RU2029980C1

RU2029980C1 - Laser projection device for shaping image of integrated circuit topology

Info

Publication number: RU2029980C1
Authority: RU
Inventors: С.К. Бойцов
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт "Электрон"
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: known device has auxiliary optic phase light modulator, optic divider and photodetector array, illumination system. The optic phase light modulator is interposed between the laser and illumination system. The optic divider is situated such that at its one output a projection system is disposed and at the other output the photodetector array is disposed. The photodetector array is electrically connected to the optic light modulator array. The optic phase light modulator prevents coherent noise on pixels and standing wave in a photoresist layer. The photodetector array equalizes transmission coefficients of the elements of optic light modulator array. The optic divider permits to match spatially the optic light modulator array with the photodetector one. EFFECT: enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к проекционным установкам фотолитографии. The invention relates to microelectronics, in particular to projection photolithography plants.

Известны устройства формирования изображения топологии интегральных схем (ИС) с использованием проекционных методов. Known devices for imaging the topology of integrated circuits (ICs) using projection methods.

Основным недостатком подобных устройств является низкое качество изображения за счет дифракционных и аберрационных эффектов, возникающих при использовании источников света, не когерентных по пространству и времени. The main disadvantage of such devices is the low image quality due to diffraction and aberration effects that occur when using light sources that are not coherent in space and time.

Известно лазерное проекционное устройство формирования изображения топологии слоев ИС, выбранное в качестве прототипа, содержащее последовательно расположенные и оптически согласованные лазер, осветительную систему, первый оптический пространственный фильтр, пространственный Фурье-преобразователь, маску, выполненную в виде матрицы оптических модуляторов света, проекционную систему, второй оптический пространственный фильтр, пассивный оптический затвор. A laser projection device for imaging the topology of IP layers is known, selected as a prototype, containing a sequentially located and optically matched laser, a lighting system, a first optical spatial filter, a spatial Fourier converter, a mask made in the form of a matrix of optical light modulators, a projection system, and a second optical spatial filter, passive optical shutter.

Недостатками этого устройства являются низкое качество изображения за счет эффекта стоячей волны в слое фоторезиста, искажение изображения за счет присутствия когерентного шума на его элементах и ухудшение качества изображения за счет разброса параметров оптических модуляторов света. The disadvantages of this device are the low image quality due to the standing wave effect in the photoresist layer, image distortion due to the presence of coherent noise on its elements, and image quality deterioration due to the dispersion of the parameters of optical light modulators.

Целью изобретения является повышение качества формируемого изображения за счет устранения когерентного шума на элементах изображения, ликвидации стоячей волны в слое фоторезиста, выравнивания коэффициента пропускания по полю матрицы оптических модуляторов света. The aim of the invention is to improve the quality of the image by eliminating coherent noise on the image elements, eliminating the standing wave in the photoresist layer, aligning the transmittance in the field of the matrix of optical light modulators.

Цель достигается тем, что в лазерное проекционное устройство формирования изображения топологии ИС, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, осветительный оптический блок, представляющий собой осветительную систему, первый оптический пространственный фильтр, пространственный Фурье-преобразователь, матрицу оптических модуляторов света, проекционный оптический блок, представляющий собой проекционную систему, второй оптический пространственный фильтр, пассивный оптический затвор, согласно изобретению введены оптический модулятор света, расположенный между лазером и осветительным оптическим блоком, светоделитель, расположенный между матрицей оптических модуляторов света и проекционным оптическим блоком, второй проекционный оптический блок, установленный после светоделителя, матрица фотоприемников, оптически сопряженная через второй проекционный блок и светоделитель с матрицей оптических модуляторов света и электрически связанная с ней. The goal is achieved by the fact that in a laser projection device for imaging the topology of the IC, containing a sequentially located and optically coupled laser, a lighting optical unit, which is a lighting system, a first optical spatial filter, a spatial Fourier converter, an array of optical light modulators, a projection optical unit, representing a projection system, a second optical spatial filter, a passive optical shutter according to the invention an optical light modulator located between the laser and the lighting optical unit, a beam splitter located between the matrix of optical light modulators and the projection optical unit, a second projection optical unit installed after the beam splitter, an array of photodetectors optically coupled through the second projection unit and a beam splitter with the matrix of optical modulators light and electrically connected to it.

Сущность изобретения заключается в следующем. В проекционных оптических системах, использующих когерентное монохроматическое излучение, неизбежно присутствие когерентного шума, возникающего из-за рассеяния лазерного излучения на неоднородностях оптического тракта и последующей его интерференции с основным сигналом в плоскости изображения. Когерентный шум накладывается на все поле изображения и проявляется как на элементах изображения, так и между ними. Используемый в прототипе пассивный оптический затвор путем согласования интенсивности лазерного излучения с порогом просветления затвора так, что уровень интенсивности когерентного шума находится ниже этого порога, отсекает когерентный шум, находящийся между элементами изображения, однако не устраняет когерентный шум на элементах изображения. Наличие такого шума приводит к неравномерности интенсивности освещенности по площади элемента изображения и проявляется в виде муаров и колец на элементах рисунка фоторезиста после его проявления. Кроме того, при экспонировании фоторезиста возникает эффект стоячей волны, обусловленный многократным отражением экспонирующего света в резисте и нижележащих пленках и приводящий к появлению ореолов на периферии рисунка после проявления фоторезиста. Это ухудшает разрешение. В зависимости от положения узлов стоячей воды в фоторезисте резист может оказываться частично недоэкспонированным, что ведет к возникновению его остатков в изображениях, формируемых в позитивном резисте, а в негативных резистах - к отслаиванию. The invention consists in the following. In projection optical systems using coherent monochromatic radiation, the presence of coherent noise is inevitable due to scattering of laser radiation on the inhomogeneities of the optical path and its subsequent interference with the main signal in the image plane. Coherent noise is superimposed on the entire field of the image and appears both on the image elements and between them. The passive optical shutter used in the prototype by matching the laser radiation intensity with the shutter illumination threshold so that the level of coherent noise intensity is below this threshold cuts off the coherent noise located between the image elements, but does not eliminate the coherent noise on the image elements. The presence of such noise leads to uneven illumination intensity over the area of the image element and appears in the form of moire and rings on the photoresist pattern elements after its manifestation. In addition, when a photoresist is exposed, the standing wave effect arises due to the multiple reflection of the exposure light in the resist and underlying films and leading to the appearance of halos at the periphery of the pattern after the manifestation of the photoresist. This degrades resolution. Depending on the position of the standing water nodes in the photoresist, the resist may turn out to be partially underexposed, which leads to the appearance of its residues in the images formed in the positive resist, and in negative resist - to peeling.

В предлагаемом изобретении устранение этих недостатков осуществляется с помощью оптического модулятора света, в котором при задании, например, с помощью блока управления режима изменения фазы оптического сигнала, например, по квадратичному закону производится изменение его частоты соответственно по линейному закону в диапазоне, обеспечивающем за время экспозиции сдвиг интерференционной картины в поперечном (устраняет когерентный шум на элементах изображения) и радиальном (устраняет стоячую волну в фоторезисте) направлениях на величину, равную ширине интерференционной полосы при условии сохранения масштаба изображения. Это приводит к смазыванию интерференционной картины, а следовательно, и к более равномерной засветке фоторезиста во всех направлениях. In the present invention, the elimination of these disadvantages is carried out using an optical light modulator, in which when setting, for example, using the control unit of the phase change of the optical signal, for example, according to the quadratic law, its frequency is changed according to the linear law in the range that ensures the exposure time the shift of the interference pattern in the transverse (eliminates coherent noise on the image elements) and radial (eliminates the standing wave in the photoresist) directions by equal to the width of the interference strip, provided that the image scale is maintained. This leads to blurring of the interference pattern, and, consequently, to more uniform illumination of the photoresist in all directions.

Используя в проекционных системах матричные устройства формирования изображения, в частности матрицу оптических модуляторов света, необходимо уделять внимание разбросу параметров их элементов. Разброс параметров оптических модуляторов света приводит к неравномерности коэффициента пропускания излучения по полю матрицы, что вызывает искажение изображения, вплоть до полного невоспроизведения отдельных его фрагментов. Using image-forming matrix devices in projection systems, in particular, a matrix of optical light modulators, it is necessary to pay attention to the spread in the parameters of their elements. The scatter of the parameters of optical light modulators leads to uneven transmission coefficient of radiation over the field of the matrix, which causes image distortion, up to the complete non-reproduction of its individual fragments.

В предлагаемом изобретении матрица оптических приемников по числу элементов и пространственному их расположению согласована с матрицей оптических модуляторов света с помощью светоделителя и второго проекционного оптического блока. Кроме того, она электрически связана с ней, например, через анализатор интенсивности видеосигнала и устройство управления в виде ЭВМ, образуя отрицательную обратную связь, изменяя и устраняя в автоматическом режиме неравномерности коэффициентов пропускания оптических модуляторов света. In the present invention, the matrix of optical receivers in terms of the number of elements and their spatial arrangement is matched with the matrix of optical light modulators using a beam splitter and a second projection optical unit. In addition, it is electrically connected with it, for example, through a video signal intensity analyzer and a control device in the form of a computer, forming negative feedback, changing and eliminating in the automatic mode the uneven transmission coefficients of optical light modulators.

На чертеже изображена схема устройства. The drawing shows a diagram of a device.

Согласно изобретению устройство содержит последовательно расположенные и оптически согласованные лазер 1, фазовый оптический модулятор 2 света, соединенный с блоком 3 управления, осветительный оптический блок 4, первый оптический пространственный фильтр 5, пространственный Фурье-преобразователь 6, матрицу 7 оптических модуляторов света, светоделитель 8, первый проекционный оптический блок 9, второй оптический пространственный фильтр 10, расположенный внутри первого проекционного оптического блока в его фокальной плоскости, пассивный оптический затвор 11, образец 12, второй проекционный оптический блок 13, матрицу 14 фотоприемников, оптически сопряженную через второй проекционный оптический блок и светоделитель с матрицей оптических модуляторов света и имеющую с ней электрическую отрицательную обратную связь 15, включающую анализатор видеосигнала и устройство управления в виде ЭВМ. According to the invention, the device comprises a sequentially located and optically matched laser 1, a phase optical light modulator 2 connected to the control unit 3, a lighting optical unit 4, a first optical spatial filter 5, a spatial Fourier transform 6, a matrix 7 of optical light modulators, a beam splitter 8, the first projection optical unit 9, the second optical spatial filter 10 located inside the first projection optical unit in its focal plane, passive opt shutter 11, sample 12, second projection optical unit 13, an array of photodetectors 14, optically coupled through a second projection optical unit and a beam splitter with an array of optical light modulators and having an electrical negative feedback 15, including a video signal analyzer and a computer control device .

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Луч лазера 1, работающего в одномодовом по пространству режиме проходит через оптический фазовый модулятор 2 света, где приобретает модуляцию по частоте с помощью блока 3 управления. Далее, проходя осветительный оптический блок 4, луч расширяется и поступает на первый оптический пространственный фильтр 5. Фильтр имеет функцию прозрачности вида

. Далее оптический сигнал, пройдя через пространственный преобразователь 6, попадает на матрицу 7 амплитудных оптических модуляторов света, имея равномерное распределение интенсивности сигнала вида RECT(x)˙RECT(y) по всему полю матрицы. На выходе матрицы функция интенсивности оптического сигнала промодулирована по пространственным координатам в соответствии с информацией о топологии слоя ИС (в рабочем режиме устройства). Далее сигнал делится оптическим делителем 8. После этого одна часть сигнала, проходя через первый проекционный оптический блок 9, второй оптический пространственный фильтр 10 и пассивный оптический затвор 11, формирует изображение топологии слоя ИС на образце 12. При этом фильтр 10, имея функцию прозрачности вида RECT(x)˙RECT(y) и располагаясь внутри блока 9, в его фокальной плоскости, пропускает только центральную область спектра сигнала и, тем самым, устраняет дискретность изображения. Затвор 11 отсекает когерентный шум в промежутках между элементами этого изображения. Другая часть сигнала, проходя через второй проекционный оптический блок 13, поступает на матрицу 14 фотоприемников, которая по числу элементов и пространственному их расположению оптически сопряжена с матрицей 7. Кроме того, матрицы связаны электрически посредством обратной отрицательной связи 15, включающей в себя анализатор и устройство управления в виде ЭВМ. В плоскости матрицы 14 формируется пространственная амплитудно-сигнальная функция, соответствующая пространственной функции коэффициентов пропускания модуляторов матрицы 7 (в контрольном режиме устройства). Эта функция преобразуется матрицей 14 в электрический сигнал, который после анализа и обработки в ЭВМ используется для выравнивания коэффициентов пропускания модуляторов матрицы 7. В памяти ЭВМ содержится информация о топологии всех слоев ИС, которая так же может электрически выводиться на матрицу 7 (в рабочем режиме устройства).The beam of a laser 1 operating in a single-mode spatial mode passes through an optical phase light modulator 2, where it acquires frequency modulation using a control unit 3. Further, passing the illuminating optical unit 4, the beam expands and enters the first optical spatial filter 5. The filter has a transparency function of the form

. Further, the optical signal, passing through the spatial converter 6, enters the matrix 7 of amplitude optical light modulators, having a uniform distribution of the signal intensity of the form RECT (x) ˙RECT (y) over the entire field of the matrix. At the matrix output, the optical signal intensity function is modulated by spatial coordinates in accordance with the information about the topology of the IP layer (in the operating mode of the device). Next, the signal is divided by an optical divider 8. After this, one part of the signal, passing through the first projection optical unit 9, the second optical spatial filter 10 and the passive optical shutter 11, forms an image of the topology of the IP layer on the sample 12. At the same time, the filter 10, having a transparency function of the form RECT (x) ˙RECT (y) and located inside block 9, in its focal plane, passes only the central region of the signal spectrum and, thereby, eliminates the discreteness of the image. The shutter 11 cuts off coherent noise between the elements of this image. Another part of the signal, passing through the second projection optical unit 13, enters the photodetector array 14, which is optically coupled to the matrix 7 by the number of elements and their spatial arrangement. In addition, the matrices are electrically connected via negative feedback 15, including an analyzer and a device computer controls. In the plane of the matrix 14, a spatial amplitude-signal function is formed corresponding to the spatial function of the transmission coefficients of the modulators of the matrix 7 (in the control mode of the device). This function is converted by matrix 14 into an electrical signal, which, after analysis and processing by a computer, is used to equalize the transmittance of the modulators of matrix 7. The computer memory contains information on the topology of all IC layers, which can also be electrically output to matrix 7 (in the operating mode of the device )

Диапазон изменения частоты сигнала в модуляторе 2, задаваемый блоком 3, выбирается из условия смещения интерференционной картины изображения как в плоскости, так и по глубине слоя фоторезиста на величину ширины интерференционной полосы при условии сохранения масштаба изображения. The frequency range of the signal in modulator 2, set by block 3, is selected from the condition that the interference pattern of the image is shifted both in the plane and in the depth of the photoresist layer by the amount of the interference band width, provided that the image scale is maintained.

Применение модулятора 2 исключает когерентный шум на элементах изображения и стоячую волну в слое фоторезиста. Использование светоделителя 9, блока 13 и матрицы 14 исключает неравномерность коэффициентов пропускания модуляторов матрицы 7. Все это повышает качество фотолитографии, что в конечном итоге приводит к повышению качества ИС. The use of modulator 2 eliminates coherent noise on image elements and a standing wave in the photoresist layer. The use of a beam splitter 9, block 13 and matrix 14 eliminates the uneven transmission coefficients of the modulators of matrix 7. All this improves the quality of photolithography, which ultimately leads to an increase in the quality of ICs.

Claims

LASER PROJECTION PROJECTOR FOR IMAGE FORMATION OF THE TOPOLOGY OF INTEGRAL CIRCUITS, comprising sequentially located and optically coupled lasers, a lighting optical unit, a first optical spatial filter, a spatial Fourier converter, matrices of optical light modulators, a first projection optical block, a second optical spatial filter, a passive optical spatial filter, passive optical spatial filter, passive optical spatial filter, passive optical spatial filter, characterized in that, in order to improve the quality of the generated image, phase optically introduced into the device a light modulator installed between the laser and the lighting optical unit, a beam splitter installed between the matrix of optical light modulators and the first projection optical unit, a second projection optical unit, an array of photodetectors optically coupled through a beam splitter and a second projection optical unit with a matrix of optical light modulators and electrically coupled with her.