DE2901466A1

DE2901466A1 - Verfahren und einrichtung zur justierung einer elektronenstrahlbearbeitungsanlage

Info

Publication number: DE2901466A1
Application number: DE19792901466
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr Hahn
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1979-01-16
Filing date: 1979-01-16
Publication date: 1980-07-24

Description

Titel: Verfahren und Einrichtung zur Justierung einer
Elektronenstrahlbearbeitungsanlage Anwendungsgebiet der Erfindun: Die Erfindung bezieht sich auf Korpuskularstrahlapparate, insbesondere auf zur Bestrahlung eines Targets dienende Blektronenstrahlgeräte, die über Mittel zur Ablenkung des Elektronenstrahlbündels auf den Target verfügen und Einrichtungen zur Veränderung des vorzugsweise rechteckförmigen Bestrahlungsquerschnittes besitzen. Derartige Elektronenstrahlgeräte werden z. B. zur Erzeugung von vorprogrammierten Bestrahlungsmustern auf lackbeschichteten Halbleiterscheiben zwecks Herstellung von mikroelektronischen Schaltkreisen verwendet.
Im DDR-WP 126 438 ist eine solche Blektronenstrahlbearbeitungsanlage beschrieben. Gegenüber den bekannten, nach dem Punktstrahlprinzip arbeitenden Elektronenstrahlgeräten (Elektronensondengeräten) zeichnet sich das nach dem Flächenstrahlprinzip arbeitende Gerät durch eine besonders hohe Produktivität aus. Diese wird ermöglicht durch die doppelte Programmierbarkeit des Elektronenstrahlbündels, nämlich bezüglich seiner Lage im Arbeitsfeld und seines vorzugsweise rechteckförmigen Querschnittes (Formates) bei gleichbleibender Randschärfe und Intensität.
Während zur Plazierung des flächenhaften Blektronenstrahlbündels auf dem Target die auch bei Sondenstrahlger'lten üblichen Verfahren, z.B. die digital gesteuerte Ablenkung, verwendet werden können, erfordert die programmgesteuerte Verein derung des Elektronenstrahlquerschnittes, die Pormateinstellung, ein besonderes elektronenoptisches Beleuchtungssystem. In der genannten Patentschrift sind zwei derartige Varianten beschrieben: eine erste, bei der die Größe der Leuchtfeidblende durch eine mechanische Bewegung von Blendensohneiden eingestellt wird und eine zweite, bei der die Strahlbegrenzungsschneiden mechanisch fest in verschiedenen, optisch konjugierten Ebenen liegen und die Größe des Strahlquerschnittes mit elektronenoptischen Mitteln eingestellt wird. Diese zweite Variante zeichnet sich durch eine hohe Einstellgeschwindigkeit des Formates aus, die sogar höher sein kann, als die Einstellgeschwindigkeit des Blektronenstrahlortes mit dem Plazierablenksystem auf dem Target.
Es liegt in der Natur des Flächenstrahlprinzips, daß die Anforderungen an die Justierung der Elektronenoptik wesentlich umfangreicher sind als bei einem nach dem Punktstrahlprinzip arbeitenden Gerät Bei der mosaikartigen Komposition des Bestrahlungsmusters mit dem Flächenstrahl können sich Fehl- und Überbelichtungen in den Naht zonen der Bestrahlungsmosaiks ergeben, wenn nicht daür Sorge getragen wird, daß ede Seite des Strahlquerschnittes zur x- bzw y-Ablenkrichtung des Plazierablenksystems genau parallel liegt (Format justierung) und eine von der Formatsteuerung vorgeschriebene Lange (Formateichung) besitzt. Ferner erfordert das Beleuchtungssystem eine genaue Fokussierung des crossover-Abbildes auf die Kippebene des Formatablenksystems und eine genaue Justierung desselben als Bintrittspupille auf die optische Achse des Objektivs bzw. auf die 'ffnung der Austastblende, sofern diese zwecks Vermeidung eines störenden Streuuntergrundes so klein gewählt werden muß, daß sie das crossover-Abbild beschneidet und auch als Aperturblende wirksam wird.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Die prinzipielle Funktion der elektronenoptischen Einrichtung eines Elektronenbestrahlungsgerätes nach dem Flachenstrahlprinzip mit einer elektronenoptisch einstellbaren iJeuchtfeldbegrenzung sowie ein Verfahren und eine Einrichtung derselben sind aus dem DDR-NE 113 416 bekannt. Verfahren oder Einrichtungen zur Format justierung und Formateichung sind bisher in der Literatur nicht beschrieben worden. Eine detaillierte Darstellung erfolgt anhand der Fig. 1, welche dem bereits vorhandenen Stand der Technik entspricht. Die bekannten elektronenoptischen Mittel, mit deren Hilfe auf das Elektronenstrahlbündel so eingewirkt wird, daß es in der Targetebene intensitatsgerecht und formatgetreu ist, erfüllen ihre Aufgabe jedoch nicht riickwirkungsfrei. Somit wird deren Einstellung schwierig und zeitaufwendig. Außerdem kann mit dem bekannten Justierveriahren nicht eindeutig entschieden werden, ob ein Astignatismus in der ersten Zwischenpupille vorhanden ist oder nicht.
Ziel der Erfindung: Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Effektivität einer nach dem Flächenstrahlprinzip wirksamen Blektronenstrahlbearbeitungsanlage wesentlich zu steigern, indem die Justierzeiten stark verkürzt werden. Damit ist es auch vertretbar, Kontrollen über den Justierzustand h::ufiger als bisher, z.B. nach jeder Belichtung einer Scheibe anzusetzen, wodurch die Ausschußquote im Produktionsergebnis gesenkt und die Forderungen an die elektrische Versorgung bezüglich Langzeitkonstanz in realisierbaren Grenzen gehalten werden können.
Darlegung des Wesens der Erfindung: Aufgabe der Erfindung ist es, ein nach dem Prinzip der elektronenoptischen Leuchtfeldbende wirksames Beleuchtungssystem so auszubilden, daß seine Justierung möglichst einfach ist.
Insbesondere soll es möglich sein, den Zustand des Beleuchtungssystems in den Kategorien Pupillenjustierung, Format justierung und Formateichung bequem überprüfen und gegebenenfalls auftretende Abweichungen schnell und gezielt korrigieren zu können.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Justieren einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage, bei der eine erste Winkelblende in die Ebene einer zweiten, komplementären Winkelblende abgebildet wird, so daß sich ein vorzugsweise rechteckförmig begrenzter Strahiquerschnitt ergibt, der über ein Objektiv verkleinert auf eine Targetebene abgebildet und dort in x- und y-Richtung abgelenkt wird, und bei der ferner der crossover des Strahlerzeugungssystems in die Kippebene eines Ablenksystems zur rormatän derung und von dort in die Ebene der Aperturblende (Eintrittspupille) des Objektivs abgebildet wird, bezüglich der Justieren kategorien Pupillenjustierung, Formatiustierung und Formateichung vorgeschlagen, bei dem in zeitlicher Reihenfolge Abbildungen des Elektronenstrahlquerschnittes erzeugt werden, die charakteristische Merkmale aufweisen, die in eindeutiger Gleise den zu korrigierenden Parametern der Justierkategorien Pupillenjustierung, Formatjustierung und Formateichung zugeordnet werden können und die zum Verschwinden gebracht werden, indem der betreffende Justierparameter auf Sollage eingestellt ird, wobei Rtickwirkungen auf bereits vorgenommene Justierungen dadurch vermieden werden, daß sowohl die Reihenfolge der Abbildungen als auch die Reihenfolge der einzustellenden Justierparameter eine bestimmte ist und die Wahl und Anordnung der Justiermittel dies ermöglichen.
Erfindungsgemäß sind nacheinander folgende Justierschritte durchzuführen: a) Abbildung der Aperturblende und Fokussierung der Pupille in die Ebene der Aperturblende zwecks Pupillenvorjustierung, b) Abbildung der Targetebene und undizyklische Plazierung eines Nullformates in x- und y-Ablenkrichtung auf der Targetebene in Schritten der Nullformatbreite mit anschließender Korrektur des an den Formatkanten sichtbaren Keilfehlers, Parallelogrammfehlers, Abstandsfehlers und der Helligkeitsunterschiede in vier angrenzenden Zecken des Nullformates zwecks Formatjustierung, c) Abbildung der Aperturblende und zyklische Formatplazierung sowohl in der x- als auch in der y-Ablenkrichtung in Kombination mit einer zyklischen Pormatänderung, welche in x- und y-Richtung phasenverschoben erfolgt, mit anschlicRender Korrektur der dabei auftretenden Pupillenverschiebung zwecks Pupillen justierung, d) Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung des Formates bei gleichzeitiger Formatänderung analog Schritt c) sowie Korrektur des an den Formatkanten sichtbaren Abstandsfehlers zwecks Formateichung.
Es kann vorteilhaft sein, wenn nach der Korrektur des Eeilfehlers ein zusätzlicher Justierschritt erfolgt, der darin besteht, daß wiederum eine Abbildung der Aperturblende erfolgt und eine durch Strahlwobbelung sichtbar gemachte Inkonstanz des Pupillenastigmatismus beseitigt wird.
In einem spater erläuterten Sonderfall ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in der Schrittfolge a) bis d) der erste Schritt durch eine Abbildung der Winkelblende und Wobbelung der Strahlenzentrierung mit Kipp um die erste Winkelblende ersetzt wird und dadurch eine Oszillation der Schenkel im Abbild der ersten Winkelblende sowie eine verbleibende Fokussierdifferenz der beiden Schenkel im Abbild der ersten Winkelblende beseitigt werden.
Die Erfindung basiert weiterhin auf einer Reihe von Gedanken, die die zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Einrichtungen betreffen.
Ausgehend von einer Einrichtung zur Justierung einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage, bei der eine erste Winkelblende über ein Wondensorsystem in die Ebene einer zweiten, komplementaren Winkelblende abgebildet wird, so daß sich ein vorzugsweise rechteckförmig begrenzter Strahlquerschnitt ergibt, der über eine Zwischenlinse und ein Objektiv verkleinert auf eine Targetebene abgebildet und mit Hilfe eines Plazierablenksystems dort abgelenkt wird, bei der ferner der crossover des Strahlerzeugungssystems über einen ersten in die Kippebene eines zweietagigen Ablenksystems zur Formatänderung und von dort über einen zweiten Kondensor und die Zwischenlinse in die Ebene der Eintrittspupille der Objektivs abgebildet wird, bei der ferner eine Strahlzentrierung zur Ausrichtung des Strahlerbündels @o@ohl auf die erste Winkelblende als auch auf eine in der Ebene der Eintrittspupille liegende Aperturblende oder Austastblende vorhanden ist, und bei der eine Reihe von Stigmatoren auf das Strahlenbündel einwirken9 bezieht sich ein erstes Merkmal der Erfindung auf die zahlenmäßige Einschränkung der Justierparameter im Routinebetrieb. Erfindungsgemäß wird das Kondensersystem so dimensioniert, daß eine bestimmte Justierbedingung, nämlich die Abbildung der ersten Winkelblende auf die zweite, immer dann erfüllt ist, wenn eine andere ohnehin erforderliche und zum Unterschied zur erstgenannten Justierung leichter überprufbare Justierung vorgenommen worden ist, nämlich die Fokussierung des orossover-Abbildes auf die Ebene der Aperturblende. Zu diesem Zweck sind der Abstand a zwischen crossover und erster Winkelblende, der Abstand b zwischen der ersten Winkelblende und der dingseitigen Hauptebene des ersten Kondensors, der Abstand c zwischen der bildseitigen Hauptebene des ersten Kondensors und der dingseitigen Hauptebene des zweiten Kondensors, der Abstand d zwischen der bildseitigen Hauptebene des zweiten Kondensors und der zweiten Winkelblende und der Abstand e zwischen der zweiten Winkelblende und der Ebene einer zweiten Zwischenpupille so bemessen sind, daß sie den Ausdruck D = 1 - 4 b/c # d/c (1 + b/a) (1 + d/e) annullieren.
in zweites Merkmal bezieht sich auf die Parallelitätskorrektur eines Schenkels im Abbild der ersten Winkelblende zu seinem konjugierten im Abbild der zweiten Winkelblende.
Es ist grundsätzlich möglich, die Bilddrehwirkung der Kondensoren dafür zu nutzen, indem man den einen Kondensor etwas schwacher und den anderen entsprechend etwas stärker erregt.
Jedoch hat dieses Verfahren den Nachteil, daß hierbei auf mehrere Justierparameter zurückgewirkt wird. So wird u. a. die Pupillenabbildung auf die Kippebene des Formatablenksystems zwangsläufig defokussiert und auch der Abbildungsmaßstab der Ebene der ersten Winkelblende auf die Ebene der zweiten verändert. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine schwach erregbare Spule zwischen den Kondensoren in Höhe der ersten Zwischenpupille koexial angeordnet. Sie besitzt keine RUckwirkung auf die Pokussierung und den Maßstab der Abbildungen und ist nur als Drehlinse wirksam, wobei allerdings auch die Ablenkrichtung der oberen Etage zur unteren des Formatablenksystems gedreht wird.
Ein drittes Merkmal betrifft die Prage nach dem Ein stellkriterium der Stigmatoren für die Kompensation des Astigmatismus in der ersten Zwischenpupille, dessen Vorhandensein sich nachteilig auf die Format justierung und die Homogenität und Konstanz der Intensität im Elektronenstrahlquerschnitt bei Formatwechsel auswirken kann. Er ist direkt nicht nachweisbar, da eine stigmatische crossover-Abbildung in der Ebene der zweiten Zwischenpupille bzw. in der Ebene der dritten Zwischonpupille, der Ebene der Aperturblende, als Einstellkriterium allcin nicht hinreichend ist. Um diesem Merkmal abzuhelfen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine weitere, stärker erregbare Spule in Höhe der ersten Zwischenpupille anzuordnen und ihre Erregung während des Einsteliprozesses der Stigmatoren zu wobbeln, so daß zwischen der Ebene der ersten Zwischenpupille und der Ebene der eine Bilddrenung/ zweiten Zwischenpupille abwechseTndVvdn beispielsweise @ 15 sich einstellt, die eine entsprechend periodische Anderung des nachweisbaren Astigmatismus in der Ebene der Aperturblende dann zur Folge hat, wenn der Astigmatismus in der ersten Zwischenpupille noch nicht kompensiert ist.
Ein viertes Merkmal der Erfindung bezieht sich auf das Problem, den Winkel zwischen den Schenkeln im Abbild sowohl der ersten Winkelblende als auch der zweiten mit dem von der x-und y-Ablenkrichtung des Plazierablenksystems eingeschlossenen Basiswinkel, der vorzugsweise ein rechter Winkel ist, in fibereinstimmung zu bringen, ohne daß bei dem entsprechenden Justiervorgang auf bereits justierte Zustände der elektronenoptischen Abbildung, insbesondere die stigmatische Pupillenabbildung, störend eingewirkt wird. Umgekehrt soll auch die Kompensation des Pupillenastigmatismus keine Rückwirkung auf die Ortllogonalität der Be;rensungss3iterl des Strahlquerschnittes haben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Anzahl von schwach erregbaren Quadrapolen in dem Kondensorsystem so angeordnet und in Gruppen zu je zwei oder mehreren Quadmpolen elektrisch hintereinander geschaltet werden, daß auf Grund der optischen Symmetrien im Hauptstrahlengang des Kondensorsystems bei gruppenweiser Erregung der Quadrupole diese in der mit der betreffenden Gruppe beabsichtigten Wirkung sich verstärken und in den anderen undeabsichtigten Wirkungen sich kompensieren.
Ein fünftes Merkmal bezieht sich auf die Forderung nah Invarianz von Randschärfe und Intensität im Strahlquerschnitt bei einer beliebigen Minderung des Formates innerhalb des einstellbaren Pormatbereiches. Der Grund für ein Fehlverhalten liegt in einer unerwünschten Querverschiebung des crossover-Abbildes in der Aperturblendenöffnung, die ihrerseits verschiedene Ursachen haben kann. Fällt die Ebene der ersten Zwischenpupille nicht mit der Kippebene des Formatablenksystems zusammen, so wird die Pupille in der gleichen bzw. entgegengesetzten Richtung verschoben, in der sich das Format öffnet oder schließt.
Durch eine Fokussierung der ersten Zwischenpupille auf die Kippebene des Formatablenksystems kann man zwar diese Komponente der Pupillenverschiebung zum Verschwinden bringen, aber im allgemeinen verbleibt dann noch eine transversale Romponente, die ihre Ursache in einer nicht exakten Ablenkung des Formatablenksystems haben kann. Beispielsweise braucht ein fixer Kippunkt für alle Ablenkrichtungen nicht zu existieren. Um diese Schwierigkeit zu beheben, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in dem Formatablenksystem, das aus zwei in Strahlfortpflanzungsrichtung hintereinander liegenden Ablenketagen besteht, wobei jede Ablenketage zwei gekreuzte leiterkonfigurationen (Ablenkspulen) enthält, die Ablenkströme ux, uy in der oberen und vx, vy in der unteren Etage nach Art einer affinen Transformation.
= = a11 vx + a12 vy (1) uy = a21 vx + a22 vy miteinander verkoppelt sind, wobei die Matrixkoeffizienten a11 bzw. a22 beispielsweise im Intervall 0,9 bis 1,1 einstellbar sind zum Zwecke der Einstellung der Kipppunkte der x- bzw. y-Formatablenkung auf die Ebene der ersten Zwischenpupille und die Matrixkoeffizienten a12 und a21 beispielsweise im Intervall - 0,1 bis + 0,1 eintellbar sind zum Zwecke einer Drehung der Ablenkrichtung der oberen Ablenketage gegenüber der Ablenkrichtung der unteren. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß erstens der Fokussierung des crossover-Abbildes auf die Kippebene des Formatablenksystems eine größere Toleranz zugestanden werden kann und das zweitens eine Drehung der Ablenkrichtung der oberen Etage, die bei der Parallelitätskorrektur durch die Drehlinse verursacht wird, auf einfache Weise kompensiert werden kann Bin sechstes Merkmal bezieht sich auf die Kontrolle der Format justierung und Formateichung unter Verwendung eines die Targetebene in Durchstrahlung auf einen Leuchtschirm hochvergrößernden Projektionsabbildungssystems, welches eine umschaltbare Zwischenlinse zur Abbildung der Targetebene oder der Ebene der Eintrittspupille auf einem Leuchtschirm enthält Mit Hilfe des .Sbbildungssystems wird die zyklische Formatplazierung auf der Targetebene so vorgenommen, daP bei richtiger Formatåustierung und Formateichung im zeitlichen Mittel eine Fläche gleichmäßig beleuchtet wird, die mit der geometrisch durch Translationen des Formats in Einheiten seiner Kantenvektoren nach Richtung und Betrag konstruierten Fläche ist, während bei einer fehlerhaften Format justierung oder Formateichung an den ändern der zyklisch plazierten Formate infolge Überlappung bzw. Trennung helle bzw. dunkle Zonen auftreten, aus deren Gestalt die Art der Justierfehler erkannt werden kann, und daß bei einer fehlerhaften Pupillen justierung die Leuchtdichte in den vier angrenzenden Ecken des zyklisch plazierten Formates unterschiedlich ist.
Ausführungsbeispiel: Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 die elektronenoptische Binrichtung eines Elektronenbestrahlungsgerates nach dem Stand der Technik, Fig. 2 ein Schaubild zur erfindungsgemäßen Dimensionierung des Kondensorsystems, Fig. 3, 4, 5 Diagramme zur Veranschaulichung des Zusammenhanges zwischen der Dimensionierung des Kondensorsystems und den zulässigen Kondensorerregungen für den Fall, daß die gewünschten Abbildungen der Winkelblenden und des crossover eingehalten sind, Fig. 6 die elektronenoptische Einrichtung entsprechend der Erfindung, Fig. 7,8 schematische Darstellungen zum Verschaltungsprinzip der Quadrupole bzw. Stigmatoren, Fig. 9, 10, 11, 12 Diagramme zur Veranschaulichung der Format justierung, Fig. 13, 14, 15 Diagramme zur Veranschaulichung der Formateichung.
Wie Fig. 1 dargestellt, erfolgt die Begrenzung des vom Orossover 1 des Strahlers ausgehenden Elektronenstrahlbündels durch zwei optisch komplementäre Winkelblenden 3 und 7. Die Erregung der Kondensoren 4 und 6 ist so gewählt, daß erstens die Winkelblende 3 in die Ebene der Winkelblende 7 abgebildet wird und daß zweitens der crossover 1 in die Ebene der Aperturblende 10 unter Beteiligung der vorzugsweise im Brechkraftmaximum betriebenen Zwischenlinse 9 abgebildet wird.
Dabei entsteht in Höhe der Mittenebene des Formatablenksystems 21, 22 ein Zwischenbild des crossovers, die erste Zwischenpupille, in deren Ebene 5 auch der virtuelle Kippunkt des Abienksystems 21, 22 liegen soll. Schließen die Schenkel der Sinkelblende 3 einen rechten Winkel ein und ebenso die Schenkel der Winkelblende 7, so ergibt sich bei mechanisch paralleler Einbaustellung auf Grund der Bildumkehr der vorzugsweise gleichstarh erregten aber gegensinnig gepolten Kondensoren 4 und 6 ein rechteckförmiger Strahlquerschnitt in der Ebene der Winkelblende 7, der über die Zwischenlinse 9 und das Objektiv 11 auf die Targetebene 12 verkleinert abgebildet wird. Seine Begrenzung hat die Eigenschaft, daß sie in zwei Teile zerlegt werden kann, deren einer Teil das Abbild einer meokanisch festen Strahlbegrenzung, nämlich der Winkelblende 3 ist, und deren anderer Teil das Abbild einer mechanisch festen Strahlbegrenzung, nämlich der Winkelblende 7 ist, wobei weder der eine Teil noch der andere Teil einzeln genommen die Größe des Strahlquerschnittes, das Format, bestimmt. Dieses Format wird abgesehen vom mechanischen Justierzustand der Winkelblenden und der Eondensoren erst durch die Feldstärke des Formatablenksystems 21, 22 festgelegt und kann mindestens ebenso schnell zweidimensional verände@t werden wie der Ort des Strahlquerschnittes auf der Targetebene 12, der mit Hilfe des Plazierablenksystems 13 eingestellt wird. Da ebenso wie das Ablenksystem 13 auch das Ablenksystem 21, 22 elektronisch angesteuert werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, das Elektronenstrahlbündel an jeden beliebigen Ort innerhalb des Optisch möglichen Arbeitsfeldes zu plazieren und seinen Strahlquerschnitt eine beliebige Größe innerhalb des optisch möglichen Formatbereiches zu geben.
Damit ein vorprogrammiertes Bestrahlungsmuster auf dem Target erzeugt werden kann, is t ein Austastsystem 19 vorgesehen, das das erossover-Abbild in der Ebene der Aperturblende 10 ein-und auszulenken gestattet, wodurch der Strahlquerschnitt in der Targetebene 12 entsprechend hell- und dunkelgetastet wird. ga die Austastaper tur der die Leuchtfeldebene bei 7 abbildenden Strahlenbündel im Vergleich zu deren Apertur in der Targetebene dem Abbildungsmaßstab Leuchtfeldebene/Target entsprechend klein ist,genügt bereits eine kleine Erregung des Austastsystems 19, um den Strahlquerschnitt dunkel zu tasten, ohne daß sich dabei seine Lage auf dem Target merklich verschiebt und sich sein Format wesentlich ändert0 Bei Zuhilfenahme eines zweiten synchron mit dem Austastsystem 59 angesteuerten Ablenksystems 24 unterhalb der Winkelblende 5 kann man auch dafür sorgen, daß während des Ein- bzw. Austastvorganges das Bild der Strahlbegrenzung 3 auf der Targetebene sich nicht verschiebt. Damit ist die Möglichkeit einer exakten und sehr schnellen Hell/Dunkeltastung des Elektronenstrahlqtersehnittes auf dem Target gegeben.
Weitere elektronenoptische Einrichtungen dienen dazu, das Elektronenstrahlbündel auf die Winkelblende 3 und die Aperturblende 10 automatisch auszurichten, den Strahlstrom im Strahlquerschnitt zu messen und die Leuchtfeldabbildung auf die Targetebene zu stigmatisieren. Hierzu gehören ein zweietagiges Doppelablenksystem 26, 27 zur Zentrierung des Strahlenbündels auf die Winkelblende 3 mit Kipp um den crossover 1 und zur Zentrierung des crossover-Abbildes, der dritten Zwischenpupille in die Aperturblendenöffnung mit Kipp um die ltinkelblende 3, ein Ablenksystem 17 zur Totalablenkung des Strahlenbndes iiber der Aperturblende 10 zwecks Messung des Strahlstromes im dunkelgetasteten Zustand sowie Stigmatoren 14 und 15 zur Kompensation des zwei- und dreizähligen Astigmatismus der Leuchtfeldabbildung auf die Tagetebene.
Im elektronenoptischen Beleuchtungssystem sind ferner elektronenoptische Mittel vorhanden, mit deren Hilfe auf das Elektronenstrahlbündels so eingewirkt werden kann, daß es in der Targetebene intensitätsgerecht und formatgetreu ist. Hierzu gehören die Stigmatoren 18, 20, 23, 25 und die Hilfskondensoren 2 und 8. Des weiteren fallen unter diese Kategorie von Justiermitteln auch die Kondensoren 4 und 6 in ihrer Eigenschaft, das Abbild der Winkelblende 3 gegenüber der Winkelblende 7 drehen zu können, und die Zwischenlinse 9 in ihrer Bigenschaft, das Format als ganzes drehen zu können. Die Stigmatoren 25 und 20 haben die Aufgabe, den Pupillenastigmatismus in der Ebene 5 der ersten Zwischenpupille und in der Ebene der Aperturblende 10 zu kompensieren, während die Stigmatoren 23 und 18 die Aufgabe haben, die Abbildung der Winkelblenden auf Orthogonalität ihrer Schenkel zu justieren. Die Stigmatoren erfüllen jedoch ihre Aufgabe nicht rückwirkungsfrei, da z. B. der Stigmator 20 ebenso auf den Scheitelwinkel im Abbild der Winkelblende 3 einwirkt wie die Stigmatoren 23 und 18 auf den Pui)illenastigmatismus. Damit wird die Einstellung der Stigmatoren schwierig und zeitaufwendig Außerdem verfügt die elektronenoptische T4'inrichtung über kein Drittel, mit dessen EIilfe klar entschieden werden kann, ob ein Astigmatismus in der ersten Zwischenpupille vorhanden ist oder nicht Die Justierung auf optische Parallelität gegenüberliegender Seiten des Strahlquerschnittes erfordert, daß die Schenkel im Abbild der Winkelblende 3 parallel zu den ihnen korrespondierenden der Winkelblende 7 eingestellt werden können Ohne eine Veränderung des Pupillenastigmatismus in der Aperturblende 10 und unter der Nebenbedingung, daß die Abbildung der Winkelblende 3 auf die Winkelblende 7 erhalten bleibt, ist dies bei entsprechender Einstellung der Erregungen der beiden Stigmatoren 20, 23 und der Kondensoren 4 und 6 prinzipiell möglich. Auf Grund der elliptischen Verzeichnung, die die Stigmatoren 20 und 23 bewirken, kann der Scheitelwinkel der beiden Schenkel im Abbild der winkelblende 3 verändert werden und auf Grund der Bilddrehung, die die beiden Kondensoren 4 und 6 bei gegensinniger Erregungsänderung bewirken, kann das Abbild der Winkelblende 3 als ganzes gedreht werden.
Hierbei tritt jedoch zwangsläufig eine axiale Verschiebung der ersten und dritten Zwischenpupille auf e Um diese Defokussierung wieder riIckgängig machen zu k<nnen, sind die ifilfskondensoren 2 und 8 vorgesehen.
Die beschriebenen Justierprozesse sind vor allem auf Grund ihrer vielen Rückwirkungen sehr kompliziert und ihre BurchfShrung schwierig und zeitaufwendige Um diese Nachteile zu vermeiden, werden an dem Beleuchtungssystem eine Reihe von Neuerungen vorgeschlagen, die in den folgenden Figuren erläutert werden.
Ausführungsbeispiel der Erfindung: Aus Fig. 2 geht die Bezeichnung derjenigen Abstände hervor, die bei der Dimensionierung des Kondtnsorsystems nach dem ersten Merkmal der Erfindung wesentlich sind. Es sind dies der Abstand a zwischen crossover 1 und Winkelblende 3, der Abstand b zwischen Winkelblende 3 und dingseitiger Hauptebene H1 des Kondensors 4, der Abstand c zwischen bildseitiger Hauptebene II1 des Kondensors 4 und dingseitiger Hauptebene H2 des Kondensors 6, der Abstand d zwischen bildseitiger Hauptebene H2 des Kondensor 6 und Winkelblende 7 und der Abstand e zwischen Winkelblende 7 und Ebene 16 der zweiten Zwischenpupille, die mit der Zwischenlinse 9 vergrörert in die Ebene der Aperturblende 10 abgebildet wird. Da die Hauptebenen bei kleinen Erregungsänderungen der beiden Kondensoren sich nur wenig, verschieben, haben diese fünf Abstände praktisch den Rang von mechanisch fixierten Längen. Ist nun das Kondensorsystem so dimensioniert, daß zwischen ihnen die Beziehung besteht D # 1 - 4 b/c # d/c (1 + b/e) = 0 (2) so gibt es einen gewissen Krregungsbereich der beiden Kondensoren, in dem bei Abbildung des crossovers in die Ebene der Aperturblende notwendig auch die Abbildung der Winkelblende 3 in die Ebene der .linkelblende 7 erfolgt.
In Fig. 3 bis 5 veranschaulicht die Kurve 28 den funktionalen Zusammenhang zwischen den Erregungen J1 und J2 der beiden Kondensoren 4 und 6 in dem einen Falle, daß die Abbildung der Windelblenden aufeinander eingehalten wird, und die Kurve 29 den funktionalen Zusammenhang in dem anderen Falle, daß die Abbildung; des crossovers in die Ebene der Aperturblende eingehalten wird. Ist die Diskriminante D c O, so gibt es gemäß Fig. 3 beinen Erregungszustand der Kondensoren, in dem die beiden Abbildungen simultan zustandekommen. Ist die Diskriminante D > O, so gibt es gemaß Fig. 4 zwar zwei bestimmte Erregungszustände, nämlich in den Schnittpunkten 30 und 31, in denen eine simultane Abbildung möglich ist, jedoch folgt aus der Feststellung, daß die Pupille auf die Ebene der Aperturblende fokussiert ist, nicht notwendig, daß auch die Winkeilende 3 auf die Ebene der §t.inkelblende 7 abgebildet wird. Diese Eigenschaft ist nur dann gewährleistet, wenn die Erregungen J1, J2 die schmale Zone 32 oder 33 nicht verlassen. Die Existenz dieser Zonen ist durch die relativ große Schärfentiefe der Winkelblendenabbildung begründet, die eine gewisse Toleranz für den Kurvenzug 28 zuläßt. Bei einer Dimensionierung des Kondensorsystems auf D = 0 ist gemäß Fig. 5 die Zone 34 wesentlich breiter, so daß damit ein Spielraum für die Kondensorregungen besteht, innerhalb dessen vorteilhaft auch eine Grob justierung auf Parallelität der Winkelblendenabbildung und/oder eine Grob justierung der ersten Zwischenpupille auf die Kippebene des Formatablenksystems vorgenommen werden kann. Diese Möglichkeit hat insofern Bedeutung, als damit die Einstellbereiche für die Matrixkoeffizienten der Kopplung (1) und für die Drehlinse 38 (Fig. 6) nicht groß zu sein brauchen.
Zwecks hinreichend genauer Dimensionierung auf D = 0 kann man einen Abstandszylinder 35 vorsehen, dessen Höhe ggf.
auch empirisch abgestimmt werden kann, wenn die Fertigungstolerasen eine genaue Vorherbestimmung in Frage stellen. Die einmalige empirische Abstimmung erfolgt anhand der gemessenen Kurven 28 und 29, aus deren Aufspaltung wie im Falle der Fig. 3 von 28 und 29, aus deren Aufspaltung wie im Falle der Fig. 3 oder 4 nach einer einfachen Formel die Höhenänderung des Abstandszylinders 35 berechnet werden kann. Um den funktionalen Zusammenhang zwischen den Kondensorerregungen J1 und J2 scharf messen zu kdnnen, der zur Kurve 28 führt, ist es zweckmäßig, die Zwischenlinse abzuschalten und außerdem eine kUnstliche Aperturerhöhung durch Wobblung der Strahlzentrierung 26, 27 mit Kipp um die Winkelblende 3 vorzunehmen.
Diese Justierung ist für eine einmalige Vorzentrierung geeignet, nicht aber für einen Routine betrieb auf Grund ihres zeitlichen AuSwandes. Außer der bei Verwendung des Abstandszylinders 35 symmetrischen Verschiebung der Kondensoren 4 und 6 kann auch die Möglichkeit einer gemeinsamen axialen Verschiebung vorgesehen sein, was beispielsweise durch eine Dickenänderung von Unterlegscheiben in den Haltevorrichtungen der Eisenkreise der Kondensoren 4 und 6 erreicht wird, ohne daß dabei die vorgenommene Justierung auf D = 0 wesentlich verletzt wird. Durch eine gemeinsame Verschiebung wird nämlich die Differenz derjenigen Brregungen der Kondensoren 4 und 6 verändert, bei denen der crossover 1 sowohl auf die Kippebene des Formatablenksystems 21, 22 als auch auf die Ebene'der Aperturblende 10 abgebildet wird. Eine Vernderung der Differenz der gegengepolten Kondensorerregungen bedeutet eine Veränderung des Bilddrehwinkels des Abbildes der Winkelblende 3 in der Ebene der Winkelblende 7. Damit wird eine Grobjustierung Winkelblendenschenkel auf optische Parallelität ermöglicht, so daß die Einstellbereiche der Drehlinse 38 und der Koppelmatrix 36 nur für eine Fein justierung ausgelegt zu sein brauchen.
Ferner sei erwähnt, daß die Dickenänderung der Unterlegscheiben, die sowohl eine gleichsinnige wie gegensinnige Verschiebung der Kondensoren 4 und 6 bewirken, als ein Linearkompositum von Differenzen eindeutig bestimmbarer Erregungen dargestellt werden kann, die jeweils durch eine der vier Bedingungen festgelegt sind: Abbildung der Blende 3 auf die Blende 7 bei vorzugsweise gleicher Erregung J1 = J2' Abbildung der Blende 3 auf die Blende 7 bei Parallelität der Schenkel im Abbild der Winkelblende 3 und 7, Abbildung des crossovers 1 auf die Ebene der Aperturblende 10 bei vorzugsweise gleicher Brregung J1 = J2, Abbildung des crossovers 1 auf die Ebene der Aperturblende 10 bei Invarianz des Pupillenortes gegenüber einer Variation des Formates.
Die den Merkmalen zwei bis fünf entsprechenden Neuerungen am Beleuchtungssystem sind in Fig. 6 und 7 schematisch dargestellt. Es sind dies die Drehlinse 38, die iobbeldrehlinse 39, die gegensinnig hintereinandergeschaltete Stigrnatordublette 40, die gegensinnig hintereinandergeschaltete Stigmatordublette 41, die gegensinnig hintereinandergeschaltete Quadrupoldublette 42, der Quadrupol 43, die gleichsinnig hintereinandergeschaltete Stigmatordublette 44 und die Koppelmatrix 36. Die Drehlinse 38 besteht nach Art einer Luftspule aus wenigen Lagen von beispielsweise je hundert Drahtwindungen, die auf einen inneren Zylinder des das Formatablenksystem tragenden Körpers symmetrisch zu dessen Mittenebene aufgewickelt sind. Bei Stromstärken bis maximal 100 mA und einer Strahlspannung von beispielsweise 30 kV gestattet sie eine Drehung bis zu + 3° des Abbildes der Winkelblende 3 in der Ebene der Winkelblende 7. Auf Grund ihrer Anordnung in Höhe der Ebene 5 der ersten Zwischenpupille tritt in diesem Erregungsbereich praktisch noch keine Defokussierung der zweiten bzw. dritten Zwischenpupille auf. Die einzige Nebenwirkung besteht in einer Drehung der Ablenkrichtung der oberen Etage 22 des Formatablenksystems, die zu einer transversalen Pupillenauslenkung bei Formatwechsel führt, die aber ohnehin mit Hilfe der iroppelmatrix 36 (Matrixkoeffizienten a12, a21) für die Ablenkströme kompensiert werden kann und außerdem während des Justierprozesses auf Parallelität der tMinkelblendenabbildung nicht auftritt, sofern das Formatablenksystem stromlos ist.
Die Koppelmatrix 36 erfüllt auch noch eine weitere Funktion, nämlich die Feineinstellung der Kippebene des Formatablenksystems auf die Ebene 5 der ersten Zwischenpupille, die an den Matrixkoeffizienten a11 für die x-Ablenkrichtung und a22 für die y-Ablenkrichtung vorgenommen wird. Die Erfüllung dieser Bedingung oblag bisher dem IIilfkondensor 2 (Fig. 1), der damit entfallen kann. Ebenso i;berflSissig ist auch der Hilfskondensor 8, da auf Grund der Dimensionierung des Kondensorsystems auf D = 0 die Pupillenfokussierung auf die Ebene der Aperturblende 10 durch Einstellung der Kondensorerregungen vorgenommen werden muß, bei der, wie aus Fig. 5 hervorgeht, auch die Abbildung der Jinkeiblende 3 auf die Ebene der Winkelblende 7 zwangsläufig gewährleistet ist.
Symmetrisch zur Mittenebene des Formatablenksystems ist die gegenüber der Drehlinse 38 etwa fünfmal stärker erregbare Wobbeldrehlinse 39 angeordnet. Sie hat die Aufgabe, einen möglichen Astigmatismus der ersten Zwischenpupille erkennbar zu machen. Sie läßt sich so erregen, daß die Bilddrehung zwischen der Ebene der ersten Zwischenpupille und der Ebene der dritten Zwischenpupille, der Ebene der Aperturblende 10, abwechselnd um beispielsweise + 150 geändert wird. Das Kriterium dafür, daß die erste Zwischenpupille stigmatisch ist, ist die bei obblung der Drehlinse 39 beobachtete Konstanz des Pupillenastigmatismus in der Ebene der Aperturblende oder, wenn die Pupille in der Aperturblende bereits stigmatisiert ist, die Erhaltung der stigmatischen Abbildung des crossovers in der Ebene der Aperturblende.
Um die Realisierung des vierten Merkmals der Erfindung auf relativ einfache Weise zu demonstriern, wird vorausgesetzt, daß die Dimensionierung des Kondensorsystems auf D = 0 symmetrisch erfolgt, was durch die Eigenschaft a = e, b = d beschrieben wird. Diese hat den Vorteil, daß bei Verwendung einer einfachen Stromspeisung die Stigmatoren bzw. Quadrupole von einunddemselben Typ sein können. Vorzugsweise besteht dieser aus vier auf vier konzentrischen Zylindern in radialer Richtung dicht übereinander angeordneten Quadrupolen (q, r, s, t). Jeder Quadrupol wird aus vier im Azimut symmetrisch angeordneten und entsprechend verschalteten Sattelspulen gleicher Windungszahl gebildet.
Jeweils zwei Quadrupole liegen azimutal parallel und die beiden Ouadrupolpaare zueinander um 45 azimutal gedreht.
Die elektrischen Anschlüsse der Ouadrupole jedes Vierersystems sind einzeln herausgeführt und werden paarweise mit den nuadrupolen der anderen Vierersysteme nach einer bestimmten Vorschrift verbunden, die in Fig. 7 schematisch angedeutet ist und aus den folgenden Beschreibungen hervorgeht.
Um das Verschaltungsprinzip verständlich zu machen, ist in Fig. 8 der für das Kondensorsystem typische Verlauf zweier Fundmentalkurven rα und rß der paraxialen Differentialgleichung dargestellt. Die Fundamentalkurve rN hat in den Achspunkten 3' und 79 der Winkelblenden 3 und 7 je eine Nullstelle und die Fundamentalkurve hat im Achspunkt 1' des crossover, im Achspunkt 5' der ersten Zwischenpupille und im Achspunkt 16' der zweiten Zwischenpupille, der zum Achspunkt der Aperturblende 10 über die Zwischenlinse 9 konjugiert ist, je eine Nullstelle. Bekanntlich treten in den Integranden der Virkungsintegrale für den Astigmatismus und die elliptische Verzeichnung von schwachen Quadrupolfeldern diese Fundamentalkurven als Faktoren auf, Der Integrand für den Pupillenastigmatismus enthält r2 als Faktor und der Inte-13 grand für die elliptische Verzeichnung der Winkelbiendenabbildung das Produkt rα. r13 als Faktor.
Erfindungsgemäß werden jeweils zwei längs der optischen Achse liegende Quadrupole gleich- bzw, gegensinnig hintereinandergeschaltet, so daß sie in der beabsichtigten Wirkung sich verstärken und in den unbeabsichtigten Vtir zungen sich kompensieren. Hierzu ist notwendig, daß die zu einer Quadrupoldublette verschalteten Quadrupole verschiedener Vierersysteme azimutal parallel ausgerichtet sind. Die Anordnung der Vierersysteme (nachfolgend mit VS bezeichnet) längs der optischen Achse ist in Strahlrichtung folgendermaBen getroffen: Das VS 25 liegt mit gleichem Abstand oberhalb der Winkelblende 3, wie das VS 18 unterhalb der l,tinkelblende 7.
Mit letzerem liegt das VS 37 symmetrisch zur Mitte der Strecke e. Die beiden VS 23 und 20 liegen symmetrisch zur Mittelebene der Kondensoren 4 und 6.
Der Quadrupol s des VS 23 wird mit dem Quadrupol s des VS 20 gleichsinnig verschaltet. Diese Quadrupoldublette s VS 23 + s VS 20 erzeugt einen Astigmatismus in der Abbildung der Winkelblende 3 auf die Ebene der Winkelblende 7. Die Kombination mit einer ebensolchen um 450 gedrehten Quadrupoldublette t:VS 23 und tVS 20 ergibt eine Stigmatordublette 44 zur Kompensation einer Fokussierdifferenz in der Abbildungsbeziehung zwischen den beiden Ti.inkelblznden 3 und 7 ohne ;nderung der elliptischen Verzeichnung. Als Nebenwirkung tritt ein Pupillenastigmatismus auf,der mit den Stigmatordubletten 40 bzw. 41 kompensiert werden kann.
Der Quadrupol q des VS 23 wird mit dem Quadrupol q des VS 20 gegensinnig verschaltet. Diese Quadrupoldublette q VS 23 - q VS 20, in Fig. 7 mit 42 bezeichnet, erzeugt eine elliptische Verzeichnung nur im Abbild der Winkelblende 3.
Unter Berücksichtigung der Kondensorbilddrehung ist die Quadrupoldublette 42 azimutal so ausgerichtet, daß die große Achse der Verzeichnungsellipse in die Winkelhalbierende der Winkelblende fällt. Als Nebenwirkung der Quadrupoldublette 42 wird der Astigmatismus in der ersten Zwischenpupille verändert, während ein solcher in der zweiten und'dritten Zwischenpupille unverändert bleibt.
Der Quadrupol s des VS 25 wird mit dem Quadrupol s des VS 18 gegensinnig verschaltet. Diese Quadrupoldublette 5 VS 25 - s VS 18 erzeugt einen Astigmatismus in der zweiten Zwischenpupille ohne Einwirkung auf die zweite Zwischenpupille.
Die Kombination mit einer ebensolohen um 450 gedrehten Quadrupoldublette t VS 25 - t VS 18 ergibt eine Stigmatordublette 40 zur Kompensation eines Astigmatismus in der ersten Zwischeni)upille ohne Änderung des Astigmatismus in der zweiten und dritten Zwischenpupille. Als Nebenwirkung tritt eine elliptische Verzeichnung auf, die die Scheiteiwinkel im Abbild der ;Jinkelblenden zu gleichen Teilen verändert und mit dem Quadrupol 43 kompensiert werden kann.
Der quadrupel s VS 37, in Fig. 7 mit 43 bezeichnet, steht mit seinen Achsen parallel bzw. senkrecht zu den Schenkeln der Winkelblende 7 und dient zur Änderung der Scheitelwinkel im Abbild der Winkelblenden und damit zur Orthogonalisierung der vier Seiten des mit den voranstehend genannten Mitteln bereits auf die Form eines Parallelogramms gebrachten Strahlenquerschnittes. Als Nebenwirkung tritt ein geringer Astigmatismus in der zweiten und dritten Zwischenpupille auf, der mit der Stigmatordublette 41 rückwirkungsfrei kompensiert werden kann.
Der Quadrupol q des VS 18 wird mit dem Quadrupol q des VS 37 gegensinnig verschaltet. Diese Quadrupoldublette q VS 18 - q VS 37 erzeugt einen Pupillenastigmatismus in der zweiten Zwischenpupille bohne Nebenwirkung, d. h. ohne elliptische Verzeichnung der Winkelblendenabbildung. Die Kombination mit einer ebensolchen um 45° gedrehten Quadrupoldublette r VS 18 - r VS 37 ergibt die Stigmatordublette 41 zur Kompensation eines vupillenastigmatismus in der zweiten und dritten Zwischenpupille ohne nderung der Winkelstellung der Schenkel im Abbild der Winkelblenden, also ohne Richtungsänderung der vier Seiten des Strahlenquerschnittes.
Nach dem sechsten Islerkmal der Erfindung wird die Formatjustierung unter Beobachtung des mit Hilfe eines Abbildungssystems 54 auf einen Leuchtschirm 55 hochvergrößerten Strahlquerschnittes der Targetebene vorgenommen. Dieses Abbildung system gestattet durch eine einfache Umschaltung einer Zwischenlinse 56 auchdie Abbildung der Ebene der Aperturblende 10.
Es darf angenommen werden, daß der Strahlquerschnitt im stromlosen Zustand des Formatablenksystems gegebenenfalls nach einer entsprechenden mechanischen und/oder elektrischen Vorzentrierung ein angenähert quadratförmiges Format (Nullformat) von einer mittleren Kantenlänge besitzt, die etwa halb so groß ist wie die Kantenlange des größtmöglichen quadratischen Formats. Für die Formatjustierung besteht die Aufgabe, die Schenkel im Abbild der llinkelblende 3 und 7 auf der Targetebene parallel zu den Jeweiligen, vorzugsweise senkrecht zueinanderstehenden x-, y-Ablenkrichtungen des flazier&-blenJcsystems 13 einzustellen. ie Stellglieder hierzu sind die Zwischenlinse @ in ihren Eigenschaft als Drehlinse für das Gesamtformat, der Quadrupol 43, die Drehlinse 38 und die Quadrupoldublette 42.
Die Führungsgröße wird durch einen periodischen Sprung des Erregerstromes im Leitersystem des Plazierablenksystems für die x-Ablenkrichtung und einen um 900 phasenverschobenen periodischen Sprung des Erregerstromes dm Leitersystem für die y-Ablenkrichtun erzeugt. Bei einer dem Nullformat angepaßten Sprungweite bzw. bei dem einer vorgegebenen Sprungweite angepaßten Nullformat ergibt sich auf diese Weise im zeitlichen Mittel eine Bestrahlungsfläche von angenähert quadratischer Gestalt, die im allgemeinen an den Berührungsseiten der vier springenden Nullformat je nach dem Zustand der Format Justierung mehr oder weniger breite und keilförmige helle und dunkle Zonen aufweist.
In Fig 9 ist keine der vier Seiten des Strahlquerschnittes auf die Ablenkrichtung des Plazierablenksystems 13 ausgerichtet. Die doppelt bestrahlten Zonen 46 sind deutlich heller als die einfach bestrahlten Flächenstücke 47, die sich von dem unbestrahlten und daher dunkler Grund 48 abheben. Die Nichtparallelität der in der Nähe des Nahtkreuzes (x', y') sich gegenüberstehenden Strahlbegrenzungsseiten 49 bzw 51 im Abbild der Winkelblende 3 und 50 bzw. 52 im Abbild der Winkelblende 7 kann mit Hilfe der Drehlinse 38 und der Quadrupoldublette 42 beseitigt werden und man erhält den in Fig. 10 dargestellten Justierzustand, für den die Parallelität der gegenüberliegenden Seiten 49 bis 52 kennzeichnend sind.
Die Ausrichtung auf die x- bzw. y-Ablenkrichtung erfolgt mit Hilfe der veränderbaren Bilddrehung der Zwischenlinse 9 und der elliptischen Verzeichnung des Quadrupoles 43. Mit Erreichen der in Pig. 11 dargestellten Zustandes ist die Formatjustierung abgeschlossen und es schließt sich noch eine Formateichung an.
Diese basiert auf der Gleichung für die Formatsteuerung

vx 1 0 Nx b11 b12 #y

# # = # # # # + # # # # (3)

vy 0 1 Ny b21 b22 #y

Die Einstellgrößen (Nx, Ny) erlauben einen genauen Abgleich der Seiten des Nullformates auf die Größe des vorgegebene Ablenksystems, wie dies in Fig. 12 demonstriert wird. tber den Formatsteuervaktor ( # x, # y) wird das Format verändert. Dabei soll sich das Format bei einer linderung von yx um # tx genau um t x, #y = 0 und bei einer Änderung von t um A genau um # x = 0, # y andern. Um diese Forderung erfüllen zu können, ist der Formatsteuervaktor ( y) über eine Kopplunsmatrix additiv mit dem Stromvektor vx, vy verknüpft, deren Matrixkoeffizienten b11 ... b22 nach dem folgenden Verfahren eingestellt werden: In der Sprungstellung III (Bezeichnung s. Fig. 12) wird das Nullformat um - # x in der x-Ablenkrichtung des Plazierablenksystems 13 verschoben und zum Ausgleich des Format um t #- geöffnet. Da die Ablenkrichtung des Formatablenksystems u.a. von der Einstellung der Koppelmatrix ( a11..... a22) und der Drehlinse 38 abhängen, werden die Strahlbegrenzungen 49', 51@ im Abbild Sprung III' der Winkelblende 3 im ungeeichten Zustand gegenüber den Strahlbegrenzungen 50, 52 im Abbild Sprung II bzw.
IV der Winkelblende 7 parallel versetzt liegen (Fig. 13) und können bei entsprechender Einstellung der Matrixelemente b11, b12 zur Deckung gebracht werden. Analog vollzieht sich der Einstellprozeß der Matrixkoeffizienten b21, b22, bei dem gemäß Fig. 14 das Nullformat im Sprung IV um - y in y-Ablenkrichtung des Plazierablenksystems verschoben und zum Ausgleich das Format um fy y geöffnet wird. Es versteht sich von selbst, daß man die Vorzeichen von x und y auch umgekehrt wählen und den Sprungtest mit einem z. B. spaltförmigen Format durchführen kann. Bei geeigncter Wahl der Sprungfolge kann man die Tests von Fig. 13 und Fig. 14 zu einem Test gemäß Fig. 15 vereinen. Es genügt eine Betrachtung der Berjihrungszonen innerhalb des Sehfeldkreises 53, da diese'bereits eindeutig Aufschluß über die Einstelländerungen an den Matrixkoeffizienten (b11 b22) der Formatsteuerung geben und ein Helligkeitsvergleich der vier angrenzenden Zecken des zyklisch plazierten Formates Aufschluß über die Pupillen justierung gibt.
Im justierten Zustand erscheint das Sehfeld gleichmäßig hell.
Im folgenden wird der rückwirkungsfreie Justiervorgang beschrieben unter Angabe der bestimmten Reihenfolge der Abbildungen des Blektronenstrahlquerschnittcs, seiner charakteristischen Merkmale der Abweichungen vom Sollzustand und der Justierparameter, mit denen diese korrigiert werden.
1. Abbildung der Aperturblende und Fokussierung der Pupille auf diese Ebene mittels Einstellung der Erregung der hintereinandergeschalteten Erregerspulen der tondensoren 4 und 6.
2. Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung des Nullformates. Das Merkmal der Abweichung ist ein Keilfehler nach Art von Fig. 9, der mit Hilfe der Quadrupoldublette 42 und der Drehlinse 38 korrigiert wird.
3. Abbildung der Aperturblende und Sinschaltung der Wobbeldrehlinse 39. Das Merkmal der Abweichung ist die Inkonstanze des Pupillenastigmatismus, die mit der Stigmatordublette 40 beseitigt wird. Dieser Schritt ist zwar vorteilhaft, er kann jedoch auch entfallen.
4. Abbildung der Targetebene und zyklische j)lazierung des Nullformates. Das Merkmal der Abweichung ist ein Parallelogrammfehler nach Art von Fig. 10, der mit dem Quadrupol 43 und der Zwischenlinse 9 in ihrer Eigenschaft als Drehlinse korrigiert wird.
5. Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung des Nullformates, Das Merkmal der Abweichung ist ein Abstandsfehler nach Art von Fig. 11, der mit den Einstellgrößen Nx Ny der Nulleichung des Formates korrigiert wird.
6. Abbildung der Aperturblende. Das Merkmal der Abweichung ist ein Pupillenastigmatismus, der mit der Stigmatordublette 41 kompensiert wird.
7. Abbildung der Aperturblende und zyklische Plazierung des Formates gemäß Fig. 13 und 14. Die Merkmale der Abweichung sind eine longitudinale und eine transversale Bupillenverschiebung, die mit den Einstellelementen a11 bzw. a22 und a12 bzw. a 21 der Koppelmartix 36 korrigiert werden.
8. Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung des Pormates gemz Fig. 15. Das Merkmal der Abweichung sind Abstandsfehler an den Armen des Fadenkreuzes, die gemäß Fig. 15 mit den Einstellelementen b11 .... b22 der Formatsteuermatrix korrigiert werden.
Damit ist der Justiervorgang beendet. Zur Kontrolle der Supillenjustierung dient der Helligkeitsvergleich der vier in der Mitte des Sehfeldes zusammenstoßenden Quadranten I bis IV, die die Bestrahlungsdichte in den vier Ecken des Großformates von Fig. 15 (Sprungstellung III) repräsentieren.
Die bisherigen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung einer Austastblende, deren Öffnung so bemessen ist, daß sie bereits auch als Aperturblende wirksam ist. Ist der Bestrahlungsuntergrund außerhalb des eigentlichen crossover-Abbildes hinreichend niedrig, so darf die Öffnung der Austastblende auch um ein Vielfaches größer sein. Der Vorteil besteht u.a. in einer Herabsetzung der Einstellemfindlichkeit der Pupillen justierung. In diesem Falle ist es möglich, eine künstliche Aperturerhöhung der Winkelbiendenabbildung durch Wobblung der Strahlenzentrierung 26, 27 mit Kipp um die Winkelblende 3 ohne Abschaltungen der Zwischenlinse 9 vorzunehmen, wodurch die b?instellemfindlichkeit der Abbildung der Winkelblende 3 auf die Ebene der Winkelblende 7 vergrölnert wird. In diesem Falle wird der Zwischenring 35 so abgestimmt, daß bei Einstellung der Erregung der hintereinander geschalteten Erregerspulen der Kondensoren 4 und 6 auf scharfe Abbildung der Winkelblende 3 auf die Ebene der Winkelblende 7 zwangsläufig der crossover in die optisch günstigste Ebene der Eintrittspupille des Objektivs 11 abgebildet wird, die im allgemeinen innerhalb des Objelctivfeldes liegt.
In den Punkten 3, 6 und 7 der Operationsfolge hat man dann unter Abbildung der Aperturblende die Abbildung der Bintrittspupille zu verstehen.
In der Operationsfolge 1. bis 8. wird der Punkt 1 ersetzt durch: 1. Abbildung der Winkelblenden und Wobblung der Strahlzentierung mit Kipp um die Winkelblende 3. Das Merkmal der Abweichung ist eine Oszillation der Schenkel im Abbild der Winkelblende 3, die mittels Einstellung der hintereinander geschalteten Erregerspulen der Kondensoren 4 und 6 bis auf eine entgegengesetzte Fokussierdifferenz der beiden Schenkel im Abbild der Winkelblende 3 beseitigt wird.
Anschließend wird diese Fokussierdifferenz mit der Stigmatordublette 44 korrigiert.
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Claims

Erfindungsanspruch: 1. Verfahren zum Justieren einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage, bei der eine erste Winkelblende in die Ebene einer zweiten, komplementären Winkelblende abgebildet wird, so daß sich ein vorzugsweise rechteckförmig begrenzter Strahlquerschnitt ergibt, der über ein Objektiv verkleinert auf eine Targetebene abgebildet und dort in xt und y-Richtung abgelenkt wird, und bei der ferner der crossover des Strahlerzeugungssystems in die Kippebene eines Ablenksystems zur Formatänderung und von dort in die Ebene der Aperturblende (Sintrittspupille) des Objektivs abgebildet wird, bezüglich der Justierkategorien, Pupillenjustierung,Formatjustierung und J?ormateichung, dadurch gekennzeichnet, daß in zeitlicher Reihenfolge auf einem Leuchtschirm Abbildungen des Elektronenstrahlquerschnittes in der Targetebene und Abbildungen der Eintrittspupille erzeugt werden und daß anhand der Abbildungen, welche bei fehlerhafter Justierung charakteristische Merkmale aufweisen, die Justierparameter auf Sollage eingestellt werden, wobei Rückwirkungen auf bereits eingestellte Parameter dadurch vermieden werden, daß nacheinander folgende Justierschritte durchgeführt werden: a) Abbildung der Aperturblende und Fokussierung der Pupille in die Ebene der Aperturblende zwecks Pupillenvorjustierung, b) Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung eines Nullformates in x- und y-Ablenkrichtung auf der Targetebene in Schritten der Nullformatbreite mit anschließender Korrektur des an den Forrnatlcanten sichtbaren Keilfehlers, Parallelogrammfehlers, Abstandsfehlers und der Helligkeitsunerschiede in den vier angrenzenden Zecken des Nullformates zwecks Formatjustierung, c) Abbildung der Aperturblende und zyklische Formatsänderung, welche in x- und y-Richtung phasenverschoben erfolgt, mit anschließender Korrektur der dabei auftretenden Pupillenverschiebung zwecks Pupillenjustierung, d) Abbildung der Targetebene und zyklische Plazierung des Formates bei gleichzeitiger Formatänderung analog Schritt c) sowie Korrektur des an den Formatkanten sichtbaren Abstands fehlers zwecks Formate i chung.
2. Verfahren zum Justieren einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Korrektur des Keilfehlers ein zusätzlicher Justierschritt erfolgt, der darin besteht, daß wiederum eine Abbildung der Aperturblende erfolgt und eine durch Strahlwobblung sichtbar gemachte Inkonstanz des Pupillenastigmatismus beseitigt wird.
3. Verfahren zum Justieren einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schrittfolge a) bis d) der erste Schritt durch eine Abbildung der Winkelblende und Wobbelung der Strahlenzentrierung mit Kipp um die erste Winkelblende (3) ersetzt wird und danach eine Oszillation der Schenkel im Abbild der ersten Winkelblende sowie eine verbleibende entgegengesetzte Fokussierdifferenz der beiden Schenkel im Abbild der ersten Winkelblende beseitigt werden.
4. Einrichtung zur Justierung einer Blektronenstrahlbearbeitungsanlage, bei der eine erste Winkeiblende über ein Kondensorsystem in die Ebene einer zweiten, komplementären Winkelblende abgebildet wird, so daß sich ein vorzugsweise rechteckförmig begrenzter Strahlquerschnitt ergibt, der über eine Zwischenlinse und ein Objektiv verkleinert auf eine Targetebene abgebildet und mit Hilfe eines Plazierablenksystems dort abgelenkt wird, bei der ferner der orossover des Strahlerseugungssystems über einen ersten Kondensor in die Kippebene eines zweietagigen Ablenksystems zur Formatänderung und von dort über einen zweiten Kondensor und die Zwischenlinse in die Ebene der Eintrittspupille des Objektivs abgebildet wird, bei der ferner eine Strahlenzentrierung zur Ausrichtung des Strahlenbündels sowohl auf die erste Winkelblende als auch auf einer in der Ebene der Eintrittspupille liegende Aperturblende oder Austastblende vorhanden ist, und bei der eine Reihe von Stigmatoren auf das Strahlenbündel einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a zwischen crossover (1) und erster Winkelblende (3),der Abstand b zwischen der ersten Winkelblende (3) und der dingseitigen Hauptebene des ersten Kondensors (4), der Abstand c zwischen der bildseitigen Hauptebene des ersten Kondensors (4) und der dingseitigen Hauptebene des zweiten Kondensors (6), der Abstand d zwischen der bildseitigen Hauptebene des zweiten Kondensors (6) und der zweiten Winkelblende (7) und der Abstand e zwischen der zweiten Winkelblende (7) und der Ebene (16) einer zweiten Zwischenpupille so bemessen sind, daß sie den Ausdruck =1-4b/c # d/c (1 + b/a) (1 + d/e) annulieren, ferner dadurch, daß zwischen den Kondensoren (4; 6) eine Drehlinse (38) angeordnet ist und daß im Kondensorsystem schwach erregbare Quadrupole vorhanden sind, die in Gruppen elektrisch einstellbar sind, wobei jde Gruppe vorzugsweise aus zwei Qua drupolen besteht, die so angeordnet und elektrisch so untereinander verschaltet sind, daß dann, wenn die Gruppe zur Korrektur des Astigmatismus dient, die astigmatische Wirkung des ersten Quadrupoles gleichgerichtet ist zur astigmatischen Wirkung des anderen und die elliptische Verzeichnung des einen diejenige des anderen kompensiert, und wenn die Gruppe zur Korrektur einer elliptischen Verzeichnung (Keilfehler) dient, die verzeichnende Wirkung des einen Quadrupols gleichgerichtet ist zur verzeichnenden Wirkung des anderen und die astigmatische Wirkung des einen diejenige des anderen kompensiert ferner daß die Ablenkstrbme ux, Uy in der oberen und v wy in der unteren Ablenketage des Pormatablenksystems (21; 22) nach Art einer affinen Transformation miteinander verkoppelt ansteuerbar sind, und daß der Tragetebene (12) ein an sich bekanntes elektronenoptisches Projektionsabbildungssystem (54) nachgeordnet ist, welches eine umsohaltbare Zwischenlinse (56) zur Abbildung der Targetebene (12) oder der Ebene der Eintrittspupille (10) auf einem Leuchtschirm (55) enthält.
5. Einrichtung zum Justieren einer Elektronenstrahlbearbeitungsanlage nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kondensoren (4; 6) eine Wobbeldrehlinse (39) angeordnet ist.