DE2627176B2

DE2627176B2 - Elektronenstrahloptisches Projektionsgerät mit einer langbrennweitigen magnetischen Linse

Info

Publication number: DE2627176B2
Application number: DE19762627176
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Phys. Dr.- Ing. Oelmann; Reinhold Dipl.-Ing. Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-06-15
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2627176C3; FR2355374B1; FR2355374A1; DE2627176A1; JPS52153662A; GB1584005A; NL7706304A

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronenstrahloptisches Projektionsgerät mit einer langbrennweitigen magnetischen Linse ohne Polschuhe zur Abbildung einer großflächigen Transmissionsmaske auf ein Präparat, bei dem die Linse aus einer rotationssymmetrischen Spule besteht, die an ihrer Mantelfläche und gegebenenfalls auch an den Stirnflächen von einem Eisenmantel umgeben ist.

Eine Linse der eingangs genannten Art wird beispielsweise als Feldlinse in einem elektronenstrahloptischen Verkleinerungsgerät verwendet (Zeitschrift »Optik«, 28, Heft 5, 1968/69, Seiten 518 bis 531). Mit Hilfe eines derartigen Gerätes werden durch Abbildung einer Transmissionsmaske auf eine Wafer integrierte Schaltkreise hergestellt. Dabei ist es aus Kostengründen erforderlich, auf dem Wafer mehrere derartige Schaltkreise gleichzeitig oder hochintegrierte Schaltkreise mit großem Flächenbedarf zu erzeugen. Dies führt jedoch zu großen Transmissionsmasken und damit auch zu großen Linsen.

Um eine hohe Bildpunktzahl zu erreichen, müssen die Abbildungsfehler der abbildenden Linse oder des abbildenden Linsensystems möglichst gering sein. Dazu ist ein Abbildungslinsensystem mit zwei magnetische!! Linsen mit telezentrischem Strahlengang bekannt (J. Vac. Sc. Technol., Vol. 12, Nr. 6, Seiten 1135 bis 1140, November/Dezember 1975). Der telezentrische Strahlengang liegt dann vor, wenn die Transmissionsmaske in

der vorderen Brennebene der ersten Linse, der Zwischenlinse, und der Wafer in der hinteren Brennebene der zweiten Linse, der Abbildungslinse, des Abbildungslinsensystems liegt und wenn darüber hinaus die hintere Brennebene der ersten Linse mit der vorderen Brennebene der zweiten Linse zusammenfällt Weiterhin werden bei diesem Abbildungslinsensystem die magnetischen Linsen mit entgegengesetzt gleicher reduzierter Erregung betrieben. Auf diese Art und Weise entfallen die Bilddrehung und ein Großteil der Abbildungsfehler vollständig.

Da in einem optischen System für die Brennweite f, die Bildweite b, die Gegenstandsweite a und den Abbildungsmaßstab M nur zwei Bestimmungsgleichungen existieren, sind jeweils zwei dieser vier Größen frei wählbar. Bei den elektronenstrahloptischen Projektionsgeräten sind die Brennweiten durch die Gerätedimensionen festgelegt. Außerdem ist bei den magnetischen Linsen die Brennweite umgekehrt proportional dem Quadrat der reduzierten Erregung ε

d. h., sine Brennweitenänderung ist nur durch eine Erregungsänderung möglich.

Zur Herstellung integrierter Schaltkreise ist es notwendig, den Wafer mehrmals aus dem Strahlengang herauszunehmen und nach Zwischenbehandlungen wieder an die gleiche Stelle zu setzen. Dazu kann eine Bilddrehung oder bei thermischer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen auch eine geringe Vergrößerungsänderung notwendig sein. Aus dieser Situation ergibt sich die Forderung, die optische Mitte der Zwischenlinse verschieben zu können. Wegen des hohen Gewichtes dieser Linse und der geforderten Lagegenauigkeit scheidet eine mechanische Verschiebung der Linse aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem elektronenstrahloptischen Projektionsgerät der eingangs genannten Art eine langbrennweitige magnetische Linse mit von der Erregung entkoppelter Brennweite zu schaffen, bei der bei feststehender Linse der gesainte Feldverlauf verändert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spule aus zwei oder mehreren getrennt erregbaren Wicklungen besteht, die sich zumindest teilweise über unterschiedliche axiale Spulenabschnitte erstrecken, und daß die Erregung der einzelnen Wicklungen derart veränderbar ist, daß sich entweder bei konstanter Gesamterregung die Brennweite der Linse ändert oder daß sich bei einer festen Brennweite die Gesamterregung ändert und daß zusätzlich der gesamte Feldverlauf der Linse entlang der optischen Achse verschiebbar ist.

Eine derartige Linse unterscheidet sich wesentlich von den bisher bei Projektionsgeräten bekannten Linsen. Die bisherigen Linsen besitzen nur eine einzige von der Erregung abhängige Brennweitenkurve. Das gilt auch für eine aus der DE-PS 8 98 648 bekannten Polschuhlinse, bei der zur Feinregulierung der Linsenstärke die Spule aus zwei getrennt erregbaren Wicklungen aufgebaut ist, die in axialer Richtung der Linse hintereinander angeordnet sind.

Aus der US-PS 36 86 527 ist eine Linse mit Ferritmantel ohne Po'schuhe zur Fokussierung des Elektronenstrahls in einer Elektronenröhre auf einen Bildschirm bekannt. Die Spule dieser Linse besteht

ebenso wie die Spule der Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes aus mehreren in Elektronenstrahlrichtung hintereinander angeordneten Wicklungen. Jedoch wird bei der bekannten Linse zur Verringerung der Aberration ausschließlich die Erregung einer einzigen Wicklung in Abhängigkeit von der Winkelauslenkung des Elektronenstrahls geändert.

Demgegenüber besitzt die Linse des erfindungsgemäßen Projektioiisgerätes eine ganze Schar derartiger Brennweitenkurven, die durch unterschiedliche Erregung der einzelnen Wicklungen durchfahren werden können. Dadurch ist es erstmals möglich, die Brennweite dieser Linse bei konstanter Gesamterregung der Spule in einem weiten Bereich zu variieren. Andererseits ist es natürlich auch möglich, bei veränderter Gesamterregung die Brennweite unverändert zu behalten. Diese neue Eigenschaft dieser Linse bietet einen ganz wesentlichen Vorteil für den Einsatz als Zwischenlinse im Abbildungssystem mit telezentrischem Strahlengang, denn dabei kommt es darauf an, daß die reduzierte Erregung beider Linsen entgegengesetzt gleich ist und daß darüber hinaus die hintere Brennebene der Zwischenlinse mit der vorderen Brennebene der Abbildungslinse zusammenfällt. Bei konstanter Gesamterregung läßt sich die Brennweite der Zwischenlinse dem durch die Gerätedimensionierung festgelegten Wert genau anpassen. Außerdem kann es wünschenswert sein, zum Justieren einen kleinen Bilddrehbereich zur Verfugung zu haben, ohne daß die Brennweite verändert werden muß. Wie bereits ausgeführt, muß der Wafer mehrmals in den Strahlengang gebracht werden. Dabei ist ein grobes Justieren in die alte Position mechanisch möglich. Es ist bekannt, daß eine Erregungsänderung um ε = I (Amperewindungen/Volt"²) eine Bilddrehung um 10,7° verursacht. Bei einer erforderlichen Feinjustierung des Wafers bis 0,5° ist somit ein Erregungsunterschied δε von ungefähr 0,05 (Amperewindungen/Volt"²) zwischen Abbildungslinse und Zwischenlinse ei forderlich. Dieser Erregungsunterschied läßt sich mit der Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes ohne Brennweitenänderung durchführen. Die Vergrößerungs- und Drehungsfarbfehlerkompensation des telezentrischen Strahlengangs mit entgegengesetzt gleicher Erregung ist bei einer Erregungsabweichung bis δε ungefähr gleich 0,1 (Amperewindungen/Volt^l/2) noch nicht merkbar verletzt.

Da bei der langbrennweitigen Zwischenlinse der Feldverlauf stark von der Windungsanordnung der Spule beeinflußt wird, ist durch eine unsymmetrische Stromaufteilung in der Spule eine Verschiebung dieses Feldverlaufs möglich. Durch unterschiedliche Erregung der einzelnen Wicklungen der Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes, wobei die Gesamterregung wieder konstant gehalten werden kann, ist somh eine Verschiebung des Feldverlaufs möglich. Auf diese Weise läßt sich die optisch wirksame Linsemitte ohne Änderung der Brennweite und Erregung innerhalb eines Bereiches von etwa Vio /"verschieben. Dieser Effekt ist gleichbedeutend mit einer mechanischen Verschiebung der Linse, die, wie bereits früher ausgeführt, wegen der Größe der Linse und wegen der Genauigkeit der geforderten Verschiebungen technisch nur sehr schwer realisierbar wäre.

Bei einem Abbildungssystem mit telezentrischem Strahlengang ist die Vergrößerung durch das Verhältnis der Brennweiten gegeben. An und für sich sind diese Brennweiten durch die Gerätedimensionierung festgelegt und unveränderbar. Somit wäre eine Vergrößerungsänderung und damit eine Anpassung an eventuelle Ausdehnungen oder Schrumpfungen des Wafers aufgrund von Temperaturschwankungen nicht möglich. Mit Hilfe der Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes kann eine Feldverschiebung vorgenommen und gleichzeitig bei konstanter Erregung die Brennweite verändert werden, so daß die Bedingungen des telezentrischen Strahlengangs wieder eingehalten sind, jedoch bei einer anderen Vergrößerung.

Durch die Entkopplung der Brennweite von der Erregung oder umgekehrt sowie die Möglichkeit der Verschiebung des gesamten Feldverlaufs kann somit in gewissen Grenzen eine Vergrößerungsanpassung und eine Drehjustierung des Bildes auf dem Wafer vorgenommen werden. Der vorteilhafte Einsatz der Liiise des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes ist nicht auf ein Abbildungssystem mit telezenlrischem Strahlengang beschränkt. Zum Beispiel kann eine Bilddrehung auch bei der Schattenprojektion notwendig werden. Wenn Maske und Wafer im Feld der Linse liegen, läßt sich das durch eine Erregungsänderung erreichen. Um die Parallelität des Strahlenbündels zwischen Maske und Wafer bei einer Erregungsänderung nicht zu zerstören, muß auch hier die Brennweite festgehalten werden.

Bei einer Ausgestaltung der Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes können alle Wicklungen den gleichen Innen- und Außendurchmesser aufweisen und in Achsrichtung der Linse hintereinander angeordnet sein. Zum bloßen Verschieben des Feldes reicht dazu eine Aufteilung in zwei getrennt erregbare Wicklungen aus. Wegen der Entkopplung von Brennweite und Erregung und wegen der feineren Einstellmöglichkeit wird man aber gewöhnlich mehrere getrennt erregbare Wicklungen wählen. Weiterhin läßt sich die Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes auch dadurch verwirklichen, daß eine erste Wicklung mit der Spule entsprechender Länge vorgesehen ist, in der sich mindestens eine zweite und dritte Wicklung mit gegenüber der ersten Wicklung kleinerer axialer Ausdehnung befindet. Diese beiden inneren Wicklungen, auch Minilinsen genannt, wird man zweckmäßigerweise symmetrisch zur axialen Linsenmitte anordnen. Mit Hilfe dieser letzten Anordnung läßt sich eine Verschiebung des gesamten Feldes besonders leicht bewerkstelligen, indem die beiden Minilinsen mit gleich großer entgegengesetzter Erregung betrieben werden. Ihre Gesamterregung ist damit Null und beeinflußt die Erregung der äußeren Wicklung gar nicht.

Darüber hinaus ist noch eine ganze Reihe anderer Wicklungsanordnungen möglich. So können sich die Minilinsen auch außerhalb der großen Wicklungen befinden. Es können mehr als zwei Minilinsen vorgesehen sein. Die Wicklungen können sich auf einem gemeinsamen Spulenkörper befinden oder aber auf getrennten.

An Ausführungsbeispielen sei die Erfindung nun weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung das Prinzip eines Elektronenstrahl-Projektionsgerätes mit einem Abbildungslinsensystem mit telezentrischem Strahlengang, bei dem die Zwischenlinse und die Abbildungslinse entgegengesetzt gleich stark erregt sind; die

F i g. 2 bis 4 zeigen drei mögliche Ausführungsbeispiele der Linse für das erfindungsgemäße Projektionsgerät;

Fig. 5 zeigt in einem Diagramm die mögliche axiale Feldverschiebung und

Fig.6 in einem weiteren Diagramm die Schar der Brennweitenkurven.

Das in Fig. 1 gezeigte Elektronenstrahl-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 Abbildungslinsensystem 6 mit einer magnetischen Zwischenlinse 7 und einer magnetischen Abbildungslinse 8, das die Maske 4 in verkleinertem Maßstab in eine Bildebene und dort beispielsweise auf einen Wafer Il abbildet. Die Linsen des Kondensorlinsensystems 3 können sowohl elektrostatische als auch magnetische Linsen sein. Die magnetischen Linsen 7 und 8 sind in entgegengesetzt gleicher Weise erregt.

Daß das Abbildungslinsensystem 6 einen telezentrischen Strahlengang besitzt, 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 ist und daß darüber hinaus die hintere Brennebene 12 der Linse 7 mit der vorderen Brennebene der Linse 8 zusammenfällt. Die Spule der Linse 7 besitzt dabei drei getrennt erregbare Wicklungen Ta, 7£>und 7c, die in diesem speziellen Ausführungsbeispiel der F i g. 1 gleiche Windungszahl besitzen und in Achsrichtung der Linse hintereinander angeordnet und von einem Eisenmantel 13 umgeben sind. Dieser Eisenmantel 13 umschließt neben den Mantelflächen der Wicklungen Ta, Tb und Tc mit den Teilen 13a auch die Stirnflächen der beiden äußeren Wicklungen Ta und Tc. Solange bei dieser Linse 7 die Summe der durch die Wicklungen Ta, Tb und Tc fließenden Ströme konstant gehalten wird, bleibt auch die Erregung dieser Linse konstant, obwohl sich bei unterschiedlicher Stromverteilung auf die drei Wicklungen das Gesamtfeld in aixaler Richtung verschieben und auch die Brennweite verändern läßt. Durch die Feldverschiebung und Brennweitenänderung läßt sich eine Vergrößerungsänderung im telezentrischen Strahlengang durchführen, ohne die Abbildungsfehler zu vergrößern. Andererseits läßt sich bei konstanter Brennweite die Erregung dieser Linse ändern, was einer Verdrehung des Bildes der Transmissionsmaske 4 auf dem Wafer Il entspricht. Allein durch die Stromänderung in den Wicklungen Ta, Tb bzw. Tc der Linse 7 läßt sich somit das Bild der Transmissionsmaske 4 auf dem Wafer in seiner Größe und Winkellage justieren.

Die F i g. 2 zeigt eine Linse 15, die im wesentlichen der Linse 7 der F i g. 1 entspricht, nur daß bei dieser Linse 15 die Spule aus sechs getrennt erregbaren Wicklungen 16 bis 21 besteht. Durch die Vielzahl der getrennt erregbaren Wicklungen 16 bis 21 ist die Feldverschiebung und die Brennweitenänderung über einen weiteren Bereich möglich. So ist es z. B. nicht notwendig, daß alle Wicklungen gleichzeitig von Strom durchflossen werden und zur Erregung beitragen. Der Eisenmantel ist bei dieser Linse 15 und bei der nachfolgend beschriebenen Linse 23 wie bei der Linse 7 mit 13 bezeichnet.

Die F i g. 3 zeigt eine Linse 23, deren Spule eine über die gesamte wirksame Linsenlänge reichende Wicklung 24 besitzt. Im Innern dieser Wicklung 24 sind symmetrisch zur axialen Linsenmitte zwei Wicklungen, sogenannte Minilinsen 25 und 26, angeordnet. Mit Hilfe dieser Minilinsen 25 und 26 läßt sich besonders einfach das Feld axial verschieben, indem diese beiden Minilinsen mit cntgegengeset/t gleicher Erregung betrieben werden. Ihre Gesamterregung hebt sich damit auf und bleibt ohne F.influO auf die Gesamterregung der Linse 23. Durch einfache Stromumkehr in den Minilinsen 25 und 26 kann die Verschiebung des Feldes in der anderen Richtung vorgenommen werden. Durch unterschiedlich starke entgegengesetzte oder gleichsinnige Erregung der Minilinsen 25, 26 und entsprechende Erregungsänderung der Wicklung 24 läßt sich auch die Brennweite bei konstanter Gesamterregung variieren.

Bei den in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Linsen umfaßt der Eisenmantel 13 auch die Stirnflächen der Spule, wie es insbesondere im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurde. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei Linsen verwirklichen, bei denen der Eisenmantel ausschließlich zylindrisch ausgebildet ist und nur die Mantelfläche der Spule umgibt. Eine derartige Linse 30 ist in F i g. 4 dargestellt. Sie besitzt wie die Linse 7 in Fig. 1 drei getrennt erregbare Wicklungen 31, 32 und 33. Der Eisenmantel 34 der Linse 30 besteht aus einem Hohlzylinder, der erheblich über die Windungen hinausreicht. Durch die Verlängerung des Eisenmantels 34 über die Wicklungen hinaus werden das Streufeld der Linse und damit die durch das Streufeld verursachten Linsenfehler vermindert.

In Fig. 5 ist der magnetische Feldverlauf aufgetragen, wie er mit jeder der Linsen 7, 15, 23 bzw. 30 erhalten werden kann. Die Abszisse ζ entspricht dabei jeweils der Linsenachse, ζ = 0 sei die axiale Mitte der Linsen. Auf der Ordinate ist die magnetische Induktion B aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt dabei den Feldverlauf, wie er sich bei einer symmetrisch zur axialen Linsenmitte vorliegenden Erregung einstellt, beispielsweise bei der Linse 7 bei gleicher Stromstärke und -richtung in den drei Wicklungen Ta, Tb und 7c oder bei der Linse 23 bei stromlosem Zustand der Minilinsen 25 und 26. Die Kurve Il zeigt den verschobenen Feldverlauf, wie er sich durch unsymmetrische Erregung der einzelnen Wicklungen erreichen läßt. Die Kurvenform ist ersichtlich dieselbe, so daß diese Feldverschiebung quasi einer mechanischen Linsenverschiebung äquivalent ist.

F i g. 6 zeigt im Diagramm die Schar der Brennweitenkurven ί(ε), die sich durch unterschiedliche Erregung der einzelnen Windungen ergeben. Auf der Abszisse ist dabei die Erregung ε in linearem Maßstab aufgetragen und auf der Ordinate ebenfalls in linearem Maßstab die Brennweite f. Die unterschiedlichen Kurven sind hierbei mit einer Linse entsprechend der Linse 15 in Fig. 2 erzielt worden, bei der die Spule in mehrere Wicklungen unterteilt war und bei der die Wicklungen unterschiedlich stark zur Gesamterregung beitragen konnten. Legt man durch die Schar der Brennweitenkurven eine Gerade 35 parallel zur Ordinate, so schneidet diese Gerade bei einem festen Wert für die Erregung die einzelnen Brennweitenkurven bei verschiedenen Werten der Brennweite, d. h„ bei konstanter Erregung lassen sich unterschiedliche Brennweiten einstellen. Beispielsweise läßt sich diese Erregung erzielen, indem beim Beispiel der Linse 15 nur die beiden inneren Wicklunger 18 und 19 erregt werden. Man erhält damit einen sehr starken Feldwert in der Mitte der Linse und ein rasches Absinken des Feldes zu den Enden der Linse. Diesem Feldverlauf entspricht eine kleine Brennweite. In einem anderen Beispiel können zur Erregung der Linse 15 auch die äußeren Wicklungen 16, 17, 20 und 21 herangezogen werden. Der Fcldvcrlauf wird in diesem Fall wesentlich flacher als in dem vorhergehenden mil einem geringeren maximalen Feldwcrt in der Mitte Diesem Feldverlauf entspricht eine größere Brennweite

7 8

Zwischen diesen beiden Fällen ist eine ganze Anzahl Gerade 36 zur Abszisse, so schneidet diese Gerade bei

anderer Einstellmöglichkeiten vorhanden, so daß die konstanter Brennweite die Brennweitenkurven bei

Brennweite kontinuierlich über einen gewissen Bereich unterschiedlicher Erregung. Es läßt sich, wie man daraus

bei konstanter Erregung geändert werden kann. sieht, also auch die Erregung bei konstanter Brennweite

Betrachtet man auf der anderen Seite eine parallele ■> in einem gewissen Bereich variieren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenstrahloptisches Projektionsgerät mit einer langbrennweitigen magnetischen Linse ohne Polschuhe zur Abbildung einer großflächigen Transmissionsmaske auf ein Präparat, bei dem die Linse aus einer rotationssymmetrischen Spule besteht, die an ihrer Mantelfläche und gegebenenfalls auch an den Stirnflächen von einem Eisenmantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus zwei oder mehreren getrennt erregbaren Wicklungen (7a, 7b, 7c, 16-21, 24-28, 31-33) besteht, die sich zumindest teilweise über unterschiedliche axiale Spulenabschnitte erstrecken, und daß die Erregung der einzelnen Wicklungen derart veränderbar ist, daß sich entweder bei konstanter Gesamterregung die Brennweite der Linse (7,15,23, 30) ändert oder daß sich bei einer festen Brennweite die Gesamterregung ändert und daß zusätzlich der gesamte Feldverlauf der Linse entlang der optischen Achse verschiebbar ist.

2. Projektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wicklungen (7a, 7b, 7c, 16—21, 31—33) den gleichen Innen- und Außendurchmesser aufweisen und in Achsrichtung der Linse (7, 15, 30) hintereinander angeordnet sind (Fig. 1,2und4).

3. Projektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Wicklung (24) mit der Spule entsprechender Länge vorgesehen ist, in der sich mindestens eine zweite und dritte Wicklung (25, 26) mit gegenüber der ersten Wicklung (24) kleinerer axialer Ausdehnung befinden (F i g. 3).