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Dokumentenidentifikation DE69733544T2 11.05.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000875072
Titel KONISCHE PRALLFLACHE ZUR REDUZIERUNG DES AUFLADUNGSDRIFTS IN EINEM TEILCHENSTRAHLGERAT
Anmelder Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif., US
Erfinder VENEKLASEN, H., Lee, Castro Valley, US;
YOUNG, J., Lydia, Palo Alto, US
Vertreter PAe Reinhard, Skuhra, Weise & Partner GbR, 80801 München
DE-Aktenzeichen 69733544
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.10.1997
EP-Aktenzeichen 979098795
WO-Anmeldetag 07.10.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/US97/17315
WO-Veröffentlichungsnummer 0098016946
WO-Veröffentlichungsdatum 23.04.1998
EP-Offenlegungsdatum 04.11.1998
EP date of grant 15.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.05.2006
IPC-Hauptklasse H01J 37/09(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Strahlen von geladenen Teilchen und insbesondere darauf die Drift der Strahllage zu verringern, die bei einem aufgeladenen Teilchenstrahlgerät durch elektrische Aufladung der Strahlröhrenwandungen entsteht.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei der Elektronenstrahllithograpie und bei Prüfeinrichtungen, bei abtastenden Elektronenmikroskopen und Teilchenbeschleunigern werden Oberflächen mit geladenen Teilchen bestrahlt, wobei man sich bemüht diese Strahlen auf einer Oberfläche genau zu positionieren. Die Drift der Strahlen, die die Genauigkeit der Strahlposition verschlechtert, wird oft durch eine elektronische Aufladung der Wände der Strahlröhre verursacht. Das An- und Abschalten des Strahls, oder seine Ablenkung auf unterschiedliche Stellen eines Substrates oder einer Öffnung kann den Ladungszustand innerhalb der Strahlröhre verändern, was zu sich verändernden elektrischen Feldern führt, die ihrerseits eine unerwünschte Drift des Strahls verursachen.

Eine saubere Metalloberfläche lädt sich nicht auf, da dies eine leitende Oberfläche ist. Es können sich indessen aus dem üblicherweise vorhandenen Vakuum und ebenso durch Oberflächendiffusion auf Metalloberflächen adsorbierte Moleküle ansammeln. Wenn diese einem Teilchenstrahl ausgesetzt werden, kann diese Verunreinigungsschicht polymerisieren, wobei sich eine Isolierschicht aufbaut, die Ladung speichern kann. Damit eine Polymerisierung entstehen kann, müssen gleichzeitig sowohl bewegliche polymerisierbare Moleküle vorhanden sein, als auch eine Bestrahlung; es ist deshalb bekanntlich erwünscht, sowohl den Fluss von Molekülen als auch von geladenen Teilchen auf allen Oberflächen, die nahe an dem Strahlengang liegen, auf ein Mindestmaß zu beschränken.

In dem Dokument GB-A-2 215 907 wird ein Gerät für aufgeladene Teilchen offenbart, das einen Emitter aufweist, der einen Strahl von Elektronen erzeugt, der durch eine relativ hohe Beschleunigungsspannung beschleunigt wird und im Endstadium durch eine Kondensorlinse scharf gebündelt wird. Dabei wird im Endstadium zwischen der Linse und dem Ziel, auf das der Strahl auftrifft, ein retardiertes Feld erzeugt. Eine Hilfselektrode, die im wesentlichen auf der gleichen Spannung gehalten wird wie das Ziel, ist zwischen der Linse und dem Ziel angeordnet. Diese Hilfselektrode vermeidet Unregelmäßigkeiten auf dem Ziel, die durch Störungen des retardierten Feldes entstehen und vermeidet ebenso schädliche Entladungen auf dem Ziel.

Viele Teilchenstrahlgeräte des Standes der Technik benutzen als Prallfläche gegen eine Aufladung eine Flachscheibenblende mit einer Öffnung. In Elektronenmikroskopen werden auch Gewindeöffnungen und Differentialpumpöffnungen eingesetzt, die eine Aufladungsdrift unterbinden sollen. Das von den Etec Systems in den frühen 80er Jahren eingeführte AEBLE EBL System verwendete sowohl flache als auch konisch ausgebildete Blenden. Jedoch verhinderten geometrische Beschränkungen, dass die konischen Prallflächen entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung effektiv arbeiteten.

1A zeigt die Prallfläche einer Strahlröhre des Standes der Technik, um die Kontamination auf ein Minimum zu beschränken. Bei der als flache Scheibe ausgebildeten Prallfläche 10 können sich sublimiertes Material und Sekundärpartikel 12, die aus dem Substrat 14 (oder aus anderen elektronenoptischen Bauteilen, wie z.B. aus den unterhalb der Prallfläche 10 angeordneten Strahlöffnungen) stammen und die durch den Strahl 18 herausgeschlagen werden, auf der Unterseite der Prallfläche 10 anhäufen und eine isolierende Schicht 16 aufbauen, die sich aufladen kann, was durch Pluszeichen angedeutet wurde. Eine ähnliche Isolierschicht 16 baut sich auch auf den Innenwänden 19 der Strahlröhre auf. Wenn die Aufladung asymmetrisch ist, entsteht innerhalb oder am Ende der Strahlröhre 19 ein auf den Strahl 18 einwirkendes Feld, das eine unerwünschte Drift des Strahls verursacht. Es können gemäß 1B auch eine Reihe von flachen Prallflächen 10A, 10B, 10C mit Öffnungen eingesetzt werden, um die bestrahlte Oberfläche in der Strahlröhre 16 auf ein Minimum zurückzuführen; sie können aber auch den Strahl 18 gegenüber elektrischen Feldern nicht wirksam abschirmen, die durch eine Aufladung der Unterseite der Prallflächen entstehen.

ZUSAMMENFASSUNG

Die gemäß der vorliegenden Erfindung verbesserte Prallfläche verhindert auf wirksame Weise, dass Sekundärpartikel und eine zurückgestreute Strahlung des Substrates oder einer Öffnung, die irgendwo auf entlang dem Weg des Strahls liegende Innenflächen treffen, entstehen können. Dies wird dadurch erreicht, dass man eine Prallfläche mit einer besonderen konischen Ausformung vorsieht.

Die erfindungsgemäße Prallfläche, die eine Aufladungsdrift in einem Teilchenstrahl auf eine Minimum zurückführt, weist einen dünnwandigen, konischen Aufbau mit einer Öffnung an ihrer Spitze (ihrem Scheitelpunkt) auf, die der Strahl durchdringen kann. Der Scheitelpunkt des Konus ist so orientiert, dass er der Molekülquelle oder den aufgeladenen Sekundärpartikeln, die durch den Primärstrahl erzeugt werden, zugewandt ist, d.h. er ist einem Substrat oder einem optischen Element zugewandt, das bestrahlt wird. Der Scheitelpunktwinkel des Konus wird gerade so groß gewählt, dass er groß genug ist, um die Innenwände des Konus von der Quelle der Sekundärkontamination und von den Bestrahlungspartikeln aus „unsichtbar" zu machen, aber auch dass er klein genug ist, damit er als ein Koaxialschild wirkt und so eine Aufladung der Außenwände der Strahlröhre verhindert. (Die aufgeladenen Teilchen oder Moleküle, die als Rückstrahlung oder Sekundärstrahlung von dem Substrat kommen, bewegen sich gewöhnlich in einer Sichtlinie von dem Substrat zurück zu der Prallfläche). Die Größe des Loches in der Prallfläche ist so gewählt, dass es der Primärstrahl durchdringen kann, aber dass zurückkehrende Sekundärteilchen oder zurückgestrahlte Teilchen, die sich geradlinig oder auf fokussierten Bahnen bewegen, auf keine weiter strahlaufwärts gelegenen optischen Bauteile auftreffen können. Dies verhindert die Ausbildung von aufgeladenen Schichten entlang dem Strahlengang und führt damit die Aufladungsdrift auf ein Minimum zurück.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:

1A einen Schnitt durch eine Prallfläche mit einer flachen Öffnung gemäß dem Stand der Technik;

1B einen Reihe von Prallflächen gemäß dem Stand der Technik;

2 einen Schnitt durch eine konische Prallfläche gemäß der Erfindung, wobei gezeigt ist wie der Konuswinkel gewählt ist, so dass eine Kontamination und eine Aufladung eher auf der Außenseite als auf der Innenseite der Prallfläche entsteht;

3 in einem Schnitt eine Tandemanordnung einer Reihe von konischen Prallflächen, die die Wände einer Strahlröhre abschirmen; und

4 die erfindungsgemäße konische Prallfläche in einer magnetischen Streuungslinse.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

2 zeigt in einem Schnitt eine einzige konische Prallfläche 20, die über einem Substrat 24 (oder einer Öffnung) angeordnet und gemäß der vorliegenden Erfindung dimensioniert ist. Der Primärstrahl 26 geht nach unten durch das Zentrum der Strahlröhre 30 und trifft auf das Substrat 24. Eine Erhitzung oder ein elektronischer Beschuß bewirkt, dass Moleküle, z.B. von Photoresistenten, aus der Oberfläche des Substrats 24 verdampfen und einen Molekularstrahl erzeugen, der nach oben in Richtung auf die Prallfläche 20 geht. Ebenso entsteht auf dem Substrat ein Fluss 40 von Sekundärelektronen, zurückgestrahlten Elektronen und Ionen. Wenn dieser Fluss 40 von Sekundärbestandteilen auf die Strahlröhre oder auf eine Innenfläche der Prallfläche 20 trifft, dann kann dieser Fluss Material polymerisieren und eine dicke polymerisierte Schicht 34 aufbauen, die eine Oberflächenladung aufweist, wie dies durch Pluszeichen angedeutet ist. In Abhängigkeit von der Lage und der Intensität des Primärstrahls 26 kann sich der Zustand dieser Oberflächenladung verändern, was zu einem sich ändernden Ablenkungsfeld führt. Wenn dieses Feld den Strahl 26 beeinflussen kann, dann führt dies zu einer unerwünschten Drift der Lage des Strahls.

2 zeigt, dass der Sekundärfluss 40 von der Quelle 42 des Sekundärflusses auf die Außenseite, aber nicht auf die Innenseite der Prallfläche 20 trifft, weil die Oberfläche der Prallfläche 20 unter einem solchen Winkel verläuft, dass sie von dem bestrahlten Bereich oder dem abgetasteten Feldbereich aus, der auf dem Substrat 24 einen Durchmesser d hat, unsichtbar (nicht in Sichtlinie) ist. Die Quelle des Sekundärflusses 42 ist der Bereich des Substrates 24, der von dem Strahl bestrahlt wird, d.h. der Durchmesser des Strahls 26 plus seiner maximalen Ablenkung. Die notwendige geometrische Bedingung hierfür ist, wie sie durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bestimmt wurde, dass der Konuswinkel der Prallfläche 20 nur leicht größer ist als der Konuswinkel des gestreuten Strahls (Fluss) 40, der nach oben und zurück durch die Öffnung 44 in der Prallfläche 20 geht. Mit anderen Worten ist die Bedingung so, dass der gedachte Scheitelpunkt des durch die Prallfläche 20 definierten Konus um einen kleinen Abstand über dem Substrat 24 (oder der Quelle von gestreutem Material 40) liegt. Wenn die Innenfläche der Prallfläche 20 von dem molekularen Fluss 40 abgeschirmt ist, dann erreicht nur sehr wenig Material die Innenfläche der Prallfläche 20. Wenn zusätzlich kein aufgeladener Partikelfluss 40 die Innenfläche erreicht, dann kann das zurückbleibende Material auf der Innenfläche der Prallfläche 20 nicht polymerisieren und der innenliegende Aufbau von Isolierschichten (wie bei 1A) ist vermieden.

Es ist aber unvermeidlich auf die Außenseite der Prallfläche 20 gerichteter Fluss 40 vorhanden, und dies verunreinigt die Fläche als sich aufbauende Schicht 34. Mit einem abnehmenden Konuswinkel der Prallfläche indessen hat eine Aufladung auf der Außenseite der Prallfläche 20 einen wesentlich geringeren Einfluss auf den Strahl, weil die sich daraus ergebenden unerwünschten elektrischen Felder koaxial von dem Weg des Strahles 26 abgeschirmt sind. Je kleiner der Konuswinkel 20 ist und je dichter die Öffnung 44 der Prallfläche an dem Substrat liegt, umso effektiver ist die Abschirmung. Für eine optimale Abschirmung sollte der Durchmesser der Öffnung 44 in der Prallfläche 20 nicht viel größer sein als der kombinierte Durchmesser und der Ablenkungsbereich des Primärstrahls 26. (Es ist darauf hinzuweisen, das der Strahl 26 üblicherweise gescannt wird, d.h. er wird über die Oberfläche des Substrats 24 abgelenkt). Der gestreute Fluss 40 auf die Außenoberfläche der Prallfläche 20 kann dadurch verringert werden, dass man den Bereich der Prallfläche 20, die von dem Substrat 24 aus sichtbar ist, auf ein Minimum zurückführt, so dass der Konuswinkel so steil sein sollte, wie dies die Geometrie zulasst. Somit gibt es für die effektivste Wirkung der Prallfläche eine optimale Größe für die Öffnung 44 und einen optimalen Konuswinkel für die Prallfläche.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die geometrische Beziehung zwischen dem Durchmesser D der Öffnung 44 und ihrem Abstand H von dem Substrat bestimmt, ebenso von dem Winkel q des Konusscheitelpunktes und der Lage z des Scheitelpunktes und dem maximalen Durchmesser d, der durch den Strahl 26 bestrahlt wird. Für eine optimale Wirkung der Prallfläche sind diese Größen folgendermaßen mathematisch miteinander verbunden: tang > (D + d)/2H, and z > Hd/(D + d)

3 zeigt eine zusätzliche Anwendung, bei der einige derartige konische Prallflächen 20a, 20b in Serie eingesetzt werden, um die zylindrischen Wände der Strahlröhre 30 von einer Aufladung abzuschirmen, wobei einige Elemente, die auch in 2 gezeigt sind, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Die untere konische Prallfläche 20a ist nahe dem Substrat 24 angeordnet, um einiges von dem Sekundärfluss 40 von dem Substrat abzuhalten. Eine zweite Prallfläche 20b, die weiter stromaufwärts angeordnet ist, fängt den verbleibenden Sekundärfluss 40 ab, der sonst auf die Wände, auf die elektrostatischen Ablenkungsplatten oder andere optische Elemente in der Strahlröhre 30 treffen würde. Eine solche Serie von konischen Prallflächen ermöglicht den Einsatz größerer Öffnungen in den Prallflächen als sie mit einer einzigen Prallfläche möglich sind und begrenzt auf den gezeigten Bereichen den Aufbau von isolierenden Schichten 34.

Es ist klar, dass die obige Bezugnahme auf einen Scheitelpunkt des Konus, der auf eine Öffnung gerichtet ist anstatt auf ein Substrat entweder für den Fall vorgesehen ist, bei dem eine obere Prallfläche 20b vorhanden ist, wie in 3, oder für den Fall, bei dem die Prallfläche in der Strahlröhre vorgesehen ist und relativ zu den Prallflächen der 3 umgekehrt ist, um zu vermeiden, dass eine Strahlung, die die Ränder einer Öffnung durchdringt, in der Strahlröhre nach unten dringt.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Material der konischen Prallfläche. Um eine Verunreinigung möglichst klein zu halten ist es wünschenswert ein Material mit einem kleinen Adsorptions- (Hartungs-) Koeffizienten und/oder einer geringen Oberflächendiffusionsgeschwindigkeit für polymerisierbare Kohlenwasserstoffmoleküle einzusetzen. Diese Moleküle werden aus dem Substrat herausgelöst, wie z.B. Photoresists, oder sind Öle oder andere Materialien, die das Vakuumsystem verunreinigen. Wenn in einem Ausführungsbeispiel innerhalb eines magnetischen Ablenkungsfeldes gemäß 4 eine konische Prallfläche eingesetzt wird, dann ist es auch wünschenswert für die Prallfläche ein hoch widerstandsfähiges Material einzusetzen, um zu vermeiden, dass Wirbelstromeffekte auftreten, die die Geschwindigkeit der Strahlablenkung beeinflussen würden. Es werden deshalb für die Prallfläche Materialien wie pyrolitischer Graphit oder Titan unter verschiedenen Bedingungen bevorzugt.

In 4 ist der beispielsweise Gebrauch der vorliegenden Prallfläche 20 dargestellt, die innerhalb einer magnetischen Ablenkungsanordnung angeordnet ist, und die konisch geformte untere Polstücke der Art aufweist, wie sie in der US Patentanmeldung Nr. S.N. 08/721 827 mit dem Titel „Composite Concentric-Gap Magnetic Lens With Conical Pole Pieces" offenbart ist und von Lee H. Veneklasen und William J. Devore erfunden wurde. In einem Ausführungsbeispiel ist in der Ablenkungsanordnung und unterhalb der konischen Prallfläche ein Teilchendetektor 50 einer Art untergebracht, wie er in der US Patentanmeldung S.N. 08/726 449 mit dem Titel „Mounting A Solid Stage Particle Detector Within A Magnetic Deflection Field" von Lee H Veneklasen und Rudy Garcia erfunden wurde. Der Ort, an dem die Prallfläche der 4 untergebracht ist, ist nur beispielsweise, Wie in 3 gezeigt, kann die Prallfläche alternativ auch unter der Ablenkungsanordnung und näher an dem Substrat untergebracht sein.

In 4 sind auch, ebenso wie in 2, der Strahl 26 und das Substrat 24 gezeigt. Der ringförmig ausgebildete Teilchendetektor 50, der Ausgangsleitungen 52 aufweist, weist einen Fluss 40 von Sekundärpartikeln oder zurückgestreuten Partikeln aus dem Substrat 24 nach. Die magnetische Ablenkung umfasst eine oder mehrere toroidale oder sattelförmige Ablenkspule(n) 58, um den Strahl 26 abzulenken. Außerdem sind zylindrische obere Polstücke 64 und konisch geformte untere Polstücke 66 gezeigt; die Prallfläche liegt dabei innerhalb des konischen unteren Polstückes 66.


Anspruch[de]
  1. Teilchenstrahlgerät mit einer primären Teilchenquelle zur Erzeugung eines Strahls (26) von geladenen Teilchen, wobei eine Ablenkungsanordnung (58) zur Ablenkung des Strahls, eine konische Prallflächenanordnung (26) aufweist, die konzentrisch zu dem Strahl angeordnet ist und von der primären Teilchenquelle beabstandet ist, wobei die Prallflächenanordnung nahe ihrem Scheitelpunkt offen ist und der Scheitelpunkt näher an einer Quelle (40) für Sekundärpartikel, die durch den Primärstrahl (26) entstehen, liegt, als die Basis des Konus, und wobei der Winkel eines von der Prallflächenanordnung (20) definierten Konus verhindert, dass Sekundärpartikel in die Öffnung und zu einer Innenfläche der Prallflächenanordnung (20) gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tangente des Konuswinkels größer als (D + d)/2H ist, wobei D der Durchmesser der Öffnung am Scheitelpunkt der Prallflächenanordnung ist, d der Durchmesser desjenigen Bereichs der Sekundärpartikelquelle ist, die von dem Strahl bestrahlt wird, und H der Abstand von der Sekundärpartikelquelle zu der Öffnung der Prallflächenanordnung ist.
  2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärpartikelquelle ein Substrat (24) ist, welches durch den Strahl (26) bestrahlt wird.
  3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärpartikelquelle eine Öffnung für den Strahl stromabwärts bezüglich des Strahls der Prallflächenanordnung (20) ist.
  4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärpartikelquelle eine Öffnung für den Strahl stromaufwärts bezüglich des Strahls der Prallflächenanordnung (20) ist.
  5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärpartikelquelle eine Öffnung ist, durch die der Strahl (26) geht.
  6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächenanordnung (20) dünnwandig ausgebildet ist.
  7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächenanordnung (20) aus einem Material besteht, von dem bekannt ist, dass es wenigstens eine der folgenden Eigenschaften aufweist, nämlich einen niedrigen Adsorptionskoeffizienten und eine niedrige Diffusionsgeschwindigkeit für polymerisierbare Kohlenwasserstoffe.
  8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallflächenanordnung (20) innerhalb der Ablenkungsanordnung (58) angeordnet ist.
  9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außerdem wenigstens eine zweite konische Prallflächenanordnung (20b) vorhanden ist, die konzentrisch zu dem Teilchenstrahl angeordnet und von der ersten Prallflächenanordndung (20a) beabstandet ist.
  10. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine konzentrisch zu dem Strahl (26) angeordnete Strahlröhre (30) vorgesehen ist, wobei die Prallflächenanordnung (20) innerhalb der Strahlröhre vorgesehen ist.
  11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand von dem Scheitelpunkt des Konus bis zu einer Oberfläche der Sekundärpartikelquelle größer als HD/(D + d) ist, wobei H der Abstand von der Sekundärpartikelquelle zu der Öffnung der Prallflächenanordnung, D der Durchmesser der Öffnung der Prallflächenanordnung und d der Durchmesser des Strahls der Sekundärpartikelquelle ist.
  12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser der Öffnung in der Prallflächenanordnung (20) die Sekundärpartikel daran hindert, auf eine Außenfläche (34) des Strahlgehäuses aufzuprallen.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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