Brevet FR2513425A1 — publié le 19830325

DISPOSITIF DE LIMITATION ANGULAIRE DANS UN SYSTEME A FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES La présente invention se rapporte à un dispositif de limitation de l'ouverture angulaire dans un système à faisceau de particules chargées. La présente invention concerne un système à faisceau de particules chargées conçu pour être utilisé dans la fabrication de configurations de circuits intégrés à grande échelle. L'expression "particules chargées" utilisée jusqu'à présent désigne des électrons et des ions. Dans la description qui va suivre, l'invention est décrite comme utilisant un faisceau d'électrons mais bien entendu cela n'a aucun caractère limitatif. Les colonnes de faisceau d'électrons ont été largement développées pour être utilisées dans des systèmes permettant la microfabrication de circuits semi-conducteurs intégrés à grande échelle Ces colonnes sont particulièrement utiles pour l'écriture de configurations sélectionnées sur des pastilles semi-conductrices. La fonction de ces systèmes est de tracer une configuration donnée sur une zone donnée avec une densité de charge spécifiée et une résolution marginale appropriée et ce, le plus rapidement possible. Au vu des exigences indiquées ci-dessus, divers systèmes litho- graphiques à faisceau d'électrons ont été conçus et utilisés Le système à faisceau d'électrons classique utilisé pour la micro-fabrication de circuits intégrés peut comprendre une source de faisceau d'électrons, des lentilles de condensation, des étages d'alignement, des étages à lentilles de réduction, une lentille de projection, une unité de déflexion et une zone cible, le tout agencé d'une manière bien connue. Les systèmes à faisceaux d'électrons par rapport aux systèmes de lithographie à photons présentent, du fait de leur longueur d'onde beaucoup plus faible, l'avantage d'une diffraction plus faible et donc permettent de s'affranchir des aberrations dues à la diffraction. Mais la qualité de tels systèmes ne dépend pas seulement de la longueur d'onde des électrons mais aussi des aberrations dont ils peuvent souffrir Ces aberrations peuvent exister pour un certain nombre de raisons, ce peut être notamment des aberrations mécaniques dues à des défauts de symétrie dans la fabrication des pièces mécaniques Elles peuvent être aussi des aberrations géométriques dues à la géométrie même du système, sont par exemple, l'aberration sphérique liée au fait que les lentilles magnétiques sont plus convergentes à la périphérie qu'en leur centre Cette aberration sphérique est proportionnelle au cube de l'ouverture angulaire. Et enfin, dans les systèmes o le courant d'électrons est très fort, il peut exister des aberrations de nature coulombienne d'autant plus grandes que le courant de faisceau électrique est grand Il peut s'agir de phénomènes de charge d'espace ou d'interactions entre deux électrons survenant à l'intérieur du faisceau ou de champ électriques parasites provenant de charges électroniques accumulées sur des isolants qui peuvent être, par 1 S exemple, des couches minces condensées qui contaminent des matériaux conducteurs. Le dispositif de l'invention présente l'avantage de limiter le courant de faisceau dès le début du parcours électronique, et donc permet une réduction maximale des effets de charge électrique Ce dispositif permet en outre la simplification mécanique du système en remplaçant plusieurs diaphragmes par un seul, et la simplification de la procédure d'alignement du faisceau électronique dans la colonne. L'invention a pour objet un dispositif de limitation angulaire dans un système à faisceau de particules chargées, ce système comprenant une source et un système d'optique électronique qui permet la projection du faisceau sur un plan cible, caractérisé en ce qu'un diaphragme de limitation angulaire du faisceau est disposé entre la source et le système d'optique électronique, le courant utile du faisceau au niveau du plan cible étant supérieur du millième du courant émis par la source. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées parmi lesquelles: les figures 1 à 3 illustrent des dispositifs de l'art connu; la figure 4 illustre le dispositif de l'invention. Dans les systèmes d'optique électronique utilisés pour focaliser un faisceau électronique sur un plan cible P 4, le faisceau électronique au niveau du plan cible P 4 est défini par sa section et son ouverture angulaire. Selon les systèmes, la section du faisceau est Pimage de la source ou de stencils de formes diverses positionnés dans des plans conjugués du plan de l Péchantillon. L'ouverture du faisceau est limité par des diaphragmes placés à une certaine distance des plans conjugués du plan de l'échantillon L'intérêt de limiter l'ouverture a du faisceau est de réduire les aberrations géométriques prenant naissance dans Pobjectif et dans le système de déviation du faisceau, parmi ces aberration, l'aberration sphérique est proportionnelle à E 3, le coma à a 2, la courbure de champ et l'astigmatisme à a. Sur la figure 1, le dispositif 22 permet la réduction avec une ou plusieurs lentilles de la section la plus étroite du faisceau d'électrons à la source 1 dite "crossover" Un diaphragme 20 limiteur de faisceau est disposé à Pintérieur de ce dispositif La lentille L 6 est Pobjectif qui 'permet la focalisation du faisceau sur le plan cible P 4 Le diaphragme 21 est le dernier diaphragme limiteur de faisceau, c'est le diaphragme prépondérant. Ce diaphragme contrairement aux autres qui permettent les effets de charge d'espace en limitant lintensité du faisceau, a pour but de réduire les aberrations géométriques. Ainsi lorsque plusieurs diaphragmes limitent l'ouverture angulaire d'un faisceau, un seul est prépondérant; à la figure 1 c'est le diaphragme 21 Les diaphragmes non prépondérants situés avant le diaphragme prépondérant sur le parcours électronique ont pour but de limiter le courant de faisceau avant le diaphragme prépondérant pour réduire les effets de charges électriques. En ce qui concerne le diaphragme prépondérant 21, Part connu consiste a le placer au centre optique 06 de lobjectif L 6 dans le cas o une double déflexion fait pivoter le faisceau au centre optique 06 ' comme ceci est représenté à la figure 2. Ainsi la double déflexion du faisceau est réalisée par les deux déviateurs 23 et 24; P 3 représente le dernier plan conjugué du plan cible P 4. Dans le cas o le système de déviation n'astreint pas le faisceau à pivoter au centre optique, le dernier diaphragme qui est le diaphragme prépondérant 21 peut être positionné avant le déviateur comme représenté à la figure 3 P 3 représente le dernier plan conjugué du plan cible P 4 Dans ce cas la lentille L 6 est généralement plus épaisse comme représenté sur cette figure 3. Dans les systèmes à faisceaux rectangulaires variables récemment développés en microlithographie ou dans tout système de faisceau à forme définie, il est possible de remplacer tous les diaphragmes de limitation d'ouverture angulaire par un seul diaphragme 12 situé entre la source 1 et le premier stencil 2 définissant la forme du faisceau au plan cible P 4 comme représenté à la figure 4. Dans la pratique, ceci pourra être réalisé lorsque le rapport du courant électronique déchantillon au courant émis pa la source est suffisament grand, typiquement supérieur au 1/1000 Pour expliquer cette restriction, il faut considérer lexemple d'un microscope électronique à balayage ou le courant émis par la source serait de lordre de 100 microampères et o un diaphragme situé sous la source devrait limiter le courant à une valeur inférieure au nanoampère, soit un rapport entre les deux courants inférieur à Dans ce cas, le diamètre df de la section du faisceau, quelques centimètres au dessous de la source, étant inférieur au millimètre, le diamètre d de l'ouverture du diaphragme, vérifiant la relation d =V 40 df qui rend compte du fait que le courant traversant un diaphragme est proportionnel à la section de l'ouverture dudit diaphragme, serait inférieur à 3 micromètres, et sa réalisation pourrait alors s'avérer suffisamment délicate pour écarter ce type de solution Par contre, la réalisation d'un diaphragme dont le diamètre douverture est de 30 micro- mètres fait partie de Part connu, cest pourquoi l'invention peut sappliquer plus particulièrement aux systèmes o le rapport du courant utile au courant émis est supérieur à 10-3. La figure 4 représente un système d'optique électronique pour faisceau rectangulaire comprenant un premier stencil 2 à ouverture de forme carrée dont l'image 5 est formée par les lentilles L 3 et L 4, au grandissement 1, sur le plan P 3 du deuxième stencil 4. Un système déviateur 3 permet de déplacer limage 5 par rapport au deuxième stencil à ouverture carrée 4 L'intersection de l'image 5 et du stencil 4 définit une section rectangulaire variable dont l'image réduite sera projetée sur un plan cible P 4 par une lentille objectif L 6 Un deuxième système déviateur 8 permet de positionner l'image composite des 2 stencils dans le plan P 4 6 et Il représentent deux convertisseurs numérique- analogique qui permettent de commander les systèmes déviateurs 3 et 8. Ces deux convertisseurs sont connectés à la sortie d'un calculateur de commande 7. La source 1 est par exemple une source thermoionique La lentille L 1 projette l'image aggrandie de la section la plus étroite du faisceau à la source 1 dans le plan P 2 du stencil 2. Le diaphragme 12 est situé dans le plan du foyer F de la lentille LI, la lentille L 2 de faible convergence est réglée de façon à ce que le plan du diaphragme 12 soit conjugué avec le centre de déflexion Q du déviateur 3. La lentille L, de faible convergence également, est réglée de façon à ce que le centre optique 06 de la lentille Lb soit conjuguée avec le point L'image du diaphragme 12 étant faite au centre optique 06 de la lentille L 6, ledit diaphragme limite donc l'ouverture du faisceau au plan cible P 4 de la même façon que si lon avait placé en 06 un diaphragme de même dimension que l'image de 12 En outre, les points N et 6 étant conjugués, lorsque le déviateur 3 est actionné par le système amplificateur 6 pour modifier les dimensions du faisceau rectangulaire au plan P 3, la position du faisceau au centre optique 06 reste invariante sur laxe de la lentille. Sur la figure 4, il a été représenté également deux rayons issus d'un point A de la source, décentré par rapport à l'axe de symétrie Q, lesdits rayons s'appuyant sur les bords du diaphragme 12. REVENDICATIONS 1 Dispositif de limitation angulaire dans un système à faisceau de particules chargées, ce système comprenant une source ( 1) et un système d'optique électronique ( 25) qui permet la projection du faisceau sur un plan cible (P 4), caractérisé en ce qu'un diaphragme ( 12) de limitation angulaire du faisceau est disposé entre la source ( 1) et le système doptique électronique ( 25), le courant utile du faisceau au niveau du plan cible étant supérieur au millième du courant émis par la source ( 1). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'optique électronique ( 25) comprend une lentille objectif qui focalise le faisceau sur le plan cible (P 4), le diaphragme ( 12) étant conjugué au centre optique de ladite lentille objectif. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une lentille (L 1) est disposé entre la source ( 1) et le système d'optique électronique ( 25). 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules chargées sont des électrons. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'optique électronique ( 25) comporte un stencil ( 2) qui élimine une partie du faisceau émis qui projette l'image de ce stencil ( 2) sur le plan cible (P 4) 6 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce système d'optique électronique ( 25) comporte un premier plan objet (P 2) dans lequel se trouve matérialisé un premier stencil ( 2), éliminant une partie du faisceau émis par ladite source ( 1), comportant un premier système optique formant de ce stencil ( 2), avec un grandissement prédéterminé une image réelle ( 5) dans un second plan objet (P 3), ledit second plan objet (P 3) contenant un deuxième stencil ( 4), ladite image réelle ( 5) et ledit stencil ( 4) formant un stencil fictif, des premiers moyens de déviation ( 3 > à commande électrique étant interposés entre le premier (P 2) et le deuxième plan objet (P 3) de façon à déplacer de manière programmée ladite image réelle ( 5) dans ledit premier plan objet (P 3), et à faire varier la forme dudit stencil fictif, un deuxième système optique étant prévu pour, former rimage réelle dudit diaphragme fictif sur le plan cible (P 4), des deuxièmes moyens de déviation ( 8) a commande électrique étant prévus pour déplacer sur ledit plan cible (P 4) ladite image réelle. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à faisceau de particules chargées est un système de microlithographie par faisceau d'électrons.