DE2627176C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronenotrahloptisches
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 magnetischen
Linsen mit telezentrischem Strahlengang bekannt (J. Vac. Sc. Techno], 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 Hegt 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
ίο 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, eine Brennweitenänderung ist nur durch eine Erregungsänderung möglich.
Zur Herstellung integrierter Schaltkreise ist es notwendig, den Wafer mehrmals aus dem Strahlengang
herauszunehmen und nach Zwischenbehandlungen
in 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 gesamte Feldverlauf verändert werden kann.
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 gesamte 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 Polschuhe 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 Krregung einer
einzigen Wicklung in Abhängigkeit von der Winkelauslenkung des Elektronenstrahls geändert
Demgegenüber besitzt die Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes eine ganze Schar derartiger
Brennweitenkurven, die durch unterschiedliche Erre- ι ο gung 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 Zwischcnlinse 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 jo
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 = 1 (Amperewindungen/Volt1'2) eine
Bilddrehung um 10,7° verursacht Bei einer erforderli- v>
chen Feinjustierung des Wafers bis 0,5° ist somit ein Erregungsunterschied Oe von ungefähr 0,05 (Amperewindungen/Volt"2)
zwischen Abbildungslinse und Zwischenlinse erforderlich. 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 ·π
(Amperewindungen/Volt1/2) 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 Gescmterregung wieder konstant gehalten werden kann, ist somit 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 V10 /verschieben. Dieser Effekt ist
gleichbedeutend mit einer mechanischen Verschiebung e>o 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 Vergroßerungsänderung 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 wiede-. eingehalten sind, jedoch bei einer anderen Vergrößerung.
Durch die Entkopplung der Brennweite von der Erregung oder umgekehrt sowie die Möglichkeit der
Verschiebung des gesamten Feidverlaufs kann somit in gewissen Grenzen eine Vergrößerungsanpassung und
eine Drehjustierung des Bildes auf dem Wafer vorgenommen werden. Der vorteilhafte Einsatz der
Linse des erfindungsgemäßen Projektionsgerätes ist nicht auf ein Abbildungssystem mit telezentrischem
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 aiufweisen 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.
F i g. 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 Ausführungsbeispie-Ie
der Linse für das erfindungsgemäße Projektionsgerät;
F i g. 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 Abbildungf.iinseiisysiem
0 rrsit 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, Tb und Tc, 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 7c.
Solange bei dieser Linse 7 die Summe der durch die Wicklungen Ta, Tb und 7c 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. 7c 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 entgegengesetzt gleicher Erregung
betrieben werden. Ihre Gesamterregung hebt sich damit
auf und bleibt ohne Einfluß 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 gleichsm
> nige 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
in umfaßt der Eisenmantel 13 auch die Stirnflächen der
Spule, wie es insbesondere im Zusammenhang mit F' g. 1 erläutert wurde. Die Erfindung läßt sich jedoch
auch bei Linsen verwirklichen, bei denen der Eisenmantel ausschließlich zylindrisch ausgebildet ist und nur die
Ii Mam elf lache der Spule umgibt Eine derartige Linse 3d
ist in Fig.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
2(i 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 F i g. 5 ist der magnetische Feldverlauf aufgetra-
2") gen, 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 I zeigt dabei den Feldverlauf,
jo 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
r. und 26. Die Kurve II 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 /fejt 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 F i g. 2 erzielt worden, bei der die Spule in mehrere Wicklungen
unterteilt war und bei der die Wicklungen unterschied-Hch 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 einsteilen. Beispiels
weise läßt sich diese Erregung erzielen, indem beim Beispiel der Linse 15 nur die beiden inneren Wicklungen
18 und 19 erregt werdea 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 Feldverlauf wird in diesem
Fall wesentlich flacher als in dem vorhergehenden mit einem geringeren maximalen Feldwert in der Mitte
Diesem Feldverlauf entspricht eine größere Brennweite.
7 8
Zwischen diesen beiden Fälien 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 r>
in einem gewissen Bereich variieren.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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, 24-26, 31-33)
besteht, die sich zumindest teilweise Ober 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 FeJdverlauf 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 (J, 15, 30) hintereinander angeordnet sind (Fig. 1,2 und 4).
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).
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