-
-
Titel: Ablenkobjektiv
-
knwendungsEebiet der Erfindung: Die erfindung betrifft eine Einrichtung
mit einer elektromagnetischen Abbildungslinse und einem Ablenksystem zur Fokussierung
und Ablenkung eines Elektronenstrahlbündels auf einem Target. Die Anwendung der
Erfindung ist bei Korpuskularstrahlapparaten möglich, insbesondere bei elektronenlithografischen
Geräten.
-
In Elektronenstrahlgeräten des genannten Anwendungsgebietes wird zwecks
Erzeugung einer Elektronensonde auf einem Target entweder der im Strahlerzeugungssystem
entstehende engste Strahl querschnitt (crossover) oder das von Blenden begrenzte
Leuchtfeld mit Hilfe eines Systems elektronenoptischer Linsen auf das Target verkleinert
abgebildet und mit Hilfe eines im Strahlengang der letzten Abbildungsstufe angeordneten
Ablenksystems an einem vom Steuerprogramm vorbezeichneten Ort abgebildet.
-
Es gibt verschiedene Ausführungsformen für die letzte Abbildungsstufe,
die eine Kombination einer Abbildungslinse und eines Ablenksystems ist und als Ablenkobjektiv
bezeichnet wird. In den bekannten Elektronenstrahlgeräten wird als Abbildungslinse
das Magnetfeld einer koaxial angeordneten, stromdurchflossenen Spule verwendet.
Die Spule ist von einem Eisenmantel toroidal umgeben. Dieser besitzt auf seiner
Innenseite einen in achsenparalleler Richtung geöffneten
Spalt,
damit der im Eisenkreis geführte magnetische Fluß in den die optische Achse umgebenden
Raum austreten und dort ein magnetisches Peld aufbauen kann. Die den Spalt bildenden
Begrenzungsstücke des Eisenkreises werden Polschuhe genannt. Die Parameter, die
die Feldgestalt der Abbildungslinse wesentlich bestimmen, sind die beiden Polschuhbohrungen
und die Spaltweite (Polschuhabstand).
-
Das Ablenksystem kann vor, in oder hinter dem Feld der Abbildungslinse
angeordnet und magnetisch oder elektrisch wirksam sein. Magnetisch wirksame Ablenksysteme
werden bevorzugt angewendet. Es sind Verfahren und Einrichtungen beschrieben worden,
in denen das Ablenksystem so dimensioniert ist, daß Ablenkaberrationen nur noch
in beschränktem Umfang auftreten. Dabei hat sich herausgestellt, daß zum Zwecke
der Korrektion von Ablenkaberrationen, insbesondere der Ablenkverzeichnung, die
Überlagerung des Ablenkfeldes mit dem Objektivfeld notwendig ist. Es hat sich weiterhin
gezeigt, daß Ablenkobjektive, wenn sie einen großen Ablenkbereich (Arbeitsfeld)
aberrationsarm ermöglichen sollen, einen großen Targetabstand benötigen und daher
langbrennweitig sein müssen. Die optische Leistung langbrennweitiger Linsen ist
aber nur dann gut, wenn die Halbwertsbreite des magnetiscnen Feldes längs der optischen
Achse von der Größenordnung der Brennweite ist.
-
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In einer bekannten
Ausführungsform eines Ablenkobjektivs wird die erforderliche axiale Feldlänge durch
eine entsprechend große Spaltweite erreicht /DE-OS 2449000/. Als achteil haben sich
hierbei die Einflüsse der Asymmetrie der Linsenwicklung und die Beeinflussung durch
Wirbel ströme herausgestellt, die durch das hochfrequente Peld des Ablenksystems
induziert werden. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, im
Linsenspalt eine hohle zylinderförmige Abschirmvorrichtung anzuordnen, die aus einer
Vielzahl von abwechselnd aus nichtleitenden magnetischen und nicht-leitenden nichtmagnetischen
Ringen besteht /DE-OS 2555744/. Der
Nachteil dieser Einrichtung
ist, daß die magnetischen Ringe mit höchster Präzision anzufertigen sind und aus
magnetisch sehr homogenem Material bestehen müssen, dessen magnetisches verhalten
unter dem Einfluß des magnetischen Flusses der Linsenwicklung keine Abweichungen
von der strengen Rotationssymmetrie aufweisen darf.
-
Eine andere Möglichkeit zur Erzielung eines längs der optischen Achse
ausgedehnten Feldes besteht darin, daß bei kleinem Polschuhspalt und kleiner Bohrung
des targetseitigen Polschuhs die Bohrung des anderen Polschuhes groß gemacht wird
/US-PS 3801 792/. Eine solche Ausführungsform hat mehrere Nachteile. Igit größer
werdendem Polschuhdurchmesser nehmen die Durchmesser von Erregerspule und Eisenkreis
zu, was zu Lasten der elektrischen Leistung und des Gewichtes geht und damit eine
Erhöhung des Afaterialaufwandes bedeutet.
-
Ziel der Erfindung Das Ziel der Erfindung ist, eine Einrichtung zu
schaffen, die die Mängel der bekannten technischen Lösungen nicht aufweist und dadurch
eine Steigerung der Produktivität gewährleistet. Durch Anwendung der Erfindung in
einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage sollen Tischfahrzeiten entfallen, da eine
betrachtliche Vergrößerung des Arbeitsfeldes ermöglicht wird, und es soll der materielle
Aufwand beim Herstellen von Ablenkobjektiven gesenkt werden.
-
Darlegung des eisens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, ein Ablenkobjektiv zur Fokussierung und Ablenkung eines Elektronenstrahlbündels
zu schaffen, welches ermöglicht, daß das Arbeitsfeld um ein Mehrfaches vergrößert
wird, ohne Einbuße an Genauigkeit und Belichtungsgeschwindigkeit. Die elektrische
Leistung zur Erregung der felderzeugenden Linsenwicklung und der Aufwand an Material
für den feldformenden Eisenkreis sollen gegenüber den Anforderungen bisheriger Ablenkobjektive
nicht größer sein. Weiterhin besteht die Aufgabe,
Riickwirkungen
des hochfrequenten Ablenkfeldes auf den Eisenkreis und sonstige leitende Teile der
Linse zu vermeiden, so daß keine sekund>-ren Störungen auf das Elektronenstrahibündel
auftreten können.
-
Bei einem Ablenkobjektiv für Korpuskularstrahlgeräte, insbesondere
Elektronenstrahlbelichtungsahlagen, welches aus einer elektromagnetischen Abbildungslinse
und einem im Magnetfeld der Abbildungslinse angeordneten Ablenksystem zusammengesetzt
ist und bei dem als Abbildungslinse eine stromdurchflossene Erregerspule dient,
die von einem einen Spalt aufweisenden und aus Außenzylinder, Innenzylinder, Bodenplatte
und Deckscheibe bestehenden Eisenmantel toroidal umgeben ist, wird die Aufgabe dadurch
gelöst, daß der Spalt in radialer Richtung zwischen Außenzylinder und Deckscheibe
angeordnet wird.
-
Auf diese Weise entsteht der Prototyp eines Radialspaltobjektivs,
das die gestellte Aufgabe erfüllt.
-
Günstig ist es, wenn die axiale Länge des Außenzylinders größer als
die axiale Länge des Ablenksystems ist und wenn der Außenzylinder oberhalb des Ablenksystems
durch eine mit einer Bohrung versehene Eisenplatte abgeschlossen ist.
-
Durch diese Maßnahme wird der Linsenraum vor störenden äußeren Magnetfeldern
abgeschirmt.
-
Ebenso ist es günstig, der Bodenplatte eine kleinere Bohrung als dem
Innenzylinder zu geben, weil hierdurch ohne Beeinflussung des optisch wirksamen
Magnetfeld es eine Magnetisierung des das Target tragenden Objekttisches vermieden
wird.
-
Vorteilhaft ist es auch, wenn ein auf das Verschwinden von Ablankaberrationen
dimensioniert es Ablenksyatem verwendet wird, dessen axiale Lage so beschaffen ist,
daß seine Mitte etwa gleich weit entfernt ist von der Eisenplatte und der Deckscheibe.
Dadurch, daß der Abstand der Stromleiter vom Eisen allseitig groß ist, wird der
Effekt der induzierten Wirbelströme im Eisen stark herabgesetzt.
-
Ausführungsbeisüiel: Fig.1 zeigt ein Ablenkobjektiv, das dem bekannten
Stand der Technik entspricht, und dient zur Erläuterung der im Text verwendeten
Bezeichnungen.
-
Fig.2 zeigt die erfindungsgemäß veränderte Form des Eisenkreises eines
tblenkobjektivs mit einem Einetagenablenksystem.
-
Fig.3 zeigt dasselbe Ablenkobjeictiv mit einem Dreietagenablenksystem.
-
Fig. 1 Von einem oberhalb einer Zwischenbildebene 1 befindlichen,
nicht dargestellten Kondensorsystem wird die Strahlquelle (crossover) oder der von
Strahlbegrenzungsblenden geformte Strahl querschnitt mit Hilfe einer Abbildungslinse
2 auf eine Targetebene 3 abgebildet. Das Magletfeld der Abbildungslinse wird durch
elektrischen Stromfluß in der Erregerspule 4 erregt. Die Erregerspule 4 ist von
einem Eisenmantel toroidal umgeben. Dieser setzt sich zusammen aus der Bodenplatte
(unteren Polschuhscheibe) 5, dem Außenzylinder 6, dem Eisenkreisdeckel 7 und dem
Innenzylinder (oberen Polschuhzylinder) 8. Er besitzt auf seiner Innenseite einen
in achsenparalleler Richtung geöffneten Spalt 9, damit der im Eisenkreis geführte
magnetische Pluß in den die optische Achse umgebenden Raum in Höhe des Spaltes austreten
und dort ein magnetisches Feld aufbauen kann. Die Bohrung 18 der unteren Polschuhscheibe
5 und der Bohrungsdurchmesser 19 des oberen Polschuhzylinders 8 sind zusammen mit
der Spaltweite des Spaltes 9 für die Feldgestalt der Abbildungslinse bestimmend.
-
Das Ablenksystem 10 ermöglicht eine Einstellung des Strahlortes auf
dem Target an eine beliebige Stelle innerhalb des Arbeitsfeldes, indem von einer
nicht dargestellten Belichtungssteuerlogik über einen DA-FV'andler der Strom im
Ablenksystem gesteuert wird. Seine Lage und Länge ist so dimensioniert, daß die
blenkaberrationen auf ein minimum reduziert werden.
-
Die Produktivität der Elektronenstrahlbelichtungsanrage wird mitbestimmt
durch die Größe des Arbeitsfeldes und die Größe der Äblenkgeschwindigkeit. Beide
Größen sind abhängig vom Abstand Objektivfeldmitte bis Target, der im Interesse
einer Verkleinerung des Ablenkwinkels möglichst groß sein sollte. Ohne eine Veränderung
an der Geometrie des Ablenkobjektivs überwiegt aber bei einer Vergrößerung des Targetabstandes
der Intensitätsverlust in der Target ebene auf Grund des rasch anwachsenden Öffnungsfehlers
und der dann notwendigen Aperturverringerung. Diesem unerwünschten Verhalten kann
man erfolgreich dadurch begegnen, daß man die axiale Ausdehnung des Objektivfeldes
auf die erfindungsgemäße Weise vergrößert.
-
Fig. 2 Der Prototyp eines Radialspaltobjektivs geht aus dem in Fig.
1 gezeigten konventionellen Typ durch folgende Veränderungen am Eisenkreis hervor:
Der Abstand Bodenplatte (untere Polschuhscheibe) 5 zur Targetebene 3 wird so klein
gemacht, wie es unter den Bedingungen eines senkrecht zur optischen Achse mechanisch
genau verschiebbaren Targets möglich ist.
-
Der äußere Durchmesser des Eisenkreisdeckels 7 wird verjiingt, 80
daß zwischen dem Außenzylinder 6 und der Deckscheibe 11 ein Spalt 12 in radialer
Richtung entsteht. Der Innenzylinder (oberer Polschuhzylinder) 8 wird zusammen mit
der Deckscheibe 11 und der Erregerspule 4 aut die Bodenplatte aufgesetzt, so daß
der ursprüngliche Spalt 9 verschwindet. Zur Abschirmung des Objektivfeldes wird
der Außenzylinder 6 nach oben verlängert und unterhalb der Zwischenbildebene 1 durch
eine mit der Bohrung 17 versehene Eisenplatte 13 abgeschlossen.
-
Diese Eisenplatte kann gegebenenfalls auch Teil der nächstfolgenden
Baueinheit sein. Die Funktion der feldformenden Polschuhe des konventionellen Objektivtyps
von Fig. 1 übernehmen im Falle des Radialspaltobåettivs von Fig. 2 die Deckscheibe
11 und das ihr gegenüberliegende Zylinderstück des verlängerten Außenzylinders 6.
Auf Grund ihrer etwa doppelt so großen Bohrung ist die Feldausdehnung auf der
Achse
um etwa das Doppelte angewachsen. Hierbei brauchen weder die Abmessungen der Erregerspule
noch der äußere Durchmesser des Eisentnantels verändert zu werden.
-
Ein eiterer Vorteil ergibt sich fr die Abschirmung des hochfrequenten
Ablenkfeldes, da der Abstand der Stromleiter des Ablenksystems zu benachbarten Teilen
des Eisenkreises wesentlich größer geworden ist.
-
Fig. 3 Bei Verwendung eines Dreietagenablenksystems 14, 15, 16 wird
diese Abschirmung noch wesentlich günstiger, da die bezüglich der Vermeidung von
Ablenkaberrationen optimale Lage des Dreietagenablenksystems in Richtung Zwischenbildebene
1 verschoben ist und damit der abstand der Stromleiter zu benachbarten Teilen des
Eisenkreises allseitig groß ist. Bei der Dimensionierung des Dreietagenablenksystems
14, 15, 16 kommt der feldformenden Tonfiguration des Eisenkreises des Radialspaltobjektivs
eine besondere Bedeutung zu. Bei Anwendung des im WP 135 311 beschriebenen Verfahrens
kann man das Verhaltnis von Bohrungsdurchmesser 19 des Innenzylinders 8 zum Bohrungsdurchmesser
des verlängerten Außenzylinders 6 so wählen, daß bei dem simultanen Verschwinden
der drei Ablenkaberrationen hblenkfarbfehler, Ablenkkoma und Ablenkastigmatismus
die Ablenkströme in den einzelnen Etagen gleich sind.
-
Eine Ver.inderung des Bohrungsdurchmessers des Innenzylinders 8 hat
keinen Einfluß aur die feldabschirmende Wirkung der Bodenplatte 5 mit der Bohrung
18 in der Targetebene 3 und einen nur geringen Einfluß auf die axiale Feldausdehnung.
Das ist ein weiterer vorteilhafter Unterschied des Radialspaltobjektivs gegeniaber
dem konventionellen Typ von Fig.1, bei dem die Bohrung des Innenzylinders (oberer
Polschuhzylinder) 8 die axiale Feldausdehnung bestimmt.