DE2727733C2 - Elektronenstrahllithographieanordnung - Google Patents
ElektronenstrahllithographieanordnungInfo
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Description
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische Abschirmung (34,
36,44) zumindest teilweise aus magnetischem Material besteht, so daß sie als Magnetflußpfade für die in
den beiden Gebieten (30,32) wirksamen Magnetfelderwirken.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des ersten Gebiets (30)
rings um den Weg der fokussierten Elektronenstrahlen (12) Strahlabbildungs-Begrenzerdetektoren zur
Erfassung der von Ausrichtungsmarken auf der Werkstückoberfläche (W) rückgestreuten Elektronen
oder dort ausgelösten Sekundärelektronen angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch eine Fluoreszenzsubstanz an
hiermit überzogenen Endflächen von Lichtleitungsstäben (74, 75, 76, 77) gebildeten Strahlabbildungs-Begrenzerdetektoren
innerhalb der elektrostatischen Abschirmung (34, 36, 44) in einer zentralen öffnung (88) zwischen der Blendenöffnung (46) und
dem zweiten Gebiet (32) liegen.
5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verkleinerung des
auf die Werkstückoberfläche (W) abgebildeten Musters gegenüber dem auf uer Photokathode (10,16,
18) angeordneten Muster das Verhältnis der Länge des ersten Gebiets (30) in Richtung der Strahiachse
zur Länge des zweiten Gebiets (32) in Richtung der Strahlachse entsprechend gewählt ist
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in vier um 90° auseinanderliegenden,
radial in Richtung auf die zentrale öffnung (88) verlaufenden Bohrungen in der elektrostatischen Abschirmung je eine der Lichtleitungsstäbe (74,75,76,
77) eingebracht ist, deren mit der Fluoreszenzsubstanz überzogenen Endflächen im spitzen Winkel
mit bezug auf die Werkstückoberfläche (W) abgeschrägt sind, daß in der zentralen öffnung (88) fernerhin ein den Elektronenstrahl (12) unmittelbar umgebender magnetischer Ringkern (80) angebracht
ist, durch den sich die Lichtleitungsstäbe (74, 75,76,
77) in entsprechenden Bohrungen hindurch erstrekken und der Ablenkwicklungen (84, 86) zur Ablenkung der Elektronenstrahlen in X- bzw. y-Richtung
aufweist, und daß die Lichtleitungsstäbe (74, 75, 76,
77) über photoelektronische Wandler zur Strahlauslenkungsjustierung mit den auf dem als Ablenkjoch
wirksamen magnetischen Ringkern (80) angebrachten Ablenkwicklungen (74, 75, 76, 77) elektrisch in
Verbindung stehen.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung
des elektrostatischen Feldes im ersten Gebiet aus einer Anode (44, 56) bestehen, die eine glattpolierte
Zylinderhülse (56) enthält, die in einer Axialöffnung der ersten Linsenstruktur (24) eingelassen ist.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode aus einem
Quarzsubstrat (16) mit einem Golddünnfilmüberzug (18) besteht, auf den das abzubildende
Hilbleiterschaltungsmuster als entsprechend ausgeätzte Tantaloxidschicht (20) aufgebracht ist und daß
die freiliegenden Golddünnfilmbereiche sowie das Tantaloxidschaltungsmuster mit einer photoemittierenden
Schicht (22) zur Emission der Elektronenstrahlen überzogen ist (F i g. 3).
Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahllithographieanordnung,
wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist Bei der Elektronenstrahllithographie
werden Elektronenstrahlabbildungen von Schaltungsmustern über Masken auf sensibiiisierte SiIiciumsubstratoberflächen
oder Wafern projiziert, um monolithisch integrierte Halbleiterschaltungen zu erstellen.
Bei einer z. B. aus der DE OS 21 49 344 bekannten Elektronenstrahllithographieanordnung der eingangs
genannten Art wird dabei die Elektronenstrahl-
bo abbildung von einem UV-bestrahlten Photokathodenfenster
aus projiziert, das mit einer Maske bedeckt ist. um die Bereiche entsprechend dem abzubildenden
Schaltungsmuster zu definieren, von denen Photoelektronen zu emittieren sind, die dann zur Bildung eines
Elektronenstrahls mit der jeweils gewünschten Abbildungskonfiguration beitragen. Bei der bekannten Anordnung
wird zur Erzeugung eines die Elektronen beschleunigenden elektrostatischen Feldes eine entspre-
chende Spannung zwischen der Photokathode und dem zu bearbeitenden Werkstück angelegt Zur Abbildung
der Elektronenstrahlen auf das Werkstück verlaufen die Elektronenstrahlen auf ihrem gesamten *Yeg zwischen
Kathode und Anode innerhalb der zylindrischen öffnung einer magnetischen Fokussierungslinse.
Diese Photokathodenprojektionsmethode besitzt einen gewissen Vorteil gegenüber anderen Arten von
Elektronenstrahlabbildungsverfahren, nämüch den. daß
die Maske nicht freitragend zu sein braucht Sie kann also ganz exakt in Übereinstimmung, entsprechend dem
gewünschten Schaltungsmuster ausgebildet sein, ohne daß Stützverbindungen an nicht dem Strahl ausgesetzten
Gebieten dieser Maske anzubringen sind, die ihrerseits
dann vollständig von dem Strahl ausgesetzten Ge- is bieten umgeben sind. Auf diese Weise werden Verzerrungen
der abzubildenden Muster ausgeschaltet Jedoch zsigt sich, daß derartige Photokathodenprojektionsverfahren
andere Nachteile beibehalten, die rUgemein diesen
Verfahren zugrundeliegen. Werden z. B. bei Bestrahlen Schadstoffe von der mit Photolack überzogenen
Oberfläche des Wafers emittiert, so daß sie auf die Photokathode gelangen, dann üben sie eine schädliche
Wirkung auf diese Photokathode aus und verkürzen damit ihre Lebensdauer. Bisher liegen noch keine wirksamen
Maßnahmen vor, um die Photokathode vor Einwirken solcher Schadstoffe zu schützen.
Andere Nachteile derartiger Photokathodenprojektionsverfahren beruhen auf der Tatsache, daß in derartigen
Anordnungen es üblich ist, die Waferoberfläche der Wirkung eines elektrostatischen Feldes auszusetzen,
das die Elektronen des Elektronenstrahls von der Photokathode zum Wafer hin beschleunigt. Hierdurch wird
die Ausrichtung des projizierten Abbildungsmusters bezüglich der Ausrichtungsmarken auf der Waferoberfläehe
erschwert, da jeder Ausrichtungssignaldetektor, der zur Erfassung der von den Ausrichtungsmarken rückgestreuten
Elektronen oder Sekundärelektronen dient, ebenfalls innerhalb dieses elektrostatischen Feldes angeordnet
werden muß, das dann hierdurch natürlich gestört wird und somit entsprechend zur Bildverzerrung
beiträgt. Ausrichtungsdetektoren, unter Anwendung von Röntgenstrahlen sind vorgeschlagen, um dieses
Problem zu überwinden, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß hiermit keine zufriedenstellenden Ergebnisse
zu erzielen sind.
Ein anderer Nachteil, der sich aus dem Anbringen des Wafers im elektrostatischen Feld ergibt, ist darin zu
sehen, daß Rauhigkeiten oder Unebenheiten in der Waferoberfläche ebenfalls zu Störungen des elektrostatisehen
Feldes beitragen können und damit zur Verzerrung des wiederzugebenden Abbildungsmusters. Da außerdem
der Elektronenstrahl auf Gebiete der Waferoberfläche einfällt,die unmaskierien Bereichender Photokathode
entsprechen, werden einige der von dem Elektronenstrahl hervorgerufenen Sekundärelektronen
durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes zurück auf diejenigen Flächenbereiche des Wafers geworfen,
die ihrerseits maskierten Flächenbereichen der Photokathode entsprechen, so daß hierdurch der Kontrast
zwischen maskierten und unmaskierten Flächenbereichen verringert wird und die Qualität des auf der Waferoberflächen
projizierten Schaltungsmusters herabgesetzt wird, ganz abgesehen davon, daß es hierdurch erschwert
wird, die Ausrichtungsmarken exakt zu erfassen.
Ein anderer Nachteil bekannter Photokathodenproiektionsverfahren besteht darin, daß sie bisher unausweichlich
auf eine Reproduktion im Verhältnis von 1 :1 beschränkt sind. Das bedeutet, daß das abzubildende
Schaltungsmuster auf der Photokathodennäche von der gleichen geringen Größe sein muß als die hiervon auf
der Halbleiteroberfläche zu projizierende Abbildung, wobei es schwierig und/oder aufwendig ist, ein Abbildungsmuster
hoher Auflösung mit größter Genauigkeit auf die Photokathode aufzubringen.
Für eine Elektronenstrahilithographieanordnung der
eingangs genannten Art besteht die Aufgabe der Erfindung darin, daß die Elektronen beschleunigende elektrostatische
Feld von dem die Elektronen auf die Werkstücksoberfläche abbildenden Magnetfeld zu trennen,
so daß die auf die Werkstücksoberfläche gerichteten Eiektronenstrahlen eine gute Bildwiedergabe mit hoher
Auflösung und zuverlässige Ausrichtung auf der Werkstücksoberfläche
bei zufriedenstellendem Kontrast des auf die Werkstücksoberfläche abzubildenden Musters
gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 zu entnehmen
ist
Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung lediglich das erste Gebiet, das der Photokathode zugeordnet
ist ein elektrostatisches Feld zur Beschleunigung der Elektronen von der Photokathode in Richtung auf
das Werkstück besitzt, ergibt sich vorteilhaft, daß, da das Werkstück nicht der Wirkung des elektrostatischen
Feldes ausgesetzt ist, es auch nicht zu entsprechenden Feldverzerrungen beitragen kann und damit die Oberflächenbeschaffenheit
keine nachteilige Wirkung auszuüben vermag. Außerdem sind von den jeweils bestrahlten
Oberflächenbereichen des Werkstücks emittierte, Sekundärelektronen frei von elektrostatischen Feldwirkungen
und werden damit nicht auf Flächenbereiche der Werkstückoberfläche gerichtet, die nicht den Elektronenstrahlen
ausgesetzt werden sollen, so daß sich Dank der Erfindung, eine zufriedenstellende Kontrastwirkung
ergibt. Durch Fernhalten des elektrostatischen Feldes vom Werkstück und durch Bereitstellen eines Fokussierungspunktes
der Elektronenstrahlen, wie vorgesehen, lassen sich also die Elektronenstrahlen auf die Werkstückoberfläche
derart richten, daß eine gute Abbildungswiedergabe und zuverlässige Ausrichtung auf der
Werkstückoberfläche in vorteilhafter Weise zu erzielen sind.
Die vom Photolacküberzug auf der Waferoberfläche ernitiierten Schadstoffe werden bereits in vorteilhafter
Weise im zweiten Linsengebiet abgefangen, so daß sie die Photokathoden in schädlichem Ausmaß nicht erreichen
können, da die zwischen den beiden Linsengebieten liegende Blendenöffnung äußerst klein gehalten ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch die in den Ansprüchen 3 bis 6 genannte Anordnung der Strahlabbildungs-Begrenzerdetektoren läßt
sich die Ausrichtung des Elektronenstrahls vorteilhaft durch Erfassen der von der Werkstückoberflächen
rückgestreuten Elektronen ohne nennenswerte Störung des elektrostatischen Feldes durchführen. Ferner kann
durch die im Anspruch 5 genannte verkleinerte Abbildung die auf der Photokathode befindliche Maske beträchtlich
größer als die tatsächlichen Abmessungen eines Schaltungsmusters einer zu erstellenden monolithisch
integrierten Halbleiterschaltung sein, so daß es hiermit leichter ist, eine genaue Maske anzubringen und
darüber hinaus noch die Genauigkeit bzw. Auflösung der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung we-
sentlich vergrößert wird.
Anschließend wird die Erfindung in einer Ausführungsbeispielsbeschreibung
mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs der Linie 2-2 in
Fig. 1.
F i g. 3 einen Querschnittsausschnitt des Photokathodenfensters in vergrößertem Maßstab,
Fig.4 einen Längsschnittausschnitt durch die obere
Linsenstruktur der in F i g. 1 gezeigten Anordnung,
F i g. 5 eine Ausschnittsansicht eines elektromagnetischen Ablenkjoches mit zugeordneten Lichtleitungsstäben
als Teil von Abbildungsausrichtungsmitteln,
Fig.6 einen Längsschnitt durch eine modifizierte Struktur einer Anode, wie sie in der oberen Linsenstruktur
Anwendung findet.
In nachfolgender Beschreibung sind Ausdrücke wie »vertikal, »horizontal«, »oben« und »unten« relativ in
bezug auf die Darstellung in den Figuren zu verstehen und nicht im absoluten Sinne als erforderlich für das
Ausführungsbeispiel der Erfindung zu nehmen.
In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung ist ein Photokathodenfenster 10 enthalten, das mit einer entsprechenden
Maske versehen ist, um das abzubildende Schaltungsmuster zu definieren. Im Ansprechen auf eine
UV-Bestrahlung werden aufgrund hiervon emittierter Photoelektronen von den unmaskierten Bereichen des
Photokathodenfensters 10 Elektronenstrahlen 12 emittiert. Die Elektronenstrahlen 12 bilden eine Querschnittskonfiguration
entsprechend der Ausgestaltung des Musters, wie es durch die unmaskierten Bereiche
der Photokathode 10 definiert ist. Die so durch die Elektronenstrahlen 12 geformte Abbildung wird auf ein
Werkstück W, wie z. B. einen Siliciumwafer, projiziert, der mit einem Photolack überzogen ist und auf einer
Halterung 14 aufgebracht ist. Unter der Wirkung der Elektronenstrahlen wird auf der entsprechenden Werkstückoberfläche
eine Abbildung reproduziert, die dem ursprünglichen, durch die Maske auf der Photokathodc
10 definierten Muster entspricht.
Aus der Abbildung nach F i g. 3 lassen sich einige Einzelheiten
des Photckathodenfensters entnehmen. Das Photokathodenfenster 10 ist auf der Unterseite einer
Substratscheibe 16 aus Quarz oder anderem geeignetem Material angebracht, das jedenfalls für Ultraviolett-Strahlung
in hohem Grade durchlässig sein muß. Zwischen dem Photokathodenfenster 10 und der Substratscheibe
16 befindet sich eine Schicht 18, bestehend aus elektrisch leitendem Material, wie z. B. Gold, das in einer
ausreichend dünnen Schicht aufgetragen ist, um die Durchlässigkeit gegenüber der UV-Strahlung nicht nennenswert
zu beeinträchtigen. Diese elektrisch leitende Schicht 18 dient als negative Elektrode zur Bereitstellung
eines elektrostatischen Feldes auf das weiter unten noch zurückgekommen wird. Das Photokathodenfenster
10 besteht aus einer Maskenschicht 20, die gegen UV-Strahlung undurchlässig ist, wie z. B. Tantaloxid.
Diese Maskenschicht 20 ist in ausgewählten Bereichen abgeätzt, um so das auf das Werkstück W zu projizierende
Schaltungsmuster zu definieren. Die Maske 20 ist mit einer Schicht 22, bestehend aus photoemittierendem
Material, wie z. B. Cäsiumjodid überzogen, das sich durch UV-Strahlung anregen läßt, so daß von den unmaskierten
Bereichen des Photokathodenfensters 10 Photoelektronen emittiert werden, die insgesamt die
Elektronenstrahlen 12 zur Abbildungsübertragung bilden.
In typischer Weise werden bei der beschriebenen Anordnung die Elektronenstrahlen 12 über die in Strahlrichtung
hintereinander angeordneten Magnetlinsen-Strukturen 24 und 26 übertragen, wobei die erstere, d. hM
die obere Linsenstruktur 24 gleichzeitig ein elektrostatisches Feld zur Beschleunigung der Elektronen in Richtung
des als Target wirkenden Werkstücks W bereitstellt und die zweite, nämlich die untere Linsenstruktur
ίο 26 jedoch frei von irgend einer elektrostatischen Feldwirkung
ist. Beide Linsenstrukturen erzeugen Magnetfelder zur Fokussierung der Elektronenstrahlen 12 und
zwar in der Weise, daß sich für die Elektronenstrahlen 12 ein Fokussierungspunkt Pin einer Ebene ergibt, die
zwischen einem ersten Gebiet 30, wo das elektrostatische und magnetische Feid der oberen Linsenstruktur
24 zur Auswirkung kommt, und einem zweiten Gebiet 32 liegt, in dem das durch die Linsenstruktur 26 hervorgerufene
Magnetfeld einwirkt. Durch die Fokussierungswirkungen der Magnetfelder im ersten Gebiet 30
und zweitem Gebiet 32 ist es möglich, daß die auf das Werkstück 12 projizierten Elektronenstrahlen 12 eine
Abbildung in verkleinertem Maßstab gegenüber dem auf dem Photokathodenfenster 10 gebildeten Schaltungsmuster
bereitstellen. Diese maßstäbliche Abbildungsverkleinerung ist bedeutsam, da es hierdurch nämlich
möglich ist, die Photokathodenmaske stark vergrößert anzufertigen, so daß sich ein Schaltungsmuster sehr
viel größerer Präzision auf der Oberfläche des Werk-Stücks W abbilden läßt, als es ausgehend von einem
Muster kleineren Maßstabs auf der Photokathode möglich ist.
Die Linsenstrukturen 24 und 26 sind generell ringförmig ausgebildet. Beiden gemeinsam ist eine scheibenförmige
Struktur 34, die in Form einer gemeinsamen magnetischen Polplatte als elektrostatische Abschirmung
zwischen oberen und unteren Gebieten 30 und 32 und als Blende für die Elektronenstrahlen dient. In der scheibenförmigen
Struktur befindet sich eine magnetische Scheibe 36 mit hierauf aufgesetztem Ring 38, um so das
untere Polstück für die obere Linsenstruktur 24 bereitzustellen; ein weiterer ringförmiger Ansatz 40 auf der
Unterseite der scheibenförmigen Struktur 34 stellt das obere Polstück für die untere Linsenstruktur 26 dar. Die
Ebene, in der der Fokussierungspunkt P für die Elektronenstrahlen 12 vorgesehen ist, erstreckt sich parallel
durch die scheibenförmige Struktur 34, wobei die magnetische Polplatte 36 eine zentrale Bohrung 42 aufweist,
deren Achse in vertikaler Richtung durch den Fokussierungspunkt P läuft Am oberen Ende der Öffnung
42 ist die magnetische Polscheibe 36 mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen, in der eine Scheibe
44 nicht-magnetischen Materials, wie z. B. Aluminium mit einer zentralen Blendenöffnung 46 eingelassen
ist, wobei der Fokussierungspunkt P in den Bereich dieser Blendenöffnung 46 zu liegen kommt, so daß nur ein
äußerst begrenzter Übergangsbereich für die Elektronenstrahlen 12 zum Durchgang vom Gebiet der oberen
Linsenstruktur 30 zum Gebiet der unteren Linsenstruktür 32 zur Verfügung steht. Diese Scheibe 44 ist Teil der
elektrostatischen Abschirmung, die durch die ringförmige Scheibenstruktur 34 zwischen den Gebieten 30 und
32 gebildet wird.
Im in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fokussierungspunkt P genau genommen in der Ebene der unteren Oberfläche der nicht-magnetischen Scheibe 44. Es sei jedoch erwähnt, daß die Lageneinstellung des Fokussierungspunktes P längs der vertikalen Achse der
Im in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fokussierungspunkt P genau genommen in der Ebene der unteren Oberfläche der nicht-magnetischen Scheibe 44. Es sei jedoch erwähnt, daß die Lageneinstellung des Fokussierungspunktes P längs der vertikalen Achse der
Elektronenstrahlen 12 eine Justierungsangelegenheit ist, um je nach Bedarf in geringfügig abgeänderter Position
eingestellt werden zu können.
Um die Beschreibung der Linsenstrukturen abzuschließen, sei erwähnt, daß die obere Linsenstruktur 24
aus einer äußeren zylindrischen Hülle 48 magnetischen Materials besteht, das sich zwischen der gemeinsamen
Magnetscheibe 36 an der unteren Seite bis zu einer oberen Magnetscheibe 50 erstreckt, die das ringförmige
Polstück 52 der Linsenstruktur 24 trägt. Im Zwischenraum zwischen der äußeren Hülle 48 und den Polstükken
38 und 52 befindet sich eine Spule 54, die zur Bereitstellung des magnetischen Fokussierungsfeldes im oberen
Linsengebiet 30 dient. An die Innenseiten der Polstücke 38 und 52 der oberen Linsenstruktur 24 anliegend,
ist eine Zylinderbuchse 56 nicht magnetischen Materials wie Aluminium angeordnet, die als Teil der
Anode zur Bereitstellung des elektrostatischen Feldes im oberen Linsengebiet 30 dient. Die Anode läßt sich
auch so ansehen, als ob sie die mit der Blendenöffnung versehene Ringscheibe 44 und die magnetische Ringscheibe
36 zwischen Ringscheibe 44 und Zylinderbüchse 56 einschließt Die Oberflächen sämtlicher oben beschriebenen
Teile, die mit dem Innenraum des oberen Linsengebiet 30 in Berührung stehen, sind geschliffen
und geglättet, so daß das elektrostatische Feld innerhalb des oberen Linsengebiets 30 die gewünschte Verteilung
aufweist.
Die untere Linsenstruktur 26 ist in ihrer Art gleich
aufgebaut wie die obere Linsenstruktur 24 mit der Ausnähme allerdings, daß hier keinerlei Maßnahmen zur
Bereitstellung eines elektrostatischen Feldes im Gebiet 32 getroffen sind. Eine zylindrische Außenhülle 60, bestehend
aus magnetischen Material, erstreckt sich von der gemeinsamen ringförmigen Polplatte 36 zur unteren
ringförmigen magnetischen Scheibe 62, die das ringförmige Polstück 64 der Linsenstruktur 26 trägt Eine Zentralbohrung
65 im ringförmigen Polstück 64 ist axial mit der Bohrung 42 in der ringförmigen Polplatte 36 ausgerichtet.
Im ringförmigen Raum zwischen der äußeren Hülle 60 und den ringförmigen Polstücken 40 und 64,
liegt eine Spule 66 zur Bereitstellung eines Magnetfeldes im unteren Gebiet 32.
Die Verteilung des elektrostatischen Potentials im Gebiet 30 der oberen Linsenstruktur mit den zugeordneten
Elektrodenstrukturen, ist schematisch in Fig.4 gezeigt wo die ausgezogenen Linien 70 elektrostatische
Potentiailinien darstellen. Durch die gestrichelt gezeichneten Linien sind die zwischen den ringförmigen Polstücken
38 und 52 ausgebildeten magnetischen Potentiallinien
42 angedeutet Das elektrostatische Feld strebt danach, die vom Photokathodenfenster iö emittierten
Elektronen längs Pfaden zu bewegen, die jeweils in Richtung der Normalen der elektrostatischen Potentiallinien
verlaufen. Die Wirkung der magnetischen Feldkräfte ist komplizierter, jedoch in einfacher Analogie
lassen sich die magnetischen Potentiallinien als gleichartig mit Brechungsoberflächen einer Glaslinse ansehen.
Die resultierende Wirkung der magnetischen Feldkräfte ist dann der Art, daß eine Konvergenz der Elektronen in
Richtung zur zylindrischen Symmetrieachse herbeigeführt wird. Die elektrostatischen Felder führen zur Beschleunigung
der Elektronen von der Photokathode hinweg und zwar mit einiger Divergenz bezüglich der zylindrischen
Symmetrieachse. Die beiden genannten FeI-der sind also derart angeordnet, daß sie eine Beschleunigung
der Elektronen von der Photokathode hinweg hervorrufen, jedoch unter Konvergenz auf einen Fokussierungspunkt
P, der, wie gezeigt, in der kleinen Blendenöffnung 46 gelegen ist. Die Elektronenstrahlen 12 können
nach Austritt aus der Blendenöffnung 46 wieder etwas divergieren, bis sie in den Einflußbereich des Magnetfeldes
des zweiten Linsengebietes gelangen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß das Ausmaß der
Divergenz geringer ist, als das der oben erwähnten Konvergenz und zwar entsprechend dem gewünschten
Grad der Verkleinerung des Abbildungsmaßstabes. Die Maßstabsverkleinerung ist dabei im wesentlichen eine
Funktion des Verhältnisses zwischen den Polstückabständen 51 und S 2 bei der oberen Linsenstruktur 24
bzw. denen der unteren Linsenstruktur 26.
Die durch das magnetische und elektrostatische Feld innerhalb der oberen Linsenstruktur 24 verursachten
Abbildungsfehler werden durch gleiche, aber entgegengesetzt wirkenden Abbildungsfehler, verursacht durch
das in der unteren Linsenstruktur 26 erzeugte Magnetfeld, kompensiert. Die Polstückabstände S1 und 52 und
die Radien R 1 und R 2 der Bohrungen in der magnetischen Polstrukturen der Linsenstrukturen 24 und 26 im
Zusammenwirken mit dem Radius R der Bohrung 42 in der gemeinsamen scheibenförmigen Polplatte 36 und
den Erregungsströmen in den Spulen 54 und 66 sind so proportioniert, daß einige Linsenfehler dritter Ordnung
reduziert oder eliminiert werden; nämlich speziell Verzeichnung, anisotrope Aberration und chromatischer
Verzeichnungsfehler. Wird diesen Bedingungen genügt, dann lassen sich Abbildungen hoher Auflösung zur vorteilhaften
Erstellung von Mikrostrukturen, insbesondere monolithisch integrierten integrierten Halbleiterschaltungen
erzielen. Eine derartige Optimalisierung liegt durchaus in den Gegebenheiten auf dem Gebiet
der Elektronenoptik.
Wie oben beschrieben, liegt der Fokussierungspunkt P, auf den die vom Photokathodenfenster 10 emittierten
Elektronenstrahlen unter Wirkung des elektrostatischen und magnetischen Feldes im Gebiet der oberen
Linsenstruktur 24 fokussiert werden, vorzugsweise in der Blendenöffnung 46 der gemeinsamen scheibenförmigen
Struktur 34. Die scheibenförmige Struktur 34 führt zu einer sehr geringen elektrostatischen Linsenwirkung,
hat jedoch keine hierdurch herbeigeführte Verzerrung zur Folge, wenn der Fokussierungspunkt
auf oder dicht bei einer Hauptebene dieser so gebildeten schwachen Linse eingestellt wird.
In dem Maße, wie das elektrische Feld, durch welches die Elektronenstrahlen 12 beschleunigt werden, von einem
Einfluß auf das Werkstück W ferngehalten wird und hiervon durch die Abschirmwirkung der ringförmigen
Scheibe 34 abgeschirmt wird, können Unebenheiten der Werkstückoberfläche, insbesondere eines Halbleiterwafers,
dieses elektrostatische Feld auch nicht beeinflussen bzw. in seiner Wirkung beeinträchtigen. Aufgrund
der sehr geringen Abmessungen der Blendenöffnung 46 innerhalb der Ringscheibe 34 können auch
Schadstoffe, die vom Photolack auf der Waferoberfläche emittiert werden, nicht in einem solchen Ausmaß in
das obere Linsenstrukturgebiet 30 gelangen, daß sie dort schädliche Wirkungen auf der Photokathode ausüben
zu können.
Eine genaue Ausrichtung des auf die Werkstückoberfläche projizieren Strahlbildes wird mittels einer Anwendung
einer an sich bekannten Ausrichtungsmethode durchgeführt, die aus der Erfassung von Sekundärelektronen
von Ausrichtungsmarken auf der Waferoberfläche besteht Da eine generelle Bekanntschaft dieses
Verfahrens vorausgesetzt werden kann, wird anschlie-
Bend nur in soweit auf Einzelheiten eingegangen, als die Ausrichtungsmethode bzw. -anordnung speziell dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel dient bzw. hierauf gerichtet ist.
In der Anordnung nach den F i g. 1 und 2 sind die Lichtleitungsstäbe 74, 75, 76 und 77 in radialen Bohrungen,
die sich durch die Magnetpolplatte 36 bis zur zentralen Bohrung 42 erstrecken, angeordnet. Die innen
liegenden Enden dieser Lichtleitungsstäbe sind eng benachbart zur Achse der Elektronenstrahlen 12 unterhalb
der Blendenöffnung in der Scheibe 44 angeordnet. Die Lichtleitungsstäbe 74 und 76 werden als in einer
X-Achse liegend angenommen, wohingegen die Lichtleitungsstäbe 75 und 77 auf der hierzu senkrecht liegenden
K-Achse liegen. X- und y-Achse erstrecken sich
jeweils senkrecht zur Strahlachse. Die der Strahlachse benachbarten Enden der Lichtleitungsstäbe 74, 75, 76,
77 sind nach unten abgeschrägt, so daß die Lichtleitungsendflächen einen spitzen Winkel zur Strahlachse
bilden. Diese abgeschrägten Endflächen sind mit einer Fluoreszenzssubstanz oder dergleichen überzogen, so
daß jeder Lichtleitungsstab als Detektor für von der Waferoberfläche rückgestreute Elektronen dient, die
beim Auftreffen der Elektronenstrahlen 12 herausgeschlagen werden. Detektoren üblicher Bauart sind an
die verschiedenen Lichtleitungsstäbe 74,75,76,77 angeschlossen,
um auf die durch die Lichtleitungsstäbe empfangenen Signale anzusprechen, die in elektrische Größen
umgesetzt werden, um die Elektronenstrahlen bezüglich ihrer Lage im durch die X- und Y-Achsen festgelegten
Koordinatensystem (F i g. 2) zu positionieren und damit die Elektronenstrahlabbildung exakt auf die
Oberfläche des Werkstücks W, wie gewünscht, auszurichten und zwar für den Fall, daß ein Ausrichtungsfehler
zwischen den X- und Y- Bezugslinien im ursprünglichen Abbildungsmuster auf dem Photokathodenfenster
10 und den entsprechenden X- und K-Ausrichtungsmarken auf der Oberfläche des Werkstücks W vorliegt. In
üblicher Weise wird die Ausrichtungseinstellung vor Durchführung des eigentlichen Abbildungsprozesses
durchgeführt Bei Durchführung der Ausrichtung sind !ediglich diejenigen Bereiche der Photokathode nicht
maskiert bzw. werden bestrahlt, wo diese Bezugslinien angebracht sind.
Nach Ausrichtungsjustierung kann dann die Wiedergabe des abzubildenden Musters auf die Photokathode
vorgenommen werden.
Um die Strahlablenkung durchzuführen, wird ein elektromagnetisches Ablenkungsjoch 80 (F i g. 5) in die
Bohrung 42 (Fig. 1) der Polplatte 36 unterhalb der Blendenscheibe 44 angebracht. Das Ablenkjoch 80 ist
von üblicher Bauart indem es einen Ringkern 82 (F i g. 5) mit hierauf verteili angebrachten Wicklungen
84 und 86 aufweist Die Elektronenstrahlen 12 werden durch die Zentralöffnung 88 im Ringkern 82 geführt Die
Wicklungen 84 werden durch Anlegen eines Gleichstroms jeweils gewünschter Polarität erregt um die
Elektronenstrahlen 12 in gewünschter Richtung längs der X-Achse des vorgenannten Koordinatensystems,
wie außerdem rechts oben in F i g. 5 angedeutet abzulenken. Die Wicklungen 86 können gleicherweise durch
einen Gleichstrom gewünschter Polarität erregt werden, um die Elektronenstrahlen 12 in Richtung der Y-Achse
abzulenken. Die Wicklungen 84 und 86 lassen sich gesondert erregen, um die Strahla-isrichtungsjustierung
im Ansprechen auf Signale von den Rückstreuelektronendetektoren durchzuführen, die, wie gesagt
die Lichtleitungsstäbe 74 bis 77 aufweisen. Damit diese Lichtleitungsstäbe 74 bis 77 dem Ablenkjoch 80 in geeigneter
Weise zugeordnet werden können, ist der Ringkern 82 des Ablenkjochs 80 mit radialen Bohrungen
versehen, durch die die innenliegenden Enden der Lichtleitungsstäbe 74 bis 77 hindurchgesteckt werden
können, bis ihre Lichtauffangflächen in die zentrale öffnung 88 des Ringkerns zu liegen kommen, wo sie dann
dem Elektronenstrahlpfad benachbart angeordnet sind.
Wie oben erwähnt, liegen die Lichtleitungsstäbe 74 bis 77 (Fig. 1, 2 und 5) und die ihnen zugeordneten
Detektoren und das Ablenkjoch 80 außerhalb des Gebiets 30 der oberen Linsenstruktur, wo das elektrostatische
Feld zur Beschleunigung der Strahlelektronen wirksam ist. Auf diese Weise ist sichergestellt daß die
Abbildungsausrichtungsdetektoren und das Ablenkjoch nicht die elektrostatische Feldverteilung stören können.
Dies stellt damit einen weiteren Beitrag zur Verbesserung der Abbildungsqualität des auf dem Wafer Wabgebildeten
Schaltungsmusters dar.
Ein weiterer Vorteil zur Beschränkung des elektrostatischen Feldes in seiner Wirkung auf das obere Gebiet
30 der oberen Linsenstruktur 24 ist darin zu sehen, daß dieses Feld nicht mit den rückgestreuten Elektronen
von der Waferoberfläche in Wechselwirkung treten kann. Infolge dessen können die von den Teilen der
Werkstücksoberfläche emittierten rückgestreuten Elektronen, welche den unmaskierten Bereichen im Photokathodenfenster
10 (Fig. 1 und Fig.3) entsprechen, durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes nicht
auf die anderen Teile der Werkstücksoberfläche rückbeschleunigt werden, die den maskierten Bereichen im
Photokathodenfenster 10 entsprechen. Bei üblichen Photokathodenelektronenstrahl-Projektionsanordnungen
hat diese unerwünschte Wechselwirkung zwischen rückgestreuten Elektronen bzw. Sekundärelektronen
und dem genannten elektrostatischen Feld die Wirkung zur Folge, daß der Kontrast zwischen maskierten und
unmaskierten Bereichen des Schaltungsmusters entsprechend stark reduziert wird, so daß hierunter die
Qualität der reproduzierten Abbildung leidet Mit der beschriebenen Anordnung jedoch ist dieser Nachteil
beseitigt.
Das elektrostatische Feld kann jeder gewünschten Konfiguration angepaßt werden, indem wie an sich bekannt
die Elektroden, speziell die Anode, entsprechend gestaltet werden. In den Fig. 1 und 4 ist die Anode als
Zylinderbüchse 56 mit einer Wandung gleichmäßiger Dicke ausgeführt. F i g. 6 zeigt eine Alternativform für
eine derartige Anode, wobei dann die Innenfläche einer modifizierten Zylinderbüchse 56' konisch zuläuft Auch
andere Abarten sind wie gesagt möglich.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Eleklronenstrahllithographieanordnung, bei der
Elektronenstrahlen von einer maskierten Photokathode auf eine sensibiiisierte Werkstückoberfläche
zur Erzeugung einer durch die Maskierung bestimmten Musterabbildung projizierbar sind und bei
der Mittel zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes zwecks Beschleunigung der Elektronen der
Elektronenstrahlen und Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes zwecks Abbildung der Elektronen der
Elektronenstrahlen auf die Werkstückoberfläche vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
15
— daß eine erste Linsenstruktur (24) ein erstes Ge biet (30) definiert, durch welches die von der
Photokathode (10,16, :8) ausgehenden Elektronenstrahlen (12) gelangen,
— daß diese erste Linsenstruktur (24) die Mittel (18, 26, 44, 56) zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes zwecks Beschleunigung der Elektronen der Elektronenstrahlen (12) in diesem
ersten Gebiet (30) und Mittel (36,38,48,50,52,
54) zur Erzeugung eines in diesem ersten Gebiet (30) einwirkenden Magnetfeldes zwecks
Fokussierung der Elektronenstrahlen (12) in einem zwischen der Werkstückoberfläche (W)
und der Photokathode (10, 16, 18) gelegenen Fokussierungspunkt ^enthält,
— daß eine zweite Linsenstruktur (26) ein zweites Gebiet (32) definiert, das zwischen dem Fokussierungspunkt (P) und der Werkstückoberfläche
(W) liegt,
— daß diese zweite Linsenstruktur (26) zur Erzeugung eines die Elektronenstrahlabbildung auf
die Werkstückoberfläche (W) bewirkenden Ma gnetfeldes unter Kompensation von Linsenfeh
lern der ersten Linsenstruktur (24) ausgelegt ist,
— daß eine eine Blendenöffnung (46) für die Elek tronenstrahlen (12) erhaltende elektrostatische
Abschirmung (34, 36, 44) zwischen dem ersten (30) und dem zweiten Gebiet (32) liegt und
— daß der Fokussierungspunkt (P) im Bereich der
Blendenöffnung (46) einstellbar ist.
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