SE425838B - Elektronstrale-arrangemang - Google Patents

Description

7808526-8 2 ningsbarhet viktiga. För mycket små mönster blir det nödvändigt att ändra ladd- ningstätheten vid olika punkter utmed mönstret för kompensering av nårhetseffekter.

Vid mönster i många nivåer år det dessutom väsentligt att kunna överlagra de successiva mönsterskikten med tillfredsställande noggrannhet.

På basis av ovanstående krav har olika elektronstråle-litografisystem konstruerats och utnyttjats. Det typiska elektronstrålesystem som kommer till användning i samband med sådan mikrofraxnställning av integrerade kretsar kan bestå av en elektronstrålekälla, samlingslinser, inrättningsarrangemang, förminsk- ningslinsarrangemang, en projektionslins, en avböjningsenhet och en målarea, vilka är arrangerade på välkänt sätt. T.ex. det amerikanska patentet 3.61U+.700 beskriver ett typiskt elektronstrålearrangemang. Andra sådana arrangemang och komponenter därav beskrivs i de amerikanska patenten 3.919.228 och 3.981l.6TB.

En ofta använd tillämpning vid utformningen av elektronstråle-arrangemang, som utnyttjas vid mikroframstållning, har en rund stråle. Härvid förminskas en elektronstråle för åstadkommande av en liten fokuserad bild av elektronkanon- korsningspunkten. Ljusfläckprofilen har i huvudsak Gauss-karaktär. Förminskningen regleras så att ljusfläckens diameter blir mindre än den minsta mönsterlinjebredd som behöver skrivas. Varje mönsterelement skrivs därefter genom att strålen för- flyttas sekvensiellt från punkt till punkt över mönsterelementet till dess hela skrivarean har ifyllts.

Om så är nödvändigt kan uppehållstiden vid varje punkt på mönsterelementet regleras för åstadkommande av närhetseffektkorrigering. Ett arrangemang med rund stråle kan utnyttjas antingen i vektoravsökningsmod eller i en ortogonal avsöknings- mod linje för linje. Sådana arrangemang har en fördel i att de kan utnyttjas för att skriva både ortogonal och diagonala mönster. Emellertid har Gauss-ljusfläcken liten mönsterdiameter, varför tidskraven vid skrivning av typiska halvledarmönster verkar hindrande på. en effektiv användning av sådana arrangemang för tillverkning.

Vidare blir den mönsterdata som är aktuell vid återskapandet av en given uppsättning halvledarbilder med en Gauss-ljusflåck synnerligen omfattande. Följaktligen blir databehandlingsförmågan hos sådana arrangemang dyrbar.

Andra elektronstrålearrangemang har anpassats för mikroframstållning av halvledare med utnyttjande av en strålbild med fast form. Exempelvis beskriver ovannämnda amerikanska patent 3.61+1».7oo ett dylikt arrangemang. Härvid utför ett arrangemang med kvadratisk stråle ett antal parallella bildpunktexponeringar och uppnår en genomströmningsfaktor som är ekvivalent med Gauss-fläck-arrangemanget.

Härvid blir elektronstrålen fokuserad för att en förminskad bild skall erhållas av en öppning, som kallas den strålformande öppningen. Denna öppning är kvadratisk, och dessa arrangemang är speciellt användbara vid framställning eller följning av mönster genom sekvensiell ifyllning av kvadrater av mönsterarean. Storleken på den fokuserade kvadratiska ljusfläcken väljs i allmänhet att vara densamma som den mínimimönsterlinje som krävs, och det optiska systemet är utformat så 7808326-8 3 att ljusfläckens kantupplösning är avsevärt mindre än denna. Varje mönster- element skrivs genom att den formade strålen förflyttas i diskreta hopp så att mönstret skrivs i form av en serie kvadrater.

Avbildningsarrangemangen med kvadratisk stråle har vissa fördelar gentemot de traditionella Gauss-arrangemangen med rund stråle enligt vad som detaljbeskri- vs i publikationen "New imaging and deflection concepts for proforming microfab- rication systems" av H C Pfeiffer i Journal of Vacuum Science and Technology, december 1975, vol 12, nr 6 på sid llT0-llT3. Emellertid har arrangemangen med fyrkantig stråle den nackdelen att de kräver möjlighet att hantera en avsevärd mängd mönsterinformation eller data, och dessutom är användningen på ett effektivt sätt av sådana arrangemang med kvadratisk stråle begränsad till återskapandet av strålmönster med en hög procent ortogonellt orienterade mönsterkonturer. Följakt- ligen är mönster med ett stort antal diagonalkonturer svåra att reproducera.

Andra avbildningstillämpningar har utnyttjats i elektronstrålearrangemang, t.ex. en vidareutveckling av idên med fast strâlform, där två strålformande öpp- ningar används, som är placerade i konjugatplan, och en avlänkare är placerad mellan de båda öppningarna. När avlänkaren är frånkopplad blir den andra kvadra- tiska öppningen fullt belyst, vilket resulterar i en kvadratisk fokusfläck med maximidimensioner. När avlänkaren aktiveras kan belysningen av vilken som helst del av den andra kvadratiska öppningen upphävas, vilket ger en rektangulär eller kvadratisk fläck med önskad storlek upp till maximum, vilken innehåller samma strömtäthet som den ursprungliga kvadratiska ljusfläcken.

Eftersom storleken på ljusfläcken kan reduceras godtyckligt kan ljusfläckens maximidimensioner vara större än mönstrets minimilinjebredd. Ett mönster kan dä fyllas i med utnyttjande av olika kombinationer av kvadratiska och rektangulära strålbilder, varigenom ett system med förbättrad genomströmning uppnås. Dessutom ger systemet med varierbar strålform möjlighet att skriva linjer, vars bredder ej är normalmultipler av basljusfläcksbredderna, utan behov av dubbelexponering.

Systemet medger också användning av en inramningsteknik, vid vilken mönsterele- mentets centrala region täcks med stora kvadrater och omkretsen skrivs med tunna linjer i och för reducering av elektronernas inbördes påverkan, så att god kantupplösning upprätthålles.

Trots nackdelarna med det system som har varierbar ljusfläcksform är det effektivare att använda vid kretsmönster med en hög procent ortogonalorienteringar, eftersom det ej är lätt att anpassa för skrivning eller hantering av diagonaldata- mönster. Dessutom är det ej anpassbart till att lätt användas med kretsmönster, t.ex. de som krävs vid framställning av magnetbubbelminneskretsar, vilka består av ett stort antal repetitiva element, exempelvis de typiska I- och T-mönstren vid bubbelminnen. 7808326-8 Följaktligen föreligger ett behov inom tekniken av ettförbättrat elektron- strålearrangemang, som möjliggör snabb skrivning av storskaligt integrerade kretsmönster av repetitiv karaktär.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är sålunda att åstadkomma ett arrangemang för att exponera valda mönster av repetitiv karaktär med en elektron- stråle, varvid hela tecken eller stora delar därav formas och projiceras parallellt på målarean.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att vid sådana arrangemang åstadkomma medel för att korrigera sfårisk abberation hos projicerade bildmönster.

Ovanstående ändamål realiseras med apparatur, där en elektronkålla. projiceras mot en målarea eller ett målplan. På vanligt sätt är en halvledarskiva placerad i målplanet, och elektronstrålen styrs så. att skrivning sker på. resistskikt, vilka utbildats på. skivan.

Systemet innefattar också strålformnings- och öppningsmedel, anordnade mellan källan och målarean, vilka medgiver formning och proj icering av i förväg utvalda hela tecken eller delar därav på målarean. Sådana strålforruningsmedel innehåller vanligen en första kvadratisk öppning liknande den som utnyttjas i ovannämnda Pfeiffer-publikation och en andra teckenöppning, som är placerad på den plats som normalt upptages av den andra kvadratiska öppningen i Pfeiffer- publikationen. Teckenöppningen definierar ett flertal öppningar, som represente- rar hela tecken eller teckendelar, vilka var och en kan adresseras selektivt av den kvadratiska bild som formas av systemets första kvadratiska öppning. Normalt riktas bilden av den första ljusfläckformande öppningen mot en bestämd sektion av teckenöppningen, varvid medel finns för att fokusera bilden av den första öppningen i den andra öppningens plan, varigenom en sanmansatt ljusfläcksform bildas, som definieras av bilden av den första kvadratiska öppningen och det särskilda tecken eller den del av ett tecken som valts på. den andra öppningen.

Vidare finns medel för att avfokusera och avböja den sålunda formade bilden till en bestämd plats på målskivan samt ytterligare medel för att hos teckenmönster- bilden korrigera sfärisk abberation, som annars kan uppträda i systemet.

Ovannämnda och andra ändamål, egenskaper och fördelar med uppfinningen, som definieras i nedanstående patentkrav, framgår av följande, mera detaljerade be- skrivning av en föredragen utföringsform som illustreras på bifogade ritningar.

Fig. l är en schematisk representation av en del av ett elektronstråle- arrangemang, som är utformat i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig. 2 år en förenklad schematisk representation av olika metoder för skrivning av halvledarmönster under utnyttjande av elektronstråle-arrangemang.

Fig. 3 är en schematisk illustration av typiska mönster, som kommer till användning vid. framställning av magnetbubbelminnen. ¿ 7808326-8 Fig. H är en schematisk illustration av ett elektronstråle-arrangemang, som är konstruerat i enlighet med föreliggande uppfinning. Figuren visar hur ett teckenmönster projiceras utmed arrangemangets míttaxel.

Fig. 5 är en schematisk illustration av elektronstråle-arrangemanget i fig. Ä och visar projicering av ett valt teckenmönster utmed teckenöppningarnas ytterperiferi.

Fig. 6A och 6B är diagram med uppgift att förklara den sfäriska abberationen.

Fig. 7 är en schematisk illustration av en avlänkare, som kan utnyttjas för att korrigera sfärisk abberation hos den projicerade bilden.

I fig. l på ritningarna visas ett arrangemang för alstring av en elektron- stråleljusfläck i avsikt att forma ett helt tecken för projicering. Närmare be- stämt finns en elektronkälla l0, som riktar en stråle elektroner ll utmed en axel 12 i ett elektronstråle-arrangemang mot ett ej illustrerat mål. Strålen formas till en rektangulär ljusfläck, när den passerar genom en kvadratisk öppning lä i formningsdelen 13. En samlingslins 15 fokuserar samtidigt bilden av öppningen lä i planet för en teckenöppning 16 i teckendelen 17 och fokuserar bilden av källan 10 vid en position l8 i ett plan, som sammanfaller med det avböjningscentrum som åstadkommas av teckenväljaren l9, vilken är anordnad att selektivt förflytta den fokuserade bilden av den första öppningen i sidled relativt teckenöppningarna.

Vid utföringsformen i fig. l består teckenväljaren av konventionella elektrostatiska avlänkningsplattor, varvid plattorna 20 och 20' har till uppgift att avlänka den kvadratiska strålbilden i Xëriktningen, medan plattorna 21, 21' avlänkar den kvadratiska strälbilden i Y-riktningen. Den slutliga formade bilden, som visas i fig. l såsom tecknet I" bestämmes av den del av den kvadratiska öpp- ningens bild vilken ej blockeras av den valda teckenformen för tecknet 17 utan passerar genom öppningen såsom en formad sammansatt bild 2h'. Även om operationen har illustrerats med en oavböjd bild torde det vara underförstått att olika kombinationer av avlänkningar av den kvadratíska öppningsbilden i X- och Y- riktningen kan utnyttjas för utväljning av vilken som helst av teckenbilderna och/eller delar därav, som finns i teckendelen.

Det i fig. l visade arrangemanget kan användas i kombination med olika elektronstråle-arrangemang, t.ex. det som beskrivs i ovannämnda amerikanska patent 3.6üh.T0O. Vid användning i dylika arrangemang kan teckenbilden 2h' får passera genom förminskningslinser och projektionslinser för att bilden av det valda tecknet skall projiceras på ett mål. Standardförminsknings-, projektions- och avlänkningsapparatur enligt nyssnämnda amerikanska patent kan användas för detta ändamål. Det torde emellertid påpekas att föreliggande uppfinning avser utnyttjandet av ytterligare korrigeringsmedel för att eliminera sfärisk abberation, som förekommer vid projiceringen av det stora antal parallella bildpunkter som är nödvändigt för formning av en hel teckenbild. 7 8 0 8 3 2 6 - 8 6 Det torde - med hänvisning exempelvis till fig. 2 - påpekas att formningen av en hel teckenbild innebär parallell projicering av större antal bildpunkter än vad som hittills varit möjligt med antingen de kvadratstrålesystem eller de Gauss-ljusfläckssystem som utnyttjades vid tidigare känd teknik. Fig. 2 visar strålprofilerna eller relativt antal bildpunkter, som adresseras samtidigt av ett Gauss-ljusfläckssystem, ett kvadratstråle-bildsystem och det här beskrivna teckenprojektionssystemet. De särskilda förhållandena mellan upplösningen och intensitetsfördelningen vid de olika systemen finns allmänt beskrivna t.ex. i ovannämnda artikel.

Närmare bestämt motsvarar en enda bildpunkt, som adresseras med ett Gauss- ljusfläckssystem, cirka 25 st punkter som adresseras i ett typiskt kvadratstråle- system. Vid det här beskrivna teckenprojiceringssystemet blir en enskild ljusflâcks storlek belyst på ett sätt som kvadratstrålesystemet kan komma fram till genom successiv fokusering på olika delar av ett åtta x åtta-gitter av minimilinjeele- ment med kvadratstrålesystemet. Följaktligen adresserar projiceringssystemet samtidigt sextiofyra x tjugofem eller ettusensexhundra bildpunkter, vilket skall jämföras med de tjugofem bildpunkter som adresseras med kvadratstrålesystemet.

Den resulterande fördelen och genomströmningen torde vara uppenbar.

I fig. 3 visas ett typiska mönster, som utnyttjas vid framställningen vid magnetbubbelminnen. Magnetbubbelmönstret utgör ingen del av uppfinningen, men det torde vara uppenbart att utnyttjandet av det här beskrivna elektronstråle- arrangemanget vid framställningen av ett sådant mönster skulle vara synnerligen fördelaktigt. Så t.ex. är framställningen av I- och T-mönstren lätt att åstad- komma med utnyttjandet av de teckensegment som visas vid teckenöppningen i fig. l. Även de fiskbenssektioner som visas vid teckenöppningen i fig. l kan med v fördel användas vid framställning av de olika teckenelement som visas i fig. 3 I och representeras av siffrorna 31-33. Det torde också. påpekas att teckenöppningen i fig. 1 kan modifieras så. att andra teckenelement projiceras i och för underlättande av framställningen av 'bubbel~ och andra halvledarmönster, om så. önskas.

I fig. 14 och 5 visas schematiskt ett elektronstrålewrrangemang, som illu- strerar hur bilder formas och avlänkas enligt uppfinningen i och för skrivning av teckenbilder på. en mâlarea. I fig. 74 projiceras en bild genom mittaxeln i teckenöppningen och i fig. 5 blir en bild projicerad genom en teckenöppning, som valts vid öppningsplattans ytterperiferi. Det sätt varpå korrigering görs för att eliminera sfäriska abberationer, som påträffas i utföringsformen i fig. S, visas och beskrivs i samband med kretsarna i fig. 7.

Fig. Ä visar ett elektronstråle-arrangemang med en elektronkälla 50, som riktar en stråle elektroner längs arrangemangets axel 71. Strålen av elektroner korsas av en kvadratisk öppning 72, som är utformad i en öppningsplatta 73.

Sålunda formas strålen till en rektangulär ljusfläck, när den passerar genom öppningen 72. En samlingslins Th finns också, vilken lämpligen kan vara en V 7808326-8 magnetisk lins av inom elektronstråletekniken konventionellt utförande. Linsen har två funktioner. För det första fokuserar den bilden av öppningen T2 i planet för teckenöppningsplattan T6, i vilken teckenöppningarna T5 är utformade. För det andra fokuserar linsen Th bilden TT av källan TO vid en punkt utmed arrange- mangets axel och i centrum för teckenväljaren, som består av de elektrostatiska plattorna TB och Tö'.

Detta avlänkningsplattpar är i stånd att avböja den fokuserade bilden 79 av den första kvadratiska öppningen T2 i sidled i förhållande till en i förväg vald öppning T5 under strålformningsoperationen. Det finns ett andra plattpar, som ej illustreras i fig. Ä och 5 men är beläget ortogonalt i förhållande därtill, vilket par har till uppgift att avböja strålen i sidled i den andra ortogonala riktningen under formningsoperationen. Avböjningen av bilden T9 av den första öppningen i förhållande till en öppning i plattan T6 framgår tydligare av fig. l och 5.

Såsom påpekats ovan krävs det för att elektronstrålearrangemanget enligt föreliggande uppfinning skall fungera optimalt att den fokuserade bilden TT av källan TO befinner sig vid det virtuella avböjningscentret för den av plattorna T8 och T8' bestående avlänkaren liksom även för motsvarande plattpar som utnytt- jas för avlänkning i den andra ortogonalriktningen. Linsens Th fokallängd är i första hand anordnad att fokusera öppningsbilden T9 i planet för teckenöppnings- plattan T6. Därför kommer den åtföljande fokuseringen av bildkällan TT ej nöd- vändigtvis att uppträda vid avböjningscentret. Enligt vad som tidigare sagts har medel åstadkommits för att förflytta det elektrostatiska avlänkningssystemets avlänkningscentrum till koincidens med den fokuserade bildens TT plan. Emellertid finns utrustning för att åstadkomma dylik korrigering via korrigerare 89, 89' i fig. T och att samtidigt mata en elektrisk signal till korrigerarna 89, 89', vilken åstadkomer korrigering av sfärisk abberation hos bilden.

En samlingslins 80 är anordnad inom arrangemanget, vilken kan utgöras av en godtycklig magnetisk standardsamlingslins, inom vilken teckenöppningsplattan T6 är anordnad. Linsen 80 projicerar källbilden TT in i ingångspupillen på en första förminskningslins Gå. En öppningsplatta 66 finns vidare liksom även en andra förminskningslins 65, vilken arbetar på inom tekniken känt sätt. Sålunda blir den sammansatta teckenbílden förminskad i två steg via förminskningslinserna, och medan den sammansatta bilden blir förminskad alstrar linsen 6ü samtidigt en förstorad bild av källan i cirkelöppningens 81 plan. Denna bild av källan beror på källbildens TT läge. Eftersom emellertid källbilden TT förblir stationär oberoende av avlänkningen vid formníngen av den sammansatta öppningsbilden, förblir den fokuserade bilden 82 av källan centrerad kring arrangemangets axel vid öppningen 81, om ovannämnda korrigeringar av sfärisk abberation utförs.

Följaktligen åstadkommas en i huvudsak likformig strömtäthet av cirkelöppningen 7808326-8 8 81, som blott låter den centrala eller axiella delen av Gauss-källan spåras, samtidigt som i slutlinsen alstrade abberationer minimeras.

Ett avlänkningsok 68 finns också för avböjning av den sammansatta tecken- bilden över målfältet. Vidare finns en projektionslins 67, som omgiver avlänknings- oket och förenklar fokuseringen av bilden 83 vid målarean, vilken illustreras av siffran 69.

Utföríngsformen i fig. 5 har samma strukturella element som visas i fig. 1% och samma referensbeteckningar. I fig. S-utföringsformen blir bilden av den. första kvadratiska öppningen "(2 avböjd av avlänkningsplattorna 78, 78' i tecken- väljaren för att skära en teckenöppning, vilken valts längs teckenöppningsplattans 'TS periferi. Följaktligen är det nödvändigt att anbringa korrigeringsspänningar på. de dynamiska korrigerarna 89, 89' på. det sätt som beskrivs i det 'följande i samband med fig. T.

Med hänvisning till fig. 6A och 6B konvergerar en elektronlins de marginella strålarna o; 2 kraftigare än strålarna al, som finns närmare axeln. Bilden i Gauss-planet, som motsvarar ett axialpunktobjekt, sprids över en fläck med 3 radien rs, som är proportionell mot strålhalvvinkeln oc enligt vad som represen- teras nedan av ekvation l Radien rs, som är radien hos den bildoskärpeskiva som orsakas av sfäriskt abbera- tion, ökar snabbt med strålhalvvinkeln Oc . Denna bildoskärpa är okorrigerbar.

Konstanten cs för sfärisk abberation beror å. andra sidan på. linsens geometri och fokalegenskaper. Fig. 613 visar det fall då ett smalt strålknippe med ringa och konstant halvvinkel (K avböjs in i linsens marginalregioner. Här blir resultatet av sfärisk abberation bilddistorsion snarare än bildoskârpa., om man bortser från koma och andra abberationer av tredje graden för linsen därför att fx är nrycket mindre än ß . Förhållandet definieras i ekvation 2 nedan: Denna stråldistorsion eller -bildrörelse kan korrigeras genom lämplig strålavböjning i motsatta riktningen. Ett blockschema i fig. T visar en tecken- väljare och kretsar för strålavböjning i och för korrigering av dylik distorsion.

Förstërkarna 81+ och 85 matar en mottaktssignal till huvudavlänlmingsplattorna 88, 88' och åstadkommer en insignal till de olinjära förstärkarna 90, 90' .

Förstärkaren 90 alstrar en korrigeringssignal med formen cx+clx3+c2x2y, och förstärkaren 90' alstrade den inverterade signalen -cx-clx -cgx y. 9 7808326-8 Denna mottaktsignal matas till hjälpavlänkningsplattorna 89 och 89'.

Linjärkomponenterna ex och -cx av mottaktsignalen är identiska med den korri- geringssignal som tidigare har omnämnts. Härigenom etableras medel för att förflytta det virtuella avlänkningscentret till koincidens med källans bíldplan.

De olinjära komponenterna c1x3 + c2x2y och den inverterade signalen -clx3 - czxzy är användbara vid korrigering av den bildrörelse rä som orsakas av de variationer i linsens konvergens vilka blir upphov till sfärisk abberation hos elektronlinser enligt vad som illustreras i fig. 6B.

För att en stor mängd olika teckenformer, som utnyttjas i öppníngsplattan 76 enligt fig. H, skall kunna täckas måste strålen avlänkas till marginalregioner långt bort från linsens centrum. Denna arbetsmod är distinkt skild från den av- länkning som tidigare har beskrivits och kräver följaktligen korrigering av de ytterligare abberationerna genom användning av olinjära kompensationssignaler.

Den ovan beskrivna projektionslinsen har visat sig vara särskilt användbar vid framställtning av storskaligt integrerade kretsmönster av repetitiv karaktär, t.ex. sådana som är aktuella vid framställning av magnetbubbelminnen. Det torde emellertid vara uppenbart att projektionssystemet kan användas vid andra till- ämpningar, om så önskas.

Claims (3)

1. 7808326-8 10 Patentkrav. l. Elektronstråle-arrangemang med en källa (10), som riktar en stråle (ll) av elektroner längs en axel (12) mot en målarea (24'), och en elektronstråleformare längs arrangemangets axel, innefattande en första öppningsplatta (13) med en däri upptagen öppning (14), en andra öppningsnlatta (17), anordnad efter den första öppningsplattan i strâlriktningen räknat, i vilken andra önpningsnlatta ett flertal öppningar (16) är upptagna, medel (l5) för fokusering av en bild av den första öppningen i planet för den andra öppningsplattan, organ (19) för att ställa in bilden i koincidens med åtminstone en del av en eller flera nämnda flertal öppningar för att därigenom åstadkomma en sammansatt bild av den första öppningens bild och de träffade delarna av de andra öppningarna samt medel för att fokusera den sammansatta bilden i målarean, k ä n n e t e c k n a t av en av- länkare (78, 78'), anordnad mellan den första öpnningsplattan och den andra öppningsplattan, och en korrigeringskrets (89, 89') för att mata korrigeringssignaler till avlänkaren för övervinnande av strålrörelse till följd av sfärisk aberration, som uppträder vid utväljning av en teckenönpning på en från axeln skild plats och därigenom upprätthålla korrekt belysning av den bild som fokuseras i målarean. f .

2. Arrangemang enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att den andra öppningsplattans hål har teckenform för att teckenbilder skall kunna skrivas på en skiva, som är anordnad i målarean.

3. Arrangemang enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att korrigeringskretsen omfattar olinjära förstärkare (90, 90') för att alstra korrígeringssignaler av förutbestämd olinjär form.