DE4418930B4

DE4418930B4 - Verfahren zum Erzeugen von Mustern auf Substraten mittels Korpuskularstrahl-Lithographie

Info

Publication number: DE4418930B4
Application number: DE19944418930
Authority: DE
Inventors: Hans W. P. Dr. Koops
Original assignee: Nawotec GmbH
Current assignee: Nawotec GmbH
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2014-06-01
Also published as: DE4418930A1

Abstract

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, wobei 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, wobei eine Verschiebung zum Schreiben von Mustern eines weiteren Schreibfeldes erfolgt, wobei die Marke gelesen wird, wobei die Ist-Lage der Marke relativ zum weiteren Schreibfeld ermittelt und mit einer Soll-Lage relativ zum weiteren Schreibfeld verglichen wird und wobei entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur der Muster des weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch korpuskularstrahl-induzierte Deposition gebildet werden und daß die zur Bildung der Marken angewandte Dosis gegenüber der beim Aufbringen der Muster angewandten Dosis wesentlich erhöht ist.

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, wobei 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, wobei eine Verschiebung zum Schreiben von Mustern eines weiteren Schreibfeldes erfolgt, wobei die Marke gelesen wird, wobei die Ist-Lage der Marke relativ zum weiteren Schreibfeld ermittelt und mit einer Soll-Lage relativ zum weiteren Schreibfeld verglichen wird und wobei entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur der Muster des weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird.
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.
Aus DE 35 03 290 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Justiermarken, Eich- und Meßstrukturen im Sub-Mikrometerbereich bekanntgeworden, wie sie insbesondere bei der Erzeugung von integrierten Halbleiterschaltungen in der Elektronen- und Ionenstrahlschreib- und -meßtechnik verwendet werden. Dabei werden latente sichtbare Markenbilder bei der Belichtung erzeugt, wobei Muster und Registriermarke in Positivlack überbelichtet werden und an dem latenten Bild das nächste Feld justiert wird. Dabei weisen die Marken jedoch einen geringen Konstrast gegenüber ihrer Umgebung auf, so daß die Erfassung der Marken zum anschließenden Justieren schwierig ist.
Durch DE 27 26 173 A1 ist die Herstellung von Marken durch Ionenstrahlätzen bekanntgeworden, was jedoch ein separater Prozeßschritt ist und nicht während des Belichtungsvorganges ausgeführt wird. Ferner beschreibt US 5,132,195 ein Verfahren der Linienmarkendetektion. Hier werden die Marken ebenfalls durch separate lithographische Verfahren mit mehreren Prozeßschritten erzeugt.
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 und innerhalb der zur Lithographie verwendeten Verfahren kontrastreiche Marken ergibt, die gut auswertbar sind.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Marken durch korpuskularstrahl-induzierte Deposition gebildet werden und daß die zur Bildung der Marken angewandte Dosis gegenüber der beim Aufbringen der Muster angewandten Dosis wesentlich erhöht ist.
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.
Ferner kann bei dieser Ausführungsform 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 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung die Marken durch Raumladung in der Oberfläche des Substrats erzeugt werden.
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. B11(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.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lagekorrektur durch eine zusätzliche Ablenkung des Korpuskularstrahls durchgeführt. Bei einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die Lagekorrektur durch eine Umrechnung von Daten, welche die Muster darstellen.
Eine 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 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:
1 schematische Darstellungen von Schreibfeldern und den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewandten Marken und
2 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 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 geeigeneten 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 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 (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 4' 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 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 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.
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

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, wobei 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, wobei eine Verschiebung zum Schreiben von Mustern eines weiteren Schreibfeldes erfolgt, wobei die Marke gelesen wird, wobei die Ist-Lage der Marke relativ zum weiteren Schreibfeld ermittelt und mit einer Soll-Lage relativ zum weiteren Schreibfeld verglichen wird und wobei entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur der Muster des weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch korpuskularstrahl-induzierte Deposition gebildet werden und daß die zur Bildung der Marken angewandte Dosis gegenüber der beim Aufbringen der Muster angewandten Dosis wesentlich erhöht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Bildung der Marken erforderliche Substanz zugeführt wird, wenn der Korpuskularstrahl auf die für die Marke vorgesehene Fläche gerichtet ist.
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, wobei 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, wobei eine Verschiebung zum Schreiben von Mustern eines weiteren Schreibfeldes erfolgt, wobei die Marke gelesen wird, wobei die Ist-Lage der Marke relativ zum weiteren Schreibfeld ermittelt und mit einer Soll-Lage relativ zum weiteren Schreibfeld verglichen wird und wobei entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs eine Lagekorrektur der Muster des weiteren Schreibfeldes vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch Raumladung in der Oberfläche des Substrats erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagekorrektur durch eine zusätzliche Ablenkung des Korpuskularstrahls durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagekorrektur durch eine Umrechnung von Daten erfolgt, welche die Muster darstellen.
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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken nach der Ermittlung ihrer Lage gelöscht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch strahlunterstütztes Ätzen entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken durch Ladungskompensation entfernt werden.
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.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auffinden einer Marke deren Lage durch weitere Abtastung genauer ermittelt wird.