EP1454334A2 - Lens array with a laterally movable optical axis for corpuscular rays - Google Patents

Lens array with a laterally movable optical axis for corpuscular rays

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EP1454334A2
EP1454334A2 EP02804845A EP02804845A EP1454334A2 EP 1454334 A2 EP1454334 A2 EP 1454334A2 EP 02804845 A EP02804845 A EP 02804845A EP 02804845 A EP02804845 A EP 02804845A EP 1454334 A2 EP1454334 A2 EP 1454334A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
quadrupole
field
arrangement according
slit
Prior art date
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Ceased
Application number
EP02804845A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stephan Uhlemann
Maximilan Haider
Heiko Müller
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.)
Carl Zeiss NTS GmbH
CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH
Original Assignee
CEOS GmbH
Leo Elektronenmikroskopie GmbH
CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by CEOS GmbH, Leo Elektronenmikroskopie GmbH, CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH filed Critical CEOS GmbH
Publication of EP1454334A2 publication Critical patent/EP1454334A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/145—Combinations of electrostatic and magnetic lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3175—Lithography

Definitions

  • the invention relates to a lens arrangement with a laterally displaceable optical axis for particle beams, in particular for the transmission of regions of an object plane into the image plane by means of electrons, with a combined lens, which consists of a cylindrical lens and a quadrupole lens, which has electrical and / or magnetic fields acted upon
  • microscopy methods are used for monitoring, with the aid of which the surface structure is imaged and optically monitored.
  • Light-optical and electron-optical methods are customary, the latter methods offering the advantage of a substantially higher resolution due to the much smaller wavelength of the electrons. This means that the distance between points of an object that are close to one another can take on smaller values in the electron-optical method before the two points in the image plane of the imaging arrangement can no longer be separated as individual points.
  • low-voltage electron microscopes with rotationally symmetrical immersion objectives are used for the detection and detailed examination of the surface structures mentioned.
  • the sample to be examined is illuminated with electrons of low energy within an object field.
  • the secondary electrons released during this process are sucked off from the surface of the object by means of an immersion objective and imaged in the image plane with a comparatively high resolution.
  • energy filters to limit the imaging to electrons from the low-energy part of the secondary electron spectrum in the range of 1 - 2 eV. In this area the electron yield is high and the energy window can be chosen so narrow that an image with high resolution is possible with a sufficient aperture angle.
  • a disadvantage of the known microscopes of the type mentioned is that the image is limited to a very small object field, typically around 100 ⁇ m in diameter, in the immediate vicinity of the optical axis. This leads to objects of larger dimensions, such as the wafer areas with the dimensions of approximately 25 mm ⁇ 25 mm, which are the basis for the production of integrated circuits, being divided into two
  • a magnetic dipole field can be superimposed on the quadrupole, which enables the optical axis of the image to be shifted in the direction of the longitudinal extension of the cylindrical lens gap.
  • the second device of the type mentioned is DE 196 44 857.4
  • the electrostatic cylindrical lens consisting of at least three electrodes, the central electrode of which consists of segments which are electrically insulated from one another in the longitudinal direction of the slot-shaped electrode opening (comb electrode). Because of this structure, the individual segments of the center electrode can be assigned different potentials. In the present device, the potential distribution is selected so that an electrostatic quadrupole is generated, the axis of which can be displaced in the direction of the gap.
  • Both of the aforementioned devices are designed as electron-optical individual lenses and are used as probe-forming arrangements in shaped-beam exposure systems. These systems are less suitable for imaging secondary electrons that are triggered in an object plane.
  • a system has finally become known from DE 101 36 190.4, in which two non-circular systems of the aforementioned type are used.
  • the system enables low-error projection of relatively large areas of a transmission mask located in the object plane onto a wafer located in the image plane.
  • the optical axis of the quadrupole and thus the optical axis of the image is shear or magnetic fields shifted over the full width of the wafer area, the projection system maintaining its imaging properties. Accordingly, only a mechanical displacement of the object in one coordinate direction is required in the present system to describe the entire wafer area.
  • the system described above is suitable for the projection of masks, but its disadvantage is that it is unsuitable for secondary electron imaging and only allows a comparatively small magnification.
  • the use of two lens systems is essential to the system mentioned, the overall system is thus comparatively complex and accordingly expensive to manufacture.
  • the object of the invention is to provide a lens arrangement in which the particles emanating from points of an object area, in particular electrons, are mapped into assigned points of the image plane in the physical sense, the object field acquired during the imaging has a comparatively large diameter and can be moved over a comparatively large width of the object without mechanical positioning steps.
  • the proposed system enables detection of defects in the surface structure when used for monitoring the wafer production, as well as a detailed examination when defects are detected.
  • the combined lens is operated as an immersion lens
  • the immersion field in the axial direction consists of at least two successive fields, with - the first field between the object and the first slit diaphragm, the second field between the first and second slit diaphragm or one subsequent aperture pair is present, both fields can be set independently of one another, and the focusing / defocusing effect of the combined lens results from the superimposition of the immersion field, the cylindrical lens field and the quadrupole field.
  • the lens arrangement according to the present invention is based on a combination lens which is known per se and is described in the prior art and consists of an electrostatic cylindrical lens and a magnetic or electrostatic quadrupole lens.
  • the optical axis of the quadrupole lens can be moved parallel to itself.
  • the means for shifting the optical axis comprise electrostatic or magnetic fields.
  • this lens is operated as an immersion lens, in particular as an immersion objective.
  • an immersion field on the lens which in the present invention consists of at least two fields adjoining one another in the axial direction.
  • the first field lies between the object and the first slit diaphragm, the second field between the first and second slit diaphragms.
  • This version enables the strength of both fields to be set independently.
  • the focus of the lens arrangement as a whole is influenced by the interaction of the
  • Immersion field, the cylindrical lens field and the quadrupole field determined.
  • Immersion slit lenses have the disadvantage that the refractive effect of the immersion field can only act in one cut due to the slit-shaped design of the lens. If no countermeasures are taken, this property leads to a very different behavior of the paraxial fundamental orbits in both main sections. The consequence of this is a very strongly astigmatic image in the area of the immersion field, which can only be corrected with great effort using very strong quadrupole lenses.
  • a key idea of the invention is to prevent the greatly different optical behavior in both main sections from the outset by means of an adapted potential profile in the area between the object surface and the objective lens. It is preferred to design the immersion lens in such a way that the potential difference between the object surface and the first slit of the lens is comparatively small. An essential prerequisite for this is the splitting of the immersion field into at least two fields adjoining one another in the axial direction.
  • the proposed design leads to a moderate astigmatic splitting in both main sections of the lens, so that with the help of the focusing / defocusing effect of the quadrupole lens inherent in the combined lens, stigmatic imaging is possible without the use of further (strong) quadrupole fields.
  • the quadrupole lens is oriented so that its
  • Focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and defocusing in the section in which the cylindrical lens focuses.
  • the axis of the cylindrical lens enables the optical axis of the image to be shifted, the maximum shift being in the range of centimeters.
  • the area imaged in a region around the optical axis with constant optical quality can therefore be displaced by comparatively large distances over the object.
  • Control of a wafer during its manufacture can therefore be traversed with a dimension of the wafer area using purely electron-optical means without a mechanical displacement of the object being necessary.
  • the object only has to be mechanically displaceable for scanning the second dimension.
  • the use of the immersion lens according to the present invention results in considerable time savings or opens up the possibility of a significantly shorter duration of the controls accompanying the production , The controls to be carried out then no longer limit the throughput of the production system.
  • the proposed system enables both flaws in the surface structure to be detected and, in the case of flaws which have been identified, a detailed examination.
  • Typical system data when operating in detection mode are a resolution of 50 nm and an imaged object field with an edge length of approximately 100 ⁇ m, while a resolution of 10 nm can be achieved when operating in the mode for detailed examination.
  • the thickness is the first
  • Slit diaphragm of the combined lens is formed much larger than that of the subsequent slit diaphragms.
  • This constructive measure has the effect that only a small penetration of the immersion field between the first and second diaphragm emerges towards the object. Accordingly, this field can be chosen to be large without negative consequences for the size of the astigmatism that occurs. For this very reason, on the other hand, as already stated, the field between the first diaphragm and the object is set to be comparatively small, which is made possible by splitting the immersion field into two independently predeterminable fields.
  • Typical values for the potential applied to the first aperture are 1-2 kV, for the potential applied to the subsequent aperture in the order of 10-20 kV.
  • the mean potential on the first slit diaphragm also determines the field strength at the location of the object.
  • a comparatively low potential on the first aperture therefore advantageously leads to a low loading of the object by the immersion field.
  • Typical values for the electric field at the location of the wafer are 500-1000 V / mm.
  • the change in the position of the optical axis of the said quadrupole lens is carried out continuously and preferably in the direction of the slit of the slit diaphragms.
  • the advantage of this embodiment is that the object can be scanned without gaps in the coordinate direction parallel to the slot, the length of the scanned strip taking on the greatest possible value.
  • the object is then carried out in such a way that a strip of the object is scanned by electron-optical means approximately in the length of the aperture slits and in the width of the transmitted object field, after scanning the optical axis of the arrangement is set back to the original edge of the object and on that by the strip width a streak is again scanned in the direction of the diaphragm slots.
  • the size of the immersion field and / or the cylindrical lens field and / or the quadrupole field depends on the position of the axis of the
  • Quadrupols can be specified differently.
  • the background for this configuration lies in the fact that the image errors of the arrangement increase with increasing deflection of the imaging optical axis from the geometric center of the arrangement and therefore the optical resolution is lower the further the axis of the quadrupole from the center of the slot to
  • Edge of the slot is shifted.
  • the occurrence of the image defects can, however, be effectively countered by a change in the excitation of the lens arrangement which is associated with the shift.
  • a strategy that is dependent on the shift is therefore the Image correction necessary, which is ensured by the proposed design of the fields.
  • the invention provides for the aforementioned cylindrical lens to be formed by an electrostatic lens and the said quadrupole lens optionally to be formed by an electrostatic or magnetic lens.
  • the quadrupole field can be generated from a rectangular opening in a material of high magnetic permeability, at the edges of which current-carrying conductors run parallel to the optical axis of the cylindrical lens.
  • the current flow in the conductors is parallel on opposite edges of the opening and opposite on the perpendicular edges.
  • a simple technical solution for this arrangement provides for the conductors to be formed by a coil which is wound on a yoke and which is arranged in the interior of a slot-shaped opening, the conductors being oriented parallel to the optical axis.
  • the displacement of the optical axis can advantageously be achieved by superimposing a magnetic dipole.
  • a dipole field parallel to the longitudinal axis of the slit in the slit diaphragms of the cylindrical lens causes the optical axis of the quadrupole to shift in this same direction.
  • the easiest way to make the dipole is to use two spaced yokes made of a magnetically conductive material, each of which is wrapped with a coil.
  • the generation of the dipole field by electrical currents enables a continuous displacement of the dipole by appropriately specifying the excitation current.
  • the combined lens has at least three slit diaphragms, of which at least one in the longitudinal direction of the slit consists of segments which are electrically insulated from one another (comb diaphragm), and the segments can be subjected to different electrical potentials are.
  • comb diaphragm By means of suitable potentials on the individual segments of the slit diaphragm, multipole fields can be generated, as well as fields that migrate in time over the comb diaphragm.
  • suitable potentials on the individual segments of the slit diaphragm multipole fields can be generated, as well as fields that migrate in time over the comb diaphragm.
  • a feature of the invention is the application of potential to the segments which lead to the formation of a quadrupole field.
  • the magnetic or electrostatic quadrupole lens of the two design variants, together with the cylindrical lens, have the imaging properties of a round lens in a first approximation if the quadrupole field is oriented so that the focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and the defocusing in that Cut in which the cylindrical lens focuses. Due to a suitable specification of the fields, stigmatic images can therefore be achieved with the present lens arrangement.
  • the potentials on the individual segments are time-dependent, and they therefore move successively from one segment to the next.
  • the quadrupole field and the optical axis connected to its axis are shifted
  • the present lens arrangement is used in semiconductor lithography to control the surface structure in the production of wafers.
  • the use of the lens arrangement according to the invention in this area has been sufficiently explained by the embodiment of the invention reproduced in the preceding part.
  • the present invention also includes the use of the proposed lens arrangement as a cathode lens, which can be used in multi-beam systems or multi-shaped beam systems.
  • Embodiments and Details of the invention in this area of application are given in the following section.
  • At least one slit diaphragm is designed as a comb diaphragm and the segments are acted upon by potentials by means of which a plurality of electrostatic quadrupole lenses lying side by side in the direction of the slit can be generated.
  • the orientation of the individual quadrupole fields is oriented such that the
  • Focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and defocusing in the section in which the cylindrical lens focuses.
  • the individual quadrupoles in cooperation with the present immersion field and the cylindrical lens field each form stigmatically imaging elements.
  • a plurality of object areas lying separately from one another in an object plane are therefore simultaneously imaged in corresponding areas in the image plane.
  • the object plane of the lens arrangement according to the invention is formed by the surface of a cathode, from which electrons can be released at defined points by photoeffect.
  • Each of the defined positions is assigned a quadrupole of the slit lens.
  • the electrons emanating from a defined point are sucked out through the fields of the lens arrangement that are effective on the surface of the cathode and focused using the cylindrical lens and the respective quadrupole lens.
  • the focusing leads to a cross-over in the cross-over plane, whereby as many images of the electron sources are generated as there are defined areas for triggering photoelectrons.
  • the proposed arrangement can therefore advantageously be used as an electron-optical lighting device with a plurality of spaced use lighting areas. Such arrangements are used in multi-beam systems or multi-shaped beam systems.
  • Control of the surface structure of wafers are used, as well as those that are used as a cathode lens.
  • an embodiment of the combined lens is preferably designed with more, preferably two further, slit diaphragms as comb diaphragms, and further, preferably two further, unsegmented slit diaphragms are provided.
  • the comb diaphragms enable the generation of further, preferably parallel-displaceable, quadrupole fields and / or multipole fields of a higher order. These additional fields are advantageously used to correct image errors that originate in the position of the object field that deviates from the central axis.
  • the specification of three comb diaphragms enables fields to be generated which, regardless of the position of the object area to be imaged, lead to an astigmatic and distortion-free imaging.
  • the diaphragms serve to limit the penetration of the quadrupole fields.
  • an unsegmented diaphragm which is arranged in front of the first segmented slit diaphragm when looking in the direction of the beam path. This diaphragm advantageously limits the range of the quadrupole on the first slit diaphragm towards the object; its potential is expediently chosen to be equal to the average potential of the first comb diaphragm.
  • an axial, non-displaceable quadrupole lens is provided as an alternative to a comb screen in the combined lens outside the combined lens.
  • Figure 1 Sketch of an immersion objective lens with comb diaphragms
  • Figure 2 Sketch of a cathode lens with comb screens
  • FIG. 1 shows the essential components of an objective 1 that can be operated as an immersion lens.
  • the lens consists of a combined lens, which has both the properties of a cylindrical lens and that of a quadrupole lens.
  • the function of the cylindrical lens is present arrangement by a plurality of slit diaphragms 2 - 4, the slits of which are oriented perpendicular to the plane of the drawing and which can be acted upon with different potentials.
  • the function of the quadrupole lens is achieved by the present diaphragm arrangement by designing at least one slit diaphragm 2-4 as a comb diaphragm, the segmentation being carried out in the longitudinal direction of the slit, ie perpendicular to the plane of the drawing.
  • the relevant diaphragms are constructed from segments which are insulated from one another and to which potentials can be applied which lead to the formation of quadrupole fields.
  • the potentials on the individual segments are specified in such a way that the quadrupole fields and thus their axes, which in turn define the optical axis of the image, can be displaced in the direction of the longitudinal direction of the slot.
  • all three slit diaphragms 2 - 4 are designed as comb diaphragms, so that quadrupole fields can in principle be generated on each of the diaphragms.
  • the system thus has enough degrees of freedom to be able to set an undigested, stigmatic image regardless of the position of the imaging optical axis
  • a further diaphragm 8 is arranged between the object plane 6 and the first slit diaphragm 2 and, unlike the other slit diaphragms, is not segmented.
  • This diaphragm primarily serves to limit the range of the quadrupole field generated on the first slit diaphragm to object 6.
  • the potential of this aperture 8 is expediently chosen to be equal to the average potential of the first comb aperture 2.
  • the beam path through the objective 1 is illustrated using the fundamental trajectories.
  • the fundamental trajectories are indicated by the reference numerals 9, 10 and 11, 12, the axial trajectories being identified by 9 and 10 and the field trajectories in the x- and y-section by 11 and 12, respectively.
  • FIG. 2 shows a lens arrangement that is also used as a cathode lens 1 in a likewise greatly simplified representation.
  • the cathode 2 just formed lies in the object plane 3 of the lens 1, which has slit diaphragms 4-6 parallel to the surface of the cathode, at least one of which is designed as a comb diaphragm.
  • the longitudinal direction of the slots and their segmentation runs parallel to the plane of the drawing in the present figure.
  • the segments of the comb diaphragm (s) are subjected to potentials which lead to several, in the present case four, quadrupoles lying next to one another.
  • these local quadrupoles each form stigmatically imaging elements 7-10, which separate the object areas 11-

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  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

Disclosed is a lens array having a laterally movable axis for corpuscular rays, particularly for transmission from areas of an object surface onto the focal plane by means of electrons. The inventive array consists of a combined lens comprising a cylinder lens and a quadrupole lens provided with slit diaphragms which can be impinged upon by electric and/or magnetic fields. The optical axis of the quadrupole lens is oriented parallel to the axis of the cylinder lens and defines the optical axis of the projection, the position of which can be altered in relation to the axis of the cylinder lens. The quadrupole lens is in focus in the sector in which the cylinder lens is not in focus and is out of focus in the section in which the cylinder lens is in focus. The inventive combined lens can be operated as an immersion lens for projecting secondary electrons. The immersion field consists of at least two adjacent axially aligned fields. The first field lies between the object and the first slit diaphragm, and the second field lies between the first slit diaphragm and the second slit diaphragm. Both fields can be focused independently from each other. The potential difference between the object and the first diaphragm is comparatively small in relation to the potential difference between the first diaphragm and the second diaphragm, and the potential course between the object and the first diaphragm has to be approximately linear. The combined lens is brought into/out of focus by superposing the immersion field, the cylinder lens field, and the quadrupole field. Alternatively, the lens array can be used as a cathode lens for a photocathode with several homogenous adjacent emission areas.

Description

LINSENANORDNUNG MIT LATERAL VERSCHIEBBARER OPTISCHER ACHSE FÜR TEILCHENSTRAHLEN LENS ARRANGEMENT WITH LATERALLY SLIDING OPTICAL AXIS FOR PARTICLE RAYS
Die Erfindung betrifft ein Linsenanordnung mit lateral verschiebbarer optischer Achse für Teilchenstrahlen, insbesondere zur Übertragung von Bereichen einer Gegenstandsebene in die Bildebene mittels Elektronen, mit einer kombinierten Linse, welche aus einer Zylinderlinse und einer QuadrupoUinse be- steht, die mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern beaufschlagbareThe invention relates to a lens arrangement with a laterally displaceable optical axis for particle beams, in particular for the transmission of regions of an object plane into the image plane by means of electrons, with a combined lens, which consists of a cylindrical lens and a quadrupole lens, which has electrical and / or magnetic fields acted upon
Schlitzblenden aufweisen, wobei die optische Achse der QuadrupoUinse in der Mittelebene der Zylinderlinse verläuft, und die optische Achse der Abbildung definiert, die Position der optischen Achse der QuadrupoUinse in Richtung der schlitzförmigen Öffnung der Zylinderlinse veränderbar ist, die Fokussierung der QuadrupoUinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohneHave slit diaphragms, the optical axis of the quadrupole lens running in the central plane of the cylindrical lens, and defining the optical axis of the image, the position of the optical axis of the quadrupole lens being changeable in the direction of the slit-shaped opening of the cylindrical lens, the focusing of the quadrupole lens in the cut, in which the cylindrical lens without
Fokussierung ist, und die Defokussierung der QuadrupoUinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert.Is focusing, and the defocusing of the quadrupole lens takes place in the section in which the cylindrical lens focuses.
Bei der Herstellung mikroskopisch feiner Strukturen, wie beispielsweise der Produktion von Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltkreisen, ist es erforderlich, den Herstellungsprozess bezüglich auftretender Verfahrensmängel permanent zu überwachen. Ziel dieser Überwachung ist die frühzeitige Erkennung von Defekten in der Oberflächenstruktur der erzeugten Produkte und gegebenenfalls die Ergreifung entsprechender Gegenmaßnahmen. Zur Überwachung werden nach dem Stand der Technik Methoden der Mikroskopie eingesetzt, mit deren Hilfe die Oberflächenstruktur abgebildet und optisch überwacht wird. Üblich sind lichtoptische und elektronenoptische Verfahren, wobei letztere Verfahren aufgrund der wesentlich kleineren Wellenlänge der Elektronen den Vorteil einer wesentlich höheren Auflösung bieten. Dies be- deutet, daß der Abstand nahe beieinander liegende Punkte eines Objekts beim elektronenoptischen Verfahren kleinere Werte annehmen kann, bevor die beide Punkte in der Bildebene der abbildenden Anordnung nicht mehr als einzelne Punkte trennbar sind. Bei der Überwachung der Oberflächenstruktur sind dabei Methoden gefragt, die sowohl eine Detektion von Fehlstellen, als auch bei erkannten Fehlstellen eine Detailuntersuchung ermöglichen. Im erstgenannten Fall ist das Augenmerk insbesondere auf einen hohen, der Produktionsgeschwindigkeit angepaßten Durchsatz gerichtet, um produktionsbegleitende Untersuchungen durchführen zu können. Das elektronenoptische System muß dementsprechend eine Abbildung eines möglichst großen Objektfeldes mit moderatem Auflösungsvermögen ermöglichen. Im zweiten Fall hingegen ist insbesondere eine Abbildung mit hoher optischer Auflösung und gutem Kontrast erforderlich.When manufacturing microscopically fine structures, such as the production of semiconductor components or integrated circuits, it is necessary to constantly monitor the manufacturing process for process defects that occur. The aim of this monitoring is the early detection of defects in the surface structure of the products produced and, if necessary, the appropriate countermeasures. According to the state of the art, microscopy methods are used for monitoring, with the aid of which the surface structure is imaged and optically monitored. Light-optical and electron-optical methods are customary, the latter methods offering the advantage of a substantially higher resolution due to the much smaller wavelength of the electrons. This means that the distance between points of an object that are close to one another can take on smaller values in the electron-optical method before the two points in the image plane of the imaging arrangement can no longer be separated as individual points. When monitoring the surface structure, methods are required that allow both the detection of imperfections and the detailed investigation of identified defects. In the former case, particular attention is paid to a high throughput that is adapted to the production speed, in order to be able to carry out tests during production. The electron-optical system must accordingly enable the imaging of an object field as large as possible with a moderate resolution. In the second case, however, an image with high optical resolution and good contrast is required in particular.
Nach dem Stand der Technik werden zur Detektion und zur Detailuntersuchung der genannten Oberflächenstrukturen Niederspannungselektronenmikroskope mit rotationssymmetrischen Immersionsobjektiven eingesetzt. Hierbei wird die zu untersuchende Probe innerhalb eines Objektfeldes mit Elektronen geringer Energie beleuchtet. Die bei diesem Vorgang ausgelösten Sekundärelektronen werden mittels eines Immersionsobjektivs von der Oberfläche des Objektes abgesaugt und mit vergleichsweise hoher Auflösung in der Bildebene abgebildet. Dabei ist es üblich Energiefilter einzusetzen, um die Abbildung auf Elektronen aus dem Niederenergieteil des Sekundärelektronenspektrums im Bereich um 1 - 2 eV zu beschränken. In diesem Bereich ist die Elektronenausbeute hoch und das Energiefenster kann so schmal gewählt werden, daß eine Abbildung mit hoher Auflösung bei ausreichendem Öffnungswinkel ermöglicht wird.According to the prior art, low-voltage electron microscopes with rotationally symmetrical immersion objectives are used for the detection and detailed examination of the surface structures mentioned. Here, the sample to be examined is illuminated with electrons of low energy within an object field. The secondary electrons released during this process are sucked off from the surface of the object by means of an immersion objective and imaged in the image plane with a comparatively high resolution. It is common to use energy filters to limit the imaging to electrons from the low-energy part of the secondary electron spectrum in the range of 1 - 2 eV. In this area the electron yield is high and the energy window can be chosen so narrow that an image with high resolution is possible with a sufficient aperture angle.
Bei den bekannten Mikroskopen der genannten Art ist jedoch als Nachteil anzusehen, daß.die Abbildung auf ein sehr kleines Objektfeld von typischerweise etwa 100 μm Durchmesser in unmittelbarer Nähe der optischen Achse begrenzt ist. Dies führt dazu, daß Objekte größerer Ausdehnung, wie beispielsweise die bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen zugrunde liegen- den Waferbereiche mit einer Abmessung von ca. 25 mm x 25 mm, in zweiA disadvantage of the known microscopes of the type mentioned is that the image is limited to a very small object field, typically around 100 μm in diameter, in the immediate vicinity of the optical axis. This leads to objects of larger dimensions, such as the wafer areas with the dimensions of approximately 25 mm × 25 mm, which are the basis for the production of integrated circuits, being divided into two
Raumrichtungen abgerastert werden müssen, wenn man deren gesamte O- berfläche abbilden will. Herkömmliche Systeme sind daher mit einem Schlitten zur Aufnahme des Werkstücks ausgestattet, der senkrecht zur optischen Achse in zwei Koordinatenrichtungen verschiebbar ist. Der zwei-dimensional ver- fahrbare Schlitten mit der geforderten hohen Präzission ist jedoch einerseits konstruktiv sehr aufwendig und dementsprechend teuer in der Herstellung. Er begrenzt andererseits durch die vergleichsweise geringe Verschiebegeschwindigkeit die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung.Spatial directions must be scanned if you want to map their entire surface. Conventional systems are therefore equipped with a slide for holding the workpiece, which can be displaced in two coordinate directions perpendicular to the optical axis. However, the two-dimensional movable slide with the required high precision is on the one hand structurally very complex and accordingly expensive to manufacture. On the other hand, it limits the performance of the device due to the comparatively low displacement speed.
Zum Stand der Technik gehören auch elektronenoptische Systeme, bei denenThe prior art also includes electron-optical systems in which
Elemente mit unrunden Feldern eingesetzt werden.Elements with non-circular fields can be used.
Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE 196 34456.5 (= Spehr/Kerkhoff) offenbart. Sie weist eine elektrostatische Zylinderlinse und einen magnetischen Quadrupol auf, die in Kombination wie eine Rundlinse stigmatisch abbilden.A device of this type is disclosed in DE 196 34456.5 (= Spehr / Kerkhoff). It has an electrostatic cylindrical lens and a magnetic quadrupole, which in combination like a round lens show stigmatically.
Dem Quadrupol ist ein magnetisches Dipolfeld überlagerbar, das eine Verschiebung der optischen Achse der Abbildung in Richtung der Längsausdehnung des Zylinderlinsenspaltes ermöglicht.A magnetic dipole field can be superimposed on the quadrupole, which enables the optical axis of the image to be shifted in the direction of the longitudinal extension of the cylindrical lens gap.
Die zweite Vorrichtung der genannten Art ist der DE 196 44 857.4The second device of the type mentioned is DE 196 44 857.4
(=Rose/Schmidt) zu entnehmen. Sie umfaßt eine aus wenigsten drei Elektroden bestehende elektrostatische Zylinderlinse, deren mittlere Elektrode in Längsrichtung der schlitzförmigen Elektrodenöffnung aus elektrisch von einander isolierten Segmenten besteht (Kammelektrode). Aufgrund dieses Auf- baus können die einzelnen Segmente der Mittelelektrode mit unterschiedlichen Potentialen belegt werden. Bei vorliegender Vorrichtung ist die Potentialverteilung so gewählt, daß ein elektrostatischer Quadrupol erzeugt wird, dessen Achse in Richtung des Spaltes verschiebbar ist.(= Rose / Schmidt). It comprises an electrostatic cylindrical lens consisting of at least three electrodes, the central electrode of which consists of segments which are electrically insulated from one another in the longitudinal direction of the slot-shaped electrode opening (comb electrode). Because of this structure, the individual segments of the center electrode can be assigned different potentials. In the present device, the potential distribution is selected so that an electrostatic quadrupole is generated, the axis of which can be displaced in the direction of the gap.
Beide vorbenannten Vorrichtungen sind als elektronenoptische Einzellinsen konzipiert und werden als sondenformende Anordnungen in shaped-beam- Belichtungssystemen eingesetzt. Zur Abbildung von Sekundärelektronen, die in einer Objektebene ausgelöst werden, sind diese Systeme weniger geeignet.Both of the aforementioned devices are designed as electron-optical individual lenses and are used as probe-forming arrangements in shaped-beam exposure systems. These systems are less suitable for imaging secondary electrons that are triggered in an object plane.
Aus der DE 101 36 190.4 ist schließlich ein System bekannt geworden, bei welchem zwei unrunde Systeme der vorbenannten Art eingesetzt werden. Das System ermöglicht eine fehlerarme Projektion von jeweils vergleichsweise großen Bereichen einer in der Objektebene befindlichen Transmissionsmaske auf einen in der Bildebene befindlichen Wafer. Dabei wird die optische Achse der Qudrupole und somit die optische Achse der Abbildung mit Hilfe elektri- scher oder magnetischer Felder über die volle Breite des Waferbereichs verschoben, wobei das Projektionssystem seine Abbildungseigenschaften beibehält. Dementsprechend ist bei vorliegendem System zur Beschreibung des gesamten Waferbereichs nur eine mechanische Verschiebung des Objektes in einer Koordinatenrichtung erforderlich.A system has finally become known from DE 101 36 190.4, in which two non-circular systems of the aforementioned type are used. The system enables low-error projection of relatively large areas of a transmission mask located in the object plane onto a wafer located in the image plane. The optical axis of the quadrupole and thus the optical axis of the image is shear or magnetic fields shifted over the full width of the wafer area, the projection system maintaining its imaging properties. Accordingly, only a mechanical displacement of the object in one coordinate direction is required in the present system to describe the entire wafer area.
Das vorbeschriebene System ist für eine Projektion von Masken geeignet, sein Nachteil besteht jedoch darin, daß es für die Sekundärelektronenabbil- dung ungeeignet ist und nur eine vergleichsweise geringe Vergrößerung er- möglicht. Darüber hinaus ist für das genannte System erfindungswesentlich die Verwendung zweier Linsensysteme, das Gesamtsystem ist somit vergleichsweise aufwendig und dementsprechend kostspielig in seiner Herstellung.The system described above is suitable for the projection of masks, but its disadvantage is that it is unsuitable for secondary electron imaging and only allows a comparatively small magnification. In addition, the use of two lens systems is essential to the system mentioned, the overall system is thus comparatively complex and accordingly expensive to manufacture.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Linsenanordnung anzugeben, bei welcher die von Punkten eines Objektbereiches ausgehenden Teilchen, insbesondere Elektronen, in zugeordnete Punkte der Bildebene im physikalischen Sinne abgebildet werden, das bei der Abbildung erfaßte Objektfeld vergleichsweise großen Durchmesser besitzt und oh- ne mechanische Positionierschritte über eine vergleichsweise große Breite des Objektes verschiebbar ist. Dabei ermöglicht das vorgeschlagene System bei Anwendung zur Überwachung der Waferherstellung sowohl eine Detektion von Fehlstellen in der Oberflächenstruktur, als auch bei erkannten Fehlstellen eine Detailuntersuchung.Against this background, the object of the invention is to provide a lens arrangement in which the particles emanating from points of an object area, in particular electrons, are mapped into assigned points of the image plane in the physical sense, the object field acquired during the imaging has a comparatively large diameter and can be moved over a comparatively large width of the object without mechanical positioning steps. The proposed system enables detection of defects in the surface structure when used for monitoring the wafer production, as well as a detailed examination when defects are detected.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die kombinierte Linse als Immersionslinse betrieben wird, das Immersionsfeld in axialer Richtung aus wenigstens zwei aufeinander folgenden Feldern besteht, wobei - das erste Feld zwischen Objekt und erster Schlitzblende, das zweite Feld zwischen erster und zweiter Schlitzblende oder einem nachfolgenden Blendenpaar anliegt, beide Felder unabhängig von einander einstellbar sind, und die fokussierende/defokussierende Wirkung der kombinierten Linse sich aus der Überlagerung des Immersionsfeldes, des Zylinderlinsenfeldes und des Quadrupolfeldes ergibt.This object is achieved according to the invention in that the combined lens is operated as an immersion lens, the immersion field in the axial direction consists of at least two successive fields, with - the first field between the object and the first slit diaphragm, the second field between the first and second slit diaphragm or one subsequent aperture pair is present, both fields can be set independently of one another, and the focusing / defocusing effect of the combined lens results from the superimposition of the immersion field, the cylindrical lens field and the quadrupole field.
Die Linsenanordnung gemäß vorliegender Erfindung baut auf einer an sich bekannten, im Stand der Technik beschriebenen kombinierten Linse auf, die aus einer elektrostatischen Zylinderlinse und einer magnetischen oder elektrostatischen QuadrupoUinse besteht. Dabei ist die optische Achse der QuadrupoUinse parallel zu sich selbst verschiebbar ausgebildet. Die Mittel zur Ver- Schiebung der optischen Achse umfassen je nach Ausbildung des Quadrupols elektrostatische oder magnetische Felder.The lens arrangement according to the present invention is based on a combination lens which is known per se and is described in the prior art and consists of an electrostatic cylindrical lens and a magnetic or electrostatic quadrupole lens. The optical axis of the quadrupole lens can be moved parallel to itself. Depending on the configuration of the quadrupole, the means for shifting the optical axis comprise electrostatic or magnetic fields.
Bei vorliegender Erfindung wird diese Linse jedoch als Immersionslinse, insbesondere als Immersionsobjektiv, betrieben. Dementsprechend liegt an der Linse ein Immersionsfeld an, das bei vorliegender Erfindung aus wenigstens zwei, in axialer Richtung aneinander angrenzenden Feldern besteht. Dabei liegt das erste Feld zwischen Objekt und erster Schlitzblende, das zweite Feld zwischen erster und zweiter Schlitzblende an. Diese Ausführung ermöglicht eine unabhängige Einstellung der Stärke beider Felder. Dabei wird die Fokus- sierung der Linsenanordnung insgesamt durch die Zusammenwirkung desIn the present invention, however, this lens is operated as an immersion lens, in particular as an immersion objective. Accordingly, there is an immersion field on the lens, which in the present invention consists of at least two fields adjoining one another in the axial direction. The first field lies between the object and the first slit diaphragm, the second field between the first and second slit diaphragms. This version enables the strength of both fields to be set independently. The focus of the lens arrangement as a whole is influenced by the interaction of the
Immersionsfeldes, des Zylinderlinsenfeldes und des Quadrupolfeldes bestimmt.Immersion field, the cylindrical lens field and the quadrupole field determined.
Immersionsschlitzlinsen haben an sich den Nachteil, daß die brechende Wir- kung des Immersionsfeldes wegen der schlitzförmigen Ausbildung der Linse nur in einem Schnitt wirken kann. Ergreift man keine Gegenmaßnahmen führt diese Eigenschaft zu einem sehr unterschiedlichen Verhalten der paraxialen Fundamentalbahnen in beiden Hauptschnitten. Die Folge hiervon ist im Bereich des Immersionsfeldes eine sehr stark astigmatische Abbildung, die nur mit hohem Aufwand durch sehr starke Quadrupollinsen korrigierbar ist.Immersion slit lenses have the disadvantage that the refractive effect of the immersion field can only act in one cut due to the slit-shaped design of the lens. If no countermeasures are taken, this property leads to a very different behavior of the paraxial fundamental orbits in both main sections. The consequence of this is a very strongly astigmatic image in the area of the immersion field, which can only be corrected with great effort using very strong quadrupole lenses.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nun darin, das stark unterschiedliche optische Verhalten in beiden Hauptschnitten durch einen angepaßten Potentialverlauf im Bereich zwischen Objektoberfläche und Objektivlinse von vorne herein zu verhindern. Bevorzugt ist, die Immersionslinse derart auszubilden, daß die Potentialdifferenz zwischen Objektoberfläche und erster Schlitzblende der Linse vergleichsweise klein ist. Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist die Aufsplittung des Immersionsfeldes in wenigstens zwei, in axialer Richtung aneinander grenzende Felder.A key idea of the invention is to prevent the greatly different optical behavior in both main sections from the outset by means of an adapted potential profile in the area between the object surface and the objective lens. It is preferred to design the immersion lens in such a way that the potential difference between the object surface and the first slit of the lens is comparatively small. An essential prerequisite for this is the splitting of the immersion field into at least two fields adjoining one another in the axial direction.
Die vorgeschlagene Ausführung führt zu einer moderaten astigmatischen Aufspaltung in beiden Hauptschnitten der Linse, so daß mit Hilfe der fokussieren- den/defokussierenden Wirkung der der kombinierten Linse eigenen QuadrupoUinse ohne Einsatz weiterer (starker) Quadrupolfelder eine stigmatische Abbildung möglich ist. Die QuadrupoUinse ist dabei so orrientiert, daß derenThe proposed design leads to a moderate astigmatic splitting in both main sections of the lens, so that with the help of the focusing / defocusing effect of the quadrupole lens inherent in the combined lens, stigmatic imaging is possible without the use of further (strong) quadrupole fields. The quadrupole lens is oriented so that its
Fokussierung in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert.Focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and defocusing in the section in which the cylindrical lens focuses.
Die veränderbare Position der optischen Achse der QuadrupoUinse relativ zurThe changeable position of the optical axis of the quadrupole lens relative to the
Achse der Zylinderlinse ermöglicht dabei eine Verschiebung der optischen Achse der Abbildung, wobei die maximale Verschiebung im Bereich von Zentimetern liegt. Der in einem Bereich um die optische Achse herum mit gleichbleibender optischer Qualität abgebildete Bereich läßt sich daher um ver- gleichsweise große Strecken über das Objekt hinweg verschieben. Bei derThe axis of the cylindrical lens enables the optical axis of the image to be shifted, the maximum shift being in the range of centimeters. The area imaged in a region around the optical axis with constant optical quality can therefore be displaced by comparatively large distances over the object. In the
Kontrolle eines Wafers während dessen Herstellung kann daher eine Dimension des Waferbereichs mit rein elektronenoptischen Mitteln abgefahren werden, ohne daß eine mechanische Verschiebung des Objektes notwendig wäre. Lediglich zur Abrasterung der zweiten Dimension muß das Objekt mecha- nisch verschiebbar gelagert sein. Gegenüber den Verfahren mit herkömmlichen Niederspannungselektronenmikroskopen mit rotationssysm metrischen Immersionsobjektivlinsen, die ein zweidimensionales mechanisches Abrastern des Wafers erfordern, bringt die Anwendung der Immersionslinse gemäß vorliegender Erfindung eine erhebliche Einsparung an Zeit mit sich bzw. eröffnet die Möglichkeit zu einer wesentlich kürzeren Dauer der produktionsbegleiten- den Kontrollen. Die durchzuführenden Kontrollen begrenzen dann nicht mehr den Durchsatz des Produktionssystems. Dabei ermöglicht das vorgeschlagene System von seinem prinzipiellen Aufbau her sowohl eine Detektion von Fehlstellen in der Oberflächenstruktur, als auch bei erkannten Fehlstellen eine Detailuntersuchung. Typische Systemdaten bei Betrieb im Detektionsmodus sind eine Auflösung von 50 nm und ein abgebildetes Objektfeld mit einer Kantenlänge von etwa 100 μm, während bei Betrieb im Modus zur Detailuntersuchung eine Auflösung von 10 nm erreichbar ist.Control of a wafer during its manufacture can therefore be traversed with a dimension of the wafer area using purely electron-optical means without a mechanical displacement of the object being necessary. The object only has to be mechanically displaceable for scanning the second dimension. Compared to the methods with conventional low-voltage electron microscopes with rotationally symmetrical immersion objective lenses, which require a two-dimensional mechanical scanning of the wafer, the use of the immersion lens according to the present invention results in considerable time savings or opens up the possibility of a significantly shorter duration of the controls accompanying the production , The controls to be carried out then no longer limit the throughput of the production system. In terms of its basic structure, the proposed system enables both flaws in the surface structure to be detected and, in the case of flaws which have been identified, a detailed examination. Typical system data when operating in detection mode are a resolution of 50 nm and an imaged object field with an edge length of approximately 100 μm, while a resolution of 10 nm can be achieved when operating in the mode for detailed examination.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Dicke der erstenIn a preferred development of the invention, the thickness is the first
Schlitzblende der kombinierten Linse wesentlich größer als die der nachfolgenden Schlitzblenden ausgebildet. Diese konstruktive Maßnahme bewirkt, daß nur ein geringer Durchgriff des Immersionsfeldes zwischen erster und zweiter Blende zum Objekt hin austritt. Dementsprechend kann dieses Feld ohne negative Folgen für die Größe des auftretenden Astigmatismusses groß gewählt werden. Aus eben diesem Grunde wird dagegen - wie bereits ausgeführt - das zwischen erster Blende und Objekt anliegende Feld vergleichsweise klein vorgegeben, was durch eine Aufspaltung des Immersionsfeldes in zwei unabhängig vorgebbare Felder ermöglicht wird. Typische Werte für das an der ersten Blende anliegenden Potential liegen bei 1-2 kV, für das an der nachfolgenden Blende anliegende in der Größenordnung von 10-20 kV.Slit diaphragm of the combined lens is formed much larger than that of the subsequent slit diaphragms. This constructive measure has the effect that only a small penetration of the immersion field between the first and second diaphragm emerges towards the object. Accordingly, this field can be chosen to be large without negative consequences for the size of the astigmatism that occurs. For this very reason, on the other hand, as already stated, the field between the first diaphragm and the object is set to be comparatively small, which is made possible by splitting the immersion field into two independently predeterminable fields. Typical values for the potential applied to the first aperture are 1-2 kV, for the potential applied to the subsequent aperture in the order of 10-20 kV.
Das mittlere Potential auf der ersten Schlitzblende bestimmt zudem die Feldstärke am Ort des Objektes. Ein vergleichsweise geringes Potential auf der ersten Blende führt in vorteilhafter Weise daher zu einer geringen Belastung des Objektes durch das Immersionsfeld. Typische Werte für das elektrische Feld am Ort des Wafers sind 500-1000 V/mm. Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Linsenanordnung zur Überprüfung der Waferoberfläche kommt dieser Eigenschaft des vorliegenden Systems eine besonderer Bedeu- tung zu, da Wafer sehr empfindliche Objekte darstellen.The mean potential on the first slit diaphragm also determines the field strength at the location of the object. A comparatively low potential on the first aperture therefore advantageously leads to a low loading of the object by the immersion field. Typical values for the electric field at the location of the wafer are 500-1000 V / mm. When using the lens arrangement according to the invention for checking the wafer surface, this property of the present system is of particular importance, since wafers represent very sensitive objects.
Für eine bereichsweise Abbildung eines Objektes mit der erfindungsgemäßen Linsenanordnung ist es von Vorteil, wenn die Änderung der Position der optischen Achse der genannten QuadrupoUinse kontinuierlich und vorzugsweise in Richtung des Schlitzes der Schlitzblenden erfolgt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß das Objekt auf diese Weise in der zum Schlitz parallel liegenden Koordinatenrichtung lückenlos abgetastet werden kann, wobei die Länge des abgetasteten Streifens den größtmöglichen Wert annimmt. Um eine Abbildung des gesamten Objektes zu erhalten, ist es notwendig, das Objekt in einer Richtung verschiebbar auszubilden, die senkrecht zur optischen Achse der QuadrupoUinse und senkrecht zur Richtung der Blendenschlitze in der Zylinderlinse liegt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind bei vorliegen- der Linsenanordnung derartige Mittel vorgesehen. Die Abbildung des gesamtenFor a region-by-region imaging of an object with the lens arrangement according to the invention, it is advantageous if the change in the position of the optical axis of the said quadrupole lens is carried out continuously and preferably in the direction of the slit of the slit diaphragms. The advantage of this embodiment is that the object can be scanned without gaps in the coordinate direction parallel to the slot, the length of the scanned strip taking on the greatest possible value. In order to obtain an image of the entire object, it is necessary to make the object displaceable in a direction that is perpendicular to the optical axis of the quadrupole lens and perpendicular to the direction of the diaphragm slots in the cylindrical lens. According to a feature of the invention, such means are provided in the present lens arrangement. The illustration of the whole
Objektes wird dann so durchgeführt, daß ein Streifen des Objektes etwa in der Länge der Blendenschlitze und in der Breite des übertragenen Objektfeldes mit elektronenoptischen Mitteln abgetastet wird, nach Abtastung die optische Achse der Anordnung an den ursprünglichen Rand des Objektes zurückversetzt und auf dem um die Streifenbreite verschobenen Objekt erneut ein Streifen in Richtung der Blendenschlitze abgetastet wird.The object is then carried out in such a way that a strip of the object is scanned by electron-optical means approximately in the length of the aperture slits and in the width of the transmitted object field, after scanning the optical axis of the arrangement is set back to the original edge of the object and on that by the strip width a streak is again scanned in the direction of the diaphragm slots.
Um sicherzustellen, daß jeder neue Streifen lückenlos an den vorhergehenden anschließt, ist es notwendig, Vorschubgeschwindigkeit und Ablenkgeschwindig- keit auf einander abzustimmen. Bezeichnet man die Geschwindigkeit des Objektes senkrecht zur Richtung der Blendenschlitze mit Vi, die Abtastgeschwindigkeit der optischen Achse in der Objektebene der Linsenanordnung mit v2, dann gilt für das Verhältnis der Geschwindigkeiten die Beziehung v.) / v2 etwa gleich d / b, wobei d dem Durchmesser des abbildbaren Objektfeldes entspricht und b dieIn order to ensure that each new strip follows the previous one without gaps, it is necessary to match the feed speed and the deflection speed. If one designates the speed of the object perpendicular to the direction of the diaphragm slits with Vi, the scanning speed of the optical axis in the object plane of the lens arrangement with v 2 , then the relationship v.) / V 2 applies approximately to the ratio of the speeds d / b, where d corresponds to the diameter of the imageable object field and b the
Breite des Objektes quer zu dessen Verschieberichtung angibt.Specifies the width of the object transverse to its direction of movement.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Größe des Immersionsfeldes und/oder des Zylinderlinsenfeldes und/oder des Qua- drupolfeldes jeweils in Abhängigkeit von der Position der Achse desAccording to a further feature of the invention, it is provided that the size of the immersion field and / or the cylindrical lens field and / or the quadrupole field depends on the position of the axis of the
Quadrupols unterschiedlich vorgebbar ist. Der Hintergrund für diese Ausgestaltung liegt darin begründet, daß die Bildfehler der Anordnung mit zunehmender Auslenkung der abbildenden optischen Achse aus der geometrischen Mitte der Anordnung heraus zunehmen und daher die optische Auflösung um so geringer ausfällt, je weiter die Achse des Quadrupols von der Schlitzmitte zumQuadrupols can be specified differently. The background for this configuration lies in the fact that the image errors of the arrangement increase with increasing deflection of the imaging optical axis from the geometric center of the arrangement and therefore the optical resolution is lower the further the axis of the quadrupole from the center of the slot to
Rand des Schlitzes hin verschoben wird. Dem Auftreten der Bildfehler läßt sich durch eine mit der Verschiebung einhergehenden Änderung der Erregung der Linsenanordnung jedoch wirksam begegnen. Bei der Abbildung nicht zentraler Objektfelder ist somit eine von der Verschiebung abhängige Strategie der Bildfehlerkorrektur notwendig, die durch die vorgeschlagene Ausgestaltung der Felder sichergestellt ist.Edge of the slot is shifted. The occurrence of the image defects can, however, be effectively countered by a change in the excitation of the lens arrangement which is associated with the shift. When mapping non-central object fields, a strategy that is dependent on the shift is therefore the Image correction necessary, which is ensured by the proposed design of the fields.
Bei der technischen Umsetzung der geforderten Felder in elektronenoptische Linsen sind prinzipiell mehrere Möglichkeiten gegeben. Gemäß vorliegenderIn principle, there are several options for the technical implementation of the required fields in electron-optical lenses. According to the present
Erfindung ist vorgesehen, die genannte Zylinderlinse durch eine elektrostatische Linse und die genannte QuadrupoUinse wahlweise durch eine elektrostatische oder magnetische Linse auszubilden.The invention provides for the aforementioned cylindrical lens to be formed by an electrostatic lens and the said quadrupole lens optionally to be formed by an electrostatic or magnetic lens.
Bei der Variante der Linsenanordnung mit magnetischen Quadrupolen ist es von Vorteil, wenn das Quadrupolfeld von einer rechteckigen Öffnung in einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität erzeugbar ist, an deren Rändern stromdurchflossene Leiter parallel zur optischen Achse der Zylinderlinse verlaufen. Dabei ist der Stromfluß in den Leitern auf gegenüberliegenden Rändern der Öffnung parallel und auf den dazu senkrechten Rändern entgegen gerichtet.In the variant of the lens arrangement with magnetic quadrupoles, it is advantageous if the quadrupole field can be generated from a rectangular opening in a material of high magnetic permeability, at the edges of which current-carrying conductors run parallel to the optical axis of the cylindrical lens. The current flow in the conductors is parallel on opposite edges of the opening and opposite on the perpendicular edges.
Eine einfache technische Lösung für diese Anordnung sieht vor, die Leiter durch eine auf ein Joch gewickelte Spule auszubilden, die im inneren einer schlitzförmigen Öffnung angebracht ist, wobei die Leiter parallel zur optischen Achse orientiert sind.A simple technical solution for this arrangement provides for the conductors to be formed by a coil which is wound on a yoke and which is arranged in the interior of a slot-shaped opening, the conductors being oriented parallel to the optical axis.
Bei vorbenanntem Quadrupol läßt sich die Verschiebung der optischen Achse mit Vorteil durch Überlagerung eines magnetischen Dipols erreichen. Ein Dipolfeld parallel zur Längsachse des Schlitzes in den Schlitzblenden der Zylinderlinse bewirkt dabei eine Verschiebung der optischen Achse des Quadrupols in eben dieser Richtung. Technisch wird der Dipol am einfachsten durch zwei beabstandete Joche aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, die mit je einer Spule umwickelt sind. Die Erzeugung des Dipolfeldes durch elektrische Ströme ermöglicht dabei eine kontinuierliche Verschiebung des Dipols durch entsprechende Vorgabe des Erregerstroms.In the case of the aforementioned quadrupole, the displacement of the optical axis can advantageously be achieved by superimposing a magnetic dipole. A dipole field parallel to the longitudinal axis of the slit in the slit diaphragms of the cylindrical lens causes the optical axis of the quadrupole to shift in this same direction. Technically, the easiest way to make the dipole is to use two spaced yokes made of a magnetically conductive material, each of which is wrapped with a coil. The generation of the dipole field by electrical currents enables a continuous displacement of the dipole by appropriately specifying the excitation current.
Bei der zweiten Variante der Linsenanordnungen mit elektrostatischen Quadrupolen ist vorgesehen, daß die kombinierte Linse wenigstens drei Schlitzblenden aufweist, von denen wenigstens eine in Längsrichtung des Schlitzes aus elektrisch von einander isolierten Segmenten besteht (Kammblende), und die Seg- mente mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbar sind. Durch geeignete Potentiale an den einzelnen Segmenten der Schlitzblende lassen sich Multipolfelder erzeugen, als auch zeitlich über die Kammblende wandernde Felder realisieren. Von besonderem Interesse ist dabei, gemäß einem Merkmal der Erfindung, die Beaufschlagung der Segmente mit Potentialen, die zur Entstehung eines Quadrupolfeldes führen.In the second variant of the lens arrangements with electrostatic quadrupoles, it is provided that the combined lens has at least three slit diaphragms, of which at least one in the longitudinal direction of the slit consists of segments which are electrically insulated from one another (comb diaphragm), and the segments can be subjected to different electrical potentials are. By means of suitable potentials on the individual segments of the slit diaphragm, multipole fields can be generated, as well as fields that migrate in time over the comb diaphragm. Of particular interest, according to a feature of the invention, is the application of potential to the segments which lead to the formation of a quadrupole field.
Die magnetische oder elektrostatische QuadrupoUinse der beiden Ausführungsvarianten weisen zusammen mit der Zylinderlinse in erster Näherung die Abbildungseigenschafte einer Rundlinse auf, wenn das Quadrupolfeld so orientert ist, daß die Fokussierung in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert. Aufgrund einer geeigneten Vorgabe der Felder lassen sich mit der vorliegenden Linsenanordnung daher stigmatische Abbildungen erzielen.The magnetic or electrostatic quadrupole lens of the two design variants, together with the cylindrical lens, have the imaging properties of a round lens in a first approximation if the quadrupole field is oriented so that the focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and the defocusing in that Cut in which the cylindrical lens focuses. Due to a suitable specification of the fields, stigmatic images can therefore be achieved with the present lens arrangement.
Der weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend sind die Potentiale auf den einzelnen Segmenten zeitabhängig ausgebildet, sie wandern daher sukzessiv von einem zum nächsten Segment. Hierdurch wird - wie beim magnetischen Quadrupol durch das variable Dipolfeld - eine Verschiebung des Qua- drupolfeldes und der mit dessen Achse verbundenen optischen Achse derIn accordance with the further embodiment of the invention, the potentials on the individual segments are time-dependent, and they therefore move successively from one segment to the next. As a result, as with the magnetic quadrupole due to the variable dipole field, the quadrupole field and the optical axis connected to its axis are shifted
Abbildung über die Länge der Schlitze in den Schlitzblenden erreicht. Aufgrund der verschiebbaren optischen Achse weisen vorgeschlagene Linsenanordnungen gegenüber Rundlinsen somit den Vorteil auf, daß auch weit auseinander liegende Objektbereiche einer Abbildung zugänglich sind.Figure reached over the length of the slits in the slit diaphragms. Due to the displaceable optical axis, proposed lens arrangements have the advantage over round lenses that even object areas that are far apart are accessible for imaging.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die vorliegende Linsenanordnung in der Halbleiterlithographie zur Kontrolle der Oberflächenstruktur bei der Herstellung von Wafern verwendet wird. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Linsenanordnung in diesem Bereich ist durch die im vorange- henden Teil wiedergegebene Ausgestaltung der Erfindung hinreichend dargelegt worden.According to a feature of the invention, it is provided that the present lens arrangement is used in semiconductor lithography to control the surface structure in the production of wafers. The use of the lens arrangement according to the invention in this area has been sufficiently explained by the embodiment of the invention reproduced in the preceding part.
Die vorliegenden Erfindung umfaßt jedoch auch die Verwendung der vorgeschlagenen Linsenanordnung als Kathodenlinse, die in Multi-Beam-Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen eingesetzbar ist. Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung zu diesem Anwendungsbereich sind im nachfolgenden Teil wiedergegeben.However, the present invention also includes the use of the proposed lens arrangement as a cathode lens, which can be used in multi-beam systems or multi-shaped beam systems. Embodiments and Details of the invention in this area of application are given in the following section.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist bei der rein elektrostatischen Ausfüh- rungsform der erfindungsgemäßen Linsenanordnung vorgesehen, daß wenigstens eine Schltzblende als Kammblende ausgebildet ist und die Beaufschlagung der Segmente mit Potentialen erfolgt, durch die mehrere in Richtung des Schlitzes nebeneinander liegende elektrostatische Quadrupollinsen erzeugbar sind. Die Orientierung der einzelnen Quadrupolfelder ist, wie bei den Ausfüh- rungsformen im vorangehenden Teil der Beschreibung, so ausgerichtet, daß dieAccording to one feature of the invention, in the purely electrostatic embodiment of the lens arrangement according to the invention it is provided that at least one slit diaphragm is designed as a comb diaphragm and the segments are acted upon by potentials by means of which a plurality of electrostatic quadrupole lenses lying side by side in the direction of the slit can be generated. The orientation of the individual quadrupole fields, as with the embodiments in the preceding part of the description, is oriented such that the
Fokussierung in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert. In einer solchen Anordnung bilden die einzelnen Quadrupole in Zusammenwirkung mit dem vorliegenden Immersionsfeld und dem Zylinderlinsen- feld jeweils für sich stigmatisch abbildende Elemente. Bei gleicher Ausführung der einzelnen Quadrupole werden daher mehrere, in einer Gegenstandsebene getrennt voneinander liegende Objektbereiche gleichzeitig in entsprechende Bereiche in der Bildebene abgebildet.Focusing takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and defocusing in the section in which the cylindrical lens focuses. In such an arrangement, the individual quadrupoles in cooperation with the present immersion field and the cylindrical lens field each form stigmatically imaging elements. With the same design of the individual quadrupoles, a plurality of object areas lying separately from one another in an object plane are therefore simultaneously imaged in corresponding areas in the image plane.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung dieser Art alsIn the context of the invention it is proposed to use a device of this type
Kathodenlinsen zu verwenden. In diesem Fall wird die Gegenstandsebene der erfindungsgemäßen Linsenanordnung durch die Oberfläche einer Kathode gebildet, aus der an definierten Stellen durch Photoeffekt Elektronen auslösbar sind. Jeder der definierten Stellen ist dabei jeweils ein Quadrupol der Schlitzlin- se zugeordnet.Use cathode lenses. In this case, the object plane of the lens arrangement according to the invention is formed by the surface of a cathode, from which electrons can be released at defined points by photoeffect. Each of the defined positions is assigned a quadrupole of the slit lens.
Nach Auslösung von Elektronen werden die jeweils von einer definierten Stelle ausgehenden Elektronen durch die auf der Oberfläche der Kathode wirksamen Felder der Linsenanordnung abgesaugt und mit Hilfe der Zylinderlinse und der jeweiligen QuadrupoUinse fokussiert. Die Fokussierung führt zu je einem Cross- over in der Cross-over-Ebene, wobei ebensoviele Bilder der Elektronenquellen erzeugt werden, wie definierte Bereiche zum Auslösen von Photoelektronen vorhanden sind. Die vorgeschlagene Anordnung läßt sich daher mit Vorteil als elektronenoptische Beleuchtungseinrichtung mit mehreren beabstandeten Be- leuchtungsbereichen einsetzen. Derartige Anordnungen finden in Multi-Beam- Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen Anwendung.After electrons have been released, the electrons emanating from a defined point are sucked out through the fields of the lens arrangement that are effective on the surface of the cathode and focused using the cylindrical lens and the respective quadrupole lens. The focusing leads to a cross-over in the cross-over plane, whereby as many images of the electron sources are generated as there are defined areas for triggering photoelectrons. The proposed arrangement can therefore advantageously be used as an electron-optical lighting device with a plurality of spaced use lighting areas. Such arrangements are used in multi-beam systems or multi-shaped beam systems.
Bei der Fokussierung von Elektronen niedriger Energie in einem Punkt erfahren die Elektronen aufgrund der stochastischen Wechselwirkung der Elektronen untereinander in nachteiliger weise eine Energieverbreiterung. Dieses unter dem Namen Boersch-Effekt bekannte Phänomen hat seine Ursache darin, daß die Elektronen beim Durchgang durch Fokussierungspunkte aufgrund der in diesem Bereich herrschenden hohen Stromdichten einer Streuung unterliegen, die zu der genannten Zunahme der Energiebreite führen. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bei der erfindungsgemäßen Linsenanordnung vorgeschlagen, die jeweiligen Cross-over-Punkte astigmatisch einstellbar vorzusehen. Man erreicht hierdurch eine Verringerung der Stromdichte, die eine Verminderung des Streueffektes und damit in vorteilhafter Weise eine Verringerung der Energiebreite der abbildenden Elektronen zur Folge hat.When focusing electrons of low energy at one point, the electrons experience an energy broadening due to the stochastic interaction of the electrons with one another. This phenomenon, known as the Boersch effect, is due to the fact that the electrons, when passing through focusing points, are subject to scattering due to the high current densities prevailing in this area, which lead to the aforementioned increase in the energy width. In order to avoid this disadvantage, it is proposed in the lens arrangement according to the invention to provide the respective crossover points so that they can be adjusted astigmatically. This achieves a reduction in the current density, which results in a reduction in the scattering effect and thus advantageously in a reduction in the energy width of the imaging electrons.
Weiterbildungen der Erfindung sehen zusätzliche Multipolfelder im Strahlengang vorliegender Linsenanordnung vor. Diese Felder dienen der effektiveren Korrektur möglicher Bildfehler unterschiedlicher Ordnungen. Ausführungen die- ser Art sind mit Vorteil einsetzbar sowohl bei Linsenanordnungen, die bei derFurther developments of the invention provide additional multipole fields in the lens arrangement in the beam path. These fields are used for the more effective correction of possible image errors of different orders. Versions of this type can be used with advantage both in the case of lens arrangements which are used in the
Kontrolle der Oberflächenstruktur von Wafern Verwendung finden, als auch solchen, die als Kathodenlinse eingesetzt werden.Control of the surface structure of wafers are used, as well as those that are used as a cathode lens.
Bevorzugt wird hierbei eine Ausführungsform der kombinierten Linse bei wel- eher weitere, vorzugsweise zwei weitere, Schlitzblenden als Kammblenden ausgebildet und weitere, vorzugsweise zwei weitere, unsegmentierte Schlitzblenden vorgesehen sind. Die Kammblenden ermöglichen gemäß einem Merkmal der Erfindung die Erzeugung weiterer, vorzugsweise pallelverschiebbarer, Quadrupolfelder und/oder Multipolfelder höherer Ordnung. Diese zusätzliche Felder werden mit Vorteil zur Korrektur von Bildfehlern genutzt, die ihren Ursprung in der von der Mittelachse abweichenden Position des Objektfeldes haben. Insbesondere ermöglicht die Vorgabe von drei Kammblenden die Erzeugung von Feldern, die unabhänging von der Lage des abzubildenden Objektbereichs zu einer astigmatischen und verzeichnungsfreien Abbildung führen. Bei der Variante der Linsenanordnung gemäß vorliegender Erfindung mit weiteren unsegmentierten Schlitzblenden dienen die Blenden dazu, den Durchgriff der Quadrupolfelder zu begrenzen. Von Bedeutung ist insbesondere eine un- segmentierte Blende, die bei Blick in Richtung des Strahlengangs vor der ersten segmentierten Schlitzblende angeordnet ist. Diese Blende begrenzt in vorteilhafter Weise die Reichweite des Quadrupols auf der ersten Schlitzblende zum Objekt hin, ihr Potential wird zweckmäßigerweise gleich dem mittleren Potential der ersten Kammblende gewählt.In this case, an embodiment of the combined lens is preferably designed with more, preferably two further, slit diaphragms as comb diaphragms, and further, preferably two further, unsegmented slit diaphragms are provided. According to one feature of the invention, the comb diaphragms enable the generation of further, preferably parallel-displaceable, quadrupole fields and / or multipole fields of a higher order. These additional fields are advantageously used to correct image errors that originate in the position of the object field that deviates from the central axis. In particular, the specification of three comb diaphragms enables fields to be generated which, regardless of the position of the object area to be imaged, lead to an astigmatic and distortion-free imaging. In the variant of the lens arrangement according to the present invention with further unsegmented slit diaphragms, the diaphragms serve to limit the penetration of the quadrupole fields. Of particular importance is an unsegmented diaphragm, which is arranged in front of the first segmented slit diaphragm when looking in the direction of the beam path. This diaphragm advantageously limits the range of the quadrupole on the first slit diaphragm towards the object; its potential is expediently chosen to be equal to the average potential of the first comb diaphragm.
Bei einer Alternative zu zahlreichen bisher dargestellten Lösungen und deren weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, alternativ zu einer Kammblende in der kombinierten Linse außerhalb der kombinierten Linse eine axiale nicht verschiebbare QuadrupoUinse nachzuschalten. Bei gleichbleibenden Abbildungseigenschaften dieses Systems liegt dessen Vorteil in einer Verringerung der technologischen Komplexität der kombinierten Linse.In the case of an alternative to numerous previously described solutions and their further configurations, an axial, non-displaceable quadrupole lens is provided as an alternative to a comb screen in the combined lens outside the combined lens. With the imaging properties of this system remaining the same, its advantage lies in a reduction in the technological complexity of the combined lens.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil werden zwei Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Linsenanordnung anhand sche- matischer Zeichnungen näher erläutert.Further details, features and advantages of the invention can be found in the following part of the description. In this part, two exemplary embodiments of the proposed lens arrangement are explained in more detail with the aid of schematic drawings.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 : Prinzipskizze einer Immersionsobjektivlinse mit KammblendenFigure 1: Sketch of an immersion objective lens with comb diaphragms
Figur 2: Prinzipskizze einer Kathodenlinse mit KammblendenFigure 2: Sketch of a cathode lens with comb screens
In Figur 1 sind die wesentlichen Komponenten eines als Immersionslinse betreibbaren Objektivs 1 wiedergegeben. Das Objektiv besteht aus einer kombinierten Linse, welche sowohl die Eigenschaften einer Zylinderlinse als auch die einer QuadrupoUinse aufweist. Die Funktion der Zylinderlinse erhält vorlie- vorliegende Anordnung durch mehrere Schlitzblenden 2 - 4, deren Schlitze senkrecht zur Zeichenebene orientiert sind und die mit unterschiedlichen Potentialen beaufschlagbar sind. Die Funktion der QuadrupoUinse erhält die vorliegende Blendenanordnung durch Ausbildung wenigstens einer Schlitzblende 2 - 4 als Kammblende, wobei die Segmentierung in Schlitzlängsrichtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene vorgenommen ist. In dieser Richtung sind die betreffenden Blenden aus von einander isolierten Segmenten aufgebaut, die mit Potentialen beaufschlagbar sind, welche zur Entstehung von Quadrupol- feldern führen. Die Potentiale auf den einzelnen Segmenten werden dabei in der Weise vorgegeben, daß die Quadrupolfelder und damit deren Achsen, die ihrerseits die optische Achse der Abbildung definieren, in Richtung der Schlitzlängsrichtung verschiebbar sind.FIG. 1 shows the essential components of an objective 1 that can be operated as an immersion lens. The lens consists of a combined lens, which has both the properties of a cylindrical lens and that of a quadrupole lens. The function of the cylindrical lens is present arrangement by a plurality of slit diaphragms 2 - 4, the slits of which are oriented perpendicular to the plane of the drawing and which can be acted upon with different potentials. The function of the quadrupole lens is achieved by the present diaphragm arrangement by designing at least one slit diaphragm 2-4 as a comb diaphragm, the segmentation being carried out in the longitudinal direction of the slit, ie perpendicular to the plane of the drawing. In this direction, the relevant diaphragms are constructed from segments which are insulated from one another and to which potentials can be applied which lead to the formation of quadrupole fields. The potentials on the individual segments are specified in such a way that the quadrupole fields and thus their axes, which in turn define the optical axis of the image, can be displaced in the direction of the longitudinal direction of the slot.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind alle drei Schlitzblenden 2 - 4 als Kammblenden ausgebildet, auf jeder der Blenden lassen sich daher grundsätzlich Quadrupolfelder erzeugen. Das System verfügt damit über genügend Freiheitsgrade, um unabhängig von der Lage der abbildenden optischen Achse eine unverzeichnete, stigmatische Abbildung einstellen zu könnenIn the embodiment shown, all three slit diaphragms 2 - 4 are designed as comb diaphragms, so that quadrupole fields can in principle be generated on each of the diaphragms. The system thus has enough degrees of freedom to be able to set an undigested, stigmatic image regardless of the position of the imaging optical axis
In der Schlitzmitte ist die optische Achse 5 der Zylinderlinse gelegen, welche in der Objektebene 6 die Lage des zentralen Objektfeldes 7 definiert. Wie man der Figur entnehmen kann, ist zwischen Objektebene 6 und erster Schlitzblende 2 eine weitere Blende 8 angeordnet, die im Unterschied zu den anderen Schlitzblenden nicht segmentiert ist. Diese Blende dient vornehmlich dazu, die Reich- weite des auf der ersten Schlitzblende erzeugten Quadrupolfeldes zum Objekt 6 hin zu begrenzen. Das Potential dieser Blende 8 wird zweckmäßigerweise gleich dem mittleren Potential der ersten Kammblende 2 gewählt.In the center of the slot is the optical axis 5 of the cylindrical lens, which defines the position of the central object field 7 in the object plane 6. As can be seen from the figure, a further diaphragm 8 is arranged between the object plane 6 and the first slit diaphragm 2 and, unlike the other slit diaphragms, is not segmented. This diaphragm primarily serves to limit the range of the quadrupole field generated on the first slit diaphragm to object 6. The potential of this aperture 8 is expediently chosen to be equal to the average potential of the first comb aperture 2.
Der Strahlengang durch das Objektiv 1 wird anhand der Fundamentalbahnen veranschaulicht. Unter dem Bezugszeichen 9, 10 und 11, 12 sind die Fundamentalbahnen angedeutet, wobei mit 9 bzw. 10 die axialen Bahnen und mit 11 bzw. 12 die Feldbahnen im x- bzw. y-Schnitt gekennzeichnet sind.The beam path through the objective 1 is illustrated using the fundamental trajectories. The fundamental trajectories are indicated by the reference numerals 9, 10 and 11, 12, the axial trajectories being identified by 9 and 10 and the field trajectories in the x- and y-section by 11 and 12, respectively.
In Figur 2 ist in einer ebenfalls stark vereinfachten Darstellungsart eine Lin- senanordnung wiedergegeben, die als Kathodenlinse 1 Verwendung findet. Die eben ausgebildete Kathode 2 liegt in der Objektebene 3 der Linse 1 , die parallel zur Oberfläche der Kathode Schlitzblenden 4- 6 aufweist, von denen wenigstens eine als Kammblende ausgebildet ist. Die Längsrichtung der Schlitze und deren Segmentierung verläuft bei vorliegender Figur parallel zur Zeichenebene. Die Segmente der Kammblende(n) werden mit Potentialen beaufschlagt, die zu mehreren, im vorliegenden Fall vier, nebeneinander liegenden Quadrupolen führen. Diese lokalen Quadrupole bilden in Zusammenwirkung mit dem (nicht eingezeichneten) Immersionsfeld und dem (nicht eingezeichneten) Zylinderlinsenfeld jeweils für sich stigmatisch abbildende Ele- mente 7 - 10, welche die getrennt voneinander liegende Objektbereiche 11 -FIG. 2 shows a lens arrangement that is also used as a cathode lens 1 in a likewise greatly simplified representation. The cathode 2 just formed lies in the object plane 3 of the lens 1, which has slit diaphragms 4-6 parallel to the surface of the cathode, at least one of which is designed as a comb diaphragm. The longitudinal direction of the slots and their segmentation runs parallel to the plane of the drawing in the present figure. The segments of the comb diaphragm (s) are subjected to potentials which lead to several, in the present case four, quadrupoles lying next to one another. In cooperation with the immersion field (not shown) and the cylindrical lens field (not shown), these local quadrupoles each form stigmatically imaging elements 7-10, which separate the object areas 11-
14 der Objektebene 3 in entsprechende Bereiche 15 - 18 in der Bildebene 19 abbilden.14 of the object plane 3 in corresponding areas 15-18 in the image plane 19.
Bei der dargestellten Anwendung der Linse als Kathodenlinse werden in den Objektbereichen 11 - 14 der Photokathode 2 mittels Photoeffekt Elektronen 20,In the illustrated application of the lens as a cathode lens in the object areas 11-14 of the photocathode 2, electrons 20,
20', 20", 20'" ausgelöst, welche durch die auf der Oberfläche der Kathode wirksamen Felder der Linsenanordnung 1 abgesaugt und mit Hilfe der Zylinderlinse und der jeweiligen QuadrupoUinse in der Bildebene 19 in den genannten Punkten 15 - 18 fokussiert werden. Die hierbei entstehenden Cross-over-Punkte dienen als elektronenoptische Beleuchtungseinrichtung in Multi-Beam-20 ', 20 ", 20'" triggered, which are sucked through the fields of the lens arrangement 1 effective on the surface of the cathode and focused with the help of the cylindrical lens and the respective quadrupole lens in the image plane 19 in the above-mentioned points 15-18. The resulting cross-over points serve as electron-optical lighting devices in multi-beam
Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen. Systems or multi-shaped beam systems.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Linsenanordnung mit lateral verschiebbarer optischer Achse für Teilchen- strahlen, insbesondere zur Übertragung von Bereichen einer Gegenstandsebene in die Bildebene mittels Elektronen, mit einer kombinierten Linse, welche aus einer Zylinderlinse und einer QuadrupoUinse besteht, die mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern beaufschlag- bare Schlitzblenden aufweisen, wobei die optische Achse der QuadrupoUinse1. A lens arrangement with a laterally displaceable optical axis for particle beams, in particular for transferring regions of an object plane into the image plane by means of electrons, with a combined lens which consists of a cylindrical lens and a quadrupole lens which acts on electrical and / or magnetic fields. have bare slit diaphragms, the optical axis of the quadrupole lens
- in der Mittelebene der Zylinderlinse verläuft,- runs in the central plane of the cylindrical lens,
- und die optische Achse der Abbildung definiert, die Position der optischen Achse der QuadrupoUinse in Richtung der schlitzförmigen Öffnung der Zylinderlinse veränderbar ist, die Fokussierung der QuadrupoUinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung der QuadrupoUinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Linse als Immersionslinse betrieben wird, das Immersionsfeld in axialer Richtung aus wenigstens zwei aufeinander folgenden Feldern besteht, wobei das erste Feld zwischen Objekt und erster Schlitzblende, - das zweite Feld zwischen erster und zweiter Schlitzblende oder einem nachfolgenden Blendenpaar anliegt, beide Felder unabhängig von einander einstellbar sind, und die fokussierende/defokussierende Wirkung der kombinierten Linse sich aus der Überlagerung des Immersionsfeldes, des Zylin- derlinsenfeldes und des Quadrupolfeldes ergibt.- And defines the optical axis of the image, the position of the optical axis of the quadrupo lens can be changed in the direction of the slit-shaped opening of the cylindrical lens, the focusing of the quadrupo lens takes place in the section in which the cylindrical lens is without focusing, and the defocusing of the quadrupo lens in that Cut is made in which the cylindrical lens focuses, characterized in that the combined lens is operated as an immersion lens, the immersion field in the axial direction consists of at least two successive fields, the first field between the object and the first slit diaphragm, - the second field between the first and the second slit diaphragm or a subsequent pair of diaphragms, both fields can be set independently of one another, and the focusing / defocusing effect of the combined lens results from the superimposition of the immersion field, the cylindrical lens field and the quadrupole field.
2. Linsenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke zwischen Objekt und erster Blende relativ zur Stärke des zwei- ten nachfolgenden Feldes vergleichsweise klein ist. 2. Lens arrangement according to claim 1, characterized in that the field strength between the object and the first diaphragm is comparatively small relative to the strength of the second subsequent field.
3. Linsenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Schlitzblende der kombinierten Linse wesentlich größer als die der nachfolgenden Schlitzblenden ist.3. Lens arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the first slit of the combined lens is substantially larger than that of the subsequent slit.
4. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß - die Änderung der Position der optische Achse der genannten QuadrupoUinse kontinuierlich - und vorzugsweise in Richtung des Schlitzes der Schlitzblenden erfolgt.4. Lens arrangement according to one of claims 1-3, characterized in that - the change in the position of the optical axis of said quadrupole lens is carried out continuously - and preferably in the direction of the slot of the slit diaphragms.
5. Linsenanordnung für Teilchenstrahlen nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt senkrecht zur optischen Achse der genannten QuadrupoUinse und senkrecht zur Richtung des Schlitzes der Schlitzblenden in der Zylinderlinse verschiebbar ist.5. Lens arrangement for particle beams according to one of claims 1-4, characterized in that the object is displaceable perpendicular to the optical axis of said quadrupole lens and perpendicular to the direction of the slit of the slit diaphragms in the cylindrical lens.
6. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß - die Größe des Immersionsfeldes und/oder des Zylinderlinsenfeldes und/oder des Quadrupolfeldes jeweils in Abhängigkeit von der Position der Achse des Quadrupols unterschiedlich vorgebbar ist.6. Lens arrangement according to one of claims 1-5, characterized in that - the size of the immersion field and / or the cylindrical lens field and / or the quadrupole field can be predetermined differently depending on the position of the axis of the quadrupole.
7. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß7. Lens arrangement according to one of claims 1-6, characterized in that
- die genannte Zylinderlinse eine elektrostatische Linse und die genannte QuadrupoUinse eine elektrostatische oder magnetische Linse ist. - said cylindrical lens is an electrostatic lens and said quadrupole lens is an electrostatic or magnetic lens.
8. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei magnetischer QuadrupoUinse das Quadrupolfeld von einer Öffnung in einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität erzeugbar ist, an deren Rändern stromdurchflossene Leiter parallel zur optischen Achse der kombinierten Linse verlaufen, wobei der Stromfluß in den Leitern auf gegenüberliegenden Rändern der Öffnung parallel und auf den dazu senkrechten Rändern entgegen gerichtet ist.8. Lens arrangement according to one of claims 1-7, characterized in that with magnetic quadrupole lens, the quadrupole field can be generated from an opening in a material of high magnetic permeability, at the edges of which current-carrying conductors run parallel to the optical axis of the combined lens, the current flow in the conductors on opposite edges of the opening are parallel and on the perpendicular edges opposite.
9. Linsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß - dem Quadrupolfeld ein magnetisches Dipolfeld überlagerbar ist.9. Lens arrangement according to claim 8, characterized in that - the quadrupole field, a magnetic dipole field can be superimposed.
10. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß10. Lens arrangement according to one of claims 1-7, characterized in that
- bei elektrostatischer QuadrupoUinse die genannte kombinierte Linse wenigstens drei Schlitzblenden aufweist, - von denen wenigstens eine in Längsrichtung des Schlitzes aus elektrisch von einander isolierten Segmenten besteht (Kammblende),in the case of an electrostatic quadrupole lens, the combined lens mentioned has at least three slit diaphragms, at least one of which in the longitudinal direction of the slit consists of segments which are electrically insulated from one another (comb diaphragm),
- und die Segmente mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbar sind.- And the segments with different electrical potentials can be applied.
11. Linsenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß - durch Beaufschlagen der Segmente mit entsprechenden Potentialen eine elektrostatische QuadrupoUinse erzeugbar ist.11. Lens arrangement according to claim 10, characterized in that - an electrostatic quadrupole lens can be generated by applying the corresponding potentials to the segments.
12. Linsenanordnung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß12. A lens arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that
- die Potentiale auf den einzelnen Segmenten zeitabhängig sind- The potentials on the individual segments are time-dependent
- und sukzessiv von einem zum nächsten Segment wandern. - and gradually move from one segment to the next.
13. Linsenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beaufschlagen der Segmente mit entsprechenden Potentialen mehrere in Richtung des Schlitzes nebeneinander liegende elektrostatische Quadrupollinsen erzeugbar sind.13. A lens arrangement according to claim 10, characterized in that a plurality of electrostatic quadrupole lenses lying next to one another in the direction of the slot can be generated by applying the corresponding potentials to the segments.
14. Linsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Gegenstandsebene die Oberfläche einer Kathode ist, - aus der Kathodenoberfläche an definierten Stellen durch Photoeffekt14. Lens arrangement according to claim 13, characterized in that said object plane is the surface of a cathode, - from the cathode surface at defined points by photo effect
Elektronen auslösbar sind und jeweils ein Quadrupol den definierten Stellen zugeordnet ist.Electrons can be released and a quadrupole is assigned to the defined positions.
15. Linsenanordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die an den definierten Stellen ausgelösten Elektronen durch die zugeordneten Quadrupollinsen in Zusammenwirkung mit der Zylinderlinse und dem Immersionsfeld in einer Cross-over-Ebene fokussierbar sind.15. A lens arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the electrons released at the defined locations can be focused in a cross-over plane by the associated quadrupole lenses in cooperation with the cylindrical lens and the immersion field.
16. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Cross-over astigmatisch einstellbar ist.16. Lens arrangement according to one of claims 13 - 15, characterized in that the cross-over is astigmatically adjustable.
17. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß weitere, vorzugsweise zwei weitere, Schlitzblenden der genannten kombinierten Linse als Kammblenden ausgebildet sind, auf denen Quadrupolfelder erzeugbar sind, und die kombinierte Linse weitere, vorzugsweise zwei weitere, unseg- mentierte Schlitzblenden aufweist. 17. Lens arrangement according to one of claims 1-16, characterized in that further, preferably two further, slit diaphragms of said combined lens are designed as comb diaphragms, on which quadrupole fields can be generated, and the combined lens further, preferably two further, non-segmented Has slit diaphragms.
18. Linsenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß - auf den Kammblenden weitere, vorzugsweise parallelverschiebbare, Multipolfelder höherer Ordnung erzeugbar sind.18. Lens arrangement according to claim 17, characterized in that - further, preferably parallel-displaceable, multipole fields of a higher order can be generated on the comb diaphragms.
19. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 12 oder 17 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu einer Kammblende in der kombinierten Linse außerhalb der kombinierten Linse eine axiale nicht verschiebbare QuadrupoUinse nachgeschaltet ist.19. Lens arrangement according to one of claims 1-12 or 17-18, characterized in that, as an alternative to a comb aperture in the combined lens, an axially non-displaceable quadrupole lens is connected downstream of the combined lens.
20. Verwendung der Linsenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie - zur Kontrolle der Oberflächenstruktur bei der lithographischen Herstellung von Wafern verwendet wird.20. Use of the lens arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is used to control the surface structure in the lithographic production of wafers.
21. Verwendung der Linsenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kathodenlinse in einem Multi-Beam-System oder einem Multi- Shaped-Bea -System eingesetzt wird. 21. Use of the lens arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is used as a cathode lens in a multi-beam system or a multi-shaped bea system.
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