CS244051B1 - Zapojení pro korekci polohových souřadnic v elektronovém litografu - Google Patents

Abstract

Zapojení pro korekci polohových souřadnic ja vytvořeno s minimálním počtem aritmetických obvodů. Podstatou je zapojení rozdělené na přípravný blok a tři stupně výpočtu korigovaných souřadnic. Přípravný blok obsahuje osm sečitaček pro digitální operaci A. B, jejichž vstupy A isou spojeny s prvním souborem korekčních výstupů datového systému a jejich vstupy B s druhým souborem korekčních výstupů datového systému. První výpočtový stupeň je pak tvořen čtyřmi aritmetickými obvody pro operaci A + B. C a prvními dvěma registry. Druhý stupeň je tvořen pátým a šestým aritmetickým obvodem a třetím a čtvrtým registrem, přičemž třetí stupeň tvoři devátá a desátá sečítačka, jejíž výstupy tvoří korigované souřadnice x a y.

Description

Vynález se týká zapo jeniprčrkorekcTpolohcvých souřadnic s minimálním počtem aritmetických obvodů.

V* elektronovém litografu vektorového typu je elektronový exponující svazek natvarován do obecně obdélníkového průřezu o proměnných rozměrech a pak je elektrostatickým nebo elektromagnetickým polem vychylován v rámci expozičního pole. Po definitivním umístění svazku je provedena expozice jednoho elementárního razítka, z nichž je sestavena celé exponovaná kresba masky jedné technologické vrstvy integrovaného obvodu. Na vychylování exponujícího svazku jsou kladeny velmi přísné požadavky - umístění vztažného bodu elementárního razítka musí být reprodukovatelně nastavitelné a absolutně přesné s odchylkou zhruba celého rozsahu výchylky. Mimo to je třeba s toutéž přesností přizpůsobit souřadný systém vychylování ke struktuře již vytvořené na exponovaném substrátu, která je zachycena ve vztažných značkách, obvykle čtyřech v rámci jednoho expozičního pole · V režimu přímé expozice masek na křemíkovou desku může být tato předchozí struktura dokonce deformována vlivem již provedených technologických operací. Uvedené požadavky vyplývají z nutnosti dosáhnout dokonalého navazování sousedních expozičních polí_t dokonalého soukrytu jednotlivých technologických vrstev a rovněž navazování a soukrytu částí struktur exponovaných elektronovým litografem, s částmi struktur nebo technologickými vrstvami exponovanými jiným způsobem, .např. fotolitograficky · Jedinou cestou nevylučující dosažení potřebné přesnosti je digitální řízení výchylky s použitím vysoce přesných 16-ti a více bitových číslicově analogových převodníků.

- 2 244 051

Névrh vysoce přesného digitálně řízeného bloku vychylování elektronového svazku přináší řadu problémů* které jsou zejména dále komplikovány požadavkem na extrémní rychlost vychylování a tedy produktivitu expozice. Avšak i překonání všech těchto problémů vede jenom k částečnému výsledku* a totiž k získání reprodukovatelné nastavítelnosti a absolutní přesnosti výstupní elektrické veličiny vychylovacího bloku* t.j. napětí na vychylovacích deskách* respektive proudu ve vychylovacích cívkách. Transformace této elektrické veličiny v geometrické souřadnice exponujícího svazku v expozičním poli je zatížena dalšími rušivými faktory. Část z nich* jako jsou mimoosové aberace elektronově optického systému elektronového litografu* lze do jisté míry^ stěží však s potřebnou přesností teoreticky postihnout. Zbývající faktory* jako jsou vnější rušivá elektromagnetická pole* výrobní tolerance součástí elektronově optického systému a různé drifty* mají však náhodný a zčásti dokonce průměrný charakter. Stejné povahy jsou i dodatečné deformace předchozích exponovaných struktur* t.j. sítě vztažných značek. Ze všech těchto okolností vyplývá nezbytnost korekce vlastního souřadného systému elektronového litografu na základě proměřování kalibračního etalonu. Při proměřování kalibračního etalonu tvořeného přiměřeně hustou sítí značek je využíván elektronový litograf v režimu rastrovacího elektronového mikroskopu^ obraz kalibračního etalonu je automaticky vyhodnocován a jsou zjištovóny rozdíly naměřených a nominálních poloh sílových bodů kalibračního etalonu. Tyto rozdíly lze sestavit do dvourozměrné kalibrační matice* v níž pak můžeme opravu libovolné polohy exponujícího svazku vyhledat interpolací.

Kalibrační matice korekcí poloh elektronového svazku v diskrétních bodech odpovídajících síti značek kalibračního etalonu zajištuje reprodukovatelnou nastavitelnost při provádění rekalibrace dostatečně častém vzhledem k proměnnosti rušivých faktorů i absolutní přesnost těchto diskrétních hodnot souřadnic. Korigované souřadnice v místech mimo kalibrační body je ovšem třeba zjišlovat výpočtem. Samotnou kalibrační matici musíme ještě pro každé expoziční pole upravit tak* aby zachycovala přizpůsobení ideálních kartézských souřadnic, reprezentovaných kalibračním etalonem na předchozí naexponovanou strukturu reprezentovanou vztažnými značkami.

- 5 ~

244 051

Vlastní korekci souřadnic budeme provádět podle vztahů x* = x + Ρ_χ(χ, y) = x + (β_χ + b_xx + _ΟχΥ + ά_χχγ) y* = y ⁺ Py(x> y) ^s y + <&y ^{+ +} cyx + d_yxy)

Tento rozsah korekčních polynomů obsahujících čtyři korekční konstanty a až d odpovídá čtvercové síti značek kalibračního polynomu a rovněž čtyřem vztažným značkám v expozičním poli. Korekční konstanty určíme z podmínek souhlasu souřadnic s polohami značek v rozích daného políčka sítě kalibračního etalonu* respektive s polohami vztažných značek* takže máme v obou případech k dispozici řešitelnou soustavu 8 rovnic, souhlas obou souřadnic pro všechny čtyři značky , pro 8 neznámých a až d a a až d .

Jestliže výše uvedené rovnice vyjadřují korekci souřadnic uvnitř políčka kalibrační sítě s korekčními konstantami, odpovídajícími tomuto políčku * pak rovnice téhož tvaru * * * . -n* f * * \ x = x + p_x(x > y ) y = y + P_y(x > y ) vyjadřují korekci souřadnic na předchozí strukturu reprezentovanou vztažnými značkami. Postupnost transformace souřadnic x—> x*-> x** je dána tím, že vztažné značky jsou proměřovány s již zkalibrováným vychylováním elektronového svazku.

Lze dokázat, že v aproximaci prvního řádu, která svojí přesností odpovídá použitému rozsahu korekčních polynomů, lze při přímé transformaci x->x** prostě sečíst v korekčních polynomech stejnolehlé konstanty. Pro výsledné souřadnice x**, y** korigované na kalibrační etalon i na předchozí strukturu tedy platí x** = x + Ρ_χ*(χ, y) = x + [\β_χ + β_χ) + (b_x + b_x)x ⁺ + (c_x + c*)y + (d_x + d*)xyj _y** = _y + P_y'(x* y) = y + Qa_y + aý) + (b_y + bý)y + ^{+ (c}y ^{+ c}ý^{)x + (d}y ^{+ d}ýM »

244 051 kde x, y jsou nominální souřadnice elementárního razítka v exponované struktuře* konstanty a až d a a až d jsou vypočteny pro daná políčka kalibračního etalonu a konstanty a* až d^ a až dý odpovídají vztažným značkám expozičního pole·

Úkolem řídícího systému elektronového litografu tedy je na základě občasného proměřování kalibračního etalonu a na základě proměřování vztažných značek v každém expozičním poli^ .pokud jsou v něm rozmístěny realizovat v reálném čase přepočet souřadnic x, y ze souboru expozičních dat do souřadnic x**, y** nastavovaných ve vychylovacích stupních. Vzhledem k vysoké frekvenci provádění elementárních expozic je nutné provádět tento přepočet maximální dosažitelnou rychlostí. Vzhledem ke složitosti transformačních rovnic to představuje vysoce náročný úkol.

Výpočet korigovaných souřadnic je možné zajistit programově v řídicím počítači elektronového litografu. Avšak ani optimalizovaný program v počítači s maximální dostupnou operační rychlostí nemůže korigovat jednu dvojici souřadnic v čase kolem 1/usec a méně* což je dosažitelná doba expozice elementárního razítka. Korekce souřadnic by se tak stala výrazně limitujícím faktorem pro produktivitu expozice. Pro řešení korekčních vztahů (3) lze také postavit specializovaný procesoi’, který může vyhovět z hlediska rychlosti. Toto řešení by však představovalo vývoj a výrobu velkého objemu unikátního hardware, což by bylo nevýhodné mimo jiné i z hlediska spolehlivosti a servisu.

Tyto dosavadní nedostatky řeší zapojení pro korekci polohových souřadnic v elektronovém litografu, sestávající z deseti sečítaček pro digitální operaci AB, šesti aritmetických obvodů pro digitální operaci A + B . C a čtyř registrů. Podstatou zapojení je, že prvních osm sečítaček je spojeno vstupy s prvním souborem a vstupy s druhým souborem korekčních výstupů datového systému, přičemž výstupy první a druhé sečítačky jsou spojeny se vstupy prvního aritmetického obvodu, výstupy třetí a čtvrté sečítačky jsou spojeny se vstupy druhého aritmetického obvodu, výstupy páté a šesté sečítačky jsou spojeny se vstupy třetího aritmetického obvodu, výstupy sedmé a osmé sečítačky jsou spojeny se vstupy čtvrtého aritmetiekého obvodu, zatímco vstup souřadnic x je spojen se vstupy prvního a druhého aritmetického obvodu a prvního registru, jehož výstup je spojen se vstupem šestého aritmetického obvodu a přes třetí registr se vstupem deváté sečítačky s výstupem korigovaných souřadnic x, zatímco vstup souřadnic y je spojen se vstupy třetího a čtvrtého aritmetického obvodu a se vstupem druhého registru, jehož výstup je spojen se vstu pem pátého aritmetického obvodu a přes čtvrtý registr se vstu pem desáté sečítačky, přičemž výstupy prvního a druhého aritmetického obvodu jsou spojeny se vstupy pátého aritmetického obvodu, jehož výstup je spojen se vstupem deváté sečítačky, zatímco výstupy třetího a čtvrtého aritmetického obvodu jsou spojeny se vstupy šestého aritmetického obvodu, jehož výstup je spojen se vstupem desáté sečítačky s výstupem korigovaných souřadnic y.

Výhodou zapojení podle vynálezu je to, že je tvořeno kromě registrů pouze dvěma vícekrát zopakovanými jednoduchými typy aritmetických obvodů, což zvyšuje standardizaci hardware a dále to, že všechny obvody jsou sestaveny do tří stupňů postupného procesu pipe-line s možnosti sdílení času mezi těmito stupni, takže lze dosáhnout minimálního času provedení celé korekční procedury rovného času nejpomalejší operace, t.j. zpoždění v aritmetickém obvodu pro operaci A + B . C.

Zapojení podle vynálezu blíže objasní přiložený výkres, v němž je na obr. 1 znázorněno celé zařízení, rozdělené na přípravný blok a tři stupně výpočtu korigovaných souřadnic.

Přípravný blok obsahuje osm sečítaček £, .£,£,£»£.> £» 1» na jejichž vstupy A j*^ou připojeny korekční konstanty prvního souboru korekčních výstupů datového systému, na vstupy £ korekční konstanty druhého souboru korekčních výstupů datového systému. První výpočtový stupeň obsahuje první čtyři aritmetické obvody 1.1 _Ť 12« 13^ 14 pro operaci A + B . C a první dva registry 21. a 22. Přitom na vstup prvního registru 21 a na vstupy C, prvního a druhého aritmetického obvodu 21 a 22 je připojen vstup 17 souřadnice x. Na vstup druhého registru 22 a na vstupy £ třetího a čtvrtého aritmetického obvodu 12 a 1,4 je připojen vstup 1B souřadnice y. Na vstupy a B prvního a druhého aritmetického obvodu 1_[1_| a 12 jsou po244 051 stupně připojeny výstupy prvních čtyř sečítaček £ z přípravného bloku^ kdežto na vstupy £ a B třetího a čtvrtého aritmetického obvodu 13 a 14 v prvním stupni jsou postupně připojeny výstupy dalších čtyř sečítaček 5$ X> £· Bruhý stupeň je tvořen třetím a. čtvrtým registrem 2J, a 2£ a pátým a šestým aritmetickým obvodem 15 a .16, přičemž na vstup třetího registru 23 a na vstup G Šestého aritmetického obvodu 16 je připojen výstup prvního registru 21. Vstup čtvrtého registru 24 a vstup 2. pátého aritmetického obvodu 15 je spojen s výstupem druhého registru 22. Výstupy prvního a druhého aritmetického obvodu 11 a 12 jsou připojeny na vstupy A a 2 pátého aritmetického obvodu 15. Výstupy třetího a čtvrtého aritmetického obvodu u a 1A jsou připojeny na vstupy A a B šestého aritmetického obvodu 1.6. Třetí stupeň je tvořen devátou a desátou sečítačkou 2, a ,10_f na jejichž vstupy A jsou připojeny výstupy třetího a čtvrtého registru 23 a 24.. kdežto na jejich vstupy £ jsou připojeny výstupy pátého a šestého aritmetického obvodu 15 a £6. Výstupy ££ a 20, deváté a desáté sečítečky £ a 10 ve třetím stupni popisovaného zapojení tvoří korigované výstupní souřadnice x a y.

Za provozu pracuje zapojení takto: Při expozici v rámci n-tého políčka sítě kalibračního etalonu jsou na první vstupy sečítaček £ až 8 přiváděny v digitálním tvaru příslušné korekční konstanty β_χ až d_x a ay až d v daném pořadí. Při expozici mezi vztažné značky jsou současně po celou dobu expozice jednoho expozičního pole na druhých vstupech sečítaček J, až 8 korekční konstanty β_χ až dy zjištěné proměřením poloh vztažných značek. Na výstupech sečítaček £ až Q přípravného bloku jsou tedy k dispozici výsledné korekční konstanty a + a*> ······ d_v + d*. V prvním stupni korekčního procesoru x x jr . y se provádí první krok zpracování souřadnic exponovaného elementárního razítka. V prvních čtyřech aritmetických obvodech UL až 14 se postupně vypočítávají údaje (a* + ψ + Ct>_x + x (c_x + c') + (d* + <) X <a_y + ψ + ^(by + b*) y ^(oy ^{+ e}ý’ ^{+ <a}y ⁺ Φ 7

244 051

Během tohoto výpočtu se hodnoty j a j zadržují v prvním a druhém registru 21 a 22. Po ukončení této operace se všechny tyto digitální údaje přenášejí do druhého stupně a první stupeň se tím zcela uvolňuje. V režimu sdílení času může ihned v prvním bloku začít zpracovávání dalších souřadnic ze vstupních svorek 17 a 18. Ve druhém stupni se déle zpracují výsledky prvního stupně tak, že v pátém aritmetickém obvodu 15 se vypočítává ^Px'^(x* y) = [<^ax + a') + <b_x + b')x] + βο_χ a v aritmetickém obvodu 16 pak ^Pý'^(x« y) = E<ay + Ý + (b_y * b')y] * [<c_y c_x) + <a_x + a_x)x]_y ^cý’ ^{+ <d}y ^{+ a}ý^)yl·

Současně se po dobu výpočtu udržují hodnoty χ a χ v třetím a čtvrtém registru 23 a 24 druhého stupně. Po přenosu všech těchto signálů do třetího stupně se druhý stupeň uvolňuje pro další zpracování následujících mezivýsledků prvního stupně, který může bezprostředně začít zpracovávat třetí dávku souřadnic ze vstupních svorek 17 a 18. Ve třetím stupni se provádí konečné sečtení χ = χ + p**(x, y) y = y + Pý'<x> y) ' a výstup korigovaných souřadnic x** a y** na svorky 19 a 20.

V okamžiku výstupu, respektive po ukončení aritmetických operací v prvním a druhém stupni, které jsou delší a určují frekvenci strobovacích signálů pro přenos mezi jednotlivými stupni, se korigované souřadnice realizují v bloku vychylovéní elektronového svazku a do korekčního bloku současně vstupují čtvrté souřadnice ze vstupních svorek 17 a 18. Zapojení podle vynálezu tedy zpožňuje expoziční data na výstupu vůči vstupu o tři dávky, přičemž doba mezi dvěma výstupy za sebou následujících korigovaných dat je rovna trvání nejdelší operace, t.j. zpoždění aritmetického bloku pro operaci A + B . C.

Zařízení podle vynálezu lze použít pro korekci digitálních souřadnic v elektronovém litografu a ve vyměřovacím rastrovacím elektronovém mikroskopu.

Claims (1)

1. Zapojení pro korekci^souřaanic v elektronovém litografu, sestávající z deseti sečítaček pro digitální operaci AB, šesti aritmetických obvodů pro operaci A + B , C a čtyř registrů, vyznačené tím, že prvních osm sečítaček (1 až 8rspojen$*- vstupy (A) s prvním souborem a vstupy (B) s druhým souborem korekčních výstupů datového systému, přičemž výstupy první a druhé sečítačky (1 a 2) jsou spojeny se vstupy (A a B) prvního aritmetického obvodu (11), výstupy třetí a čtvrté sečítačky (3 a 4) jsou spojeny se vstupy (A a B) druhého aritmetického obvodu (12), výstupy páté a šesté sečítačky (5 a 6) jsou spojeny se vstupy (A a B) třetího aritmetického obvodu (13), výstupy sedmé a osmé sečítačky (7 a 8) jsou spojeny se vstupy (A a B) čtvrtého aritmetického obvodu (14), zatímco vstup (17) souřadnic x je spojen se vstupy (C) prvního a druhého aritmetického obvodu (11 a 12) a prvního registru (21), jehož výstup je spojen se vstupem (C) šestého aritmetického obvodu (16) a přes třetí registr (23) se vstupem (A) deváté sečítačky (9) s výstupem (19) korigovaných souřadnic x, zatímco vstup (18) souřadnic y je spojen se vstupy (C) třetího a čtvrtého aritmetického obvodu (13 a 14) a se vstupem druhého registru (22), jehož výstup je spojen se vstupem (C) pátého aritmetického obvodu (15) a přes čtvrtý registr (24) se vstupem (A) desáté sečítačky (10), přičemž výstupy prvního a druhého aritmetického obvodu (11 a 12) jsou spojeny se vstupy (A a B) pátého aritmetického obvodu (15), jehož výstup je spojen se vstupem (B) deváté sečítačky (9), zatímco výstup třetího a čtvrtého aritmetického obvodu (13 a 14) jsou spojeny se vstupy (A a B) šestého aritmetického obvodu (16), jehož výstup je spojen se vstupem (B) desáté sečítačky (10) s výstupem (20) korigovaných souřadnic y„