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Die
Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung.
Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem für eine Korpuskularstrahleinrichtung
mit einer Korpuskularstrahlquelle, die einen Korpuskularstrahl aussendet,
einen Kondensor mit einer Kondensorlinse, ein dem Kondensorsystem
nachgeordnetes flächiges
Objekt, das eine Fläche
mit einer bestimmten Größe besitzt.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl.
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Das
U.S. Patent 3,717,785 offenbart ein Array aus Mikrolinsen, wobei
jede der Mikrolinsen von vier Elektroden umgeben ist. Das Mikrolinsenarray wird
mindestens von einer Platte gebildet, in der zahlreiche Öffnungen
für den
Durchtritt eines Partikelstrahls ausgebildet sind. Die Platte wird
von einem Partikelstrahl flächig
beleuchtet, wobei lediglich durch die Öffnungen in der Platte der
Partikelstrahl hindurch tritt und von den Elektroden dann weiter
geformt wird.
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Das
U.S. Patent 6,333,508 offenbart ein Beleuchtungssystem für eine Elektronenstrahl-Lithographie-Maschine.
Die Elektronen-Lithographie-Maschine
besitzt ein Beleuchtungssystem, wobei eine unabhängige Emittanzkontrolle in
das Beleuchtungssystem eingebaut ist. In einer Ausführungsform
ist ein leitendes Gitter eingesetzt, das eine Vielzahl von Mikrolinsen
bildet, so dass hiermit ein breiter und flächiger Partikelstrahl zur Beleuchtung
eines Objekts erzeugt wird.
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Der
Artikel von W. DeVore et. al., J. Vac. Sci. Technol. B 14 (6), Nov/Dec
1996; mit dem Titel „High Emittance
electron gun for projection lithography", offenbart, dass der Crossover klein
sein muss, und dass eine große
Winkelverteilung vorliegen muss, damit es zu einer gleichförmigen Ausleuchtung
einer Maske kommt. Eine Beleuchtung, die einen kleineren Querschnitt
als die Fläche
der Maske aufweist, ist nicht vorgesehen.
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Der
Artikel von S. van Kranen et. al., Microelectronic Engineering 57-58
(2001), 173-179 mit dem Titel „Measuring
the increase in effective emittance after a grid lens", offenbart die Erhöhung der
effektiven Emittanz durch die Verwendung eines Arrays aus Quadrupolen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem zu
schaffen, das eine homogene und telezentrische Beleuchtung einer
großen Fläche mit
einem Korpuskularstrahl ermöglicht,
wobei die von einer korpuskularoptischen Quelle ausgehende Beleuchtung
eine geringe Emittanz und geringen Beleuchtungswinkel besitzt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Ferner
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beleuchtung
mit einem Korpuskularstrahl zu schaffen, dass die zur Beleuchtung
einer großen
Fläche
erforderliche hohe Emittanz und der erforderliche hohe Beleuchtungswinkel dadurch
erzielt werden, dass die korpuskularoptische Quelle eine geringe
Emittanz und einen geringen Beleuchtungswinkel besitzt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
13 gelöst.
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Der
Einsatz einer korpuskularoptischen Quelle mit geringer Emittanz
und geringem Beleuchtungswinkel hat den entscheidenden Vorteil,
dass sich der Öffnungsfehler
und der axiale Farbfehler des Beleuchtungs-Kondensors weit weniger
auf die Crossover-(Beleuchtungs-)Aberrationen auswirken und damit
zu geringeren Aberrationen im gesamten korpuskolaroptischen System
führen.
Ferner hat die erfindungsgemäße Anordnung
den Vorteil, dass verbleibende Auswirkungen von Öffnungs- und Farbfehlern des
Beleuchtungs-Kondensors
korrigierbar sind. Hinzu kommt, dass eine Mittelung über Stromdichte-Inhomogenitäten des
Korpuskularstrahls erfolgen kann. Außerdem soll die Stromdichteverteilung über die
zu beleuchtende Fläche
eines flächigen
Objekts homogenisiert werden. Dies bringt den Vorteil mit sich,
dass man eine bessere Stromausnutzung und geringere Raumladungsfehler
erzielt.
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Das
Beleuchtungssystem für
eine Korpuskularstrahleinrichtung umfasst eine Korpuskularstrahlquelle,
die einen Korpuskularstrahl aussendet, ein Kondensorsystem mit einer
Kondensorlinse und ein dem Kondensorsystem nachgeordnetes flächiges Objekt,
das eine Fläche
einer bestimmten Größe besitzt.
Zwischen der Kondensorlinse des Kondensorsystems und dem flächigen Objekt
ist ein mehrstufiges Ablenksystem vorgesehen. Das mehrstufige Ablenksystem
bewegt den Korpuskularstrahl über
das Objekt, wobei der Korpuskularstrahl eine kleinere Querschnittsfläche besitzt
als die Fläche
des Objekts.
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Es
ist von Vorteil, wenn das mehrstufige Ablenksystem ein magnetisches
und außenfeldkompensiertes
Ablenksystem ist. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn das mehrstufige
Ablenksystem ein elektrostatisches Ablenksystem mit geringer Kapazität ist. Ebenso
ist es denkbar, dass das mehrstufige Ablenksystem als Kombination
von magnetischen und elektrostatischen, Ablenksystemen ausgebildet ist.
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Ein
gesteuerter Strom oder eine gesteuerte Spannung im Ablenksystem
bewegen den Korpuskularstrahl über
das Objekt. Die Bewegung des Korpuskularstrahls über das Objekt kann rotatorisch
sein. Ebenso kann die Bewegung des Korpuskularstrahls über das
Objekt linear sein.
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Das
flächige
Objekt kann eine Aperturplatte sein, auf der die Aperturen in Gruppen
angeordnet sind, und der Korpuskularstrahl lediglich über Gruppen
der Aperturen bewegbar ist. Der Korpuskularstrahl ist in diesem
Fall ein Elektronenstrahl.
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Ebenso
vorteilhaft ist das Verfahren zur Beleuchtung mit einem Korpuskularstrahl.
Es ist eine Korpuskularstrahlquelle vorgesehen, die einen Korpuskularstrahl
aussendet. Es erfolgt das Homogenisieren des Korpuskularstrahls
mit einem Kondensorsystem, das eine Kondensorlinse besitzt. Anschließend wird
der Korpuskularstrahl auf ein flächiges
Objekt gerichtet, das eine bestimmte Fläche aufweist, wobei der Korpuskularstrahl
eine kleinere Querschnittsfläche
besitzt als die Fläche
des Objekts. Schließlich
wird der Korpuskularstrahl mit einem mehrstufigen Ablenksystem über die
Fläche
des Objekts geführt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems einer
Korpuskularstrahleinrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung des Beleuchtungssystems für die Korpuskularstrahleinrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung des Beleuchtungssystems für die Korpuskularstrahleinrichtung
mit mehrstufigem magnetischen Ablenksystem;
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4a eine
Darstellung der Beleuchtung eines flächigen Objekts mittels eines
bewegten Korpuskularstrahls; und
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4b eine
weitere Ausführungsform
der Beleuchtung des flächigen
Objekts mittels eines bewegten Korpuskularstrahls.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung des Aufbaus eines gesamten Systems
einer Korpuskularstrahleinrichtung 2. In der nachstehenden
Beschreibung wird das Korpukularstrahlsystem 2 beschrieben,
dabei ist das Korpuskularstrahlsystem 2 ein Elektronenstrahlsystem.
Es ist jedoch für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass dies nicht als eine Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden kann. Das Prinzip der Erfindung
ist für
alle Teilchen- bzw. Partikelstrahlen mit geladenen Teilchen anwendbar.
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Von
einer Elektronenkanone 30 wird ein Elektronenstrahl 31 erzeugt,
der sich in Richtung einer elektronenoptischen Achse 32 ausbreitet.
Die aus der Elektronenkanone 30 austretenden Elektronen
weisen einen Quell-Crossover 310 auf.
Der Elektronenkanone ist eine Strahlzentriereinrichtung 33 nachgeschaltet,
die den Elektronenstrahl 31 symmetrisch um die optische
Achse 32 ausrichtet. Nach der Strahlzentriereinrichtung
durchläuft
der Elektronenstrahl 31 ein Kondensorsystem 10,
das aus dem anfänglich
divergenten Elektronentrahl 31 einen parallelen Strahl
formt. Der durch das Kondensorsystem geformte Strahl besitzt einen
Durchmesser, über
den die Intensität
homogen verteilt ist. Nach dem Kondensorsystem 10 ist ein
flächiges
Objekt 34 vorgesehen. Das flächige Objekt 34 ist
eine Aperturplatte, mit einer Vielzahl von Öffnungen zur Erzeugung vieler paralleler
Strahlenbündel 36.
In Ausbreitungsrichtung der Strahlenbündel 36 hin zum Target 6 folgt eine
Ablenkplatte 35, die eine Vielzahl von Strahlablenkeinheiten
besitzt. Nach der Ablenkplatte 35 folgt eine Beschleunigungslinse 39,
die die Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 31 erhöht und dann ein
erstes Zwischenbild des Crossovers 311 am
Ort der Aperturblende 38 erzeugt. Alle individuellen Crossover
der Teilstrahlenbündel 36 entstehen
nahezu am gleichen Ort, nämlich
der Blendenöffnung
der Aperturblende 38. Der Durchmesser der Öffnung der Aperturblende 38 ist dabei
so gewählt,
dass nahezu alle Elektronen der unabgelenkten Strahlenbündeln 36 die
Aperturblende 38 passieren können. Einzelstrahlen 37,
die durch die Ablenkplatte 35 eine individuelle Richtungsänderung
erfahren haben, werden an der Aperturblende 38 gestoppt,
da ihr Crossover-Zwischenbild
nicht am Ort der Aperturblendenöffnung
entsteht. Im weiteren Strahlverlauf folgt jetzt mindestens eine
magnetische Linse 40 zwecks Verkleinerung der Abbildung
der Aperturplatte 34 auf das Target 6. In dem
hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei magnetische Linsen 40 gezeigt. Bei der Abbildung
entsteht ein zweites Zwischenbild des Crossovers 312 .
Bevor die unabgelenkten Strahlenbündel 36 auf das Target 6 treffen,
das zum Beispiel ein Wafer ist, durchlaufen sie eine Objektivlinse 41. Die
Objektivlinse 41 ist mit einer Vielzahl von Elementen ausgestattet.
Vor und nach einem zweiten Crossover 312 des
Elektronenstrahls 31 sind zwei Ablenkeinrichtungen 45 und 46 vorgesehen.
Die Ablenkeinrichtungen 45 und 46 dienen zum Auslenken und
zur Lagebestimmung des Elektronenstrahls 31 beziehungsweise
der Vielzahl der unabgelenkten Strahlenbündel 36 im Target.
Die zwei unabhängig steuerbaren
Ablenksysteme 45 und 46 werden vorteilhaft dazu
benutzt, um langsame und schnelle Ablenkvorgänge separat optimal zu gestalten.
Schnelle Ablenkvorgänge
im Frequenzgebiet MHz bis GHz sind zum Beispiel erforderlich, um
mittels sägezahnförmigen Ablenkungen
die Position der verkleinerten Aperturplatte 34 auf dem
gleichförmig
bewegten Target 6 für
die Zeitdauer eines Belichtungsschrittes beziehungsweise Belichtungstaktes
konstant zu halten und anschließend
in sehr kurzer Zeit zum nächsten Belichtungspunkt
zu springen. Da benachbarte Pixel typisch kleiner als 100 nm entfernt
sind, wird das schnelle Ablenksystem 46 bevorzugt als elektrostatisches
System aufgebaut. Für
die Kompensation niederfrequenter Positionsabweichungen des Targets 6 von
der gleichförmigen
Bewegung im Bereich von einigen μm
kommt bevorzugt ein langsames aber hochgenaues magnetisches Ablenksystem 45 zum Einsatz.
Ferner sind Stigmatoren 44 vorgesehen, die bevorzugt als
mehretagige magnetische Spulensysteme aufgebaut sind, um Astigmatismen
und Verzeichnungen, die in der optischen Säule durch Fertigungstoleranzen
und Justagefehler bedingt sind, auszugleichen. Die Objektivlinse 41 besitzt
ein am Strahlfußpunkt
des Elektronenstrahl 31 am Target 6 abtastendes
Höhenmesssystem 42.
Das Höhenmesssystem 42 dient
der Erfassung von Unebenheiten des Targets 6 (zum Beispiel
Wafer) sowie von Höhenschwankungen,
die ein Verschiebetisch verursachen kann. Ein Detektor 43 empfängt die
vom Target 6 rückgestreuten
Partikel beziehungsweise Elektronen, die nahe den Strahlauftreffpunkten
entstehen. Dieser Detektor 43 dient der Positionsermittlung
von Marken auf dem Target 6 zum Zwecke der Überdeckung
mehrerer Belichtungsebenen beziehungsweise zur Kalibrierung von
Steuerelementen einer Belichtungsanlage. Weiterhin befinden sich
drei Korrekturlinsenpaare 23, 24, 25 im
unteren Bereich der Korpuskularstrahleinrichtung 2. Die
Korrekturlinsen 23, 24, 25 dienen der
dynamischen Korrektur des Fokus, der Bildfeldgröße und der Bildfeldrotation
während der
Belichtung des kontinuierlich bewegten Targets 6. Das Korrekturlinsensystem 23, 24, 25 ermöglicht die
Korrektur von Fehlern, die durch Höhenschwankungen des Targets,
sowie durch veränderliche Raumladungen
im Säulenbereich
hervorgerufen werden.
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2 zeigt
den schematischen Aufbau eines Beleuchtungssystems für eine Korpuskulareinrichtung.
Die aus der Elektronenkanone 30 oder Partikelkanone austretenden
Elektronen oder Teilchen bilden den Quell-Crossover 310 .
Der Quell-Crossover 310 hat einen
Durchmesser von ca. 20 μm.
Zwischen dem Quell-Crossover 310 und
dem flächigen
Objekt 34 ist ein Ablenksystem 11 vorgesehen.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
umfasst das Ablenksystem 11 mehrere Teilablenksysteme 111 , 112 Ebenso
ist zwischen dem Quell-Crossover 310 und
dem flächigen
Objekt 34 eine Kondensorlinse 12. In der hier
dargestellten Ausführungsform
besitzt die Kondensorlinse 12 eine Brennweite B von 0,5
m. Der Quell-Crossover 310 ist von der Kondensorlinse 12 genauso
weit beabstandet wie die Kondensorlinse 12 von der Oberfläche des
flächigen
Objekts 34. Das Ablenksystem 11 erzeugt eine dynamische
Strahlerglocke 13 zur Erhöhung der effektiven Emittanz
am auszuleuchtenden flächigen
Objekts. Wie bereits mehrfach erwähnt kann das flächige Objekt 34 eine Maske
oder eine Aperturplatte sein. Die Aperturplatte ist zum Beispiel
Teil eines Vielstrahlmodulators. Das Ablenksystem 11 besteht
aus mehreren Teilablenksystemen 111 , 112 , die vorzugsweise magnetisch und außenfeldkompensiert
sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn zwei unabhängige Teilablenksysteme 111 , und 112 verwendet
werden (vorzugsweise jeweils als orthogonale Ablenkspulenpaare),
die zwischen der Partikelkanone 30 und dem flächigen Objekt 34 in den
Korpuskularoptischen Strahlengang eingebracht sind. Die Aperturplatte
besitzt zum Beispiel eine Fläche
von 60 × 60
mm. Mit dem in 2 vorgeschlagenen Beleuchtungssystem
für eine
Korpuskularstrahleinrichtung 2 ist es möglich, die zur Beleuchtung
einer großen
Fläche
erforderliche Emittanz (typisch: 2000 Microrad × Millimeter) und den hohen
Beleuchtungswinkel (typisch: 100 Millirad) zu realisieren. Der Einsatz
einer Korpuskularstrahlquelle mit geringer Emittanz und geringem
Beleuchtungswinkel erfordert dann das in 2 offenbarte
Ablenksystem 11, damit die für die Beleuchtung des flächigen Objekts 34 erforderliche
Emittanz erzielt wird. Die Korpuskularstrahlquelle mit geringer
Emittanz und geringem Beleuchtungswinkel hat den entscheidenden
Vorteil, dass sich der Öffnungsfehler
und der axiale Farbfehler des Beleuchtungskondensors weit weniger
auf die Crossover-(Beleuchtung-)Aberrationen auswirken und damit
zu geringeren Aberrationen im gesamten korpuskularoptischen System
führen.
Ferner ermöglicht
das Ablenksystem 11 eine Mittelung über Stromdichte-Inhomogenitäten des
Korpuskularstrahls. Außerdem
soll die Stromdichteverteilung über
die zu beleuchtende Fläche
homogenisiert werden, welches den Vorteil der besseren Stromausnutzung
und dadurch bedingt geringere Raumladungsfehler mit sich bringt.
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3 zeigt
ein Beleuchtungssystem für
eine Korpuskularstrahleinrichtung mit einem mehrstufigen magnetischen
Ablenksystem 11. Die Beleuchtungseinrichtung 2 definiert
eine optische Achse 15, in der die Korpuskularstrahlquelle 30 angeordnet
ist. Das Kondensorsystem 10 umfasst eine magnetische Kondensorlinse 50.
Die magnetische Kondensorlinse 50 besteht aus einer Vielzahl
von Spalten 51. Bevorzugt ist eine Spaltenzahl n ≥ 5. Der durch
die Kondensorlinse 50 geformte Partikelstrahl 52 beleuchtet, vorzugsweise
telezentrisch, das flächige
Objekt 34, das als ein Multiapertur-Strahlmodulator oder als eine Aperturplatte
ausgebildet sein kann. Da die magnetische Kondensorlinse 50 fünf Spalte 51 umfasst, besteht
demzufolge die magnetische Kondensorlinse 50 aus einer
Sequenz von mehreren partiellen Linsen 501 , 502 , 503 , 504 , 505 .
Jede partielle Linse 501 , 502 , 503 , 504 , 505 hat
dabei eine separate Wicklung mit separat einstellbarer Erregung.
Obwohl in 3 die magnetische Kondensorlinse 12 nur
auf einer Seite der optischen Achse 15 eingezeichnet ist,
ist für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass die magnetische Kondensorlinse 50 die optische Achse 15 konzentrisch
umgibt. Zusätzlich
zur magnetischen Kondensorlinse 50 ist entlang der optischen
Achse 15 das Ablenksystem 11 vorgesehen. Das Ablenksystem 11 besteht
aus mehreren paarweise angeordneten magnetischen Spulen. In der
in 3 dargestellte Ausführungsform sind drei paarweise
angeordnete magnetische Spulen vorgesehen. Jedes Paar der magnetischen
Spulen besteht aus einer Ablenkspule 60 und einer Kompensationsspule 62.
Der magnetische Achsfeldverlauf 55 der Kondensorlinse 50 ist ebenfalls
in 3 dargestellt. Das Ablenksystem 11 ist
dabei derart bezüglich
der optischen Achse 15 angeordnet und wird entsprechend
bestromt, dass der auf das flächige
Objekt 34 auftreffende Korpuskularstrahl 52 parallel
zur optischen Achse 15 verläuft.
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4a zeigt
eine schematische Darstellung der Beleuchtung des flächigen Objekts 34 mittels
einer bewegten Leuchtfläche 70.
In der hier dargestellten Ausführungsform
ist die Leuchtfläche 70,
die sich über
die zu beleuchtende Fläche
bewegt, kreisförmig ausgebildet.
Dabei nimmt die Intensitätverteilung
der kreisförmigen
bewegten Leuchtfläche 70 zum
Mittelpunkt der Leuchtfläche 70 hin
zu. Durch die elektronische Steuerung des Stroms oder der Spannung
im Ablenksystem 11 kann mittels der Leuchtfläche 70 eine
größere ausgeleuchtete
Fläche 71 auf
dem flächigen
Objekt 34 überdeckt
beziehungsweise beschrieben werden. Die Bewegung der Strahlglocke, die
in der Projektion in der Leuchtfläche 70 resultiert, über dem
flächigen
Objekt 34 erfolgt dabei vorzugsweise rotatorisch. In 4a ist
eine lineare Bewegung der Leuchtfläche 70 dargestellt.
Die lineare Bewegung des Leuchtflecks 70 ist eine zweidimensionale
lineare Bewegung 72, die in einem integralen Ausleuchtungsprofil
in Form eines Rechtecks 73 resultiert.
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In 4b ist
eine weitere Ausführungsform der
Beleuchtung des flächigen
Objekts 34 mittels einer bewegten Leuchtfläche 80 dargestellt.
Die Bewegung der Leuchtfläche 80 ist
in dieser Ausführungsform
eine eindimensionale Schwingbewegung 82. Die Leuchtfläche 80 hat
in dieser Ausführungsform eine
konvexe Ausgestaltung. Durch die eindimensionale lineare Schwingbewegung 82 beschreibt
der Leuchtfleck 80 auf dem flächigen Objekt 34 ein Rechteck 83.
Das Rechteck 83 stellt ein integrales Ausleuchtungsprofil
des flächigen
Objekts 34 dar.
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Wie
in den 2 und 3 dargestellt ist, besitzt das
Ablenksystem 11 mindestens zwei unabhängige Teilablenksysteme 111 und 112 .
Dabei wird der virtuelle Kipppunkt dieser zwei unabhängigen Teilablenksysteme 111 und 112 durch
die Vorgabe der Ansteuerung so gewählt, dass er in der Nähe des letzten
reellen Abbildes des virtuellen Crossovers vor dem Target liegt.
Die Ansteuerung der Teilablenksysteme 111 und 112 kann dabei mittels Stromamplituden oder
Spannungsamplituden erfolgen. Über
das steuerbare Verhältnis
der Stromamplituden zwischen den Teilablenksystemen kann der Ort
des virtuellen Crossovers für
den abgelenkten Strahl so beeinflusst werden, dass Crossover-Aberrationen,
die bei der Abbildung im korpuskularoptischen System entstehen,
minimiert werden. Während
eines Belichtungsschrittes werden typisch 1 bis 10 hoch frequente
(1..... 100 MHz) Rotationen des Strahls durchgeführt. Die Bewegungsgeschwindigkeit
des abgelenkten Strahls wird Ablenkamplituden abhängig so
gesteuert, dass eine gewünschte
optimale, homogene Ausleuchtung des flächigen Objekts 34 entsteht.
Folglich erzielt man durch die homogene Ausleuchtung des flächigen Objekts 34 eine
entsprechende homogene Ausleuchtung der im flächigen Objekt 34 beziehungsweise
in der Aperturplatte vorgesehenen Öffnungen. Durch die Rotation
des Strahls kann die Baulänge des
Beleuchtungssystems kurz gehalten werden. Man erzielt eine Strahlkulmination
mit geringer Emittanz und erzielt dann eine durch die Rotation des Strahls
bewirkte dynamische Emittanzvergrößerung. Ebenso sind die Crossover-Aberrationen
weit gehend unterdrückt
beziehungsweise sind weiter korrigiert. Ferner werden durch die
Rotation des Strahls Stromdichte-Inhomogenitäten des Strahls örtlich und zeitlich
gemittelt.