Способ корпускулярного облучения подложки и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК H01J37/30 

2.Способ по п,1, о т л и ч а ю- И и и с я тем, что набор рисунка н запоминающем устройстве осуществляют одновременно с экспонированием,

3.Устройство для корпускулярного облучения подложки, состоящее из первых электронно-оптических средств и содержащих последовательно установленные излучатель, элементы формирования и фокусировки пучка и уста овленных на той же оси вторых электронно-оптических средств, содержащих элементы отклонения и фокусировки, отличающее ся тем, что, с целью повьгашния скорости обработки, в него введены

1

Изобретение относится к способу матричной перезаписи любой заданной информации (рисунка) в первой плоскости (в плоскости поля) и передачи загшсанной информации носителю энергии (электронному пучку), которой создают рисунок Б плоскости облучения (мишени), представляющий собой изображение (репродукцию) заданного рисунка. Способ может быть применен в корпускулярно-лучевых приборах для обработки изделия, j частности в электронно-лучевых прибора для нетермической обработки полу- проводниковЕ 1х пластин.

Известен способ для электронного облучения, при котором рисунок перезаписан в виде шаблона, который равномерно облучается электронами и при помощи электронно-оптической системы проектируется на мишень (H.Koops, Optic 36 (1972) с.93, М.Е.Heritage, Т. Vac. Sei 12 (1975) с, 1135).

Шаблон на местах, соотвв т ствующи необлучаемым областям мишени, является непроницаемым для электронов, в то время как в местах, соответствующих облучаемым областям мишени, снабжен отверстиями, положения и форма которых соответствует рисунку. Однако из-за относительног многообразия возможных рисунков способ не является универсальным.

третьи опт ические средстна установленные на оптической оси пер- пендикулярнор первой, и содержащие элементы фокусировки отклонения, диафрагму и электронное зеркало,,

4. Устройство по п 3,, о т л и- чающееся тем, что электронное зеркало выполнено в виде по- верхности с потенциальным рельефом,

5. Устройство по п,3, о т л и - чающееся тем, что электронное зеркаловьсюлнено звиде поверхноти, содержащей рассеивающие и отражающие элементы,устанавливаемые в соответствии с экcпoниpyeмIJIM рисунком.

2

В другом способе, описанном в пат,ГДР № 126А38,, кл. Н 09 J 37/30, 1977 г.,рисунок мозаично разлагают преимущественно в прямоугольные

элементы поверхности различной формы и величинЕ-,, и данные, описывающие положение 5 форму и величину элементов поверхностиj путем установки отклоняющих полей последовательно воздействуют на электронный пучок ,

К недостаткам этого способа относится то, что на основании конечной скорости передачи данных цифроаналогового преобразователя и отклонения пучка возникают простои, в течение которых мишень не облучается. Сумма времени этих простоев устанавливает верхнюю границу производительности,, которую нельзя улучшить даже повышением чувствительности облучаемого лака,,

Yic этой причине был предложен способ, известный под названием

Character projection пат. ГДР № 128/436, кл, Н 01 J 37/30, 1977г, пункт формулы изобретения 11 M.C.Pfeiffer,, С.О. Langner 8-th IntiConf. on Electron and Ion

Beam Science and Technology p.893, Electroch Soc„Prenoeton 1978), при котором форма и размеры сечений пучка устанавливается так, чтобы и в случае образования наклонных а

3

круговых фигур достичь более высоко рабочей скорости по сравнению с точечным методом, при котором изменение формы пучка ограничено. Несмотря на улучшение, связанное с расширением типа рисунков, производительность способа невысока.

Цель изобретения -повьш)ение скорости обработки.

В основу изобретения положен способ и соответствующее устройство, сообщающее любую заданную информацию (рисунок) носитель энергии (электронному пучку) таким пространственно-временным образом, чтобы при взаимодействии носителя энергии с мишенью (лаковый слой на полупроводнике) возникала структура, предстанлякицая собой точное изображение (репродукцию) заданного рисунка. При этом должна достигаться крайне высокая скорость обработки, зависимая от чувствительности облучаемого лака и независимая от облучаемого рисунка на чипе, несмотря на то, имеются ли при этом фигуры со скошенными кромками, дугообразной формы и т.п., и несмотря на количество таких фигур.

Согласно способу корпускулярного облучения подложки, включающему обработку поверхности электронным пучком, структурированным в соответствии с рисунком, структурирование пучка осуществляют путем проекционного экспонирования на подложку рисунка, набранного установкой электрических и/или магнитных полей в допЪлнительном устройстве.

При этом набор рисунка в запоминющем устройстве может осуществляться одновременно с экспонированием.

Область записи в запоминающем устройстве, контактированная полем излучения, в общем случае превышает рисунок, перенодимый электроным пучком на подложку, при этом первая в состоянии облучения контактирует с пучком, в то время как другая в состоянии накопления взаимодействует с внешним устройством подготовки данных и не контактирует с пучком.

fljfii осуществления предлагаемого способа в устройстве для корпускулярного облучения подложки, состоящем из первых электронно-оптических средств и содержащих последовательно установленные излучатель

1825

элементы формирования и фокусировки пучка и установленных на той же оптической оси, а также вторых электронно-оптических средств и

5 содержащих элементы отклонения и фокусировки, введены третьи электронно-оптические средства, установленные на оптической оси, перпендикулярной первой, и содержащие эле0 менты фокусировки отклонения, диафрагмы и электронное зеркало.

Согласно изобретению электронное зеркало выполнено в виде поверхности с потенциальным рельефом или в

5 виде поверхности, содержащей рассеивающие и отражающие элементы, устанавливаемые в соответствии с экспонируемым рисунком.

Электронный пучок, произведенный

0 первыми электронно-оптическими средствами и предварительно формованный, отклоняется отклоняющей призмой в направлении второй оптической оси, где он формируется в поле излу5 чения, направленное на электронное зеркало, и фокусируется.

Названное поле излучения после повторного вь1хода из электронного зеркала структурировано согласно

Q рисунку и при прохождении обратного пути оно отклоняется отклоняющей призмой в направлении первой оптической оси, где через отклоняющий объектив проектируется на подложку. Взаимодействие электронов с накопителем поля может состоять в рассеивании на потенциальном рельефе, образованном от топографии поверхности зеркала и приложенного поля или в отражении, или поглощении в зависимости от потенциала соответствующего электрода.

На поверхности электронного зеркала могут располагаться две или несколько систем электродов описанного типа, которые могут параллельно заряжаться по времени. Далее для экранирования рассеянного излучения в фокусе электронного зеркала может располагаться диафрагма.

Между электронным зеркалом и диафрагмой находится отклоняющая система.

Через поверхность электронного 5 зеркала проходит поверхность раздела, на одной стороне которой ра з- мещены электронно-оптические средст-( ва. проектирующие поле излучения,об5

0

5

$

разованное конденсаторной системой и отклоненное через магнитную призму, на поверхность электронного зеркала. На последнем электроны поля излучения в зависимости от потенциала накопительных электродов (например О или 10 В по отношению к потенциалу катода) отражаются или поглощаются. Далее структурированное электронно-оптическими средствами поле излучения по обратному пути через отклоняющую призму и отклоняющий объектив проектируется на мишень.

На другой стороне поверхности раздела может находиться управляющая электронная система, устанавливающая на накопительных электродах, подвергнутых воздействию поля излучения, потенциал, соответствующий облучаемому рисунку, и на накопительных электродах, не подвергнутых воздействию поля излучения, потенциал, предписанный управляющей программой.

Отклоняющий объектив, задача которого ограничена проектированием структурированного поля излучения на плоскость машины, может перемещаться по шагам длины грани формованного поля излучения, благодаря чему увеличиваются размеры обрабатываемого рисунка.

Управление облучением ограничивается шаговым отклонением субпо- пей в плоскости мишени и в плоскости матрицы накопителя поля.

При этом допускаются большие времена установления, что существенно не влияет на производительность, поскольку время облучения мишени может быть относительно продолжительны (например, 100 мкс) из-за больших размеров обработки (например, 100-100 мк ), а интенсивность пучка в структурированном поле излучения из-за отфильтровывания рассеянного излучения антидиффузиной диафрагмы мала. Поэтому при применении изобретения не возникает проблем, связанных с действием пространственного заряда и кратковременными скоплениями тока.

Кроме того, имеется возможность вьтолнить оптические средства по типу дисперсионной оптики на основе квадрупольных систем, содержащих отклоняющие системы и цилиндричес

6

5

кие линзы, что дает преимущества для электронно-оптического взаимодействия и для юстировки. При этом возможна фокусировка электронного 5 пучка на матрицу накопителя поля его отклонения растровым образом, так что получается другой вид управляемого воздействия на матрицу накопителя поля, который, например,

0 может быть применен для коррекций, информации, накопленной на матрице поля, с произвольной выборкой накопительных электродов.

На фиг.1 показано электронно5 оптическое устройство, использующее перезапись в виде шаблона; на фиг.2 - то же, использующее плоское структурирование луча; на фиГс,3 - то же, согласно изобретению.

0 Как представлено на фиГо1, структурирование поля излучения 4, производится шаблоном 12. Для этого шаблон 12 освещается пухжом лучей 2 от кроссовера излучателя 1, главные лучи которого при помощи кон- денсорной линзы 3 перед этим направлены параллельно оптической оси. Шаблон состоит , например, из опорной сетки тонких перемычек, матрич0 но подразделяющих поверхность шаблона в ячейки. Например, -ячейки на местах 10 и 11 имеют металлическое покрытие и непроницаемы для электронов, в то же время в остальных

5 местах проницаемы для электронов. Структурированное таким образом поле излучения через .линзу 5 отклоняющим объективом 6 проектируется на плоскость мишени 7 с целью облучения

0 находящегося на ней лакового слоя. Для того, чтобы это происходило с высокой плотностью тока и без аберраций кроссовер излучателя 1 через линзы 3 и 5 проектируется на

5 входной зрачок 8 отклоняющего объектива 6.

Длительность облучения составляет в зависимости от величины переданного поля излучения,например,

0 1 миллисекунду, и для этой длительности потенциал вытягивающего электрода на излучателе 1 установлен так, что ток пучка соответствует, например, 100 мкА. При помощи от5 клоняющей системы 9 можно перемещать изображение шаблона 12 на мишени, так, чтобы одним и тем же рисунком облучить и другие области

7

мишени. Из-за относительно долгого времени облучения (1 миллисекунда) и короткой длительности (например, 1/100 миллисекунды) шага отклонения при переходе от облученной к еще необлученной области отключения тока пучка не требуется.

Однако при смене рисунок шаблона необходимо заменить соответственно вьтолненньгм другим шаблоном, что приводит к простою, в течение которого облучение не производится.

Для того, чтобы создавать изменяемые рисунки облучения и с высокой скоростью, бьшг предложено, как представлено на фиг.2, воздействовать на поле излучения .электрической или магнитной силой с целью изменения его формы .и величины. Рисунок в соответствии с устанавливаемыми преимущественно прямоугольными сечениями пучка мозаично разделяется, и облучение производится согласно соответствующей управляющей программе, задающей положение, форму и величину импульсов тока на мишени. Так как мозаичное облучение производится последовательно, отдельное облучени должно быть очень коротким (1 микросекунда) , и тем самым является незн чительньгм по сравнению с временем установки от1$лоняющих систем. Поэтому необходима манипуляция интенсивностью электронного луча, вызывающая простой и ограничивающая производительность.

Поле излучения ограничиаается двумя угловыми диафрагмами 19 и 16 так, что первая угловая диафрагма 19 через обе конденсаторные линзы 3 и 5 отображается в плоскость второй 16, где его изображение 14 занимает дополнительное положение относительно угловой диафрагмы 16. Положение изображения определяется напряженностью поля, созданной отклоняющей системой 18, так что ее модуляцией в конце концов управляются форма и величина сечения пучка в плоскости мишени 7. Плоскости первой угловой диафрагмы 19 и второй угловой диафрагмы 16 оптически сопряжены относительно плоскости мишени 7.

Отклоняющее действие отклонякнцей системы 18 на поле излучения осуществляется симметрично промежуточному изображению 13 кроссовера, так

11823

что положение его промежуточного i изображения в плоскости 8 входного зрачка отклоняющего объектива 6 в случае изменения формата остается 5 неизменно.

Электронный пучок гасится тем, что В отклоняющей системе 17 создается напряженность поля, выводящая его из отверстия гасящей диаф- 10 рагмы 15.

На фиг.З представлен пример осуществления способа в соответствии с изобретением, использующий принцип плоского пучка, представленного на )5 фиг.2. Отклоняющая система 18 для управления форматом фиг.2 здесь заменена магнитной отклоняющей призмой 20, которая отклоняет поле излучения, предварительно формованное 2Q угловой ди&фрагмой 19, из оптической оси первой оптической системы, состоящей из излучателя 1 и конденсора 3, на 90 в оптическую о.сь третьей оптической системы. Она сос- 25 тоит из конденсорных линз 21 и 22, а также из электронного зеркала 24.

Вторая оптическая система, об- рязованняя конденсорной линзой 5 и отклоняющим объективом 6, отклоняющая система 9 которого служит для перемещения поля излучения на мишени, индентична оптической системе (фиг.2), находящейся под отклоняющей системой формата 18, причем система гашения 17 и гасящая диафрагма 15 опущены, так как в

функции этих узЛов во время процесса облучения внутри рабочего поля больше не нуждаются. Вместо этого в третьей оптической системе установ- лены отклоняющая система 25 и антидиффузный экран 26 в плоскости промежуточного зрачка 23. Вторая угловая диафрагма 16 (фиг.2) переведена в третью оптическую систему и обоз- начена 27. Функция отклоняющей системы 17 во взаимодействии с диафрагмой 15 (фиг.2) в качестве запирания пучка возможна благодаря отклоняющей системе 28 во взаимодействии с 50 экраном 26.

Устройство работает следующим образом.

После того как пучок лучей от , кроссовера излучателя 1 впервые был 5 ограничен угловой диафрагмой 19, он конденсором 3 асимтотически фокусируется на середину отклоняющей призмы 20. Магнитное поле отклоняю30

, 9

щей призмы создается двумя полюс- нымн наконечниками с круглым поперечным сечением, расположенньти в направлении, перпендикулярном оси, и соединенных магнитной цепью, расположенной против третьей оптическо системы и несущей обмотку возбуждения. Лучи пучка входят преимуществено ортогонально боковой поверхности полюсного наконечника и так же выходят, искривляя траекторию под действием магнитного поля. Возбуждение магнитного поля происходит так, чтобы угол между падающим и выходящим лучами был преимущественно 90 . Линзы 3 и 21 составляют телескопическую систему. Угловая диафрагма 1 9 проецируется в плоскость угловой диафрагмы 27, где она занимает дополнительное положение.

Угловые диафрагмы 19 и 21 установлены так, чтобы поле излучения, сформированное ими в плоскости уг ЛО1ЮЙ диафрагмы 27, имело преимущественно квадратное поперечное сечение. Однако можно установить и другие формы поля излучения с прямоугольным сечением пучка, вводя электрический плоский конденсатор в зазор полюсного наконечника отклоняющей призмы, напряженность электрического поля которого направлена параллельно напряженности магнитного поля и обе напряженности пол устанавливаемы.

Линза 22 должна проектировать сформированное поле излучения на поверхность электронного зеркала 24. Последнее расположено так, чтобы в фокусе электронног о зеркала в плоскости 23 возникло проме жуточное изображение кроссовера, поэтому лучи падают ортогонально поверхности зеркала и в случае идеального электронного зеркала после отражения возвращаются по тому же пути. Если поверхность зеркала неоднородна, то при отражении возникает угловой разброс, ухудшающий разрешающую способность зеркального изображения в связи с зтим в фокальной плоскости 23 электронного зеркала установлен антидиффузный экран 26, Он юстирован так, чтобы промежуточное изображение кроссовера пучка лучей по пути туда было расположено в отверстии экрана 26,

Если поверхность зеркала однородна, то остается однородной и ин1182510

тенсивность в поле излучения, и на обратном пути в плоскостях 27 и 14 опять возникает промежуточное изображение формованного поля изс лучения, которое отклоняющим объективом 6 передается на мишень 7.

Если- поверхность зеркала неоднородна, например, вследствие царапин, то вокруг царапин образует1(1 ся потенциальный рельеф, приводящий к соответствующей неоднородности интенсивности в поле излучения. Вследствие большого рассеяния на царапине она в изображении элект11 ронного зеркала на плоскости мишени является темной на светлом фоне. С целью репродукции определенного и жесткого рисунка поверхность зеркала можнтэ топографически препари2Q ровать в виде шаблона, причем для этого не требуется опорной сетки, при этом поверхности можно придать свойства, при которых в областях, соответствующих местам шаблона, про2i; ницаемым для электронов, электронное зеркало будет мало рассеивать, т.е. почти идеально отражать, и в областях,соответствующих местах,шаб- лонах непроницаемымдля электронов, электронное зеркало будет сильно рассеивать, и вследствие отфильтровыва- ния антидиффузным экраном 26 будет казаться почти черным. Напряженность электрического поля, созданного в отклоняющей системе 25, пере - мещает поле излучения в плоскости поверхности электронного зеркала. Это перемещение на обратном пути опять аннулируется, так что при модуляции отклоняющей системы 25 на

краю поля излучения, неподвижном на плоскости мишени и определенном угловыми диафрагмами 19 и 27, перемещается структура поля излучения относительно края. Так как незави 5 симо от этого можно установить и формат поля излучения, предлагаемое устройство может charakter projection. Кроме того, в предлагаемом устройстве электронное зер50 кало может быть сконструировано в виде суперортикона, и поле излучения светооптически проецируется на заднюю сторону электронного зеркала. Последнее на внутренней поверхности

5.) электронного зеркала преобразовывается в зарядное изображение,потенциальный рельефкоторого приотражении воздействует наполе излучения.

30

11

Поверхность электронного зерка по типу матриц может быть покрыт большим количеством электродных пластинок (например, площадью 8-8 мк в расстояниях, например, 2 мк), разделенных резистивньм слем (обзорная статья К.Гозера и - Г.-Йо.Пфлейдерера, Электроник, 1974, № 1, с.З). Электроды связаны с находящимся под ними полупро водниковым накопителем и к ним может быть приложено напряжение, наример, величиной О или 10 В. Взаимодействие этой матрицы накопителя поля теперь заключается не в рассеянии отраженных электронов, в отражении или поглощении этих электронов, в зависимости от прилагаемого потенциала электрода марицы относительно потенциала катод

Время заряда может находиться пределах миллисекунд, а разделение всей матрицы накопителя поля на отдельные (например, девять) субполя осуществляется пут«м от- клонения луча отклоняющей системой 25, Первое субполе матрицы накопителя поля контактирует с поле запоминающего устройства. Каждое субполе контактирует с внещним устройством подготовки данных (находятся в состоянии зарядки).

Субполе матрицы запоминающего устройства поля содержит, наприме 1000-1000 электродов на поверхнос площадью 10-10 мм.

В результате этого режима работы можно избежать простоев.между облучениями во время процесса облучения в рабочем поле, например, мм . Оно независимо от рисунка облучается за 1 с, если величина субполей на мишени составл2

ет 100-100 мк и облучение одного субполя составляет 100 микросекун Если время заряда одного субполя матрицы накопителя поля ниже 1 милисекунды, необходимая чувствителность лака зависит уже только от ка пучка S в поле излучения (субп ле) на мишени

q кулон(ов) SA , В результате углового разброса на матрице запоминающего устройства поля и отфильтровывания антидиффуным экраном ток, проходящий по направлению к мишени во второй оптической системе, меньше тока, эм тированного излучателем в первой

j ю 15 20

25

50

55

30

35

40

45

H2S12

оптической системе. Это приводит к потере, компенсируемой увеличением чувствительности лака. Поэтому про- изводительность электронно-лучевого устройства для облучения, действующего согласно изобретению, зависит от чувствительности лака.

Электронно-оптические узлы (фиг.З) имеют символический характер, и их реализация возможна не только в рамках предлагаемой схемы.

Вместо электронного зеркала с искривленной поверхностью может быть применено зеркало и с плоской поверхностью. Введением промежуточного электрода (электрода Венельта) между поверхностью зеркала (катодом) и анодом также можно получить действительньБ фокус перед анодом. Плоский катод облегчает технологическую реализацию матрицы накопителя поля, изготавляемой литографическим образом.

Сечение полюсного наконечника отклоняющей призмы не должно быть обязательно кругообразным. В литературе (R.Castaing L.Henry, Jour. Micr.3(1964) pp.133) описаны и другие формы, причем торцовые поверхности отклоняющей призмы наклонены относительно соответствующих осей, что обеспечивает стигматическое изображение угловых диафрагм для установки формата поля излучения, а также изображение антидиффузного экрана (зрачка).

Требование стигматического изображения должно выполняться только со стороны электронного зеркала и отклоняющего объектива, так что возможно и применение квадруполь- ньгх систем, например, вместо обеих линз 21 и 22, которое облегчает юстировку изображения кроссовера на отверстие антидиффузного экрана. Квадрупольные системы могут содержать отклоняющие системы и цилиндрические линзы.

В связи с этим юстировки пучка лучей на плоскость входного зрачка 23 электронного зеркала и на входной зрачок 8 отклоняющего объектива можно проводить независимо друг от друга. С этим связано перемещение изображения кроссовера по направлению к поверхности зеркал а, так что возможна и фокусировка поля излучения на электрод матрицы накопителя поля.

13

Кроме того, юстировки формы и структуры поля излучения можно проводить независимо -друг от друга и без перерывов работы, неизбежных при механическом перемещении пластины, однако не обусловленных электронно-оптическими и электронными явлениями. Пучок гасится тем, что электронный пучок, эмиттиро- ванный излучателем и фокусированный на отверстие антидиффузионного экрана перед ним отклоняется отклоняющей системой 28. Антидиффузный экран 26 следовательно имеет и функцию гасящей диафрагмы.

Так как ограничение поля излучения и зрачка во второй оптичес5

1211825

кой системе, в которой находится отклоняющий объектив, производится проекцией от диафрагм, находящихся в третьей оптической системе, нет необходимости в установке диафрагмы, ограничивающей пучок, во вторОР оптической системе „ Это улучшает вакуумирование и упро- шает содержание в чистоте вакуумной трубки, В области первой и прежде всего третьей оптической системь возможно поддерживание сверхвысокого вакуума, в то время как это в области отклоняющего 15 объектива, близкой к объективу, не обязательно, поскольку все средства, создающие поле, находятся вне вакуумной камеры.

10

LY-J

1

5

uj,2

иг.З

V/TTy/TTTT/

1. Способ корпускулярного облучения подложки, включающий обработку поверхности электронным пучком, структурированным в соответствии с рисунком, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости обработки, структурирование пучка осуществляют путем проекционного экспонирования на подложку рисунка, набранного установкой электрических и/или магнитных полей в запоминающем устройстве. (Л N0