DE2547674A1 - Verfahren zur ablenkung eines elektronen- oder ionenstrahls - Google Patents

Description

• "Verfahren zur Ablenkung eines
• Elektronen- oder Ionenstrahls" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablenkung eines Elektronen- oder Ionenstrahls bei einer Vorrichtung zur Belichtung und/oder Bearbeitung von strahlungsempfindlichen Substraten, mit einer Flektronent oder Ionenquelle, mit Mitteln zur Ablenkung des Elektronen- oder Ionenstrahls, bei dem zur Erzeugung eines Bestrahlungsmusters im von der Strahlung beaufschlagten Substrat sowohl die Lage als auch gegebenenfalls die Verweildauer des Strahlungsbündels über eine; bestimmten Funkt des Substrats willkürlich veränderbar sind.
• Ein derartiges Verfahren findet Anwendung in ier Halbleitertechnolögie, insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltkreise, bei der infolge einer auf engstem Raum angeordneten grossen Anzahl von Schaltungselementen eine besonders gute Kantenschärfe, beispielsweise bei Leitungsbahnen, eingehalten werden muß.
• Bekannte Strahlablenkungsverfahren mit einem sogenannten Flying-Spot-System zur Strahlateuerung arbeiten mit sägezahnförmigen Signalen für die x- und die y-Ablenkung eines feinfokussierten Strahls. Die Frequenzdifferenz der AbleNksignale ist dabei groß gegen ihre Beträge, so daß der Brennfleck des Strahls mit leicht parallel schrägverlaufenden Zeilen nahezu /zur Hauptablenkrichtung über die zu bestrahlende Fläche rastert. Gelegentlich wird auch ein niederfrequentes Ablenksignal digitalisiert (Treppenfunktion) und so mit einem hochfrequenten Signal synchronisiert, daß der Strahl in Zeilen ausgelenkt wird, die parallel zu einer Hauptablenkrichtung verlaufen. Dabei ist jedoch die Verteilung der liadungsdosis auf der Lackschicht infolge der Zeilensprünge dieser Ablenksysteme ungleichmäßig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlablenkungsverfahren anzugeben, bei dem eine möglichst gleichmäßige Bearbeitung einer bestrahlten Substratfläche erreicht wird, und bei dem darüber hinaus die gantenschärfe der eine bestrahlte Fläche umgebenden Kanten unabhängig ist von der Lage dieser Kanten in bezug auf die Ablenkrichtung des Strahls0 Dieses Problem wird bei einem Ablenkverfahren der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Strahl in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ablenkrichtungen ablenkenden Ablenkmittel für äede Ablenkrichtung mit dreieckförmigen Signalen erregt werden, deren Differenzfrequenz klein ist in bezug auf die Signalfrequenz.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die in zwei aufeinander senkrecht stehenden HauptablenkrichtungS<x- und y-Richtung),die parallel zu den hauptsächlich vorliegenden Strukturkanten sind, elektromagnetisch oder elektrostatisch arbeitenden Ablenkmittel mit dreieckförmigen Signalen einer hohen Frequenz erregt, was eine konstante Auslenkgeschwindigkeit des Strahls bewirkt. Die Differenz der Frequenzen der Ablenksignale für die x- und die y-Ablenkung ist dabei klein gegen ihre Beträge, so daß eine Phasendifferenzverschiebung auftritt. Der Auftreffpunkt des Strahlbündels beschreibt dann unter stetigem Ubergang nacheinander Kurven, die den Phasendifferenzen der Ablenksignale entsprechen; wegen der Dreiecksignale sind das annähernd Rechtecke, die gegenüber den Hauptablenkrichtungen um etwa 450 verdreht sind. Durch die Quasi-1iissaous-Figur (Dreiecksignale), die der Strahl beschreibt, wird allmählich die gesamte zu bestrahlende Fläche gleichmäßig überstrichen, Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Strahlablenkverfahren ist trotz der feinen Fokussierung des Strahles, beispielsweise bei der Belichtung einer strahlungsempfindlichen Lackschicht mit einem Elektronenstrahl, eine Gleichverteilung der Elektronendosis auf der Lackschicht garantiert. Außerdem werden Effekte vermieden, die bei bekannten Verfahren zu schlechter Kantenschärfe führen und die insbesondere dann auftreten, wenn die Kanten einer zu bestrahlenden Fläche nahezu parallel zu einer Ablenkrichtung des Strahls verlaufen, Die dadurch verursachten Fehler sind beispielsweise Moire-Effekte, Stufen und periodische Einschnürungen, Erfindungsgemäß werden die in x- und y-Richtung (Hauptablenkrichtungen) verlaufenden Kanten unter gleichen Bedingungen belichtet, d.h. die Zeitkonstante des Strahlsteuersystems (Flying-sp und Strahlaustast-System) wirkt sich nicht mehr ungleich auf die Schärfe der Kanten aus, wie bei vorbekannten Verfahren, bei denen eine senkrecht zur Ablenkrichtung verlaufende Kante im allgemeinen eine größere Unschärfe aufweist.
• Hinzu kommt noch, daß bei vergleichbaren Frequenzen der Ablenksignale die Schreibdichte bei dem erfindungsgemäßen Strahlablenkungsverfahren größer ist und damit infolge der bekannten Nachbarschaftseffekte, beispielsweise bei der Belichtung einer Lackschicht, eine geringere Ladungsdosis pro Flächeneinheit zur Lackbelichtung nötig ist.
• Eine weitere Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend gegeben.
• Das vorgeschlagene Ablenkverfahren ist vorteilhaft anwendbar bei der Belichtung von strahlungsempfindlichen Lackschichten mittels Elektronen. Bei Elektronenstrahlbelichtungsgeräten mit analoger Strahlablenkung zur Strukturierung einer Lackschicht wird synchron zum Elektronenstrahl des Belichtungssystems gleichzeitig der Elektronenstrahl einer hochauflösenden Kathodenstrahlröhre abgelenkt (Blying-spot-System). Mit Hilfe des Leuchtflecks der Kathodenstrahlröhre wird über ein lichtoptisches Abbildungssystem eine Maskenvorlage abgetastet und ein elektrisches Steuersignal für das Strahlaustastsystem des belichtenden Elektronenstrahls gewonnen.
• Die Ablenksysteme für beide Elektronenstrahlen werden gemäß der Erfindung mit Dreiecksignalen angesteuert. Für eine hochauflösende Strukturierung einer Lackschicht mit Mustern in der Größe 1/um werden für die x- und die y-Ablenkung zweckmäßig Ablenkfrequenzen £x und fy von 30 kHz oder größer gewählt bei einer Lackempfindlichkeit von 10 6As/cm2. Das ergibt bei geeigneter Frequenzabstimmung der beiden Ablenksignale eine Schreib dichte von mehr als 60 bis 80 Linien/ium bei einer Größe der zu strukturierenden Fläche von 1 x 1 mm2 Das Verhältnis fx / fy soll sich erfindungsgemäß für eine y gleichmäßige Belichtung der Lackschicht nur wenig von "Eins" unterscheiden. Aus der Forderung nach einer bestimmten Liniendichte, z.B. 60//um, der Belichtungsdauer der Lackschicht und der Frequenz des Ablenksignals in einer der beiden Richtungen, beispielsweise fx a 30.000 kHz, ergeben sich ür die Ablenkfrequenz in der anderen Richtung Werte zwischen mindestens fy fl 50.014 kHz und beispielsweise fy = 30.327 kllz. Dabei liefert fx / fg = 30.000/30.014 - 0,99953 die gleichmäßigste Dosisverteilung. Je größer der Wert |1-(fx/fy) | ist wird, um so ungleichmäßiger wird die Belichtung. Die Auswahl der geeigneten Ablenkfrequenzen erfolgt bei gegebener Linienzahl pro Sekunde Belichtungsdauer (zL) in der Weise, daß zL = m + n so aufgeteilt wird, daß m = (zL + a)/2 und n = (zL - a)/2 mit a s {Primzahlen3 gilt. Die zu bestimmende zweite Ablenkfrequenz (die erste Frequenz ist frei wählbar) ergibt sich zu fy = m/n . fx. Die Größe der frei wählbaren Frequenz ist nach oben hin nicht begrenzt und sollte gleich sein der höchsten mit dem Ablenkmittel des Strahls verträglichen Frequenz. Selbstverständlich ist auch jedes nach einem anderen Bildungsgesetz ermittelte Frequenzverhältnis zulässig.
• Mit Vorteil kann das vorgeschlagene Strahlablenkungsverfahren auch in der Ionenätztechnik angewendet werden, bei der von einem Substrat mittels eines Ionenstrahls Material abgetragen wird. Hierbei besteht die Forderung, einen fokussierten Ionenstrahl so über die Substratfläche zu führen, daß dort an den bestrahlten Stellen eine homogene Verteilung der Ionendichte auftritt. Diese Forderung kann mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Strahlablenkverfahren auf einfache Weise erfüllt werden.

Claims (3)

1. P a t e n t a n 5 p r ü c he Verfahren zur Ablenkung eines Elektronen- oder Ionenstrahls bei einer Vorrichtung zur Belichtung und/oder Bearbeitung eines strahlungsempfindlichen Substrats, mit einer Elektronen- oder Ionenquelle, mit Mitteln zur Ablenkung des Elektronen- oder Ionenstrahls, bei dem zur Erzeugung eines Bestrahlungsmusters in dem von der Strahlung beaufschlagten Substrat sowohl die Lage als auch gegebenenfalls die Verweildauer des Strahlungsbündels über einem bestimmten Punkt des Substrats willkürlich veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Strhl in zwei 7 (xs ov) aufeinander senkrecht stehenden Ablenkrichtungenlablenkenden Ablenkmittel für jede mit den hauptsächlichen Kantenrichtungen der zu belichtenden Struktur übereinstimmende Ablenkrichtung mit dreieckförnigen Signalen erregt werden, deren Differenzfrequenz klein ist in bezug auf die Signalfrequenzen (fxs f
2. 2. Verfahren zur Ablenkung eines Elektronen- oder Ionenstrahls nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur Ablenkung des Strahles von der höchsten mit dem Ablenkmittel vertäglichen Frequenz ist.
3. 3. Verfahren zur Ablenkung eines Elektronen- oder Ionenstrahls nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß fx/fy = m/n mit m 8 (ZT + a)/2 und n s (zL - a)/2 ist, wobei z, die pro Sekunde Belichtungsdauer abzuarbeitende Linienzahl, gezählt über eine Diagonale des zu bestrahlendeu Rechtecks, ist und a aus der Menge der Primzahlen gewählt wird.