DE2332091C2

DE2332091C2 - Verfahren zum Betrieb einer fokussierbaren und ausrichtbaren Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung und dafür bestimmte Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2332091C2
Application number: DE2332091A
Authority: DE
Inventors: Alec Nigel Purdys Stalion N.Y. Broers; Marcus Barry Katonah N.Y. Heritage
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-06-30
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1982-04-01
Also published as: FR2191263B1; FR39852E; DE2332091A1; FR2191263A1; US3876883A; GB1416077A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art und eine Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

-'5 Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es üblich, die einzelnen besonders zu dotierenden Bereiche uud die diese Bereiche verbindenden Leiter unter Verwendung photolithographischer Verfahren herzustellen. Die Belichtung der die Halbleiterplättchen bedeckenden Photolackschicht in den jeweils erforderlichen Bereichen erfolgte u. a. durch Elektronenstrahlprojektion von Masken. Bei Elektronenstrahlprojektionsvorrichtungen haben Kondensorlinsen die Aufgabe, eine Projektionsmaske auszuleuchten und alle diese

J⁵ Maske durchsetzenden Strahlen in die Eingangspupillc eines Projektionslinsensystems zu fokussieren. Wegen der bei der Herstellung von Mikroschaltungen und integrierien Schaltungen erforderlichen hohen Genauigkeit ist es sehr wichtig, daß der Elektronenstrahl

·*() fokussiert und daß die Projektionsmaske und das Halbleiterplättchen genau aufeinander ausgerichtet werden. Die Anwendung von Elektronenstrahlprojektionsvorrichtungen bei der Herstellung von Mikroschaltungen wird beispielsweise in den Literaturstellen »Zur elektronenoptischen Microminiaturisation von Schablonen« von H. Koops, G. Möllenstedt und R. Speidel, Optik, Bd. 28, 1968/69, Nr. 5, Seiten 518-531 und »An Electron Imaging System for the Fabrication of Integrated Circuits« von T. W. O'Keeffe, J. Vine und

R. M. Handy, Solid State Electronics, Pergamon Press Bd. 12,1969, Seiten 841-848 beschrieben.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DD-PS 45 225 bekannt, in der eine fokussierbare und ausrichtbare Elektronenstrahlvorrichtung mit einer Elektronenstrahlquelle, einer Projektionsmaske, einem zwischen Elektronenstrahlquelle und Projektionsmaske angeordneten Kondensorlinsensystem und einem mit dem Elektronenstrahl zu bearbeitenden Werkstück beschrieben ist, bei welcher vor der zu projizierenden Maske Ablenkeinrichtungen zur steuerbaren Ablenkung des Elektronenstrahls über verschiedene Bereiche der Projektionsmaske angeordnet sind. Weder für die Projektionsmaske noch das Werkstück sind Ausrichtmarkierungen angegeben. Außerdem ist es aus der DE-OS 16 90 575 bekannt, bei einem mit einem fokussierbaren Elektronenstrahl arbeitenden Bearbeitungsgerät das zu bearbeitende Halbleiterplättchen mit einer Ausrichtmarkierung zu versehen, und die durch

die Ablenkeinrichtungen erfolgende Ausrichtung des Elektronenstrahls auf diese Markierung mit Hilfe eines Detektors festzustellen. Doch wird bei diesem Elektronenstrahlbearbeitungsgerät keine Maske projiziert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht "> nun darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß in einem gesonderten Fokussier- und Ausrichtvorgang die Fokussierung und die Ausrichtung der Projektionsmaske mit dem zu bearbeitenden Halbleiterpiättchen immer wieder überprüft und ggf. korrigiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Mit der Erfindung ist es möglich, den Elektronenstrahl in einfacher Weise auf die Ausrichtmarkierung des Halbleiterplättchens zu fokussieren und dieses in gewünschter Weise in bezug auf die Projektionsmaske auszurichten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den _>i> Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer bekannten Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung, >">

Fig.2 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung von einander überlagerten Ausrichtmarkierungen.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte bekannte to Vorrichtung (vergl. die o.g. Zeitschrift Optik) besteht aus einer Elektronenstrahlquelle 10, Kondensorlinsen 12, 14 und 16, Projektionslinsen 20 und 24, einer Projektionsmaske 18, einer Aperturplatte 22 und einem als Auffangelektrode wirkenden Halbleiterplättchen 26.

In Fig. 2 wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung wiedergegeben, mit deren Hilfe Elektronenstrahlen durch eine geeignete Projektionsmaske auf ein Halbleiterplättchen zur Herstellung von Mikroschallungen in bekannter Weise gerichtet werden können. Mit der in dieser Figur dargestellten Vorrichtung ist es gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich möglich, die Vorrichtung in einem Fokussier- und Ausrichtarbeitsgang und einem Projektionsarbeitsgang zu betreiben. Der in F i g. 2 dargestellte Strahlenverlauf zeigt die Vorrichtung in ihrem Fokussier- und Ausrichtarbeitsgang. Durch eine beispielsweise eine Wolfrain-Kathode enthaltende Elektronenstrahlquelle 28 werden Elektronenstrahlen erzeugt, die zwei eine Fokussierung dieser 5» Strahlen bewirkende magnetische Kondensorlinsen 30 und 32 durchsetzen. Zwischen diesen Linsen und einer dritten, letzten Kondensorlinse 38 ist ein Satz senkrecht zueinander angeordneter A"-Ablenkspulen 34 und K-Ablenkspulen 36 vorgesehen, die in einer zu einer 5^Λ> Aperturblende 44 konjugiert angeordneten Ebene liegen. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Elektronenstrahlen nicht den gesamten Bereich der Projektionsmaske 40 beaufschlagen, vielmehr bewirken die Ablenkspulen 34 und 36, daß die die letzte Kondensorlinse 38 durchsetzenden Elektronenstrahlen auf einen bestimmten Ort der Projektionsmaske 40 fokussiert werden, in dem eine Ausrichtmarkierung angeordnet ist, die aus einer eine bestimmte Form aufweisenden Ausnehmung besteht.

Bei der Herstellung von Mikroschaltungen bestehen die verwendeten Projektionsmasken normalerweise aus einem durchsichtigen Substrat, auf dem der gewünschte Schaltkreis unter Verwendung lichtundurchlässiger Substanzen graphisch wiedergegeben ist. Die im Zusammenhang mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung verwendete Projektionsmaske 40 kann entsprechend den mit im sichtbaren Bereich liegender Strahlung arbeitenden Projektionsvorrichtungen verwendeten Masken ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise aus einem durchsichtigen dünnen Substrat mit für Elektronenstrahlen undurchlässigen Bereichen bestehen. Die Maske kann aber auch aus einer Kupferplatte mit Öffnungen oder Ausnehmungen bestehen, die das Muster der herzustellenden Schaltungen darstellen. Die Elektronenstrahlen durchsetzen die öffnungen in der Maske und fallen auf das beispielsweise aus Silicium bestehende und mit einer elektronenempfindlichen Schicht überzogene Halbleiterplättchen, auf dem die entsprechenden Elektronenstrahlenmuster erzeugt werden.

Wie schon gesagt, ist es bei der Herstellung von Halbleiterschaltkreisen von größter Wichtigkeit, daß die Projektionsmaske genau mit dem Halbleiterplättchen ausgerichtet ist. Zu diesem Zwecke sind in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung die Ablenkspulen (oder -platten) 34 und 36 vorgesehen, durch die Elektronenstrahlen über die Projektäonsmaske und das Halbleiterplättchen verschoben werden, wenn ein geeigneter Ablenks'rom durch die Spulen geschickt wird. Die erforderliche Stromstärke der Ablenkslröme hängt von der verwendeten Spulenart, der Art und Form des Projektionslinsensystems und der Art der verwendeten magnetischen Linsen ab. Diese Stromstärke wechselt von System zu System. Die für ein bestimmtes System erforderlichen Stromstärken der Ablenkströme können jedoch auf einfache Weise bestimmt werden.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung fokussiert die vor der Maske liegende Linse die Elektronenstrahlen in der Maskenebene. Der fokussierte Flück, der kleiner als irgendeine Abmessung der Ausrichtmarkierung ist, wird mit Hilfe der Ablenkspulen 34 und 36 über die die Ausrichtmarkierungen bildenden Ausnehmungsmuster bewegt, d. h. er tastet diese ab. Dies kann bei jeder beliebigen Maskenart, insbesondere bei den drei oben beschriebenen Maskenarten der Fall sein. Der die Ausrichtmarkierungen durchsetzende fokussierte Strahl durchsetzt weiterhin die Projektionsoptik, die gemäß der Darstellung nach Fig. 2 aus einer Linse 42, einer Aperturblende 44 und einer zweiten Projektionslinse 46 besteht, und fällt schließlich auf das Halbleiterplättchen 48 auf, auf dem wiederum eine Ausrichtmarkierung angeordnet ist. Die Projektionsmaske 40 und das Halbleiterplättchen 48 sind aufeinander ausgerichtet, wenn sich die Abbildung der Ausrichtmarkierung der Projektionsmaske mit der Ausrichtmarkierung des Halbleiterplättchens deckt.

Dieser Vorgang wird in folgender Weise ausgeführt. Ein Signal, das beispielsweise durch rückwärts gestreute und durch den Detektor 50 ermittelte Elektronen entsteht, wird verstärkt und durch die Videoanzeige 52 sichtbar gemacht, bei der die Abtastung synchron mit der Betätigung der Ablenkspulen 34 und 36 erfolgt. Die Ermittlung des Signals kann auch durch andere dem Dürr-hschnittsfachrnann aus der Elektronenmikroskopie bekannte Verfahren festgestellt werden. Fällt die Oberfläche des Halbleiterplättchens 48 mit der Projektionsbildebene zusammen, so erzeugt die Videoanzeige 52 zwei übereinanderliegende Abbildungen. Dabei ist die eine die scharfe Abbildung der Oberfläche des

Halbleiterplättchens 48 mit der Ausrichtmarkierung und allen anderen Einzelheiten der Oberfläche. Die andere Abbildung ist ein Schattenbild der Projektionsmaske, das durch die Unterdrückung von Elektronenstrahlen in der Maskenebene durch die Maske selbst entsteht. Da ί die Projektionsoptik der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung sowohl bei dem Projektions- als auch beim Ausrichtarbeitsgang dieselbe bleibt, ist die Übereinstimmung zwischen den beiden überlagerten Videosignalen die gleiche wie zwischen der Maske und ihrer in projizierten Abbildung.

Die Ausrichtung der Projeklionsmaske 40 in bezug auf das Halbleiterplättchen 48 erfolgt mit Hilfe von Markierungsausnehmungen in der Maske 40 und entsprechend geformten Markierungen auf dem Halb- ic· leiterplättchen 48, welche die gleiche Form wie die Ausnehmung in der Maske haben können, aber nicht müssen. In Fig. 3 werden Beispiele einander gleicher Markierungen und einander ungleicher Markierungen dargestellt, wobei in beiden Fällen eine die Ausrichtung zwischen Maske und Halbleiterplättchen anzeigende Überlagerung dargestellt wird. Die Ausrichtung der Projektionsmaske und des Halblciterplättchens ist vollständig, wenn die Videoanzeige beide Markierungen wie in F i g. 3 überlagert wiedergibt. Die höchste Genauigkeit der Überlagerung wird durch den Durchmesser des abtastenden Elektronenstrahls in der Bildebene definiert, der seinerseits nur durch die Randauflösung der Projektionsoptik begrenzt ist. Jede Verschiebung der Maske aus ihrer konjugierten Ebene hat eine Defokussierung des Maskenschattenbildes zur Folge. Ähnlicherweise hat eine Verschiebung des Halbleiterplättchens eine Defokussierung seiner Abbildung zur Folge. Das Halbleiterplättchen 48 und die Proiektionsmaske 40 können somit scharf aufeinander abgebildet und genau aufeinander ausgerichtet werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht ferner darin, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung während des Fokussier- und Ausrichtarbeitsgangcs festgestellt werden kann, ob die Projektionsoptik irgendwelche Aberrationen aufweist. Bei optimaler Fokussierung des Schattenbildes der Projektionsmaskenöffnung und der Oberfläche des Halbleiterplättchens kann man aus den relativen Unterschieden der Auflösung der Einzelheiten der Oberfläche des Halbleiterplättchens und der Schattenabbildung über das gesamte Blickfeld Hinweise über die defokussierende Wirkung der Coma, des Astigmatismus und der Bildfeldkrümmung der Projektionsoplik entnehmen. In ähnlicher Weise kann man aus dem Vergleich der Verzerrung der Schattenabbildung, sofern eine solche vorliegt, mit den Verzerrungen der Einzelheiten der Oberfläche des Halbleiterplättchens den Projektionsverzerrungskoeffizienten bestimmen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Ausführungsformen der aus magnetischen Linsen bestehenden Projektionsopitk zu wählen. Auch ist es möglich, die letzte Kondensorlinse und die erste Projektionslinse zu einer einzigen Feldlinse zusammenzufassen, wobei die Maske in der Mitte des fokussierenden Feldes angeordnet wird. In diesem Fall wird eine zusätzliche Linse zwischen der zweiten Kondensorlinse und der Feldlinse erforderlich sein, damit der Elektronenstrahl in der Maskenebene fokussiert werden kann. Im allgemeinen wird die erforderliche Größe der Zwischenabbildung der Elektronenstrahlquelle (nach der zweiten Kondensorlinse 32) während des Projektionsarbeitsganges und des Ausrichtarbeitsganges verschieden sein. Daher wird im allgemeinen auch eine Änderung der Vergrößerung der ersten und zweiten Kondensorlinse erforderlich sein, wenn von einer Arbeitsweise zur anderen übergegangen wird. Da Maßnahmen zur Veränderung der Vergrößerung dem Durchschnittsfachmann geläufig sind, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel diese Maßnahmen nicht näher beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer fokussierbaren und ausrichtbaren Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung mit einer Elektronenstrahlquelle, mit einer Projektionsmaske, mit einem zwischen der Elektronenstrahlquelle und der Projektionsmaske angeordneten Kondensorlinsensystem, mit einem Halbleiterplättchen, mit einem zwischen der Projektionsmaske und dem Halbleiterplättchen angeordneten Projektionslinsensystem und mit in Strahlrichtung gesehen vor der Projektionsmaske angeordneten steuerbaren Ablenkeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die in einer zur Eintrittspupille der Aperturblende (44) des Projektionslinsensystems (42, 46) konjugierten Ebene innerhaJb des Kondensorlinsensystems (30, 32 38) angeordneten Ablenkeinrichtungen (34, 36) die auf die Ebene der Projektionsmaske (40) fokussierten Elektronenstrahlen auf eine Ausrichtmarkierung der Projektionsmaske (40) abgelenkt werden, daß die Ausrichtmarkierung der Projektionsmaske (40) auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens abgebildet wird und daß durch eine Detektoranordnung (50, 52) die Ausrichtung der Abbildung der Ausrichtmarkierung der Projektionsmaske auf eine Ausrichtmarkierung des Halbleiterplättchens (48) festgestellt wird.

2. Fokussierbare und ausrichtbare Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Elektronenstrahlquelle mit einer Projektionsmaske, mit einem zwischen der Elektronenstrahlquelle und der Projektionsmaske angeordneten Kondensorlinsensystem, mit einem Halbleiterplättchen, mit einem zwischen der Projektionsmaske und dem Halbleiterplättchen angeordneten Projektionslinsensystem und mit in Strahlrichtung gesehen vor der Projektionsmaske angeordneten steuerbaren Ablenkeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Projektionslinsensystem (42, 46) eine Aperturblende (44) angeordnet ist und daß die Ablenkeinrichtungen (34, 36) in einer zur Eintrittspupille der Aperturblende (44) konjugierten Ebene innerhalb des Kondensorlinsensystems (30,32,38) angeordnet sind.

3. Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (50, 52) so ausgebildet ist, daß sie auf an der Oberfläche des Halbleiterplättchens (48) gestreute oder von dieser Fläche aufgenommene Elektronen anspricht.

4. Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensorlinsensystem aus einer ersten (30), einer zweiten (32) und einer letzten Kondensorlinse (38) besteht und daß die Ablenkeinrichtungen (34, 36) zwischen der zweiten und der letzten Kondensorlinse angeordnet sind.

5. Elektronenstrahlpiojektionssystem nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Projektionslinsensystem aus einer ersten (42) und einer zweiten Linse (46) besteht, daß die Aperturblcnde (44) zwischen diesen beiden Linsen und die Projektionsmaske (40) zwischen dem Kondensorlinsensystem (30, 32, 38) und der ersten Projektionslinse (42) liegt.

6. Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtmarkierungen der Projektionsmaske (40)

und des Halbleiterplättchens (48) die gleiche Form haben.

7. Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtmarkierungen der Projektionsmaske (40) und des Halbleiterplättchens (48) verschiedene Formen haben.

8. Elektronenstrahlprojektionsvorrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung aus einem für an dem Halbleiterplättchen (48) gestreute, vorzugsweise rückwärts gestreute Elektronen empfindlichen Sensor (50) und einem Video-Anzeigegerät (52) zur Wiedergabe der durch den Sensor aufgenommenen Abbildungen der Ausrichtmarkierungen der Projektionsmaske und des Halbleiterplättchens besteht.