DE3222275C2 - Ablenk- und Fokussiersystem für einen Strahl aus geladenen Teilchen - Google Patents
Ablenk- und Fokussiersystem für einen Strahl aus geladenen TeilchenInfo
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Abstract
Das System weist eine magnetische Linse auf, in der mehrere Ringe aus magnetischem Material im wesentlichen konzentrisch zur Linse und im Axialabstand zueinander angeordnet sind. Dadurch erhält man eine vorgegebene magnetische Fokussierfeldverteilung. Ein einstufiger elektrostatischer Deflektor mit mehreren Ablenkelektroden ist innerhalb der Linse zu dieser im wesentlichen konzentrisch angeordnet. Die Ablenkelektroden erstrecken sich in Richtung der Mittelachse der Linse und sind zueinander im Winkelabstand angeordnet, so daß man eine vorgegebene elektrostatische Ablenkfeldverteilung erhält. Der Strahl aus geladenen Teilchen läuft durch die konzentrisch angeordneten Ablenkelektroden und wird entsprechend der an diesen anliegenden Spannung abgelenkt. Im wesentlichen konzentrisch zur magnetischen Linse sind objektebenseitig und bildebenseitig zum elektrostatischen Deflektor ringförmige Masseelektroden angeordnet. Das elektromagnetische Feld wird durch den Deflektor, die Ringe und die Masseelektroden abgestimmt, um geringe Aberrationen und einen kleinen Auftreffwinkel zu erzielen.
Description
dadurch gekennzeichnet.
c) daß das elektrostatische Ablenksystem zur Erzeugung einer vorgegebenen elektrostatischen
Ablenkfeldverteilung mehrere Ablenkelektroden (4) aufweist, die in Umfangsrichtung der
Linse (1) unterteilt und innerhalb der Ringe (3) im wesentlichen konzer>:risch zur Achse der
Linse (1) angeordnet sind und sich in Richtung der Achse erstrecken.
d) daß in Strahlrichtung gesehen vor und nach den Elektroden (4) des elektrostatischen Ablenksystems
ringförmige, geerdete Elektroden (5, 5') im wesentlichen konzer.'xisch zur Achse der
Linse (1) angeordnet sind, und
e) daß zwischen den geerdei η Elektroden (5, 5')
und den Elektroden (4) des elektrostatischen Ablenksystems jeweils ein Zwischenraum (8,8')
vorgesehen ist, dessen Länge zur Abstimmung der Randfelder der vorgegebener, elektrostatischen
Abienkfeldverteilung gewählt ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringen (3) ringförmige AL-Standsstücke
(6) aus unmagnetischem Material angeordnet sind, deren Durchmesser im wesentlichen
gleich dem der Ringe (3) ist, und daß die magnetische Feldverteilung durch die in Richtung der Achse der
magnetischen Linse (1) gemessene Dicke der Ringe (3) und der Abstandsstücke (6) abstimmbar ist
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser mindestens
einer geordneten Elektrode (5, 5') kleiner als der der Ablenkelektroden (4) ist (F i g. 1).
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der bildebenenseitige
Endabschnitt des elektrostatischen Ablenksystems vom Endabschnitt des der Bildebenenseite am nächsten
liegende Rings (3) in Richtung der Achse der magnetischen Linse (1) zur Objektebenenseite verschoben
ist (F i g. 17 und 18).
5. System nach einem der Ansprüche I1 2 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des elektrostatischen Ablenksystems im wesentlichen
gleich dem der geerdeten Elektroden (5,5') ist (Fig. 17 und 18).
6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (It, 12) mit einer ersten Kammer zur
Aufnahme der Spule (2) der magnetischen Linse (1), einer zweiten Kammer zur Aufnahme der Ringe (3)
und einer dritten Kammer zur Aufnahme des elektrostatischen
Ablenksystems und der geerdeten Elektroden (5,5') (F i g. 18).
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11,12) einen sich nach innen
erstreckenden Flansch (HA) zum Abdecken der in Strahlrichtung gesehen vor dem elektrostatischen
Ablenksystem angeordneten geerdeten Elektrode (5) aufweist
8. System nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Dichtungsteil (15) aus unmagnetischem Material
zwischen der ersten und der zweiten Kammer, das letztere durch an vorgegebenen Stellen befestigte
Dichtungsringe (16) vakuumdicht abschließt.
9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bildebenenseitige geerdete
Elektrode (5') einen Flansch (5A"^zum Haltern des elektrostatischen Ablenksystems aufweist
(Fig. 18).
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bildebenenseilige
geerdete Elektrode (5') einen Flansch zum Haltern der Ringe (3) aufweist.
11. System nach einem der Ansprüche 4 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang eines Teils des elektrostatischen Ablenksystems, der von
den Ringen (3) zur Objektebenenseite vorspringt, eine Stigmatorspule (20) aufgewickelt ist (F i g. 18).
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß um die Stigmatorspule (20) eine dynamische Fokussierspule (24) aufgewickelt ist
13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
gekennzeichnet durch eine Schirmelektrode (26) auf dem Außenumfang des elektrostatischen Ablenksystems
(F ig. 18).
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Schirmelektrode (26) hohlzylindrisch
ist
Die Erfindung betrifft ein Ablenk- und Fokussiersystem
für einen Strahl aus geladenen Teilchen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Ein derartiges Ablenk- und Fokussiersytem für geladene Teilchenstrahlen (nachstehend als »Strahl« bezeichnet),
wird beispielsweise in Kathodenstrahlröhren, Fernsehaufnahmeröhren, Elektronenstrahl verarbeitungseinrichtungen,
Elektror. nstrahlbelichtungseinrichtungen oder Rasterelektronenmikroskopen verwendet
Mit zunehmendem Einsatz von VLSI-Schaltkreisen wird die Entwicklung schneller und hochgenauer Elektronenstrahlbelichtungseinrichtungen
zunehmend interessant. Zur Realisierung einer derartigen Belichtungseinrichtung ist ein qualitativ hochwertiges Ablenk- und
Fokussiersystem erforderlich. In einer Elektronenstrahlbelichtungseinrichtung wird ein von einer Elektronenkanone
erzeugter Strahl zu einem Strahl mit quadrati
■schem Querschnitt geformt. Dieser im Querschnitt quadratische
Strahl wird dann verkleinert und anschließend fokussiert und abgelenkt und damit auf eine gewünschte
Stelle auf einer Target-Ebene oder einem Wafer auf einem Tisch projiziert. Das Ablenk- und Fokussiersystem
darf allenfalls kleine Aberrationen aufgrund der Ablenkung es Strahls, d. h. chromatische Aberrationen,
einen astigmatischen Unscharfe- oder Streukreis, eine
3 4
Feldkrümmung oder Verzerrung aufweisen, und der derung für die Realisierung eines mehrstufigen Ablenk-Auftreffwinkei,
mit dem der Strahl auf dem Target ein- systems dar.
fällt, sollte klein sein. Wenn die Aberrationen und der Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zuAuftreffwinkel
groß sind, werden die Auflösung und die gründe, ein Ablenk- und Fokussiersystem für einen
Strukturgenauigkeit verschlechtert. Im Hinblick auf ei- 5 Strahl aus geladenen Teilchen der eingangs genannten
ne schnelle Ablenkung des Strahls ist die elektrostati- Art anzugeben, das bei einfacher Anordnung eine Resche
gegenüber der magnetischen Ablenkung bevor- duktion der Aberrationen und eine Verringerung des
zugt· Auftreffwinkels gestattet
Wenn der Strahl durch ein fokussierendes Magnet- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentfeld
und ein ablenkendes elektrostatisches Feld fokus- 10 anspruchs 1 gelöst.
siert und abgelenkt wird, die einander überlappen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
sich gleichförmig über den gesamten Ablenk- und Fo- Unteransprüche.
kussierraum erstreckea sind die Aberrationen außeror- Bei dem ernndungsgemäßen System werden gleich-
dentlich gering und der Auftreffwinkel ist ausreichend förmige Ausfransungen der elektromagnetischen Feldklein, so daß der Strahl praktisch vertikal auf eine Bild- 15 verteilung in dem System ausgenutzt und derart abgeebene
oder das Target auftrifft stimmt, daß man eine elektromagnatische Feldvertei-
Bei einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage ist je- lung mit geringen Aberrationen und kleinem Auftreffdoch
objektebenenseitig vom Ablenk- und Fokussiersy- winkel erhält
stern eine Verkleinerungslinse angeordnet, während Bei dem erfindungsgemäßen System können ferner
bildebenenseitig ein auf einem Tisch angeordneter Wa- 20 die Parameter so gewählt werden, daß <hs magnetische
fer vorgesehen ist so daß es schwierig is^ ein vollständig Fokussierfeld und das elektrostatische AblenkiekJ im
gleichförmiges elektromagnetisches Feld über Jen ge- Mittelbereich der magnetischen Linse eine im wesentlisamten
Ablenk- und Fokussierraum zu erhalten. So er- chen gleichförmige Verteilung aufweisen,
geben sich im Ablenk- und Fokussiersystem objektebe- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachste-
nenseitig und bildebenenseitig Ausfransungen, wo sich 25 hend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert Es
das elektrische Feld und das magnetische Feld abrupt zeigt
ändern. Wenn das elektromagnetische Feld derartige Fig. IA einen schematischen Längsschnitt eines Aus-
Ausfransungen aufweist sind die elektronenoptischen führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ablenk-Eigenschaften
des Systems verschieden von denen bei und Fokussiersystems,
gleichförmiger Verteilung. Daraus ergibt sich, daß so- 30 Fig. IB einen Querschnitt entlang der Linie A-A'in
wohl die Aberrationen als auch der Auftreffwinkel zu- Fig. IA,
nehmen. F i g. 2 eine schematische Darstellung eines magr.e-
Ein Ablenk- und Fokussiersystem der eingangs ge- tischen Fokussierfeldes und eines elektrostatischen Abnannten
Art ist beispielsweise von J. L Mauer et al in lenkfeldes in dem System nach F i g. 1 mit möglichst
»Electron Optics of an Electron-Beam Lithographie Sy- 35 großer Gleichförmigkeit der Feldverteilungen im Mitstem«,
IBM J. Res. Develop. Seiten 514 - 521, Novem- telbereich,
ber 1977, beschrieben. Bei diesem System dient das elek- F i g. 3A bis 3D schematische Darstellungen der Aus-
trostatische Ablenksystem der Durchführung von fransungen des magnetischen Fokussierfeldes und des
schnellen kleinen Korrekturen der Strahlposition, wäh- elektrostatischen Ablenkfeldes,
rend ansonsten die Ablenkung des Strahls mittels eines 40 F i g. 4 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwiin
der magnetischen Linse angeordneten magnetischen sehen der Ausfransungslage und dem Ablenk-Astigma-Ablenksystem
erfolgt Dieses magnetische Ablenksy- tismus-Koeffizienten,
stern weist große Aberrationen und Auftreffwinkel auf, Fig.5A und 5B Diagramme der axialen magne-
und die Ablenkgeschwindigkeit ist gering. tischen Fokussierfeldverteilung bzw. der axialen elek-
In der DE-AS 16 14 688 ist ein Korpuskularstrahl- 45 trostatischen Ablenkfeldverteilung vor eier Abstimrät
mit zwei Linsen beschrieben, bei %'em der Linsen- mung,
späh der ersten Linse durch ein Polschuhsystem gebil- F i g. 6A und 6B Diagramme der axialen magne-
det wird und im Linsenspalt der zweiten Linse ein e!ek- tischen Fokussierfeldverteilung bzw. der axialen elektromagnetisches
oder elektrostatisches Ablenksystem trostatischen Ablenkfeldverteilung nach der Abstimangcordnet
ist. 50 mUng,
Ferner ist es bekannt mehrere Ablenkstufen vorzuse- F i g. 7 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwi-
hen und dera-t abzustimmen, daß die Ablenkaberratio- sehen dem Koeffizienten der Ablenkunschärfenlänge
nen durch die jeweiligen Ablenksysteme gegeneinander und der Ausfransungsbreite,
ausgeglichen werden, um im gesamten System kleine F1 g. 8 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwi-
Aberrationen und kleme Auftreffwinkel zu realisieren. 55 sehen dem Koeffizienten der Ablenkunschä.-fenlänge
Dies wurde theoretisch abgehandelt von T. Hosoka- und der Position der Ausfransung,
wa in »Systematic elimination of third order aberrations F i g. 9 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwirn
electron beam scanning system«, Optik, Bd. 56, Nr. 1 sehen dem Ablenkastigmatismuskoeffizienten und der
(1980). Seiten 21 -30. Ausfransungsbreite,
Wegen der mehrstufigen Ablenksysteme ist jedoch in 60 Fig. 10 eine komplexe Darstellung der Beziehung
diesem Fall eine große Anzahl von Stromversorgungen zwischen dem Ablenkastigmatismuskoeffizienten und
zum Ansteuern der Ablenksysteme erforderlich. Da die der Position der Ausfransung,
Stromversorgung für ein derartiges Ablenk-und Foku- Fig. 11 eine komplexe Darstellung der Beziehung
siersystem sehr teuer ist, werden die Kosten bei einem zwischen dem Koeffizienten der chromatischen Abienkderartigen
mehrstufigen Ablenksystem sehr hoch. Fer- 65 aberration und der Ausniinsungsbreite,
ner werden hohe Anforderungen an die Herstellungs- Fig. 12 eine komplexe Darstellung der Beziehung
technik gestellt, wenn die Anzahl der Ablenkstufen er- zwischen dem Koeffizienten der chromatischen Ablenkhöht
wird. Dieses Erfordernis stellt ebenfalls eine Behin- aberration und der Position der Ausfransung,
Fig. 13 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwischen dem Koeffizienten für den vertikalen Auftreffehler
und der Breite der Ausfransung,
Fig. 14 eine komplexe Darstellung der Beziehung zwischen dem Koeffizienten für den vertikalen Auf trefffehler
und der Lage der Ausfransung,
Fig. 15A und 15B schematische Darstellungen zur Erläuterung der Definitionen für die Breite und die Lage
der Ausfransung in den F i g. 7 bis 14,
F i g. 16A und 16B Verteilungskurven zur Erläuterung
der optimalen und tatsächlichen axialen, magnetischen Fokussierfeldverteilungen bzw. axialen, elektrostatischen
Ablenkfeldverteilungen,
Fig. 17 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Ablenk- und Fokussiersystems mit beispielhaften Bemessungsangaben für verschiedene
Bauteile,
Fig. 18 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Ablenk· und Fokussiersystems und
F i g. 19 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines elektrostatischen Ablenksystems mit einer
Schirmelektrode.
Das in den F i g. 1A und 1B dargestellte System weist
eine magnetische Linse 1 zum Fokussieren eines einfallenden Teilchenstrahls aus geladenen Teilchen, eine Fokussierungsspule
2 sowie magnetische Ringe 3 aus magnetischem Material auf, die innerhalb der magnetischen
Linse 1 und im wesentlichen konzentrisch zu dieser angeordnet sind. Diese Ringe 3 sind in Richtung
der Mittelachse der magnetischen Linse i voneinander getrennt angeordnet. Im wesentlichen konzentrisch zur
magnetischen Linse 1 und innerhalb der Ringe 3 sind Ablenkelektroden 4 eines elektrostatischen Ablenksystems
angeordnet Im wesentlichen konzentrisch zur magnetischen Linse 1 sind objektebenenseitig und bildeber.enseitig
gegenüber dem elektrostatischen Ablenksystem, d.h. in Strahlrichtung gesehen vor und nach
diesem ringförmige geerdete Elektroden 5 und 5' vorgesehen. Abstandshalter 6, 6' und 6" aus nicht-magnetischem
Material halten und stützen die Ringe 3 und die geerde.en Elektroden 5 und 5'; ein zylindrischer Isolator
7 stützt die Ablenkelektroden 4; Zwischenräume 8 und 8' zwischen den geerdeten Elektroden 5 und 5' und den
Ablenkelektroden 4 dienen zum Einstellen der Randfelder des elektrostatischen Abienkfeldes. Das elektrostatische
Ablenksystem mit den Ablenkelektroden 4 ist über den abstützenden Isolator 7 innerhalb der magnetischenLinse
1 angeordnet, so daß das magnetische Fokussierfeld das elektrostatische Ablenkfeld überlappt
(vgl. F ig. 2).
So können beispielsweise die Ringe 3 aus Permalloy bestehen, 80 mm Innendurchmesser und 120 mm Außendurchmesser
haben sowie 5 bis * 5 mm dick sein. Die Ringe 3 sind abwechselnd mit ringförmigen Abstandsstücken
6 gestapelt Die Ablenkelektroden 4, die ringförmigen geerdeten Elektroden 5 und 5' sowie die Abstandsstücke
6,6' und 6" bestehen aus einem nicht-magnetischen Leiter, beispielsweise aus Phosphorbronze.
Das elektrostatische Ablenksystem weist mindestens vier, vorzugsweise acht oder mehr, beispielsweise acht
bis zwölf Ablenkelektroden 4 (zum Verhindern einer vierfachen Aberration) auf, die in Umfangsrichtung im
Abstand zueinander angeordnet sind. Jede Ablenkelektrode 4 ist länglich ausgebildet, beispielsweise in Form
einer Platte, Stange oder Zylinder mit vorzugsweise einer Länge von 50 bis 150 mm. Die Form kann in gewünschter
Weise variiert werden, wobei jedoch alle Elektroden 4 die gleiche Form aufweisen sollten. Die
jeweiligen Elektroden 4 sind käfigartig isoliert angeordnet und konzentrisch zur magnetischen Linse 1. Der
^Innendurchmesser des elektrostatischen Ablenksystems beträgt 40 mm und der Außendurchmesser 50 bis
60 mm.
Da durch die Größe der Zwischenräume 8, 8' die
elektrostatische Ablenkfeldverteilung eingestellt wer-
* den kann, ist es beispielsweise, möglich, bei kleinerem
Zwischenraum eine relativ scharfe Feldbegrenzung (geringe
Ausfransung) zu erzielen.
Bei diesem Ausführungsbeispie! sind das magnetische Fokussierfeld und das elektrostatische Ablenkfeld so
festgelegt, daß sie im wesentlichen gleichförmige Stärke im Mittelbereich der magnetischen Linse 1 in der nachstehenden
Weise haben.
1. Die Lage der Ringe 3 in der magnetischen Linse 1.
der Innendurchmesser und der Außendurchmesser sowie die Querschnittsform der Ringe 3 werden in
geeigneter Weise als Parameter so festgelegt, daß das magnetische Fokussierfeld auf im wesentlichen
gleichförmige Stärke in einem vorgegebenen Intervall im Mittelbereich der magnetischen Linse eingestellt
wird und daß Ausfransungen des magnetischen Fokussierfeldes abgestimmt werden.
2. Dip Position, der Innendurchmesser, der Außendurchmesser,
die Breite und die Querschnittsform der Ablenkelektrodert 4 des elektrostatischen Ablenksystems
sowie die Lage, der Innendurchmesser, der Außendurchmesser, die Breite und die Querschnittsform
der ringförmigen geerdeten Elektroden 5 und 5', die zu beiden Seiten der Objekt- und
Bildebenen angeordnet sind, werden in geeigneter Weise so parametrisch festgelegt, daß das elektrostatische
Ablenkfeld im elektrostatischen Ablenksystem, d. h. in der magnetischen Linse i, eine im
wesentlichen gleichförmige Stärke in einem vorgegebenen Intervall im Mittelabschnitt der magnetischen
Linse 1 aufweist. Ferner werden die Lage, der Innendurchmesser, der Außendurchmesser, die
Breite und die Querschnittsform der ringförmigen geerdeten Elektroden 5 und 5', die auf beiden Seiten
der Objekt- und Bildebenen angeordnet sind, in besonders geeigneter Weise ausgewählt, um die
Ausfransungen der elektrostatischen Ablenkfeldverteilung einzustellen und zu steuern.
Dadurch werden die Aberrationen vermindert, und der Strahl fällt auf der Targetebene vertikal od t mit
einem geringen Auftreffwinkel ein, wobei das magnetische Fokussierfeld und das elektrostatische Ablenkfeld
mit im wesentlichen gleichförmiger Stärke in einem geeigneten Intervall im Mitteiabschnitt der magnetischen
Linse 1 verwendet und die Ausfransungen des elektromagnetischen Feldes abgestimmt und eingestellt
werden.
Die F i g. 2 zeigt schematisch die Verteilung des magnetischen Fokussierfeldes und des elektrostatischen
εο Ablenkfeldes bei dem System gemäß F i g. 1. Die F i g. 2
zeigt etwas übertrieben die Gleichförmigkeit dieser Verteilungen in der Nähe des Mittelabschnitts der Linse
für die Erzeugung eines fokussierenden Magnetfeldes. Tatsächlich ist es schwierig, im wesentlichen gleichförmige
Felder für die magnetische Fokussierung und d;e
elektrostatische Ablenkung über den gesamten Ablenk- und Fokussierraum im Ablenk- und Fokussiersystem zu
realisieren. Gemäß F i g. 2 nehmen die magnetische Fo-
kussierfeldverteilung 9 und die elektrostatische Ablenkfeldverteilung
10 in der Nähe der beiden Enden der magnetischen Linse 1 ab. Es können jedoch-die Länge
des Abschnitts, wo sich die Felder im wesentlichen
gleichförmigem Miltelabschnitt der magne.tischen'Linse
I verteilen, sowie die Form.des Abfalls der Feldstärken in der Nähe der bejdenEodabschnitte der magnetischen
Linse 'i.ii. h. die Ausfransungen, durch geeignete Variation
der yorstehenderläuterten. Parame'teiyder. magnetischen
Linse und.des^elektrpstatischenTAblenksystems
leicht gesteurt werden. Dadurch können größere Strahlaberrationen
und Strahlauftreffwinkel vermieden werden.
Es sind bei Untersuchungen der Aberrationsformel bei einem System, bei dem das magnetische Fokussierfeld
und ein elektrostatisches Ablenkfeld einander überlagert sind, die folgenden Tatsachen ermittelt worden.
Wenn die magnetische Fokussierfeldverteilung und die elckirusiaiische Abiciikieicivcrieiiuiig in geeigneter
Weise durch die Ringe 3, die Ablenkelektroden 4 und die ringförmigen geerdeten Elektroden 5 und 5' abgestimmt
werden, können die Einflüsse der Ausfransungen auf die Aberrationen und den Fehler des vertikalen Auftreffwinkels
durch die vorstehenden Abstimmungen mit lediglich einem einstufigen Ablenksystem vermieden
werden, ohne daß mehrere Ablenksysteme erforderlich sind.
Es sei angenommen, daß lediglich eine Ausfransung in jeder axialen, magnetischen Fokussierfeldverteilung
und der axialen, elektrostatischen Ablenkfeldverteilung vorhanden ist (vgl. F i g. 3A bis 3D) und daß die Ausfransung
durch eine geeignete Kurve, beispielsweise eine sinusförmige Kurve, simuliert werden kann. Für diesen
Fall ist die Bezeichnung zwischen einem Koeffizienten für den Ablenkastigmatismus und die Lage der Ausfransung
in F i g. 4 dargestellt Dabei wird angenommen, daß HIa Breite der Ausfransim17 fest ist und die L-s^s der
Äusfransung als Parameter vorliegt. Ferner zeigen die Fig.3A und 3B Ausfransungen der axialen, magnetischen
Fokussierfeldverteilung objektebenenseitig bzw. bildebenenseitig. Die F i g. 3C und 3D zeigen Ausfransungen
der axialen, elektrostatischen Ablenkfeldverteilung objektebenenseitig bzw. bildebenenseitig.
Es werden ferner unter Berücksichtigung des Ablenkastigmatismus die Lage eines Punktes A vor der vorstehenden
Abstimmung betrachtet. In diesem Fall befindet sich die objektebenenseitige Ausfransung (I) und die
bildebenenseitige Ausfransung (II) des magnetischen Fokussierfeldes an den Stellen (I) bzw. (II) in Fig. 5A,
und diese Ausfransungen (I) und (II) entsprechen den ^-Punkten (I) bzw. (II) in Fig.4. In ähnliche«· Weise
befinden sich die objektebenenseitige Ausfransung (III) und die bildebenenseitige Ausfransung (IV) des elektrostatischen
Ablenkfeldes an den Stellen (III) bzw. (IV) in F i g. 5B, und diese Ausfransungen (IH) und (IV) entsprechen
den X-Punkten (III) bzw.(IV) in F i g. 4.
Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Objektebene
und der Bildebene 200 mm und der Koeffizient für den Ablenkastigmatismus am Punkt A ist
0,36 μΐη. Dieser Koeffizient für den Ablenkastigmatismus
sowie andere Aberrationen, die nachstehend näher erläutert werden, werden an einer Ecke eines elektrostatischen
Ablenkbereichs von 10 mm gemessen, wenn der Öffnungswinkel des Strahls 5 mrad beträgt Bei anderen
wesentlichen Aberrationen betragen die Ablenkunschärfenlänge
0,10 μπι, die chromatische Ablenk-Aberration 0,23 μπι und der Fehlerkoeffizient für den
vertikalen Auftreffwinkel Z2 mrad/mm2. Hierbei ist der
Ablenkastigmatismus so groß, daß er. reduziert werden sollte. Zu diesem Zweck werden die Lageaindjdie Breite
der vier Ausfransungen derart eingestellt, daß'ein Punkt des Ablenkastigmatismus sich an den.Ursprung O ent-5;
sprechend dem Idealzüstand.annähert.
Wenn die jeweiligen Positionen der. Ausfransungen in den Fig.5A und 5B nach rechts und;links verschoben
werden, so bewegen sich die Orte der 'Ausfransungen in Richtung-L bzw. Ä:gemäß FJ^.^.iV/enn^bXispibjsw.eise
(ojdie bildebenenseitige;.^
sehen Äblenkfeldes in Fig.5B nach links verschoben
wird, so bewegt sich der entsprechende X-Punkt (IV) in L-Richtung in F i g. 4. Dadurch nähert sich der Punkt A
an den Ursprung O an. und der Ablenkastigmatismus verringert sich. Wenn beispielsweise die Ausfransung
um 3mm nach links in Fig.5B verschoben wird, so
bewegt sich der Punkt A zum Punkt B, so daß sich der Ablenkastigmatismus auf 0,26 μπι verringert. In diesem
Fan betragen der Koeffizient für die Abienkunscharfenlänge 0,11 μιη, der Koeffizient für die chromatische Ablenkaberration
0,25 μπι und der Fehlerkoeffizient für
den vertikalen Auftreffwinkel 1,8 mrad/mm2.
Dadurch wird von den hauptsächlichen Aberrationen der Ablenkastigmatismus auf 2/3 des Werts vor der Ab-Stimmung
reduziert, während die übrigen Aberrationen im wesentlichen gleich bleiben, also im wesentlichen die
gleichen Werte wie vor der Abstimmung aufweisen.
Vorstehend wurde die Reduktion des Ablenkastigmatismus durch Abstimmen der Lage der Ausfransungen
der magnetischen Fokussierfeldverteilung und der elektrostatischen
Ablenkfeldverteilung erläutert. Tatsächlich werden die Beziehungen der Ablenkunschärfestrekke,
des Ablenkastigmatismus, der chromatischen Ablenkaberration und des Auftreffwinkels mit den Positionen
und Breiten der Ausfransungen gemäß den F i g. 7 bis 14 erhalten. Dadurch werden die optimalen Positionen
lind Breitsn dsr Ausfrsnsun^en die sowohl die verschiedenen
Aberrationen als auch den Auftreffwinkel vermindern, erhalten. Die Positionen und Breiten der
Ausfransungen in den Fig.7 bis 14 sind gemäß den
F i g. 15A und 15B definiert In F i g. 15A sind die Breite
Wi ι und die Lage Zi \ der objektebenenseitigen Ausfransung
des magnetischen Fokussierfeldes sowie die Breite Wn und die Position Zn der bildebenenseitigen Ausfransung
des magnetischen Fokussierfeldes angegeben. In F i g. 15B sind die Breite W}, und die Position Z, ι der
objektebenenseitigen Ausfransung sowie die Breite Wy2 und die Position Zy 2 der bildebenenseitigen Ausfransung
des elektrostatischen Ablenkfeldes dargestellt. . Dadurch erhält man die optimale magnetische Fokussierfeldverteilung
und die optimale elektrostatische Ablenkfeldverteilung beispielsweise entsprechend den gestrichelten
Linien in den F i g. 6A bzw. 6B und 16A bzw. 16B. Vergleicht man die Magnetfeldverteilung in
Fig. 16A mit der elektrostatischen Ablenkfeld verteilung in Fig. 16B, so zeigt sich, daß die Position der
Ausfransung auf der Objektebenenseite A des magnetischen Fokussierfeldes koinzident ist mit der des elektrostatischen
Ablenkfeldes. Verschiebt sich die Lage der Ausfransung zur Bildebenenseite B, so nimmt das magnetische
Fokussierfeld mit einer relativ schwachen Sinusform in der Nähe der Mittellage zwischen der Objektebene
A und der Bildebene B zu, so daß die Verteilung des magnetischen Fokussierfeldes eine Zone mit
gleichförmiger Stärke in einem kurzen Intervall im Mittelabschnitt aufweist. Dann nimmt das magnetische Fokussierfeld
wieder mit einer relativ schwachen Sinusform ab. Dabei ist die Ausfransung auf der Bildebenen-
' seite B des magnetischen Fokussierfeldes an der Stelle
der Bildebene B nicht null, und die Ausfransung er-, streckt sich bis zu einer Stelle, die geringfügig außerhalb
• der Bikiebenenlage B, d. h. der Lage einer Probe, ist.
Andererseits steigt das elektrostatische Ablenkfeld -»'■ von der Position der Objektebene steiler sinusförmig an
als beim magnetischen Fokussierfelti. Nach diesem star-.ken
Anstieg bCffibt die Stärke des elektrostatischen Ablenkfeldes
über ein relativ großes Intervall gleichförmig, nln der Nähe der Bildebenenlage fällt das elekrostatische
Ablenkfeld stark sinusförmig ab. Dabei ist das elektrostatische Ablenkfeld an der Position der Bildebene vollständig
null im Gegensatz zum magnetischen Fokussierfeld.
Selbst wenn das elektrostatische Ablenkfeld in der Nähe der Position B der Bildebene null ist, hat das magnetische
Fokussierfeld einen endlichen Wert, so daß die Abweichung der geladenen Teilchen aufgrund des
elektrostatischen Abienkfeides durch das magnetische
Fokussierfeld bis zur Probe reduziert werden kann. Folglich können der Auftreffwinkel und die Aberratio-1
nen, insbesondere der Ablenkastigmatismus, vermindert werden. Das elektrostatische Ablenkfeld verteilt sich
gleichförmig über den größten Teil mit Ausnahme der beiden Abschnitte mit den Ausfransungen, so daß die
geladenen Teilchen mit einem großen Ablenkwert durch eine geringe Spannung abgelenkt werden können.
Daher kann die Empfindlichkeit des beschriebenen Ablenk- und Fokussiersystems erhöht werden.
Die speziellen Formen und Anordnungen der magnetischen Fokussieriinse und des elektrostatischen Ablenksystems
werden in der nachstehenden Weise festge-" legt, um eine optimale elektromagnetische Feldverteilung
zu erzielen.
Bei der magnetischen Fokussieriinse 1 werden die Anzahl der Ringe 3 und deren Breiten und Abstände
en akaeeljmml
A\a
elektrostatischr Ablenkfeldverteilung gemäß den durchgezogenen Linien in den Fig. 16A bzw. 16B. Ferner
sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Ablenkelektroden 4 vom bildebenenseitigen Endabschnitt des
Rings 3 in Richtung der Mittelachse der Magnetspule 2 zur Objektebenenseite verschoben. Die Ablenkelektroden
4 haben den gleichen Innendurchmesser wie die ringförmigen geerdeten Elektroden 5 und 5'.
. In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des %
. In Fig. 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des %
io;|Ablenk- und Fokussiersystems dargestellt, wobei die |;
"gleichen Bezugszeichen wie bei den F i g. 1A und i B für
gleiche Bauelemente verwendet werden. Zur Aufnahme der Fokussierspule 2 sind ein oberes und ein unteres
Gehäuseteil 11 bzw. 12 aus magnetischem Material vorgesehen,
die mit Hilfe einer Schraube 13 starr miteinander verbunden sind. Die Fokussierspule 2 ist auf eine;;i
ringförmigen Abstandsstück 14 befestigt, das wiederum auf der Bodenfläche des unteren Gehäuseteils 12 angeordnet
ist. Die Gehauseteiie i t und Ϊ2 bilden ferner eine
Kammer zur Aufnahme der Ringe 3. die beispielsweise aus Permalloy bestehen, sowie eine Kammer zur Aufnahme
der Ablenkelektroden 4 des elektrostatischen Ablenksystems sowie der geerdeten Elektroden 5 und
5'. Um die innere Mantelfläche der Fokussierspule 2 ist ein hohizyündrisches Dichtungsteii 15 aus unmagnetischem
Material angeordnet, um den Innenraum des Dichtungsteils 15 vakuumdicht abzudichten. Das Dichtungsteil
15 richtet ferner den Ring 3 und das Abstandsstück 6 aus, das beispielsweise aus Phosphorbronze besteht.
Das Dichtungsteil 15 ist luftdicht an den Gehäuseteilen 11 und 12 mit Hilfe von O-Ringen 16 und 17
befestigt Am Dichtungsteil 15 ist ein Anschluß 19 befestigt, der mit den Ablenkelektroden 4 über einen Verbindungszapfen
18 verbunden ist Am Dichtungstei! 15 sind ferner Anschlußzapfen 22 befestigt, die mit einem
Stigmator verbunden sind, der wiederum durch Umwin-
alnrcnnl
gnetische Fokussierfeldverteilung mit der optimalen Verteilung gemäß Fig. 16A übereinstimmt. Der Innendurchmesser
der Ringe 3 werden so festgelegt, daß das elektrostatische Ablenksystem eingebaut werden kann.
Ein Ring 3 dient zur Verringerung der Asymmetrie des ■Magnetfeldes, die durch die Ungleichförmigkeit der
Windung der Fokussierspule 2 verursacht wird.
Beim elektrostatischen Ablenksystem werden die Länge der Ablenkelektrode 4 in Längsrichtung sowie
die Abstände zwischen den Ablenkelektroden 4 und den ringförmig geerdeten Elektroden 5 und 5' nacheinander
-abgestimmt, so daß die tatsächliche elektrostatische Ablenkfeldverteilung
mit der optimalen Verteilung gemäß iFig. 16B möglichst weitgehend übereinstimmt Die
Gleichförmigkeit des elektrostatischen Ablenkfeldes wird hauptsächlich durch Ablenkelektroden 4 erreicht
Die beiden Ausfransungen des elektrostatischen Ablenkfeldes werden hauptsächlich durch die ringförmigen
geerdeten Elektroden 5 und 5' gebildet
Um die Herstellungsgenauigkeit zu verbessern, können
die Ablenkelektroden 4 des elektrostatischen Ablenksystems und die ringförmigen geerdeten Elektroden
5 und 5' die gleichen Innendurchmesser aufweisen.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ablenk- und Fokussiersystems, das in dieser Weise konstruiert
ist, ist in F i g. 17 dargestellt mit Abmessungsbei-.spielen
für verschiedene Elemente des Systems. Diese Abmessungen sind in mm angegeben und können beispielsweise
unter Beibehaltung der Proponkmen erhöht
oder erniedrigt werden. Mit diesem System erhält man disi magnetische Fokussierfeldverteilung und die
bildet wird. Diese Anschlußzapfen 22 sind ferner mit einem Anschluß Zl verbunden, der an den Gehäusetcilen
11 und 12 befestigt ist Um den Stigmator ist eine dynamische Fokussierspule 24 angeordnet. Ein Anschluß
25 für die Stromzufuhr der magnetischen Fokussierspulen 2 ist ebenfalls am Gehäuseteil 12 befestigt
Eine Schirmelelektrode 26 in Form eines Hohlzylinders umgibt den Außenmantel des Isolators 7.
Während die bildebenenseitige, ringförmige geerdete Elektrode 5' die gleiche Form wie die objektebenenseitige.
ringförmige geerdete Elektrode 5 haben kann (vgl. Fig. IA), hat bei dem vorliegenden Ausführungsbei-
5ö spiel die geerdete Elektrode 5' einen Flansch SA'als
Abstandsstück zum Abstützen des elektrostatischen Ablenksystems, sowie einen sich in Axialrichtung erstreckenden,
ringförmigen Abschnitt, der länger ist als bei der objektebenenseitigen geerdeten Elektrode 5.
Zum Auspumpen des Innenraums der geerdeten Elektrode
5' ist in der Ringwandung eine Öffnung 5B'vorgesehen.
Der obere Endabschnitt des oberen Gehäuseteils 11 weist einen Flansch 11Λ zum Abdecken der objektebenenseitigen,
ringförmigen geerdeten Elektrode 5 auf, so daß das im System erzeugte Magnetfeld keine
(objektebenenseitige) Vorstufe beeinflußt. Da das elektrostatische Ablenksystem mit den Ablenkelektroden 4
gegenüber der Kombination aus den Ringen 3 und den Abstandsstücken 6 zur Objektebenenseite hin verscho-
b5 ben ist, ist der Oberseitenabschnitt JIS des oberen Gehäuseteils
11 dicker als der untere Oberflächenabschnitt
12Λ des unteren Gehäuseteils 12.
Die Fig. 18 zeigt ferner einen Probentisch 31 zur
Die Fig. 18 zeigt ferner einen Probentisch 31 zur
Auflage einer Standardprobe, um $e Form des Strahlquerschnitts
auf der Objektfläche des Ablenk- und Fo-(kussiersystenV3
zu bestimmen. Mit Hilfe eines Detektors •"$.2 werden vom Probentisch 31 reflektierte Elektronen
nachgewiesen; ferner ist ein Probentisch 33 für Wafer vorgesehen sowie ein Detektor 34 zum Ermitteln der
Strahlbedingungcn auf dem Probentisch 33.
Die Fig. 19 zeigt eine Querschnittsansicht des elektrostatischen
Ablenksystems mit Ablenkelektroden 4 gemäß Fig. 18, gesehen von der Objektebenenseite.
Gemäß Fig. 19 ist der Isolator 7 jeweils ein an der betreffenden Ablenkelektrode 4 befestigter Streifen.
Mehrere Kombinationen, bestehend aus der Elektrode 4 und dem isolierenden Streifen 7 sind in Umfangsrichtung
und im Abstand zueinander auf der Innenmantelfläche der zylindrischen Schirmeleketode 26 angeordnet.
Die Schirmelektrode 26 wird auf einem gleichmäßigen Potential, beispielsweise auf Massepotential gehalten
und ksPiR si!5 Phosphorbronze bestehen. Gemäß
F i g. 18 weist di«: Schirmelektrode 26 eine öffnung 26/1
auf, in die ein k -tlator 26ß mit einer Bohrung 25C eingesetzt
ist. Ein Verbindungszapfen 18 ist starr in die Bohrung 26C eingesetzt, so daß er mit den Ablenkelektroden
4 elektrisch verbunden ist
Gemäß Fig. 19 sind die Ablenkelektrode 4 und der
isolierende Streifen 7 derart überlappend laminiert, daß der Streifen 7 zwischen den im Abstand angeordneten
Ablcnkelektroden 4 nicht gesehen wird, während die Schirmelektrode 26 zwischen diesen Ablenkelektroden
4 sichtbar ist, wenn man die Ablenkelektroden 4 von der Mitte des elektrostatischen Ablenksystems aus betrachtet.
Durch diesen Aufbau wird ein Aufladen der isolierenden Streifen 7 verhindert, und die Beeinflussung des
Ablenk- und Fokussiersystems durch ein äußeres elektrostatisches Feld wird durch die Schirmelektrode 26
verhindert. Dadurch wird die Steurbarkeit des elektrostatischen Ablenksystems verbessert.
Zur Herstellung des beschriebenen Ablenk- und Fokussiersystems sollten verschiedene Herstellungstoleranzen
berücksichtigt werden. Diese Toleranzen kann man abschätzen durch Ermittlung der Zunahme der totalen
Aberration aufgrund von Herstellungsfehlern. Die Tabelle I gibt Toleranzen berechnet unter der Bedingung,
daß die totale Aberration höchstens 0,2 μηι beträgt,
an. Neben den Herstellungsfehlern sind die in Tabelle I angegebenen vier Toleranzentypen bedeutsam.
!•"chlcrart
Toleranz
magnetischen Linse und die Ausfransungen des elektrostatischen Ablenkfeldes des elektrostatischen Ablenksystems
durch eine einfache Anordnung mit einem einstufigen elektrostatischen Ablenksystem abgestimmt wurden
können, um Aberrationen und Auftreffwinkel zu erreichen, die so kiein wie bei gleichförmiger elektromagnetischer
Feldverteilung sind. Da ein einstufiges elektrostatisches Ablenksystem zum Abstimmen der Feldausfransungen
ausreichend ist, wird lediglich ein Stromyersorugngssatz für das Ablenk- und Fokussiersystem
benötigt und daher nur eine geringe Anzahl von schnellen und hochgenauen A/D-Umsetzern sowie Verstärkern
zum Ansteuern des Ablenksystems. Dadurch ergeben sich erhebliche Verringerungen der Gesamtkosten
bei dem beschriebenen Ablenk- und Fokussiersystem, das darüberhinaus, da das Ablenksystem elektrostatisch
arbeitet, eine hohe Ablenkgeschwindigkeit ermöglicht.
Abweichung des elektrostatischen < 1 mm
Ablenksystems in Richtung der
Mittelachse
Winkelabweichung für die Unter- < 0,03°
teilung der Ablenkelektroden 4
Abweichungen zwischen den Mittel- < 100 μπι
achsen der magnetischen Linse und des elektrostatischen Ablenksystems
Neigung der Mittelachse des elektro- <
0,06°
statischen Ablenksystems gegenüber der Mittelachse der magnetischen Linse
Hierzu ! 7 Blatt Zeichnungen
Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß die Ausfransungen des magnetischen Fokussierfeldes der
Claims (1)
1. Ablenk- und Fokussiersystejn für einen Strahl
aus geladenen Teilchen mit
a) einer magnetischen Linse (i) zum Fokussieren des Strahls, die in Strahlrichtung gesehen einen
oberen und einen unteren Polschuh aufweist, zwischen denen mehrere Ringe (3) aus magnetischem
Material innerhalb der Linse (1) und im wesentlichen konzentrisch zu deren Achse zur
Erzeugung einer vorgegebenen magnetischen Feldverteilung axial unterteilt angeordnet sind,
und mit
b) einem einstufigen elektrostatischen Ablenksystem,
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