DE2852961C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Strukturen mit sehr feinen Strukturteilen neben relativ großflächigen Strukturteilen auf ein Substrat mittels eines von einem Elektronenschreiber erzeugten Elektro­ nenstrahls mit konstanter Rasterfrequenz.

Bei der Aufbringung von sehr feinen Strukturen z. B. mit kleinsten Abmessungen von ca. 1 µm neben relativ groß­ flächigen Strukturen z. B. mit einer Fläche von 20 µm - 100 µm tritt der sogenannte Proximity Effekt auf, der auf einer Rückstreuung von Elektronen beruht und eine entsprechende Unschärfe insbesondere der feinen Struk­ turen zur Folge hat. Aus J. Vac. Sci. Technol., Vol. 12, No. 6, Nov./Dec. 1975, Seiten 1271 bis 1275 ist es be­ kannt, den Proximity Effekt durch eine geeignete Varia­ tion der Rasterfrequenz des Elektronenstrahls zu ver­ ringern bzw. zu kompensieren.

Eine sehr schnelle Veränderung der Rasterfrequenz, wie sie dabei erforderlich ist, erfordert aber einen erheb­ lichen elektronischen Aufwand, weshalb ein derartiges Verfahren entsprechend teuer ist. Da außerdem das Auf­ bringen sehr feiner Strukturen auf ein Substrat einen erheblichen Zeitaufwand erfordert, der insbesondere von der Rasterfrequenz abhängt, bewirkt eine Variation der Rasterfrequenz eine Verlängerung der Schreibzeit gegen­ über entsprechenden Verfahren die jeweils mit der maxi­ malen Rasterfrequenz arbeiten. Das beschriebene Verfah­ ren läßt sich daher zwar zur Erzeugung feiner Strukturen für Forschungszwecke anwenden, verursacht jedoch bei der Herstellung von hiernach gefertigten Bauelementen einen zu großen Kosten- und Zeitaufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine Verringerung oder Kompensa­ tion des Proximity Effekts erlaubt und zugleich einen möglichst geringen Aufwand bezüglich Arbeitszeit und Kosten verursacht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit von der Flächengröße und -dichte der aufzubringenden Strukturteile die Spannung am Wehneltzylinder des zuge­ hörigen Elektronenschreibers variiert wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch eine geeignet gesteuerte Änderung der Wehneltspannung Strukturteile mit relativ großen Flächen mit einer geringeren Elek­ tronenzahl pro Zeit und pro Fläche belegt werden als entsprechend feinere Strukturen. Dadurch wird an den re­ lativ großflächigen Strukturteilen auch die Rate der rückgestreuten Elektronen reduziert, d. h. der Hauptanteil des Proximity Effektes, der gerade von den großflächigen Strukturanteilen herrührt, entsprechend verringert.

Es ist vorteilhaft, daß die Variation der Wehnelt-Span­ nung in einem Spannungsbereich erfolgt, der um ca. ±10% von der zugehörigen Wehneltbetriebsspannung abweicht.

Es hat sich gezeigt, daß bei Variation der Wehneltspan­ nung innerhalb eines Bereiches von ca. ±10% der zuge­ hörigen Wehneltbetriebsspannung eine geeignete Reduzie­ rung des Proximity Effekts erreicht werden kann und die Betriebsdaten des zugehörigen Elektronenschreibers da­ durch nicht nachteilig verändert werden.

Es ist auch vorteilhaft, daß die Rasterfrequenz inner­ halb des Frequenzbereiches von 200 kHz bis 40 MHz liegt.

Je nach vorgegebener Anordnung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens und je nach den Erfordernis­ sen der aufzuwendenden Schreibzeit für die Strukturen­ erzeugung auf einem Substrat wird die erforderliche Rasterfrequenz innerhalb der angegebenen Frequenzbereiche gewählt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft für ein Substrat aus einem Halblei­ terplättchen, einem Ferrit- oder Granatplättchen oder einem beschichteten Glasplättchen verwendet werden. Granatplätt­ chen oder Ferritplättchen werden verwendet zum direkten Herstellen von Blasenspeichern.

Die Verwendung von Halbleiterplättchen als Substrat er­ folgt vorteilhafterweise bei der Verwendung von höchsten Rasterfrequenzen, bei denen das direkte Schreiben auf die Halbleiterscheibe wirtschaftlich wird und im Vergleich zur Strukturübertragung mit Masken.

Die Verwendung von beschichteten Glasplättchen erfolgt in vorteilhafter Weise zur Herstellung von Chrom-Masken für die Strukturübertragung auf Halbleiterscheiben.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft für ein Substrat aus einem Halbleiterplättchen, das aus Silicium, Germanium oder Selen, Tellur und Bor in bestimmter kristalliner Form oder aus 3-5-Halbleiterver­ bindungen besteht, oder aus einem beschichteten Glasplätt­ chen, das eine Beschichtung, bestehend aus Chrom, Chromoxid oder Eisenoxid oder aus mindestens zweien der genannten Stoffe aufweist, verwendet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen schematischen Aufbau einer elektronenoptischen Säule eines Elektronen­ schreibers,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Ansteuerung einer elektronen­ optischen Säule eines Elektronenschreibers.

Fig. 1 stellt einen Querschnitt durch eine schematische Darstellung einer elektronenoptischen Säule eines Elektronenschreibers dar. Die Elektronenquelle 1, die z. B. von einem thermischen Strahler, insbesondere einer Wolframglühkathode mit einem Richtstrahlwert von ca. 10⁵ [A/cm² · ster] und einem Emissionsstrom von 100 µA bis 1 mA gebildet wird, ist von dem Wehneltzylinder 2 umge­ ben. Aus der Öffnung 14 des Wehneltzylinders 2 treten infolge des Durchgriffs der Anode 3 Elektronen aus, die mittels einer Beschleunigungsspannung von 10 kV bis 25 kV zwischen Anode und Kathode zur Anode 3 hin beschleunigt werden. Durch die Öffnung 15 der Anode 3 tritt ein Elek­ tronenstrahlbündel 16 aus, von dem der achsennahe An­ teil durch die Öffnung 17 der Blende 4 zur elektroma­ gnetischen Linse 5 gelangt, während achsenferne Anteile des Elektronenstrahlbündels 16 durch die Blende 4 von der elektromagnetischen Linse 5 ferngehalten werden. Die elektromagnetische Linse 5 ist eine Verkleinerungslin­ se. Am Ausgang der elektromagnetischen Linse 5 ist ein Ausblendsystem 6 (Blanking-System) angebracht. Das Aus­ blendsystem 6 dient als Verschluß für den Elektronen­ strahl. Der achsennahe Teil des Elektronenstrahlbündels 18 tritt aus der elektromagnetischen Linse 5 kommend über das Ablenksystem 6 in die Öffnung 19 der Blende 7 ein und gelangt zur elektromagnetischen Linse 8, wäh­ rend der achsenferne Anteil des Elektronenstrahlbündels 18 mittels der Blende 7 von der elektromagnetischen Lin­ se 8 ferngehalten wird. Die elektromagnetische Linse 8 ist ebenfalls eine Verkleinerungslinse. Der achsennahe Anteil des die elektromagnetische Linse 8 verlassenden Elektronenstrahlbündels 20 tritt durch die Öffnung 21 der Blende 9 in die elektromagnetische Projektionslin­ se 10 ein, während der achsenferne Anteil des Elektro­ nenstrahlbündels 20 durch die Blende 9 von der Projek­ tionslinse 10 ferngehalten wird. Die Projektionslinse 10 enthält ein Ablenksystem 11, welches entweder mit­ tels Spulen eine magnetische Ablenkung des Elektronen­ strahls oder mittels elektrisch geladener Platten eine elektrische Ablenkung des Elektronenstrahls bewirkt. Dabei ist es entweder möglich, daß der Elektronenstrahl mittels gekreuzter Platten bzw. gekreuzter Spulen in zwei zueinander senkrechten Richtungen, der x- und der y-Richtung, innerhalb der Substratebene ausgelenkt wird, oder daß das Ablenksystem 11 lediglich eine Ablenkung in einer Richtung der Substratebene, z. B. der x-Rich­ tung ausführt, während die Ablenkung in der y-Richtung der Substratebene durch eine geeignete Bewegung des das Substrat 12 haltenden Justiertisches 13 bewirkt wird.

Das die Projektionslinse 10 verlassende Elektronenstrahl­ bündel 22 bildet die Elektronensonde, die auf das vom Justiertisch 13 gehalterte Substrat 12 auftrifft. Die Elektronensonde hat eine Querschnittsausdehnung von 0,1 µm bis 10 µm. Da die Elektronensonde in der verwen­ deten Anordnung nach Fig. 1 infolge einer Gauß'schen In­ tensitätsverteilung ein unscharfes Intensitätsprofil aufweist, läßt sich eine definierte Lage der Figurenkan­ te nur dadurch erreichen, daß die Elektronensonde einen Durchmesser aufweist, der ein Viertel der kleinsten zu erzeugenden Figurenabmessung aufweist.

Bei der Verwendung eines scharfen Intensitätsprofils der Sonde, wie sie durch Abbilden einer Blendenöffnung statt des Cross-overs erzeugt werden kann, kann der Durchmesser der Elektronensonde jedoch gleich der klein­ sten zu erzeugenden Figurenabmessung sein.

Die Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm zur Ansteuerung einer elektronenoptischen Säule eines Elektronenschreibers dar. Strukturdaten die auf Magnetträgern gespeichert sind, dargestellt durch das Kästchen 30, werden in einen Kontrollcomputer, dargestellt durch das Kästchen 31, eingegeben. Der Kontrollcomputer 31 gibt die Struk­ turdaten in einem gewissen zeitlich aufgegliederten Programm an den Figurengenerator, dargestellt durch das Kästchen 32, weiter. Der Figurengenerator 32 steuert synchron den Strahler, dargestellt durch das Kästchen 33, das Ausblendsystem (Blanking System), dargestellt durch das Kästchen 34, und das Ablenksystem, dargestellt durch das Kästchen 35, an. Der Justiertisch 34 kann, falls das Ablenksystem eine Elektronensondenablenkung in zwei unterschiedlichen Richtungen der Substratebene erlaubt, eingangs angesteuert werden. Übernimmt jedoch die Bewegung des Justiertisches die Ablenkung der Elek­ tronensonde gegenüber dem Substrat in einer Richtung der Substratebene, so muß auch der Justiertisch, darge­ stellt durch das Kästchen 34, synchron mit dem Strahler, dargestellt durch das Kästchen 33, dem Ausblendsystem, dargestellt durch das Kästchen 34, und dem Ablenksystem, dargestellt durch das Kästchen 35, angesteuert werden.

Da der Proximity Effekt auf der Rückstreuung von Elek­ tronen beruht, wobei, unter sonst gleichen Bedingungen, großflächige Strukturen den entscheidenden Anteil am gesamten Effekt liefern, läßt sich der Proximity Effekt durch eine Verringerung der pro Fläche und Zeiteinheit einfallenden Elektronenzahl bei großen Strukturen ge­ genüber der pro Fläche und Zeiteinheit einfallenden Elektronenzahl bei feinen Strukturen, beheben oder ver­ ringern. Dieser gewünschte Effekt läßt sich durch eine Variation der Anzahl der am Substrat auftreffenden Elektronen pro Zeit und Flä­ che durch eine Variation der Wehnelt- Spannung d. h., der Vorspannung am Wehnelt-Zylinder des Strahlers bewirken. Es hat sich gezeigt, daß mit einer Variation der Wehnelt-Spannung um ±10% vom Betriebs­ wert der zugehörigen Wehnelt-Spannung der Proximity Effekt bei der Abbildung von Strukturen mit kleinsten Abmessungen, die kleiner als 1 µm sind, hinreichend gut reduziert werden kann. Die Wehnelt-Spannung wird dabei in Abhängigkeit von der Flächengröße und Belegungs­ dichte der aufzubringenden Strukturteile für die ver­ schiedenen Teile einer Struktur gesondert eingestellt. Nachdem der Wehnelt-Zylinder von gewöhntlich verwendeten elektronenoptischen Säulen einige 100 Volt negativ ge­ genüber der Kathode aufgeladen ist, läßt sich eine der­ artige Spannungsregelung technisch einfach und genau durchführen.

Zur Aufbringung von sehr feinen Strukturen neben sehr großflächigen Strukturen auf einem Substrat wird die Wehnelt-Spannung am Wehnelt-Zylinder 2 der Fig. 1 mit­ tels des Kontrollcomputers 31 und Figurengenerators 32 aus Fig. 2 so geregelt, daß bei großflächigen Struktur­ anteilen z. B. mit einer Fläche von ca. 20 µm × 100 µm die Anzahl der auf das Substrat auftreffenden Elektronen pro Zeit und Fläche geringer ist als die entsprechende Zahl bei entsprechend feineren Strukturen mit Struktur­ breiten von der Größenordnung 1 µm. Die Rasterfrequenz bleibt dabei konstant, weshalb die höchste Rasterfrequenz verwendet werden kann, was den Vorteil eines schnellen Schreibens, d. h., Anbringens der Strukturen auf dem Substrat, bewirkt. Üblicherweise verwendete Rasterfre­ quenzen betragen 200 kHz bis 40 MHz.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ließen sich Struktu­ ren mit kleinsten Abmessungen kleiner als 1 µm mit hin­ reichend genauer Kantenlage abbilden.

Als Substrat kann entweder ein Halbleiterplättchen die­ nen, so daß gewisse Strukturen direkt auf ein Halblei­ terplättchen aufgebracht werden oder es können z. B. mit Chrom beschichtete Glasplättchen als Substrat ver­ wendet werden, z. B. zur Herstellung von Masken.

Auf das Substrat wird ein elektronenempfindlicher Lack z. B. Polymethylmethacrylat aufgebracht. Dieser Lack wird mittels einer Elektronensonde und mittels des er­ findungsgemäßen Verfahrens so mit Elektronen belichtet, daß das gewünschte Muster an den belichteten Stellen des Elektronenlacks entsteht. Durch das Belichten mit Elektronen werden chemische Verbindungen bei Molekülen des Lacks aufgebrochen, wodurch die belichteten Lack­ anteile bei einem nachfolgenden Entwickeln herausge­ waschen werden. Als Entwickler dient dabei z. B. eine Flüssigkeit aus Methylisobutylketan und Isopropylalkohol. Ein nachfolgendes Ätzen nimmt bei einer mit Chrom be­ schichteten Glasplatte das Chrom an den Stellen weg, an welchen auch der elektronenempfindliche Lack weggewa­ schen wurde. Damit wird das von der Elektronensonde zunächst auf dem elektronenempfindlichen Lack abgebil­ dete Muster auf die Chromschicht des Glasplättchens abgebildet, und somit eine Maske für die Fertigung von Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltkreisen erzeugt.

In ähnlicher Weise können mittels mehrfach nacheinander aufgetragener elektronenempfindlicher Lackschichten auch z. B. Diffusionsmasken direkt am Halbleiterplätt­ chen erzeugt werden oder aber es können auch Mehrlagen­ verdrahtungen mittels mehrerer zeitlich nacheinander erfolgter Beschichtungen mit elektronenempfindlichen Lack und Elektronenstrahlbelichtung erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstel­ lung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schalt­ kreisen insbesondere zur Anbringung von sehr feinen Strukturen, deren kleinste Längenausdehnungen 1 µm be­ tragen oder kleiner sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Aufbringen von Strukturen mit sehr fei­ nen Strukturteilen neben relativ großflächigen Struktur­ teilen auf ein Substrat mittels eines von einem Elek­ tronenschreiber erzeugten Elektronenstrahls mit konstan­ ter Rasterfrequenz, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Abhängigkeit von der Flächen­ größe und -dichte der aufzubringenden Strukturteile die Spannung am Wehneltzylinder des zugehörigen Elektronen­ schreibers variiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Variation der Weh­ nelt-Spannung in einem Spannungsbereich erfolgt, der um ca. ±10% von der zugehörigen Wehneltbetriebsspannung abweicht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterfrequenz innerhalb des Frequenzbereiches von 200 kHz bis 40 MHz liegt.

4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein Sub­ strat aus einem Halbleiterplättchen, einem Ferrit- oder Granatplättchen oder einem beschichteten Glasplättchen.

5. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein Substrat aus einem Halbleiterplättchen, das aus Silicium, Germanium, oder Selen, Tellur und Bor in bestimmter kristalliner Form oder aus 3-5-Halbleiterver­ bindungen besteht.

6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für ein Substrat aus einem beschichteten Glas­ plättchen, das eine Beschichtung bestehend aus Chrom, Chrom­ oxid, Eisenoxid oder aus mindestens zweien der genannten Stoffe aufweist.