DE2832582A1

DE2832582A1 - Elektronenlinsenanordnung fuer grossflaechige elektronenstrahl-abtastung

Info

Publication number: DE2832582A1
Application number: DE19782832582
Authority: DE
Inventors: Akira Onoguchi; Shogo Shirai
Original assignee: K K AKASHI SEISAKUSHO; Akashi Seisakusho KK
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-25
Publication date: 1979-02-01
Also published as: US4209702A; GB2001799B; GB2001799A; JPS5423476A; DE2832582C2

Description

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Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho

No. 2-3, 3-chome, Marunouchi

Chiyoda-ku, Tokyo, JAPAN L 11.296/Fl/ost

ELEKTRGNENLINSENANORDNUNG FÜR GRQSSFLÄCHIGE ELEKTRONENSTRAHL. ABTASTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenlinsenanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1, die zum Einsatz bei Elektronenstrahl-Belichtungsgeräten für die Mikroherstellung, mit Elektronenstrahlen arbeitenden Vorrichtungen, Elektronenstrahl-Bildgeneratoren oder Schreibsystemen und dergleichen geeignet sind.

Wie in Fig. 1 in einer vertikalen Querschnittsansicht einer bekannten Elektronenlinse gezeigt, umfaßt eine bekannte Elektronenlinse ein zylindrisches Joch 2, das eine Erregerspule 1 trägt und mit einem einzigen Elektronenstrahlengang 5 versehen ist, der sich senkrecht zu gegenüberliegenden Magnetpolflächen 3 und 4 und koaxial zum Joch 2 erstreckt Wenn ein beschleunigter Elektronenstrahl 6 den Elektronenstrahlengang 5 durchläuft, wirkt ein Magnetfeld, das zwi- ! j sehen den oberen und unteren Magnetpolflächen 3 und 4 erzeugt wird, auf diesen, um ihn zu bündeln bzw. an einem gewünschten

Punkt zu fokussieren.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der bekannten Elektronenlinsenanordnung nach dem Vorbild gemäß Fig. 1 im Einsatz bei einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät für das der Mikrofabrikation dienende Bestrahlen eines LSI (Large scale integrated circuit = großer integrierter Schalt-

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Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho

kreis); eine derartige bekannte Elektronenlinsenanordnung wird dabei als Kondensorlinse 7 und Objektiv 8 in einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät betrieben, um ein LSI-BiId auf der Oberfläche eines Musters 9, beispielsweise eines Silizium-Plättchens (silicon wafer), zu belichten. Bei Auslenkung des Elektronenstrahl über eine weite Fläche des Musters 9 hinweg, ohne dieses zu bewegen, wird der erforderliche Ablenkwinkel des Elektronenstrahls 6 oder die Entfernung zwischen Objektiv 8 und Muster 9 entsprechend groB.

Normalerweise werden jedoch durch Vergrößern des Ablenkwinkels eines Elektronenstrahl Ablenkfehler verstärkt bzw. vermehrt, wodurch ein verschwommenes oder verzerrtes Bild entsteht, was durch die im folgenden aufgeführten Gleichungen ausgedrückt wird:

Angenommen ein Ablenkblech (deflector) 10 wird in einem idealen, gleichmäßigen, parallel ausgerichteten Magnetfeld angeordnet, dan werden die Ablenkfehler Δ χ.. und £. y* wie folgt ausgedrückt:

Δ χ = -A»²x + Βα²χ·

= -Da + Ea ν' +

wobei oC * Ablenkwinkel, A bis G = Funktionen der Weiten der Ablenkblech-Magnetfeider und die Abstände zwischen den Mustern 9 und den Ablenkblech-Magnetf elderm χ und y- =

° S ^J 8

Abszisse und Ordinate vor Einfall des Elektronenstrahls in die Ablenkblech-Magnetf eider und x¹ und y¹ = Neigungen

S 5

(Inklinationen) des E-lektronenstrahls 6 in bezug auf die optische Achse (Z-Achse).

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Kabushiki Kaisha Akashi Seisakushn

Weiterhin WBrden χ , y . x^J und y' wie folgt ausgedrückt: -

χ = r cos TC χ ' _ ^β - Ιλ> cos A,

y_s = 2 sin X y'_s = -(j sin X

wobei r = Radiusvektor, "X = Neigung und CJ = öffnungswinkel des Elektronenstrahls 6.

Wie aus vorstehender Gleichung hervorgeht, sollten die Ablenkwinkel <?C und die Neigung des Elektronenstrahls B in bezug auf die optische Achse oder den öffnungswinkel to desselben begrenzt werden, um die Ablenkfehler ^u x.. und άΛ y-i innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Ohne diese Begrenzung entsteht ein verschwommenes oder verzerrtes Bild.

Um die Entfernung zwischen Objektiv 8 und Muster 9 zu verlängern, sollte die Brennweite des Objektivs 6 vergrößert werden. Die Vergrößerung der Brennweite erhöht jedoch einen Koeffizienten von Öffnungsfehlern, wie z.B. sphärische Abweichungen, wodurch es schwierig wird, den Elektronenstrahl E wie gewünscht zu konzentrieren bzw. zu fokussieren.

Aus diesem Grunde wurde bei der Herstellung von Elektronenstrahl-Belichtungsgeräten für LSI-Bilder mit bekannten Elektronenlinsen 7 und S (Fig. 2) die Abtastfläche des Elektronenstrahls 6 oder die Bildbreite bis auf ein MaB verringert, das frei ist vom Einfluß von Ablenk- und öffnungj fehlem. Gleichzeitig wurde das Muster 9 wiederholt vor und zurückverschoben, und zwar durch Einsatz eines Laser-Positionsdetektors 1, eines Impulsmotors 12 und dergleichen, so daß das gesamte LSI-BiId auf dem Muster 9 belichtet wird.

Zus-ätzlich dazu umfaßt das Objektiv 8 einen Stigmator 13,

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um die Genauigkeit der Bildbelichtung zu erhöhen·

In Fig. 2 wird mit der Bezugsziffer 14 eine Elektronenkanone bezeichnet, die den Elektronenstrahl B erzeugt und mit einer Energiequelle 15 verbunden ist. 16 ist eine Anode, die den Elektronenstrahl 6 beschleunigt, 17 eine Energiequelle für die Elektronenlinsen 7 und 8, 18 eine Energiequelle für den Stigmator 13, 19 eine mit der Ablenkblechanordnung 10 verbundene Energiequelle für die Abtast-Auslenkung des Elektronenstrahls 6. 20 ist ein Sekundär-Elektronenmonitor, 21 ist eine Anpassungsschaltung (interface), hier mit einem Digital-Analog-Umsetzer, zum Umwandeln von Steuersignalen von einem Computer 22 in Signale, die für den Positionsdetektor 11 sowie für die Aussteuerung der Energiequelle für die Elektronenstrahl-Abtaatung 19 und den sekundären Elektronenmonitor 20 geeignet sind.

Diese Art eines Elektronenstrahl-Belichtungsgerätes für eine LSI-Bildeinrichtung unter Verwendung bekannter Elektronenlinsen erfordert ein mühevolles, wiederholtes Verschieben des Musters 9, da dessen Bildbestrahlung (pattern irradiation) durch einfaches Verschwenken des einzigen Elektronenstrahls 6 erfolgt. Dies resultiert in einer höheren Belichtungszeit, die wiederum die Wirtschaftlichkeit des Bildbelichtungsvorgangs stark herabsetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Mangel zu beseitigen und eine Elektronenlinsenanordnung zur Verfugung zu stellen, mit der sich ein relativ großflächiges Muster bestrahlen läßt, ohne durch Ablenk- und öffnungsfehlei bzw. -abweichungen beeinträchtigt zu sein.

Man könnte erwägen, die Verschiebefrequenz des Musters 9 zu senken bzw. zu vermindern, und zwar durch gleichzeitige Bestrahlung mit Elektronenstrahlen 6,6' und 6" auf demselben

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die durch bekannte Elektronenlinsen L, L' und L" (Fig. 1) erzeugt werden, welche, wie in Fig. 3 gezeigt, parallel angeordnet sind. Wie jedoch aus Fig. 3 hervorgeht, sind die gleichzeitig abgetasteten Bereiche erheblich voneinander beabstandet, und zwar aufgrund der Größenbegrenzung der einzelnen Elektronenlinsen L, L' und L". Folglich läßt sich

eine Verschiebung des Plättchens 9 dadurch nicht ausschalpraktisch

ten oder nennenswert vermindern) eine/gleichzeitige Bildbelichtung über die Gesamtfläche des Musters 9 läßt sich damit nicht erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch, daß sie in der Lage ist, eine Vielzahl von eng beabstandeten bestrahlenden Elektronenstrahlen zu erzeugen, kann die erfindungsgemäß ausgebildete Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung gleichzeitig eine Vielzahl von Bildern bzw. Bildabschnitten auf einem Muster belichten, wodurch die Leistungsfähigkeit ganz erheblich gesteigert wird. Bei vergleichbarer Größe erübrigt sich die umständliche Verschiebung des abzutastenden Bildes bzw. der zu bestrahle]! den Fläche eines Musters.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist ein Stigmator für jeden der Elektronenstrahlengänge vorgesehen. Aufgrund dieses individuellen Stigmators kann Astigmatismus jedes Bestrahlungs-Elektronenstrahls unabhängig präzise korrigiert werden.

Vorzugsweise ist weiterhin eine Hi Ifs-Erregerspule für jeden der Elektronenstrahlengänge vorgesehen, wodurch jeder Elektronenstrahl der Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung gemäß vorliegender Erfindung unabhängig und genau fokussiert werden kann.

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Insbesondere können eine Hi Ifs-Erregerspule und ein Stigmator für jeden der Elektronenstrahlengange vorgesehen sein, wodurch im Rahmen der Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung eine unabhängige und genaue Fokussierung und Astigmatismus-Korrektur im Hinblick auf jeden einzelnen bestrahlenden Elektronenstrahl erreichbar ist, so daß man ein besonders gutes Bild erhält.

Die Erfindung wird anhand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachstehend näher erläutert.

Es zeigen: -

Fig. 1 bis 3 vorstehend bereits abgehandelte Darstellungen zur Erläuterung des Standes der Technik bzw, der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik

Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles mit einer die Merkmale der Erfindung aufweisenden Linsenanordnung, wobei dessen Hauptteil aufgeschnitten dargestellt istj

einen skizzenhaften senkrechten Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4j

eine Draufsicht auf ein Musterj

Fig. 7 bis 9 senkrechte Ouerschnittsansichten weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ist ein säulenförmiger oberer Vorsprung 32 vorgesehen, der sich von der oberen Wandung eines hohlen, zylindrischen Jochs 31 aus reinem Eisen zu dessen Innenseite erstreckt, und ein unterer Vorsprung 33 mit einer Magnetpolflache 33a, die einer

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Magnetpolfläche 32a das oberen Vorsprung 32 gegenüberliegt, welcher Vorsprung 33 sich von der unteren Wandung des Jochs 31 zu dessen Innenseite erstreckt.

Eine Haupt-Erregerspule 34 ist um die Vorsprünge 32 und herumgewunden, wobei beide Enden der Haupt-Erregerspule mit einer nicht gezeigten Gleichstrom-Energiequelle verbunden sind.

Es wird daher in einem Raum 35 zwischen Magnetpolfläche 32a des oberen Vorsprungs 32 und der Magnetpolfläche 33a dBS unteren Vorsprungs 33 ein Magnetfeld erzeugt, indem Strom durch die Haupt-Erregerspule 34 fließt.

Der obere Vorsprung 32 ist von drei Elektronenstrahlengängen 36 bis 38 durchbrochen» deruntere Vorsprung 33 weist ebenfalls drei als Elektronenstrahlengänge 36' bis 38' dienende Durchbrechungen auf, welche fluchtend angeordnet sind, so daß die oberen öffnungen 36'b bis 38'b der Gänge 36' bis 38' den unteren öffnungen 36a bis 38a der Gänge 36 bis 38 gegenüberliegen. Die Elektronenstrahlengänge 36 bis 38 und 36' bis 38' verlaufen senkrecht zur Spulenachse bzw. zu den Magnetpolflächen 32a und 33a der Vorsprünge und 33 und durchbrechen diese.

Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist eine Anode 39 mit drei öffnungen 39a, die fluchtend zu den oberen Öffnungen 36b bis 38b der Elektronenstrahlengänge 36 bis 38 angeordnet sind, am Joch 31 festgelegt, und eine Elektronenkanone 40, die als Elektronenstrahlquelle arbeitet, ist gegenüber jeder Ano-denöffnung 39a angeordnet.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden als Elektronenstrahlenquelle so viele Elektronenkanonen wie Elektronenstrahlengänge eingesetzt. Es ist auch möglich, einen

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ElektronenstrahlenfIuB, der von einer großen gemeinsamen Elektronenquelle erzeugt wird, die eine Scheibe aus Oxyd, usw. aufweist, durch ein vielfach perforiertes Teil in eine Vielzahl von Elektronenstrahlen zu teilen oder einen einzelnen Elektronenstrahl in eine Vielzahl von bestrahlenden Elektronenstrahlen, nach dessen Divergieren durch eine geeignete Elektronenlinse zu teilen.

Unter dem Joch 31 sind drei Ablenkbleche 41 angeordnet, und zwar fluchtend zu unteren öffnungen 36'a bis 38'a der Elektronenstrahlengänge 36' bis 3B', so daß die drei Bestrahlungs-Elektronenstrahlen, die durch die Elektronenstrahlengänge 3B bis 38 und 36' bis 38' hindurch verlaufen sind, zwischen die Ablenkbleche gelangen und dadurch die gewünschten Bilder auf ein Musterstück 42 zeichnen oder allgemein die zu bestrahlenden Flächen zu überstreichen in der Lage sind.

Die Aussteuerung des Feldes zwischen den Ablenkblechen 41 und damit die Ablenkung der Strahlen wird durch einen Computer bestimmt, der dafür über eine nicht dargestellte Signalumsetzungsschaltung mit einer aussteuerbaren Energiequelle für das Elektronenstrahlen-Abtasten verbunden ist.

Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, sind jeweils drei Stigmatoren 43 und Hilfs-Erregerspulen 44 im Raum 35 vorgesehen, und zwar paarweise, erstere über den letzteren und fluchtend zu'den drei Elektronenstrahlengängen 36 bis 38 und 36' bis 38', wodurch Astigmatismus und Fokus jedes bestrahlenden Elektronenstrahl individuell eingestellt werden können.

Die Stigmatoren 43 und Hilfs-Erregerspulen 44 sind mit jeweiligen,nicht gezeigten Energiequellen verbunden.

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Es ist auch möglich, nur entweder die Hilfs-Erregerspulen 44 oder die Stigmatoren 43 jeweils fluchtend zu den Elektronenstrahlengängen 36 bis 38 und 36' bis 38' vorzusehen .

Natürlich kann auch eine Vielzahl von Bildern ohne das Vorsehen von Stigmatoren 43 und Hilfs-Erregerspulen 44 belichtet werden.

Wenn die derart ausgebildete Mehrfach-Elektronenlinse dafür eingesetzt wird, unmittelbar LSI-Bilder auf die Muster 42 aus z.B. Siliziumplättchen zu belichten, die mit photoresistentem Material od.dgl. beschichtet sind, senden die Elektronenkanonen 40 zuerst bestrahlende Elektronenstrahlen aus, wie in Fig. 4 gezeigt.

Nachdem sie durch die Anode 39 beschleunigt wurden, verlaufen die Elektronenstrahlen durch die entsprechenden EIektron8nstrahlengänge 36 bis 38 im oberen Vorsprung 32,und deren Astigmatismus wird durch die Stigmatoren 43 korrigiert, die im Raum 35 angeordnet sind. Daraufhin wirken die Haupt-Erregerspule 34 und die Hilfs-Erregerspulen 44 auf die Strahlen ein, um sie präzise zu fokussieren.

Die Elektronenstrahlen verlaufen durch die entsprechenden Elektronenstrahlengange 36' bis 38' im unteren Vorsprung und werden durch die Ablenkbleche 41 zur Abtastung ausgesteuert, um die gewünschten Bilder 42 a auf die Muster 42 zu schreiben bzw. zu reproduzieren.

Die drei bestrahlenden Elektronenstrahlen können gleichzeitig drei gewünschte Bilder 42a auf die Oberfläche des Musters 42 reproduzieren.

Die Abtastfläche des Elektronenstrahls und die Abbildungsbreite innerhalb „solcher Grenzen, vorgesehen... die _fr.Bi._aind

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vom Einfluß von Ablenk- und öffnungsfehlernj üblicherweise die Abtastfläche bei ungefähr 2mm auf 2mm und die Abbildungabreite bei ungefähr 1 /um.

Wenn das Muster 42 z.B. eine Scheibe von etwa 10cm Durchmesser (Fig. 6) ist, dann ist es möglich, nicht weniger als 21 Elektronenstrahlengänge in den Vorsprüngen 32 und 33 an zuordnen, da es nicht erforderlich ist diese mehr als 2cm voneinander beabstandet vorzusehen, sogar, wenn man den Raum in Betracht zieht, um die Stigmatoren 43 und die Hilfs-Erragerspulen 44 (Fig. 4 und 5) unterzubringen.

Dies·gestattet eine gleichzeitige Bildbelichtung bei 21 Blöcken, was natürlich eine viel größere Leistungsfähigkeit während des Betriebs mitsichbringt, als im Zusammenhang mit einem einzigen Elektronenstrahl.

Wenn die Vielzahl von Bildern belichtet ist, wird bei diesem Beispiel das Muster 42 in geeigneter Weise durch einen nicht gezeigten Impulsmotor bewegt, wobei dessen Position mit einem Laser-Positionsdetektor od.dgl. ausfindig gemacht wird. Daraufhin werden die Bilder darauf belichtet, wobei dem gleichen Verfahren gefolgt wird.

Indem das gleiche Verfahren wiederholt wird, werden die Bilder in wirtschaftlicher Weise und rasch über der Gesamtfläche des Musters 42 belichtet.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen weitere Mehrfach-Elektronenlinsen, die das Prinzip der Erfindung verkörpern. In den Fig. 7 bis 9 bezeichnen ähnliche Bezugsziffern ähnliche Teile wie in der Fig. 4 und 5. Alle diese Ausführungsbeispiele sind mit zwei Elektronenstrahlengängen versehen.

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Eine Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung gemäß Fig. 7 weist eine Haupt-Erregerspule 34' auf, die um nur eine Seite des Jochs 31 herumgawunden ist. Die Haupt-Erregerspule der Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung nach Fig, 8 besteht aus koaxialen, zusammengesetzten Spulen 34" und 34"'.

Die Mehrfach-Elektronenlinse nach Fig. 9 west zwei Elektronenstrahlangänge 36 und 37 auf, die nur im oberen Vorsprung 32 des Joches 31 mit Löchern versehen sind.

Die in den Fig. 7 bis 9 veranschaulichten Mehrfach-Elaktronanlinsen zeigen im wesentlichen die gleichen Arbeitsweisen und Ergebnisse, wie das in den Fig. 4 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel.

Das Magnetfeld im Raum 35 kann entweder durch Verwendung eines E-lektromagneten oder eines Dauermagneten erzeugt werden.

Wie vorstehend erläutert, weist die Mehrfach-Elektronen-Unse gemäß der Erfindung eine Vielzahl von Elektronenstrahlengängen in wenigstens einer der einander gegenüberliegenden MagnetpolfJächen auf, so daß eine Vielzahl von bestrahlenden Elektronenstrahlen erzeugt werden. Diese Anordnung gestattet die Belichtung einer Vielzahl von Bilderr gleichzeitig auf der Oberfläche eines einzigen Musters, Wenn angenommen wird, daß die Anzahl der Elektronenstrahlengänge "n" ist, wird daher die Belichtungszeit von derjenigen, die durch die bekannte Elektronenlinse gemäß Fig. 1 erfordert wird, auf - reduziert. Das Ergebnis ist somit eine einschneidende Reduzierung der Belichtungszeit und bemerkenswerte Verbesserung der Leistungsfähigkeit.

Weiterhin gestattet die Zurverfügungstellung einer Hi Ifs-Erragerspule für .jeden der Elektronanstrahlengänge, daß die

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Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho

Mehrfach-Elektronenlinsenanordnung sine geeignete Fokussierungskorrektur im Hinblick auf jeden einzelnen bestrahlenden Elektronenstrahl durchführt. Folglich werden genaue Bilder auf dem Muster erzeugt bzw. reproduziert.

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Claims

Dipl-Ing Hein? I p'w nipl" 'nt; O'!i Hnjot Patentfc.v.ille Π β München 81 CnsiniastiaPp R1

Kabushiki Kaisha Akashi Seisakusho No. 2-3, 3-chome, Marunouchi,

Chiyoda-ku, Tokyo, JAPAN L 11.296/Fl/ost

PATENTANSPRÜCHE

\iy Elektronenlinsenanordnung, insbesondere für den Einsatz bei Elektronenstrahlbelichtungsgeräten, mit einer magnetischen Hauptfokussiereinrichtung und einer Ablenk-Abtast-Steuereinrichtung zur Bündelung und Führung von wenigstens einer Elektronenstrahlquelle ausgesandten Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des magnetischen Feldes ein und derselben Fokussiereinrichtung mehrere Elektronenstrahlen entsprechend viele Elektronenstrahlgange (36, 37, 38j 36', 37') durchlaufend geführt sind, welche Gänge wenigstens eine magnetische Polfläche (32a, 33a) durchgreifen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jedem Elektronenstrahl eine eigene Ablenk-Abtasteinrichtung (41) zugeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß für jeden der Elektronenstrahlgange (36, 37, 38| 37',38') ein Stigmator (43) vorgesehen ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der Elektronenstrahlengänge (36, 37, 38i 36', 37') eine Hi Ifs-Erregerspulß (44) vorgesehen ist.

80988S/1Q32 ORIGINAL

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5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlen durch Teilung der Strahlung einer gemeinsamen Elektronenstrahlquelle gewonnen sind.

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