DE10161680A1

DE10161680A1 - Linsenanordnung mit lateral verschiebbarer optischer Achse für Teilchenstrahlen

Info

Publication number: DE10161680A1
Application number: DE10161680A
Authority: DE
Inventors: Stephan Uhlemann; Heiko Mueller; Maximilian Haider
Original assignee: CEOS GmbH; Leo Elektronenmikroskopie GmbH; CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH
Current assignee: CEOS GmbH; Leo Elektronenmikroskopie GmbH; CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-06-26
Also published as: JP4170224B2; TW200304161A; US6995378B2; WO2003052790A3; US20050035299A1; EP1454334A2; WO2003052790A2; TWI288423B; JP2005522819A

Abstract

Beschrieben wird eine 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 Quadrupollinse besteht, die mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern beaufschlagbare Schlitzblenden aufweisen. Dabei ist die optische Achse der Quadrupollinse parallel zur Achse der Zylinderlinse orientiert und definiert die optische Achse der Abbildung, wobei deren Position relativ zur Achse der Zylinderlinse änderbar ist. Die Fokussierung der Quadrupollinse erfolgt in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung der Quadrupollinse in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die kombinierte Linse als Immersionslinse zur Abbildung von Sekundärelektronen betreibbar ist, das Immersionsfeld in axialer Richtung aus wenigstens zwei aneinander angrenzenden Feldern besteht, wobei das erste Feld zwischen Objekt und erster Schlitzblende, das zweite Feld zwischen erster und zweiter Schlitzblende anliegt und beide Felder unabhängig voneinander einstellbar sind. Gemäß Vorschlag wird weiterhin die Potentialdifferenz zwischen Objekt und erster Blende relativ zu der zwischen erster und zweiter Blende vergleichsweise klein und der Potentialverlauf zwischen Objekt und erster Blende näherungsweise linear vorgegeben. Die ...

Description

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 Quadrupollinse besteht, die mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern beaufschlagbare Schlitzblenden aufweisen, wobei die optische Achse der Quadrupollinse in der Mittelebene der Zylinderlinse verläuft, und die optische Achse der Abbildung definiert, die Position der optischen Achse der Quadrupollinse in Richtung der schlitzförmigen Öffnung der Zylinderlinse veränderbar ist, die Fokussierung der Quadrupollinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung der Quadrupollinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert.
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 bedeutet, 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.
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.
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 liegenden Waferbereiche mit einer Abmessung von ca. 25 mm × 25 mm, in zwei Raumrichtungen abgerastert werden müssen, wenn man deren gesamte Oberfläche 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 zweidimensional verfahrbare 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.
Zum Stand der Technik gehören auch elektronenoptische Systeme, bei denen Elemente mit unrunden Feldern eingesetzt werden.
Eine Vorrichtung dieser Art ist in der DE 196 34 456.5 (= Spehr/Kerkhoff) offenbart. Sie weist eine elektrostatische Zylinderlinse und einen magnetischen Quadrupol auf, die in Kombination wie eine Rundlinse stigmatisch abbilden. Dem Quadrupol ist ein magnetisches Dipolfeld überlagerbar, das eine Verschiebung der optischen Achse der Abbildung in Richtung der Längsausdehnung des Zylinderlinsenspaltes ermöglicht.
Die zweite Vorrichtung der genannten Art ist der 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 Aufbaus 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.
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.
Aus der DE 10 13 6190.4 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 elektrischer 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.
Das vorbeschriebene System ist für eine Projektion von Masken geeignet, sein Nachteil besteht jedoch darin, daß es für die Sekundärelektronenabbildung ungeeignet ist und nur eine vergleichsweise geringe Vergrößerung ermöglicht. Darüber hinaus ist für das genannte System erfindungswesentlich die Verwendung zweier Linsensysteme, das Gesamtsystem ist somit vergleichsweise aufwendig und dementsprechend kostspielig in seiner Herstellung.
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 ohne 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.
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.

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 Quadrupollinse besteht. Dabei ist die optische Achse der Quadrupollinse parallel zu sich selbst verschiebbar ausgebildet. Die Mittel zur Verschiebung der optischen Achse umfassen je nach Ausbildung des Quadrupols elektrostatische oder magnetische Felder.
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 Fokussierung der Linsenanordnung insgesamt durch die Zusammenwirkung des Immersionsfeldes, des Zylinderlinsenfeldes und des Quadrupolfeldes bestimmt.
Immersionsschlitzlinsen haben an sich den Nachteil, daß die brechende Wirkung 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.
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.
Die vorgeschlagene Ausführung führt zu einer moderaten astigmatischen Aufspaltung in beiden Hauptschnitten der Linse, so daß mit Hilfe der fokussierenden/defokussierenden Wirkung der der kombinierten Linse eigenen Quadrupollinse ohne Einsatz weiterer (starker) Quadrupolfelder eine stigmatische Abbildung möglich ist. Die Quadrupollinse ist dabei so orientiert, daß deren Fokussierung in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist, und die Defokussierung in dem Schnitt, in welchem die Zylinderlinse fokussiert.
Die veränderbare Position der optischen Achse der Quadrupollinse relativ zur 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 vergleichsweise große Strecken über das Objekt hinweg verschieben. Bei der 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 mechanisch verschiebbar gelagert sein. Gegenüber den Verfahren mit herkömmlichen Niederspannungselektronenmikroskopen mit rotationssysmmetrischen 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 produktionsbegleitenden 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.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Dicke der ersten 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.
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 Bedeutung zu, da Wafer sehr empfindliche Objekte darstellen.
Für eine bereichsweise Abbildung eines Objektes mit der erfindungsgemäßen Linsenanordnung ist es von Vorteil, wenn die Änderung der Position der optischen Achse der genannten Quadrupollinse 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 Quadrupollinse und senkrecht zur Richtung der Blendenschlitze in der Zylinderlinse liegt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind bei vorliegender Linsenanordnung derartige Mittel vorgesehen. Die Abbildung des gesamten 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.
Um sicherzustellen, daß jeder neue Streifen lückenlos an den vorhergehenden anschließt, ist es notwendig, Vorschubgeschwindigkeit und Ablenkgeschwindigkeit auf einander abzustimmen. Bezeichnet man die Geschwindigkeit des Objektes senkrecht zur Richtung der Blendenschlitze mit v₁, die Abtastgeschwindigkeit der optischen Achse in der Objektebene der Linsenanordnung mit v₂, dann gilt für das Verhältnis der Geschwindigkeiten die Beziehung
v₁/v₂ etwa gleich d/b,
wobei d dem Durchmesser des abbildbaren Objektfeldes entspricht und b die Breite des Objektes quer zu dessen Verschieberichtung angibt.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, 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. 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 zum 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.
Bei der technischen Umsetzung der geforderten Felder in elektronenoptische Linsen sind prinzipiell mehrere Möglichkeiten gegeben. Gemäß vorliegender Erfindung ist vorgesehen, die genannte Zylinderlinse durch eine elektrostatische Linse und die genannte Quadrupollinse wahlweise durch eine elektrostatische oder magnetische Linse auszubilden.
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. 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.
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.
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 Segmente 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.
Die magnetische oder elektrostatische Quadrupollinse 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.
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 Quadrupolfeldes und der mit dessen Achse verbundenen optischen Achse der 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.
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 vorangehenden Teil wiedergegebene Ausgestaltung der Erfindung hinreichend dargelegt worden.
Die vorliegenden Erfindung umfaßt jedoch auch die Verwendung der vorgeschlagenen Linsenanordnung als Kathodenlinse, die in Multi-Beam-Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen einsetzbar ist. Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung zu diesem Anwendungsbereich sind im nachfolgenden Teil wiedergegeben.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist bei der rein elektrostatischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Linsenanordnung vorgesehen, daß wenigstens eine Schlitzblende 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 Ausführungsformen im vorangehenden Teil der Beschreibung, so ausgerichtet, 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. In einer solchen Anordnung bilden die einzelnen Quadrupole in Zusammenwirkung mit dem vorliegenden Immersionsfeld und dem Zylinderlinsenfeld 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.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung dieser Art als 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 Schlitzlinse zugeordnet.
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 Quadrupollinse fokussiert. Die Fokussierung führt zu je einem Crossover in der Cross-over-Ebene, wobei ebenso viele 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 Beleuchtungsbereichen einsetzen. Derartige Anordnungen finden in Multi- Beam-Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen Anwendung.
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.
Weiterbildungen der Erfindung sehen zusätzliche Multipolfelder im Strahlengang vorliegender Linsenanordnung vor. Diese Felder dienen der effektiveren Korrektur möglicher Bildfehler unterschiedlicher Ordnungen. Ausführungen dieser Art sind mit Vorteil einsetzbar sowohl bei Linsenanordnungen, die bei der Kontrolle der Oberflächenstruktur von Wafern Verwendung finden, als auch solchen, die als Kathodenlinse eingesetzt werden.
Bevorzugt wird hierbei eine Ausführungsform der kombinierten Linse bei welcher 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 unabhängig 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 unsegmentierte 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.
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 Quadrupollinse nachzuschalten. Bei gleichbleibenden Abbildungseigenschaften dieses Systems liegt dessen Vorteil in einer Verringerung der technologischen Komplexität der kombinierten Linse.
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 schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzipskizze einer Immersionsobjektivlinse mit Kammblenden
Fig. 2 Prinzipskizze einer Kathodenlinse mit Kammblenden.
In Fig. 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 Quadrupollinse aufweist. Die Funktion der Zylinderlinse erhält vorliegende Anordnung durch mehrere Schlitzblenden 2-4, deren Schlitze senkrecht zur Zeichenebene orientiert sind und die mit unterschiedlichen Potentialen beaufschlagbar sind. Die Funktion der Quadrupollinse 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 Quadrupolfeldern 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.
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 können.
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 Reichweite 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.
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.
In Fig. 2 ist in einer ebenfalls stark vereinfachten Darstellungsart eine Linsenanordnung 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 Elemente 7-10, welche die getrennt voneinander liegende Objektbereiche 11-14 der Objektebene 3 in entsprechende Bereiche 15-18 in der Bildebene 19 abbilden.
Bei der dargestellten Anwendung der Linse als Kathodenlinse werden in den Objektbereichen 11-14 der Photokathode 2 mittels Photoeffekt Elektronen 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 Quadrupollinse 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- Systemen oder Multi-Shaped-Beam-Systemen.

Claims

1. 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 Quadrupollinse besteht,
die mit elektrischen und/oder magnetischen Feldern beaufschlagbare Schlitzblenden aufweisen,
wobei die optische Achse der Quadrupollinse
in der Mittelebene der Zylinderlinse verläuft,
und die optische Achse der Abbildung definiert,
die Position der optischen Achse der Quadrupollinse in Richtung der schlitzförmigen Öffnung der Zylinderlinse veränderbar ist,
die Fokussierung der Quadrupollinse in dem Schnitt erfolgt, in welchem die Zylinderlinse ohne Fokussierung ist,
und die Defokussierung der Quadrupollinse 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 Zylinderlinsenfeldes und des Quadrupolfeldes ergibt.

2. Linsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke zwischen Objekt und erster Blende relativ zur Stärke des zweiten nachfolgenden Feldes vergleichsweise klein ist.

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.

4. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Änderung der Position der optische Achse der genannten Quadrupollinse kontinuierlich
und vorzugsweise in Richtung des Schlitzes der Schlitzblenden erfolgt.

5. Linsenanordnung für Teilchenstrahlen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt senkrecht zur optischen Achse der genannten Quadrupollinse und senkrecht zur Richtung des Schlitzes der Schlitzblenden in der Zylinderlinse verschiebbar ist.

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.

7. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zylinderlinse eine elektrostatische Linse und die genannte Quadrupollinse eine elektrostatische oder magnetische Linse ist.

8. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
bei magnetischer Quadrupollinse 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.

9. Linsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Quadrupolfeld ein magnetisches Dipolfeld überlagerbar ist.

10. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
bei elektrostatischer Quadrupollinse die genannte kombinierte Linse wenigstens drei Schlitzblenden aufweist,
von denen wenigstens eine in Längsrichtung des Schlitzes aus elektrisch von einander isolierten Segmenten besteht (Kammblende),
und die Segmente mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen beaufschlagbar sind.

11. Linsenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Beaufschlagen der Segmente mit entsprechenden Potentialen eine elektrostatische Quadrupollinse erzeugbar ist.

12. Linsenanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Potentiale auf den einzelnen Segmenten zeitabhängig sind
und sukzessiv von einem zum nächsten Segment wandern.

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.

14. Linsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannte Gegenstandsebene die Oberfläche einer Kathode ist,
aus der Kathodenoberfläche an definierten Stellen durch Photoeffekt Elektronen auslösbar sind
und jeweils ein Quadrupol den definierten Stellen zugeordnet ist.

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.

16. Linsenanordnung nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Cross-over astigmatisch einstellbar ist.

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, unsegmentierte Schlitzblenden aufweist.

18. Linsenanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Kammblenden weitere, vorzugsweise parallelverschiebbare, Multipolfelder höherer Ordnung erzeugbar sind.

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 Quadrupollinse nachgeschaltet ist.

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.

21. Verwendung der Linsenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Kathodenlinse in einem Multi-Beam-System oder einem Multi- Shaped-Beam-System eingesetzt wird.