CH631574A5

CH631574A5 - Electron beam device for pattern projection

Info

Publication number: CH631574A5
Application number: CH740878A
Authority: CH
Inventors: Hans Christian Pfeiffer
Original assignee: Ibm
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1982-08-13
Also published as: JPS5438035B2; DE2834391C2; IT7826097A0; SE425838B; SE7808326A; FR2400256B1; BR7804994A; JPS5429981A; SE7808326L; DE2834391A1; IT1112285B; NL7808162A; GB1598219A; FR2400256A1

Description

Die vorliegende Erfindung soll die genannten Nachteile beseitigen. Zweck der Erfindung ist daher die Schaffung eine Elektronenstrahl-Einrichtung zur Musterprojektion mit einer Strahlquelle, die einen Strahl entlang einer Achse in Richtung 20 auf ein Target erzeugt, mit einer ersten, den Strahl formenden Blende in der Strahlachse, welche Einrichtung gekennzeichnet ist durch ein zweite in der Strahlachse angeordnete Blende, die mehrere Blendenöffnungen aufweist, durch Mittel zur Abbildung der ersten Blende in der Ebene der zweiten Blende, durch 25 Mittel zur Ablenkung des Strahles auf wenigstens einen Teil einer oder mehrerer Öffnungen in der zweiten Blende, zur Erzeugung eines überlagerten Bildes der ersten Blende und der Öffnung in der zweiten Blende sowie durch Mittel zur Abbildung des Bildes auf der Targetfläche. 30 The present invention is intended to eliminate the disadvantages mentioned. The purpose of the invention is therefore to create an electron beam device for pattern projection with a beam source which generates a beam along an axis in the direction 20 on a target, with a first, the beam-forming aperture in the beam axis, which device is characterized by a second Aperture arranged in the beam axis, which has a plurality of aperture openings, by means for imaging the first aperture in the plane of the second aperture, by 25 means for deflecting the beam onto at least part of one or more openings in the second aperture, in order to produce a superimposed image the first aperture and the opening in the second aperture and by means for imaging the image on the target surface. 30th

Ein Beispiel der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen: An example of the invention is described in detail below with reference to the drawings. The drawings show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der vorliegenden Elektronenstrahl-Einrichtung; 35 Fig. 1 is a schematic representation of the present electron beam device; 35

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der verschiedenen Arten, Zeichen zu bilden; Figure 2 is a simplified schematic representation of the various ways of forming characters;

Fig. 3 eine Darstellung einzelner Zeichen, die bei der Herstellung von Magnetblasenspeichern benötigt werden; 3 shows a representation of individual characters which are required in the manufacture of magnetic bubble memories;

Fig. 4 und 5 einige Details der vorliegenden Elektronen- 40 Strahl-Einrichtung; Figures 4 and 5 show some details of the present electron beam device;

Fig. 6a und b Diagramme zur Erklärung der sphärischen Aberration; 6a and b are diagrams for explaining the spherical aberration;

Fig. 7 das Blockschema einer Ablenksteuerung zur vorliegenden Elektronenstrahl-Einrichtung. 45 7 shows the block diagram of a deflection control for the present electron beam device. 45

Die schematische Darstellung der Fig. 1 umfasst eine Elek-tronenstrahlquelle 10, die einen Strahl 11 entlang der Achse 12 auf ein nicht dargestelltes Target richtet. Der Strahl erhält durch die in der Scheibe 13 ausgesparte Blende 14 einen quadratischen Querschnitt. Eine Kondensorlinse 15 sammelt den 50 Strahl zur Erzeugung einer scharfen Abbildung der Blendenöffnung 14 in der Ebene einer Zeichenblende 16, die in der Scheibe 17 ausgespart ist. Gleichzeitig erzeugt die Kondensorlinse 15 eine scharfe Abbildung der Quelle 10 am Punkt 18, der in einer Ebene liegt mit dem Mittelpunkt der Ablenkvorrich- 55 tung 19, welche die Abbildung der ersten Blende in der Ebene der zweiten Blende bewegen kann. 1 comprises an electron beam source 10, which directs a beam 11 along the axis 12 to a target, not shown. The beam is given a square cross section by the aperture 14 recessed in the disc 13. A condenser lens 15 collects the beam to produce a sharp image of the aperture 14 in the plane of a character aperture 16, which is recessed in the disk 17. At the same time, the condenser lens 15 produces a sharp image of the source 10 at the point 18, which lies in a plane with the center of the deflection device 19, which can move the image of the first aperture in the plane of the second aperture.

Die Ablenkeinrichtung 19 besteht aus üblichen elektrostatischen Ablenkplatten. Die Platten 20 und 20' lenken den quadratischen Strahl in der X-Richtung, die Platten 21 und 21 ' in der 6o Y-Richtung ab. Die fertig geformte Abbildung, in Fig. 1 als Buchstabe I, entspricht dem Teil der quadratischen Blende, der nicht durch die gewählte Zeichenblende der Blendenscheibe 17 versperrt wird und somit die Abbildung 24' bildet. In Fig. 1 wird die Abbildung des Strahls als nicht abgelenkt dargestellt. Es ist 65 dem Fachmann klar, dass die Abbildung der quadratischen Blende in der X- und Y-Richtung abgelenkt werden kann, um andere Zeichen oder Zeichenteile aus der Blendenplatte 17 auszuwählen. The deflection device 19 consists of conventional electrostatic deflection plates. The plates 20 and 20 'deflect the square beam in the X direction, the plates 21 and 21' in the 6o Y direction. The finished shaped figure, in FIG. 1 as the letter I, corresponds to the part of the square aperture that is not blocked by the selected character aperture of the aperture disk 17 and thus forms the figure 24 '. In Fig. 1 the image of the beam is shown as not deflected. It is clear to the person skilled in the art that the image of the square diaphragm can be deflected in the X and Y directions in order to select other characters or character parts from the diaphragm plate 17.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung kann zusammen mit verschiedenen Elektronenstrahlerzeugern verwendet werden, beispielsweise den im schon genannten US-Patent 3 644 700 beschriebenen. Dementsprechend könnte die Zeichenabbildung 24 die Sammellinsen und Projektionslinsen durchlaufen, um das Zeichen auf die Targetfläche zu projizieren. Dazu können übliche Linsen und Ablenkungsvorrichtungen benützt werden, im vorliegenden ist jedoch zusätzlich eine Korrektur der sphärischen Aberration vorgesehen, die bei der Projektion einer grossen Anzahl paralleler Bildpunkte, wie sie zur Bildung einer ganzen Zeichenabbildung notwendig sind, entsteht. The device shown in FIG. 1 can be used together with various electron beam generators, for example those described in the already mentioned US Pat. No. 3,644,700. Accordingly, the character image 24 could pass through the converging lenses and projection lenses to project the character onto the target surface. Conventional lenses and deflection devices can be used for this purpose, but in the present case a correction of the spherical aberration is also provided, which occurs when a large number of parallel image points are projected, as are necessary to form an entire character image.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfordert die Erzeugung eines gesamten Zeichenbildes die parallele Projektion einer grösseren Anzahl von Bildpunkten als bisher mit quadratischen Strahlen oder Gaussschen Punktstrahlen möglich war. Fig. 2 stellt die Strahlprofile resp. die Anzahl von Bildpunkten dar, die gleichzeitig durch eine Einrichtung mit Gauss'schem Punktstrahl resp. mit quadratischem Strahl und dem hier beschriebenen Zeichenerzeugungssystem notwendig war. Die Beziehung zwischen Auflösungsvermögen und Intensitätsverteilung für die verschiedenen Systeme ist in der früher erwähnten Publikation von Pfeiffer beschrieben. As can be seen from FIG. 2, the generation of an entire drawing image requires the parallel projection of a larger number of pixels than was previously possible with square rays or Gaussian spot rays. Fig. 2 represents the beam profiles respectively. represents the number of pixels that are simultaneously operated by a device with a Gaussian point beam. with a square beam and the character generation system described here was necessary. The relationship between resolution and intensity distribution for the different systems is described in the previously mentioned publication by Pfeiffer.

In der Zeit, in welcher ein einzelner Bildpunkt mit Gaussschem Strahl adressiert werden kann, können etwa 25 Bildpunkte mit quadratischem Strahl adressiert werden. Im vorliegenden Zeichenprojektionssystem wird ein ganzes Zeichen auf einmal belichtet, wohingegen das System mit quadratischem Strahlquerschnitt die Teile eines Zeichens zum Beispiel als 8x8-Matrix abtasten muss, die aus der minimalen Linienbreite entsprechenden Punkten zusammengesetzt ist. Die vorliegende Einrichtung adressiert also im Vergleich zur Einrichtung mit Gaussschem Strahl 64x25, d. h. 1600 Bildpunkte gleichzeitig. Der Vorteil beschleunigter Verarbeitung der Substrate ist offensichtlich. In the time in which a single pixel can be addressed with a Gaussian beam, approximately 25 pixels can be addressed with a square beam. In the character projection system at hand, an entire character is exposed at once, whereas the system with a square beam cross section has to scan the parts of a character, for example as an 8x8 matrix, which is composed of points corresponding to the minimum line width. The present device therefore addresses in comparison to the device with Gaussian beam 64x25, i. H. 1600 pixels simultaneously. The advantage of accelerated processing of the substrates is obvious.

Fig. 3 zeigt ein Muster, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Magnetblasen-Datenspeichern verwendet wird. Das Muster gehört nicht zur Erfindung, die vorliegende Elek-tronenstrahl-Einrichtung ist jedoch zur Herstellung derartiger Muster besonders gut geeignet. Die Erzeugung der I- sowie der T-Muster mittels der in Fig. 1 gezeigten Zeichenblende 17 ist besonders einfach. Auch die in Fig. 1 gezeigten Winkel lassen sich günstig zu den Mustern 33 der Fig. 3 zusammensetzen. Selbstverständlich kann die Zeichenblende 17 beliebige andere Musterzusammenstellungen aufweisen. Fig. 3 shows a pattern, such as is used in the manufacture of magnetic bubble data storage. The pattern is not part of the invention, but the present electron beam device is particularly well suited for the production of such patterns. The generation of the I and T patterns by means of the character screen 17 shown in FIG. 1 is particularly simple. The angles shown in FIG. 1 can also be advantageously combined to form the patterns 33 in FIG. 3. Of course, the character screen 17 can have any other pattern combinations.

Die Fig. 4 und 5 zeigen, wie gemäss der Erfindung Zeichen geformt und abgelenkt werden, damit sie auf dem Target aufgezeichnet werden. In Fig. 4 wird eine Abbildung durch die mittlere Öffnung der Zeichenblende abgebildet, wogegen in Fig. 5 ein Zeichen durch eine periphere Öffnung der Zeichenblende abgebildet wird. In Verbindung mit Fig. 7 soll später noch erläutert werden, wie die sphärische Aberration, die bei der Abbildung gemäss Fig. 5 entsteht, korrigiert werden kann. Figures 4 and 5 show how characters are shaped and deflected according to the invention so that they are recorded on the target. In FIG. 4, an image is imaged through the central opening of the character aperture, whereas in FIG. 5 a character is imaged through a peripheral opening of the character aperture. In connection with FIG. 7 it will be explained later how the spherical aberration which arises in the illustration according to FIG. 5 can be corrected.

Die Einrichtung gemäss Fig. 4 umfasst eine Elektronenquelle 50, die einen Elektronenstrahl entlang der Achse 71 richtet. Der Strahl trifft auf die Rechteckblende 72, die in der Blendenplatte 73 angeordnet ist. Dabei erhält der Strahl einen rechteckigen Querschnitt. The device according to FIG. 4 comprises an electron source 50, which directs an electron beam along the axis 71. The beam strikes the rectangular aperture 72, which is arranged in the aperture plate 73. The beam has a rectangular cross section.

Im Strahlengang folgt dann eine Kondensorlinse 74, üblicherweise eine magnetische Linse bekannter Bauart. Die Linse fokussiert einerseits die Abbildung der Blende 72 in der Ebene der Zeichenblende 76 mit den Blendenöffnungen 75. Andererseits fokussiert die Linse 74 die Abbildung 77 der Quelle 70 an einem Punkt der Strahlenachse, der im Zentrum der Zeichenauswahl-Ablenkvorrichtung liegt, die aus den Platten 78 und 78' besteht. A condenser lens 74 then follows in the beam path, usually a magnetic lens of a known type. On the one hand, the lens focuses the image of the aperture 72 in the plane of the character aperture 76 with the aperture openings 75. On the other hand, the lens 74 focuses the image 77 of the source 70 at a point on the beam axis which lies in the center of the character selection deflection device which consists of the plates 78 and 78 '.

Die Ablenkplatten 78 und 78' können das fokussierte Bild 79 der ersten quadratischen Blende 72 seitlich auf der Zeichen- The baffles 78 and 78 'can focus the image 79 of the first square aperture 72 laterally on the drawing

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4 4th

blende 75 ablenken. Ein weiteres Ablenkplattenpaar, das in Der Radius rs der durch die sphärische Aberration erzeug- deflect aperture 75. Another pair of baffles that is created in the radius rs by the spherical aberration

Fig. 4 und Fig. 5 nicht dargestellt ist, ist orthogonal zu den ten Bildunschärfenscheibe steigt also mit der dritten Potenz genannten Platten angeordnet und besorgt die Ablenkung in des Bildhalbwinkels a. Diese Unschärfe kann nicht korrigiert der zweiten Achse. Die Ablenkung der Abbildung 79 ist in den werden. Die sphärische Aberrationskonstante cs andererseits Fig. 4 and Fig. 5 is not shown, is arranged orthogonally to the th image blur disc rises with the third power called plates and ensures the deflection in the half-angle a. This blur cannot be corrected for the second axis. The distraction of Figure 79 is in the. The spherical aberration constant cs on the other hand

Fig. 1 sowie Fig. 5 besser ersichtlich. 5 hängt von der Geometrie und der Brennweite der Linse ab. 1 and Fig. 5 can be seen better. 5 depends on the geometry and focal length of the lens.

Wie aus der früher erwähnten deutschen Offenlegungs- Fig. 6b zeigt den Fall, wo ein schmales Strahlenbündel mit schrift 2 805 371 ersichtlich, werden derartige Einrichtungen einem kleinen und konstanten a in eine Randzone der Linse am besten so betrieben, dass die Abbildung 77 der Quelle 50 im abgelenkt wird. Die sphärische Aberration erzeugt hier eine As shown in the previously mentioned German disclosure. Fig. 6b shows the case where a narrow beam of rays can be seen with font 2 805 371, such devices with a small and constant a in an edge zone of the lens are best operated so that the image 77 of the source 50 im being distracted. The spherical aberration creates one here

Zentrum der vier Ablenkplatten liegt, wovon zwei als 78 und Bildverzerrung jedoch keine Unschärfe, wobei Coma und wei-78' in der Zeichnung dargestellt sind. Die Brennweite der Linse10 tere Aberrationen dritter Ordnung der Linse vernachlässigt The center of the four baffles is located, two of which as 78 and image distortion, however, no blur, with Coma and white-78 'being shown in the drawing. The focal length of the lens 10 neglects third-order aberrations of the lens

74 ist in erster Linie so bestimmt, dass die Abbildung 79 in der seien, da a<ß. Die Beziehung ist: 74 is primarily determined in such a way that the figure 79 is in that, since a <ß. The relationship is:

Ebene der Zeichenblende 76 liegt. Die Abbildung der Quelle 50 Plane 76 level. The image of source 50

liegt daher nicht notwendigerweise genau im Zentrum der rd = cs • ß3 (2) Ablenkplatten. Mittel zur Verschiebung der Ablenkplatten sind in der genannten Offenlegungsschrift beschrieben. Eine ent- 15 Diese Verzerrung oder Bildbewegung des Strahls kann sprechende Korrektur kann jedoch, wie in Bezug auf Fig. 7 durch entsprechende Strahlablenkung in der entgegengesetz-noch beschrieben wird, mittels der Elektroden 89 und 89' vor- ten Richtung korrigiert werden. Das Blockdiagramm der Fig. 7 genommen werden, womit gleichzeitig auch die sphärische zeigt eine entsprechende Schaltung zur Zeichenauswahl und Aberration der Abbildung korrigiert werden kann. Strahlablenkung zur Korrektur dieser Verzerrung. Die Verstär-Die Zeichenblende 76 ist innerhalb einer an sich bekannten 20 ker 84 und 85 erzeugen ein symmetrisches Signal für die Haupt-Kondensorlinse 80 angeordnet. Die Linse 80 projeziert die ablenkplatten 78 und 78', und gleichzeitig erzeugen sie in EinAbbildung 77 der Quelle in die Eingangspupille einer ersten gangssignal für die nichtlinearen Verstärker 90 und 90'. Der Sammellinse 64. Wie in der genannten Offenlegungsschrift nichtlineare Verstärker 90 erzeugt ein Korrektursignal der Art beschrieben, ist eine weitere Blende 66 sowie eine zweite Sammellinse 65 danach im Strahlengang angeordnet. Die zusahi- 25 c x + ci x3 + C2 x2 y mengesetzte Zeichenabbildung wird somit in zwei Schritten gesammelt und davon eine vergrösserte Abbildung in der und der nichtlineare Verstärker 90' erzeugt das inverse Signal Ebene der Lochblende 81 erzeugt. Die Abbildung hängt von der genauen Lage der virtuellen Abbildung 77 ab. Da jedoch - c x - ci x3 - ci x2 y. therefore does not necessarily lie exactly in the center of the rd = cs • ß3 (2) baffle plates. Means for displacing the baffles are described in the aforementioned publication. A correction corresponding to this distortion or image movement of the beam can, however, as described with reference to FIG. 7 by corresponding beam deflection in the opposite direction, be corrected by means of the electrodes 89 and 89 'in the forward direction. The block diagram of FIG. 7 can be taken, whereby the spherical one can also be used to correct a corresponding circuit for character selection and aberration of the image. Beam deflection to correct this distortion. The amplifier 76 is arranged within a 20 ker 84 and 85 which is known per se and which generates a symmetrical signal for the main condenser lens 80. The lens 80 projects the baffles 78 and 78 ', and at the same time, in image 77 of the source in the input pupil, they generate a first output signal for the nonlinear amplifiers 90 and 90'. The converging lens 64. As described in the cited publication non-linear amplifier 90 generates a correction signal of the type, a further diaphragm 66 and a second converging lens 65 are then arranged in the beam path. The total of 25 c x + ci x3 + C2 x2 y symbol characters is thus collected in two steps and an enlarged image thereof and the nonlinear amplifier 90 'generates the inverse signal plane of the pinhole 81. The figure depends on the exact position of the virtual figure 77. However, since - c x - ci x3 - ci x2 y.

das virtuelle Bild 77 unabhängig von der Ablenkung, die das 30 the virtual image 77 regardless of the distraction that the 30th

Zeichen erzeugt, feststeht, bleibt das Bild 82 ebenso wie jenes Diese symmetrischen Signale werden den Platten 89 und in der ursprünglichen Strahlenachse d. h. in der runden Loch- 89' zugeführt. Die linearen Komponenten cx und - cx des blende 81, wenn die schon erwähnte Korrektur für die sphäri- Signals sind identisch dem Korrektursignal, das in der erwäh- Generated characters, fixed, the image 82 remains like that. These symmetrical signals are the plates 89 and in the original beam axis d. H. fed in the round hole 89 '. The linear components cx and - cx of the aperture 81, if the already mentioned correction for the spherical signal are identical to the correction signal which is mentioned in the

sche Aberration vorgenommen wird. Die Lochblende 81 stellt nen Offenlegungsschrift benützt wird. Dadurch wird das virtu- aberration is made. The pinhole 81 is NEN published. This makes the

somit eine im wesentlichen gleichmässige Stromdichte sicher, 35 eile Ablenkungszentrum mit der Abbildungsebene der Quelle indem sie lediglich den zentralen oder axialen Anteil der Gauss- zusammengebracht. Die nichtlinearen Komponenten sehen Quelle durchlässt und somit die durch die letzte Linse erzeugte Aberrationen klein hält. ci x3 + a x2 y thus a substantially uniform current density, 35 haste center of deflection with the imaging plane of the source by merely bringing together the central or axial portion of the Gaussian. The nonlinear components see source lets through and thus keep the aberrations generated by the last lens small. ci x3 + a x2 y

Die endgültige Zeichenabbildung 83 wird in der Targetebene 69 mittels des Ablenkjochs 68 an die richtige Stelle 40 und das inverse Signal gelenkt. Die Projektionslinse 67, die das Ablenkjoch umgibt, The final character image 83 is directed in the target plane 69 by means of the deflection yoke 68 to the correct position 40 and the inverse signal. The projection lens 67 surrounding the deflection yoke

erleichtert die genaue Einstellung der Abbildung 83 in der Tar- - ci x3 - cz x2 y getebene. facilitates the exact setting of Figure 83 in the tar- - ci x3 - cz x2 y getplane.

In Fig. 5 ist dieselbe Ausführung wie in Fig. 4 gezeichnet, korrigieren die Bildbewegung rd, die durch die Variationen der und die Teile haben dieselben Bezugszahlen. Die Abbildung der« Konvergenz der Linse erzeugt wird, wodurch die sphärische ersten quadratischen Blende 72 wird hier durch die Ablenkplat- Aberration der Elektronenlinsen entsteht, was in Fig. 6b ten 78 und 78' auf der Zeichenauswahlblende 75 auf die peri- gezeigt ist. In Fig. 5 the same design as in Fig. 4 is drawn, correct the image movement rd by the variations in and the parts have the same reference numerals. The image of the “convergence of the lens is produced, as a result of which the spherical first square aperture 72 is produced here by the deflection plate aberration of the electron lenses, which is shown in FIGS. 6b, 78 and 78 'on the character selection aperture 75 on the peri.

pher liegende Öffnung 79 gelenkt. Demzufolge muss eine Kor- Um eine grosse Zahl von Zeichenformen zu erzeugen, wie rekturspannung an die Korrekturelektroden 89 und 89' ange- sie in der Platte 76 der Fig. 4 benötigt werden, muss der Strahl legt werden, wie noch später in Verbindung mit Fig. 7 zu 50 in Randzonen weit ausserhalb der Mitte der Linse abgelenkt beschreiben ist. werden. Die Arbeitsweise unterscheidet sich wesentlich von pher lying opening 79 directed. Accordingly, in order to generate a large number of character shapes, such as correction voltage to the correction electrodes 89 and 89 'required in the plate 76 of FIG. 4, the beam must be laid, as will be seen later in connection with FIG 7 to 50 in peripheral zones far outside the center of the lens. will. The way it works differs significantly from

Wie Fig. 6a und 6b zeigen, bricht eine Elektronenlinse mar- der Ablenkung in der erwähnten Offenlegungsschrift, und die ginale Strahlen a.2 stärker als zentrale Strahlen ai, die nahe der zusätzlichen Aberrationen müssen daher, wie vorgehend As FIGS. 6a and 6b show, an electron lens breaks mild deflection in the mentioned publication, and the ginal rays a.2 stronger than central rays ai, which must therefore be close to the additional aberrations, as before

Achse liegen. Die Abbildung in der Gaussschen Ebene, die beschrieben, durch die nichtlinearen Signale kompensiert wer- Axis. The mapping in the Gaussian plane that describes how nonlinear signals are compensated

einem axialen Punktobjekt entspricht, ist über einen Punkt des 55 den. corresponds to an axial point object, is over a point of 55 den.

Radius rs verteilt, der der dritten Potenz des Strahlhalbwinkels Die beschriebene Projektionseinrichtung bietet wesent- Radius rs distributed, which is the third power of the beam half-angle.

a entspricht. Es ist also: liehe Vorteile bei der Herstellung hochintegrierter Schaltkreise mit häufig sich wiederholenden Mustern, wie sie zum rs = cs«a3 (1) Beispiel in Magnetblasen-Datenspeichern auftreten. a corresponds. It is therefore: there are advantages in the production of highly integrated circuits with frequently repeating patterns, such as occur in magnetic bubble data memories for the example of rs = cs «a3 (1).

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G G

5 Blatt Zeichnungen 5 sheets of drawings

Claims

631 574 PATENTANSPRÜCHE631 574 PATENT CLAIMS

1. Elektronenstrahl-Einrichtung zur Musterprojektion, mit einer Strahlquelle (10,50), die einen Strahl entlang einer Achse (12,71) in Richtung auf ein Target (69) erzeugt, mit einer ersten den Strahl formenden Blende (14,72) in der Strahlachse, gekennzeichnet durch eine zweite in der Strahlachse angeordnete Blende (17,76), die mehrere Blendenöffnungen (16,75) auf weist, durch Mittel (15,74) zur Abbildung der ersten Blende in der Ebene der zweiten Blende, durch Mittel (20,21,78) zur Ablenkung des Strahles auf wenigstens einen Teil einer oder mehrerer Öffnungen in der zweiten Blende zur Erzeugung eines überlagerten Bildes der ersten Blende und der Öffnung in der zweiten Blende, sowie Mittel (65,66,67,68) zur Abbildung des Bildes auf der Targetfläche. 1. electron beam device for pattern projection, having a beam source (10, 50) which generates a beam along an axis (12, 71) in the direction of a target (69), with a first aperture (14, 72) forming the beam in the beam axis, characterized by a second diaphragm (17, 76) arranged in the beam axis, which has a plurality of diaphragm openings (16.75), by means (15, 74) for imaging the first diaphragm in the plane of the second diaphragm Means (20, 21, 78) for deflecting the beam onto at least part of one or more openings in the second aperture to produce a superimposed image of the first aperture and the opening in the second aperture, and means (65, 66, 67, 68 ) to display the image on the target surface.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Blende mehrere Öffnungen in der Form von Zeichen aufweist, welche Zeichen wenigstens teilweise auf der Targetfläche abzubilden sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the second aperture has a plurality of openings in the form of characters, which characters are to be at least partially reproduced on the target surface.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ablenkung des Strahles auf eine bestimmte Stelle der zweiten Blende derart mit Korrektionselektroden (89,89') zusammenarbeiten, dass bei der Abbildung auf dem Target die sphärische Aberration korrigiert werden kann. 3. Device according to claim 1, characterized in that the means for deflecting the beam to a specific location of the second diaphragm cooperate with correction electrodes (89, 89 ') in such a way that the spherical aberration can be corrected when imaging on the target.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektionselektroden (89,89') von den Signalen der Ablenkung (78,78') über Vertärker (90,90') mit nichtlinearer Kennlinie gespeist sind. 4. Device according to claim 3, characterized in that the correction electrodes (89, 89 ') are fed by the signals of the deflection (78, 78') via amplifiers (90, 90 ') with a non-linear characteristic.

Die vorliegende Elektronenstrahl-Einrichtung wird gebraucht zur Erzeugung besonders kleiner Muster in der Herstellung von integrierten Halbleitervorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Elektronenstrahl-Einrichtung, die vollständige Zeichen oder Teile von Zeichen erzeugen kann, die in grossen integrierten Schaltungen wiederholt gebraucht werden. Das ist der Fall besonders bei der Herstellung von Magnetblasen-Datenspeichern. The present electron beam device is used to produce particularly small patterns in the manufacture of integrated semiconductor devices. In particular, the invention relates to an electron beam device that can produce complete characters or parts of characters that are used repeatedly in large integrated circuits. This is particularly the case in the manufacture of magnetic bubble data storage devices.

Elektronenstrahl-Einrichtungen sind bei der Herstellung integrierter Halbleitervorrichtungen bereits allgemein eingeführt. Sie werden zur Aufzeichnung von Leitungs- usw. Mustern auf den Halbleiterplatten benützt. Dabei werden die Muster auf mit fotoempfindlichem Lack bedeckte Flächen projiziert, die nach der Entwicklung des Lacks Masken bilden, wie sie zu zahlreichen Verfahrensschritten in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen benötigt werden. Der Elektronenstrahl schreibt dabei ein bestimmtes Muster in eine bestimmte Fläche mit bestimmter Ladungsdichte und Kantenauflösung in möglichst kurzer Zeit. Soll das Schreibverfahren mit anderen lithographischen Verfahren zusammen benützt werden, so sind die Ablenkungsgenauigkeit und Wiederholbarkeit wesentlich. Für besonders kleine Muster ist es notwendig, die Ladungsdichte bei bestimmten Punkten des Musters zu ändern, um Annäherungseffekte auszugleichen. Zusätzlich müssen, wenn mehrschichtige Muster hergestellt werden sollen, die aufeinanderfolgenden Schichten derselben mit hinreichender Genauigkeit gegenseitig registriert werden können. Electron beam devices have been widely introduced in the manufacture of integrated semiconductor devices. They are used to record line, etc. patterns on the semiconductor plates. The patterns are projected onto surfaces covered with photosensitive lacquer, which form masks after the development of the lacquer, as are required for numerous process steps in the production of semiconductor devices. The electron beam writes a certain pattern in a certain area with a certain charge density and edge resolution in the shortest possible time. If the writing process is to be used together with other lithographic processes, the distraction accuracy and repeatability are essential. For particularly small patterns, it is necessary to change the charge density at certain points in the pattern to compensate for approximation effects. In addition, if multilayer patterns are to be produced, the successive layers thereof must be mutually registered with sufficient accuracy.

Es wurden schon verschiedene Systeme entwickelt, die diesen Anforderungen gerecht werden. Solche Systeme umfassen beispielsweise eine Elektronenstrahlquelle, Kondensorlinsen, Ausrichtstufen, Zerstreuungslinsen, eine Projektionslinse, eine Ablenkeinheit und ein Target. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 644 700 beschrieben. Weitere Einrichtungen und deren Bestandteile sind in den US-Patenten 3 949 288 sowie 3 984 678 beschrieben. Various systems have already been developed that meet these requirements. Such systems include, for example, an electron beam source, condenser lenses, alignment steps, diverging lenses, a projection lens, a deflection unit and a target. Such a device is described, for example, in US Pat. No. 3,644,700. Other devices and their components are described in U.S. Patents 3,949,288 and 3,984,678.

Allgemein gebräuchlich bei Elektronenstrahl-Einrichtungen ist die Erzeugung eines runden Strahls. Dabei wird der Elektronenstrahl so gesammelt, dass er eine kleine, fokussierte Abbildung des Kreuzungspunktes der Elektronenkanone bildet. Das Profil des Punktes ist angenähert gaussisch. Die Sam-5 mellinse ist so eingestellt, dass der Punktdurchmesser kleiner ist als die Breite der schmälsten Linie des Musters, das gezeichnet werden soll. Jedes Element des Musters wird dann durch punktweise Bewegung des Strahles aufgezeichnet, bis das gesamte Muster fertiggestellt ist. Generating a round beam is common in electron beam devices. The electron beam is collected so that it forms a small, focused image of the crossing point of the electron gun. The profile of the point is approximately Gaussian. The Sam-5 lens is set so that the point diameter is smaller than the width of the narrowest line of the pattern to be drawn. Each element of the pattern is then recorded by moving the beam point by point until the entire pattern is completed.

io Nötigenfalls kann die Verweilzeit bei jedem Punkt des Musters so bemessen werden, dass der Näherungseffekt ausgeglichen wird. Eine Einrichtung mit rundem Strahl kann entweder zu vektorieller oder aber zu linienweiser Abtastung benützt werden. Das hat den Vorteil, dass sowohl orthogonale als auch 's diagonale Muster leicht gezeichnet werden können. Da aber der Gausssche Punkt nur einen geringen Durchmesser hat, If necessary, the dwell time at each point of the pattern can be dimensioned so that the approximation effect is balanced. A round beam device can be used for either vector or line scanning. This has the advantage that both orthogonal and diagonal patterns can be drawn easily. But since the Gaussian point has only a small diameter,

wird die zur Aufzeichnung von Schaltungsmustern benötigte Zeit so lang, dass die Benützung des Systems einen zu grossen Kostenanteil ausmacht. Dazu kommt, dass zur Musteraufzeich-20 nung mit Gaussschem Punkt sehr viele Angaben benötigt werden, wodurch das System teure Datenverarbeitungsanlagen benötigt. the time it takes to record circuit patterns becomes so long that the use of the system makes up too much of a cost. In addition, a great deal of information is required for pattern recording with a Gaussian point, which means that the system requires expensive data processing systems.

Zur Herstellung von integrierten Halbleitervorrichtungen sind Elektronenstrahl-Einrichtungen schon speziell angepasst 25 worden. Beispielsweise weist die im genannten US-Patent 3 644 700 beschriebene Einrichtung einen quadratischen Strahlquerschnitt auf, wodurch eine Reihe von Bildpunkten parallel belichtet werden und somit schneller gearbeitet werden kann, als mit einer Einrichtung mit Gaussschem Punkt. 30 Der Strahl wird hier so fokussiert, dass eine scharfe Abbildung einer quadratischen Strahlformungsöffnung entsteht. Electron beam devices have already been specially adapted for the production of integrated semiconductor devices. For example, the device described in the above-mentioned US Pat. No. 3,644,700 has a square beam cross section, as a result of which a number of pixels are exposed in parallel and can thus be operated faster than with a device with a Gaussian point. 30 The beam is focused here in such a way that a sharp image of a square beam shaping opening is created.

Eine solche Einrichtung ist besonders geeignet zur Zeichnung von Mustern durch sequentielles Abtasten von Quadraten der Musterfläche. Die Grösse des quadratischen Punktes wird ent-35 sprechend der kleinsten benötigten Linienbreite gewählt, und das optische System wird so ausgelegt, dass die Kantenauflösung des Punktes wesentlich besser als seine Seitenlänge ist. Die Musterelemente werden durch sprungweises Bewegen oder Fortschalten des Strahls aufgezeichnet als eine Reihe von 40 Quadraten. Such a device is particularly suitable for drawing patterns by sequentially scanning squares of the pattern area. The size of the square point is chosen according to the smallest line width required, and the optical system is designed so that the edge resolution of the point is much better than its side length. The pattern elements are recorded as a series of 40 squares by jumping or advancing the beam.

Einrichtungen mit quadratischem Strahlquerschnitt haben wesentliche Vorteile gegenüber solchen mit rundem Gaussschem Querschnitt, vergleiche dazu H.C. Pfeiffer «New Imag-ing and Deflection Concepts for Probe-Forming Microfabrica-45 tion Systems», Journal of Vacuum Science and Technology, December 1975, Band 12Nr.6, Seiten 1170-1173. Einrichtungen mit quadratischem Strahlquerschnitt haben jedoch immer noch den Nachteil, dass sie sehr viele Angaben über die Muster benötigen und zusätzlich, dass die wirksame Aufzeichnung von 5o Mustern nur möglich ist, wenn diese im wesentlichen aus orthogonal verlaufenden Linien resp. Kanten bestehen. Diagonal verlaufende Linien resp. Kanten sind nur schwer aufzuzeichnen. Devices with a square beam cross section have significant advantages over those with a round Gaussian cross section, see H.C. Pfeiffer "New Imaging and Deflection Concepts for Probe-Forming Microfabrica-45 tion Systems", Journal of Vacuum Science and Technology, December 1975, Volume 12 No. 6, pages 1170-1173. Devices with a square beam cross section, however, still have the disadvantage that they require a great deal of information about the patterns and, in addition, that the effective recording of 50 patterns is only possible if these consist essentially of orthogonal lines or lines. Edges exist. Diagonal lines resp. Edges are difficult to record.

Auch andere Elektronenstrahl-Abbildungsverfahren wur-55 den schon bekannt. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 2 805 371 eine Einrichtung mit Elektronenstrahl gegebenen Querschnitts. Dort werden zwei Strahlformungsöffnungen mit einem dazwischenliegenden Ablenkungssystem benützt. Wenn das Ablenkungssystem ausgeschaltet ist, erzeugt die so zweite, quadratische Öffnung einen quadratischen Strahlquerschnitt. Wenn das Ablenkungssystem betätigt wird, kann ein Teil der zweiten Strahlöffnung verdeckt und ein rechteckiger Punkt variabler Grösse erzeugt werden, der dieselbe Stromdichte wie der ursprüngliche quadratische Punkt aufweist. 65 Da die Grösse des Punktes beliebig reduziert werden kann, wird seine maximale Abmessung grösser als die minimale Linienbreite des gewünschten Musters gewählt. Ein Muster kann dann mittels verschiedener quadratischer und rechtecki Other electron beam imaging methods have also become known. For example, German Offenlegungsschrift 2 805 371 describes a device with an electron beam of a given cross section. There two beam shaping openings are used with an intermediate deflection system. When the deflection system is switched off, the second, square opening creates a square beam cross section. When the deflection system is actuated, part of the second beam opening can be covered and a rectangular point of variable size can be created which has the same current density as the original square point. 65 Since the size of the point can be reduced as desired, its maximum dimension is chosen to be larger than the minimum line width of the desired pattern. A pattern can then be created using different square and rectangular shapes

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ger Strahlquerschnitte gezeichnet werden, wodurch die Produktion beschleunigt wird. Zusätzlich können Linien gezeichnet werden, deren Breite nicht ein ganzzahliges Vielfaches des ursprünglichen Quadrates bildet, obwohl richtig belichtet wird. Zusätzlich ist eine Rahmentechnik möglich, wobei der Rand 5 des Musters mit feinen Linien und seine Innenfläche mit grösseren Quadraten abgedeckt und somit eine gute Kantenauflösung erreicht wird. long beam cross sections, which speeds up production. In addition, lines can be drawn whose width does not form an integral multiple of the original square, even though the exposure is correct. In addition, a frame technique is possible, whereby the edge 5 of the pattern is covered with fine lines and its inner surface with larger squares, thus achieving a good edge resolution.

Obwohl dieses System wesentliche Vorteile aufweist, ist es doch vor allem zur Aufzeichnung orthogonal orientierter i o Muster geeignet und diagonal verlaufende Linien oder Kanten sind schwieriger. Zudem ist es nicht einfach, mit dieser Vorrichtung Muster aufzuzeichnen, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Magnetblasenspeichern benötigt werden, die eine grosse Anzahl repetitiver Elemente der Art desi und des T 15 benötigen. Although this system has significant advantages, it is particularly suitable for recording orthogonally oriented i o patterns and diagonal lines or edges are more difficult. In addition, it is not easy to use this device to record patterns, as are required, for example, in the production of magnetic bubble memories which require a large number of repetitive elements of the desi and T 15 types.