DD256390A1 - METHOD FOR ACHIEVING PRESENT, ESPECIALLY EQUIVALENT DOSE DISTRIBUTIONS IN IRRADIATION WITH A CORPUSCULAR RAY AND MASK FOR CARRYING OUT THE PROCESS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzielen vorgegebener, insbesondere gleichmaessiger Dosisverteilungen bei der Bestrahlung mit einem Korpuskularstrahl, dessen Intensitaet vorzugsweise der Normalverteilung genuegt. Durch Ausblenden eines Teils des Korpuskularstrahls innerhalb eines Radius ausserhalb dessen die Intensitaet gleich Null ist, wird eine Gleichverteilung der Intensitaet erreicht. Die dazu benoetigte Maske weist dabei durchlaessige und undurchlaessige Gebiete auf, deren Verhaeltnis bei Normalverteilung laengs eines Umfangesbetraegt. Das Bild der Maske rotiert dabei auf dem bestrahlten Werkstueck entweder dadurch, dass die Maske selbst rotiert, oder dass bei elektrisch geladenen Korpuskeln laengs des Korpuskularstrahls ein zeitlich veraenderliches Magnetfeld die Rotation des Bildes bewirkt. Fig. 1The invention relates to a method for achieving predetermined, in particular uniform dose distributions during irradiation with a corpuscular beam whose intensity preferably satisfies the normal distribution. By hiding a part of the corpuscular beam within a radius outside which the intensity is equal to zero, an equal distribution of the intensity is achieved. The mask required for this purpose has permeable and impermeable areas, the ratio of which, in the case of normal distribution, is approximately one circumference. The image of the mask rotates on the irradiated workpiece either by the fact that the mask rotates itself, or that with electrically charged corpuscles of the corpuscular beam, a time-varying magnetic field causes the rotation of the image. Fig. 1
Description
b = 2πΓ(1 - exp( -b = 2πΓ (1 - exp (-
2r0' "2r 0 '"
genügt und daß der Radius des aktiven Maskenbereiches (5a) um wenig kleiner als das V2fache des Radius (r0) der Streuung des Korpuskularstrahles (2) ist.is sufficient and that the radius of the active mask region (5a) is a little smaller than V2 times the radius (r 0 ) of the scattering of the particle beam (2).
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzielen vorgegebener, insbesondere gleichmäßiger Dosisverteilungen bei der Bestrahlung von Werkstücken mit einem Korpuskularstrahl.The invention relates to a method for achieving predetermined, in particular uniform dose distributions during the irradiation of workpieces with a corpuscular beam.
Das Werkstück ist daher insbesondere eine Halbleiterscheibe, die im Verlauf der Bearbeitung ganzflächig ohne Rastern des Strahls der Ionenimplantation oder der Korpuskularstrahllithografie unterzogen wird.The workpiece is therefore, in particular, a semiconductor wafer which is subjected to full-area scarfing in the course of processing, without scanning the beam of the ion implantation or of the particle beam lithography.
Die Erfindung schließt die Schaffung einer geeigneten Maske ein.The invention includes the provision of a suitable mask.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit Korpuskularstrahlen ist es oft erforderlich, größere Bereiche der Werkstückoberfläche in einem Zeitabschnitt mit einer vorgegebenen Anzahl von Partikeln des Korpuskularstrahles zu bestrahlen. Speziell bei Halbleiterscheiben besteht die technologische Forderung einer gleichmäßigen Bestrahlung des Werkstückes. So wird beispielsweise bei der Ionenimplantation und lonenlithografieeine Dosisinhomogenität von maximal 2% als zulässig angesehen.When machining workpieces with corpuscular beams, it is often necessary to irradiate larger areas of the workpiece surface in a time interval with a predetermined number of particles of the particle beam. Especially with semiconductor wafers, there is the technological requirement of a uniform irradiation of the workpiece. For example, in ion implantation and ion lithography, maximum dose inhomogeneity of 2% is considered acceptable.
Die Intensitätsverteilung des von einer entsprechenden Quelle erzeugten Korpuskularstrahles in einer Ebene senkrecht zur Ausbreitungsrichtung entspricht in erster Näherung der Gauß'chen Normalverteilung längs eines Radius vom Zentrumsstrahl genannten Strahl mit der maximalen Intensität.The intensity distribution of the particle beam generated by a corresponding source in a plane perpendicular to the direction of propagation corresponds, in a first approximation, to the Gaussian normal distribution along a radius of the beam with the maximum intensity mentioned by the center beam.
zur Erfüllung der Forderung, daß die Dosisinhomogenität nur maximal 0,02 beträgt, muß der Strahl bei 0,201 r0 kreisförmig ausgeblendet werden, wobei r0 der Räclius ist, wo die Intensitätskurve die Wendepunkte besitzt. Die Intensität genügt dabei folgender Formel.in order to meet the requirement that the dose inhomogeneity be at most 0.02, the beam must be suppressed circularly at 0.201 r 0 , where r 0 is the Räclius where the intensity curve has the inflection points. The intensity satisfies the following formula.
I = loexp( -——j-)I = I o exp (--- j-)
Die Dosis als Integral über den Radius genügt dabei der Formel D = 2jrro 2lo(1 - exp( --^-)) = D0(I -ιThe dose as integral over the radius satisfies the formula D = 2jrr o 2 l o (1 - exp (- ^ -)) = D 0 (I -ι
und mit η = D/Do ergibt sichand with η = D / D o results
η (0,201 T0) = 0,02, d.h. 0,98D0 werden.η (0.201 T 0 ) = 0.02, ie 0.98D 0 .
ausgeblendet.hidden.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrades wird in der EP 0027628 der Korpuskularstrahl periodisch in einer oder mehreren Richtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Korpuskularstrahls bewegt. Eine Bewegung des Korpuskularstrahls ist jedoch wegen der Größe der Werkstücke oder auf Grund gleichzeitig durchzuführender anderer Bearbeitungsschritte nicht immer möglich.To increase the efficiency, in EP 0027628 the corpuscular beam is moved periodically in one or more directions perpendicular to the propagation direction of the particle beam. However, movement of the corpuscular beam is not always possible because of the size of the workpieces or other processing steps to be performed simultaneously.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Erzielen vorgegebener, insbesondere gleichmäßiger Dosisverteilungen bei der Bestrahlung mit einem Korpuskularstrahl zu entwickeln, bei dem bei ganzflächiger Bestrahlung ein hoher Wirkungsgrad bezüglich der Gesamtstrahlung der Quelle bei gleichzeitig geringer Inhomogenität der Intensität des Korpuskularstrahles erzielt wird. Der Korpuskularstrahl bzw. das Werkstück wird dabei während der Bestrahlung nicht bewegt. Die Erfindung schließt die Entwicklung der dazugehörigen Maske ein.The object of the invention is to develop a method for achieving predetermined, in particular uniform dose distributions during irradiation with a corpuscular beam, in the case of full-surface irradiation, a high efficiency with respect to the total radiation of the source is achieved with low inhomogeneity of the intensity of the corpuscular beam. The corpuscular beam or the workpiece is not moved during the irradiation. The invention includes the development of the associated mask.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für eine gleichmäßige Dosisverteilung eines Korpuskularstrahles dadurch zu entwickeln, indem innerhalb eines bestimmten Gebietes durch geeignete Maßnahmen ein solcher Anteil der Intensität ausgeblendet wird, daß nach Ablauf der Bestrahldauer die Dosisverteilung innerhalb dieses Gebietes konstant ist. Die dazugehörige Maske soll dabei einfach herstellbar sein.The object of the invention is to develop a method for a uniform dose distribution of a corpuscular beam by within such a range by appropriate measures such a proportion of the intensity is hidden, that after the irradiation period, the dose distribution within this area is constant. The associated mask should be easy to produce.
Das Verfahren dient zum Erzielen vorgegebener, insbesondere gleichmäßiger Dosisverteilungen in einem Korpuskularstrahl, dessen Intensitätsverlauf senkrecht zur Ausbreitungsrichtung einer bestimmten Verteilung, vorzugsweise der Normalverteilung genügt.The method is used to achieve predetermined, in particular uniform dose distributions in a corpuscular beam whose intensity profile perpendicular to the propagation direction of a particular distribution, preferably satisfies the normal distribution.
Erfindungsgemäß wird in den Korpuskularstrahl eine zusätzliche Maske eingebracht, deren Bild auf dem zu bearbeitenden Werkstück η-mal rotiert.According to the invention, an additional mask is introduced into the corpuscular beam whose image rotates η times on the workpiece to be machined.
Die Maske weist dabei im aktiven Maskenbereich für den Korpuskularstrahl durchlässige und undurchlässige Gebiete auf. Durch die Rotation des Bildes der Maske bewirken die undurchlässigen sowie die durchlässigen Gebiete auf einem bestimmten Umfang eine derartige Schwächung des Korpuskularstrahles entsprechend ihrer Umfangsanteile.The mask has permeable and impermeable regions in the active mask region for the corpuscular beam. Due to the rotation of the image of the mask, the impermeable and the permeable regions cause, to a certain extent, such a weakening of the corpuscular beam in accordance with their circumferential proportions.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Maske drehbar gelagert und durch Drehen der Maske um einen Drehpunkt, der auf dem Zentrumsstrahl liegt, rotiert das Bild auf dem Werkstück.In an embodiment of the invention, the mask is rotatably mounted and by rotating the mask about a pivot point which lies on the center beam, rotates the image on the workpiece.
In Ausgestaltung der Erfindung wird ein zur Ausbreitungsrichtung des Korpuskularstrahles paralleles und in seiner Intensität gleichmäßig veränderliches Magnetfeld, von dem Strahl passiert. Auf Grund der Bewegungsgleichungen für geladene Teilchen im Magnetfeld erzielt man, wenn das Magnetfeld sich von einem Anfangswert bis zu einem Endwert gleichmäßig ändert, eine Drehung des Korpuskularstrahles von einem Anfangs- zu einem Endwinkel. Ist nun die Differenz der beiden Winkel gleich 2π, so bedeutet das eine vollständige Drehung des Bildes auf dem Werkstück.In an embodiment of the invention, a direction parallel to the propagation direction of the corpuscular beam and uniform in its intensity variable magnetic field, is passed by the beam. Due to the equations of motion for charged particles in the magnetic field, when the magnetic field changes uniformly from an initial value to a final value, rotation of the corpuscular beam from an initial to an end angle is achieved. If the difference between the two angles is equal to 2π, this means a complete rotation of the image on the workpiece.
Die Maske zur Durchführung des Verfahrens besitzt einen ggf. drehbaren Rahmen. In diesen Rahmen ist ein verstärkter Maskenrand eingespannt, woran sich eine Ausgleichszone anschließt, die einen aktiven Maskenbereich umschließt.The mask for carrying out the method has an optionally rotatable frame. In this frame, a reinforced mask edge is clamped, followed by a compensation zone, which encloses an active mask area.
Erfindungsgemäß befinden sich innerhalb des aktiven Maskenbereiches durchlässige und undurchlässige Gebiete. Auf einem Teilumfang genügt das Verhältnis der Breite des undurchlässigen zum Teilumfang bei Normalverteilung im Korpuskularstrahl der FormelAccording to the invention are within the active mask area permeable and impermeable areas. On a partial circumference, the ratio of the width of the impermeable to the partial circumference of normal distribution in the particle beam of the formula is sufficient
b = 2i7-r(1-exp(- )) ^ ro ·b = 2i7-r (1-exp (-)) ^ r o ·
wobei der Teilumfang der Breite von undurchlässigem und durchlässigem Gebiet entspricht, Da bei r = V2 r0, also dem Radius, bei dem sich die höchste gleichmäßige Intensitätsverteilung theoretisch erzielen läßt, die Breite b des undurchlässigen Gebietes gerade gleich Null ist, so wird der größte Radius des aktiven Maskenbereiches etwas kleiner als V2 ro gewählt, damit die mechanische Stabilität für die inneren undurchlässigen Gebiete gegeben ist. Bei einer anderen als der Normalverteilung muß die Begrenzung des undurchlässigen Gebietes gesondert bestimmt werden.with r = V2 r 0 , ie the radius at which the highest uniform intensity distribution can be achieved theoretically, the width b of the impermeable area is just zero, so is the largest Radius of the active mask area slightly smaller than V2 r o chosen so that the mechanical stability for the inner impermeable areas is given. In the case of a distribution other than the normal distribution, the boundary of the impermeable area must be determined separately.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel und anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is explained in more detail in an embodiment and with reference to a drawing. Show
Fig. 1: eine prinzipielle Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig.2: die Maske zur Durchführung des erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 1: a basic arrangement for carrying out the method according to the invention Fig.2: the mask for carrying out the method according to the invention
In Fig. 1 ist eine Anordnung in prinzipieller Form dargestellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Sie enthält eine Korpuskularstrahlquelle 1, aus derein Korpuskularstrahl 2 austritt.In Fig. 1, an arrangement is shown in a basic form, which is suitable for carrying out the method according to the invention. It contains a corpuscular beam source 1 from which a corpuscular beam 2 exits.
Der Strahl mit der maximalen Intensität ist dabei als Zentrumsstrahl 2 a bezeichnet. In seinem Verlauf durchläuft der Korpuskularstrahl 2 eine aus verschiedenen Elementen bestehende korpuskularoptische Anordnung 3 und verläßt diese als zur Bearbeitung eines Werkstückes 4 geeigneter Korpuskularstrahl 2, welcher aber in bezug auf den Zentrumsstrahl 2a noch derThe beam with the maximum intensity is referred to as the center beam 2 a. In its course, the corpuscular beam 2 passes through a corpuscular optical arrangement 3 consisting of different elements and leaves it as a corpuscular beam 2 suitable for machining a workpiece 4, which, however, still has the corpuscular beam 2 with respect to the center beam 2a
r2 r 2
Normalverteilung I = loexp( j-) genügt.Normal distribution I = l o exp (j-) is sufficient.
2 ro 2 r o
Der noch normalverteilte Korpuskularstrahl 2 passiert nun eine Maske 5, bei der ein derartiges Gebiet ausgeblendet wird, daß der verbleibende Korpuskularstrahl 2 längs des Radius der Normalverteilung genügt, aber eine Summe der Intensitäten auf einem Umfang konstant ist. Durch Rotation dieser Maske 5 um den Zentrumsstrahl 2 a wird diese räumliche Verteilung zeitlich gemittelt, so daß bei einer ganzzahligen Umdrehung der Maske 5 die Dosisverteilung hinter der Maske 5 konstant ist.The still normally distributed corpuscular beam 2 now passes through a mask 5, in which such an area is hidden, that the remaining corpuscular beam 2 along the radius of the normal distribution is sufficient, but a sum of the intensities is constant on a circumference. By rotation of this mask 5 to the center beam 2 a, this spatial distribution is averaged over time, so that in an integer rotation of the mask 5, the dose distribution behind the mask 5 is constant.
Zur gezielten Bearbeitung des Werkstückes 4 ist dabei noch eine weitere Schablone 6 vor dem Werkstück 4 angeordnet.For targeted processing of the workpiece 4 while still another template 6 is arranged in front of the workpiece 4.
In Fig. 2 ist die Maske 5 zur Durchführung des Verfahrens mit dem Ausschnitt des aktiven Maskenbereiches 5a dargestellt.FIG. 2 shows the mask 5 for carrying out the method with the section of the active mask region 5a.
Innerhalb eines Ringes 7 befindet sich eine propellerähnliche Blende als undurchlässiges Gebiet 8, welches mit dem Ring 7Within a ring 7 is a propeller-like aperture as impermeable area 8, which with the ring. 7
verbunden ist. Da bei einer maximalen Ausbeute und Gleichverteilung der Ring 7 einen Radius von \[2 r0 bei I = I0 exp ( j-)connected is. Since with a maximum yield and uniform distribution the ring 7 has a radius of \ [2 r 0 at I = I 0 exp (j-)
hätte, ist zwecks mechanischer Stabilität der Radius des Ringes 7 etwas kleiner als λβ. r0. For reasons of mechanical stability, the radius of the ring 7 is slightly smaller than λβ. r 0 .
Der Ring 7 und das undurchlässige Gebiet 8 begrenzen dabei das durchlässige Gebiet 9.The ring 7 and the impermeable area 8 limit the permeable area 9.
Das Verhältnis des undurchlässigen Gebietes 8 auf einem Umfang zur Summe von undurchlässigem Gebiet 8 und durchlässigem Gebiet 9 genügt dabei der FormelThe ratio of impermeable area 8 on a perimeter to the sum of impermeable area 8 and permeable area 9 satisfies the formula
= 2ir(1 -exp(-= 2ir (1 -exp (-
2r0 2 ' '2r 0 2 ''
2r2- r2 2r 2 - r 2
• η — pvn ι — '• η - pvn ι - '
so daß eine Seitenbegrenzung des undurchlässigen Gebietes b' =—-(1 - exp( ^—5—)) ergibt.such that a side boundary of the opaque region gives b '= - (1-exp (^ -5-)).
^ rr
Claims (4)
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DD29857286A DD256390A1 (en) | 1986-12-29 | 1986-12-29 | METHOD FOR ACHIEVING PRESENT, ESPECIALLY EQUIVALENT DOSE DISTRIBUTIONS IN IRRADIATION WITH A CORPUSCULAR RAY AND MASK FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
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---|---|---|---|---|
US5434424A (en) * | 1994-09-21 | 1995-07-18 | International Business Machines Corporation | Spinning reticle scanning projection lithography exposure system and method |
-
1986
- 1986-12-29 DD DD29857286A patent/DD256390A1/en not_active IP Right Cessation
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