DE2856782A1

DE2856782A1 - Elektronenoptik-objektiv

Info

Publication number: DE2856782A1
Application number: DE19782856782
Authority: DE
Inventors: Emmanuel De Chambost
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1978-01-03
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1979-07-12
Also published as: FR2413776A1; FR2413776B1; DE2856782C2; GB2012105A; US4330709A; JPS54101276A; JPS6216502B2; GB2012105B

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Dipl.-Chem. Dipl.-lng.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

29. Dezember 1978

THOMSON - CSP

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeiohen: T 3199

Elektronenopt ik-Ob j ekt iv

Die Erfindung betrifft ein Elektronenoptik-Objektiv nach dem Oberbegriff des Anspruchs "1, das insbesondere bei der Mikrolitb.ograph.ie Anwendung finden kann.

Die hierfür verwendeten Objektive enthalten im allgemeinen eine Elektronenlinse und ein Ablenksystem, das aus Spulen gebildet ist, die es ermöglichen, je nach der stärke des sie durchfließenden elektrischen Stromes das Elektronenbündel In einer vorbestimmten Riohtung abzulenken, wobei die Stärke dieser Ablenkung in vorbestimmter Weise, vorzugsweise linear und zunehmend, von dieser Stärke abhängig ist. Die bekannten Objektive weisen bestimmte Nachteile auf. Insbesondere sind sie die Ursaοhe für Aberrationen, und das Auftreten von Wirbelströmen verlängert die Ansprechzeit. Außerdem sind sie nicht linear.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend dargelegten, bei den bekannten Objektiven auftretenden Mängel zu beheben.

Die Erfindung geht aus von einem Ablenkobjektiv, das eine rotationssymmetrische magnetische Linse aufweist, mit Polstücken, die einen Magnetkreis bilden,der auf seiner optischen Achse ein axiales Magnetfeld erzeugt, dessen Intensität von einem Ende der Linse zum anderen variiert, und mit wenigstens einem aus Magnetspulen gebildeten Ablenkelement, das ein Feld mit in Abhängigkeit von dem die Spulen durchlaufenden Strom variabler Intensität erzeugt und die Ablenkung des Elektronenstrahls in den vorbestimmten Richtungen verursacht. Gemäß der Erfindung ist dieses Objetiv im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ablenkelement eine erste Stufe und eine zweite Stufe enthält, von denen die erste stromaufwärts von dem Elektronenstrahl und die zweite stromabwärts von dem Elektronenstrahl angeordnet ist, wobei die erste Stufe in einem Bereich angeordnet ist, wo das axiale Magnetfeld ungefähr ein Zehntel seines Maximalwertes aufweist und wobei die zweite Stufe in einem Bereich angeordnet ist, wo dieses Feld die Hälfte dieses Wertes erreicht, daß das Magnetfeld entlang der Elektronenbahn zunächst mit einer relativ geringen Steigung zunimmt und seinen Maximalwert in der unmittelbaren Nähe der Austrittspupille erreicht und in der Ebene dieser Blende verschwindet, und daß die zwei Stufen gleich ausgebildet, jedoch gegeneinander um einen bestimmten Winkel θ verdreht sind, wobei die Polstücke der Elektronenlinse ein Ferritelement enthalten, das von einem Weicheisenelement durch einen Luftspalt getrennt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

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Fig. 1 eine Querschnittsansicht dea erfindungsgemäßen Objektivs;

Fig. 2 die Kurve der Änderung des axialen Magnetfeldes entlang der optischen Aoh.se der Linse und die jeweilige Lage der Ablenkeinrichtungen auf dieser Achse;

Fig. 3 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Ablenkeinrichtung und

Fig. 4 eine Seitenansicht von zwei Ablenkeinrichtungen, wobei die Winkelverschiebung dazwischen dargestellt ist.

Das Objektiv ist in bezug auf seine Achse ζ ζ¹ rotationssymmetrisch. Es enthält einen aus zwei Teilen 1, 2 gebildeten Kern, wovon der eine den anderen umgibt.

Der innere Teil 2 ist aus Ferrit und enthält einen zylindrischen Teil 21, der mit zwei Kegelstümpfen 22, 23 verbunden ist, die in der Nähe der Austrittsblenkde 3 eine Aufweitung bilden.

Der äußere Teil 1 aus Weicheisen umgibt eng anliegend den Teil 2. Der äußere Teil ist durch einen Luftspalt von dem Teil 2 getrennt und schließt sich über die Austrittspupille. Die Austrittspupille wird durch einen Aufbau 5 aus Dural gehaltert, der wiederum von dem unteren Teil des Polstücks gehalten wird. Erfindungsgemäß sind zwei magnetische Ablenkeinrichtungen 6, 7 vorgesehen, von denen die Einrichtung 6 stromaufwärts in dem Teil 21 der Linse und die andere auf der Höhe des Kegelstumpfes 22 angeordnet ist.

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Ü856782

Eine auf der Einlaßseite des Objetivs angeordnete Blende begrenzt den Durchmesser des Elektronenbündels.

Die zwei Ablenk- bzw. Umlenkeinrichtungen sind jeweils aus einem Spulensystem gebildet, das ein zur Achse ζ ζ· senkrechtes Magnetfeld erzeugt.

Eine Wicklung 9 umgibt die Teile 1 und 2.

Pig. 2 zeigt als Beispiel die Änderung der Intensität des Magnetfeldes, die durch die Linse entlang ihrer Achse erzeugt wird, wobei der Ursprung ζ = 0 in der Ebene der Austrittsblende liegt und die Abszisse in Zentimetern und die Ordinate in Gauß unterteilt ist. Die stromaufwärts liegende Ablenkeinrichtung 6 liegt in einem Bereich» wo das Feld 10 Gauß nicht überschreitet und die andere Ablenkeinrichtung 7 liegt stromabwärts in einem Bereich, wo das Feld zwischen 100 und 200 Gauß variiert.

Das Magnetfeld erreicht nach Durchlaufen einer relativ geringen Steigung seinen Maximalwert von 300 Gauß bei ungefähr ζ = -1 cm und fällt für ζ = 0 auf den Wert Null ab. Für diese Voraussetzungen zeigt Fig. 3 eine Draufsicht einer der Ablenkeinrichtungen, wobei die andere gleich ausgebildet ist, und Fig. 4 zeigt eine Perspektivansicht der beiden Ablenkeinrichtungen. Aus Gründen der Klarheit ist in Fig. 4 nur ein Teil jeder Ablenkeinrichtung gezeigt.

Gemäß Fig. 3 enthält jede Ablenkeinrichtung zwei Teile 61 und 62 bzw. 71 und 72, wovon das eine zur x-Ablenkung und das andere zur y-Ablenkung bestimmt ist. Jedes Teil ist in zwei bezüglich der Achse ζ ζ¹ symmetrische Wicklungen unterteilt, die in Reihe geschaltet sind. Jede dieser Wicklungen ist, wie in Fig. 4 gezeigt, um einen Drehzylinderabschnitt mit einem Öffnungswinkel von 120° gewickelt.

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Die zwei Teile sind so angeordnet, daß ihre transversalen Symmetrieachsen zueinander senkrecht sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die gemeinsame Höhe der Zylinder 3 cm, der Durchmesser des inneren Zylinders liegt in der Größenordnung von 2,4 cm, und der Durchmesser des äußeren Zylinders liegt in der Größenordnung von 5 cm.

Jede Ablenkeinrichtungsha'- fte 61, 62 bzw. 71, 72 wird von einem variablen Strom durohlaufen. Die die Wicklungen 61, 71 bzw. 62, 72 durchlaufenden Ströme sind jeweils proportional den Ablenkungsamplituden des Bündels entlang den beiden zueinander senkrechten Achsen Ox und Oy, die zusammen mit der ζ ζ'-Achse ein dreidimensionales rechtwinkliges Bezugskoordinatensystem bilden, wobei die Achsen Ox und Oy in der Ebene des abzutastenden Objektes liegen.

Gemäß der Darstellung in Pig. 4 sind die beiden Ablenkeinrichtungen gegeneinander um einen Winkel θ = 180° + α verdreht, wobei α zwischen 35° und 45° liegt. Das Intensitätsverhältnis der beiden Ablenkeinrichtungen ist konstant und beträgt etwa gleich 2.

Durch Versuche und Rechnung kann gezeigt werden, daß das erfindungsgemäße Objektiv folgende Vorteile aufweist:

a) Durch die Trennung des Ferritteils 2 von dem Metallteil 1 wird das Auftreten von Wirbelströmen verhindert, die den Aufbau des Magnetfeldes in der Mitte jeder Ablenkeinrichtung verzögern, wenn ein Stromimpuls durch die Wicklungen geschickt wird.

Durch das Vorhandensein eines Weicheisenpolstücks wird jedoch jegliche Sättigung des Perritteils dann verhindert, wenn die Linse eine starke Konvergenz aufweist.

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Die Ablenkung durch zwei aufeinanderfolgende Ablenkstufen und deren gegenseitige Winkelversetzung ermöglicht die Erzielung minimaler Aberrationen, insbesondere dann, wenn die obere Ablenkeinrichtung in einem Bereich angeordnet ist, wo das Axialfeld schwach ist, und die zweite Ablenkeinrichtung in einem Bereioh angeordnet ist, wo das Axialfeld stark ist. Die zweite Ablenkeinrichtung muß von der Austrittspupille und den aus Eisen gebildeten Polstücken weit genug entfernt sein, damit das davon erzeugte transversale Feld sich nicht in dem unteren Polstück schließt.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

29. Dezember 1978

THOMSON - CSP

173, Bd. Hausstnann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 3199"

Patentansprüche

Elektronenoptik-Objektiv mit einer rotationssymmetrischen magnetischen Linse, die entlang ihrer optischen Achse ein axiales Magnetfeld erzeugen kann, das von der Eintrittsblende zur Austrittsblende variiert, und mit wenigstens einer aus Magnetspulen gebildeten Ablenkeinrichtung, die ein Magnetfeld variabler Intensität erzeugt und die Ablenkung des Elektronenstrahls in einer bestimmten Richtung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spulensysteme (6, 7) vorgesehen sind, von denen das eine in der Nähe der Eintrittspupille (8) und das andere in der Nähe der Austrittspupille (3) angeordnet ist, wobei ersteres System (6) in einem Bereich angeordnet ist, wo das Axialfeld ungefähr ein Zehntelseines Maximalwertes aufweist, und wobei das zweite Spulensystem (7) in einem Bereich angeordnet ist, wo das Axialfeld ungefähr die Hälfte dieses Wertes beträgt, daß das Axialfeld von der Eintrittpupille (8) zur Austrittspupille (3) hin mit einer relativ geringen Steigung zunimmt, seinen Maximalwert in der unmittelbaren

Lei/Gl

Nähe der Austrittspupille (3) annimmt und in der Ebene der Austrittspupille verschwindet, daß die beiden Spulensysteme (6, 7) einander gleich, sind und um einen bestimmten winkel θ gegeneinander verdreht sind und daß die Polstücke der Linse ein Weicheisenelement (1) und ein Eerritelement (2) enthalten, die voneinander durch einen Luftspalt getrennt sind.
2. Elektronenoptik-Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel θ zwischen 215° und 225° liegt.
3. Elektronenoptik-Objektiv nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Spulensystem (6, 7) ein System aus vier Spulen enthält, die jeweils paarweise einander gegenüber angeordnet sind und zwei Paare bilden, und daß die Spulen auf Abschnitte eines Drehzylinders aufgewickelt sind, dessen Rotationssymmetrieachse die Linsenachse ist.

4· Elektronenoptik-Objektiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch seine Verwendung in einem Mikrolithographiesystem.

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