DE2704441A1

DE2704441A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestrahlung einer werkstueckflaeche

Info

Publication number: DE2704441A1
Application number: DE19772704441
Authority: DE
Inventors: Robert Jacob Collier; Michael George Robert Thomson
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1976-02-05
Filing date: 1977-02-03
Publication date: 1977-08-11
Also published as: GB1557924A; FR2340616A1; CA1149086A; JPS5426875B2; JPS52103967A

Description

BLUMBACH . WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ^ ■ * ·

5"

Patenlconsull RadedcestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telelon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Palenlconsull

Western Electric Company

Incorporated
New York, N.Y. 10007, USA Collier, R. J. 14-1

Vorrichtung und Verfahren zur Bestrahlung einer Werkstückfläche

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestrahlung einer Werkstückfläche mit einer ersten Einrichtung, die einen Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über die Fläche führt.

In der US-Patentschrift 3.900.737 ist ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem (EBES = Electron Beam Exposure System) zur Erzeugung von sehr feinen Masken hoher Qualität für integrierte Schaltungen beschrieben. Mit Hilfe dieses Systems können Muster auch direkt auf lackbeschichtete Halbleiterplättchen belichtet werden. Bei diesem System wi rd ein kontinuierliches Durchlaufen der Maske oder des Halbleiter plättchens mit einer periodischen Ablenkung des Elektronenstrahls nach Art einer Rasterabtastung kombiniert.

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P.C. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. D'.jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Für das Verfahren nach dem vorstehend beschriebenen System ist es erforderlich, daß ein von einer Kathode emittierter Elektronenstrahl zu einem kleiner als ein Mikrometer großem Fleck auf eine elektronenempfindliche Abdeckschicht fokusäert wird. In der Praxis entspricht der Durchmesser des Flecks außerdem der Adressenabmessung des Systems. Bei einem speziellen praktischen Ausführungsbeispiel von EBES wird der Elektronenstrahl auf einen Fleck von 0, 5 Mikrometer (μηα) im Durchmesser auf die Abdeckschicht fokussiert und bei seiner rasterartigen Abtastbewegung über einen Bereich der Schicht ein- und ausgeschaltet. Jede Abtastzeile des Rasters besitzt eine Breite von einer Adressendimension und eine Länge von 256 Adressendimensionen. Ein solches System erfüllt wichtige Forderungen für Geräte mittlerer Auflösung (Linienbreiten von etwa 2 pm mit einer Auflösung von 0, 5 /im), zeigt aber nicht die äußersten Grenzen für die Möglichkeiten von EBES.

Es sind zahlreiche Abänderungen von EBES möglich, um es an den zunehmenden Bedarf nach Bauteilen mit noch kleineren Strukturen anzupassen. Wenn man beispielsweise Strukturen mit Minimalabmessungen von 1/im bei einer Auflösung von 0, 25 μπι schreiben will, und zwar unter Verwendung der in der oben genannten US-Patentschrift beschriebenen

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EBES-Abtastung, so kann man einen Elektronenstrahlfleck mit einem Durchmesser von 0, 25 ^m benutzen. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die zur Belichtung eines gegebenen Bereichs erforderliche Zeit zunimmt, und zwar bei dem Beispiel um den Faktor 4. Für viele Anwendungsmöglichkeiten von praktischer Bedeutung ist dieser Nachteil nicht akzeptabel.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Bestrahlungsvorrichtung und -verfahren zu schaffen, bei dem der erläuterte Nachteil nicht oder nur in geringerem Maße auftritt.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung, die abhängig von einem Steuersignal die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen beim Führen des Strahles verändert.

Dabei kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die erste Einrichtung den Strahl rasterartig über die Fläche führt und daß die zweite Einrichtung die Ausdehnung des Strahles abhängig von dem Steuersignal rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert.

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Außerdem besteht die Möglichkeit, daß in Weiterbildung der Erfindung die zweite Einrichtung eine Einrichtung aufweist, die dem Strahl eine vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, ferner eine Lochblende, die so angeordnet ist, daß sie denjenigen Teil des Strahles mit der vorbestimmten Querschnittsfläche durchläßt, welcher das Loch der Blende überdeckt, und eine Einrichtung, die den Strahl mit der vorbestimmten Querschnittsfläche zur Änderung seiner Ausrichtung mit Bezug auf die Lochblende in Abhängigkeit von dem Steuersignal ablenkt, um die Ausdehnung des Strahles zu verändern.

Außerdem besteht die Möglichkeit, daß die Einrichtung, die dem Strahl die vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, eine Lochblende aufweist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Lochblende im Bereich ihrer Aussparung gleichmäßig mit dem Strahl auszuleuchten. Darüberhinaus kann eine Einrichtung zur Bündelung des durch die erstgenannte Lochblende durchgelassenen Strahls und zur Fokussierung auf die Werkstückfläche vorgesehen sein. Die Ablenkeinrichtung läßt sich so auslegen, daß der Strahl abhängig von dem Steuersignal in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen ablenkbar ist.

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Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Austastung des Strahls abhängig von einem Steuersignal, um sein Auftreffen auf die Werkstückfläche zu verhindern.

Außerdem kann die Ablenkeinrichtung den Strahl in Abhängigkeit von dem Steuersignal soweit ablenken, daß der Strahl mit seiner Querschnittsfläche die erstgenannte Lochblende im Bereich ihrer Aussparung nicht mehr überdeckt, so daß damit verhindert ist, daß der Strahl auf die Werkstückfläche auftrifft.

Die Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe außerdem ein Verfahren zur Bestrahlung einer Werkstückfläche vor, bei dem ein Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über eine Fläche geführt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen beim Führen des Strahles selektiv geändert wird. Dabei kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Strahl rasterartig über die Fläche geführt wird, daß die Ausdehnung des Strahles rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert wird und daß der Strahl beim Abtasten in seiner Intensität moduliert wird.

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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektro-

nenstrahlsäule zur Erzielung einer Rasterabtastung mit variabler Fleckgrößer

Fig. 2 und 3 die geometrischen Abmessungen von zwei

Öffnungen, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 benutzt werden können;

Fig. 4 bis 11 überlagerte Darstellungen der Öffnungen gemäß

Fig. 2 und 3, die das Ergebnis bei der Ablenkung des Bildes der Öffnung gemäß Fig. 2 mit Bezug auf die Öffnung gemäß Fig. 3 darstellen;

Fig. 12 einen Abschnitt eines Musters, der mit Hilfe

der Säule nach Fig. 1 bei Ausstattung mit den Öffnungen gemäß Fig. 2 und 3 geschrieben worden ist;

Fig. 13 und 14 die geometrischen Abmessungen von zwei weite

ren Öffnungen, die bei der Vorrichtung nach Fig. 1 benutzt werden können;

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Fig. 15 einen Teil eines speziellen Musters, das mit

der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Ausstattung mit den Öffnungen gemäß Fig. 13 und 14 geschrieben worden ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur steuerbaren Bewegung eines Elektronenstrahlflecks variabler Größe zu jeder angegebenen Position auf der Oberfläche einer Elektronenstrahl-Abdeckschicht 10 auf einem Substrat 12 dargestellt. Das Substrat 12 ist auf einem in x- und y-Richtung bewegbaren Tisch 16 bekannter Art befestigt.

Es sind zahlreiche positive und negative Elektronenstrahl-Abdeckmaterialien bekannt, die für die Schicht 10 verwendet werden können. Durch selektives Führen des Elektronenstrahlflecks über die Oberfläche der Abdeckschicht 10 auf sehr genaue und schnelle Weise besteht die Möglichkeit, Masken für integrierte Schaltungen herzustellen oder direkt auf einem beschichteten Siliciumplättchen zu schreiben, um außerordentlich kleine und genaue sowie billige integrierte Schaltungen herzustellen. Geeignete Abdeckmaterialien zur Verwendung für die Schicht 10 sind beispielsweise in einem zweiteiligen Aufsatz von L. F. Thompson "Design of Polymer Resists for

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Electron Lithography" in Solid State Technology, July 1974, Seiten 27 - 30 bzw. August 1974, Seiten 41 - 4G beschrieben.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 läßt sich als aus zwei Hauptbestandteilen bestehend auffassen. Der eine Hauptbestandteil ist eine Elektronenstrahlsäule, die nachfolgend genauer beschrieben werden soll und gekennzeichnet ist durch Möglichkeiten zur sehr genauen und schnellen Ablenkung sowie Austastung ähnlich der in der US-Patentschrift 3. 801. 792 beschriebenen Säule. Zusätzlich besitzt jedoch die dargestellte Säule die Möglichkeit zur Abtastung mit einem Elektronenstrahlfleck variabler Größe.

Der andere Hauptbestandteil der Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt die Steueranordnung 14. Diese kann beispielsweise von der in der US-Patentschrift 3. 900. 737 beschriebenen Art sein. Die Steueranordnung 14 liefert elektrische Signale an die Säule, um das Abtasten und Austasten des Elektronenstrahls systematisch zu steuern. Darüberhinaus liefert die Anordnung 14 Steuersignale an den x-y-Tisch 16, um die Werkstückoberfläche 10 während der Elektronenetrahl-Abtastoperation auf die in der letztgenannten US-Patentschrift beschriebene Weise zu bewegen.

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Die Säule gemäß Fig. 1 besitzt eine Elektronenquelle 22 (beispielsweise einen Wolframdraht), ein Gitter 24 und eine Beschleunigungsanode 26 in Form einer zylindrischen Metallkappe mit einer zentralen Öffnung in ihrer ebenen Bodenfläche. Die Metallkappe wird auf Erdpotential gehalten. In diesem Fall liegt die Quelle 22 auf einem verhältnismäßig hohen negativen Potential (beispielsweise von 10 kV unterhalb Erdpotential).

Die Anfangsbahnen der von der Quelle 22 gelieferten Elektronen sind in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt. In der Nähe der Öffnung in der Anode 26 verlaufen diese Bahnen durch einen Kreuzungsoder Quellenprojektionspunkt 28, der beispielsweise einen Durchmesser von 35 um hat. Danach divergieren und konvergieren die Elektronenstrahlwege abwechselnd, wenn sidi die Elektronen entlang der Längsachse 30 in Richtung auf die Werkstückfläche 10 bewegen. Die aufeinanderfolgenden Kreuzungs- oder Bildpunkte 28 sind in Fig. 1 durch Punkte 32, 34, 36 und 38 auf der Achse 30 dargestellt.

Die Säule in Fig. 1 weist fakultativ Spulen 40 auf, mit deren Hilfe die vom Quellenpunkt 28 ausgehenden Elektronenbahnen exakt mit Bezug

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auf die Längsachse 30 zentriert werden können. Anschließend wird der Elektronenstrahl auf eine Platte oder Lochblende 42 gerichtet, die eine genau geformte Öffnung 44 besitzt. Der Strahl ist so ausgebildet, daß er die volle Ausdehnung der Öffnung oder Aussparung 44 in der Lochblende 42 gleichmäßig ausleuchtet und unmittelbar hinter der Lochblende 42 mit einer Querschnittsfläche erscheint, die genau der Form der Öffnung 44 entspricht.

Eine Aufsicht für eine geometrische Form der Öffnung 44 in der Lochblende 42 ist in Fig. 2 gezeigt. Beispielsweise besteht die Lochblende 42 aus einer Molypdänscheibe, in der die Öffnung 44 auf hochpräzise Weise hergestellt ist, beispielsweise mit Hilfe bekannter Fräsverfahren unter Verwendung von Lasern.

Die gestrichelten Linien innerhalb der Öffnung 44 in Fig. 2 dienen lediglich der nachfolgenden Erläuterung. In Wirklichkeit stellt die Öffnung eine einzige kontinuierliche Öffnung mit geraden Kanten dar, die durch die ausgezogenen geraden Linien angegeben v.'erden. Zur Erläuterung kann die Öffnung 44 als aus sechs quadratischen Abschnitten Ml bis M6 zusammengesetzt angesehen werden, die je durch eine oder mehrere

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ausgezogene gerade Linien und eine oder mehrere gestrichelte gerade Linien definiert werden. Jedes der Quadrate Ml bis M6 kann eine Kantenlänge von 100 pm besitzen. Wenn die Lochblende gemäß Fig. 2 in der Säule nach Fig. 1 angebracht ist, so steht die Längsachse 30 der Säule senkrecht auf der Lochblende und führt durch den Mittelpunkt des Quadrates M3 in Fig . 2.

Wie oben angegeben, wird der Querschnitt des durch die Lochblende 42 führenden Elektronenstrahls durch die Geometrie der Öffnung 44 bestimmt. Der Strahl durchläuft dann eine elektromagnetische Linse 46 üblicher Art (beispielsweise eine Ringspule mit Polstücken aus Eisen), die die Öffnung 44 auf eine zweite Maskierplatte oder Lochblende 48 abbildet. Die Lochblende 48 enthält eine genau geformte Öffnung 52. Die Lochblende 48 ist beispielsweise in der elektromagnetischen Linse 49 angeordnet und einstückig mit dieser ausgebildet. Die Linse 49 ist nicht vorgesehen, um die Querschnittsform des Elektronenstrahls unmittelbar hinter der Lochblende 48 zu vergrößern oder zu bündeln. Vielmehr dient die Linse 49 in Kombination mit der unmittelbar folgenden Linse, die später beschrieben werden soll, dazu, die Übertragung von Elektronen durch die Säule auf ein Maximum zu bringen. Zusammen mit der nächstfolgenden Linse bildet

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die Linse 49 den Kreuzungspunkt 28 auf die Mitte einer Strahlbegrenzungsöffnung 59 ab.

Eine vorgegebene Ruheausrichtung des Bildes der Öffnung 44 auf der Lochblende 48 wird durch Ausrichtspulen 51 in der Säule sichergestellt.

Die Lage des Bildes der ausgeleuchteten Öffnung 44 der Lochblende 48 wird selektiv mit hoher Geschwindigkeit während derjenigen Zeit gesteuert, in welcher der Elektronenstrahl abtastend über die Werkstückfläche 10 geführt wird. Dies geschieht mit Ablenkplatten 50, die beispielsweise entsprechend der Darstellung in Fig. 1 so angeordnet sind, daß sie den Strahl in der x- und/oder y-Richtung ablenken. Zweckmäßig bestehen die Ablenkeinrichtungen 50 aus zwei Paaren von rechtwinklig zueinander angeordneten elektrostatischen Ablenkplatten. Anstelle der elektrostatischen Ablenkplatten können elektromagnetische Ablenkspulen benutzt werden, was aber üblicherweise zu einer gewissen Verringerung der Ablenkgeschwindigkeit und -Genauigkeit führt. Unabhängig davon, ob eine elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkung benutzt wird, können die Ablenkeinrichtungen 50 außerdem verwendet werden, um eine

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Ausrichtung der Abbildung der Öffnung 44 auf die zweite Lochblende zu erreichen. Dies geschieht durch Anlegen eines zentrierenden Gleichstromsignals an die Ablenkeinrichtungen 50. In diesem Fall können natürlich die getrennten Ausrichtspulen 51 weggelassen werden.

Bevor die Bauteile der Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 weiter beschrieben werden, dürfte es zweckmäßig sein, die Lochblende 48 näher zu erläutern und den Einfluß darzustellen, den eine Bewegung des Abbildes der Öffnung 44 auf der Blende 48 hat. Eine Aufsicht für ein spezielles Äusführungsbeispiel einer Lochblende 48 zur Verwendung in der Säule gemäß Fig. 1 wird in Fig. 3 dargestellt. Die Öffnung 52 in der Blende 48 kann beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Form mit Abmessungen von 100 χ 300 um haben und mit einem Laser hergestellt sein. Der zentrale Punkt 54 in Fig. 3 gibt die Lage der Längsachse 30 in Fig. 1 an, wenn die Blende 48 in der Säule gemäß Fig. 1 angebracht ist.

Im Ruhezustand wird die Öffnung 44 der Lochblende 42 durch die Linse 46 auf das Zentrum der Lochblende 48 abgebildet. Als Beispiel sei angenommen, daß das durch die Linse 46 auf die Platte 48 projizierte Bild in seinen Abmessungen genau mit den Abmessungen der Öffnung 44 über-

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einstimmt. (Falls gewünscht, kann die Linse 46 natürlich auch so ausgebildet sein, daß eine vom Verhältnis 1 : 1 abweichende Projektion der öffnung 44 erreicht wird. In anderen Fällen von praktischem Interesse kann die Linse 46 überhaupt weggelassen werden). Mit Hilfe der Spulen 51 wird das projizierte Bild genau zentral auf die Blende 48 ausgerichtet, wie in Fig. 4 gezeigt.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß nur die Abschnitte M2, M3 und M6 der abgebildeten Öffnung 44 durch die rechteckige Öffnung 52 der Lochblende 48 durchgelassen werden. Demgemäß hat für die dargestellte Ausrichtung der Elektronenstrahl unmittelbar hinter der Lochblende 48 einen Querschnitt, der genau der geometrischen Ausbildung der Öffnung 52 entspricht. Bei dem als Beispiel dargestellten Fall, bei dem die Öffnung 52 eine Breite von 100 pm und eine Höhe von 300/im hat, zeigt der Querschnitt des Elektronenstrahls unmittelbar hinter der Lochblende 48 die gleichen Abmessungen.

Anschließend wird die Querschnittsfläche de& durch die Lochblende 48 durchgelassenen Elektronenstrahls verkleinert. Dies geschieht mit Hilfe von drei elektromagnetischen Linsen 54, 56, 58 üblicher Art.

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Diese Linsen können so ausgelegt sein, daß sich eine Gesamtverkleinerung oder Bündelung des Elektronenstrahls um den Faktor 400 ergibt. Genauer gesagt, die Linsen sind so gewählt, daß sie die oben genannte Querschnittsfläche des durch die Lochblende 48 durchgelassenen Strahls verkleinern und ein verkleinertes Abbild auf die Werkstückfläche 10 projizieren. Für eine Gesamtverkleinerung von 400 und für den als Beispiel gewählten Fall, bei dem der Strahl unmittelbar hinter der Lochblende 48 einen Querschnitt von 100 χ 300 μπα hat, stellt der auf die Fläche 10 abgebildete Elektronenstrahlfleck im Ruhezustand ein Rechteck mit einer Breite von 0,25,Um und einer Höhe von 0, 75 μια dar.

Die anderen Bauteile in der Säule gemäß Fig. 1 sind üblicher Art ν 1 lönnen beispielsweise identisch mit den entsprechenden Teilen in der im US-Patent 3.801. 792 beschriebenen Säule sein. Zu diesen Bauteilen gehören die strahlbegrenzende Lochblende 59, elektrostatische Strahlaustastplatten 60 und 62, eine mit einer Öffnung versehene AusNstbegrenzungsplatte 64 und elektromagnetische Ablenkspulen 65 - 68.

Wenn die Strahlaustastplatten 60 und 62 in Fig. 1 erregt werden, so wird der entlang der Achse 30 laufende Strahl so abgelenkt, daß der

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auf einen nicht mit einer Öffnung versehenen Teil der Platte 64 auftrifft. Auf diese Weise wird der Elektronenstrahl während vorgegebener Zeitintervalle gesperrt und erscheint nicht auf der Fläche 10. Wenn der Strahl nicht gesperrt ist, so wird er selektiv durch die Spulen 65 68 so abgelenkt, daß er an jeder gewünschten Position eines angegebenen Bereichs der Werkstückfläche 10 aufUitt. Andere Bereiche der Fläche 10 können bestrahlt werden, indem das Werkstück bewegt wird, beispielsweise mit Hilfe eines in der US-Patentschrift 3. 900. 737 beschriebenen, rechnergesteuerten Mikromanipulators.

Wie oben angegeben, wird der rechteckige Elektronenstrahlfleck, der bei einer zentralen Abbildung der Öffnung 44 auf die Lochblende 48 entsteht, durch die Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 so gesteuert, daß er auf eine spezielle Stelle der Werkstückfläche 10 auftrifft oder nicht.

Eine verkleinerte Darstellung der aus den Segmenten M2, M3 und M6 (Fig. 4) zusammengesetzten Rechteckfläche ist in Fig. 12 dargestellt und mit der Bezugsziffer 70 versehen. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist der rechteckige Elektronenstrahlfleck 70, der auf die Werkstückfläche 10 in Fig. 12 auftrifft, in drei quadratische Abschnitte M2', M3'

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und Μ6' unterteilt. Diese Segmente entsprechen den Abschnitten M2, M3 und M6 in Fig. 4. Für das spezielle, oben angenommene Ausführungsbeispiel, bei dem die Gesamtverkleinerung 400 beträgt, hat jedes der Segmente M2', M3' und M6' eine Kantenlänge von 0, 25

Das abtastende Führen des durch die Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 erzeugten Strahls ist in Fig. 12 in Richtung von rechts nach links in der Richtung -x entlang der Mittellinie 72 dargestellt. Als Beispiel wird angenommen, daß 512 im gleichen Abstand angeordnete Adressenpositionen entlang der Abtast-Mittellinie 72 liegen. Die Lage der ersten dieser Adressenpositionen sind in Fig. 12 durch die Pfeile APl bis AP9 angegeben. An jeder Adressenposition wird der Elektronenstrahl während des linearen Abtastens auf die oben beschriebene Weise ausgetastet oder nicht ausgetastet. Darüberhinaus wird der Querschnitt des auf die Werkstückfläche 10 auftreffenden Strahles an jeder Adressenposition selektiv gesteuert.

Beim Ablenken des Elektronenflecks variabler Größe entlang einer Zeile des Abtastfeldes wird der Fleck durch die Strahlaustastplatten 60 und 62 mit einer Frequenz von beispielsweise 10MHz in seiner

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Intensität moduliert. Diese Modulationsfrequenz entspricht einer Belichtungszeit für eine einzige Adresse von 100 ns, die an die Empfindlichkeit der verfügbaren Elektronenstrahl-Abdeckmaterialien angepaßt ist.

Am Ende jeder Abtastzeile wird der Elektronenstrahl schnell auf die Anfangslage zurückgeführt, um die nächstfolgende Abtastzeile zu beginnen. Bei dem in Fig. 12 dargestellten Beispiel bringt eine solche Rückführung oder ein solcher Rücksprung den Strahl oberhalb der Adressenposition APl auf eine neue Abtastmittellinie 74, die parallel zu und um 0, 75 μια oberhalb der Linie 72 liegt. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Zeilen eines Bereichs der Werkstückfläche selektiv nach Art eines Rasters bestrahlt. Dieses rasterartige Abtasten (ohne die variable Fleckgröße) wird im einzelnen in der US-Patentschrift 3. 900.737 beschrieben.

Die geometrische Form des Elektronenstrahlflecks auf der Fläche 10 wird während des Abtastens mit hoher Geschv/indigkeit in Abhängigkeit von Steuersignalen verändert, die von der Einrichtung 14 (Fig. 1) an die Ablenkeinrichtungen 50 angelegt werden. So kann beispielsweise

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durch Anlegen der richtigen Ablenkspannungen an die Ablenkeinrichtungen 50 das Bild der öffnung 44 auf der Lochblende 48 in der x- und/oder y-Richtung bewegt werden. Das Ergebnis eines solchen Vorganges wird in der nachfolgend beschriebenen Gruppe von Figuren dargestellt.

Fig. 5 zeigt den Fall, daß das projizierte Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 um 100 pm in der +y-Richtung und um 100 μπι in der -x-Richtung abgelenkt worden ist. Durch diese relative Verschiebung wird bewirkt, daß nur das bestrahlte Segment M4 des Bildes durch die Öffnung 52 in der Lochblende 48 übertragen wird. Es gelangt dann ein verkleinertes Abbild(M4') des Segments M4 auf die Werkstückfläche 10. Dieses Abbild mit einer Größe von o, 25 χ ο, 25 Jim ist in Fig. 1° sr_: der Adr- ^nposition AP2 dargestellt.

Bei der als Beispiel erläuterten Betriebsweise werden die an die Ablenkeinrichtung 50 in Fig. 1 angelegten Ablenkspannungen (falls nötig) verändert, während der Elektronenstrahl sich etwa in der Mitte zwischen benachbarten Adressenpositionen befindet. Die Erzeugung der neuen Ablenkspannungen wird mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt. Für den oben als Beispiel angenommenen Fall mit einer Belichtungszeit von 100 ns

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fiir jede einzelne Adresse werden die Ablenkspannungen, die zur Erzielung einer angegebenen Fleckgröße erforderlich sind, von der Steuereinrichtung 14 in beispielsweise etwa 10 ns oder schneller erzeugt.

Die in Fig. 5 dargestellte geometrische Überlagerung wird beispielsweise durch Änderung der Ablenkspannungen an der Ablenkeinrichtung 50 erzeugt, während sich der Elektronenstrahl etwa in der Mitte zwischen den Adressenpositionen APl und AP2 (Fig. 12) befindet. In der Praxis reichen Änderungen von etwa 5 bis 10 V der an die elektrostatischen Ablenkplatten angelegten Ablenkspannung aus, um eine Änderung der Ruhelage gemäß Fig. 4 in die abgelenkte Lage gemäß Fig. 5 zu erreichen. Solche Spannungsänderungen können mit Hilfe extrem schneller Verstärker in etwa 5 bis 10 ns erreicht werden.

Fig. 6 zeigt den Fall, daß das Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 um 100 μπα in der +y-Richtung abgelenkt worden ist. Es werden dann die ausgeleuchteten Abschnitte M3 und M6 des Bildes durch die öffnung 52 in der Lochblende 48 übertragen. Wiederum wird ein verkleinertes Abbild (M3', M6') der Segmente M3 und M6 auf die Werkstückfläche 10 projiziert. Dieses verkleinerte Abbild mit den

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Abmessungen O, 25 χ 0, 5 μηι ist in Fig. 12 an der Adressenposition AP3 dargestellt.

Die Figuren 7 bis 10 zeigen weitere geometrische Überlagerungen, die sich erreichen lassen. Die verkleinerten Elektronenstiahlflecken, die den in den Figuren 7 bis 10 dargestellten Überlagerungen entsprechen, sind in Fig. 12 an den Adressenpositionen AP4 bis AP7 dargestellt. Jede solche Überlagerung wird auf die oben beschriebene Weise dadurch erreicht, daß die Ablenkeinrichtung 50 das Bild der Öffnung 44 um 100 μηι in der x- und/oder y-Richtung ablenkt.

Wie oben erläutert, wird das Austasten des Elektronenstrahls bei der Säule gemäß Fig. 1 mit Hilfe der Platten 60, 62 und der Austastsperrplatte 64 erreicht. Alternativ kann das Austasten dadurch erreicht werden, daß das projizierte Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 soweit mit Bezug auf die Öffnung 52 in der Lochblende 48 abgelenkt wird, daß kein Abschnitt des projizierten Bildes die Öffnung 52 überdeckt. Dieser in Fig. 11 dargestellte Fall macht es erforderlich, daß die Ablenkeinrichtung 50 das Bild um 200 ;im in der Richtung -x ablenkt. (Natürlich würde eine Ablenkung um 200 /im in der Richtung

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+χ ebenfalls ausreichen). In einigen Fällen von praktischem Interesse läßt sich eine solche Ablenkung durch die Ablenkeinrichtung 50 genügend schnell erreichen, um diese alternative Austasttechnik zweckmäßig erscheinen zu lassen. Dann können natürlich die Bauteile 60, 62 und 64 in der Säule gemäß Fig. 1 weggelassen werden.

Wie oben bereits gesagt, ist die spezielle Ausbildung der Öffnungen in den Lochblenden 42 und 48 gemäß Fig. 2 und 3 nur als Beispiel angegeben. Es ergibt sich, daß eine Vielzahl anderer Ausbildungen zur Erzielung der selektiven Überlagerung gewählt werden kann. Zwei solcher anderer geometrischer Formen für die Öffnungen sind in den Fig. 13 und 14 gezeigt. Die Lochblende 80 mit ihrer Öffnung 82 (Fig. 13) kann die Lochblende 42 in der Säule gemäß Fig. 1 und die Lochblende 84 mit der Öffnung 86 (Fig. 14) die Lochblende 48 ersetzen. Als Beispiel wird angenommen, daß jedes der Segmente M7 bis M14 der Öffnung 82 gemäß Fig. 13 eine Kantenlänge von 100 pm besitzt und für die rechteckige Öffnung 86 gemäß Fig. 14 wird eine Breite von 100 pm und eine Höhe von 400 pm angenommen.

Durch Ablenken des projizierten Bildes der Öffnung 82 in Fig. 13 mit

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Bezug auf die Öffnung 86 in Fig. 14 besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Elektronenfleckgrößen auf der Fläche 10 zu erzeugen. Dadurch wiederum können mit hoher Geschwindigkeit Muster hoher Auflösung auf die Fläche 10 gestrahlt werden.

In Fig. 15 ist ein Teil eines Winkel-Musters gezeigt, das unter Verwendung der Öffnungen 82 und 86 hergestellt worden ist. Die Linien 90 und 92 stellen die tatsächlichen, idealen Grenzen des auf der Fläche 10 zu definierenden Musters dar. Das gezeigte Gitter aus horizontalen und vertikalen Linien mit einem Abstand von 0,25 um ist nicht tatsächlich auf der Fläche 10 vorhanden, sondern nur zur Erleichterung des Verständnisses angegeben. Die Linien 94 und 96 sind Abtastmittellinien, die den Linien 72 und 74 in Fig. 12 entsprechen.

Es sei angenommeu, daß das Abtasten der Fläche 10 in Fig. 15 von rechts nach links stattfindet, und zwar zuerst entlang der Mittellinie 94 und dann entlang der Linie 96. Diejenigen Quadrate des Gitters, die durch den Elektronenstrahl während des rasterartigen Abtastens der Fläche mit variabler Fleckgröße bestrahlt werden, sind schattiert dargestellt. Jedes schattierte Quadrat ist mit einem gestrichenen Symbol

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bezeichnet, um anzugeben, welcher verkleinerte Teil der beleuchteten Öffnung 82 tatsächlich auf die Fläche 10 auffällt. Die in Fig. 15 gezeigten rechteckigen Flecken variabler Höhe an den jeweiligen Adressenpositionen werden durch Ablenken des Bildes der Öffnung 82 um 100 μπι in der x- und/oder y-Richtung erzielt.

Wie oben gesagt, kann ein Ausführungsbeispiel für ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem eine Adressenlänge von 0, 25 μπι und eine Fleckabmesßung besitzen, die beispielsweise zwischen einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,25 um bis zu einem Rechteck von 0, 25 pm χ 1 Jim verändert werden kann. Bei einer gegebenen Schreibfleck-Belichtungszeit können mit einem solchen System Flächen mit einer Geschwindigkeit belichtet werden, die etwa viermal größer ist als diejenige, welche bei einer bekannten Rasterabtastung mit einem Fleck fester Größe und einem Durchmesser von 0, 25 um erzielt werden kann. Anders gesagt, kann ein System, das mit der hier beschriebenen Rasterabtastung mit variabler Fleckgröße ausgestattet ist, Muster mit einer Auflösung von 0,25 Jim mit derselben Geschwindigkeit wie ein übliches Belichtungssystem schreiben, das Muster mit einer Auflösung von 0, 5 um erzeugt.

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Der Fachmann kann zusätzliche Anordnungen schaffen. Beispielsweise ist zwar bei der Erläuterung die Änderung der Ausdehnung eines Elektronenstrahl flecks in Richtung senkrecht zur Abtastrichtung betont worden, aber es kann auch die Fleckgröße oder -lage in der Abtastrichtung verändert werden. Darüberhinaus läßt sich die Erfindung außer bei Elektronenstrahlen auch bei anderen Strahlen anwenden (beispielsweise Lichtstrahlen, Röntgenstrahlen und Ionenstrahlen).

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Claims

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH - BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN *■ ' U 4 4 4 1

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PATENTANSPRUCHE

[ 1. Vorrichtung zur Bestrahlung einer Werkstiickfläche mit einer ersten Einrichtung, die einen Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über die Fläche führt, gekennzeichnet durch

eine zweite Einrichtung (42, 48, 50), die abhängig von einem Steuersignal (aus 14) die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen (auf 10) beim Führen des Strahles verändert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Einrichtung (65 bis 68) den Strahl rasterartig über die Fläche führt und daß die zweite Einrichtung die Ausdehnung des Strahles abhängig von dem Steuersignal rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert.

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Or. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl -W.-Ing.

ORIGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Einrichtung eine Einrichtung (42) aufweist, die dem Strahl eine vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, ferner eine Lochblende (48), die so angeordnet ist, daß sie denjenigen Teil des Strahles mit der vorbestimmten Querschnittsfläche durchläßt, welcher das Loch der Blende (48) überdeckt, und eine Einrichtung (50), die den Strahl mit der vorbestimmten Querschnittsfläche zur Änderung seiner Ausrichtung mit Bezug auf die Lochblende in Abhängigkeit von dem Steuersignal nblenkt, um die Ausdehnung des Strahles zu verändern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung, die dem Strahl die vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, eine Lochblende (42) aufweist, und daß eine Einrichtung (22, 24, 26) vorgesehen ist, um die Lochblende (42) im Bereich ihrer Aussparung (44) gleichmäßig mit dem Strahl auszuleuchten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch

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eine Einrichtung (54, 56, 58) zur Bündelung des durch die erstgenannte Lochblende (48) durchgelassenen Strahls und zur Fokussierung auf die Werkstückfläche.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Ablenkeinrichtung (50) so ausgelegt ist, daß der Strahl abhängig von dem Steuersignal in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen (x, y) ablenkbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (60, 62, 64) zur Austastung des Strahls abhängig von einem Steuersignal, um sein Auftreffen auf die Werkstückfläche zu verhindern.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ablenkeinrichtung (50) den Strahl in Abhängigkeit von dem Steuersignal soweit ablenkt, daß der Strahl mit seiner Querschnitts-

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fläche die erstgenannte Lochblende (48) im Bereich ihrer Aussparung nicht mehr überdeckt und damit verhindert, daß der Strahl auf die Werkstückfläche auftrifft.
9. Verfahren zum Bestrahlen einer Werkstückfläche, bei dem ein Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über eine Fläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausdehnung des Strahls an den Adressenpositionen beim Führen des Strahls selektiv geändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Strahl rasterartig über die Fläche geführt wird, daß die Ausdehnung des Strahles rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert wird und daß der Strahl beim Abtasten in seiner Intensität moduliert wird.

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