DE3307138A1

DE3307138A1 - Belichtungssystem mit einem strahl geladener teilchen

Info

Publication number: DE3307138A1
Application number: DE19833307138
Authority: DE
Inventors: Paul Francis Swampscott Mass. Petricis; Norman James Wenham Mass. Taylor
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1982-03-04
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1983-09-22
Also published as: JPS58190028A; FR2524198B1; US4469950A; GB2116358A; GB8304436D0; GB2116358B; FR2524198A1

Description

Die Erfindung betrifft die Lithographie mittels Strahlen geladener Teilchen und bezieht sich insbesondere auf ein Bei i ch tun gs sy s tem j *>^ei ^dem anhand einer Zeile von veränderlicher Länge und hoher Auflösung eine Abtastung erfolgt.

Elektronenstrahlbelichtungssysteme finden kommerzielle Anwendung zum Definieren der Merkmale von Halbleitervorrichtungen durch wahlweises Bestrahlen eines mit Photolack beschichteten Werkstücks. Das Werkstück kann dabei eine Abdeckplatte oder ein mit Photolackbeschichtung versehenes Halbleiterplättchen sein, in welchem die Charakteristiken unmittelbar festgelegt werden. In beiden Fällen wird ein Elektronenstrahl äußerst exakt und rasch gesteuert, um in dem Elektronenresistmaterial Mikrominiaturmuster zu belichten.

Zur Steuerung des Elektronenstrahls werden verschiedene Techniken angewandt. Ein kleiner, kreisförmiger Punktstrahl kann über die ganze Oberfläche des Werkstücks in Rasterabtastung bewegt und zur Erzeugung des gewünschten Musters ein- oder ausgeschaltet werden. Eine entsprechende Anordnung geht aus US-PS 3 900 737 hervor. Andererseits kann der Punktstrahl auch unmittelbar auf die gewünschten Musterbereiche und in Vektorabtastung nur über diese Musterbereiche geführt werden. In beiden Fällen ist das Verfahren ziemlich langsam, da der jeweils zu einem Zeitpunkt vom Punktstrahl bedeckte Flächenbereich außerordentlich klein ist. Bei einer anderen Anordnung erhält der Elektronenstrahl die Form von Rechtecken unterschiedlicher Form und Größe. Die Rechtecke dienen zur Blitzbelichtung aufeinanderfolgender Bereiche des Musters. Eine Beschreibung dieser Anordnung findet sich bei H. Pfieffer in "Variable Spot Shaping for Electron-Beam Lithography", J. Vac. Sei. Technol., Band 15, Nr. 3, Mai/Juni 1978, S. 887. Diese Anordnungen mit unterschiedlich gestaltetem Rechteck haben den Nachteil, daß es schwierig ist, abgewinkelte oder unregelmäßig gestaltete Musterkennmerkmale aufzubelichten.

Es gibt auch die Möglichkeit einer Abtastung eines langgestreckten rechteckigen Strahls in Richtung rechtwinklig zur Längsabmessung. Beim Abtasten des Strahls wird die Länge des Rechtecks variiert, um ein gewünschtes Muster zu definieren.

Dies Verfahren ermöglicht es, Muster nahezu jeder Gestalt in einem einzigen Vorgang zu belichten. Bei der Erzeugung eines Strahls von unterschiedlicher Gestalt wird die Abbildung einer ersten quadratischen Öffnung auf eine zweite quadratische Öffnung gebündelt. Um einen Strahlquerschnitt der gewünschten Länge und Breite zu erhalten, wird die Lage der Abbildung der ersten Öffnung im Verhältnis zur zweiten Öffnung mit Hilfe von der Formgebung dienenden Deflektoren dynamisch bestimmt.

Belichtungssysteme, die mit Elektronenstrahlen arbeiten, können zur Bestrahlung von Mustern benutzt werden, die Merkmale

in einer Größe von einem Mikrometer oder weniger aufweisen. Es liegt auf der Hand, daß hierbei selbst geringfügige üngenauigkeiten in der Größe oder Anordnung des Elektronenstrahls die Leistung des Systems ernsthaft beeinträchtigen können. Eine bekannte Quelle für Üngenauigkeiten des Elektronenstrahls ist die Coulomb-Repulsion zwischen Elektronen im Strahl. Eine gegenseitige Abstoßung zwischen Elektronen längs der Achse des Strahls ruft eine Spreizung der Elektronenenergie hervor und wird als Boersch-Effekt bezeichnet, sh. z.B. W. Knauer, "Boersch Effect in Electron-Optical Instruments," J. Vac. Sei. Technol., Bd. 16, Nr. 6, Nov./Dez. 1979, S. I676. Eine gegenseitige Abstoßung zwischen Elektronen quer zur Achse des Strahls verursacht eine radiale Spreizung des Strahls, sh. z.B. E. Goto et al., "Design of Variable Shaped Beam Systems," Bericht über die 8. Int. Conf. über "Electron and Ion Beam Science and Technology", 1978, S. 135 und T. Groves et al., "Electron-Beam Broadening Effects Caused by Discreteness öf Space Charge," J. Vac. Sei. Technol., Bd. Ιό, Nr. 6, Nov./Deζ. 1979f S. I68O. Beide Arten gegenseitiger Abstoßung verursachen einen Verlust an Auflösungsvermögen des Systems. Nährend die

radiale Spreizung unmittelbar zur Verschlechterung der Auflösung beiträgt, führt die Energiespreizung zu einem Verlust an Auflösungsvermögen da Elektronen mit unterschiedlichen Energien auf ihrem Weg durch Linsen und Deflektoren unterschiedlich abgelenkt werden.

Es ist festgestellt worden, daß eine Energiespreizung hauptsächlich an den Kreuzungspunkten des Elektronenstrahls erfolgt, während eine radiale Spreizung progressiv entlang der Länge des Elektronenstrahls auftritt und etwa proportional zum Strahlstrom und zu der Entfernung ist, über die hinweg es zu einer Coulomb-Repulsion kommt. Um also die radiale Strahlspreizung auf ein Minimum einzuschränken, ist es wünschenswert, sowohl die Länge der optischen Elektronensäule gering zu halten als auch den Strahlstrom auf ein Minimum einzuschränken.

Im Gegensatz zu diesen Erfordernissen steht jedoch die Notwendigkeit, das Werkstück mit dem höchstmöglichen Elektronenstrahlstrora zu bestrahlen, um einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erreichen.

Wie schon erwähnt, werden bei bekannten Anordnungen zwei quadratische Öffnungen verwendet, um dem Strahl die Form eines Rechtecks von veränderlicher Länge zu geben. Der Strom zwischen den beiden Öffnungen wird lediglich durch die erstequadratische Öffnung beschränkt. Bei anderen bekannten Anordnungen werden drei quadratische Öffnungen zur Formgebung angewandt, um dem Strahl die gewünschte Größe und Gestalt zu geben und die Auswirkung der radialen Strahlspreizung zu verringern. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die optische Säule des Elektronenstrahls noch komplizierter wird, denn zusätzlich zu der dritten Öffnung ist eine weitere Linse und noch ein Deflektor nötig. Ein weiterer Nachteil besteht in der größeren Säulenlänge, die diese zusätzlichen Elemente erfordern.

In el ektronen-opti sehen Strahlsäulen werden auch Öffnungen verschiedener Gestalt verwendet. So werden gemäß US-PS 4 213 053 Öffnungen in Form von Buchstaben benutzt, um Buchstaben unmittelbar auf ein Werkstück zu projizieren. Öffnungen für ein Vierpunkte-Rasterabtastsystem werden von M. Thompson et al. in "Double-Aperture Method of Producing Variably Shaped Writing Spots for Electron Lithography," J. Vac. Sei. Technol., Bd. 15, Nr. 3. Mai/Juni 1978, S. 891. beschrieben. Keine dieser Veröffentlichungen bezieht sich jedoch auf das Abtasten mit einer Zeile von veränderlicher Länge.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Belichtungssystem mit einem Strahl geladener Teilchen für das wahlweise Bestrahlen eines Werkstücks zu schaffen, bei dem die Strahl spreizung _re_ duziert ist.

Mit der Anordnung gemäß der Erfindung soll eine Musterbestrahlung durch Abtasten mit einer Zeile oder Linie veränderlicher Länge und gesteuerter Breite von hoher Auflösung erfolgen.

Die Anordnung gemäß der Erfindung zur Belichtung mit Hilfe eines Strahls geladener Teilchen dient zur wahlweisen Bestrahlung der oberfläche eines mit Muster zu versehenden Werkstücks. Bei dieser Anordnung hat der Strahl einen Querschnitt, der eine projizierte Linie von veränderlicher Länge, gesteuerter Breite und einer von zwei othogonalen Ausrichtungen aufweist. Zu der Anordnung gehört eine Einrichtung zum Erzeugen eines Strahls geladener Teilchen sowie eine Öffnungsplatte mit einer Öffnung, die so angeordnet ist, daß sie durch den Strahl beleuchtet wird. Die Öffnungsplatte dient zur Formgebung des Strahls, um diesem einen Querschnitt zu geben, der zwei insgesamt orthogonale,langgestreckte Figuren aufweist. Ferner gehört zu der Anordnung eine der Formgebung dienende Öffnungs-

-r-ä-

platte, die eine Öffnung zur Bestimmung der Gestalt mit zwei einander benachbarten orthogonalen Kanten hat, sowie eine Einrichtung zum Bündeln einer Abbildung der langgestreckten Figuren auf die der Formgebung dienende Öffnungsplatte und eine Einrichtung zum Ablenken der Abbildung der langgestreckten Figuren in Bezug auf die orthogonalen Kanten der Öffnung zur Bestimmung der Gestalt, um eine Zwischenlinie oder Zwischenzeile von gewünschter Länge, Breite und Ausrichtung zu schaffen. Die Zwischenlinie wird in jedem beliebigen Zeitpunkt durch denjenigen Anteil der Abbildung der langgestreckten Figuren bestimmt, der der Öffnung zur Bestimmung der Gestalt überlagert ist. Ferner gehört zu der Anordnung eine Einrichtung, die eine verkleinerte Abbildung der Zwischenlinie auf das Werkstück projiziert und dadurch eine projizierte Linie auf der Oberfläche des Werkstücks schafft_f sowie eine Einrichtung, die die Linie zu einer bestimmten Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks lenkt.

Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt ι

Fig. 1 ein Schema einer Anordnung eines Strahls geladener Teilchen gemäß der Erfindung;

Fig. 2A-2C Alternativen von Beispielen einer ersten Formgebungsöffnung für die Anordnung gemäß Fig. 1|

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die zweite Formgebungsöffnung der Anordnung gemäß Big. 1;

Fig. 4A-4-D Erläuterungen der Betriebsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 zur Schaffung einer Linie veränderlicher Längeρ Breite und Ausrichtung?

Fig» 5A-5C Erläuterungen einer Musterbestrahlung mit der Anordnung gemäß Fig. 1 einschließlich der nötigen Ab-1enkspannungen.

In Fig. 1 ist ein Belichtungssystem zur wahlweisen Bestrahlung eines Werkstücks mit einem Strahl geladener Teilchen schematisch dargestellt, welches eine Resist-Schicht 10 auf einem Substrat 12 aufweist. Das Substrat 12, bei dem es sich um eine Abdeckplatte oder ein Halbleiterplättchen handeln kann, ist auf einem Arbeitstisch 14· bzw. einer Platte angebracht, die in X- und Y-Richtung rechtwinklig zur Richtung des Strahls geladener Teilchen bewegbar ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Elektronenstrahl zur Bestrahlung der Resist-Schicht 10 benutzt.

Zur vollständigen «Anordnung gehört eine Elektronenstrahlsäu-Ie und eine hier nicht gezeigte Unteranordnung zur Steuerung jedes einzelnen Elements der Elektronenstrahlsäule und der Bewegung des Arbeitstisches l^J· während der Bestrahlung eines Werkstücks. Geeignete Unteranordnungen für die genannte Steuerung sind auf dem Gebiet der Elektronenstrahllithographie allgemein bekannt. Typischerweise gehört dazu ein Rechner zum Speichern und Verarbeiten von Musterdaten und für die Qesamtsteuerung, Strom- und Steuerschaltkreise für die Elektronenstrahlsäule, Sensoren und Motoren zum Steuern der Bewegung des Werktisches, ein Handhabungsmechanismus für das Substrat sowie ein Vakuumsystem. Es ist klar, daß die Elektronenstrahlsäule und die Kammer, in der das Werkstück angebracht ist, während der Verarbeitung unter hohem Vakuum gehalten wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Elektronenstrahlsäule weist eine Elektronenquelle 1.6 auf, die einen Elektronenstrahl 18 längs der Achse der Elektronenstrahlsäule abgibt. Die Elektronenquelle 16 wird später noch näher beschrieben. Der Elektronenstrahl verläuft durch» Zentrier spul en 20, die ihn exakt mit der Achse der Säule ausrichten, und beleuchtet eine erste Öffnungsplatte 22, durch die sich eine erste Öffnung 2k erstreckt. Der Elektronenstrahl 18 wird von einer Kondensorlinse 26 gebündelt, die eine Abbildung der Elektronenquelle 16 zwischen den Platten eines Formgebungsdeflektors 28 erzeugt. Danach verläuft

der Elektronenstrahl 18 durch eine Abbildungslinse 30, die eine Abbildung der ersten Öffnung 24 auf einer zweiten Öffnungsplatte 32 bündelt, durch welchö sich eine zweite Öffnung 34 erstreckt. Der Formgebungsdeflektor 28 lenkt die Abbildung der ersten Öffnung 24 im Verhältnis zur zweiten Öffnung 34 so ab, daß ein Strahl entsteht, dessen Querschnitt für eine veränderliche Zeilen- bzw. Linienabtastung geeignet ist. Außerdem wird der Elektronenstrahl 18 vom Formgebungsdeflektor 28 abgeblendet. Dann tritt der Elektronenstrahl durch eine Verkleinerungslinse 36, einen Korrekturdeflektor 38, Ablenkspulen 40 und eine Projektionslinse 42 hindurch. Die Verkleinerungslinse 36 und die Projektionslinse 42 verkleinern den Elektronenstrahl 18 auf seine endgültige Größe und projizieren eine Abbildung des geformten Strahls auf das Werkstück. Die Ablenkspulen 40 lenken den geformten Strahl zu einer beliebigen,bestimmten Stelle innerhalb eines vorgeschriebenen Abtastfeldes auf dem Werkstück ab. Der Korrekturdeflektor 38 ermöglicht eine elektrostatische Ablenkung des Elektronenstrahls 18 mit sehr großer Geschwindigkeit über kurze Distanzen.

Fig. 2A ist eine Teilansicht der ersten Öffnungsplatte 22 in Richtung der Achse der Elektronenstrahlsäule gesehen. Die erste Öffnungsplatte 22 kann jede zweckmäßige Gestalt haben. Die erste Öffnung 24 hat im allgemeinen die Form von zwei insgesamt orthogonalen, länglichen Figuren, die einander schneiden oder auch nicht. Die langgestreckten Figuren sind insgesamt gerade und haben eine begrenzte Breite. Jede der Figuren hat mindestens ein Paar einander benachbarter orthogonaler Kanten. Die Dimensionen der beiden orthogonalen Figuren bestimmten gemeinsam mit der Verkleinerung der optischen Elek tronenstrahlsäule die maximalen Querschnittsabmessungen des Elektronenstrahls 18, der auf das Werkstück projiziert wird. Damit wird der Elektronenstrahl 18, Wenn er durch die erste Öffnung 24 hindurchtritt so geformt, daß sein Querschnitt zwei insgesamt orthogonale, langgestreckte Figuren aufweist.

Ferner wird der Elektronenstrahl 18 beim Durchtritt durch die zweite Öffnung 34 geformt. Wie Fig. 2A zeigt, schließt die erste Öffnung 24 zwei einander schneidende_; langgestreckte Rechtecke ein und ist insgesamt L-förmig. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat jeder Schenkel der L-förmigen Öffnung 24 eine Länge von 200 Mikrometer und eine Breite von 15 Mikrometer, und die erste Öffnungsplatte 22 besteht aus einem mit Rhodium plattierten Kupfer. Fig. 2B zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die erste Öffnung zwei orhogonale Schlitze 24a, 24b aufweist, die einander nicht schneiden. Fig. 2C zeigt eine insgesamt L-förmige erste Öffnung 24c', bei der eine Kante jedes Schenkels gerade und von Unregelmäßigkeiten frei bzw. "gut" ist, während die gegenüberliegende Kante jedes Schenkels rauh und unregelmäßig sein kann und insgesamt wenig präzise ist. Diese Gestalt der ersten Öffnung ist deshalb möglich, weil der endgültige Strahlquerschnitt von den beiden "guten" Kanten der Öffnung 24c gemeinsam mit der zweiten Öffnung 34 bestimmt wird.

Fig. 3 zeigt die zweite Öffnungsplatte 32 in Richtung längs der Achse der Elektronenstrahlsäule gesehen. Die zweite Öffnung 34 ist zwar als quadratisch gezeigt, kann jedoch jede zweckmäßige Gestalt haben, sofern sie zwei "gute" einander benachbarte, orthogonale Kanten 50, 52 hat, die gerade und frei von Unregelmäßigkeiten sind.

In den Fig. 4A-4C ist die Wirkungsweise der ersten Öffnung 24, der zweiten Öffnung 34 und des Formgebungsdeflektors 28 zur Schaffung der gewünschten Gestalt des Strahls gezeigt. Fig. 4D zteigt die Arbeitsweise der gleichen Elemente zur Austastung des Strahls. In Fig. 1 ist zwar nur ein Satz elektrostatischer Deflektorplatten gezeigt, jedoch ist klar, daß der Formgebungsdeflektor 28 einen Quadrupol- oder Oktopol-Deflektor aufweist, der durch Anlegen entsprechender Spannungen eine Ablenkung des Elektronenstrahls 18 in beliebiger Richtung in Bezug auf die Achse ermöglicht. In allen Fig.

4A-4D ist die Überlagerung einer Abbildung 6 O der ersten Öffnung über der zweiten Öffnung 34 gezeigt. Die relative Stellung der Abbildung 6O der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung 34 wird durch die an den Formgebungsdeflektor 28 angelegten Spannungen bestimmt* Der durch die zweite Öffnung 34 hindurchtretende Anteil des Elektronenstrahls 18 wird durch das Ausmaß der Überlappung zwischen der zweiten Öffnung 34 und der Abbildung 60 der ersten Öffnung festgelegt und hat einen Querschnitt in Gestalt einer Zwischenlinie oder Zwischenzeile 62 von veränderlicher Länge und Breite und entweder eine vertikale oder horizontale Ausrichtung, wie durch die gestrichelten Bereiche in Fig. 4A-4C angedeutet. In Fig. 4A ist eine Formgebung des Elektronenstrahls 18 gezeigt, die eine horizontale Zwischenlinie 62 von nahezu maximaler Länge ergibt. In Fig. 4B hat der Formgebungsdeflektor 28 die Abbildung 6 0 der ersten Öffnung nach links bewegt, wodurch die horizontale Zwischenlinie 62 verkürzt ist. Fig. 4c zeigt eine Formgebung des Elektronenstrahls 18, bei der eine vertikale Zwischenlinie 62 von nahezu maximaler Länge entsteht.

Eine Abbildung der Zwischenlinie 62 wird von der Verkleiner, rungslinse 36 und der Projektionslinse 42 auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert, um auf dem Werkstück, wie in Fig. 5A gezeigt, eine projizierte Linie 63 zu erzeugen, die eine vertikale oder horizontale Ausrichtung hat und deren Länge bis zu einer maximalen Länge l_m veränderlich ist, welche von den Abmessungen der Öffnungen 24, 34 bestimmt ist. Es ist offenkundig, daß der Zeilenstrahl durch Annäherungsbewegung der Abbildung 60 im Verhältnis zur zweiten Öffnung 34 auch in der Breite verändert werden kann. Die maximale Breite w wird durch die Breite jeder Figur, die die erste Öffnung 24 aufweist, bestimmt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die maximale Länge 1 der projizierten Linie 68 auf dem Werkstück drei Mikrometer und die maximale Breite w 0,2 Mikrometer. Fig. 4D zeigt die Austastung oder Abblendung des Elektronenstrahls 18_; wenn kein Überlappungsbereich zwischen der Ab-

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bildung 60 der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung 34 besteht.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Elektronenquelle 16 eine Kathode 64, eine Anode 66 und eine Wehnelt-Elektrode 67 auf, welche eine Abgabe von Elektronen von der Spitze der Kathode 64 weg unterdrückt und den Strahl in der Nähe der Anode 66 auf einen Querschnitt von minimalem Durchmesser bündelt. Zum ordnungsgemäßen Betrieb des Systems ist eine gleichförmige Elektronenstrahlbeleuchtung der ersten Öffnung 24 nötig, damit das Werkstück gleichmäßig belichtet werden kann. In einer bevorzugten Elektronenquelle l6 ist eine LaB^-Kathode mit flacher Spitze vorgesehen.

Die Belichtung eines willkürlich geformten Musters 70 durch Abtasten der projezierten Linie 68 von veränderlicher Länge ist in Fig. 5^A gezeigt. Es wird davon ausgegangen, daß das Muster 70 in vertikaler Abmessung kleiner ist als die maximale Länge l_m der Linie 68 und daß das Muster 70 keine Feldgrenze kreuzt. Der Bereich, der ohne Bewegung des Werkstücks abgetastet werden kann, ist von der Feldgrenze bestimmt. Anfangs wird der Elektronenstrahl 18, wie in Fig. 4C gezeigt, geformt und von den Ablenkspulen 40 an der linken Kante des Musters 70 angeordnet. Dann wird die vertikale projizierte Linie 68 mit konstanter Geschwindigkeit durch das Anlegen eines ständig zunehmenden Stroms an die Ablenkspulen 4O abtastend nach rechts bewegt. Gleichzeitig wird ein in Fig. 5B gezeigtes Formgebungssignal ?2 an den Formgebungsdeflektor 28 angelegt, und ein Korrektursignal 74, welches in Fig. 5C gezeigt ist, wird an den Korrekturdeflektor 38 angelegt. Das Formgebungssignal 72 vergrößert oder verkleinert die Länge der Linie 68 je nach Bedarf zur Belichtung des Musters 70. So nimmt z.B. vom Bereich a zum Bereich b in Fig. $A und 5B die Breite des Musters 70 und die Amplitude des Formgebungssignals 72 zu. Mit dem Korrektursignal 74 wird die ganze Linie 68 je nach den Erfordernissen des Musters 70 nach oben oder unten ver-

lagert. Das Muster 70 hat z.B. in den Bereichen c und d die gleiche Breite, wird jedoch vom Korrektufsignal 74 im Bereich d gegenüber dem Bereich c nach unten verlagert. Wenn die Linie 68 die rechte Kante des Musters 70 erreicht, wird sie ausgeblendet, wie Fig. 4D zeigt, und zu dem nächsten abzutastenden Muster verlagert. In ähnlicher Weise wird ein vertikal ausgerichtetes Muster durch Vertikale Bewegung einer horizontalen projizierten Linie 68 belichtet. Winkelmuster werden durch gleichzeitiges Anlegen entsprechender Ströme an die X- und Y-Bereiche der Ablenkspulen 40 erzeugt.

Wie schon erwähnt, ist die radiale Strahlspreizung aufgrund gegenseitiger Abstoßung der Elektronen einer der Faktoren, die zum Verlust an Auflösungsvermögen der projizierten Linie 68 beitragen. Die radiale Strahlspreizung <f ist etwa folgende

tf = (E. Goto et al», Bericht der 8. Int. Conf. _v3/2 über "Electron and lon Beam Science and ^{v a}F Technology," S» l40, 1978),

worin I_ß = Strahlstrora, V =* Strahl spannung, L = Länge, über die hinweg eine gegenseitige Einwirkung ab einer anfänglichen Definitionsbedingung erfolgt,Ct_ - Strahlhalbwinkel von der Projektionslinse zum Werkstück K = eine Konstante. Somit ist klar, daß die Strahlspreizung durch Verringern des Strahlstroms I_ß gemindert werden kann. Um jedoch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb zu erzislen, muß der das Werkstück erreichende Strom den größtmöglichen Wert haben»

Aus Fig. 4a ist zu entnehmen, daß die Kanten 80 und 82 der Zwischenlinie 62, die zur projizierten Linie 68 wird, von der zweiten Öffnung 34 bestimmt sind, während die Kanten 84 und 86 von der ersten Öffnung 24 bestimmt sind. Damit erfahren die Kanten 80, 82 eine Strahlspreizung über eine Entfernung L₁, wie Fig. 1 zeigt, und die Kanten 84, 86 eine Strahlstreuung über die Entfernung L₁ +L₉. Infolgedessen ist die

Strahlstreuung an den Kanten 84, 86 größer und diese Kanten haben eine schlechtere Auflösung auf dem Werkstück als die Kanten 80, 82. Eine radiale Strahlspreizung die oberhalb der ersten Öffnung 24 auftritt, hat keine Folgen, da die anfängliche Gestalt des Elektronenstrahls 18 von der ersten Öffnung 24 bestimmt wird.

Die radiale Strahlspreizung in der Elektronenstrahlsäule gemäß der Erfindung kann mit der Strahlspreizung in bekannten Säulen verglichen werden, bei denen die erste Formgebungsöffnung ein Quadrat ist. Für gegebene Werte von V und a_p kann der obige Ausdruck für $_r wie folgt umgeschrieben werden»

* _r = CI_B L

k worin C = eine Konstante. Wenn K = 10 , V = 20 Kilovolt und tp = 8 Milliradian, dann C = 0,44. Für die Kanten 84, 861

worin I₁ = der Strahlstrom zwischen der zweiten Öffnung 34 und dem Werkstück und I₂ = der Strahlstrom zwischen der ersten Öffnung 24 und der zweiten Öffnung 34.

In einem zur Erläuterung ausgewählten Beispiel der Erfindung hat die erste Öffnung 24 L-förmige Gestalt und jeder Schenkel dieser Gestalt hat eine Länge von 200 Mikrometer und eine Breite von 15 Mikrometer. Der durch die erste Öffnung 24 hindurchtretende Strahlstrom I₂ wird mit 1,5 Mikroampere angenommen. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird der Strahlstrom I₂ durch die zweite Öffnung 3k reduziert» Der maximale Strahlstrom I₁ wird mit 0,5 Mikroampere angenommene In diesem Beispielt L₂ = 0,2 Meter und L₁ = 0,3 Meter. Wenn diese Werte in den Ausdruck für «f eingesetzt werden, ergibt sich»

<f (Erfindung) = 0,2 Mikrometer.

Bei bekannten Elektronenstrahlsäulen wurde eine quadratische erste Öffnung zur Abtastung mit variabler Linie benutzt. Aus Vergleichsgründen sei angenommen, daß die quadratische erste Öffnung eine Seitenlänge von 200 Mikrometer hat und daß der gleiche Strom L, zum Werkstück erwünscht ist. Dann zeigt sich, daß der Strom I₂ proportional zur Fläche der ersten Öffnung zunimmt. Die quadratische Öffnung gemäß dem Stand der Technik hat eine etwa sechs mal so große. Fläche wie die L-förmige Öffnung bei dem hier gewählten Beispiel und läßt etwa sechs mal so viel Ström I₂ durch. Der Wert für I₂ beim Stand der Technik beträgt also 9 Mikroampere. Wenn diese Stromwerte in den Ausdruck für (f eingesetzt werden, ergibt sich«

Cf (Stand der Technik) = 0,86 Mikrometer.

Bei dem gewählten Beispiel ist also gemäß der Erfindung der Wert für<f_r auf weniger als
Stand der Technik reduziert.

Wert für<f_r auf weniger als ein Viertel des Wertes gemäß dem

Mit der Erfindung wird also ein Belichtungssystem mit einem Strahl geladener Teilchen geschaffen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik die radiale Strahlspreizung deutlich verringert und die Musterzeilenauflösung verbessert ist. Diese Verbesserung der Auflösung der Zeile bzw. Linie ermöglicht es, höhere Strahlströme an das Werkstück.anzulegen, ohne eine Einbuße an Auflösungsvermögen hinnehmen zu müssen und erlaubt folglich die Bestrahlung eines Werkstücks mit höherer Geschwindigkeit als bisher möglich.

Claims

Belichtungssystem mit einem Strahl geladener Teilchen

Priorität: 4. März 1982 - USA - Serial No. 354 822

Patentansprüche

ί Belichtungssystem mit einem Strahl geladener Teilchen zur wahlweisen Bestrahlung der Oberfläche eines mit einem Muster zu versehenden Werkstücks, bei dem der Strahl an der Oberfläche des Werkstücks einen Querschnitt hat, der eine projizierte Linie von veränderlicher Länge, gesteuerter Breite und einer von zwei orthogonalen Ausrichtungen aufweist, bestehend aus

einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahls geladener Teilchen,

einer Öffnungsplatte mit einer Öffnung, die zur Beleuchtung durch den Strahl geladener Teilchen angeordnet ist und den Strahl geladener Teilchen so formt, daß er einen Querschnitt erhält, der zwei insgesamt orthogonale, langgestreckte Figuren aufweist, die jeweils mindestens ein Paar einander benachbarter orthogonaler Kanten haben,

einer Formgebungsoffnungsplatte mit einer Formgebungsöffnung, die zwei einander benachbarte orthogonale Kanten hat, eine zwischen der Öffnungsplatte und der Formgebungsoffnungsplatte angeordnete Einrichtung, die eine Abbildung der langgestreckten Figuren auf die Formgebungsoffnungsplatte bündelt, eine Einrichtung, die die Abbildung der langgestreckten Figu-

ren gegenüber den orthogonalen Kanten der Formgebungsöffnung so ablenkt, daß sie eine Zwischenlinie von gewünschter Länge, Breite und Ausrichtung schafft, die in jedem beliebigen Zeitpunkt durch denjenigen Teil der Abbildung der langgestreckten Figuren bestimmt ist, der der Formgebungsöffnung überlagert ist,

einer Einrichtung, die eine verkleinerte Abbildung der Zwischenlinie auf das Werkstück projiziert und dadurch die projizierte Linie auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt, und eine Einrichtung, die die projizierte Linie auf eine beliebige bestimmte Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks richtet.
2. Belichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, orthogonale Schlitze aufweist.

daß die Öffnung zwei
3. Belichtungssystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung ein Paar längliche Öffnungen in orthogonaler Beziehung zueinander aufweist, die sich an einem Ende unter Schaffung einer einzigen Öffnung schneiden.
4. Belichtungssystem nach Anspruch 31

dadurch gekennzeichnet, daß jede der länglichen Öffnungen die Gestalt eines langgestreckten Rechtecks hat.
5. Belichtungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, Öffnung eine rechteckige Form hat.

daß die Formgebungs-
6. Belichtungssystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Abbildung ablenkt, elektrostatische Ablenkeinrich-

tungen aufweist, die die Zwischenlinie mit hoher Geschwindigkeit formen.
7. Belichtungssystem mit einem Strahl geladener Teilchen zur wahlweisen Bestrahlung der Oberfläche eines mit einem Muster zu versehenden Werkstücks, bei dem der Strahl an der Oberfläche des Werkstücks einen Querschnitt hat, der eine projizierte Linie von veränderlicher Länge, gesteuerter Breite und einer von zwei orthogonalen Ausrichtungen aufweist, bestehend aus

einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahls geladener Teilchen,

einer ersten Öffnungsplatte mit einer insgesamt L-förmigen_/ersten Öffnung, die von dem Strahl geladener Teilchen beleuchtet wird,

einer zweiten Öffnungsplatte mit einer zweiten Öffnung, die zwei einander benachbarte orthogonale Kanten hat, einer zwischen der ersten und zweiten Öffnungsplatte angeordneten Einrichtung, die eine Abbildung der ersten Öffnung auf der zweiten Öffnungsplatte bündelt,

einer Einrichtung, die die Abbildung der ersten Öffnung im Verhältnis zur zweiten Öffnung so ablenkt, daß eine Zwischenlinie von veränderlicher Länge und Breite und einer der beiden orthogonalen Ausrichtungen geschaffen wird, die zu jedem beliebigen Zeitpunkt von demjenigen Anteil der Abbildung der ersten Öffnung, der der zweiten Öffnung überlagert ist und von der Stellung der Abbildung im Verhältnis zu den orthogonalen Kanten bestimmt ist,

einer Einrichtung, die eine verkleinerte Abbildung der Zwischenlinie auf das Werkstück projiziert und dadurch die projizierte Linie auf der Oberfläche des Werkstücks schafft, und eine Einrichtung, die die projizierte Linie auf eine beliebige bestimmte Stelle auf der Oberfläche des Werkstücks richtet.

J JU / IJÜ
S.Belichtungssystem nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die insgesamt L-förmige erste Öffnung ein Paar Schenkel aufweist, die sich unter rechtem Winkel schneiden, und von denen jeder Schenkel die Form eines langgestreckten Rechtecks hat.
9. Belichtungssystem nach Anspruch 8,

dadurch gekennz eichnet, daß die zweite Öffnung rechteckige Gestalt hat, und daß die Zwischenlinie dadurch geschaffen wird, daß die Abbildung eines der Schenkel der ersten Öffnung auf einer der orthogonalen Kanten der zweiten Öffnung und parallel zu dieser angeordnet wird.
10. Belichtungssystem nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Abbildung der ersten Öffnung ablenkt, elektrostatische Ablenkeinrichtungen aufweist, die die Zwischenlinie mit hoher Geschwindigkeit formen, und daß die Einrichtung, die die projizierte Linie auf die Oberfläche des Werkstücks richtet, elektrostatische Ablenkeinrichtungen aufweist, die die projizierte Linie mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Werkstücks anordnen.