Цифровая машина для управления про-цессами электроннолучевой микрообра-ботки

Союз СоветскинСоциалистическимиРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1,840916(21 ) Приоритет ио делам изобретений н открытий(53) УДК 681 3206 с 62 9 (О 88,8) Дата опубликования описания 30. 06. 81(72) Авторы изобретения В.П.Деркач, Л.Я.Згуровец, В.А,Климентович и 1 П.П.КондратьевОрдена Ленина институт кибернетики АН УкраинскойР(54) ЦИФРОВАЯ МАШИНА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ МИКРООБРАБОТКИ Изобретение относится к вычислйтельной технике и может быть испольЗовано для автоматизированного управления процессами производства компонентов интегральных схем на основе злионной технологии.По основному авт. св. 9 760799 известна цифровая машина для управления процессами электроннолучевой микрообработки, содержащая вычислитель 10 ное устройство, соединенное выходами с блоком задания технологических режимов, блоком отклонения, блоком управления приводами координатного стола, подключенными к блоку сопряжения,т 5 блок управления, соединенный двусторонними связями с вычислительным устройством, блоком памяти и внешними устройствами, а также соединенный выходом с блоком ввода информации, подключенным к входу блока памяти, измерительное устройство, подключенное входом к вычислительному устройству, амплитудный селектор, соединенный входами с блоком сопряжения и вычислительным устройством, а выходом - с измерительным устройством, блок выработки корректирующего воздействия, имеющий двусторонние связи с блоком управления и измерительным устройством, соединенный также входом с блоком памяти, а выходом - с вычислительным устройством, селектор размеров, подключенный входами к блоку выработки корректирующего воздействия и блоку памяти, а выходом - к блоку управления, блок коррекции масштаба и блок управления ориентацией, соединенные входами с блоком выработки корректирующего воздействия, а входами - подключенные к блоку отклонения и блоку сопряжения соответственно 11 .С помощью таКой машины ооуществляется управление электроннолучевой установкой в части комбинированного программного перемещения координатного стола с подложкой и пучка по подложЪке, а также формирование заданных пво 3 84 О 9 граммой технологических режимов облучения, с целью создания.на поверхности подложки микротопологйи интегральной схемы.При экспонировании рисунка на подложке, содержащей какой-либо ранее нанесенный рисунок,. возникает задача , совмещения экспонируемого рисунка с уже имеющимся. Для обеспечения совмещения должны быть выполнены три усло вия:ориентация х и у - осей отклонения электронного луча должна совпадать с ориентацией х и у - осей модуля на подложке; 15масштаб поля отклонения должен со-. ответствовать размеру отдельного модуля;геометрический центр поля отклонения должен совпадать с центром модуля.В известной машине предусмотрена . возможность ориентации подложки, позиционирования и масштабирования полей отклонения, выполняемые по маркерным знакам, наносимым на подложку 25 при первом экспонировании,Однако даже при правильной ориентации подложки ориентация осей отклонения электронного луча и осей модуля может не совпадать, Такая дезо риентация осей имеет место в том случае, если при экспонировании предыдущего и последующего рисунков величина рабочего отрезка будет неодинаковой, 35Рабочий отрезок - это расстояние от нижнего полюсного наконечника оконечной (Фокусирующей)линзы до обрабатываемой поверхности. Так как при измене 40 нии рабочего отрезка требуется естественно изменять ток Фокусирующей линзы, то вследствие взаимодействия отклоняющего и Аокусирующего полей происходит поворот осей отклонения луча относительно центра поля отклонения, Причем этот вид дезориентации осей не может быть компенсирован изменени,ем ориентации всей подложки, и единственным путем обеспечения совме 50 щаемости рисунков является сохранение постоянства величины рабочего отрезка от процесса к процессу.При использовании в качестве подложек однотипных объектов облада -55 ющих достаточно высоким постоянством толщины и плоскопараллельности (например, стекол с хромовым окрытием), ,задача обеспечения постоянства рабо 16, фчего отрезка не представляет особыхсложностей, В этом случае подложкаприжимается к плоскости рабочего столика, который Фиксируется по высотев крайнем положении, соответствующеммаксимальному значению рабочего отрезка. При получении взаимно совмещенныхизображений на Аотошаблонах и полупроводниковых пластинах экспонированием как тех, так и других электронным лучом такое крепление подложкине может быть использовано, так кактолщина стекол существенно отличаетсяот толщины полупроводниковых пластин,имеющих значительный разброс этогоразмера, Кроме того, поверхность последних в ходе термообработки можетбыть искривлена от идеальной плоскости до 10 мкм, Для обеспечения же совмещаемости не менее 0,1 мкм по всему полюотклонения величина рабочего отрезкаДолжна поддерживаться постоянной с точностью не хуже + 5 мкм. В известной машине отсутствует возможность автоматического определенияпогрешности установки рабочего отрезкаи регулирования его величины, что является недостатком, приводящим к ограничению возможности получения взаимосовмещаемых микроструктур на разнотипных объектах. В тех же случаях,когда такая потребность имеется,величину рабочего отрезка приходитсявыставлять вручную по наблюдаемомуна экране дисплея изображения. Этоприводит к снижению и без того недостаточно высокой производительностипроцесса сканирующей электронолитограФии.Цель изобретения " повышениеточности при экспонировании взаимно совмещаемых изображений на разнотипныхподложка,Поставленная цель достигаетсятем что в циФровую машину введенблок юстировки, вход которого соединен с выходом блока выработки корректирующего воздействия, выход - подключен к входу блока сопряжения, управляющие вход и выход блока юстироври соединены соответственно с выходом и входом блока управления.Кроме того, в машине блок юстировки содержит циФроаналоговый преобразователь, операционный усилитель,аналого-циФровой преобразователь ирегистр, вход которого является входом блока, выход регистра через по5 840916 6г следовательно соединенные цифроана- машины, в регулирлоговый преобразователь и операцион- передавая их по свяный усилитель подключен к входу ана- нолучевую установкулого-цифрового предбразоватЬля, вы- лектор 14 выделяетходы которого являются выходом бло налы от маркерных эка, управляющие входы операционного либо другого элеменусилителя и аналого-цифрового пре- координаты которыхобразователя соединены с управляющим ройством 6. Блок 7входом блока, управляющий выход ана- ное значение ширинылого-цифрового преобразователя явля- О и относительно их сется управляющим выходом блока. рассогласование полНа Фиг. 1 представлена схема ма- клонения. Селекторшины; на фиг. 2 - пример выполнения тифицирует маркерньблока юстировки; на фиг. 3 - рисунок, вляя отклонение измпоясняющий методику определения по ширины с заданным дгрешности, к Машина состоит из внешних устройств1, блока 2 ввоДа информации, блока 3 памяти, блока 4 управления, вычислительного устройства 5, измерительного устройства 6, блока 7 выработки коррек тирующего воздействия, блока 8 задания технологических режимов, блока 9 управления приводами координатного стола, блока 1 О отклонения, блока 1 коррекции масштаба, блока 12 управления ориентацией, блока 13 сопряжения, амплитудного селектора 14, селектора размеров 15, блока 16 юстировки, связи 17 и 18 блоков 16 и 13 регистра 19, цифроаналогового преобразователя 20, операционного усилителя 21, предназначенного для масштабирования, анапого-цифрового преоб 35 разователя 22, входа 23 блока 16, вы- ходоГ 24и 24 блока 16, маркерногознака 25. Вычислительное устройство 5 управ ляет перемещением электронного пучка, вычисляя его траекторию, в соответствии с информацией, заложенной,в программе. Кроме того оно управляет шаговым перемещением координатного стола по осям х и у, воздействуя на приводы с помощью блока 9. Блок 8 задания технологических режимов формирует временные параметры воздействия пучка на регистр, а также управляет энергетическими режимами облучения, регулируя при этом масштаб поля отклонения пропорционально значению ускоряющего напряжения путем воздействия на блок 11. Блок 10 отклонения преобразует цифровые значения координат в пропорциональные отклоняющие токи. Блок 13 преобразует сигналы управления, вырабатываемые блоками ующие воздействия,зи 18 в электронАмплитудный сеи Формирует сигнаков или какогота на подложке,Фиксируются устопределяет измеренмаркерных знаковредких линий -ожения поля отразмеров 15 иденй знак, сопостаеренного значенияопуском, Блок 11орректирует погрешность масштабаполя отклонения путем регулировкиразмаха отклоняющего тока, Блок 12управляет ориентацией подложки,воздействуя на привод поворота объектного столика. Блок 16 осуществляетюстировку системы, выставляя необходимое значение рабочего отрезка икорректируя таким образом масштаб поля отклонения и ориентацию осей.При изменении рабочего отрезкапроисходит поворот осей отклоненияэлектронного луча, а также меняется масштаб поля отклонения. Из рисунка нафиг. 3 видно, что между рабочим отрезкоми масштабом имеется однозначная корреляция - масштаб линейно меняется с изменением рабочего отрезка. Это позволяет оп-.ределять погрешность установки рабочего отрезка не измерением угла поворота осей, а путем определения погреш"ности масштаба, что, с одной стороны,упрощает саму процедуру измерения,а с другой - позволяет использоватьте же самые маркерные знаки, которыеприменяются при выполнении операцийпозиционирования и масштабированияполей отклонения.Пуст при первом экспонированииподложка занимает положение А на(фиг. 3). Этому положению соответствуют значение рабочего отрезка РОи расстояние В от края поля откло 1нения до средней линии маркерногознака 25. При повторном экспонировании подложка занимает положение В, которому соответствует значение рабочего отрезка РО , Измерение положения пучка относительно маркерных знаков дает в этом случае расстояние 8, и, следовательно, погрешность масштаба ЬМ84091 б 7можно определить как разность расстояний.Погрешность установки подложки по высоте 6 Е равна отношению где с 1. - половина полного угла отклонения электронного пучка,Количество импульсов, которое не 10 .обходимо подать на привод вертикаль,ного перемещения стола, пропорционально погрешности д Е с учетом величины шага перемещения стола или шага от 15 счетного устройства Обычно маркерные знаки 25 наносятся на таком фиксированном расстоянииодин от другого, сопоставление которого с некоторой константой, соответствующей полному размаху тока отклонения, дает нулевую погрешность масштаба при определенном значении рабочего отрезка, Этот рабочий отрезок вдальнейшем и используется при экспонировании всех рисунков. При этом отпадает необходимость указывать в программе величину предискажения масштаба (, на фиг. 3), а Ь М определяется непосредственно из результатаизмерения расстояния между маркерными знаками, т,е. используется та жесамая микропрограмма, что при коррек 35ции масштаба,Цифровой код погрешности масштабаиз блока 7 заносится в блок 16 юстировки, а именно - в регистр 19 (фиг.2)С учетом знака погрешности этот кодпреобразуется в аналоговую форму,например в напряжение, которое подается на вход операционного усилителя21, Последний преобразует это напря 45жение с учетом деления АМ на ц о,который принимает некоторое дискрет"ное количество значений в соответствиис типоразмерами полей отклонения, используемых в технологическом процессе. Обыччо количество типоразмеров50невелико как правило, используется3-5 значений размеров поля отклонения,в зависимости от сложности интегральной схемы. Это позволяет достаточнопросто учитывать Сд как,масштабныйкоэффициент с помощью дискретного делителя, включенного в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя. Управление делителем осуществляется по связи 17 с помощью клавиатуры блока внешних устройств 1,Таким образом, на выходе операционного усилителя 21 устанавливаетсянапряжение, пропорциональное Д 2, Этонапряжение подвергается обратному преобразованию в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 22, причем квантование осуществляется с учетом масштабного коэффициента К - величины шага вертикального перемещения стола, т.е, величина квантад 7 соответствует одному шагу перемещения стола. Преобразование осуществляется под воздействием сигналов,формируемых блоком 4 управления. Приэтом на выходе 17 Э формируется полнозарядный код величины перемещения столадля индикации оператору, а на выходах 24 или 24 в зависимости от знака необходимой коррекции генерируютсясоответствующие количества импульсов,поступающие в блок 13 и далее на привод вертикального перемещения стола.Перед выполнением юстировки подложка должна быть правильно сориентирована, так чтобы оси отклонения луча при поиске маркерных знаков совпадали с их осями, так как любое отклонение подложки от положения правильнойориентации приводит к уменьшения измеренной величины бМ. Поэтому предварительно выполняется угловая коррекция. Эта процеруда выполняется несколько раз с использованием каждый разповорота стола на малый угол, при этомметодом последовательного приближениядостигается такая точность ориентации,которая не требовала бы дополнительных манипуляций по корректировке поперечного положения стола при его движении от начала до конца ряда модулей.на подложке,Поскольку при изменении рабочего от резка происходит поворот осей отклонения луча, то зависимость АМ от величины рабочего отрезка приобретает нелинейный характер. Для того, чтобы избежать сложностей, связанных с этим явлением, и исключить многократность процедуры юстировки, предварительно выставляется ориентировочное значение рабочего отрезка для случаев, когда подложкой является фотошаблон и когда юстируется полупроводниковая пластина, Точное же значение рабочего отрезка выставляется в процессе автоматической юстировки по описанной выше методике.При изготовлении фотошаблона юстировка выполняется один раз для всей5 подложки, при непосредственном экспонировании полупроводниковой пластины юстировка может выполняться для каждого модуля в отдельности (или для группы модулей), с целью компенсации возможного искривления пластины в ходе термообработки.Введение в машину блока юстировки позволяет повысить точность экспонирования взаимно совмещаемых изображе ний на разнотипных подложках. Формула изобретения201. Цифровая машина для управленияпроцессами электроннолучевой микрообработки по авт; св. Р 760799,, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения точности при. экспонировании взаимно совмещаемых изображений. на разнотипных подложках, внее введен блок юстировки, вход которого соединен с выходом блока выработки корректирующего Зо воздействия, выход - подключен к входу блока сопряжения, управляющие вход и выход блока юстировки соединены соответственно с выходом и входом блока управления.2 . Цифровая машина по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что блок юстировки содержит цифроаналоговый преобразователь, операционный усилитель, аналого-цифровой преобрааователв и регистр, вход которого является входом блока, вымод регистра через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и операционный усилитель подключен к входу аналого-цифрвого преобразователя, выходы Которого являются выходом блока, управляющие входы:операционного усилителя и аналого-цифрового преобразователя соединены с управляющим входом бло" ка, управляющий выход аналого-цифрового преобразователя является управляющим выходом блока. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 760799, кл. 6 06 Р 15/20, 1978840916 Составитель Л.Жереновктор А.Шандор. Техред А.Ач Корректор А.Гриц5 Подписноого комитета СССР ии и открытий , Раушская наб., д. 4/ Патент",. г. Ужгород, ул. Проектная, 4 или аказ 4768 73 Тираж 74ВНИИПИ Государстве по делам изобретен 13035, Москва, Ж 3 Фиг.8 Я Яр