DE2805371C2 - Elektronenstrahl-Lithographiegerät und Verfahren zum Betrieb - Google Patents
Elektronenstrahl-Lithographiegerät und Verfahren zum BetriebInfo
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Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Lithographiegerät
mit den im Oberbegriff des Patenanspruchs 1 genannten Merkmalen.
Elektronenstrahl-Lithographiegeräte werden bei Herstellung von hochintegrierten monolithischen Halbleiterschaltungen
angewendet So zeigt z.B. die US-Patentschrift 36 44 700 ein Elektronenstrahlgerät
das zum Schreiben von vorgegebenen Mustern auf Halbleiterscheiben eingerichtet ist Hierbei wird durch
die Elektronenstrahlen ein Muster auf eine auf der Halbleiterscheibe auf gebrache Photolackschicht eingeschrieben,
indem entsprechende Gebiete der Photolackschicht exponiert werden, so daß nach Entwicklung das
betreffende Muster in der Photolackschicht als Maske auf der Halbleiterscheibe ausgebildet ist, welche bei der
nachfolgenden Herstellung der monolithisch integrierten Halbleiterschaltung entsprechend bereitzustehen
hat Hierzu verwendete Elektronenstrahlgeräte enthalten üblicherweise eine Elektronenstrahlquelle, Kondensorlinsen,
Strahlausrichtungsstufen, Verkleinerungslinsen, eine Projektionslinse, eine Ablenkeinheit und eine
Auffangfläche, die in bekannter Weise im Strahlengang angeordnet sind. Ein Elektronenstrahigerät für die
Herstellung monolithisch integrierter Halbleiterschaltungen ist außerdem in der Literaturstelle: »New
Imaging and Deflection Concept for Probe-Forming Microfabrication Systems«, von H. C. Pfeifer, Jounal of
Vacuum Science Technology, November/Dezember 1975, Bd. 12, Nr. 6, Seiten 1170 bis 1173, zu finden.
Der Vorteil eines quadratisch geformten Elektronenstrahls gegenüber dem traditionell verwendeten Kreisquerschnittelektronenstrahl
mit Gaußscher Verteilung ist im einzelnen in der oben angegebenen Literaturstelle
aufgezeigt und untermauert. Gemäß dem bekannten Stand der Technik sind Auflösung und Strahlstromdichte
in Elektronenstrahlgeräten durch die elektronenoptisehe Konfiguration festgelegt, wobei beide praktisch
unabhängig von der Strahlfleckgröße auf der Auffangfläche sind. In oben angeführter Literaturstelle wird
hierzu angegeben, daß ein Elektronenstrahl relativ gleichförmiger Strahlintensität über seinem Querschnitt,
der dem 25fachen des Strahlflecks bei Gaußscher Verteilung entspricht, bei angenähert
gleichem Randdosisgradienten erzielt werden kann, indem ein quadratisch geformter Strahlfleck auf die
Auffangfläche projiziert wird.
Ein derartiges Resultat wird bei einem Blick auf Fig.2 Zeichnung verständlich, wo ein kreisförmiger
Strahlfleck einem quadratischen Strahlfleck in ihren . Charakteristiken einander gegenübergestellt sind. Ein
Vergleich beider Darstellungen läßt den Vorteil eines quadratisch geformten Strahlfleckes gegenüber einem
kreisförmigen Strahlfleck, erzielt durch einen Elektronenstrahl Gaußscher Verteilung erkennen, wobei in
beiden Fällen gleiche Auflösung vorausgesetzt wird. In der Darstellung nach F i g. 2 sind im einzelnen Form und
Abmessungen eines Flecks eines Elektronenstrahls mit Gaußscher Verteilung 25 verglichen mit denen eines
quadratisch geformten Strahlflecks 26, wobei unterhalb der betreffenden Darstellung jeweils die Strahlintensitätsverteilung
des betreffenden Strahlflecks, d.h. die Strahlintensität in Abhängigkeit von der wachsenden
Entfernung vom Strahlmittelpunkt aufgetragen sind. Wie bereits in oben angegebener Literaturstelle
ausgeführt, verläuft in einem üblichen System unter Verwendung eines Elektronenstrahls kreisförmigen
b5 Querschnitts die Intensitätsverteilung des Elektronenstrahls
innerhalb der Halbwertsbreite i/der räumlichen Strahlauflösung. Die Strahlauflösung eines kreisförmigen
Elektronenstrahls mit Gaußscher Intensitätsvertei-
lung bestimmt sich aus der Oberlagerung aller π Abweichungsfehlerscheiben ö, mit der verkleinerten
Abbildung der Elektronenstrahlquelle bei Gaußscher Intensitätsverteilung, was in üblicher Weise der
Quadratsumme der Abweichungen für optimale Strahlstromdichte
entspricht:
1/2
/-I
Um eine getreue Abbildung des Musters herbeizuführen,
muß die Halbbreite des Strahlflecks zumindest um den Faktor 5 kleiner sein als die schmälste Stelle des
abzubildenden Musters. Für einen Strahlfleck quadratischen Querschnitts ist dabei die Auflösung durch den
Randabfall in der Strahlintensitätsverteilung festgelegt, welche lediglich durch die Überlagerung aller π
Abweichungsscheiben gemäß folgender Beziehung verursacht ist:
"Quadr.
V -1 /
Die Gaußsche Intensitätsverteilung der Elektronenstrahlquelle trägt nicht zur Randformung bei. Die Größe
des quadratischen Strahlflecks ist unabhängig von der Auflösung und läßt sich so wählen, daß sie der
schmälsten Stelle des Musters angepaßt ist Das gesamte Mustersegment wird hierbei aufeinmal abgebildet,
so daß hierdurch die Expositionsrate um einen Faktor 25 gegenüber vergleichbaren Systemen mit
kreisförmigem Strahlfleck beschleunigt werden kann.
Aus F i g. 2 ist noch ersichtlich, daß bei Verwendung eines quadratischen Elektronenstrahlflecks das rechtekkige
Gebiet 27, nämlich ein Gebiet, das durch gerade Grenzlinien definiert ist, insgesamt durch sechs
aufeinanderfolgende Expositionsschritte, also 1 bis 6, mittels eines quadratisch geformten Strahlflecks 26
exponiert werden kann; wohingegen das gleiche rechtwinklige Viereck 27' 140 aufeinanderfolgende
Expositionsschritte erfordern würde, wenn ein kreisförmiger Strahlfleck 25 mit Gaußscher Intensitätsverteilung
Anwendung fände.
Wenn auch nicht zu verkennen ist, daß gegenwärtig verfügbare Elektronenstrahlgeräte mit Strahlformungsmaßnahmen
bzw. Mitteln zur Bereitstellung quadratischer Strahlflecke bedeutsame Verbesserungen und
Möglichkeiten zur Herstellung von monolithisch integrierten Halbleiterschaltungen mit sich bringen, dann
läßt sich doch bereits voraussehen, daß bei zukünftigen Herstellungsverfahren, bei denen zu exponierende
Muster in ihren Teilen Abmessungen aufweisen können, die unterhalb von 2 μίτι liegen, die Anwendung
derartiger Elektronenstrahlgeräte zur Be-eitstellung
entsprechender Belichtungsmuster doch erheblich eingeschränkt sein kann. Bei der bereits vorhersehbaren
angestrebten sehr hohen Dichte von integrierten Halbleiterschaltungen können ohne weiteres Öffnungsbreiten
und/oder Linienbreiten mit kleinsten Abmessungen vorgesehen werden, die unterhalb von 2 μίτι liegen,
so daß Überstrahlungseffekte bzw. Strahlausweitungseffekte, hervorgerufen durch Zweifach- und Mehrfachexposition,
an einigen Stellen des abzubildenden Musters nicht verhindert werden können, wenn die zur
Verfügung stehenden Strahlformungseinrichtungen nicht den Toleranzanforderungen bei derartigen monolithisch
integrierten Halbleiterschaltungen entsprechen. Das Problem der Zweifachexposition läßt sich im
einzelnen anhand der Abbildungen in F i g. 3 und F i g. 4 klar erkennen, insbesondere, wenn das Gebiet 27 in
Fig.2 herangezogen wird. Wie bereits erwähnt, läßt
sich das Gebiet 27 mit Hilfe eines quadratisch geformten
j Strahlflecks 26, wie im Abbüdungsbeispiel gezeigt, mit
Hilfe von sechs aufeinanderfolgenden Expositionsschritten exponieren. Da das zu exponierende ausgewählte
Gebiet keine Abmessungen besitzt, die ganzzahligen Vielfachen des quadratisch geformten Strahlflecks
in 26 entsprechen, ist es unvermeidbar, daß der gestrichelt
angedeutete Bereich 28 zweimal exponiert wird. Diese Zweifachexposition führt damit aber zu Überstrahlung,
so daß im anschließenden Entwicklungsvorgang doppelt exponierte Bereiche entsprechend schneller entwickelt
werden als normalerweise nur einfach exponierte Bereiche. Die Folgen derartiger Überstrahlung führen
zu Unterschneidungen und Kantenunregelmäßigkeiten im verbleibenden, als Maske dienenden Teil der
Photolackschicht, der die exponierten Gebiete definiert.
2» Bei bisher vorliegenden monolithisch 'integrierten
Halbleiterschaltungen mit Linienbreiten und Öffnungsbreiten von zumindest 2 μηι in ihren jeweiligen
Abmessungen bleibt dieser Überstrahlungseffekt jedoch innerhalb zulässiger Toleranzgrenzen, so daß
hierdurch kein Problem entsteht. Jedoch bei nunmehr angestrebten dichter gepackten Halbleiterschaltungen
sind Abmessungen von unterhalb 2 μΐη bei Linienzügen
und Öffnungsbreiten nicht mehr zu umgehen, so daß durch Überstrahlungseffekte Unregelmäßigkeiten und
jo sonstige Nachteile über die zulässigen Toleranzgrenzen
hinaus unausweichlich bei Anwendung bisher üblicher Elektronenstrahlgeräte in Kauf genommen werden
müssen.
Außerdem läßt sich bereits absehen, daß bei zukünftigen Verfahren zur Herstellung monolithisch
integrierter Halbleiterschaltungen der Zeitfaktor eine wesentliche Rolle spielen wird, indem nämlich angestrebt
werden wird, die Zeitdauer für Elektronenstrahlexposition vorgegebener Muster derart zu reduzieren,
daß der Werkstückdurchgang im betreffenden Herstellungsprozeß wesentlich erhöht werden kann.
Um dies zu erreichen, läßt sich daher bei dem aus der US-PS 36 38 231 bekannten Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
der eingangs genannten Art ein Elektronenstrahl mit einem Querschnitt variabler Abmessung und
Gestalt bereitstellen, bei dem sich die lateralen Abmessungen orthogonal zueinander variieren lassen.
Mit einem derartig veränderbaren Strahlfleck läßt sich nun eine Vielfachexposition und der damit einhergehen-
de Überstrahlungseffekt vollständig vermeiden. Da die Abmessung des Strahlflecks, der zur Exposition des
ausgewählten Musterbereichs auf der Auffangfläche herangezogen wird, zu verändern ist, 'assen sich die
Strahlfleckabmessungen bei jedem Expositionsschritt so verändern, daß beim Exponieren maximale Abmessungen
innerhalb der Grenzen des Musterbereichs während eines jeweiligen Expositionsschrittes eingehalten
werden können; wobei die nacheinander belichteten Bereiche lediglich aneinanderstoßend exponiert wer-
bo den, so daß keine Überlappung an irgendwelchen
Stellen des zu belichtenden Musters auftritt oder einzutreten braucht.
Diese Vorteile können jedoch bei dem bekannten Eltktronenstrahl-Lithographiegerät nicht voll ausgenützt
werden, weil bei ihm keine wirksame Trennung zwischen Elektronenstrahlquellen-Abbildung und
Strahlfleckformen verwirklicht ist, so daß sich die Intensitätsverteilung des Strahlflecks auf der Auffang-
fläche bei Änderung der Ablenkung des Elektronenstrahls zwischen den Lochblenden ändert.
Bei dieser Sachlage besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einem Elektronenstrahl-Lithographiegerät
der eingangs genannten Art eine über den zu projizierenden Strahlquerschnitt gleichmäßige intensitätsverteilung
herbeizuführen, die weitgehend von der Ablenkung des Elektronenstrahls unabhängig ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen
ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Elektronenstrahl-Lithographiegerät ist die Intensitätsverteilung des Strahlflecks
auf der Auffangflächc unabhängig von dessen Form und Größe konstant. Daher können die oben
genannten Vorteile des bekannten Elektronen-Lithographiegeräts der eingangs genannten Art insbesondere
bei Verwendung eines quadratischen Strahlflecks variabler Abmessung ohne Einschränkung verwirklicht
werden.
Ausführungsbeispieie der Erfindung werden anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
eines Elektronenstrahl-Lithographiegeräts gemäß der Erfindung,
F i g. 2 im oberen Teil schematische Darstellungen zum Vergleich der jeweils erforderlichen Anzahl von
zur Exponierung eines vorgegebenen Flächenbereichs erforderlichen Expositionsschritten unter Zuhilfenahme
eines Elektronenstrahls runden Querschnitts, eines solchen quadratischen Querschnitts und eines Elektronenstrahlquerschnitt
variabler Form; im unteren Teil eine graphische Darstellung, in der jeweils die Strahlintensität über den Strahldurchmesser aufgetragen
ist,
F i g. 3 eine Draufsicht auf ein beispielsweise ausgeführtes rechtwinkliges Muster auf der Elektronenstrahlauffangfläche,
woraus die erforderlichen Expositionsschritte hervorgehen, um den gezeigten Belichtungsmusterausschnitt
mit Hilfe eines bekannten Elektronenstrahl-Lithographiegeräts mit fest vorgegebenen Abmessungen
des Strahlquerschnitts zu exponieren.
F i g. 4 den gleichen Belichtungsmusterausschnitt auf einer Elektronenstrahlauffangfläche wie Fig.3, wo
jedoch die Anzahl der Expositionsschritte zur Belichtung zu erkennen sind, wenn ein gleichfalls bekanntes
Elektronenstrahl-Lithographiegerät mit einem Elektronenstrahlfleck variablen Querschnitts und variabler
Querschnittsabmessungen angewendet wird,
Fig.5 die schernatische Ansicht eines bekannten
Elektronenstrahl-Lithographiegeräts mit einer Einrichtung zur Formung eines Elektronenstrahls mit quadratischem
Querschnitt fest vorgegebener Abmessungen,
F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
gemäß der Erfindung ohne Andeutung einer lateralen Verschiebung der Abbildung der ersten Lochblende,
F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
gemäß der Erfindung mit angedeuteter seitlicher Verschiebung der Abbildung der ersten Lochblende,
F i g. 8 eine schematische Ansicht der Ablenkvorrichtung zur seitlichen Verschiebung der Abbildung der
ersten Lochblende,
F i g. 9 die Ablenkvorrichtung gemäß F i g. 8, jedoch mit angedeutetem abgeändertem Betriebszustand.
Anhand der F i g. 1 sollen zunächst die Maßnahmen zur Formung des Strahlquerschnitts ganz allgemein
beschrieben werden. Eine Elektronenstrahlquelle 10 richtet einen Elektronenstrahl 11 längs der Achse 12 auf
eine Auffangfläche. Der Strahlquerschnitt läßt sich dank entsprechend getroffener Maßnahmen zum Hervorrufen
eines rechtwinkligen Strahlflecks unterschiedlicher Gestalt und Abmessungen formen, indem der Strahl
zunächst durch eine Lochblende 14 einer ersten Blendenscheibe 13 geführt wird. Die im Strahlengang
nachgeordnete Kondensorlinse 15 fokussiert dabei gleichzeitig die Abbildung 14' in die Ebene einer
weiteren Lochblende 16 in einer zweiten Blendenscheibe 17 und gleichzeitig die Abbildung der Elektronenstrahlenquelle
in eine Stelle 18 einer Ebene, die mit dem Ablenkungsmittelpunkt, bereitgestellt durch eine Elektronenstrahl-Ablenkvorrichtung
19, zusammenfällt, die ihrerseits die fokussierte Abbildung 14' der ersten Lochblende 14 lateral mit Bezug zur Lochblende 16 in
der zweiten Blendenscheibe 17 verschiebt.
Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht die Ablenkvorrichtung 19 aus einer üblichen elektrostatischen
Einrichtung mit den Ablenkplatten 20 und 20', die unter entsprechender Steuerung die Abbildung 14' in
^-Richtung und aus den Platten 21 und 2Γ, die die
Abbildung 14' in V-Richtung verschieben können. Zur Erzielung optimaler Resultate besitzt die Abbildung 14'
gleiche Abmessungen wie die öffnung der Lochblende 16 in der zweiten Blendenscheibe 17. Die endgültige, auf
die Auffangfläche projizierte Strahlfleckform wird dabei durch den Teil 22 der projizierten Abbildung 14'
festgelegt, der nicht durch den betreffenden Teil der Blendenscheibe 17 abgeblendet ist. Durch die Lochblende
16 wird dann dieser Teil der Abbildung 14' in Form der zusammengesetzten Abbildung 23 übertragen. Aus
dem Vorhergehenden ist leicht zu ersehen, daß durch entsprechende Beaufschlagung der X- und der V-Ablenkplatten
20, 20', 21, 21' rechteckige Strahlfleckformen aller möglichen Abmessungen innerhalb der
gesetzten Grenzen zu erzielen sind, wenn die Lochblende jeweils quadratische Blendenöffnungen aufweisen.
Zur Vervollständigung des Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
wird über die Darstellung nach F i g. 1 hinaus der resultierende Strahlfleck 23 noch über ein
Verkleinerungs-Linsensystem und ein Projektions-Linsensystem auf die Auffangfläche übertragen. Außerdem
kann natürlich zudem der Elektronenstrahl in üblicher Weise für Abtastzwecke über die jeweilige Auffangfläche
abgelenkt werden. Hierzu lassen sich ebenfalls übliche Verkleinerungslinsen- und Probjektionslinsensysteme
zusammen mit einer entsprechenden Strahlablenkvorrichtung
verwenden.
Ein bedeutsamer Aspekt des in F i g. 1 dargestellten Elektronenstrahl-Lithographiegerätes, der im einzelnen
noch genauer im Zusammenhang mit den Abbildungen nach den F i g. 6 bis 9 beschrieben wird, besteht in der
optischen Trennung der Abbildung der Elektronenstrahlquelle 10 von der Abbildung der Lochblende 14.
Die Blendenöffnungs-Abbildung 14' wird, wie bereits erwähnt, in der Ebene der Lochblende 16 in der zweiten
Blendenscheibe 17 unter Einwirkung der Kondensorlinse 15 fokussiert, wobei die gleiche Kondensorlinse 15 die
Abbildung der Elektronenstrahlquelle 10 in Koinzidenz mit dem genannten Ablenkungszentrum bringt Auf
jeden Fall wird durch eine derartige optische Trennung der fokussierten Abbildungen die Beleuchtung, nämlich
die Strahlstromdichte des Elektronenstrahlflecks auf der Auffangfläche, die von der Lage der Elektronen-
strahlquellen-Abbildung abhängig ist, in wirksamer Weise konstant gehalten. Diese konstante Fleckausleuchtung
ist gewährleistet, weil die Elektronenstrahlquellen-Abbildung nicht abgelenkt wird und im
wesentlichen während der einzelnen Abbildungsablenkungsschritte mit der vorgegebenen Achse des Elektronenstrahlenganges
ausgerichtet bleibt. Eine derartige Ausrichtung stellt außerdem in vorteilhafter Weise
sicher, daß sich eine maximale Kantenauflösung des Elektronenstrahlflecks auf der Auffangfläche nach
Durchlaufen des Elektronenstrahls durch übliche Verkleinerungslinsen- und Projektionslinsensysteme
ergibt.
Wenn das beschriebene Ausführungsbeispiel auch wie bei üblichen Elektronenstrahl-Lithographiegeräten für
zeilenweise Ablenkung des Elektronenstrahls bezüglich der Auffangfläche beschrieben ist, dürfte es ohne
weiteres klar sein, daß ebensogut andere Ablenkarten, wie z. B. wahlfreie Ablenkung, verwendet werden
können.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel lassen sich in gleicher Weise wie bei dem bekannten
Elektronenstrahl-Lithographiegerät der eingangs genannten Art Vielfachexpositionen und hierdurch bedingte
Überstrahlungseffekte in den betreffenden Bereichen der Auffangfläche in hervorragender Weise
vermeiden. Dies soll anhand der Diagramme in F i g. 2 näher erläutert werden. Der dort oben in der Mitte
gezeigte schraffierte Bereich 28, der sich bei Ablenkung eines Elektronenstrahls quadratisch geformten Querschnitts
über der Fläche 27 ergibt, kann erst gar nicht entstehen, wenn ein Elektronenstrahl mit variabel
formbarem Querschnitt Anwendung findet, um eine der Fläche 27 äquivalente zweite Fläche 27" auszuleuchten.
Die Exposition erfolgt dabei in zwei Schritten, nämlich durch Exponieren mit Hilfe eines entsprechend dem in
der zweiten Fläche 27" enthaltenen Flächenbereich 29 geformten Elektronenstrahls, gefolgt durch Exponieren
eines zweiten in der Fläche 27" enthaltenen Flächenbereich 30, so daß die beiden Flächenbereiche 30 und 29
anstatt sich zu überlappen, aneinanderstoßen. Wie sich aus den darunter gezeigten Strahlstromdichtenprofilen
ergibt, liegt keinerlei Überlappung vor, die zu verstärkter Exposition oder Überstrahlung führen
könnte, d. h., die Gesamtstrahlstromdichte an der Schnittstelle 31 zwischen den beiden exponierten
Flächenbereichen 29 und 30 überschreitet nicht die Strahlenstromdichte oder Beleuchtungsintensität des
Elektronenstrahlflecks, so daß unabhängig von der Fleckform eine konstante Intensität gewährleistet ist
Aus den Strahlintensitätsprofilen in F i g. 2 geht deutlich hervor, daß die Auflösung eines variabel
formbaren Elektronenstrahlquerschnitts im wesentlichen konstant bleibt Bezüglich der Auflösung finden
sich Ausführungen in der bereits angeführten Literaturstelle »Journal of Vac. Sei. Technology« von November/
Dezember 1975, Band 12, Nr. 6, Seiten 1170 bis 1173. Hiernach entspricht die Auflösung der Halbwertsbreite
einer Gaußschen Strahlintensitätsverteilung (d) wenn ein kreisförmiger Strahlquerschnitt mit vorgegebener
Intensität, d. h. Strahlstromdichte vorliegt Fernerhin ist dort ausgeführt, daß ein Elektronenstrahl quadratischen
Querschnitts die gleiche Auflösung wie ein Elektronenstrahl kreisförmigen Querschnitts besitzt vorausgesetzt
daß der Flankenabfall der Strahlintensität bei quadratischem Strahlfleck der Halbwertsbreite (d) bei kreisförmigem
Strahlquerschnitt entspricht Es hat sich bezüglich eines variabel formbaren Strahlquerschnitts
herausgestellt, daß solange wie die geringste Abmessung des Belichtungsmusters, das einer stufenweise
aufeinanderfolgenden Exposition mit Hilfe des variablen formbaren Elektronenstrahlquerschnitts ausgesetzt
ist, zumindest den 5fachen Wert der Auflösung (d) des Elektronenstrahl kreisförmigen Querschnitts der
gewählten Strahlintensität beträgt, das Belichtungsmuster der gleichen Auflösung unterliegt, wie dasjenige,
das bei Anwenden eines Elektronenstrahls kreisförmigen Querschnitts einer dementsprechenden Anzahl von
Expositionsschritten ausgesetzt ist. So zeigt sich z. B. mit Blick auf F i g. 2, daß, obgleich der Flächenbereich 30
lediglich die Abmessung 4 d aufweist, die Gesamtabmessung des Belichtungsmusters dem Wert IAd
entspricht. Damit unterliegt aber dieses Belichtungsmuster im wesentlichen der gleichen Auflösung wie das
Belichtungsmuster auf der Fläche 27' ganz links, bei dem aufeinanderfolgende Exposition unter Anwenden eines
Elektronenstrahls kreisförmigem Querschnitts erfolgt.
Mit einem Elektronenstrahl-Lithographiegerät mit variabel formbaren Strahlquerschnitt können nicht nur
Vielfachexpositionen ausgeschlossen werden, sondern es kann auch eine erhöhte Expositionsgeschwindigkeit
erzielt werden, was sich z. B. in erhöhtem Werkstückausstoß bei Verwendung zur Herstellung von monolithisch
integrierten Halbleiterschaltungen auswirkt, wie anhand der F i g. 3 und 4 näher erläutert wird. So zeigt
der Belichtungsmusterausschnilt 32 in Fig.3 die Ausführung eines orthogonalen rechtwinkligen Musters,
das durch einen Elektronenstrahl exponiert werden soll. Das Belichtungsmuster wird dabei in einer
Photolackschicht gebildet und dient z. B. zur Definition von Leitungsbildern. Soll der Belichtungsmusterausschnitt
32 mit Hilfe eines Elektronenstrahls quadratisehen Querschnitts exponiert werden, dann müßte der
quadratische Strahlfleck 33 auf eine Breite W eingeschränkt werden, die nicht größer ist als die
minimale Abmessung, die im gesamten Belichtungsmuster, das exponiert werden soll, vorkommt. Mit einem
derartigen quadratischen Strahlfleck 33 wären dann 27 aufeinanderfolgende Expositionsschritte erforderlich,
um den in F i g. 3 gezeigten Belichtungsmusterausschnitt komplett zu exponieren. Aufgrund der geometrischen
Einschränkungen jedoch läßt es sich dabei nicht vermeiden, daß die schraffierten Bereiche 34 zweimal
exponiert werden und daß zumindest ein Gebiet 35 sogar vierfach exponiert wird. Alle diese vielfach
exponierten Gebiete zeigen zwangsläufig Überstrahlungseffekte.
so Andererseits wären aber, wenn der Belichtungsmusterausschnitt 42 nach F i g. 4, der in seinen Abmessungen
und in seiner Form dem Belichtungsmusterausschnitt 32 in Fig.3 entspricht, aufeinanderfolgend
einem variabel formbaren Strahlquerschnitt ausgesetzt wird, zur vollständigen Exposition des gezeigten
Belichtungsmusterausschnitts an sich nur acht aufeinanderfolgende Expositionsverfahrensschritte erforderlich,
um den gewünschten Belichtungseffekt herbeizuführen. Dabei sind dann fünf unterschiedliche Strahlquerschnitte
anzuwenden. Der erste Strahlquerschnitt dient zur Exposition der Gebiete 43,43A; ein zweiter Strahlquerschnitt
ist zur Exposition der Gebiete 435 und 43C vorgesehen; mit Hilfe eines dritten Strahlquerschnitts
wird das Gebiet 44 exponiert; das Gebiet 45 unterliegt der Exposition mittels eines vierten Strahlquerschnitts
und ein fünfter Strahlquerschnitt wird zur Exposition des Gebietes 46 eingestellt Die Gesamtbelichtung des
gezeigten Belichtungsmusterausschnitts 42 vollzieht
sich dabei ohne jedwede Überlappung, indem nämlich bei aufeinanderfolgender Exposition die jeweiligen
Gebiete aneinanderstoßend belichtet werden. Darüber hinaus besteht auch keinerlei Notwendigkeit, daß beim
Exponieren irgendeines Gebietes auch nur ein Teil eines benachbarten zu exponierenden bzw. exponierten
Gebietes überlappt werden müßte. Es kommt noch hinzu, daß die Gesamtbelichtung des gleichen Belichtungsmusterausschnitts,
wie er in F i g. 3 gezeigt ist, nur mit einem vierten Teil der Anzahl der mit fest
vorgegebener quadratischer Strahlquerschnittsform benötigten Expositionsschritte vollzogen werden kann.
Mit anderen Worten, die Gesamtzeitdauer zur Belichtung von Werkstücken bei Herstellung von monolithisch
integrierten Halbleiterschaltungen läßt sich wesentlich herabsetzen, so daß dementsprechend auch
ein höherer Werkstücksausstoß vorliegen muß.
Im folgenden soll das Prinzip der optischen Trennung während des Strahlformungsvorgangs näher betrachtet
werden. In F i g. 5 ist schematisch ein bekanntes Elektronenstrahl-Lithographiegerät mit quadratischem
Strahlquerschnitt dargestellt, das eine Elektronenstrahlquelle 50, eine Kondensorlinse 51, eine Blendenscheibe
52 mit quadratischer Lochblende, Sperrplatten 53, die gemäß den Ausführungen in der bereits genannten
US-Patentschrift 36 44 700 der Strahlbeeinflussung dienen, ein Verkleinerungslinsensystem, bestehend aus
einer ersten Verkleinerungslinse 54 und einer zweiten Verkleinerungslinse 55, enthält. Dieses Elektronenstrahl-Lithographiegerät
enthält außerdem eine Lochblende 56 mit einer kreisförmigen Blendenöffnung, um den Axialbereich des Elektronenstrahls zu definieren, so
daß maximale Strahlintensität ausgenutzt wird, und ein Projektionslinsensystem 57 üblicher Bauart, bestehend
aus einem zentralen Ablenkjoch 58 und herkömmlichen Korrekturelementen 59, um Feldkrümmung sowie
Axial- und Ablenkungsastigmatismus dynamisch zu kompensieren. Ein derartiges Projektionslinsensystem
57 mit Ablenkjoch 58 ist im einzelnen im oben angeführten Zeitschriftenartikel beschrieben. Bei dem in
F i g. 5 gezeigten Elektronenstrahl-Lithographiegerät wird ein Elektronenstrahl auf die Auffangfläche 59
gelenkt, die z. B. aus einem mit einer Photolackschicht überzogenen Halbleiter bestehen kann, auf dem ein
rechtwinkliges Belichtungsmuster exponiert werden soll.
Bei dem in F i g. 5 dargestellten Elektronenstrahl-Lithographiegerät
wird gleichzeitig mit der Formung eines rechteckigen Strahlquerschnitts die Optimalisierung
der Elektronenstrahldichte, also der Intensitätsverteilung, vorgenommen. Wie sich aus der gezeichneten
Strahlführung ergibt bildet die Kondensorlinse 51 die Elekironenstrahlqueile 50 auf die Eingangspupiüc dcr
ersten Verkleinerangslinse 54 des Verkleinerungssystems ab, um so eine äußerst wirksame und gleichförmige
Beleuchtung für den Elektronenstrahl, nämlich konstante Strahlstromdichte, zu erzielen. Die von der
Elektronenstrahlquelle ausgehende Gesamtstrahlführung ist durch die quergestreifte Fläche zwischen den
äußeren Begrenzungsstrahlen angedeutet wohingegen die Projektion der Abbildung der quadratischen
Lochblende 52 durch die inneren Begrenzungsstrahlen angedeutet ist Das Projektionslinsensystem 57 erzeugt
einen Strahlfleck 60, indem die Abbildung der Lochblende 52 über die Verkleinerungslinsen 54 und 55
auf die Auffangfläche 59 projiziert wird. Bei einem derartigen Elektronenstrahl-Lithographiegerät bilden
die Kondensorlinse 51 und das Projektionslinsensystem 57 kritische Stellen für Quadratblenden und Elektronenstrahlquellen-Abbildung.
Die Verkleinerungslinsen 54 und 55 stellen dabei das Bindeglied zwischen Kondensorlinse
51 und Projektionslinsensystem 57 dar. Die quadratische Lochblende 61, die auf der Auffangfläche
59 abgebildet werden soll, befindet sich in einer dünnen metallischen Blendenscheibe 52. Im gezeigten Elektronenstrahl-Lithographiegerät
wird fernerhin die Abbildung der quadratischen Lochblende 61 in zwei Schritten
ίο über die Verkleinerungslinsen 54 und 55 verkleinert. So
wird z. B. die Lochblende 61 mit einer Fläche von 400 μΐη2 durch das Verkleinerungssystem auf einen
resultierenden Strahlfleck mit einer Fläche von 2,5 |.im2
reduziert. Während die Abbildung der Lochblende 61 auf diese Weise verkleinert wird, entsteht durch die
erste Verkleinerungslinse 54 gleichzeitig auch eine vergrößerte Abbildung der Elektronenstrahlquelle 50 in
der Ebene der Lochblende 61, die hinsichtlich der Elektronenstrahlachse 62 zentriert ist. Die zweite
Verkleinerungslinse 55 bildet die Lochblende 63 im Zentrum 64 des Projektionslinsensystems ab und
definiert damit die Halbwinkelkonvergenz. Das bedeutet, daß eine gleichförmige Strahlstromdichte bereitgestellt
wird, da die Lochblende 63 nur den zentralen Axialbereich der Strahlführung abbildet, bei welchem ja
Aberrationsfehler nur minimal auftreten. Für eine vorgegebene kreisförmige Lochblende bestimmt die
zweite Verkleinerungslinse den sich endgültig ergebenden Strahlkonvergenzwinkel und infolgedessen die
erforderliche Helligkeit; so sind etwa 3 · 105 A/cm2 erforderlich, um einen Auffangschirmstrom von 3 μΑ zu
erzielen. Das Projektionslinsensystem gewährleistet den erforderlichen Betriebsabstand des Ablenkjochs 58,
so daß der Elektronenstrahl über die gesamte zu belichtende Auffangfläche in der Größenordnung von
5 mm2 abgelenkt werden kann.
Während des Belichtens des auf der Auffangfläche vorgesehenen Musters durch den schrittweise abgelenkten
Elektronenstrahl läßt sich die Strahlintensität zur Helligkeitssteuerung des Strahlflecks 60 mit Hilfe der
Sperrplatten 53 elektrostatisch modulieren, wie es
ebenfalls in der US-Patentschrift 36 44 700 beschrieben ist.
Das Ausführungsbeispiel eines Elek:ronenstrahl-Lithographiegeräts gemäß der Erfindung nach Fig.6
wird anhand der dort gezeigten Strahlführung insbesondere hinsichtlich der optimalen optischen Trennung von
Elektronenstrahlquellen zur Strahlformungsabbildung näher erläutert. Eine derartige Trennung ist im höchsten
Maße wünschenswert, und zwar insofern als es hiermit dann möglich ist, eine gleichförmige Strahlstromdichte
über dem gesamten Strahlfleck auf der Auffangfläche, unabhängig von Gestalt und Abmessung zu erzielen. Bei
der Strahlführung nach F i g. 6 besitzt der untere Teil des gezeigten Elektronenstrahl-Lithographiegeräts im
wesentlichen gleiche Einrichtungen und Betriebscharakteristiken wie das Elektronenstrahl-Lithographiegerät
nach Fig.5. So sind erste und zweite Verkleinerungslinsen
64 und 65 jeweils den Verkleinerungslinsen
54 und 55 in Fig.5 äquivalent Die Blendenscheibe 66 mit der Lochblende entspricht im wesentlichen der
Blendenscheibe 56 in F i g. 5. Das Projektionslinsensystem 67 in Fig.6 wirkt in gleicher Weise wie das
Projektionslinsensystem 57 in F i g. 5, wobei das gleiche für das Ablenkjoch 68 in Fig.6 mit Bezug auf das
Ablenkjoch 58 in Fig.5 gilt Außerdem führt die Korrektureinheit 98 in F i g. 6 die gleichen Funktionen
wie die Korrektureinheit 49 im Elektronenstrahl-Litho-
graphiegerät nach F i g. 5 durch. Die Auffangfläche 69 in F i g. 6 soll schließlich ebenfalls durch einen mit einer
Photolackschicht überzogenen Halbleiter dargestellt sein, auf das ein rechtwinkliges Belichtungsmuster als
Maske abgebildet werden soll. Im übrigen haben die Sperrplatten 63 im Elektronenstrahl-Lithographiegerät
nach Fig.6 gleiche Funktion, wie im Zusammenhang mit den Sperrplatten 53 des Elektronenstrahlgeräts
nach F i g. 5 beschrieben.
Zur Formung des Strahlquerschnitts richtet die Elektronenstrahlquelle 70 einen Elektronenstrahl längs
der Elektronenstrahlachse 71 auf die Auffangfläche 69.
Die für die Abbildung der Elektronenstrahlquelle erforderliche Gesamtstrahlführung ist durch die am
weitesten auseinanderlaufenden Strahlen, die durch Querlinien miteinander verbunden sind, angedeutet.
Entsprechend enger auseinanderlaufende Strahlen deuten die Strahlführung von der ersten Lochblende und
von der zweiten Lochblende zur Abbildungszusammensetzung an. Der Elektronenstrahlquerschnitt läßt sich
hier in einen Elektronenstrahl rechteckigen Querschnitts variabler Abmessungen formen, indem der
Elektronenstrahl zunächst über die erste Lochblende 72 in der Blendenscheibe 73 geleitet wird. Die Kondensorlinse
74 die wie üblich aus einem magnetischen Linsensystem bestehen kann, führt zwei Aufgaben
durch. Hiermit wird zunächst eine Abbildung der ersten Lochblende 72 auf der Ebene der zweiten Lochblende
75 in der Blendenscheibe 76 fokussiert. Zusätzlich fokussiert die Kondensorlinse 74 die Abbildung 77 der
Elektronenstrahlquelle 70 auf einen Punkt längs der Elektronenstrahlachse 71, der im Abbildungs-Ablenkvorrichtungszentrum,
gebildet aus dem Ablenkplattenpaar 78 und 78', liegt. Dieses Plattenpaar, das man sich
durch ein hierzu senkrecht stehendes zweites Plattenpaar ergänzt vorstellen muß, vermag unter entsprechender
Ansteuerung die fokussierte Abbildung 79 der ersten quadratischen Lochblende 72 mit Bezug auf die
zweite quadratische Lochblende 75 während des Strahlquerschnitts-Formungsvorgangs seitlich zu verschieben.
Durch das hier nicht gezeigte zweite Plattenpaar ist eine hierzu othogonal gerichtete zweite
Lateralverschiebungsart möglich, so daß sich hiermit ein Strahlfleck beliebiger rechteckiger Form auf die
Auffangfläche projizieren iäßt. Die Verschiebung der Abbildung 79 der ersten Lochblende mit Bezug auf die
zweite Lochblende 75 läßt sich aus der Darstellung nach F i g. 7 erkennen. Um eine optimale Betriebsweise des
vorliegenden Elektronenstrahl-Lithographiegeräts zu erreichen, liegt die fokussierte Abbildung 77 der
Elektronenstrahlquelle 70 im virtuellen Zentrum der Ablenkungseinheit, bereitgestellt durch die Ablenkplatten
78 und 78' sowie der hierzu senkrecht stehender., nicht gezeigten Platten. Die Brennweite der Kondensorlinse
74 soll hauptsächlich die Abbildung der Lochblende 79 in der Ebene der Lochblende 75 fokussieren. Aus
diesem Grunde wird ohne weiteres die angestrebte Fokussierung der Elektronenstrahlquellen-Abbilung 77
nicht unbedingt im virtuellen Ablenkungszentrum auftreten. Während es durchaus möglich sein kann, die
Ablenkplatten 78 und 78' zusammen mit den hierzu senkrecht stehenden Ablenkplatten längs der Strahlachse
zu verschieben, um die Lage der Elektronenstrahlquellen-Abbildung 77 im Ablenkungszentrum zu justieren,
wird ein derartiges Vorgehen als nicht sehr praktisch angesehen. Anhand der F i g. 8 und 9 wird ein
Ausführungsbeispiel beschrieben, um das Ablenkungszentrum eines elektrostatischen Ablenksystems mit der
Ebene der fokussierten Elektronenstrahlquellen-Abbildung
77 ohne die Erfordernis einer Verschiebung der Ablenkplatte 78 und 78' zusammenfallen zu lassen.
Die Bedeutsamkeit dafür, daß die Abbildung 77 der Elektronenstrahlquelle im Ablenkungszentrum liegt,
ergibt sich ganz klar, wenn die Wirkung der Kondensorlinse 80 in Betracht gezogen wird, die aus
einer magnetischen Kondensorlinse üblicher Bauart bestehen und außerdem die zweite Blendenscheibe 76
ίο enthalten kann. Die Kondensorlinse 80 dient zur
Bereitstellung der Elektronenstrahlquellen-Abbildung 77 in der Eingangspupille der ersten Verkleinerungslinse
64, und zwar ebenso wie die Kondensorlinse 51 im Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach Fig.5, wo
eine Abbildung der Elektronenstrahlquelle 50 auf die Eingangspupille der ersten Verkleinerungslinse 54
vorgesehen ist. Wird eine Spannungsdifferenz zwischen den elektrostatischen Ablenkplatten 78 und 78' zum
Verschieben der Abbildung 79 der ersten Lochblende gegenüber der zweiten Lochblende 75, wie in F i g. 7
angedeutet, angelegt, dann braucht die Elektronenstrahlquellen- Abbildung 77 nicht verschoben zu werden;
sie verbleibt vielmehr in ihrer Lage im Ablenkungszentrum. Infolgedessen bleibt unabhängig vom Verschieben
der Lochblendenabbildung 79 in X- oder V-Richtung die
fokussierte Elektronenstrahlquellen-Abbildung 77 stationär; mit anderen Worten die Elektronenstrahlquellen-Abbildung
77, die über Kondensorlinse 80 auf die Eingangspupille der ersten Verkleinerungslinse 64
projiziert wird, verbleibt in ihrer Lage auf der Strahlengangsachse 71.
Die Verkleinerungs- und Projektionseinheit im Strahlengang des Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
nach F i g. 6 wirken auf die resultierende Abbildung, die sich aus der seitlich verschobenen oder Abbildung der
Lochblenden 79 im Zusammenwirken mit der Lochblende 75 ergibt, im wesentlichen in der gleichen Weise ein
wie die Verkleinerungs- und Projektionseinheit nach F i g. 5 auf die Abbildung der quadratischen Lochblende
61. So wird im Strahlengang der Elektronenstrahl-Lithographiegeräte
nach F i g. 6 und F i g. 7 die resultierende Abbildung in zwei Stufen durch die Verkleinerungslinsen
64 und 65 verkleinert. In Fig.6 ist die
resultierende Abbildung identisch mit der der zweiten
■»5 Lochblende 75. Während die resultierende Abbildung
verkleinert wird, erzeugt die erste Verkleinerungslinse 64 gleichzeitig eine vergrößerte Abbildung der Elektronenstrahlquelle
in der Ebene der kreisförmigen Lochblende 81. Diese Abbildung der Elektronenstrahlquelle
hängt natürlich von der Lage der Elektronenstrahlquellen-Abbildung 77 ab. Da die Elektronenstrahlquellen-Abbildung
77 stationär bleibt, also unabhängig von der Ablenkung zur Formung der resultierenden
Lochblendenbildung ist, bleibt auch die fokussierte Abbildung 82 der Elektronenstrahlquelle ebenfalls mit
Bezug auf die Strahlengangsachse 71 an der Lochblende 81 zentriert Auf diese Weise ergibt sich unter Wirkung
der Lochblende 81 eine im wesentlichen gleichförmige Strahlstromdichte, da lediglich der Zentralbereich der
Gaußschen Strahliritensitäts-Verteilung durchgelassen
wird, so daß sich Linsenfehler im abschließenden Linsensystem nur minimal auswirken können.
Die zweite Verkleinerungslinse 65 und die Projektionslinse 67 wirken in gleicher Weise wie die Linsen 55
und 57 im Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach Fig.5. Auch hier dient das Ablenkjoch 68 zur
Ablenkung des resultierenden Strahlflecks 83 über der Auffangfläche, wie es ebenfalls im Zusammenhang mit
dem Ablenkjoch 58 des Elektronenstrahlgeräts nach F i g. 5 ausgeführt ist Zusätzlich ergibt sich, daß, da das
auf den Eintritt der VerkJeinerungslinsenpupille projizierte
Elektronenstraüquellenbild unabhängig von der
Ablenkung hinsichtlich der Strahlachse zentriert bleibt, in erster Linie nur die Zentralbereiche der Linsen in der
Verkleinerung- und Projektionseinheit ausgenutzt werden. Dies bedeutet wiederum, daß eine nennenswerte
Verzerrung der Strahlfleckrand-Auflösung ausgeschaltet wird, die sich sonst ergeben würde, wenn die auf die
Verkleinerungslinsen- und Projektionslinseneinheit projizierte
Elektronenstrahlquellen-Abbildung außerhalb des Zentralbereichs um der Strahlachse abgelenkt
würde. Es sei hervorgehoben, daß letzterer Effekt bei solchen Elektronenstrahl-Lithographiegeräten nicht zu
vernachlässigen ist, die sich nicht einer solchen kreisförmigen, strahlformenden Lochblende, wie Lochblende
81, bedienen.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es bei Elektronenstrahl-Lithographiegeräten möglich
ist, die Anwendung kreisförmiger Lochblenden, wie Lochblende 81, zu umgehen, da ja der Nachteil besteht,
daß hierdurch der Strahldurchmesser in der Verkleinerungslinsen- und Projektionseinheit stark eingeschränkt
wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Abbildung der Elektronenstrahlquelle selbst im entsprechend geeigneten
Maßstab erzeugt wird. Jedoch ist hierzu zu bemerken, daß eine solche maßstäbliche Abbildung
zwar oben genannten Nachteil umgeht, jedoch wiederum den Nachteil mit sich bringt, daß dann eine nicht
gleichförmige Strahlstromdichtenverteilung bei der Elektronenstrahlquellen-Abbildung vorliegt, was bei
gleichem Gesamtstrahlstrom bzw. gleicher Fleckhelligkeit auch zu größeren Abbildungsfehlern führen würde.
Anhand der F i g. 8 und 9 wird eine Ablenkvorrichtung beschrieben, die das Ablenkungszentrum mit
derjenigen Ebene zusammenfallen läßt, in der die Elektronenstrahlquellen-Abbildung fokussiert werden
soll. Dies soll nur unter Verwenden eines einzigen elektrostatischen Ablenkplattenpaares 88 und 88'
beschrieben werden; es versteht sich jedoch, daß diese Ablenkzentrumsjustierung auch noch mit einem zusätzlichen
elektrostatischen Ablenkplattenpaar erfolgen kann, daß eine entsprechende Ablenkung in hierzu
senkrechter Richtung durchzuführen vermag. Die vorgesehene Verschiebung des Ablenkungszentrums in
die Ebene, in der die Elektronenstrahlquellen-Abbildung fokussiert werden soll, wird generell durchgeführt,
bevor das betreffende Elektronenstrahl-Lithographiegerät in Betrieb genommen wird. Zweckmäßigerveise
wird dies während einer Justierungszeitperiode durchgeführt, wie im einzelnen in der US-Patentschrift
36 44 700 beschrieben. Fällt das Ablenkungszentrum mit der fokussierten Elektronenstrahlquellen-Abbildung zusammen,
dann erübrigt sich im allgemeinen jede weitere Justierung während des nachfolgend aufgenommenen
Betriebs des betreffenden Elektronenstrahl-Lithographiegeräts, unbeachtlich der Anzahl oder der Art der
durchgeführten seitlichen Abbildungsverschiebungen bzw. Ablenkungen, wie sie durchgeführt werden
müssen, um bei normaler Betriebsweise das jeweilige Abbildungsmuster auf der Auffangfläche herbeizuführen.
Bei der Anordnung nach F i g. 8 wird die Spannungsdifferenz zwischen den Ablenkplatten 88 und 88' durch
eine übliche Gegentaktschaltung bereitgestellt, mittels derer die Ablenkung durch Anlegen eines entsprechenden
Signals an den Verstärker 84 durchgeführt wird, dessen Ausgang sowohl der Ablenkplatte 88' als auch
dem zweiten Verstärker 85 zugeführt wird. Pegel sowie Vorzeichen (positiv oder negativ) des Signals bestimmen
in bekannter Weise das Ausmaß der vorgesehenen Ablenkung. Das Ausgangssignal des Verstärkers 85
wird seinerseits der Ablenkplatte 88 zugeführt, so daß also eine Gegentaktschaltung vorliegt, bei der die
Spannung an der Ablenkplatte 88 negativ wird, wenn die Ablenkplatte 88' ins Positive gesteuert wird und
;o umgekehrt. Dieser Teil der Einrichtung stellt eine
übliche Anordnung zum Herbeiführen der Spannungsdifferenz bei einem elektrostatischen Ablenkplattenpaar
dar. Zusätzlich hierzu weist die Anordnung noch ein Hilfsablenkplattenpaar 89 und 89' auf. Die
Hüfsablenkplatten 89 und 89' sind mit den Ausgängen der Verstärker 84 und 85 über die jeweils zugeordneten
veränderbaren Widerstände 90 und 90' verbunden.
Zunächst soll die Ausgangslage betrachtet werden, wie sie in F i g. 8 dargestellt ist, wenn eine Spannungsdifferenz
zwischen den Hauptablenkungsplatten 88 und 88' angelegt wird. Da hierbei die Schleifer 91 und 9Γ auf
den betreffenden Widerständen 90 bzw. 90', welche mit den jeweiligen Hilfsabienkplatten 89 bzw. 89' verbunden
sind, jeweils auf Mittellage eingestellt sind, folgt, daß die Hilfsi±ilenkplatten 89 und 89' auf gleicher
Spannung liegen (etwa in der Mitte zwischen der Spannung an den Hauptablenkungsplatten 88 und 88'),
so daß infolge der Ablenkung des Elektronenstrahls mit der Abbildung der ersten Lochblende den durch die
Linie 92 angedeuteten folgt Außerdem, wie durch den Strahlverlauf 93 der Elektronenstrahlquellen-Abbildung
angedeutet, wird die Elektronenstrahl-Abbildung im Punkt 94 fokussiert. Das virtuelle Ablenkungszentrum
95 des Elektronenstrahl-Lithographiegeräts wird be-
stimmt durch die Überschneidung des Strahlverlaufs 96, hervorgerufen durch die Ablenkung mit der Elektronenstrahlachse
97 bestimmt, die den Strahlverlauf vor Einwirken der Ablenkung darstellt.
Da das Ablenkungszentrum mit dem fokussierten Elektronenstrahl im Punkt 94 zusammenfallen soll, läßt
sich die gezeigte Anordnung, wie in F i g. 9 angedeutet, so justieren, daß dies auch zustande kommt. Da das
Ablenkungszentrum 95, hervorgerufen durch der Spannungsabfall zwischen den Hauptablenkplatten 88
und 88', oberhalb der fokussierten Abbildung 94 der Elektronenstrahlquelle liegt, muß also das Ablenkungszentrum 95 durch Anlegen einer entsprechender
Spannung zwischen den Hilfsabienkplatten 89 und 89 im gleichen Sinne wie die Spannung zwischen der
Hauptablenkplatten 88 und 88' nach unten verschober werden, d.h., wenn die Hauptablenkplatte 88' eine
positive Spannung gegenüber der Hauptablenkplatte 8t besitzt, dann wird die Hilfsablenkplatte 89' positiv mi'
Bezug auf die Hilfsablenkplatte 89 gemacht. Dies wire durchgeführt, indem der Schleifer 91' des betreffender
veränderbaren Widerstandes, wie in F i g. 9 angedeutet so verschoben wird, daß der Teil des veränderbarer
Widerstandes 90' zwischen den Ablenkplatten 89' unc 88' so reduziert wird, daß der Spannungspegel de:
Hilfsablenkplatte 89' dem der Hauptablenkplatte 88 genähert wird. In gleicher Weise wird der Schleifer 91
des betreffenden veränderbaren Widerstandes 90 in di< angedeutete Lage gebracht, um den Teil des veränder
baren Widerstandes 90 zu reduzieren, der zwischei Hilfsablenkplatte 89 und Hauptablenkplatte 88 liegt, s(
daß der Spannungspegel an der Hilfsablenkplatte 8! sich dem an der Hauptablenkplatte 88 nähert. Auf diesi
Weise wird der Strahlverlauf 92 der Lochblendenabbil
dung, wie gezeigt, abgeändert, wobei der Strahlverlauf
96 die Strahlachse 97, wie gezeigt, Oberschneidet, um ein
virtuelles Ablenkungszentrum 95 mit der fokussierten Elektronenstrahlquellen-Abbildung 94 zusammenfallen
zu lassen.
Soll umgekehrt das Ablenkungszentrum 95 nach oben, verschoben werden, dann wird der Schleifer 9t des
veränderbaren Widerstandes 90 so verschoben, daß der Widerstandsanteil zwischen der Hilfsableiikplatte 89'
und der Hauptablenkplatte 88' vergrößert wird, so daß sich entsprechend der Widerstandsanteil zwischen
Hilfsablenkplatte 89' und Hauptablenkplatte 88 verringert Gleichzeitig läßt sich der Schleifer 91 des
betreffenden variablen Widerstandes 90 so verschieben, daß der Widerstandsanteil zwischen der Hilfsablenkplatte
89 und der Hauptablenkplatte 88 vergrößert wird, so daß dementsprechend der Widerstandsanteil zwischen
Hilfsablenkplatte 89 und Hauptablenkplatte 88 verringert wird. Infolgedessen wird zwischen den
Hilfsablenkplatten 89 und 89' ein Spannungsabfall hervorgerufen, der zum Spannungsabfall zwischen den
Hauptablenkplatten entgegengesetzt gerichtet ist Dies führt zu einer !Compensations- oder Ausgleichswirkung
bei Ablenkung durch die Hauptablenkplatten 88,88', so daß das Ablenkungszentrum hierdurch nach oben
verschoben wird. Unter zweckmäßigen Betriebsbedingungen der in den F i g. 8 und 9 gezeigten Ablenkvorrichtungen
beträgt der an die Hilfsablenkplatten 89 und 89' angelegte Spannungsabfall größenordnungsmäßig
etwa 10% des Spannungsabfalls über den Hauptablenkplatten
88, 88'; d. h„ wenn die Spannung zwischen den Hauptablenkplatten 88, 88' größenordnungsmäßig auf
20 Volt ansteigt, dann liegt die Spannung zwischen den Hilfsablenkplatten 89, 89' größenordnungsmäßig bei
etwa 2 Volt.
Anhand der Beschreibung der Fig.8 und 9 ist die
Verschiebung des Ablenkungszentrums hinsichtlich der Verschiebung der Lochblendenabbildung nur in lateraler
Richtung erläutert worden. Eine gleiche Ablenkungszentrumsjustierung läßt sich natürlich anwenden, um
eine Lochblendenabbildung in axialer Richtung zu verschieben.
In der Praxis wird das Ablenkungszentrum mit der fokussierten Elektronenstrahlquellen-Abbildung mittels
der Elektronenstrahl-Lagenkalibrierung zum Übereinanderfallen gebracht, indem zunächst die Strahlstromdichte des geformten Elektronenstrahlflecks an der
Auffangfläche ermittlet wird, wobei übliche Meßverfahren unter solcher Betriebsbedingung Anwendung
finden, bei der keine laterale Verschiebung der ersten Lochblenden-Abbildung mit Bezug auf die zweite
strahlquerschnittformende Lochblende stattfindet Fällt hierbei das Ablenkungszentrum mit der Elektronenstrahlquellen-Abbildung
zusammen, dann bleibt die Strahlstromdichte konstant unabhängig von irgendeiner
Lateralverschiebung der ersten Lochblenden-Abbildung in X- und ^-Richtung. Infolgedessen wird nach
anfänglicher Ermittlung der Strahlstromdichte die erste Lochblenden-Abbildung in X- und/oder y-Richtung
verschoben, und die Hilfsablenkplatten werden durch Verschiebung der Schleifer 91 und 91' der betreffenden
veränderbaren Widerstände 90 bzw. 90' auf eine solche Ablenkspannung gebracht daß sich eine konstante
Strahlstromdichte beim ursprünglichen Wert einstellt Dies zeigt an, daß das Ablenkungszentrum in der
Ablenkvorrichtung mit der Elektronenstrahlquellen-Abbildung zusammenfällt Ist einmal dieser Zustand bei
derartiger anfänglicher Abstimmung erreicht, dann bleibt der Strom auch bei nachträglichem Betrieb des
betreffenden Elektronenstrahl-Lithographiegeräts konstant Keine zusätzlichen Änderungen sind dann mehr
erforderlich, auch wenn Strahlfleckform und -abmessungen von Expositionsschritt zu Expositionschritt abgeändert
werden. Daraus ergibt sich, daß das Elektronenstrahl-Lithographiegerät in vorteilhafter Weise für
einen schnellen Wechsel der Strahlfleckform und -abmessung während des Betriebs eingerichtet ist, um in
äußerst wirksamer Weise auch komplizierte rechtwinklige Flächenbereiche auf einer Auffangfläche zu
exponieren, ohne daß sich hierbei Vielfachexposition oder Expositionsüberlappung mit hiermit verbundener
Oberstrahlung ergibt Beim Anwenden in einer Fertigung läßt sich also hiermit in vorteilhafter Weise ein
erhöhter Ausstoß erzielen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Erfindung unter Anwenden von elektrostatischen Ablenkvorrichtungen beschrieben; es versteht sich natürlich, daß ebensogut auch magnetische Ablenkvorrichtungen zum Verschieben des virtuellen Ablenkungszentrums in die fokussierte Elektronenstrahlquellen-Abbildung angewendet werden können.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Erfindung unter Anwenden von elektrostatischen Ablenkvorrichtungen beschrieben; es versteht sich natürlich, daß ebensogut auch magnetische Ablenkvorrichtungen zum Verschieben des virtuellen Ablenkungszentrums in die fokussierte Elektronenstrahlquellen-Abbildung angewendet werden können.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Elektronenstrahi-Lithographiegerät in Strahlrichtung
gesehen, bestehend aus einer ersten Lochblende, einer ersten Linse zur Abbildung der
ersten Lochblende in eine Ebene, in der sich eine zweite Lochblende befindet, einer Ablenkvorrichtung
zwischen den beiden Lochblenden, die zur Formung des Strahlquerschnitts nach der zweiten
Lochblende die Überlappung des Bildes der ersten Lochblende mit der zweiten Lochblende ändert, und
einem Linsensystem zur Projektion der zweiten Lochblende und damit des geformten Strahlquerschnitts
auf die Auffangfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die erste Linse (15, 74) erzeugte Zwischenbild (77, 94) der
Elektronenquelle (10, 70) auf der optischen Achse (12) liegt und mit dem virtuellen Ablenkmitteipunkt
(95) der Ablenkvorrichtung (19, 78, 78', 88, 88') zusammenfällt
2. Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung
(88, 88') Justiereinrichtungen (89, 89') enthält, die zur Einstellung des virtuellen Ablenkmittelpunkts
(95) auf das Zwischenbild (94) der Elektronenquelle dienen (F i g. 8 und 9).
3. Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrostatischer
Ablenkvorrichtung (88, 88') mindestens ein Hilfsablenkplattenpaar (89, 89') als Justiereinrichtung
dient (F i g. 8 und 9).
4. Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatische
Ablenkvorrichtung (38, 88') aus zwei Paar Ablenkplatten besteht, denen sich mit geringfügigem
Abstand in Richtung auf die zweite Lochblende (16, 17; Fig. 1)die Hilfsplattenpaare anschließen (Fig.8
und 9).
5. Elektronenstrahl-Lithographiegerät mit jeweils einer Gegentaktschaltung zum Anlegen der Ablenkspannung
an ein Ablenkplattenpaar (88,88'; F i g. 8) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Potentiometer (90, 01 und 90', 91') zwischen beiden Ablenkplatten (88, 88') eines Plattenpaares geschaltet
sind, deren Schleifer (91, 91') je mit einer der Hilfsablenkplatten (89,89') eines Hilfsablenkplattenpaares
verbunden sind (F i g. 8 und 9).
6. Elektronenstrahl-Lithographiegerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Lochblende (76) in einer zweiten Linse (80) eingebettet ist, die die Elektronenquelle (90) in eine
Kreis-Lochblende (66) abbildet (Fig. 6).
7. Verfahren zum Betrieb eines Elektronenstrahl-Lithographiegeräts
nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlflecke (43, Fig.4) in Form von rechtwinkligen Vierecken
aufeinanderfolgend jeweils aneinanderstoßend auf die Auffangfläche (69, F i g. 6) mit jeweils konstanter
Strahlstromdichte zur Einwirkung gebracht werden, und daß die Abmessungen der rechtwinkligen
Vierecke den Abmessungen der an der jeweiligen Auftreffstelle des Strahlflecks zu erzeugenden
rechtwinkligen Musters angepaßt werden.
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