DE3222275C2 - Ablenk- und Fokussiersystem für einen Strahl aus geladenen Teilchen - Google Patents

Ablenk- und Fokussiersystem für einen Strahl aus geladenen Teilchen

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DE3222275C2
DE3222275C2 DE3222275A DE3222275A DE3222275C2 DE 3222275 C2 DE3222275 C2 DE 3222275C2 DE 3222275 A DE3222275 A DE 3222275A DE 3222275 A DE3222275 A DE 3222275A DE 3222275 C2 DE3222275 C2 DE 3222275C2
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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
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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 %
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
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.
Tabelle I
!•"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)

Patentansprüche:
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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