DE4418930A1 - Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf Substraten mittels Korpuskularstrahl-Lithographie - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf Substraten mittels Korpuskularstrahl-LithographieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von
Mustern auf Substraten mittels
Korpuskularstrahl-Lithographie mit überlappenden
Adreßfeldern, wobei der Korpuskularstrahl zum Schreiben der
Muster innerhalb jeweils eines Schreibfeldes elektrisch
abgelenkt wird und eine Verschiebung des Substrats zur
Bildung von mehreren Schreibfeldern erfolgt.
In der konventionellen Korpuskularstrahl-Lithographie werden
die zu belichtenden Flächen aus Feldern und Unterfeldern
zusammengesetzt. Dabei werden die Unterfelder - im folgenden
auch Schreibfelder genannt - entsprechend einer Eichung des
Lithographie-Gerätes durch elektronische Ablenkmaßnahmen
zueinander positioniert und die Felder durch Verschieben des
Tisches in den Belichtungsbereich gebracht. Nach dem Messen
einer neuen Tischposition und anschließender
Differenzkorrektur zum Sollwert werden die Muster plaziert
und anschließend belichtet. Die dabei auftretenden
Rasterverschiebungen liegen je nach Spezifikation des
Lithographie-Gerätes bei 100 nm. Dieser Fehler ist bei
feineren Mustern, die sich über mehrere Schreibfelder
erstrecken, äußerst nachteilig. Eine höhere Genauigkeit kann
nur erreicht werden innerhalb eines Schreibfeldes, das ohne
Verschiebung des Tisches geschrieben werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein
Verfahren zur Aufbringung von Mustern auf ein Substrat
anzugeben, das auch bei einer Gesamtgröße des jeweiligen
Musters, welches die Größe des ohne Tischverschiebung
erreichten Schreibfeldes überschreitet, eine hohe
Genauigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im
Zusammenhang mit dem Schreiben jeweils eines Schreibfeldes
im Überlappbereich der Adreßfelder mindestens eine lesbare
Marke erzeugt wird, die eine vorgegebene relative Lage zum
Schreibfeld aufweist, daß eine Verschiebung zum Schreiben
von Mustern eines weiteren Schreibfeldes erfolgt, daß die
Marke gelesen wird, daß die Ist-Lage der Marke relativ zum
weiteren Schreibfeld ermittelt und mit einer Soll-Lage
relativ zum weiteren Schreibfeld verglichen wird und daß
entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur
der Muster des weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt Genauigkeiten von
wenigen Nanometern, so daß äußerst feine Muster auch dann
geschrieben werden können, wenn sie über die Größe eines
Schreibfeldes hinausragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, daß
zu seiner Durchführung ein größtenteils konventionelles
Lithographie-Gerät geeignet ist. Ein solches
Lithographie-Gerät ist beispielsweise in der Einleitung zum
Lithographie-System JEOL-5DII der JEOL Ltd., Tokio
beschrieben. Ferner sind Verfahren zur
korpuskularstrahl-induzierten Deposition, also zur additiven
Lithographie, bekannt, beispielsweise durch
H.W.P. Koops, R. Weiel, D.P. Kern, T.H. Baum, J. Vac. Sci.
Technol. B6(1) (1988) 477,
H.W.P. Koops, J. Kretz, M. Rudolph, M. Weber "Constructive 3-Dimensional Lithography with Electron Beam Induced Deposition for Quantum Effect Devices" J. Vac. Sci. Technol. BII(6) (1993) 2386-2389,
J. Kretz, M. Rudolph, M. Weber, H.W.P. Koops, "Three dimensional structurization by additive lithography, analysis of deposits using TEM and EDX, and application to field emitter tips", Microcircuit Engineering 23 (1994) 477-481.
H.W.P. Koops, J. Kretz, M. Rudolph, M. Weber "Constructive 3-Dimensional Lithography with Electron Beam Induced Deposition for Quantum Effect Devices" J. Vac. Sci. Technol. BII(6) (1993) 2386-2389,
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Lagekorrektur durch eine zusätzliche Ablenkung des
Korpuskularstrahls durchgeführt. Bei einer weiteren
Ausführungsform erfolgt die Lagekorrektur durch eine
Umrechnung von Daten, welche die Muster darstellen.
Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß die Marken durch korpuskularstrahl-induzierte
Deposition gebildet werden. Hierdurch ist in einfacher Weise
eine Abtastung der Marken mit Hilfe des Korpuskularstrahls
und eines geeigneten Signaldetektors möglich, der
beispielsweise Sekundärelektronen, die von einer Marke
austreten, detektiert.
Bei dieser Weiterbildung ist es vorteilhaft, wenn im Falle
der Belichtung durch konventionelle Lithographie zur Bildung
der Marken die angewandte Dosis gegenüber der beim
Aufbringen der Muster angewandten Dosis wesentlich erhöht
ist.
Ferner kann bei dieser Weiterbildung vorgesehen sein, daß
eine zur Bildung der Marken erforderliche Substanz zugeführt
wird, wenn der Korpuskularstrahl auf die für die Marke
vorgesehene Fläche gerichtet ist. Ein Reservoir für diese
Substanzen kann gegebenenfalls entfallen, wenn die
Lackschicht oder die Probe selbst eine Quelle für die
additive Kontamination ist, die als Marke benutzt werden
kann. Gegebenenfalls reichen Entwicklerreste, wodurch eine
möglicherweise auftretende Verschmutzung der Probe entfällt.
Im Falle der Verwendung eines Rastersondenmikroskops zur
Lithographie können die Marken durch Raumladung in der
Oberfläche des Substrats oder durch gezielte strukturelle
Veränderung in vorgegebene geometrische Muster erzeugt
werden.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Marken eine Form aufweisen, die eine
Unterscheidung von anderen auf der Substratfläche
befindlichen Objekten mit Hilfe von
Bildverarbeitungsverfahren ermöglicht. Die Form kann
beispielsweise eine runde Scheibe oder ein Paar runder
Scheiben oder eine andere ausgeprägte geometrische Form
sein, die sich von unregelmäßig geformten anderen Objekten
deutlich unterscheidet und mit Hilfe von an sich bekannten
Bildverarbeitungsverfahren erkannt werden kann.
Diejenigen Flächen des Substrats, bei denen die Marken
aufgebracht wurden, scheiden an sich für die Aufbringung
weiterer Muster aus. Sollte im Einzelfall die von den Marken
besetzte Fläche für Muster benötigt werden, so ist gemäß
einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß die Marken
löschbar sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die
Marken durch strahlunterstütztes Ätzen entfernt werden.
Bei einer Verwendung eines Rastersondenmikroskops zur
Lithographie können Marken, die durch Raumladung erzeugt
wurden, durch Ladungskompensation und durch
Strukturveränderungen erzeugte Marken durch
Rückgängigmachung der Strukturveränderungen entfernt werden.
Mit einer anderen erfindungsgemäßen Weiterbildung wird das
Auffinden einer Marke dadurch beschleunigt, daß zum
Auffinden einer Marke der Korpuskularstrahl spiralförmig
abgelenkt wird, wobei die jeweils mit einer Umrundung eines
Anfangspunktes vorgenommene Vergrößerung des Abstandes vom
Anfangspunkt kleiner als der Durchmesser bzw. die
Kantenlänge der Marke ist. Vorzugsweise ist dabei
vorgesehen, daß nach dem Auffinden einer Marke deren Lage
durch weitere Abtastung genauer ermittelt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematische Darstellungen von Schreibfeldern und
den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandten
Marken und
Fig. 2 eine Anordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1a ist mit 1 eine Fläche auf einem im übrigen nicht
dargestellten Substrat bezeichnet, welche durch Ablenkung
des Korpuskularstrahls erreichbar ist. Die Ablenkung wird
digital gesteuert, wobei einzelnen Punkten des Feldes
Adressen zugeordnet sind. Das Feld 1 entspricht daher der
Menge aller möglichen Adressen und wird daher auch Adreßfeld
genannt. Innerhalb des Adreßfeldes 1 befindet sich ein Feld
2, auf dem das Muster geschrieben werden soll. Dieses wird
deshalb im folgenden Musterfeld oder Schreibfeld genannt.
Außer dem Schreibfeld 2 befinden sich innerhalb des
Adreßfeldes 1 noch Freiflächen 3 mit für Marken 5
vorgesehenen Positionen 4, die vorgegebene örtliche
Zuordnungen zu dem Schreibfeld 2 aufweisen.
Vor oder nach dem Schreiben des Musters im Schreibfeld 2
werden an einer oder mehreren der Positionen 4 Marken
aufgebracht. Dieses erfolgt, wie bereits erwähnt, durch
korpuskularstrahl-induzierte Deposition. Ziel dieser
Deposition ist es, einen Kontrast bei einer späteren
Abtastung mit Hilfe des Korpuskularstrahls und eines
geeigneten Signaldetektors zu erzielen. Deshalb ist die
Verwendung einer Substanz mit ausreichend hohem
Sekundärelektronenkontrast gegenüber dem auf das Substrat
aufgebrachten Lack vorteilhaft. Sehr gute Ergebnisse wurden
mit einer Goldverbindung erzielt. Es sind jedoch auch
Kohlenstoffverbindungen möglich. Voraussetzung für eine
ausreichende Erkennbarkeit der Marken ist ein
Signalrauschverhältnis von mindestens drei.
An welchen Positionen 4 Marken 5 aufgetragen werden, hängt
davon ab, in welcher Richtung die Muster durch weitere
Schreibfelder verlängert werden sollen. Bei dem in den
Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel wurden
zwei Marken rechts oben und rechts unten aufgebracht, da ein
weiteres Schreibfeld 8 rechts an das Schreibfeld 2 angesetzt
werden soll (Fig. 1b). Durch die erwähnten Ungenauigkeiten
kommt jedoch das weitere Schreibfeld nach einer Verschiebung
des Tisches bei 7 zu liegen, das heißt, es schließt nicht
kontinuierlich an das Schreibfeld 2 an.
Dem fehlerhaft liegenden weiteren Schreibfeld 7 sind ein
Adreßfeld 1′ und Markenpositionen 41 zugeordnet. Diese
weisen gegenüber dem verschobenen weiteren Schreibfeld 7 die
richtige Soll-Lage auf, während sich die Marken 5 des
Schreibfeldes 2 in einem Abstand dazu befinden, der dem
Fehler entspricht. Bei der Darstellung gemäß Fig. 1b
entspricht die Verschiebung in y-Richtung dem Wert dy und in
x-Richtung dem Wert dx. Durch an sich bekannte Methoden der
Bildverarbeitung werden die gelesenen Marken 5, 6 erkannt
und ihre Lage im Koordinatensystem ermittelt, worauf ein
Vergleich mit den Marken 4′ erfolgt. Entsprechend den daraus
gewonnenen Werten dy und dx wird das weitere Schreibfeld von
der Lage 7 in die Lage 8 verschoben. Für ein drittes
Schreibfeld können dann Marken 9 berechnet und aufgebracht
werden.
Aus Fig. 1b ist erkennbar, daß für den Fall einer Anordnung
eines Schreibfeldes gleicher Größe unterhalb des
Schreibfeldes 2 die untere Marke 5 stört. Deshalb ist der
Bereich der Marken bei der Ausbildung der Muster
auszusparen, soweit die Art der Muster dieses zulassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch auch
möglich, die Marken 5 zu löschen und die freigewordene
Fläche zu beschreiben.
Es besteht ferner die Möglichkeit, Marken in Felder zu
setzen, die bei der Musterdefinition als solche erkannt
wurden, wo verbleibende Marken und Suchfeldbelichtungen die
Funktion des erzeugten Schaltkreises nicht beeinflussen.
Fig. 2 zeigt Teile eines Lithographie-Gerätes soweit sie zur
Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich
sind. Der von einer Korpuskularstrahl-Quelle 10 ausgehende
Korpuskularstrahl passiert eine Ablenkeinrichtung 12 und
eine Fokussiereinrichtung 11, bevor er auf eine für
Korpuskularstrahlen empfindliche Schicht 18 des Substrats 13
auftrifft. Dieses ist auf einem im einzelnen nicht
dargestellten Tisch befestigt, der in y- und in x-Richtung
20 verschiebbar ist.
Ein Signaldetektor zeigt Sekundärelektronen oder andere
Sekundärteilchen an, die durch den Korpuskularstrahl
induziert die Oberfläche der Schicht 18 verlassen. Ein
Reservoir 19 stellt die für die additive Lithographie
erforderliche Substanz zur Verfügung. Zur Steuerung der
einzelnen Vorgänge dient ein Mikroskopsteuerrechner 15, von
dem ein Ausgang über einen Digital/Analog-Wandler 16 mit der
Ablenkeinrichtung 12 verbunden ist. Ein Eingang des
Mikroskopsteuerrechners 15 ist über einen
Analog/Digital-Wandler 17 an einen Ausgang des Detektors 14
angeschlossen.
Der Mikroskopsteuerrechner 15 ist über eine Einrichtung 21
zur Bildverarbeitung und Musterdatenvorbereitung mit einer
Einrichtung 22 zur Musterdatengenerierung und
Lithographie-Ablaufsteuerung verbunden. In der Einrichtung
22 sind alle diejenigen Informationen enthalten, die das zu
schreibende Muster betreffen. Diese werden in der
Einrichtung 21 aufbereitet. Ferner wird in der Einrichtung
21 eine Bildverarbeitung zum Erkennen der Marken
durchgeführt und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
die das Muster betreffenden Daten entsprechend der somit
errechneten Verschiebung umgerechnet. Das Ergebnis der
Umrechnung wird dann über den Mikroskopsteuerrechner 15 und
den Digital/Analog-Wandler 16 zur Ablenkung des
Korpuskularstrahls verwendet. Bei einer anderen
Ausführungsform der Erfindung bleiben die Daten an sich
erhalten; es wird lediglich im Mikroskopsteuerrechner eine
zusätzliche Ablenkgröße der von der Einrichtung 21 erzeugten
Ablenkgröße hinzugefügt und ebenfalls über den
Digital/Analog-Wandler 16 der Ablenkeinrichtung 12
zugeleitet. Die zusätzliche Ablenkgröße kann auch einem
weiteren entsprechenden Ablenkspulenpaar durch einen ähnlich
gebauten gröberen Digital/Analog-Wandler zugeführt werden.
Claims (15)
1. Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf Substraten
mittels Korpuskularstrahl-Lithographie mit überlappenden
Adreßfeldern, wobei der Korpuskularstrahl zum Schreiben der
Muster innerhalb jeweils eines Schreibfeldes elektrisch
abgelenkt wird und eine Verschiebung des Substrats zur
Bildung von mehreren Schreibfeldern erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit dem Schreiben
jeweils eines Schreibfeldes im Überlappbereich der
Adreßfelder mindestens eine lesbare Marke erzeugt wird, die
eine vorgegebene relative Lage zum Schreibfeld aufweist, daß
eine Verschiebung zum Schreiben von Mustern eines weiteren
Schreibfeldes erfolgt, daß die Marke gelesen wird, daß die
Ist-Lage der Marke relativ zum weiteren Schreibfeld
ermittelt und mit einer Soll-Lage relativ zum weiteren
Schreibfeld verglichen wird und daß entsprechend dem
Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur der Muster des
weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagekorrektur durch eine zusätzliche Ablenkung des
Korpuskularstrahls durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lagekorrektur durch eine Umrechnung von Daten erfolgt,
welche die Muster darstellen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch
korpuskularstrahl-induzierte Deposition gebildet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
im Falle der Belichtung durch konventionelle Lithographie
zur Bildung der Marken die angewandte Dosis gegenüber der
beim Aufbringen der Muster angewandten Dosis wesentlich
erhöht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
eine zur Bildung der Marken erforderliche Substanz zugeführt
wird, wenn der Korpuskularstrahl auf die für die Marke
vorgesehene Fläche gerichtet ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Marken durch Raumladung in der
Oberfläche des Substrats erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Marken durch gezielte strukturelle
Veränderung in vorgegebene geometrische Muster erzeugt
werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Marken eine Form aufweisen,
die eine Unterscheidung von anderen auf der Substratfläche
befindlichen Objekten mit Hilfe von
Bildverarbeitungsverfahren ermöglicht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Marken löschbar sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Marken durch strahlunterstütztes Ätzen entfernt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Marken durch Ladungskompensation entfernt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Marken durch Rückgängigmachung der Strukturveränderungen
entfernt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffinden einer Marke der
Korpuskularstrahl spiralförmig abgelenkt wird, wobei die
jeweils mit einer Umrundung eines Anfangspunktes
vorgenommene Vergrößerung des Abstandes vom Anfangspunkt
kleiner als der Durchmesser bzw. die Kantenlänge der Marke
ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Auffinden einer Marke deren Lage durch weitere
Abtastung genauer ermittelt wird.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19944418930 DE4418930B4 (de) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf Substraten mittels Korpuskularstrahl-Lithographie |
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Publications (2)
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DE4418930A1 true DE4418930A1 (de) | 1995-12-07 |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4418930B4 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19921089A1 (de) * | 1999-04-30 | 2000-11-09 | Hertz Inst Heinrich | Verfahren zur Herstellung einer regelmäßigen Gesamtrasterstruktur und Anwendung des Verfahrens |
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- 1994-05-31 DE DE19944418930 patent/DE4418930B4/de not_active Expired - Lifetime
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US7332730B2 (en) | 2004-11-16 | 2008-02-19 | Leica Microsystems Lithography Gmbh | Device and method for imaging a multiple particle beam on a substrate |
Also Published As
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DE4418930B4 (de) | 2004-10-07 |
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Owner name: NAWOTEC GMBH, 64380 ROSSDORF, DE |
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