EP1386342A2 - Deflection system for a particle beam device - Google Patents

Deflection system for a particle beam device

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Publication number
EP1386342A2
EP1386342A2 EP02724193A EP02724193A EP1386342A2 EP 1386342 A2 EP1386342 A2 EP 1386342A2 EP 02724193 A EP02724193 A EP 02724193A EP 02724193 A EP02724193 A EP 02724193A EP 1386342 A2 EP1386342 A2 EP 1386342A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particle beam
charged particles
corrector
magnetic
deflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02724193A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Brunner
Ralf Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AKT Electron Beam Tech GmbH
Original Assignee
AKT Electron Beam Tech GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AKT Electron Beam Tech GmbH filed Critical AKT Electron Beam Tech GmbH
Publication of EP1386342A2 publication Critical patent/EP1386342A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path

Definitions

  • the invention relates to a particle beam apparatus and a device for the energy-corrected deflection of a particle beam from charged particles and a method for the energy-corrected deflection of a particle beam.
  • Devices for deflecting particle beams from charged particles are used for particle beam devices such as e.g. Electron microscopes, devices of electron or ion beam lithography and used for display devices. It is usually a question of deflecting a particle beam of charged particles from an incident direction into variable directions in order to be able to move to different positions on a target surface.
  • the deflection of particle beams from an direction of incidence to a direction of exit is generally carried out by using electrical or magnetic fields which exert lateral forces on the particle beam.
  • the electric or magnetic fields are generated by deflectors, the electric or magnetic multipoles, e.g. Dipoles or quadrupoles.
  • the deflection angle between the direction of incidence and the direction of exit a ⁇ , which a homogeneous magnetic field of strength B perpendicular to the particle beam causes on the particle beam, is given by
  • SQRT (W) is the square root of the kinetic particle energy W of the charged particles and k m is a constant which depends on the particle mass, particle charge, the magnetic field strength and the angle between the magnetic field and the particle beam direction.
  • Eq. (1) applies in particular in the event that the deflection angle is small compared to the angle between the particle beam and the magnetic field.
  • k e is a constant that depends on the particle mass, particle charge, the electric field strength and the angle between the electric field and the particle beam direction.
  • Eq. (2) applies in particular to the case where the deflection angle is small compared to the angle between the particle beam and the electric field.
  • the dependence of the deflection angle on the particle energy W leads to the fact that only particles with a predefined energy value change direction by the predefined deflection angle. Particles with higher energy than the given energy value are deflected less and particles with lower energy are deflected more. Since the charged particles of a particle beam have a certain scatter in energy in practice, the dependence of the deflection angle on the energy of the charged particles leads to the fact that particle beams from charged particles experience an energy-dependent expansion when deflected. An energy-dependent expansion of a particle beam, which is also called _ _mci _.___.
  • a device for how a particle beam of charged particles can be deflected in an energy-corrected manner by a predetermined deflection angle is disclosed in the patent application US 4,362,945.
  • An electric field and a magnetic field are superimposed therein perpendicularly, the forces of the electric field on the charged particles of the particle beam counteracting the forces of the magnetic field on the charged particles.
  • the strength of the magnetic field is also so great that the predetermined magnetic deflection angle ⁇ m is twice as large as the predetermined electrical deflection angle ⁇ e , as a result of which the energy-dependent deviations from the predetermined deflection angle compensate one another.
  • the deflection angle ⁇ the following therefore applies to the deflection angle ⁇ :
  • the particle beam deflection points of a deflector result from the cross point that the beam axis of the incident particle beam forms with the axis of the particle beam emerging from the respective field.
  • deflectors require a large opening so that deflected particle beams can be passed through the deflector unhindered even with a large deflection angle.
  • a large opening means large baffle spacings and large coil spacings.
  • the electrical potential at the deflection plates and the currents at the coils must be scaled up accordingly. This leads to a further increase in the £ _., ⁇ . Voltages and / or coil currents of the deflector, which thereby makes it even larger and further limits the possible uses.
  • the present invention is therefore based on the object of a particle beam apparatus, a device and a method for energy-corrected deflection To provide particle beam, which do not have the disadvantages described above.
  • the .5 device and the inventive method allow an energy-corrected deflection of a particle beam by a predetermined deflection angle without the disadvantages mentioned above.
  • the corrector exerts forces on the incident particle beam which correspond to the directions of the
  • the corrector thus preferably compensates for an energy-dependent expansion of the particle beam, which the deflector would add to the particle beam without a corrector.
  • the corrector which provides the first electrical and the first magnetic field, can have a small opening since the first electrical and the first magnetic field of the corrector are set according to the invention such that
  • the charged particles with de _ y ⁇ _ b c enes energy value maintain their direction. Only the charged particles with ⁇ ron of the energy deviating from the given energy value are changed in direction. The size of the opening of the corrector is no longer determined by the maximum deflection angle of the
  • 5 particle beam but determined by the degree of scattering of the particle energies around the specified energy value. In many particle beam apparatuses, this is small enough to to make the opening of the corrector sufficiently small.
  • the opening of the corrector is blenkplattenabstand or generally by the A given by the coil pitch of the baffle plates and coils of the corrector. 5
  • the invention makes it possible to distribute the functions of the deflection and the energy correction to two spatially separate units, namely the corrector and the deflector. This allows both components to be independent
  • the corrector which must provide high electrical or magnetic field strengths, can have a small aperture and the deflector, which must provide small electrical or magnetic field strengths
  • the deflector 15 must be equipped with a large opening.
  • the deflector in particular can be manufactured with a small volume. This means that the particle beam apparatus also has a small working distance
  • the ⁇ f _ ⁇ .v__. Objective lens (7) which is given, for example, by the bore diameter, can be significantly reduced, which significantly reduces the effort for the lens optics.
  • the particle beam (3) is preferably adjusted so that its distance from the optical axis (20) as it passes through the objective lens (7) is less than 2 mm and preferably less than 0.5 mm.
  • the corrector changes the direction of the charged particles as a function of their energy. These changes in direction are such that the deflector focuses the charged particles with the second electric field or the second magnetic field. In this respect, the corrector corrects the 10 energy-dependent expansion of the particle beam that the deflector would produce without a corrector.
  • Particle beam devices with a particle beam source, objective lens, corrector and deflector are used as
  • Target surfaces can e.g. be the samples or surfaces of samples that match the
  • Target surfaces can also be samples that are to be structured with the focused particle beam, e.g. Wafers for micromechanics or microelectronics or biological samples; Finally, target surfaces can be samples that are to be structured with the focused particle beam, e.g. Wafers for micromechanics or microelectronics or biological samples; Finally, target surfaces can be samples that are to be structured with the focused particle beam, e.g. Wafers for micromechanics or microelectronics or biological samples; Finally, target surfaces can
  • 15 can also be surfaces which are excited by the bombardment with the particle beam for any other reactions such as lighting or switching.
  • the charged particles are preferably free electrons or ions.
  • the particle beam is preferably limited to a maximum beam diameter by aperture diaphragms, electrical or magnetic lenses or other devices, the 5 particle beam direction and the particle beam cross section characterizing a beam axis.
  • the beam axis is preferred of the particle beam generated at the particle beam source largely identical to the beam axis of the incident particle beam to be deflected or to the optical axis of the objective lens.
  • the charged particles of the particle beam are preferably accelerated to a predetermined energy value, so that the particle beam, when it arrives on the objective lens, on the corrector or on the deflector, consists of charged particles with energies scattered by a predetermined energy value L0.
  • the objective lens of the particle beam apparatus is preferably a magnetic, electrical or electromagnetic lens, which has a focusing effect on the particle beam
  • the degree of focusing of the particle beam is crucial for a good spatial resolution with which a sample is observed, structured or otherwise treated.
  • the charged particle beam traverses the objective lens along the optical axis.
  • Such a particle beam guidance is possible if the deflector is arranged behind the objective lens in the particle beam.
  • _; _. For the greatest possible spatial resolution of a 0 particle beam apparatus, _; _. required that the objective lens is arranged very close, ie a few millimeters above the target surface. In this case one speaks of a short working distance. The short working distance can cause considerable problems if additional optical components such as a deflector have to be attached between the 5 objective lens and the target surface. To avoid placing the deflector in front of the objective lens there is great interest in making the spatial dimensions of the deflector as small as possible.
  • the device according to the invention solves this problem because, in a first preferred embodiment, the corrector in front of the objective lens and the deflector behind the objective lens
  • the corrector according to the invention leaves the direction of the charged particles with the specified energy value, it can be ensured that the charged particles with the specified energy value cross the objective lens along their optical axis.
  • the working distance is large, e.g. larger than about 30 mm,
  • the first deflector is used for the deflection large opening required, only comparatively small electrical or magnetic fields must deliver.
  • the corrector changes the direction of the charged particles depending on their energy, so that the particle beam is expanded. Only the direction of the charged particles with the specified energy value is maintained when crossing the corrector. This is achieved when the ratio of the field strengths from the first magnetic field, B, to the first electric field, E, which is perpendicular thereto, essentially by the relationship:
  • the opening of the corrector can be chosen so small that it has to be adapted to the expansion of the particle beam, but not to an additional deflection of the particle beam.
  • the directions of the charged particles with the predetermined energy value are preferred by the correction. _..._, i maintain that the changes in the particle trajectories are less than 3 degrees and preferably less than 1 degree.
  • the changes in direction carried out on the charged particles are such that the subsequent deflector focuses the changed-direction and the direction-left charged particles.
  • the deflector is connected directly behind the corrector, since the corrector has left the charged particles with a predetermined energy value on the beam axis.
  • Control of the particle beam between the corrector and deflector are arranged. This can make an energy correcting
  • the objective lens is arranged between the corrector and the deflector, the particle beam passing through the objective lens along the optical axis. In this case, the deflection in the particle beam direction is carried out behind the objective lens.
  • the object preferably points. " " " ' __ a focal length that focuses the particle beam on the same point as the deflector. This enables a focal point with the smallest possible extent to be created. The smaller the focus point, the greater the resolution with which the
  • the device for energy-corrected deflection and preferably also the particle beam apparatus have a control system which controls the deflector and the corrector as a function of the predetermined deflection angle.
  • the 5 control causes, on the one hand, that the charged particles with the specified energy value maintain their direction when passing through the corrector regardless of the specified deflection angle and the deflector focuses the charged particles on a target surface LO regardless of the specified deflection angle.
  • the target area can be, for example, the surface of a sample to be observed, a sample to be structured and in particular a sample to be tested.
  • the focus area is the area that the cross section of the deflected particle beam forms with the target area.
  • the focus area is preferably independent of the predefined one
  • the focus area is preferably independent of the predefined one
  • Generating particle beams are also known as Wien filters.
  • the Vienna filter has mainly been used Energy analysis and for the separation of charged particles of different energy without the additional condition to compensate for the energy-dependent deflection errors of a subsequent deflector. 5
  • the corrector preferably has a first electrical multipole for generating a first electrical field and a first magnetic multipole for generating a first magnetic field.
  • the first electric LO field and the first magnetic field preferably exert lateral forces on the charged particles, which are opposed to one another.
  • the oppositely directed forces preferably compensate on average, so that the direction of charged particles is left with a predetermined energy.
  • the expansion of the particle beam by the corrector can be changed by changing the B and E field strength can be freely set with constant B / E ratio.
  • the B and E field strengths are set according to the invention at a constant B / E ratio so that the deflector focuses the charged particles of the expanded particle beam. With a constant B / E ratio, the B and E field strengths are preferably further adjusted such that the charged particles are focused on the target surface.
  • the charged particles are preferably further focused on the target surface with a focal area which, independently of the given deflection angle, is smaller than ten times the cross-sectional area of the particle beam incident on the corrector and preferably smaller than the simple cross-sectional area of the particle beam incident on the corrector.
  • the superposition of the first electric field with the first magnetic field causes the Particle beam deflection points of the first electric field and the first magnetic field are close together.
  • the particle beam deflection point of the first electrical field results from the point of intersection which the beam axis of the incident particle beam forms with the axis of the particle beam emerging from the first electrical field when the first magnetic field is switched off.
  • the particle beam deflection point of the first magnetic field results from the point of intersection formed by the beam axis of the incident particle beam with the beam axis of the particle beam emerging from the first magnetic field when the first electrical field is switched off.
  • the first electric field and the first magnetic field are preferably superimposed on one another in such a way that the particle beam deflection points of the first electric field and of the first magnetic field are closer together than 10 mm, closer than 5 mm and preferably closer than 1 mm. This ensures that the corrector not only leaves the direction of the charged particles with the specified energy value but also prevents a parallel displacement of these charged particles.
  • the deflector has a second electrical multipole for generating the second electrical field.
  • the deflector is an electrical deflector.
  • the deflector has a second magnetic
  • the deflector is __ lt -. a __etic deflector.
  • the deflector generates both a second electrical and a second magnetic field.
  • the deflector preferably has either a second electrical one
  • the deflector is therefore preferably either an electrical deflector or a magnetic deflector.
  • the first and / or second electrical multipole is an electrical dipole which has two opposite deflection plates which generate the first and / or second electrical field.
  • the predetermined deflection of the particle beam can thus take place in the plane given by the particle beam direction and the plane given by the direction of the first electric field.
  • the deflected particle beam can only drive the points of a line LO on the target surface.
  • the distance between the deflecting plates preferably determines the size of the opening of the deflector and preferably also that of the corrector.
  • the first is N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoeth
  • Quadrupole or an electrical octupole which have deflection plates, which are preferably arranged symmetrically to the beam axis. In this case, by applying suitable voltages to the opposite one
  • Deflection plates generate first and / or second electrical fields which can deflect the particle beam in any plane lying on the beam axis. This allows the distracted
  • the distance preferably determines the
  • the first and / or second magnetic multipole is a magnetic dipole
  • the field strength of the first and / or second magnetic field is preferably controlled by a coil current at the magnetic dipole. This allows the predetermined deflection of the particle beam in
  • the direction of the magnetic field being given by the orientation of the magnetic dipole.
  • the first and / or the second magnetic multipole is a magnetic quadrupole or a magnetic octupole, which are preferably arranged symmetrically to the beam axis.
  • the field strength of the first and / or second magnetic field is preferably controlled by a plurality of coil currents on the magnetic quadrupole or magnetic octupole.
  • first magnetic fields can be generated, which can deflect the particle beam in every plane lying on the beam axis.
  • the particle beam can drive the points of a surface on the target surface when the particle beam is deflected.
  • the deflector has a second electrical multipole
  • the first and second electrical multipoles are aligned with one another in such a way that they can generate first and second electrical fields that are parallel or antiparallel to one another on the particle beam. An energy-correcting deflection can thus be carried out in an advantageous manner.
  • the deflector has a second magnetic multipole
  • the first and second magnetic multipoles are aligned with one another in such a way that they generate first and second magnetic fields parallel or antiparallel to one another on the particle beam.
  • the second magnetic field in the particle beam region is preferably perpendicular to the second electrical field.
  • the coils of the magnetic multipoles are preferably saddle coils or Toroidal coils. Furthermore, the first and / or second magnetic field are preferably bundled by magnetic pole shoes.
  • the controller automatically controls the first deflector and corrector when a predetermined deflection angle is entered, so that for each predetermined deflection angle the first electrical field required for the energy-corrected deflection, the first magnetic LO field and the second electrical or the second magnetic Field are generated automatically.
  • the control is preferably carried out synchronously so that the energy-corrected deflection persists at all times.
  • the controller preferably has a predetermined algorithm which calculates and executes the parameters required for controlling the corrector and the first deflector for each predetermined deflection angle. With this algorithm, preference is given to every predetermined deflection angle of the
  • 10 particle beam calculates the voltages required for the electrodes of the electrical multipoles and the coil currents for the magnetic multipoles.
  • the charged particles of the particle beam are preferred.
  • the electron source is a thermal one
  • Electrons in a filament emit them.
  • Electron sources can, for example, tungsten filament sources, LaB 6 -
  • Thermal electron sources have the advantage that they are easy to manufacture and can be operated even under a comparatively weak vacuum. Their disadvantage is that they have comparatively high particle beams
  • Particle beam apparatus with the objective lens in front of the corrector.
  • FIGS. 2a-b show a first embodiment of an L5 device according to the invention for energy-corrected deflection with two different predetermined deflection angles.
  • 3a-b show a second embodiment of a device according to the invention for energy-corrected deflection with two different predetermined deflection angles.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a
  • Fig.la schematically shows a first embodiment of a particle beam apparatus 50 according to the invention.
  • the deflector 18 is in the particle beam direction
  • correction optics can be realized. This allows the deflector 18 to be made spatially small, so that it too can fit in with a small working distance between objective lens 7 and target surface 22.
  • Attaching the deflector 18 behind the objective lens 7 is therefore of importance, since as a result the particle beam 3 can always pass through the optical axis of the objective lens 7, which is preferably arranged axially symmetrically to the beam axis 20, so that chromatic and spherical errors of the objective lens 7 do not occur or hardly occur.
  • the LO deflection by the deflector 18 only takes place after the objective lens 7 in FIG.
  • the particle beam apparatus 50 further has a particle beam source 40, which emits charged particles into the vacuum 44.
  • the particle beam source 40 is a thermal electron source, for example a LaB 6 source, a tungsten filament source or one
  • thermal field emission source that emits the electrons by thermal excitation.
  • typical temperatures for the emission operation are in the range between 1000 C to approximately 4000 C and preferably between 1600 C and 3000 C. After the emission, the
  • the acceleration and preferably by 0 aperture diaphragms which are shown in FIG. _.
  • the particle beam 3 consisting of electrons with an energy 5 scattered by the predetermined energy value.
  • the scatter of the energy depends, for example, on the voltage stability of the voltage at the anode 41 and on the type of particle beam source 40.
  • thermal Particle beam sources are known to produce particle beams with greater energy spread compared to cold field emission sources.
  • the energy spread of the particle beam by a predetermined 5 energy value of 20 keV is less than about 5 eV and preferably less than 2 V. This energy spread can lead to an energy-dependent expansion of the particle beam in the case of a non-energy-corrected deflection, which increases the spatial resolving power of a Particle beam apparatus -0 impaired.
  • the invention is largely independent of the energy of the charged particles of the particle beam. It is preferably applied to particle beam apparatus with .5 particle beams 3 in the energy range between 500 eV and 15 keV and even more preferably in the two energy ranges between 700 eV and 2000 eV or 6 keV and 10 keV.
  • the cross section of the particle beam 3 incident on the corrector 5 is preferably smaller than the opening of the
  • Objective lens larger than 200 ⁇ m and preferably larger than 400
  • the corrector 5 carries out the changes of direction 15 according to the invention on the charged particles as a function of their energy, the corrector 5 being set so that the charged particles with the predetermined energy keep their direction within a deviation of 3 degrees and preferably within 1 degree ,
  • the Particle beam 3 is expanded depending on the energy due to its energy spread.
  • La therefore shows the particle beam 9 with the charged particles with a predetermined energy value, a particle beam 9a with charged particles with an energy less than the predetermined energy and the particle beam 9b with charged particles with an energy greater than the predetermined energy value.
  • the corrector 5 preferably does not change the energy of the charged particles of the particle beam 3 or does so by less than 1%.
  • the energy-dependent expansion of the particle beam 3 in this embodiment is determined by the electrical field of an electrical multipole, e.g. an electrical dipole, quadrupole or octupole, and by the magnetic field of one
  • .5 magnetic multipoles e.g. a magnetic dipole, quadrupole or octupole (both not shown in Fig. la). Both fields overlap, so that they preferentially exert the same opposite forces on the charged particles with predetermined energy at each point
  • objective lens 7 serves to focus the particle beam 3 onto the target surface 22, which e.g. the
  • the objective lens 7 is ordinary
  • the objective lens 7 is arranged less than 60 cm, in another preferred embodiment less than 10 mm millimeters in front of the target surface 22.
  • the charged particles with predetermined energy 9 preferably pass through the objective lens along the optical axis 7.
  • the beam of charged particles with a predetermined energy 9 is guided through the objective lens 7 without refraction, as a result of which spherical and chromatic aberration effects of the objective lens 7 are eliminated.
  • L5 9b has passed through the objective lens, it strikes the deflector 18.
  • the deflector 18 deflects the beam of charged particles with a predetermined energy value by the predetermined deflection angle 12. Because of the energy-dependent deflection force inherent in the deflector 18, it focuses
  • the first electric field and the first magnetic field of the corrector are set so that the deflector 18 at one
  • predetermined deflection angle 12 generates a minimum focus area 24. Due to the additional focusing by the objective lens 7, the focus area 24 can be smaller than the cross-section of the particle beam 3 when entering the corrector 5, despite the deflection.
  • the objective lens is preferred
  • the deflector 18 has an electrical multipole electrode (not shown in FIG.
  • Particle beam 3 performs.
  • the deflection by the deflector 18 can also be carried out by the second magnetic field 5.
  • the present embodiment preferably has a controller 30 which, based on the stipulation of a predetermined deflection angle 12 via the control input 26, the electrical and electrical signals required for optimal focusing
  • L5 magnetic fields from the corrector 5 and the first deflector 18 are calculated and set via a control.
  • the controller 30 can calculate the electrical and magnetic fields of the corrector 5 and the first deflector 18 such that the focus area 24 on the target area 22 is minimized
  • the controller 30 preferably also controls the objective lens 7, so that the objective lens 7 also focuses the particle beam 3 onto the target surface 20.
  • the focus area 24 can also with a large predetermined deflection 12
  • the focus area 24 and thus the spatial resolution of the particle beam apparatus 50 can thus be significantly smaller than in conventional particle beam apparatuses in which the deflector is in front of the
  • Fig. Lb shows an embodiment of a particle beam apparatus 50 according to the invention as in Fig. La with the difference that the objective lens 7 is arranged in front of the corrector 5.
  • This embodiment has the advantage that the particle beam 35 can pass through the objective lens 7 independently of the energy of the charged particles along the optical axis 7 thereof. This further reduces spherical or chromatic aberration effects through the objective lens 7 in comparison to FIG.
  • LO space it is not always possible to place both corrector 5 and deflector 18 between a target surface and objective lens 7.
  • FIGS. 2a and 2b show an embodiment of the device 1 according to the invention, e.g. in one
  • 0 particle beam apparatus 50 in _ _.._ or lb can be installed.
  • 2a and 2b show the device 1 with a particle beam 3 incident from the direction of incidence 2, which is deflected in an energy-corrected manner by two predetermined deflection angles 12.
  • the particle beam 3 incident from the direction of incidence 2 first falls on the corrector 5 has a first electrical multipole 71 and a first magnetic multipole 74.
  • the first electrical multipole 71 generates the first electrical field 70, which exerts a lateral force on the incident particle beam 3.
  • the first magnetic multipole 74 generates a first magnetic field 73, which exerts a lateral force on the incident particle beam 3, which counteracts the lateral force of the first electrical field 70.
  • the ratio of the two field strengths is set so that the forces on the charged particles with the specified energy value compensate on average. As a result, the direction of the incident charged particles with the predetermined energy value when crossing the
  • the orientation of the first electric field 70 and the first magnetic field 73 is set such that charged particles with an energy smaller than the predetermined energy value experience a change in direction that corresponds to the predetermined deflection angle
  • a beam of such charged particles is designated by 9a in FIG. 2a.
  • a beam of charged particles with an energy higher than the predetermined energy value undergoes a change in direction that is in the same direction as that of the
  • a beam of such charged particles is designated by 9b in FIG. 2a.
  • the first electrical multipole 71 and the first magnetic multipole 74 are preferably oriented such that the first
  • the first 5 electrical multipole 71 and the first magnetic multipole 74 are quadrupoles or octupoles.
  • the plane in which the particle beam 3 is expanded can be freely set by the selection of suitable voltages at the electrodes of the electrical multipole 71 and suitable currents in the coils LO of the magnetic multipole 74. An energy-corrected deflection in any desired plane that leads along the beam axis 20 is thus possible through a suitable control of the field strengths.
  • the particle beam 3 widened by the corrector 5 then enters the deflector 18.
  • the deflector 18 has a second electrical multipole 61 which generates a second electrical field 60.
  • the second is analogous to the corrector 5
  • 0 electrical multipole 61 preferably a dipole, quadrupole or octupole, depending on whether the first electrical multipole 71 is a dipole, quadrupole or octupole.
  • the second electrical multipole 61 is preferably arranged symmetrically to the beam axis 20. In this way it can be guaranteed
  • FIG. 2a further shows a controller 30, which preferably matches the field strengths of the electrical and magnetic fields of the corrector 5 and deflector 18 to one another. This is
  • LO is particularly necessary if the predefined deflection angle 12 is changed continuously, since for each predefined deflection angle 12 changed electrical and magnetic fields must be applied in the corrector 5 and the first deflector 18. In particular, if the focus area 24
  • the field strengths of the corrector 5 and the first deflector 18 must be precisely coordinated. This coordination is preferably based on a calculation using a predetermined algorithm in the controller 30
  • Fig. 2b shows the device 1 with the difference to Fig. 2a that the predetermined deflection angle 12 is larger.
  • the larger change in the deflection angle 12 requires a stronger one
  • the particle beam is deflected by the predetermined deflection angle 12 not by an electric field but by the second magnetic field 63, which is generated by a second magnetic multipole 64.
  • the direction of the second magnetic field 63 is preferably the same as the direction of the first magnetic field 73 in order to achieve an optimal energy correction during deflection.
  • the second magnetic multipole 64 is preferably a dipole, quadrupole or LO octupole, depending on whether the first magnetic multipole 74 is a dipole, quadrupole or octupole.
  • 4a and 4b show a schematic embodiment of a corrector 5 with a magnetic quadrupole and a: 5 electrical quadrupole.
  • 4a shows a cross section through the corrector 5 in the plane perpendicular to the beam axis 20
  • FIG. 5b shows the same corrector 5 from the side along the beam axis 20.
  • Pole shoes 110 attached, which are each rotated at a 90 degree angle to one another and together form the magnetic quadrupole.
  • the four coils 108 and the four pole shoes 110 are preferably symmetrical to the beam axis
  • Beam axis 20 are generated with any direction of rotation about the beam axis 20.
  • the four baffle plates 106 are furthermore attached symmetrically to the four pole shoes 110, which together form the electrical quadrupole.
  • a first electric field perpendicular to the beam axis 20 can be generated with any direction of rotation about the beam axis 20.
  • the first electrical field can be oriented perpendicular to the beam direction 20 and perpendicular to the direction of the first magnetic field.
  • the corrector 5 can expand the particle beam 3 in each plane along 5 the beam direction, so that the particle beam 3 can be deflected in any direction with the aid of the deflector 18 in an energy-corrected manner.
  • magnetic pole pieces 110 and the four deflection plates 106 with respect to the beam axis 20 ensures that the first magnetic field and the second electrical field can be perpendicular to one another with high precision on the beam axis 20; due to the largely identical arrangement of the
  • the diameter of the opening 114 is given by the distance between the opposite baffle plates 106. Because the corrector 5 does not deflect the particle beam but only widens it, the diameter of the opening 114 can be kept small, which significantly reduces the expenditure for the generation of the necessary first electrical and first magnetic field.
  • the corrector 5 with the electrical or magnetic quadrupole is only one example of how the corrector can be constructed. For many applications, electrical and magnetic dipoles are sufficient instead of quadrupoles. The two
  • L5 dipoles can be designed similarly as shown in FIGS. 4a and 4b, the difference preferably being that instead of the four pole shoes, coils and deflection plates rotated by 90 degrees to one another, only two pole shoes, coils and deflection plates rotated by 180 degrees to one another are arranged are. 0
  • the corrector 5 can have electrical and magnetic octupoles instead of dipoles or quadrupoles.
  • the electrical and magnetic octupoles have instead of the four pole shoes rotated 90 degrees to each other,

Abstract

A particle beam device and a device for energy-correcting deflection of a particle beam at a predetermined deflection angle, said particle beam being incident along a beam axis, wherein the particle beam consists of charged particles with energy scattered at a predetermined energy value. The device has a corrector, wherein said corrector performs direction changes of the charged particles depending on their energy by means of a first electrical field and a first superimposed magnetic field and wherein the direction of the charged particles is maintained with the predetermined energy value as they pass through the corrector. The device also has a deflector connected downstream of the corrector, wherein said deflector deflects the charged particles having the predetermined energy value away from the beam axis at a given deflection angle by means of a second electrical field or a second magnetic field, wherein the deflector focuses the charged particles. The device further has a control device for controlling the corrector and the deflector.

Description

Ablenksystem für ein Teilchenstrahlgerät Deflection system for a particle beam device
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen Teilchenstrahlapparat und eine Vorrichtung zum energiekorrigierten Ablenken eines Teilchenstrahls aus geladenen Teilchen sowie ein Verfahren zum energiekorrigierten Ablenken eines Teilchenstrahls.The invention relates to a particle beam apparatus and a device for the energy-corrected deflection of a particle beam from charged particles and a method for the energy-corrected deflection of a particle beam.
Vorrichtungen zum Ablenken von Teilchenstrahlen aus geladenen Teilchen werden für Teilchenstrahlgeräte wie z.B. Elektronenmikroskope, Geräte der Elektronen- oder Ionenstrahllithographie und für Displaygeräte verwendet. Dabei geht es meist darum, einen Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen von einer Einfallsrichtung in variable Ausfallsrichtungen abzulenken, um damit verschiedene Positionen einer Zielober läche anfahren zu können.Devices for deflecting particle beams from charged particles are used for particle beam devices such as e.g. Electron microscopes, devices of electron or ion beam lithography and used for display devices. It is usually a question of deflecting a particle beam of charged particles from an incident direction into variable directions in order to be able to move to different positions on a target surface.
Die Ablenkung von Teilchenstrahlen von einer Einfallsrichtung in eine Ausfallsrichtung erfolgt im allgemeinen durch die Anwendung elektrischer oder magnetischer Felder, die laterale Kräfte auf den Teilchenstrahl ausüben. Die elektrischen oder magnetischen Felder werden dabei durch Ablenker erzeugt, die elektrische oder magnetische Multipole, z.B. Dipole oder Quadrupole, aufweisen. Dabei ist der Ablenkwinkel zwischen der Einfallsrichtung und der Ausfallsrichtung a^, den ein homogenes Magnetfeld der Stärke B senkrecht zum Teilchenstrahl an dem Teilchenstrahl verursacht, gegeben durchThe deflection of particle beams from an direction of incidence to a direction of exit is generally carried out by using electrical or magnetic fields which exert lateral forces on the particle beam. The electric or magnetic fields are generated by deflectors, the electric or magnetic multipoles, e.g. Dipoles or quadrupoles. The deflection angle between the direction of incidence and the direction of exit a ^, which a homogeneous magnetic field of strength B perpendicular to the particle beam causes on the particle beam, is given by
wobei SQRT(W) die quadratische Wurzel aus der kinetischen Teilchenenergie W der geladenen Teilchen ist und km eine Konstante, die von der Teilchenmasse, Teilchenladung, der magnetischen Feldstärke und dem Winkel zwischen dem magnetischen Feld und der Teilchenstrahlrichtung abhängt. Gl . (1) gilt insbesondere für den Fall, daß der Ablenkwinkel klein ist gegenüber dem Winkel zwischen Teilchenstrahl und magnetischen Feld.where SQRT (W) is the square root of the kinetic particle energy W of the charged particles and k m is a constant which depends on the particle mass, particle charge, the magnetic field strength and the angle between the magnetic field and the particle beam direction. Eq. (1) applies in particular in the event that the deflection angle is small compared to the angle between the particle beam and the magnetic field.
Der Ablenkwinkel zwischen der Einfallsrichtung und der Ausfallsrichtung αe, den ein homogenes elektrisches Feld der Stärke E mit einer Richtung senkrecht zum Teilchenstrahl an dem Teilchenstrahl erzeugt, ist gegeben durchThe angle of deflection between the direction of incidence and the direction of exit α e , which a homogeneous electric field of strength E with a direction perpendicular to the particle beam generates on the particle beam, is given by
(2) αe = ke/W,(2) α e = k e / W,
wobei ke eine Konstante ist, die von der Teilchenmasse, Teilchenladung, der elektrischen Feldstärke und dem Winkel zwischen dem elektrischen Feld und der Teilchenstrahlrichtung abhängt. Auch Gl . (2) gilt insbesondere für den Fall, daß der Ablenkwinkel klein ist gegenüber dem Winkel zwischen Teilchenstrahl und elektrischem Feld.where k e is a constant that depends on the particle mass, particle charge, the electric field strength and the angle between the electric field and the particle beam direction. Eq. (2) applies in particular to the case where the deflection angle is small compared to the angle between the particle beam and the electric field.
Die Abhängigkeit des Ablenkwinkels von der Teilchenenergie W führt dazu, daß nur Teilchen mit einem vorgegebenen Energiewert eine Richtungsänderung um den vorgegebenen Ablenkwinkel durchführen. Teilchen mit höherer Energie als dem vorgegeben Energiewert werden weniger abgelenkt und Teilchen mit niedrigerer Energie werden mehr abgelenkt. Da die geladenen Teilchen eines Teilchenstrahls in der Praxis eine gewisse Streuung in der Energie aufweisen, führt die Abhängigkeit des Ablenkwinkels von der Energie der geladenen Teilchen dazu, daß Teilchenstrahlen aus geladenen Teilchen beim Ablenken eine energieabhängige Aufweitung erfahren. Eine energieabhängige AufWeitung eines Teilchenstrahls, die auch _ _mci_.___.ehe Aberration oder Farbfehler genannt wird, ist oft unerwünscht, da sie die räumliche Auflösungskraft von Teilchenstrahlgeräten, insbesondere von Elektronenmikroskopen, Geräten der Elektronen- oder Ionenstrahllithographie und Displaygeräten limitieren kann. Eine Vorrichtung, wie ein Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen energiekorrigiert um einen vorgegebenen Ablenkwinkel abgelenkt werden kann, ist in der Patentanmeldung US 4,362,945 offenbart. Darin werden ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld senkrecht zueinander überlagert, wobei die Kräfte des elektrischen Feldes auf die geladenen Teilchen des Teilchenstrahles den Kräften des magnetischen Feldes auf die geladenen Teilchen entgegenwirken. Die Stärke des magnetischen Felds ist zudem so groß, daß der vorgegebene magnetische Ablenkwinkel αm doppelt so groß ist wie der vorgegebene elektrische Ablenkwinkel αe, wodurch sich die energieabhängigen Abweichungen von dem vorgegebenem Ablenkwinkel gegenseitig kompensieren. Im die energieabhängige Abweichung kompensierenden Fall gilt daher für den Ablenkwinkel α:The dependence of the deflection angle on the particle energy W leads to the fact that only particles with a predefined energy value change direction by the predefined deflection angle. Particles with higher energy than the given energy value are deflected less and particles with lower energy are deflected more. Since the charged particles of a particle beam have a certain scatter in energy in practice, the dependence of the deflection angle on the energy of the charged particles leads to the fact that particle beams from charged particles experience an energy-dependent expansion when deflected. An energy-dependent expansion of a particle beam, which is also called _ _mci _.___. Before aberration or color errors, is often undesirable, since it can limit the spatial resolution of particle beam devices, in particular electron microscopes, devices of electron or ion beam lithography and display devices. A device for how a particle beam of charged particles can be deflected in an energy-corrected manner by a predetermined deflection angle is disclosed in the patent application US 4,362,945. An electric field and a magnetic field are superimposed therein perpendicularly, the forces of the electric field on the charged particles of the particle beam counteracting the forces of the magnetic field on the charged particles. The strength of the magnetic field is also so great that the predetermined magnetic deflection angle α m is twice as large as the predetermined electrical deflection angle α e , as a result of which the energy-dependent deviations from the predetermined deflection angle compensate one another. In the case of compensating the energy-dependent deviation, the following therefore applies to the deflection angle α:
(3) α = αm - αe = ^ αm (3) α = α m - α e = ^ α m
Die Kompensation der energieabhängigen Aufweitung des Teilchenstrahls ergibt sich aus Gl . (1) und (2), aus denen die GleichungenThe compensation of the energy-dependent expansion of the particle beam results from Eq. (1) and (2) making up the equations
undand
(5) δαe/ δW = - αe/W(5) δα e / δW = - α e / W
hergeleitet werden können. Gl . (4) und (5) besagen, daß bei gleichen Ablenkwinkeln αm ^ die energieabhängige Aufweitung des Teilchenstrahls durch ein elektrisches Feld im wesentlichen doppelt so groß ist wie durch ein magnetisches Feld.can be derived. Eq. (4) and (5) state that with the same deflection angles α m ^ the energy-dependent expansion of the particle beam by an electric field is essentially twice as large as by a magnetic field.
Weiterhin gilt, daß die Kompensation der energieabhängigen Abweichungen um so besser ist, je dichter die Teilchenstrahlenablenkpunkte des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes beieinander liegen. Die Teilchenstrahlenablenkpunkte eines Ablenkers ergeben sich durch den Kreuzpunkt, den die Strahlachse des einfallenden Teilchenstrahls mit der Achse des aus dem jeweiligen Feld herausgehenden Teilchenstrahls bildet.Furthermore, the denser the particle beam deflection points of the electric field and, the better the compensation of the energy-dependent deviations of the magnetic field are close together. The particle beam deflection points of a deflector result from the cross point that the beam axis of the incident particle beam forms with the axis of the particle beam emerging from the respective field.
Der Aufwand, Teilchenstrahlgeräte mit energiekorrigierenden Ablenkern, die elektrische und magnetische Felder überlagern, herzustellen ist erheblich, da die Felder für solche Ablenker größer sein müssen als für einen Ablenkers ohne Energiekorrigierung . Der Grund hierfür ist, daß die Felder nicht nur den Teilchenstrahl ablenken sondern auch sich gegenseitig teilweise kompensieren müssen. Die Multipolelemente zur Erzeugung solcher Felder müssen demnach größer und aufwendiger sein; die Erzeugung stärkerer Magnetfelder erfordert jedoch z.B. größere Spulen oder höhere Spulenströme im Teilchenstrahlbereich, die möglicherweise zusätzliche Kühlung erforderlich machen.The effort to manufacture particle beam devices with energy-correcting deflectors that superimpose electrical and magnetic fields is considerable, since the fields for such deflectors must be larger than for a deflector without energy correction. The reason for this is that the fields not only have to deflect the particle beam but also have to partially compensate each other. The multipole elements for generating such fields must therefore be larger and more complex; however, the generation of stronger magnetic fields requires e.g. larger coils or higher coil currents in the particle beam range, which may require additional cooling.
Weiterhin benötigen Ablenker eine große Öffnung, damit abgelenkte Teilchenstrahlen auch mit großem Ablenkwinkel ungehindert durch den Ablenker hindurchgeführt werden können. Eine große Öffnung bedeutet für den beschriebenen energiekorrigierenden Ablenker große Ablenkplattenabstände und große Spulenabstände. Um dennoch die nötigen elektrischen und magnetischen Feldestärken im Teilchenstrahlbereich bereitstellen zu können, müssen das elektrischen Potential an den Ablenkplatten und die Ströme an den Spulen dementsprechend hochskaliert werden. Das führt zu einer weiteren Vergrößerung der £_ ., ^. Spannungen und/oder Spulenströme des Ablenkers, der diesen dadurch noch großvolumiger werden läßt und die Verwendungsmöglichkeiten weiter einschränkt .In addition, deflectors require a large opening so that deflected particle beams can be passed through the deflector unhindered even with a large deflection angle. For the energy-correcting deflector described, a large opening means large baffle spacings and large coil spacings. In order to be able to provide the necessary electrical and magnetic field strengths in the particle beam range, the electrical potential at the deflection plates and the currents at the coils must be scaled up accordingly. This leads to a further increase in the £ _., ^ . Voltages and / or coil currents of the deflector, which thereby makes it even larger and further limits the possible uses.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Teilchenstrahlapparat, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum energiekorrigierten Ablenken eines Teilchenstrahls bereitzustellen, die die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweisen.The present invention is therefore based on the object of a particle beam apparatus, a device and a method for energy-corrected deflection To provide particle beam, which do not have the disadvantages described above.
Diese Aufgabe wird von dem Teilchenstrahlapparat gemäß 5 Patentanspruch 1, von der Vorrichtung zum energiekorrigierten Ablenken eines Teilchenstrahls gemäß Patentanspruch 6 und durch das Verfahren nach Anspruch 20 gelöst.This object is achieved by the particle beam apparatus according to claim 5, by the device for energy-corrected deflection of a particle beam according to claim 6 and by the method according to claim 20.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen 10 und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantageous embodiments, refinements 10 and aspects of the present invention result from the dependent patent claims, the description and the accompanying drawings.
Der erfindungsgemäße Teilchenstrahlapparat, dieThe particle beam apparatus according to the invention, the
.5 Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen eine energiekorrigierte Ablenkung eines Teilchenstrahls um einen vorgegebenen Ablenkwinkel ohne die oben erwähnten Nachteile. Erfindungsgemäß übt der Korrektor Kräfte auf den einfallenden Teilchenstrahl aus, die die Richtungen der.5 device and the inventive method allow an energy-corrected deflection of a particle beam by a predetermined deflection angle without the disadvantages mentioned above. According to the invention, the corrector exerts forces on the incident particle beam which correspond to the directions of the
:0 geladenen Teilchen abhängig von ihrer Energie so ändern, daß die energieabhängige Ablenkung des Ablenkers diese fokussiert. Der Korrektor kompensiert somit bevorzugt eine energieabhängige AufWeitung des Teilchenstrahls, die der Ablenker ohne Korrektor dem Teilchenstrahl zufügen würde.: 0 change charged particles depending on their energy so that the energy-dependent deflection of the deflector focuses them. The corrector thus preferably compensates for an energy-dependent expansion of the particle beam, which the deflector would add to the particle beam without a corrector.
55
Dabei kann der Korrektor, der das erste elektrische und das erste magnetische Feld bereitstellt, eine kleine Öffnung aufweisen, da das erste elektrische und das erste magnetische Feld des Korrektors erfindungsgemäß so eingestellt sind, daßThe corrector, which provides the first electrical and the first magnetic field, can have a small opening since the first electrical and the first magnetic field of the corrector are set according to the invention such that
0 die geladenen Teilchen mit de _y<_bc enen Energiewert ihre Richtung beibehalten. Lediglich die geladenen Teilchen mit λron dem vorgegebenem Energiewert abweichender Energie werden richtungsgeändert . Die Größe der Öffnung des Korrektors ist damit nicht mehr durch den maximalen Ablenkwinkel des0, the charged particles with de _ y <_ b c enes energy value maintain their direction. Only the charged particles with λron of the energy deviating from the given energy value are changed in direction. The size of the opening of the corrector is no longer determined by the maximum deflection angle of the
5 Teilchenstrahls sondern durch den Grad der Streuung der Teilchenenergien um den vorgegebenen Energiewert bestimmt. Dieser ist bei vielen Teilchenstrahlapparaten klein genug, um die Öffnung des Korrektors ausreichend klein zu gestalten. Die Öffnung des Korrektors ist dabei im allgemeinen durch den Ablenkplattenabstand oder durch den Spulenabstand der Ablenkplatten und Spulen des Korrektors gegeben. 55 particle beam but determined by the degree of scattering of the particle energies around the specified energy value. In many particle beam apparatuses, this is small enough to to make the opening of the corrector sufficiently small. The opening of the corrector is blenkplattenabstand or generally by the A given by the coil pitch of the baffle plates and coils of the corrector. 5
Die Erfindung ermöglicht es, die Funktionen der Ablenkung und der Energiekorrektur auf zwei räumlich getrennte Einheiten, nämlich auf den Korrektor und auf den Ablenker, zu verteilen. Dadurch können beide Komponenten unabhängigThe invention makes it possible to distribute the functions of the deflection and the energy correction to two spatially separate units, namely the corrector and the deflector. This allows both components to be independent
10 voneinander bezüglich optimaler Funktionsweise, Volumen und Kostenaufwand dimensioniert werden. Z.B. können der Korrektor, der hohe elektrische oder magnetische Feldstärken bereitstellen muß, mit kleiner Öffnung und der Ablenker, der kleine elektrische oder magnetische Feldstärken bereitstellen10 are dimensioned from each other with regard to optimal functioning, volume and cost. For example, the corrector, which must provide high electrical or magnetic field strengths, can have a small aperture and the deflector, which must provide small electrical or magnetic field strengths
15 muß, mit großer Öffnung ausgestattet werden. Durch die Vermeidung energiekorrigierender elektrischer oder magnetischer Felder kann insbesondere der Ablenker mit kleinem Volumen hergestellt werden. Dadurch besteht für den Teilchenstrahlapparat auch bei kleinem Arbeitsabstand15 must be equipped with a large opening. By avoiding energy-correcting electrical or magnetic fields, the deflector in particular can be manufactured with a small volume. This means that the particle beam apparatus also has a small working distance
20 zwischen Objektivlinse und Zielfläche die Möglichkeit, den Ablenker (in Teilchenstrahlrichtung gesehen) hinter der Objektivlinse anzuordnen, .20 between the objective lens and the target surface, the possibility of arranging the deflector (viewed in the particle beam direction) behind the objective lens,.
Es ist ein erheblicher Vorteil, die Ablenkung desIt is a significant advantage to distract the user
_5 Teilchenstrahls (3) hinter der Objektivlinse (7) anzuordnen, da dadurch der Teilchenstrahl (3) so justiert werden kann, daß er entlang der optischen Achse (20) der Objektivlinse (7) durch diese durchqueren kann. Dadurch werden chromatische und spherische Aberrationsfehler der Objektivlinse (7) weitgehend_5 particle beam (3) to be arranged behind the objective lens (7), since this enables the particle beam (3) to be adjusted such that it can traverse the objective lens (7) along the optical axis (20). As a result, chromatic and spherical aberration errors of the objective lens (7) are largely
SO eliminiert. Zudem kann die Öf _ ^.v__. Objektivlinse (7), die z.B. durch den Bohrungsdurchmesser gegeben ist, deutlich reduziert werden, was den Aufwand für die Linsenoptik deutlich senkt. Bevorzugt kann die Öffnung der ObjektivlinseSO eliminated. In addition, the Öf _ ^ .v__. Objective lens (7), which is given, for example, by the bore diameter, can be significantly reduced, which significantly reduces the effort for the lens optics. Preferably, the opening of the objective lens
(7) somit kleiner als 20 mm sein und bevorzugt kleiner als 10(7) thus less than 20 mm and preferably less than 10
■5 mm. Bevorzugt wird der Teilchenstrahl (3) so justiert, daß sein Abstand von der optischen Achse (20) beim Durchtritt durch die Objektivlinse (7) kleiner als 2 mm und bevorzugt kleiner als 0.5 mm ist.■ 5 mm. The particle beam (3) is preferably adjusted so that its distance from the optical axis (20) as it passes through the objective lens (7) is less than 2 mm and preferably less than 0.5 mm.
Erfindungsgemäß nimmt der Korrektor an den geladenen 5 Teilchen in Abhängigkeit von deren Energie Richtungsänderungen vor. Diese Richtungsänderung sind derart, daß der Ablenker die geladenen Teilchen mit dem zweiten elektrischen Feld oder dem zweiten magnetischen Feld fokussiert. Insofern korrigiert der Korrektor die 10 energieabhängige Aufweitung des Teilchenstrahls, die der Ablenker ohne Korrektor erzeugen würde .According to the invention, the corrector changes the direction of the charged particles as a function of their energy. These changes in direction are such that the deflector focuses the charged particles with the second electric field or the second magnetic field. In this respect, the corrector corrects the 10 energy-dependent expansion of the particle beam that the deflector would produce without a corrector.
Teilchenstrahlapparate mit Teilchenstrahlquelle, Objektivlinse, Korrektor und Ablenker finden Anwendungen alsParticle beam devices with a particle beam source, objective lens, corrector and deflector are used as
L5 Elektronenmikroskope, Geräte der Elektronen- oder Iohenstrahllithographie oder andere Geräte, die mit fokussierten Teilchenstrahlen aus geladenen Teilchen auf Zieloberflächen schießen. Zieloberflächen können z.B. die Proben oder Oberflächen von Proben sein, die mit demL5 electron microscopes, devices for electron or ion beam lithography or other devices that shoot with focused particle beams from charged particles at target surfaces. Target surfaces can e.g. be the samples or surfaces of samples that match the
!0 fokussierten Teilchenstrahl untersucht werden sollen; Zieloberflächen können weiterhin Proben sein, die mit dem fokussierten Teilchenstrahl strukturiert werden sollen, wie z.B. Wafer für die Mikromechanik oder Mikroelektronik oder auch biologische Proben; Zieloberflächen können schließlich! 0 focused particle beam to be examined; Target surfaces can also be samples that are to be structured with the focused particle beam, e.g. Wafers for micromechanics or microelectronics or biological samples; Finally, target surfaces can
15 auch Oberflächen sein, die durch den Beschüß mit dem Teilchenstrahl zu irgendwelchen anderen Reaktionen wie Leuchten oder Schalten angeregt werden.15 can also be surfaces which are excited by the bombardment with the particle beam for any other reactions such as lighting or switching.
Die Teilchenstrahlquelle in dem erfindungsgemäßen 0 Teilchenstrahlapparat erzeug. " _._ilchenstrahl . Bevorzugt sind die geladenen Teilchen freie Elektronen oder Ionen. Bevorzugt wird der Teilchenstrahl durch Aperturblenden, elektrische oder magnetische Linsen oder andere Vorrichtungen auf einen maximalen Strahldurchmesser eingegrenzt , wobei die 5 Teilchenstrahlrichtung und der Teilchenstrahlquerschnitt eine Strahlachse auszeichnen. Bevorzugt ist die Strahlachse des an der Teilchenstrahlquelle erzeugten Teilchenstrahls weitgehend identisch mit der Strahlachse des abzulenkenden einfallenden Teilchenstrahls oder mit der optischen Achse der Objektivlinse .Generate the particle beam source in the particle beam apparatus according to the invention. " _._ ilchenstrahl. The charged particles are preferably free electrons or ions. The particle beam is preferably limited to a maximum beam diameter by aperture diaphragms, electrical or magnetic lenses or other devices, the 5 particle beam direction and the particle beam cross section characterizing a beam axis. The beam axis is preferred of the particle beam generated at the particle beam source largely identical to the beam axis of the incident particle beam to be deflected or to the optical axis of the objective lens.
5 Bevorzugt werden die geladenen Teilchen des Teilchenstrahls auf einen vorgegebenen Energiewert hin beschleunigt, so daß der Teilchenstrahl bei Eintreffen auf der Objektivlinse, auf dem Korrektor oder auf dem Ablenker aus geladenen Teilchen mit um einen vorgegebenen Energiewert L0 gestreuten Energien besteht.5 The charged particles of the particle beam are preferably accelerated to a predetermined energy value, so that the particle beam, when it arrives on the objective lens, on the corrector or on the deflector, consists of charged particles with energies scattered by a predetermined energy value L0.
Die Objektivlinse des Teilchenstrahlapparats ist bevorzugt eine magnetische, elektrische oder elektromagnetische Linse, die eine fokussierende Wirkung auf den Teilchenstrahl ausThe objective lens of the particle beam apparatus is preferably a magnetic, electrical or electromagnetic lens, which has a focusing effect on the particle beam
.5 geladenen Teilchen ausübt. Der Grad der Fokussierung des Teilchenstrahls ist mitentscheidend für eine gute räumliche Auflösung, mit der eine Probe beobachtet, strukturiert oder auf eine andere Weise behandelt wird. Um optische Fehler durch sphärische oder chromatische Aberration durch die i0 Obj ktivlinse zu vermeiden, durchquert der geladene Teilchenstrahl die Objektivlinse entlang der optischen Achse. Eine solche Teilchenstrahlführung ist möglich, wenn der Ablenker hinter der Objektivlinse in den Teilchenstrahl angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine.5 exercises charged particles. The degree of focusing of the particle beam is crucial for a good spatial resolution with which a sample is observed, structured or otherwise treated. In order to avoid optical errors due to spherical or chromatic aberration through the i0 objective lens, the charged particle beam traverses the objective lens along the optical axis. Such a particle beam guidance is possible if the deflector is arranged behind the objective lens in the particle beam. The present invention enables one
5 solche Anordnung bei kleinem Arbeitsabstand, indem sie einen Ablenker offenbart, der ohne Korrektor in kompakter Ausführung hinter der Objektivlinse angeordnet werden kann.5 such an arrangement with a small working distance, by disclosing a deflector that can be arranged in a compact design behind the objective lens without a corrector.
Für eine größtmögliche räumliche Auflösung eines 0 Teilchenstrahlapparats ist _ ;_. erforderlich, daß die Objektivlinse sehr dicht, d.h. wenige Millimeter über der Zieloberfläche angeordnet ist. In diesem Fall spricht man von einem kurzen Arbeitsabstand. Der kurze Arbeitsabstand kann erhebliche Probleme verursachen, wenn zwischen die 5 Obektivlinse und Zieloberfläche weitere optische Komponenten wie z.B. ein Ablenker angebracht werden müssen. Um zu vermeiden, daß der Ablenker vor der Objektivlinse angeordnet wird, besteht ein großes Interesse, die räumlichen Ausmaße des Ablenkers möglichst klein zu gestalten.For the greatest possible spatial resolution of a 0 particle beam apparatus, _; _. required that the objective lens is arranged very close, ie a few millimeters above the target surface. In this case one speaks of a short working distance. The short working distance can cause considerable problems if additional optical components such as a deflector have to be attached between the 5 objective lens and the target surface. To avoid placing the deflector in front of the objective lens there is great interest in making the spatial dimensions of the deflector as small as possible.
Eine kleine Ausformung des Ablenkers limitiert aus 5 Platzgründen die Möglichkeiten, diesen mit energiekorrigierenden Komponenten auszustatten. Die er indungsgemäße Vorrichtung löst dieses Problem, da in einer ersten bevorzugten Ausführung der Korrektor vor die Objektivlinse und der Ablenker hinter der ObjektivlinseA small shape of the deflector limits the possibilities for equipping it with energy-correcting components for 5 space reasons. The device according to the invention solves this problem because, in a first preferred embodiment, the corrector in front of the objective lens and the deflector behind the objective lens
10 angeordnet ist. Da der erfindungsgemäße Korrektor die Richtung der geladenen Teilchen mit dem vorgegebenem Energiewert beläßt, kann gewährleistet werden, daß die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert die Objektivlinse entlang ihrer optischen Achse durchqueren.10 is arranged. Since the corrector according to the invention leaves the direction of the charged particles with the specified energy value, it can be ensured that the charged particles with the specified energy value cross the objective lens along their optical axis.
L5 Lediglich die geladenen Teilchen, die von dem vorgegebenem Energiewert abweichen, werden von der optischen Achse der Objektivlinse weg abgelenkt und werden spherischen oder chromatischen Aberrationsfehlern der Objektivlinse ausgesetzt. Der Einfluß der spherischen oder chromatischenL5 Only the charged particles that deviate from the specified energy value are deflected away from the optical axis of the objective lens and are exposed to spherical or chromatic aberration errors of the objective lens. The influence of spherical or chromatic
-0 Aberrationsfehler der Objektivlinse ist jedoch nur ein Fehler zweiter Ordnung, da er nur auf solche geladenen Teilchen wirkt, die von dem vorgegebenen Energiewert abweichen.-0 Aberration error of the objective lens is, however, only a second-order error, since it only affects those charged particles that deviate from the specified energy value.
Ist der Arbeitsabstand groß, z.B. größer als etwa 30 mm,If the working distance is large, e.g. larger than about 30 mm,
!5 so ist es vorteilhaft, wenn sowohl Korrektor als auch! 5 so it is advantageous if both corrector and
Ablenker in Teilchenstrahlrichtung gesehen hinter derDeflector seen behind the particle beam direction
Objektivlinse angeordnet sind. In diesem Fall können alle geladenen Teilchen entlang der optischen Achse derObjective lens are arranged. In this case, all charged particles along the optical axis of the
Objektivlinse diese durchqueren, so daß auch für dieObjective lens traverse this, so that for the
>0 geladenen Teilchen, die vo_ , vorgegebenem Energiewert abweichen, keine spherischen oder chromatischen> 0 charged particles that deviate from the given energy value, no spherical or chromatic
Aberrationseffekte auftreten. Der Korrektor, der zurAberration effects occur. The corrector who is responsible for
Kompensierung der energieabhängigen Aufweitung desCompensation for the energy-dependent expansion of the
Teilchenstrahles starke elektrische und magnetische FelderParticle beam strong electric and magnetic fields
5 benötigt, kann mit einer kleinen Öffnung ausgestattet werden kann, während der erste Ablenker, der für die Ablenkung eine große Öffnung benötigt, nur vergleichsweise kleine elektrische oder magnetische Felder liefern muß.5 can be equipped with a small opening, while the first deflector is used for the deflection large opening required, only comparatively small electrical or magnetic fields must deliver.
Der Korrektor führt Richtungsänderungen an den geladenen Teilchen in Abhängigkeit ihrer Energie durch, so daß der Teilchenstrahl aufgeweitet wird. Lediglich die Richtung der geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert wird bei der Durchquerung des Korrektors beibehalten. Dies wird erreicht, wenn das Verhältnis der Feldstärken vom ersten magnetischen Feld, B, zum dazu senkrecht stehenden ersten elektrischen Feld, E, im wesentlichen durch die Beziehung:The corrector changes the direction of the charged particles depending on their energy, so that the particle beam is expanded. Only the direction of the charged particles with the specified energy value is maintained when crossing the corrector. This is achieved when the ratio of the field strengths from the first magnetic field, B, to the first electric field, E, which is perpendicular thereto, essentially by the relationship:
gegeben ist. Dabei ist SQRT(m/2W) die Quadratwurzel ausgiven is. SQRT (m / 2W) is the square root
(m/2W) , wobei m die Masse der geladenen Teilchen, E die elektrische Feldstärke senkrecht zum Teilchenstrahl und B die magnetische Feldstärke senkrecht zum Teilchenstrahl und senkrecht zum elektrischen Feld ist. Gl (6) gilt in erster Näherung für nicht-relativistische Teilchenenergien und muß im Falle von relativistischen Energien der geladenen Teilchen erweitert werden.(m / 2W), where m is the mass of the charged particles, E is the electric field strength perpendicular to the particle beam and B is the magnetic field strength perpendicular to the particle beam and perpendicular to the electric field. Eq. (6) holds in the first approximation for non-relativistic particle energies and must be expanded in the case of relativistic energies of the charged particles.
Durch die Beibehaltung der Richtung der geladenen Teilchen mit vorgegebenem Energiewert kann die Öffnung des Korrektors so klein gewählt werden, daß sie auf die Aufweitung des Teilchenstrahls, nicht jedoch auf eine zusätzliche Ablenkung des Teilchenstrahls abgestimmt sein muß. Bevorzugt werden die Richtungen der geladenen Teilchen mit dem vorgegebenem Energiewert durch den Korrek. _..._,i beibehalten, daß die Änderungen der Teilchenbahnen kleiner als 3 Grad und bevorzugt kleiner als 1 Grad sind.By maintaining the direction of the charged particles with a given energy value, the opening of the corrector can be chosen so small that it has to be adapted to the expansion of the particle beam, but not to an additional deflection of the particle beam. The directions of the charged particles with the predetermined energy value are preferred by the correction. _..._, i maintain that the changes in the particle trajectories are less than 3 degrees and preferably less than 1 degree.
Die an den geladenen Teilchen ausgeführten Richtungsänderungen sind von der Art, daß der nachfolgende Ablenker die richtungsgeänderten und die richtungsbelassenen geladenen Teilchen fokussiert. Dies wird dadurch erreicht, daß Größe und Richtung des ersten elektrischen Feldes E und des ersten magnetischen Feldes B so eingestellt werden, daß die energieabhängige Ablenkung des Teilchenstrahls durch das zweite elektrische oder das zweite magnetische Feld des 5 Ablenkers der Aufweitung des Teilchenstrahls durch das erste elektrische Feld E und das erste magnetische Feld B des Korrektors entgegenwirkt.The changes in direction carried out on the charged particles are such that the subsequent deflector focuses the changed-direction and the direction-left charged particles. This is achieved that the size and direction of the first electric field E and the first magnetic field B are set such that the energy-dependent deflection of the particle beam by the second electric or the second magnetic field of the deflector, the expansion of the particle beam by the first electric field E and the first counteracts magnetic field B of the corrector.
Dadurch, daß der Ablenker die geladenen Teilchen mitThe fact that the deflector with the charged particles
LO vorgegebenem Energiewert von der Strahlachse weg ablenkt, ist es möglich, daß der Ablenker direkt hinter den Korrektor geschaltet wird, da der Korrektor die geladene Teilchen mit vorgegebenem Energiewert auf der Strahlachse belassen hat .If the predetermined energy value is deflected away from the beam axis, it is possible that the deflector is connected directly behind the corrector, since the corrector has left the charged particles with a predetermined energy value on the beam axis.
„Direkt hinter dem Korrektor geschaltet" bedeutet, daß keine"Connected directly behind the corrector" means that none
.5 Komponenten, die elektrische oder magnetische Felder zur.5 Components that generate electrical or magnetic fields
Steuerung des Teilchenstrahls zwischen Korrektor und Ablenker angeordnet sind. Dadurch kann eine energiekorrigierendeControl of the particle beam between the corrector and deflector are arranged. This can make an energy correcting
Ablenkung mittels Korrektor und Ablenker mit wenigen strahlenoptischen Komponenten und mit wenig RaumbedarfDeflection by means of a corrector and deflector with few optical components and with little space requirement
!0 ausgeführt werden.! 0 are executed.
Dadurch, daß der Ablenker die geladenen Teilchen mit vorgegebenem Energiewert von der Strahlenachse weg ablenkt, ist es weiterhin möglich, daß die Objektivlinse zwischen ,5 Korrektor und Ablenker angeordnet ist, wobei der Teilchenstrahl die Objektivlinse entlang der optischen Achse durchquert. In diesem Fall wird die Ablenkung in Teilchenstrahlrichtung hinter der Objektivlinse durchgeführt.Due to the fact that the deflector deflects the charged particles with a predetermined energy value away from the beam axis, it is also possible for the objective lens to be arranged between the corrector and the deflector, the particle beam passing through the objective lens along the optical axis. In this case, the deflection in the particle beam direction is carried out behind the objective lens.
0 Bevorzugt weist die Objekt." " ' __ eine Fokuslänge auf, die den Teilchenstrahl auf den gleichen Punkt fokussiert wie der Ablenker. Dadurch kann ein Fokuspunkt mit kleinstmöglicher Ausdehnung erzeugt werden. Je kleiner der Fokuspunkt ist, desto größer kann das Auflösungsvermögen sein, mit dem der0 The object preferably points. " "' __ a focal length that focuses the particle beam on the same point as the deflector. This enables a focal point with the smallest possible extent to be created. The smaller the focus point, the greater the resolution with which the
5 Teilchenstrahlapparat strukturiert oder abtastet. Die Vorrichtung zum energiekorrigierten Ablenken und bevorzugt auch der Teilchenstrahlapparat weisen eine Steuerung auf, die den Ablenker und den Korrektor in Abhängigkeit vom vorgegebenem Ablenkwinkel ansteuert. Die 5 Steuerung bewirkt zum einen, daß die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenem Energiewert beim Durchqueren des Korrektors unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel ihre Richtung beibehalten und der Ablenker unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel die geladenen Teilchen auf eine Zielfläche LO fokussiert. Zielfläche kann z.B. die Oberfläche einer zu beobachtenden, einer zu strukturierenden und insbesondere einer zu testenden Probe sein.5 Structured or scanned particle beam apparatus. The device for energy-corrected deflection and preferably also the particle beam apparatus have a control system which controls the deflector and the corrector as a function of the predetermined deflection angle. The 5 control causes, on the one hand, that the charged particles with the specified energy value maintain their direction when passing through the corrector regardless of the specified deflection angle and the deflector focuses the charged particles on a target surface LO regardless of the specified deflection angle. The target area can be, for example, the surface of a sample to be observed, a sample to be structured and in particular a sample to be tested.
Das räumliche Auflösungsvermögen bei der StrukturierungThe spatial resolution when structuring
L5 oder beim Abtasten der Zieloberfläche wird weitgehend durch die Fokusfläche den Teilchenstrahls limitiert. DieL5 or when scanning the target surface is largely limited by the focus area of the particle beam. The
Fokusfläche ist die Fläche, die der Querschnitt des abgelenkten Teilchenstrahls mit der Zielfläche bildet.The focus area is the area that the cross section of the deflected particle beam forms with the target area.
Bevorzugt ist die Fokusfläche unabhängig vom vorgegebenenThe focus area is preferably independent of the predefined one
.0 Ablenkwinkel kleiner als das zehnfache des.0 deflection angle less than ten times the
Teilchenstrahlquerschnitts des am Korrektor einfallendenParticle beam cross section of the incident at the corrector
Teilchenstrahls. Dieses Erfordernis wird dann erreicht, wenn die Feldstärken und Feldrichtungen des Korrektors und dieParticle beam. This requirement is achieved if the field strengths and field directions of the corrector and the
Feldstärke und Feldrichtung des Ablenkers ausreichendField strength and field direction of the deflector are sufficient
!5 aufeinander abgestimmt werden.! 5 can be coordinated.
Bevorzugt ist die Fokusfläche unabhängig vom vorgegebenenThe focus area is preferably independent of the predefined one
Ablenkwinkel auch kleiner als der einfacheDeflection angle also smaller than the simple one
Teilchenstrahlquerschnitt des am Korrektor einfallendenParticle beam cross section of the incident at the corrector
■ 0 Teilchenstrahls. Dieses Erfc 1_ "ird insbesondere durch den Einsatz einer Objektivlinse ermöglicht.■ 0 particle beam. This experience is made possible in particular by the use of an objective lens.
Vorrichtungen, die eine Überlagerung von elektrischen .und magnetischen Feldern zur Erzeugung energieabhängigerDevices that superimpose electrical and magnetic fields to generate energy-dependent
5 Richtungsänderungen von geladenen Teilchen eines5 changes in direction of charged particles
Teilchenstrahls erzeugen, sind auch als Wien-Filter bekannt.Generating particle beams are also known as Wien filters.
Der Wien-Filter ist bislang jedoch vorwiegend zur Energieanalyse und zur Separation von geladenen Teilchen verschiedener Energie ohne die zusätzliche Bedingung verwendet worden, die energieabhängigen Ablenkfehler eines nachfolgenden Ablenkers zu kompensieren. 5So far, the Vienna filter has mainly been used Energy analysis and for the separation of charged particles of different energy without the additional condition to compensate for the energy-dependent deflection errors of a subsequent deflector. 5
Bevorzugt weist der Korrektor einen ersten elektrischen Multipol zum Erzeugen eines ersten elektrisches Felds und einen ersten magnetischen Multipol zum Erzeugen eines ersten magnetischen Felds auf. Bevorzugt üben erstes elektrisches LO Feld und erstes magnetisches Feld laterale Kräfte auf die geladenen Teilchen aus, die einander entgegengerichtet sind. Bevorzugt kompensieren sich die entgegengesetzt gerichteten Kräfte im Mittel, so daß die Richtung geladener Teilchen mit vorgegebener Energie belassen wird.The corrector preferably has a first electrical multipole for generating a first electrical field and a first magnetic multipole for generating a first magnetic field. The first electric LO field and the first magnetic field preferably exert lateral forces on the charged particles, which are opposed to one another. The oppositely directed forces preferably compensate on average, so that the direction of charged particles is left with a predetermined energy.
L5L5
Aufgrund der doppelt so großen energieabhängigen Aufweitung des Teilchenstrahls durch eine Ablenkung im elektrischen Feld im Vergleich zu einem magnetischen Feld bei gleichem Ablenkwinkel (siehe Gl . (4) und (5)) kann die Aufweitung des Teilchenstrahls durch den Korrektor durch Veränderung der B- und E-Feldstärke bei konstantem B/E- Verhältnis frei eingestellt werden. Die B- und E-Feldstärken werden bei konstantem B/E-Verhältnis erfindungsgemäß so eingestellt, daß der Ablenker die geladenen Teilchen des aufgeweiteten Teilchenstrahls fokussiert. Bevorzugt werden die B- und E-Feldstärken bei konstantem B/E-Verhältnis weiterhin so eingestellt, daß die geladenen Teilchen auf die Zielfläche fokussiert werden. Bevorzugt werden die geladene Teilchen weiterhin mit einer Fokusfläche auf die Zielfläche fokussiert, die unabhängig —gegebenen Ablenkwinkel kleiner als das zehnfache der Querschnittsfläche des am Korrektor einfallenden Teilchenstrahls und bevorzugt kleiner als die einfache Querschnittsfläche des am Korrektor einfallenden Teilchenstrahls ist.Because the energy-dependent expansion of the particle beam is twice as large due to a deflection in the electric field compared to a magnetic field with the same deflection angle (see Eq. (4) and (5)), the expansion of the particle beam by the corrector can be changed by changing the B and E field strength can be freely set with constant B / E ratio. The B and E field strengths are set according to the invention at a constant B / E ratio so that the deflector focuses the charged particles of the expanded particle beam. With a constant B / E ratio, the B and E field strengths are preferably further adjusted such that the charged particles are focused on the target surface. The charged particles are preferably further focused on the target surface with a focal area which, independently of the given deflection angle, is smaller than ten times the cross-sectional area of the particle beam incident on the corrector and preferably smaller than the simple cross-sectional area of the particle beam incident on the corrector.
Die Überlagerung des ersten elektrischen Felds mit dem ersten magnetischen Feld bewirkt, daß die Teilchenstrahlenablenkpunkte des ersten elektrischen Felds und des ersten magnetischen Felds dicht beieinander liegen. Der Teilchenstrahlablenkpunkt des ersten elektrischen Felds ergibt sich aus dem Schnittpunkt, den die Strahlachse des einfallenden Teilchenstrahls mit der Achse des aus dem ersten elektrischen Feld hinausgehenden Teilchenstrahls bildet, wenn das erste magnetische Feld ausgeschaltet ist. Der Teilchenstrahlablenkpunkt des ersten magnetischen Felds ergibt sich aus dem Schnittpunkt, den die Strahlachse des einfallenden Teilchenstrahls mit der Strahlachse des aus dem ersten magnetischen Feld herausgehenden Teilchenstrahls bildet, wenn das erste elektrische Feld ausgeschaltet ist.The superposition of the first electric field with the first magnetic field causes the Particle beam deflection points of the first electric field and the first magnetic field are close together. The particle beam deflection point of the first electrical field results from the point of intersection which the beam axis of the incident particle beam forms with the axis of the particle beam emerging from the first electrical field when the first magnetic field is switched off. The particle beam deflection point of the first magnetic field results from the point of intersection formed by the beam axis of the incident particle beam with the beam axis of the particle beam emerging from the first magnetic field when the first electrical field is switched off.
Bevorzugt sind das erste elektrische Feld und das erste magnetische Feld so einander überlagert, daß die Teilchenstrahlablenkpunkte des ersten elektrischen Felds und des ersten magnetischen Felds dichter als 10 mm, dichter als 5 mm und bevorzugt dichter als 1 mm beieinander liegen. Damit wird erreicht, daß der Korrektor nicht nur die Richtung der geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beläßt sondern auch eine parallele Versetzung dieser geladenen Teilchen verhindert .The first electric field and the first magnetic field are preferably superimposed on one another in such a way that the particle beam deflection points of the first electric field and of the first magnetic field are closer together than 10 mm, closer than 5 mm and preferably closer than 1 mm. This ensures that the corrector not only leaves the direction of the charged particles with the specified energy value but also prevents a parallel displacement of these charged particles.
In einer ersten bevorzugten Ausführung weist der Ablenker einen zweiten elektrischen Multipol zum Erzeugen des zweiten elektrischen Felds auf. In diesem Fall ist der Ablenker ein elektrischer Ablenker. In einer zweiten bevorzugtenIn a first preferred embodiment, the deflector has a second electrical multipole for generating the second electrical field. In this case the deflector is an electrical deflector. In a second preferred
Ausführung weist der Ablenker einen zweiten magnetischenExecution, the deflector has a second magnetic
Multipol zum Erzeugen des zweiten magnetischen Felds auf. In diesem Fall ist der Ablenker __lt-.a__etischer Ablenker. In einer weiteren Ausführung erzeugt der Ablenker sowohl zweites elektrisches als auch zweites magnetisches Feld. Bevorzugt weist der Ablenker jedoch entweder ein zweites elektrischesMultipole for generating the second magnetic field. In this case the deflector is __ lt -. a __etic deflector. In a further embodiment, the deflector generates both a second electrical and a second magnetic field. However, the deflector preferably has either a second electrical one
Feld oder ein zweites magnetisches Feld auf. Bevorzugt ist der Ablenker daher entweder ein elektrischer Ablenker oder ein magnetischer Ablenker. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der erste und/oder zweite elektrische Multipol ein elektrischer Dipol, der zwei gegenüberliegenden Ablenkplatten aufweist, die das erste und/oder zweite elektrische Feld erzeugen. Damit kann 5 die vorgegebene Ablenkung des Teilchenstrahls in der durch die Teilchenstrahlrichtung und der durch die Richtung des ersten elektrischen Felds gegebenen Ebene erfolgen. Beim Ablenken des Teilchenstrahles in dieser Ebene kann der abgelenkte Teilchenstrahl jedoch nur die Punkte einer Linie LO auf der Zielfläche ansteuern. Bevorzugt bestimmt der Abstand der Ablenkplatten zueinander die Größe der Öffnung des Ablenkers und bevorzugt auch die des Korrektors .Field or a second magnetic field. The deflector is therefore preferably either an electrical deflector or a magnetic deflector. In a further preferred embodiment, the first and / or second electrical multipole is an electrical dipole which has two opposite deflection plates which generate the first and / or second electrical field. The predetermined deflection of the particle beam can thus take place in the plane given by the particle beam direction and the plane given by the direction of the first electric field. When deflecting the particle beam in this plane, however, the deflected particle beam can only drive the points of a line LO on the target surface. The distance between the deflecting plates preferably determines the size of the opening of the deflector and preferably also that of the corrector.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der ersteIn a further preferred embodiment, the first is
L5 und/oder zweite elektrische Multipol ein elektrischerL5 and / or second electrical multipole an electrical
Quadrupol oder ein elektrischer Oktupol, die Ablenkplatten aufweisen, die bevorzugt symmetrisch zur Strahlachse angeordnet sind. In diesem Fall lassen sich durch Anlegen geeigneter Spannungen an den jeweils gegenüberliegendenQuadrupole or an electrical octupole, which have deflection plates, which are preferably arranged symmetrically to the beam axis. In this case, by applying suitable voltages to the opposite one
-0 Ablenkplatten erste und/oder zweite elektrische Felder erzeugen, die den Teilchenstrahl in jeder auf der Strahlachse liegenden Ebene ablenken können. Dadurch kann der abgelenkte-0 Deflection plates generate first and / or second electrical fields which can deflect the particle beam in any plane lying on the beam axis. This allows the distracted
Teilchenstrahl die Punkte einer Fläche auf der Zielfläche ansteuern. Bevorzugt bestimmt der Abstand derParticle beam to control the points of a surface on the target surface. The distance preferably determines the
!5 gegenüberliegenden Ablenkplatten zueinander die Größe der! 5 opposite baffles to each other the size of the
Öffnung des Ablenkers und bevorzugt auch die des Korrektors.Opening of the deflector and preferably also that of the corrector.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der erste und/oder zweite magnetische Multipol ein magnetischer Dipol,In a further preferred embodiment, the first and / or second magnetic multipole is a magnetic dipole,
10 der ein erstes und/oder zwei .u yne isches Feld bevorzugt senkrecht zur Strahlachse erzeugt . Bevorzugt wird die Feldstärke des ersten und/oder zweiten magnetischen Felds durch einen Spulenstrom am magnetischen Dipol gesteuert . Damit kann die vorgegebene Ablenkung des Teilchenstrahls in10 which generates a first and / or two fields preferably perpendicular to the beam axis. The field strength of the first and / or second magnetic field is preferably controlled by a coil current at the magnetic dipole. This allows the predetermined deflection of the particle beam in
5 der Ebene senkrecht zum ersten magnetischen Feld erfolgen, wobei die Richtung des magnetischen Felds durch die Ausrichtung des magnetischen Dipols gegeben ist. Beim Ablenken des Teilchenstrahles auf eine Zielfläche kann der abgelenkte Teilchenstrahl durch diese Ablenkung nur die Punkte einer Linie auf der Zielfläche ansteuern.5 of the plane perpendicular to the first magnetic field, the direction of the magnetic field being given by the orientation of the magnetic dipole. At the Deflecting the particle beam onto a target surface means that the deflected particle beam can only control the points of a line on the target surface.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der erste und/oder der zweite magnetische Multipol ein magnetischer Quadrupol oder ein magnetischer Oktupol, die bevorzugt symmetrisch zur Strahlachse angeordnet sind. Bevorzugt wird die Feldstärke des ersten und/oder zweiten magnetischen Felds durch mehrer Spulenströme am magnetischen Quadrupol oder magnetischer Oktupol gesteuert . In diesem Fall lassen sich durch Anlegen geeigneter Spulenströme erste magnetische Felder erzeugen, die den Teilchenstrahl in jeder auf der Strahlachse liegenden Ebene ablenken können. Dadurch kann der Teilchenstrahl beim Ablenken des Teilchenstrahles die Punkte einer Fläche auf der Zielfläche ansteuern.In a further preferred embodiment, the first and / or the second magnetic multipole is a magnetic quadrupole or a magnetic octupole, which are preferably arranged symmetrically to the beam axis. The field strength of the first and / or second magnetic field is preferably controlled by a plurality of coil currents on the magnetic quadrupole or magnetic octupole. In this case, by applying suitable coil currents, first magnetic fields can be generated, which can deflect the particle beam in every plane lying on the beam axis. As a result, the particle beam can drive the points of a surface on the target surface when the particle beam is deflected.
Weist der Ablenker einen zweiten elektrischen Multipol auf, so sind die ersten und zweiten elektrischen Multipole so zueinander ausgerichtet, daß sie am Teilchenstrahl zueinander parallel oder antiparallel gerichtete erste und zweite elektrische Felder erzeugen können. Damit läßt sich eine energiekorrigierende Ablenkung auf vorteilhafte Weise ausführen.If the deflector has a second electrical multipole, the first and second electrical multipoles are aligned with one another in such a way that they can generate first and second electrical fields that are parallel or antiparallel to one another on the particle beam. An energy-correcting deflection can thus be carried out in an advantageous manner.
Weist der Ablenker einen zweiten magnetischen Multipol auf, so sind die ersten und zweiten magnetischen Multipole so zueinander ausgerichtet, daß sie am Teilchenstrahl zueinander parallel oder antiparallel gerichtete erste und zweite magnetische Felder erzeugen k _. ncvorzugt steht dabei das zweite magnetische Feld im Teilchenstrahlbereich senkrecht zum zweiten elektrischen Feld.If the deflector has a second magnetic multipole, the first and second magnetic multipoles are aligned with one another in such a way that they generate first and second magnetic fields parallel or antiparallel to one another on the particle beam. The second magnetic field in the particle beam region is preferably perpendicular to the second electrical field.
Um ein erstes und/oder zweites magnetisches Feld mit ausreichender und möglichst homogener Feldstärke im Bereich des Teilchenstrahls zu erhalten, sind die Spulen der magnetischen Multipole bevorzugt Sattelspulen oder Toroidspulen. Weiterhin werden das erste und/oder zweite magnetische Feld bevorzugt durch magnetische Polschuhe gebündelt.In order to obtain a first and / or second magnetic field with a sufficient and as homogeneous as possible field strength in the area of the particle beam, the coils of the magnetic multipoles are preferably saddle coils or Toroidal coils. Furthermore, the first and / or second magnetic field are preferably bundled by magnetic pole shoes.
5 Bevorzugt führt die Steuerung die Ansteuerung von erstem Ablenker und Korrektor bei Eingabe eines vorgegebenen Ablenkwinkels automatisch aus, so daß für jeden vorgegebenen Ablenkwinkel das für die energiekorrigerte Ablenkung erforderliche erste elektrische Feld, das erste magnetische LO Feld sowie das zweite elektrische bzw. das zweite magnetische Feld automatisch erzeugt werden. Bevorzugt geschieht die Ansteuerung weiterhin synchron, damit die energiekorrigierte Ablenkung zu jedem Zeitpunkt Bestand hat.5 Preferably, the controller automatically controls the first deflector and corrector when a predetermined deflection angle is entered, so that for each predetermined deflection angle the first electrical field required for the energy-corrected deflection, the first magnetic LO field and the second electrical or the second magnetic Field are generated automatically. The control is preferably carried out synchronously so that the energy-corrected deflection persists at all times.
-5 Bevorzugt weist die Steuerung einen vorgegebenen Algorithmus auf, der zu jedem vorgegebenen Ablenkwinkel die erforderlichen Parameter für die Ansteuerung von Korrektor und erstem Ablenker berechnet und ausführt. Bevorzugt werden mit diesem Algorithmus zu jedem vorgegebenem Ablenkwinkel des-5 The controller preferably has a predetermined algorithm which calculates and executes the parameters required for controlling the corrector and the first deflector for each predetermined deflection angle. With this algorithm, preference is given to every predetermined deflection angle of the
10 Teilchenstrahls die erforderlichen Spannungen für die Elektroden der elektrischen Multipole und die Spulenströme für die magnetischen Multipole berechnet .10 particle beam calculates the voltages required for the electrodes of the electrical multipoles and the coil currents for the magnetic multipoles.
Bevorzugt sind die geladenen Teilchen des TeilchenstrahlsThe charged particles of the particle beam are preferred
!5 Elektronen, die durch eine Elektronenquelle erzeugt werden.! 5 electrons generated by an electron source.
Insbesondere ist die Elektronenquelle eine thermischeIn particular, the electron source is a thermal one
Elektronenquelle, die durch thermische Anregung derElectron source by thermal excitation of the
Elektronen in einem Filament diese emittieren. SolcheElectrons in a filament emit them. Such
Elektronenquellen können z.B. Wolfram-Faden Quellen, LaB6-Electron sources can, for example, tungsten filament sources, LaB 6 -
0 Quellen oder auch thermisv. rc- cmissionsquellen sein.0 sources or thermisv. rc emission sources.
Thermische Elektronenquellen haben den Vorteil, daß sie einfach herstellbar sind und schon bei vergleichsweise schwachem Vakuum betrieben werden können. Ihr Nachteil ist, daß sie Teilchenstrahlen mit vergleichsweiser hoherThermal electron sources have the advantage that they are easy to manufacture and can be operated even under a comparatively weak vacuum. Their disadvantage is that they have comparatively high particle beams
5 Energiestreuung erzeugen, so daß dort bei Ablenkungen eine energiekorrigierende Ablenkung von besonderer Wichtigkeit ist . Im folgenden werden verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigen:5 Generate energy distribution so that an energy-correcting distraction is of particular importance in the case of distractions. Various embodiments of the present invention are illustrated below with reference to figures. Show it:
55
Fig. la eine erste erfindungsgemäße Ausführung einesFig. La a first embodiment of the invention
Teilchenstrahlapparats mit der Objektivlinse hinter dem Korrektor.Particle beam apparatus with the objective lens behind the corrector.
LO Fig. lb eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einesLO Fig. Lb a second embodiment of the invention
Teilchenstrahlapparats mit der Objektivlinse vor dem Korrektor.Particle beam apparatus with the objective lens in front of the corrector.
Fig. 2a - b eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen L5 Vorrichtung zur energiekorrigierten Ablenkung mit zwei verschiedenen vorgegebenen Ablenkwinkeln.2a-b show a first embodiment of an L5 device according to the invention for energy-corrected deflection with two different predetermined deflection angles.
Fig. 3a - b eine zweite Ausführung einer -0 erfindungsgemäßen Vorrichtung zur energiekorrigierten Ablenkung mit zwei verschiedenen vorgegebenen Ablenkwinkeln.3a-b show a second embodiment of a device according to the invention for energy-corrected deflection with two different predetermined deflection angles.
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführung einesFig. 4 shows an embodiment of a
.5 Korrektors..5 corrector.
Fig.la zeigt schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines Teilchenstrahlapparats 50. In dieser Ausführung ist der Ablenker 18 in TeilchenstrahlrichtungFig.la schematically shows a first embodiment of a particle beam apparatus 50 according to the invention. In this embodiment, the deflector 18 is in the particle beam direction
10 gesehen hinter der Objektivl. ,, während der Korrektor 5 vor Objektivlinse 7 in Teilchenstrahlrichtung gesehen ist. Diese Ausführung erlaubt es, die Objektivlinse 7 dicht an eine Zielfläche 22 anzuordnen, da der Ablenker 18 als einfacher elektrischer oder magnetischer Multipol ohne10 seen behind the lens. ,, while the corrector 5 is seen in front of the objective lens 7 in the particle beam direction. This embodiment allows the objective lens 7 to be arranged close to a target surface 22, since the deflector 18 as a simple electrical or magnetic multipole without
15 Korrekturoptik realisiert werden kann. Dadurch kann der Ablenker 18 räumlich klein gestaltet werden, so daß er auch bei kleinem Arbeitsabstand zwischen Objektivlinse 7 und Zielfläche 22 hineinpassen kann.15 correction optics can be realized. This allows the deflector 18 to be made spatially small, so that it too can fit in with a small working distance between objective lens 7 and target surface 22.
Den Ablenker 18 hinter der Objektivlinse 7 anzubringen 5 ist deshalb von Bedeutung, da dadurch der Teilchenstrahl 3 immer durch die optische Achse der Objektivlinse 7, die bevorzugt achsensymmetrisch zur Strahlachse 20 angeordnet ist, hindurchgehen kann, so daß chromatische und spherische Fehler der Objektivlinse 7 nicht oder kaum auftreten. Die LO Ablenkung durch den Ablenker 18 erfolgt in Fig. la erst nach der Objektivlinse 7, wobei der Ablenker 18 bevorzugt das letzte strahlenoptische Element für den Teilchenstrahl 3 auf dem Weg zur Zielfläche 22 ist.Attaching the deflector 18 behind the objective lens 7 is therefore of importance, since as a result the particle beam 3 can always pass through the optical axis of the objective lens 7, which is preferably arranged axially symmetrically to the beam axis 20, so that chromatic and spherical errors of the objective lens 7 do not occur or hardly occur. The LO deflection by the deflector 18 only takes place after the objective lens 7 in FIG.
.5 Der Teilchenstrahlapparat 50 weist weiter eine Teilchenstrahlquelle 40 auf, die geladene Teilchen ins Vakuum 44 emittiert. In dieser bevorzugten Ausführung ist die Teilchenstrahlquelle 40 eine thermische Elektronenquelle, z.B. eine LaB6-Quelle, eine Wolfram-Faden-Quelle oder eine.5 The particle beam apparatus 50 further has a particle beam source 40, which emits charged particles into the vacuum 44. In this preferred embodiment, the particle beam source 40 is a thermal electron source, for example a LaB 6 source, a tungsten filament source or one
!0 thermische Feldemissionsquelle, die die Elektronen durch thermische Anregung emittiert. Typische Temperaturen für den Emissionsbetrieb liegen je nach Art der Teilchenstrahlquelle im Bereich zwischen 1000 C bis etwa 4000 C und bevorzugt zwischen 1600 C und 3000 C. Nach der Emission werden die! 0 thermal field emission source that emits the electrons by thermal excitation. Depending on the type of particle beam source, typical temperatures for the emission operation are in the range between 1000 C to approximately 4000 C and preferably between 1600 C and 3000 C. After the emission, the
!5 freigesetzten Elektronen durch eine Anode 41, die auf einem vorgegebenem elektrischen Potential liegt, auf den vorgegebenen Energiewert beschleunigt .! 5 released electrons accelerated to the specified energy value by an anode 41, which is at a specified electrical potential.
Durch die Beschleunigung und bevorzugt durch 0 Aperturblenden, die in Fig. l. _. _cIhaft durch die Öffnung 41a in der Anode 41 dargestellt ist, formen die beschleunigten Elektronen einen Teichenstrahl 3 mit einer Einfallsrichtung 2, wobei der Teilchenstrahl 3 aus Elektronen mit einem um den vorgegebenen Energiewert gestreuter Energie 5 besteht. Die Streuung der Energie hängt dabei z.B. von der Spannungsstabilität der Spannung' an der Anode 41 und von der Art der Teilchenstrahlquelle 40 ab. Thermische Teilchenstrahlquellen sind dafür bekannt, daß sie im Vergleich zu kalten Feldemissionsquellen Teilchenstrahlen mit größerer Energiestreuung erzeugen. In dieser Ausführung ist die Energiestreuung des Teilchenstrahls um einen vorgegebenen 5 Energiewert von 20 keV kleiner als etwa 5 eV und bevorzugt kleiner als 2 V. Diese Energiestreuung kann bei einer nicht- energiekorrigierten Ablenkung zu einer energieabhängigen Aufweitung des Teilchenstrahl führen, die das räumliche Auflösungsvermögen eines Teilchenstrahlapparats -0 beeinträchtigt.By the acceleration and preferably by 0 aperture diaphragms, which are shown in FIG. _. As shown through the opening 41a in the anode 41, the accelerated electrons form a pond beam 3 with an incident direction 2, the particle beam 3 consisting of electrons with an energy 5 scattered by the predetermined energy value. The scatter of the energy depends, for example, on the voltage stability of the voltage at the anode 41 and on the type of particle beam source 40. thermal Particle beam sources are known to produce particle beams with greater energy spread compared to cold field emission sources. In this embodiment, the energy spread of the particle beam by a predetermined 5 energy value of 20 keV is less than about 5 eV and preferably less than 2 V. This energy spread can lead to an energy-dependent expansion of the particle beam in the case of a non-energy-corrected deflection, which increases the spatial resolving power of a Particle beam apparatus -0 impaired.
Die Erfindung ist weitgehend unabhängig von der Energie der geladenen Teilchen des Teilchenstrahls. Sie wird bevorzugt angewendet auf Teilchenstrahlapparate mit .5 Teilchenstrahlen 3 im Energiebereich zwischen 500 eV und 15 keV und noch mehr bevorzugt in den zwei Energiebereichen zwischen 700 eV und 2000 eV oder 6 keV und 10 keV.The invention is largely independent of the energy of the charged particles of the particle beam. It is preferably applied to particle beam apparatus with .5 particle beams 3 in the energy range between 500 eV and 15 keV and even more preferably in the two energy ranges between 700 eV and 2000 eV or 6 keV and 10 keV.
Der Querschnitt des auf den Korrektor 5 einfallendenThe cross section of the incident on the corrector 5
10 Teilchenstrahls kann je nach Anwendung sehr unterschiedlich sein. Bevorzugt ist der Querschnitt des auf den Korrektor 5 einfallenden Teilchenstrahls 3 kleiner als die Öffnung des10 particle beam can be very different depending on the application. The cross section of the particle beam 3 incident on the corrector 5 is preferably smaller than the opening of the
Korrektors 5, des Ablenkers 18 und der Objektivlinse.Corrector 5, the deflector 18 and the objective lens.
Weiterhin gilt, daß, je kleiner der Querschnitt im VergleichFurthermore, the smaller the cross section in comparison
5 zur Öffnung der Objektivlinse, desto kleiner die Effekte von chromatischer und spherischer Aberration durch die5 to open the objective lens, the smaller the effects of chromatic and spherical aberration through the
Objektivlinse 7. Bevorzugt sind die Durchmesser derObjective lens 7. The diameters are preferred
Teilchenstrahlquerschnitte beim Eintritt in die fokussierendeParticle beam cross sections when entering the focusing
Objektivlinse größer als 200 μm und bevorzugt größer als 400Objective lens larger than 200 μm and preferably larger than 400
0 μm.0 μm.
Der Korrektor 5 führt die erfindungsgemäßen Richtungsänderungen 15 an den geladenen Teilchen in Abhängigkeit ihrer Energie durch, wobei der Korrektor 5 so 5 eingestellt ist, daß die geladenen Teilchen mit der vorgegebenen Energie ihre Richtung innerhalb einer Abweichung von 3 Grad und bevorzugt innerhalb von 1 Grad behalten. Der Teilchenstrahl 3 wird durch seine Energiestreuung energieabhängig geweitet. In Fig. la sind daher der Teilchenstrahl 9 mit den geladenen Teilchen mit vorgegebenem Energiewert, ein Teilchenstrahl 9a mit geladenen Teilchen mit einer Energie kleiner als der vorgegebenen Energie und der Teilchenstrahl 9b mit geladenen Teilchen mit einer Energie größer als dem vorgegebenem Energiewert gezeigt. Bevorzugt verändert der Korrektor 5 die Energie der geladenen Teilchen des Teilchenstrahls 3 nicht oder um weniger als 1%.The corrector 5 carries out the changes of direction 15 according to the invention on the charged particles as a function of their energy, the corrector 5 being set so that the charged particles with the predetermined energy keep their direction within a deviation of 3 degrees and preferably within 1 degree , The Particle beam 3 is expanded depending on the energy due to its energy spread. La therefore shows the particle beam 9 with the charged particles with a predetermined energy value, a particle beam 9a with charged particles with an energy less than the predetermined energy and the particle beam 9b with charged particles with an energy greater than the predetermined energy value. The corrector 5 preferably does not change the energy of the charged particles of the particle beam 3 or does so by less than 1%.
LOLO
Die energieabhängige Weitung des Teilchenstrahls 3 wird in dieser Ausführung durch das elektrische Feld eines elektrischen Multipols, z.B. einen elektrischen Dipol, Quadrupol oder Oktupol, und durch das magnetische Feld einesThe energy-dependent expansion of the particle beam 3 in this embodiment is determined by the electrical field of an electrical multipole, e.g. an electrical dipole, quadrupole or octupole, and by the magnetic field of one
.5 magnetischen Multipols, z.B. einen magnetischen Dipol, Quadrupol oder Oktupol, (beides nicht gezeigt in Fig. la) erreicht. Beide Felder überlagern sich, so, daß sie bevorzugt an jedem Punkt die gleichen entgegengesetzten Kräfte auf die geladenen Teilchen mit vorgegeber Energie ausüben Eine.5 magnetic multipoles, e.g. a magnetic dipole, quadrupole or octupole (both not shown in Fig. la). Both fields overlap, so that they preferentially exert the same opposite forces on the charged particles with predetermined energy at each point
!0 detailliertere Beschreibung der elektrischen und magnetischen Felder im Korrektor 5 sind in der Beschreibung von Fig. 4 dargelegt .! 0 detailed description of the electrical and magnetic fields in the corrector 5 are set out in the description of FIG. 4.
Nach dem Verlassen des Korrektors 5 tritt derAfter leaving the corrector 5, the
!5 Teilchenstrahl 3 aufgeweitet auf die Objektivlinse 7. Die! 5 particle beam 3 expanded onto the objective lens 7. The
Objektivlinse 7 dient in dieser Ausführung der Fokussierung des Teilchenstrahls 3 auf die Zielfläche 22, die z.B. dieIn this embodiment, objective lens 7 serves to focus the particle beam 3 onto the target surface 22, which e.g. the
Oberfläche einer zu beobachtenden, zu strukturierenden oder zu testenden Probe ist. Die Objektivlinse 7 ist gewöhnlichSurface of a sample to be observed, structured or tested. The objective lens 7 is ordinary
0 eine der elektrischen, magne, <=__ uύer elektromagnetischen0 one of the electrical, magnetic, <= __ and electromagnetic
Linsen, die einem Fachmann in diesem Gebiet bekannt sind. In einer bevorzugten Ausführung ist die Objektivlinse 7 weniger als 60 cm, in einer anderen bevorzugten Ausführung weniger als 10 mm Millimeter vor der Zielfläche 22 angeordnet.Lenses known to those skilled in the art. In a preferred embodiment, the objective lens 7 is arranged less than 60 cm, in another preferred embodiment less than 10 mm millimeters in front of the target surface 22.
55
Bevorzugt treten die geladenen Teilchen mit vorgegebener Energie 9 entlang der optischen Achse durch die Objektivlinse 7. Dadurch wird der Strahl geladener Teilchen mit vorgegebener Energie 9 ohne Brechung durch die Objektivlinse 7 geführt, wodurch spherische und chromatische Aberrationseffekte der Objektivlinse 7 wegfallen. Lediglich 5 die Strahlen geladener Teilchen mit von dem vorgegebenem Energiewert abweichenden Energien, 9a und 9b, treffen außerhalb der optischen Achse auf die Objektivlinse und sind spherischen und chromatischen Aberrationseffekten ausgesetzt . Wenn die Energiestreuung des Teilchenstrahl 3 hinreichend LO klein ist, spielen diese Effekte jedoch nur eine untergeordnete Rolle für das Auflösungsvermögen des Teilchenstrahls auf der Zielfläche 22.The charged particles with predetermined energy 9 preferably pass through the objective lens along the optical axis 7. As a result, the beam of charged particles with a predetermined energy 9 is guided through the objective lens 7 without refraction, as a result of which spherical and chromatic aberration effects of the objective lens 7 are eliminated. Only 5 the rays of charged particles with energies deviating from the specified energy value, 9a and 9b, hit the objective lens outside the optical axis and are exposed to spherical and chromatic aberration effects. If the energy spread of the particle beam 3 is sufficiently small, however, these effects only play a subordinate role for the resolving power of the particle beam on the target surface 22.
Nachdem der Teilchenstrahl 3 mit den Strahlen 9 , 9a undAfter the particle beam 3 with the beams 9, 9a and
L5 9b durch die Objektivlinse hindurchgetreten ist, trifft er auf den Ablenker 18. Der Ablenker 18 lenkt den Strahl geladener Teilchen mit vorgegebenem Energiewert um den vorgegebenem Ablenkwinkel 12 ab. Aufgrund der dem Ablenker 18 eigenen energieabhängigken Ablenkkraft fokussiert erL5 9b has passed through the objective lens, it strikes the deflector 18. The deflector 18 deflects the beam of charged particles with a predetermined energy value by the predetermined deflection angle 12. Because of the energy-dependent deflection force inherent in the deflector 18, it focuses
»0 gleichzeitig die Strahlen der geladenen Teilchen auf die Zielfläche 22, wobei der Querschnitt des Teilchenstrahls auf der Zielfläche die Fokusfläche 24 bildet. Bevorzugt sind das erste elektrische Feld und das erste magnetische Feld des Korrektors so eingestellt, daß der Ablenker 18 bei einem » 0 simultaneously the beams of the charged particles on the target surface 22, the cross section of the particle beam on the target surface forming the focus surface 24. Preferably, the first electric field and the first magnetic field of the corrector are set so that the deflector 18 at one
!5 vorgegebenem Ablenkwinkel 12 eine minimale Fokusfläche 24 erzeugt. Durch die zusätzliche Fokussierung durch die Objektivlinse 7 kann die Fokusfläche 24 trotz der Ablenkung kleiner sein als der Querschnitt des Teilchenstrahls 3 bei Eintritt in den Korrektor 5. Bevorzugt ist die Objektivlinse! 5 predetermined deflection angle 12 generates a minimum focus area 24. Due to the additional focusing by the objective lens 7, the focus area 24 can be smaller than the cross-section of the particle beam 3 when entering the corrector 5, despite the deflection. The objective lens is preferred
10 7 so eingestellt, daß sie d " ..-.eil nden Teilchenstrahl 3 auf die Zielfläche 22 fokussiert.10 7 is set so as d "..-. Eil ends particle beam 3 is focused on the target surface 22.
In dieser Ausführung weist der Ablenker 18 eine elektrische Multipolelektrode auf (nicht gezeigt in Fig. laIn this embodiment, the deflector 18 has an electrical multipole electrode (not shown in FIG
5 und lb) , die ein zweites elektrisches Feld zum Ablenken des5 and lb), which a second electric field to deflect the
Teilchenstrahles 3 durchführt. Der TeilchenstrahlablenkpunktParticle beam 3 performs. The particle beam deflection point
46 ist durch den Schnittpunkt der Linien, die die in den Ablenker 18 einfallenden und aus dem Ablenker 18 ausfallenden geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beschreiben, gegeben. Alternativ kann die Ablenkung durch den Ablenker 18 auch durch das zweite magnetische Feld 5 durchgeführt werden.46 is through the intersection of the lines that the in the Describe deflector 18 incident and emerging from the deflector 18 charged particles with the predetermined energy value given. Alternatively, the deflection by the deflector 18 can also be carried out by the second magnetic field 5.
Um den Teilchenstrahl 3 auf eine möglichst kleine Fokusfläche 24 fokussieren zu können, ist es von Vorteil, die energieabhängige Aufweitung des Teilchenstrahl 3 durchIn order to be able to focus the particle beam 3 on the smallest possible focal area 24, it is advantageous to expand the particle beam 3 as a function of energy
10 den Korrektor 5 auf den vorgegebenen Ablenkwinkel 12 abzustimmen. Bevorzugt weist die vorliegende Ausführung eine Steuerung 30 auf, die auf die Vorgabe eines vorgegebenen Ablenkwinkels 12 über den Steuereingang 26 die für eine optimale Fokussierung benötigten elektrischen und10 to adjust the corrector 5 to the predetermined deflection angle 12. The present embodiment preferably has a controller 30 which, based on the stipulation of a predetermined deflection angle 12 via the control input 26, the electrical and electrical signals required for optimal focusing
L5 magnetischen Felder von Korrektor 5 und erstem Ablenker 18 berechnet und über eine Ansteuerung einstellt . Insbesondere kann die Steuerung 30 die elektrischen und magnetischen Felder von Korrektor 5 und erstem Ablenker 18 so berechnen, daß die Fokusfläche 24 auf der Zielfläche 22 minimiertL5 magnetic fields from the corrector 5 and the first deflector 18 are calculated and set via a control. In particular, the controller 30 can calculate the electrical and magnetic fields of the corrector 5 and the first deflector 18 such that the focus area 24 on the target area 22 is minimized
_0 werden.Become _0.
Bevorzugt steuert die Steuerung 30 auch die Objektivlinse 7, so daß auch die Objektivlinse 7 den Teilchenstrahl 3 auf die Zielfläche 20 fokussiert. In diesemThe controller 30 preferably also controls the objective lens 7, so that the objective lens 7 also focuses the particle beam 3 onto the target surface 20. In this
.5 Fall fällt der Fokus der Objektivlinse 7, die die räumliche Ausdehnung des Teilchenstrahl reduziert, mit dem Fokus des Ablenkers 18, der die energetische Aufweitung des Teilchenstrahl 3 zurückführt, zusammen. In diesem Fall kann die Fokusfläche 24 auch bei großer vorgegebener Ablenkung 12.5 case, the focus of the objective lens 7, which reduces the spatial expansion of the particle beam, coincides with the focus of the deflector 18, which returns the energetic expansion of the particle beam 3. In this case, the focus area 24 can also with a large predetermined deflection 12
10 deutlich kleiner sein als de_ _ des Teilchenstrahl 3 bei Eintritt in den Korrektor. Die Fokusfläche 24 und damit die räumliche Auflösung des Teilchenstrahlapparats 50 kann damit deutlich kleiner sein als bei herkömmlichen Teilchenstrahlapparaten, bei denen der Ablenker vor der10 be significantly smaller than de_ _ of the particle beam 3 when entering the corrector. The focus area 24 and thus the spatial resolution of the particle beam apparatus 50 can thus be significantly smaller than in conventional particle beam apparatuses in which the deflector is in front of the
(5 Objektivlinse 7 angebracht ist. Fig. lb zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Teilchenstrahlapparats 50 wie in Fig. la mit dem Unterschied, daß die Objektivlinse 7 vor dem Korrektor 5 angeordnet ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß der Teilchenstrahl 3 5 unabhängig von der Energie der geladenen Teilchen entlang der optischen Achse der Objektivlinse 7 durch diese hindurchtreten kann. Damit werden spherische oder chromatische Aberrationseffekte durch die Objektivlinse 7 im Vergleich zu Fig. la weiter reduziert. Es ist jedoch aus LO Platzgründen nicht immer möglich sowohl Korrektor 5 und Ablenker 18 zwischen eine Zielfläche und Objektivlinse 7 zu plazieren.(5 objective lens 7 is attached. Fig. Lb shows an embodiment of a particle beam apparatus 50 according to the invention as in Fig. La with the difference that the objective lens 7 is arranged in front of the corrector 5. This embodiment has the advantage that the particle beam 35 can pass through the objective lens 7 independently of the energy of the charged particles along the optical axis 7 thereof. This further reduces spherical or chromatic aberration effects through the objective lens 7 in comparison to FIG. However, for reasons of LO space it is not always possible to place both corrector 5 and deflector 18 between a target surface and objective lens 7.
Der Vorteil, die energiekorrigierende Ablenkung durchThe advantage of the energy-correcting distraction
.5 einen erfindungsgemäßen Korrektor 5 und einen erfindungsgemäßen Ablenker 18 durchzuführen liegt in Fig. lb weiterhin darin, daß das für eine energieabhängige Korrektur erforderliche starke erste elektrische und erste magnetische.5 to perform a corrector 5 according to the invention and a deflector 18 according to the invention is furthermore in FIG. 1b that the strong first electrical and first magnetic required for an energy-dependent correction
Feld in einem Korrektor mit kleiner Öffnung erzeugt werdenField can be generated in a corrector with a small opening
!0 kann, da der Teilchenstrahl 3 im Korrektor 5 nicht abgelenkt sondern nur geweitet wird. Dadurch reduziert sich der apparative Aufwand, starke elektrische und magnetische Felder bei großer Öffnung erzeugen zu müssen. Eine große Öffnung wird lediglich für den Ablenker 18 benötigt, wo jedoch nur! 0 can, since the particle beam 3 in the corrector 5 is not deflected but only widened. This reduces the outlay in terms of equipment in order to have to generate strong electrical and magnetic fields with a large opening. A large opening is only required for the deflector 18, but only where
:5 eine vergleichsweise schwache elektrische oder magnetische: 5 a comparatively weak electrical or magnetic
Feldstärke zum Ablenken des Teilchenstrahls 3 benötigt wird.Field strength is required to deflect the particle beam 3.
Fig. 2a und 2b zeigen eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, wie sie z.B. in einem2a and 2b show an embodiment of the device 1 according to the invention, e.g. in one
0 Teilchenstrahlapparat 50 in _ _.._ wder lb eingebaut sein kann. Fig. 2a und 2b zeigen die Vorrichtung 1 mit einem aus der Einfallsrichtung 2 einfallenden Teilchenstrahl 3, der energiekorrigiert um zwei vorgegebene Ablenkwinkel 12 abgelenkt wird.0 particle beam apparatus 50 in _ _.._ or lb can be installed. 2a and 2b show the device 1 with a particle beam 3 incident from the direction of incidence 2, which is deflected in an energy-corrected manner by two predetermined deflection angles 12.
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Der aus der Einfallsrichtung 2 einfallende Teilchenstrahl 3 fällt zunächst auf den Korrektor 5, der einen ersten elektrischen Multipol 71 und einen ersten magnetischen Multipol 74 aufweist. Der erste elektrische Multipol 71 erzeugt das erste elektrische Feld 70, das eine laterale Kraft auf den einfallenden Teilchenstrahl 3 ausübt. 5 Der erste magnetische Multipol 74 erzeugt ein erstes magnetisches Feld 73, das eine laterale Kraft auf den einfallenden Teilchenstrahl 3 ausübt, die der lateralen Kraft des ersten elektrischen Felds 70 entgegenwirkt .The particle beam 3 incident from the direction of incidence 2 first falls on the corrector 5 has a first electrical multipole 71 and a first magnetic multipole 74. The first electrical multipole 71 generates the first electrical field 70, which exerts a lateral force on the incident particle beam 3. 5 The first magnetic multipole 74 generates a first magnetic field 73, which exerts a lateral force on the incident particle beam 3, which counteracts the lateral force of the first electrical field 70.
LO Das Verhältnis der beiden Feldstärken ist dabei so eingestellt, daß sich die Kräfte auf die geladene Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert im Mittel kompensieren. Dadurch wird die Richtung der einfallenden geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beim Durchqueren desLO The ratio of the two field strengths is set so that the forces on the charged particles with the specified energy value compensate on average. As a result, the direction of the incident charged particles with the predetermined energy value when crossing the
L5 Korrektors 5 belassen. Weiterhin ist die Orientierung des ersten elektrischen Feldes 70 und des ersten magnetischen Feldes 73 so eingestellt, daß geladene Teilchen mit einer Energie kleiner als dem vorgegebenen Energiewert eine Richtungsänderung erfahren, die dem vorgegebenen AblenkwinkelLeave L5 corrector 5. Furthermore, the orientation of the first electric field 70 and the first magnetic field 73 is set such that charged particles with an energy smaller than the predetermined energy value experience a change in direction that corresponds to the predetermined deflection angle
!0 12 entgegengesetzt ist. In Fig. 2a ist ein Strahl solcher geladenen Teilchen mit 9a bezeichnet. Durch die gleichen Felder erfährt ein Strahl geladener Teilchen mit einer Energie höher als dem vorgegebenem Energiewert eine Richtungsänderung, die die gleiche Drehrichtung wie die des! 0 12 is opposite. A beam of such charged particles is designated by 9a in FIG. 2a. Through the same fields, a beam of charged particles with an energy higher than the predetermined energy value undergoes a change in direction that is in the same direction as that of the
!5 vorgegebenem Ablenkwinkel 12 inne hat. In Fig. 2a ist ein Strahl solcher geladenen Teilchen mit 9b bezeichnet .! 5 has a predetermined deflection angle 12. A beam of such charged particles is designated by 9b in FIG. 2a.
Bevorzugt sind der erste elektrische Multipol 71 und der erste magnetische Multipol 74 so ausgerichtet, daß das ersteThe first electrical multipole 71 and the first magnetic multipole 74 are preferably oriented such that the first
.0 elektrische Feld 70 am T< Cn0__.ahl 3 senkrecht zum Teilchenstrahl 3 und das erste magnetische Feld 73 am Teilchenstrahl 3 senkrecht zum Teilchenstrahl 3 und senkrecht zum ersten elektrischen Feld 70 stehen. In einer bevorzugten Ausführung sind der erste elektrische Multipol 71 und der.0 electric field 70 at T < C n 0 __. Ahl 3 perpendicular to the particle beam 3 and the first magnetic field 73 on the particle beam 3 perpendicular to the particle beam 3 and perpendicular to the first electric field 70. In a preferred embodiment, the first electrical multipole 71 and the
5 erste magnetische Multipol 74 Dipole. Dies ist ein einfacher Aufbau, allerdings kann der Teilchenstrahl 3 so nur in einer durch die Orientierung der Dipole gegebenen Ebene aufgeweitet werden .5 first magnetic multipole 74 dipoles. This is a simple structure, but the particle beam 3 can only be in one given by the orientation of the dipoles given plane.
In einer bevorzugten Ausführung sind der erste 5 elektrische Multipol 71 und der erste magnetische Multipol 74 Quadrupole oder Oktupole. In dieser Ausführung kann die Ebene, in der der Teilchenstrahl 3 aufgeweitet wird, durch die Wahl geeigneter Spannungen an den Elektroden des elektrischen Multipols 71 und geeigneter Ströme in den Spulen LO des magnetischen Multipols 74 frei eingestellt werden. Damit wird durch eine geeignete Steuerung der Feldstärken eine energiekorrigierte Ablenkung in jeder gewünschten Ebene, die entlang der Strahlachse 20 führt, möglich.In a preferred embodiment, the first 5 electrical multipole 71 and the first magnetic multipole 74 are quadrupoles or octupoles. In this embodiment, the plane in which the particle beam 3 is expanded can be freely set by the selection of suitable voltages at the electrodes of the electrical multipole 71 and suitable currents in the coils LO of the magnetic multipole 74. An energy-corrected deflection in any desired plane that leads along the beam axis 20 is thus possible through a suitable control of the field strengths.
L5 Der durch den Korrektor 5 aufgeweitete Teilchenstrahl 3 tritt anschließend in den Ablenker 18 ein. Der Ablenker 18 weist in dieser bevorzugten Ausführung einen zweiten elektrischen Multipol 61 auf, der ein zweites elektrisches Feld 60 erzeugt. Analog zum Korrektor 5 ist der zweiteL5 The particle beam 3 widened by the corrector 5 then enters the deflector 18. In this preferred embodiment, the deflector 18 has a second electrical multipole 61 which generates a second electrical field 60. The second is analogous to the corrector 5
!0 elektrische Multipol 61 bevorzugt ein Dipol, Quadrupol oder Oktupol, je nachdem ob der erste elektrische Multipol 71 ein Dipol, Quadrupol oder Oktupol ist. Bevorzugt ist der zweite elektrische Multipol 61 symmetrisch zur Strahlachse 20 angeordnet ist. Auf diese Weise kann gewährleistet werden,! 0 electrical multipole 61 preferably a dipole, quadrupole or octupole, depending on whether the first electrical multipole 71 is a dipole, quadrupole or octupole. The second electrical multipole 61 is preferably arranged symmetrically to the beam axis 20. In this way it can be guaranteed
!5 daß das zweite elektrische Feld 60 des Ablenkers 18 parallel oder antiparallel zum ersten elektrischen Feld 70 des Korrektors 5 ausgerichtet ist . Damit kann gewährleistet werden, daß die Ablenkung um den vorgegebenen Ablenkwinkel 12 in der gleichen Ebene erfolgt wie die Richtungsänderungen 155 that the second electrical field 60 of the deflector 18 is aligned parallel or antiparallel to the first electrical field 70 of the corrector 5. This can ensure that the deflection by the predetermined deflection angle 12 takes place in the same plane as the changes in direction 15
0 des Teilchenstrahls 3 durch u__riktor 5, was für eine möglichst vollständige Energiekorrektur bei der vorgegebenen Ablenkung erforderlich ist.0 of the particle beam 3 through u__riktor 5, which is necessary for the most complete possible energy correction for the given deflection.
Da ein elektrisches Feld auf geladene Teilchen mitBecause having an electric field on charged particles
5 kleiner Energie eine größere Richtungsänderung ausführt als auf geladene Teilchen mit großer Energie, wird der strahl geladener Teilchen mit einer Energie kleiner als die vorgegebene Energie 9a stärker abgelenkt als der Strahl geladener Teilchen mit einer Energie größer als die vorgegebene Energie 9b. Dadurch werden die geladenen Teilchen fokussiert, um auf der Zielebene die Fokusfläche 24 zu 5 bilden.5 small energy performs a greater change of direction than on charged particles with high energy, the beam of charged particles with an energy smaller than that predefined energy 9a deflected more than the beam of charged particles with an energy greater than the predefined energy 9b. As a result, the charged particles are focused in order to form the focus surface 24 on the target plane.
Fig. 2a zeigt weiter eine Steuerung 30, die bevorzugt die Feldstärken der elektrischen und magnetischen Felder von Korrektor 5 und Ablenker 18 aufeinander abstimmt. Dies istFIG. 2a further shows a controller 30, which preferably matches the field strengths of the electrical and magnetic fields of the corrector 5 and deflector 18 to one another. This is
LO insbesondere dann erforderlich, wenn der vorgegebene Ablenkwinkel 12 laufend geändert wird, da für jeden vorgegebenen Ablenkwinkel 12 veränderte elektrische und magnetische Felder in Korrektor 5 und erstem Ablenker 18 angelegt sein müssen. Insbesondere, wenn die Fokusfläche 24LO is particularly necessary if the predefined deflection angle 12 is changed continuously, since for each predefined deflection angle 12 changed electrical and magnetic fields must be applied in the corrector 5 and the first deflector 18. In particular, if the focus area 24
.5 gleichzeitig auf der Zielfläche 22 klein gemacht oder sogar minimiert sein soll, müssen die Feldstärken von Korrektor 5 und erstem Ablenker 18 genau aufeinander abgestimmt werden. Diese Abstimmung wird bevorzugt aufgrund einer Berechnung mittels eines vorgegebenen Algorithmus in der Steuerung 30.5 should be made small or even minimized at the same time on the target area 22, the field strengths of the corrector 5 and the first deflector 18 must be precisely coordinated. This coordination is preferably based on a calculation using a predetermined algorithm in the controller 30
'0 durchgeführt.'0 performed.
Fig. 2b zeigt die Vorrichtung 1 mit dem Unterschied zu Fig. 2a, daß der vorgegebene Ablenkwinkel 12 größer ist. Die größere Änderung des Ablenkwinkels 12 erfordert ein stärkeresFig. 2b shows the device 1 with the difference to Fig. 2a that the predetermined deflection angle 12 is larger. The larger change in the deflection angle 12 requires a stronger one
5 zweites elektrisches Feld 60 zum Ablenken und gleichzeitig eine größere AufWeitung des Teilchenstrahls 3 im Korrektor 5, damit der Teilchenstrahl auf der Zielfläche mit möglichst kleiner Fokusfläche 24 fokussiert wird. Die größere Aufweitung des Teilchenstrahls 3 im Korrektor 5 geschieht5 second electric field 60 for deflecting and at the same time a larger expansion of the particle beam 3 in the corrector 5, so that the particle beam is focused on the target surface with the smallest possible focus surface 24. The larger expansion of the particle beam 3 in the corrector 5 occurs
0 durch eine Erhöhung der Feld _._ des ersten elektrischen Feldes 70 und des ersten magnetischen Feldes 73 bei gleichzeitiger Beibehaltung des Verhältnisses der beiden Feldstärken zueinander.0 by increasing the field _._ of the first electric field 70 and the first magnetic field 73 while maintaining the ratio of the two field strengths to one another.
5 Fig. 3a und 3b zeigen die gleiche Vorrichtung 1 wie in Fig. 2a und 2b mit dem Unterschied, daß der Ablenker 18 einen zweiten magnetischen Multipol 64 zur Erzeugung des zweiten magnetischen Feldes 63 aufweist. In dieser Ausführung wird der Teilchenstrahl nicht durch ein elektrisches Feld sondern durch das zweite magnetische Feld 63, das durch einen zweiten magnetischen Multipol 64 erzeugt wird, um den vorgegebenen 5 Ablenkwinkel 12 abgelenkt. Bevorzugt ist die Richtung des zweiten magnetischen Felds 63 gleich der Richtung des ersten magnetischen Felds 73, um eine optimale Energiekorrigierung beim Ablenken zu erzielen. Insbesondere ist der zweite magnetische Multipol 64 bevorzugt ein Dipol, Quadrupol oder LO Oktupol, je nachdem ob der erste magnetische Multipol 74 ein Dipol, Quadrupol oder Oktupol ist.3a and 3b show the same device 1 as in FIGS. 2a and 2b with the difference that the deflector 18 has a second magnetic multipole 64 for generating the second magnetic field 63. In this embodiment, the particle beam is deflected by the predetermined deflection angle 12 not by an electric field but by the second magnetic field 63, which is generated by a second magnetic multipole 64. The direction of the second magnetic field 63 is preferably the same as the direction of the first magnetic field 73 in order to achieve an optimal energy correction during deflection. In particular, the second magnetic multipole 64 is preferably a dipole, quadrupole or LO octupole, depending on whether the first magnetic multipole 74 is a dipole, quadrupole or octupole.
Auch in der Vorrichtung 1 in Fig. 3a und 3b ist es erforderlich, daß für jeden vorgegebenen Ablenkwinkel 12 dieIn the device 1 in Fig. 3a and 3b, it is necessary that the 12 for each predetermined deflection angle
L5 Felder des Korrektors 5 neu eingestellt werden müssen, wenn man eine minimale Fokusfläche 24 auf einer vorgegebenen Zielfläche 22 erzielen will. So ist die Auf eitung des Teilchenstrahl 3 durch den Korrektor 5 in Fig. 3b deutlich größer, um den Teilchenstrahl 3 um den deutlich größerenL5 fields of the corrector 5 must be reset if one wants to achieve a minimum focus area 24 on a predetermined target area 22. Thus, the processing of the particle beam 3 by the corrector 5 in Fig. 3b is significantly larger by the particle beam 3 by the much larger
10 Ablenkwinkel 12 ablenken und auf eine vergleichbar große Fokusfläche 24 fokussieren zu können10 deflect deflection angle 12 and focus on a comparable large focus area 24
Fig. 4a und 4b zeigen eine schematische Ausführung eines Korrektors 5 mit einem magnetischen Quadrupol und einem :5 elektrischen Quadrupol. Fig. 4a zeigt einen Querschnitt durch den Korrektor 5 in der Ebene senkrecht zur Strahlachse 20, Fig. 5b zeigt den gleichen Korrektor 5 von der Seite entlang der Strahlachse 20.4a and 4b show a schematic embodiment of a corrector 5 with a magnetic quadrupole and a: 5 electrical quadrupole. 4a shows a cross section through the corrector 5 in the plane perpendicular to the beam axis 20, FIG. 5b shows the same corrector 5 from the side along the beam axis 20.
0 In einem Gehäuse 116 si: " " Spulen 108 mit den vier0 In a housing 116 si: "" coils 108 with the four
Polschuhen 110 angebracht, die jeweils in einem 90 Grad Winkel zueinander gedreht stehen und zusammen den magnetischen Quadrupol bilden. Die vier Spulen 108 und die vier Polschuhe 110 sind bevorzugt symmetrisch zur StrahlachsePole shoes 110 attached, which are each rotated at a 90 degree angle to one another and together form the magnetic quadrupole. The four coils 108 and the four pole shoes 110 are preferably symmetrical to the beam axis
5 20 angeordnet. Durch Anlegen geeigneter Ströme an den vier Spulen 108 kann ein erstes magnetisches Feld senkrecht zur __ _5 20 arranged. By applying suitable currents to the four coils 108, a first magnetic field perpendicular to the __ _
2929
Strahlachse 20 mit beliebiger Drehrichtung um die Strahlachse 20 erzeugt werden.Beam axis 20 are generated with any direction of rotation about the beam axis 20.
Symmetrisch zu den vier Polschuhen 110 sind weiterhin 5 vier Ablenkplatten 106 angebracht, die zusammen den elektrischen Quadrupol bilden. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an den vier Ablenkplatten 106 kann ein erstes elektrisches Feld senkrecht zur Strahlachse 20 mit beliebiger Drehrichtung um die Strahlachse 20 erzeugt werden. Weiterhin 0 ist es durch Anlegen geeigneter Spannungen an den Ablenkplatten 106 möglich, daß das erste elektrische Feld senkrecht zur Strahlrichtung 20 und senkrecht zu der Richtung des ersten magnetischen Felds ausgerichtet ist. Dadurch kann der Korrektor 5 den Teilchenstrahl 3 in jeder Ebene entlang 5 der Strahlenrichtung aufweiten, so der Teilchenstrahl 3 mit Hilfe des Ablenkers 18 in jede Richtung energiekorrigiert abgelenkt werden kann.5 four baffle plates 106 are furthermore attached symmetrically to the four pole shoes 110, which together form the electrical quadrupole. By applying suitable voltages to the four deflection plates 106, a first electric field perpendicular to the beam axis 20 can be generated with any direction of rotation about the beam axis 20. Furthermore, by applying suitable voltages to the deflection plates 106, it is possible for the first electrical field to be oriented perpendicular to the beam direction 20 and perpendicular to the direction of the first magnetic field. As a result, the corrector 5 can expand the particle beam 3 in each plane along 5 the beam direction, so that the particle beam 3 can be deflected in any direction with the aid of the deflector 18 in an energy-corrected manner.
Durch die hohe geometrische Symmetrie zwischen den vierDue to the high geometric symmetry between the four
20 magnetischen Polschuhen 110 und den vier Ablenkplatten 106 bezüglich der Strahlachse 20 wird erreicht, daß das erste magnetische Feld und das zweite elektrische Feld mit hoher Präzision an der Strahlachse 20 senkrecht zueinander stehen können; durch die weitgehend gleiche Anordnung der20 magnetic pole pieces 110 and the four deflection plates 106 with respect to the beam axis 20 ensures that the first magnetic field and the second electrical field can be perpendicular to one another with high precision on the beam axis 20; due to the largely identical arrangement of the
_5 elektrischen Ablenkplatten 106 und der magnetischen Polschuhe 110 bezüglich einer Position der Teilchenstrahlbahn kann weiterhin erreicht werden, daß der Teilchenstrahlablenkpunkt des elektrischen Quadrupols von dem Teilchenstrahlablenkpunkt des magnetischen Quadrupols um weniger als 10 mm und i0 bevorzugt weniger als 5 mm .-...-^. er entfernt sind. Je kleiner dieser Abstand, um so kleiner der parallele Versatz zwischen dem in den Korrektor 5 einfallenden Teilchenstrahls und dem aus dem Korrektor 5 ausgehenden Teilchenstrahls . In Fig. 4b ist ein für zweites elektrisches und zweites5 electric baffles 106 and magnetic pole pieces 110 with respect to a position of the particle beam path can furthermore be achieved that the particle beam deflection point of the electrical quadrupole from the particle beam deflection point of the magnetic quadrupole by less than 10 mm and i0 preferably less than 5 mm. -...- ^ , he are removed. The smaller this distance, the smaller the parallel offset between the particle beam entering the corrector 5 and the particle beam emerging from the corrector 5. 4b is one for second electrical and second
5 magnetische Feld gemeinsamer Teilchenstrahlablenkpunkt 46 eingezeichnet, wobei der Abstand zwischen beiden Teilchenstrahlablenkpunkten kleiner als 10 mm ist. Der Durchmesser der Öffnung 114 ist in dieser Ausführung durch den Abstand zwischen den gegenüber liegenden Ablenkplatten 106 gegeben. Dadurch, daß der Korrektor 5 den Teilchenstrahl nicht ablenkt sondern nur aufweitet, kann der Durchmesser der Öffnung 114 klein gehalten werden, was den Aufwand für die für die Erzeugung des nötigen ersten elektrischen und ersten magnetischen Felds deutlich reduziert .5 drawn magnetic field common particle beam deflection point 46, the distance between the two particle beam deflection points being less than 10 mm. In this embodiment, the diameter of the opening 114 is given by the distance between the opposite baffle plates 106. Because the corrector 5 does not deflect the particle beam but only widens it, the diameter of the opening 114 can be kept small, which significantly reduces the expenditure for the generation of the necessary first electrical and first magnetic field.
1010
Der Korrektor 5 mit dem elektrischen oder magnetischen Quadrupol ist nur ein Beispiel, wie der Korrektor aufgebaut sein kann. Für viele Anwendungen sind statt der Quadrupole elektrische und magnetische Dipole ausreichend. Die beidenThe corrector 5 with the electrical or magnetic quadrupole is only one example of how the corrector can be constructed. For many applications, electrical and magnetic dipoles are sufficient instead of quadrupoles. The two
L5 Dipole können ähnlich wie in Fig. 4a und 4b gezeigt ausgelegt sein, wobei der Unterschied bevorzugt darin liegt, daß statt der vier um 90 Grad zueinander gedrehten Polschuhe, Spulen und Ablenkplatten nur jeweils zwei um 180 Grad zueinander gedrehte Polschuhe, Spulen und Ablenkplatten angeordnet sind. 0L5 dipoles can be designed similarly as shown in FIGS. 4a and 4b, the difference preferably being that instead of the four pole shoes, coils and deflection plates rotated by 90 degrees to one another, only two pole shoes, coils and deflection plates rotated by 180 degrees to one another are arranged are. 0
In ähnlicher Weise kann der Korrektor 5 statt Dipolen oder Quadrupolen elektrische und magnetische Oktupole aufweisen. Die elektrischen und magnetischen Oktupole weisen statt der vier um 90 Grad zueinander gedrehten Polschuhe,Similarly, the corrector 5 can have electrical and magnetic octupoles instead of dipoles or quadrupoles. The electrical and magnetic octupoles have instead of the four pole shoes rotated 90 degrees to each other,
_5 Spulen und Ablenkplatten jeweils acht um 45 Grad zueinander gedrehte Polschuhe, Spulen und Ablenkplatten auf. Mit Oktupolen kann bei einer Drehung der elektrischen und magnetischen Dipolfelder um die Strahlachse 20 eine noch größere Homogenität des ersten elektrischen und ersten_5 coils and baffles each on eight pole pieces, coils and baffles rotated by 45 degrees to each other. With octupoles, with a rotation of the electrical and magnetic dipole fields around the beam axis 20, an even greater homogeneity of the first electrical and the first
10 magnetischen Felds an der Str. ___.*_: 20 erreicht werden. Legende10 magnetic fields on the street ___. * _: 20 can be achieved. Legend
1 Vorrichtung1 device
2 Einfallsrichtung 3 Teilchenstrahl2 direction of incidence 3 particle beam
5 Korrektor5 corrector
7 Objektivlinse7 objective lens
9 Strahl geladener Teilchen mit vorgegebenem Energiewert9 Beam of charged particles with a given energy value
9a Strahl geladener Teilchen mit einer Energie kleiner als der vorgegebene Energiewert9a Beam of charged particles with an energy less than the specified energy value
9b Strahl geladener Teilchen mit einer Energie größer als der vorgegebene Energiewert9b Beam of charged particles with an energy greater than the specified energy value
12 vorgegebener Ablenkwinkel12 specified deflection angles
15 Richtungsänderung15 Change of direction
18 Ablenker18 deflectors
20 optische Achse 1 Strahlachse20 optical axis 1 beam axis
22 Zielfläche22 target area
24 Fokusfläche24 focus area
26 Steuereingang26 control input
30 Steuerung30 control
0 Teilchenstrahlquelle 1 Anode 1a Öffnung der Anode 4 Vakuum 6 Teilchenstrahlablenkpunkt 8 Öffnung des Korrektors0 particle beam source 1 anode 1a opening of the anode 4 vacuum 6 particle beam deflection point 8 opening of the corrector
0 Teilchenstrahlapparat0 particle beam apparatus
0 zweites elektrisches Feld 1 zweiter elektrischer Multipol 3 zweites magnetisches Feld 4 zweiter magnetischer Multipol erstes elektrisches Feld erster elektrischer Multipol erstes magnetisches Feld erster magnetischer Multipol 0 second electrical field 1 second electrical multipole 3 second magnetic field 4 second magnetic multipole first electrical field first electrical multipole first magnetic field first magnetic multipole

Claims

Patentansprüche claims
1. Teilchenstrahlapparat (50) mit:1. particle beam apparatus (50) with:
5 einer Teilchenstrahlquelle (40) zum Erzeugen eines Teilchenstrahls (3) aus geladenen Teilchen mit um einen vorgegebenen Energiewert gestreuten Energien;5 a particle beam source (40) for generating a particle beam (3) from charged particles with energies scattered by a predetermined energy value;
LO einer Objektivlinse (7) mit einer optischen Achse (20) , wobei die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert die Objektivlinse (7) entlang der optischen Achse (20) durchqueren;LO of an objective lens (7) with an optical axis (20), the charged particles with the predetermined energy value crossing the objective lens (7) along the optical axis (20);
L5 einem Korrektor (5) , der mittels eines ersten elektrischen Feldes (70) und eines überlagerten ersten magnetischen Feldes (73) Richtungsänderungen (15) an den geladenen Teilchen in Abhängigkeit ihrer Energie vornimmt, wobei die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beimL5 a corrector (5) which, by means of a first electric field (70) and a superimposed first magnetic field (73), changes the direction (15) of the charged particles as a function of their energy, the charged particles having the predetermined energy value at
!0 Durchqueren des Korrektors (5) ihre Richtung beibehalten; und! 0 Maintain direction by crossing the corrector (5); and
einem Ablenker (18) , der dem Korrektor (5) und der Objektivlinse (7) nachgeschaltet ist und der mittels eines 5 zweiten elektrischen Feldes (60) oder mittels eines zweiten magnetischen Feldes (63) die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert um einen vorgegebenen Ablenkwinkel (12) von der optischen Achse (20) weg ablenkt, wobei die geladenen Teilchen fokussiert werden.a deflector (18), which is connected downstream of the corrector (5) and the objective lens (7) and which uses a second electrical field (60) or a second magnetic field (63) to charge the charged particles with the predetermined energy value by a predetermined value Deflection angle (12) deflects away from the optical axis (20), the charged particles being focused.
2 . Teilchenstrahlapparat nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Obj ktivlinse ( 7) dem Korrektor (5 ) nachgeschaltet 5 ist .2nd Particle beam apparatus according to claim 1, so that the objective lens (7) is connected downstream of the corrector (5) 5.
3 . Teilchenstrahlapparat nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Korrektor (5) der Objektivlinse (7) nachgeschaltet ist .3rd Particle beam apparatus according to claim 1, characterized in that the corrector (5) is connected downstream of the objective lens (7).
5 4. Teilchenstrahlapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Steuerung (30) den Korrektor (5) und den Ablenker (18) ansteuert, so daß die geladenen Teilchen mit dem 5 4. Particle beam apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that a controller (30) controls the corrector (5) and the deflector (18) so that the charged particles with the
10 vorgegebenen Energiewert beim Durchqueren des Korrektors (5) unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel (12) ihre Richtung beibehalten und der Ablenker (18) die geladenen Teilchen unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel (12) auf eine Zielfläche (22) fokussiert.10 predetermined energy value when crossing the corrector (5) regardless of the predetermined deflection angle (12) maintain their direction and the deflector (18) focuses the charged particles regardless of the predetermined deflection angle (12) on a target surface (22).
L5L5
5. Vorrichtung (1) zum energiekorrigierten Ablenken eines entlang einer Strahlachse (21) einfallenden Teilchenstrahls (3) um einen vorgegebenen Ablenkwinkel -0 (12) , wobei der Teilchenstrahl (3) aus geladenen Teilchen mit um einen vorgegebenen Energiewert gestreuten Energien besteht, mit5. Device (1) for energy-corrected deflection of a particle beam (3) incident along a beam axis (21) by a predetermined deflection angle -0 (12), the particle beam (3) consisting of charged particles with energies scattered by a predetermined energy value
einem Korrektor (5) , der mittels eines ersten elektrischen !5 Feldes (70) und eines überlagerten ersten magnetischen Feldes (73) Richtungsänderungen (15) an den geladenen Teilchen in Abhängigkeit ihrer Energie vornimmt, wobei die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beim Durchqueren des Korrektors (5) ihre Richtung beibehalten; 0 einem Ablenker (18) , der dem Korrektor (5) nachgeschaltet ist und der mittels eines zweiten elektrischen Feldes (60) oder mittels eines zweiten magnetischen Feldes (63) die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert um 5 einen vorgegebenen Ablenkwinkel (12) von der Strahlachse (21) weg ablenkt; und einer Steuerung (30) , die Korrektor (5) und Ablenker (18) ansteuert, so daß die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert beim Durchqueren des Korrektors (5) unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel (12) ihre Richtung beibehalten und der Ablenker (18) die geladenen Teilchen unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel (12) auf eine Zielfläche (22) fokussiert.a corrector (5) which, by means of a first electric field (70) and a superimposed first magnetic field (73), changes the direction (15) of the charged particles as a function of their energy, the charged particles having the predetermined energy value when crossing maintain the direction of the corrector (5); 0 a deflector (18), which is connected downstream of the corrector (5) and which, by means of a second electrical field (60) or by means of a second magnetic field (63), charges the charged particles with the predetermined energy value by 5 a predetermined deflection angle (12) deflects the beam axis (21) away; and a controller (30) which controls the corrector (5) and deflector (18) so that the charged particles with the predetermined energy value pass through the corrector (5) regardless of the predetermined deflection angle (12) and the deflector (18) the charged particles are focused on a target surface (22) regardless of the predetermined deflection angle (12).
LOLO
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder Teilchenstrahlapparat nach einem der Ansprüche 1 bis , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Korrektor (5) einen ersten elektrischen Multipol (71) zum Erzeugen des ersten elektrisches Felds (70) und einen6. Apparatus according to claim 5 or particle beam apparatus according to one of claims 1 to, that the corrector (5) has a first electrical multipole (71) for generating the first electrical field (70) and one
L5 ersten magnetischen Multipol (74) zum Erzeugen des ersten magnetischen Felds (73) aufweist.L5 has first magnetic multipole (74) for generating the first magnetic field (73).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6 oder Teilchenstrahlapparat nach einem der Ansprüche 1 bis4 ,7. Device according to one of claims 5 to 6 or particle beam apparatus according to one of claims 1 to 4,
!0 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ablenker (18) einen zweiten elektrischen Multipol (61) zum Erzeugen des zweiten elektrischen Felds (60) oder einen zweiten magnetischen Multipol (64) zum Erzeugen des zweiten magnetischen Felds (63) aufweist.The deflector (18) has a second electrical multipole (61) for generating the second electrical field (60) or a second magnetic multipole (64) for generating the second magnetic field (63).
!5! 5
8. Vorrichtung oder Teilchenstrahlapparat nach Anspruch 6 oder 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite elektrische Multipol (61) und/oder der erste 0 elektrische Multipol (71) . " " _.___.die Dipole sind, und/oder der zweite magnetische Multipol (64) und/oder der erste magnetische Multipol (74) magnetische Dipole sind.8. The device or particle beam apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the second electrical multipole (61) and / or the first 0 electrical multipole (71). "" _.___. are the dipoles and / or the second magnetic multipole (64) and / or the first magnetic multipole (74) are magnetic dipoles.
9. Vorrichtung oder Teilchenstrahlapparat nach einem der 5 Ansprüche 6 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite elektrische Multipol (61) , der erste elektrische Multipol (71) , der zweite magnetische Multipol (64) und/oder der erste magnetische Multipol (74) magnetische oder elektrische Oktupole sind. 59. Device or particle beam apparatus according to one of 5 claims 6 to 7, characterized in that the second electrical multipole (61), the first electrical multipole (71), the second magnetic multipole (64) and / or the first magnetic multipole (74) are magnetic or electrical octupoles. 5
10.Vorrichtung oder Teilchenstrahlapparat nach einem der Ansprüche 6 bis 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste magnetische Multipol (74) und/oder zweite LO magnetische Multipol (64) Sattelspulen oder Toroidspulen aufweist .10.Device or particle beam apparatus according to one of claims 6 to 9 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first magnetic multipole (74) and / or second LO magnetic multipole (64) has saddle coils or toroidal coils.
11.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 oder11. Device according to one of claims 5 to 10 or
Teilchenstrahlapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, .5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste magnetische Feld (73) und/oder das zweite magnetische Feld (63) durch magnetische Polschuhe gebünde11 wird.Particle beam apparatus according to one of claims 1 to 4,. 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the first magnetic field (73) and / or the second magnetic field (63) is bound by magnetic pole pieces11.
:0: 0
12.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 oder Teilchenstrahlapparat nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuerung (30) den ersten elektrischen Multipol (71) , den ersten magnetischen Multipol (74) und den Ablenker12.Device according to one of claims 5 to 10 or particle beam apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the controller (30) the first electrical multipole (71), the first magnetic multipole (74) and the deflector
5 (18) synchron ansteuert.5 (18) controlled synchronously.
13.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10 oder13.Device according to one of claims 5 to 10 or
Teilchenstrahlapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß 0 die geladenen Teilchen Ele. * _,lnd, die durch eine Elektronenquelle, insbesondere durch eine thermische Elektronenquelle erzeugt werden.Particle beam apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that 0 the charged particles Ele. * _, lnd, which are generated by an electron source, in particular by a thermal electron source.
14.Verfahren zum energiekorrigierten Ablenken eines entlang 5 einer Strahlachse (21) einfallenden Teilchenstrahls (3) um einen vorgegebenen Ablenkwinkel (12) , wobei der Teilchenstrahl (3) aus geladenen Teilchen mit um einen vorgegebene Energiewert gestreuten Energien besteht, mit den Schritten:14.Method for the energy-corrected deflection of a particle beam (3) incident along a beam axis (21) by a predetermined deflection angle (12), the particle beam (3) consisting of charged particles having a given energy value is scattered energies, with the steps:
vornehmen von Richtungsänderungen (15) an den geladenen 5 Teilchen des einfallenden Teilchenstrahls (3) inmake changes of direction (15) to the charged 5 particles of the incident particle beam (3) in
Abhängigkeit ihrer Energie; wobei die geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert ihre Richtung beibehalten;Dependence on their energy; wherein the charged particles maintain their direction with the given energy value;
0 vornehmen einer Ablenkung der geladenen Teilchen mit dem vorgegebenen Energiewert um den vorgegebenen Ablenkwinkel (12) von der Strahlachse (21) weg; wobei die geladenen Teilchen fokussiert werden; und0 deflect the charged particles with the predetermined energy value by the predetermined deflection angle (12) away from the beam axis (21); focusing the charged particles; and
5 steuern der Richtungsänderungen (15) , so daß die geladenen Teilchen unabhängig von dem Ablenkwinkel (12) fokussiert werden .5 control the direction changes (15) so that the charged particles are focused regardless of the deflection angle (12).
15. Verfahren nach Anspruch 14,15. The method according to claim 14,
20 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der20 d a d u r c h g e k n n z e i c h n e t that the
Teilchenstrahl (3) fokussiert wird, wobei die Fokusfläche (24) unabhängig vom vorgegebenen Ablenkwinkel (12) kleiner als das zehnfache der Querschnittsfläche des Teilchenstrahls (3) am Punkt der Richtungsänderungen (15)Particle beam (3) is focused, the focus area (24) regardless of the predetermined deflection angle (12) smaller than ten times the cross-sectional area of the particle beam (3) at the point of direction changes (15)
!5 und bevorzugt kleiner als die einfache Querschnittsfläche des Teilchenstrahls (3) am Punkt der Richtungsänderungen (15) ist. 5 and is preferably smaller than the simple cross-sectional area of the particle beam (3) at the point of the direction changes (15).
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