gebildete Magnetfeld ändert, so daß das ElektronenstrahT-Raster ausgerichtet wird, und dadurch kann wiederum für eine automatische Ausrichtung der Justierstrahlanteile und der entsprechenden Detektormarkierungen im Verhältnis zueinander gesorgt werden.

Eine Schwierigkeit dieses Ausrichtsystems besteht darin, daß die Detektormarkierungen auf dem Körper selbst hergestellt werden müssen. Wenngleich sich dies in einigen Fällen mit vernachlässigbaren Nachteilen verwirklichen läßt, so können dadurch doch zusätzliche Fertigungsschritte erforderlich werden, um die Detektormarkierungen auf dem Körper für das Ausrichtsystem vorzusehen. Ferner gehen Teile des Körpers, auf dem die Detektormarkierungen gebildet werden, für die Verwendung in dem integrierten Schaltkreis verloren, so daß sich ein erheblicher Verlust für den Körper ergibt. Darüber hinaus erfordert das Ausrichtsystern die Anordnung eines Stromkreises zwischen den· Detektormarkierungen, was teuer und mühsam ist, abgesehen davon, daß keine Ablesungen an einer von den Detektormarkierungen entfernten Stelle vorgenommen werden können. .

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung dienen zur Ausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu einem Halbleiterkörper mit einem Genauigkeitsgrad von beispielsweise 0*5 Mikron oder weniger. Die Erfindung macht Fertigungsschritte entbehrlich, die früher in Verbindung mit einer Ausrichtanordnung für das Elektronenbild-Projektionssystem notwendig waren. Hinzu kommt, daß die Bereiche der Hauptfläche des Körpers, in denen die Detektormarkierungen angeordnet sind, für die Auswertung in Verbindung mit dem herzustellenden integrierten Schaltkreis zur

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Verfügung stehen, wobei sich Ablesungen von den Detektormarkierungen auch an von den Markierungen entfernten Stellen vornehmen lassen.

Es wird ein Halbleiterkörper wie Silizium, Siliziumkarbid, Germanium und Galliumarsenid vorgesehen, der Kathodenlumineszenz erzeugt, die in ihrer Intensität der Dicke des Körpers entspricht. Der Körper kann eine Einkristallscheibe sein, die entsprechend einem der allgemein bekannten Verfahren hergestellt worden ist. Statt dessen kann der Körper auch eine epitaxial auf einem geeigneten abstützenden Substrat wie Saphir gezüchtete Lage sein. In jedem Fall wird der Halbleiterkörper für den Einsatz in dem Ausrichtsystem vorbereitet, indem mindestens eine und vorzugsweise zwei in verhältnismäßig großem Abstand voneinander angeordnete Detektormarkierungen vorgegebener Gestalt neben einer Hauptfläche gebildet werden, in oder an der der integrierte Schaltkreis oder ein anderer elektronischer Baustein gebildet werden soll. Jede Detektormarkierung vorgegebener Gestalt ist in der Lage, eine Differenz in der durch den Körper erzeugten Kathodenlumineszenz hervorzurufen, die der durch einen Elektronenstrahl bestrahlten Fläche der Markierung entspricht. Die vorgegebene Gestalt der Detektormarkierungen ist vorzugsweise stets die gleiche, außerdem von vorzugsweise regelmäßigem geometrischem Verlauf, wie er sich etwa bei einem Kreis, einem Rechteck, einem Dreieck o. dgl. findet.

Die Detektormarkierungen vorgegebener Form lassen sich auf unterschiedliche Weise herstellen. Beispielsweise kann jede Markierung dadurch gebildet werden, daß einfach eine Senke in dem Halbleiterkörper mit der vorgegebenen Gestalt vorgesehen wird, so daß der Elektronenstrahl den Körper durchdringen und an der der Hauptfläche gegenüberliegenden Fläche des Körpers eine unterschiedliche Kathodenlumineszenz hervorrufen kann. Statt dessen kann eine Metall- oder Isolierschicht, die den Elektronenstrahl absorbiert bzw. reflektiert, an der Hauptfläche vorgesehen werden, um einen freigelegten Teil der Hauptfläche, der die vorgegebene

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Gestalt hat, zu umgeben. Ebenso kann das Negativ dieser Ausführungsform die gewünschte Differenz hinsichtlich der Kathodenlumineszenz liefern. Insbesondere kann anstelle einer Senke ein Mesa-Aufbau mit der vorgegebenen Gestalt vorgesehen werden, so daß eine Kathodenlumineszenz größerer Intensität abgegeben wird, wenn der Elektronenstrahl das die Markierung umgebende Gebiet bestrahlt, als wenn der Elektronenstrahl das Gebiet der Detektormarkierung bestrahlt. In gleicher Weise kann die opake Schicht auf der Hauptfläche mit der vorgegebenen Gestalt vorgesehen werden, anstatt einen freigelegten Flächenteil mit der Gestalt der gewünschten Detektormarkierung zu umgeben.

Um einen Elektronenstrahl mit dem Halbleiterkörper auszurichten, wird der auszurichtende Elektronenstrahl so ausgebildet, daß Justieranteile davon auf die Hauptfläche des Körpers in Nähe der entsprechenden Detektormarkierungen gerichtet werden. Jeder Justierstrahlanteil hat eine vorgegebene Querschnittsform, die typischerweise die gleiche geometrische Gestalt hat. Zur bequemen und genauen Ausrichtung ist die Querschnittsform jedes Justierstrahlanteils für einige Ausführungsfälle im wesentlichen die gleiche wie die vorgegebene Gestalt der entsprechenden Detektormarkierung oder -markierungen. Bei allen Ausführungsformen ist ein Photodetektor angeordnet, typischerweise neben der gegenüberliegenden Fläche des Körpers, um die durch Bestrahlung des Substrats mindestens in der Nähe der Detektormarkierungen erzeugte Kathodenlumineszenz zu erfassen. Der Elektronenstrahl wird im Verhältnis zu dem Halbleiterkörper bewegt, wobei die Erfassung fortgesetzt wird, bis die Strahlung eine optimale Ausrichtung der Justierstrahlanteile im Verhältnis zu den entsprechenden Detektormarkierungen anzeigt.

Die Justierstrahlanteile und die Detektormarkierungen können jede geeignete relative Abmessung innerhalb praktischer Grenzen haben, vorausgesetzt, daß die Querschnittsformen in beiden Fällen vorgegeben sind. Vorzugsweise hat jedoch jeder Justierstrahlanteil die gleiche Querschnittsform wie die entsprechenden Detektormar-

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kierungen vorgegebener Gestalt, so daß die Ausrichtung dadurch ermittelt werden kann, daß einfach ein Maximum oder ein Minimum in dem elektrischen Signal der Detektoreinrichtung abgelesen wird. Anderenfalls ist eine elektrische Verarbeitung der elektrischen Signale notwendig, wobei die Justierstrahlanteile über die entsprechenden Detektormarkierungen oszillierend hinwegbewegt werden, um die optimale Ausrichtung der Justierstrahlanteile im Verhältnis zu den entsprechenden Detektormarkierungen zu ermitteln.

Die vorliegende Erfindung läßt sich in besonders günstiger Weise bei der Herstellung eines sehr genauen Bauelement-Rasters in einer Elektroresist-Schicht oder einer Reihe Elektroresist-Schichten auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers einsetzen. Typischerweise erfolgt die Ausrichtung durch selektive Bestrahlung der Elektroresist-Schichten entweder mit einem abtastenden bzw. ablenkenden Elektronenstrahl oder einem gerasterten Elektronenstrahl, der durch eine Photokathodenquelle erzeugt wird.

Wenn der abtastende Elektronenstrahl zur selektiven Bestrahlung verwendet wird, wird die Hauptfläche des Körpers in aneinander angrenzende Felder unterteilt, wobei die Detektormarkierungen vorgegebener Form vorzugsweise symmetrisch an den Grenzen zwischen den Feldern angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Elektronenstrahl wieder im Verhältnis zu jedem Feld ausgerichtet und dann das Feld selektiv bestrahlt werden. Nach der selektiven Bestrahlung der einzelnen Felder wird der Körper weiterbewegt, um so ein Ausrichten und ein selektives Bestrahlen eines weiteren Feldes mit dem abtastenden Elektronenstrahl zu ermöglichen.

Bei der Ausrichtung der Photokathodenquelle im Verhältnis zu genau festgelegten Bereichen der Hauptfläche des Halbleiterkörpers in einem Elektronenbild-Projektionssystem werden vorzugsweise zwei Detektormarkierungen im Abstand voneinander vorzugsweise gegenüberliegend am Umfang auf der Hauptfläche des integrierten Schaltkreises vorgesehen, wobei entsprechende Justierstrahlanteile als Teil des gerasterten Elektronenstrahls, der von der Photokathoden-

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quelle erzeugt wird, vorgesehen werden. Angrenzend an die Detektormarkierungen/ vorzugsweise angrenzend an die gegenüberliegende Fläche des Körpers, werden Photodetektoreinrichtungen angeordnet. Die durch Auftreffen der Justierstrahlanteile auf die entsprechenden Detektormarkierungen bzw. in deren Nähe erzeugte Strahlung wird durch die entsprechenden Detektoreinrichtungen erfaßt, die elektrische Signale der Intensität der Strahlung abgeben. Der gerasterte Elektronenstrahl wird dann im Verhältnis zu dem Körper entweder manuell oder automatisch verschoben, bis die erfaßte Kathodenlumineszenz die optimale Ausrichtung der Justierstrahlanteile im Verhältnis zu den entsprechenden Detektormarkierungen anzeigt.

Vorzugsweise erfolgt die Ausrichtung automatisch durch eine elektrische Einrichtung, die den gerasterten Elektronenstrahl im Verhältnis zu dem Körper in Abhängigkeit von dem von der Detektoreinrichtung gelieferten elektrischen Signal bewegt. Die elektrische Einrichtung umfaßt vorzugsweise zu diesem Zweck eine Moduliereinrichtung zur oszillierenden Verschiebung jedes Justierstrahlanteils über einer Detektormarkierung, ferner eine Phasenerfassungseinrichtung, die vorzugsweise mit der Moduliereinrichtung synchronisiert ist, um längs orthogonaler Achsen die Abweichung der Ausrichtung zwischen dem Justierstrahlanteil und der Detektormarkierung zu erfassen und dann ein entsprechendes elektrisches Signal abzugeben, sowie eine Betätigungseinrichtung zur Änderung des elektrischen Eingangs zu elektromagnetischen Einrichtungen/die den gerasterten Elektronenstrahl von der Photokathodenquelle auf den Halbleiterkörper in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal der Phäsendetektoreinrichtung ausrichten. Vorzugsweise umfaßt die elektrische Einrichtung auch eine Abschalteinrichtung zur Beendigung der Oszillation durch eine Betätigungseinrichtung bei optimaler Ausrichtung der Justierstrahlanteile und der entsprechenden Detektormarkierungen im Verhältnis zueinander.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt eine Seitenansicht einer Elektronenbild-Projektions vorrichtung, bei der von der vorliegenden Erfindung Gebrauch gemacht wird;

Fig. 2 eine Seitenansicht entsprechend einem Teilschnitt durch Fig. 1 längs der Linie H-II;

Fig. 3 perspektivisch einen Teilschnitt durch Fig. 2 längs der Linie IH-III;

Fig. 4 einen gegenüber Fig. 3 abgewandelten perspektivischen Teilschnitt durch Fig. 2 längs der Linie IH-III;

Fig. 5-8 perspektivisch Teilschnitte durch Fig. 2 längs der Linie IH-III entsprechend einer zweiten bis fünften Alternative zu Fig. 4;

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung für die Elektronenbild-Projektionsvorrichtung nach Fig. 1 zur automatischen Ausrichtung des Elektronenstrahl-Rasters in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 schematisch eine Darstellung der Erzeugung eines Bauelement-Rasters hoher Genauigkeit in einer Elektroresist-Schicht auf einem Halbleiterkörper unter Verwendung eines abtastenden Elektronenstrahls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Teildraufsicht auf das Substrat der Fig. 10 ohne die aufgebrachte Elektroresist-Schicht; und

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Fig. 12 ein Flußdiagramm, das die gegenseitige Zuordnung der Funktionsstufen bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung zur manuellen Ausrichtung des abtastenden Elektronenstrahls entsprechend Fig. 10 wiedergibt.

Eine zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignete Elektronenbild-Projektionsvorrichtung ist in den eingangs erwähnten US-PSen 3,679,497 und 3,710,101 beschrieben, mit Ausnahme des Justierverfahrens und der Anordnung dafür. Der Einfachheit und der Klarheit der Beschreibung halber wird diese Vorrichtung hier teilweise nochmals erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Elektronenbild-Projektionsvorrichtung. Eine hermetisch abgedichtete Kammer 10 aus nichtmagnetischem Material weist abnehmbare Endkappen 11 und 12 auf, so daß sich ein entsprechender Aufbau in die Kammer einsetzen bzw. aus dieser herausnehmen läßt. In der Seitenwandung der Kammer 10 ist ferner ein Vakuumanschluß 1 3 vorgesehen, um in der Kammer nach deren hermetischer Abdichtung ein Teilvakuum erzeugen zu können.

In der Kammer sind eine zylindrische Photokathodenquelle oder Elektromaske 14 und ein im Verhältnis dazu ausrichtbarer Halbleiterkörper 15 im wesentlichen parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet. Der Halbleiterkörper 15 ist eine Einkristall-Halbleiterscheibe wie Silizium oder eine Halbleiter-Epitaxialschicht, die in der Lage ist, Kathodenlumineszenz mit einer Intensität zu erzeugen, die ihrer Dicke auf einem abstützenden Substrat wie Saphir entspricht. Der Halbleiterkörper 15 wird von einem Probenhalter 16 aufgenommen, wie das weiter unten genauer erläutert wird. Die Photokathodenquelle 14 und der Probenhalter 16 sind ihrerseits durch ringartige, topfförmige Lagerkörper 17 bzw. 18 parallel im Verhältnis zueinander gehalten. Die Photokathodenquelle 14 und der Halter 16 sind durch eine Distanzhülse 19 im genauen Abstand voneinander gehalten, wobei die Distanzhülse 19 über Dichtungen 22 und 23 längs des Umfangs der Lagerkörper 17 bzw. 18 in genutete Flanschabschnitte 20 bzw. .21 eingreift. Der

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gesamte Aufbau ist über den Lagerkörper 17 an der Endkappe 11 der Kammer 10 gehalten, um so eine bequeme Anordnung der Photokathodenquelle und des Substrats in der Kammer zu ermöglichen.

Die Photokathodenquelle 14 ist kathodisch ausgebildet, während der Halbleiterkörper 15 anodisch gemacht wird, so daß von der Elektromaske emittierte Elektronen auf den Halbleiterkörper 15 gerichtet und beschleunigt werden können. Dazu bestehen der Probenhalter 16 und die Lagerkörper 17, 18 aus in hohem Maße leitfähigem Material, während die Distanzhülse 19 aus hochisolierendem Material besteht. Ein Potential 19A von beispielsweise -10 kV liegt zwischen den Lagerkörpern 17 und 18. Die Potentialdifferenz wirkt auf die Photokathodenquelle 14 und den Halbleiterkörper 15 über die Lagerkörper 17 bzw. 18 und den Probenhalter 16 ein.

Die Kammer 10 umgeben drei jeweils senkrecht zueinander angeordnete Gruppen elektromagnetischer Spulen, um das Auftreffen des Elektronenstrahls auf den Halbleiterkörper 15 zu steuern. Axial längs der Bahn des Elektronenstrahls von der Photokathode 14 zum Halbleiterkörper 15 sind zylindrische elektromagnetische Spulen 24.., 24₂ und 24₃ angeordnet, um die Elektronen bei der Überwindung der Strecke zwischen der Photokathodenquelle und dem Halbleiterkörper spiralförmig zu führen und radial auszulenken. Diese Spulen gestatten eine Steuerung der Drehung (Θ) und der Vergrößerung (M) eines von der Photokathodenquelle emittierten gerasterten Elektronenstrahls, um so für die Fokussierung des Elektronenstrahls zu sorgen. Rechteckige elektromagnetische Spulen 2S₁ und 25₂ sowie 26.. und 26~ sind symmetrisch senkrecht zueinander in Helmholtz-Paaren sowie zu den Spulen 24.. - 24_ angeordnet, um so die Elektronen in Querrichtung ablenken zu können, wenn sie die Strecke von der Photokathodenquelle zu dem Halbleiterkörper 15 durchlaufen. Diese elektromagnetischen Spulen gestatten eine Steuerung oder Beeinflussung der Richtung (in x- und y-Koordinaten) eines von der Photokathodenquelle emittierten gerasterten Elektronenstrahls.

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Bei Betrieb bestrahlt eine auf ihrer Rückseite durch einen Reflektor 27A abgedeckte Lichtquelle 27 wie eine Quecksilberdampflampe eine Photokathodenschicht 28 (beispielsweise Gold oder Palladium) in der Photokathodenquelle 14. Die Photokathodenschicht wird durch ein im wesentlichen durchlässiges Substrat 29 wie Quarz, das durch eine das Negativ eines gewünschten Bauelement-Rasters enthaltende Lage 30 abgedeckt ist, bestrahlt. Die Lage 30 besteht aus einem Material (bspw. Titandioxid), das gegenüber der Lichtstrahlung opak ist. Das Photokathodenmaterial ist somit entsprechend einem mit dem gewünschten Bauelement-Raster oder -Muster übereinstimmenden gerasterten Elektronenstrahl elektronenemittierend. Ein Teil des von der Photokathodenquelle 14 emittierten gerasterten Elektronenstrahls stellt mindestens einen und vorzugsweise zwei Justierstrahlanteile 41 und 42 vorgegebener Querschnittsform (bspw. Quadrate von 300 χ 300 Mikron) dar, die weit voneinander getrennt und vorzugsweise gegenüberliegend an dem Umfang des gerasterten Strahls angeordnet sind.

Entsprechend Fig. 2 ist der Halbleiterkörper 15 innerhalb räumlich oder mechanisch möglicher Grenzen in dem Probenhalter 16 und somit auch im Verhältnis zu der Photokathodenquelle 14 präzisionsgelagert. Der Halbleiterkörper 15 hat einen ebenen oder geradlinigenUmfangsabschnitt 31, und der Halter 16 weist eine Vertiefung 32 auf, in die der Halbleiterkörper 15 paßt. Der Probenhalter 16 hat in entsprechenden Quadranten längs des Umfangs der Vertiefung 32 angeordnete Stifte 33, 34, 35 bzw. 36. Der Halbleiterkörper 15 wird durch Anlegen des flachen Umfangsabschnitts 31 gegen die Stifte 33 und 34 sowie des kreisförmigen bzw. gekrümmten Umfangsabschnitts 37 gegen den Stift 35 festgelegt. Der Halbleiterkörper wird dadurch mit einer Genauigkeit von etwa 25 Mikron oder weniger fixiert. Der bewegliche Stift 36, der mit einer Druckfeder 38 ausgestattet ist, drückt gegen den kreisförmigen Umfangsabschnitt des Halbleiterkörpers 15, so daß dieser fest in seiner Lage gehalten wird und damit präzisionsgelagert bleibt.

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Entsprechend Fig. 3 ist der Halbleiterkörper 15 mit Detektormarkierungen 39 und 40 vorgegebener Gestalt versehen, um so für eine Differenz hinsichtlich der Kathoderilumineszenz zu sorgen, die durch den Halbleiterkörper entsprechend den von dem Elektronenstrahl bestrahlten Bereichen der Detektormarkierungen erzeugt wird. Die Detektormarkierungen 39 und 40 vorgegebener Gestalt werden vorgesehen, indem vorzugsweise Senken mit planarem Boden in dem Halbleiterkörper 15 mit vorgegebener planarer Gestalt gebildet werden. Die Detektormarkierungen 39 und 40 lassen sich mit vertretbarem Aufwand präzise herstellen, indem der Körper durch Fenster-Raster der gewünschten planaren Form in einer Photooder Elektroresist-Schicht (nicht dargestellt) geätzt oder einer Ionenzerkleinerung ausgesetzt wird. Wie gezeigt, haben die Detektormarkierungen 39 und 40 vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Justierstrahlanteile 41 und 42 vorgegebener Querschnittsform. Die Querschnittsform der Justierstrahlanteile und der Detektormarkierungen haben somit vorzugsweise eine Fläche von etwa 250 .u χ 250 ,u in jeder geeigneten geometrischen Gestalt wie einem Quadrat, einem Rechteck oder einem Kreis. Die Stärke des Halbleiterkörpers 15 insbesondere an den Detektormarkierungen 39 und 40 ist für die Wirkungsweise des Ausrichtsystems wichtig. Die Dicke an den Detektormarkierungen muß klein genug sein, um einen Durchtritt des Elektronenstrahls in den Halbleiterkörper zu ermöglichen, so daß Kathodenlumineszenz von der gegenüberliegenden Hauptfläche des Halbleiterkörpers 15 abstrahlt. Die zulässige Dicke dafür hängt von dem Energieniveau des Elektronenstrahls ab. Beispielsweise erfordert ein 10 kV-Elektronenstrahl im Bereich der Detektormarkierungen 39 und 40 eine Dicke von etwa 1 Mikron oder weniger, während ein 30 kV-Elektronenstrahl eine Dicke von etwa 5 Mikron oder weniger zuläßt. Die Hauptfläche des Halbleiterkörpers 15 wird dann durch eine Schicht aus Elektroresist-Material in der gezeigten Weise abgedeckt, in der das Präzisions-Bauelement-Raster gebildet werden soll.

Hinter den Detektormarkierungen 39 und 40 sind in dem Probenhalter 16 Photodetektoren 43 bzw. 44 angeordnet, die jeweils mit

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Leitern 45 und 46 bzw. 45A und 46A durch Vakuum-Dichtungen 47 in der Kammer 10 hindurchgeführt sind. Die Photodetektoren 43 und 44 können die durch den Halbleiterkörper erzeugte Kathodenlumineszenz erfassen, die für einen Siliziumkörper IR-Strahlung ist, und haben eine wesentlich größere Abmessung als die Detektormarkierungen 39 und 40, so daß sie diese umgeben und somit auch gestreutes und abgelenktes IR-Licht oder Kathodenlumineszenz vom Halbleiterkörper 15 nahe den oder in Nachbarschaft der Detektormarkierungen erfassen können. Aus diesem Grunde sind die Photodetektoren 43 und 44 auch so nahe an den Detektormarkierungen 39 und 40 angeordnet, wie die geometrischen Verhältnisse das zulassen, so daß die Auflösung des Lichtsignals und damit die Genauigkeit der Ausrichtung nicht zwischen der Detektormarkierung und den Photodetektoren verlorengehen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es in Verbindung mit einigen Ausführungsbeispielen angebracht sein kann, die Photodetektoren 43 und 44 auf der gleichen Seite des Halbleiterkörpers 15 anzuordnen, auf der sich auch die Photokathodenquelle befindet, so daß reflektierte Kathodenlumineszenz erfaßt wird. Vorzugsweise werden jedoch die Photodetektoren 43 und 44 auf der der Photokathodenquelle 14 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 15 angeordnet.

Bei Betrieb treffen die Justierstrahlanteile 41 und 42 vorgegebener Querschnittsform überlappend auf die entsprechenden Detektormarkierungen 39 bzw. 40 vorgegebener Gestalt auf. Die Elektronenstrahlen erzeugen typischerweise eine Infrarot(IR)-Kathodenlumineszenz, die in ihrer Intensität der Eindringtiefe des Elektrpnenstrahls in den Halbleiterkörper 15 entspricht. Eine Ausrichtung läßt sich somit in genauer Weise einfach dadurch festhalten oder aufzeichnen, daß die Intensität des Lichts an den Photodetektoren 43 und 44 beobachtet wird. Dabei sei erwähnt, daß vorzugsweise Lichtfilter 48 und 49 zwischen den Halbleiterkörper 15 und die Photodetektoren 43 bzw. 44 geschaltet werden, so daß nur' Licht höherer Intensität, wie es durch das Auftreffen der Justierstrahlanteile 41 und 42 auf die Detektormarkierungen 39 und 40 erzeugt wird, zur Deckung mit den Photodetektoren kommt. Sofern

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die Justierstrahlantexle und entsprechende Detektormarkierungen die gleiche vorgegebene Gestalt haben, läßt sich eine optimale Ausrichtung einfach dadurch erzielen, daß ermittelt wird, wo die erfaßte Kathodenlumineszenz die maximale Intensität der Kathodenlumineszenz von dem Halbleiterkörper anzeigt.

Fig. 4-8 zeigen Alternativen der Detektormarkierungen 39 und vorgegebener Gestalt. Speziell können Detektormarkierungen 39' und 40' vorgegebener Form vorgesehen werden, indem Mesa-Anordnungen vorgegebener Form auf dem Halbleiterkörper 15 gebildet werden. Jeder Mesa-Aufbau läßt sich mit einem hohen Maß an Präzision bilden, indem wiederum das Negativ der Mesa-Anordnung in dem Halbleiterkörper 15 durch Fenster-Raster in geeigneten Photooder Elektromasken geätzt oder ionenzerkleinert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gearbeitet. Die kritische Dicke ist hier jedoch die des Halbleiterkörpers in dem die Detektormarkierungen 39' und 40' umgebenden Bereich und nicht an den Detektormarkierungen selbst, da nicht die Anwesenheit, sondern die Abwesenheit von Kathodenlumineszenz erfaßt wird. Sofern die Justierstrahlantexle und die entsprechenden Detektormarkierungen die gleiche geometrische Gestalt haben, wird die optimale Ausrichtung wiederum dort erreicht, wo eine minimale Intensität der Kathodenlumineszenz erfaßt wird.

Entsprechend Fig. 5 werden Detektormarkierungen 39" und 40" vorgegebener Gestalt vorgesehen, indem opake Schichten über der Hauptfläche 15A" des Halbleiterkörpers 15" in den die Detektormarkierungen umgebenden Bereichen gebildet werden. Die Detektormarkierungen 39" und 40" werden somit durch die freigelegten Oberflächenteile der Hauptfläche 15A" vorgesehen, die die vorgegebene Gestalt haben. Die opaken Schichten lassen sich ohne weiteres in Standard-Verfahren herstellen, indem eine opake Schicht über dem gesamten Oberflächenbereich gebildet und dann durch die opake Schicht hindurch geätzt oder ionenzerkleinert wird, um Oberflächenteile der Hauptfläche 15A" in der Form der gewünschten

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Detektormarkierungen freizulegen. Im übrigen gelten für das Ausrichtsystem die obigen Erläuterungen zu Fig. 1,2 und 3. Die opaken Schichten können aus jedem geeigneten Material wie einem Metall oder Oxid bestehen, das den Elektronenstrahl in der gewünschten Weise absorbiert oder reflektiert. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß unter "opak" nicht zu verstehen ist, daß die Schicht den Elektronenstrahl total absorbiert oder reflektiert. Die "opake" Schicht muß nur genügend Elektronenenergie absorbieren oder reflektieren, um eine unterscheidbare oder erkennbare Differenz in der erzeugten Kathodenlumineszenz zu liefern. Die opake Schicht kann auch selbst kathodenlumineszent sein, vorausgesetzt, daß sie eine Strahlung erzeugt, die sich erkennbar von der Kathodenlumineszenz des Halbleiterkörpers 15" unterscheidet. Die Wirkungsweise ist wiederum die gleiche wie in Verbindung mit Fig. 3 erläutert, wo die Ausrichtung durch Ablesen der maximalen Intensität der Kathodenlümineszenz an den Photodetektoren 43" und 44" erzielt wird.

In Verbindung mit Fig. 6 werden Detektormarkierungen 39'" und 40'" vorgegebener Gestalt vorgesehen, indem opake Schichten über Hauptflächen 15A¹ " des Halbleiterkörpers 15'". in dem Gebiet der Detektormarkierungen gebildet werden. Die opaken Schichten haben die vorgegebene Form der gewünschten Detektormarkierungen, haben die gleiche Zusammensetzung wie die opake Schicht der Fig. 5 und werden auch in der gleichen Weise gebildet. Tatsächlich stellt diese Ausführungsform das Negativ der Ausfuhrungsform nach Fig. 5 dar, wobei ein Unterschied in der Funktion sich nur insoweit ergibt, als das Minimum der Kathodenlumineszenz erfaßt wird, um die Ausrichtung zu optimieren, sofern die Justierstrahlanteile 41'" und 42'" sowie die Detektormarkierungen 39'" und 40'" dieselbe vorgegebene Gestalt haben.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden die Detektormarkierungen 39"" und 40"" vorgegebener Gestalt allgemein wie zuvor in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben hergestellt. Die Zusammensetzung

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und die Funktion sind genau die gleiche wie zuvor beschrieben, mit Ausnahme der Beschaffenheit des Halbleiterkörpers 15. Der Halbleiterkörper 15"" ist jedoch eine epitaxial gezüchtete Schicht, die durch ein geeignetes Substrat getragen wird, etwa für die kathodenlumineszente Strahlung durchlässiges Saphirmaterial.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 werden Detektormarkierungen 39'"" und 40'"" vorgegebener Gestalt allgemein wie zuvor in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben vorgesehen. Zusammensetzung und, Funktion sind wiederum genau die gleichen wie in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, mit Ausnahme der Beschaffenheit des Halbleiterkörpers 15. Der Halbleiterkörper 15'"" der Fig. 8 ist nämlich epitaxial auf einem geeigneten tragenden Substrat wie Saphir gezüchtet, das gegenüber kathodenlumineszenter Strahlung durchlässig ist.

Unabhängig von der Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ausrichtung des durch die Photokathodenquelle 14 erzeugten gerasterten Elektronenstrahls mit genau festgelegten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers 15 zur Verfügung. Ferner kann der Halbleiterkörper in gleicher Weise mit aufeinanderfolgenden Photokathodenquellen oder Elektromasken ausgerichtet werden, indem die gleichen Detektormarkierungen und gleiche Justierstrahlanteile auf den aufeinanderfolgenden Photokathodenquellen verwendet werden, so daß alle gerasterten Elektronenstrahlen selektiv auf den Halbleiterkörper mit der gewünschten Präzision auftreffen, d. h. mit einer Genauigkeit, die innerhalb eines Bruchteils eines Mikrons liegt. Fehlabweichungen werden auf die Präzision verringert, mit der die Detektormarkierungen und die den entsprechenden Justierstrahlanteil emittierenden Photokathodenschichten geformt und räumlich angeordnet werden können, was in Verbindung mit dem abtastenden Elektronenmikroskop und dem Elektronenbild-Projektionssystem keine Schwierigkeit bereitet.

Sofern die vorgegebenen Querschnittsformen der Justierstrahlanteile

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von den vorgegebenen Formen der entsprechenden Detektormarkierungen abweichen, erfolgt die Ablesung der Photodetektoren 43 und 44 zur Ermittlung der optimalen Ausrichtung etwas anders als zuvor beschrieben. Eine optimale Ausrichtung wird dann nicht mehr durch das Maximum oder Minimum der Signalablesungen an den Photodetektoren angezeigt. Vielmehr werden für die Signalablesungen Plateaus erreicht, und eine optimale Ausrichtung wird entweder durch Selektion eines bestimmten Punktes auf jedem Plateau unter Berücksichtigung jeglicher Abweichungen in den geometrischen Formen zwischen den Justierstrahlanteilen und den entsprechenden Detektormarkierungen oder durch Selektion eines bestimmten Punktes im Anstieg des Signals von den Photpdetektoren, wenn die Justierstrahlanteile in die Bereiche der entsprechenden Detektormarkierungen hineinwandern oder aus diesen herauswandern, erzielt. Die letztgenannte Justierfolge gestattet die Ausrichtung mit der Kante der Detektormarkierung. Alle diese Ausführungsformen lassen sich bequem entweder in Verbindung mit einem manuellen oder einem automatischen Ausrichtsystem einsetzen, das- eine Anordnung zur Vearbeitung elektrischer Signale aufweist, wie das nachstehend erläutert wird. Diese Alternativ-Ausführungsformen des Ausrichtsystems können jedoch b.ei der Ausrichtung des Abtast-Elektronenstrahl-Systems ,. wie es nachstehend beschrieben wird, geeigneter als bei der Ausrichtung des zuvor beschriebenen Elektronen-Projektionssystems sein.

Der elektrische Strom von den Photodetektoren 43 und 44 kann durch geeignete elektronische Verstärker und Servomechanismen verarbeitet werden, um den gesamten gerasterten Elektronenstrahl im Verhältnis zu dem Halbleiterkörper zu verschieben und die Justierstrahlanteile 41 und 42 genau zur Ausrichtung mit den Detektormarkierungen 39 bzw. 40 zu bringen. Dazu wird vorzugsweise eine geeignete Einrichtung wie eine Moduliereinrichtung verwendet, um das elektrische Eingangssignal zu den elektromagnetischen Spulen und dadurch die Justierstrahlanteile 41 und 42 oszillieren zu lassen öder typischerweise in einem Kreis über die Detektormarkierungen 39 und 40 hinwegzubewegen, so daß die

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elektrischen Ausgangssignale von den Photodetektoren 43 und 44 moduliert werden.

Mit Fig. 9 ist ein Blockschaltbild der Elektronik für die Einstellung der Justierstrahlanteile 41 und 42 im Verhältnis zu den Detektormarkierungen 39 und 40 der gleichen vorgegebenen Gestalt und somit wiederum zur genauen Ausrichtung des Halbleiterkörpers 15 im Verhältnis zu dem gesamten Elektronenstrahl-Raster von der Photokathodenquelle 14 wiedergegeben. Das modulierte elektrische Signal von dem die Infrarot-Strahlung erfassenden Photodetektor 43 gelangt über einen Leiter 46 zu einem Vorverstärker 50, dessen verstärktes Signal dann über einen Leiter 51 zu einem abgestimmten Verstärker 52 weitergegeben wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 52 gelangt über einen Leiter 53 zu einem Phasenabstimmer 54 und von dort über einen Leiter 55 zu einem Doppelphasendetektor 56. Ein gategesteuerter Oszillator 57 beaufschlagt den Doppelphasendetektor 56 über Leiter 58 und 59 bzw. 60 und 61 mit um 90° phasenversetzten Referenzsignalen. Die Ausgangssignale des Phasendetektors 56 enthalten somit in dem Leiter 62 X-Fehlersignale und in dem Leiter 63 Y-Fehlersignale, die über ein Gatter 64 und Leiter 65 sowie 66 zu Integratoren 67 bzw. 68 gelangen. Die Integratoren 67 und 68 liegen mit Gleichstromausgängen an Summiergliederη 69 bzw. 70, wo die Ausgangssignale mit Wechselsignalen vom Oszillator 57 über Leiter 71 bzw. 72 moduliert werden. Die addierten bzw. die überlagerten modulierten Signale werden dann zu den Steuerungen der Leistungseinheiten (nicht gezeigt) geleitet, wie sie üblicherweise eingesetzt werden, um die elektromagnetischen Spulen, in diesem Fall die Helmholtz-Paare 25 und 26, mit Energie zu versorgen.

In^-gleicher Weise wird das modulierte Signal von dem die Infrarot-Strahlung erfassenden Photodetektor 44 über einen Leiter 46A zu einem Vorverstärker 73 geleitet, um dann über einen Leiter 74 zu dem abgestimmten Verstärker 75 und von dort über einen Leiter 76 über den PhasenabStimmer 77 und den Leiter 78 zu einem Doppelphasendetektor 79 zu gelangen. Der Oszillator 57 beaufschlagt

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über die Leiter 80 und 81 auch den Doppelphasendetektor 79 mit den beiden um 90° phasenversetzten Referenzsignalen. Somit werden zwei Ausgangssignale von dem Doppelphasendetektor 79 erhalten. Das eine Ausgangssignal, das einem Θ-Fehlersignal entspricht, gelangt über einen Leiter 82, ein Gatter 83 und einen weiteren Leiter 84 zu einem motorgetriebenen Präzisionspotentiometer 86, das dadurch so beeinflußt wird, daß es das Elektronenstrahl-Raster durch Erhöhung oder Erniedrigung des Stroms zu den elektromagnetischen Spulen 44 dreht. Das andere Ausgangssignal über die Leiter 87 und 88 sowie das Gatter 83 steuert die Größe des gerasterten Elektronenstrahls über ein motorgetriebenes mechanisch gekoppeltes Potentiometer 89, das das Hauptfokusfeld einstellt.

Die Fehlersignale in den Leitern 62, 63, 82 und 87 werden in einer Querverbindung elektronisch über Leiter 90, 91, 92 bzw. 93 in einen verzögerten Null-Detektor 94 mit vier Eingängen eingeleitet, dessen Ausgangssignal über einen Leiter 95 zu einem Setz-/Rücksetz^Flipflop 96 gelangt. Die Funktion des Flipflops wird durch Betätigung eines Startfolgeschalters ausgelöst, worauf der Strom über Leiter 97 und 98 zu fließen beginnt, um die UV-Quelle 27 zu erregen und damit die Emission von Elektronenstrahlen durch die Photokathodenquelle 14 einschließlich der beiden Justierstrahlanteile 41 und 42 zu veranlassen. In gleicher Weise gelangt Strom von dem Leiter 97 über den Leiter 99 zu dem gategesteuerten Oszillator 57, der seinerseits um 90° phasenversetzte sinusförmige Signale über Leiter 58 - 71 bzw. 60 - 72 zu den X- und Y-Summiergliedern 69 bzw. 70 liefert. Das gesamte Elektronenstrahl-Raster einschließlich der Justierstrahlanteile 41 und 42 wird somit dazu gebracht, typischerweise in Form eines Kreises mit einem Durchmesser von beispielsweise 6 Mikron bei einer Frequenz von 45 Hz zu oszillieren.

Nachdem die Justierstrahlanteile 41 und 42 einmal bezüglich der Detektormarkierungen 39 bzw. 40 durch Betätigung der Integratoren 67 und 68 sowie der Potentiometer 86 und 89 zentriert oder ausgerichtet worden sind, erreichen die Fehlersignale durch die

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Leiter 90-93 einen Null-Wert, der durch den Null-Detektor 94 erfaßt wird. Der Null-Detektor erzeugt daraufhin ein elektrisches Signal, das über den Leiter 95 zu dem Flipflop 96 gelangt, das mittels Signalen über die Leiter 100 bzw. 101 die Funktionen des gegateten Oszillators 57 beendet und die Gatter 64 bzw. 83 schließt. Die Zeitfolge der selektiven Elektronenstrahlbelichtung einer Elektroresist-Schicht für die volle Fläche des Halbleiterkörpers 15 wird dann eingeleitet und fortgeführt, bis das Resist-Material vollständig belichtet worden ist. Eine Zeitdauer von 3 - 10 s reicht im allgemeinen aus, um eine angemessene Elektronenstrahlbehandlung des Elektroresist-Materials dahingehend zu erzielen, daß das Material gegenüber ausgewählten Lösungsmitteln in einwandfreier Weise unterschiedlich löslich ist. Die Photokathodenquelle 14 hat während der Ausrichtperiode von allen emittierenden Bereichen einen gerasterten Elektronenstrahl erzeugt, jedoch ist die Ausrichtperiode so kurz, daß das Elektroresist-Material in allen Bereichen des Halbleiterkörpers 15 keine nennenswerte Belichtung erfahren hat.

In Verbindung mit Fig. 10 - 12 wird der Einsatz der Erfindung zur Ausrichtung eines abtastenden Elektronenstrahls 102 mit einem Halbleiterkörper 103 gezeigt. Ein abtastendes Elektronenmikroskop zur Anpassung an die vorliegende Erfindung ist in der eingangs erwähnten US-PS 3,679,497 gezeigt. Vorzugsweise haben die Detektormarkierungen 105 jeweils die gleiche vorgegebene Gestalt und eine gleichförmige Verteilung über die Hauptfläche 104, wie das mit Fig. 11 gezeigt ist, wobei die Hauptfläche 104 vorzugsweise in aneinander angrenzende symmetrische Felder unterteilt wird, die sich zur selektiven Bestrahlung einer Elektroresist-Schicht über dem Halbleiterkörper 103 mit minimaler Verzerrung eignen. Jede Detektormarkierung 105 hat vorzugsweise die gleiche oder eine größere vorgegebene Gestalt als der abtastende Elektronenstrahl, der insgesamt als der Justierstrahlanteil in dem Ausrichtsystem wirksam ist. Eine Elektroresist-Schicht, in der das Präzisions-Bauelement-Raster vorgesehen werden soll, wird dann auf die Hauptfläche 104 gebracht. Eine Reihe Photodetektoren 106 werden in

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dem Halter 107 vorzugsweise neben der gegenüberliegenden Fläche 108 des Halbleiterkörpers angeordnet. Jeder Photodetektor 106 ist neben einer Detektprmarkierung 105 angeordnet, um Kathodenlumineszenz zu erfassen, die durch Bestrahlung des Halbleiterkörpers 103 an und neben den Detektormarkierungen 105 erzeugt wird.

Mit Fig. 11 ist veranschaulicht, wie dieser Aufbau eingesetzt werden kann, um den abtastenden Elektronenstrahl mit der Hauptfläche 104 des Halbleiterkörpers 103 feldweise zur selektiven Bestrahlung genau ausgewählter Bereiche der Hauptfläche des Halbleiterkörpers auszurichten. Der Halbleiterkörper 103 ist in aneinander angrenzende Felder 109, 109' ... unterteilt, die vorzugsweise durch Quadrate der Detektormarkierungen 105 begrenzt sind, beispielsweise eine am Schnittpunkt jedes Feldes oder eine im Zentrum längs jeder Seite jedes Feldes, wobei ein IR-Photodetektor 106 neben jeder Detektormarkierung 105 angeordnet ist. Um den Elektronenstrahl 102 beispielsweise mit dem Feld 109 auszurichten, wird der abtastende Elektronenstrahl 102 so moduliert, daß er zwei gegenüberliegende Detektormarkierungen, beispielsweise die Detektormarkierungen 10S₁ und 1O5₂, aufeinanderfolgend überlappt. Die Ausgangssignale der Photodetektoren werden dann einer Kathodenstrahlröhre 110 zugeführt, die außerdem als Eingangssignal von einem den abtastenden Elektronenstrahl 102 steuernden Computer 111 die vorgesehenen Lagen der Detektormarkierungen für eine präzise Ausrichtung erhält. Der Elektronenstrahl 102 wird so im Verhältnis zu dem Halbleiterkörper 103 verschoben, bis die Signale von den beiden Photodetektoren neben den Detektormarkierungen 105.. bzw. 1O5_O in dem überlagerten Eingang der vorgesehenen Lagen der Detektormarkierungen 105- und 1O5₂ zentriert sind und somit die gewünschte Ausrichtung erzielt worden ist. Der Elektronenstrahl 102 wird dann so moduliert, daß er die beiden anderen gegenüberliegenden Detektormarkierungen 105., und 105, aufeinanderfolgend überlappt, bis deren Ausgänge in der Kathodenstrahlröhre 110 innerhalb des überlagerten .theoretischen Eingangs für die Detektormarkierungen 105, und 105, von dem Computer 111

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koinzidieren. Der Elektronenstrahl 102 ist dann ausgerichtet und zur selektiven Bestrahlung des Feldes bereit, wenn er einen entsprechenden Befehl vom Computer 111 erhält. Am Ende der Bestrahlung des Feldes 109 wird der Halbleiterkörper 103 räumlich verschoben, so daß das Abtastfeld des Elektronenstrahls mit dem nächsten Feld 109' auf dem Halbleiterkörper 103 zusammenfällt und selektiv bestrahlt werden kann. Die Ausrichtfolge wird dann wie beschrieben wiederholt.

Das Ausrichtsystem nach Fig. 12 stellt eine Lösung dar, die in Fachkreisen allgemein als manuelles System bezeichnet würde, weil ein Operator die Einstellung vornehmen muß, um in Abhängigkeit von der Ablesung auf der Kathodenstrahlröhre auszurichten. Dabei handelt es sich wegen der verhältnismäßig langen Zeit, die zur Vervollständigung der Ausrichtfolge notwendig ist, um kein zu bevorzugendes System. Vorzugsweise haben somit die Detektormarkierungen die gleiche vorgegebene Größe wie der abtastende Elektronenstrahl, und ebenso wird vorzugsweise ein automatisches System, wie es in Verbindung mit Fig. 9 beschrieben wurde, anstelle der Kathodenstrahlröhre und der manuellen Einstellung verwendet, um den abtastenden Elektronenstrahl sequentiell zu den Feldern 109 automatisch ausrichten zu können.

Es versteht sich, daß die Erfindung grundsätzlich auch in anderem Zusammenhang als hier erläutert eingesetzt werden kann, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche ;

Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß a) auf einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers, der in der Lage ist, eine in ihrer Intensität der Dicke des Körpers entsprechende Kathodenlumineszenz zu erzeugen, mindestens eine Detektormarkierung vorgegebener Gestalt gebildet wird, wobei jede Detektormarkierung in der Lage ist, für eine Differenz in der von dem Körper entsprechend der Fläche der Markierung, die durch einen Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugten Kathodenlumineszenz zu sorgen; b) auf die Hauptfläche des Körpers mindestens ein auszurichtender Elektronenstrahl projiziert wird, der mindestens einen mindestens einer Detektormarkierung entsprechenden Justierstrahlanteil vorgegebener Querschnittsform hat; c) die von dem Körper im Bereich der überlappenden Bestrahlung einer entsprechenden Detektormarkierung erzeugte Kathodenlumineszenz erfaßt wird; d) der ausrichtende Elektronenstrahl unter Fortführung des Erfassungsvorgangs nach c) im Verhältnis· zu dem Körper bewegt wird, um die Bestrahlung entsprechender Detektormarkierungen durch die Justierstrahlanteile zu erfassen; und daß e) der Elektronenstrahl im Verhältnis zu dem Halbleiterkörper dort angeordnet wird, wo die erfaßte Kathodenlumineszenz eine optimale Ausrichtung, der Justierstrahlanteile und entsprechender Detektormarkierungen anzeigt.
2. Verfahren zur Prazisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Detektormarkierungen eine Senke in dem Körper mit vorgegebener Gestalt vorgesehen und die erzeugte Kathodenlumineszenz durch den Körper hindurch erfaßt wird. ~

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3. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Detektormarkierung ein Mesa-Aufbau auf dem Körper mit der vorgegebenen Gestalt vorgesehen und die erzeugte Kathodenlumineszenz durch den Körper hindurch erfaßt wird.
4. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß zur Bildung der Detektormarkierung eine opake Schicht auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers mit der vorgegebenen Gestalt angeordnet wird.
5. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Detektormarkierung eine opake Schicht auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet wird, die einen freigelegten Bereich der Hauptfläche umgibt, wobei der freigelegte Bereich die vorgegebene Gestalt hat.
6. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektormarkierung im wesentlichen die gleiche vorgegebene Gestalt wie ein entsprechender Justierstrahlanteil hat.
7. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auszurichtende Elektronenstrahl ein abtastender Elektronenstrahl zur selektiven Bestrahlung einer Elektroresist-Schicht auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers ist.

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NACHGEREICHT j
8. Verfahren zur Prazisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche des Körpers in aneinander angrenzende Felder zur selektiven Bestrahlung unterteilt ist und die Detektormarkierungen symmetrisch längs Grenzen der. aneinander angrenzenden Felder angeordnet sind..
Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Detektormarkierung zwei mit großem Abstand voneinander angeordnete Detektormarkierungen umfaßt.
10. Verfahren zur Präzisionsausrichtung eines Elektronenstrahls im Verhältnis zu ausgewählten Bereichen einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schritte des automatischen Verschiebens und Positionierens des Elektronenstrahls der elektrische Signalausgang entsprechend der erfaßten Modulation der Justierstrahlanteile über den entsprechenden Detektormarkierungen elektrisch verarbeitet und daß das Verschieben und .Positionieren bei optimaler Ausrichtung der entsprechenden Justierstrahlanteile und Detektormarkierungen im Verhältnis zueinander automatisch beendet werden.

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11.· Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch.1, gekennzeichnet durch a) eine Photokathodenquelle zur Erzeugung eines gerasterten Elektronenstrahls mit mindestens einem Justierstrahlanteil vorgegebener Querschnittsform; b) einen Halbleiterkörper, der in der Lage ist, eine in ihrer Intensität der Dicke des Körpers entsprechende Kathodenlumineszenz zu erzeugen, und angrenzend an eine Hauptfläche davon mindestens eine einem Justierstrahlanteil entsprechende Detektormarkierung hat, wobei jede Detektormarkierung eine vorgegebene Gestalt hat und in der Lage ist, für eine Differenz in der von dem Körper entsprechend der Markierung, die durch einen Elektronenstrahl bestrahlt wird, erzeugten Kathodenlumineszenz zu sorgen; c) eine Einrichtung zur Anordnung des Halbleiterkörpers im Abstand von der Photokathodenquelle des gerasterten

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Strahls; d) eine Einrichtung zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen dem Halbleiterkörper und der Photokathodenquelle, so daß Elektronen von der Photokathodenquelle zu Teilen der Hauptfläche des Körpers gerichtet werden und diese selektiv bestrahlen; e) eine elektromagnetische Einrichtung, um den gerasterten Elektronenstrahl von der Photokathodenquelle zur Bestrahlung ausgewählter Bereiche der Hauptfläche des Körpers nahe den genau festgelegten Bereichen und jeden Justierstrahlanteil zur Bestrahlung ausgewählter Teile der Oberflächenteile der Hauptfläche des Substrats nahe einer Detektormarkierung auszurichten; f) eine Detektoreinrichtung zur Erfassung der von dem Körper erzeugten Kathodenlumineszenz mindestens an und nahe den Detektormarkierungen und zur Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend der durch ° die Justierstrahlanteile bestrahlten Fläche der Detektormarkierung; sowie durch g) eine elektrische Einrichtung zur Verschiebung des gerasterten Elektronenstrahls im Verhältnis zu dem Körper in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal der Detektoreinrichtung, um so im wesentlichen für eine Ausrichtung der Justierstrahlanteile mit den entsprechenden Detektormarkierungen zu sorgen, so daß de-r gerasterte Elektronenstrahl von der Photokathode dem Halbleiterkörper so zugeordnet wird, daß genau festgelegte Bereiche der Hauptfläche des Halbleiterkörpers selektiv mit dem gerasterten Elektronenstrahl bestrahlt werden können.

Anordnung zur selektiven Bestrahlung genau festgelegter Bereiche einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Photokathodenquelle erzeugte gerasterte Elektronenstrahl mindestens zwei im Abstand voneinander angeordnete Justierstrahlanteile mit vorgegebener Querschnittsform aufweist, wobei die Querschnittsform im wesentlichen die gleiche wie die Gestalt der entsprechenden Detektormarkierungen ist.

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geancfari

Anordnung zur selektiven Bestrahlung genau festgelegter Bereiche einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrats nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Einrichtung eine Modulationseinrichtung zur Oszillation der Bewegung jedes Justierstrahlanteils über einer entsprechenden Detektormarkierung, eine Phasenerfassungseinrichtung zur Erfassung der Abweichung von der Ausrichtung der entsprechenden Justierstrahlanteile mit den Detektormarkierungen längs orthogonaler Achsen und zur Abgabe eines entsprechenden elektrischen Signals sowie ferner eine Betätigungseinrichtung zur Änderung des elektrischen Eingangs zu der elektromagnetischen Einrichtung in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal von der Phasendetektoreinrichtung, um so die Justierstrahlanteile und die Detektormarkierungen zur gegenseitigen Ausrichtung zu bringen, aufweist.

KN/sg 3

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