DE2755399C2

DE2755399C2 -

Info

Publication number: DE2755399C2
Application number: DE19772755399
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof. Dr.Rer.Nat. 5900 Siegen De Froeschle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE2755399A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Belichtung von Strukturen auf Substraten, welche mit einem elektronenempfindlichen Lack beschichtet sind, mit Elektronenstrahlen, welches die im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmale besitzt. Dabei sollen Strukturen mit kleinsten Abmessungen bis herab in den Submikronbereich, insbesondere für Halblei terbauelemente, erzeugt werden.The invention relates to a method for exposing structures Substrates coated with an electron-sensitive lacquer are, with electron beams, which in the preamble of claim 1 features mentioned. Structures with the smallest Dimensions down to the submicron range, especially for semi-lead terbauelemente be generated.

Elektronenstrahlbelichtung eines Substrats, welches mit einer dünnen Schicht eines geeigneten elektronenempfindlichen Lacks bedeckt ist, wird heutzutage in steigendem Maße anstelle der üblichen photolithographi schen Verfahren eingesetzt, wenn Halbleiterbauelemente und Masken dafür mit kleinsten Abmessungen unter 1 Mikrometer hergestellt werden müssen (International Conference on Microlithography, Paris, Juni 1977, S. 21 bis 29). Die Belichtung wird meistens mit Elektronenstrahlbelichtungsan lagen durchgeführt, welche ähnlich wie die üblichen Rasterelektronen mikroskope aufgebaut sind. Strahlablenkung und Dunkelsteuerung des Strahls erfolgen jedoch dabei automatisch durch einen rechnergesteuerten Mustergenerator. Bei anderen Methoden wird ein Elektronenbild z. B. von einer speziell hergestellten strukturierten Photokathode 1 : 1 oder verkleinert auf das Substrat abgebildet.Electron beam exposure of a substrate with a thin Layer of a suitable electron-sensitive lacquer is covered nowadays increasingly in place of the usual photolithography procedures used when semiconductor devices and masks therefor must be manufactured with the smallest dimensions under 1 micron (International Conference on Microlithography, Paris, June 1977, p. 21 to 29). The exposure is mostly with electron beam exposure were carried out, which are similar to the usual scanning electrons microscopes are built. Beam deflection and dark control of the However, the beam is automatically generated by a computer-controlled one Pattern generator. In other methods, an electron image is e.g. B. from a specially manufactured structured photocathode 1: 1 or shown reduced in size on the substrate.

Bei der Belichtung nach Art eines Rasterelektronenmikroskops werden üblicherweise Strahldurchmesser von 0,1 Mikrometer oder weniger verwen det. Bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV weitet sich der Primärstrahl während des Durchtritts durch die üblicherweise etwa 0,5 Mikrometer dicke Schicht des elektronenempfindlichen Lacks auf etwa 0,2 Mikrometer Durchmesser auf. Diese Aufweitung ist größer bei niedrigeren Beschleunigungsspannungen und kleiner bei hohen Beschleunigungsspannun gen. When using exposure like a scanning electron microscope typically use a jet diameter of 0.1 micron or less det. At an acceleration voltage of 20 kV the Primary beam while passing through the usually about 0.5 Micrometer thick layer of the electron sensitive varnish to about 0.2 Micrometer diameter. This widening is greater with lower ones Acceleration voltages and smaller at high acceleration voltages gene.

Daher scheint es leicht zu sein, Submikron-Strukturen beliebiger Form durch Elektronenstrahlbelichtung herzustellen. Dies ist jedoch nicht der Fall, weil der sogenannte Proximityeffekt, d. h. der Einfluß benachbarter Strukturen oder Strukturteile sehr stark stört. Dieser Proximityeffekt wird von Elektronen verursacht, welche aus dem Innern des Substrats zurückgestreut werden. Obwohl z. B. bei Silizium als Substrat, nahezu unabhängig von der Beschleunigungsspannung, nur etwa 16% der Elektronen zurückgestreut werden, ist der Anteil D _RM der Rückstreuelektronen an der effektiven Belichtungsdosis D bei ausgedehnten belichteten Flächen und etwa 25 kV Strahlspannung sogar etwas größer als derjenige Anteil D _p, welcher durch die Primärelektronen verursacht wird.Therefore, it seems easy to fabricate submicron structures of any shape by electron beam exposure. However, this is not the case because the so-called proximity effect, ie the influence of neighboring structures or structural parts, is very disruptive. This proximity effect is caused by electrons that are scattered back from inside the substrate. Although e.g. B. with silicon as the substrate, almost independent of the acceleration voltage, only about 16% of the electrons are backscattered, the proportion D _{RM of} the backscattering electrons in the effective exposure dose D for extended exposed areas and about 25 kV beam voltage is even somewhat larger than that proportion D. _p , which is caused by the primary electrons.

Dies rührt daher, daß die Rückstreuelektronen langsamer sind, und daß die Empfindlichkeit des Lacks für langsame Elektronen wesentlich höher ist als für die schnellen Primärelektronen. Bei punktförmiger Belichtung ist die räumliche Verteilung der von den Primärelektronen verursachten Dosis D _p eine Gaußverteilung mit einem Gauß'schen Durchmesser (ent spricht dem 4fachen Wert der Standardabweichung) von etwa 0,1 bis 0,2 Mikrometer. Die Verteilung der von den Rückstreuelektronen verursachten Dosis ist wesentlich breiter. Sie hat, wie z. B. Fig. 5 zeigt, bei 20 kV einen Gauß'schen Durchmesser von etwa 5 Mikrometer [J. Vac. Sci. Technol., Bd. 12, 1975, S. 1271-1275, J. Appl. Phys., Bd. 45, 1974, S. 2551-2566].This is because the backscattered electrons are slower and the sensitivity of the lacquer to slow electrons is much higher than to the fast primary electrons. With spot exposure, the spatial distribution of the dose D _p caused by the primary electrons is a Gaussian distribution with a Gaussian diameter (corresponds to 4 times the standard deviation) of approximately 0.1 to 0.2 micrometers. The distribution of the dose caused by the backscattered electrons is much wider. It has, such as B. Fig. 5 shows at 20 kV a Gaussian diameter of about 5 microns [J. Vac. Sci. Technol., Vol. 12, 1975, pp. 1271-1275, J. Appl. Phys., Vol. 45, 1974, pp. 2551-2566].

Wegen des Proximityeffekts ist es nicht möglich, einzelstehende schmale Linien und schmale Spalte in großen Strukturen mit der gleichen Primär belichtungsdosis D _p herzustellen. Nach J. Vac. Sci. Technol., Bd. 12, 1975, S. 1271-1275 muß z. B. ein freistehender, 0,5 Mikrometer breiter Streifen mit der doppelten Primärdosis D _p belichtet werden, wie für eine ausgedehnte Fläche optimal wäre. Die Randzonen eines 0,5 Mikrometer breiten, unbelichteten Spaltes dürfen jedoch nur halb so stark belichtet werden. Vorteilhaft ist auch ein Verfahren [US-PS 39 56 635], bei welchem Rechtecke spiralenförmig belichtet werden, wobei gleichzeitig der Strahldurchmesser so verändert wird, daß die Randzonen stärker als die Innengebiete belichtet werden. Because of the proximity effect, it is not possible to produce single narrow lines and narrow gaps in large structures with the same primary exposure dose D _p . According to J. Vac. Sci. Technol., Vol. 12, 1975, pp. 1271-1275 must e.g. B. a free-standing, 0.5 micron wide strip can be exposed to twice the primary dose D _p , as would be optimal for an extensive area. However, the edge zones of a 0.5 micron wide, unexposed slit may only be exposed half as much. Also advantageous is a method [US Pat. No. 3,956,635] in which rectangles are exposed in a spiral shape, the beam diameter being changed at the same time in such a way that the edge zones are exposed more strongly than the inner regions.

Alle bekannten Verfahren zur Bekämpfung des Proximityeffekts haben den Nachteil, daß keine vollständige Korrektur bei beliebiger Form und Verteilung der Strukturen möglich ist. Bei dem obenerwähnten Verfahren können pro Rechteck nur 3 Parameter (Randdosis, Innendosis, Randbreite) eingestellt werden. Bei den sehr schnellen Belichtungsmethoden mit geformtem, z. B. quadratischem, Strahl läßt sich sogar nur die Belich tungszeit variieren. Geformter Strahl in Verbindung mit Rasterabtastung erlaubt sogar diese Korrektur nicht.All known methods to combat the proximity effect have the Disadvantage that no complete correction in any shape and Distribution of structures is possible. In the above-mentioned method can only have 3 parameters per rectangle (edge dose, inner dose, edge width) can be set. With the very fast exposure methods with shaped, e.g. B. square, beam can even only the Belich time vary. Shaped beam combined with raster scanning doesn't even allow this correction.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren beruht darin, daß zur Berechnung der erwähnten Korrekturgrößen für jedes Rechteck, entspre chend seiner Größe und Umgebung, relativ umfangreiche numerische Berechnungen notwendig sind. Bei hochintegrierten Strukturen mit vielen Tausenden von Rechtecken verteuert dieser Rechenaufwand, selbst bei Ver wendung moderner Großrechner, die Kosten des Prototypenentwurfs be trächtlich.Another disadvantage of the known methods is that Calculation of the correction values mentioned for each rectangle, correspond According to its size and environment, relatively extensive numerical Calculations are necessary. With highly integrated structures with many This computing cost increases the cost of thousands of rectangles, even with Ver using modern mainframes, the cost of the prototype design pregnant.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Proximityeffekt ohne individuelle Berechnungen für die Einzelheiten der Strukturen kompensiert werden kann.The invention has for its object the method of the beginning mentioned type so that the proximity effect without individual Calculations for the details of the structures can be compensated can.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt, zumin dest bei nicht zu dicken Lackschichten, eine volle Kompensation des von Rückstreuelektronen verursachten Proximityeffekts und benötigt dazu keinerlei individuell berechnete Korrekturen. Es kann außerdem, im Gegensatz zu allen bekannten Verfahren, auch bei Rasterabtastung mit geformtem Strahl verwendet werden.This object is achieved by the characterizing part of claim 1 mentioned features solved. The method according to the invention gives at least least in the case of layers of paint that are not too thick, full compensation of the Backscattered electrons cause a proximity effect and need to do so no individually calculated corrections. It can also, in Contrary to all known methods, even with raster scanning with shaped beam can be used.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Anordnungen zu seiner Durchführung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Further developments of the method and arrangements according to the invention its implementation are characterized in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention will become apparent from the drawings explained. It shows

Fig. 1 das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer beispielhaften Struktur, Fig. 1 shows the principle of the method according to an exemplary structure,

Fig. 2 bis 4 Dosisanteile für die Struktur nach Fig. 1, Fig. 2 to 4 dose units for the structure of Fig. 1,

Fig. 5 die Verteilung der Primärelektronen und der Rückstreu elektronen bei Belichtung einer schmalen Linie, Fig. 5 shows the distribution of the primary electrons and the backscattered electrons upon exposure to a narrow line,

Fig. 6 tabellarisch die Spannungsabhängigkeit des Gauß'schen Durchmessers der Dosisverteilung der Rückstreu elektronen, Figure 6 tabulates the voltage dependence of the Gaussian diameter of the dose distribution of the backscattered electrons.,

Fig. 7 eine Anordnung zur Elektronenstrahlbelichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, und Fig. 7 shows an arrangement for electron beam exposure process of the invention, and

Fig. 8 die Wirkung der elektrostatischen Strahldefokussierung. Fig. 8 shows the effect of the electrostatic beam defocusing.

Fig. 1 zeigt das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Struktur, bestehend aus einer freistehenden belichteten Linie 1 und einem unbelichteten Spalt 2 in einer breiten Struktur. Das Gebiet der Struktur 3 ist gekreuzt gezeichnet. Es wird einer Strukturbelichtung ohne Korrektur für den Proximityeffekt nach einem der bekannten Verfah ren mit feinem Strahl unterzogen. Im schraffierten Umfeld 4 erfolgt eine Kompensationsbelichtung mit breitem Strahl. Zur vollen Kompensation ist es notwendig, alle Umfeldgebiete zu belichten, welche nicht weiter als der Gauß'sche Radius d _R/2 der Rückstreuelektronen von der Struktur entfernt sind. Weiter ab liegende Gebiete können ebenfalls die Umfeld belichtung erhalten, müssen es jedoch nicht. Fig. 1 shows the principle of the inventive method on a structure consisting of a free-standing exposed line 1 and an unexposed gap 2 in a wide structure. The area of structure 3 is drawn crossed. It is subjected to a structure exposure without correction for the proximity effect according to one of the known methods with a fine beam. A compensation exposure with a wide beam takes place in the shaded area 4 . For full compensation, it is necessary to expose all surrounding areas that are no further than the Gaussian radius d _R / 2 of the backscattered electrons from the structure. Areas further away can also receive the surrounding exposure, but need not.

Fig. 2 zeigt die Dosisanteile infolge der Strukturbelichtung längs der Schnittlinie 5 in Fig. 1. Man sieht die im wesentlichen scharf begrenzte Wirkung der Primärelektronen, wenn alle Teile der Struktur mit der gleichen Dosis D _PS belichtet werden. Gestrichelt ist die Dosis D _RS infolge der Rückstreuelektronen eingezeichnet. Dabei wurde zur übersichtlicheren Darstellung ein Verhältnis D _RM/D _PS = 1,7 angesetzt. D _RM ist die Dosis D _RS der Rückstreuelektronen für den Grenzfall sehr großer Strukturen. FIG. 2 shows the dose components as a result of the structure exposure along the section line 5 in FIG. 1. The essentially sharply delimited effect of the primary electrons can be seen when all parts of the structure are exposed to the same dose D _PS . The dose D _RS due to the backscattered electrons is shown in dashed lines. A ratio D _RM / D _PS = 1.7 was used for a clearer presentation. D _RM is the dose D _{RS of} the backscattered electrons for the borderline case of very large structures.

Fig. 3 zeigt die effektive Dosis D _S = D _PS + D _RS, welche bei der Struk turbelichtung entsteht. Man sieht, daß es nicht möglich ist, eine Schwellwertdosis D _SS so anzugeben, daß alle Strukturteile stärker und alle Außenzonen schwächer belichtet werden. Fig. 3 shows the effective dose D _S = D _PS + D _RS , which arises during the structural exposure. It can be seen that it is not possible to specify a threshold dose D _{SS in} such a way that all structural parts are exposed more strongly and all outer zones are exposed less.

Fig. 4 zeigt die effektive Dosis D, welche man erhält, wenn man der effektiven Dosis D _S der Strukturbelichtung von Fig. 3 eine Kompensa tionsbelichtung mit der effektiven Dosis D _K überlagert, welche so verteilt ist, daß die Summe der Beiträge der Kompensationsbelichtung D _K und des durch Reckstreuelektronen verursachten Anteils D _RS der Struktur belichtung in jedem Punkt der Struktur und des benachbarten Umfelds gleich sind. Damit eine solche Kompensation auch bei großen Flächen möglich ist, muß D _K dazu so gewählt werden, daß D _K + D _RS = D _RM ist. Die Struktur selbst ist dann mit der Dosis D _P + D _RM belichtet, das Umfeld mit D _RM · D _P sollte so gewählt werden, daß der Schwellwert bei der Entwicklung der Struktur etwa bei der Dosis D _KS = D _RM + D _P/2 liegt. Fig. 4 shows the effective dose D , which is obtained by superimposing the effective dose D _{S of} the structure exposure of Fig. 3, a compensation exposure with the effective dose D _K , which is distributed such that the sum of the contributions of the compensation exposure D _K and the portion D _{RS of} the structure exposure caused by stretch scattering electrons are the same in every point of the structure and the neighboring environment. So that such compensation is possible even with large areas, D _K must be selected so that D _K + D _RS = D _RM . The structure itself is then exposed to the dose D _P + D _RM , the surroundings with D _RM · D _P should be chosen so that the threshold value during the development of the structure is approximately at the dose D _KS = D _RM + D _P / 2 lies.

Das Verhältnis der Dosen zwischen Struktur und Umfeld ist (D _P + D _RM)/D _RM und beträgt daher in dem extrem ungünstigen Fall D _RM = 3D _P immerhin noch 1,33. Dies bedeutet bei Verwendung eines harten Positivlacks wie Polymethylmethacrylat mit einer Steilheit von 4 [International Conference on Microlithography, Paris, Juni 1977, S. 261-269], daß die Strukturzonen gerade durchbelichtet, d. h. frei von Lack, sind, wenn im Umfeld immerhin noch etwa die Hälfte der ursprüng lichen Lackdicke nach der Entwicklung erhalten bleibt. Dies reicht für praktische Zwecke gerade aus.The ratio of the doses between structure and environment is (D _P + D _RM ) / D _RM and is therefore still 1.33 in the extremely unfavorable case D _RM = 3 D _P. When using a hard positive lacquer such as polymethyl methacrylate with a slope of 4 [International Conference on Microlithography, Paris, June 1977, pp. 261-269], this means that the structural zones are just completely exposed, ie free of lacquer, if at least in the environment about half of the original paint thickness is retained after development. This is just sufficient for practical purposes.

Die Kompensationsbelichtung wird vorzugsweise mit einem Elektronenstrahl durchgeführt, welcher eine etwa Gauß'förmige Intensitätsverteilung mit einem Gauß'schen Strahldurchmesser besitzt, welcher etwa 60 bis 120% des Gauß'schen Durchmessers derjenigen Dosisverteilung entspricht, welche die von einem einzelnen belichteten Punkt erzeugten Rückstreuelektronen bewirken. Dem entspricht, daß der Gauß'sche Strahldurchmesser bei der Kompensationsbelichtung zwischen 3 und 8 Mikrometer liegt, wenn die Beschleunigungsspannung der Elektronen bei der Strukturbelichtung 20 000 Volt beträgt und proportional zur 1,5ten Potenz der Spannung geändert wird, falls eine andere Beschleunigungsspannung Verwendung findet. Der exakte Wert wird am besten experimentell bestimmt.The compensation exposure is preferably carried out with an electron beam carried out, which with an approximately Gaussian intensity distribution has a Gaussian beam diameter, which is about 60 to 120% of Gaussian diameter corresponds to that dose distribution which the backscattered electrons generated by a single exposed spot cause. This corresponds to the fact that the Gaussian beam diameter at the Compensation exposure is between 3 and 8 microns when the Accelerating voltage of the electrons during structure exposure 20,000 Volts and changed in proportion to the 1.5th power of the voltage if a different acceleration voltage is used. The the exact value is best determined experimentally.

Wenn die Struktur- und Umfeldbelichtung mit derselben Spannung durchge führt werden, müssen nach Fig. 4 die Flächenladungsdichten (Stromdichte × Belichtungszeit) Q im Verhältnis Q _S/Q _K = 1 + D _P/D _RM eingestellt werden. Dieses Verhältnis liegt, je nach Spannung und Substratmaterial, zwischen 1,3 und 3. Die genauen Werte werden am besten empirisch bestimmt, indem man feingestufte Belichtungsstaffeln mit variiertem Q _S/Q _K durchführt.If the structure and surrounding exposure are carried out with the same voltage, the surface charge densities (current density × exposure time) Q must be set according to FIG. 4 in the ratio Q _S / Q _K = 1 + D _P / D _RM . Depending on the voltage and substrate material, this ratio is between 1.3 and 3. The exact values are best determined empirically by carrying out finely graduated exposure scales with varied Q _S / Q _K.

Eine vollständige Kompensation der Rückstreuelektronen ist jedoch nicht möglich, wenn man für die Struktur und Kompensationsbelichtung dieselbe Spannung verwendet. Fig. 5 zeigt in Kurve 1 eine gemessene Dosisvertei lung nach J. Appl. Phys., Bd. 45, 1974, S. 2551-2566 bei Belichtung einer schmalen Linie mit Elektronen von 20 kV. Die hohe Spitze in der Nähe des Nullpunkts rührt von den Primärelektronen her, die Kurventeile bei großem x von den Rückstreuelektronen. Man sieht, daß beide Flächenteile etwa gleich sind. Die Wendetangente 2 an die Kurve 1 schneidet die x-Achse in Punkt 3. Man zeichnet das zugehörige x = d _B/2 als Gauß'schen Radius, d _B als Gauß'schen Durchmesser der Dosisverteilung der Rückstreuelektronen. Wenn man bei gleicher Spannung die Kompensationsbelichtung so wählt, daß ihr Strahl eine Gauß-Verteilung mit demselben Strahldurchmesser d _B hat, kann man bei gleicher integraler Gesamtdosis den Rückstreuanteil weitgehend, jedoch, wie Kurve 4 zeigt, nicht vollständig nachbilden. Da auch die Kompensationsbelichtung Rückstreuelektronen erzeugt, tritt bei hohen Abständen zusätzlich ein Ausläufer 5 auf.However, a complete compensation of the backscattered electrons is not possible if the same voltage is used for the structure and compensation exposure. Fig. 5 shows in curve 1 a measured dose distribution according to J. Appl. Phys., Vol. 45, 1974, pp. 2551-2566 when exposing a narrow line to electrons of 20 kV. The high peak near zero originates from the primary electrons, the curve parts at large x come from the backscattered electrons. You can see that both parts of the surface are approximately the same. The turning tangent 2 to curve 1 intersects the x axis in point 3 . The associated x = d _B / 2 is drawn as the Gaussian radius, d _B as the Gaussian diameter of the dose distribution of the backscattered electrons. If one chooses the compensation exposure at the same voltage so that its beam has a Gaussian distribution with the same beam diameter d _B , one can largely reproduce the backscattering portion with the same integral total dose, however, as curve 4 shows, it cannot be completely reproduced. Since the compensation exposure also generates backscattered electrons, an extension 5 also occurs at long distances.

Viel besser ist die Kompensation, welche Kurve 6 in Fig. 5 zeigt, bei der die Kompensationsbelichtung mit der halben zur Strukturbelichtung verwendeten Spannung durchgeführt wurde. Günstig ist es daher, wenn die Kompensationsbelichtung mit 70% oder weniger der bei der Strukturbe lichtung angewendeten Spannung durchgeführt wird. Mit verkleinerter Beschleunigungsspannung U _B verringert sich nämlich, wie die Tabelle der Fig. 6 zeigt, der Gauß'sche Durchmesser d _B beträchtlich. Eine Spannungs reduzierung ist jedoch nur bei sehr kritischen Belichtungen mit hohem D _RM/D _P notwendig, bei denen es auf sehr exakte Kompensation ankommt.The compensation is much better, which is shown by curve 6 in FIG. 5, in which the compensation exposure was carried out with half the voltage used for the structure exposure. It is therefore advantageous if the compensation exposure is carried out with 70% or less of the voltage used in the structural exposure. With a reduced acceleration voltage U _B , the Gaussian diameter d _B decreases considerably, as the table in FIG. 6 shows. However, a voltage reduction is only necessary for very critical exposures with high D _RM / D _P , where very exact compensation is important.

Die für die Kompensationsbelichtung erforderliche Dosisverteilung der Strahlintensität läßt sich durch gesteuerte Defokussierung eines feinen Elektronenstrahls oder durch entsprechende Bewegung dieses Elektronen strahls oder eines projizierten Elektronenbildes durch magnetische oder elektrische Ablenkung oder durch mechanische Bewegung von Linsen, Kathode oder Substrat erzeugen.The dose distribution of the required for the compensation exposure Beam intensity can be controlled by controlled defocusing of a fine Electron beam or by corresponding movement of this electron beam or a projected electron image by magnetic or electrical deflection or by mechanical movement of lenses, Generate cathode or substrate.

Bei Projektionsverfahren, welche sowieso Belichtungszeiten pro Bild im Sekundenbereich benötigen, ist es möglich, Substrat, Maske, Kathode oder Linsen mechanisch entsprechend zu bewegen, um eine Strahlausweitung durch Verschiebung oder Defokussierung zu erreichen. Einfacher dürfte es sein, das Elektronenbild elektrisch oder magnetisch entsprechend zu wobbeln oder zu defokussieren.In projection processes, which anyway have exposure times per image in the Need seconds range, it is possible to substrate, mask, or cathode Mechanically move lenses accordingly to expand the beam by shifting or defocusing. It should be easier be, the electron image correspondingly electrically or magnetically wobble or defocus.

Bei Elektronenstrahlbelichtungsverfahren im engeren Sinn läßt sich die beschriebene Kompensationsbelichtung am besten durch gesteuerte Defokus sierung unter Verwendung einer strukturierten Aperturblende durchführen. Dazu verwendet man am besten eine Anordnung, welche eine strukturierte Aperturblende sowie Mittel zur Defokussierung des Strahls vorsieht. Dazu baut man, wie Fig. 7 zeigt, in die üblichen Elektronenstrahlbelichtungs anlagen eine speziell strukturierte Aperturblende 26 und eine zusätz liche elektrostatische Linse 27 ein.In electron beam exposure processes in the narrower sense, the compensation exposure described can best be carried out by controlled defocusing using a structured aperture diaphragm. It is best to use an arrangement that provides a structured aperture diaphragm and means for defocusing the beam. For this purpose, as shown in FIG. 7, a specially structured aperture diaphragm 26 and an additional electrostatic lens 27 are installed in the conventional electron beam exposure systems.

Die Aperturblende ist vorzugsweise so zu strukturieren, daß ihre Durchlässigkeit im Mittel nach außen näherungsweise entsprechend einer Gaußverteilung abfällt. Sie kann z. B. aus einem dünnen Wolframblech bestehen, in welches eine sternförmige Öffnung unter Verwendung photo lithographischer Verfahren eingeätzt ist. Deren Struktur muß so entwor fen werden, daß die über den Umfang gemittelte Intensitätsverteilung vom Mittelpunkt nach außen so abfällt, daß eine Gauß-Verteilung möglichst gut angenähert wird. Dies läßt sich zwar mit einer Blende mit vielen Einzellöchern besser erreichen als mit der beschriebenen Sternblende, letztere hat aber den wesentlichen Vorteil, daß die Strahlintensität nicht so stark verringert wird.The aperture diaphragm should preferably be structured so that its Permeability to the outside approximately corresponds to one Gaussian distribution drops. You can e.g. B. from a thin tungsten sheet exist in which a star-shaped opening using photo lithographic process is etched. Their structure must be designed in this way fen that the intensity distribution averaged over the circumference from The center drops outwards so that a Gaussian distribution is possible is approximated well. This can be done with an aperture with many Reach single holes better than with the described star screen, the latter has the main advantage that the beam intensity is not reduced as much.

Sonst zeigt Fig. 7 schematisch eine übliche Anlage zur Elektronenstrahl belichtung mit quadratisch geformtem Strahl. Die Elektronen werden von einer geheizten Wolfram-Haarnadel-Kathode 1 emittiert, welche durch den Trenntrafo 2 gegen Erde isoliert auf Hochspannung 7 liegt. Die Vorspan nung des Wehneltzylinders 3 wird durch einen Vorwiderstand 6 erzeugt und zur Stabilisierung und Fokussierung des Strahls ausgenützt. Die Anoden blende 5 liegt auf Erdpotential. In sie wird der "Crossover", d. h. ein Bild der Kathode abgebildet, welcher einen Durchmesser von etwa 20 bis 50 Mikrometer besitzt. Wenn man auf der Anode eine Gesichtsfeldblende 25 mit einer rechteckigen Öffnung, z. B. von 10 Mikrometer × 10 Mikrometer befestigt, kann man diese mit den magnetischen Linsen 19, 20 und 21 merhstufig auf das Substrat 12 abbilden, wobei Zwischenbilder bei 22 und 23 auftreten. Die Strahlaustastung kann z. B. elektrostatisch durch das Plattenpaar 8 durchgeführt werden, welches den Strahl aus der Öffnung der Blende 9 herauslenkt. Die Ablenkung des Strahls auf der Probe 12 zur Strukturerzeugung erfolgt durch die Ablenkspulen 10 und 11 und wird, ebenso wie die Strahlaustastung, durch den Mustergenerator 17 gesteuert, welcher die Strukturdaten von einem Datenspeicher 18 über den Prozeß rechner 16 erhält. Dieser steuert auch über die Tischsteuerung 14 den Probentisch 13, dessen Position im allgemeinen mit einem Laserinter ferometer 15 gemessen wird. Zur Bilderkennung und Justierung ist noch ein Detektor 24 für Rückstreuelektronen vorgesehen. Otherwise, Fig. 7 shows schematically a conventional system for electron beam exposure with a square-shaped beam. The electrons are emitted by a heated tungsten hairpin cathode 1 , which is isolated from the earth by the isolating transformer 2 at high voltage 7 . The bias voltage of the Wehnelt cylinder 3 is generated by a series resistor 6 and used to stabilize and focus the beam. The anode aperture 5 is at ground potential. The "crossover", ie an image of the cathode, which has a diameter of approximately 20 to 50 micrometers, is imaged therein. If you have a field of view aperture 25 with a rectangular opening, z. B. attached by 10 microns × 10 microns, these can be reproduced with the magnetic lenses 19, 20 and 21 several stages on the substrate 12 , with intermediate images appearing at 22 and 23 . The beam blanking can e.g. B. electrostatically through the plate pair 8 , which deflects the beam out of the opening of the aperture 9 . The deflection of the beam on the sample 12 for structure generation takes place through the deflection coils 10 and 11 and, like the beam blanking, is controlled by the pattern generator 17 , which receives the structure data from a data memory 18 via the process computer 16 . This also controls the table control 14, the sample table 13 , the position of which is generally measured with a laser interferometer 15 . A detector 24 for backscattered electrons is also provided for image recognition and adjustment.

Zur Defokussierung ist vorzugsweise eine zusätzliche elektrostatische Linse vorzusehen. Fig. 8 zeigt die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung. Während der Strukturbelichtung befindet sich die Mittelblende 27 der elektrostatischen Linse auf Erdpotential. Man erhält ohne Rücksicht auf die Form der Aperturblende ein scharfes Bild des "Cross overs" bzw. der Gesichtsfeldblende 25 auf dem Substrat 12. Bei der Kompensationsbelichtung wird eine negative Spannung an die Mittelblende 27 angelegt. Das Bild 23 rückt nach oben auf 23 a, die Fokusebene 28 verschiebt sich von der Substratebene etwas nach oben. Damit erzeugt jeder Bildpunkt in der Fokusebene 28 ein Bild der Aperturblende 26 auf dem Substrat. Seine Größe läßt sich durch die Höhe der Spannung an der elektrostatischen Linse 27 entsprechend den Forderungen der Kompensa tionsbelichtung bequem einstellen.An additional electrostatic lens should preferably be provided for defocusing. Fig. 8 shows the operation of the arrangement described. During the structural exposure, the central diaphragm 27 of the electrostatic lens is at earth potential. Regardless of the shape of the aperture diaphragm, a sharp image of the "cross overs" or of the field of view diaphragm 25 is obtained on the substrate 12 . In the compensation exposure, a negative voltage is applied to the center aperture 27 . The image 23 moves up to 23 a , the focal plane 28 shifts slightly upwards from the substrate plane. Each pixel in the focal plane 28 thus generates an image of the aperture diaphragm 26 on the substrate. Its size can be easily adjusted by the amount of voltage on the electrostatic lens 27 according to the requirements of the compensation exposure exposure.

Diese elektrostatische Defokussierung geht so schnell, daß bei Raster scan-Belichtung (siehe International Conference on Microlithography, Paris, Juni 1977, S. 21-29) die Defokussierung während des Schrei bens der Struktur durchgeführt werden kann. Die notwendige Intensitäts verringerung um 10 bis 50% im nichtstrukturierten Umfeld kann durch kurzzeitige periodische Strahlaustastung geschehen.This electrostatic defocusing is so fast that raster scan exposure (see International Conference on Microlithography, Paris, June 1977, pp. 21-29) the defocusing during the cry bens the structure can be carried out. The necessary intensity can be reduced by 10 to 50% in a non-structured environment brief periodic beam blanking happen.

Bei anderen Belichtungsverfahren erfordert die Kompensationsbelichtung einen zusätzlichen Zeitaufwand. Er hält sich jedoch in Grenzen, weil man bei der Kompensationsbelichtung, ohne zu große Fehler zu erhalten, ein 2-3mal gröberes Rastermaß als bei der Strukturbelichtung verwenden kann. Dadurch verringert sich die zusätzliche Belichtungszeit auf ¹/₄ bis ¹/₉ derjenigen, welche für die Strukturbelichtung notwendig ist.With other exposure methods, the compensation exposure requires additional time. However, it is limited because you can use a 2-3 times coarser grid dimension for compensation exposure without getting too large errors than for structure exposure. Thereby, the additional exposure time is reduced to ^_1/4 to ^_1/9 that which is necessary for the pattern exposure.

Selbstverständlich können auch bei der Elektronenstrahlbelichtung andere Verfahren zur Herstellung der Gauß-Verteilung für die Kompensations belichtung angewendet werden. Man kann z. B. die Gauß-Verteilung der Intensität im "Crossover" ausnützen oder eine der beschriebenen Apertur blende entsprechende Strukturierung bei der Gesichtsfeldblende 25 vornehmen. Dann muß man diese jedoch zur Strukturbelichtung gegen eine quadratische oder unstrukturierte Blende austauschen.Of course, other methods of producing the Gaussian distribution for the compensation exposure can also be used in electron beam exposure. You can e.g. B. take advantage of the Gaussian distribution of the intensity in the "crossover" or structure the aperture described for the field of view aperture 25 . Then you have to replace it with a square or unstructured aperture for structure exposure.

Claims

1. A method for exposure of structures on substrates which are coated with an electron-sensitive lacquer, emit electrons, in which the structures to be produced are exposed in the usual way (structure exposure), characterized in that a compensation exposure is also carried out, in which the Structures and at least the parts of the neighboring surroundings of the structures which are exposed by the backscattered electrons generated by the electrons of the structure exposure are so exposed with electrons that the sum of the contributions of the compensation exposure and the portion of the structure exposure caused by backscattered electrons at each point the structure and in these parts of the neighboring environment are as similar as possible.

2. The method according to claim 1, characterized in that the compen station exposure with 70% or less that of the structure exposure voltage applied.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Compensation exposure carried out with an electron beam which has approximately Gaussian intensity distribution.

4. The method according to claim 3, characterized in that the Gaussian beam diameter of this distribution is chosen so that he approximately 60 to 120% of the Gaussian diameter of that dose ver division corresponds to that of a single exposed point generated backscattered electrons.

5. The method according to claim 4, characterized in that the Gaussian beam diameter in the compensation exposure between 3 and 8 microns when the accelerating voltage of the elec trons in the structure exposure is 20,000 volts, and propor tionally to the 1.5th power of the voltage, if one is on whose acceleration voltage is used.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that required for the compensation exposure dose distribution by controlled defocusing of a fine electron beam or by appropriate movement of this Electron beam or a projected electron image by ma magnetic or electrical distraction or by mechanical movement supply of lenses, cathode or substrate is generated.

7. The method according to claim 6, characterized in that the controlled defocusing using a structured Aperture stop is performed.

8. Arrangement for performing the method according to claim 7, characterized characterized that a structured aperture diaphragm as well as means are provided for defocusing the electron beam.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the aperture aperture is structured so that its permeability is on average drops approximately according to a Gaussian distribution.

10. Arrangement according to claim 8 or 9, characterized in that for Defocusing an additional electrostatic lens is provided is.