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DE4424274C1 - Einrichtung zur Manipulation eines Synchrotronstrahlenbündels - Google Patents

Einrichtung zur Manipulation eines Synchrotronstrahlenbündels

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DE4424274C1
DE4424274C1 DE4424274A DE4424274A DE4424274C1 DE 4424274 C1 DE4424274 C1 DE 4424274C1 DE 4424274 A DE4424274 A DE 4424274A DE 4424274 A DE4424274 A DE 4424274A DE 4424274 C1 DE4424274 C1 DE 4424274C1
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synchrotron
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Bernd Seher
Lutz Mueller
Frank Reuther
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Jenoptik AG
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Jenoptik Jena GmbH
Jenoptik Technologie GmbH
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Manipulation eines Synchrotronstrahlenbündels, insbesondere für Bestrahlungsapparaturen zur Röntgentiefenlithographie, mit einem durch Scanbewegung gegenüber dem Synchrotronstrahlenbündel verstellbaren Objekttisch zur Aufnahme eines zu bestrahlenden Gegenstandes in einer Vakuumkammer, einem Fenster in der Vakuumkammer zum Strahlungseintritt und Paaren von gegeneinander verschiebbaren Blenden.
Derartige Bestrahlungseinrichtungen sind einsetzbar zur Herstellung mikrosystem­ technischer Bauelemente nach einer unter dem Namen LIGA-Verfahren (Lithographie mit Synchrotronstrahlung, Galvanoformung Abformtechnik mit Kunststoffen) bekannt gewordenen Technologie (LIGA process, Microelectron. Eng. 4 (1986) 35-56).
Bei diesem Verfahren wird im Verfahrensschritt Röntgentiefenlithographie eine Resistschicht über eine Röntgenmaske mittels Schattenwurf direkt mit Synchrotronstrahlung belichtet, wobei die Röntgenmaske und die auf einem Substrat aufgebrachte Resistschicht zu diesem Zweck auf einem Objekttisch befestigt sind, der relativ zum Strahlenbündel der Synchrotronstrahlung in einer Scanbewegung verstellbar ist, dessen typische Abmessungen etwa 100 mm in der Horizontalrichtung und etwa 5 mm in Vertikalrichtung betragen.
Durch die Einwirkung der Strahlung in den nicht abgeschatteten Bereichen verändert sich die Resiststruktur derart, daß in einem nachfolgenden Entwicklungsprozeß die belichteten Flächen aus der Resistschicht herausgelöst werden können.
Eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Halbleiterwafern mit Synchrotronstrahlung ist in der US 48 56 037 beschrieben, mit der auf lithographischem Wege Strukturen einer Maske auf einen Halbleiterwafer übertragen werden sollen.
Maske und Wafer, deren Ausrichtung zueinander außerhalb des Bestrahlungsbereiches optisch anhand von Justiermarken überwacht wird, sind rechtwinklig zur Strahlrichtung vor einem unmittelbar benachbarten Strahlungsfenster eines Strahlrohres bewegbar.
Bekannt ist nach der DE 33 11 870 C2 auch eine Kollimator zum Begrenzen eines Bündels energiereicher Strahlung mittels gegeneinander verschiebbarer Begrenzungsblöcke.
Nach der DE 80 16 658 U1 werden verschiedene Teilchenstrahlenquerschnitte durch gegeneinander verschiebbare Blenden erzeugt.
Da das Strahlenbündel der Synchrotronstrahlung in seinen Abmessungen und seinen spektralen Eigenschaften im wesentlichen konstante Eigenschaften aufweist, machen sich für die Vielzahl der unterschiedlichen Anwendungsfälle Modifikationen erforderlich, die unter Vakuumbedingungen auszuführen sind und die die Belichtungsabläufe selbst wenig störend beeinflussen dürfen.
So müssen insbesondere an Umkehrpunkten der Scanbewegung auftretende Überbelichtungen ausgeschlossen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, dem jeweiligen Anwendungsfall für die Röntgentiefenlithographie, insbesondere dem Scanregime angepaßte Strahlenbündeleigenschaften unter Vakuumbedingungen herzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Einrichtung zur Manipulation eines Synchrotronstrahlenbündels, insbesondere für Bestrahlungsapparaturen zur Röntgentiefenlithographie mit einem durch Scanbewegung gegenüber dem Synchrotronstrahlenbündel verstellbaren Objekttisch zur Aufnahme eines zu bestrahlenden Gegenstandes in einer Vakuumkammer, einem Fenster in der Vakuumkammer zum Strahlungseintritt und Paaren von gegeneinander verschiebbaren Blenden gelöst, indem von den Paaren der gegeneinander verschiebbaren Blenden, die zwischen dem Objekttisch und dem Fenster zusätzlich zu einer der Vakuumkammer vorgeschalteten Filterkammer vorgesehen sind, das Paar, bei dem die Richtung der gegenseitigen Verschiebbarkeit der Blenden mit der Scanbewegung zusammenfällt, an die Scanbewegung gekoppelt ist.
Es ist von Vorteil, wenn die Filterkammer zur Einschaltung der Filter in das Synchrotronstrahlenbündel Filterwechsler aufweist, bei denen auf einem, auf die Filterkammer aufsetzbaren Vakuumflansch über Stehbolzen ein Pneumatikzylinder befestigt ist, dessen Bewegung durch ein Gestänge, das sich innerhalb einer Führungsbuchse und eines Membranbalges fortsetzt, auf eine Schubstange übertragen wird, an der ein Filterhalter befestigt ist.
Der Filterhalter kann aus zwei Rahmenelementen bestehen, die mit einer dem Querschnitt der Synchrotronstrahlenbündel angepaßten langlochförmigen Öffnung versehen sind.
Vorteilhafterweise ist das eine Paar von gegeneinander verschiebbaren Blenden Bestandteil einer ersten, das Synchrotronstrahlenbündel horizontal begrenzenden Strahlbegrenzungseinheit. Für jede der gegeneinander verschiebbaren Blenden ist auf einer Montageplatte über Halteelemente eine Führungsschiene starr und eine Spindel drehbar gelagert, auf der eine gegen Verdrehung gesicherte Spindelmutter eine der Blenden trägt. Zur Positionierung der Blenden dienen an der Montageplatte befestigte Sensoren.
Das andere Paar von gegeneinander verschiebbaren Blenden sollte Bestandteil einer zweiten, das Synchrotronstrahlenbündel vertikal begrenzenden Strahlbegrenzungseinheit sein, in der die Verschiebung der Blenden durch Antriebselemente realisiert wird, die im wesentlichen denen für die Blenden entsprechen und die am beweglichen Teil des Objekttisches befestigt sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung realisiert gleichzeitig mit einer spektralen Selektion eine mit einem Ausschluß von Überbelichtungen an Umkehrpunkten des Objekttisches verbundene Kantenbegrenzung des Synchrotronstrahlenbündels.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine Bestrahlungsapparatur zur Röntgentiefenlithographie
Fig. 2 einen Filterwechsler für eine Filterkammer
Fig. 3 eine zum Einsatz in einer Bestrahlungsapparatur geeignete Filterkammer
Fig. 4 eine horizontal wirkende Strahlbegrenzungseinheit in Ansicht entgegen der Strahlrichtung
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Strahlbegrenzungseinheit gemaß Fig. 4
Fig. 6 eine vertikal wirkende Strahlbegrenzungseinheit in Ansicht in Strahlrichtung.
Bei der in Fig. 1 sehr vereinfacht dargestellten Bestrahlungsapparatur mündet ein Strahlrohr 1 für ein Synchrotronstrahlenbündel 2, in das eine Filterkammer 3 eingesetzt ist, über ein Fenster 4 in eine als Arbeitskammer dienende Vakuumkammer 5.
Die Vakuumkammer 5 enthält einen von außerhalb angetriebenen Objekttisch 6, das eine Röntgenmaske 7 und einen röntgenstrahlempfindlichen Resist 8 gegenüber dem Strahlenbündel 2 in einer vertikalen Scanbewegung verfährt. Zwischen dem Fenster 4 und dem Objekttisch 6 sind in den Fig. 4, 5 und 6 näher beschriebene Strahlbegrenzungseinheiten 9, 10 angeordnet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Filterwechsler zum Einsatz in einer Filterkammer 3, die in Fig. 3 deutlicher als in Fig. 1 dargestellt ist, ist auf einem Vakuumflansch 11 über Stehbolzen 12 ein Pneumatikzylinder 13 eines Pneumatikantriebes befestigt. Der Pneumatikzylinder 13 erzeugt durch wahlweise Beaufschlagung mit Druckluft an einem oberen Drucklufteinlaß 14 und einem unteren Drucklufteinlaß 15 eine translatorische Bewegung eines innen liegenden Arbeitszylinders. Diese Beaufschlagung kann durch geeignete elektropneumatische Elemente elektrisch gesteuert erfolgen. Die Bewegung wird durch ein Gestänge 16 an die obere Seite des Vakuumflansches 11 geleitet. Das Gestänge 16 setzt sich innerhalb einer Führungsbuchse 17 und eines Membranbalges 18 fort. Das Gestänge ist mit der einen vakuumdicht verschlossenen Seite 19 des Membranbalges 18 fest verbunden. Der äußere Umfang der anderen Seite 20 des Membranbalges 18 ist vakuumdicht am Vakuumflansch 11 befestigt.
Ungleichmäßigkeiten zwischen der durch den Ablauf des im Inneren des Pneumatikzylinders 13 liegenden Arbeitszylinders definierten Translation und der durch die Bewegung des Gestänges 16 in der Führungsbuchse 17 definierten Translation werden durch eine geeignete Kupplung innerhalb des Gestänges 16 ausgeglichen.
An der unteren Seite 19 des Membranbalges 18 ist eine Einheit bestehend aus einer Schubstange 21, einer Klemme 22 und einem Filterhalter 23 befestigt, die bei der Manipulation am Pneumatikzylinder 13 eine translatorische Bewegung ausführt. Der Filterhalter 23 kann durch Lösen oder Spannen der Klemme 22 von der Schubstange 21 gelöst oder an ihr befestigt werden. Der Filterhalter 23 besteht, wie aus Fig. 3 ersichtlich, aus zwei Rahmenelementen 24 und 25. Jedes dieser Rahmenelemente 24, 25 beinhaltet eine langlochförmige Öffnung 26. Nach Lösen der Verschraubung kann zwischen die Rahmenelementen 24, 25 folien- oder blechartiges Filtermaterial eingelegt und durch Verschrauben eingespannt werden.
Gemäß Fig. 3 enthält die als T- oder Kreuzstück ausgeführte Filterkammer 3 mehrere (z. B. fünf) solche, mit 27 bezeichnete Filterwechsler. Die Filterkammer 3 ist in dem Strahlrohr 1 für das Synchrotronstrahlenbündel 2 so angeordnet, daß in der oberen Stellung des Arbeitszylinders eines Pneumatikantriebes der Filterhalter 23 mit dem Filtermaterial außerhalb des Bereiches des Synchrotronstrahlenbündels 2 liegt und in der anderen Stellung des Arbeitszylinders der Filterhalter 23 so postiert ist, daß das Synchrotronstrahlenbündel 2 vom Filtermaterial beeinflußt wird. Die langlochförmige Öffnung 26 ist so gestaltet, daß in der Position ohne eingelegtes Filtermaterial die gesamte Synchrotronstrahlung den Filterhalter passiert.
Durch eine elektropneumatische Steuerung kann der Filterwechsel automatisch ohne Belüftung der Filterkammer 3 erfolgen.
Bei der Strahlbegrenzungseinheit 9, die entsprechend den Fig. 4 und 5 aus einem Paar von horizontal gegeneinander verschiebbaren Blenden 28, 29 besteht, sind auf einer Montageplatte 30 über Halteelemente 31 eine Führungsschiene 32 starr und eine Spindel 33 drehbar gelagert. Auf der Spindel 33 ist eine Spindelmutter 34 montiert, an der die Blende 28 befestigt ist, die sich durch eine mittels einer Motorgruppe 35 herbeigeführte Drehung der Spindel 33 analog der Spindelmutter 34 lateral positionieren läßt. Die Spindelmutter 34 ist durch eine Kopplung 36 an der Führungsschiene 32 gegen Verdrehung gesichert. Durch geeignete Sensoren 37 ist eine automatische Justierung und Ansteuerung der Blende 28 möglich.
Während die Blende 28 so zum Synchrotronstrahlenbündel 2 angeordnet ist, daß ein beliebiger Abschnitt, in der Figur von rechts beginnend, durch die Blende 28 absorbiert wird, erfolgt mit der Blende 29, deren Antriebselemente denen der Blende 28 entsprechen und der Übersicht halber nicht mit Bezugszeichen versehen sind, eine Begrenzung des Synchrotronstrahlenbündels 2 von links beginnend. Mit beiden Blenden 28, 29 ist es möglich, einen in der Breite veränderbaren Ausschnitt aus dem Synchrotronstrahlenbündel 2 auszuwählen.
Die Bewegung kann, wie hier beschrieben durch elektrisch Ansteuerung automatisch oder in vereinfachter Form durch manuelle Manipulationen an vereinfachten Systemen erfolgen.
Fig. 6 stellt die Strahlbegrenzungseinheit 10 mit einem Paar von vertikal gegeneinander verschiebbaren Blenden 38, 39 dar, deren translatorische Bewegung durch Antriebselemente realisiert wird, die denen für die Blenden 28, 29 entsprechen. Aufgrund der konstruktiven Gestaltung ist eine unabhängige Verstellbarkeit sowohl zwischen den Strahlbegrenzungseinheiten 9 und 10 als auch den Blenden 28 und 29 und den Blenden 38 und 39 gewährleistet.
Beide Blenden 38, 39 bewegen sich durch ihre über die Antriebselemente realisierte Befestigung am beweglichen Teil des Objekttisches 6 mit diesem mit, so daß eine Verstellung der Position der Blende 38 in einer beliebigen ersten Position des Objekttisches 6 und eine Verstellung der Position der Blende 39 in einer beliebigen zweiten Position des Objekttisches 6 eine Absorption der gesamten Intensität der Synchrotronstrahlenbündels 3 bewirken.
Zur Erzeugung eines Musters mit der Röntgentiefenlithographie können die zwei Positionen des Objekttisches 6 der untere und obere Umkehrpunkt einer fortlaufenden Scanbewegung sein, so daß eine Überbelichtung des röntgenempfindlichen Resists 8 in diesen Bereichen vermieden und der zu belichtende Bereich scharf eingegrenzt wird.
Außerdem ist mit dem Paar der vertikal gegeneinander verschiebbaren Blenden 38, 39 auch eine beliebige Definition eines vertikal begrenzten Belichtungsbereiches des röntgenempfindlichen Resists möglich.
Die Bewegung kann in gleicher Weise wie bei dem Paar der horizontal gegeneinander verschiebbaren Blenden 28, 29 durch eine elektrische Ansteuerung automatisch oder in vereinfachter Form durch manuelle Manipulationen an vereinfachten Systemen erfolgen.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Manipulation eines Synchrotronstrahlenbündels, insbesondere für Bestrahlungsapparaturen zur Röntgentiefenlithographie, mit einem durch Scanbewegung gegenüber dem Synchrotronstrahlenbündel verstellbaren Objekttisch zur Aufnahme eines zu bestrahlenden Gegenstandes in einer Vakuumkammer, einem Fenster in der Vakuumkammer zum Strahlungseintritt und Paaren von gegeneinander verschiebbaren Blenden, dadurch gekennzeichnet, daß von den Paaren der gegeneinander verschiebbaren Blenden (28, 29, 38, 39), die zwischen dem Objekttisch (6) und dem Fenster (4) zusätzlich zu einer der Vakuumkammer (5) vorgeschalteten Filterkammer (3) vorgesehen sind, das Paar, bei dem die Richtung der gegenseitigen Verschiebbarkeit der Blenden mit der Scanbewegung zusammenfällt, an die Scanbewegung gekoppelt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkammer (3) zur Einschaltung von Filtern in das Synchrotronstrahlenbündel (2) Filterwechsler (27) aufweist, bei denen auf einem, auf die Filterkammer (3) aufsetzbaren Vakuumflansch (11) über Stehbolzen (12) ein Pneumatikzylinder (13) befestigt ist, dessen Bewegung durch ein Gestänge (16), das sich innerhalb einer Führungsbuchse (17) und eines Membranbalges (18) fortsetzt, auf eine Schubstange (21) übertragen wird, an der ein Filterhalter (23) befestigt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterhalter (23) aus zwei Rahmenelementen (24, 25) besteht, die mit einer dem Querschnitt der Synchrotronstrahlenbündel (2) angepaßten langlochförmigen Öffnung (26) versehen sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Paar der gegeneinander verschiebbaren Blenden (28, 29) Bestandteil einer ersten, das Synchrotronstrahlenbündel (2) horizontal begrenzenden Strahlbegrenzungseinheit (9) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlbegrenzungseinheit (9) für jede der gegeneinander verschiebbaren Blenden (28, 29) auf einer Montageplatte (30) über Halteelemente (31) eine Führungsschiene (32) starr und eine Spindel (33) drehbar gelagert ist, auf der eine gegen Verdrehung gesicherte Spindelmutter (34) eine der Blenden (28, 29) trägt und zur Positionierung der Blenden (28, 29) an der Montageplatte (30) befestigte Sensoren (37) vorgesehen sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Paar von gegeneinander verschiebbaren Blenden (38, 39) Bestandteil einer zweiten, das Synchrotronstrahlenbündel (2) vertikal begrenzenden Strahlbegrenzungseinheit (10) ist, in der die Verschiebung der Blenden (38, 39) durch Antriebselemente realisiert wird, die im wesentlichen denen für die Blenden (28, 29) entsprechen und die am beweglichen Teil des Objekttisches (6) befestigt sind.
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