DE2515549C2

DE2515549C2 - Korpuskularstrahloptisches geraet zur abbildung einer maske auf ein zu bestrahlendes praeparat

Info

Publication number: DE2515549C2
Application number: DE19752515549
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl-Ing Anger; Burkhard Dr-Ing Lischke; Walter Dr Rer Nat Muenchmeyer; Andreas Dr-Ing Oelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2515549B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein korpuskuiu. jtrahloptisches Gerät zur Abbildung einer Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat mit einer Strahlquelle, einem Kondensorlinsensystem, das die Maske mit zur Geräteachse parallelen Korpuskelstrahlen beleuchtet, und einem aus zwei magnetischen Linsen bestehenden Projektionsünsensystem mit telezentrischem Strahlengang, das das Bild der Maske in der Ebene des Präparats entwirft. Ein telezentrischer Strahlengang liegt dann vor, wenn "".ie Maske in der vorderen Brennebene der ersten Linse und das Präparat in der hinteren Brennebene der zweiten Lins'' des Projektionslinsensystems liegt und wenn dariber hinaus die hintere Brennebene der ersten Lin:^ mit der «orderen Brennebene der zweiten Linse zusammenfällt.

Ein Gerät der eingangs genannten Art, das aus der DT-OS 23 32 091 in Form einer Elektronenstrahl-Projektionsvorrichtung bekannt ist, dient beispielsweise zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen. Dabei ist es aus Kostengründen erwünscht, auf dem Präparat mehrere derartige Schaltkreise gleichzeitig oder hochintegrierte Schaltkreise mit großem Flächenbedarf zu erzeugen, Dies führt jedoch zu Masken, deren Durchmesser in der Größenordnung von einigen Zentimetern liegt.

Einer Vergrößerung des Maskendurchmessers sind durch die Abbildungsfehler des Projektionslinsensystems Grenzen gesetzt Diese Fehler haben eine Verringerung der Bildpunktzahl, d.h. der maximalen Zahl der in der Präparatebene getrennt voneinander wahrzunehmenden Bildpunkte, zur Folge.

Von den Abbildungsfehlern sind insbesondere die Farbfehler neben den geometrischen Fehlern von Bedeutung. Die Farbfehler hauen iiiic Ufäächc darin, daß die Korpuskeln von der Strahlquelle, beispielsweise einer Glühkathode, nicht mit gleichmäßiger Energie erzeugt werden; sie weisen vielmehr eine Energieverteilung endlicher Breite auf. Dies hat zur Folge, daß die Korpuskeln in unterschiedlicher Weise von den Linsen des Projektionslinsensystems beeinflußt werden.

Die Farbfehler setzen sich aus einem axialen Farbfehler und aus den beiden außeraxialen Farbfehlern, dem Verdrehungs- und dem Vergrößerungsfarbfehler, zusammen. Die geometrischen Fehler bestehen aus dem öffnungsfehler, der isotropen und anisotropen Koma, der Bildfeldwölbung, dem isotropen und anisotropen Astigmatismus sowie der isotropen und anisotropen Verzeichnung.

wobei

U_n die auf ein Korpuskel wirkende Beschleunigungsspannung,

q die Ladung und
ma c* die Ruhe<-nergie eines Korpuskels

ist.

Während die geometrischen Fehler durch die Art der Beleuchtung der Maske (parallele Beleuchtung) klein gemacht werden können, gelingt dies^ nicht bei den außeraxialen Farbfehlern. Bei großen Biidfeidern wird deshalb die Auflösung im wesentlichen durch die außeraxialen Farbfehler begrenzt. Deshalb muß man gerade diese beiden Fehler (Verdrehungs- und Vergrößerungsfarbfehler) kompensieren, um große Bildpunktzahlen zu erhalten.

Es läßt sich zeigen, daß be. der erfindungsgemäßen Kombination von telezentrischen Strahlengang des Projektionslinsensystenis und entgegengesetzt gleicher Erregung der beiden magnetischen Linsen dieses Systems folgende Abbildungsfehler zu Null werden:

a) der Verdrehungsfarbfehler,

b) der Vergrößerungsfarbfehler und

c) die isotrope Verzeichnung.

Die verbleibenden Fehler werden durch die isotrope und anisotrope Koma zumindest teilweise aufgehoben.

Das Verschwinden des Verdrehungsfarbfehlers läßt sich aus folgender Überlegung ableiten: Der Verdrehungsfarbfehler ist proportional der Summe ei + e₂ der reduzierten Erregungen ei, ei der beiden Linsen des Projektionslinsensystems. Da

ei = — ei

gewählt ist, ergibt sich der obengenannte Sachverhalt.

Hinsichtlich des Vergrößerungsfarbfehlers läßt sich zeigen, daß er bei einem Projektionsünsensystem aus zwei magnetischen Linsen mit telezentrischem Strahlengang dem Ausdruck

PV PV

proportional ist. Dabei ist V gleich der Vergrößerung des Projektionslinsensystems, d. h. gleich dem Quotienten aus den Brennweiten der beiden Linsen (teiezentrischer Strahlengang). Ei. hat sich nun ergeben, daß bei

der erfindungsgemäßen Erregung der beiden Linsen des Projektionslinsensystems die Vergrößerung Vunabhängig vom eingestellten Wert der Erregung d bzw. ei (= -ei) ist. Daraus folgt, daß der Vergrößerungsfarbfehler verschwindet. Damit ist ein Abbildungssystem gefunden, das die außeraxialen Farbfehler vermeidet, die sonst bei großen Bildfeldern den Hauptteil der Linsenfeb'.er bewirken.

F i g. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel des vorliegenden korpuskularstrahloptischen Gerätes ein Elektronenstrahl-Projektionsgerät mit einem Projektionslinsensystem mit telezentrisehem Strahlengang, das aus zwei in der erfindungsgemäßen Weise errege."; srsagnetischen Linsen besteht;

F i g. 2 stellt graphisch die Abhängigkeit der Bildpunktzahl pro Linie des Gerätes von Fig. 1 in Abhängigkeit vom Durchmesser der abzubildenden Maske dar.

Das in F i g. 1 gezeigte Zlektronenstrahl-Projektionsgerät 1 besteht aus einer Elektronenquelle 2, einem dreistufigen Kondensorlinsensystem 3, das eine Maske 4 mit parallel zur Achse 5 des Gerätes 1 verlaufenden Elektronenstrahlen beleuchtet, sowie einem Projektionslinsensystem 6 mit zwei magnetischen Linsen 7, 8, das die Maske in verkleinertem Maßstab auf einem Präparat 11 abbildet. Die Linsen des Kondensorlinsensystems 3 können sowohl elektrostatische ais auch magnetische Linsen sein.

Die magnetischen Linsen 7, 8 sind mit entgegengesetzt gleicher reduzierter Erregung betrieben. Das bedeutet, daß sie dieselbe Amperewindungszahl besitzen und daß die Richtungen ihrer Magnetfelder entgegengesetzt zueinander sind.

Wesentlich für das Projektionsgerät ist ferner, daß das Projektionslinsensystem 6 einen telezentrischen Strahlengang besitzt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Maske 4 in der vorderen Brennebene 10 der Linse 7 und das Präparat 11 in der hinteren Brennebene 9 der Linse 8 angeordnet sind und daß darüber hinaus de hintere Brennebene 12 der Linse 7 mit der vorderen Brennebene der Linse 8 zusammenfällt.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Projektionsgerät sind die Abbildungsfehler gering. Daraus ergibt sich, daß das Gerät eine hohe Bildpunktzahl pro Linie besitzt. Diese ist in Fig.2 in Abhängigkeit vom Durchmesser D der abgebildeten Maske dargestellt. Das Projektionsgerät 1 bildet die Maske 4 verkleinert auf dem Präparat 11 ab. Man erkennt, daß die Bildpunktzahl N pro Liive bei einer Vergrößerung des Durchmessers der abzubildenden Maske zunächst bis zu einem ersten Maximum

ίο ansteigt. Bei einer weiteren Vergrößerung des Maskendurchmessers fällt die Bildpunktzahl dann etwas ab, steigt jedoch dann erneut bis zu einem zweiten Maximum an. Das zweite Maximum liegt dabei sogar noch etwas höher als das erste Maximum. Bei einer nochmaligen Vergrößerung des Durchmessers der abzubildenden Maske fällt die Bildpunktzahl dann steil ab.

Durch Vergleich mit der maximal erreichbaren Bildpunktzahl bei lichtoptischen Abbildungsgeräten

(strichlierte Linie 13) erkeⁿnt man, daß sich mit dem beschriebenen Projektionsgerät — verglichen mit lichtoptischen Geräten — sowohl größere Masken abbilden als auch höhere Bildpunktzahlen erreichen lassen. So kann z. B. eine Maske von 14 cm Durchmesser

*5 rr.U dreimal höherer Bildpunktzahl pro Linie als bei lichtoptischen Geräten abgebildet werden. Eine derartig hohe Bildpunktzahl läßt sich jedoch, wie weitergehende Untersuchungen gezeigt haben, nur bei der erfindungsgemäßen Kombination von te'ezentrischem Strahlengang mit entgegengesetzt gleicher Erregung der beiden Linsen des Projektionslinsensystems erreichen.

Die Anwendung der Erfindung kommt vor allem in Frage für Elektronenstrahl-Projektionsgeräte nach Fig. 1 zur verkleinernden Abbildung einer Maske auf ein Präparat. Daneben ist es möglich, die Erfindung aurh bei Elektronensirahl-Projektionsgeräten zur maßstabsgetreuen Abbildung einer Maske zu verwenden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ^ind z. B. bei ionenoptischen Projektionsgeräten, die nach dem gleichen Prinzip wie die genannten elektronenoptischen Projektionsgeräte arbeiten, gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Korpuskularstrahloptisches Gerät zur Abbildung einer Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat mit einer Strahlquelle, einem Kondensorlinsensystem, das die Maske mit zur Geräteachse parallelen Korpuskelstrahlen beleuchtet, und einem aus zwei magnetischen Linsen bestehenden Projektionslinsensystem mit telezentrischem Strahlengang, das das Bild der Maske in der Ebene des Präparats entwirft, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotienten aus Amperewindungszahl und relativistisch korrigierter Beschleunigungsspannung (reduzierte Erregungen) der beiden magnetischen Linsen (7,8) des Projektionslinsensystems (6) entgegengesetzt gleich sind.

Aus der DT-PS 9 71 548 ist es bekannt, Objektiv und Projektiv eines Elektronenmikroskops mit entgegengesetzter Erregung zu betreiben und die Erregungen und die Quotienten aus Polschuhabstand und Polschuhdurchmesser dieser beiden Linsen so zu wählen, daß Verdrehungs- und Vergrößerungsfarbfehler dieser Linsen zusammen etwa Nuil werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein korpuäkularstrahloptisches Gerät der eingangs genannten Art mit hoher Bildpunktzahl, d. h. mit ν zrschwindenden bzw. geringen Abbildungsfehlern, zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Quotienten aus Amperewindungszahl und relativistisch korrigierter Beschleunigungsspannung (reduzierte Errcgungen) der beiden magnetischen Linsen des Projektionslinsensystems entgegengesetzt gleich sind.

Die relativistisch korrigierte Beschleunigungsspannung t/'berechnetsich nach folgender Formel: