DE2727733C2 - Elektronenstrahllithographieanordnung - Google Patents

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. h_M 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

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)

Patentansprüche:

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.