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Verfahren und Anordnung zur Messung vm Linsenfehlern
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und/oder der Zentrierung an Sonden erzeugenden Linsen für Ladungsträger.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Linsenfehlern
und/oder der Zentrierung an Sonden erzeugenden Linsen für Ladungsträger nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung.
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In einem Raster-Elektronenmikroskop erfolgt die Zentrierung der Beleuchtung
nach dem Dreh- und Spannungszentrum. Dieses Kriterium ist jedoch nicht ausreichend,
wenn das Linsenfeld eine starke einzählige Störung aufweist (F. Zemlin et al, Ultramicroscopy
3 (1978), 49 ff.)).
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Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Methode zur Zentrierung bei
Sonden erzeugenden Linsen ist der Umstand, daß die Erregung der zu zentrierenden
Linse bei dieser Zentrierung geändert werden muß.
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Nach dem Stand der Technik werden die lateralen Aberrationen einer
feinen Sondegeringer Apertur oder der Kaustik-Querschnitt eines weitgeöffneten Bündels
z-.-B.
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durch Bestrahlen einer elektronenempfindlichen Schicht registriert
(V.R.M. Rao et al, Optik 56 (1980), 113 ff.)).
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Zur Betrachtung der entstandenen Bilder ist dabei in einigen Fällen
ein Mikroskop erforderlich. Weiter ist bekannt, daß die lateralen Aberrationen einer
feinen Sonde geringer Apertur oder der Kaustik-Querschnitt eines weitgeöffneten
Bündels elektronenoptisch vergrößert und auf einem Leuchtschirm betrachtet werden.
In einem bekann-
ten Elektronenstrahl-Schreiber ist zur Einstellung
der Sonde ein spezielles Betrachtungsmikroskop eingebatt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art und einen einSa chen Meßaufbau anzugeben, mit denen sich
gleichzeitig die Abbildungsfehler und die Zentrierung von solchen Linsen quantitativ
bestimmen lassen, die zur Fokussierung und Formung einer Ladungsträger-Sonde eingesetzt
werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem Anspruch
1 gelöst. Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sindxin den Unteransprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung dargestellt.
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Zur Fehlermessung und zur Prüfung der Zentrierung an Sonden erzeugenden
Linsen für Ladungsträger wird erfindungsgemäß die aus der Transmissions-Ruhbild-Mikroskopie
bekannte Methode der Fehlerfiguren angewendet (E. Meyer, Opti; 18 (1961) 69 ff.
und 101 ff.)).
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Da die Aberrationen und damit die Fehlerfiguren einer einzelnen Linse
im allgemeinen zu klein sind, um sie direkt zu beobachten, wird erfindungsgemäß
das Bild einer Ladungsträger-Sonde nachvergrößert. Im Fall Sonden erzeugender Elektronen-/Ionen-Optiken
wird diese Vergrößerung erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mit dem Sondenfleck
in einer Ebene, in der die Aberrationen gemessen werden sollen, ein Objekt mit entsprechend
kleinen Details abgerastert wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der
Zeichnung
im folgenden näher beschrieben.
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Fig.1 zeigt den Aufbau zu einer erfindungsgemäßen Fehlermessung an
einer sondenformenden Linse.
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Fig.2 zeigen verschiedene Detektoranordnungen für erfinmit 4 dungsgemäße
Aberrations-Messungen.
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Fig .5 erläutert die Methode der Fehlerfiguren.
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Fig.1 zeigt einen Aufbau zur erfindungsgemäßen Aberrations-Messung
(Fehlermessung) an einer sonden formenden Linse L. Der eingezeichnete (durchgezogene)
Strahl ist der Mittelstrahl eines sehr schlanken Ladungsträgerbündeis, welches um
den Punkt 0 virtuell gegen die optische Achse gekippt ist. Die optische Achse stimmt
mit der z-Achse überein. In die zu prüfende Linse L wird ein Ladungsträgerbündel
mit möglichst kleiner Apertur und hinreichend kleinem Querschnitt des Ladungsträgerbündels
in der Ebene z1 eingestrahlt. In Fig.1 ist nur der Mittelstrahl dieses Ladungsträgerbündels
gezeichnet. Die Begrenzung der Apertur und des Querschnitts der Ladungsträgersonde
erfolgt zweckmäßig oberhalb dieser z-T-Ebene.
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Mit insgesamt vier Ablenkspulen, von denen jeweils zwei übereinander
in x- und y-Richtung angeordnet sind, der Ablenkeinheit DA wird das Ladungsträgerbündel
zeitlich nacheinander so gekippt, daß dessen Mittelstrahl vor Eintritt in die Linse
L um eine vorgegebene Achse auf einem Kegelmantel umläuft. Die Spitze dieses Kegels
liegt dabei in der z1-Ebene. In dem in Fig.1 gezeichneten Ausführungsbeispiel der
Erfindung stimmt die Achse dieses Kegels (doppelt strichpunktierte gezeichnete Achse)
mit der Achse der Linse L (strichpunktiert gezeichnete Achse)
überein.
Die in der z1'-Ebene auftretende Aberration ist bei diesem Ausführungsbeispiel nach
Fig.1 den aialen Fehlender Linse L zuzuordnen. Bei der Messung außeraxialer Linsenfehler
liegt die Achse des obengenannten Kegels entsprechend außerhalb der Linsenachse.
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Um die zu einer beliebigen, aber festen Einstrahlrichtung @
gehörende Aberration 8 zu messen, wird der Sondenfleck mit den Rasterspulen der
Rasterablenkung RA über die Z1 1-Ebene gerastert. Die Spulen der Rasterablenkung
RA können auch in die Linse L integriert sein. Der Winkel O ist der Kippwinkel des
Mittelstrahls der Ladungsträger-Sonde in der z1-Ebene gegen eine willkürliche Bezugsrichtung.
Das so erhaltene Rasterbild in der z1t-Ebene ist dann gegenüber dem Bild mit nicht-gekippter
Beleuchtung um - verschoben. Der Rasterbereich der Rasterablenkung RA braucht nur
so groß wie die Fehlerfigur zu sein; die Anforderungen an die Linearität dieser
Rasterablenkung RA sind daher leicht zu erfüllen.
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Erfolgt das Abrastern des Objektbereichs von der räumlichen Größe
der zu bestimmenden Fehlerfigur in einer Zeit, die klein gegen die Zeit ist, in
welcher der Sondenstrahl durch die Ablenkeinheit DA einmal auf einem Kegelmantel
rundgeführt wird, so läßt sich die Fehlerfigur direkt auf einem Sichtgerät der Raster-Sondenanordnung
darstellen.
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Im anderen Fall muß die Fehlerfigur punktweise aufgenommen werden.
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Die Fig.2 mit 4 zeigen Ausführungsbeispiele zur Aberrationsmessung
nach dem Rasterprinzip. In Fig.2 wird das Transmissions-Rasterbild einer kreisförmigen
Blende BO entworfen. Der Durchmesser. der Blendenöffnung sollte zur
übersichtlichen
Messung mindestens dreimal kleiner als die auftretenden Aberrationen # sein. Die
mit einem Kippwinkel a versehene Sonde von Fig.1 weist nach Durchlaufen der Linse
L einen Kippwinkel O' auf. Die Aberrationen s werden von dem Detektor DT nachgewiesen
Für Kontrollmessungen an der Ablenklinse L eines Elektronen-/Ionen-Schreibers ist
eine Detektor-Anordnung nach Fig.3 geeignet. Eine Verschiebung des Sondenflecks
infolge von Linsenfehlern wird hierbei durch Abrastern von Justiermarken JM geringer
lateraler Ausdehnung, z.B. Löcher, Ätzgruben, Schwermetallmarken, festgestellt.
Auf diese Weise lassen sich Linsenfehler (Einstellfehler) und die Zentrierung der
Beleuchtung ermitteln bzw. überprüfen.
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Dies kann vorteilhafter Weise in längeren Schreibpausen erfolgen.
Ist eine Justiermarke JM z.B. als T-Graben ausgebildet, so kann sie von Detektoren
DT über den Topografie-Eontrast festgestellt werden. Ist eine Justiermarke JM als
ein Schwermetallfleck ausgebildet, so kann diese Justiermarke JM über den Sekundärelektronen-Kontrast
in der üblichen Betriebsart eines Raster-Elektronenmikroskops festgestellt werden.
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Fig.4 zeigt eine Detektor-Anordnung für Aberrationsmessungen mit verbesserter
Empfindlichkeit. Um bei gekippter Beleuchtung einen Bereich eines Objekts OB von
einer Größe von etwa 2# Kontrast stark abbilden zu können, sind Kontrastblende KB
und Detektor DT in der Ebene z2 verschiebbar. Nach Fig.4 ergibt sich der Auftreffort
D des Mittelstrahl im Detektor DT zu: D = +b tan Gl.
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b ist der Abstand zwischen der Objektebene Z1t und der Detektorebene
Z2 Die maximal mögliche Auflösung eines erfindungsgemäßen Meßverfahrens, die begrenzt
ist durch den Beugungsfehler an der Apertur bestimmenden Blende des Sondenstrahls,
wird mit dem Transmissions-Rasterbild von entsprechend feinen, stark streuenden
Strukturen auf einer Kohlefolie erreicht. Die Apertur des Sondenstrahls und die
Größe der Kontrastblende KB sind dabei der Streucharakteristik des Objekts OB anzupassen.
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Für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig.4 wird im folgenden
eine Dimensionierung der Abstände und Winkel am Beispiel eines Ablenkobjektivs für
einen Elektronenstrahl-Schreiber angegeben. Gegeben seien dabei ein Arbeitsabstand
a zwischen der Linsenmitte und einem Wafer als Objekt OB von 50 mm. Als Rasterspulen
RA werden dabei die Ablenkspulen des Objektivs genommen. Weiter betrage das theoretische
Auflösungsvermögen auf der Achse 0,1 µm bei einer Apertur von 5.1O3rai. Gemessen
werden soll eine (axiale) Koma, welche die Auflösung auf der Achse auf etwa 0,15/um
verschlechtert. Der zugehörige Koma-Koeffizient B2 ist für die angegebene Apertur
5 = 5^10 3rad etwa B2 ~ 2 mm. Die Linse L wird nun so erregt, daß nach Durchlaufen
dieser Linse L die Ladungsträger-Sonde eine Apertur «' von 5.10 rad und einen Kippwinkel
@' von 5*10 2rad aufweist. Der Abstand b vom Objekt OB zum Detektor DT wird
zu 25 mm gewählt. Der Durchmesser der Kontrastblende KB betrage 150/um. Die infolge
der Koma auftretende Aberration ß ist dann 5/um groß. Der Abstand D des Auftrefforts
dieser Sonde im Detektor DT zur optischen Achse beträgt dann 1,25 mm.
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Fig.5 erläutert die Methode der Fehlerfiguren. Gezeich-
net
ist der xz-Schnitt durch den Strahlengang. Die Ebenen z1 und z1' sind konjungiert.
#x ist die x-Eomponente des komplexen Kippwinkels # =/#/ei#;/#/2 = #x2 + #y2. #dxO,O'
(#) ist die zum Kippwinkel 4 und der Achse O 0' gehörende Aberration. Die Aberration
ist in Fig.5 übertrieben dargestellt. Die Bezugsachse O O' muß nicht wie in Fig.5
dargestellt mit der Linsenachse übereinstimmen.
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Wird, wie in Fig.5 dargestellt, ein schlankes Sondenbündel der Apertur
test und kleinem Durchmesser in der Ebene z1 unter dem Winkel 4 = #x + i #y =/#/
ei# gegen eine willkürliche Bezugsrichtung 0 O' durch eine Linse L gestrahlt, so
tritt infolge der Linsenfehler in der Ebene Z1t eine laterale Aberration α
auf. Diese laterale Aberration d hängt von den zur Bezugsrichtung axialen Linsenfehlern
folgendermaßen ab:
In Gleichung (1) sind die Bildfehler bis einschließlich der dritten Ordnung berücksichtigt,
dabei sind Ao die Bildverschiebung, A1 der axiale Astigmatismus erster Ordnung,
C1 die Defokussierung, A2 der axiale Astigmatismus zweiter Ordnung, B2 die axiale
Koma, A3 der axiale Astigmatismus dritter Ordnung, 33 der Sternfehler dritter Ordnung
und C3 die sphärische Aberration. Für Rundlinsen ist A3 und B2 im allgemeinen vernachlässigbar
klein. Der Querstrich über # bzw. über den Koeffizienten bedeutet:"Konjungiert komplex".
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Um die Fehlerkoeffizienten aus der Aberration (#=#x+i#y) experimentell
zu bestimmen, geht man so vor, daß man den Betrag des Kippwinkels # von Null bis
zu einem Abstand |#|max variiert und jeweils bei Abstand /#/= konstant den Azimutwinkel
p von Null bis 2# ändert. /#/max ist etwa eine Größenordnung größer zu wählen als
die Abbildungsapertur αBB, welche beim eigentlichen Betrieb der Linse L vorgesehen
ist. Auf diese Weise lassen sich alle Bildfehler bestimmen, welche bei Abbildung
mit der Apertur αABB die Auflösung begrenzen.
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Die Zentrierung einer Rundlinse L läßt sich feststellen, wenn man
den Sondenstrahl um + Qx und + #y gegen die zunächst eingestellte Beleuchtungsrichtung
kippt. Die Beleuchtung ist auf die Linse L ideal zentriert, wenn #(#x) = -# (-#x)
und #(#y) = -# (-#) ist. Zur Zentrierung realer Linsen L wird man die möglichst
exakte Erfüllung dieser Bedingungen fordern.
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