DE2832582C2

DE2832582C2 - Magnetische Elektronenlinsenanordnung

Info

Publication number: DE2832582C2
Application number: DE2832582A
Authority: DE
Inventors: Akira Chofu Tokyo Onoguchi; Shogo Yokohama Kanagawa Shirai
Original assignee: AKASHI SEISAKUSHO TOKYO JP KK; Akashi Seisakusho Tokyo KK
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1977-07-25
Filing date: 1978-07-25
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2001799A; JPS5423476A; US4209702A; GB2001799B; DE2832582A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische 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 ist.

Eine magnetische Elektronenlinsenanordnung dieser Art ist aus der US-PS 24 55 676 bekannt.

Wie in F i g. 1 in einer vertikalen Querschnittsansicht einer bekannten Elektronenlinse gezeigt, umfaßt eine bekannte magnetische 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 Elektronenstrahl 6 den Elektronenstrahlengang 5 durchläuft, wirkt ein Magnetfeld, das zwischen 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 Elektronenlinse nach dem Vorbild gemäß F i g. 1 im Einsatz bei einem bekannten Elektronenstrahl-Belichtungsgerät (vergL z. B. DE-OS 21 08 669)

ίο für das der Mikrofabrikation dienende Bestrahlen eines LSI (Large scale intregrated circuit = großer integrierter Schaltkreis); eine derartige bekannte Elektronenlinse wird dabei als Kondensorlinse 7 und Objektiv 8 in dem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät betrieben, um ein LSI-BiId auf der Oberfläche eines Musters 9, beispielsweise eines Silizium-Plättchens, zu belichten. Bei Auslenkung des Elektronenstrahls über eine weite Fläche des Musters 9 hinweg, ohne dieses zu bewegen, wird der erforderliche Ablenkwinkel des Elektronen-Strahls 6 oder die Entfernung zwischen Objekt 8 und Muster 9 entsprechend groß. Dies gilt auch dann, wenn, wie bei dem aus der obengenannten DE-OS 21 08 669 bekannten Elektronenstrahl-Belichtungsgerät mit zwei unterschiedlichen Verkleinerungen des optischen Systems gearbeitet wird, um zum einen mit einem hohen Auflösungsvermögen scharfkantig abtasten zu können und zum anderen flächige Bereiche mit geringerem Auflösungsvermögen und breiterem Auftreffbereich des Strahlenbündels schnell abzutasten.

Wie bekannt, werden jedoch durch Vergrößern des Ablenkwinkels eines Elektronenstrahls Ablenkfehler verstärkt, wodurch ein verschwommenes oder verzerrtes Bild entsteht.
Um die Entfernung zwischen Objekt 8 und Muster 9 zu verlängern, muß die Brennweite des Objektivs 8 vergrößert werden. Die Vergrößerung der Brennweite erhöht jedoch einen Koeffizienten von Öffnungsfehlern, wie z. B. die sphärische Abweichung, wodurch es schwierig wird, den Elektronenstrahl 6 wie gewünscht zu fokussieren.

Aus diesem Grunde wurde bei der Herstellung von Elektronenstrahl-Belichtungsgeräten tür LSI-Bilder mit bekannten Elektronenlinsen 7 und 8 (Fig.2) die Abtastfläche des Elektronenstrahls 6 oder die Bildbreite

⁴S bis auf ein Maß verringert, das frei ist vom Einfluß von Ablenk- und Öffnungsfehlern. Gleitzeitig wurde das Muster 9 wiederholt vor- und zurückverschoben, und zwar durch Einsatz eines Laser-Positions-Detektors I, eines Impulsmotors 12 und dergleichen, so daß das

so gesamte LSI-BiId auf dem Muster 9 belichtet wird.

Zusätzlich dazu umfaßt das Objektiv 8 einen Stigmator 13, um die Genauigkeit der Bildbelichtung zu erhöhen.

In Fig. 2 wird mit der Bezugsziffer 14 eine Elektronenkanone bezeichnet, die den Elektronenstrahl 6 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 J3, 19 eine mit der Ablenkanordnung 10 verbundene Energiequelle für die Abtast-Auslenkung des Elektronenstrahls 6. 20 ist ein Sekundär-Elektronenmonitor, 21 ist eine Anpassungsschaltung, 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-Abtastung 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 durch einfaches Verschwenken des einzigen Elektronenstrahls 6 erfolgt Dies resultiert in einer höheren Belichtungszeit, die wiederum tue Wirtschaftlichkeit des Bildbelichtungsvorganges stark herabsetzt

Man könnte erwägen, die Verschiebungsfrequenz des Musters 9 zu senken bzw. zu vermindern, und zwar durch gleichzeitige Bestrahlung mit Elektronenstrahlen 6, 6' und 6" auf demselben, die durch bekannte magnetische Elektronenlinsen L, L' und L" (Fig. 1) erzeugt werden, welche wie in F i g. 3 gezeigt, parallel angeordnet sind. Wie jedoch aus F i g. 3 hervorgeht, sind die gleichzeitg 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 ausschalten oder nenneswert vermindern; eine praktisch gleichzeitige Bildbelichtung über die Gesamtfläche des Musters 9 läßt sich damit nicht erreichen.

Zur Lösung des Problems einer großflächigen Bestrahlung eines Musters ohne Bewegung des Musters und ohne Beeinträchtigung durch Ablenk- und Öffnungsfehlerabweichungen ist es bei einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät bekannt den Elektronenstrahl auf das Muster durch mehrere unmittelbar nebeneinander angeordnete elektrostatische Einzellinsen, die durch nebeneinander angeordnete öffnungen in Platten gebildet sind, zu fokussieren, wobei jeder Einzellinse ein eigenes Ablenksystem zugeordnet ist (IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-21,1974, S. 598—603).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine magnetische Elektronenlinsenanordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich mit ihr in einem Elektronenstrahl-Belichtungsgerät ebenfalls ein relativ großflächiges Gebiet eines Musters ohne Bewegung des Musters bestrahlen läßt, ohne durch Ablenk- und Öffnungsfehlerabweichungen beeinträchtigt zu sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß sie in der Lage ist, eine Vielzahl von eng beabstandeten bestrahlenden Elektronenstrahlen zu erzeugen, kann die erfindungsgemäß ausgebildete magnetische Eleksronenlinsenanordnung 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 bestrahlenden Fläche eines Musters. Durch die für jeden der Elektronenstrahlengänge vorgesehenen Stigmatoren kann der Astigmatismus jedes Bestrahlungs-Elektronenstrahls unabhängig präzise korrigiert werden. Durch die Hilfs-Erregerspule für jeden der Elektronenstrahlengänge kann jedes Elektronenstrahlbündel unabhängig und genau fokussiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der weiteren Figuren nachstehend näher erläutert Es zeigt

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, wobei dessen Hauptteil aufgeschnitten dargestellt ist;

F i κ. 5 einen skizzenhaften senkrechten Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4; F i g. 6 eine Draufsicht auf ein Muster; Fig.7 und 8 senkrechte Querschnittsansichten weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung. Wie in den F i g. 4 und 5 gezeigt ist ein säulenförmiger oberer Polschuh 32 vorgesehen, der s,ich von der oberen Wandi-ag eines hohlen, zylindrischen Jochs 31 aus reinem Eisen zu dessen Innenseite erstreckt, und ein unterer Polschuh 33 mit einer Magnetpolfläche 33a, die ίο einer Magnetpolfläche 32a des oberen Polschuhes 32 gegenüberliegt welcher Polschuh 33 sich von der unteren Wandung des Jochs 31 zu dessen Innenseite erstreckt '

Eine Haüpt-Erregerspule 34 ist um die Polschuhe 32 und 33 herumgewunden, wobei die Enden der Haupt-Erregerspule 34 mit einer nicht gezeigten Gleichstromquelle verbunden sind.

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

: Der obere Polschuh 32 ist von drei Durchgangsöffnungen 36 bis 38 durchbrochen; der untere Polschuh 33 weist ebenfalls drei als Elektronenstrahlengänge 36' bis 38' dienende Durchgangsöffnungen auf, welche fluchtend angeordnet sind, so daß die oberen Enden 36'ö bis 38'ö der öffnungen 36' bis 38' den unteren Enden 36a bis 38a der Öffnungen 36 bis 38 gegenüberliegen. Die Durchgangsöffnungen 36 bis 38 und 36' bis 38' verlaufen senkrecht zur Spulenachse bzw. zu den Magnetpolflächen 32a und 33a der Polschuhe 32 und 33 und durchbrechen diese.

Wie in Fig.4 veranschaulicht, ist eine als Blende wirkende Anode 39 mit drei öffnungen 39a, die fluchtend zu den oberen Enden 36Λ bis 386 der Durchgangsöffnungen 36 bis 38 angeordnet sind, am Joch 31 festgelegt und gegenüber jeder Anodenöffnung ist eine Elektronenstrahlquelle 40 angeordnet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden so viele Elektronenstrahlenquellen wie Elektronenstrahlengänge eingesetzt Es ist auch möglich, einen Elektronenstrahlenfluß, der von einer großen gemeinsamen Elektronenquelle erzeugt wird, die eine Scheibe aus Oxyd usw. aufweist, durch eine Blende mit einer entsprechenden Anzahl von öffnungen in eine Vielzahl von Elektronenstrahlen zu teilen oder einen einzelnen Elektronenstrahl in eine Vielzahl von bestrahlenden Elektronenstrahlen, nach dessen Divergieren durch eine so geeignete Elektronenlinse zu teilen.

Unter dem Joch 31 sind drei Ablenksysteme 41

angeordnet, und zwar fluchtend zu den unteren Enden 36'a bis 38'a der Durchgangsöffnungen 36' bis 38', so daß die drei Bestrahlungs-Elektronenstrahlen, die durch die Durchgangsöffnungen 36 bis 38 und 36' bis 38' hindurchverlaufen sind, zwischen die Ablenksysteme gelangen und dadurch die gewünschten Bilder 42a auf ein Musterstück 42 zeichnen oder allgemein die zu bestrahlenden Flächen zu überstreichen in der Lage sind.

Die Aussteuerung des Feldes zwischen den Ablenksystemen 41 und damit die Ablenkung der Strahlen wird durch einen Computer bestimmt, der dafür über eine nicht dargestellte Signalumsetzungsschaltung mit einer ausste;'erbaren 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 Durchgangsöffnungen 36 bis 38 und 36' bis 38', wodurch Astigmatismus und Fokus jedes bestrahlenden Elektronenstrahls individuell eingestellt werden können.

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

Wenn die derart ausgebildete magnetische Elektronenlinse dafür eingesetzt wird, unmittelbar LSI-Bilder auf die Muster 42 aus z. B. Siliziumplättchen zu belichten, die mit photoresistentem Material oder dergleichen beschichtet sind, senden die Elektronenstrahlenquellen 40 zuerst bestrahlende Elektronenstrahlen aus, wie in F i g. 4 gezeigt.

Nachdem sie durch die Anode 39 beschleunigt wurden, verlaufen die Elektronenstrahlen durch die entsprechenden Durchgangsöffnungen 36 bis 38 im oberen Polschuh 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 Durchgangsöffnungen 36' bis 38' im unteren Polschuh 33 und werden durch die Ablenksysteme 41 zur Abtastung ausgesteuert, um die gewünschten Bilder 42a 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 sind innerhalb solcher Grenzen vorgesehen, die frei sind vom Einfluß von Ablenk- und Öffnungsfehlern; üblicherweise die Abtastfläche bei ungefähr 2 mm auf 2 mm und die Abbildungsbreite bei ungefähr 1 μπι.

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

Dies gestattet eine gleichzeitige Bildbelichtung bei 21 Bildern, was natürlich eine viel größere Leistungsfähigkeit während des Betriebs mit sich bringt, 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 oder dergleichen ausfindig gemacht wird. Daraufhin werden erneut die Bilder darauf belichtet, wobei dem gleichen

ίο 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 F i g. 7 und 8 zeigen weitere magnetische Elektronenlinsen. In den Fig.7 und 8 bezeichnen ähnliche Bezugsziffern ähnliche Teile wie in den F i g. 4 und 5. Alle diese Ausführungsbeispiele sind mit zwei Elektronenstrahlengängen versehen.

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

Die in den Fig. 7 und 8 veranschaulichten magnetischen Elektronenlinsen zeigen im wesentlichen die gleichen Arbeitsweisen und Ergebnisse, wie das in den F i g. 4 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel.
Die beschriebene magnetische Elektronenlinse gestattet die Belichtung einer Vielzahl von Bildern gleichzeitig auf der Oberfläche eines einzigen Musters. Wenn angenommen wird, daß die Anzahl der Elektronenstrahlengänge »n« ist, wird daher die Belichtungszeit von derjenigen, die für die bekannte Elektronenlinse gemäß Fig. 1 erforderlich ist auf l/n reduziert Das Ergebnis ist somit eine einschneidende Reduzierung der Belichtungszeit und bemerkenswerte Verbesserung der Leistungsfähigkeit.

Weiterhin gestattet die Zurverfügungstellung einer Hilfs-Erregerspule für jeden der Elektronenstrahlengänge, daß die magnetische Elektronenlinsenanordnung eine geeignete Fokussierungskorrektur im Hinblick auf jeden einzelnen bestrahlenden Elektronenstrahl durchführt Folglich werden genaue Bilder auf dem Muster erzeugt bzw. reproduziert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Elektronenlinsenanordnung, insbesondere für den Einsatz bei Elektronenstrahlbelichtungsgeräten, mit einem zylindrischen Joch, mit einer Erregerspule und mit zwei im Innenraum des zylindrischen Jochs unter Freilassen eines Raums axial beabstandet angeordneten Polschuhen, deren jeder eine Durchgangsöffnung für den Elektronenstrahl aufweist, derart, daß die Durchgangsöffnung des einen Polschuhs zu der Durchgangsöffnung des anderen- Polschuhs achsparallel fluchtend angeordnet ist, bei der in dem freigelassenen Raum zwischen den Polschuhen koaxial zu dem Durchgangsöffnungspaar ein Stigmator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwei unter Freilassen des Raums (35) axial beabstandeten Polschuhen (32, 33) mehrere Durchgangsöffnungen (36,37,38; 36', 37', 38') vorgesehen sind, derart, daß die Durchgangsöffnungen (36, 37, 38) des einen Polschuhs (32) zu den Durchgangsöffnungen (36', 37', 38') des anderen Polschuhs (33) achsparallel fluchtend angeordnet sind und eino Zahl von Durchgangsöffnungspaaren (36,36'; 37,37'; 38,38') zur Aufnahme einer entsprechenden Zahl von Elektronenstrahlbündeln bilden, daß eine Blende (39) koaxial zu den axial beabstandet von den Polschuhen (23, 33) angeordnet ist und eine Anzahl der Durchgangsöffnungspaare (36, 36'; 37, 37'; 38, 38') entsprechende Anzahl von dazu fluchtend angeordneten Öffnungen (39a,) aufweist und daß in dem freigelassenen Raum (35) zwischen den Polschuhen (32,33) koaxial zu jedem Durchgangsöffnungspaar (36, 36'; 37, 37'; 38, 38') für jedes Elektronenstrahlenbündel eine Hilfserregerspule (44) und daran angrenzend ein Stigmator (43) angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Elektronenstrahlbündel ein eigenes Ablenksystem (41) zugeordnet ist

3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe von der Erregerspule (34) umgeben sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahlbündel durch Teilung der Strahlung einer gemeinsamen Elektronenquelle gewonnen sind.