CS221592B1

CS221592B1 - Electron-optical system of electron lithograph

Info

Publication number: CS221592B1
Application number: CS710081A
Authority: CS
Inventors: Armin Delong; Bohumila Lencova; Vladimir Kolarik
Original assignee: Armin Delong; Bohumila Lencova; Vladimir Kolarik
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká elektronově optického systému elektronového litografu tvořený autoeimisní tryskou, sdustaivOu k formováni svazku elektronů a třístupňové optické soustavy. Podstatou optického systému je, že za soustavou k formování svazku elektronů jsou za sebou uspořádány jednak přenášecí čočka s dlouhým ohniskem, za iní zmenšovaeí čoč ka. Systém umožňuje plné využití výhodných optimálních podmínek autoemisní trysky. Vynález je určen zejména pro elektronové líitografyThe invention relates to an electron-optical system of an electron lithography machine consisting of a self-emission nozzle, an electron beam forming device and a three-stage optical system. The essence of the optical system is that, behind the electron beam forming device, a long-focus transmission lens and a reducing lens are arranged one after the other. The system allows full use of the advantageous optimal conditions of the self-emission nozzle. The invention is intended especially for electron lithography machines

Description

Vynález se týká optického systému elektronového litografu sestávajícího· z auítoemisní trysky, soustavy k formování svazku a třístupňové optické soustavy.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an optical system for an electron beam lithograph comprising an emission nozzle, a beam forming system, and a three-stage optical system.

Pro výrobu obvodů s velmi vysokou integrací aktivních i pasivních prvků se dosud používá techniky optické litografie. Struktury, jejichž jednotlivé prvky jsou rozměrově blízké 1 μϊη, je již z fyzikálních důvodů nemožné zobrazovat metodami, používajícími světelného záření. Pro vytváření submikronových struktur se používá různých typů elektroinových biografů, které vzhledem k podstatně menší vlnové délce elektronů nejsou omezovány ohybovými jevy, jako je tomu v případě světelného záření. Elektronové litografy můžeme z elektronově optického hlediska rozdělit na přístroje pracující s kruhovým svazkem elektronů a přístroje pracující s tvarovaným svazkem elektronů. Přístroje pracující s kruhovým svazkem musí jednotlivé obrazce exponovat rastrovacím způsoibem, což klade velké nároky na vysokofrekvenční řídicí systém. U těchto přístrojů je všaik nej jednodušší elektronově optický systém pracující pouze se dvěma čočkami.Optical lithography techniques have been used to produce circuits with very high integration of both active and passive elements. For physical reasons, structures whose individual elements are close to 1 μ jižη are impossible to display by methods using light radiation. Various types of electroin biographs are used to form submicron structures, which are not constrained by bending phenomena due to the considerably smaller electron wavelength, as is the case with light radiation. Electron lithographs can be divided into electron-optical devices into devices working with a circular electron beam and devices working with a shaped electron beam. Circular beam instruments must expose individual patterns in a scanning manner, which places high demands on the RF control system. However, these devices are the simplest electron optical system using only two lenses.

Přístroje pracující s tvarovaným elektronovým svazkem mohou být opět dvou typů, a to buď vybavené termoemisním zdrojem elektronů nebo aiutoemisním zdrojem elektronů. Přístroje s termoemisním, zdrojem elektronů zobrazují dvě roviny tyarovacích clon čočkou vzájemně ma sebe a vychylovacím systémem meizi clonami mění rozměr svazku. Přístroje s autoemisním zdrojem elektronů využívají bodové projekce clon umístěných nad a, pod křižištěm bez zobrazovací čočky.Shaped electron beam instruments can again be of two types, either equipped with a thermo-emitting electron source or an auto-emission electron source. Instruments with a thermo-emission electron source display two planes of tandem screens with the lens and with each other and change the beam size with the meizi screening system. Instruments with an auto-emission electron source utilize point projections of the iris placed above and below the intersection without imaging lenses.

Formovací systém vytvořený svazkem elektronů je· třeba zmenšeně promítnout na substrát s oo možná největší hloubkou ostrosti. Velká hloubka ostrosti je výhodná vzhledem k tomu, že substráty nejsou dokonale rovné a je nezbytně nutná, chceme-li exponovat velké plochy bez napojování struktur. Při rastrování po velké ploše je zaostřený obraz pouze na kulové ploše, jejíž tečnou je rovina substrátu a střed křivosti je dán průsečíkem vychýleného svazku a optické osy systému. Při nedostatečné hloubce ostrosti jsou struktury na okraji zorného pole rozostřeny, respektivě zkresleny. Při práci s termoemisním zdrojem elektronů je hloubka ostrosti daná v podstatě pracovní vzdáleností přístroje, tedy vzdáleností exponovaného' substrátu od projekční čočky a není ji možno jinak ovlivnit.The electron beam forming system has to be projected to a substrate with the largest possible depth of field. The large depth of field is advantageous, since the substrates are not perfectly straight and is absolutely necessary to expose large areas without joining structures. When scanning over a large area, the focused image is only on a spherical surface whose tangent is the plane of the substrate and the center of curvature is given by the intersection of the deflected beam and the optical axis of the system. In the case of insufficient depth of field, structures at the edge of the field of view are blurred or distorted. When working with a thermo-emission electron source, the depth of field is essentially determined by the working distance of the instrument, i.e. the distance of the exposed substrate from the projection lens, and cannot be otherwise influenced.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje elektronově optický systém elektronového litográfu, sestávající z auítoemisní trysky, soustavy k formování svazku elektronů a třístupňové soustavy, jehož podstatou je, že za soustavou k formování svazku elektronů jsou za sebou uspořádány přeinášací čočka s dlouhým ohniskem, za ní zmemšovací čočka s krátkým ohniskem a za ní projekční zmenšovaní čočka.These prior disadvantages are overcome by the electron optical system of the electron lithograph, consisting of an auto-emission nozzle, an electron beam forming system and a three-stage system, which has a long-focus transfer lens behind the electron beam forming system, followed by a blending lens with short focus and behind it a projection zoom lens.

Hlavní předností optického systému je využití optimálních podmínek, které poskytuje auítoemisní zdroj elektronů. U tohoto systému lze vzhledem k zanedbatelným rozměrům zdroje sestavit optickou soustavu tak, že systematicky zvětšujeme velikost křižiště, jehož rozměr je rozhodující pro ostrost hran promítaného obrazce a zároveň zmenšujeme celkovou aperturu svazku, danou celkovým rozměrem promítaného obrazce. Poněvadž apertura osvětlení hrany je velice malá, můžeme, na její úkor zmenšit celkovou aperturu svazku až na jistou optimální hodnotu, při které je hloubka ostrosti maximální.The main advantage of the optical system is the use of optimum conditions provided by the emission source of electrons. With this system, due to the negligible dimensions of the source, the optical system can be assembled by systematically increasing the size of the crossroads, the dimension of which is crucial for the sharpness of the projected image edges, while reducing the overall aperture of the beam. Since the edge illumination aperture is very small, we can reduce the overall aperture of the beam up to a certain optimum value at which the depth of field is maximized.

Navrhovaný elektronově optický projekční systém¹ dosahuje zmenšení celkové apertury tím, že první čočka zobrazuje křižiště svazku mezi formovacími clonami do, ohniska druhé zmemšovací čočky, která takto vytváří prakticky rovnoběžný svazek prd třetí čočku, která v důsledku malých aperturních úhlů, se kterými pracuje, promítá na substrát obraz s velkou hloubkou ostrosti.The proposed electron optical projection system ¹ achieves a reduction in overall aperture by having the first lens display the cross of the beam between the molding apertures into, the focal point of the second softening lens, thereby forming a virtually parallel beam farther the third lens. on substrate image with great depth of field.

Vynález blíže objasní výkres, na kterém je schematicky znázorněno základní uspořádání optického, systému.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention illustrates the drawing in which the basic arrangement of the optical system is schematically illustrated.

Základem optického systému je autoemisní katoda 1. Svazek elektronů vycházející z autoemisní katody 1 prochází kondenzorem 3 a je- v místě prvního křižiště fl kondenzoru 3 vymezen první a druhou tvarovací clonou 4 a 5. Kondenzor 3 spolu s -tvarovacími clonami 4 a 5 vytváří soustavu 2 k formování svazku elektronů. Elektronový svazek prochází dále třístupňovou soustavou sestávající z přenášecí čočky β s dlouhým ohniskem vytvářející druhé křižiště f2. Za ní následuje zmenšovací čočka 8 vytvářející třetí křižiště f3 a promítající obraz formovacích clon na povrchu substrátu 9.The basis of the optical system is the autoemission cathode 1. The electron beam emanating from the autoemission cathode 1 passes through the condenser 3 and is delimited by the first and second shaping orifices 4 and 5 at the first crossover f1 of the capacitor 3. 2 for forming an electron beam. The electron beam then passes through a three-stage system consisting of a long-focusing transmitting lens β forming the second crossover f2. This is followed by a shrink lens 8 forming a third crossover f3 and projecting the image of molding orifices on the surface of the substrate 9.

Elektronově optický systém elektronového litografu s autoemisní tryskou a proměnným tvarem svazku pracuje tak, že zobrazuje zmenšeně pomocí těchto tří čoček 6, 7, 8 obrazec získaný metodou hodové projekce systému dvou tvarovaeích clon 4 a 5 taik, že první přenášecí čočka 6 zobrazuje první křižiště fl svazku, vytvořené mezi tvarovacími clonami 4 a 5 do místa předmětového ohniska zmenšovací čočky 7, která vytváří zmenšený obraz tvíarovacích clon 4 a 5 v blízkosti obrazového ohniska zmenšovací čočky 7 a tento obraz clon je pak již s malým zmešením promítnut projekční zmenšovací čočkou 8 na povrch substrátu 9 s velkou hloubkou ostrosti, dosaženou tím, že projekční zmenšovací čočka 8 zpracovává prakticky rovnoběžný svazek elektronů s dostatečně malou celkovou aperturou svazku na úkor zvětšení apertury osvětlení zobrazovaných hran obrazců, která je vzhledem k použitému pricipu bodové projekce i po zvětšení na úkor zmenšení celkové apertury vzhledm k požadované hloubce ostrosti optimální.The electron optical system of the electron beam lithograph with variable emission beam shape operates to display a reduced image using these three lenses 6, 7, 8 in a focal projection system of the two shaping apertures 4 and 5 so that the first transfer lens 6 shows the first intersection f1 of the beam formed between the shaping apertures 4 and 5 at the point of focus of the shrink lens 7, which produces a reduced image of the shaping apertures 4 and 5 near the image focus of the shrink lens 7, and the image of the apertures substrate 9 with a high depth of field, obtained by the projection reduction lens 8 processing a virtually parallel electron beam with a sufficiently small overall aperture of the beam at the expense of enlarging the illumination aperture of the imaged edges of the images, which is due to the projected spot projection even after enlargement at the expense of reducing the overall aperture by looking to the desired depth of field optimal.

Claims

An electron-optical electron beam lithography system consisting of an antoemi-emission nozzle, an electron beam forming system and a three-stage optical system, characterized in that a long-focusing lens (6) behind it is arranged behind the electron beam forming system (2). shrink! lens (7) with short focus and behind it a projection zoom lens (8 J.