DE68919247T2

DE68919247T2 - Silizium-Gitter als Referenz- und Kalibrierungs-Standard in einem Partikelstrahl-Lithographiesystem.

Info

Publication number: DE68919247T2
Application number: DE68919247T
Authority: DE
Inventors: Lydia J Young
Original assignee: Etec Systems Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1988-03-14
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: JP2738558B2; CA1293825C; US4885472A; DE68919247D1; EP0333098B1; EP0333098A3; JPH0249341A; EP0333098A2

Description

Diese Erfindung betrifft ein Teilchenstrahllithographiesystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das zur Bearbeitung eines Werkstücks, wie z.B. eines Halbleiterwafers oder einer Maske, verwendet wird und insbesondere betrifft sie eine Verbesserung in der Vorrichtung Zum Kalibrieren solcher Systeme. Die Erfindung betrifft auch ein Prägestück mit wenigstens einem Referenz- und Kalibriergitter.
Bisher wurde in den Teilchenstrahllithographiesystemen nach dem Stand der Technik ein Referenz- und Kalibriergitter aus Kupfer, das mit dem X-Y-Schlitten verbunden war, als eine Justiermarke zum Kalibrieren solcher Systeme verwendet. Das Gitter hat im wesentlichen drei Funktionen: (a) als eine globale Referenzlage zu dienen, die periodisch zum Feststellen und Quantifizieren einer Schlittendrift tiber der Zeit verwendet wird, (b) als eine Referenz für die Lage der Schreibebene zu dienen, um die Teilchenstrahlsäule mit einem Standard zu versehen, auf den zu fokussieren ist, und (c) um als eine Referenz für das Einrichten der Teilchenstrahlsäule zu dienen zum Bestimmen der Strahlform, des Strahlstroms, der Strahleinheitlichkeit und der Strahldrehung. Das Kupfergitter nach dem Stand der Technik war ursprünglich für die Verwendung in einem Pasterelektronenmikroskop entworfen worden und wurde später in Teiichenstrahllithographiesystemen einfach deswegen verwendet, weil es sich als praktisch erwies, wobei jedoch das Kupfergitter eine Anzahl von Nachteilen aufwies. Das Kupfergitter selbst ist zerbrechlich und ziemlich klein und deshalb schwierig zu handhaben, und die guadratischen Löcher haben eine Periode (Mittelpunkt zu Mittelpunkt) von 63,3 Mikrometer, was eine zusätzliche Koordinatenkalibrierung in einem Teilchenstranlsystem mit binärer Elektronik notwendig machte. Zusätzlich betragen die Radien der Ecken der quadratischen Löcher typischerweise mehrere Mikrometer, etwa wie der Abstand von der Kante, wo die X-Y-Abrasterungen ausgeführt werden, und die Kantenrauheit der Kupfergitter ist veränderlich und typischerweise größer als ein Zehntel eines Mikrometers. Die Rechtwinkeligkeit von Ecken anstoßender Gitterstäbe in den Kupfergittern ist ebenfalls veränderlich und größer als die Anforderungen des Lithographiesystems. Schließlich waren die Kupfergitter aufgrund der Dünnheit sehr schwierig mit gleichmäßiger Ebenheit zu befestigen.
Es ist deshalb eine Hauptaufgabe dieser Erfindung, Teilchenstrahllithographiesysteme durch Einbauen eines Referenz- und Kalibrierungsgitters in ein solches System zu verbessern, das die Mängel von Kalibrierungsgittern nach dem Stand der Technik überwindet.
Entsprechend der hier enthaltenen Verwendung ist das "Gitter" derjenige Teil einer größeren Struktur, die hier als ein "siliziumprägeteil" bezeichnet wird, das für Referenzzwecke und Kalibrierung des Lithographiesystems verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist ein Referenz- und Kalibrierungsgitter aus Silizium in einem Teilchenstranllithographiesystem gemäß An-Spruch 1 enthalten und wird zum Kalibrieren des Systems verwendet. Das Gitter ist in einem Siliziumprägeteil von einer sehr viel dickeren Struktur ausgebildet und weist quadratische Löcher mit einer Periode auf, um eine direkte Koordinatenzuordnung mit binärer Elektronik zu ermöglichen. In der dargestellten Ausfiihrungsform weisen die quadratischen Löcher eine Seitenlänge von ungefähr 32 um (Mikron) mit einer Periode von ungefähr 64 um (Mikron) für eine Art eines Teilchenstrahlithographiesystems auf, wobei jedoch andere Dimensionen entsprechend den Anforderungen des Teilchenstrahllithographiesystems geeignet sind. Das Gitter ist mit Gold überzogen, um zu verhindernf daß geladene Teilchen oder Elektronen durch die festen Bereiche hindurchtreten, und es ist vorzugsweise in einem Gitterhalter angebracht, der in seiner Neigung und Höhe (Z-Richtung) eingestellt werden kann und der zu X-Y-Referenzspiegeln, die auf dem Werkstückschlitten angebracht sind, ausgerichtet werden kann.
Aus der folgenden schriftlichen Beschreibung und den Zeichnungen wird offensichtlich, daß bei dieser Erfindung die Kristallographie des Siliziums Genauigkeiten in der Orthogonalität, der Kantenradien und der Kantenrauhigkeit schafft, die benötigt werden, um Gitter als Justiermarken für die Teilchenstrahllithographie zu bestimmen. Zusätzlich kann das Gitter als Teil eines dickeren Siliziumprägeteils einfach gehandhabt und folglich angebracht werden, und Ausrichtvorgänge können bemerkenswert vereinfacht sein. Weiter ist die Ebenheit des Gitters über die gesamte Oberfläche konsistent und es neigt nicht zu Aufwerfung, wie es bei dem Kupfergitter auftrat.
Andere Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann offensichtlich werden, wenn er die folgende ausführliche Beschreibung mit den begleitenden Zeichnungen studiert hat.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahllithographiesystems, das das erfindungsgemäße Referenz- und Kalibrierungsgitter beinhaltet, und das den Teilchenstrahl über dem Gitter und dem Faradaybecher positioniert darstellt;
Fig.2 eine Draufsicht auf das Siliziumprägeteil und zwei Gitter;
Fig.3 eine Ouerschnittsansicht des Siliziumprägeteils und den beiden Gittern;
Fig.4 eine vergrößerte Bodenansicht, die im Detail einen Teil eines Gitters und die quadratischen Löcher zeigt;
Fig.5 eine teilweise Querschnittsansicht, ebenfalls in Vergrößerung, die entlang der Linie 5-5 der Fig. 4 genommen worden ist, und die Details der Gitterstäbe und der Seitenwände des dickeren Siliziumprägeteils zeigt;
Fig.6 eine Draufsicht auf die Gitter und einen Gitterhalter und eine Vorrichtung zum Ausrichten des Gitterhalters zu den Schlitten;
Fig.7 eine Seitenansicht der Gitter und des Gitterhalters nach der Fig. 6; und
Fig.8 eine Querschnittsansicht der Gitter und der Gitterhalter nach den Figuren 6 und 7.
Wie in der schematischen Darstellung der Fig. 1 gezeigt ist, ist das diese Erfindung beinhaltende Teilchenstrahllithographiesystem in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Das System enthält eine Teilchenstrahlsäule 12 und eine Werkstückhaltevorrichtung 14, auf der ein Werkstück 16 aufgelegt, bearbeitet und entnommen wird. Das Werkstück 16 ist ein Halbleiterwafer oder eine Maske und wird als Substrat oder einfach als ein Wafer bezeichnet.
Als Teil der Strahlsäule 12 sind eine Quelle 20 für Elektronen oder ionisierte Teilchen, eine Verkleinerungsoptik und eine Projektions- und Ablenkoptik vorgesehen, die einen fein fokussierten Stranl 22 erzeugen, und es kann auch eine Illuminations- und Formgebeoptik vorgesehen sein, wenn ein geformter Strahl verwendet wird. Ein zentrales Rohr 24 (strichliert gezeigt) befindet sich innerhalb der Säule 12, das von dem Strahl 22 durchquert wird und unter hohem Vakuum durch eine Hochvakuumpumpe 26, die an die Säule gekoppelt ist, gehalten wird. Der Strahl 22 tritt durch eine Öffnung 28 in der Säule hindurch und trifft auf das Werkstück 16 für dessen Bearbeitung. Das gesamte Lithographiesystem enthält weiter einen Computer (Steuereinheit) und eine zugeordnete binäre Elektronik, die den Strahl 22 und ein Antriebssystem zum Treiben der Werkstückhaltevorrichtung steuert, die Daten der Muster abspeichert und Strahlsteuersignale schafft, was alles durch einen Darstellungsblock 30 bezeichnet ist.
In der vereinfachten schematischen Darstellung nach der Fig. 1 enthält die Werkstückhaltevorrichtung 14 einen herkömmlichen X-Y-Schlitten 32 auf einer stationären Basis 34, der in der X-Y-Richtung durch einen herkömmlichen X-Y-Antrieb 36 angetrieben wird. Ein Positionsmeßsystem 38, das Spiegel und Interferometer enthält, mißt die Position des X-Y-Schlittens und koppelt diese Positionsinformation an die Systemelektronik 30 zurück. Auf dem X-Y-Schlitten 32 ist ein Werkstückhalter 40 zum Halten des Werkstücks 16 für die Bearbeitung durch den Stranl 22 auf die herkömmliche Weise angebracht. Die Werkstückhaltevorrichtung 14 kann in einer Vaküumkammer, die schematisch bei 42 angedeutet ist, betrieben werden oder sie kann in der Atmosphäre mit Ausnahme in der Nähe der Öffnung 28 betrieben werden, wie durch das US-Patent US-A-4 528 451 oder die EP-A-0 295 616, die der US-Patentanmeldung mit dem Titel "Differentially Pumped Seal Apparatus" von L. Young, Serial-Nr. 062 038, eingereicht am 15.06.1987, entspricht, gelehrt wird.
Wie in dieser Figur gezeigt ist, sind ein Gitter 44 und ein Faradaybecher 46 auf dem X-Y-Schlitten 32 positioniert, so daß das Gitter 44 koplanar zu der oberen Oberfläche des Werkstücks 16 ist.
Wie oben erwähnt wurde, ist das Gitter dieser Erfindung eine Verbesserung über Gitter nach dem Stand der Technik, und es ist aus Silizium mit genauen Größenabmessungen gebildet, was in großem Maße die Bezugnahme und Kalibrierung des Systems vereinfacht.
Die Figuren 2 und 3 zeigen ein relativ dickes Siliziumprägeteil 50 (z.B. ungefähr 1,125 cm x 0,625 cm (0,45 Zoll x 0,25 Zoll) groß und gefänr 300 um (Mikron) dick), das zwei Gitter 44a und 44b enthält und das auf dem Gitterhalter 52 anzubringen ist, wie in den Figuren 6 bis 8 gezeigt ist. In der offenbarten AusfUhrungsform sind zwei Gitter für eine bestimmte Anwendung gezeigt. Wie dem Fachmann offensichtlich ist, kann das Siliziumprägeteil 50 mit einem einzigen Gitter entworfen sein. Die Größe des Siliziuinprägeteils ist nicht wichtig, da die offenbarten X-Y-Dimensionen für eine bestimmte Anwendung zutreffen, wobei jedoch andere Größendimensionen geeignet sind, wie es dem Fachmann offensichtlich ist.
Jedes Gitter 44a und 44b hat sich verjüngende Seitenwände 54, die in dem Siliziumprägeteil 50 ausgebildet sind und die die Gitter als Quadrate (z.B. mit einer Seitenlänge von ungefähr 0,236 cm (0,093 Zoll)) bestimmen. Die Seitenwände 54 fallen schräg gegen die untere Oberfläche 56 des Siliziuimprägeteils 50 ab und enden in Rahmenteilen 60, die parallel zu den oberen und unteren Oberflächen des Siliziumprägeteils 50 sind. Die Rahmenteile 60 bilden auch einen äußeren Gitterstab aus einer Vielzahl von Gitterstäben 62. Wie oben gesagt wurde, treffen die offenbarten Dimensionsgrößen für eine besondere Anwendung zu, wobei jedoch andere Dimensionsgrößen geeignet sind, wie es dem Fachmann offensichtlich ist.
Wie in der Fig. 5 zu sehen ist, sind die Gitterstäbe 62 im Querschnitt trapezförmig, wobei ihre obenliegenden Basen 64 kleine quadratische Löcher 66 bestimmen und ihre untenliegenden Basen 68 größere quadratische Löcher 70 an der unteren Oberfläche des Gitters bestimmen, die zudem koplanar zu der unteren Oberfläche des Siliziumprägeteils 50 sind. Jedes Trapez ist ungefähr 20 um (Mikron) dick (Basis zu Basis) und die kleineren quadratischen Löcher 66 haben ungefähr eine Seitenlänge von 32 (Mikron) (z.B. 32 um (Mikron) plus oder minus 5 um (Mikron)) bei einer Periode von ungefähr 64 um (Mikron) (z.B. 64 um (Mikron) plus oder minus 2 um (Mikron)). Wieder sind die genauen Dimensionen für eine besondere Anwendung offenbart und andere Dimensionen können geeignet sein, wie es dem Fachmann offensichtlich ist.
Um zu verhindern, daß geladene Teilchen oder Elektronen durch die Seitenwände und Basen des Gitterstabs 62 hindurchtreten, sind sämtliche Oberflächen des Rahmenteils 60 und der Seitenwände 54 mit einem geeigneten Material, vorzugsweise Gold, bei 72 plattiert.
Bevor der Gitterhalter 52 im einzelnen beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, daß dieser Gitterhalter 52 das Gitter in der X-, Y- und Z-Richtung und in der X-Y-Ebene drehen kann und eine Ausführungsform für einen derartigen Gitterhalter 52 darstellt. Der Zweck des Gitterhalters 52 besteht natürlich darin, das Gitter für die Referenz- und Kalibrierungszwecke geeignet zu orientieren.
Bezug nehmend nun auf die Figuren 6-8 kann inan sehen, daß der Gitterhalter 50 drei Teile umfaßt; ein längliches Körperteil 74, eine Gitterbefestigungsplatte 76 in einer tischplattenähnlichen Anordnung, und einen Faradaybecherkörper 78. Das Körperteil 74 enthält zwei vertikale parallele Bohrungen 82 und 84 in der Nähe eines Endes, eine zentrale vertikale Bohrung 86, zwei vertikale Bohrungen 90 und 92 und zwei ausgeschnittene Bereiche 94 und 96. Die beiden Bohrungen 90 und 92 ermöglichen, daß das Körperteil an den X-Y-Schlitten 32 durch geeignete Befestigungsmittel, wie Schrauben 98, angebracht wird. Die zentrale Bohrung 86 enthält eine vertikale hohle Hülse 100, die integral mit und unterhalb des Tischoberteils 102 der Gitterbefestigungsplatte 76 vorgesehen ist. Die Gitterbefestigungsplatte 76 ist an dem Körperteil 74 durch geeignete Mittel, z.B. die Schraube 104, über die Hülse 100 befestigt. Das Oberteil 102 paßt in den weggeschnittenen Teil 94 und hat einen ersten Satz von elastischen federartigen Zwischenlegscheiben 106 an der Oberseite der Hülse 100 unterhalb des Tischoberteils 102 und einen zweiten Satz von elastischen federartigen Zwischenlegscheiben 108 an der Unterseite der Hülse, um eine vertikale Anpassung (Z-Anpassung) der Gitterbefestigungsplatte 76 zu ermöglichen. Eine Anpassung der Verkippung der Gitterbefestigungsplatte 76 wird durch drei Einstellschrauben 110 erzielt, die mit dem Körperteil 74 zusammenwirken. Eine Rotationseinstellung der Gitterbefestigungsplatte wird durch ein Paar von Einstellschrauben 112 erzielt, die ebenfalls mit dem Körperteil 74 zusammenwirken.
Der Faradaybecherkörper 78 ist an dem Körperteil 74 innerhalb des weggeschnittenen Bereichs 76 durch geeignete Mittel, z.B. die Schrauben 114, angebracht und im Abstand von den Wänden des weggeschnittenen Bereichs 94 durch Übergangsstücke 116 gehalten.
Das Siliziumprägeteil 50 ist durch eine gegeignete Einspannvorrichtung, z.B. die Einspannplatte 118 und die Schraube 120, angeklammert, so daß die Gitter 44a und 44b mit den senkrechten Bohrungen 82 und 84 ausgerichtet sind.
Das Gitter 44a ist zudem mit einer senkrechten Bohrung 122 in dem Faradaybecherkörper 78 und mit einem PIN-Diodendetektor 124 des Schlittens unterhalb der Bohrung 82 ausgerichtet. Der PIN- Diodendetektor 124 des Schlittens ist an einer Diodenplatine 126 angebracht, die auf geeignete Weise an dem X-Y-Schlitten 32 durch geeignete Mittel, wie die Schraube 130, angebracht ist.
Das Gitter 44b ist mit der Bohrung 84 und mit einer vertikalen Bohrung 132 in dem Faradaybecherkörper 80 ausgerichtet. Die Bohrung 132 ist an ihrem unteren Ende durch eine Einstellschraube 134 verschlossen, so daß die Bohrung 132 zu dem Faradaybecher 46 wird, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, der elektrisch mit einem Draht 136 verbunden ist, um Informationssignale an die Systemelektronik bereitzustellen.
Obwohl zwei Gitter auf dem Siliziumprägeteil 50 gezeigt sind, können entweder der PIN-Diodendetektor 124 oder der Faradaybecher 46 wahlweise durch den Benutzer verwendet werden, das Strahlsignal zu empfangen. Die offenbarte Ausführungsform betrifft eine bestimmte Anwendung. Natürlich kann das Siliziumprägeteil auch mit nur einem Gitter versehen sein und der Gitterhalter kann entsprechend abgewandelt sein, und der Benutzer hat die Wahl für den Strahldetektor.

Claims

1. Ein Teilchenstrahllithographiesystem mit einer Strahlsäule und einem auf ein Werkstück gerichteten Teilchenstrahl zum Bearbeiten eines auf einem X-Y-Verschiebetisch gelegenen Werkstücks, einer binären Elektronikvorrichtung zum Ablenken des Teilchenstrahls in einer X- und Y-Richtung, einer Vorrichtung zum Antreiben des X-Y-Verschiebetisches in einer X- und Y- Richtung und einer Vorrichtung zum Messen der Position des X-Y-Verschiebetisches und Aussenden von Signalen der Verschiebetischposition an die binäre Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Referenz- und Kalibrierungsgitter mit einer Vielzahl von in einem Siliziumprägeteil ausgebildeten quadratischen Öffnungen,

eine das Gitter mit dem X-Y-Verschiebetisch verbindende Vorrichtung, und

eine mit dem Gitter zusammenwirkende Vorrichtung umfaßt, um Kalibrierungsssignale zu schaffen, wodurch das Gitter als eine globale Referenzposition, als eine Bezugsinarke für die Lage der Schreibebene und als eine Bezugsmarke für das Einrichten der Teilchenstrahlsäule dienen kann.

2. Das System nach Anspruch 1, wobei das Gitter für eine direkte Koordinierung mit dem binären elektronischen System kalibriert ist.

3. Das System nach Anspruch 2, wobei die Gitterkalibrierung eine Vielzahl von quadratischen Löchern von einer Seitenlänge von ungefähr 32 um (Mikron) mit einer Periode von ungefähr 64 um (Mikron) umfaßt.

4. Das System nach Anspruch 3, wobei das Gitter mit einem geeigneten Metall überzogen ist, um zu verhindern, daß geladene Teilchen durch die festen Teile des Gitters hindurchtreten.

5. Das System nach Anspruch 4, wobei das geeignete Metall Gold ist.

6. Das System nach Anspruch 2, wobei das Siliziumprägeteil sehr viel größer ist als das Gitter zur einfachen Handhabung und Befestigung in dem System.

7. Das System nach Anspruch 2, wobei die mit dem Gitter zusammenwirkende Vorrichtung einen PIN-Diodendetektor umfaßt.

8. Das System nach Anspruch 2, wobei die mit dem Gitter zusammenwirkende Vorrichtung einen Faradaybecher umfaßt.

9. Das System nach Anspruch 2, wobei die das Gitter mit dem X-Y-Verschiebetisch verbindende Vorrichtung eine Gitterbefestigungsvorrichtung umfaßt, die in der Verkippung und in der Z- Richtung einstellbar ist und die zu auf dem X-Y-Verschiebetisch angebrachten X-Y-Referenzspiegeln ausrichtbar ist.

10. Ein Prägeteil mit wenigstens einem darin ausgebildeten Referenz- und Kalibrierungsgitter als Referenz in einem Teilchenstrahllithographiesystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer binären Elektronik zum Betreiben des Systems, das eine das Prägeteil bildende Siliziumstruktur umfaßt, wobei das Gitter kleiner und dünner ist als die Struktur, und wobei Vorrichtungen für eine direkte Koordination mit der binären Elektronik vorgesehen sind.

11. Das Prägeteil nach Anspruch 10, wobei das Gitter eine Vielzahl von quadratischen Löchern von ungefähr 32 um (Mikron) der Seitenlänge mit einer Periode von ungefähr 64 um (Mikron) umfaßt.

12. Das Prägeteil nach Anspruch 11, wobei das Gitter mit einem Überzug versehen ist, um zu verhindern, daß die Teilchenstrahlen durch die festen Abschnitte des Gitters hindurchtreten.

13. Das Prägeteil nach Anspruch 12, wobei der Überzug Gold ist.

14. Ds Prägeteil nach Anspruch 13, wobei die Seitenwände des Gitters einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.