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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strukturierung eines Partikelstrahls.
Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Strukturierung
eines Partikelstrahls, wobei der Partikelstrahl die Vorrichtung
zumindest teilweise flächig
beleuchtet und die Vorrichtung mit einer Vielzahl von hintereinander
geschalteten Aperturplatten versehen ist.
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Das
U.S. Patent 4,153,843 offenbart ein Belichtungssystem mit mehreren
Strahlen. Dazu ist im Strahlengang eines Elektronenstrahl-Belichtungssystems
ein zweidimensionales Array mit mehreren Öffnungen vorgesehen. Das Array
wird von dem Elektronenstrahl flächig
beleuchtet und verkleinert auf ein Substrat abgebildet. Es ist lediglich
eine einzelne Aperturplatte vorgesehen, die aus der flächigen Beleuchtung
die mehreren einzelnen Elektronenstrahlen erzeugt.
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Die
U.S. Patentanmeldung US 2003/0155534 A1 offenbart ein maskenloses
Belichtungssystem für
Partikelstrahlen. Eine Vielzahl von hintereinander geschachtelten
Aperturplatten erzeugen aus einem Elektronenstrahl eine Vielzahl
von Einzelstrahlen. Die obersten zwei Platten und die unterste Platte
haben Öffnungen
ausgebildet, durch die der Elektronenstrahl durchtritt. Jede der
Platten hat eine Dicke von ungefähr
100 μm und
sind von einander durch einen Abstand von 100 μm bis 1 mm beabstandet. Zwischen
der zweiten Platte und der untersten Platte ist ein Array von Korrekturlinsen
vorgesehen, das vor der letzten Aperturplatte angeordnet ist.
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Das
U.S. Patent 5,144,142 offenbart ein Teilchenstrahlsystem, das eine
Aperturplatte enthält,
um entsprechende Teilstrahlen ausblenden zu können. Die einzige Aperturplatte
umfasst m-Reihen und n-Spalten aus Öffnungen, die zweidimensional
auf einem Substrat angeordnet sind. Jeder Öffnung ist ein Paar von Ablenkelektroden
zugeordnet. Ferner sind n × m-bit-Schieberegister
auf dem Substrat vorgesehen, um den Musterdaten entsprechende Spannungen
an die m-Paare der Ablenkelektroden zuzuführen. Die Aperturplatte ist
jedoch lediglich als einzelnes Bauteil ausgebildet.
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Der
Artikel „Programmable
Aperture Plate for Maskless High-Throughput Nanolithography" von Berry et al.;
J. Vac. Sci. Technol. B 15(6), Nov/Dec 1997; Seite 2382 bis 2386,
offenbart ein programmierbares Aperturenarray, das 3000 × 3000 Aperturen
umfasst, die individuell elektronisch angesteuert beziehungsweise
aktiviert werden können,
um dadurch den Strahldurchtritt zu kontrollieren oder zu steuern.
Das zu schreibende Muster wird von einer Seite in das Aperturplattensystem
eingeführt
und zu der anderen Seite durchgeschoben. Das Aperturplattensystem
umfasst eine Aperturplatte mit den entsprechenden Ablenkelektroden,
wobei Öffnungen entsprechend
verteilt sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Strukturieren,
eines Partikelstrahls zu schaffen, die kostengünstig herzustellen ist und
gleichzeitig Partikeleinzelstrahlen mit einer exakt definierten
Querschnittsform des Partikelstrahls erzeugt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Es
ist von Vorteil, wenn die Vorrichtung zur Strukturierung eines Partikelstrahls
zumindest teilweise flächig
beleuchtet wird. Die Vorrichtung ist mit einer Vielzahl von hintereinander
geschalteten Aperturplatten versehen.
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Dabei
erzeugt, aus Richtung des Partikelstrahls gesehen, eine erste Aperturplatte
aus dem flächigen
Partikelstrahl durch eine Vielzahl von Öffnungen mehrere Teilstrahlen.
Danach folgt eine zweite Aperturplatte, die kleinere Öffnungen
besitzt als die erste Aperturplatte. Eine dritte Aperturplatte,
die eine Austastplatte ist, ist vor einer vierten Aperturplatte
vorgesehen, die zur Feldhomogenierung dient.
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Dabei
sind die erste Aperturplatte, die zweite Aperturplatte, die dritte
Aperturplatte und die vierte Aperturplatte derart angeordnet, dass
sie entlang eines jeden Zentrums einer jeden Öffnung ausgerichtet sind. Jede
der Öffnungen
in jeder der Aperturplatten besitzt einen quadratischen Querschnitt.
Die erste Aperturplatte besitzt eine größere Dicke als die zweite Aperturplatte.
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Ferner
sind die Öffnungen
in der zweiten Aperturplatte kleiner als die Öffnungen in der ersten Aperturplatte,
in der dritten Aperturplatte und in der vierten Aperturplatte.
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Hinzu
kommt, dass die dritte Aperturplatte auf der dem einfallenden Partikelstrahl
abgewandten Seite eine Ansteuerschaltung, und einen jeder Öffnung zugeordneten
Deflektor für
den Partikelstrahl aufweist. Der Deflektor ist ein elektrostatischer
Deflektor.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems zur
maskenlosen Elektronenstrahllithographie; und
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2 eine
schematische Darstellung der Vorrichtung zur Strukturierung eines
Partikelstrahls.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines gesamten Systems zur maskenlosen Elektronenstrahllithographie.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf Elektronenstrahlen
beschränkt,
soll dies nicht als eine Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Es ist selbstverständlich,
dass die Erfindung für
alle Partikelstrahlen geeignet ist.
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Von
einer Elektronenkanone 30 wird ein Elektronenstrahl 31 erzeugt,
der sich in Richtung einer elektronenoptischen Achse 32 ausbreitet.
Die aus der Elektronenkanone 30 austretenden Elektronen
weisen einen Quell-Crossover 310 auf.
Der Elektronenkanone 30 ist eine Strahlzentriereinrichtung 33 nachgeschaltet,
die den Elektronenstrahl symmetrisch um die optische Achse 32 ausrichtet.
Nach der Strahlzentriereinrichtung durchläuft der Elektronenstrahl 31 ein
Kondensorsystem 10, das aus dem anfänglich divergenten Elektronentrahl 31 einen
parallelen Strahl formt. Der durch das Kondensorsystem 10 geformte
Strahl besitzt einen Durchmesser, über den die Intensität homogen
verteilt ist. Nach dem Kondensorsystem 10 ist ein flächiges Objekt 34 vorgesehen.
Das flächige
Objekt 34 ist eine Aperturplatte bzw. ein Apertuplattensystem 50.
Das Apertuplattensystem 50 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen
zur Erzeugung vieler paralleler Strahlenbündel 36 versehen.
In Ausbreitungsrichtung der Strahlenbündel 36 hin zum Target 6 folgt
eine Ablenkplatte 35, die eine Vielzahl von Strahlablenkeinheiten
besitzt. Nach der Ablenkplatte 35 folgt eine Beschleunigungslinse 39, die
die Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 31 erhöht und dann
ein erstes Zwischenbild des Crossovers 31, am Ort der Aperturblende 38 erzeugt.
Alle individuellen Crossover der Teilstrahlenbündel 36 entstehen
nahezu am gleichen Ort, nämlich
der Blendenöffnung
der Aperturblende 38. Der Durchmesser der Öffnung der
Aperturblende 38 ist dabei so gewählt, dass nahezu alle Elektronen
der unabgelenkten Strahlenbündeln 36 die
Aperturblende 38 passieren können. Einzelstrahlen 37,
die durch die Ablenkplatte 35 eine individuelle Richtungsänderung
erfahren haben, werden an der Aperturblende 38 gestoppt,
da ihr Crossover-Zwischenbild nicht am Ort der Aperturblendenöffnung entsteht.
Im weiteren Strahlverlauf folgt jetzt mindestens eine magnetische Linse 40 zwecks
verkleinerter Abbildung der Aperturplatte 34 auf das Target 6.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei magnetische Linsen 40 gezeigt. Bei der Abbildung
entsteht ein zweites Zwischenbild des Crossovers 312 .
Bevor die unabgelenkten Strahlenbündel 36 auf das Target 6 treffen, das
zum Beispiel ein Wafer ist, durchlaufen sie eine Objektivlinse 41.
Die Objektivlinse 41 ist mit einer Vielzahl von Elementen
ausgestattet. Vor und nach einem zweiten Crossover 312 des Elektronenstrahls 31 sind
zwei Ablenkeinrichtungen 45 und 46 vorgesehen.
Die Ablenkeinrichtungen 45 und 46 dienen zum Auslenken
und zur Lagebestimmung des Elektronenstrahls 31 beziehungsweise
der Vielzahl der unabgelenkten Strahlenbündel 36 im Target 6.
Die zwei unabhängig
steuerbaren Ablenksysteme 45 und 46 werden vorteilhaft
dazu benutzt, um langsame und schnelle Ablenkvorgänge separat
optimal zu gestalten. Schnelle Ablenkvorgänge im Frequenzgebiet Megaherz
bis Gigaherz sind zum Beispiel erforderlich, um mittels sägezahnförmiger Ablenkungen
die Position der verkleinerten Aperturplatte 34 auf dem gleichförmig bewegten
Target 6 für
die Zeitdauer eines Belichtungsschrittes beziehungsweise Belichtungstaktes
konstant zu halten und anschließend
in sehr kurzer Zeit zum nächsten
Belichtungspunkt zu springen. Da benachbarte Pixel typisch kleiner
als 100 Mikrometern entfernt sind, wird das schnelle Ablenksystem 46 bevorzugt
als elektrostatisches System aufgebaut. Für die Kompensation niederfrequenter
Positionsabweichungen des Targets 6 von der gleichförmigen Bewegung
im Bereich von einigen Mikrometern kommt bevorzugt ein langsames
aber hochgenaues magnetisches Ablenksystem 45 zum Einsatz.
Zwecks Minimierung der Ablenkfehler des magnetischen Ablenksystems 45 kann
dieses als mehretagiges Ablenksystem ausgebildet sein. Ferner sind
Stigmatoren 44 vorgesehen, die bevorzugt als mehretagige
magnetische Spulensysteme aufgebaut sind, um Astigmatismen und Verzeichnungen, die
in der optischen Säule
durch Fertigungstoleranzen und Justagefehler bedingt sind, auszugleichen. Die
Objektivlinse 41 besitzt ein am Landepunkt des Elektronenstrahls
am Target 6 abtastendes Höhenmesssystem 42.
Das Höhenmesssystem 42 dient
der Erfassung von Unebenheiten des Targets 6 (zum Beispiel
Wafer) sowie von Höhenschwankungen,
die ein Verschiebetisch verursachen kann. Ein Detektor 43 für die von
Target 6 rückgestreuten
Partikel beziehungsweise Elektronen befindet sich nahe dem Strahlauftreffpunkt.
Dieser Detektor 43 dient der Positionsermittlung von Marken
auf dem Target 6 zum Zwecke der Überdeckung mehrerer Belichtungsebenen
beziehungsweise zur Kalibrierung von Steuerelemente einer Belichtungsanlage.
Weiterhin befinden sich drei Korrekturlinsenpaare 23, 24, 25 im
unteren Bereich der Korpuskularstrahleinrichtung 2. Die
Korrekturlinsen 23, 24, 25 dienen der
dynamischen Korrektur des Fokus, der Bildfeldgröße und der Bildfeldrotation
während
der Belichtung des kontinuierlich bewegten Targets 6. Das
Korrekturlinsensystem 23, 24, 25 ermöglicht die
Korrektur von Fehlern, die durch Höhenschwankungen des Targets,
sowie durch veränderliche
Raumladungen im Säulenbereich
hervorgerufen werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 50 zur
Strukturierung eines Partikelstrahls 31. Es sei bemerkt,
dass der Partikelstrahl 31 mit einem Elektronenstrahl gleichzusetzen
ist. Die Vorrichtung 50 zur Strukturierung des Partikelstrahls 31 besteht
aus einer ersten Aperturplatte 51, einer zweiten Aperturplatte 52,
einer dritten Aperturplatte 53 und einer vierten Aperturplatte 54.
Der in Richtung der optischen Achse 32 einfallende Partikelstrahl
beleuchtet großflächig die
erste Aperturplatte 51. In der ersten Aperturplatte 51 sind
eine Vielzahl von Öffnungen 61 ausgebildet,
die einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt besitzen. Die
erste Aperturplatte 51 besteht aus Silizium und besitzt
eine Dicke 51D von circa 20 μm bis 100 μm. Der ersten
Aperturplatte 51 ist eine zweite Aperturplatte 52 nachgeschaltet.
In der zweiten Aperturplatte sind ebenfalls Öffnungen 62 ausgebildet.
Der zweiten Aperturplatte 52 ist eine dritte Aperturplatte 53 nachgeschaltet,
in der ebenfalls mehrere Öffnungen 63 ausgebildet sind.
Der dritten Aperturplatte 53 ist eine vierte Aperturplatte 54 nachgeschaltet,
in der ebenfalls mehrere Öffnungen 64 ausgebildet
sind. Alle Öffnungen 61, 62, 63, 64 in
der ersten Aperturplatte 51, in der zweiten Aperturplatte 52,
in der dritten Aperturplatte 53 und in der vierten Aperturplatte 54 haben
einen quadratischen Querschnitt. Die Öffnung 61 in der ersten Aperturplatte
besitzt eine größere Abmessung 71 als die Öffnung 62 in
der zweiten Aperturplatte 52. Die der ersten Aperturplatte 51 nachgeschaltete
Aperturplatte 52 besitzt dabei eine Dicke 52D von wenigen Mikrometern und die Öffnungen 62 besitzen
einen hochgenauen quadratischen Querschnitt. Hochgenau bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass der Querschnitt eine Toleranz < 100nm für die absolute Maßhaltigkeit
in x und y einhält
und die Eckenradien sowie die Kantenrauhigkeit < 100nm betragen. Die Öffnungen 62 in
der zweiten Aperturplatte 52 besitzen eine Abmessung 72,
die kleiner ist als die Abmessung 71 der Öffnung 61 in
der ersten Aperturplatte 51. Ein typisches Verhältnis für die Abmessungen der Öffnungen
71 : 72 beträgt
2...3, wenn man absolute Maße
von 6...3 μm
für die Öffnung 62 unterstellt. Die
erste Aperturplatte 51 wird, wie bereits erwähnt, flächig vom
einfallenden Elektronenstrahl 31 beleuchtet und erzeugt
dabei durch die Öffnungen 61 mehrere
Teilstrahlen, die im Querschnitt dem Querschnitt der Öffnungen 61 in
der ersten Aperturplatte 51 entsprechen. Die erste Aperturplatte 51 dient
nicht nur zur Erzeugung einer Vielzahl von Teilstrahlen, sondern
dient auch dazu, die vom einfallenden Elektronenstrahl 31 erzeugte überschüssige Wärme abzuleiten.
Die durch die erste Aperturplatte 51 erzeugten Teilstrahlen
treffen auf die zweite Aperturplatte 52, wobei die Öffnungen 62 in
der zweiten Aperturplatte 52 den für die Abbildung erforderlichen
formdefinierten Teilstrahl 80 erzeugen. Der formdefinierte Teilstrahl 80 trifft
auf die dritte Aperturplatte 53, in der Öffnungen 63 ausgebildet
sind, die ebenfalls eine größere Abmessung 73 aufweisen
als die Öffnungen 62 in
der zweiten Aperturplatte 52. Die dritte Aperturplatte 53 weist
auf der dem einfallenden Partikelstrahl 31 abgewandten
Seite eine Ansteuerschaltung 55 auf, die die für die Ablenkung
des formdefinierten Teilstrahl 80 erforderlichen Signale
erzeugt. Die dritte Aperturplatte 53 besitzt eine Dicke 53D von circa 20 μm bis 100 μm. Die vierte Aperturplatte 54 besitzt eine
Dicke 54D von circa 20 μm bis 100 μm.
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Ebenso
ist an der dem einfallenden Partikelstrahl 31 abgewandten
Seite der dritten Aperturplatte 53 jeder Öffnung 63 ein
Deflektor 56 für
den formdefinierten Teilstrahl 80 zugeordnet. Der dritten
Aperturplatte 53 ist eine vierte Aperturplatte 54 nachgeschaltet,
in der ebenso Öffnungen 64 vorgesehen
sind, die in etwa die gleiche oder eine geringfügig größere Abmessung 74 aufweisen
wie die Öffnungen 63 in
der dritten Aperturplatte 53. Die erste Aperturplatte 51, die
zweite Aperturplatte 52, die dritte Aperturplatte 53 und
die vierte Aperturplatte 54 sind zueinander derart angeordnet,
dass alle Öffnungen 61, 62, 63, 64 entlang
einer Zentrumsachse 81 ausgerichtet sind.