RU2126188C1 - Ion-beam microprojector and its adjustment process - Google Patents
Ion-beam microprojector and its adjustment process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2126188C1 RU2126188C1 RU97106994A RU97106994A RU2126188C1 RU 2126188 C1 RU2126188 C1 RU 2126188C1 RU 97106994 A RU97106994 A RU 97106994A RU 97106994 A RU97106994 A RU 97106994A RU 2126188 C1 RU2126188 C1 RU 2126188C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distortion
- output
- value
- radius
- lens
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области электронной техники и может найти применение при изготовлении интегральных схем с большой информационной емкостью методом литографии, а также в других процессах прецизионной обработки поверхности материалов ионным лучом, например, нанесение на субстрат рисунков с изменением в нем поверхностных свойств материалов, в частности, изменение типа проводимости в полупроводниковых материалах в результате внедрения легирующих ионов, изменение других физических свойств материала за счет внедрения одноименных и инородных ионов, создание на поверхности новых слоев в результате осаждения атомов вещества из окружающих паров облака под влиянием падающих ионов, удаление вещества с поверхности субстрата в результате его распыления. The present invention relates to the field of electronic technology and can find application in the manufacture of integrated circuits with a large information capacity by the method of lithography, as well as in other processes of precision surface treatment of materials with an ion beam, for example, drawing on a substrate with changes in the surface properties of materials in it, in particular , a change in the type of conductivity in semiconductor materials as a result of the introduction of doping ions, a change in other physical properties of the material due to the introduction of I have the same name and foreign ions, the creation of new layers on the surface as a result of the deposition of atoms of matter from the surrounding cloud vapor under the influence of incident ions, the removal of matter from the surface of the substrate as a result of its sputtering.
Известно ионно-проекционное устройство, содержащее последовательно и соосно расположенные источник ионов, фильтр масс, шаблон, иммерсионную и уменьшающую линзы, мультипольный элемент с соленоидом, энзелеву линзу, систему совмещения и приемный блок, состоящий из координатного стола с фиксированным на нем объектом обработки (см. Springer Series in Solid-State Sciences т.83: Physics and Technology of Submicron Structures, c.56-61, фиг. 1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988). An ion-projection device is known that contains an ion source sequentially and coaxially, a mass filter, a template, immersion and reducing lenses, a multipole element with a solenoid, an Enzel lens, an alignment system, and a receiving unit consisting of a coordinate table with a processing object fixed on it (see Springer Series in Solid-State Sciences Vol. 83: Physics and Technology of Submicron Structures, c. 56-61, Fig. 1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988).
Известен способ настройки ионного микропроектора, основанный на выделении из ионного пучка опорных субпучков с помощью отверстий в шаблоне, совмещении положения опорных субпучков с регистрационными метками на объекте обработки путем изменения потенциалов линз и мультипольных элементов (см. J. Vac.Sci.Technol.B, т.4, 1, 1986, 194-200). A known method of tuning an ionic microprojector based on the extraction of support sub-beams from the ion beam using the holes in the template, combining the position of the support sub-beams with registration marks at the processing object by changing the potentials of lenses and multipole elements (see J. Vac.Sci.Technol.B, Vol. 4, 1, 1986, 194-200).
Недостатками известных устройства и способа являются низкое качество оптического изображения, обусловленное избыточными аберрациями оптической системы. Это относится к дисторсии, характеризующей искажение формы рисунка, и рассеянию, определяющему оптическое разрешение. The disadvantages of the known device and method are the low quality of the optical image due to excessive aberrations of the optical system. This applies to distortion, which characterizes the distortion of the shape of the pattern, and scattering, which determines the optical resolution.
Известна ионно-проекционная литографическая аппаратура, содержащая размещенные в вакуумной камере последовательно и соосно расположенные устройство создания ионного пучка, осветительное устройство, состоящее из фильтрующей магнитной линзы, шаблон, оптическую колонну (проектор), состоящую из первой и второй линз, первого и второго мультипольных элементов, расположенных соответственно за первой и второй линзами, метрологический блок, приемный блок, состоящий из мишени и координатного стола, причем информационный выход метрологического блока подключен к информационному входу блока управления, управляющие выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго блоков питания, выходы первого и второго блоков питания подключены соответственно к шинам питания первой и второй линз оптической колонны, а также третий блок питания, выходы которого подключены к устройству создания ионного пучка (см. патент 4985634, кл. Н 01 J 37/30, 1991). Known ion-projection lithographic equipment containing placed in a vacuum chamber sequentially and coaxially arranged device for creating an ion beam, a lighting device consisting of a filtering magnetic lens, a template, an optical column (projector), consisting of the first and second lenses, the first and second multipole elements located respectively behind the first and second lenses, a metrological unit, a receiving unit consisting of a target and a coordinate table, and the information output of the metrological about the unit is connected to the information input of the control unit, the control outputs of which are connected respectively to the control inputs of the first and second power supplies, the outputs of the first and second power supplies are connected respectively to the power buses of the first and second lenses of the optical column, as well as the third power supply, the outputs of which are connected to an ion beam generating device (see patent 4985634, CL H 01 J 37/30, 1991).
Известен способ настройки ионно-проекционной литографической аппаратуры, включающий формирование коллимированного ионного пучка, выделение из него опорных пучков с помощью отверстий в шаблоне, измерение размеров и координат центров опорных пучков в плоскости мишени при поочередном изменении одного из юстируемых параметров ионно-проекционной аппаратуры при постоянстве других параметров, сравнении полученных величин с соответствующими величинами в плоскости шаблона с учетом коэффициента уменьшения аппаратуры, при отличии определяют с помощью метода линейной оптимизации значение поправки к юстируемому параметру ионно-проекционной литографической аппаратуры и изменяют размеры и центральное положение опорных пучков посредством установки уточненного значения юстируемого параметра (см. там же). A known method of tuning the ion-projection lithographic equipment, including the formation of a collimated ion beam, extracting reference beams from it using the holes in the template, measuring the dimensions and coordinates of the centers of the reference beams in the target plane by alternately changing one of the adjustable parameters of the ion-projection equipment with the constancy of the other parameters, comparing the obtained values with the corresponding values in the plane of the template, taking into account the reduction coefficient of the equipment, with a difference t using the method of linear optimization correction value to the parameter, adjustable ion projection lithography apparatus and change the size and central position of the supporting beams by setting a proximate value, adjustable parameter (ibid.).
Недостатком известных устройств и способа является невозможность получить оптимально качественное изображение по всему рабочему полю мишени при заданном масштабе уменьшения и допустимом уровне дисторсии из-за влияния аберраций осветительного устройства и отсутствия необходимых средств управления расходимостью ионного пучка в плоскости шаблона. A disadvantage of the known devices and method is the inability to obtain an optimum quality image over the entire working field of the target for a given reduction scale and an acceptable level of distortion due to the influence of aberrations of the lighting device and the lack of necessary means for controlling the divergence of the ion beam in the plane of the template.
Недостатком известного устройства является также появление анизотропных аберраций, связанных с косыми лучами, возникающими в результате остаточного вращения ионного пучка в фильтрующей магнитной линзе, даже при использовании методов компенсации. A disadvantage of the known device is the appearance of anisotropic aberrations associated with oblique rays resulting from the residual rotation of the ion beam in the filtering magnetic lens, even when using compensation methods.
Недостатком известного устройства является рассеяние в изображении, обусловленное низкой скоростью ионов в пучке в области кроссовера, вызывающей повышенное расталкивание ионов в кроссовере. A disadvantage of the known device is the scattering in the image due to the low speed of ions in the beam in the crossover region, causing increased repulsion of ions in the crossover.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение качества изображения за счет уменьшения аберраций, вносимых осветительным устройством. The technical result of the invention is to improve image quality by reducing aberrations introduced by the lighting device.
Технический результат достигается тем, что в ионный микропроектор, содержащий размещенные внутри вакуумной камеры последовательно и соосно устройство создания ионного пучка, осветительное устройство, состоящее из фильтра масс, шаблон, проектор, состоящий из первой и второй линз и первого и второго мультипольных элементов, соосно расположенных соответственно за первой и второй линзами, метрологический блок и приемный блок, содержащий координатный стол с размещенным в нем объектом обработки, а также первый и второй блоки питания и блок управления, первый информационный вход которого подключен к информационному выходу метрологического блока, первый и второй управляющие выходы его подключены соответственно к управляющим входам первого и второго блоков питания, первый выход первого блока питания подключен к внутреннему электроду первой линзы проектора, второй выход первого и первый выход второго блоков питания объединены, введены третий и четвертый блоки питания, первый и второй опорные источники питания, в осветительное устройство электростатическая коллимирующая линза, установленная соосно за фильтром масс, в проектор иммерсионная линза, установленная соосно перед первой линзой, причем первый электрод электростатической коллимирующей линзы осветительного устройства подключен к первому выходу третьего блока питания, управляющий вход которого подключен к третьему управляющему выходу блока управления, второй выход его и вход питания устройства создания ионного пучка подключены к первому выходу второго опорного источника питания, второй выход которого подключен к общей шине, к которой подключен корпус вакуумной камеры, внешние электроды первой и второй линз проектора и первый выход первого опорного источника питания, второй выход которого подключен к объединенным выходам первого и второго блоков питания, второй выход второго блока питания подключен к внутреннему электроду второй линзы проектора, при этом первый электрод иммерсионной линзы проектора подключен ко второму электроду электростатической коллимирующей линзы осветительного устройства и через четвертый блок питания к первому выходу второго опорного источника питания, последний электрод иммерсионной линзы подключен к общей шине. The technical result is achieved by the fact that in an ionic microprojector containing an ion beam creating device arranged sequentially and coaxially inside the vacuum chamber, a lighting device consisting of a mass filter, a template, a projector consisting of the first and second lenses and the first and second multipole elements, coaxially arranged respectively, behind the first and second lenses, the metrological unit and the receiving unit containing the coordinate table with the processing object located in it, as well as the first and second power supplies and the unit board, the first information input of which is connected to the information output of the metrological unit, its first and second control outputs are connected respectively to the control inputs of the first and second power supplies, the first output of the first power supply is connected to the internal electrode of the first lens of the projector, the second output of the first and first output of the second power supplies combined, introduced the third and fourth power supplies, the first and second reference power sources, in the lighting device electrostatic collimating l a probe mounted coaxially behind the mass filter into the projector an immersion lens mounted coaxially in front of the first lens, the first electrode of the electrostatic collimating lens of the lighting device is connected to the first output of the third power supply, the control input of which is connected to the third control output of the control unit, its second output and the power input of the ion beam making device is connected to the first output of the second reference power source, the second output of which is connected to a common bus to which it is connected the housing of the vacuum chamber, the external electrodes of the first and second lenses of the projector and the first output of the first reference power source, the second output of which is connected to the combined outputs of the first and second power supplies, the second output of the second power supply is connected to the internal electrode of the second lens of the projector, while the first electrode is immersion the projector’s lens is connected to the second electrode of the electrostatic collimating lens of the lighting device and through the fourth power supply to the first output of the second reference power source Ia, the latter electrode immersion lens is connected to a common bus.
Технический результат достигается тем, что в способе настройки ионного микропроектора, включающем предварительную настройку его проектора посредством определения уточненных значений юстируемых параметров ионного микропроектора на основе результатов измерения на мишени размеров и координат центров опорных пучков, выделенных с помощью метрологического шаблона из коллимированного ионного пучка, производят изменение расходимости ионного пучка в плоскости метрологического шаблона и измерение по окружности величины дисторсии на рабочем поле мишени, при обнаружении окружности с нулевым значением дисторсии фиксируют расходимость ионного пучка и измеряют радиус окружности, на которой обнаружена нулевая дисторсия, измеряют величину дисторсии на окружности с радиусом , где r0 - радиус окружности с нулевым значением дисторсии, сравнивают измеренную величину дисторсии с допустимым значением, при отличии повторяют указанные выше операции до тех пор, пока на радиусе rm, соответствующем вновь полученному радиусу r0, абсолютное значение измеренной величины дисторсии не достигнет допустимого значения дисторсии, или пока вновь полученный радиус r0 не достигнет заданного размера рабочего поля, даже если абсолютное значение величины дисторсии на соответствующем радиусе rm меньше допустимого значения дисторсии.The technical result is achieved by the fact that in the method of tuning an ionic microprojector, including pre-setting its projector by determining the adjusted values of the adjustable parameters of the ionic microprojector based on the measurement results on the target of the sizes and coordinates of the centers of the reference beams extracted using the metrological template from the collimated ion beam, make a change the divergence of the ion beam in the plane of the metrological template and the measurement around the circumference of the distortion at work than the target field, when a circle with a zero distortion value is detected, the divergence of the ion beam is recorded and the radius of the circle on which zero distortion is detected is measured, and the distortion value is measured on a circle with a radius , where r 0 is the radius of a circle with a zero distortion value, compare the measured distortion value with an acceptable value, with the difference, repeat the above operations until, at a radius r m corresponding to the newly obtained radius r 0 , the absolute value of the measured distortion value reaches permissible distortion value, or until the newly obtained radius r 0 reaches the specified size of the working field, even if the absolute value of the distortion value at the corresponding radius r m is less than the permissible distortion value and.
На фиг. 1 представлена структурная схема ионного микропроектора (ИМ), реализующая способ настройки его, на фиг. 2а - стандартные траектории, характеризующие настройку оптической системы ИМ, на фиг. 2б - оптическая схема ИМ, на фиг. 3 - график зависимости коэффициента дисторсии третьего порядка от параметра θ, характеризующего расходимость ионного пучка в плоскости шаблона, на фиг. 4 - график зависимости коэффициента дисторсии пятого порядка от параметра θ, на фиг. 5 - возможность перенастройки оптической системы ИМ относительно функции распределения дисторсии (Δwd) с помощью осветительного устройства при неизменном значении масштаба уменьшения изображения, на фиг. 6 - результаты расчетов зависимости размера рабочего поля при заданном уровне дисторсии от параметра θ, полученные тремя различными способами, на фиг. 7 - пример оптимально настроенной оптической системы (зависимость абсолютного значения дисторсии от радиуса рабочего поля), на фиг. 8 - алгоритм работы блока управления в режиме настройки.In FIG. 1 is a structural diagram of an ionic microprojector (IM) that implements a method for tuning it; FIG. 2a — standard paths characterizing the tuning of the optical system of the MI, in FIG. 2b is an optical circuit of the MI, in FIG. 3 is a graph of the dependence of the third-order distortion coefficient on the parameter θ characterizing the divergence of the ion beam in the plane of the template, FIG. 4 is a graph of a fifth-order distortion coefficient versus θ, FIG. 5 - the possibility of reconfiguring the optical system of the MI relative to the distortion distribution function (Δw d ) with the help of a lighting device at a constant value of the image reduction scale, in FIG. 6 shows the results of calculating the dependence of the size of the working field at a given level of distortion on parameter θ, obtained in three different ways, and FIG. 7 is an example of an optimally tuned optical system (the dependence of the absolute value of distortion on the radius of the working field), FIG. 8 - algorithm of the control unit in the setting mode.
Ионный микропроектор (фиг.1) содержит расположенные в вакуумной камере 1 последовательно на одной прямой оси устройство 2 создания ионного пучка, осветительное устройство, состоящее из фильтра 3 масс и электростатической коллимирующей линзы 4, шаблон 5, проектор, состоящий из иммерсионной линзы 6, первой линзы 7, первого мультипольного элемента 8, второй линзы 9, второго мультипольного элемента 10, приемный блок 11 с размещенным в нем объектом обработки и смарт-устройством, а также метрологический блок 12, информационный выход блока 12 и информационный выход смарт-устройства подключены к информационным входам блока 13 управления, первый, второй и третий управляющий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого 14, второго 15 и третьего 16 блоков питания, первый выход первого 14 и второй выход второго 15 блоков питания подключены соответственно к внутренним электродам первой 7 и второй 9 линз проектора, второй выход первого 14 и первый выход второго 15 блоков питания объединены и через первый опорный источник 17 питания подключены к общей шине, первый выход третьего 16 блока питания подключен к первому электроду электростатической линзы 4, второй выход его подключен к первому выходу второго 18 опорного источника питания, к которому подключен вход питания устройства 2, и через четвертый блок 19 питания подключен первый электрод иммерсионной линзы 6 проектора, к которому подключен второй электрод линзы 4, последний электрод линзы 6 подключен к общей шине, к которой подключены также внешние электроды линз 7 и 9, второй выход второго 18 источника питания и корпус вакуумной камеры 1. The ion microprojector (Fig. 1) contains an ion
Устройство 2 создания ионного пучка содержит ионный источник 20 плазменного типа, вытягивающий 21 и подавляющий 22 электроды, а также первый 23 и второй 24 блоки питания, при этом источник 20 через первый 23 блок питания, подавляющий 22 электрод через второй 24 блок питания подключены ко входу питания устройства 2, к которому подключен вытягивающий 21 электрод. Устройство 2 способно создать пучок ионов с высокой яркостью за счет малого размера виртуального источника, имеющего диаметр порядка 10 мкм и обеспечивает начальную энергию ионов от 5 кэВ до 10 кэВ. The ion
Осветительное устройство содержит фильтр 3 масс и электростатическую коллимирующую линзу 4. Фильтр 3 масс может быть выполнен как фильтр Вина, содержащий скрещенные электрическое и магнитное поля, настроенный на пропускание без отклонения только одного типа ионов. The lighting device comprises a 3 mass filter and an electrostatic
Шаблон 5 является сменным, для чего он крепится в специальном барабане, имеющем термическую стабилизацию и систему управления сменой шаблонов (на фиг. 1 не показаны). Существуют два типа шаблонов: рабочие и метрологические. Рабочий шаблон имеет отверстия для создания желаемого рисунка и дополнительные отверстия, играющие роль меток совмещения. Метрологический шаблон имеет множество метрологических отверстий, позволяющих определить различные параметры ИМ, аналогично тому, как это сделано в известном устройстве. Метрологический шаблон для измерения дисторсии должен содержать множество одинаковых отверстий, расположенных в виде рядов и столбцов с одинаковым шагом в плоскости X,Y и покрывать пространство, несколько превышающее допустимый размер рабочего поля. Форма отверстий может быть круглой или квадратной, размер выбирают таким, чтобы спроецированное изображение одного отверстия могло вписаться в один квадратный пиксел детектора размером 10 мкм х 10 мкм. The
Иммерсионная линза 6 проектора содержит последовательный ряд ускоряющих электродов, разделенных диэлектриками, с равномерно распределенным по электродам потенциалом, поступающим от блока 19 питания. Подключение первого электрода линзы 6 ко второму электроду линзы 4 осветительного устройства включает линзы 4 и 6 в единую систему, которая обеспечивает ионам конечную энергию прежде, чем они достигнут кроссовера, расположенного между первой 7 и второй 9 линзами проектора. В этом случае расталкивание ионов между собой в кроссовере будет минимальным, что способствует уменьшению общего рассеяния. Кроме того, большая часть устройства оказывается под потенциалом земли. The
Первая линза 7 проектора представляет собой ускоряющую энзелевую линзу, собирающую ионный пучок в кроссовер и предназначенную, главным образом, для плавного изменения коэффициента уменьшения. The
Каждый мультипольный элемент 8 и 10 содержит 16 электродов, образующих отверстие цилиндрической формы, которые используются для управления смещением оптической оси, исправления различий в масштабе уменьшения по осям X,Y, для коррекции квадрупольного и других мультипольных эффектов, возникающих в результате случайных нарушений осевой симметрии. Each
Вторая линза 9 проектора представляет собой энзелевую линзу, которая обеспечивает финальную фокусировку и настраивается таким образом, чтобы разрешение на краях рабочего поля было таким же, как и в центральной точке оптической оси. Энергия ионов, падающих на мишень, находится в диапазоне от 50 до 200 кэВ. The second lens 9 of the projector is an enzel lens, which provides final focusing and is adjusted so that the resolution at the edges of the working field is the same as at the center point of the optical axis. The energy of ions incident on the target is in the range from 50 to 200 keV.
Приемный блок 11 содержит объект обработки, подключенный к общей шине ИМ (на фиг. 1 не показаны) и смарт-устройство, установленные на координатном столе, которые используются поочередно в качестве мишени. Перемещения координатного стола контролируются с помощью лазерного интерферометра. Измерение дисторсии производится методом регистрации на мишени с помощью смарт-устройства координат центров опорных пучков, выделяемых из ионного пучка с помощью шаблона 5. Выходной сигнал смарт-устройства на время настройки ИМ подключен к блоку 13 управления. В состав смарт-устройства входит детектор и несколько интегральных схем, производящих цифровую обработку сигналов детектора, которое выпускается фирмой "Irvin Sensors", США (см. Laser Focus World, july 1966, с.113-115). The receiving unit 11 contains a processing object connected to a common IM bus (not shown in FIG. 1) and a smart device mounted on a coordinate table, which are used alternately as a target. The movements of the coordinate table are controlled using a laser interferometer. The distortion is measured by registering on the target using a smart device the coordinates of the centers of the reference beams extracted from the ion beam using the
Метрологический блок 12 представляет собой ряд детекторов, установленных в заданных местах на прецизионном метрологическом столе перед мишенью, который смонтирован на координатном столе блока 11. Детекторы предназначены для регистрации контрольных пучков совмещения, образующихся при прохождении ионного пучка через специальные отверстия на рабочем шаблоне 5 (аналогичен метрологическому блоку известного устройства). The metrological unit 12 is a series of detectors installed in predetermined places on a precision metrological table in front of the target, which is mounted on the coordinate table of block 11. The detectors are designed to register the registration alignment beams generated during the passage of the ion beam through special holes on working template 5 (similar to metrological unit of a known device).
Блок 13 управления может быть выполнен на микропроцессоре типа "Пентиум" или на содержащем его персональном компьютере типа IBM РС. Алгоритм работы блока 13 в режиме настройки электростатической коллимирующей линзы 4 приведен на фиг.8. The control unit 13 may be performed on a Pentium microprocessor or on a personal computer of the IBM PC type containing it. The operation algorithm of block 13 in the tuning mode of the electrostatic collimating
Блоки 14, 15 и 16 питания выполнены с возможностью регулировки выходного напряжения.
Первый опорный источник 17 питания создает общее смещение потенциала на внутренних электродах первой 7 и второй 9 линз проектора относительно корпуса вакуумной камеры 1, который находится под потенциалом земли. The first reference power source 17 creates a common potential bias on the inner electrodes of the first 7 and second 9 lenses of the projector relative to the housing of the
Второй опорный источник 18 питания обеспечивает общее смещение потенциала на устройстве 2, коллимирующей линзе 4, мишени, иммерсионной линзе 6 относительно корпуса вакуумной камеры 1. The second reference power source 18 provides a total potential bias on the
Все перечисленные источники питания содержат первичные автономные источники питания. Использование опорных источников 17 и 18 позволяет в ИМ выполнить блоки питания 14, 15 и 16 с более тонкой регулировкой выходного напряжения. All listed power sources contain primary autonomous power sources. The use of reference sources 17 and 18 allows the
Практической работе предшествует метрологический цикл измерений режимов и параметров оптической системы ИМ и настройки ее на состояние, обеспечивающее ИМ требуемый режим уменьшения изображения с допустимым уровнем аберраций изображения. The practical work is preceded by a metrological cycle of measuring the modes and parameters of the optical system of the IM and setting it to a state that provides the IM with the required mode of image reduction with an acceptable level of image aberration.
Принято считать, что наиболее качественное изображение соответствует нормальному падению коллимированного ионного пучка на шаблон 5, т.е. когда главные лучи, исходящие из каждой изображаемой точки шаблона, строго ортогональны к поверхности шаблона, а дальнейший ход главных лучей в проекторе подчиняется условиям конфокальности. Обычная схема анализа дисторсии при этом базируется на учете аберраций третьего порядка, согласно которой функция распределения дисторсии по рабочему полю непрерывно возрастает как кубическая парабола по мере удаления точки изображения от центра рисунка к его периферии, и предполагается, что дисторсия пятого порядка будучи значительно меньше по величине не вносит существенных отличий в характер указанного распределения. В силу того, что коэффициент дисторсии третьего порядка обладает свойством обращения в нуль, дисторсия пятого порядка, которая чувствительна к аберрациям осветительной системы, качественно меняет картину распределения дисторсии. It is generally accepted that the highest quality image corresponds to the normal incidence of the collimated ion beam on
Для лучшего понимания сути изобретения приведем ряд определений, которые в дальнейшем используются в описании изобретения. For a better understanding of the invention we give a number of definitions that are further used in the description of the invention.
Определение 1. Дисторсия изображения представляет собой аберрации главных лучей в плоскости изображения.
Определение 2. Главный луч представляет собой траекторию, связывающую центр ионного источника с исследуемой точкой в плоскости шаблона и являющуюся ее продолжением в проекторе.
Определение 3. Некатодная оптическая система, в дальнейшем именуемая просто оптической системой, содержит осветительную и проекторную части, рассматриваемые как единое целое, в которой начало представляет собой виртуальный источник (координата zv на фиг.2а), а конец системы - мишень (zi), при этом начало и конец системы не являются оптически сопряженными, как в случае оптической колонны известного устройства, соответствующей проекторной части предлагаемой системы с оптически сопряженными плоскостями шаблона (zm) и мишени (zi).
Определение 4. Оптическая система называется параксиальной, если дисторсия и аберрации рассеяния на всем заданном поле изображения ограничены определенными заданными пределами, удовлетворяющими условиям решаемой задачи.
Определение 5. Оптическая система называется оптимально настроенной по дисторсии, если она имеет максимально возможное рабочее поле, удовлетворяющее условию параксиальности, а соответствующая картина распределения дисторсии в этом случае называется тонкой структурой.
Юстируемыми параметрами ИМ являются параметры, изменяющие свои величины в процессе настройки. К ним относятся потенциалы, устанавливаемые на линзах 7 и 9 проектора и мультипольных элементах 8 и 10. Adjustable MI parameters are parameters that change their values during the setup process. These include potentials mounted on the
Опираясь на результаты наших исследований, утверждаем, что каждая оптическая система характеризуется своей оптимальной настройкой и соответствующей ей тонкой структурой дисторсии, своим оптимальным значением параметра θ, характеризующим расходимость ионного пучка. Такое оптимальное значение θ зависит от значения допустимого уровня дисторсии ε, от геометрических параметров конструкции, внутренней конфигурации электродов линз и оболочки вакуумной камеры 1, влияющих на структуру электрического поля, характеризуемого функцией распределения потенциала вдоль оптической оси и ее производными по направлению z, которые вплоть до четвертого порядка включительно оказывают существенное влияние на характер распределения дисторсии внутри рабочего поля. Такое оптимальное значение находится в окрестности значения θ0= 0 и требует специальной тонкой настройки.Based on the results of our studies, we affirm that each optical system is characterized by its optimal tuning and the corresponding fine distortion structure, by its optimal value of the parameter θ characterizing the divergence of the ion beam. Such an optimal value of θ depends on the value of the permissible distortion level ε, on the geometric design parameters, the internal configuration of the lens electrodes and the shell of the
Теоретические исследования дисторсии показывают, что каждая оптическая система может быть настроена при допустимом уровне ε дисторсии с помощью линзы осветительного устройства таким образом, что она будет обладать максимально возможным размером рабочего поля изображения, ограниченным окружностью с радиусом r0, где имеет место нулевая дисторсия. На этой окружности выполняется условие равенства членов дисторсии третьего и пятого порядков по величине и противоположности по знаку, в результате чего происходит их компенсация. Это положение поддается регулированию и смещению в любую сторону, однако смещение в сторону увеличения радиуса влечет за собой увеличение максимального абсолютного значения дисторсии во внутренней области. Исполнение требования равенства максимального абсолютного значения дисторсии внутри указанной окружности допустимому уровню ε определяет максимально возможное допустимое значение r0. В таком состоянии, названном согласно определению 5 тонкой структурой, главную роль играет член дисторсии пятого порядка.Theoretical studies of distortion show that each optical system can be tuned at an acceptable level of ε distortion using the lens of a lighting device in such a way that it will have the maximum possible size of the image working field, bounded by a circle with a radius r 0 , where there is zero distortion. On this circle, the condition of equality of the third and fifth order distortion terms in magnitude and opposite in sign is satisfied, as a result of which they are compensated. This position can be regulated and shifted in any direction, however, a shift in the direction of increasing the radius entails an increase in the maximum absolute value of distortion in the inner region. Fulfillment of the requirement of equality of the maximum absolute value of distortion inside the specified circle to the permissible level ε determines the maximum possible acceptable value r 0 . In this state, which is called a fine structure according to
Традиционный подход к исследованию дисторсии заключается в рассмотрении проектора (фиг.2б) в пределах от zm до zi, где zm и zi соответственно координаты шаблона 5 и мишени, расположенной в приемном блоке 11 на оптической оси . При описании траектории ионов используются стандартные траектории Т1(z), S1(z) и V1(z) (фиг. 2а), которые находятся из решения однородного дифференциального уравнения траекторий гуассового приближения по своим начальным условиям в плоскости шаблона 5:
где θ - параметр, характеризующий расходимость ионного пучка в плоскости шаблона 5 и играющий главную роль в поиске оптимального режима работы.The traditional approach to the study of distortion is to consider the projector (fig.2b) in the range from z m to z i , where z m and z i respectively the coordinates of the
where θ is a parameter characterizing the divergence of the ion beam in the plane of
Траектория S1(z) соответствует случаю строго коллимированного ионного пучка, т. е. нормальному падению главных лучей на шаблон, что является частным случаем, но обычно подразумеваемым как идеальный случай. В общем случае она заменяется траекторией V1(z), между которыми существует следующая связь
V1(z) = S1(z)+θT1(z). (4)
Место пересечения каждой из траекторий S1(z) и V1(z) оптической оси отмечено точками zp и и означает место расположения кроссовера в зависимости от параметра θ.The trajectory S 1 (z) corresponds to the case of a strictly collimated ion beam, i.e., to the normal incidence of the main rays on the template, which is a special case, but usually implied as an ideal case. In the general case, it is replaced by the trajectory V 1 (z), between which there is the following connection
V 1 (z) = S 1 (z) + θT 1 (z). (4)
The intersection of each of the trajectories S 1 (z) and V 1 (z) of the optical axis is marked by points z p and and means the location of the crossover depending on the parameter θ.
Существует корреляционная связь между местом размещения кроссовера и типом дисторсии (подушкообразной или бочкообразной); обычно принято считать, что тип дисторсии определяется знаком коэффициента дисторсии третьего порядка, а изменение его знака влечет за собой изменение типа дисторсии. Такое утверждение верно в тех случаях, когда абсолютное значение дисторсии третьего порядка во всех точках рабочего поля значительно превышает аналогичное значение пятого порядка. Однако существует переходная область, где последнее условие нарушается и где дисторсия пятого порядка выходит на первое место по значению. Эта область занимает узкий диапазон по θ и представляет главный интерес, так как она содержит тонкую структуру дисторсии. Тонкая структура дисторсии достигается с помощью регулировки расходимости ионного пучка в плоскости шаблона 5, осуществляемой электростатической коллимирующей линзой 4. There is a correlation between the location of the crossover and the type of distortion (pillow-shaped or barrel-shaped); it is generally accepted that the type of distortion is determined by the sign of the third-order distortion coefficient, and a change in its sign entails a change in the type of distortion. This statement is true in cases where the absolute value of the third-order distortion at all points of the working field significantly exceeds the same value of the fifth order. However, there is a transition region where the last condition is violated and where fifth-order distortion comes first in value. This region occupies a narrow range in θ and is of main interest, since it contains a fine distortion structure. The fine structure of distortion is achieved by adjusting the divergence of the ion beam in the plane of the
Стандартные траектории позволяют представить линейное приближение общего решения уравнения траектории главного луча, выраженного через начальные условия в плоскости шаблона 5 в виде уравнения
w(z) = wmV1(z) + w'mT1(z), (5)
где wm = w(zm), .Standard trajectories make it possible to represent a linear approximation of the general solution of the trajectory equation of the main ray, expressed in terms of the initial conditions in the plane of
w (z) = w m V 1 (z) + w ' m T 1 (z), (5)
where wm = w (z m ), .
В общем случае θ≠0, а частному случаю (используемому в известном устройстве) θ=0 соответствует уравнение
w(z) = wmS1(z) + w'mT1(z). (6)
По традиции именно такое состояние принято считать идеальным.In the general case, θ ≠ 0, and the particular case (used in the known device) θ = 0 corresponds to the equation
w (z) = w m S 1 (z) + w ' m T 1 (z). (6)
By tradition, it is such a condition that is considered to be ideal.
Отметим еще одну важную величину, показанную на фиг. 2а, - коэффициент увеличения V, который находится из расчета с помощью формулы
S1(zi) = V1(zi) = V. (7)
В ИМ вместо коэффициента увеличения V используется масштаб уменьшения М, который является величиной, обратной абсолютному значению коэффициента увеличения
Дисторсия Δw(zi) в плоскости изображения, соответствующая традиционному подходу, равна
где K6v, L12v - коэффициенты дисторсии соответственно третьего и пятого порядков с индексом "v", указывающим на зависимость от стандартной траектории V1, учитывающей влияние параметра θ.Note another important value shown in FIG. 2a, is the coefficient of increase V, which is calculated using the formula
S 1 (z i ) = V 1 (z i ) = V. (7)
In MI, instead of the increase coefficient V, the decrease scale M is used, which is the reciprocal of the absolute value of the increase coefficient
The distortion Δw (z i ) in the image plane corresponding to the traditional approach is
where K 6v , L 12v are the distortion coefficients of the third and fifth orders, respectively, with the index "v" indicating the dependence on the standard path V 1 , taking into account the influence of the parameter θ.
Начальное положение wm ионной траектории в плоскости шаблона 5 задается с помощью малых комплексных параметров
где R - расстояние от точки исхождения луча в плоскости шаблона 5 до оптической оси,
i - мнимая единица,
φ - азимутальный угол этой точки в полярной системе координат.The initial position w m of the ion trajectory in the plane of
where R is the distance from the point of origin of the beam in the plane of the
i is the imaginary unit
φ is the azimuthal angle of this point in the polar coordinate system.
Коэффициенты дисторсии входят в соответствующие множества аберрационных коэффициентов третьего и пятого порядков под указанными порядковыми номерами и вычисляются как интегральные функционалы, зависящие от полевых функций на оси оптической системы и их производных по z, а также зависят от указанных стандартных траекторий. Коэффициент L12v, кроме того, зависит от функции К1(z), характеризующей аберрацию третьего порядка.The distortion coefficients are included in the corresponding sets of third and fifth order aberration coefficients under the indicated serial numbers and are calculated as integral functionals depending on the field functions on the axis of the optical system and their derivatives with respect to z, and also depend on the indicated standard trajectories. The coefficient L 12v , in addition, depends on the function K 1 (z) characterizing the third-order aberration.
Уравнение (9) выражает дисторсию в классическом стиле, но, как показывают теоретические исследования, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что оно не учитывает влияние аберраций на участке (zv, zm) (фиг. 2а), влияющих на отклонение истинных наклонов лучей в плоскости шаблона 5 от наклонов, характеризуемых расходимостью первого (Гауссового) порядка. Специальное вычисление этих аберраций (первая ступень) и учет их влияния на дисторсию традиционным способом (вторая ступень) приводит к сложным вычислениям, требующим учета всех аберрационных коэффициентов третьего порядка. Результат такого двухступенчатого расчета сводится к добавке Δ3 = F3(K1,..., K5), влияние которой показано на фиг.6 в виде кривой 2.Equation (9) expresses distortion in the classical style, but, as theoretical studies show, it has a significant drawback in that it does not take into account the effect of aberrations in the (z v , z m ) region (Fig. 2a), which affect the deviation of the true slopes of rays in the plane of
Более быстрый и точный учет производится в результате разработанного нами нового метода, а именно, при рассмотрении всей оптической системы (zv, zi) как единой целой (фиг.2а), описываемой с помощью одной новой стандартной траектории Т(z), берущей начало в положении zv (фиг.2б) и определяемой начальными условиями
Т(zv) = 0, T'(zv) = 1, (11)
где штрих обозначает производную по z. Параметр θ находится из условия
Настройка оптической системы и поиск оптимального состояния производится при фиксированном М и варьируемом θ. В этом случае траектории главных лучей определяются в соответствии с определением 2 и имеют вид
где
верхняя черта обозначает комплексное сопряжение, функциональные коэффициенты К1(z), L1(z) являются решениями соответствующих им нелинейных дифференциальных уравнений.Faster and more accurate accounting is performed as a result of a new method developed by us, namely, when considering the entire optical system (z v , z i ) as a whole (Fig. 2a), described using one new standard trajectory T (z) taking the beginning in position z v (figb) and determined by the initial conditions
T (z v ) = 0, T '(z v ) = 1, (11)
where the prime denotes the derivative with respect to z. The parameter θ is found from the condition
The tuning of the optical system and the search for the optimal state are performed for a fixed M and a variable θ. In this case, the trajectories of the main rays are determined in accordance with
Where
the upper line denotes complex conjugation, the functional coefficients K 1 (z), L 1 (z) are solutions of the corresponding nonlinear differential equations.
Искомая дисторсия ΔwD/ изображения точки wm на мишени, согласно определению 1, представляется выражением
где
Результат учета новым методом влияния указанных аберраций на размер рабочего поля показан также на фиг.6 в виде кривой 3.The desired distortion Δw D / image of the point w m on the target, according to
Where
The result of taking into account the influence of these aberrations on the size of the working field by a new method is also shown in Fig. 6 in the form of
Главная особенность электростатических систем связана с возможностью обращения в нуль коэффициента дисторсии третьего порядка K6v(θ), которая представлена на фиг. 3. Функции зависимы между собой. Из графика видно, что в некотором положении θ0, которого можно достичь с помощью изменения расходимости ионного пучка, функция K6v(θ) принимает значение нуль. Это положение θ0 не обязательно совпадает с нулевым значением величины θ, которое характеризует строго коллимированный ионный пучок в плоскости шаблона 5. Однако такое отклонение обычно мало, но имеет существенное значение при настройке, несмотря на его малость.The main feature of electrostatic systems is related to the possibility of vanishing of the third-order distortion coefficient K 6v (θ), which is shown in FIG. 3. Functions are interdependent. The graph shows that at a certain position θ 0 , which can be achieved by changing the divergence of the ion beam, the function K 6v (θ) takes the value zero. This position θ 0 does not necessarily coincide with the zero value of θ, which characterizes a strictly collimated ion beam in the plane of
На фиг. 4 показана коррелированная с K6v(θ) функция L12v(θ), определяющая дисторсию пятого порядка. На обоих упомянутых фигурах выделено значение , которое соответствует обращению суммарной дисторсии в ноль на некотором радиусе r0 в плоскости изображения, связанного с радиусом R0 в плоскости шаблона 5 соотношением r0 = VR0. Диапазон по и возможно несколько дальше имеет отличительную особенность, заключающуюся в существовании на изображении окружности с нулевой дисторсией при радиусе R0, которым мы можем управлять с помощью электростатической линзы 4.In FIG. Figure 4 shows the function L 12v (θ) correlated with K 6v (θ), which determines the fifth-order distortion. On both mentioned figures the value is highlighted , which corresponds to the reversal of the total distortion to zero at a certain radius r 0 in the plane of the image associated with a radius R 0 in the plane of
На фиг.5 приведены графики распределения дисторсии по радиусу R для двух случаев настройки линзы 4 на два близких значения параметра θ, характеризуемых соответственно различными уровнями дисторсии ε1,ε2. Из графика видно, что смещение точки R0 в сторону увеличения влечет за собой увеличение абсолютного значения дисторсии во внутренней области. В области R < R0 дисторсия третьего порядка преобладает над дисторсией пятого порядка, но сравнима с ней по величине. В области R > R0 преобладающей становится дисторсия пятого порядка и до значения Rmax абсолютное значение не превышает допустимого значения ε, которое ограничивает дисторсию во внутренней области. Разумно принять в качестве меры рабочего поля величину R0
Запишем условие, определяющее существование окружности с радиусом R0 (на основании выражений 9 и 10):
K6vR
и аналогичное ему в новом предлагаемом способе (из выражения 14)
где
Тогда получим
Пользуясь выражениями (19), можно написать
Таким образом, распределение дисторсии по радиусу мы представили как функцию коэффициента пятого порядка и значения малого параметра, соответствующего месту обращения в нуль дисторсии.Figure 5 shows graphs of the distribution of distortion along the radius R for two cases of tuning the
We write a condition that determines the existence of a circle with radius R 0 (based on expressions 9 and 10):
K 6v R
and similar to it in the new proposed method (from expression 14)
Where
Then we get
Using expressions (19), we can write
Thus, we presented the distribution of distortion along the radius as a function of the fifth-order coefficient and the value of a small parameter corresponding to the place where the distortion vanishes.
Исследование выражения (20) на экстремум во внутренней области показывает существование максимального значения модуля дисторсии на соответствующей в плоскости шаблона 5 окружности с радиусом:
или с учетом того, что r = RV, в плоскости мишени
которому соответствует значение абсолютной дисторсии, равное
Уравнение (24) может быть использовано для вычисления коэффициента L12v.A study of expression (20) for an extremum in the inner region shows the existence of a maximum value of the distortion modulus on a circle with a radius corresponding to the plane of template 5:
or taking into account that r = RV, in the target plane
which corresponds to the value of absolute distortion equal to
Equation (24) can be used to calculate the coefficient L 12v .
Фиг. 5 представляет собой качественную иллюстрацию характера изменения дисторсии вблизи оси системы и имеет целью дать представление о возможностях настройки оптической системы в некоторой переходной области по θ, в которой дисторсия пятого порядка играет решающую роль. Протяженность этой области ограничена областью применимости используемого разложения. Однако само существование области бесспорно. Практическое обнаружение этой области представляет собой тонкую экспериментальную задачу, которая может быть решена при наличии достаточно чувствительных средств измерения дисторсии и настройки коллимирующей линзы 4. FIG. 5 is a qualitative illustration of the nature of the change in distortion near the axis of the system and is intended to give an idea of the possibilities of tuning the optical system in a certain transition region with respect to θ, in which fifth-order distortion plays a decisive role. The extent of this region is limited by the region of applicability of the decomposition used. However, the very existence of the region is undeniable. The practical detection of this region is a subtle experimental problem that can be solved with the use of sufficiently sensitive instruments for measuring distortion and tuning the
Способ настройки ионного микропроектора реализуется следующим образом. The method of tuning the ion microprojector is implemented as follows.
В исходном состоянии в приемном блоке 11 в качестве мишени установлено смарт-устройство, вакуумная камера откачена, на блоки 14, 15, 16 и 19 питания линз поданы напряжения, обеспечивающие их нормальное функционирование. Опорные источники 17 и 18 обеспечивают соответствующие смещения напряжения, в первом случае на внутренних электродах линз 7 и 9 проектора, во втором случае на устройстве 2 создания ионного пучка коллимирующей линзе 4 осветительного устройства и иммерсионной линзе 6. В специальном барабане установлен ряд метрологических и рабочих шаблонов 5. Предполагается, что устройство 2 создания ионного пучка, фильтр 3 масс и коллимирующая линза 4 осветительного устройства находятся в некотором настроенном состоянии, обеспечивающем равномерное освещение коллимированным ионным пучком места расположения рабочей позиции шаблона 5. Приемный блок 11 также загружен объектом обработки. В рабочую позицию устанавливается метрологический шаблон 5, с помощью которого производятся наводка изображения на резкость, настройка проектора на требуемый масштаб изображения и последующая настройка по дисторсии. Осуществляется это следующим образом. На иммерсионной линзе 6 фиксируется потенциал, определяющий конечную энергию ионов. На первую 7 и вторую 9 линзы проектора подаются некоторые предполагаемые значения напряжений от блоков 14 и 15. Из ионного пучка, прошедшего шаблон 5, адресно выделяются контрольные лучи настройки (КЛН). Затем серией последовательно чередующихся операций уточняется значение напряжения, подаваемого блоком 15, при этом производятся измерения КЛН с целью обнаружения их наименьших размеров и координат центров. In the initial state, a smart device is installed as a target in the receiving unit 11, the vacuum chamber is evacuated, voltages are supplied to the lens
Процесс измерения производится с помощью смарт-устройства, занимающего центрированное относительно ионного пучка положение, и механического сканирования, осуществляемого координатным столом под контролем лазерного интерферометра. Сканирование производится в ограниченных пределах, зависящих от размера контрольных меток. Одновременно с наводкой на резкость производится измерение разрешающей способности изображения на основе измерений ширины фронта измеряемых профилей сигналов. Первый этап настройки прекращается при достижении равенства размеров указанных КЛН. В случае различия размеров КЛН, расположенных при вершинах квадрата рабочего поля, и расстояний между ними добиваются их выравнивания с помощью мультипольного элемента 9. Из вычисления отношения для ряда КЛН между измеренными расстояниями и соответствующими им расстояниями на шаблоне определяется масштаб уменьшения изображения. В случае несоответствия определенного таким образом масштаба уменьшения требуемому значению корректируется напряжение на первой линзе 7 с помощью блока 14, и вышеуказанный цикл настройки повторяется до достижения требуемого масштаба уменьшения. На следующем этапе производится настройка дисторсии. The measurement process is carried out using a smart device in a position centered with respect to the ion beam and mechanical scanning carried out by the coordinate table under the control of a laser interferometer. Scanning is carried out to a limited extent, depending on the size of the check marks. Simultaneously with focusing, a resolution of the image is measured based on measurements of the front width of the measured signal profiles. The first stage of tuning is terminated when the size of the specified KLN is reached. In the case of differences in the size of the CLI located at the vertices of the square of the working field and the distances between them, they are aligned using the multipole element 9. From the calculation of the ratio for a number of CLI between the measured distances and the corresponding distances on the template, the image reduction scale is determined. If the reduction scale so determined does not correspond to the required value, the voltage on the
Настройка дисторсии производится на том же метрологическом шаблоне, использующем полное множество опорных пучков, равномерно заполняющее все рабочее поле. Сначала регистрируют координаты центров всех опорных пучков и анализируют их на соответствие круговой симметрии. В случае отсутствия таковой добиваются с помощью мультипольного элемента 10 исправления искажений и снова производят замеры и анализ координат до достижения симметрии, после чего начинается последний этап тонкой настройки изображения. Distortion adjustment is performed on the same metrological template using the full set of reference beams, uniformly filling the entire working field. First, the coordinates of the centers of all the reference beams are recorded and analyzed for correspondence to circular symmetry. If this is absent, distortion correction is achieved using the multipole element 10 and measurements and coordinate analysis are performed again until symmetry is reached, after which the last stage of image fine-tuning begins.
Данные, характеризующие дисторсию, находятся как разности между измеренными координатами центров опорных лучей и рассчитанными с учетом масштаба уменьшения координатами "правильного" положения этих лучей. На основании этих данных рассчитываются коэффициенты дисторсии и определяется тип состояния дисторсии: 1) коэффициент третьего порядка положителен, члены третьего порядка всюду значительно превышают значения членов пятого порядка, 2) абсолютные значения членов третьего порядка становятся сравнимыми с абсолютными значениями членов пятого порядка для некоторой группы опорных пучков, 3) коэффициент третьего порядка принимает отрицательное значение, существует группа опорных пучков, для которых абсолютное значение общей дисторсии меньше определенного порога малости, 4) коэффициент третьего порядка отрицателен, абсолютные значения членов третьего порядка всюду превышают абсолютные значения членов пятого порядка. В зависимости от результата анализа принимается решение об изменении напряжения на коллимирующей линзе 4, управляющей параметром θ расходимости ионного пучка на шаблоне 5. При обнаружении четко выраженного третьего типа дисторсии существует возможность определения окружности с некоторым радиусом r0, обладающей нулевой дисторсией. Затем вычисляется значение и измеряется дисторсия для опорных пучков, расположенных на окружности, имеющей радиус rm. Измеренную величину дисторсии сравнивают с допустимым ее значением ε. В случае когда r0 меньше желаемого значения рабочего поля, существуют две следующих возможности: измеренное значение дисторсии на окружности с радиусом rm меньше или больше величины ε. В зависимости от этого результата изменяют расходимость ионного пучка до тех пор, пока на каждом вновь полученном расстоянии rm абсолютное значение дисторсии не достигнет заданного значения ε или пока при меньшем, чем ε, абсолютном значении дисторсии радиус r0 окружности с нулевой дисторсией не достигнет заданного размера рабочего поля. Дополнительные сведения о тонкой настройке дисторсии содержатся в описании алгоритма настройки.The data characterizing the distortion are found as the differences between the measured coordinates of the centers of the reference rays and calculated taking into account the scale of reduction of the coordinates of the "correct" position of these rays. Based on these data, distortion coefficients are calculated and the type of distortion state is determined: 1) the third-order coefficient is positive, the third-order terms everywhere significantly exceed the values of the fifth-order terms, 2) the absolute values of the third-order terms become comparable with the absolute values of the fifth-order terms for a certain group of reference beams, 3) the third-order coefficient takes a negative value, there is a group of reference beams for which the absolute value of the total distortion is less certain threshold smallness, 4) of the third order coefficient is negative, the absolute value of the third order terms throughout exceed the absolute value of the fifth order terms. Depending on the result of the analysis, a decision is made to change the voltage on the
На фиг. 8 представлена блок-схема алгоритма настройки ИМ на оптимальный режим работы с учетом тонкой структуры дисторсии. В основу настройки положен стандартный цикл измерения координат центров опорных пучков на мишени. Цикл начинается с перемещения координатного стола (КС) в процессе механического сканирования, осуществляемого с целью определения профилей всех опорных пучков в сечениях Х и Y. Для этого из общей программы управления процессом на КС поступает управляющий импульс, по которому фиксируются его координаты, инициализируются все пикселы детекторной матрицы и начинается процесс измерения, заключающийся в накоплении зарядов, доставляемых падающим ионным потоком, для каждого пикселa за заданный интервал времени. По окончании этого интервала времени смарт-устройство производит цифровую обработку сигналов каждого пиксела и запоминает эти данные в виде карты. Затем такая карта считывается схемой памяти, и указанный период цикла измерения после очередного перемещения КС повторяется заданное количество раз. В результате осуществления полного цикла измерения в указанной памяти размещается последовательный ряд карт, соответствующий временному исполнению цикла. В тех пикселах, на которые попадали опорные пучки, последовательные по времени данные образуют профили сечений соответствующих опорных пучков с известными координатами, определяемыми положениями этих пикселов в матрице смарт-устройства. По окончании указанного цикла производится обработка полученных данных, заключающаяся в определении сначала положения центров фронтов сигналов на уровне 0,5 от своей величины максимального сигнала каждого опорного пучка. Координата центра опорного пучка находится как среднее арифметическое от его значений координат левого и правого фронтов. Повторение цикла смещением КС по другому взаимно перпендикулярному направлению дает возможность определить обе координаты центра для каждого опорного пучка. Следующий этап обработки заключается в вычислении величины масштаба уменьшения М, необходимого для определения дисторсии каждого опорного пучка. Для этого производится сравнение расстояний между выделенными контрольными лучами настройки (КЛН) на мишени и их известными расстояниями на шаблоне. Такие выделенные КЛН должны быть расположены достаточно близко к центру изображения, чтобы быть слабо подверженными дисторсии и в то же время достаточно удалены от него, чтобы ошибка измерения была невелика. Наконец, из данных центров координат вычитаются линейные компоненты, характеризующие идеальное положение опорных пучков, а полученные разности координат характеризуют данные дисторсии ((Δxij,Δyij)), из которых с учетом положения центра изображения рассчитывается матрица rij дисторсии с количеством членов, равным количеству опорных пучков. Эта матрица служит источником информации для дальнейшего анализа и логических операций настройки. Множества значений этой матрицы разбиваются на подмножества, характеризующие дисторсию в радиальных направлениях, т.е. относящихся к опорным пучкам, лежащим на линиях, проходящих через центр изображения. Эти данные аппроксимируются в одном случае с помощью кубической параболы Кr3, а в другом случае с помощью суммы Кr3 + Lr5, где r - радиальное расстояние между центром изображения и правильным положением текущего измеряемого опорного пучка, К и L - соответственно экспериментально определяемые значения коэффициентов дисторсии третьего и пятого порядков, для чего используются статистические методы обработки с вычислением дисперсии и соответствующих стандартных ошибок, на основе которых производится оценка достоверности вычисленных значений. Затем начинается логическая часть настройки, в которой сначала сравниваются последовательно определенные коэффициенты третьего порядка Кi,Ki-1. К числу юстируемых параметров нами добавляется потенциал на первом электроде коллимирующей линзы 4 осветительной системы. Последующий потенциал Ui+1 на этой линзе за потенциалом Ui определяется по схеме, представленной на фиг.8, где ΔUi/ представляет собой инкремент, использованный на i-ом шаге измерения. Логическая ветвь настройки изменяет направление после того, как начнет выполняться признак оправданного присутствия коэффициента дисторсии пятого порядка L и уверенного различия в знаках коэффициентов дисторсии третьего и пятого порядков. Из данных матрицы дисторсии выделяются подмножества, относящиеся к концентрическим окружностям, и производится анализ данных на существование окружности с нулевой дисторсией. Признаком существования такой окружности является изменение знака у членов дисторсии rij, относящихся к последовательным подмножествам концентрических окружностей. Положение окружности, обладающей нулевой дисторсией, и значение его радиуса r0 вычисляется методом аппроксимации данных дисторсии, относящихся к подмножествам радиальных направлений. После этого по формуле (23) вычисляется радиус rm связанной окружности, на которой абсолютное значение дисторсии внутри окружности с радиусом r0 должно быть максимальным. На основе экспериментальных данных дисторсии определяется значение дисторсии Δ(rm) для окружности с вычисленным радиусом. Дальнейшие операции настройки производятся в соответствии с логическими результатами, показанными на фиг. 8, где ε - допустимое значение дисторсии, rk - заданное значение рабочего поля на мишени, а δ - точность определения конечного результата по дисторсии. Процесс настройки заканчивается при выполнении одного из двух возможных случаев: 1) если значение дисторсии Δ(rm) достигнет своего допустимого значения или 2) радиус r0 достигнет заданного значения рабочего поля при меньшем значении Δ(rm) своего допустимого значения. По окончании процесса настройки определенному значению дисторсии Δ(rm) присваивается обозначение ym, вычисляются экспериментальные значения коэффициентов дисторсии на основе формул
После указанной настройки ионный пучок в области рабочего поля перекрывается механическим затвором, и ионный микропроектор готов к работе с рабочим шаблоном 5 и рабочей мишенью. После установки рабочего шаблона 5 в положение, совпадающее с оптической осью, производится процесс совмещения проектируемого изображения с рисунком на рабочей мишени. Для этого используются контрольные лучи совмещения (КЛС), образующиеся в результате прохождения ионов через специальные отверстия в рабочем шаблоне, находящиеся вне поля проецируемого рисунка, но в непосредственной близости к вершинам квадрата (прямоугольника), образующего рабочее поле. Процесс совмещения достигается с использованием метрологического блока 12 и меток совмещения, расположенных на мишени. Для этого КЛС поочередно электрически сканируются по соответствующим меткам совмещения, и по сигналу рассеяния производится с помощью мультипольного устройства 10 соответствующая коррекция координат Х и Y центра рабочего поля. После этой операции производится открытие механического затвора и экспонирование мишени.In FIG. Figure 8 shows a block diagram of the algorithm for tuning the MI to the optimal mode of operation, taking into account the fine structure of distortion. The tuning is based on the standard cycle of measuring the coordinates of the centers of the reference beams on the target. The cycle begins with the movement of the coordinate table (CS) in the process of mechanical scanning, which is carried out in order to determine the profiles of all reference beams in sections X and Y. For this, a control pulse is received from the general process control program at which its coordinates are fixed, all pixels are initialized detector matrix and the measurement process begins, which consists in the accumulation of charges delivered by the incident ion stream for each pixel for a given time interval. At the end of this time interval, the smart device digitally processes the signals of each pixel and stores this data in the form of a card. Then such a card is read by the memory circuit, and the indicated period of the measurement cycle after the next movement of the CS is repeated a predetermined number of times. As a result of the full measurement cycle, a sequential series of cards corresponding to the temporary execution of the cycle are placed in the indicated memory. In those pixels to which the reference beams fell, time-consistent data form cross-sectional profiles of the corresponding reference beams with known coordinates determined by the positions of these pixels in the matrix of the smart device. At the end of this cycle, the data obtained is processed, which consists in first determining the position of the centers of the signal fronts at the level of 0.5 of its maximum signal value of each reference beam. The coordinate of the center of the reference beam is found as the arithmetic mean of its coordinates of the left and right fronts. The repetition of the cycle by displacing the CS in another mutually perpendicular direction makes it possible to determine both coordinates of the center for each reference beam. The next processing step is to calculate the magnitude of the reduction scale M necessary to determine the distortion of each reference beam. To do this, a comparison is made of the distances between the selected tuning control beams (KLN) on the target and their known distances on the template. Such highlighted VLFs should be located close enough to the center of the image to be slightly susceptible to distortion and at the same time sufficiently far from it so that the measurement error is small. Finally, linear components characterizing the ideal position of the reference beams are subtracted from these coordinate centers, and the resulting coordinate differences characterize distortion data ((Δx ij , Δy ij )), from which, based on the position of the image center, the distortion matrix r ij is calculated with the number of terms equal to the number of reference beams. This matrix serves as a source of information for further analysis and logical tuning operations. The sets of values of this matrix are divided into subsets characterizing distortion in the radial directions, i.e. related to reference beams lying on lines passing through the center of the image. These data are approximated in one case using the Kr 3 cubic parabola, and in the other case using the Kr 3 + Lr 5 sum, where r is the radial distance between the image center and the correct position of the current measured reference beam, K and L are experimentally determined values, respectively third and fifth order distortion coefficients, for which statistical processing methods are used with the dispersion calculation and the corresponding standard errors, based on which the reliability of the calculated values is estimated th. Then begins the logical part of the setup, in which first sequentially determined third-order coefficients K i , K i-1 are compared. Among the adjustable parameters, we add the potential at the first electrode of the
After this adjustment, the ion beam in the area of the working field is blocked by a mechanical shutter, and the ion microprojector is ready to work with working
Общая длина оптической системы от ионного источника до поверхности мишени предлагаемого ионного микропроектора составляет 180 см. Размер рабочего поля на шаблоне 5 вписывается в квадрат со стороной 75 мм. Масштаб уменьшения может составлять от 5 до 2,5. Величина дисторсии зависит от масштаба уменьшения и в оптимальном состоянии составляет внутри рабочего поля не более 0,1 мкм. Оптимальное состояние для каждого масштаба уменьшения требует индивидуальной подгонки внутренней геометрии расположения линз внутри проектора. The total length of the optical system from the ion source to the target surface of the proposed ion microprojector is 180 cm. The size of the working field on the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97106994A RU2126188C1 (en) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Ion-beam microprojector and its adjustment process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97106994A RU2126188C1 (en) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Ion-beam microprojector and its adjustment process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2126188C1 true RU2126188C1 (en) | 1999-02-10 |
RU97106994A RU97106994A (en) | 1999-04-27 |
Family
ID=20192478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97106994A RU2126188C1 (en) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Ion-beam microprojector and its adjustment process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2126188C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550444C2 (en) * | 2009-11-20 | 2015-05-10 | Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Plant and method to apply coating onto substrate |
-
1997
- 1997-04-25 RU RU97106994A patent/RU2126188C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US 4985634 15.01.91. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2550444C2 (en) * | 2009-11-20 | 2015-05-10 | Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Plant and method to apply coating onto substrate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100819293B1 (en) | Charged particle beam writing method and apparatus | |
TWI459428B (en) | System and method for controlling deflection of a charged particle beam within a graded electrostatic lens | |
US7264909B2 (en) | Exposure parameter obtaining method, exposure parameter evaluating method, semiconductor device manufacturing method, charged beam exposure apparatus, and method of the same | |
US20160377425A1 (en) | Determining multi-patterning step overlay error | |
US20160275672A1 (en) | Sub-Pixel Alignment of Inspection to Design | |
KR101738264B1 (en) | Charged particle beam writing apparatus, writing method using charged particle beam and shot correcting method of charged particle beam writing | |
US20050161601A1 (en) | Electron beam system and electron beam measuring and observing method | |
JP2023175965A (en) | Multiple charged-particle beam apparatus with low crosstalk | |
US11328435B2 (en) | Image alignment setup for specimens with intra- and inter-specimen variations using unsupervised learning and adaptive database generation methods | |
WO1999027558A1 (en) | Electrostatic device for correcting chromatic aberration in a particle-optical apparatus | |
CN102820238B (en) | high accuracy beam placement for local area navigation | |
JP7461502B2 (en) | Image enhancement for multi-layer structures in charged particle beam inspection | |
CN111352148A (en) | Optical alignment correction with evaluation of a convolutional neural network of beam images | |
Jamieson et al. | Aberrations of single magnetic quadrupole lenses | |
RU2126188C1 (en) | Ion-beam microprojector and its adjustment process | |
US10837919B2 (en) | Single cell scatterometry overlay targets | |
JP2024513709A (en) | Multi-charged particle beam device with low crosstalk | |
JP3529997B2 (en) | Charged particle beam optical element, charged particle beam exposure apparatus and adjustment method thereof | |
JP2000340496A (en) | Measuring method and equipment using charged particle beam | |
WO2021198394A1 (en) | Image enhancement based on charge accumulation reduction in charged-particle beam inspection | |
US20200012091A1 (en) | Method for changing a surface via particle irradiation | |
JP2023544275A (en) | Aligning specimens for inspection and other processes | |
CN115280460A (en) | Leveling sensor in multi-charged particle beam inspection | |
KR20230091778A (en) | Microscopy feedback for improved milling accuracy | |
JP2023543683A (en) | Inspection equipment and method |