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Verfahren zum Herstellen von Haibleitervorrichtungen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen,
insbesondere vonintegrierten Schaltungen, bei dem die Oberfläche eines zu behandelnden
Werkstücks der Einwirkung eines aus elektrisch geladenen Teilchen bestehenden und
durch elektrooptische Mittel geformten Strahles ausgesetzt und die Auftreffstelle
des Strahles relativ zur Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes bewegt wird.
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Solche Verfahren werden bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen
häufig eingesetzt. Dabei handelt es sich in vielen Fällen darum, eine an der Oberfläche
eines Halbleiterplättchens aufgebrachte und aus sogenanntem Elektronenlack bestehende
Schicht mittels eines die gewUnschte Struktur der Lackschicht'1schreibenden" Elektronenstrahls
zu belichten, um nach einem sich anschließenden Entwicklerprozeß eine den üblichen
Photolackmasken entsprechende Ätzmaske zu erhalten. Bekanntlich kann man mit Hilfe
eines solchen Verfahrens Photolackmasken mit wesentlich feineren Strukturen erzeugen,
als sie mittels der optischen Belichtung einer solchen Schicht erreichbar ist.
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Aber auch die sogenannte Ionenimplantation braucht einen aus elektrisch
geladenen Teilchen bestehenden Strahl, der auf die Oberfläche eines Halbleiterplättchens
lokal zur Einwirkung gebracht wird. Wenn man auch hier im allgemeinen eine Begrenzung
der Einwirkung des Ionenstrahls mittels einer aus entsprechendem ionenbremsenden
Material, z.B. Photolack, bestehende Maske vorher aufgebracht hat, so daß die Wirkung
des Ionenstrahls lediglich auf die von der Maske nicht bedeckten Stellen der Halblei-
teroberfläche
beschränkt bleibt, so ist doch andererseits auch die Möglichkeit von Bedeutung,
Dotierungsstrukturen maskenlos mittels eines entsprechenden Ionenstrahls mit einer
- lediglich durch elektromagentische Felder begrenzten und entsprechend bewegten
- Auftreffstelle zu schreiben. Andererseits kann man auch Elektronen- bzw.
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Ionenstrahlen mit definierter Auftreffstelle dazu einsetzen, um durch
lokalisierte Verdampfung, z.B. einer auf der Halbleiteroberfläche aufgebrachten
Metallisierung, eine Strukturierung der behandelten Oberfläche zu erreichen.
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In der Halbleitertechnik kommt es in allen diesen Fällen darauf an,
einen möglichst feinen und möglichst exakt begrenzten Auftreffleck des behandelnden
Strahls an der 0-berfläche des zu bearbeitenden Objekts zu erreichen, was seit geraumer
Zeit mit Erfolg erreicht wird. Die üblicherweise zur Anwendung gelangenden Geräte
arbeiten in der Regel nur mit einem einzigen Strahl, z.B. nur mit einer einzigen
Elektronensonde. Dies führt dazu, daß nur ca. 0,1 % der von der die Quelle für den
Elektronenstrahl bildenden Kathode emittierten Elektronen bei der Strukturerzeugung
ausgenutzt werden können. Ist die Stärke des von der Kathode emittierten Elektronenstroms
z.B. 50 µA so können von diesem Strom in der bisherigen Praxis nur etwa 50 nA ausgenutzt
werden Die Erfahrung hat außerdem gezeigt, daß man bei Verwendung solcher ItEinstrahl^Elektronenschreiber"
beträchtliche Behandlungsdauern in Kauf nehmen muß. So braucht man z.B. um die Maske
für einen 4"-Wafer zu erzeugen etwa eine Stunde. Die an sich bekannte Möglichkeit,
die Schreibgeschwindigkeit zu steigern, bringt jedoch hier nur wenig Abhilfe. Eine
andere Möglichkeit besteht in dem Einsatz eines sog. "Vieastsaal -Elektronenschreibers"
rs !',bei dem gleichzeitig eine Vielzahl von einander gleichen Elektronensonden
zum Einsatz kommt Da gleichzeitig mehrere hun-
dert Elektronensonden
zur Schreibung der gewünschten Struktur eingesetzt werden, kann die Schreibzeit
für die Fläche eines 4"-Wafers von ca. einer Stunde auf etwa eine Minute und weniger
reduziert werden. Jedoch weist bei den üblichen Vielstrahl-Elektronenschreibern
jede der Elektronenteilsonden einen im Vergleich zu einer Einstrahl-Sonde etwas
veringerten Strahlstrom auf.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren der eingangs angegebenen
Art derart auszugestalten, daß einerseits eine drastische Verminderung der Behandlungszeiten
erreicht und daß andererseits auch der zum Betrieb der Anlage erforderliche Strom
möglichst vollkommen ausgenutzt wird.
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Erfindungsgemäß wird hierzu vorgesehen, daß der aus den elektrisch
geladenen Teilchen bestehende. Strahl auf seinem Weg zu dem Werkstück durch elektrooptische
Mittel in wenigstens zwei einander gleiche Teilstrahlen aufgespaltet wird und daß
die erhaltenen Teilstrahlen in gleicher Weise gebündelt an verschiedene Stellen
der Oberfläche des Werkstücks gelangen.
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Es wird also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein bewegter primärer
Strahl als Quelle für eine Vielzahl einander gleicher sekundärer Strahlen verwendet,
die dann in gleicher Weise gebündelt werden, bevor sie auf der zu bearbeitenden
Oberfläche zum Auftreffen gelangen.
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Hierzu erweist sich gemäß der weiteren Erfindung als besonders vorteilhaft,
wenn man die von einer Kathode stammenden Elektronen mittels eines Kondensosrsystems
zu einem Elektronenstrahlbündel mit großem Durchmesser zusammenfäßt, dessen Durchmesser
z.B. 75 mm bis 100 mm im Falle der Bestrahlung einer Siliciumscheibe von z.B.
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3" 4" Durchmesser beträgt. ttit diesem Strahl wird dann eine an sich
bekannte Elektronen-Fliegenaugenoptik be-
aufschlagt, aufgrund deren
dann eine Vielzahl von einen der gleichen Elektronensonden entstehen, die dann jeweils
einer anderen Stelle der zu behandelnden Oberfläche, z.B.
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einer auf einem Halbleiterchip aufgebrachten Schicht aus Elektronen-Photolack,
zugeführt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand er Zeichnung naher beschrieben. Die
dort gezeigte Anlage besteht neben der z.B. durch eine Glühkathode gegebenen Elektronenquelle
aus dem Kondensorsystem 1 und der elektronischen Fliegenaugenoptik 2 mit Strahlablenkung.
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Der Kondensor 4 verkleinert den Crossover des Strahlerzeugers 3, z.B.
um den Faktor 1/100, und erzeugt so einen 0-berkreuzungspunkt 7 und fächert hinter
diesem Uberkreuzungspunkt 7 das Elektronenbundel wieder auf. Das aufgefächerte Elektronenbündel
trifft axial auf die Hybridlinse 5 auf, wodurch die Auffächerung beendet wird und
ein parallel begrenztes breites Elektronenbündel entsteht.
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Beispielsweise beträgt der Durchmesser des Strahlüberkreuzungspunktes
ca. 2/um und der das Maß der Auffächerung bildende Raumwinkel 2 etwa 100 m rad,
was genügt, um einen 3"-Wafer voll auszustrahlen. Der Strahlüberkreuzungspunkt 7
befindet sich in der Regel im Brennpunkt des Kondensorsystems, d.h. der besagten
Hybridlinse 5, wodurch die Fliegenaugenoptik parallel bestrahlt wird. Die Brennweite
f5 der Hybridlinse 5 beträgt z.B. 380 mm.
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Es bedarf wohl kaum eines Hinweise, daß die besagten Linsen 4 und-5
durch geeignet ausgestaltete elektrische und/oder magnetische Felder zu realisieren
sind. Die hierzu erforderlichen Einzelheiten sind bekannt und z.B. in der DE-OS
25 15 549 bzw. der DE-OS 26 27 176 bzw. in der DE-OS 27 02 446 beschrieben. Andererseits
waren auch Elektronen-Fliegenaugenlinsen bekannt, wie z.B. die Literaturstelle "J.
Vac. Sci. Technol." Vol. 12, No. 6
(Nov./Dec. 1975), S. 1161 - 1164
und die Literaturstelle "J. Vac. Sci. Technol." 15 (3) (May/June 1978), S. 1035
bis 1037, zeigen.
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Zum Ausgleichen von Linsenfehlern, insbesondere des sogenannten Öffnungsfehlers
des Kondensors 1, ist es vorteilhaft, wenn man den' Strahlüberkreuzungspunkt 7 durch
Brennweitenänderungen des Kondensors während der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verschiebt, wodurch die Neigung der Elektronenbahnen auf dem Weg vom
Ausgang 5 des Kondensorsystems 1 zur Fliegenaugenoptik 2 radiusabhängig verändert
wird. Dadurch kann auch der Abstand zwischen den einzelnen von der Fliegenaugenlinse
2 erzeugten Elektronensonden verändert werden, was vorteilhaft für die Korrektur
von isotropen Waferverzügen oder für kleine Maßstabkorrekturen ausgenutzt werden
kann.
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Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Homogenität und Begrenzung
der einzelnen von der Fliegenaugenoptik 2 gelieferten Elektronensonden erhält man,
wenn man den von der Hochstromelektronenquelle 3 gelieferten Elektronenstrahl über
zwei oder mehrere hintereinander angeordnete Kondensoren 4 führt, bevor der Elektronenstrahl
an die Hybridlinse 5 gelangt. Beispielsweise können drei solcher Kondensoren verwendet
werden.
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Die Fliegenaugenoptik 2 bildet den Strahlüb-erkreuzungspunkt 7 auf
die Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks, z.B. auf die Oberfläche eines Elektronenlackfilms
auf einem Halbleitersubstrat 8 ab. Der geometrisch optische Verkleinerungsmaßstab
v ist dabei durch das Brennweitenverhältnis der Ausgangslinse 5 zu dem der -einander
gleichen - Zellen der Fliegenaugenoptik 2 gegeben, so daß also v = f5/f2 gilt. Die
Brennweiten f2 und f5 sind in der Zeichnung angedeutet. Ist beispielsweise 5 = 380
mm und 9 = 38 mm, so wird v = 10.
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Eine elektronische Fliegenaugenlinse 2 besteht aus einer oder mehreren,
isoliert aufgebauten und elektrostatisch aufgeladenen Lochplatten, über die Details
in der oben angegebenen Literatur zu finden sind.
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Die zum Schreiben der angestrebten Strukturen an der Oberfläche des
Werkstücks 8 erforderliche laterale Verschiebung der Auftreffstellen der von der
Fliegenaugenlinse 2 auf das Werkstück projizierten Elektronen-Sonden kann durch
bekannte Ablenkmittel erfolgen, die auf die die Fliegenaugenlinse verlassenden Elektronensonden
in identischer Weise einwirken, und die im Bereich der Fliegenaugenlinse 2 angeordnet
sind0 Hierbei handelt es sich um (nicht dargestellte) Ablenkplatten, die entweder
auf elektrostatischer oder auf elektromagnetischer Grundlage arbeiten und die unmittelbar
unterhalb oder oberhalb der Fliegenaugenlinse angeordnet sind. Andererseits ist
es vorteilhaft, wenn man hierzu den Strahlüberkreuzungspunkt 7 lateral verschiebt.
Das hierfür erforderliche elektrostatische oder elektromagnetische Ablenksystem
6 ist dann, wie im gezeichneten Ausführungsbeispiel zwischen dem Strahlerzeuger
3 und dem ersten Kondensor 4 oder auch zwischen dem Kondensor 4 und dem Strahlüberkreuzungspunkt
7 anzuordnen. Schließlich kann man auch die Elektronenstrahlen in Ruhe halten und
statt dessen das Werkstück 8 in der für den Schreibvorgang erforderlichen Weise
bewegen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist bisher im Zusammenhang mit der
Anwendung von Elektronenstrahlen als Behandlungsstrahl beschrieben worden. Es ist
verständlich, daß Behandlungsstrahlen aus anderen elektrisch geladenen Partikeln,
d.h. also Ionen, im gleichen Sinne verwendet werden können.
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Sowohl in diesem Falle als auch bei Verwendung von Elektronenstrahlen
können im Prinzip dieselben Ablenkmittel und sonstigen Mittel, z.B. Fokussierungsmittel,
verwendet werden, die z.B. über einen Computer gesteuert sein können.
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Als wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
dem Stand der Technik ist zu verzeichnen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Vorteile der bekannten Elektronenstrahl-Mikropro j ektion und Elektronenstrahl-Schattenprojektion
(bekannt aus dem oben angeführten Stand der Technik) mit den Vorteilen der Fliegenaugenoptik
verbunden sind. Die Anwendung des Kondensors 1 gestattet eine weitaus bessere Ausnutzung
der von der Elektronenquelle gelieferten Elektronen und damit des zu deren Erzeugung
dienenden Stroms. Andererseits führt die Fliegenaugenlinse 2 zu einer erheblichen
Verkürzung der Schreibzeiten bei der Halbleiterfertigung. Der Kondensor 1 und die
in ihm vorgesehene Hybridlinse 5 ermöglichen schließlich eine gleichmäßige Ausleuchtung
der gesamten Fliegenaugenlinse 2, was gegenüber der bisherigen Praxis zur Beaufschlagung
elektronischer Fliegenaugenlinsen einen merklichen Vorteil bietet.
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1 Figur 6 Patentansprüche
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