Лазерное проекционное устройство формирования изображения топологии интегральных схем

 

Использование: в микроэлектронике для формирования изображения топологии слоев при изготовлении интегральных схем. Сущность изобретения: в известное устройство введены фазовый оптический модулятор света, оптический делитель и матрица фотоприемников, причем фазовый оптический модулятор света установлен между лазером и осветительной системой, оптический делитель установлен так, что на одном его выходе расположена проекционная система, а на другом - матрица фотоприемников, связанная с матрицей оптических модуляторов света электрически. Фазовый оптический модулятор света исключает когерентный шум на элементах изображения и стоячую волну в слое фоторезиста. Матрица фотоприемников выравнивает коэффициенты пропускания элементов матрицы оптических модуляторов света. Оптический делитель позволяет пространственно согласовать матрицу оптических модуляторов света с матрицей фотоприемников. 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к проекционным установкам фотолитографии.

Известны устройства формирования изображения топологии интегральных схем (ИС) с использованием проекционных методов.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На чертеже изображена схема устройства.

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.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

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).

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.

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.

Формула изобретения

ЛАЗЕРНОЕ ПРОЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ТОПОЛОГИИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, осветительный оптический блок, первый оптический пространственный фильтр, пространственный Фурье-преобразователь, матрицы оптических модуляторов света, первый проекционный оптический блок, второй оптический пространственный фильтр, пассивный оптический затвор, отличающееся тем, что, с целью повышения качества формируемого изображения, в устройство введены фазовый оптический модулятор света, установленный между лазером и осветительным оптическим блоком, светоделитель, установленный между матрицей оптических модуляторов света и первым проекционным оптическим блоком, второй проекционный оптический блок, матрица фотоприемников, оптически сопряженная через светоделитель и второй проекционный оптический блок с матрицей оптических модуляторов света и электрически связанная с ней.

РИСУНКИ

Рисунок 1