Verfahren und Einrichtung zum Zentrieren
des Elektronenstrahles
bei Tlektronenstrahl-Bearbeitungsgeräten Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Zentrieren des Elektronenstrahles
bei Elektronenstrahl#Bearbeitungegeräten. Bei den meisten Elektronenstrahlgeräten
muß der Elektronenstrahl durch geeignete
Mittel in die elektronenoptische
Achse zentriert werdeno Die elektronenoptische Achse einer
Linse ist die Rotationsachse des Linsenfeldes, die bei optimal
rotationasymetrischen Linsenteilen mit deren geometrischer Rotationsachse
übereinstimmt. Bei einer Mehrlinsenanordnung stellt bei optimal
konzentrischen Aufbau, einschließlich der Elektroden des Strahlerzeugungssystems,
die gemein-
same geometrische Achse die optische Achse des Linsenavatems
dar.
Toleranzen, Unsymmetrien der Bauelemente und äußere Feldeinflüsse,
wie :. B, das magnetische Erdfeld, Abweichungen
von den
optimalen Verhältnissen auf, die dazu führen, daß
der Elektronenstrahl
von vornherein nicht in der elektronenoptischen Achse verläuft.Method and device for centering the electron beam in Tlektronenstrahl processing devices The invention relates to a method and a device for centering the electron beam in electron beam # Bearbeitungegeräten. In most electron beam devices, the electron beam must be centered in the electron-optical axis by suitable means. The electron-optical axis of a lens is the axis of rotation of the lens field which, in the case of optimally rotationally asymmetrical lens parts, coincides with its geometric axis of rotation. In the case of a multi-lens arrangement with an optimally concentric structure, including the electrodes of the beam generation system, the common geometrical axis represents the optical axis of the lens avatem .
Tolerances, asymmetries of the components and external field influences such as :. B, the magnetic field of the earth, deviations from the optimum conditions, which lead to that the electron beam does not pass from the outset in the electron optical axis.
Insbesondere tritt der Elektronenstrahl gegenüber der
elektronenoptischen
Achse parallel verschoben und geneigt
aus dem Strahlerzeugungssystend
aus, Dies wird hauptsäch-
lich durch das Verschieben der auf
hoher Temperatur befindlichen Katode gegenüber der meist verwendeten
Steuerelektrode (Wehnelt-Zylinder) bewirkt. Ferner tritt eine Parallelverschiebung
sowie eine Neigung des Strahlersystema und der Linse gegeneinander
auf,
Stimmt die Achse des Strahlersysteme nicht mit der
elek-
tronenoptischen Achse überein, so treten als zusätzliche
Bildfehler
Zentrierungsfehler auf. Im allgemeinen tritt das Blektronenetrahl-Bündel
schief und außerhalb der Achse durch die Linseo Eine entsprechende
Zentrierung soll diese Fehler möglichst
klein halteno Es ist bekannt, den Elektronenstrahl
bei Elektronenmikroskopen mechanisch zu zentrieren, wozu einzelne oder mehrere
der folgenden Mittel angewendet werden: Verschiebung der Katode relativ zur Steuerelektrode
Parallelverschiebung
sowie Neigung :der Katode und Steuerelektrode gemeinsam relativ zur Anode;
Parallelverschiebung der. Linsen relativ zueinander und relativ zum Strahler,,
Parallelverschiebung und Neigung des gesamten Stroh-
lern einschließlich
der Anode relativ zu den Linseno Bekannt ist auch der Ersatz eines
Teiles dieser mechanischen Zentriermittel durch elektrostatische oder magnetische
Mittel zur Strahlablenkung und deren Anwendung bei Elektronenstrahl-Bearbeitungsgeräten.In particular , the electron beam emerges from the beam generation system, shifted parallel to the electron-optical axis and inclined . This is mainly effected by shifting the high temperature cathode in relation to the control electrode (Wehnelt cylinder) that is most commonly used. In addition, there is a parallel shift and an inclination of the emitter system and the lens relative to one another . If the axis of the emitter system does not coincide with the electron-optical axis , centering errors occur as additional image errors. In general , the electron beam passes through the lens obliquely and outside the axis o Appropriate centering should keep these errors as small as possible o It is known to mechanically center the electron beam in electron microscopes, for which one or more of the following means are used: Relative displacement of the cathode Parallel displacement to the control electrode and inclination: the cathode and control electrode together relative to the anode; Parallel shift of the. Lenses relative to each other and relative to the radiator, parallel displacement and inclination of the entire straw including the anode relative to the lenses. It is also known to replace part of these mechanical centering means with electrostatic or magnetic means for beam deflection and their use in electron beam processing devices.
Neuerdings sind Ablenksysteme veröffentlicht worden, mit denen man
eine Parallelverschiebung und eine Neigung-des Strahles um einen vorgegebenen
Punkt der Achse unabhängig voneinander durchführen kann Außer den bereits
bekanntgewordenen magnetischen Ablenksystemen können auch entsprechende elektrostatische
Ab.-lenksysteme verwendet werden. Für die optimale Einstelluna der Zentrierung sind
Zentrierkriterien erforderlich. Die Zuatrierkriterien sind von der speziellen elektroneuoptischen
Anordnung abhängige
In sehr vielen Fällen wird an
einem bestimmten Ort, z, Ba auf einem Leuchtschirm oder
bei Elektronenatrahl-Bearbeitungageräten auf dem Objekt, die Lage und
Form des Elektronenatrahlbündels beobachtet, Sowohl bei geneigtem
als
auch bei achsenverschobenem Durchtritt des Ele ktronenatrahlbttndels
durch die Linsen, tritt bei Änderung der
Linsenerregung ein Auswandern
des Elektronenatrahlbündels auf den Leuchtschirm bzw. auf dem Objekt
auf. Außerdem wird der kreisförmige Querschnitt verzerrt* Bei Blektronenstrahl-Bearbeitung;geräten
ist eine Beobachtung des Objektes von der der Katode zugewandten
Seite den Objektes unbedingt erforderlich, Da bei Elektronenstrahl-Bearbeitungsgeräten
die Bearbeitung insbesondere in der
Größenordnung von zehn pm
erfolgt und diese kleinen Strukturen visuell. beobachtet
Urerden müssen, ist für die
lichtoptische Abbildung eine große Apertur
des Licht-
bündeln notwendige, Die für die Bearbeitung
erforderliche
Apertur den Elektronenstrahlbündels ist dagegen so
klein$ daß keine reelle Aperturblende zwischen Objekt und Beobachtungsanordnung
angeordnet werden kann, obwohl die Mitte der Verkleinerungslinie
für minimale Zentrierfehler der
richtige Ort für die reelle
Xperturblende wäre. Die Anordnung der Aperturblende vor der
Beobachtungseinrichtung stellt höhere Anforderungen an die 4entrierung
für den
Elektronenatrahlo Der Zweck der Erfindung besteht darin,
die Mängel den
Standes der Technik zu beseitigen und den Elektronenstrahl.
mit beliebiger Genauigkeit in die optische Achse der
Elektronenlinsen
zu justieren,
Die Aufgabe besteht darin, mittels einer
geeigneten Zen#-triereinrichtung die #üentrierfehler dadurch möglichst
klein
zu halten, daß der für-die Bearbeitung verwendete Teil des
Blektronenstrahlbündels mit möglichst geringer
Neigung. und
Parallelverschiebung zur elektronenoptischen
Achse durch
das Zentrum der Linsen geht und die Lage des
Elektronenstrahles
maßbar bzwo seine Justierung als Funk-
tion der Abweichung
erfolgto Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der durch
eine Blende, vorzugsweise die Aperturblende, auf einem geeigneten in,der
Nähe des Objektes in der op-
tischen Achse befindlichen und
in genügendem Abstand von der Blende angeordneten und aus mehreren
gegeneinander elektrisch isolierten Teilen bestehenden Elektronenauffänger
auftreffende Gesamtströme und die aüftreffenden _ Teil-
ströme
unabhängig voneinander, gleichzeitig oder nacheinander-gemßssen
werden und daß mittels eines geeigneten,
an sich bekannten Strahlablenkeystems
die Zentrierung ded Elektronenstrahleg optimal eingestellt wird, in
dem auf
Gleichheit der Teilströme und auf maximale@ßesamtströme
auf dem Blektronenauffänger eingestelllt wird. Deflection systems have recently been published with which a parallel displacement and inclination of the beam around a given point on the axis can be carried out independently of one another. In addition to the magnetic deflection systems already known, corresponding electrostatic deflection systems can also be used. Centering criteria are required for the optimal adjustment of the centering. The Zuatrierkriterien are of special elektroneuoptischen arrangement dependent In very many cases is at a particular location, z, Ba on a fluorescent screen or Elektronenatrahl-Bearbeitungageräten on the object, the position and shape observed the Elektronenatrahlbündels, both in an inclined and in achsenverschobenem passage Ele of ktronenatrahlbttndels through the lenses occurs a migration of Elektronenatrahlbündels onto the fluorescent screen or on the object in changing the lens excitation. In addition, the circular cross section is distorted * In Blektronenstrahl machining, an observation of the object is equipment from the side facing the cathode side of the object absolutely necessary, as is done pm in electron beam processing devices, the processing in particular in the order of ten and these small structures visually. observed Urerden need is, for the light-optical imaging a large aperture of the light bundle necessary, The time required for the machining aperture of the electron beam, however, is so small $ that no real aperture stop between the object and monitoring apparatus can be located, even though the center of the reduction line for minimum Centering error would be the right place for the real Xpertur diaphragm. The arrangement of the aperture diaphragm in front of the observation device places higher demands on the centering of the electron beam. The purpose of the invention is to eliminate the deficiencies of the prior art and of the electron beam. to adjust arbitrary precision in the optical axis of the electron lenses, the object is to the # -triereinrichtung üentrierfehler characterized by a suitable Zen # to keep as small as possible, that the processing used for the portion of the Blektronenstrahlbündels with the least possible inclination. and parallel shift to the electron-optical axis through the center of the lenses passes and the position of the electron beam maßbar bzwo its adjustment as a functional of the deviation erfolgto The object is achieved in that according to the invention by a diaphragm, preferably the aperture stop, on a suitable in which that are close of the object in the operating tables axis and arranged at a sufficient distance from the aperture and consisting of several mutually electrically insulated parts electron collector incident total currents and the aüftreffenden _ partial streams independently of each other, simultaneously or successively-gemßssen be and that suitable means of a , known per se Strahlablenkeystems centering ded Elektronenstrahleg is optimally adjusted ßesamtströme in the maximum equality of the partial flows and @ is eingestelllt on the Blektronenauffänger.
Die Einrichtung zier Durchführung des Verfahrene ist da-
durch
gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß der Elektro= nenauffänger
von der Blende aus betrachtet entweder vor
oder hinter
dem Objekt angeordnet ist. Dabei ist es zweckmäßig, daß
der Blektronenauffänger aua vier Quadranten
oder ähnlich
geformten Teilen zusammengesetzt ist. The device carrying out the ornamental traversed DA is characterized by that according to the invention, the electric = disposed nenauffänger viewed from the panel made either before or behind the object. It is useful here that the metal electron collector is composed of four quadrants or similarly shaped parts .
Anhand eines Ausftihrungsbeispieles und der Zeichnung
wird
die Erfindung näher beschrieben. Based on a Ausftihrungsbeispieles and the drawings the invention is described in more detail.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1s einen axialen Längsschnitt
durch ein Elektronenstrahl-Bearbeitungegerät mit der Anord-
nung
der Zentriereinrichtungen und Fig. 2s eine Draufsicht des Elektronenauffengers.
Der Elektronenstrahl 1 passiert von der Katode 2 aus
nacheinender
die Steuerelsktrode 3, die Anode 4 und das
zu seiner
Zentrierung dienende magnetische Ablenkeystem 5,
trifft
auf die in der magnetischen Anpassungslinse 6 angeordnete Blende 7, die vorzugsweise
gleich die Aperturblenäe ist und gelangt durch die Beobachtungseinrichtung 8 sowie
die magnetische Verkleinerungslinie 9 auf das zu bearbeitende Objekt 10o Hinter
dem Objekt 10 befindet sich ein Elektronenauffänger 11, der aus vier gegeneinan-
der
elektrisch isolierten Quadranten 12 zusammengesetzt ist* Die Achse
des Blektronenauffärgers 11 fällt entsprechend den. Anforderungen
an die Zentrierung mit genügender me-
chanischer Genauigkeit mit der
optischen Achse der Verkleinerungslinse 9 zusammen. Der Abstand
des Elektronenauffängers 11 von der Verkleinerungslinse
9 muB genügend klein nein, damit bei Zentrierung des für
die Bearbeitung dienenden Teiles des Elektronenstrahles
1 auf die Mitte
des Blektronenauffängers 11 der Elektronenstrahl
1 auch
noch mit genügend geringem Abstand durch das Zentrum der
Verkleinerungslinse
9 geht.
Die Wirkungsweise ist folgendes
Der Elektronenstrahl
1 trifft zunächst im allgemeinen
außerhalb des Zentrums auf die
Blende 7. Mit Hilfe des
Ablenk$ysteme 5 wird der Elektronenstrahl
1 so verschoben,
daß der die Blende 7 passierende Gesamtstrom ein Maximum
annimmt. Die Nennung des Gesamtstromes erfolgt durch
Messung
der Summe der Teilströme auf dem Elektronenauffänger
11. Die Gesamtatrommessung kann auch durch einen zusätzlichen Blektronenauffänger
zo B., zwischen Blende 7
und Linse 9 erfolgen. Nimmt der
Gesamtstrom ein Maximum an, so ist der Elektronenstrahl 1 zu Blende 7 zentriert.
Der
Elektronenstrahl trifft dann im allgemeinen noch nicht
zentrisch
auf den Blektronenauffänger 11, wie in Fig. 2
dargestellt, infolgedessen
ist der Elektronenstrom auf
die einzelnen Quadranten
12 unterschiedlich.
Durch die Einstellung der Ablenksysteme
5 kann die Elektronenstrahlrichtung so verändert werden, daß die Stromanteile der
vier Quadranten 12 des Strahlbündelquerschnittes 13 untereinander gleich werden.
Dabei erfolgt keine Veränderung der Lage des Elektronenstrahlquerschnittes auf der
Blende 7o Mit der bekannten Methode der Differenzstrommessung kann diese Einstellung
mit jeder praktisch interessierenden Genauigkeit vorgenommen werden. Bei Gleichheit
der Teilströme aufdie Quadranten 12 trifft der Elektronenstrahl 1 zentrisch auf-den
Elektronenauffänger ilo Bei kleinem Abstand des Blektronenauffängers 11
von
der Verkleinerungslinse 9 verläuft damit der Elektronenstrahl 1 auch mit genügender
Genauigkeit zentrisch durch die Verkleinerungslinse 90 Der Blektronenauffänger 11
wird zweckmäßig, wie in Figo 1
gezeigt, angeordnet. Bei dieser Anordnung kann
bei aus dem Strahlengang geschobenem Objekt 10 der Elektronenstrahl 1 zentriert
werden, ohne daB die Linsenerregung geändert werden mußo Bei anderer Anordnung des
Blektronenauffängers 11 im Strahlengang muß er während des Bearbeitens herausgezogen
werden, oder die Linsenerregung der Anpassungslinse 6 bzwo der Verkleinerungslinse
7 muB verändert werden. Das Prinzip der beschriebenen Zentrierung kann auch erfolgen,
wenn anstelle des magnetischen Ablenksystems 5 ein mechanisches Zentriersystem verwendet
wird$ welches entsprechende Strahlverschiebungen und Strahlneigungen . ermöglicht. In the drawing: Fig 1s an axial longitudinal section through an electron beam Bearbeitungegerät with the arrangement of the centering and Fig 2s is a plan view of the Elektronenauffengers... The electron beam 1 passes from the cathode 2 of nacheinender the Steuerelsktrode 3, the anode 4 and the serving for its centering magnetic Ablenkeystem 5, strikes the disposed within the magnetic adapter lens 6 diaphragm 7, which is preferably equal to the Aperturblenäe is and passes through the observation device 8 and the magnetic reduction line 9 to the object to be processed 10o is located behind the object 10, an electron collector 11, which is made up of four electrically insulated against each quadrant 12 is composed * the axis of Blektronenauffärgers 11 falls in accordance with the. Requirements for centering with sufficient mechanical accuracy with the optical axis of the reduction lens 9 together. The distance of the Elektronenauffängers 11 of the reduction lens 9 MUB sufficiently small not, so that the electron beam 1 also goes with enough small distance through the center of demagnification lens 9 for centering of the serving for the machining part of the electron beam 1 to the center of Blektronenauffängers. 11 The mode of operation is as follows: The electron beam 1 initially strikes the diaphragm 7 outside the center. With the aid of the deflection system 5 , the electron beam 1 is shifted so that the total current passing through the diaphragm 7 assumes a maximum. If the naming of the total current by measuring the sum of the partial currents in the electron collector 11. The Gesamtatrommessung can also be done by an additional Blektronenauffänger zo example, between diaphragm 7 and lens. 9 If the total current assumes a maximum , the electron beam 1 is centered on diaphragm 7. The electron beam impinges then generally not centrally on the Blektronenauffänger 11, as shown in Fig. 2, as a result, the electron current to each quadrant 12 is different. By setting the deflection systems 5, the electron beam direction can be changed in such a way that the current components of the four quadrants 12 of the beam cross section 13 become equal to one another. There is no change in the position of the electron beam cross-section on the diaphragm 7o. With the known method of differential current measurement, this setting can be made with any precision that is of practical interest. If the partial currents on the quadrants 12 are equal, the electron beam 1 strikes the electron collector ilo centrally.If the distance between the metal electron collector 11 and the reduction lens 9 is small, the electron beam 1 also runs centrally through the reduction lens 90 with sufficient accuracy 1 shown arranged. With this arrangement, when the object 10 is pushed out of the beam path, the electron beam 1 can be centered without having to change the lens excitation must be changed. The principle of the centering described can also take place if, instead of the magnetic deflection system 5, a mechanical centering system is used which has corresponding beam displacements and beam inclinations. enables.