DE2516390A1

DE2516390A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen mikrominiaturisierter bauelemente

Info

Publication number: DE2516390A1
Application number: DE19752516390
Authority: DE
Inventors: Robert Jacob Collier; Donald Richard Herriott
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2268286B1; CA1023063A; GB1488741A; US3900737A; JPS50145865A; DE2516390C2; JPS5648965B2; FR2268286A1

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 RadeckesiraOe 43 Telefon (089) 883603/8836(M TeIe* 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

Collier 13-33

Western Electric Company Incorporated New York, N.Y., USA

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen mikrominiaturisierter Bauelemente

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung mikrominiaturisierter Bauelemente, insbesondere auf eine automatisierte Hochgeschwindigkeit s-Elektronenstrahlapparatur zum Herstellen solcher Bauelemente.

Das hohe Auflösungsvermögen und die ausgezeichnete Schärfentiefe eines Elektronenstrahlenbündels machen dieses zu einem attraktiven Werkzeug im Rahmen eines automatisierten Lithographie-Systems,

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das zur Herstellung von mikrominiaturisierter elektronischer Bauelemente vorgesehen^ist. Durch sehr genaues und mit hoher Geschwindigkeit erfolgendes Steuern des Strahlenbündels ist es beispielsweise möglich, Masken direkt auf einem mit Elektronen-Lack (= gegenüber Elektronenbestrahlung empfindlicher "Photo"-Lack) herzustellen oder hierauf zu schreiben, um extrem kleine und genaue integrierte Schaltungen bei niedrigen Kosten herzustellen.

Es ist bekannt, daß der steuerbare Strahl eines Elektronen-Lithographiesystems mit hoher Geschwindigkeit abgelenkt und ausgetastet werden kann. Regelmäßig ist aber dabei das Gebiet, das der Elektronenstrahl zu überstreichen vermag, relativ klein. Demgemäß stand der Konstrukteur eines solchen Systems vor dem grundsätzlichen Problem, wie dieses kleinflächige Abtastfeld an die Erfordernisse einer raschen und wirksamen Exposition relativ großer, mit Elektronen-Lack beschichteter Gebiete anzupassen sei.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein verbessertes Elektronenstrahl-Expositionssysteni bereitzustellen. Insbesondere soll dabei die Expositions-Verfahrensweise in neuartiger Weise angepaßt werden an das Vermögen des im System vorhandenen Elektronenstrahls, mit hoher Zeilenabtastgeschwindigkeit, jedoch auf nur begrenzten Abtastgebieten geführt werden zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen angegeben.

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Bei einer Ausführungsform wird das Oberstreichen großer Gebiete durch den Elektronenstrahl dadurch erreicht, daß das zu bestrahlende Medium auf einer motorgetriebenen Bühne angeordnet wird. Die Bühne bewegt sich kontinuierlich und synchron zum Strahlenbündel, der rasterartig in einer senkrecht zur Bühnenbewegung verlaufenden Richtung geführt wird. Im Regelfall umfaßt das Medium eine Vielzahl Bereiche, in denen je identische Muster erzeugt werden sollen. Beispielsweise sind die Teilbereiche matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet.

Bei einer ersten Ausführungsform wird das am weitesten links gelegene Streifengebiet in jedem der Teilbereiche der am weitesten links gelegenen Spalte, der ersten Spalte, der Anordnung wiederholt, entsprechend derselben Musterinformation bildmäßig bestrahlt, Nach Bestrahlung des am weitesten links gelegenen Streifengebietes des letzten Teilbereichs der ersten Spalte wird das Medium so bewegt, daß der Strahl über das am weitesten links gelegene Streifengebiet des nächst benachbarten Teilbereichs in der zweiten Spalte der Anordnung geführt werden kann.

Das Medium wird längs eines serpentinenförmigen Weges bewegt, bis die am weitesten links gelegenen Streifengebiete auf allen Teilbereichen in gleicher Weise bestrahlt worden sind. Sodann wird während der Bewegung des Mediums in eine Stellung, in der der Strahl über das dem zuerst bestrahlen Streifengebiet direkt benachbarte Streifengebiet geführt werden kann, der Speicher, dessen Inhalt

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das zuerst geschriebene Muster bestimmte, mit neuer Information beschickt. Die neue^ Information bestimmt dann das auf der nächsten Gruppe von Streifengebieten in den entsprechenden Teilbereichen zu schreibende Muster.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 ein elektronenlackbeschichtetes Plättchen, das auf einem X-Y-Tisch befestigt ist und schematisch die Art und Weise wiedergibt, auf die der Elektronenlack durch ein Elektronenstrahlenbündel entsprechend der Erfindung bestrahlt wird,

Fig. 2 die rasterförmige Abtastbetriebsweise in einem Teil des in Fig. 1 dargestellten Elektronenlacks und

Fig. 3 ein Übersichtsschaltbild in Blockform eines Elektronenstrahl-Expositionssystems entsprechend der Erfindung.

Zu Erläuterungszwecken wird nachstehend das Schwergewicht auf die Herstellung einer Muttermaske gerichtet, die sich zum Herstellen mikrominiaturisierter integrierter Schaltungen im üblichen Kontaktdruckverfahren eignet. Die Herstellung einer solchen Maske geschieht beispielsweise durch Beschichten eines Glassubstrates 10 (Fig. 1) mit einer Chromschicht 12 nach allgemein bekannten Methoden. Das Chrom wird dann seinerseits mit einer Elektronenlack-

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Schicht 14 beschichtet, die durch ein Elektronenstrahlenbündel selektiv zu bestrahlen ist. An den Auftreffstellen des Strahls auf der Elektronenlackschicht 14 findet entweder eine Polymer-Vernetzung oder ein Polymerketten-Bruch (scission) statt, je nachdem, ob es sich bei der Elektronenlackschicht 14 um einen Negativ- oder einen Positivlack handelt. Im Falle eines Negativlackes wird mit einem entwickelnden Lösungsmittel das unbestrahlte Polymer entfernt, während im Falle eines Positivlackes das bestrahlte Polymer entfernt wird. Nachfolgend werden die freiliegenden Teile der Chrombeschichtung 12 nach üblichen Ätzverfahren oder im Ionenabtragverfahren entfernt. Sodann wird das restliche Lackmaterial entfernt, um ein opakes Chrom-Muster auf dem transparenten Glassubstrat 10 zurückzulassen. Eine solche Muttermaske wird dann im Rahmen eines photolithographischen Kontaktdrucksystems zur Duplizierung des durch das Chrom definierten Musters auf einem photolackbeschichteten Siliciumplättchen benutzt.

Das vorliegende Elektronenstrahlbelichtungssystem eignet sich auch sehr gut zum Herstellen von Muttermasken hoher Auflösung zur Ver wendung in einem Röntgenstrahlen-Lithographie-Drucksystem. Die schematische Darstellung der Fig. 1 ist gleichermaßen representa- tiv für die Elemente, die zur Herstellung eines solchen Mutter maskentyps erforderlich sind. In jenem Falle ist das Substrat 10 vorteilhaft ein direkter Polyäthylenth«r«pJrthalat-Film (wie dieser unter der Handelsbezeichnung Mylar von der E.I. Dupont de Nemours & Co. vertrieben wird.) Dieser FiIs ist über einen mecha-

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nisch stablien ringförmigen Träger gespannt und mit diesem verbunden. Die Beschichtung 12 würde dann ein geeignet röntgenstrahlenabsorbierendes Material Cz. B. Gold) sein, während das Material 14 dann ein Röntgenstrahlungs-Lack sein würde.

Nebenbei bemerkt, könnte die Anordnung nach Fig. 1 auch ein elektronenlackbeschichtetes Siliciumplättchen sein. In diesem Falle wäre die Beschichtung 12 eine Siliciumdioxidschicht und das Material 14 ein Elektronenlack. Selektive Bestrahlung des Materials 14 durch ein Elektronenstrahlenbündel, gekoppelt mit anderen üblichen Verfahrensschritten, kann dann dazu benutzt werden, ein Muster hoher Auflösung direkt auf dem Plättchen 10 zu erzeugen.

Das auf die Elektronenlackschicht 14 gerichtete Elektronenstrahlenbündel ist in Fig. 1 schematisch durch die gestrichelten Linien 16 dargestellt. Das Strahlenbündel tritt aus einer Apparatur 18 aus, die ein Elektronenstrahlenbündel kleinen Durchmessers über einen Teil der Oberfläche der Elektronenlackschicht 14 in gesteuerter Weise zu führen vermag. Im einzelnen vermag die Apparatur 18 das Strahlenbündel mit hoher Geschwindigkeit in sowohl der X- als auch der Y-Richtung abzulenken und besitzt Hochgeschwindigkeits-Strahlau st ast-V ermögen.

Beispielsweise sei angenommen, daß die Apparatur 18 der Fig. 1 an der Oberfläche der Elektronenlackschicht !«♦ einen Elefctronenbestrahlungsfleck eines Durchmessers von 0,5 Mikrometer liefert. Bei

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dem hier beschriebenen System soll der Fleckdurchmesser gleich der sogenannten Adressenlänge des Systems sein.

Innerhalb der Apparatur 18 nach Fig. 1 sind rechnergesteuerte X- und Y-Ablenkeinheiten (Fig. 3) zum Richten des 0,5 Mikrometer-Elektronenbestrahlungsfleckes auf jede Adresse innerhalb beispielsweise eines 140 χ 140 um großen elektronischen Abtastfeldes. Innerhalb dieses Feldes wird eine Zeile, die 2 56 Adressenpositionen in je gleichem Abstand hat, durch das Elektronenstrahlenbündel während dessen horizontaler Ablenkung geschrieben.

Während der Ablenkung des Elektronenbestrahlungsfleckes längs einer Zeile des Abtastfeldes wird der Bestrahlungsfleck intensitätsmoduliert durch die Strahlenbündel-Austastelektroden bei einer Frequenz von beispielsweise 10 Megahertz. Diese Modulationsfrequenz entspricht einer Einzeladressen-Expositionszeit von 10 Nanosekunden, die an die Empfindlichkeiten verfügbarer Elektronenlackmaterialxen angepaßt ist.

Das Substrat oder das Plättchen 10 ist auf einem üblichen motorgetriebenen Tisch 21 angeordnet, der mechanisch sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung bewegbar ist. Eine großflächige Exposition des Elektronenlackmaterials 14 wird erreicht, indem der Tisch 21 kontinuierlich und synchron mit dem abtastenden Strahlenbündel der Apparatur 18 bewegt wird. Auf diese Weise kann ein Gebiet von bis

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^zu 10 χ 10 cm wirksam bestrahlt werden, obwohl das vorerwähnte Elektronenstrahl-Abtastfeld relativ klein ist.

In Fig. 1 ist der Hauptteil der Oberfläche des Elektronenlackmaterials 14 als in eine Anordnung von in Zeilen und Spalten ausgerichteten Quadraten unterteilt dargestellt. Diese Unterteilungen sind aber nicht durch tatsächlich auf dem Elektronenlackmaterial 14 eingezeichneten Linien gebildet. Diese Linien sind in der Zeichnung nur zur Erleichterung der Konzipierung der Teilbereiche des Materials IH, die aufeinanderfolgend zu bestrahlen sind, aufgenommen, Es sei angenommen, daß es sich um 74 Teilbereiche handelt, die in zehn Zeilen und neun Spalten in der in Fig. 1 dargestellten Weise angeordnet sind. Weiterhin sei angenommen, daß jeder Teilbereich etwa 4x4 mm groß ist. Jeder Teilbereich in Fig. 1 sei weiterhin aufgefaßt als in zahlreiche aneinandergrenzende Streifengebiete unterteilt, die in Y-Richtung je 12 8 Um breit sind und in der X-Richtung je 4 mm hoch. Jedes Streifengebiet habe 8 000 parallel zur Y-Richtung verlaufende Zeilen. Jede 12 8 pm breite Zeile habe 2 56 Adressenpositionen, die um je 0,5 um voneinander entfernt sind. Außerdem sollen benachbarte Zeilen einen Abstand von 0,5 um haben.

Entsprechende Streifengebiete der Teilbereiche nach Fig. 1 werden nun jeweils entsprechend eines vorbestimmten Strahlenmodulationsformates bestrahlt. Beispielsweise ist das Format bestimmt durch gespeicherte Digitaldaten, die steuern, ob der Elektronenstrahl

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bei jeder der 256 Adressenpositionen in jeder der 8 000 je 128 um breiten Y-Ablenkzeilen in jedem Streifengebiet aufgetastet (="eingeschaltet") oder ausgetastet (= "ausgeschaltet") ist. Sonach veranlaßt beispielsweise ein gespeichertes Signal "1" entsprechend einer bestimmten Adressenposition, daß der Strahl während seiner Verweilzeit an der betreffenden Adressenposition aufgetastet ist, während ein Signal "0" ein Austasten des Strahls an dieser Position veranlassen würde. Demgemäß bestimmt ein Speicher mit 8 000 χ 256 (= 2 048 000) gespeicherten Bits das Elektronenstrahlenbündel-Expositionsmuster für ein Streifengebiet.

In Fig. 1 beginnt der Elektronenstrahl mit seiner Abtastung beispielsweise im am weitesten links gelegenen Streifengebiet 20 des unteren linken Teilbereichs 22. Im Interesse eines besseren Verständnisses der rasterförmigen Abtastbetrxebsweise des Strahls beim Oberqueren des Gebietes 20, ist ein Teil des Teilbereiches 22 der Fig. 1, der das Streifengebiet 20 enthält, in Fig. 2 dargestellt. Das Streifengebiet 20 nach Fig. 2 wird vom Elektronenstrahlenbündel zeilenweise abgetastet. Die Abtastung beginnt im unteren rechten Abschnitt des Gebietes 20 an der Stelle 24. Von dieser Stelle aus wird der Strahl nach links längs des angegebenen Weges abgelenkt, der 256 Adressenpositionen enthält. Während seiner Ablenkung von rechts nach links wird die Strahlenbündelxntensität bei einer Frequenz von 10 MHz moduliert.

Beispielsweise werde jede Zeile der Fig. 2 vom Elektronenstrahlen-

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bündel in 25,6 Mikrosekunden durchquert. Zwischen den Zeilen findet der sogenannte Strahlrücklauf statt (siehe den Weg 26). Die Rücklaufzeit betrage etwa 6 Mikrosekunden. Wenn daher während der Abtastung das Gebiet 20 mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwas weniger als 2 cm pro Sekunde in Richtung des Pfeiles 28 bewegt wird, wird der Beginn (Punkt 30) der nächsten abzutastenden Zeile genau 0,5 um oberhalb des Ausgangspunktes 24 liegen.

Vorliegend wird die zeilenweise Abtastung des Streifengebietes 2 der Fig. 2 solange weitergeführt bis alle Zeilen im Gebiet 20 vom Elektronenstrahlenbündel überstrichen worden sind. Durch Bestrahlung ausgewählter Adressenpositionen im Gebiet 20 kann dadurch ein vorbestimmtes Muster in diesem Gebiet erzeugt werden. Als nächstes wird dann das Streifengebiet 30 (Fig. 1) in derselben Weise und entsprechend derselben Musterinformation abgetastet. Demgemäß wird der Inhalt des 2 048 OOO-Bit-Speichers, der diese Information gespeichert hat, nicht geändert, sondern einfach in identischer Weise während des Ab"testvorganges des 128 um χ 4 mm großen Streifengebietes 30 ausgelesen.

Danach werden die am weitesten links gelegenen Streifengebiete 34 bis 37 in den übrigen Teilbereichen der linken Spalte in Fig. 1 nacheinander bestrahlt. In jedem Gebiet ist dieselbe gespeicherte Musterinformation erneut bestimmend für das Austastformat des Elektronenstrahlenbündels.

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Nachdem das Streifengebit 37 vom abtastenden Strahlenbündel selektiv bestrahlt worden ist, wird der Tisch 21 in eine Position bewegt, in der sich der Strahl oberhalb der Streifengebiete 40 befindet, das das erste Gebiet der nächsten Spalte der zu bestrahlenden Streifengebiete ist. Im einzelnen ist die Tischbewegung so, daß der Strahl seine erste Zeilenabtastung des Gebietes 40 im oberen rechten Teil desselben beginnt. Das Gebiet HO wird also von oben nach unten bestrahlt (und nicht von unten nach oben, wie dieses vorher bei der Bestrahlung der Gebiete 20, 30 und 34 - 37 der Fall war). Um dieses zu erreichen, wird der erwähnte musterbestimmende Inhalt des 2 048 000-Bit-Speichers umgekehrt ausgelesen (jeweils 256 Bit pro Zeile). Demgemäß ist das im Streifengebiet 40 und in den anderen Streifengebieten 42 bis 48 der zweiten Spalte erzeugte Muster dasselbe, wie dieses in die Streifengebiete 20, 30 und 34 - 37 der ersten Spalte eingeschrieben worden ist.

Nach der Bestrahlung des Streifengebietes 48 veranlaßt das System eine weitere zweidimensionale Bewegung des Tisches 21. Die Tischbewegung ist dabei so, daß die Startstelle des abtastenden Elektronenstrahlenbündels an einer Stelle gelegen ist, die sich im unteren rechten Eck des Streifengebietes 50 der nächsten Spalte zu bestrahlender Streifengebiete befindet.

Durch eine Bewegung des Tisches 21 längs eines kontinuierlichen Serpentinen-Weges unter dem Elektronenstrahlenbündel hinweg, werden die restlichen 59 Streifengebiete belichtet. Entsprechend der

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Erfindung ist dabei die Belichtung in einem jeden dieser Gebiete durch dieselbe Gruppe gespeicherter Bit bestimmt. Demgemäß hat jedes am weitesten liks gelegene Streifengebiet der dargestellten Teilbereiche dasselbe Muster-eingeschrieben erhalten.

Diese Serpentinenbewegung des Tisches 21 ist in Fig. 1 durch die Pfeile 52 - 59 dargestellt, die die Strahlbewegung relativ zur Tischbewegung angeben. Nach Bestrahlung des letzten Streifengebietes 60 in Fig. 1 wird der Tisch so bewegt, daß sich der Teilbereich 22 wiederum unter dem Elektronenstrahl befindet. Im einzelnen ist dabei (siehe Fig. 2) das nächste zu bestrahlende Streifengebiet das Gebiet 62 im Teilbereich 22.

Während der Zeit, während der der Tisch zurückgefahren wird, um das Streifengebiet 62 unterhalb des Strahlenbündels zu plazieren, erhält der musterbestimmende Speicher eine andere Gruppe von 2 048 000 Bit eingespeichert. Wenn daher die Abtastung des Gebietes 62 an der Stelle 64 (Fig. 2) beginnt, steuert der neue Speicherinhalt das für das Elektronenstrahlenbündel vorgesehene Austastformat. Danach werden in identischer Weise wie vorhin, das Gebiet 62 und alle anderen entsprechend gelegenen Streifengebiete der dargestellten Teilbereiche entsprechend dem neuen Speicherinhalt bestrahlt.

Mit Hilfe aufeinanderfolgender identischer Operationszyklen der angegebenen Art ist es daher möglich, die Teilbereiche der Fig. 1

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streifenweise zu bestrahlen. Nachdem die Teilbereiche vollständig bestrahlt worden sind, ist die Elektronenlackschicht IM· für eine Weiterverarbeitung nach üblichen Methoden fertig, um so beispielsweise eine Muttermaske herstellen zu können, die sich für die Fabrikation integrierter Schaltungen hoher Auflösung eignet.

Das erfindungsgemäße Elektrohenstrahlenbündel-Exposüonssystem bewerkstelligt nicht nur die vorstehend beschriebene rasterförmige Abtastbetriebsart sondern korrigiert auch automatisch Fehler bei der Bewegung des Tisches. Dieses erfolgt mit Hilfe zweier üblicher Laser-Interferometer, die die X- und Y-Positionen des Tisches kontinuierlich überwachen (eine Beschreibung solcher Interferometer bei ihrer Verwendung in einem mustererzeugenden System durch Abtastung einer photographischen Platte mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls findet sich in der US-PS 3 573 849). Die von diesen Interferometerη abgeleiteten Signale werden zur Ablenkung des Elektronenstrahls in den X- und Y-Richtungen benutzt, um Tischbewegungsfehler (die beispielsweise von ungleichförmiger Tischbewegung herrühren) zu kompensieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsforra war die Ablenkungskorrektur des Elektronenstrahlenbündels zur Kompensation solcher Fehler schnell genug, um die Zeichnung einer Muster linie innerhalb etwa 0,03 um genau zu ermöglichen.

Das vorliegende Beetrahlungssystem umfaßt auch eine Rückkopplungs-

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schleife zur Kompensation von mit vergleichsweise niedriger Geschwindigkeit auftretenden Fehlern (dieses wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben), Diese zweite Rückkopplungsschleife liefert elektrische Signale (die gleichfalls von den Interferometern herrühren) an die X- und Y-Richtung-Servomotoren, die den Tisch 21 antreiben. Auf diese Weise wird der Tisch bewegt, um Positionsfehler zu minimalisieren.

Wie oben angegeben, wird der Tisch 21 kontinuierlich in der X-Richtung bewegt, während der Elektronenstrahl von links nach rechts in der Y-Richtung abgelenkt wird. Nichtsdestoweniger liegen die 256 Adressenpositionen des abtastenden Strahlenbündels in jeder Zeile längs einer Linie parallel zur Y-Achse. Es findet keine schräge Aufzeichnung statt. Dieses deswegen, weil die Interferometer die absolute Tischlage auf 1/16 (etwa 0,03 um) einer Adresse genau messen. Sonach wird, wie noch nachstehend beschrieben wird, jedesmal, wenn der Tisch sich um 1/16 Adresse bewegt, die Änderung der Tischposition über die Schnellkompensationsschlexfe rückgekoppelt, um das Strahlenbündel auf eine korrigierte Position abzulenken. Auf diese Weise wird der Strahl so gesteuert, daß er in aufeinanderfolgende Zeilenstellen längs einer zur Y-Achse parallel verlaufenden Linie einschreibt.

Das beschriebene Bestrahlungssystem beruht auf den erwähnten Laser-Inter ferometern, um eine genaue Anzeige der Position des Tisches 21 zu erzeugen. Zusätzlich verlangt ein präziser Betrieb des Gesamt-

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systems nach einem Elektronenstrahl, der durch ausgezeichnete Kurzzeitlagestabilität gekennzeichnet ist. Eine derartige Strahlstabilität ist bei guter Ausführung der Elektronenstrahl-Säule erreichbar. Es ist aber wichtig, jegliche Langzeit-Drift des Elektronenstrahls zu überwachen und zu korrigieren, die beispielsweise herrührt von elektrischen oder thermischen Effekten. Dieses erfolgt z. B. durch periodisches Unterbrechen des vorstehend beschriebenen Bestrahlungsprozesses und durch Bewegen des Tisches 21 in genau bestimmte Positionen. Bei solcher Art positioniertem Tisch kann von dem relativ stabilen Strahlenbündel erwartet werden, da6 es etwa auf vorgeformte topographische Stellen auf der Oberfläche des Tisches (für Maskenherstellung) oder auf der Oberfläche des Plättchens selbst (für Bauelementherstellung) auftrifft. Beispielhafte Registrierungsmarken sind in Fig. 1 bei bis 68 dargestellt.

Vor der Bestrahlung wird eine exakte Ausrichtung der Strahlabtastung gegenüber dem Tisch 21 dadurch ausgeführt, daß das System zeitweilig wie eine übliche Elektronenstrahl-Abtastapparatur betrieben wird. Während dieser Betriebsart wird der Elektronenstrahl dahingehend gesteuert, daj; er die Registriermarkierungen abtastet. Dieses liefert eine Basis sowohl zur Ausrichtung der Elektronenstrahl-Abtastung mit der Tisch-Abtastung als auch zur Fokussierung des Strahlenbündels.

Im Falle einer Strahlausrichtung während der Massenfabrikation

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wird ein feines Gitter aus Metallstäben, das einen vom Tisch 21 getragenen Faraday-Becher abdeckt, dahingehend wirksam, die gewünschten Registrierungsmerkmale zu liefern. Wenn der abtastende Strahl die Löcher des Gitters passiert und in den Faraday-Becher gelangt 5 werden alle einfallenden Elektronen in dem Becher festgehalten und festgestellt. Andererseits wenn das Strahlenbündel auf einen Gitterstab trifft, wird ein Teil der einfallenden Elektronen reflektiert und es werden Sekundärelektronen emittiert. Dieses reduziert den GesamtStrahlstrom, der gesammelt und als Registrierungssignal festgestellt werden kann. Die Zeit, die vom Strahl zum Treffen eines genau justierten Stabes benötigt wird (wenn der Strahl von seinem unabgelenkten Ursprung aus abfängt abzutasten) , ist ein Maß für jegliche Strahlbündel-Drift. Zur Kompensation einer solchen Drift werden Korrektursignale zur Steuerung der Lage des Tisches 21 angelegt.

In ähnlicher Weise werden zum Erhalt einer genauen Höhen-zu-Höhen-Ausrichtung während aufeinanderfolgender Bestrahlungen (für Vorrichtungsherstellung) topographische Merkmale gleichfalls verwendet. So können beispielsweise 0,5 um hohe Rippen, die während des ersten lithographischen Verarbeitungsschrittes bei der Bauelement-Fabrikation in Siliciumdioxid eingearbeitet worden sind, als Registrierungsmarken bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten verwendet werden. Durch Führen des Elektronenstrahls über solche Marken, wird der gesammelte Strom beobachtet, der sich dann als Funktion der Topographie ändert. Im einzelnen tritt maximale Elektronen-

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reflexion an den Kanten der Markierungen auf. Diese Änderung ist eine Basis zum Anzeigen der Strahlposition gegenüber den Bezugsmarkierungen auf dem Plättchen.

Fig. 3 ist ein Blockschältbild einer Elektronenstrahlen-Expositionsanlage entsprechend der Erfindung. Die Eingangsdaten für die Anlage werden beispielsweise von einer Bandeinheit 70 geliefert. Diese Daten werden z. B. durch Verarbeiten eines Standard-XYMASK-Ausgangs-Datenträger (output file). Im einzelnen werden dabei die geometrischen Standard-Formate, die in dem XYMASK-Datenträger gespeichert sind, zur Bildung trapzeförmiger Figuren verarbeitet. Eine Gruppe solcher Figuren stellt das Muster in einem Streifengebiet dar.

Vor der Zufuhr der Belichtungsdaten zu einer Streifengebiet-Speichereinheit m, verarbeitet der Rechner 72 die trapezförmigen Figuren weiter, die für ein betrachtetes Streifengebiet representativ sind. Im einzelnen wird jeder Datenträger (file) in eine Gruppe von Rechtecken umgesetzt, dessen Seiten entweder parallel oder senkrecht zu den Begrenzungen eines Streifengebietes sind. Einzelheiten mit schräg verlaufenden Seiten werden in eine Vielzahl Rechtecke unterteilt, deren Höhe eine oder mehrere Adressen beträgt. Die Daten, die sowohl für den Ort eines Rechteckes im Streifengebiet als auch für die Höhe und Breite des Rechteckes representativ sind, werden im Rechner 72 in ein Rasterformat zur Speicherung in der Speichereinheit 74 umgesetzt.

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Die Streifengebiet-Speichereinheit 74 wird wie· folgt gefüllt: Zuerst wird er gelöscht, d. h. jede seiner Bitspeicherstellen wird in den "O"-Zustand gesetzt. Sodann wird eine "1" in jede Bitstelle eingeschrieben, die einem physikalischen Ort innerhalb der Grenzen des ersten darzustellenden Rechteckes entspricht. Das Füllen der Speichereinheit 74 schreitet in einer "Halbzyklus-Einschreiben"-Betriebsart fort. Dieses hat die Wirkung, daß die "1" eines gerade gespeichert werdenden Rechteckes mit einer jeden räumlich koinzidenten "1" eines vorher gespeicherten Rechteckes durch eine ODER-Operation verknüft wird. Auf diese Weise werden die Probleme einer Überlagerung und möglicher Doppelbelichtungen vermieden.

Wenn das dargestellte System in der vorstehend beschriebenen Raster-Abtast-Betriebsart betrieben wird, kann die Speichereinheit 74 dahingehend aufgefaßt werden, daß sie eine Bit-Streifengebietkarte speichert, die 25 6 Adressenstellen (12 8 um) breit ist und 8 000 Adressenstellen (4 mm) hoch ist. Bei einem Ausführungsbeispiel benötigte das Füllen einer solchen 2 048 OOO-Bit-Einheit nur etwa eine Sekunde für vergleichsweise komplexe Musterdarstellungen .

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind Schieberegister 76-77 zwischen die Streifengebiet-Speichereinheit 74 und die Strahlaustasteinheit 78 der Elektronenstrahlapparatur 80 geschaltet. Jeweils eines der

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Register 76-77 wird alternierend von der Speichereinheit 74 mit einer bit-weisen Darstellung einer Abtastzeile des Streifengebietes gefüllt. Sonach wird also beispielsweise eine Gruppe von 256 Bit von der Einheit 74 in eines der Register 76-77 übertragen, um die eine der 8 000 Zeilen in einem Streifengebiet darzustellen. Eine jede dieser Bitgruppen entspricht den 2 56 Adressenstellen in einer abzutastenden Zeile. Beispielsweise veranlaßt jedes "1"-Bit in der 2 56-Bit-Gruppe daß der Strahl an der entsprechenden Adressenstelle aufgetastet (eingeschaltet) ist, während eine "0" den Strahl an der entsprechenden Adressenstelle austastet .

Die sequentielle Datenzufuhr von jeweils einem der Register 76-77 zur Strahlaustasteinheit 78 beginnt synchron mit dem Anfang der Elektronenstrahlabtastung einer Zeile. Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden die Daten auf diese Weise mit einer Geschwindigkeit von einem Bit pro 100 Nanosekunden zugeführt. Die Schieberegister-Zeitsteuerung und die Zeilenabtast-Zeitsteuerung werden durch Einheiten 80 und 82 so koordiniert, daß jede Adressenstelle an genau der richtigen Lage längs jeder parallel zur Y-Richtung verlaufenden Zeilenabtaster bestrahlt wird (siehe Fig. 1).

Die Koordination der Schieberegister 76-7 7 und der Synchronisierungseinheit 80 wird erreicht durch Zufuhr von Signalen einer Steuereinheit 82. Ansprechend auf die vom Rechner 72 zugeführte Information, leitet die Steuereinheit 82 die Informationseingabe

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zu einem der Schieberegister 76-77 ein und synchronisiert sich selbst mit der Einheit 80, die für einen dauernden Lauf entworfen ist. Nachfolgend leitet die Einheit 80 das Auslesen des informationsbeschickten Schieberegisters ein und das Abtasten einer Zeile des zu beschriftenden Streifengebietes wird begonnen. Während einer solchen Ausleseoperation sorgt die Einheit 82 dafür, daß das andere Schieberegister von der Speichereinheit 74 mit den 2 56 Bit beschickt wird, die das Strahlaustastformat definieren, das während der Abtastung der nächsten Zeile zu benutzen ist. Auf diese Weise wird der Bestrahlungsprozeß nicht durch die Notwendigkeit verzögert, das Beschicken des anderen Schieberegisters abzuwarten, bevor mit der Abtastung der nächsten Zeile begonnen werden kann.

Die Steuereinheit 82 ist gleichfalls dafür ausgelegt, Strahlstatus-Steuersignale dem Rechner 72 zuzuführen und die Abtastlänge sowie andere Parameter zu liefern, wie diese vom Bechner bestimmt sind. Außerdem ist die Steuereinheit 82 dafür ausgelegt, die Elektronenstrahlapparatur 80 für eine Abtastung der oben erwähnten Registrierungsmarkierungen in der beschriebenen Weise zu steuern. Weiterhin kann die Einheit 82 dahingehend verdrahtet und/oder programmiert sein, daß zahlreiche weitere Betriebsparameter und Betriebsabläufe zu steuern sind, die beispielsweise zur Systemwartung und zur Strahlausrichtung erforderlich sein mögen.

Die Einheit 84 in Fig. 3 enthält die X- unä Y-Ablenkeinheiten zum genauen Steuern der Bewegung des Elektronenstrahls. Die Y-Richtung-

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Abtastung des Strahls wird unter der Steuerung des Generators 86 durchgeführt, dessen Ausgangssignal über den Verstärker 88 zum Y-Ablenkungsteil der Einheit 84 zugeführt wird. Die dem Verstärker 88 über die Leitung 90 zugeführten Korrektionsspannungen sind dahingehend wirksam, den Anfang der Zeilenabtastung so zu justieren, daß Tischpositionsfehler kompensiert werden.

Beispielsweise liefert der Abtastgenerator 86 in Fig. 3 ein Sägezahn-Ausgangssignal bei 30 kHz, das die 128 tun breite Raster-Abtastung steuert, welche während des beschriebenen Bestrahlungsprozesses benutzt wird. Während der Registrierungsmarkierungsfeststellung wird ein niedrigerfrequentes Sägezahn-Signal vom Generator 86 zu Abtastzwecken geliefert.

Das in Fig. 3 dargestellte System enthält auch eine Schaltung zum kontinuierlichen Bestimmen möglicher Fehler, die zwischen der tatsächlichen derzeitigen Position des X-Y-Tisches 21 und dessen Soll-Steller existieren (die Soll-Stellung ist die beabsichtigte oder ideale Tisch-Stellung zum Einschreiben der nächsten Zeile oder, wenn das Schreiben gerade stattfindet, die ideale Stellung für die derzeit geschriebene Zeile). Die von dieser Schaltung erzeugten Fehlersignale werden dem Ablenkungsverstärker 8 8 zugeführt, um eine sehr rasche kompensierende Ablenkung des Elektronenstrahls zu erreichen. Außerdem werden diese Signale über einen Servomotor 92 einer Antriebs-Getriebekette 9 4 zugeführt, die mechanisch mit dem Tisch 21 gekuppelt ist, um diesen in der

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X- und/oder Y-Richtung so zu bewegen, daß der tatsächliche Tischlagefehler reduziert wird. Vorteilhaft ist der Motor 9 2 ein solcher mit variabler Geschwindigkeit.

Das Tischpositionsregister 9 6 speichert die XY-Koordinaten (gemessen gegenüber einem Bezugs-Nullpunkt auf dem Tisch 21) der derzeitigen Position des XY-Tisches. Die Koordinaten werden auf üblichem Wege durch Zählen von Impulsen bestijiunt, die durch übliche X- und Y-Laserinterferometer 9 8 (die auf dem Tisch 21 montiert sind) erzeugt werden, wenn sich der Tisch aus seinem Bezugs-Nullpunkt herausbewegt. Beispielsweise stellt jeder Impuls eine Verschiebung von etwa 0,03 um dar.

Das Register 100 für die gewünschte Tischst.ellung enthält die XY-Koordinaten der Tischstellung, wie diese vom Rechner 72 bestimmt ist. Durch Subtrahieren (in der Einheit 102) der Inhalte der Register 96 und 100 erhält man ein Signal, das für den Tischpositionsfehler representativ ist. Die Größe dieses Signals wird von der Steuereinheit 82 abgetastet, die dann bestimmt, ob der Tisch 21 genügend genau in seiner beabsichtigten Stellung steht, um ein Fortsetzen des Einschreibens zu ermöglichen. Wenn bei diesem Abtasten der Fehler innerhalb vorgeschriebener Grenzen liegt, wird das Schreiben fortgesetzt. In diesem Fall wird das Ausgangssignal der Subtraktionseinheit 102 dem Ablenkungsverstärker 18 8 zugeführt, um den Elektronenstrahl an die gewünschte Stelle mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen. In jedem Fall wird dieses Fehlersignal

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auch dem Servomotor 92 zugeführt, der den Tisch 21 dann mechanisch so verstellt ,- daß die Differenz zwischen den Inhalten der Register 9 6 und 100 zu einem Minimum wird.

Nach jeder in Y-Richtung erfolgenden Abtastung durch den Elektronenstrahl, wird das Register 100 für die gewünschte Stellung auf den neuesten Stand gebracht, indem eine Adressenposition hinzugefügt wird. Dieses erfolgt beispielsweise durch Addieren (in der Einheit 104) des Inhaltes eines Adresseninkrementregisters 106 zum gegenwärtigen Inhalt des Registers 100 für die gewünschte Stellung. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der im Register 106 gespeicherte Wert normalerweise 0,5 um. Der gespeicherte Wert kann aber auch anders sein, wenn es beispielsweise während der Bauelement-Herstellung notwendig ist, Deformationen im unter Bearbeitung stehenden Plättchen zu kompensieren. In jedem Fall wird die Eingabe der neuen Koordinatenwerte der nächsten gewünschten Strahlstellung in das Register 100 gesteuert durch ein "nächste-Zeile-bitte"-Signal, das dem Verknüpfungsglied 108 von der Synchronisierungseinheit 80 zugeführt wird.

Zahlreiche Abwandlungen sind möglich. So wurde zwar im Vorstehenden hauptsächlich eine Betriebsart beschrieben, bei der jede Zeile eines Streifengebietes von einem gesteuerten Strahl abgetastet wird, andere Betriebsweisen sind aber gleichfalls möglich. Wenn beispielsweise größere Segmente in einem Streifengebiet

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merkmalsfrei (also nicht zu bestrahlen) sind, kann es vorteilhaft sein, das System nicht für eine zeilenweise Abtastung solcher Segmente zu steuern. Durch Bewegen des Tisches 20 mit einer dann höheren als normalen Geschwindigkeit ist es möglich, solche Segmente rasch ohne Abtastung zu durchfahren und dadurch die Gesamtverarbeitungszeit zu verkürzen. Darüberhinaus kann es vorteilhaft sein, wenn wiederholte Lücken (d. h. nicht zu bestrahlende Gebiete) im zu schreibenden Muster vorhanden sind, den Tisch 20 bei einer gleichförmig höheren als normalen Geschwindigkeit anzutreiben.

Obgleich auch vorstehend eine Raster-Abtast-Betriebsart beschrieben worden ist, ist es auch möglich, daß entsprechend der Erfindung aufeinanderfolgende entsprechende Streifengebiete auf beliebiger Zugriffsbasis identisch aufeinanderfolgend bestrahlt werden können. Bei dieser Betriebsart speichert die Speichereinheit 74 nicht eine Bit-Karte des Streifengebiets. Statt dessen enthält dann die Speichereinheit 74 beispielsweise Koordinateninformation, die den Umriß des Musters definiert, das für jedes der Gruppe entsprechender Streifengebiete anzuwenden ist. In jedem Fall ist es ein bedeutsames Merkmal der Erfindung, daß in allen Betriebsarten der Inhalt der Speichereinheit 74 invariant bleibt, bis die ganze Gruppe entsprechender Streifengebiete bestrahlt worden sind.

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Claims

IS

BLUMBACH · WESER · BERC3EN · KRAMER

ZWIRNER · HIRSCH 9516390

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedcestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconstfltj*2,Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Western Electric Company Incorporated Collier 13-33

Patentansprüche \

Verfahren zum Herstellen mikrominiaturisierter Bauelemente, bei dem eine Vielzahl Teilbereiche einer strahlungsempfindlichen Lackschicht selektiv mit Hilfe eines Strahlungsbündels bestrahlt werden, um in jedem der Teilbereiche dasselbe Muster zu definieren, wobei sich jeder Teilbereich aus einer Vielzahl aneinander angrenzender Streifengebiete zusammensetzt, ferner entsprechend gelegene Streifengebiete der Teilbereiche dafür ausgelegt sind, identische Teilmuster hierin definiert zu haben, und die Teilbereiche der Schicht in einer aus Zeilen und Spalten bestehenden Matrix angeordnet sind, gekennzeichnet durch

Steuern des Strahles für eine identische aufeinanderfolgende Bestrahlung der Streifengebiete .einer entsprechend angeordneten Gruppe von Streifengebieten, indem einem Serpentinenweg gefolgt wird, der die Streifengebiete in benachbarten Spalten der Matrix in entgegengesetzten Richtungen durchquert, und durch Wiederholen der Bestrahlung bezüglich angrenzender

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Gruppen von Streifengebieten, um dasselbe Muster in jedem der Vielzahl Teilbereiche zu definieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Lackschicht auf einer planaren Schicht angeordnet ist, gekennzeichnet durch Verarbeitung der bestrahlten Lackschicht und der planaren Schicht, um eine Vielzahl identischer Muster in der planaren Schicht zu definieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch Richten von Strahlungsenergie auf die in der planaren Schicht definierten Muster zur Projektion eines Ebenbildes der Muster auf ein strahlungsempfindliches Medium, das sich benachbart der planaren Schicht befindet.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum mit Hilfe eines Strahlenbündels erfolgenden sequentiellen Abtasten der Vielzahl Gruppen entsprechend gelegener Streifengebiete in den jeweiligen Teilbereichen, wobei die Abtastung gruppenweise sowie jeweils an einem Streifengebiet in zweidimensionaler Weise erfolgt und durch einen Modulator zur Intensitätsmodulierung des Strahlenbündels entsprechend einer Vielzahl bestimmter Muster, wenn die jeweilige Vielzahl von Gruppen entsprechend gelegener Streifengebiete abgetastet werden.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung Mittel zum Durchführen einer Raster-Abtastung eines jeden Streifengebietes umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Raster-Abtasteinrichtung Mittel zum zeilenweisen Abtasten jedes Streifengebietes in dessen ganzer Ausdehnung aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4- bis 6, wobei die Lackschicht auf einem Substrat angeordnet ist, g e k e η η zeichne t durch eine Einrichtung zum kontinuierlichen Bewegen einer angetriebenen Bühne, die das Substrat trägt, um entsprechende Streifengebiete der Teilbereiche einer Spalte in den Bereich des begrenten Abtastfelddes des Strahlungsbündels zu bringen, und durch Mittel zur Steuerung der Bühnenbewegung, um einen Serpentinenweg zu beschreiben, der entsprechende Streifengebiete aufeinanderfolgender Spalten in den Bereich des Abtastfeldes des Strahlenbündels bringt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator gebildet ist durch eine Elektronenstrahlaustasteinheit,

eine Streifengebiet-Speichereinheit zum Speichern einer Bit-um-Bit-Darstellung, die das in einer Gruppe entsprechend gelegener

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Streifengebiete zu erzeugende Muster definiert, wobei die Bitum-Bit-Darstellung eine Vielzahl Bit umfaßt,.welche für jede einer Vielzahl abzutastender Zeilen innerhalb jedes Streifengebietes representativ sind,

zwei Schieberegister, die auf die in der Streifengebiet-Speichereinheit gespeicherten Darstellung anspricht, wobei jedes Register eine Speicherkapazität aufweist, die gleich der Anzahl der Bit pro Zeile des abzutastenden Streifengebietes ist, und eine Einrichtung zum Steuern des Ein/Aus-Zustandes der Strahlaustasteinheit entsprechend den in einem der Schieberegister gespeicherten Bits und zum Eingaben einer Vielzahl Bit in das andere der Schieberegister aus der Speichereinheit während derjenigen Zeit, in der das eine Schieberegister die Strahlaustasteinheit steuert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch

eine Elektronenstrahlablenkeinheit,

Mittel zum Speichern einer Anzeige der absoluten Stellung der Bühne,

Mittel zum Speichern einer Anzeige der gewünschten Stellung der Bühne,

und eine auf die Differenz zwischen den Anzeigen ansprechende Schaltung zum Zuführen eines die Differenz representierenden Fehlersignals zur Ablenkungseinheit und zu der Bühnenbewegungs· einrichtung.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Schaltung zum Eingeben einer weiteren Musterdarstellung in die Streifengebiet-Speichereinheit während der Zeit, in der die Bühne von ihrer Bewegungseinrichtung in
eine Position bewegt wird, in welcher sich das Strahlenbündel über dem ersten Streifengebiet einer weiteren Gruppe entsprechend gelegener Streifengebiete befindet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet
durch eine Schaltung zum Eingeben von Information, welche die in einer angrenzenden Gruppe entsprechend gelegener Streifengebiete zu definierenden Teilmuster darstellt, in die Streifengebiet-Speichereinheit während derjenigen Zeit, die zwischen der Bestrahlung des letzten Streifengebietes in der einen Gruppe entsprechend gelegener Streifengebiete und der Bestrahlung des ersten Strexfengebxetes der angrenzenden Gruppe entsprechend gelegener Streifengebiete verstreicht.

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