Способ корпускулярного облучения подложки и устройство для его осуществления

 

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

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5)) 4 H 01 3 37/30 (89) 147018 00 (21) 7771536/24 — 21 (22) 17.12.80 (33) DD (46) 15.02,86. Бюл. )(6 (71) ФЕБ, Карл Цейсс Йена (00) (72) Хан Эберхард (00) (53) 621,385 (088,8) (54) СПОСОБ КОРПУСКУЛЯРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПОДЛОЖКИ И УСТРОЙСТВО,ЗЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ корпускулярного облучения подложки, включающий обработку поверхности электронным пучком, структурированным в соответствии с рисунком, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыщения скорости обработки, структурирование пучка осуществляют путем проекционного экспонирования на подложку рисунка, набранного установкой электрических и/или магнитных полей в запоминающем устройстве °

1211825 г«a ста— оси, лерсодержащие ткло«е .ия, з еT>KaJIO,. отлито электсонвиде >оым рельефом, чок, 2. Способ по и ° 1, о т л и ч аюшийся 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 устанс«ленные излучатель, элементы формирования и фокусировки пучка и уста«с«ленных на той же оси вторых электронно-оптических средств, содержащих элементы отклонения и фокусировки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения сКО рости обработки, в него введены

Изобретение относится к способу матричной перезаписи любой заданной информации (рисунка) в первой плоскости (в плоскости поля) и передачи записанной информации носителю энергии (электронному пучку), которой

cnэдак>т р ьсунок « плоскости облучения (мишени), представляющий собой изображение (репродукцию) заданного рисунка. Способ может быть применен в корпускулярно-лучевых приборах для обработки изделия, « частности в электронно-лучевых приборах для нетермической обработки полупроводниковых 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 (Н,Koops, 0ptic Зб (1972) с.93, М,F.,Heritage, Vac, Sei Tecl1nol 12 (1975) с. 1135).

1 1аблон на местах, соответствующих 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 относительного многообразия возможных рисунков способ не является универсальнь>м. третьи оптические средс новленш е <а onтической пендикулярной первой, и

9 элементы фокусировки, о диафрагму и электронное

4. Устройство по п.3 ч а ю щ е е с я тем, ч нсе зеркало выполнено в верхности с пстенциальн >. Устройствс по п.3„ о т .и и ч а ю щ е е с я тем. что электронное зеркало выполнено в виде поверхности,содержащей рассеивающиеи отражающие элементы устанавливаемые в соответствии с экспонируемым рисунком.

В другом способе, описанном в пат.ГДР Н"- 126438, кл. Н 09 > 37/30, 1977 г.,рисунок мозаично разлагают преимущественно в прямоугольные

5 элементы поверхности различной формы и величины, и данные, опись;вающие положение, форму и величину элементов поверхности, путем уcTa«OB ки отклоняющих полей последо>-.ательно воздействуют на элект онный пуК недостаткам этого способа э-.«0 сится 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 прсизво20 дительности„ которую нель.>я улучшить даже повышением чувствительности облучаемогс лака, Но этой причине был предложен способ„ известный:тсд названием

С1>агасСег рго)есгion" пат. 1ДР

Ф 12843б, кл. Н 01,> 37/30, 1977г, пункт формулы изобретения 11, М.С.РFeiff er, G.Î. 1.angner 8- Ь

Int„Conf„ сг. Fleet ron and Ton

30 Beam Science and iechnolopу р.893, F.lectroch Soc,,Prenoet. 1978), при котором форма и размеры сечений пучка устанавливается так, чтобы и в случае образования наклонных и

11825

3 12 круговых фигур достичь более высокой 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 — повышение 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, представляющая 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 фигу-. ры со скошенными кромками, дугообразной формы н 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 дополнительном устройстве.

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

Область записи в запоминающем устройстве, контактированная по-. лем излучения, в общем случае превышает рисунок, переносимый электронным 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.

Д Ф осуществления предлагаемого способа в устройстве для корп скулярного облучения подложки, состоящем из первых электронно-оптических средств и содержащих последовательно установленные излучатель.

f0

I5

35 элементы формирования и фокусировки пучка и установленных на той же оптической оси, а также вторых электронно-оптических средств и содержащих элементы отклонения и фокусировки, введены третьи электронно-оптические средства, установленные на оптической оси, перпендикулярной первой, и содержащие элементы фокусировки отклонения, диафрагмы и электронное зеркало.

Согласно изобретению электронное зеркало выполнено в виде поверхности с потенциальным рельефом или в виде поверхности, содержащей рассеивающие и отражающие элементы, устанавливаемые в соответствии с экспонируемым рисунком.

Электронный пучок, произведенный первыми электронно-оптическими средствами и предварительно формованный, отклоняется отклоняющей призмой в направлении второй оптической оси, где он формируется в поле излучения, направленное на электронное зеркало, и фокусируется.

Названное поле излучения после повторного выхода из электронного зеркала структурировано согласно 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 зеркала проходит поверхность раздела, на одной стороне которой размещены электронно-оптические средст-( ва проектирующие поле излучения,об.1 211825

?Q

30 раэованное конденсаторной системой и отклоненное через магнитную призму, на поверхность электронного зер- кала. На последнем электроны поля излучения в зависимости от потенциала накопительных электродов (например 0 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 субпояей 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 продолжительным (например, 100 мкс) иэ-за больших размеров обработки (например, 100 100 мк ), а интенсивность пучка в структурированном поле излучения иэ-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 выполнить оптические средства по типу дисперсионной оптики на основе квадрупольных систем, содержащих отклоняющие системы и цилиндричес35

55 кие линзы, что дает преимущества для электронно-оптического взаимо,действия и для юстировки. При этом возможна фокусировка электронного пучка на матрицу накопителя поля его отклонения растровым образом, так что получается другой вид управляемого воздействия на матрицу накопителя поля, который, например, может быть применен для коррекций информации, накопленной на матрице поля, с произвольной выборкой накопительных электродов, На фиг.1 показано электроннооптическое устройство, использующее перезапись в виде шаблона; на фиг,2 — то же, использующее плоское структурирование луча; на фиг.3 то же, согласно изобретению.

Как представлено на фиг.1, структурирование поля излучения 4, нроизводится шаблоном 12, Для этого шаблон 12 освещается пучком лучей 2 от кроссовера излучателя 1, главные лучи которого при помощи конденсорной линзы 3 перед этим направлены параллельно оптической оси.

Шаблон состоит, например, из опорной сетки тонких перемычек, матрично 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 местах проницаемы для электронов, Структурированное таким образом поле излучения через .линзу 5 отклоняющим объективом 6 проектируется на плоскость мишени с целью облучения находящегося на ней лакового слоя.

Для того, чтобы это происходило с высокой плотностью тока и без аберраций кроссовер излучателя 1 через линзы 8 и 5 проектируется на входной зрачок 8 отклоняющего объектива 6.

Длительность облучения составляет в зависимости от величины переданного поля излучения,например, 1 миллисекунду, и для этой длительности потенциал вытягивающего электрода на излучателе 1 установлен так, что ток пучка соответствует, например, 100 мкА. При помощи отклоняющей системы 9 можно перемещать изображение шаблона 12 на мишени так, чтобы одним и тем же рисунком облучить и другие области

1 ) 1182 ) 5

55 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 выполненным другим шаблоном, что приводит к простою, в течение которого облучение не производится.

Для того, чтобы создавать изменяемые рисунки облучения и с высокой скоростью, было 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 облучение должно быть очень коротким (1 микросекунда), и тем самым является незначительным по сравнению с временем установки отклоняющих систем. Поэтому необходима манипуляция интенсивностью электронного луча, вызывающая простой и ограничивающая производительность, Поле излучения ограничивается 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 отклоняющей системы 18 на поле излучения осуществляется симметрично промежуточному изображению 13 кроссовера, так что положение его промежуточного изображения в плоскости 8 входного зрачка отклоняющего объектива 6 в случае изменения формата остается неизменно, Электронный пучок гасится тем, что в отклоняющей системе 17 создается напряженность поля, выводящая его из отверстия гасящей диафрагмы 15.

На фиг.3 представлен пример осуществления способа в соответствии с изобретением, использующий принцип плоского пучка, представленного на фиг,2. Отклоняющая система 18 для управления форматом фиг.2 здесь заменена магнитной отклоняющей призмой 20, которая отклоняет поле излучения, предварительно формованное угловой диафрагмой 19, из оптической оси первой оптической системы, состоящей из излучателя 1 икондено сора 3, на 90 в оптическую ось третьей оптической системы. Она состоит иэ конденсорных линз 21 и 22, а также из электронного зеркала 24, Вторая оптическая система, образованная конденсорной линзой 5 и отклоняющим объективом 6, откло-няющая 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 установлены отклоняющая система 25 и антидиффузный экран 26 в плоскости промежуточного зрачка 23. Вторая угловая диафрагма 16 (фиг.2) переведена в третью оптическую систему и обозначена 27. Функция отклоняющей системы 17 во взаимодействии с диафрагмой 15 (фиг.2) в качестве запирания пучка возможна благодаря отклоняющей сиатеме 28 во взаимодействии с экраном 26.

Устройство работает следующим образом, После того как пучок лучей от кроссовера излучателя 1 впервые был ограничен угловой диафрагмой 19, он конденсором 3 асимтотически фокусируется на середину отклоняющей призмы 20. Магнитное поле отклоняю211825 щей призмы создается двумя полюсными наконечниками с круглым поперечным сечением, расположенными в направлении, перпендикулярном оси, и соединенных магнитной цепью, расположенной против третьей оптической системы и несущей обмотку возбуждения. Лучи пучка входят преимущественно 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 19 проецируется в плоскость угловой диафрагмы 27, где она занимает дополнительное попожение.

Угловые диафрагмы 19 и 21 установлены так, чтобы поле излучения, сформированное ими в плоскости углавой диафрагмы 27, имело преимущественно квадратное поперечное сечение. Однако можно установить и другие AopMbl 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 поля устанавливаемы.

Линза 22 должна проектировать сформированное поле излучения на поверхность электронного зеркала 24.

Последнее расположено так, чтобы в фокусе электронного зеркала в плоскости 23 возникло промежуточное 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 иэображения, в связи с этим 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 ин10

2 )

$ 4)

p )

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

Если поверхность зеркала неоднородна, например, вследствие царапин, то вокруг царапин образуется потенциальный рельеф, приводящий к соответствующей неоднородности интенсивности в поле излучения.

Вследствие большого рассеяния на царапине она в изображении электронного зеркала на плоскости мишени является темной на светлом фоне.

С пелью репродукции определенного и жесткого рисунка поверхность зеркала можной топографически препарировать в виде шаблона, причем для этого не требуется опорной сетки, при этом поверхности можно придать свойства, при которых в областях, соответствующих местам шаблона, проницаемым для электронов, электронное зеркало будет мало рассеивать, т,е ° почти идеально отражать, и в областях, соответствующих местах,шаблонах непроницаемымдля электронов, электронное зеркала будет сильно рассеивать, и вследствие отфильтровывания антидиффузным экраном 26 будет казаться почти черным. Напряженность электрического поля, созданного в отклоняющей системе 25, перемещает поле излучения в плоскости поверхности электронного зеркала.

Зто 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 независимо от этого можно установить и формат рамы поля излучения, предлагаемое устройство может "charakter

pro)ection". Кроме того, в предлагаемом устройстве электронное зеркало может быть сконструировано в виде суперортикона, и поле излучения светооптически проецируется на заднюю сторону электронного зеркала, Последнее на внутренней поверхности электронного зеркала преобразовываетс.я в зарядное изображение,потенциальный рельефкоторого приотражении воздействует наполе излучения.

Поверхность электронного зеркала по типу матрицы может быть покрыта большим количеством электродных пластинок (например, площадью г

8 8 мк в расстояниях, например, 2 мк), разделенных резистивным слоем (обзорная статья К.Гозера и

Г,-йо.Пфлейдерера, Электроник, 1974, ¹ 1, с.3) ° Электроды связаны с находящимся под ними полупроводниковым накопителем и к ним может быть приложено напряжение, например, величиной 0 или 10 В. Взаимодействие этой матрицы накопителя поля теперь заключается не в рассеянии отраженных электронов, а в отражении или поглощении этих электронов, в зависимости от прилагаемого потенциала электрода матрицы относительно потенциала катода, Время заряда может находиться в пределах миллисекунд, а разделение всей матрицы накопителя поля на отдельные (например, девять) субполя осуществляется путем отклонения луча отклоняющей системой 25, Первое субполе матрицы накопителя цоля контактирует с полем запоминающего устройства. Каждое субполе контактирует с внешним устройством подготовки данных (находятся в состоянии зарядки).

Субполе матрицы запоминающего устройства поля содержит, например, 1000 1000 электродов на поверхности площадью 10 10 мм .

В результате этого режима работы можно избежать простоев. между облучениями во время процесса облучения в рабочем поле, например, г

10 ° 10 мы . Оно независимо от рисунка облучается за 1 с, если величина субполей на мишени составляz ет 100. 100 мк и облучение одного субполя составляет 100 микросекунд, Если время заряда одного субполя матрицы накопителя поля ниже 1 миллисекунды, необходимая чувствительность лака зависит уже только от тока пучка S в поле излучения (субпо ле) на мишени

q (кулон (ов) /см j =- jSA), В результате углового разброса на матрице запоминающего устройства поля и отфильтровывания антидиффузным экраном ток, проходящий по направлению к мишени во второй оп. тической системе, меньше тока, эмиттированного излучателем в первой

12118 )

12 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.3} 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 действительный 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) рр.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 отклоняющеro объектива, так что

40 возможно и применение квадрупольных 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 зеркала, так что возможна и фокусировка поля излучения на электрод матрицы накопителя поля.

1211825 иг.

ВНИИПИ Заказ 648/58 Тираж 644 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.уж -ород, ул.Проектная, 4

Кроме того, юстировки формы и структуры поля излучения можно проводить независимо друг от друга и беэ перерывов работы, неизбежных при механическом перемещении пластины, однако не обусловленных электронно-оптическими и электронными явлениями. Пучок гасится тем, что электронный пучок, эмиттированный 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 оптической системе, в которой находится отклоняющий объектив, производится проекцией от диафрагм, находящихся в третьей оптической системе, нет необходимости в установке диафрагмы, ограничивающей пучок, во второй оптической системе. Это улучшает вакуумирование и упрошлет содержание в чистоте вакуум10 ной трубки, В области первой и прежде всего третьей оптической системы возможно поддерживание сверхвысокого вакуума, в то время как это в области отклоняющего объектива, близкой к объективу, не обязательно, поскольку все средства, с.<>здающие поле, находятся вне ваку и-:îA камеры !