DE2702444B2

DE2702444B2 - Korpuskularstrahloptisches Gerät zur Abbildung einer Maske auf ein Präparat

Info

Publication number: DE2702444B2
Application number: DE2702444A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.- Ing. Frosien; Burkhard Dr.-Ing. Lischke; Andreas Dr.-Ing. Oelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-01-20
Filing date: 1977-01-20
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2702444C3; JPS5498578A; FR2378350B1; FR2378350A1; DE2702444A1; US4164658A; NL7713613A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein korpuskularstrahloptisches Gerät zur Abbildung einer durch ein Kondensorlinsensystem gleichmäßig mit einem Korpuskularstrahl beleuchteten Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat, mit einer Einrichtung zur Justierung der Maske relativ zum Präparat, bei der ein Bereich des Präparats, in dem eine Justiermaske vorgesehen ist, durch eine Sonde aus eine Prüföffnung der Maske durchsetzenden Korpuskeln bestrahlt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die von der Justiermarke ausgehende Strahlung registrieren. Ein derartiges Gerät, wie es z. B. aus einer Arbeit von Heritage, J. Vac. Sei. Technol., 12, 1975, Seiten 1135 bis 1140 bekannt ist, dient insbesondere zur Erzeugung von Mustern auf Halbleiterplättchen (Wafern) bei der Herstellung von integrierten Schaltungen.

Bei dem bekannten Gerät wird zur relativen Justierung von Maske und Präparat die Erregung des Kondensorlinsensystems derart erhöht, daß die Strahlquelle — ideale Linsen vorausgesetzt — punktförmig in die Maskenebene und damit durch das anschließende Projektionslinsensystem ebenfalls punktförmig in die Präparatebene abgebildet wird. Oberhalb der Maske liegt ein Ablenksystem; es wird so erregt, daß die durch den Strahl gebildete punktförmige Sonde die Prüföffnung in der Maskenebene abrastert. Dadurch entsteht in der Präparatebene ein Bild der Prüföffnung. In der Nähe des Präparats befindet sich ein Detektor, der am Wafer ausgelöste Sekundärelektronen registriert; das Detektorsignal wird einem Monitor zugeführt. Auf dem Bildschirm des Monitors erscheint dann ein Bild, das sowohl die Justiermarke wie das Bild der Prüföffnung enthält. Zur Justierung wird die Maske oder das Präparat so lange verschoben, bis das Bild der Prüföffnung und die Justiermarke sich decken. Nach der Justierung muß die Erregung des Kondensorlinsensystems wieder so verstellt werden, daß die Maske zur Abbildung ihrer gesamten Fläche auf das Fräparat integral beleuchtet ist. Eine exakte Rückstellung der Kondensorlinsenerregung ist jedoch nur mit Schwierigkeiten möglich, wenn die zu verstellende Kondensorlinse, wie es in der Regel der Fall ist, einen Eisenmantel aufweist

Da das Kondensorlinsensystem nicht aus idealen Linsen besteht, sondern Fehler aufweist, ist das Bild der Strahlquelle in der Maskenebene nicht punktförmig; das hat zur Folge, daß die Prüföffnung mit einer unvermeidlichen Unscharfe in die Präparatebene abgebildet wird. Dementsprechend ist auch die Genauigkeit der Justierung beschränkt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, die in der Umstellung der Kondensorerregung liegende Fehlerquelle zu beseitigen und die Abbildung der Prüföffnung auf die Justiermarke zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine zusätzliche Maske in Strahlrichtung gesehen über oder unter die abzubildende Maske bewegbar ist, die die Korpuskeln des die abzubildende Maske durch das Kondensorlinsensystem gleichmäßig beleuchtenden Korpuskularstrahls lediglich durch die Prüföffnung treten bzw. lediglich die durch die Prüföffnung der abzubildenden Maske hindurchgetretenen Korpuskeln des die abzubildende Maske durch das Kondensorlinsensystem gleichmäßig beleuchtenden Korpuskularstrahls zum Präparat gelangen läßt.

Es sei darauf hingewiesen, daß es aus der DE-AS 24 60 761 bei einem korpuskularstrahloptischen Gerät zur Abbildung einer Maske auf ein Präparat bekannt ist, Teile der abzubildenden Maske durch eine über ihr angeordnete zusätzliche Maske abzudecken, um nacheinander verschiedene Teile der Maske auf das Präparat abzubilden.

Bei dem Gerät nach der Erfindung ist das Kondensorlinsensystem während der Justierung in gleicher Weise erregt wie bei der betriebsmäßigen Abbildung der Maske auf das Präparat; zur Umstellung vom Justierungszustand auf den Betriebszustand braucht nur die zusätzliche Maske aus dem Strahlengang entfernt zu werden. Die optischen Fehler des Kondensorlinsensystems gehen in die Abbildung der Prüföffnung auf die Präparatebene nicht ein, so daß die Schärfe der Abbildung entsprechend größer ist als bei punktfönniger Sonde.

Zur Feststellung der relativen Lage von Prüföffnungsbild und Justiermarke kann ebenso wie bei dem bekannten Gerät der eingangs genannten Art in der Nähe des Präparats ein Detektor vorgesehen sein, der die von der Justiermarke ausgehende Strahlung, z. B. Rückstreu- oder Sekundärelektronen, registriert. Das Ausgangssignal des Detektors kann nach Verstärkung z. B. durch ein Instrument gemessen werden. Man kann jedoch auch den bei Bestrahlung über das Präparat fließenden Strom messen, wobei sich die Rück- oder Sekundärstrahlung des Präparats als Verminderung des Präparatstromes auswirkt.

Bei dem vorliegenden Gerät kann ebenfalls ein Ablenksystem vorgesehen sein, das die Sonde über den Bereich des Präparats führt, mit einem dazu synchronen Fernseh-Monitor, dessen Helligkeit durch die vom

Präparat ausgehende Strahlung gesteuert ist. Während das mit dem Monitor synchrone Ablenksystem jedoch bei dem bekannten Gerät der eingangs genannten Art oberhalb der Maske liegt, ist es hier zwiscnen der Maske und dem Präparat angeordnet Dieses Ablenksystem ermöglicht es, eine mehr oder weniger große Umgebung der Justiermarke abzutasten und auf dem Monitor abzubilden; es erleichtert dadurch das Auffinden der Justiermarke ohne mechanische Verstellung der Maske oder des Präparats.

Bei dem bekannten Gerät der eingangs genannten Art hat das oberhalb der Maske angeordnete, rasternde Ablenksystem ledigüch die Aufgabe, die Prüföffnung abzutasten; dabei wird das Bild der Prüföffnung auf der Präparatoberfläche nicht verschoben. Allerdings ist bei dem bekannten Gerät ein weiteres Ablenksystem zwischen Maske und Präparat vorgesehen, das jedoch nur statisch erregt, also nicht mit dem Fernseh-Monitor synchronisiert ist Es hat die Aufgabe, zur Teinjustierung von Maskenbild und Präparat eine mechanische Verschiebung eines dieser beiden Elemente durch eine Ablenkung des abbildenden Strahlenbündels zu ersetzen. Diese Aufgabe kann das bei dem vorliegenden Gerät verwendete Ablenksystem zusätzlich erfüllen.

Das Ablenksystem kann so gesteuert sein, daß die Sonde, d. h. das Bild der Prüföffnung, in Form eines Zeilenrasters über einen flächenhaften Bereich des Präparats geführt wird. Es kann jedoch auch genügen, die Sonde in Form eines sogenannten line scan nur über einen linienförmigen Bereich des Präparats zu führen, wobei dann der Schnittpunkt einer derartigen Linie mit einer vorzugsweise ebenfalls linearen Justiermarke festgestellt wird.

Die Erfindung ist unabhängig von dem abbildenden Strahlengang zwischen Maske und Präparat. Vorzugsweise wird jedoch ein aus der Arbeit von Heritage ebenfalls bekanntes Projektionslinsensystem aus zwei Linsen verwendet, deren gegenseitiger Abstand gleich der Summe ihrer Brennweiten ist (telezentrischer Strahlengang). In diesem Falle liegt mit Vorteil das Ablenksystem etwa in der hinteren Brennebene der — in Strahlrichtung gesehen — ersten Projektionslinse.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das dargestellte Gerät 1 besteht aus einer Elektronenquelle 2, einem dreistufigen Kondensorlinsensystem 3 mit den Linsen a, b und cund einem Projektionslinsensystem 6, das aus einer langbrennweitigen Zwischenlinse 7 und einer kurzbrennweitigen Abbildungslinse 8 zusammengesetzt ist Die Linsen 7 und 8 sind als magnetische Linsen ausgebildet. Sie sind vorzugsweise entgegengesetzt gleich erregt; das bedeutet, daß sie dieselbe Amperewindungszahl besitzen und daß die Richtungen ihrer Magnetfelder zueinander entgegengesetzt sind. Durch diese Art der Erregung in Verbindung mit dem telezentrischen Strahlengang wird erreicht, daß im Projektionslinsensystem der Verdrehungsfarbfehler, der Vergrößerungsfarbfehler und die isotrope Verzeichnung zu Null werden und die verbleibenden Fehler zumindest teilweise aufgehoben sind.

Mit 4 ist eine Maske bezeichnet, die verkleinert auf ein Präparat 11, z. B. ein Halbleiterplättchen, abgebildet wird. Der Strahlengang des Projektionslinsensystems 6 ist telezentrisch; die hintere Brennebene der Zwischenlinse 7 und die vordere Brennebene der Abbildungslinse 8 fallen in der Ebene 12 zusammen, die Maske 4 liegt in der vorderen Brennebene iO der Zwischenlinse 7 und das Präparat 11 liegt in der hinteren Brennebene 9 der Abbildungslinse 8.

In der Nähe der Maske 4 ist eine zusätzliche Maske 13 vorgesehen, die durch einen angedeuteten Trieb 14 in den Strahlengang eingeschwenkt oder aus ihm herausgezogen werden kann. Die Maske 4 besitzt eine Anzahl von Nutzöffnungen 4a und mehrere Prüföffnungen 4b, von denen in der Zeichnung eine sichtbar ist. Die zusätzliche Maske 13 besitzt nur wenigs Öffnungen üb, die mit einer oder mehreren Prüföffnungen 4b zur Deckung gebracht werden können. In ihrer eingeschwenkten Stellung deckt also die zusätzliche Maske 13 sämtliche Nutzöffnungen 4a der Maske 4 ab; in der Zeichnung ist angenommen, daß sie nur eine Prüföffnung 4b frei läßt. Es wird also nur die Prüföffnung 4b auf das Präparat abgebildet

in der Zeichnung liegt die zusätzliche Maske 13 unterhalb der abzubildenden Maske 4. Das hat den Vorteil, daß die gesamte Maske 4 ständig bestrahlt ist und daher während der Justierung dieselbe konstante Temperatur beibehält wie während der Abbildung.

Auf der belichteten Oberfläche des Präparats 11 befinden sich Prüfmarken, die sich gegenüber ihrer Umgebung beispielsweise durch eine hohe Sekundäremission auszeichnen. Die von ihnen ausgehenden Sekundärelektronen werden durch einen Detektor 16 registriert Die mit der Prüföffnung 4b korrespondierende Prüfmarke ist mit 15 bezeichnet.

In der gemeinsamen Brennebene 12 der Linsen 7 und 8 ist ein Ablenksystem 17 angeordnet, das aus zwei senkrecht zueinander angeordneten Spulenpaaren besteht. Bei Erregung dieses Ablenksystems wird das Bild der Prüföffnung 4b über die Oberfläche des Präparats 11 geführt, so daß die Prüfmarke 15, falls sie nicht sofort vom abbildenden Strahl getroffen wird, durch Änderung der Erregung des Ablenksystems 17 gesucht werden kann. Das Ausgangssignai des Detektors 16 steuert eine Fernsehbildröhre 18, deren Ablenksystem 19 synchron mit dem Ablenksystem 17 gesteuert ist. Bei rasterförmiger Ablenkung erhält man so unmittelbar ein Bild eines Teiles der Präparatoroberfläche mit der Prüfmarke 15; das Präparat 11 wird dann so lange verschoben, bis die Prüfmarke 15 bei symmetrischer Abbildung in der Mitte des Bildes liegt, also bei der Ablenkerregung Null voll getroffen wird. Zur Feinjustierung kann eine Restabweichung, die infolge der unvermeidlichen Ungenauigkeit mechanischer Antriebe nicht durch Verschiebung des Präparats beseitigt werden kann, durch eine konstante bleibende Erregung des Ablenksystems 17 ausgeglichen werden.

Durch die so hergestellte Übereinstimmung des Bildes der Prüföffnung 4b mit der Prüfmarke 15 ist die relative Lage von Maske und Präparat nur in einem Punkt festgelegt. In der Regel muß daher das erläuterte Verfahren mit einer anderen Prüföffnung der Maske 4 und einer anderen Prüfmarke des Präparats 11 wiederholt werden. Falls die zusätzliche Maske 13 nur eine öffnung 136 besitzt, kann diese beispielsweise durch Drehung von 13 um die optische Achse 5 des Gerätes an die Stelle der zweiten Prüföffnung 4b gebracht werden. Die zusätzliche Maske 13 kann jedoch auch mehrere öffnungen 13b aufweisen, die bei Drehung von 13 nacheinander mit Prüföffnungen 4feder Maske 4 zur Deckung gelangen.

Wie bereits bemerkt, kann es vorteilhaft sein, das Präparat 11 nicht flächenhaft, sondern linear im sogenannten line scan abzutasten. Hierfür ist dann nur ein Spulenpaar des Ablenksystems 17 erforderlich. Im alleemeinen wird ein zweiter line scan in zum ersten line

scan senkrechter Richtung erforderlich sein, wofür das zweite Spulenpaar des Ablenksystems 17 eingesetzt werden kann.

Die Lage des Ablenksystems 17 in der gemeinsamen Brennebene 12 der Linsen 7 und 8 ist nicht zwingend; es kann z. B. von Vorteil sein, das Ablenksystem 17 etwa in der Mittclebene der Linse 8 anzubringen.

Zur betriebsmäßigen Abbildung der gesamten Maske auf das Präparat It ist jetzt nur noch die zusätzliche Maske 13 aus dem Strahlengang zu entfernen; die Erregung des Kondensorlinsensystems 3 wie auch die der Linsen 7 und 8 bleibt unverändert, so daß Fehler durch eine Umstellung der Optik zwischen Justierung und Abbildung nicht eintreten können. Es kann zweckmäßig sein, bei der betriebsmäßigen Abbildung die Prüföffnungen 4b abzudecken.

Die Prüfmarke 15 kann auf dem Präparat ausschließlich zum Zwecke der Justierung vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, als Prüfmarken Strukturen des Präparats zu verwenden, die durch eine vorausgegangene Bearbeitung des Präparats entstanden sind und bei dem fertigen Präparat, also z. B. in einer integrierten Schaltung, eine Nutzfunktion haben. Ebenso ist es möglich, als Prüföffnung 4b keine besondere Öffnung in der Maske 4 vorzusehen, sondern eine der Nutzöffnungen 4a zu verwenden.

Die Erfindung ist nicht auf Geräte mit magnetischen Linsen beschränkt; es können vielmehr auch elektrostatische Linsen verwendet werden. Sie ist auch unabhängig von der Art der zur Abbildung verwendeten Korpuskeln: sie kommt sowohl für elektronen- wie für ionenoptische Geräte in Betracht. Das Gerät dient vor

is allem zur verkleinernden Abbildung der Maske auf das Präparat; der AbbildungsmaÖstab liegt in der Regel in der Größenordnung 10.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Korpuskularstrahloptisches Gerät zur Abbildung einer durch ein Kondensorlinsensystem gleichmäßig mit einem Korpuskularstrahl beleuchteten Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat, mit einer Einrichtung zur Justierung der Maske relativ zum Präparat, bei der ein Bereich des Präparats, in dem eine Justiermarke vorgesehen ist, durch eine Sonde aus eine Prüföffnung der Maske durchsetzenden Korpuskeln bestrahlt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die von dem Präparat ausgehende Strahlung registrieren, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Maske (13) in Strahlrichtung gesehen über oder unter die abzubildende Maske (4) bewegbar ist, die die Korpuskeln des die abzubildende Maske (4) durch das Kondensorlinsensystem (3) gleichmäßig beleuchtenden Korpuskularstrahl lediglich durch die Prüföffnung (4b) treten bzw. lediglich die durch die Prüföffnung (4b) der abzubildenden Maske (4) hindurchgetretenen Korpuskeln des die abzubildende Maske (4) durch das Kondensorlinsensystem (3) gleichmäßig beleuchtenden Korpuskularstrahls zum Präparat (11) gelangen läßt.

2. Korpuskularstrahloptisches Gerät nach Anspruch 1, mit einem Ablenksystem, das die Sonde über den Bereich des Präparats führt, und einem dazu synchronen Fernseh-Monitor, dessen Helligkeit durch die von dem Präparat ausgehende Strahlung gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem (17) zwischen der abzubildenden Maske (4) und dem Präparat {11) liegt.