DE2431496A1 - Elektronenstrahl-bildmustergenerator - Google Patents

Description

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RADIANT ENERGY SYSTEMS, Inc., 1500 Lawrence Drive Newbury Park, California
Vereinigte Staaten von Amerika

Elektronenstrahl-Bildmustergenerator

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektronen-Bildmustergeneratoren, insbesondere Bildmustergeneratoren zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitergeräten.

Zur Zeit geht die Herstellung von Halbleitergeräten in einer Reihe von Arbeitsgängen vor sich, die das Drucken eines stark unterteilten und genauen Bildes auf einer empfindlich gemachten Oberfläche einer Halbleiter-Kontaktplatte erfordern. Zum Beispiel werden in eine Halbleiter-Kontaktplatte verschiedene Bezirke diffundiert durch Aufbringen einer empfindlich gemachten Schicht auf die Oxydschicht über der Kontaktplatte, Belichten der empfindlichen Schicht durch eine Maske, um das gewünschte Schaltbild darauf zu drucken, Entwickeln der empfindlichen Schicht und Herauslösen des entwickelten oder unentwickelten Teiles, Ätzen der Oxydschicht in den Bezirken, die belichtet sind als Ergebnis der Entwicklung der empfindlichen Schicht, Herauslösen des Restes der entwickelten empfindlichen Schicht, Diffundieren der gewünschten Verunreinigungen in die be-

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lichteten Bezirke des Halbleiter-Schichtträgers und Entoxydieren der belichteten Fläche des Schichtträgers. Das Drucken des Bildes auf der empfindlich gemachten Fläche wird erreicht durch Kontaktdruck, wobei die Bildseite der Maske auf der empfindlich gemachten Fläche der Kontaktplatte flach liegt, um das Maskenbild auf der empfindlich gemachten Fläche so genau wie möglich zu reproduzieren. Daraus ergeben sich Abrieb und physikalische Verschlechterung der Maske, die die Benutzungszahl einer Maske einschränken, bevor sie ersetzt werden muss. Die Masken-Ersatzkosten tragen erheblich zu den Kosten der erhaltenen integrierten Schaltung bei.

Üblicherweise bestehen die Masken, die für Halbleiterherstellung benutzt werden, aus einem Metall, M et all-Halo gen-Film auf einer Glasplatte, die mit dem gewünschten Muster belichtet wird und in einer Weise entwickelt wird, die ähnlich einem normalen photo grafischen Negativ ist. Um eine derartige Maske herzustellen, wird das gewünschte Muster für die Maske von Hand hergestellt in einem stark ver grösserten Maßstab und mit einem kontrastierenden Hintergrund. Dieses Muster wird dann photografiert und danach auf die gewünschte Grosse verkleinert vermittels einer Reihe von Photo-Verkleinerungsschritten. Auf irgendeiner Stufe in den Photo- und Photo ve r kleine rungs-Arbeitsvorgängen wird ein Film wiederholt mit dem Muster belichtet in einer Matrix-Anordnung mittels einer Schritt- und Wiederholungskamera, wobei als Ergebnis das eine Muster, üblicherweise

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in der Grosse von 0, 65 cm _f vielleicht hunderte von Malen auf der Masken-Leerstelle wiederholt wird. Die Entwicklung der Maken-Leerstelle vervollständigt die Maske, obwohl üblicherweise eine solche Maske als ein Muster für die Herstellung anderer Masken benutzt werden kann, um Ersatz der Produktions-Mustermasken zu erlauben, ohne einem Schritt- und Wiederholungsprozess oder der Bildverkleinerung für die neuen Masken zu unterliegen.

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Aus dieser Beschreibung geht hervor, dass der übliche Vorgang der Maskenherstellung eine Reihe von Schwierigkeiten aufweist. Das Original-Layout des Schaltkreises ist menschlichen Irrtümern undUngenauigkeit unterworfen, die solange unentdeckt bleiben können, bis die Geräte hergestellt sind mit der resultierenden Maske. Dementsprechend erfordert jede Änderung an der Maske eine Änderung oder ein neues Layout und eine Wiederholung aller Schritte zur Herstellung der Maske. Auch Grenzen in der benutzten Ausrüstung, z. B. der optischen Ausrüstung, die bei der Bildverkleinerung und in der Schritt- und Wiederholungsausrüstung benutzt werden, ergeben eine Beschränkung bezüglich der erreichbaren Details in der Maske, die üblicherweise die Grosse des einzelnen Bestandteils im integrierten Schaltkreis beschränken.

Man hat erkannt, dass es wünschenswert ist, ein Maskenbild der gewünschten Grosse direkt zu erzeugen, und es ist eine Anordnung für Elektronen-Bildmustergeneratoren gebaut worden zum direkten Be lichten der für Elektronen empfindlich gemachten Masken-Leerstelle für ein durch eine solche Anordnung erzeugtes Elektronenbild. In diesen Anordnungen wird eine der üblichen Elektronenkanonen verwendet, die einen Elektronenstrahl aufgrund der Glühemission eines erhitzten Drahtes erzeugen. Die Emission wird durch verschiedene Öffnungen begrenzt, durch magnetische Linsen focussiert und durch von aus sen gesteuerte Ablenkspulen abgelenkt, um das gewünschte Bild zu erzeugen. Diese Anordnung hat aber bisher keine grosse Anwendung gefunden wegen bestimmter, damit verbundener Beschränkungen. Diese Beschränkungen sind :

1. Eine begrenzte Abtastfläche hoher Auflösung. Um Elektronenstrahlen von geringem Durchmesser zu erhalten, ist für die Anordnung

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der Masken-Leerstelle eine verhältnismässig kleine Arbeitsentfernung von der Elektronen-Endlinse erforderlich. Diese geringe Arbeitsentfernung begrenzt die Abtastfläche wegen der Ablenk-Verzerrung und Ablenk-Entbündelung, die beide Funktionen des· Ablenkwinkels sind.

2. Geringe Abtastgeschwindigkeit in üblichen elektronenoptischen Säulen mit magnetischen Linsen. Die Abtastspulen sind in der Bohrung des Eisenkerns der Linsen untergebracht. Auf diese Weise wird schliesslich die Linsenablenkgeschwindigkeit durch Fluss Verkettungen und Wirbelströme verringert, die in der Umgebung der Abtastspulen erzeugt werden und eine Verzögerung der Strahleinstellung gegenüber dem Abtastsignal verursachen.

3. Begrenzte Kathoden-Lebensdauer in Anlagen mit Glühkathoden; die Kathoden-Lebensdauer beträgt normalerweise weniger als 100 Stunden. Dies ist eine Folge der Verdampfung des Kathodenmaterials und der Verunreinigung der emittierenden Fläche.

4. Hysterese. Aufgrund der Tatsache, dass Eisenkernlinsen in der Nähe der Ablenkspulen verwendet werden, wird in die Anordnung eine Ungenauigkeit in der Abtaststellung eingeführt wegen der Hysterese in der magnetischen Ablenkanordnung. Dieser Fehler addiert sich zum Fehler in der Abtastgeschwindigkeit entsprechend obigem Pkt. 2.

5. Geringe Helligkeit bei grossen Abtastwinkeln. Um grosse Abtastwinkel zu erhalten und für die Bedeckung und Mustererzeugung über grosse Flächen zur Verfugung zu stellen, ist eine Verringerung im letzten Öffnungswinkel erforderlich, um die Strahl-Entbündelung und die Verzerrung während der Ablenkung zu verringern. Da ausserdem

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bei Vergrösserung des Arbeitsabstandes die sphärische Abweichung für eine gegebene Linse grosser wird, muss die Öffnung abgeblendet werden, um eine geringe Strahlgrösse zum Schreiben von Mustern grosser Auflösung zu erhalten. Aus dieser Verringerung des Öffnungswinkels bei grossen Arbeitsabständen folgt eine Verringerung des Strahlstromes bei einer gegebenen Strahlgrösse, so dass viel grössere Zeiten erforderlich sind, um ein gegebenes Muster zu erzeugen. Die zur Mustererzeugung erforderliche Zeit ist ein sehr bedeutsamer Faktor in einer solchen Anlage, da sie weitgehend deren Wirtschaftlichkeit bestimmt.

Es ist daher ein elektronisches Bildmuster generator-Verfahren erforderlich, das einen genauen und schnell steuerbaren Elektronenstrahl von verhältnismässig hoher Strahlstromstärke liefert, in Verbindung mit einer Anordnung, die einen Schritt-und Wiederholungsprozess ermöglicht und Computer-Steuerung des Strahls erlaubt, um direkt Masken sehr hoher Qualität und Auflösung zu erzeugen.

Ein Elektronenstrahl-Mustergeneratpr für die rasche und genaue Erzeugung von Elektronenbildern auf einer Fläche, die mit einem Elektronen-empfindlichen Material bedeckt ist. Der Mustergenerator enthält ein Feldemissions-Strahlsystem₃ dessen Emission durch eine elektrostatische Linse gebündelt und anschliessend durch Ablenkspulen abgelenkt wird, die durch einen Computer gesteuert sind vermittels Digital-Analog-Wandler. Der Strahl wird durch eine besondere Abblendspule abgeblendet, die ebenfalls vermittels des Computers gesteuert wird durch die Ablenkung des Strahles aus seinem Bereich zum Rand einer Blende. Ein konstanter, starker Strahlstrom wird durch Erhitzung der Feldemissians-Elektroden erreicht, Vorzugs weise im Bereich von 500 Grad bis 600 Grad Celsius." Eine in ge-

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eigneter Weise vorgespannte Einrichtung, die im wesentlichen eine Sekundärelektronen-Verstärkerröhre sein kann, sammelt die Sekundäremission vom Objekt, auf welchem das Elektronenmuster scharf eingestellt ist₄ und kann zusammen mit den Ablenksignalen für den Strahl dazu benutzt werden, um ein Elektronenbild zu erzeugen. Das Objekt, auf welchem das Elektronenstrahl-Muster erzeugt wird, ist auf einen X-Y-Tisch befestigt, der durch Computer-Steuerung vermittels einer geeigneten Steuerschaltung genau zu steuern ist. Ungenauigkeit in der jeweiligen Tischstellung wird durch geeignete Anzeigegeräte erfasst und kann dazu benutzt werden, um entweder eine Korrektur für die Signale der Ablenkspule zu bilden, um den Strahl entsprechend der wahren Tischposition in geringst möglicher Weise abzulenken oder, wenn ein geeigneter Tisch verwendet wird, um für die Hilfssteuerung des Tisches zur Einstellung der tatsächlich ge wünschten Stellung innerhalb der erforderlichen Genauigkeit zu dienen. Auch die Belichtungsdosis wird konstant gehalten, sogar bei Vorliegen von Schwankungen des Belichtungs-Strahlstromes, vermittels Aufrechterhaltung eines konstanten Produktes aus Aufnahme-Strahlstrom mal Belichtungszeit.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm der Feldemission-Elektronenkanone-Anordnung des erfindungsgemässen Elektronenstrahl-Mustererzeugers.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm der Elektronenstrahl-Mustererzeugeranlage nach der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 2 und ausserdem die Steuereinrichtung für die Belichtung.

Fig. 4 zeigt einen teilweisen Querschnitt der Szintillator-Lichtleiter-Vereinigung zum Sammeln der Sekundärelektronen.

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Fig. 5 zeigt ein Schaltkreis diagramm des Belichtungs-Steuersystems.

In Figur 1 ist ein schematisches Diagramm der Feldemissions-Elektronenkanone -Anordnung 20 des erfindungsgemässen Elektronenstrahl-Mustererzeugers dargestellt. Die Mustererzeuger-Teile in der Umschliessung 22 sind im ganzen untergebracht innerhalb einer Kammer, die auf ein verhältnismässig hohes Vakuum evakuiert ist, Vorzugs-

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weise im Bereich von 5 χ 10 bis 5 χ 10 Torr oder mehr. Ein spitzes Feldemissionsende 24 ist im allgemeinen am Oberteil der Kammer 22 angebracht und üblicherweise mit der Öffnung in der elektrostatischen Linse, die aus den Teilen 26 und 28 besteht, ausge richtet. Eine Spannungszuführung 30 gibt der Spitze 24 eine negative Vorspannung gegenüber den Teilen 26 der elektrostatischen Linse, sie verursacht eine konstante Feldemission aus der Spitze und beschleunigt die emittierten Elektronen gegen die elektrostatische Linse. Die Feldemission unterscheidet sich von der Glühemission, indem die Innfeldemission, ein starkes elektrisches Feld in der Nachbarschaft des Emitters, die Oberflächen-Potenzialschwelle erniedrigt, so dass eine nennenswerte Zahl von Elektronen die Barriere infolge des quantenmechanischen Tunneleffekts durchdringen kann. Die emittierten Ströme können ziemlich gross sein, weil alle zur Oberfläche gerichteten Elektronen im Metall teilnehmen, mehr als jene, die Zustände am Ende der Fermi-Verteilung besetzen, wie es bei der Glühemission der Fall ist.

Die Anoden 26 und 28 sind vorgespannt und so angeordnet, dass sie die Feldemission aus der Spitze 24 wirksam bündeln, wobei die gesamte Elektronenbeschleunigungsspannung aus der Speisespannung 32

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zwischen der Spitze 24 und den Anoden 28 stammt. In einer Vorzugs weisen Ausführung werden die Anoden 28 sowie die meisten anderen Teile innerhalb der Kammer 22 auf Erdpotential gehalten, so dass die Spannung zwischen der Spitze und den Anoden 28 die End-Beschleunigungsspannung für die Elektronen im Elektronenstrahl ist.

Üblicherweise wird die Feldemissionsspitze 24, im allgemeinen eine Wolframspitze, auf einem hohen negativen Potential gehalten und die erste Anode 26 wird gegenüber der Spitze positiv vorgespannt mit etwa 2000 Volt. Dies erzeugt ein starkes Feld um die Spitze, welches eine Feldemission verursacht. Die zweite Anode befindet sich auf Erdpotential, und durch Einstellen des Verhältnisses der Spannung der Spitze zur Beschleunigungsspannung wird eine Scharfeinstellung der Wolframspitze an einer Stelle hinter der zweiten Anode 28 erreicht. Die Grosse der Abbildung der Spitze, die durch die Elektronenkanone erreicht wird, ist gegeben durch die Gleichung d = dm /-ΪΤΓ- j worin d der Durchmesser der Spitze ist, d die

X / VX X

Grosse des scharf eingestellten Flecks, m die Vergrösserung der Elektronenkanone, VO die Emissions-Anfangsenergie der Elektronen, die die Spitze verlassen,und Vt dasan die Spitze angelegte elektrostatische Potential. Bei einer Spitzengrösse d von etwa 5000 Ang-

ström , einer Vergrösserung m von 1, einer Emissionsanfangsenergie der Elektronen VO von 0,2 Elektronenvolt, und einem elektrostatischen Potential der Spitze von 2000 Volt beträgt die Fleckgröße des erzeugten Strahles etwa 50 Angström. Derartige elektrostatische Bündelungsvorrichtungen sind bereits bekannt und benutzt worden, beispielsweise im CWICKSCAN 100-Elektronenmikroskop, hergestellt von der Coates and Welter Instrument Corporation, Sunnyvale, California, einer Tochtergesellschaft der Anaerica Optical Corporation.

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Die Öffnung in der elektrostatischen Linse hat eine etwa 600 Mikron-Apertur, und darunter ist eine weitere Öffnung 34 mit etwa 200 Mikron-Apertur angebracht, um die Strahlgrösse weiter zu begrenzen. Unterhalb der letztgenannten Öffnung ist ein Satz von Ablenkspulen 36 angebracht für die elektromagnetische Ablenkung des Strahles, allgemein bezeichnet mit dem Bezugszeichen 38, wenn der Strahl durch das magnetische Feld hindurchgeht, das durch die Ablenkspulen errichtet wird. Die Ablenkspulen 36 lenken den Strahl in einer x-Richtung ab entsprechend einem elektrischen Signal auf der schematisch gezeichneten Zeichnung 40 und lenken den Strahl in der y-Richtung ab entsprechend einem Signal auf Leitung 42. Auf diese Weise wird die unabhängige x- und y-Steuerung des Elektronenstrahles erreicht.

Ferneren den Ablenkspulenaufbau 36 eine zusätzliche Spule angebaut, die auf ein elektrisches Signal auf Leitung 44 anspricht. Diese Spule ist ebenfalls so angeordnet, dass sie den Strahl ablenkt, aber sie ist nicht für proportionale Ablenkung vorgesehen, sondern für grobe Ablenkung, um den Strahl ausserhalb der Reihe abzulenken, oder genauer den Strahl so abzulenken, dass er durch die Abblend-Öffnung aufgefangen wird, die zwischen den Ablenkspulen und der Spule angebracht ist, auf die der Strahl allgemein gerichtet wird, z. B. der Fangelektrode. Daher kann ein einziges EIN-AUS Signal auf Leitung gelegt werden, um den Strahl aus der Reihe heraus zu lenken und daher das Signal auszublenden. Der Vorteil bei der Benutzung einer besonderen Ausblendspule im Gegensatz zur Benutzung der Ablenkspulen besteht darin, dass die Ablenkspulen und die Steuerschaltung für diese sorgfältig entworfen sind, um das hohe Mass an Genauigkeit und erforderlicher Linearität zu liefern, und weiterhin, wie im folgenden erläutert wird, dazu bestimmt sind, entsprechend ei-

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neni Digitalsignal aus einer Digitalsteuerung, üblicherweise einem Digitalrechner, zu arbeiten. Daher hat der Schaltkreis für die primären Ablenkspulen die Tendenz, eine längere Ansprechzeit zu besitzen als ein einfacher EIN-AUS-Treiber für die Abblendspule. Daher erlaubt die getrennte Abblendspule eine totale Abblendung des Strahles ohne das X-Y-Strahlablenksignal zu stören und erlaubt schnelle Rückgewinnung des Strahles in die gewünschte X-Y-Lage nach Abschluss des Abblendsignals. Hierzu ist zu bemerken, dass die durch die Abblendspule verursachte Ablenkung ausreichend sein sollte, um den Strahl aus irgendeiner X-Y-Lage in den Bereich einer ausserhalb der Reihe liegenden Lage abzulenken, so dass die Abblendung sichergestellt ist, unabhängig vom Ablenksignal Überleitung 42.

Wenn der Strahl nicht ausserhalb der Reihe abgelenkt ist, wirft er nach unten durch die Abblendöffnung 46 und die Elektronensammeleinrichtung 50 auf die Oberfläche des Objektes 52, auf der das Muster erzeugt wird, eine Photomasken-Leerstelle. Das Objekt oder die Fangelektrode 52 ist auf einem X-Y-Tisch 54 befestigt, der veranlasst werden kann, sich steuerbar und genau fortzubewegen oder in den X-Y-Richtungen zu bewegen entsprechend Steuersignalen, die über die Leitungen 56 und 58 zugeführt werden.

Wenn der Elektronenstrahl auf die Fangelektrode auftriifi; wird eine Anzahl von Sekundärelektronen von der Fangelektrode emittiert, die sogar die Zahl der Elektronen im Elektronenstrahl übertreffen kann. Diese Sekundärelektronen sind im allgemeinen Elektronen verhältnis massig geringer Energie und werden in einem im allgemeinen diffusem Muster emittiert im Gegensatz zu einer gerichteten Orientierung. Durch leicht positive Vorspannung der Auffangfläche der Vor-

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richtung 50 im Verhältnis zur Fläche der Fangelektrode, werden diese Sekundärelektronen durch die Vorrichtung 50 aufgefangen und bilden einen Strom auf Leitung 60 in Abhängigkeit von der Anzahl der emittierten Sekundärelektronen. Die Vorrichtung 50 ist vorzugsweise . ein Sekundärelektronenvervielfacher, und die Auffangfläche kann z. B. die erste Platte einer JElektronen-Vervielfacher-Röhre sein. Diese Anordnung ergibt augenblicklich ein Maß für die emittierten Sekundärelektronen, welches mit der X-Y-Ablenkspuleninformation vereinigt werden kann, um auf einer Kathodenstrahlröhre zur Darstellung gebracht zu werden und ein stark vergrössertes Bild des erzeugten Musters während der Erzeugung zu schaffen, oder eine belichtete und entwickelte, mit einem Elektroden-Abdeckmittel bedeckte Fläche abzutasten, um schnell das entwickelte Bild aufzuzeichnen, z.B. als Abtast-Elektronenstrahlmikroskop.

In wahlweiser Ausführung können Rückstreu-Messfühler verwendet werden anstelle oder zusätzlich zu der Sekundäremissionsvorrichtung, 50, um die Rückstreuung von der Fangelektrode zu erfassen. Derartige Detektoren sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektronenenergie-Empfindlichkeitsschwelle besitzen derart, dass sie Elektronen grosser Energie wahrnehmen, z. B. reflektierte Elektronen, aber nicht Elektronen geringer Energie, wie z. B. Sekundärelektronen. Für gewisse Anwendungen bietet diese Alternative Vorteile, und andere Kontrastbasis im Bild, das auf dem. Bildschirm der Kathodenstrahlröhre dargestellt ist. Für diesen Zweck können Photodioden verwendet werden, wie sie z.B. von der Solid State Radiations, Inc., Los Angeles, California verwendet werden, z.B. ihre TIH-Serien, die 010 - PIN - T05, 050 - PIN - T08 usw. -Dioden. Um das abgeleitete Signal zu vergrössern, sollten die Dioden so an-

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gebracht werden, dass sie soviel reflektierte Elektronen auffangen wie möglich.

Der Vorteil der Verwendung von Feldemissionserscheinungen im Mustergenerator nach der vorliegenden Erfindung ist mannigfach. Da keine magnetischen Linsen erforderlich sind, tritt im wesentlichen keine Hysterese beim Abtasten auf, so dass sich schnellere Abtastgeschwindigkeiten ergeben als bei der Glühemission. Auch die er reichbare Genauigkeit bei der Strahlausrichtung ist grosser aufgrund der Tatsache, dass keine Hysterese und weniger Öffnungen vorhanden sind, die verunreinigt werden und aufgeladen sein können, um den Strahl in unkontrolierter und unerwünschter Weise abzulenken. Die Benutzung der Feldemission erlaubt auch eine grössere Abtastfläche, d.h., dass wegen des kleinen Strahldurchmessers, der durch die Feldemissionskanone erzeugt wird, über grössere Arbeitsentfernungen projiziert werden kann, und dadurch Verzerrung und Ablenk-Entbündelung vermieden werden kann, da der Strahl grössere Flächen mit kleineren Ablenkwinkeln bedeckt. Ferner hat die Feldemissions-Kanone eine viel grössere Kathoden-Lebensdauer von bis zu 1000 Stunden Emissions-Lebensdauer im Vergleich zu 10 bis 100 Stunden bei den üblichen Glühkathoden. Auch sind bei Verwendung der Feldemission die erreichbaren Helligkeits- oder Stromdichten verhältnismassig hoch, so dass die erforderliche Zeit zur Erzeugung eines gegebenen Musters mit der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung eine Grössenordnung kürzer sein kann als bei einer üblichen Vorrichtung mit Glühkathode.

Zur weiteren Unterstützung bei der Aufrechterhaltung einer konstanten, hohen Strahlstrom dichte hat es sich bei Benutzung einer Feld-

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emissionsspitze als vorteilhaft erwiesen, die emittierende Spitze zu heizen. Dadurch werden Verunreinigungen ausgetrieben, die sonst die Emission verhindern oder vermehren und unkontrollierte und unerwünschte Abweichungen oder Schwankungen in der Strahlstromdichte verursachen. Daher ist eine Energieversorgung 62 vorgesehen , um elektrische Energie an die Heizvorrichtung für die emittierende Spitze 24 zu legen. In bevorzugter Ausführung wird die Spitze 24 einfach an einem Tragdraht 64 befestigt, und die Energiezuführung für die Spitzen-Heizvorrichtung leitet den Strom durch den Trag draht, um dessen Aufheizung auf die gewünschte Temperatur zu veranlassen. Es wurde festgestellt, dass die Konstanz und die Stromdichte erhöht werden können, in einem Bereich von etwa 300 Grad bis 800 Grad Celsius, wenn die Spitze aufgeheizt wird, vorzugsweise im Bereich von 500 Grad bis 600 Grad Celsius _t und höhere Temperaturen im wesentlichen eine Glühemission verursachen, und selbst die Aufheizung der Spitze im angegebenen Bereich eine bessere Konstanz bei hohen Stromdichten auf Kosten erhöhter Farbabweichung ergibt. Wegen der geringen, erhältlichen Fleckgrösse kann aber eine geringe Farbverschlechterung desselben zugelassen werden. Wenn eine noch kleinere Fleckgrösse gewünscht wird, kann eine elektrostatische oder magnetische Linse unter der Feldemissions-Kanone vorgesehen werden, um weitere Verkleinerung des Strahls vorzusehen für ein noch grösseres Auflösungsvermögen der Mikroherstellung.

Die Kammer 22 in der yorzugsweisen Ausführung ist mit dem Vakuum-Synchronisiersystem versehen, so dass die Fangelektrode 52 in die Vakuumkammer eingesetzt oder aus ihr herausgenommen werden kann, ohne die Innenseite der Vakuumkammer fern Atmosphären druck und · einer Verunreinigung auszusetzen, und ohne verlängerte

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Zeiten zum Abwärtspumpen in Kauf nehmen zu müssen. Dies schaltet die Hauptursache für Verunreinigung in derartigen Anordnungen aus und verringert den Zeitzyklus für die Fertigung von Fangelektroden-Objekten durch die Anordnung. Solche Synchronisie rungs systeme sind bereits bekannt.

Es ist schwierig, das Fangelektroden-Objekt auf dem X-Y-Tisch sehr genau unterzubringen, eine Schwierigkeit, die noch verstärkt wird aufgrund der Durchgangsöffnungen oder Sperreinrichtungen wie bereits erwähnt. Da die Anordnung auch im allgmeinen in einer Schritt- und Wiederholungs-Arbeitsweise verwendet wird, um Photomasken zu erzeugen, die eine Matrix mit darauf befindlichen kleineren Maskenmustern besitzt, die sehr genau mit Rücksicht aufeinander angebracht werden müssen, ist die Genauigkeit der Schritt und Wiederholungs-Arbeitsweise der Anordnung möglicherweise durch die Genauigkeit der Einstellung des X-Y-Tisches bei der Schritt und Wiederholungs-Arbeitsweise begrenzt. Es wurde festgestellt, daß eine wirksame Methode zur Beseitigung dieser letztgenannten Schwierigkeit darin besteht, einen Tisch zu benutzen, der leicht zu steuern ist innerhalb einer annehmbaren Genauigkeit und zusammen damit Messfühler für sehr genaue Ermittlung der wahren Lage des Tisches und zur Abgabe von Korrektursignalen an die X-Y-Strahlablenksignale zu verwenden, um den Strahl leicht in Übereinstimmung mit der wahren Lage des Tisches abzulenken. Auf diese Weise werden Korrektursignale erhalten zur Korrektur der Strahllage entsprechend der physikalischen JJngenauigkeit der befohlenen Tischlage. Diese Sig nale können über die Leitungen 66 und 68 gegeben werden und können mit den befohlenen Signalen der X-Y-Ablenkung vereinigt werden, um die gewünschte Korrektur zu erhalten.

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Zur genauen Ermittlung der wahren Tischlage, wie sie vorstehend beschrieben wurde, können verschiedene Vorrichtungen verwendet werden. Eine solche verwendete Vorrichtung ist ein Laser-Interferenzapparat, wie er jetzt im Handel erhältlich ist. Solch eine Vorrichtung kann benutzt werden, um die Tischlage während jeder normalen Tischbewegung genau zu ermitteln. Solche Vorrichtungen sind aber teuer und, da zwei Informationsachsen, nämlich X und Υ benötigt werden, müssen zwei solcher Interferenz app ar ate ver wendet werden, wodurch die Gesamtkosten der Anlage wesentlich erhöht werden.

Eine andere Möglichkeit genauer Prüfung der Tischlage kann durch Verwendung holographischer Phasengitter auf jeder Achse und Benutzung optischer Messfühler erhalten werden, um die Lage der festen Gitter gegenüber den beweglichen Gittern auf dem Tisch zu ermitteln. Ein solches System ist auch sehr genau und verhältnismässig billig. Obwohl in der bevorzugten Ausführung die Signale über die Leitungen 66 und 68, die die wahre Lage des Tisches anzeigen, benutzt werden, um Korrektursignale an den Strahlablenkspulen zu erzeugen, muss daruf hingewiesen werden, dass diese Signale auch der Tischkontroll vor richtung zugeführt werden können, je nach der Art des verwendeten Tisches, um so im wesentlichen den Tisch in die wahre, gewünschte Lage zu bringen. (Tische mit gleitenden Teilen usw. können dazu neigen, eine merkliche statische Reibung aufzuweisen, und dadurch die Hilfssteuerung extrem kleiner Tischfeewegungen zwecks Korrektur der Tischlage zu erschweren).

Nach Beschreibung der Elektronen-Kanone und der Haltevorrichtung wird nun die Gesamtanordnung unter Bezug auf Figur 2 beschrieben.

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Die grundlegende Steuerung für die Anlage wird von einem Digital-Computer 70 üblicher Bauart mit Programmsteuerung geliefert und die Eingabevorrichtung 72 liefert dem Computer die grundlegenden Daten für das zu erzeugende Muster. In der bevorzugten Ausführung wird ein Nova 800 Computer, hergestellt von der DATA General, Inc. , Southboro, Mass., verwendet. Die Eingabevorrichtung, ebenfalls in üblicher Ausführung, (einige dieser Art sind ebenfalls von der DATA General erhältlich) kann Lochkarten oder -bänder verwenden, oder Magnetbänder oder dergleichen, zur Speicherung der gewünschten Information, die in den Computer eingelesen werden soll, entweder vollständig vor Beginn der Mustererzeugung, oder allmählich während der Durchführung der Mustererzeugung, damit die erforderliche Speicherkapazität des Computers gering gehalten wird. Im allgemeinen wird eine punktweise Dateninformation für den Computer nicht vorgesehen werden, sondern stattdessen der Computer programmiert werden, um verschlüsselt und vereinfacht eingegebene Information zu entziffern, um die erforderlichen Ausgangssignale zu erzeugen. Beispielsweise kann ein Teilprogramm vorgesehen werden zur Steuerung des Elektronenstrahles, um eine rechtwinklige Fläche zu erzeugen, und solch Teilprogramm abgerufen werden durch eine Eingabe, oder als Ergebnis einer früheren, im Computer gespeicherten Eingabe, welche die X- und Y-Koordinaten für jede Ecke der rechtwinkligen Fläche identifiziert und die Ausführung des Teilpro gramms unter Benutzung der Koordinaten als Bezugsmerkmale anordnet. Auf diese Weise können verhältnismässig komplizierte Muster schnell und genau erzeugt werden unter Computerkontrolle, unter Verwendung der Computer-Eingabeinformation in verhältnismässig einfacher Form. (Es ist auch zu bemerken, dass der Elektronenstrahl beträchtlich entbündelt werden kann durch Änderung der Spit-

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zenspannung an der Emissionsspitze 24, so dass eine steuerbare, grössere StrahlfLeckabmessung an der Fangelektrodenfläche er reicht werden kann. Daher kann, als wahlweise Ausführung, der Digital-Computer auch ein Aus gangs signal erzeugen, um die Spannung an der Spitze so zu steuern, dass Linien gezogen werden können oder Flächen durch Benutzung einer vergrösserten Fleckabmessung ausgefüllt werden können. Eine grössere Fleckausdehnung bedeutet im allgemeinen eine geringere Strahlstromdichte, so dass eine geringere Abtastgeschwindigkeit im allgemeinen erforderlich ist, um das elektronenempfindliche Material in gleicher Weise zu belichten, wobei dies alles in einfacher Weise zu erreichen ist mit der Programmsteuerung des Digital-Computers. )

Die ersten Ausgänge des Digitalrechners, vorzugsweise in Bit-ParaL-lelanordnung dargestellt, sind schematisch in Figur 2 gezeigt, insbesondere eine X-Ablenksteuerung, eine Y-Ablenksteuerung, ein Ausblendsignal, und X-Tischsteuerung sowie Y-Tischsteuerung. Die X- und Y-Ablenksteuerung in bevorzugter Ausführung besteht aus 16 Bit-

Signalen, welche eine Auflösung von plus oder minus 1/2 von 2 oder annähernd plus oder minus 1/2 von 65 000 ergeben. Daher stellt jedes Bit für eine Abtastfläche in der Grosse von 0, 5 cm χ 0, 5 cm einen Strahlschritt von ungefähr 8 Mikrozentimeter dar, und liefert dadurch die gewünschte Auflösung und Genauigkeit der Strahllage.

Die X- und Y- digitalen Ablenksignale werden umgewandelt in ent sprechende Analog -Able nksignale durch die 16 Bit Digital-Ana-

logwandler 74 und 76_O Die Ausgänge der D- zu Α-Wandler sind an die Ablenkspulen durch die. Leitungen 40 und 42 angelegt, unter Hinzufügung der.X-Y-Tischl^gekorrektursignale auf Leitungen 66 und 68

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vermittels der summierenden Netzwerke 78 und 80, um eine Ablenkkorrektur entsprechend der genauen Stellung des X-Y-Tisches zu liefern. Die X- und Y-Analogablenksignale auf die Leitungen 40 und können ebenfalls mit einem Steuerkreis 82 einer Kathodenstrahlröhre gekoppelt werden, der seinerseits die X- und Y-Ablenkvorrichtung im Elektronenbild 84 im Einklang mit der X-Y-Abtastung des Elektronenstrahles auf der Auffangfläche antreibt.

Das Strahlausblenden wird durch einen Ausblendsignalerzeuger erreicht, der ein Ein-Bit-Signal aufnehmen kann, um ein EIN-AUS-Ausblendsignal auf Leitung 44 zu erzeugen. Der Computer liefert auch die X- und Y-Signale für die X-Y-Tischsteuerung durch Steuerorgane 88 und 90/ die mit dem X-Y-Tisch im Mustererzeuger gekoppelt sind. Die Art dieser letztgenannten Digitalsignale und der davon abgeleiteten Signale hängt ab von der besonderen Art der verwendeten X-Y-Tische, da jeder verhältnismässig genau und leicht steuerbare X-Y-Tisch gut zur Verwendung in dieser Anordnung geeignet ist, vaass er für 'die Verwendung in einer Vakuum-Umgebung geeignet ist. Schliesslich wird das Signal von der Vorrichtung 50, welches die Grosse der von der Fangelektrode ausgehenden Sekundäremission anzeigt, durch Leitung 60 zur Steuerung der Stromdichte der Kathodenstrahlröhre dem Steuerkreis 86 zugeführt, der die Strahlintensität in der Kathodenstrahlröhre 84 steuert, um den Kontrast für die Musterflächen zu schaffen. (Das Ausblendsignal braucht nicht direkt dem Elektronenbild zugeführt zu werden, da das Ausblenden vermittels eines Signals auf Leitung 60 wirksam abge-

der tastet wird, welches eine Abwesenheiten der Fangelektrodenfläche

emittierten Sekundärelektronen anzeigt.

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Bei der Herstellung von Masken entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es von Bedeutung, dass die Belichtungsdosierung für das belichtete Elektronen-Abdeckmittel gleichmässig ist über die gesamte Maskenfläche und auch von Maske zu Maske gleichmässig ist. Dies sichert nicht nur ein Höchstmass an Maskenerzeugung in Übereinstimmung mit der entsprechenden Belichtung des Elektronen-Abdeckmittels, Sondern weiterhin wiederholbare Linienbreiten und Randbestimmung, da übermässige Dosierung zu Sekundäreffekten führt, die eine bedeutsame Belichtung des Elektronen-Abdeckmittels über das beabsichtigte Strahlfeld hinaus ergeben. Ein Weg, auf dem dies erreicht werden kann, besteht darin, den BelichtungsStrahlstrom durch geeignete Steuerung des Elektronen-Aussenders (einer Feldemissions spitze in der vorliegenden Erfindung) konstant zu halten. Dies ist aber nicht leicht zu erreichen, da sich das Verhältnis des Belichtungs-Strahlstromes zum gesamten Strahlstrom mit der Zeit ändert, so dass das gewünschte Ergebnis nicht durch blosse Kon stanthaltung des Gesamtstrahlstromes erreicht werden kann. Dementsprechend besteht eine andere Annäherung darin, den Belichtungs Strahlstrom zu messen und den Elektronen-Aussender so zu steuern, dass der Gesamtstrahlstrom so geändert wird, als es nötig ist, den konstanten Belichtungstrahlstrom aufrecht zu erhalten. Dies ist aber nicht leicht zu erreichen, da die Feldemission-Spitze üblicherweise eine Spannung von etwa 10 000 Volt oder mehr hat mit Rücksicht auf die die Fangelektrode focus sie r enden Spulen usw., und ausserdem die Spannungsschwankungen, die an der Feldemissions-Spitze erforderlich sind, um dies Ergebnis zu erreichen, ausreichen, um Schwierigkeiten wegen der kapazitiven Kopplung zwischen der Spitze und anderen Bauteilen zu bereiten. Demgemäss wird in der vorliegenden Erfindung die Belichtungs do sie rung nicht durch Aufrechterhaltung eines konstanten Belichtungsstromes konstant gehalten, son-

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dem durch Konstanthaltung des Produktes aus der Strahlstrombelichtung und der Belichtungszeit.

Im folgenden wird zu Fig. 1 die Art der Ermittlung des Belichtungsstrahlstromes erläutert. Eine Szintillator-Lichtleiter-Photovervielfältiger-Kombination wird als Messfühler zum Erfassen der Sekundärelektronen benutzt, die von der Fangelektrode emittiert werden. (In der Maskenherstellung ist die Emission der Sekundärelektronen ebenso wie der zurückgestreuten Elektronen konstant über die gesamte Fläche, da die Dicke des Elektronen-Abdeckmittels gleichmassig ist über die ganze Maskenfläche, und daher über einen gleichmassigen Belag, wie Silikon, Chrom und dergleichen in Abhängigkeit von der erzeugten Maske verteilt ist. ) Dieser Detektor, der auch teilweise in Figur 4 dargestellt ist, besteht aus einem Kollektor 100 und einem Lichtleiter, gekoppelt mit einem Photo vervielfacher 104, der ein Photovervielfacher-Ausgangssignal auf Leitung 106 erzeugt. Der Umfang des Endes 108 des Lichtleiters 102 ist mit einer hohen Spannung vorgespannt, und die Endfläche 110 ist mit einem Szintillationsmaterial bedeckt, so dass Sekundärelektronen, die durch eine verhältnismässig niedrige Vorspann-Spannung am Kollektor 100 gesammelt sind, ausreichend beschleunigt werden, um auf das Szintillatormaterial mit einer ausreichenden Geschwindigkeit aufzuprallen, um eine Lichtemission hervorzurufen, die eine Intensität proportional zur Elektronen-Sammlungsgeschwindigkeit besitzt, welche im Fall der Photomaskenherstellung direkt proportional dem Belichtungsstrahlstrom ist. Auf diese Weise ist der Ausgang der Photovervielfacherröhre proportional zum Strahlstrom. Diese Szintillator-Lichtleiter-Photo vervielfacher-Anordnung ist im Abtast-Elektronenmikroskop der Coates and Welter Instrument Corporation, Sunnyvale, CaIi-

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fornia verwendet worden mit dem Endural Electron Detector dieser Firma als Szintillator.

Figur 5 stellt ein Blockdiagramm des Schaltkreises dar, der benutzt wird, um den Ausgang der Photove.rvielfacherröhre zu verarbeiten, damit das gewünschte Signal erzeugt wird zur Konstanthaltung des Strahlstromes. Der Ausgang einer Photovervielfacherröhre auf Leitung 106 wird umgewandelt und gepuffert durch den Verstärker A8, und gezählt durch Verstärker Al. Der Ausgang des Verstärkers Al ist mit dem positiven Eingang des Funktionsverstärkers A2 und mit dem negativen Eingang des Funktions verstärke rs A3 gekoppelt, der als Umwandlungsverstärker benutzt wird. Entsprechend der Eingabe zum positiven Eingang des Funktionsverstärkers A4 auf Leitung 108 liegt die Umkehrung der Eingabe zum Funktionsverstärker A2 auf Leitung 110; Die Ausgänge der Verstärker A4 und A2 sind über Widerstände Rl bzw. R2 mit der Basis der Transistoren Tl bzw. T2 gekoppelt. Die Emitter der Transistoren Tl und T2 sind über Widerstände R3 bzw. R 4 mit positiven und negativen Energiezuleitungen + Vs bzw. -Vs gekoppelt. Die Kollektoren der Transistoren Tl und T2 sind miteinander gegenüber liegenden Punkten einer Diodenbrücke verbunden, die durch Dioden Dl, D 2, D 3 und D 4 gebildet wird.

Die Arbeitsweise der Verstärker A4 und A2 zusammen mit den Transistoren Tl und T2 kann wie folgt dargestellt werden : Wenn die Ausgangsleistung des Photo vervielfache rs 104 sich erhöht, nimmt die Spannung auf Leitung 108 ab. Unter der Voraussetzung, dass die Verstärkung des Verstärkers A4 sehr gross ist, muss die negative Eingabe dafür auf Leitung 112 der Spannung auf Leitung 108 gleichen. Entsprechend 13=(VS - V112) · R3. Jedoch entspricht V112 der Ausgangsleistung einer Photovervielfacherröhre auf Leitung 106. Das

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Signal auf Leitung 106 ist aber nicht das einzige Signal, das auf den Eingang des Verstärkers Al gelegt wird. Insbesondere wird, zusätzlich zur Kopplung des Signals auf Leitung 107 durch einen einstellbaren Widerstand Pl und einen Reihenwiderstand R5, auch ein Signal von einer Bezugsspannung + VR über einen Widerstand R6 gekoppelt. (Ein Rückkopp lungs widerstand R7 ist ebenfals einbezogen zur Vervollständigung des Stromkreises für den Verstärker Al, wobei Rückkopplungs-Widerstände für die anderen Verstärker lediglich wegen der Erklärung und wegen der Übersichtlichkeit im Schaltkreis in der Schaltkreis-Zeichnung weggelassen sind. Die Widerstände R6 und Pl werden für die Zählung und zum Einstellen des geeigneten Vorspann-Niveaus für den Schaltkreis benutzt.

Es wird angenommen, dass die Ausgangsleistung einer Photovervielfältigerröhre ein positives Signal ist. (Ein negatives Signal kann leicht durch einen nicht dargestellten Umwandlungsverstärker umgewandelt werden ). Entsprechend kann die Ausgangsleistung der Photovervielfältigerröhre als Konstante (K) , multipliziert mit dem Belichtungsstrahlstrom leb ausgedrückt werden. Der Anschluss des Widerstandes R6 an eine Bezugs spannung VR liefert eine zusätzliche Signaleingabe Kl durch Verstärker Al. Dementsprechend kann die

Al
Gesamteingabe in den Verstärker »ausgedrückt werden als -K I , + Kl. Dasselbe Signal erscheint, wenn sich die Verstärkung ändert, auf Leitung 108 und kann ausgedrückt werden als -K I + K , die

u CD ο

neuen Konstanten geben die neue Zählung des Signals wieder. Wie zuvor, erscheint unter der Annahme, dass der Verstärker A4 einen hohen Verstärkungsfaktor besitzt, dasselbe Signal auf Leitung 112 als Spannung V112 . Demgemäss ergibt sich aus der Vereinigung dieser Gleichungen :

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X3 1	VS	- V	112	VS	K3	+	K	4Xeb
	R3		R3	R3		R3

Durch geeignete Wahl der Parameter kann erreicht werden, dass K3 gleich gross wird wie VS, dann ist' KI

^I= "^T

Dementsprechend kann der Strom I direkt proportional dem Beiichtungs Strahlstrom I gemacht werden. In ähnlicher Weise ist I. direkt proportional dem Belichtungs-Strahlstrom und im Idealfall, bei entsprechenden Komponenten ,sollte I gleich I sein.

zwischen

Leitung 114 ist mit der Verbindung »"den Dioden Dl und D3 gekoppelt, während die Leitung 116 mit der Verbindung 124 zwischen den Dioden D2 und D4 gekoppelt ist, und weiterhin mit Erde gekoppelt ist über einen Kondenstor Cl. Leitung 116 ist ebenfalls gekoppelt mit dem negativen Eingang des Funktionsverstärkers A5, dessen Ausgang mit Leitung 114 und über den Widerstand R8 mit einem Netzwerk gekoppelt ist, das den Widerstand 29 enthält, der zwischen Erde und den positiven Eingang des Verstärkers A5 gekoppelt ist, und eine Reihenkombination des Kondensators C2 und des Widerstandes RIO, ebenfalls gekoppelt zwischen Erde und den positiven Eingang 122 des Verstärkers A5. Der Verstärker A5 arbeitet als ein Schwellendetektor, der eine positive Ausgangsleistung auf hohem Niveau oder eine negative Ausgangsleistung auf hohem Niveau in Abhängigkeit vom unterschiedlichen Eingang in ihn liefert. Weiterhin sollte der Verstärker A5 ein Verstärker hoher Geschwindigkeit sein,

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besonders gekennzeichnet durch eine kurze Schaltzeit von hohen positiven und negativen Ausgängen zu ihrem Gegenteil.

Unter der Annahme, dass die Basisströme in den Transistoren Tl und T2 gering sind, ist der in die Verzweigung 118 fliessende Strom 13, und der in die Verbindung 120 fliessende Strom ist 14. Es sei für einen Augenblick angenommen, dass der Kondensator Cl eine genügende Ladung besitzt, so dass die Spannung auf Leimung 116 die Spannung auf Leitung 122 übertrifft. Dann wird der Ausgang des Verstärkers A5 auf Leitung 114 negativ sein und daurch die Verbindung 124 auf einer Spannung halten, die niedriger ist als die Spannung an den Verbindungen 118, 120 und'126. Dementsprechend wird die Diode Dl vorwärts vorgespannt und Diode D2 entgegengesetzt vorgespannt, so dass der Strom 13 durch die Diode Dl und Leitung 114 fliesst. Zur selben Zeit ist Diode D3 in entgegengesetzter Richtung vorgespannt. Strom 14 fliesst dementsprechend durch Diode D4 und ist daher bestrebt, den Kondensator Cl zu entladen und die Spannung auf Leitung 116 herabzusetzen. Wenn die Spannung auf Leitung 116 auf den Wert von Leitung 122 abnimmt, kehrt sich die unterschiedliche Eingabe in den Verstärker A5 um und Leitung 114 gelangt schnell auf eine hohe, positive Ausgangsleistung. Dies ändert die Spannung auf Leitung 122 auf einen positiven Zwischenwert, der durch die Widerstände R8, R9 und RIO mit dem leicht aufgeladenen Kondensator C2 bestimmt wird, so dass die Spannung auf Leitung 22 verhältn ismässig schnell einen höheren Wert erreicht, der durch die Widerstände R8 und R9 bestimmt wird. Wenn die Leitung 114 positiv schaltet, wird die Diode D3 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, so dass der Strom 14 hindurchgeht und Diode D4 in Rückwärts richtung vorgespannt wird. Zur selben Zeit wird die Diode Dl rückwärts vorge-

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spannt, so dass der Strom 13 durch die Diode D2 fliesst und den Kondensator Cl wieder auflädt, bis die Spannung auf Leitung 116 erhöht ist zur Diode der S^pnnung auf Leitung 122 ; zu dieser Zeit schaltet Leitung 114 wieder negativ. Es ist daraus ersichtlich, dass die Spannung auf Leitung 114 die Form einer Rechteckwelle hat, von der ein positiver Teil die Entladung des Kondensators Cl auf eine vorbestimmte negative Spannung bewirkt, und von der der negative Teil aus der Aufladung des Kondensators Cl von der vorbestimmten negativen Spannung auf eine vorbestimmte positive Spannung herrührt. Da das Maß· der Aufladung von 13 und 14 abhängt, die beide direkt proportional dem Belichtungs -Strahlstrom sind, folgt daraus, dass die Frequenz der Rechteckwelle, die auf Leitung 114 erscheint, direkt proportional dem Belichtungs-Strahlstrom ist.

Der Rest des Stromkreises aus Umkehrverstärker A5, Einzelschüssen OSl und OS 2, den UND-Gattern Nl, N2 und N3 sowie ODER-Gatter NORl umfasst eine Frequenzverdopplung und einen Betriebsschaltkreis. Im einzelnen wird der Anschluss 140 als ein grundsätzlicher Betriebsanschluss benutzt, um· ein Signal zur Ermöglichung des Belichtungsstrahlstromes entsprechend dem vorbeschriebenen Schaltkreis zu liefern, während Anschluss 142 als ein Eingang für eine feste Frequenz benutzt werden kann, der eine feste Ausgangsfre quenz auf Leitung 144 liefert, unabhängig von dem Belichtungs strahl strom. Wenn das Signal auf Leitung 140 im Hochzustand ist, ist der Ausgang des Verstärkers von A6 auf Leitung 146 im Niedrigzustand und setzt dadurch das UND-Gatter N 2 ausser Stand. Die Spannung auf Leitung 140 setzt UND-Gatter Nl in Stand, so dass die Umkehrung der Rechteckwelle , die auf Leitung 144 erscheint ,durch Leitung mit dem positiven Eingang des Einzelschusses OSl und dem negativen Eingang des Einzelschusses OS2 gekoppelt ist. Diese Einzel -

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Schüsse sind Einzelschuss- oder Monostabile Kippschaltungen, die mit OSl gekoppelt einen positiven Impuls auf die positiven Teile der Rechteckwelle auf Leitung 148 liefern, und OS2 liefert einen negativen Impuls auf den negativen Teil der Rechteckwelle, die auf Leitung 148 erscheint. Die Ausgänge der Einzelschüsse OSl und OS2 auf den Leitungen 150 bzw. 152 werden als Eingänge zum ODER Gatter NORl geliefert. Entsprechend hält der Ausgang des ODER-Gatters im Hochzustand den Ausgang des UND-Gatters N3 im Niedrigzustand_; bis einer der Eingänge zu den ODER-Gattern durch Impuls in den Hochzustand getrieben wird. Dementsprechend wird unter der Annahme, dass das UND-Gatter N3 das Signal ermöglicht hat, das auf Leitung 144 erscheint, der Ausgang auf Leitung

144 ein Impulszug sein mit einem Impuls für jeden positiven Spannungswechsel auf Leitung 114 und einem Impuls für jede negative. Spannungsänderung auf Leitung 114, wodurch er eine Frequenz oder Wiederholungszeit besitzt, die gleich zweimal derjenigen der Rechteckwelle auf Leitung 114 ist.

Als eine wahlweise Ausführung kann ein im Handel erhältlicher, spannungs gesteuerter Oszillator, z.B. Teledyne Philbrick VCO ^4705 verwendet werden anstelle des Schaltkreises der Figur 5.

In Figur 3 wird durch ein Blockdiagramm die Art, in der der Schaltkreis der Figur 5 benutzt wird, erläutert. In dieser Figur sind alle Elemente, die mit zwei einstelligen Zahlen bezeichnet sind, solche Elemente, die bereits bei Figur 2 erläutert sind, und daher nicht nochmals beschrieben werden, mit Ausnahme des Computers 70, der in der Darstellung der Figur 3 getrennt ist in einen Computer 70a und Speicher 70 b. In dieser Ausführung ist der Speicher Vorzugs-

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weise mit einer direkten Speicherzugriffs- oder Datenkanalzugriffsmöglichkeit versehen; d.h. dass der Speicherzugriff zu jeder Zeit vorgenommen werden kann statt durch die Computeruhr begrenzt zu sein. Andererseits soll der Computer 70a ständig die gespeicherte Information im Speicher 70 ergänzen, so dass sie zugänglich ist, wenn gefordert wird _f Information zu liefern hinsichtlich der Lage und der gewünschten Belichtungszeit sowie der Scharfeinstell-Information für den nächsten Punkt im Muster, das erzeugt wird.

Diese Ausführung kann folgendermassen betrieben werden :: Zuerst wird ein Computerprogramm abgeliefert, das eine Mehrzahl von Teilprogrammen enthält, welche bei Darstellung bestimmter Daten verwendet werden können, um die Punkt für Punkt Information mit Rücksicht auf Scharfeinstellung und Belichtungszeit zu erzeugen, um eine Fläche von vorbestimmter Form zu belichten. Zum Beispiel kann ein Teilprogramm Information bezüglich eines rechtwinkligen Weges auf der Grundlage einer bestimmten Minimalinformation betreffs Länge, Breite und Koordinaten einer Ecke des Weges geben, ein anderes Teilprogramm. Punkt für Punkt Information für kreisförmige Bereiche mit einem bestimmten Durchmesser und Koordinaten für deren Zentrum geben usw. Solch ein Programm würde für jede Maskenerzeugung benutzt werden,' mit Daten, die für jede einzelne Maske zum Gebrauch mit diesem Programm geliefert werden in Form fortlaufender Identifizierung der Lage und der Form des grundlegenden Bereiches zur Benutzung mit den Teilprogrammen, welche, wenn sie zusammengenommen werden, das gesamte, zu erzeugende Muster bestimmen. Da das Ausblenden nicht erforderlich ist, wenn von einem geometrischen Bereich zu einem anschliessenden geometrischen Bereich weitergegangen wird, kann das Ausblenden noch programmmässig bei solchem Weitergehen angewendet werden, so dass keine

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Steuerung erforderlich ist über die Fläche hinweg, die durch den Strahl abgetastet wird, wenn vom Endpunkt des einen geometrischen Bereichs zum Anfangspunkt eines anschliessenden Bereichs abgetastet wird. (Es wurde festgestellt, dass sehr empfindliches Ausblenden erreicht werden kann durch die Befestigung einer Öffnung 300 mit einer geerdeten Platte 302 und einer zweiten Steuerplatte 304 über den elektrostatischen Linsen. Ein negatives Ausblendsignal auf Leitung 306 wird bevorzugt, da dieses den Strahl von der Öffnung hinweg ablenkt mit geringerer Aussicht für den Strahl, jede der Platten daran zu hindern, vielleicht Verunreinigungen auszulösen. Dementsprechend beliefert der Computer für den ersten geometrischen Bereich, der durch den Elektronenstrahl gezeichnet ist, den Speicher 70 b mit Daten an den ersten wenigen, aufeinander folgenden Punkten, die belichtet werden müssen, z. B. X-Y-Koordinaten in Digitalform, eine Scharfeinstellsteuerung und eine Belichtungszählung. (Der Speicher ist daher nur ein Register oder Lager, um vorzugsweise auf Befehl Daten in Digitalform für jeden folgenden Punkt in dem zu erzeugenden Muster zu liefern. ) Die Information für den ersten Punktwird dann benutzt, um an die Scharfeinstellsteuerung 200 ein Signal zu liefern, um den Strahl zu focussieren oder steuerbar zu defocussieren, und so eine verhältnismässig breite oder schmale Linie abzutasten (die Zeichnung einer Blockfläche kann erreicht werden entweder durch einen scharfeingestellten Strahl, gesteuert in engen Schritten kurzer Dauer, um die Fläche abzutasten, oder durch einen nicht scharfeingestellten Strahl, der in grösseren Schritten in geringerem Maße fortschreitet zum Belichten des Bereichs). Für den ersten Punkt liefert der Speicher nicht nur die XY-Ablenksignale, z.B. Punktkoordinaten an die Ablenksteuerungen 74 und 76, sondern auch eine Belichtungszählung, um den Startzähler 204 einzustellen.

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Vor dem Stabilisieren der X- und Y-Ablenksignale^ wird ein Signal an den Ausblenderzeuger geliefert zwecks Ausblendung des Strahls, bis die Ablenkeinrichtung eingerichtet ist. Die Belichtung des ersten Punktes schreitet dann fort mit Schaltkreis 200, der eine Startfrequenz an den Zähler 204 liefert, die proportional ist zum Belichtungsstrahlstrom. Wenn der Startzähler 204 Null erreicht, wird ein Vorwärts signal auf Leitung 206 an den Speicher 70b gegeben, zwecks Datenlieferung für den nächsten Punkt, der belichtet werden soll, ferner an die Scharfeinstellsteuerung, an die Ablenksteuerung und an den Startzähler. Ausblenden ist nicht erforderlich zwischen aufeinanderfolgenden Punkten eines gegebenen geometrischen Bereiches, da das Teilprogramm die Zeichnung des Bereiches steuert, so dass der Strahl niemals über die Grenzen des vorgeschriebenen Bereichs fortschreitet.

Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass der Strahl sich schrittweise von Punkt zu Punkt bewegt, um den speziellen Bereich auszufüllen. In der Praxis können, zumindest für einen scharf eingestellten Strahl ,die Belichtungszeiten so gering sein wie eine einzelne Zählung vom Startzähler, wobei die Zeit, die für das Vorrücken des Strahles erforderlich ist, im wesentlichen mit der einzelnen Belichtungszeit verglichen wird. Daher liegt in diesem Falle die Strahlbewegung zwischen einer Punkt für Punkt Belichtung und einem gleichmassigen Durchlaufen einer vorbestimmten Linie entlang. Der Computer 70a wird.benutzt zur laufenden Ergänzung der Information im Speicher 70b, so dass die Daten am nächsten Punkt immer verfügbar sind^ wenn sie gebraucht werden. Wenn sich der Belichtungs-Strahlstrom verringert, wird das Ausmass, bis zu welchem der Startzähler tatsächlich zählt, durch die vorgegebene Zahl für jeden

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Punkt abnehmen, so dass das Produkt aus Belichtungs -Strahlstrom, und Belichtungszeit konstant bleibt. Schliesslich wird beim Fortschreiten zum nächsten geometrischen Bereich, der belichtet werden soll, unabhängig davon, ob sich dieser an den vorhergehenden Bereich anschliesst oder nicht, zuerst ein Aus blend signal geliefert zum Ausblenden des Belichtungs Strahles, ferner werden die Koordinaten für den nächsten Bereich an die X- und Y-Ablenksteuerungen gegeben, und das Scharfeinstell-Steuersignal wird an die Scharfeinstell-Steuerung geliefert. Nach einer vorbestimmten Zeit, die ausreicht, um die Anlaufzeit der verschiedenen Schaltkreise zu sichern, und die vom Computer gesteuert werden kann, wird das Ausblendsignal weggenommen und die Belichtung des nächsten Bereiches beginnt. Es ist ersichtliah, dass das Gesamtergebnis die genaue Punkt für Punkt Belichtung eines vorbestimmten Musters ist mit einer Gesamtbelichtung eines jeden Teils des Musters, die innerhalb ihrer Grenzen gesteuert werden , ohne Rücksicht auf alle normalen Änderungen im Belichtungs-Strahlstrom, mit dem Ergebnis, das ein hohes Maß an Genauigkeit und Wiederholbarkeit durch die vorliegende Erfindung erreicht werden kann auf einer immer verfügbaren Basis, obwohl die Charakteristik der Feldemissions spitze kurze und lange zeitliche Abweichungen zeigt oder eine ausgewechselte Spitze eine wesentlich andere Charakteristik aufweist. Die Schritt- und Wiederholungscharakteristiken werden bei der Vervollständigung eines Musters erreicht durch Wiederausblenden des Strahles, Vorrücken des X-Y-Tisches und der Computersteuerung, Verlegen des Strahles und Wiederholung der Mustererzeugung an der neuen Matrixstelle, um eine Matrix von Mustern zu schaffen, die charakteristisch sind für Masken, die für die Herstellung integrierter Schaltkreise benutzt werden.

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2A3H98

Vorsthend wurde eine Elektronenstrahl-Mustergeneratoranordnung unter Benutzung der Felderaissionsprinzipien beschrieben, die geeignet ist für den Betrieb mit Computersteuerung zur schnellen und genauen Belichtung der für Elektronen empfindlichen Oberfläche im gewünschten Muster. Die Anordnung' hat eine Reihe von Vorzügen gegenüber bekannten Anordnungen, die grössere Genauigkeit, grössere Geschwindigkeit und höhere Stromdichte im Strahl beinhalten ; daraus ergibt sich ein wirkungsvollerer, ertragreicherer und brauchbarerer Mustererzeuger.

Patentansprüche

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Claims (24)

1. .η. 243U98

   Patentansprüche

   Ι./Anordnung zum Gebrauch in einem. Elektronenstrahl-Mustergenerator, mit einer Tragvorrichtung für eine Fangelektrode, einem Elektronen-Emitter zum Aussenden von Elektronen im wesentlichen als Ergebnis einer Feldemission infolge der Anwesenheit eines starken elektrostatischen Feldes, einer Einrichtung, die die emittierende Vorrichtung einem starken elektrostatischen Feld aussetzt, um aus dieser eine Feldemission zu veranlassen und die Elektronen im allgemeinen in einem Strahl und in Richtung zur Fangelektrode zu beschleunigen, einer Einrichtung zum Scharfeinstellen des Strahles auf die Fangelektrode, Ablenkvorrichtungen für genaue Ablenkung des Strahles in steuerbarer Weise entsprechend Ablenk-Steuersignalen, und einer Aus handvorrichtung zum Ablenken des Strahles über das erwähnte, steuerbare Maß hinaus und in Richtung auf ein Strahlauffangteil zur Verhinderung des Aufpralls des Strahls auf die Fangelektrode als Reaktion auf ein elektrisches Ausblendsignal.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zur steuerbaren Erhitzung der emittierenden Vorrichtung.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer elektrostatischen Linse zur Focussierung.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einer elektromagnetischen Ablenkvorrichtung für die Ablenkung und Abblendung.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Auffang- und Detektorvorrich-

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   tung für Sekundär elektronen, die neben der Fläche der Fangelektrode angeordnet und vorgespannt ist zur Beschleunigung der Sekundärelektronen, die von der Fangelektrode emittiert sind zu der Sammel- und Detektor vorrichtung, und zur Lieferung eines elektrischen Signalausgangs entsprechend der Anzahl der aufgefangenen Sekundärelektronen.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Trage vorrichtung für die Fangelektrode, die die Fangelektrode in zwei im allgemeinen senkrechten Richtungen etwa senkrecht zum Strahl bewegt in Reaktion auf darauf angelegte Steuersignale.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6 mit einer Einrichtung zur genauen Ermittlung der Lage der Fängelektrode und Lieferung von Ausgangssignalen entsprechend dem Fehler zwischen der Lage der Fangelektrode und der Lage, die von denjenigen Steuersignalen angezeigt ist, die an die Tragvorrichtung für die Fangelektrode gelegt sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7 mit einer Einrichtung zum Vereinigen der Ausgangssignale der die Lage ermittelnden Einrichtung mit den Steuersignalen für die Ablenkung, um Steuersignale für die Ablenkung zu liefern, die in Übereinstimmung mit dem Fehler geändert sind.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 5 mit einer Kathodenstrahlröhre, die mit der Sammel- und Ablenkvorrichtung und den Steuersignalen für jede Ablenkvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Kathodenstrahlröhre veranlasst werden kann, ein EIe ktr onenstr ahlmuste r, das auf der Fangelektrode erzeugt ist,- abzubilden

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   SO9337/QSS3

   ar -
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1, mit Messfühlern, die ein Signal lie fern entsprechend dem auf die Fangelektrode auftreffenden Strahl strom, und mit einer Steuerungsvorrichtung, die mit den Messfühlern gekoppelt ist, um die Strahllage vorzurücken durch Steuerung der Ablenkvorrichtung in einer Weise, die dem Aufprall des Strahlstroms auf die Fangelektrode entspricht.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, mit einer Steuereinrichtung zum Vorrücken der Strahllage in einem Maße, das im wesenitlichen proportional ist zum Strahlstrom.

    I^ α _A ,ι·. . . Wahrnehm vor
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, mit einer VFichtung, die eine

    Photovervielfältigerröhre zum Auffangen und Wahrnehmen der Sekundärelektronen enthält, die von der Fangelektrode emittiert sind.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 12 mit einer Steuereinrichtung, die einen Oszillator enthält und auf die Ausgabe des Photovervielfältigers zwecks Lieferung einer Ausgangsfrequenz reagiert, die im wesentlichen proportional ist zum Strahlstrom.
14. 14. Anordnung nach Anspruch 13_# mit einer Steuereinrichtung, die eine Speichervorrichtung und eine Zählvorrichtung enthält, und die Speichervorrichtung mit der Ablenkeinrichtung gekoppelt ist und Steuerungsinformation für die nächste gewünschte Strahllage speichert, die Zählvorrichtung mit dem Ausgang der Photovervielfältigerröhre und der Speichervorrichtung gekoppelt ist und eine Vorrichtung darstellt, die ein Vorwärts-Signal an die Speichervorrichtung auf eine rückstellbare Zählung liefert, die Speichervorrichtung ausserdem eine Vorrichtung zur Ausgabe einer Steuerungsinformation an die Ablenkvor-

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    richtung ist und die Zählvorrichtung zurückstellt nach Auftreten des Vorwärts -Signals.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 1 mit einer Ausblendvorrichtung, die eine Öffnung zwischen der Elektronen emittierenden Vorrichtung und der Scharfeinstellvorrichtung enthält, und mit einer Ausblend-Steuervorrichtung am Strahl und zwischen der Elektronen-emittierenden Vorrichtung und der Öffnung, wobei die Ausblendsteuerung eine Vorrichtung zum Ablenken des Strahles von der Öffnung ist, die durch die Öffnung bestimmt ist infolge Steuerung der Spannung an der Ausblendsteue rungs vorrichtung.
16. 16. Anordnung zur Verwendung in einem Elektronenstrahl-Mustergenerator mit einer Trage vorrichtung für eine Fangelektrode, mit einer Vorrichtung zum Emittieren von Elektronen und zum Richten der Elektronen in einem Strahl gegen die Fangelektrode, mit einer Ablenkvorrichtung zum Ablenken des Strahles entsprechend Ablenk-Steuersignalen, mit einer Steuervorrichtung zur Lieferung von Ablenksteuersignalen an die Ablenkvorrichtung, und mit Messfühlern zum Wahrnehmen des Strahlstromes, der auf die Fangelektrode auftrifft, wobei die Wahrnehmungsvorrichtung mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist und dahin wirkt, die Strahllage in einem Maße vorzurücken, die vom Strahlstrom abhängt.
17. 17. Anordnung nach Anspruch 16, mit einer Wahrnehmungs vorrichtung, die eine Photo vervielfältiger-Röhre enthält, welche Sekundär elektronen wahrnimmt, die von der Fangelektrode emittiert werden.
18. 18. Anordnung nach Anspruch 16, mit einer Steuervorrichtung, die ei-

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    nen Speicher für die Speicherung in Digitalform der Koordinaten für zumindest erste und zweite aufeinanderfolgende Strahllagen enthält und auf ein Vorwärts signal anspricht, um seine Ausgabe von den Koordinaten der ersten Strahllage zur zweiten Strahllage vorzurücken, wobei die Ausgabe des Speichers mit der Ablenkvorrichtung gekoppelt ist und diese steuert, die Steuervorrichtung weiterhin einen Oszillator und eine Zählvorrichtung enthält, der Oszillator mit den Messfühlern und der Zählvorrichtung gekoppelt ist und ein Signal an die Zählvorrichtung liefert, das eine Frequenz hat, die vom Strahlstrom abhängt, die Zählvorrichtung mit dem Speicher gekoppelt ist und das Vorwärts signal gibt beim Auftreten einer vor eingestellten Zählung.
19. 19. Anordnung nach Anspruch 16, mit einer Strahlfocus sie rung, wobei die Steuervorrichtung mit der Focussierung gekoppelt ist, um die Scharfeinstellung des Strahles zu steuern im Zusammenwirken mit der Steuerung der Ablenksteuersignale.
20. Anordnung nach Anspruch 19, mit einer Öffnung zwischen dem Elektronen-Emitter und der Focus sie r vor richtung, und einer an den Strahl angrenzenden Ausblendvorrichtung zwischen dem Elektronen-Emitter und der Öffnung, wobei die Ausblendvorrichtung auf ein Ausblendsignal anspricht, um den Strahl von der Öffnung hinweg abzulenken.
21. 21. Verfahren zur Steuerung der Belichtung einer Fangelektrode in einem Elektronenstrahl-Muster er zeuger, gekennzeichnet durch die Schritte :

    a) Richten eines Elektronen Strahles auf eine Fangelektrode

    b) Wahrnehmen des Stromes im Strahl, der auf die Fangelektrode auftrifft, und

    c) Vorrücken des Strahles in einem Maße, das vom Strahlstrom abhängt

    509837/0S53 " ³⁸ "
22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt b vervollständigt ist durch Wahrnehmen der von der Fangelektrode emittierten Elektronen.
23. 23. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Strahl in einem Maße vorgerückt wird, das im wesentlichen proportional ist zum Strahlstrom.
24. 24. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der Schritt c ein Vorrücken des Strahles im Punkt für Punkt-Verfahren einschliesst in einem Maße, das vom Strahlstrom, und der Scharfeinstellung abhängt, und die Scharfeinstellung in jedem Punkt gesteuert wird.

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