DE2555744C3 - Magnetische Linse für eine Elektronenstrahllithographie-Vorrichtung - Google Patents
Magnetische Linse für eine Elektronenstrahllithographie-VorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Linse für eine Elektronenstrahüithographie-Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Linse ist aus der US-PS 38 01 792 bekannt. Bei dieser bekannten magnetischen Linse werden
die Ablenkfehler durch einen Ferritzylinder abgeschirmt.
Auf vielen Gebieten der Technik werden Vorrichtungen zur Erzeugung eines steuerbar ablenkbaren Elektronenstrahls benötigt, beispielsweise um ein zu untersuchendes Objekt punkt- und zeilenweise abzutasten
oder um strahlungsempfindliche Schichten mit einem vorgegebenen Strahlungsmuster zu beaufschlagen. Insbesondere bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden sogenannte Elektronenstrahlkolonnen
verwendet, bei denen eine Abtastung mit hoher Auflösung, beispielsweise mit 20 000 Linien innerhalb eines
Feldes von 5x5 mm möglich ist und wobei die verwendete magnetische Linse eine Brennweite von mindestens 25 mm aufweist.
Die bekannten Elektronenstrahlkolonnen bestehen aus einer Elektronenstrahlquelle, einer Kondensorlinse.
Ausrichtstufen, Verkleinerungslinsenstufen, einer Projektionslinse, einer Ablenkvorrichtung und einer Targetstufe. Als Projektionslinse oder Objektivlinse wird
im allgemeinen eine magnetische Linse verwendet, die
aus magnetischen Polstücken und felderzcugenden Spulen besteht durch die ein Elektronenstrahl auf ein Target fokussiert wird. Das innerhalb der Linse erzeugte
magnetische Feld fokussiert die Elektronen des Elektronenstrahls in ähnlicher Weise, wie eine beispieiswc-i.se
aus Glas bestehende Linse eines lichtoptischen Systems einen Lichtstrahl fokussiert Eine derartige, für diese
Zwecke verwendbare magnetische Linse wird beispieLsweise in der US-Patentschrift 36 59 097 beschrieben. Ei
ne Elektronenstrahlkolonne zur Erzeugung von Strahlungsmustern auf Halbleiterplättchen wird beispielsweise in der US-Patentschrift 36 44 700 beschrieben.
Bei der in der zuletzt genannten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung ist das Ablenksystem in der
Nähe der Projektionslinse angeordnet um den Elektronenstrahl in der erforderlichen Weise zeilenweise über
das Target zu bewegen. Bei anderen bekannten Elektronenstrahlkolonnen ist das Ablenksystem oder die Ablenksysteme vor oder hinter der letzten Projcktionslinse
angeordnet
ßei aüen bekannten derartigen Vorrichtungen hai es
sich gezeigt daß die Linse in Abhängigkeit von ihrer Relativlage in bezug auf das Ablenksystem bestimmte
Aberrationen und Abbildungsfehler aufweist Erfolgt die Ablenkung beispielsweise vor dem Durchtritt des
Elektronenstrahls durch den wirksamen Bereich der Proje.'.rionslinse, su- können Vorrichtungen verwendet
werden, deren Projektionslinsen relativ kurze Brcnnweiten haben. Dadurch werden die achsennahen Aber
rationen der Linse herabgesetzt und ein hohes Auflösungsvermögen erzielt Ein Nachteil dieser Vorrichtungen besteht darin, daß bei größer werdenden Abtastfeldern die Ablenkwinkel und damit die Ablenkaberrationen rasch anwachsen, so daß derartige Vorrichtungen
nur im Zusammenhang mit relativ kleinen Abtasifeldcm verwendet werden können.
Erfolgt die Ablenkung des Elektronenstrahls nach seinem Durchtritt durch die wirksamen Bereiche der Projektionslinse, so werden die .ichscK-'frncn Aberrationen
unterdrückt und die gesamten Ablcnkabcrrationcn der Linse verringert, so daß große Abtaslfclder möglich
sind. Da bei dieser Lösung jedoch Projc!:tionslinscn mit großen Brennweiten erforderlich sind, ergeben sich eine
Reihe von Nachteilen, von denen das relativ kleine Auflösungsvermögen und die relativ großen Aberrationen
im achsennahen Bereich die wichtigsten sind.
Die Nachteile der Vorrichtungen, bei denen das Ablenksystem vor oder hinter dem wirksamen Bereich der
so Projektionslinse angeordnet ist. werden bei einer Vorrichtung weitgehend vermieden, bei der das Ablenksystem innerhalb der Elektronenstrahlkolonne an einer
Stelle angeordnet ist, die in der Nähe des Mittelpunktes
der beiden PolstUcke der Projektionslinse oder im Bereich der maximalen Wirkung der durch die Linse er
zeugten Magnetlinien liegt. Bei derartigen Vorrichtungen wird das Linsenfeld dem Feld des Ablenksystems
überlagert, wobei ein Teil der Abicnkaberrationen des
Ablenksystems durch die entsprechenden achsenfernen Aberrationen der Linse kompensiert wird.
der Nähe der Polstücke der Linse, so daß eine Kinwjr
kung auf die leitenden Polstücke und die Knistehimg
von Verzerrungen verursachenden Wirbclsirömcii
nicht vermieden werden kann.
Darüber hinaus ist es bei der Unterbringung des Ablenksystems zwischen den Polstücken der Linse erforderlich. Linsen mit großen Polstückplatlcn /u verweil-
den. bei denen normalerweise ein durch die Unsymmeirie
der Linsen wicklungen bedingter Astigmatismus
iiufiriii.
Aus der I)E-PS 8 89 816 ist eine magnetische Unse
für Hlckirnncnstrahivorriehtungcn bekannt, bei der die ·>
Polschuhc durch einen Hohlzylindcr verbunden sind,
der abwechselnd aus magnetischen und nichtmagnetischen Ringen besteht. Diese Anordnung ermöglicht es,
den öffnungsfeWer der Linse zu verkleinern und ihren
Astigmatismus zu korrigieren. to
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine magnetische Linse der eingangs genannten Art anzugeben,
die einen breiten Polstückspalt und eine große Brennweite bei gleichzeitig kleinem statischen Astigmatismus
aufweist: weiterhin soll unter Beibehaltung der Abschirmung der in radialer Richtung sich erstreckenden
magnetischen Felder des Ablenksystems eine Verbesserung der Abbildungsqualität erzielt werden. Diese
Aufgabe wird erfindungsgeniäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
Die gemäß der Erfindung einen aus magnetischen
Ringen und nichtmagnetischen Ringen bestehenden Hohlzylindcr enthaltende magnetische Linse hat gegenüber
den bisher bekannten Linsen den Vorteil, daß Einflüsse der Asymmetrie der Linsenwicklung vermieden
bzw. weitgehend herabgesetzt werden, was eine wesentliche Verringerung des Linscnasiigmatismus zur
Folge hai. Wegen der Verwendung elektrisch nichtleitender Materialien für die obengenannten Ringe und die
Polstüekc wird die Beeinflussung benachbarter elektrisch leitender Elemente infolge der Erzeugung von
Wirbclströmcn durch das Feld des Ablenksystems vermieden. Da die als Polstücke wirkenden magnetischen
Ringe des Zylinders über die ganze Länge der Linsenwicklung verteilt sind, liegen die Verhältnisse für die
Unterbringung eines Ablenksystems in diesem Bereich besonders günstig.
Der Hohlzylinder wirkt weiterhin als Abschirmung gegen jede Beeinflussung des Elektronenstrahls durch
Asymmetrien der Linsenwicklung. Gleichzeitig stellt der Hohlzylinder einen wirkungsvollen Fluß-Spalt dar,
der ein gleichmäßiges, parallel zur optischen Achse verlaufendes
und sich über die gewünschte Arbeitsentferniing
der Linse erstreckendes Feld erzeugt.
Fin Ausfahrungsbeispiel der Erfindung wird anschließend
anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. I die perspektivische Darstellung eines längs seiner optischen Achse geschnittenen Ausführungsbcispicls
der Erfindung,
Fig. 2 einen Teil eines Schnittes entlang der Linien
2-2 der Fi j-. I.
Die in Fig. 1 dargctellte Projektionslinse 12 mit Ablenksystem
14 wird im Zusammenhang mit einer Elekironenstrahlkolonne
verwendet, die aus mehreren Stufen. beispielsweise aus einer Elektronenstrahiquelle, einer
Kondcnsorlinse. Ausrichtstufen, Verkleinerungsiinsenstufcn
und einem Target besteht. Die in dieser Figur dargestellte Projektionslinsc 12 mit Ablenksystem 14
dient zur Fokussierung des Elektronenstrahls 16 auf ein Targe: 18 und ermöglicht dessen Ablenkung. Die Brennweite
der Linse 12 ist relativ lang, mindestens aber etwa 25 mm.
Der magnetische Kreis der Projektionslinse enthält einen äußeren Zylinder 21, der aus einem magnetischen t>5
Material besteht und an dessen Enden obere und untere Platten 24 bzw. 25 bcfeüigt sind. Die Platte 24 besteht
aus magnetischem Material und ist kreisförmig ausgebildet, so daß sie mit dem äußeren Umfang des Zylinders
21 übereinstimmt In der Mitte der PIaHe 24 befindet sich eine kreisförmige öffnung 26 für den Elektronenstrahl.
Eine entsprechende, mit der öffnung 26 ausgerichtete öffnung 27 befindet sich in der Platte 25.
Die untere Räche der Platte 24 und die obere Fläche der Platte 25 weisen Ausnehmungen 28 und 29 auf. die
konzentrisch mit den öffnungen 26 und 27 angeordnet sind und zur Aufnahme der gegenüberliegenden Enden
eines Hohlzylinders 30 dienen, der seinerseits einen zentralen Hohlraum 31 aufweist, durch die der Elektronenstrahl
durchtreten und in der das Ablenksystem 14 untergebracht werden kann. Der Hohlzylinder besteht aus
einer Vielzahl von mit höchster Präzision hergestellten magnetischen Ringen 32, die konzentrisch mit ebenso
exakt hergestellten nichtmagnetischen Ringen 34 gestapelt sind. Die Ringe 32 und 34 haben die gleiche Form
und sind in abwechselnder Folge angeordnet. An beiden Enden des Hohlzylinders 30 sind magnetische, die oberen
und unteren Polstücke der Linse bildende Ringe 36 und 37 angeordnet deren äußerer b.^fang mit dem äußeren
Umfang der Ringe 32 und 34 übere.nstimmt während der innere Rand dieser Ringe mit dem inneren
Rand der öffnungen 26 bzw. 27 übereinstimmt. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Länge des Hohlzylinders
30 und liie Durchmesser der Ringe 36 und 37 so bemessen,
daß ein genauer Sitz zwischen den beiden Enden des Hohlzylinders 30 und der oberen und unteren Fläche
der Platten 24 bzw. 25 sichergestellt wird.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich, werden die Ringe 32, 34
durch Schrauben 41 miteinander verbunden und gegeneinander gedrückt. Außer durch die Schrauben 41 wird
der aus magnetischen und nichtmagnetischen Ringen bestehende Stapel mit Hilfe eines gehärteten Bindungsmittels, beispielsweise durch eine Epoxidharz-Schicht
44, zusammengehalten, die am äußeren Umfang des Zylinders 30 angeordnet ist.
Die Teile 21, 24 und 25 bilden gemeinsam mit dem Hohlzylinder 30 einen magnetischen Kreis für die Projektionslinse.
Der wirksame Fluß-Spalt des magnetis^en
Kreises wird durch die axialen Abmessungen der nichtmagnetischen Ringe 34 gebildet. Es ist daher
bei der Herstellung des Hohlzylinders 30 von größter Wichtigkeit, die vorgeschriebenen Abmessungen der
einzelnen magnetischen und nichtmngnetischen Ringe
genauester.s einzuhalten. Es hat sich als erforderlich erwiesen,
die einzelnen Ringe mit einer Genauigkeit von 0.5 μιη zu fertigen und die einzelnen Ringe, ehe sie zu
einer Einheit zusammengefaßt werden, innerhalb des Stapels zu drehen, um die Gesamtabweichungen möglichst
gering zu haken. Es hat sich gezeigt, daß durch Drehung der einzelnen Ringe die Gesamte bweiehungen
der Abmessungen des Spaltes an einer Seite des Hohlzylinders in bezug auf die andere Seite des Hohlzylinders
in die Größenordnung von 1 μηι oder weniger gebracht
werden können.
Die Epoxydharz-Schicht 44 besteht aus einem geeigneten
Epoxydharz mit harter Oberfläche, das die Wirkung der Schraube .141 unterstützt und die Ringe 32,34
zusätzlich zusammenhält. Erforderlichenfalls kann die endgültige Bearbeitung der inneren Flächen der Ringe
32,34 nach Anbringung der Epoxydharz Schicht 44 und vor der Befestigung der oberen und unteren Ringe 36
und 37 erfolgen.
Die magnetischer. Ringe 32 können aus einem elektrisch nichtleitenden Ferritmaterial und die nichtmagnetischen
Ringe 34 aus einem geeigneten elektrisch nichtleitenden keramischen Material, beispielsweise aus AIu-
5 6
miniumoxid, bestehen. Die Verwendung von elektrisch
nichtleitenden Materialien, beispielsweise von Ferriten.
erbringt Vorteile.dieimfolgendennocherläutert werden.
bekannter Weise aus Wicklungen 52 besteht. Es ist be- s §.
sonders wichtig, daß die Wicklungen 52 der Spule 50 so fi
symmetrisch wie möglich angeordnet werden, um %
zeugten Feldes herabzusetzen. Die Wicklungen 52 sind uj
mit geeigneten, nicht dargestellten Anschlüssen zur io J
migen Kern 60, auf dem Wicklungen 63 angeordnet sind, ;
um die gewünschten Radialfelder zur X- und V-Ablen- 4
kung des Elektronenstrahls zu erzeugen. Die Wicklun- is |
gen 63 werden ebenfalls durch eine nicht dargestellte ·ϊ|
in den Figuren dargestellte Ausfuhrungsbeispiel eignet rt
sich zur Abtastung eines etwa 5 mm breiten Halbleiter- ■
plättchens mit 20 000 Linien. Demgemäß ist eine Brenn- 20 ."
weite der Projektionslinse in der Größenordnung von
12 cm erforderlich. Derartige Brennweiten können in
einfacher Weise mit Elektronenstrahlkolonnen erzielt
werden, bei denen das Ablenksystem in der in F i g. 1
dargestellten Weise angeordnet ist. Der im Ausfüh- 25
rungsbeispiel verwendete Hohlzyiinder 30 weist eine ,
Reihe von Vorteilen auf. Die magnetischen Ringe 36
und 37 wirken als Polstücke des Magnetkreises der Linse, während die magnetischen Distanzstücke 32 im Zusammenhang mit den Ringen 36 und 37 die Linsenwick- 30 :
lung wirkungsvoll abschirmen, um Asymmetrien der
Rotationssymmetrie des durch die Linsenwicklung erzeugten magnetischen Feldes herabzusetzen, wodurch
gleichzeitig der Astigmatismus weit unter den bei Lin- ··
sen mit vergleichbarer Brennweite üblichen Wert her- 35 ;;■
abgesetzt wird. Auf diese Weise nimmt jeder der magnetischen Ringe ein annähernd gleichmäßiges magnetisches röicmiä! an und schirmt den Bereich des Strahls aj
gegen Rotationsasymmetrien des Wicklungsfeldes ab. § Gleichzeitig wird aber das axiale Feld zwischen der un- 40 §
teren und der oberen Polstückplatte des magnetischen i] Kreises übertragen. Jj
setzten radialen Richtungen erstreckenden magne- '{
tischen Felder des Ablenksystems ab. Das hat zur Folge, 45 £j
daß die Feldverteilung des Ablenksystems sich auf den I
eine Beeinflussung leitender Bereiche des magnetischen |j
beiströme vermieden, die sonst bei einer Durchdringung 50 tf
von leitendem Material des magnetischen Kreises durch 3
sind deshalb schädlich, da sie dem ursprünglichen, vom |
Ablenksystemfeld erzeugten Feldern entgegengesetzte
magnetische Felder erzeugen und dadurch zu uner- 55
wünschten Ablenkaberrationen führen. Diese Art dynamischer gegenseitiger Beeinflussung war bisher ein
grundlegendes Hindernis bei der Herstellung von sondenbildenden Elektronenstrahlabtastsystemen.
Die Verwendung von Ferritmaterial zur Herstellung 60
der Polsiiücke führt zu einer Herabsetzung der durch
Wirbelstiföme verursachten Wirkungen um mehr als
zwei Größenordnungen, ohne daß ein zusätzlicher
Astigmatismus oder meßbare Hysteresiseffekte durch
dieses Material verursacht würden. bs
Claims (6)
1. Magnetische Linse für eine Elektronenstrahllithographie-Vorrichtung mit einem abgeschirmten
Elektronenstrahl-Ablenksystem im Innern einer Linse, die einen bis auf den Luftspalt geschlossenen magnetischen Kreis bildet, der in Strahlrichtung gesehen obere und untere, aus magnetischem Material
bestehende Polstücke enthält, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung einer langgestreckten magnetischen Linse großer Brennweite
das obere und das untere, aus elektrisch nichtleitendem Material bestehende Polstück (36, 37) durch
einen elektrisch nichtleitenden Hohlzylinder (30) verbunden sind, der abwechselnd aus magnetischen
und nichtmagnetischen Ringen besteht und das Ablenksystem mit dem dieses durchsetzenden Elektronenstrahl umschließt
2. Magnetische Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (36,37) öffnungen (26,27} aufweisen, deren Durchmesser kleiner
ist als der Durchmesser des Hohlzylinders (30).
3. Magnetische Linse nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen und nichtmagnetischen Ringe (32,34) gleiche Dicken aufweisen
und mit Toleranzen von weniger als 25 μπι, vorzugsweise weniger als 0,5 μΓη, bearbeitet sind.
4. Magnetische Linse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine die Außenfläche des Hohlzylinders (30) umgebend?· und die einzelnen Ringe zusammenhaltende Schicht (44) aus Epoxydharz.
5. Magnetische Linse nacn einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischer, Ringe (32) aus keramischem Ferritmateria! bestehen,
6. Magnetische Linse nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetischen Ringe (34) aus
Aluminiumoxid bestehen.
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