DE2449000A1

DE2449000A1 - Elektronenstrahlkolonne mit ablenkvorrichtung

Info

Publication number: DE2449000A1
Application number: DE19742449000
Authority: DE
Inventors: Hans Christian Pfeiffer
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1975-07-03
Also published as: FR2256526A1; US3930181A; JPS5099464A; CA1024667A; IT1026651B

Description

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Böblingen, den 9. Oktober 1974 pr--hr

!Anmelderin : International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin YO 973 009 •Elektronenstrahlkolonne mit Ablenkvorrichtung

• Stand der Technik

j Bei den bekannten Elektronenstrahlkolonnen mit Ablenkvorrichtung !erfolgt die Ablenkung des Elektronenstrahls entweder vor oder !nach der letzten Linse.

Ablenkvorrichtungen mit vor der letzten Linse angeordneten Ablenkelementen weisen als Vorteile eine kurze Brennweite oder Arbeitsentfernung auf, durch die die Aberrationen im achsennahen Bereich herabgesetzt und das Auflösungsvermögen erhöht wird. Nachteilig sind die großen Ablenkwinkel und ein Anwachsen aller Ablenkaberrationen mit größer werdenden Bildfeld, wodurch die in der Praxis verwendbaren Bild- oder Blickfelder relativ klein werden. Bei Ablenkvorrichtungen mit vor der letzten Linse angeordneten Ablenkelementen, sind zwei Ablenkjoche erforderlich. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der Veröffentlichung "A Computer-Controlled Electron-Beam Machine for Micro-Circüit Fabrication" von T. H. P. Chang und B. A. Wallmann, Record of 11th Symposium on Electron, Ion, and Laser Beam Technology, \Ό\ j San Francisco Press, Inc., Seite 471, beschrieben.

j Die Ablenkung nach der letzten Linse eliminiert Aberrationen im achsenfernen Bereich der Linse und verringert die gesamten Ablenkaberrationen, so daß große Felder abgetastet werden können. Der Nachteil dieser Vorrichtungen besteht in einem auf der grossen Brennweite oder Arbeitsentfernung der letzten Linse beruhen-

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den relativ schlechten Auflösungsvermögen. Durch die lange Brennweite sind unter Anderem wesentliche Aberrationen im achsennahen Bereich der Linse, bzw. sehr kleine Strahlströme bedingt sind.

Aufgabe

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Elektronenstrahlkolonne mit Ablenkvorrichtung anzugeben, die die Vorteile der beiden oben beschriebenen Ausführungsformen vereinigt und deren Nachteile weitgehend vermeidet. Insbesondere sollen die Ablenkaberrationen der letzten Linse ohne Verschlechterung des Auflösungsvermögens bei großen Abtastfeldern verringert und die Vorrichtung durch Vermeidung von Doppelablenkelementen vereinfacht werden. Weiterhin sollen alle dynamischen Korrekturen für achsenferne Aberrationen bei unabgelenktem Strahl durchführbar sein, ine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Gleich™ stromfokussierung im achsennahen Bereich mit Hilfe einer besonderen Fokusierspule vor dem Ablenkjoch durchzuführen, so daß Änderungen der Feldgröße und der Felddrehung vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 und den Unteransprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Vorteile

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ablenkjochs innerhalb der magnetischen Linse werden bei hohem Auflösungsvermögen die kblenkwinkel verkleinert und die Aberrationen im achsennahen Bereich stark herabgesetzt. Gleichzeitig werden die Aberrationen im achsenfernen Bereich herabgesetzt und das Bild- bzw. Blickfeld vergrößert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur ein einziges Ablenkelement benötigt wird und daß alle dynamischen örrekturen der Aberrationen im achsenfernen Bereich bei unabgelenktem Strahl durchgeführt werden können. Auch ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, die Fokusierung mit einer besonderen, vor dem Ablenkjoch angeordneten Spule durchzuführen, so daß Änderungen der Feldgröße und der Feldorientierung vermeidbar sind.

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ORIGINAL INSPECTED

Beschreibung

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert Es zeigen:

'ig. 1 die sehematische Darstellung einer Ablenkvorrichtung mit einem hinter der letzten Linse angeordneten Ablenkelement.

Fig. 2 die sehematische Darstellung einer Ablenkvorrichtung mit vor der letzten Linse angeordneten Ablenkelementen .

Fig. 3 die sehematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem die Ablenkelemente innerhalb der letzten Linse liegen.

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung

Die Ablenkvorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung von Mikroschaltungen. und für mikroskopische Untersuchungen. Elektronstrahlkolonnen bestehen im wesentlichen aus der senkrechten Hintereinanderschaltung mehrerer Stufen, die aus einer Elektronenstrahlgüelle, einer Kondensorlinse, Ausrichtvorrichtungen, Verkleinerungsstufen, einer Projektionslinse, einer Ablenkvorrichtung, einer Targetstufe und Vergrößerungslinsenstufen bestehen.

Die bei Elektronenstrahlkolonnen verwendeten Linsen sind im allgemeinen magnetische Linsen, die Polstücke und bilderzeugende Wicklungen enthalten, durch die der Elektronenstrahl hindurchtritt. Das magnetische Feld erzeugt einen Linseneffekt nach Art der Eigenschaften der bei Lichtoptischenanwendungen verwendeten körperlichen Linsen. Eine derartige magnetische Linse wird beispielsweise in der US Patentschrift 3.659.097 beschrieben.

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Wi* schon oben ausgeführt, ist «s bei Elektronenstrahlkolonnen üblich, das magnetische Ablenkjoch nach den jeweils vorliegenden Randbedingungen entweder vor oder hinter der letzten Projektionslinse anzuordnen. Die in Flg. 1 dargestellte Vorrichtung

esteht aus einer magnetischen Linse 10 und einem Ablenkjoch Die eingezeichneten Strahlen veranschaulichen die Verhältnisse, die bei einem hinter der magnetischen Linse angeordneten Ablenk-

och vorliegen. Dabei ist b der Abstand zwischen der Linse 10 und dem Target 14, während b' der Abstand zwischen dem Target und dem Ablenkjoch 12 ist. 3 ist der durch das Ablenkjoch erzeugte Ablenkwinkel und α der durch die magnetische Linse 12 erzeugte Halbwinkel. Sowohl durch die Linse 10 als auch durch das Ablenkoch 12 werden wie üblich Aberrationen erzeugt. Durch die Linse

2 werden ba proportionale chromatische Aberrationen, mit bot proportionale astigmatische Aberrationen und mit ba proportionale sphärische Aberrationen erzeugt. Das Ablenkjoch erzeugt mit

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b'a β proportionale Koma, mit b'a β proportionalen Astigmatismus und mit b porportionale Verzerrung. Für eine bestimmte Helligkeit ist der Strahlstrom am Target ("I Target") proportional α . Findet die Ablenkung, wie bei der in Fig. l dargestellten Vorrichtung, nach der Linse statt, so sind die entstehenden Ablenkaberrationen auschließlich auf das Ablenkjoch zurückzuführen. Diese Anordnung ermöglicht eine relativ schlechte Auflösung jedoch relativ große kbtastfeider.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung sind zwei Ablenkelemente vor der letzten Linse angeordnet. Mit dieser Vorrichtung werden bei relativ hohem Auflösungsvermögen nur relativ kleine Abtastfelder erreicht.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrrichtung findet die Ablenkung gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb der letzten Linse statt. Diese Vorrichtung zeichnet sich durch wesentlich herabgesetzte Ablenkaberationen, ein relativ hohes Auflösungsvermögen, ein großes Abtastfeld und andere noch näher zu deffinierenäe Eigenschaften aus.

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Bei de.r in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung ist ein magnetisches Ablenkjoch gemäß der Erfindung im Innern einer magnetischen Linse angeordnet. Das in.dieser Figur-wiedergegebene Ausführungsbeispiel beruht auf der Erkenntnis, daß der Ablenkwinkel und somit die Ablenkaberrationen ein Minimum erreichen, wenn der Arbeitsabstand b zwischen der Linse 10 und dem Target 14 gleich dem Arbeitsabstand b¹ zwischen dem Target 14 und dem Ablenkjoch 12 wird. Diese Bedingung wird erfüllt, wenn das Ablenkjoch 12 im Innern und möglichst in der Mitte der magnetischen Linse 10 liegt. Die in Fig. dargestellte, den Elektronenstrahl fokusierende magnetische Linse 10 enthält daher eine Linsenpolstückanordnung 10-1 und eine ein Feld erzeugende Spule 10-2, die mit einer einen konstanten Strom liefernden Linsenstromquelle 10-3 verbunden ist. Das Ablenkjoch enthält zwei orthogonal zueinander liegende Wicklungen, die die . seitlichen x- und y-Ablenkungen der Abbildung im Bereich des Targets 14 erzeugen. Dieses Joch liegt möglichst genau im Mittelpunkt der magnetischen Linse 10 und ist mit einer einen veränderlichen Strom liefernden Ablenkstromquelle 12-1 verbunden. Das Joch enthält naturgemäß elektrische Wicklungen, die zur Optimierung der Wirkungsweise vorzugsweise in sinusförmiger Verteilung angeordnet sind. Durch Anordnung des Ablenkjochs im Innern der Linse ist es möglich den Polstückspalt größer als gewöhnlich auszubilden, was zu einer Herabsetzung der sphärischen und chromatischen Aberrationen der Linse führt.

Wie schon gesagt, ist das Ablenkjoch 12 möglichst genau im Zentrum der Linsenpolstückanordnung 10-1 angeordnet. Die tatsächlich optimale Lage des Ablejik jochs 12 innerhalb des Polstückes 10, bei Erfüllung der Bedingung b = b¹, ist abhängig von den Aberrationen der Linse, die ihrerseits abhängig sind vom Spalt, vom Abstand zwischen der Linse und dem Target, von den Aberrationen des Ablenkjochs, der Geometrie des Jochs und der Verteilung der Windungen. Das hat zur Folge, daß die optimale Lage des Jochs innerhalb der Linse nicht genau im Mittelpunkt der Linse, sondern in einem Kreuzungspunkt liegt, in dem die Aberrationen gleich sind. Diese Lage kann in an sich

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bekannter Welse berechnet werden und· hängt Im wesentlichen von den Aberationen des Jochs In elenem bestimmten vorgegebenen Fall ab.

Bei der Herstellung von Mikroschaltungen mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde eine Auflösung von 20.000 Strichen in einem Feld von 5 mm im Quadrat erzielt. Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem vorher bekannten Stand der Technik, bei dem eine Auflösung von 5.000 Strichen über das Feld nicht erreicht werden konnte.. Weitere Vorteile der Erfindung liegen in einer Herabsetzung der Ablenkaberrationen, die ohne Herabsetzung des Auflösungsvermögens und der oben genannten Feldgröße erreicht werden kann. Weiterhin wird durch die im Innern der Linse stattfindende Ablenkung die bisher bei einer vor der letzten Linse stattfindenden Ablenkung erforderliche Doppelablenkung vermieden . .:. Weitere Vorteile bestehen darin _r daß alle dynamischen Korrekturen der achsenfernen Aberrationen, beispielsweise der dynamischen Fokussierung, vor einer Ablenkung des Strahls ausgeführt werden können, so daß jede Veränderung der Feldgröße oder.der Felddrehung vermieden wird. Die Fokussierung im achsennahen Bereich kann mit Hilfe einer besonderen, vor dem Ablenkjoch angeordneten Spule erfolgen, so daß Änderungen der Feldgröße und Feldorientierung vermieden werden. Die Form der Polstücke kann so groß gewählt werden, daß die letzte Linse nur geringfügige sphärische und chromatische Konstanten aufweist. Besonders wichtig ist eine sinusförmige Verteilung der elektrischen Windungen des Jochs. Eine Möglichkeit das zu erreichen besteht darin, auf dem Joch Windungen anzubringen, deren Dichte "'.--- über den gesamten Umfang des Joches gemäß einer Sinusfunktion zunimmt und abnimmt. Die andere Gruppe von Windungen ist in gleicher Weise angeordnet, verläuft aber senkrecht zu der ersten Gruppe, d. h. die beiden Gruppen weisen eine Phasenverschiebung von neunzig Grad auf. Es hat sich gezeigt, daß die sinusförmige Verteilung der Windungen die gleichmäßigste Verteilung des Ablenksfeldes gewährleistet.

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Claims

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Elektronenstrahlkolonne mit Ablenkvorrichtung zur Erzeugung Fokusstierung und Ablenkung eines Elektronenstrahls, gekennzeichnet durch mindestens eine einen Elektronenstrahl auf ein Target (14) fokussierende magnetische Linse (10) und durch ein innerhalb der magnetischen Linse angeordnetes magnetisches Ablenkjoch (12).

Elektronenstrahlkolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsabstand (b) zwischen der magnetischen Linse (10) und dem Target (14) gleich dem Arbeitsabstand (b¹) zwischen dem Ablenkjoch (12) und dem Target-(14) ist.

Elektronenstrahlkolonne nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Linse (10) ein Polstück (10-1) und eine ein Feld erzeugende Spule (10-2) enthält und daß das den Elektronenstrahl umgebende Ablenkjoch im Spalt der. besagten PolStückvorrichtung angeordnet ist.

Elektronenstrahlkolonne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Feld erzeugende Spule (10-2) mit einer Konstantstromquelle (10-3) und das Ablenkjoch mit einer veränderbaren Stromquelle (12-1) verbunden ist.

Elektronenstrahlkolonne nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenkjoch (12) eine Wicklung mit sinusförmig verteilten Windungen enthält.

Elektronenstrahlkolonne nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Linse die letzte Projektionslinse der Kolonne ist.

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