DE10237297A1 - Optical apparatus e.g. scanning electron microscope has controller which applies different excitation patterns to row of field source elements of lens assemblies - Google Patents

Optical apparatus e.g. scanning electron microscope has controller which applies different excitation patterns to row of field source elements of lens assemblies Download PDF

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Abstract

Each lens assembly has a row of field source elements for generating an electric or magnetic field. A controller applies different excitation patterns to row of field source elements of lens assemblies. An Independent claim is also included for the method of operating optical apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft eine teilchenoptische Vorrichtung, ein Elektronenmikroskopiesystem und ein Elektronenlithographiesystem.The invention relates to a particle-optical device, an electron microscopy system and an electron lithography system.

Unter anderem in der Fertigung miniaturisierter Bauelemente, wie etwa von Halbleitern, werden mit Strahlen geladener Teilchen arbeitende teilchenoptische Vorrichtungen sowohl zur Fertigung selbst als auch zur Untersuchung der gefertigten Strukturen eingesetzt. Beispiele hierfür sind Elektronenmikroskopiesysteme und Elektronenlithographiesysteme. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt sondern betrifft teilchenoptische Vorrichtungen allgemein, welche Strahlen geladener Teilchen allgemeiner Art, insbesondere Elektronen oder Ionen, beeinflussen.Among other things in the production of miniaturized Devices such as semiconductors become more charged with rays Particle-working particle-optical devices for both manufacturing used as well as for the examination of the manufactured structures. Examples of this are electron microscopy systems and electron lithography systems. The However, the invention is not limited to these systems, but rather relates generally to particle-optical devices, which rays charged particles of a general nature, in particular electrons or Ions.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Rasterelektronenmikroskope (SEM, "scanning electron microscope") bekannt, welche zur Fokussierung eines Elektronenstrahls in einer Objektebene Linsen einsetzen, welche fokussierende elektrische Felder, fokussierende magnetische Felder oder fokussierende Überlagerungen von elektrischen und magnetischen Feldern bereitstellen. Zur Bereitstellung der Felder für einen Teilchenstrahl müssen die Linsen eine den Strahl umgebende körperliche Baugruppe aufweisen, welche die entsprechenden Feldquellelemente, wie etwa Elektroden oder/und magnetische Polschuhe bereitstellt. Damit ist man bei der Gestaltung der den Strahl ablenkenden Felder Beschränkungen unterworfen, welche auf Grenzen hinsichtlich der mechanischen Präzision in der Fertigung der Quellelemente sowie hinsichtlich der überhaupt mechanisch fertigbaren Geometrien von Feldquellelementen zurückzuführen sind.Are from the prior art, for example Scanning electron microscope (SEM) known which for focusing an electron beam in a Object-level lenses, which focus electric fields, focusing magnetic fields or focusing overlays of electrical and magnetic fields. For deployment of fields for need a particle beam the lenses have a physical assembly surrounding the beam, which are the corresponding field source elements, such as electrodes or / and provides magnetic pole shoes. You are at the design stage the fields deflecting the beam are subject to restrictions which on limits in terms of mechanical precision in the manufacture of Source elements as well as with regard to the mechanically producible at all Geometries of field source elements can be traced.

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine teilchenoptische Vorrichtung zum Richten eines Strahls geladener Teilchen auf eine Objektebene der Vorrichtung oder zum teilchenoptischen Abbilden der Objektebene in eine Bildebene oder Zwischenbildebene vorzuschlagen, welche erhöhte Freiheitsgrade bei der Gestaltung der entsprechenden Ablenkfelder bietet.Accordingly, it is a task of the present invention, a particle optical device for Directing a beam of charged particles onto an object plane of the Device or for particle-optical imaging of the object plane to propose in an image plane or intermediate image plane which increased degrees of freedom offers in the design of the corresponding deflection fields.

Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf eine Alternative zu einer teilchenoptischen Vorrichtung, welche nachfolgend als "Kammlinse" bezeichnet wird und welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher erläutert wird.In particular, the invention is directed to an alternative to a particle-optical device, which is referred to below as a "comb lens" and which is described below with reference to FIG 1 and 2 is explained in more detail.

Die teilchenoptische Vorrichtung 1 umfaßt drei in z-Richtung übereinander angeordnete Blenden, nämlich zuunterst eine Blendenelektrode 3 mit einer in x-Richtung langgestreckten Öffnung 5, eine in z-Richtung zuoberst angeordnete Blendenelektrode 7 mit einer ebenfalls in x-Richtung langgestreckten Öffnung 9 sowie einer zwischen den beiden Blendenelektroden 3 und 7 angeordneten Kammblende 11. Die Kammblende 11 umfaßt zwei Reihen von Quellelementen für elektrische Felder, nämlich Fingerelektroden 13, welche beidseits einer in x-Richtung sich erstreckenden Mittelachse 15 der Kammblende 11 angeordnet sind. Die beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 begrenzen damit in y-Richtung einen Raum oberhalb bzw. unterhalb der Öffnungen 5 bzw. 9 in den Blendenelektroden 3 und 7, so daß dieser Raum ebenfalls als eine Öffnung der Kammblende 11 betrachtet werden kann.The particle optical device 1 comprises three diaphragms arranged one above the other in the z-direction, namely at the bottom a diaphragm electrode 3 with an opening elongated in the x direction 5 , an aperture electrode arranged at the top in the z direction 7 with an opening that is also elongated in the x direction 9 and one between the two aperture electrodes 3 and 7 arranged comb screen 11 , The comb screen 11 comprises two rows of source elements for electric fields, namely finger electrodes 13 , which on both sides of a central axis extending in the x direction 15 the comb screen 11 are arranged. The two rows of finger electrodes 13 thus delimit a space above or below the openings in the y direction 5 respectively. 9 in the aperture electrodes 3 and 7 , so that this space also serves as an opening of the comb screen 11 can be viewed.

Den beiden Blendenelektroden 3 und 7 sowie den Fingerelektroden 13 werden durch eine in 1 nicht dargestellte Steuerung elektrische Potentiale zugeführt, so daß zwischen den Elektroden 3, 7 und 13 einstellbare elektrische Felder erzeugt werden können. Diese wirken auf einen Strahl elektrisch geladener Teilchen, welcher quer zur x-y-Ebene orientiert ist und die Öffnungen der Blenden 7, 11 und 5 durchsetzt. Liegt an den Blendenelektroden 3 oder 7 ein elektrisches Potential an, welches von dem Potential des Strahls geladener Teilchen in der Ebene der Blendenelektroden 3, 7 abweicht, so wirken die Blendenelektroden 3 bzw. 7 auf den Strahl wie eine Zylinderlinse. Ein Verlauf der elektrischen Feldlinien, wie er von einer solchen Blendenelektrode 3, 7 erzeugt wird, ist in 2a schematisch dargestellt.The two aperture electrodes 3 and 7 as well as the finger electrodes 13 are replaced by an in 1 Not shown control supplied electrical potentials, so that between the electrodes 3 . 7 and 13 adjustable electric fields can be generated. These act on a beam of electrically charged particles, which is oriented transversely to the xy plane, and the openings of the diaphragms 7 . 11 and 5 interspersed. This is due to the aperture electrodes 3 or 7 an electrical potential which depends on the potential of the beam of charged particles in the plane of the diaphragm electrodes 3 . 7 deviates, so the aperture electrodes work 3 respectively. 7 on the beam like a cylindrical lens. A course of the electric field lines, such as that of such an aperture electrode 3 . 7 is generated is in 2a shown schematically.

An die Fingerelektroden 13 der Kammblende 11 kann ein Potentialmuster derart angelegt werden, daß sich in der Öffnung der Blendenelektrode 11 ein quadrupolähnliches elektrisches Feld einstellt. Ein Verlauf von Feldlinien eines solchen Quadrupolfeldes ist in 2 schematisch dargestellt, wobei das Feld eine Symmetrieachse 17 aufweist, die sich in z-Richtung erstreckt und die Längsachse 15 der Kammblende 11 schneidet.On the finger electrodes 13 the comb screen 11 a potential pattern can be applied such that there is in the opening of the diaphragm electrode 11 sets up a quadrupole-like electric field. A course of field lines of such a quadrupole field is shown in 2 shown schematically, the field being an axis of symmetry 17 has, which extends in the z direction and the longitudinal axis 15 the comb screen 11 cuts.

Ein Strahl elektrisch negativ geladener Teilchen, der in dieses Quadrupolfeld eintritt, wird in x-Richtung fokussiert und in y-Richtung defokussiert.A beam of negatively charged electricity Particle that enters this quadrupole field becomes in the x-direction focused and defocused in the y direction.

Tritt ein Strahl somit entlang der Symmetrieachse 17 des Quadrupolfeldes in die Vorrichtung 1 ein, so erfährt er insgesamt die Wirkungen der durch die Blendenelektroden 3 und 7 bereitgestellten Zylinderlinsenfelder gemäß 2a sowie des durch die Kammblende 11 bereitgestellten Quadrupolfelds gemäß 2b. Der Strahl erfährt somit eine Überlagerung der in den 2a und 2b darge stellten Feldkonfigurationen, und bei geeigneter Abstimmung der Stärken der Zylinderlinsenfelder und des Quadrupolfeldes aufeinander ergibt sich auf den Strahl eine gleiche Wirkung wie die eines Rundlinsenfeldes, dessen Feldlinien in 2c schematisch dargestellt sind.A ray thus occurs along the axis of symmetry 17 of the quadrupole field in the device 1 overall, he experiences the effects of the diaphragm electrodes 3 and 7 provided cylindrical lens fields according to 2a as well as that through the comb screen 11 provided quadrupole field according to 2 B , The beam is thus superimposed on the 2a and 2 B Darge presented field configurations, and with a suitable coordination of the strengths of the cylindrical lens fields and the quadrupole field on each other, the beam has the same effect as that of a round lens field, the field lines in 2c are shown schematically.

Es ist somit möglich, einen Strahl geladener Teilchen mit der Strahlumformungsanordnung 1 bei geeigneter Beaufschlagung der Elektroden 3, 7 und 13 zu fokussieren.It is thus possible to beam a charged particle with the beamforming arrangement 1 with suitable application of the electrodes 3 . 7 and 13 to focus.

Da das zur Bereitstellung der Rundlinsenwirkung zu erzeugende Quadrupolfeld bei dieser Vorrichtung durch eine begrenzte Anzahl diskreter Fingerelektroden erzeugt wird, weicht das hierdurch erzeugbare Feld auf Grund eines Diskretisierungsfehlers von einem idealen Quadrupolfeld ab. Dies stellt eine Limitierung der Kammlinse im praktischen Einsatz dar. Weiterhin ist eine solche Kammlinse mechanisch nur mit sehr großem Aufwand mit ausreichender Präzision zu fertigen.Since the quadrupole field to be produced to provide the round lens effect is limited by a limited number of discrete fin gerelektroden is generated, the field thus generated deviates from an ideal quadrupole field due to a discretization error. This represents a limitation of the comb lens in practical use. Furthermore, such a comb lens can only be mechanically manufactured with great effort and with sufficient precision.

Auch hier ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu der anhand der 1 erläuterten teilchenoptische Anordnung vorzuschlagen.Again, it is an object of the invention to provide an alternative to that based on the 1 to propose explained particle-optical arrangement.

Die Erfindung schlägt hierzu eine teilchenoptische Vorrichtung vor, welche einen Stapel von Linsenbaugruppen umfaßt, welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbare Ablenkfelder bereitzustellen, wobei die Linsenbaugruppen jeweils eine quer zur Strahlrichtung orientierte Platte mit einer Blendenausnehmung für einen Durchtritt des Strahls und wenigstens ein Feldquellelement zur Bereitstellung eines Ablenkfeldes auf den Strahl umfassen.The invention suggests this propose a particle optical device which comprises a stack of lens assemblies comprises which are arranged at a fixed distance from each other in the beam direction and can be controlled in order for sequentially adjustable a beam passing through the stack To provide deflection fields, the lens assemblies each one plate oriented transversely to the beam direction with an aperture recess for one Passage of the beam and at least one field source element for provision include a deflection field on the beam.

Durch die Mehrzahl von Linsenbaugruppen, welche insbe sondere mehr als drei, vorzugsweise mehr als vier, weiter bevorzugt mehr als fünf und stärker bevorzugt mehr als sechs oder sieben und ferner insbesondere mehr als zehn Linsenbaugruppen umfaßt, ist es möglich, entlang einer Strahlachse eine große Zahl von Freiheitsgraden zur Beeinflussung des Strahls bereitzustellen und ein strahlformendes Gesamtfeld sozusagen zu "synthetisieren". Insbesondere ist es mit einem solchen Linsenstapel auch möglich, die optischen Eigenschaften der Vorrichtung zeitabhängig zu ändern und insbesondere zwischen zwei oder mehreren Betriebsmoden der Vorrichtung umzuschalten. Ferner ist es auch möglich, durch die große Zahl von Freiheitsgraden Fertigungsfehler, die bei einer jeden einzelnen der Baugruppen auftreten können, zu kompensieren. Auch ist es möglich, auf Grund von geometrischen Begrenzungen oder fertigungstechnischen Begrenzungen unvollkommene Feldgestaltungen in einer Baugruppe durch eine entsprechende Ansteuerung einer anderen Baugruppe zu kompensieren.By the plurality of lens assemblies, which in particular in particular more than three, preferably more than four, more preferably more than five and stronger preferably more than six or seven and furthermore in particular more than ten lens assemblies, Is it possible, a large number of degrees of freedom along a beam axis to influence the beam and provide a beam-shaping overall field to "synthesize" so to speak. In particular, it is with such Lens stack also possible to change the optical properties of the device as a function of time and in particular to switch between two or more operating modes of the device. It is also possible through the big one Number of degrees of freedom manufacturing errors in each one of assemblies can occur to compensate. It is also possible due to geometric limitations or manufacturing technology Limitations of imperfect field designs in an assembly to compensate for a corresponding control of another module.

Vorzugsweise wird die teilchenoptische Vorrichtung in einem Elektronenmikroskopiesystem oder/und in einem Elektronenlithographiesystem eingesetzt.Preferably, the particle optical Device in an electron microscopy system and / or in one Electron lithography system used.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand. von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:In the following, embodiments of the Invention based on. of figures closer explained. in this connection shows:

1 eine herkömmliche teilchenoptische Vorrichtung, 1 a conventional particle optical device,

2 eine Darstellung von Feldverläufen zur Erläuterung der Vorrichtung gemäß 1, 2 a representation of field profiles to explain the device according to 1 .

3 eine perspektivische Teildarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 3 2 shows a perspective partial illustration of a particle-optical device according to an embodiment of the invention,

4 ein Herstellungsverfahren für die in 3 gezeigte Vorrichtung, 4 a manufacturing process for the in 3 shown device,

5 eine Ansicht von Baugruppen während des anhand der 4 erläuterte Herstellungsverfahrens, 5 a view of assemblies during the 4 explained manufacturing process,

6 eine Darstellung zur Erläuterung einer Wirkung der in 3 gezeigten Vorrichtung, 6 a representation for explaining an effect of in 3 shown device,

7 eine weitere Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der in 3 gezeigten Vorrichtung, 7 a further illustration to explain the effect of in 3 shown device,

8 eine Darstellung einer Treiberschaltung zur Ansteuerung einer Baugruppe der in 3 gezeigten Vorrichtung, 8th a representation of a driver circuit for controlling a module in 3 shown device,

9 eine Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 9 2 shows a representation to explain a further embodiment of the invention,

10 ein Elektronenlithographiesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 10 an electron lithography system according to an embodiment of the invention,

11 ein Elektronenmikroskopiesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 11 an electron microscopy system according to an embodiment of the invention,

12 eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, 12 a particle-optical device according to a further embodiment of the invention,

13 eine Ansteuerung der Vorrichtung gemäß 12 in einem ersten Betriebsmodus, 13 a control of the device according to 12 in a first operating mode,

14 ein Elektronemikroskopiesystem mit einer teilchenoptischen Vorrichtung in dem ersten Betriebsmodus gemäß 13 als Objektivlinse, 14 an electron microscopy system with a particle optical device in the first operating mode according to 13 as an objective lens,

15 eine Ansteuerung der teilchenoptischen Vorrichtung gemäß 12 in einem zweiten Betriebsmodus, 15 a control of the particle optical device according to 12 in a second operating mode,

16 das Elektronemikroskopiesystem der 14 in dem zweiten Betriebsmodus der Vorrichtung gemäß 15, 16 the electron microscopy system of 14 in the second operating mode of the device according to 15 .

17 eine weitere Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung, 17 another embodiment of a particle optical device,

18 eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer aufgeschnittener Darstellung und 18 a particle-optical device according to a further embodiment of the invention in a schematic cut representation and

19 eine Linsenbaugruppe, welche in einer der Vorrichtungen gemäß den 12 bis 16 und 18 einsetzbar ist. 19 a lens assembly, which in one of the devices according to the 12 to 16 and 18 can be used.

In 3 ist eine erfindungsgemäß teilchenoptische Vorrichtung 1 in perspektivischer teilweise aufgeschnittener Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Stapel 151 aus einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153, welche in z-Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Jede Linsenbaugruppe besteht aus einer Platte 155, welche eine in x-Richtung langgestreckte geschlossene Ausnehmung 157 begrenzt. In die Ausnehmung 157 ragen in y-Richtung die Fingerelektroden 13 hinein. Die Fingerelektroden 13 sind in x-Richtung mit Abstand und isoliert voneinander in einer Reihe nebeneinander angeordnet, wobei auf beiden Seiten der Ausnehmung 157 jeweils eine Reihe von Fingerelektroden 13 vorgesehen ist. Hierbei stehen sich in y-Richtung immer jeweils ein Paar von Fingerelektroden aus der einen und der anderen Reihe gegenüber.In 3 is a particle optical device according to the invention 1 shown in perspective, partially cut-open representation. The device 1 includes a stack 151 from a plurality of lens assemblies 153 , which are spaced from each other in the z-direction. Each lens assembly consists of a plate 155 which have a closed recess elongated in the x direction 157 limited. In the recess 157 the finger electrodes protrude in the y direction 13 into it. The finger electrodes 13 are arranged in the x-direction at a distance and isolated from each other in a row next to each other, with on both sides of the recess 157 a row of finger electrodes each 13 is provided. In this case, a pair of finger electrodes from one row and the other row are always opposite each other in the y direction.

Die Platte 155 trägt ferner eine Mehrzahl von Treiberschaltungen 159, welche in 3 schematisch als eine stabilisierte Stromquelle dargestellt sind. Die Treiberschaltungen 159 stellen die Spannungen bereit, die an die Fingerelektroden 13 angelegt werden. Hierzu ist eine Mehrzahl von in x-Richtung verlaufenden Sammelleitung 161 vorgesehen, welche mit jeweils einer Schaltung 159 elektrisch verbunden ist. Eine jede Fingerelektrode 13 ist mit einer Einzelzuführung 163 an eine der Sammelleitungen 161 angeschlossen, wobei in Reihenrichtung benachbarte Fingerelektroden 13 der Reihe nach und periodisch an eine jeweils andere Sammelleitung 161 angeschlossen sind.The plate 155 also carries a plurality of driver circuits 159 , what a 3 represented schematically as a stabilized power source are. The driver circuits 159 provide the voltages that are applied to the finger electrodes 13 be created. For this purpose there is a plurality of bus lines running in the x direction 161 provided, each with a circuit 159 is electrically connected. Each finger electrode 13 is with a single feed 163 to one of the manifolds 161 connected, with adjacent finger electrodes in the row direction 13 in sequence and periodically to a different manifold 161 are connected.

Ein mögliches Herstellungsverfahren für die Linsenbaugruppen 153 ist nachfolgend anhand von 4 erläutert. Dieses startet mit einem Halbleitersubstrat 165 mit einer (110)-Oberfläche, welches die tragende Struktur bzw. Platte 155 der Linsenbaugruppe 153 bildet (4a). Auf beiden Seiten des Substrats 165 wird (4b) jeweils eine Siliziumoxidschicht 167 bzw. 68 abgeschieden. Auf der Siliziumoxidschicht 167 wird dann (4c) eine Chrom-Gold-Schicht 169 aufgebracht. Auf die Chrom-Gold-Schicht 169 wird ein Fotolack 171 aufgebracht, und auf die Siliziumoxidschicht 168 wird ein Fotolack 172 aufgebracht (4d). Der Lack 171 wird in einem Lithographieschritt mit einem Muster belichtet, welches Mustern der Einzelverbindungen 163, der Sammelleitung 161 und der Treiberschaltungen 159 entspricht. Hierzu können weitere, in 4 nicht separat dargestellte Lithographieschritte notwendig sein, welche mit weiteren ebenfalls nicht dargestellten Ätzschritten und die Lithographieschritten zur Erzeugung der komplizierteren Strukturen der Sammelleitungen 161 und Treiberschaltungen 159 vorgesehen sein.A possible manufacturing process for the lens assemblies 153 is subsequently based on 4 explained. This starts with a semiconductor substrate 165 with a (110) surface, which the supporting structure or plate 155 the lens assembly 153 forms ( 4a ). On both sides of the substrate 165 becomes ( 4b ) one silicon oxide layer each 167 respectively. 68 deposited. On the silicon oxide layer 167 it will then ( 4c ) a chrome-gold layer 169 applied. On the chrome-gold layer 169 becomes a photoresist 171 applied, and on the silicon oxide layer 168 becomes a photoresist 172 upset ( 4d ). The paint 171 is exposed in a lithography step with a pattern which patterns the individual compounds 163 , the manifold 161 and the driver circuits 159 equivalent. For this, further, in 4 Lithography steps not shown separately may be necessary, which include further etching steps, also not shown, and the lithography steps for producing the more complicated structures of the collecting lines 161 and driver circuits 159 be provided.

Der Fotolack 172 wird mit einem Muster belichtet ( 4d) welches der Ausnehmung 157 entspricht.The photoresist 172 is exposed with a pattern ( 4d ) which of the recess 157 equivalent.

4e zeigt beispielhaft die Deposition einer Einzelverbindungsleitung 163. Die Fotolackschichten 171 und 172 werden entfernt (4f), und die Seite mit der Siliziumoxidschicht 69 wird mit weiteren Fotolackschicht 75 überzogen (4g), welche belichtet wird mit einem Muster, das den Fingerelektroden 13 entspricht ( 4g). In den belichteten Bereichen wird Fotolack 175 entfernt, und die stehenden Ausnehmungen werden gefüllt, um die Fingerelektroden 13 zu bilden. Die Fotolackschicht 175 wird so dann entfernt (4i). Dann wird von der Seite der Schicht 168 her durch Ätzen die Ausnehmung 157 in die Platte 155 eingebracht (4j). 4e shows an example of the deposition of a single connection line 163 , The photoresist layers 171 and 172 being deleted ( 4f ), and the side with the silicon oxide layer 69 comes with another layer of photoresist 75 overdrawn ( 4g ), which is exposed with a pattern that the finger electrodes 13 corresponds to ( 4g ). In the exposed areas, photoresist 175 removed, and the standing recesses are filled around the finger electrodes 13 to build. The photoresist layer 175 is then removed ( 4i ). Then from the side of the layer 168 forth by etching the recess 157 into the plate 155 brought in ( 4y ).

Die in 4 erläuterten Schritte werden zur Bildung einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153 gleichzeitig an einem einziges Substrat bzw. Siliziumwafer 155 vorgenommen, wie dies aus 5 ersichtlich ist . Dort ist eine Mehrzahl von Baugruppen auf dem Wafer 155 dargestellt, welche nachfolgend durch Zersägen entlang von Linien 172 voneinander separiert werden. Darauf folgend werden die separierten Baugruppen 153 zu dem Stapel 151 aufeinander gefügt, wozu geeignete Abstandhalter zwischen den Platten 155 eingesetzt werden.In the 4 The steps explained are used to form a plurality of lens assemblies 153 simultaneously on a single substrate or silicon wafer 155 made like this from 5 can be seen. There is a plurality of assemblies on the wafer 155 shown, which are subsequently sawn along lines 172 be separated from each other. This is followed by the separated assemblies 153 to the stack 151 joined to each other, for which purpose suitable spacers between the plates 155 be used.

In 6 ist ein Einfluß auf einen die Linsenbaugruppen 153 durchsetzenden Strahl geladener Teilchen in räumliche Darstellung schematisch gezeigt:
Ein Strahl 21 geladener Teilchen mit einem quadratisch dargestellten Querschnitt 23 tritt entlang einer Symmetrieachse 17 und in z-Richtung in eine teilchenoptische Vorrichtung 1 ein. Diese umfaßt eine Linsenbaugruppe 153 mit zwei Reihen Fingerelektroden 13 und einer darunterliegenden Blendenelektrode 15. Unterhalb der Blendenelektrode 15 ist eine Objektebene 25 angeordnet, in der der Strahl 21 fokussiert werden soll.In 6 is an influence on the lens assemblies 153 penetrating beam of charged particles shown schematically in spatial representation:
A ray 21 charged particles with a square cross section 23 occurs along an axis of symmetry 17 and in the z-direction into a particle-optical device 1 on. This includes a lens assembly 153 with two rows of finger electrodes 13 and an underlying aperture electrode 15 , Below the aperture electrode 15 is an object layer 25 arranged in the beam 21 to be focused.

An die Fingerelektrode 13 ist von einer Steuerung 103 ein derartiges Potentialmuster angelegt, daß in der Öffnung zwischen den Reihen Fingerelektroden 13 ein elektrisches Quadrupolfeld entsteht, dessen Verlauf in 6 durch elektrische Potentiallinien 31 angedeutet ist. Das Quadrupolfeld fokussiert den Strahl 21 in x-Richtung und defokussiert denselben in y-Richtung. Entsprechend nimmt der Strahlquerschnitt nach Durchlaufen der Kammblende 11 eine Gestalt einer in y-Richtung langgestreckten Raute 27 in der Ebene der Blendenelektrode 15 an. Die Blendenelektrode 15 wirkt auf den Strahl allerdings wie eine Zylinderlinse, welche den Strahl 21 in y-Richtung fokussiert, so daß dieser schließlich in der Objektebene 25 auf einen kleinen Fleck 29 fokussiert ist.To the finger electrode 13 is from a controller 103 such a potential pattern applied that finger electrodes in the opening between the rows 13 an electrical quadrupole field arises, the course of which in 6 through electrical potential lines 31 is indicated. The quadrupole field focuses the beam 21 in the x direction and defocused the same in the y direction. Accordingly, the beam cross section increases after passing through the comb diaphragm 11 a shape of a rhombus elongated in the y direction 27 in the plane of the aperture electrode 15 on. The aperture electrode 15 acts on the beam like a cylindrical lens, which blocks the beam 21 focused in the y direction, so that it finally in the object plane 25 on a small stain 29 is focused.

In 1 sind zur Erzeugung des Zylinderlinsenfeldes zwei Blendenelektroden 3 bzw. 7 vorgesehen, während in 6 zur Erzeugung des Zylinderlinsenfeldes lediglich eine Blendenelektrode 3 vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, in einem Stapel wie in 3 das Zylinderlinsenfeld durch eine weitere Linsenbaugruppe 153 selbst bereitzustellen, indem deren mittleres Potential auf einen Wert eingestellt wird, der von dem Potential des Strahls 21 in der Ebene dieser Linsenbaugruppe abweicht. Damit stellen die Fingerelektroden der weiteren Linsenbaugruppe im Mittel das Zylinderlinsenfeld bereit, und durch ortsabhängige Änderungen der Potentiale der Fingerelektroden 13 der darüberliegenden Linsenbaugruppe 153 wird das zugehörige Quadrupolfeld bereitgestellt.In 1 are two aperture electrodes for generating the cylindrical lens field 3 or 7 provided while in 6 only an aperture electrode for generating the cylindrical lens field 3 is provided. However, it is also possible to stack up as in 3 the cylindrical lens field by another lens assembly 153 itself by setting its average potential to a value different from the potential of the beam 21 deviates in the plane of this lens assembly. The finger electrodes of the further lens assembly thus provide the cylindrical lens field on average, and by location-dependent changes in the potentials of the finger electrodes 13 the lens assembly above 153 the associated quadrupole field is provided.

In 7 ist ein Betriebsmodus einer Linsenbaugruppe 153 dargestellt, der von dem in 6 gezeigten Betriebsmodus zum Fokussieren eines Strahls geladener Teilchen abweicht. In 4 werden die Fingerelektroden 13 durch eine in 4 nicht dargestellte Steuerung derart mit Potentialen beaufschlagt, daß in einer Öffnung zwischen den beiden Reihen von Fingerelektroden 13 ein im wesentlichen homogenes und in x-Richtung orientiertes elektrisches Feld entsteht, dessen Potentiallinien 31 in 4 schematisch eingezeichnet sind. Ein entlang einer in z-Richtung orientierten Strahlachse 17 in die Kammblende 11 eintretender Strahl 21 geladener Teilchen mit quadratischem Querschnitt 23 wird durch das in der Öffnung zwischen den beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 gebildete im wesentlichen homogene elektrische Feld in x-Richtung um einen Winkel α abgelenkt, wobei der Querschnitt 23 des Strahls im wesentlichen unverändert bleibt.In 7 is an operating mode of a lens assembly 153 shown by the in 6 shown operating mode for focusing a beam of charged particles deviates. In 4 become the finger electrodes 13 through an in 4 Control, not shown, is acted upon with potentials such that in an opening between the two rows of finger electrodes 13 An essentially homogeneous electric field oriented in the x-direction arises, whose potential lines 31 in 4 are shown schematically. A along a beam axis oriented in the z direction 17 into the comb screen 11 incoming beam 21 charged particles with a square cross section 23 becomes through that in the opening between the two rows of finger electrodes 13 formed essentially homogeneous electric field deflected in the x direction by an angle α, the cross section 23 of the beam remains essentially unchanged.

Hiermit ist es möglich, die Kammblende 11 als Strahlablenker einzusetzen. Insbesondere kann das den Strahl 21 ablenkende Feld entlang der x-Richtung in der Öffnung zwischen den beiden Reihen Fingerelektroden 13 lokal in einer Umgebung des Strahls 21 bereitgestellt werden, d.h. das elektrische Feld muß sich nicht über die gesamte Länge der Kammblende 11 in x-Richtung erstrecken.It is possible to use the comb screen 11 use as a beam deflector. In particular, this can affect the beam 21 deflecting field along the x direction in the opening between the two rows of finger electrodes 13 locally in an environment of the beam 21 be provided, ie the electrical field does not have to extend over the entire length of the comb screen 11 extend in the x direction.

Ferner ist es möglich, die Betriebsmoden der 6 und 7 zu kombinieren, indem die Fingerelektroden 13 derart mit Potentialen beaufschlagt werden, daß in der Öffnung zwischen den Elektrodenreihen eine Überlagerung des Quadrupolfeldes gemäß 3 und des homogenen Feldes gemäß 4 bereitgestellt ist. Eine derart angesteuerte Kammblende wirkt dann als fokussierender Strahlablenker.It is also possible to change the operating modes of the 6 and 7 combine by using the finger electrodes 13 Potentials are applied such that a superposition of the quadrupole field according to in the opening between the rows of electrodes 3 and according to the homogeneous field 4 is provided. A comb aperture controlled in this way then acts as a focusing beam deflector.

In 8 ist eine Treiberanordnung 181 zur Ansteuerung der Fingerelektroden 13 der Baugruppe 153 schematisch dargestellt. Die Elektroden der Baugruppe 153 sind durch die Treiberanordnung 181 derart angesteuert, daß in der Umgebung der Strahlachse 17 ein quadrupolartiges Feld bereitgestellt ist. wie vorangehend erläutert, ist die Strahlachse 17 in x-Richtung verlagerbar, und entsprechend muß das den Elektroden 13 zugeführte Spannungsmuster ebenfalls in x-Richtung verlagert werden.In 8th is a driver arrangement 181 to control the finger electrodes 13 the assembly 153 shown schematically. The electrodes of the assembly 153 are through the driver arrangement 181 controlled in such a way that in the vicinity of the beam axis 17 a quadrupole field is provided. as explained above, is the beam axis 17 Can be moved in the x direction, and accordingly the electrodes 13 supplied voltage patterns are also shifted in the x direction.

Die Treiberanordnung 81 umfaßt lediglich neun Treiber 59 bzw. Spannungsquellen, welche mit '–4', '–3', '–2', '–1', '0', '+1', '+2', '+3', '+4' bezeichnet sind. Die Spannungsquellen sind einzeln ansteuerbar. Eine jede Spannungsquelle ist an mehrere Elektroden 13 angeschlossen, eine jede Elektrode 13 ist jedoch nur mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden. Hierzu erstrecken sich in Reihenrichtung, d.h. in x-Richtung neun Sammelleitungen 161, wobei eine jede Sammelleitung 161 mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektroden 13 sind dann der Reihe nach und periodisch mit einer jeweils anderen Sammelleitung 161 elektrisch verbunden.The driver arrangement 81 includes only nine drivers 59 or voltage sources, which are designated with '-4', '-3', '-2', '-1', '0', '+1', '+2', '+3', '+4' are. The voltage sources can be controlled individually. Each voltage source is connected to several electrodes 13 connected, each electrode 13 is only connected to a single voltage source. For this purpose, nine bus lines extend in the row direction, ie in the x direction 161 , with each manifold 161 is connected to a single voltage source. The electrodes 13 are then in sequence and periodically with a different manifold 161 electrically connected.

In 8 ist lediglich für eine Reihe Fingerelektroden 13 die zugehörige Treiberanordnung 181 dargestellt. Allerdings ist auch für die andere Reihe Fingerelektroden 13 eine entsprechende Treiberanordnung samt Verbindungsleitungen vorgesehen.In 8th is only for a row of finger electrodes 13 the associated driver arrangement 181 shown. However, finger electrodes are also used for the other row 13 a corresponding driver arrangement including connecting lines is provided.

Es ist vorgesehen, die Zahl der Treiberschaltungen 159 von Linsenbaugruppe zu Linsenbaugruppe gegebenenfalls zu ändern, um durch die verschiedenen Linsenbaugruppen 153 unterschiedliche Feldmuster bereitstellen zu können. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine jede Fingerelektrode 13 einer Linsenbaugruppe 153 einen eigens zugeordneten Treiber 159 aufweist, oder etwa einander in den beiden Reihen gegenüberliegende Elektroden fest miteinander zu verbinden.It is envisaged the number of driver circuits 159 from lens assembly to lens assembly if necessary to change through the different lens assemblies 153 to be able to provide different field patterns. In particular, it is provided that each finger electrode 13 a lens assembly 153 a dedicated driver 159 has, or approximately firmly connect electrodes located opposite one another in the two rows.

In den vorangehenden beschriebenen Figuren wirken die Fingerelektroden 13 jeweils als Quellelemente für das durch die Linsenbaugruppen 153 bereitgestellte elektrische Feld zur Einwirkung auf den Teilchenstrahl.In the figures described above, the finger electrodes act 13 each as source elements for that through the lens assemblies 153 provided electrical field for acting on the particle beam.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, in einer Öffnung einer Linsenbaugruppe magnetische Felder zum Einwirken auf den Teilchenstrahl bereitzustellen. Eine Realisierung einer solchen Linsenbaugruppe ist in 9 schematisch dargestellt. Die dort gezeigte Linsenbaugruppe 153 umfaßt eine Platte 35, von der zwei Reihen von Materialfingern 37 in Richtung zu der Mittelachse 15 in eine Öffnung hinein abstehen. Die Materialfinger 37 sind mit Abstand voneinander angeordnet und weisen jeweils eine zu der Mittelachse 15 hinweisende Stirnfläche 39 auf. Zwischen jeweils zwei benachbarten Materialfingern 37 ist eine Wicklung 41 aus einem elektrisch leitenden Draht vorgesehen. Zur Speisung einer jeden Wicklung mit elektrischem Strom ist für eine jede Wicklung eine durch eine Steuerung 103 ansteuerbare Stromquelle 43 angeschlossen, um einer jeden Wicklung 41 einen Strom einstellbarer Stromstärke zuzuführen. Die Stromleiterwicklungen 41 erzeugen dann Magnetfelder, welche u.a. von der Platte 35 und den Materialfingern 37 geführt werden. In 9 ist an die Wicklungen 41 ein Strommuster derart angelegt, daß benachbarte Wicklungen 41 jeweils Magnetfelder entgegengesetzter Orientierungen erzeugen. Hierdurch entsteht in der Blendenöffnung der Linsenbaugruppe 153 eine Magnetfeldkonfiguration, wie sie in 9 mit Feldlinie 45 schematisch dargestellt ist. Die Feldkonfiguration ist näherungsweise die von mehreren entlang der Mittelachse 15 benachbart zueinander angeordneten Quadrupolfeldern mit mit Abstand voneinander angeordneten Symmetrieachsen 17.Alternatively, however, it is also possible to provide magnetic fields in an opening of a lens assembly for acting on the particle beam. A realization of such a lens assembly is in 9 shown schematically. The lens assembly shown there 153 includes a plate 35 , of the two rows of material fingers 37 towards the central axis 15 protrude into an opening. The material fingers 37 are arranged at a distance from each other and each point to the central axis 15 indicative face 39 on. Between two adjacent material fingers 37 is a winding 41 provided from an electrically conductive wire. To supply each winding with electrical current, there is a controller for each winding 103 controllable power source 43 connected to each winding 41 to supply a current of adjustable current. The conductor windings 41 then generate magnetic fields which, among other things, from the plate 35 and the material fingers 37 be performed. In 9 is on the windings 41 a current pattern is applied such that adjacent windings 41 generate magnetic fields of opposite orientations. This creates in the aperture of the lens assembly 153 a magnetic field configuration as in 9 with field line 45 is shown schematically. The field configuration is approximately that of several along the central axis 15 Quadrupole fields arranged adjacent to one another with axes of symmetry arranged at a distance from one another 17 ,

Es ist auch möglich, die magnetische und die elektrische Linsenbaugruppe in einer Baugruppe zu kombinieren, indem beispielsweise die Materialfinger 37 metallisiert werden, um diese als Elektroden auszubilden, denen einstellbare elektrische Potentiale zugeführt werden können. Es ist dann möglich, in der Öffnung zwischen den beiden Reihen von Fingern elektrische und magnetische Felder zu überlagern, um auf Strahlen geladener Teilchen einzuwirken.It is also possible to combine the magnetic and the electrical lens assembly in one assembly, for example by using the material fingers 37 are metallized to form them as electrodes to which adjustable electrical potentials can be supplied. It is then possible to superimpose electrical and magnetic fields in the opening between the two rows of fingers in order to act on rays of charged particles.

In 10 ist ein Elektronenlithographiesystem 105 schematisch dargestellt, welches einen Stapel 51 von Linsenbaugruppen 153 umfaßt. Das Lithographiesystem 105 arbeitet mit drei Elektronenstrahlen 107, welche aus Kathoden 109 emittiert werden, welche einzeln ansteuerbar sind, um Strahlen 107 unabhängig voneinander an- und auszuschalten. Die emittierten Elektronen werden durch eine gegenüber den Kathoden 109 vorgespannte Anode 111 beschleunigt und treten mit Abstand voneinander in den Stapel 151 ein.In 10 is an electron lithography system 105 schematically shown which is a stack 51 of lens assemblies 153 includes. The lithography system 105 works with three electron beams 107 which are made of cathodes 109 are emitted, which can be controlled individually, to beams 107 independently switch on and off. The emitted electrons are compared to the cathodes 109 biased anode 111 accelerates and step into the stack at a distance from each other 151 on.

In 10 sind die Fingerelektroden der Linsenbaugruppe 153 nur schematisch als kurze Striche dargestellt. Dabei sind Bereiche von Fingerelektroden, in denen ein signifikantes elektrisches Feld zur Beeinflussung der Elektronenstrahlen 107 vorgesehen ist, grau hinterlegt. In einem in 10 oberen Bereich 113 werden die Strahlen 107 fokussierend beeinflusst. In einem darunterliegenden Bereich 115 werden die Strahlen im wesentlichen ablenkend beeinflusst, und zwar wird der linke Strahl nach links abgelenkt, der rechte Strahl wird nach rechts abgelenkt und der mittlere Strahl wird nicht abgelenkt. In einem weiter darunterliegenden Bereich 117 werden die Strahlen in eine im Vergleich zu dem Bereich 115 jeweils umgekehrte Richtung abgelenkt. Es wird der linke Strahl 107 nach rechts abgelenkt, der rechte Strahl 107 wird nach links abgelenkt, und der mittlere Strahl 107 wird wiederum nicht abgelenkt. Hierdurch werden die Strahlen 107 jeweils näher zusammen geführt, als es einem Abstand der Kathoden 109 entspricht. Die drei Strahlen 107 treten unten aus dem Stapel 151 aus und treffen auf eine mit einer teilchenempfindlichen Schicht ("resist") versehene Oberfläche 25 eines Halbleiterwafers 119, und zwar derart, dass sie dort ausreichend fein fokussiert sind, um eine notwendige Auflösung bei der Abbildung eines Musters auf den Wafer zu ermöglichen.In 10 are the finger electrodes of the lens assembly 153 only shown schematically as short lines. There are areas of finger electrodes in which a significant electric field is used Influencing the electron beams 107 is provided with a gray background. In one in 10 upper area 113 become the rays 107 focusing influenced. In an area below 115 the beams are essentially deflected, namely the left beam is deflected to the left, the right beam is deflected to the right and the middle beam is not deflected. In a lower area 117 the rays are in a compared to the area 115 each deflected in the opposite direction. It will be the left ray 107 deflected to the right, the right beam 107 is deflected to the left, and the middle beam 107 is not distracted again. This will make the rays 107 each brought closer together than there is a spacing of the cathodes 109 equivalent. The three rays 107 step out of the bottom of the stack 151 and hit a surface provided with a particle-sensitive layer ("resist") 25 of a semiconductor wafer 119 in such a way that they are focused there with sufficient precision to enable the necessary resolution when imaging a pattern on the wafer.

Die für die Bereitstellung derartiger Ablenk- und Fokussierfelder notwendigen Spannungsmuster werden den Fingerelektroden der einzelnen Baugruppen 153 durch eine in 10 nicht dargestellte Steuerung zugeführt. Hierbei ändert die Steuerung die Muster derart ab, dass die Orte, an denen die Strahlen 107 auf die Waferoberfläche 25 fokussiert sind, in x-Richtung verlagerbar sind, wie dies in 10 durch Pfeile 121 angedeutet ist. Die Steuerung steuert ferner auch die Kathoden 109 an, um die Strahlen 107 an- und auszuschalten. Zusammen mit dem Aus- und Anschalten der Strahlen und deren Verlagerung in der Objektebene bzw. Waferebene 119 ist es möglich, ein in der Steuerung gespeichertes Muster auf die Objektoberfläche 119 zu schreiben bzw. auf diese zu übertragen.The voltage patterns required for the provision of such deflection and focusing fields become the finger electrodes of the individual assemblies 153 through an in 10 Control not shown supplied. Here, the controller changes the pattern so that the locations where the rays 107 on the wafer surface 25 are focused, can be shifted in the x direction, like this in 10 by arrows 121 is indicated. The controller also controls the cathodes 109 to the rays 107 on and off. Together with the switching on and off of the beams and their displacement in the object level or wafer level 119 it is possible to put a pattern stored in the control on the object surface 119 to write or transfer to this.

Wie aus 10 ersichtlich ist, erfolgt die Umlenkung der Strahlen 107 in weit gestreckten gekrümmten Bahnen, so dass durch eine jede Linsenbaugruppe 153 nur relativ geringfügige "Knicke" in dem Strahlverlauf hervorgerufen werden. Hierdurch ist es möglich, die Strahlen in der Objektebene 119 mit vergleichsweise niedrigen Abbildungsfehlern bzw. Aberrationen zu fokussieren.How out 10 it can be seen that the rays are deflected 107 in elongated curved paths so that through each lens assembly 153 only relatively minor "kinks" are caused in the beam path. This makes it possible to view the rays in the object plane 119 focus with comparatively low aberrations.

Ferner stellt die Anordnung der Linsenbaugruppen als Stapel die Möglichkeit bereit, Strahlen von einem zu nächst großen Abstand im oberen Eintritt in den Stapel auf einen geringeren Abstand am Austritt aus dem Stapel zusammenzuführen.Furthermore, the arrangement of the lens assemblies as a stack the possibility ready to beam from one to the next huge Clearance in the top entry to the stack to a smaller distance merge at the exit from the stack.

Die Fertigung der einzelnen Linsenbaugruppen durch einen Einsatz der Lithographietechnik macht es möglich, Reihen von Fingerelektroden mit der notwendigen Präzision einerseits und mit einem sich in Grenzen haltenden Arbeitsaufwand andererseits zu fertigen. Allerdings ist der Einsatz von Lithographietechniken, welche auch insbesondere Ätzschritte umfassen, auf vergleichsweise dünne Substrate beschränkt, so dass hinsichtlich der Ausdehnung der einzelnen Fingerelektroden in z-Richtung Grenzen gesetzt sind. Eine gewisse Ausdehnung der Fingerelektroden in z-Richtung ist allerdings notwendig, um für die Strahlen auch ein ausreichend ausgedehntes Ablenkfeld bereitzustellen. Die Beschränkung der Fingerelektroden auf infinitesimal dünne Flächen ist meist nicht ausreichend. Allerdings stellt die Beschränkung der einzelnen Fingerelektroden in z-Richtung kein Hindernis dar, denn dies kann dadurch ausgeglichen werden, dass entsprechend mehrere der lithographisch einfach herstellbaren Linsenbaugruppen 153 übereinander gestapelt werden, um eine ausreichende Länge von Fingerelektrodenflächen in z-Richtung bereitzustellen.The production of the individual lens assemblies by using lithography technology makes it possible to manufacture rows of finger electrodes with the necessary precision on the one hand and with a limited amount of work on the other. However, the use of lithography techniques, which also include etching steps in particular, is limited to comparatively thin substrates, so that there are limits to the extent of the individual finger electrodes in the z direction. A certain extension of the finger electrodes in the z direction is necessary, however, in order to also provide a sufficiently extended deflection field for the beams. The limitation of the finger electrodes to infinitesimally thin areas is usually not sufficient. However, the restriction of the individual finger electrodes in the z direction does not represent an obstacle, because this can be compensated for by the fact that several of the lens assemblies that are easy to produce lithographically can be compensated 153 are stacked one on top of the other to provide a sufficient length of finger electrode surfaces in the z direction.

In 11 ist eine Rasterelektronenmikroskopievorrichtung 131 schematisch dargestellt. Diese umfaßt eine Strahlungsquellenanordnung 53 zur Erzeugung einer Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 mit einer Mehrzahl von Glühkathoden 57 zur Emission von Elektronen, eine Anode 59 zur Extraktion der Elektronen aus den Glühkathoden 57 sowie eine Aperturblende 61 mit einer Mehrzahl Blendenöffnungen 63 zur Formung der mehreren Strahlen 55. In 11 ist die Anordnung 51 zur Bereitstellung von drei Elektronenstrahlen 55 dargestellt. Es ist jedoch möglich, lediglich zwei oder mehr als drei Strahlen entsprechend bereitzustellen.In 11 is a scanning electron microscope device 131 shown schematically. This comprises a radiation source arrangement 53 for generating a plurality of primary electron beams 55 with a plurality of hot cathodes 57 for the emission of electrons, an anode 59 to extract the electrons from the hot cathode 57 as well as an aperture diaphragm 61 with a plurality of apertures 63 to form the multiple rays 55 , In 11 is the arrangement 51 to provide three electron beams 55 shown. However, it is possible to provide only two or more than three beams accordingly.

Die Mikroskopievorrichtung 131 umfaßt weiter einen als Objektiv 65 wirkenden Stapel 151 aus Linsenbaugruppen 153 zur Fokussierung der Primärelektronenstrahlen 55 in einer Objektebene 25, in der ein zu untersuchendes Objekt 67, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer 67 angeordnet ist. Aus dem Objekt 67 löst der darauf fokussierte Primärelektronenstrahl 55 (Sondenstrahl) Sekundärelektronen aus, deren Bewegung in 11 durch einige exemplarische Bahnen 69 dargestellt ist. Die Sekundärelektronen werden durch ein geeignetes zwischen dem Objektiv 65 und dem Objekt 67 angelegtes elektrisches Feld beschleunigt und zu Strahlen 70 geformt, welche das Objektiv durchsetzen und auf unterhalb der Apperturblende 61 angeordnete Detektoren 73 treffen.The microscope device 131 further includes one as a lens 65 acting stack 151 from lens assemblies 153 for focusing the primary electron beams 55 in an object plane 25 in which an object to be examined 67 such as a semiconductor wafer 67 is arranged. From the object 67 the primary electron beam focused on it 55 (Probe beam) secondary electrons whose movement in 11 through some exemplary tracks 69 is shown. The secondary electrons are replaced by a suitable one between the lens 65 and the object 67 applied electric field accelerates and radiates 70 shaped, which penetrate the lens and on below the aperture diaphragm 61 arranged detectors 73 to meet.

Zwischen den Detektoren 73 und dem Objektiv 65 sind nacheinander eine erste Ablenkeranordnung 75 und eine zweite Ablenkeranordnung 77 vorgesehen. Die Ablenkeranordnungen 75 und 77 umfassen für einen jeden Primärenelektronenstrahl 55 ein Paar von Ablenkelektroden 79 und 80, welchen von einer Steuerung 103 elektrische Potentiale zugeführt werden, um zwischen einem Elektrodenpaar 79, 80 ein elektrisches Feld zur Ablenkung des Primärelektronenstrahls 55 zu erzeugen. In dem in 11 links dargestellten Strahl 55 liegt bei beiden Ablenkeranordnungen 75 und 77 jeweils keine Spannung an den Elektroden 79, 80 an, so daß die Ablenkeranordnungen 75 und 77 von dem linken Primärelektronenstrahl 55 geradlinig durchsetzt werden.Between the detectors 73 and the lens 65 are a first deflector arrangement in succession 75 and a second deflector assembly 77 intended. The deflector assemblies 75 and 77 include for each primary electron beam 55 a pair of deflection electrodes 79 and 80 which of a control 103 electrical potentials are applied to between a pair of electrodes 79 . 80 an electric field to deflect the primary electron beam 55 to create. In the in 11 beam shown on the left 55 lies with both deflector arrangements 75 and 77 no voltage at the electrodes 79 . 80 so that the deflector assemblies 75 and 77 from the left primary electron beam 55 be enforced in a straight line.

Bei dem in 11 in der Mitte dargestellten Primärelektronenstrahl 55 liegt an den Elektroden 79, 80 der oberen Ablenkeranordnung 75 eine elektrische Spannung derart an, daß der Primärelektronenstrahl 55 zunächst um einen Winkel nach rechts abgelenkt wird. An den Elektroden 79, 80 der unteren Ablenkeranordnung 77 liegt eine entgegengesetzte Spannung derart an, daß der Primärelektronenstrahl 55 um einen entsprechenden Winkel derart nach links abgelenkt wird, daß er nach Durchlaufen der Ablenkeranordnung 77 wieder parallel zur z-Achse in Richtung zu der Objektivanordnung 65 verläuft. Somit dienen die beiden Ablenkeranordnungen 75, 77 dazu, den in der Objektebene 25 fokussierten Primärelektronenstrahl 55 in der Objektebene parallel zu verlagern, so daß das Objekt 67 mit dem Sondenstrahl abgetastet werden kann.At the in 11 shown in the middle primary electron beam 55 is due to the electrodes 79 . 80 the upper deflector assembly 75 an electrical voltage such that the primary electron beam 55 is initially deflected to the right by an angle. On the electrodes 79 . 80 the lower deflector assembly 77 there is an opposite voltage such that the primary electron beam 55 is deflected to the left by a corresponding angle such that it passes through the deflector arrangement 77 again parallel to the z-axis in the direction of the lens arrangement 65 runs. The two deflector arrangements thus serve 75 . 77 to that in the object level 25 focused primary electron beam 55 to shift parallel in the object plane so that the object 67 can be scanned with the probe beam.

Die Steuerung 103 verlagert nun das an die Fingerelektroden der Objektivanordnung 65 angelegte Spannungsmuster in x-Richtung zusammen mit der Ansteuerung der Ablenkelektroden 79, 80 der Ablenkanordnungen 75, 77, um unabängig von der Größe des durch die Ablenkanordnungen 75, 77 erzeugten Strahlversatzes M einen im wesentlichen zentralen Einfall des jeweiligen Primärelektronenstrahls 55 in das diesem zugeordnete Quadrupolfeld der Kammelektrode 11 zu gewährleisten, so daß die anhand der 3 erläuterte Fokussierung in der Objektebene 25 im wesentlichen gewährleistet ist.The control 103 now moves that to the finger electrodes of the lens arrangement 65 applied voltage pattern in the x direction together with the control of the deflection electrodes 79 . 80 the deflection arrangements 75 . 77 to regardless of the size of the through the deflection assemblies 75 . 77 generated beam offset M an essentially central incidence of the respective primary electron beam 55 into the associated quadrupole field of the comb electrode 11 to ensure that the 3 explained focusing in the object plane 25 is essentially guaranteed.

Somit ist es mit der in 11 gezeigten Mikroskopievorrichtung 131 möglich, ein Objekt mit einer Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 gleichzeitig abzutasten und für einen jeden der Primärelektronenstrahlen 55 ein diesem zugeordnetes Sekundärelektronensignal mit den den Strahlen jeweils zugeordneten Detektoren 73 zu erfassen. Hierdurch kann ein elektronenmikroskopisches Abbild des Objekts gewonnen werden.So it is with the in 11 microscopy device shown 131 possible an object with a plurality of primary electron beams 55 to scan simultaneously and for each of the primary electron beams 55 a secondary electron signal associated therewith with the detectors respectively assigned to the beams 73 capture. In this way, an electron microscopic image of the object can be obtained.

In 12 ist eine teilchenoptische Vorrichtung 1 perspektivisch dargestellt, welche einen Stapel 151 von Lin senbaugruppen 153 aufweist. Eine jede Linsenbaugruppe 153 umfasst eine kreisrunde metallische Scheibe bzw. Platte 155 mit einer zentralen kreisrunden Aperturöffnung 157. Auf einer jeden Scheibe 55 sind drei Kugelkalotten 152 aus Saphirmaterial aufgebracht, welche die Scheiben 155 und damit die Baugruppen 153 auf einem definierten Abstand voneinander halten und diese auch elektrisch voneinander isolieren.In 12 is a particle optical device 1 shown in perspective, which is a stack 151 of lens assemblies 153 having. Each lens assembly 153 comprises a circular metallic disc or plate 155 with a central circular aperture 157 , On every disc 55 are three spherical caps 152 Applied from sapphire material, which the disks 155 and with it the assemblies 153 keep at a defined distance from each other and also electrically isolate them from each other.

Eine jede der Scheiben 155 ist an eine Steuerung 103 elektrisch separat angeschlossen. Die Steuerung 103 versorgt die Scheiben 155 mit jeweils einstellbaren und änderbaren Spannungen.Each of the slices 155 is on a controller 103 electrically connected separately. The control 103 supplies the panes 155 with adjustable and changeable voltages.

Im oberen Teil der 13 bildet der Stapel 151 eine Objektivlinse eines Elektronenmikroskops 131, dessen Strahlengang in 16 schematisch dargestellt ist.In the upper part of the 13 forms the stack 151 an objective lens of an electron microscope 131 whose beam path is in 16 is shown schematically.

An die Linsenbaugruppen 153, von denen eine jede für den Elektronenstrahl eine Rundlinse bildet, ist durch die Steuerung 103 ein Spannungsmuster angelegt, so daß sich auf einer Zentralachse 131 des Stapels 51 ein Potentialverlauf einstellt, wie er im unteren Teil der 13 dargestellt ist. Dabei liegt zwischen dem in der Objektebene 25 angeordneten Objekt und der diesem nächsten Blende 155, welche mit einem Abstand ΔZ von der Objektebene angeordnet ist, ein Potentialunterschied ΔU1 derart vor, daß ein zwischen dem Objekt und der diesem nächsten Blende 155 ein elektrisches Extraktionsfeld E1 entsteht, das von der Objektebene 25 ausgehende Sekundärelektronen hin zu der durch den Stapel 151 gebildeten Objektivlinse des Mikroskops 131 beschleunigt. Dieses Extraktionsfeld E1 ist in 13 unten durch eine gestrichelte Linie angedeutet.To the lens assemblies 153 , each of which forms a round lens for the electron beam, is through the controller 103 a voltage pattern is applied so that it is on a central axis 131 of the stack 51 sets a potential curve as it is in the lower part of the 13 is shown. Thereby lies between that in the object level 25 arranged object and the closest aperture 155 , which is arranged at a distance .DELTA.Z from the object plane, a potential difference .DELTA.U 1 such that a between the object and the nearest aperture 155 an electrical extraction field E 1 arises from the object plane 25 outgoing secondary electrons to that through the stack 151 formed objective lens of the microscope 131 accelerated. This extraction field E 1 is in 13 indicated by a dashed line below.

In 14 ist der Stapel 151 nicht im Detail darge stellt. Allerdings ist in 14 ersatzweise durch schwarze Blöcke eine Geometrie einer Linse dargestellt, welche auf die Elektronen die gleiche Wirkung hätte, wie der Linsenstapel 151 bei der Ansteuerung in dem ersten Betriebsmodus. Durch eine solche Ersatzlinse könnte der Stapel in dem ersten Betriebsmodus ersetzt werden, um die gleiche fokussierende Wirkung auf die Elektronen zu haben.In 14 is the stack 151 not shown in detail. However, in 14 alternatively represented by black blocks a geometry of a lens, which would have the same effect on the electrons as the lens stack 151 when activated in the first operating mode. With such a replacement lens, the stack could be replaced in the first operating mode in order to have the same focusing effect on the electrons.

Ferner sind in 14 zwei von der Objektebene 25 auf der Achse 131 und unter einem Winkel zu dieser startende Axialstrahlen in durchgezogener Linie eingetragen, und ein mit Abstand von der Achse 131 und parallel zu dieser von der Objektebene 25 startender Feldstrahl ist in 14 mit gestrichelter Linie eingetragen.Furthermore, in 14 two from the object level 25 on the axis 131 and entered at an angle to this starting axial rays in a solid line, and one at a distance from the axis 131 and parallel to this from the object level 25 starting field beam is in 14 entered with a dashed line.

Die Fokussierwirkung der Objektivlinse 51 ist derart, daß hinter der Objektivlinse ein cross-over in einer Ebene 135 entsteht, eine weitere Feldlinse 137 fokussiert den Strahl derart, daß in einer Zwischenbildebene 139 ein Zwischenbild der Objektebene 25 entsteht, und ein Projektiv 141 bildet die Zwischenbildebene 139 schließlich auf eine Bildebene 143 ab, in der ein ortsauflösender Detektor 145 angeordnet ist. Somit entsteht auf dem Detektor 145 ein Bild der Objektebene 25.The focusing effect of the objective lens 51 is such that behind the objective lens there is a cross-over in one plane 135 arises, another field lens 137 focuses the beam in such a way that in an intermediate image plane 139 an intermediate image of the object level 25 arises, and a projective 141 forms the intermediate image plane 139 finally to an image level 143 starting in which a spatially resolving detector 145 is arranged. This creates on the detector 145 an image of the object plane 25 ,

In 15 und der dieser entsprechenden 16 ist ein weiterer Betriebsmodus des Elektronenmikroskops 131 erläutert, welcher von dem in den 13 und 14 gezeigten Betriebsmodus verschieden ist. In dem zweiten Betriebsmodus ist eine Spannung ΔU2 zwischen der der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 55 und dem Objekt geringer, so daß auch ein beim Austritt aus der Objektebene 25 auf die Elektronen wirkendes Extraktionsfeld E2 geringer ist als das Extraktionsfeld E1 in 13. Das im Vergleich zur 13 geringere Extraktionsfeld E2 ist aus der geringeren Neigung der eingetragenen gestrichelten Geraden in der 15 ersichtlich.In 15 and the corresponding one 16 is another mode of operation of the electron microscope 131 explains which of those in the 13 and 14 shown operating mode is different. In the second operating mode, there is a voltage ΔU 2 between that of the object plane 25 next aperture stop 55 and the object less, so that also when exiting the object level 25 extraction field E 2 acting on the electrons is smaller than extraction field E 1 in 13 , That compared to 13 lower extraction field E 2 is due to the lower inclination of the dashed straight line in the 15 seen.

Wenn in diesem zweiten Betriebsmodus der Linsenstapel 151 in einer gleichen Weise erregt werden würde wie in dem ersten Betriebsmodus, so würde dies dazu führen, daß ein entsprechender cross-over und das Zwischenbild nicht mehr in den Ebenen 135 bzw. 139 der 14 entstehen würde. Es wäre dann das Bild der Objektebene 25 in der Ebene des Detektors 145 unscharf, und es müßte die Feldlinse 137 und 144 angesteuert werden, um das Bild auf den Detektor wieder scharf zu stellen. Allerdings sind die Freiheitsgrade zur Ansteuerung der Feldlinse 137 und des Projektivs 141 hierzu nicht voll ausreichend, und es wird dafür die Objektivlinse 151 von der Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus mit einem Spannungsmuster versorgt, welches von dem Spannungsmuster in dem ersten Betriebsmodus verschieden ist.If in this second mode of operation the lens stack 151 would be excited in the same way as in the first operating mode, this would result in a corresponding cross-over and the intermediate image no longer in the levels 135 respectively. 139 the 14 would arise. It would then be the image of the object plane 25 in the plane of the detector 145 out of focus, and it should field lens 137 and 144 can be controlled to focus the image on the detector again. However, the degrees of freedom to control the field lens 137 and the projective 141 not enough for this, and it becomes the objective lens 151 supplied by the controller in the second operating mode with a voltage pattern which is different from the voltage pattern in the first operating mode.

In 16 ist wiederum als schwarze Blöcke eine Geometrie einer Ersatzlinse aus drei Elektroden dargestellt, welche derart bemessen und angeordnet sind, daß die Ersatzlinse auf die Elektronen die gleiche Wirkung hätte, wie der in dem zweiten Betriebsmodus angesteuerte Linsenstapel 151.In 16 is again shown as black blocks a geometry of a replacement lens from three electrodes, which are dimensioned and arranged such that the replacement lens would have the same effect on the electrons as the lens stack controlled in the second operating mode 151 ,

Ferner ist der sich dabei einstellende Potentialverlauf auf der Achse 131 in 15 unten dargestellt. Die Ansteuerung der einzelnen Blendenelektroden 155 ist in dem zweiten Betriebsmodus derart, daß sich der cross-over nach dem Objektiv 151 wieder in der gleichen Ebene 135 einstellt, wie dies im ersten Betriebsmodus der Fall ist. Es stellt sich dann auch, bei im wesentlichen gleicher Erregung der Feldlinse 137 das Zwischenbild wieder in der gleichen Ebene 139 ein, wie in dem ersten Betriebsmodus. Damit ergibt sich auch im zweiten Betriebsmodus wiederum auf dem Detektor 145 ein im wesentlichen scharfes Bild der Objektebene 25, ohne das dabei die Erregung des Projektivs 141 wesentlich geändert werden muß.Furthermore, the potential curve that arises is on the axis 131 in 15 shown below. The control of the individual aperture electrodes 155 is in the second mode of operation such that the cross-over after the lens 151 again on the same level 135 sets, as is the case in the first operating mode. It then also arises with essentially the same excitation of the field lens 137 the intermediate image again on the same level 139 as in the first mode of operation. This in turn also results on the detector in the second operating mode 145 an essentially sharp image of the object plane 25 without the excitement of the projective 141 must be changed significantly.

Aus dem Vergleich der 14 und 16 ist ersichtlich, daß zwei grundsätzlich unterschiedliche Geometrien von Linsen aus drei Elektroden notwendig wären, um in beiden Betriebsmoden eine optimale Abbildung zu erreichen.From the comparison of the 14 and 16 it can be seen that two fundamentally different geometries of lenses from three electrodes would be necessary in order to achieve optimal imaging in both operating modes.

Die mehreren Blendenelektroden 155 des Stapels 151 bzw. der Objektivlinse stellen hingegen ausreichend Freiheitsgrade bereit, um das Objektiv für beide Betriebsmoden im Hinblick auf eine Abbildungsqualität zu optimieren. Dies wird auch aus folgender Überlegung deutlich:
In beiden Betriebsmoden ist der Abstand ΔZ zwischen der Objektebene 25 und der dieser nächsten Aperturblende 155 gleich. Da in dem ersten Betriebsmodus die Elektronen beim Eintritt in den Stapel eine höheren kinetische Energie aufweisen, ist auch das Gewicht der Linsenwirkung im Vergleich zum zweiten Betriebsmodus näher an die Objektebene verlagert, wie dies aus einem Vergleich der Erregungsmuster der 14 und 16 bzw. der Graphen in den unteren Teilen der 13 und 15 ersichtlich ist. Dies führt aber auch dazu, daß ein elektrisches Feld, welches von den erregten Aperturblenden 155 im inneren des Stapels erzeugt wird, durch die Öffnung 157 in der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 155 hindurchdringt und bis zu der Objektebene 25 reicht. Das durchdringende Feld ist in der Objektebene ausreichend inhomogen und wirkt damit ebenfalls fokussierend auf die dort austretenden Sekundärelektronen. Dies wird deutlich aus der kurz nach der Objektebene 25 einsetzenden Krümmung der gestrichelten Feldbahn in 14.The multiple aperture electrodes 155 of the stack 151 or the objective lens, on the other hand, provide sufficient degrees of freedom to optimize the objective for both operating modes with regard to imaging quality. This is also clear from the following consideration:
In both operating modes, the distance is Δ Z between the object plane 25 and this next aperture stop 155 equal. Since in the first mode of operation the electrons have a higher kinetic energy when entering the stack, the weight of the lens effect is also shifted closer to the object plane in comparison to the second mode of operation, as can be seen from a comparison of the excitation patterns 14 and 16 or the graph in the lower parts of the 13 and 15 can be seen. However, this also leads to an electric field which is caused by the excited aperture diaphragms 155 is generated inside the stack through the opening 157 in the object level 25 next aperture stop 155 penetrates and up to the object level 25 enough. The penetrating field is sufficiently inhomogeneous in the object plane and thus also has a focusing effect on the secondary electrons emerging there. This becomes clear from the shortly after the object level 25 incipient curvature of the dashed field track in 14 ,

In dem zweiten Betriebsmodus ist dieser Effekt nicht von großer Bedeutung, da die der Objektebene 25 nächstliegende erregte innere Aperturblende 155 mit größerem Abstand von der Objektebene 25 angeordnet ist als in dem ersten Betriebsmodus. Entsprechend dringt auch ein durch diese erste erregte Aperturblende 155 erzeugtes elektrisches Feld in wesentlich geringerem Maße durch die der Objektebene 25 nächste Aperturblende hindurch bis zu der Objektebene und übt dort entsprechend eine im wesentlichen vernachbläßigbare fokussierende Wirkung auf die Sekundärelektronen aus. Dies ist aus dem im wesentlichen gradlinigen Verlauf des Feldstrahls bis in den Plattenstapel 51 hinein ersichtlich.In the second operating mode, this effect is not of great importance, since that of the object level 25 closest excited inner aperture diaphragm 155 at a greater distance from the object plane 25 is arranged as in the first operating mode. Accordingly, an aperture stop excited by this first penetrates 155 Electric field generated to a much lesser extent by that of the object plane 25 through the next aperture diaphragm up to the object plane and there correspondingly exerts an essentially negligible focusing effect on the secondary electrons. This is due to the essentially straight course of the field beam up to the plate stack 51 visible in it.

Daraus wird deutlich, daß in den beiden Betriebsmoden die Aperturblenden 155 des Stapels 151, um eine optimale Abbildung der Objektebene 25 auf den Detektor 145 zu erzeugen, in charakteristisch verschiedener Weise erregt werden müssen, wozu allerdings der Aufbau der Objektivlinse als Linsenstapel 51 ausreichende Freiheitsgrade bietet.It is clear from this that the aperture diaphragms in the two operating modes 155 of the stack 151 to optimally map the object plane 25 on the detector 145 to generate, must be excited in a variety of different ways, but for this purpose the structure of the objective lens as a lens stack 51 offers sufficient degrees of freedom.

Das Verlagern der Hauptlinsenwirkung näher hin zu bzw. weiter weg von der Objektebene 25 kann auch als eine Arbeitsabstandsänderung der Linsenwirkung betrachtet werden, ohne daß hierzu ein Abstand zwischen dem Objektiv bzw. dem Stapel 51 und der Objektebene 25 mechanisch verändert werden muß.Moving the main lens effect closer to or further away from the object plane 25 can also be viewed as a change in the working distance of the lens effect without there being a distance between the lens or the stack 51 and the object level 25 must be changed mechanically.

In 17 ist eine Variante des Linsenbaugruppenstapels gemäß 12 dargestellt. In 12 stellen die einzelnen Linsenbaugruppen jeweils eine elektrostatische Linse bereit. Die in 17 gezeigte teilchenoptische Vorrichtung 1 umfasst hingegen einen Stapel 151 aus mehreren Linsenbaugruppen 153, welche jeweils ein Paar von kreisrunden planen Polschuhen 152 umfassen, welche radial außen durch ein zylindrisches Joch 154 magnetisch geschlossen sind. Zwischen einem jeden Paar von Polschuhen 152 ist eine Stromleiterwicklung 156 vorgesehen, welche durch in 17 nicht dargestellte einstellbare Stromquellen gespeist werden, um zwischen den jeweils benachbarten Polschuhen 152 einstellbare magnetische Felder zu erzeugen. Die fokussierenden Wirkungen dieser Felder erfährt ein Strahl geladener Teilchen nacheinander, wenn er den Stapel 51 entlang einer Symmetrieachse z desselben durch Aperturöffnungen 158 der Polschuhe 152 durchläuft.In 17 is a variant of the lens assembly stack according to 12 shown. In 12 the individual lens assemblies each provide an electrostatic lens. In the 17 shown particle optical device 1 includes a stack 151 from several lens assemblies 153 , which each plan a pair of circular pole pieces 152 comprise, which radially outside through a cylindrical yoke 154 are magnetically closed. Between each pair of pole pieces 152 is a conductor winding 156 provided by in 17 Adjustable current sources, not shown, are fed to between the adjacent pole shoes 152 generate adjustable magnetic fields. A beam of charged particles experiences the focusing effects of these fields one after the other when it hits the stack 51 along an axis of symmetry z thereof through aperture openings 158 the pole shoes 152 passes.

Dieser Stapel von magnetisch wirkenden Linsenbaugruppen kann alternativ zu den elektrostatischen Linsenstapeln in einem Elektronenmikroskop entsprechend 14 und 16 eingesetzt werden.This stack of magnetically acting lens assemblies can alternatively correspond to the electrostatic lens stacks in an electron microscope 14 and 16 be used.

Das Elektronemikroskopiesystem 131, dessen Strahlengang in den 14 und 16 dargestellt ist, bildet die Objektebene 25 flächig ortsabbildend auf den Detektor 145 ab. Somit ist das System einsetzbar beispielsweise in einem Transmissionselektronenemikroskop (TEM), in dem das Objekt von einer dem Stapel 151 bezüglich der Objektebene 25 gegenüberliegenden Seite beleuchtet wird. Es ist jedoch auch möglich, einen Primärelektronenstrahl mit einer Strahlweiche in den in den 14 und 16 dargestellten Strahlengang einzukoppeln, so daß die Beleuchtung der Objektebene 25 durch das Objektiv 51 mit Primärelektronen durch die Objektivlinse 51 hindurch erfolgt ("LEEM", "SEEM") . Es ist auch möglich, die Objektebene 25 mit einem Photonenstrahl zu beleuchten, um Photoelektronen aus dem Objekt auszulösen. Der Photonenstrahl kann beispielsweise über einen Spiegel in das Objektiv 151 eingekoppelt werden.The electron microscopy system 131 , whose beam path in the 14 and 16 is shown, forms the object level 25 areal imaging on the detector 145 from. The system can thus be used, for example, in a transmission electron microscope (TEM) in which the object is from a the stack 151 regarding the object level 25 opposite side is illuminated. However, it is also possible to emit a primary electron beam with a beam splitter in the 14 and 16 to couple the beam path shown so that the illumination of the object plane 25 through the lens 51 with primary electrons through the objective lens 51 through it ("LEEM", "SEEM"). It is also possible to use the object level 25 to illuminate with a photon beam to trigger photoelectrons from the object. The photon beam can enter the objective, for example, via a mirror 151 be coupled.

In 18 ist eine Objektivlinse 251 eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) schematisch dargestellt, bei dem ein Primärelektronenstrahl 253 in 18 von oben in die Objektivlinse 251 entlang einer optischen Achse 231 des Objektivs 251 eingeschossen wird. Der Strahl 253 wird fokussiert, und zwar zum einen durch die Wirkung einer magnetischen Fokussierlinse 255 und zum anderen durch die Wirkung einer elektrostatischen Fokusierlinse 157. Die elektrostatische Fokusierlinse 257 weist einen Aufbau auf, wie er bereits im Zusammenhang mit 12 erläutert wurde. Ebenso sind die mehreren Aperturblenden 155 der elektrostatischen Linse 257 durch eine in 18 nicht gezeigte Steuerung einzeln ansteuerbar, um die Fokussierwirkung zu optimieren.In 18 is an objective lens 251 a scanning electron microscope (SEM) is shown schematically, in which a primary electron beam 253 in 18 from above into the objective lens 251 along an optical axis 231 of the lens 251 is shot. The beam 253 is focused, on the one hand by the action of a magnetic focusing lens 255 and on the other hand through the action of an electrostatic focusing lens 157 , The electrostatic focusing lens 257 has a structure like that already in connection with 12 was explained. The several aperture diaphragms are also 155 the electrostatic lens 257 through an in 18 Control, not shown, can be controlled individually in order to optimize the focusing effect.

Selbst wenn sich das magnetische Feld durch unterschiedliche Erregung der magnetischen Fokussierlinse 255 infolge von Sättigungseffekten oder ähnlichem nicht in Axialrichtung verlagern würde, stellt der Linsenstapel der elektrischen Fokussierlinse 257 wiederum Freiheitsgrade bereit, um das Objektiv 251 im Hinblick auf verschiedene Betriebsmoden anzupassen, in denen beispielsweise unterschiedliche Fokussierungen, Arbeitsabstände oder Extraktionsfelder zur Probe hin ausgewählt werden.Even if the magnetic field is caused by different excitation of the magnetic focusing lens 255 would not shift in the axial direction due to saturation effects or the like, the lens stack of the electrical focusing lens 257 turn degrees of freedom ready to the lens 251 to adapt to different operating modes in which, for example, different focusings, working distances or extraction fields are selected for the sample.

Die magnetische Fokusierlinse 255 umfasst einen konischen äußeren Polschuh 259 und einen ebenfalls konischen inneren Polschuh 261, welche durch ein Magnetjoch 263 radial außen geschlossen sind. Radial innen ist zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh 261, 259 ein axialer Spalt ("gap") 265 bereitgestellt. Zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh 261 und 259 ist eine Magnetwicklung 267 vorgesehen, um einen magnetischen Fluß in den Polschuhen zu erregen, dieser tritt an dem Polschuhspalt 265 aus und wirkt fokussierend auf den Primärelektronenstrahl 253.The magnetic focusing lens 255 includes a conical outer pole piece 259 and also a conical inner pole piece 261 by a magnetic yoke 263 are closed radially on the outside. Radial inside is between the inner and outer pole piece 261 . 259 an axial gap 265 provided. Between the inner and outer pole piece 261 and 259 is a magnetic winding 267 provided to excite a magnetic flux in the pole shoes, this occurs at the pole shoe gap 265 and focuses on the primary electron beam 253 ,

Auch das Objektiv 251 ist in verschiedenen Betriebsmoden zu betreiben, welche sich durch eine Stärke der Erregung der Magnetlinse 255 unterscheiden. Hierdurch verlagert sich die magnetische Linsenwirkung unter anderem aufgrund von Sättigungseinflüssen entlang der optischen Achse 231. Dies resultiert unter anderem daraus, daß bestimmte Bereiche der Polschuhe 259, 261 bei stärkeren Erregungen in magnetische Sättigung gehen.Even the lens 251 is to be operated in different operating modes, which are characterized by a strength of the excitation of the magnetic lens 255 differ. As a result, the magnetic lens effect shifts along the optical axis, among other things, due to saturation influences 231 , This results among other things from the fact that certain areas of the pole pieces 259 . 261 with stronger excitations go into magnetic saturation.

Damit verändert sich auch (abgesehen von einer Stärke des Magnetfelds) dessen Lage entlang der optischen Achse und damit die Fokussierwirkung der Magnetlinse 255.This also changes (apart from the strength of the magnetic field) its position along the optical axis and thus the focusing effect of the magnetic lens 255 ,

Da die Magnetlinse 255 und die elektrostatische Linse 257 auf die Elektronen gemeinsam fokussierend wirken, wird die elektrostatische Linse 257 derart angesteuert, daß sie die Änderung der magnetischen Fokussierwirkung kompensiert und damit die elektrostatische 257 und die magnetische 255 Fokusierlinse gemeinsam eine gleichbleibende Linsenwirkung unabhängig von der Erregung der Magnetlinse 255 bereitstellen, weshalb das Objektiv 251 in beiden Betriebsmoden mit hoher und im wesentlicher gleichbleibender Auflösung betrieben werden kann.Because the magnetic lens 255 and the electrostatic lens 257 the electrostatic lens will act on the electrons focusing together 257 controlled so that it compensates for the change in the magnetic focusing effect and thus the electrostatic 257 and the magnetic 255 Focusing lens together a constant lens effect regardless of the excitation of the magnetic lens 255 deploy why the lens 251 can be operated in both operating modes with a high and essentially constant resolution.

In 18 ist weiter noch eine Sekundärelektronendetektor 255 oberhalb der magnetischen Fokusierlinse 255 dargestellt, welcher von dem Primärelektronenstrahl 253 zentral durchsetzt wird. Ferner zeigt 18 noch eine Ablenkeinrichtung 267 zur Auslenkung des Primärelektronenstrahls in der Objektebene 25, um durch abtasten der Objektebene 25 mit dem Detektor 165 ein elektronenmikroskopisches Bild der Objektebene 25 zu erzeugen.In 18 is still a secondary electron detector 255 above the magnetic focusing lens 255 shown which of the primary electron beam 253 is enforced centrally. Furthermore shows 18 another deflector 267 for deflecting the primary electron beam in the object plane 25 to scan the object plane 25 with the detector 165 an electron microscopic image of the object plane 25 to create.

In 19 ist eine Variante einer Linsenbaugruppe 153 dargestellt, welche in dem Stapel 51 gemäß 12 einsetzbar ist. Die Linsenbaugruppe 153 der 19 umfasst eine isolierende kreisrunde Trägerplatte 155 mit einer zentralen Aperturöffung 157. Auf der elektrisch isolierenden Platte 155 sind vier Sektorelektroden 271 aufgebracht, welche voneinander isoliert sind und welchen von einer Steuerung Spannungen unabhängig voneinander zugeführt werden können. Damit ist die Linsenbaugruppe 153 der 19, wenn sie in den Stapel gemäß 12 eingefügt wird, als Quadrupollinse betreibbar und kann Korrekturen an dem den Stapel durchsetzenden Elektronenstrahl vornehmen.In 19 is a variant of a lens assembly 153 shown which in the stack 51 according to 12 can be used. The lens assembly 153 the 19 includes an insulating circular support plate 155 with a central aperture 157 , On the electrically insulating plate 155 are four sector electrodes 271 applied, which are isolated from each other and which voltages can be supplied independently of one another by a controller. This is the lens assembly 153 the 19 when according to the stack 12 is inserted, can be operated as a quadrupole lens and can make corrections to the electron beam passing through the stack.

Wenn zwei Elektroden 171 mit einer gemeinsamen Spannung beaufschlagt werden, wirkt die Anordnung ebenfalls als Strahlablenker und kann gegebenenfalls den Strahlablenker 167 der 18 ersetzen.If two electrodes 171 are subjected to a common voltage, the arrangement also acts as a beam deflector and, if necessary, the beam deflector 167 the 18 replace.

Es ist auch möglich statt der vier Sektorelektroden 171 eine höhere Anzahl von Sektorelektroden vorzusehen, um Felder mit Hexapolsymmetrie oder höher zu erzeugen.It is also possible instead of the four sector electrodes 171 provide a higher number of sector electrodes to produce fields with hexapole symmetry or higher.

Zusammenfassend wird eine teilchenoptische Vorrichtung vorgeschlagen, um einen Strahl geladener Teilchen auf eine Objektebene zu richten oder die Objektebene mit dem Strahl auf eine Bildebene oder Zwischenbildebene abzubilden. Die Vorrichtung umfasst einen Stapel aus Linsenbaugruppen, welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbarere Ablenkfelder bereitzustellen.In summary, a particle-optical Device proposed to beam a charged particle to straighten an object plane or the object plane with the beam map to an image plane or intermediate image plane. The device comprises a stack of lens assemblies, which are in the beam direction are arranged at a fixed distance from each other and can be controlled, um for a beam passing through the stack can be successively adjusted To provide distraction fields.

Eine jede Linsenbaugruppe stellt wenigstens ein Feldquellelement für ein magnetisches oder elektrisches Feld bereit.Each lens assembly provides at least one field source element for a magnetic or electrical Field ready.

Insbesondere können zwei Reihen von mehreren Feldquellelementen pro Linsenbaugruppe bereitgestellt sein.In particular, two rows of several Field source elements can be provided per lens assembly.

Claims (17)

Teilchenoptische Vorrichtung zum Richten eines Strahls geladener Teilchen auf eine Objektebene (25) oder zum teilchenoptischen Abbilden einer Objektebene (25) in eine Bildebene (143) oder Zwischenbildebene (139), wobei die teilchenoptische Vorrichtung einen Stapel (151) von Linsenbaugruppen (153) umfaßt, wobei die Linsenbaugruppen (153) in Strahlrichtung mit Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für die geladenen Teilchen eines den Stapel durchsetzenden Strahls (107) nacheinander einstellbare Ablenkfelder bereitzustellen, wobei die Linsenbaugruppen (153) jeweils eine quer zur Strahlrichtung orientierte Platte (155) mit einer Blendenausnehmung (157) für einen Durchtritt des Strahls und wenigstens ein Feldquellelement (13) zur Bereitstellung eines Ablenkfeldes auf die Teilchen des Strahls umfassen.Particle-optical device for directing a beam of charged particles onto an object plane ( 25 ) or for particle-optical imaging of an object plane ( 25 ) in an image plane ( 143 ) or intermediate image level ( 139 ), the particle-optical device forming a stack ( 151 ) of lens assemblies ( 153 ), the lens assemblies ( 153 ) are arranged at a distance from one another in the beam direction and can be controlled in order to ensure that the charged particles of a beam passing through the stack ( 107 ) to provide successively adjustable deflection fields, the lens assemblies ( 153 ) one plate oriented transversely to the beam direction ( 155 ) with an aperture recess ( 157 ) for a passage of the beam and at least one field source element ( 13 ) to provide a deflection field on the particles of the beam. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feldquellelemente eine erste Feldart aus magnetischem und elektrischem Feld bereitstellen, wobei die Vorrichtung ferner eine Zusatzlinsenbaugruppe umfaßt, um auf den Strahl ein zusätzliches Ablenkfeld einer von der ersten Feldart verschiedenen zweiten Feldart aus magnetischem und elektrischem Feld bereitzustellen, und wobei die Zusatzlinsenbaugruppe und der Linsenbaugruppenstapel relativ zueinander fest angeordnet sind.The particle optical device of claim 1, wherein the field source elements provide a first type of magnetic and electric field, where the device further includes an auxiliary lens assembly to mount on the beam an additional deflection field a second field type made of magnetic, different from the first field type and electric field, and wherein the auxiliary lens assembly and the lens assembly stack is fixed relative to each other are. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Linsenbaugruppenstapel ein einstellbares Ablenkfeld in der Objektebene bereitstellt.Particle-optical device according to claim 1 or 2, wherein the Lens assembly stack an adjustable deflection field in the object plane provides. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Blendenausnehmung eine Axialsymmetrie, insbesondere Rotationssymmetrie aufweist.Particle-optical device according to one of claims 1 to 3, the aperture recess having an axial symmetry, in particular Has rotational symmetry. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Platte eine Metallplatte ist.The particle optical device of claim 4, wherein the plate is a metal plate. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an der Platte eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Feldquellelementen vorgesehen ist.Particle-optical device according to one of claims 1 to 4, wherein a plurality of distributed in the circumferential direction on the plate arranged field source elements is provided. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stapel Linsenbaugruppen mehrere Linsenbaugruppen aufweist, deren Blendenausnehmung eine in eine Reihenrichtung langgestreckte Gestalt aufweist und die wenigstens eine in der Reihenrichtung sich erstreckende Reihe von mehreren mit Abstand voneinander angeordneten Feldquellelementen umfaßt.Particle-optical device according to one of claims 1 to 3, the stack of lens assemblies comprising a plurality of lens assemblies, the aperture recess of which is elongated in a row direction Has shape and the at least one in the row direction extending row of several spaced apart Field source elements includes. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Stapel Linsenbaugruppen wenigstens eine Linsenbaugruppe aufweist, deren Blendenausnehmung eine in eine Reihenrichtung langgestreckte Gestalt aufweist und welche ein sich im wesentlichen über eine Länge der Blendenausnehmung erstreckendes zusammenhängendes Feldquellelement aufweist.The particle optical device of claim 7, wherein the stack Lens assemblies has at least one lens assembly, the Aperture recess an elongated shape in a row direction and which has a substantially extending over a length of the aperture recess coherent Has field source element. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das wenigstens eine Feldquellelement der Linsenbaugruppe ein elektrisches Feld bereitstellt.Particle-optical device according to one of claims 1 to 8, wherein the at least one field source element of the lens assembly provides an electric field. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wenigstens eine Feldquellelement der Linsenbaugruppe ein magnetisches Feld bereitstellt.Particle-optical device according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one field source element of the lens assembly provides a magnetic field. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Blendenausnehmung in der Platte lithographisch gefertigt ist.Particle-optical device according to one of claims 1 to 10, wherein the aperture recess in the plate made lithographically is. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Kontur des wenigstens einen Feldquellelements der Linsenbaugruppe lithographisch gefertigt ist.Particle-optical device according to one of claims 1 to 11, wherein a contour of the at least one field source element Lens assembly is made lithographically. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Platte wenigstens einen Teil einer Treiberschaltung zum Ansteuern des wenigstens einen Feldquellelements umfaßt.Particle-optical device according to one of claims 1 to 12, the plate being at least part of a driver circuit for driving the at least one field source element. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Dicke der Platte kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm, vorzugsweise kleiner als 0,75 mm, weiter bevorzugt kleiner als 0,40 mm, ist.Particle-optical device according to one of claims 1 to 13, wherein a thickness of the plate is less than 5 mm, preferably less than 2 mm, preferably less than 0.75 mm, more preferably less than 0.40 mm. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Stapel mehr als zwei, insbesondere mehr als vier, vorzugsweise mehr als fünf, stärker bevorzugt mehr als sechs oder sieben und insbesondere mehr als zehn Linsenbaugruppen umfaßt.Particle-optical device according to one of claims 1 to 14, the stack being more than two, in particular more than four, preferably more than five, stronger preferably more than six or seven and in particular more than ten Includes lens assemblies. Lithographiesystem zur Übertragung eines Musters mittels wenigstens eines Schreibstrahls geladener Teilchen auf ein teilchenempfindliches Substrat, umfassend eine teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.Lithography system for transmission a pattern of charged particles by means of at least one writing beam on a particle-sensitive substrate comprising a particle-optical Device according to one of the claims 1 to 15. Mikroskopiesystem zur Erzeugung eines teilchenoptischen Abbilds eines Objekts, umfassend eine teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.Microscopy system for generating a particle-optical image of an object, comprising a particle-optical device according to one of the claims 1 to 15.
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