DE2704441A1 - DEVICE AND METHOD FOR IRRADIATING A WORKPIECE SURFACE - Google Patents

DEVICE AND METHOD FOR IRRADIATING A WORKPIECE SURFACE

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DE2704441A1
DE2704441A1 DE19772704441 DE2704441A DE2704441A1 DE 2704441 A1 DE2704441 A1 DE 2704441A1 DE 19772704441 DE19772704441 DE 19772704441 DE 2704441 A DE2704441 A DE 2704441A DE 2704441 A1 DE2704441 A1 DE 2704441A1
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workpiece surface
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Robert Jacob Collier
Michael George Robert Thomson
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AT&T Corp
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Western Electric Co Inc
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Description

BLUMBACH . WESER . BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHMBLUMBACH. WESER. BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ^ ■ * ·PATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADEN ^ ■ * ·

5"5 "

Patenlconsull RadedcestraOe 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telelon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme PalenlconsullPatenlconsull RadedcestraOe 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegrams Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telelon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegrams Palenlconsull

Western Electric CompanyWestern Electric Company

Incorporated
New York, N.Y. 10007, USA Collier, R. J. 14-1
Incorporated
New York, NY 10007, USA Collier, RJ 14-1

Vorrichtung und Verfahren zur Bestrahlung einer WerkstückflächeDevice and method for irradiating a workpiece surface

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestrahlung einer Werkstückfläche mit einer ersten Einrichtung, die einen Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über die Fläche führt.The invention relates to a device and a method for irradiation a workpiece surface having first means for scanning a beam sequentially through a plurality of address positions leads across the area.

In der US-Patentschrift 3.900.737 ist ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem (EBES = Electron Beam Exposure System) zur Erzeugung von sehr feinen Masken hoher Qualität für integrierte Schaltungen beschrieben. Mit Hilfe dieses Systems können Muster auch direkt auf lackbeschichtete Halbleiterplättchen belichtet werden. Bei diesem System wi rd ein kontinuierliches Durchlaufen der Maske oder des Halbleiter plättchens mit einer periodischen Ablenkung des Elektronenstrahls nach Art einer Rasterabtastung kombiniert.In US Pat. No. 3,900,737, an electron beam exposure system (EBES = Electron Beam Exposure System) is used to generate very fine, high quality masks for integrated circuits. With the help of this system, samples can also be directly applied to varnish-coated Semiconductor wafers are exposed. In this system, a continuous passage through the mask or the semiconductor wafer combined with a periodic deflection of the electron beam in the manner of a raster scan.

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München: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. phil. nat. Wiesbaden: P.C. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. D'.jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.Munich: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Or. Phil. nat. Wiesbaden: P.C. Blumbach Dipl.-Ing. · P.Bergen Dipl.-Ing. D'.jur. . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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Für das Verfahren nach dem vorstehend beschriebenen System ist es erforderlich, daß ein von einer Kathode emittierter Elektronenstrahl zu einem kleiner als ein Mikrometer großem Fleck auf eine elektronenempfindliche Abdeckschicht fokusäert wird. In der Praxis entspricht der Durchmesser des Flecks außerdem der Adressenabmessung des Systems. Bei einem speziellen praktischen Ausführungsbeispiel von EBES wird der Elektronenstrahl auf einen Fleck von 0, 5 Mikrometer (μηα) im Durchmesser auf die Abdeckschicht fokussiert und bei seiner rasterartigen Abtastbewegung über einen Bereich der Schicht ein- und ausgeschaltet. Jede Abtastzeile des Rasters besitzt eine Breite von einer Adressendimension und eine Länge von 256 Adressendimensionen. Ein solches System erfüllt wichtige Forderungen für Geräte mittlerer Auflösung (Linienbreiten von etwa 2 pm mit einer Auflösung von 0, 5 /im), zeigt aber nicht die äußersten Grenzen für die Möglichkeiten von EBES.The method according to the system described above requires that an electron beam emitted from a cathode to a spot smaller than a micrometer on an electron-sensitive one Cover layer is focused. In practice, the diameter of the spot also corresponds to the address dimension of the system. In a special practical embodiment of EBES, the electron beam is on a spot of 0.5 micrometers (μηα) in diameter focused on the cover layer and switched on and off during its raster-like scanning movement over an area of the layer. Each scan line of the raster is one address dimension wide and 256 address dimensions long. One such System fulfills important requirements for devices of medium resolution (line widths of about 2 pm with a resolution of 0.5 / im), shows but not the extreme limits of the possibilities of EBES.

Es sind zahlreiche Abänderungen von EBES möglich, um es an den zunehmenden Bedarf nach Bauteilen mit noch kleineren Strukturen anzupassen. Wenn man beispielsweise Strukturen mit Minimalabmessungen von 1/im bei einer Auflösung von 0, 25 μπι schreiben will, und zwar unter Verwendung der in der oben genannten US-Patentschrift beschriebenenNumerous modifications to EBES are possible to adapt to the increasing demand for components with even smaller structures. For example, if you want to write structures with minimum dimensions of 1 / im at a resolution of 0.25 μπι, namely under Use of those described in the aforementioned U.S. patent

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EBES-Abtastung, so kann man einen Elektronenstrahlfleck mit einem Durchmesser von 0, 25 ^m benutzen. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die zur Belichtung eines gegebenen Bereichs erforderliche Zeit zunimmt, und zwar bei dem Beispiel um den Faktor 4. Für viele Anwendungsmöglichkeiten von praktischer Bedeutung ist dieser Nachteil nicht akzeptabel.EBES scanning so you can spot an electron beam with a Use a diameter of 0.25 m. However, this has the disadvantage that the time required to expose a given area increases, in the example by a factor of 4. For many applications of practical importance, this disadvantage is unacceptable.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Bestrahlungsvorrichtung und -verfahren zu schaffen, bei dem der erläuterte Nachteil nicht oder nur in geringerem Maße auftritt.The invention aims to provide an irradiation device and method to create, in which the explained disadvantage does not occur or occurs only to a lesser extent.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung der eingangs genannten Art und ist gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung, die abhängig von einem Steuersignal die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen beim Führen des Strahles verändert.To achieve the object, the invention is based on a device of the type mentioned and is characterized by a second device which, depending on a control signal, the expansion of the Beam changed at the address positions when guiding the beam.

Dabei kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die erste Einrichtung den Strahl rasterartig über die Fläche führt und daß die zweite Einrichtung die Ausdehnung des Strahles abhängig von dem Steuersignal rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert.It can be provided according to a further development of the invention, that the first device guides the beam in a grid pattern over the surface and that the second device depends on the extent of the beam changed by the control signal perpendicular to the scanning direction.

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Außerdem besteht die Möglichkeit, daß in Weiterbildung der Erfindung die zweite Einrichtung eine Einrichtung aufweist, die dem Strahl eine vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, ferner eine Lochblende, die so angeordnet ist, daß sie denjenigen Teil des Strahles mit der vorbestimmten Querschnittsfläche durchläßt, welcher das Loch der Blende überdeckt, und eine Einrichtung, die den Strahl mit der vorbestimmten Querschnittsfläche zur Änderung seiner Ausrichtung mit Bezug auf die Lochblende in Abhängigkeit von dem Steuersignal ablenkt, um die Ausdehnung des Strahles zu verändern.In addition, there is the possibility that, in a further development of the invention, the second device has a device which gives the beam a predetermined cross-sectional area, and also a pinhole which is arranged so that it lets through that part of the beam with the predetermined cross-sectional area which the hole of the Diaphragm covers, and means for deflecting the beam with the predetermined cross-sectional area for changing its orientation with respect to the pinhole in dependence on the control signal in order to change the extent of the beam.

Außerdem besteht die Möglichkeit, daß die Einrichtung, die dem Strahl die vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, eine Lochblende aufweist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Lochblende im Bereich ihrer Aussparung gleichmäßig mit dem Strahl auszuleuchten. Darüberhinaus kann eine Einrichtung zur Bündelung des durch die erstgenannte Lochblende durchgelassenen Strahls und zur Fokussierung auf die Werkstückfläche vorgesehen sein. Die Ablenkeinrichtung läßt sich so auslegen, daß der Strahl abhängig von dem Steuersignal in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen ablenkbar ist.There is also the possibility that the device which gives the beam the predetermined cross-sectional area has a pinhole, and that a device is provided to illuminate the pinhole evenly with the beam in the region of its recess. In addition, a device can be provided for bundling the beam passed through the first-mentioned aperture and for focusing on the workpiece surface. The deflection device can be designed in such a way that the beam can be deflected in two directions at right angles to one another as a function of the control signal.

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Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Austastung des Strahls abhängig von einem Steuersignal, um sein Auftreffen auf die Werkstückfläche zu verhindern.A further development of the invention is characterized by a device for blanking the beam as a function of a control signal in order to prevent it from hitting the workpiece surface.

Außerdem kann die Ablenkeinrichtung den Strahl in Abhängigkeit von dem Steuersignal soweit ablenken, daß der Strahl mit seiner Querschnittsfläche die erstgenannte Lochblende im Bereich ihrer Aussparung nicht mehr überdeckt, so daß damit verhindert ist, daß der Strahl auf die Werkstückfläche auftrifft.In addition, the deflector can adjust the beam depending on the Deflect the control signal to such an extent that the beam with its cross-sectional area no longer touches the first-mentioned pinhole in the area of its recess covered, so that it is prevented that the beam strikes the workpiece surface.

Die Erfindung sieht zur Lösung der Aufgabe außerdem ein Verfahren zur Bestrahlung einer Werkstückfläche vor, bei dem ein Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über eine Fläche geführt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen beim Führen des Strahles selektiv geändert wird. Dabei kann nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß der Strahl rasterartig über die Fläche geführt wird, daß die Ausdehnung des Strahles rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert wird und daß der Strahl beim Abtasten in seiner Intensität moduliert wird.The invention also provides a method for solving the problem Irradiation of a workpiece surface before, in which a beam while sequentially passing through a plurality of address positions scanned over a Area is guided and which is characterized in that the expansion of the beam at the address positions while guiding the beam is selective will be changed. It can be provided according to a further development of the invention that the beam is guided in a grid-like manner over the surface that the extent of the beam changed at right angles to the scanning direction and that the beam is modulated in its intensity during scanning.

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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen:The invention is described in more detail below with reference to the drawings will. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektro-Fig. 1 is a schematic representation of an electrical

nenstrahlsäule zur Erzielung einer Rasterabtastung mit variabler Fleckgrößernenstrahlsäule to achieve a raster scan with variable spot size

Fig. 2 und 3 die geometrischen Abmessungen von zweiFigures 2 and 3 show the geometrical dimensions of two

Öffnungen, die in der Vorrichtung nach Fig. 1 benutzt werden können;Openings that can be used in the device of Figure 1;

Fig. 4 bis 11 überlagerte Darstellungen der Öffnungen gemäß4 to 11 superimposed representations of the openings according to

Fig. 2 und 3, die das Ergebnis bei der Ablenkung des Bildes der Öffnung gemäß Fig. 2 mit Bezug auf die Öffnung gemäß Fig. 3 darstellen;Figs. 2 and 3, the result of the deflection of the image of the opening according to Fig. 2 with reference to represent the opening of Figure 3;

Fig. 12 einen Abschnitt eines Musters, der mit HilfeFig. 12 shows a portion of a pattern made with the aid of

der Säule nach Fig. 1 bei Ausstattung mit den Öffnungen gemäß Fig. 2 und 3 geschrieben worden ist;the column according to FIG. 1 when equipped with the openings according to FIGS. 2 and 3 have been written is;

Fig. 13 und 14 die geometrischen Abmessungen von zwei weite13 and 14 the geometrical dimensions of two wide

ren Öffnungen, die bei der Vorrichtung nach Fig. 1 benutzt werden können;Ren openings that can be used in the device of Figure 1;

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Fig. 15 einen Teil eines speziellen Musters, das mitFig. 15 shows part of a special pattern associated with

der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei Ausstattung mit den Öffnungen gemäß Fig. 13 und 14 geschrieben worden ist.of the device according to FIG. 1 when equipped with the openings according to FIGS. 13 and 14 has been.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur steuerbaren Bewegung eines Elektronenstrahlflecks variabler Größe zu jeder angegebenen Position auf der Oberfläche einer Elektronenstrahl-Abdeckschicht 10 auf einem Substrat 12 dargestellt. Das Substrat 12 ist auf einem in x- und y-Richtung bewegbaren Tisch 16 bekannter Art befestigt.In Fig. 1 is a device for controllable movement of an electron beam spot of variable size at each specified position on the surface of an electron beam cover layer 10 on a substrate 12. The substrate 12 is fastened on a table 16 of known type which can be moved in the x and y directions.

Es sind zahlreiche positive und negative Elektronenstrahl-Abdeckmaterialien bekannt, die für die Schicht 10 verwendet werden können. Durch selektives Führen des Elektronenstrahlflecks über die Oberfläche der Abdeckschicht 10 auf sehr genaue und schnelle Weise besteht die Möglichkeit, Masken für integrierte Schaltungen herzustellen oder direkt auf einem beschichteten Siliciumplättchen zu schreiben, um außerordentlich kleine und genaue sowie billige integrierte Schaltungen herzustellen. Geeignete Abdeckmaterialien zur Verwendung für die Schicht 10 sind beispielsweise in einem zweiteiligen Aufsatz von L. F. Thompson "Design of Polymer Resists forThere are numerous positive and negative electron beam masking materials known that can be used for the layer 10. By selectively guiding the electron beam spot over the surface of the cover layer 10 in a very precise and fast manner there is the possibility of producing masks for integrated circuits or directly on a coated one Writing silicon wafers to make extremely small, accurate and inexpensive integrated circuits. Suitable covering materials for use for layer 10 are, for example, in a two-part article by L. F. Thompson "Design of Polymer Resists for

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_*. 270U41_ *. 270U41

Electron Lithography" in Solid State Technology, July 1974, Seiten 27 - 30 bzw. August 1974, Seiten 41 - 4G beschrieben.Electron Lithography "in Solid State Technology, July 1974, pp 27-30 and August 1974, pages 41-4G.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 läßt sich als aus zwei Hauptbestandteilen bestehend auffassen. Der eine Hauptbestandteil ist eine Elektronenstrahlsäule, die nachfolgend genauer beschrieben werden soll und gekennzeichnet ist durch Möglichkeiten zur sehr genauen und schnellen Ablenkung sowie Austastung ähnlich der in der US-Patentschrift 3. 801. 792 beschriebenen Säule. Zusätzlich besitzt jedoch die dargestellte Säule die Möglichkeit zur Abtastung mit einem Elektronenstrahlfleck variabler Größe.The device according to FIG. 1 can be composed of two main components to be understood as consisting. The one main component is an electron beam column, which is to be described in more detail below and is characterized by possibilities for very precise and quick distraction as well Blanking similar to that described in U.S. Patent 3,801,792 Pillar. In addition, however, the column shown has the possibility of scanning with an electron beam spot of variable size.

Der andere Hauptbestandteil der Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt die Steueranordnung 14. Diese kann beispielsweise von der in der US-Patentschrift 3. 900. 737 beschriebenen Art sein. Die Steueranordnung 14 liefert elektrische Signale an die Säule, um das Abtasten und Austasten des Elektronenstrahls systematisch zu steuern. Darüberhinaus liefert die Anordnung 14 Steuersignale an den x-y-Tisch 16, um die Werkstückoberfläche 10 während der Elektronenetrahl-Abtastoperation auf die in der letztgenannten US-Patentschrift beschriebene Weise zu bewegen.The other major component of the apparatus of FIG. 1 comprises the Control arrangement 14. This can, for example, from that in US Pat 3. 900.737 described type. The control assembly 14 provides electrical signals to the column to facilitate scanning and blanking to control the electron beam systematically. In addition, supplies the assembly 14 control signals to the x-y table 16 to scan the workpiece surface 10 during the electron beam scanning operation in the manner described in the latter US patent.

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Die Säule gemäß Fig. 1 besitzt eine Elektronenquelle 22 (beispielsweise einen Wolframdraht), ein Gitter 24 und eine Beschleunigungsanode 26 in Form einer zylindrischen Metallkappe mit einer zentralen Öffnung in ihrer ebenen Bodenfläche. Die Metallkappe wird auf Erdpotential gehalten. In diesem Fall liegt die Quelle 22 auf einem verhältnismäßig hohen negativen Potential (beispielsweise von 10 kV unterhalb Erdpotential). The column according to FIG. 1 has an electron source 22 (for example a tungsten wire), a grid 24 and an accelerating anode 26 in the form of a cylindrical metal cap with a central opening in their flat floor area. The metal cap is kept at ground potential. In this case the source 22 is on a relative basis high negative potential (for example 10 kV below ground potential).

Die Anfangsbahnen der von der Quelle 22 gelieferten Elektronen sind in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellt. In der Nähe der Öffnung in der Anode 26 verlaufen diese Bahnen durch einen Kreuzungsoder Quellenprojektionspunkt 28, der beispielsweise einen Durchmesser von 35 um hat. Danach divergieren und konvergieren die Elektronenstrahlwege abwechselnd, wenn sidi die Elektronen entlang der Längsachse 30 in Richtung auf die Werkstückfläche 10 bewegen. Die aufeinanderfolgenden Kreuzungs- oder Bildpunkte 28 sind in Fig. 1 durch Punkte 32, 34, 36 und 38 auf der Achse 30 dargestellt.The initial trajectories of the electrons supplied by the source 22 are in of the drawing represented by dashed lines. In the vicinity of the opening in the anode 26, these trajectories run through an intersection or source projection point 28 which, for example, has a diameter of 35 µm has. Then the electron beam paths diverge and converge alternately when the electrons are along the longitudinal axis Move 30 in the direction of the workpiece surface 10. The successive Crossing points or image points 28 are represented in FIG. 1 by points 32, 34, 36 and 38 on axis 30.

Die Säule in Fig. 1 weist fakultativ Spulen 40 auf, mit deren Hilfe die vom Quellenpunkt 28 ausgehenden Elektronenbahnen exakt mit BezugThe column in Fig. 1 optionally has coils 40, with the help of which the electron trajectories emanating from source point 28 exactly with reference

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auf die Längsachse 30 zentriert werden können. Anschließend wird der Elektronenstrahl auf eine Platte oder Lochblende 42 gerichtet, die eine genau geformte Öffnung 44 besitzt. Der Strahl ist so ausgebildet, daß er die volle Ausdehnung der Öffnung oder Aussparung 44 in der Lochblende 42 gleichmäßig ausleuchtet und unmittelbar hinter der Lochblende 42 mit einer Querschnittsfläche erscheint, die genau der Form der Öffnung 44 entspricht.can be centered on the longitudinal axis 30. Then the Electron beam directed onto a plate or aperture 42 which has a precisely shaped opening 44. The beam is designed so that it evenly illuminates the full extent of the opening or recess 44 in the aperture plate 42 and immediately behind the aperture plate 42 appears with a cross-sectional area that exactly matches the shape of the opening 44 corresponds.

Eine Aufsicht für eine geometrische Form der Öffnung 44 in der Lochblende 42 ist in Fig. 2 gezeigt. Beispielsweise besteht die Lochblende 42 aus einer Molypdänscheibe, in der die Öffnung 44 auf hochpräzise Weise hergestellt ist, beispielsweise mit Hilfe bekannter Fräsverfahren unter Verwendung von Lasern.A plan view of a geometric shape of the opening 44 in the pinhole 42 is shown in FIG. For example, the perforated diaphragm 42 consists of a Molypdän disc, in which the opening 44 is highly precise Way is made, for example with the aid of known milling processes using lasers.

Die gestrichelten Linien innerhalb der Öffnung 44 in Fig. 2 dienen lediglich der nachfolgenden Erläuterung. In Wirklichkeit stellt die Öffnung eine einzige kontinuierliche Öffnung mit geraden Kanten dar, die durch die ausgezogenen geraden Linien angegeben v.'erden. Zur Erläuterung kann die Öffnung 44 als aus sechs quadratischen Abschnitten Ml bis M6 zusammengesetzt angesehen werden, die je durch eine oder mehrereThe dashed lines within opening 44 in FIG. 2 are for purposes only the following explanation. In reality the opening is a single continuous opening with straight edges going through the solid straight lines indicated v.'erden. For explanation, the opening 44 can be made up of six square sections Ml to M6 can be viewed as composed, each by one or more

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ausgezogene gerade Linien und eine oder mehrere gestrichelte gerade Linien definiert werden. Jedes der Quadrate Ml bis M6 kann eine Kantenlänge von 100 pm besitzen. Wenn die Lochblende gemäß Fig. 2 in der Säule nach Fig. 1 angebracht ist, so steht die Längsachse 30 der Säule senkrecht auf der Lochblende und führt durch den Mittelpunkt des Quadrates M3 in Fig . 2.solid straight lines and one or more dashed straight lines Lines are defined. Each of the squares Ml to M6 can have an edge length of 100 μm. If the pinhole according to FIG. 2 in the Column according to Fig. 1 is attached, the longitudinal axis 30 of the column is perpendicular to the aperture and passes through the center of the square M3 in Fig. 2.

Wie oben angegeben, wird der Querschnitt des durch die Lochblende 42 führenden Elektronenstrahls durch die Geometrie der Öffnung 44 bestimmt. Der Strahl durchläuft dann eine elektromagnetische Linse 46 üblicher Art (beispielsweise eine Ringspule mit Polstücken aus Eisen), die die Öffnung 44 auf eine zweite Maskierplatte oder Lochblende 48 abbildet. Die Lochblende 48 enthält eine genau geformte Öffnung 52. Die Lochblende 48 ist beispielsweise in der elektromagnetischen Linse 49 angeordnet und einstückig mit dieser ausgebildet. Die Linse 49 ist nicht vorgesehen, um die Querschnittsform des Elektronenstrahls unmittelbar hinter der Lochblende 48 zu vergrößern oder zu bündeln. Vielmehr dient die Linse 49 in Kombination mit der unmittelbar folgenden Linse, die später beschrieben werden soll, dazu, die Übertragung von Elektronen durch die Säule auf ein Maximum zu bringen. Zusammen mit der nächstfolgenden Linse bildetAs indicated above, the cross section of the through the aperture 42 leading electron beam determined by the geometry of the opening 44. The beam then passes through an electromagnetic lens 46 of a conventional type (for example a toroidal coil with pole pieces made of iron), which images the opening 44 onto a second masking plate or aperture plate 48. The pinhole 48 contains a precisely shaped opening 52. The aperture plate 48 is arranged, for example, in the electromagnetic lens 49 and is in one piece trained with this. The lens 49 is not provided to the cross-sectional shape of the electron beam immediately behind the pinhole 48 to enlarge or bundle. Rather, the lens 49 is used in combination with the immediately following lens, which will be described later to maximize the transfer of electrons through the column. Forms together with the next lens

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die Linse 49 den Kreuzungspunkt 28 auf die Mitte einer Strahlbegrenzungsöffnung 59 ab.the lens 49 crosses the point of intersection 28 to the center of a beam limiting opening 59 from.

Eine vorgegebene Ruheausrichtung des Bildes der Öffnung 44 auf der Lochblende 48 wird durch Ausrichtspulen 51 in der Säule sichergestellt. A predetermined rest orientation of the image of the opening 44 on the Orifice plate 48 is secured by alignment coils 51 in the column.

Die Lage des Bildes der ausgeleuchteten Öffnung 44 der Lochblende 48 wird selektiv mit hoher Geschwindigkeit während derjenigen Zeit gesteuert, in welcher der Elektronenstrahl abtastend über die Werkstückfläche 10 geführt wird. Dies geschieht mit Ablenkplatten 50, die beispielsweise entsprechend der Darstellung in Fig. 1 so angeordnet sind, daß sie den Strahl in der x- und/oder y-Richtung ablenken. Zweckmäßig bestehen die Ablenkeinrichtungen 50 aus zwei Paaren von rechtwinklig zueinander angeordneten elektrostatischen Ablenkplatten. Anstelle der elektrostatischen Ablenkplatten können elektromagnetische Ablenkspulen benutzt werden, was aber üblicherweise zu einer gewissen Verringerung der Ablenkgeschwindigkeit und -Genauigkeit führt. Unabhängig davon, ob eine elektrostatische oder elektromagnetische Ablenkung benutzt wird, können die Ablenkeinrichtungen 50 außerdem verwendet werden, um eineThe position of the image of the illuminated opening 44 of the perforated diaphragm 48 is selectively controlled at high speed during the time the electron beam is scanned across the workpiece surface 10 is performed. This is done with baffles 50, for example are arranged as shown in Fig. 1 so that they deflect the beam in the x and / or y direction. Appropriate the deflectors 50 consist of two pairs of electrostatic deflector plates arranged at right angles to one another. Instead of Electrostatic deflection plates, electromagnetic deflection coils can be used, but this usually results in some reduction the deflection speed and accuracy. Regardless of whether electrostatic or electromagnetic deflection is used, the deflectors 50 can also be used to make a

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Ausrichtung der Abbildung der Öffnung 44 auf die zweite Lochblende zu erreichen. Dies geschieht durch Anlegen eines zentrierenden Gleichstromsignals an die Ablenkeinrichtungen 50. In diesem Fall können natürlich die getrennten Ausrichtspulen 51 weggelassen werden.Alignment of the image of the opening 44 on the second pinhole to reach. This is done by applying a centering direct current signal to the deflectors 50. In this case, of course, the separate alignment coils 51 can be omitted.

Bevor die Bauteile der Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 weiter beschrieben werden, dürfte es zweckmäßig sein, die Lochblende 48 näher zu erläutern und den Einfluß darzustellen, den eine Bewegung des Abbildes der Öffnung 44 auf der Blende 48 hat. Eine Aufsicht für ein spezielles Äusführungsbeispiel einer Lochblende 48 zur Verwendung in der Säule gemäß Fig. 1 wird in Fig. 3 dargestellt. Die Öffnung 52 in der Blende 48 kann beispielsweise die in Fig. 3 gezeigte Form mit Abmessungen von 100 χ 300 um haben und mit einem Laser hergestellt sein. Der zentrale Punkt 54 in Fig. 3 gibt die Lage der Längsachse 30 in Fig. 1 an, wenn die Blende 48 in der Säule gemäß Fig. 1 angebracht ist.Before further describing the components of the electron beam column in Fig. 1 it should be useful to explain the aperture plate 48 in more detail and to illustrate the influence that a movement of the image the opening 44 on the aperture 48 has. A top view of a specific embodiment of a perforated diaphragm 48 for use in the column according to FIG. 1 is shown in FIG. The opening 52 in the aperture 48 can, for example, have the shape shown in FIG. 3 with dimensions of 100 × 300 μm and be produced with a laser. Of the Central point 54 in FIG. 3 indicates the position of the longitudinal axis 30 in FIG. 1 when the screen 48 is attached in the column according to FIG. 1.

Im Ruhezustand wird die Öffnung 44 der Lochblende 42 durch die Linse 46 auf das Zentrum der Lochblende 48 abgebildet. Als Beispiel sei angenommen, daß das durch die Linse 46 auf die Platte 48 projizierte Bild in seinen Abmessungen genau mit den Abmessungen der Öffnung 44 über-In the rest state, the opening 44 of the pinhole 42 is through the lens 46 mapped onto the center of the aperture 48. As an example, assume that the image projected onto the plate 48 through the lens 46 in its dimensions exactly with the dimensions of the opening 44

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27QU427QU4

einstimmt. (Falls gewünscht, kann die Linse 46 natürlich auch so ausgebildet sein, daß eine vom Verhältnis 1 : 1 abweichende Projektion der öffnung 44 erreicht wird. In anderen Fällen von praktischem Interesse kann die Linse 46 überhaupt weggelassen werden). Mit Hilfe der Spulen 51 wird das projizierte Bild genau zentral auf die Blende 48 ausgerichtet, wie in Fig. 4 gezeigt.agrees. (If desired, the lens 46 can of course also be designed in such a way that a projection of the opening 44 deviating from the ratio 1: 1 is achieved. In other cases of practical interest, the lens 46 can be omitted at all). With the aid of the coils 51, the projected image is aligned precisely centrally on the diaphragm 48, as shown in FIG. 4.

Aus Fig. 4 ergibt sich, daß nur die Abschnitte M2, M3 und M6 der abgebildeten Öffnung 44 durch die rechteckige Öffnung 52 der Lochblende 48 durchgelassen werden. Demgemäß hat für die dargestellte Ausrichtung der Elektronenstrahl unmittelbar hinter der Lochblende 48 einen Querschnitt, der genau der geometrischen Ausbildung der Öffnung 52 entspricht. Bei dem als Beispiel dargestellten Fall, bei dem die Öffnung 52 eine Breite von 100 pm und eine Höhe von 300/im hat, zeigt der Querschnitt des Elektronenstrahls unmittelbar hinter der Lochblende 48 die gleichen Abmessungen.From Fig. 4 it appears that only the portions M2, M3 and M6 of the imaged aperture 44 are transmitted through the rectangular opening 52 of the hole faceplate 48. Accordingly, for the orientation shown, the electron beam has a cross section directly behind the perforated diaphragm 48 which corresponds exactly to the geometric configuration of the opening 52. In the case shown as an example, in which the opening 52 has a width of 100 μm and a height of 300 μm, the cross section of the electron beam immediately behind the perforated diaphragm 48 shows the same dimensions.

Anschließend wird die Querschnittsfläche de& durch die Lochblende 48 durchgelassenen Elektronenstrahls verkleinert. Dies geschieht mit Hilfe von drei elektromagnetischen Linsen 54, 56, 58 üblicher Art.The cross-sectional area is then de & through the perforated diaphragm 48 transmitted electron beam is reduced. This is done with the help of three electromagnetic lenses 54, 56, 58 of the usual type.

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Diese Linsen können so ausgelegt sein, daß sich eine Gesamtverkleinerung oder Bündelung des Elektronenstrahls um den Faktor 400 ergibt. Genauer gesagt, die Linsen sind so gewählt, daß sie die oben genannte Querschnittsfläche des durch die Lochblende 48 durchgelassenen Strahls verkleinern und ein verkleinertes Abbild auf die Werkstückfläche 10 projizieren. Für eine Gesamtverkleinerung von 400 und für den als Beispiel gewählten Fall, bei dem der Strahl unmittelbar hinter der Lochblende 48 einen Querschnitt von 100 χ 300 μπα hat, stellt der auf die Fläche 10 abgebildete Elektronenstrahlfleck im Ruhezustand ein Rechteck mit einer Breite von 0,25,Um und einer Höhe von 0, 75 μια dar.These lenses can be designed in such a way that an overall reduction or concentration of the electron beam by a factor of 400 results. More precisely, the lenses are selected in such a way that they reduce the above-mentioned cross-sectional area of the beam transmitted through the perforated diaphragm 48 and project a reduced image onto the workpiece surface 10. For a total reduction of 400 and for the case chosen as an example, in which the beam immediately behind the aperture plate 48 has a cross section of 100 × 300 μπα, the electron beam spot imaged on the surface 10 represents a rectangle with a width of 0.25 in the resting state , Um and a height of 0.75 μια .

Die anderen Bauteile in der Säule gemäß Fig. 1 sind üblicher Art ν 1 lönnen beispielsweise identisch mit den entsprechenden Teilen in der im US-Patent 3.801. 792 beschriebenen Säule sein. Zu diesen Bauteilen gehören die strahlbegrenzende Lochblende 59, elektrostatische Strahlaustastplatten 60 und 62, eine mit einer Öffnung versehene AusNstbegrenzungsplatte 64 und elektromagnetische Ablenkspulen 65 - 68.The other components in the column according to FIG. 1 are of the usual type ν 1, for example, can be identical to the corresponding parts in US Pat. No. 3,801. 792 be the column described. These components include the beam limiting pinhole 59, electrostatic beam blanking plates 60 and 62, an aperture limiting plate 64, and electromagnetic deflection coils 65-68.

Wenn die Strahlaustastplatten 60 und 62 in Fig. 1 erregt werden, so wird der entlang der Achse 30 laufende Strahl so abgelenkt, daß derWhen the beam blanking plates 60 and 62 in Fig. 1 are energized, so the beam traveling along the axis 30 is deflected so that the

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- KT-- KT-

auf einen nicht mit einer Öffnung versehenen Teil der Platte 64 auftrifft. Auf diese Weise wird der Elektronenstrahl während vorgegebener Zeitintervalle gesperrt und erscheint nicht auf der Fläche 10. Wenn der Strahl nicht gesperrt ist, so wird er selektiv durch die Spulen 65 68 so abgelenkt, daß er an jeder gewünschten Position eines angegebenen Bereichs der Werkstückfläche 10 aufUitt. Andere Bereiche der Fläche 10 können bestrahlt werden, indem das Werkstück bewegt wird, beispielsweise mit Hilfe eines in der US-Patentschrift 3. 900. 737 beschriebenen, rechnergesteuerten Mikromanipulators.impinges on an unopened portion of the plate 64. In this way, the electron beam is blocked for predetermined time intervals and does not appear on the surface 10. When the Beam is not blocked, it is selectively deflected by the coils 65 68 so that it is at any desired position of a specified Area of the workpiece surface 10 on Uitt. Other areas of the surface 10 can be irradiated by moving the workpiece, for example with the aid of one described in US Pat. No. 3,900,737, computer-controlled micromanipulator.

Wie oben angegeben, wird der rechteckige Elektronenstrahlfleck, der bei einer zentralen Abbildung der Öffnung 44 auf die Lochblende 48 entsteht, durch die Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 so gesteuert, daß er auf eine spezielle Stelle der Werkstückfläche 10 auftrifft oder nicht.As stated above, the rectangular electron beam spot, the with a central image of the opening 44 on the perforated diaphragm 48, controlled by the electron beam column in Fig. 1 so that it impinges on a specific location of the workpiece surface 10 or not.

Eine verkleinerte Darstellung der aus den Segmenten M2, M3 und M6 (Fig. 4) zusammengesetzten Rechteckfläche ist in Fig. 12 dargestellt und mit der Bezugsziffer 70 versehen. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist der rechteckige Elektronenstrahlfleck 70, der auf die Werkstückfläche 10 in Fig. 12 auftrifft, in drei quadratische Abschnitte M2', M3'A reduced representation of the rectangular area composed of the segments M2, M3 and M6 (FIG. 4) is shown in FIG and provided with the reference number 70. To simplify the description, the rectangular electron beam spot 70 which hits the workpiece surface 10 in Fig. 12, into three square sections M2 ', M3'

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U 270444ί U 270444ί

-w--w-

und Μ6' unterteilt. Diese Segmente entsprechen den Abschnitten M2, M3 und M6 in Fig. 4. Für das spezielle, oben angenommene Ausführungsbeispiel, bei dem die Gesamtverkleinerung 400 beträgt, hat jedes der Segmente M2', M3' und M6' eine Kantenlänge von 0, 25and Μ6 '. These segments correspond to sections M2, M3 and M6 in FIG. 4. For the particular embodiment assumed above, in which the total reduction is 400, each has the segments M2 ', M3' and M6 'have an edge length of 0.25

Das abtastende Führen des durch die Elektronenstrahlsäule in Fig. 1 erzeugten Strahls ist in Fig. 12 in Richtung von rechts nach links in der Richtung -x entlang der Mittellinie 72 dargestellt. Als Beispiel wird angenommen, daß 512 im gleichen Abstand angeordnete Adressenpositionen entlang der Abtast-Mittellinie 72 liegen. Die Lage der ersten dieser Adressenpositionen sind in Fig. 12 durch die Pfeile APl bis AP9 angegeben. An jeder Adressenposition wird der Elektronenstrahl während des linearen Abtastens auf die oben beschriebene Weise ausgetastet oder nicht ausgetastet. Darüberhinaus wird der Querschnitt des auf die Werkstückfläche 10 auftreffenden Strahles an jeder Adressenposition selektiv gesteuert.The scanning of the through the electron beam column in FIG generated beam is in Fig. 12 in the direction from right to left in the direction -x along the center line 72 is shown. As an example, assume that there are 512 equally spaced address positions lie along scan centerline 72. The location of the The first of these address positions are indicated in FIG. 12 by the arrows AP1 to AP9. At each address position, the electron beam becomes blanked or not blanked during linear scanning in the manner described above. In addition, the Cross-section of the beam impinging on the workpiece surface 10 at each address position selectively controlled.

Beim Ablenken des Elektronenflecks variabler Größe entlang einer Zeile des Abtastfeldes wird der Fleck durch die Strahlaustastplatten 60 und 62 mit einer Frequenz von beispielsweise 10MHz in seinerWhen the electron spot of variable size is deflected along a line of the scanning field, the spot is caused by the beam blanking plates 60 and 62 with a frequency of, for example, 10MHz in his

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2 7 U 4 4 4 I2 7 U 4 4 4 I.

Intensität moduliert. Diese Modulationsfrequenz entspricht einer Belichtungszeit für eine einzige Adresse von 100 ns, die an die Empfindlichkeit der verfügbaren Elektronenstrahl-Abdeckmaterialien angepaßt ist.Modulated intensity. This modulation frequency corresponds to an exposure time for a single address of 100 ns adapted to the sensitivity of the available electron beam masking materials is.

Am Ende jeder Abtastzeile wird der Elektronenstrahl schnell auf die Anfangslage zurückgeführt, um die nächstfolgende Abtastzeile zu beginnen. Bei dem in Fig. 12 dargestellten Beispiel bringt eine solche Rückführung oder ein solcher Rücksprung den Strahl oberhalb der Adressenposition APl auf eine neue Abtastmittellinie 74, die parallel zu und um 0, 75 μια oberhalb der Linie 72 liegt. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Zeilen eines Bereichs der Werkstückfläche selektiv nach Art eines Rasters bestrahlt. Dieses rasterartige Abtasten (ohne die variable Fleckgröße) wird im einzelnen in der US-Patentschrift 3. 900.737 beschrieben.At the end of each scanning line, the electron beam is quickly returned to the starting position in order to begin the next scanning line. In the example shown in FIG. 12, such a return or such a return brings the beam above the address position AP1 onto a new scanning center line 74, which lies parallel to and by 0.75 μια above the line 72. In this way, successive lines of a region of the workpiece surface are selectively irradiated in the manner of a grid. This raster-like scanning (without the variable spot size) is described in detail in US Pat. No. 3,900,737.

Die geometrische Form des Elektronenstrahlflecks auf der Fläche 10 wird während des Abtastens mit hoher Geschv/indigkeit in Abhängigkeit von Steuersignalen verändert, die von der Einrichtung 14 (Fig. 1) an die Ablenkeinrichtungen 50 angelegt werden. So kann beispielsweiseThe geometric shape of the electron beam spot on surface 10 is changed during the scanning at high speed as a function of control signals sent by the device 14 (FIG. 1) the deflectors 50 are applied. For example

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durch Anlegen der richtigen Ablenkspannungen an die Ablenkeinrichtungen 50 das Bild der öffnung 44 auf der Lochblende 48 in der x- und/oder y-Richtung bewegt werden. Das Ergebnis eines solchen Vorganges wird in der nachfolgend beschriebenen Gruppe von Figuren dargestellt.by applying the correct deflection voltages to the deflectors 50 the image of the opening 44 on the perforated diaphragm 48 in the x and / or y direction be moved. The result of such a process is shown in the group of figures described below.

Fig. 5 zeigt den Fall, daß das projizierte Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 um 100 pm in der +y-Richtung und um 100 μπι in der -x-Richtung abgelenkt worden ist. Durch diese relative Verschiebung wird bewirkt, daß nur das bestrahlte Segment M4 des Bildes durch die Öffnung 52 in der Lochblende 48 übertragen wird. Es gelangt dann ein verkleinertes Abbild(M4') des Segments M4 auf die Werkstückfläche 10. Dieses Abbild mit einer Größe von o, 25 χ ο, 25 Jim ist in Fig. 1° sr: der Adr- ^nposition AP2 dargestellt.5 shows the case in which the projected image of the opening 44 has been deflected by the deflection device 50 by 100 μm in the + y direction and by 100 μm in the -x direction. This relative displacement has the effect that only the irradiated segment M4 of the image is transmitted through the opening 52 in the pinhole 48. A reduced image (M4 ') of the segment M4 then arrives on the workpiece surface 10. This image with a size of 0.25 o.25 Jim is shown in FIG. 1 ° sr : the address position AP2.

Bei der als Beispiel erläuterten Betriebsweise werden die an die Ablenkeinrichtung 50 in Fig. 1 angelegten Ablenkspannungen (falls nötig) verändert, während der Elektronenstrahl sich etwa in der Mitte zwischen benachbarten Adressenpositionen befindet. Die Erzeugung der neuen Ablenkspannungen wird mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt. Für den oben als Beispiel angenommenen Fall mit einer Belichtungszeit von 100 nsIn the operating mode explained as an example, the deflection device 50 in Fig. 1 applied deflection voltages (if necessary) while the electron beam is approximately midway between adjacent address positions. The generation of the new deflection voltages is carried out at high speed. For the Example assumed above with an exposure time of 100 ns

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

- 86-- 86-

fiir jede einzelne Adresse werden die Ablenkspannungen, die zur Erzielung einer angegebenen Fleckgröße erforderlich sind, von der Steuereinrichtung 14 in beispielsweise etwa 10 ns oder schneller erzeugt.for each individual address the deflection voltages needed to achieve a specified spot size are required, generated by the control device 14 in, for example, about 10 ns or faster.

Die in Fig. 5 dargestellte geometrische Überlagerung wird beispielsweise durch Änderung der Ablenkspannungen an der Ablenkeinrichtung 50 erzeugt, während sich der Elektronenstrahl etwa in der Mitte zwischen den Adressenpositionen APl und AP2 (Fig. 12) befindet. In der Praxis reichen Änderungen von etwa 5 bis 10 V der an die elektrostatischen Ablenkplatten angelegten Ablenkspannung aus, um eine Änderung der Ruhelage gemäß Fig. 4 in die abgelenkte Lage gemäß Fig. 5 zu erreichen. Solche Spannungsänderungen können mit Hilfe extrem schneller Verstärker in etwa 5 bis 10 ns erreicht werden.The geometric overlay shown in FIG. 5 is for example generated by changing the deflection voltages at the deflection device 50, while the electron beam is approximately in the middle between the address positions AP1 and AP2 (Fig. 12). In practice, changes range from about 5 to 10 volts to the electrostatic Deflection plates applied deflection voltage in order to achieve a change from the rest position according to FIG. 4 to the deflected position according to FIG. 5. Such voltage changes can be achieved in about 5 to 10 ns with the help of extremely fast amplifiers.

Fig. 6 zeigt den Fall, daß das Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 um 100 μπα in der +y-Richtung abgelenkt worden ist. Es werden dann die ausgeleuchteten Abschnitte M3 und M6 des Bildes durch die öffnung 52 in der Lochblende 48 übertragen. Wiederum wird ein verkleinertes Abbild (M3', M6') der Segmente M3 und M6 auf die Werkstückfläche 10 projiziert. Dieses verkleinerte Abbild mit denFig. 6 shows the case that the image of the opening 44 by the deflector 50 has been deflected by 100 μπα in the + y direction. The illuminated sections M3 and M6 of the image are then transmitted through the opening 52 in the perforated diaphragm 48. Again will a reduced image (M3 ', M6') of the segments M3 and M6 is projected onto the workpiece surface 10. This reduced image with the

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2704U12704U1

-Bl--Bl-

Abmessungen O, 25 χ 0, 5 μηι ist in Fig. 12 an der Adressenposition AP3 dargestellt.Dimensions 0.25 χ 0.5 μηι is in Fig. 12 at the address position AP3 shown.

Die Figuren 7 bis 10 zeigen weitere geometrische Überlagerungen, die sich erreichen lassen. Die verkleinerten Elektronenstiahlflecken, die den in den Figuren 7 bis 10 dargestellten Überlagerungen entsprechen, sind in Fig. 12 an den Adressenpositionen AP4 bis AP7 dargestellt. Jede solche Überlagerung wird auf die oben beschriebene Weise dadurch erreicht, daß die Ablenkeinrichtung 50 das Bild der Öffnung 44 um 100 μηι in der x- und/oder y-Richtung ablenkt.Figures 7 to 10 show further geometric overlays that can be reached. The reduced electron steel spots that correspond to the superimpositions shown in FIGS. 7 to 10, are shown in Figure 12 at address positions AP4 through AP7. Any such overlay is thereby made in the manner described above achieves that the deflection device 50 μηι the image of the opening 44 by 100 deflects in the x and / or y direction.

Wie oben erläutert, wird das Austasten des Elektronenstrahls bei der Säule gemäß Fig. 1 mit Hilfe der Platten 60, 62 und der Austastsperrplatte 64 erreicht. Alternativ kann das Austasten dadurch erreicht werden, daß das projizierte Bild der Öffnung 44 durch die Ablenkeinrichtung 50 soweit mit Bezug auf die Öffnung 52 in der Lochblende 48 abgelenkt wird, daß kein Abschnitt des projizierten Bildes die Öffnung 52 überdeckt. Dieser in Fig. 11 dargestellte Fall macht es erforderlich, daß die Ablenkeinrichtung 50 das Bild um 200 ;im in der Richtung -x ablenkt. (Natürlich würde eine Ablenkung um 200 /im in der RichtungAs explained above, the blanking of the electron beam in the Column according to FIG. 1 with the help of the plates 60, 62 and the blanking lock plate 64 achieved. Alternatively, blanking can be achieved by that the projected image of the opening 44 is deflected by the deflecting device 50 with respect to the opening 52 in the perforated diaphragm 48 becomes that no portion of the projected image covers the opening 52. This case shown in Fig. 11 makes it necessary to that the deflector 50 the image by 200; im in the direction -x distracts. (Of course, a deflection of 200 / im in that direction would be

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+χ ebenfalls ausreichen). In einigen Fällen von praktischem Interesse läßt sich eine solche Ablenkung durch die Ablenkeinrichtung 50 genügend schnell erreichen, um diese alternative Austasttechnik zweckmäßig erscheinen zu lassen. Dann können natürlich die Bauteile 60, 62 und 64 in der Säule gemäß Fig. 1 weggelassen werden.+ χ are also sufficient). In some cases of practical interest such a deflection can be achieved by the deflection device 50 sufficiently quickly for this alternative blanking technique to appear expedient allow. Then, of course, the components 60, 62 and 64 in the column according to FIG. 1 can be omitted.

Wie oben bereits gesagt, ist die spezielle Ausbildung der Öffnungen in den Lochblenden 42 und 48 gemäß Fig. 2 und 3 nur als Beispiel angegeben. Es ergibt sich, daß eine Vielzahl anderer Ausbildungen zur Erzielung der selektiven Überlagerung gewählt werden kann. Zwei solcher anderer geometrischer Formen für die Öffnungen sind in den Fig. 13 und 14 gezeigt. Die Lochblende 80 mit ihrer Öffnung 82 (Fig. 13) kann die Lochblende 42 in der Säule gemäß Fig. 1 und die Lochblende 84 mit der Öffnung 86 (Fig. 14) die Lochblende 48 ersetzen. Als Beispiel wird angenommen, daß jedes der Segmente M7 bis M14 der Öffnung 82 gemäß Fig. 13 eine Kantenlänge von 100 pm besitzt und für die rechteckige Öffnung 86 gemäß Fig. 14 wird eine Breite von 100 pm und eine Höhe von 400 pm angenommen.As already said above, the special design of the openings in the perforated diaphragms 42 and 48 according to FIGS. 2 and 3 only given as an example. It turns out that a variety of other trainings for Achieving the selective overlay can be chosen. Two such other geometrical shapes for the openings are shown in Figs. 13 and 14 shown. The perforated diaphragm 80 with its opening 82 (FIG. 13) can be the perforated diaphragm 42 in the column according to FIG. 1 and the perforated diaphragm 84 with the opening 86 (FIG. 14) replace the aperture plate 48. As an example, it is assumed that each of the segments M7 to M14 of the opening 82 according to FIG. 13 has an edge length of 100 μm and for the rectangular opening 86 according to FIG. 14 a width of 100 μm and assumed a height of 400 pm.

Durch Ablenken des projizierten Bildes der Öffnung 82 in Fig. 13 mitBy deflecting the projected image of opening 82 in FIG. 13 with

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Bezug auf die Öffnung 86 in Fig. 14 besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Elektronenfleckgrößen auf der Fläche 10 zu erzeugen. Dadurch wiederum können mit hoher Geschwindigkeit Muster hoher Auflösung auf die Fläche 10 gestrahlt werden.With respect to opening 86 in FIG. 14, there is the possibility of a plurality of electron spot sizes on the surface 10. This in turn allows high-resolution patterns to be produced at high speed the surface 10 can be blasted.

In Fig. 15 ist ein Teil eines Winkel-Musters gezeigt, das unter Verwendung der Öffnungen 82 und 86 hergestellt worden ist. Die Linien 90 und 92 stellen die tatsächlichen, idealen Grenzen des auf der Fläche 10 zu definierenden Musters dar. Das gezeigte Gitter aus horizontalen und vertikalen Linien mit einem Abstand von 0,25 um ist nicht tatsächlich auf der Fläche 10 vorhanden, sondern nur zur Erleichterung des Verständnisses angegeben. Die Linien 94 und 96 sind Abtastmittellinien, die den Linien 72 und 74 in Fig. 12 entsprechen.In Fig. 15 there is shown part of an angle pattern using of openings 82 and 86 has been made. Lines 90 and 92 represent the actual, ideal boundaries of the on surface 10 The grid of horizontal and vertical lines 0.25 µm apart shown is not actual present on surface 10, but only given for ease of understanding. Lines 94 and 96 are scan centerlines, which correspond to lines 72 and 74 in FIG.

Es sei angenommeu, daß das Abtasten der Fläche 10 in Fig. 15 von rechts nach links stattfindet, und zwar zuerst entlang der Mittellinie 94 und dann entlang der Linie 96. Diejenigen Quadrate des Gitters, die durch den Elektronenstrahl während des rasterartigen Abtastens der Fläche mit variabler Fleckgröße bestrahlt werden, sind schattiert dargestellt. Jedes schattierte Quadrat ist mit einem gestrichenen SymbolAssume that the scanning of surface 10 in Figure 15 is from right to left, first along the center line 94 and then along the line 96. Those squares of the grid that were captured by the electron beam during the raster-like scanning of the Areas with variable spot size are irradiated are shown shaded. Each shaded square has a painted symbol

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-84--84-

bezeichnet, um anzugeben, welcher verkleinerte Teil der beleuchteten Öffnung 82 tatsächlich auf die Fläche 10 auffällt. Die in Fig. 15 gezeigten rechteckigen Flecken variabler Höhe an den jeweiligen Adressenpositionen werden durch Ablenken des Bildes der Öffnung 82 um 100 μπι in der x- und/oder y-Richtung erzielt.to indicate which reduced part of the illuminated Opening 82 actually strikes the surface 10. The rectangular patches of variable height shown in Fig. 15 at the respective address positions are by deflecting the image of the opening 82 by 100 μπι in the x and / or y direction achieved.

Wie oben gesagt, kann ein Ausführungsbeispiel für ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem eine Adressenlänge von 0, 25 μπι und eine Fleckabmesßung besitzen, die beispielsweise zwischen einem Quadrat mit einer Kantenlänge von 0,25 um bis zu einem Rechteck von 0, 25 pm χ 1 Jim verändert werden kann. Bei einer gegebenen Schreibfleck-Belichtungszeit können mit einem solchen System Flächen mit einer Geschwindigkeit belichtet werden, die etwa viermal größer ist als diejenige, welche bei einer bekannten Rasterabtastung mit einem Fleck fester Größe und einem Durchmesser von 0, 25 um erzielt werden kann. Anders gesagt, kann ein System, das mit der hier beschriebenen Rasterabtastung mit variabler Fleckgröße ausgestattet ist, Muster mit einer Auflösung von 0,25 Jim mit derselben Geschwindigkeit wie ein übliches Belichtungssystem schreiben, das Muster mit einer Auflösung von 0, 5 um erzeugt. As stated above, an embodiment for an electron beam exposure system can have an address length of 0.25 μm and a spot size that varies, for example, between a square with an edge length of 0.25 μm to a rectangle of 0.25 μm χ 1 Jim can be. With such a system, for a given writing spot exposure time, areas can be exposed at a speed which is approximately four times greater than that which can be achieved with a known raster scan with a spot of fixed size and a diameter of 0.25 µm. In other words, a system equipped with the variable spot size raster scanning described herein can write patterns with a resolution of 0.25 microns at the same speed as a conventional exposure system that produces patterns with a resolution of 0.5 µm.

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Der Fachmann kann zusätzliche Anordnungen schaffen. Beispielsweise ist zwar bei der Erläuterung die Änderung der Ausdehnung eines Elektronenstrahl flecks in Richtung senkrecht zur Abtastrichtung betont worden, aber es kann auch die Fleckgröße oder -lage in der Abtastrichtung verändert werden. Darüberhinaus läßt sich die Erfindung außer bei Elektronenstrahlen auch bei anderen Strahlen anwenden (beispielsweise Lichtstrahlen, Röntgenstrahlen und Ionenstrahlen).Those skilled in the art can create additional arrangements. For example Although the change in the extent of an electron beam spot in the direction perpendicular to the scanning direction has been emphasized in the explanation, but the spot size or position in the scanning direction can also be changed. In addition to electron beams, the invention can also be used with other beams (for example light beams, X-rays and ion beams).

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Claims (10)

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH - BREHMBLUMBACH. WESER BERGEN KRAMER ZWIRNER HIRSCH - BREHM PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN *■ ' U 4 4 4 1PATENT LAWYERS IN MUNICH AND WIESBADEN * ■ 'U 4 4 4 1 Patentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 833603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsuli Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 56294J7561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsul!Patentconsult Radedcestraße 43 8000 Munich 60 Telephone (089) 833603/883604 Telex 05-212313 Telegrams Patentconsuli Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telephone (06121) 56294J7561998 Telex 04-186237 Telegrams Patentconsul! PATENTANSPRUCHEPATENT CLAIMS [ 1. Vorrichtung zur Bestrahlung einer Werkstiickfläche mit einer ersten Einrichtung, die einen Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über die Fläche führt, gekennzeichnet durch[1. Device for irradiating a workpiece surface with a first Means which scans a beam over the surface while sequentially traversing a plurality of address positions, marked by eine zweite Einrichtung (42, 48, 50), die abhängig von einem Steuersignal (aus 14) die Ausdehnung des Strahles an den Adressenpositionen (auf 10) beim Führen des Strahles verändert.a second device (42, 48, 50) which is dependent on a control signal (from 14) the expansion of the beam at the address positions (on 10) is changed when the beam is guided. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
2. Device according to claim 1,
characterized,
daß die erste Einrichtung (65 bis 68) den Strahl rasterartig über die Fläche führt und daß die zweite Einrichtung die Ausdehnung des Strahles abhängig von dem Steuersignal rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert.that the first device (65 to 68) the beam raster-like over the Surface leads and that the second device determines the extent of the beam as a function of the control signal at right angles to the scanning direction changes. 709832/0701709832/0701 München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Or. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl -W.-Ing.Munich: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nal. · P. Hirsch Dipl.-Ing. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nal. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Or. Jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl -W.-Ing. ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
3. Device according to claim 1 or 2,
characterized,
daß die zweite Einrichtung eine Einrichtung (42) aufweist, die dem Strahl eine vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, ferner eine Lochblende (48), die so angeordnet ist, daß sie denjenigen Teil des Strahles mit der vorbestimmten Querschnittsfläche durchläßt, welcher das Loch der Blende (48) überdeckt, und eine Einrichtung (50), die den Strahl mit der vorbestimmten Querschnittsfläche zur Änderung seiner Ausrichtung mit Bezug auf die Lochblende in Abhängigkeit von dem Steuersignal nblenkt, um die Ausdehnung des Strahles zu verändern.in that the second means comprises means (42) for giving the jet a predetermined cross-sectional area, further a pinhole (48) which is arranged so as to cover that part of the beam with the predetermined cross-sectional area passes, which covers the hole of the diaphragm (48), and a device (50), which the beam with the predetermined cross-sectional area to change its orientation with respect to the pinhole in dependence on the control signal nblenken to the To change the extent of the beam.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
4. Apparatus according to claim 3,
characterized,
daß die Einrichtung, die dem Strahl die vorbestimmte Querschnittsfläche gibt, eine Lochblende (42) aufweist, und daß eine Einrichtung (22, 24, 26) vorgesehen ist, um die Lochblende (42) im Bereich ihrer Aussparung (44) gleichmäßig mit dem Strahl auszuleuchten.that the device which gives the beam the predetermined cross-sectional area comprises a pinhole (42), and that a device (22, 24, 26) is provided in order to illuminate the aperture plate (42) uniformly with the beam in the region of its recess (44).
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
gekennzeichnet durch
5. Apparatus according to claim 3 or 4,
marked by
ι ηι η 9832/07019832/0701 3 27UU41 3 27UU41 -Bi--Bi- eine Einrichtung (54, 56, 58) zur Bündelung des durch die erstgenannte Lochblende (48) durchgelassenen Strahls und zur Fokussierung auf die Werkstückfläche.means (54, 56, 58) for bundling the through the former Orifice plate (48) allows the beam to pass through and for focusing on the workpiece surface.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
6. Apparatus according to claim 3, 4 or 5,
characterized,
daß die Ablenkeinrichtung (50) so ausgelegt ist, daß der Strahl abhängig von dem Steuersignal in zwei zueinander rechtwinklige Richtungen (x, y) ablenkbar ist.that the deflector (50) is designed so that the beam is dependent can be deflected by the control signal in two mutually perpendicular directions (x, y).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch7. Device according to one of the preceding claims, characterized by eine Einrichtung (60, 62, 64) zur Austastung des Strahls abhängig von einem Steuersignal, um sein Auftreffen auf die Werkstückfläche zu verhindern.means (60, 62, 64) for blanking the beam as a function of a control signal in order to ensure that it strikes the workpiece surface to prevent. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,8. Device according to one of claims 3, 4, 5 or 6, characterized, daß die Ablenkeinrichtung (50) den Strahl in Abhängigkeit von dem Steuersignal soweit ablenkt, daß der Strahl mit seiner Querschnitts-that the deflection device (50) deflects the beam as a function of the control signal so far that the beam with its cross-sectional 7 09832/07017 09832/0701 270444270444 fläche die erstgenannte Lochblende (48) im Bereich ihrer Aussparung nicht mehr überdeckt und damit verhindert, daß der Strahl auf die Werkstückfläche auftrifft.surface the first-mentioned perforated diaphragm (48) in the area of its recess no longer covered and thus prevents the beam from striking the workpiece surface. 9. Verfahren zum Bestrahlen einer Werkstückfläche, bei dem ein Strahl unter sequentiellem Durchlaufen einer Vielzahl von Adressenpositionen abtastend über eine Fläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet,9. A method for irradiating a workpiece surface, in which a beam while sequentially passing through a plurality of address positions is scanned over a surface, characterized in that daß die Ausdehnung des Strahls an den Adressenpositionen beim Führen des Strahls selektiv geändert wird.that the extent of the beam at the address positions is selectively changed as the beam is guided. 10. Verfahren nach Anspruch 9,10. The method according to claim 9, dadurch gekennzeichnet,characterized, daß der Strahl rasterartig über die Fläche geführt wird, daß die Ausdehnung des Strahles rechtwinklig zur Abtastrichtung verändert wird und daß der Strahl beim Abtasten in seiner Intensität moduliert wird.that the beam is guided over the surface like a grid, that the extent of the beam changes at right angles to the scanning direction and that the beam is modulated in its intensity during scanning. 709832/0701709832/0701
DE19772704441 1976-02-05 1977-02-03 DEVICE AND METHOD FOR IRRADIATING A WORKPIECE SURFACE Pending DE2704441A1 (en)

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