Способ для наклонной установки поверхностных лучевых зондов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК у Н 01,Х 37/3 ГОСУД АРСПО ДЕЛА НИЯ ЭМИНА;дд ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ л иды- льное чаювают носи, мег ли а ( ОЙ УСТАНОВКИОНДОВ И УСТВЛЕНИЯ. ки на угол об перпендикуляр создают откло мыми силой и ность которог полем, паралл 2. Способ щийся те отклоняющее п переменное по лению, полярн синхронно с п оси.о пе 1 у о т е па личаю-. ют другое ельное оси,направо меняют ельным л ь Рал величине и сть которог олем, парал ТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ САНИЕ ИЗОБР(54) СПОСОБ ДЛЯ НАКЛОНПОВЕРХНОСТНЫХ ЛУЧЕВЫХРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕС(57) 1. Способ наклонной установки поверхностных лучевых зондов, при котором сформированное пойеречное сечение луча отражают в плоскость объекта по меньшей мере одной электромагнитной передающей линзой и проектируют плоскость объекта на экран, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что перед передающей линзой создают воздействующее на сформированный луч параллельное к оптической оси магнитное поле переменной полярности, для установки центра переполюсовработки поверхности но к оптической оси няющее:поле с регулируенаправлением, поляро меняют синхронно с ельным оси.,ЯО 11112 Способ по пп, 1 и 2, о щ и й с я тем, что накл а магнитное поле, паралл агнитное постоянное пол р у руемой напряженностью.4. Способ по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что осуществляют анализ критериев, создаваемых при отображении плоскости облучения на экран, путем периодического изменения углового положения, формата или позиционирования поперечного сечения луча.5. Устройство для наклонной установки поверхностных лучевых зондов, содержащее систему генерации 1 электронного луча, генераторы 33, 38 управляющих сигналов, электромагнитную передающую лицзу 17, диафрагму 8 и отклоняющую систему 29,30, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональйых возможностей, введена дополнительная линза 26, состоящая из нескольких круговых вйтков проволоки, которая расположена коаксиально к оптической оси между диафрагмой 8, ограничивающей луч, и передающей линзой 17 и через переключатель переполюсовки 32 соединена с генератором тока 33, и по крайней мере с одного торца дополнительной линзы 26 расположена отклоняющая система 29,соединенная через переключатель переполюсовки 36 с генератором тока 38,6. Устройство по п.5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отклоняющие системы 29,30 размещены на обоих торцах дополнительной линзы.7. Устройство по пп. 5 и 6, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что встречдйЮ 6320/42В иааф ПИЙ фйатент", г. Ужгород,Н оектна Этаж 682 НЙИИВ Рос удщытваам лб дмлйй изьбРет 6 н ЗОВА; ЙЬсква, Ж, РЙушно к отклоняющим системам 29, 30включены дополнйтельные отклоняющиесистемы 40, 41. 8. Устройство по н.5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополни 1111215тельная линза 26 состоит из двух частичных обмоток 27, 28,причем вторая частичная обмотка 28 соединена с генератором тока 43, который вырабатывает постоянный ток регулируемой силы.Изобретение относится к электронной технике, в частности к электронно-лучевым установкам, предназначенным для обработки поверхности, которые имеют как устройство для отклонения электронного пучка, так и устройство для формирования сеченияэлектронного луча на поверхности.Электронно-лучевые установки такого рода применяются, например,для 10 получения запрограммированного экспонируемого рисунка на покрытой слоем фоторезиста полупроводниковой пластинке при изготовлении полупроводниковых приборов. В электрон но-лучевых установках, относящихся к указанной области применения,электронный луч образует на поверхности освещаемое поле, получаемое с помощью ограничивающих диафрагм и фо О кусировки с помощью электронных линз, и отклоняется отклоняющей системой в точку, определяемую управляющей программой.Известны установки, в которых 25 сечение луча на объекте имеет форму прямоугольника, причем возможно электронное регулирование длины сторон прямоугольника, что дает возможность значительно увеличить скорость Зо экспонирования по сравнению с электронно-лучевыми установками, создающими электронный луч с постоянным поперечным сечением.Элементарная ячейка электронного луча на поверхности пред 35 ставляет собой квадрат, величина которого равна величине наименьшей экспонируемой детали структуры, причем стороны квадрата всегда ориентированы параллельно направлениям отклонения Х и . В этих направлениях в течение нескольких микросекунд растянуть форму луча без потерь интенсивности излучениядо прямоугольника, размеры которого определяются управляющей программой.На практике при проектировании интегральных микросхем кроме экспонируемых рисунков, которые мблно с хорошей точностью разложить на совокупность параллельных друг другу прямоугольников в изображении электронного луча,на поверхности встречаются также структуры, для которых скорость экспонирования значительно снижается,так как сечение луча необходимо отрегулировать на величину наименьшего элемента таких структур. Структурами такого рода являются, например, наклонные токоведущие дорожки. Желательно расширять совокупность поверхностных лучевых зондов прямоугольнымИ формами с углом наклона, например 454Для создания поверхностных лучевых зондов, которые могут принимать также Форму круговых поверхностей или наклонных прямоугольников, связывают принцип смещаемого отображения первой диафрагмы на вторую, который лежит в основе, установок с поверхностными лучевыми зондами, с принципом отображения. шаблонов ( ВВ - 1 26 438) .Трудностью при этом является то, что каждая дополнительная форма должна быть представлена отверстием соответствующей формы во второй диаф рагме, выпапненной в виде шаблона.Возможно дополнение расположенных под прямым углом ограничивающих луч ножей первой или второй диафрагмы лучевых установок другими ножами, расположенными в Форме ломаной линии, таким образом, чтобы при наложении отображений обеих диафрагм на объект можйо было бы получать сечения луча в Артеме наклонных прямоугольников (М - 0 2 647 855). .1 О Недостаток такого решения состоитв том, что равномерно освещаемое поле должно быть значительно больше,чем наибольшее прямоугольное сечениелуча, которое можно установить, 5вследствие чего снижается плотность тока луча,Возможен поворот изображенияна любой угол с помощью магнитнойлинзы, расположенной между второйдиафрагмой и объектом.Этот метод до сих пор не удалось реализовать, так как с поворотом изображения неизбежно связаныдефокусировка и большое отклонение, несовместимые с требованием высокой точности.Чтобы исключить дефокусировку,возникающую с поворотом изображения,комбинируют магнитную линзу с электростатической, устанавливая у магнитной линзы цилиндрический электроди подавая на него напряжение, зависящее от возбуждения магнитной линзы(И-ОЬ 2721704) . 25Такое решение не создает лучшихусловий для поворота изображениябез отклонения,Цель изобретения - создание способа и устройства для его осуществле 30ния, которые снимают ограниченияповерхностных лучевых зондов, образующих совокупность прямоугольныхформ первого класса, параллельныхДРУГ Другуу и дополняют эту совокуп 35ность вторым классом, содержащим,в свою очередь, прямоугольные формы,.параллельные друг другу, причем отличие первого класса от второго состоит в том, что прямоугольные формы 40второго класса повернуты на уголопредпочтительно 45 по Отношениюк прямоугольным Формам первогокласса.Преимущество изобретения состоит 45в том, что без ограничения точностис высокой скоростью экспонированияможно проводить микрогравировкунаклонных токоведущих дорожек, имеюощих, в частности, угол наклона 45 , 50вследствие чего значительно расширяются возможности и повышается производительность электронно-лучевыхустановок с поверхностными лучевымизондами. 55Задачей изобретения являетсясоздание способа и реализующегоего устройства, которое позволяетс высокой точностью поворачивать поверхностный лучевой зонд с изменяемой прямоугольной Формой на угол предпочтительно 45 , а также обеспеочивать поворот поверхностного лучевого зонда вокруг вершины угла без его смещения. Время перестройки с одного класса на другой без потери резкости и точности должно составлять менее 1 мс.Согласно способу для наклонной электронно-лучевой обработки поверхности, в частности, в электронно-лучевой установке, в которой ограничение поперечного сечения электронного луча .в плоскости обрабатываемой поверхности, называемой поверхностным лучевым зондом, осуществляется с помощью отображения диафрагм или ножей, Формирующих луч, которое передается по.меньшей мере одной электромагнитной линзой, и в котором поверхность объекта отображается на экране с помощью проекционной системы, для наклонной установки поверхностного лучевого зонда отображение диаФрагм, формирующих луч, поворачивается в плоскости обрабатываемой поверхности путем создания магнитного поля, воздействующего на сформированный луч, параллельного оптической оси перед передающей линзой в направлении луча, и изменения его полярности. Для установки центра изменения полярности при повороте изображения на вершину угла поверхностного лучевого зонда, которая является точкой фиксации при изменении формата, осуществляется отклонение его изображения в плоскости обрабатываемой поверхности путем создания магнитного поля, перпендикулярного оптической оси, и изменения его полярности синхронно с изменением йолярностей магнитного поля, парал-. лельного оптической оси, и путем такой регулировки величины и направления отклонения, чтобы точка фиксации при изменении формата являлась также точкой фиксацией при изменении полярности.Для исключения сферической аберрации в апертурной диафрагме при изменении полярности необходимо пучок отклонять путем создания другого перпендикулярного оси отклоняющего поля и его переполюсовки синхронно с магнитным полем, параллельным оси,устанавливая его напряженность и направление таким образом, чтобы компенсировать отклонения пучка,Для предотвращения дефокусировки поверхностного лучевого зонда в плос кости обрабатываемой поверхности целесообразно при изменении полярности магнитного поля накладывать на него магнитное поле постоянного тока, напряженность которого можно регули О ровать. Для регулировки амплитуды переполюсовки магнитного поля,амплитуд переполюсоьки первого и второго отклоняющих полей и амплитуды магнитного поля постоянного 15 тока целесообразно выводить на индикацию и характер поведения поверхностного лучевого зонда в плоскости обрабатываемой поверхности, а также поведения пучка в апертурной диафрагме, путем отображения плоскости обработки или плоскости апертурной диафрагмы на экране с помощью проекционной системы.Дпя реализации способа для наклонной установки поверхностных лучевых зондов используется электроннолучевая установка, которая для формирования поперечного сечения луча имеет первую и вторую диафрагмы, ограни-, чивающие луч, по меньшей мере одну электромагнитную передающую линзу для отображения диафрагм, ограничивающих луч, в плоскость обработки и отображающую систему для проектиро 35 вания плоскости обработки на экран. В такой электронно-лучевой установке между второй диафрагмой, ограничивающей луч, и передающей линзой коаксиально. к оптической оси распо лагается дополнительная линза, состоящая из нескольких круговых прово лочных витков, и соединяется через переключатель полярности с генератором тока. Путем изменения полярнос ти тока изменяется также полярность магнитного поля, создаваемого этим электрическим токой, вследствие чего также поворачивается изображение диафрагмы, формирующей луч, т.е. поверхностного лучевого зонда.Кроме этого, на торцах дополнительной линзы размещается отклоняющая система для фиксации центра переполюсовки на точке фиксации при изменении формата и при необходимости другая отклоняющая система для предотвращения сферической аберрации в апертурной диафрагме, которая соединяется с генератором тока через переключатель полярности. К отклоняющим системам можно встречно подключать дополнительные отклоняющие системы, чтобы устанавливать точки опрокидывания отклонения луча в желаемой плоскости. Для ограничения поля в пространстве дополнительная линза может быть заключена в ферритовую оболочку, а в качестве отклоняющей системы может быть использованатороидальная отклоняющая система с ферритовым тороидом. Переключение полярности тока в дополнительной линзе и в отклоняющих системах электронное. Так как при переполюсов- ке тока дополнительной линзы могут возникать нежелательные явления дефокусировки, предпочтительно накладывать на дополнительную линзу вторую коаксиальную обмотку, питаемую постоянным током. Возможно также к току переполюсовки в обмотке возбуждения дополнительной линзы добавлять постоянный ток, Кроме того, возможно добавлять к току переполюсовки в обмотках возбуждения отклоняющей систем не изменяющиеся при изменении полярности постоянные токи, регулируемые с целью изменения центровки электронного луча,На фиг.1 приведено схематическое изображение электронно-лучевой установки; на фиг.2 - электрическая схема устройства; фиг.З служит для пояснения настройки регулировочного устройства для наклонной установки поверхностного лучевого зонда. Выходящий из точки фокусирования 1 системы генерации луч 2 формируется расположенными. вертикально друг на друге ножами 3 и 4 первой диафрагмы 5, ограничивающей луч, и расположенными вертикально друг на друге ножами 6 и 7 второй диафрагмы 8,ограничивающей луч, таким образом, что в плоскости второй диафрагмы 8, ограничивающей луч, поперечное сечение луча имеет форму прямоугольника, путем дополнительного отражения с помощью конденсорных линз 9 и 10 диафрагмы 5 на диафрагму 8. Формат прямоугольного поперечного сечения луча можно регулировать, перемещая перпендикулярно к оси изображение первой диафрагмы 5 в плоскости второй диафрагмы 8 с помощью отклонения, луча отклоняющей по формату системой 11. Чтобы при регулировке формата в плоскости апертурной диафрагмы 12фне смещалось и-ображение точки фокусирования 1, так называемого кроссо вера, на высоте виртуальной плоскости опрокидывания отклоняющей по формату системы 11 формируеся промежуточное изображение 13 точки фокусирования с помощью конденсорной линзы 9, отоб ражаемое конденсорной линзой 10 в плоскость 14 второго промежуточного пятна, к торое оптически передается через промежуточную линзу 15 к плоскости апертурной диафрагмы 12. Про- ,15 межуточная линза 15 отображает с уменьшением в промежуточной плоскости 16 поперечное сечение луча прямо" угольной формы с регулируемым форматом в плоскости второи диафрагмы 8 20 с постоянной ориентировкой сторон, а состоящий из передающей линзы 17 и отклоняющей системы 18 отклоняющий объектив 19 передает это поперечное сечение луча на любое место 25 в пределах рабочего поля в плоскости 20 обрабатывающей поверхности путем отображения плоскости 16 на плоскость 20 с помощью линзы 17 и отклонения луча отклоняющей системой ЗО 18, Направляющие сторон прямоугольного поверхностного лучевого зонда расположены оптически параллельно направлениям отклоненияи 3 отклоняющей системы 18, путем предварительной механической юстировки ножей диафрагм 5 и 8, ограничивающих луч, с учетом поворота изображения линзами 15 и 17. Отклоняющая система 21 обеспечивает возможность 40 центровки пятна на середину апертурной диафрагмы 12. Система из линз 22, 23 и 24 служит для отображения плоскости 20 или апертурной диафрагмы 12 на экране 25.45 1Вращение поверхностного лучевого зонда в принципе возможно путем изменения возбуждения промежуточной линзы 15. Однако при этом вследствие дефокусирующего воздействия промежуточной линзы 15 возникают осевые смещения плоскостей 16 и 20 изображения, сопряженных с плоскостью диафрагмы 8, ограничивающей луч, и осевое смещение пятна. Чтобы компенсировать связанные с этим нежелательные побочные эффекты, необходимо вновь провести регулировку возбуждения линз 17 и 1 О, что вызывает расстройку Формата, которая обуславливает необходимость новой настройки и калибровки формата . Так как при изменении возбуждения линзы 15 изображение точки пересечения обоих ножей 6 и 7 второй диафрагмы 8, ограничивающей луч, в, плоскости 20 может сместиться, то после каждого поворота формата необ. ходимо вновь производить позиционирование, что однако не просто, так как параллельность поверхностного ключевого зонда к краю метки первого позиционирования не регистрируется. Кроме того,при из.енении возбуждения линзы 15 концентрическое положение пятна по. отношению к отверстию апертурной диафрагмы 12 из.меняется, так что необходимо проводить новую настройку, компенсируя возникающее смещение пятна путем отклонения луча с помощью отклоняющей системы 21.Дпя усовершенствования способа функция наклонной установки поверхностного лучевого зонда передается дополнительной линзе 26, которая размещается между второй диафрагмой 8, ограничивающей луч. и промежуточной линзой 15. Через обмотку возбуждения 27 дополнительной линзы 26 постоянно протекает. электрический ток, и наклонная установка поверхностного лучевого зонда осуществляется путем изменения полярности этого тока, Первая юстировка электронно оптической системы происходит таким образом уже при возбужденной дополнительной линзе 26. При изменении полярности тока дополнительной линзы 26 могут возникать незичительные явления дефокусировки вследствие того, что в окрестности оси дополнительной линзы 26 существует постоянное магнитное поле, которое не создается обмоткой возбуждения 27. Чтобы исключить этот мешающий эффект, создается неизменное по сравнению с магнитным полем переполюсования обмотки возб,ждения 27 магнитное поле постоянного тока путем добавления к току переполюсовки обмотки возбуждения 27 неизменного постоянного тока либо путем введения второй обмотки возбуждения 28, запитываемой неизменным постоянным током. Величина и направление постоянного тока подбираются таким образом, чтобы исключить дефокусировку поверхностного лучевого5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 зонда как в нормальном, так и в наклонном положении.Дпя того, чтобы точка пересечения ножей 6 и 7 в изображении диафрагмы 8 являлась точкойповорота поверхностного лучевого зонда при переходе от нормального положения к наклонному и наоборот, предусмотрена отклоняющая система 29,запитываемая током, полярность которого изменяется синхронно с поворотом поверхностного лучевого зонда,Сила тока настраивается .таким образом, чтобы отклонение, возникающеепри переполюсовке отклоняющей системы 29, компенсировало смещение названного угла диафрагмы 8, возникающее при переполюсовке обмотки возбуждения 27, Изменение полярностиполя отклоняющей системы может производиться также путем наложения наток переполюсовки неизменного постоянного тока отклоняющей системы.Аналогичным образом обеспечиваетсясохранение центровки пятна по отношению к апертурной диафрагме при повороте поверхностного лучевбго зонда путем использования отклоняющейсистемы 30, запитываемой током,направление которого меняется синхронно с поворотом поверхностноголучевого зонда. Ток подбираетсятаким образом, чтобы отклонение,возникающее при переполюсовкеотклоняющей системы 30, компенсировало смещение пятна, возникающеепри переполюсовке обмотки возбуждения 27,На фиг,2 представлена обмоткавозбуждения 27, соединенная проводами 31 через переключатель полярности 32 с генерагором тока 33, Точно также отклоняющие системы 29 и30 соединены проводами 34 или 35 ичерез переключатели полярности 36или 37 с генераторами тока 38 или 39.Каждая из отклоняющих систем 29 и30 состоит из двухдефлекторов сраздельной регулировкой, один из которых предназначен для направленияотклонения х, а второй - для направления отклоненияКаждый иэ дефлекторов дпя найравления отклонения у не представленный на фиг.2, также соединенпроводами через переключатель по-лярности с соответствующим генератором тока. По команде, выдаваемойуправляющей программой, производитсяодновременное переключение пяти переключателей полярности. Точкиопрокидывания отклонения луча с помощью отклоняющих систем 29 и 30целесообразно располагать в плоскость 14 промежуточного пятна иливторой диафрагмы 8, ограничивающейлуч, путем встречного включения дополнительных отклоняющих систем 40и 41 к отклоняющим системам 29 или30. Обмотка возбуждения 28 соединяется проводом 42 с генератором 43тока. Сила и направление тока генератором тока регулируется,Дпя юстировки регулирующегоустройства для наклонной электронно-лучевой обработки поверхностиможно по управляющей программе периодически изменять, например, счастотой 50 Гц параметры поперечного сечения луча, положения, формата и/или местонахождения. Можнос помощью проекционной системы отображать на экране 25 в виде устойчивого иэображения соответствующуюпериодическую последовательностьсостояний поперечного сечения луча.На фиг. За-Зе на примерах поясняются различные возможности. На фиг.За,изображен квадратный исходный формат 44 поверхностного лучевого зонда в нормальном положении, которыйполучается при отсутствии возбуждения отклоняющих систем по формату11 и позиционированию 18. Припереполюсовке возбужденной обмотки27 исходный формат принимает положение 45. Изображение точки 46 пересечения ножей 6 и 7 при повернутомсостоянии поверхностного лучевогозонда отклонено в точку 47 изображения. Синхронно переполюсовываемые поля отклоняющей системы 29устанавливаются по величине и направлению таким образом, чтобы обеточки изображения 46 и 47 совпадали, как это представлено на фиг.38Если дополнительно к поворотуизменяется также формат способом,показанным на фиг.36, то получаюткритерий настройки возбужденияобмотки 27.На фиг.З угол поворота меньшезаданного угла 45 , а на фиг,Зхугол поворота равен точно 45.Критерии настройки для амплитудывозбуждения обмотки 27 можно получать согласно примерам, представленным на фиг.Зу и е, При этом служащие для калибровки формата последовательности позиционирования исходного формата поворачиваются на 45 или на другой заданный угол с помощью поворо-а направления отклонения системы позиционирования, как 5 это показано на фиг,Зк и . и используются для повернутого исходного формата, На фиг.З угол поворота исходного формата меньше, а на фиг.Зе больше, чемзаданный угол, 10 который определяется электронньм поворотом отклоняющего направления системй 18 позиционирования, кроме того данная позицця позволяет установить угол .наклонного положения 15 поверхностного лучевого зонда путем исключения неосвещенной поверхности 48,Регулировку целесообразно. прово-. дить, если циклы последовательности 20 позиционирования, согласно фиг.З Ж ипериодически следуют друг за другом и, создают устойчивое изображение на экране 25, При настройке. амплитуды переполюсовки обмотки 21 25 на исключение части поверхности 48 исходный формат поворачивается в нормальное положение, вследствие чего в цикле позиционирования нор) мального положения, согласно фиг. 3 А часть поверхности за счет контраста выделяется от окрестности. Эту часть можно исключить путем поворота изображения, подбирая возбуждение промежуточной линзы 15,Отклонение пятна в апертурной диафрагме 12 можно непосредственно просматривать путем отображения апертурной диафрагмы на экране или оценивать косвенно путем сравнения яркости четырех углов исходного фор мата, примыкающих друг к другу в центре последовательности позиционирования. Корректировка отклонения пятна осуществляется путем настройки силы и направления поля синхронно переполюсованной отклоняющей системы ЗО. Различия в резкости краев поверхностного лучевого зонда в нормальном и наклонном положе ниях устраняются регулировкой возбуждения обмотки 28. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.