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Korpuskularstrahloptisches Gerät zur Projektion einer Maske auf ein
zu bestrahlendes Präparat Die Erfindung bezieht sich auf ein korpuskularstrahloptisches
Gerät zur Projektion einer Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat mit einer Strahlquelle
und einem aus einer - in Strahlrichtung gesehen - ersten Linse konstanter Erregung,
einer zweiten Linse und einer dritten magnetischen Linse bestehenden Kondensorlinsensystem,
durch das die Maske wahlweise flächenhaft gleichmäßig mit zur Geräteachse parallelen
Korpuskelstrahlen beleuchtbar oder mit einer von einer Ablenkeinrichtung gesteuerten
Korpuskularstrahlsonde mit in der Ebene der Maske kleinem Strahlquerschnitt abtastbar
ist.
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Ein derartiges Gerät ist in Gestalt einer Elektronenstrahl-Projektionsvorrichtung
aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 332 091 bekannt. Bei dieser Vorrichtung
ist die Erregung auch der zweiten Kondensorlinse konstant. Diese Linse bildet das
durch die erste Kondensorlinse verkleinerte Bild der Quelle in ihre Bildebene ab.
Diese Ebene ist bei der ersten Betriebsart des Kondensorlinsensystems, der flächenhaft
gleichmäßigen Bestrahlung der Maske, gleich der vorderen Brennebene der dritten
Kondensorlinse.
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Ist es erforderlich, eine Umschaltung von der ersten Betriebsart auf
die zweite Betriebsart des Kondensorlinsensystems (Abtastung der Maske) durchzuführen,
so wird bei der bekannten Vorrichtung die Brennweite der dritten Kondensorlinse
durch entsprechende Erhöhung ihrer Erregung auf den halben Wert herabgesetzt. Der
Abstand zwischen~ßew debene der zweiten Linse und der Mittelebene derten Kondensorlinse
ist dann gleich der doppelten Brennweite der zuletzt genannten Linse.
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Korpuskularstrahlgeräte der eingangs genannten Art dienen beispielsweise
zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen. Dabei ist es erwünscht, auf dem
Präparat mehrere derartige Schaltkreise gleichzeitig oder hochintegrierte Schaltkreise
mit großem Flächenbedarf zu erzeugen. Dies fuhrt jedoch zu Masken, deren Durchmesser
in der Größenordnung von einigen Zentimetern liegt.
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Da die Korpuskelstrahlen die dritte Kondensorlinse parallel zur Achse
des Gerätes verlassen, bedeutet dies, daß der Bohrungsdurchmesser dieser Linse mindestens
ebenfalls in dieser Größenordnung liegt. Um eine gleichmäßige Bestrahlung der gesamten
Maske sicherzustellen, ist es sogar erforderlich, den Durchmesser der dritten Kondensorlinse
mindestens um den Faktor 2 größer als den Durchmesser der zu bestrahlenden Maske
zu wählen. Eine derartige Kondensorlinse besitzt jedoch erhebliche Nachteile. Aufgrund
des großen Bohrungsdurchmessers besitzt die Linse eine hohe Induktivität. Die Folge
davon ist, daß eine Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten des Kondensorlinsensystems
nur sehr langsam vorgenommen werden kann; eine übliche Umschaltzeit liegt in der
Größenordnung von einigen Sekunden.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ergibt sich aus dem
Aufbau derartiger Magnetlinsen. Diese sind in der Regel mit ferromagnetischem Material
zur Konzentration des magnetischen Flusses umgeben. Dieses Material zeigt jedoch
Hysterese-Erscheinungen. Die Folge davon ist, daß die genannte Umschaltung nicht
ohne erheblichen Aufwand mit der nötigen Genauigkeit vorgenommen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein korpuskularstrahloptisches
Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der genannte Wechsel der Betriebsart
einerseits schneller, andererseits mit größerer Genauigkeit als bei der bekannten
Vorrichtung vorgenommen werden kann. Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der
Erfindung darin, daß im Falle der gleichmäßigen Beleuchtung der Maske die zweite
Linse nicht erregt ist und die vordere Brennebene der dritten Linse mit der Bildebene
der ersten Linse zusammenfällt und daß im Falle der Abtastung der Maske die vordere
Brennebene
der zweiten Linse mit der Bildebene der ersten Linse
und die hintere Brennebene der zweiten Linse zumindest annähernd mit der vorderen
Brennebene der dritten Linse zusammenfällt, wobei die Brennweite der dritten Linse
wesentlich größer als die Brennweite der zweiten Linse ist. Unter wesentlich größer
ist dabei ein Unterschied der Brennweiten um einen Faktor von etwa 10 zu verstehen.
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Bei einem Wechsel der Betriebsart muß die Brennweite der dritten Kondensorlinse
bei dem erfindungsgemäßen Gerät somit lediglich um einen relativ geringen Betrag
verändert werden. Dieser Betrag ist etwa gleich der doppelten - kleinen - Brennweite
der nur im Falle der Abtastung der Maske erregten zweiten Kondensorlinse.
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Die erste und die zweite Kondensorlinse können entweder magnetische
oder elektrostatische Linsen sein. Da die zweite Linse nur im Falle der Abtastung
der Maske eingeschaltet ist, kann es von Vorteil sein, diese Linse als elektrostatische
Linse aus zu bilden. Eine derartige Linse kann innerhalb kurzer Zeit und mit großer
Genauigkeit auf eine gewunschte Brennweite eingestellt werden.
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Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Gerät derart ausgestaltet werden,
daß die dritte Linse aus einer Linse konstanter Erregung und einer zusätzlichen
Linse besteht, die in der Mittelebene dieser Linse angeordnet und im Falle der Abtastung
der Maske erregt ist. Da sich die Brechkräfte dieser Linsen addieren, ist es dann
möglich, die Änderung der Brennweite der dritten Kondensorlinse lediglich durch
Einschalten bzw. Ausschalten der zusätzlichen Linse zu bewirken. Unter Brechkraft
ist bekanntlich der Wert der reziproken Brennweite zu verstehen.
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Da die zusätzliche Linse nur eine geringe Brechkraft aufweisen muß,
ist es möglich, eine sogenannte Minilinse als zusätzliche Linse vorzusehen. Unter
einer Minilinse ist eine magnetische, eisenfreie Linse zu verstehen. Anstelle der
Minilinse kann aber auch eine elektrostatische Linse Verwendung finden.
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Das erfindungsgemäße korpuskularstrahloptische Gerät kann ein Schatten-Projektionsgerät
sein. Bei einem derartigen Gerät wirken zwischen der Maske und dem Präparat keinerlei
Kräfte auf die Korpuskeln. Da die Korpuskelstrahlen bei der flächenhaften Beleuchtung
der Maske parallel zur Achse auf die Maske auftreffen, wird die Maske durch das
Schatten-Projektionsgerät im Verhältnis 1 : 1 auf dem Präparat projiziert. Bei hinreichend
kleinem Abstand des Präparats von der Maske läßt sich eine große Schärfentiefe der
Abbildung erzielen.
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Das erfindungsgemäße Projektionsgerät kann weiter ein der Maske im
Strahlengang folgendes Projektionslinsensystem aufweisen. Mit diesem System kann
wieder wie beim Schatten-Projektionsgerät eine Abbildung der Maske im Verhältnis
1 : 1 vorgenommen werden. Ferner ist es möglich, die Maske im vergrößernden oder
verkleinernden Maßstab auf dem Präparat abzubilden.
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In den Figuren 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiel des korpuskularstrahloptischen
Gerätes nach der Erfindung gezeigt. Dabei ist in Fig. 1 ein elektronenoptisches
Schatten-Projektionsgerät und in Fig. 3 ein elektronenoptisches Verkleinerungsgerät
dargestellt.
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Die aus je zwei Teilen a und b bestehenden Figuren 2 und 4 zeigen
den jeweiligen Strahlengang der Geräte von Fig. 1 bzw. Fig. 3 für die beiden Betriebsarten
der Geräte.
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Das elektronenoptische Schatten-Projektionsgerät 1 nach Fig. 1 dient
zur Abbildung einer Maske 7 auf ein Präparat 8 im Verhältnis 1 : 1. Es weit eine
Elektronenquelle 2 sowie ein dreistufiges Kondensorlinsensystem K auf. Dieses besteht
aus einer magnetischen ersten Kondensorlinse 3, einer elektrostatischen zweiten
Kondensorlinse 4 sowie einer magnetischen dritten Kondensorlinse 5.
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Die Kondensorlinsen 3, 4, 5 sind in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung
U des Gerätes 1 erregbar. Dabei besitzt die Kondensorlinse 3 eine konstante, durch
einen Verstärker V7 erzeugte Erregung und damit eine konstante Brennweite; die Kondensorlinse
3 überträgt den cross-over der Elektronenquelle 2 in ihre Bildebene 9. Die Kondensorlinse
4 ist über einen Schalter 19
ein- bzw. ausschaltbar. Die Erregung
der Kondensorlinse 5 ist durch einen regelbaren Stromverstärker V3 bestimmt. Die
Regelung geschieht über einen Regelwiderstand 30.
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Das Schatten-Projektionsgerät 1 besitzt zwei Betriebsarten, deren
Strahlengänge in Fig. 2a bzw. 2b gezeigt sind. Dabei sind die Abstände der Strahlen
von der Achse 6 des Geräte vergrößert wiedergegeben.
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Bei der einen Betriebsart (Fig. 2a) wird die in einer Ebene 13 gelegene
Maske 7 mit parallel zur Achse 6 verlaufenden Elektronenstrahlen flächenhaft gleichmäßig
beleuchtet. Das Bild der Maske 7 wird damit auf das Präparat 8 übertragen, das in
einer hinter der Ebene 13 liegenden Ebene 14 angeordnet ist. Die Erregung der Kondensorlinse
5 ist dabei so gewählt, daß die vordere Brennebene dieser Linse mit der Bildebene
9 der Kondensorlinse 3 zusammenfällt; die Kondensorlinse 4 ist ausgeschaltet. Die
Ebene 9 befindet sich also in einem Abstand von der Mittelebene 12 der Kondensorlinse
5, der gleich der Brennweite f3 der zuletzt genannten Linse ist.
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Bei der zweiten Betriebsart des Projektionsgerätes 1 (Fig. 2b) ist
die Kondensorlinse 4 eingeschaltet. Sie ist dabei so angeordnet und erregt, daß
ihre vordere Brennebene mit der Bildebene 9 der Kondensorlinse 3 zusammenfällt;
der Abstand zwischen der Ebene 9 und der Mittelebene 10 der Kondensorlinse 4 ist
demnach gleich der Brennweite f2' der Kondensorlinse 4. Die Brennweite der Kondensorlinse
5 ist über den Regelwiderstand 30 auf einen Wert f3' verkleinert. Die Brennweiten
f3' und f2' unterscheiden sich um einen Faktor -10. Der Unterschied t f der beiden
Brennweiten f3 und f3' der Kondensorlinse 5 entspricht in etwa gleich dem doppelten
Wert der Brennweite f2' der Kondensorlinse 4.
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Die in die Kondensorlinse 4 einfallenden Elektronen werden damit zu
einem achsparallelen Bündel B ausgerichtet. Durch ein in den Strahlengang eingeschwenktes
Ablenksystem 33 sowie eine ebenfalls eingeschwenkte Blende 34 kann das Bündel B
aus der Achse des Gerätes ausgelenkt und in seinem Querschnitt reduziert werden.
Das
auf diese Weise modifizierte Elektronenbündel B' fällt in die
Kondensorlinse 5 ein. Die Elektronen verlassen die Kondensorlinse 5 als konvergentes,
im axialen Abstand f3' von der Mittelebene 12 der Linse 5 fokussiertes Bündel. Der
Abstand der Ebenen 12 und 13 voneinander ist gleich der Brennweite f3' gewählt.
Damit ist es möglich, die Maske 7 mit einer Elektronensonde kleinen Querschnitts
abzutasten. Eine derartige Abtastung kann beispielsweise zur Justierung der Maske
7 relativ zum Präparat 8 erforderlich sein.
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Die Maske 7 ist dazu z.B. mit nicht dargestellten Ausrichtmarkierungen,
z.B. elektronendurchlässigen Löchern, und das Priparat mit diesen entsprechenden
Marken versehen. Derartige Marken können z.B. Präparatstellen sein, die eine gegenüber
benachbarten Stellen erhöhte Anzahl von Sekundärelektronen liefern.
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Wie in Fig. 2b gezeigt, ist der Abstand des Ablenksystems 33 (und
der Blende 34) von der Mittelebene 10 der Kondensorlinse 4 gleich deren Brennweite
f2'. Die Wahl dieses Abstandes in der genannten Weise ist aus optischen Gründen
günstig; optische Fehler innerhalb des Kondensorlinsensystems K lassen sich damit
weitgehend vermeiden.
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Grundsätzlich ist es jedoch möglich, den Abstand des Ablenkspulensystems
33 von der Ebene 10 auch größer oder kleiner als den Wert der Brennweite f2' zu
wählen. Dieser Abstand kann sogar gleich Null sein. Wahlt man diesen Abstand kleiner
als die Brennweite f2', so hat das den Vorteil, daß beim Umschalten von einer Betriebsart
des Gerätes 1 auf die andere eine Änderunge der Brennweite der Kondensorlinse 5
erforderlich ist, die kleiner als der Wert der doppelten Brennweite f2' der Kondensorlinse
4 ist. In jedem Fall ist jedoch die Änderung der Brennweite der Kondensorlinse 3,
verglichen mit den Werten der Brennweiten f3 bzw. f3', gering.
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Mit dem in Fig. 1 gezeigten Schatten-Projektionsgerät läßt sich, wie
erwähnt, die Maske 7 mit großer Scharfentiefe auf dem Präparat 8 abbilden. Wählt
man den Abstand des Präparats 8 von der Maske 7, z.B. gleich 0,5 mm, so ist die
Schärfentiefe bei einer angenommenen Apertur des die Maske 7 beleuchtenden tlektronenstrahl
von 10 6 gleich 10 6 mm.
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Fig. 3 zeigt ein Projektionsgerät zur verkleinernden Abbildung einer
Maske auf ein Präparat bzw. zur Abtastung dieser Maske.
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Die Strahlengänge zu beiden Betriebsarten des Gerätes von Fig. 3 sind,
in Fig. 4a bzw. 4b wiedergegeben.Die Figuren 4a bzw. 4b entsprechen den Figuren
2a bzw. 2b. Teile gleicher Funktion sind in den Figuren 3, 4a und 4b mit gleichen
Bezugszeichen wie in den Figuren 1, 2a und 2b versehen.
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Das Projektionsgerät 20 weist ein Kondensorlinsensystem K' und ein
Abbildungssystem 27 auf. Das Kondensorlinsensystem K' besitzt im Gegensatz zum System
K nach Fig. 1 eine magnetische zweite Kondensorlinse 21; ferner ist die dritte Kondensorlinse
35 anders als die Kondensorlinse 5 aufgebaut und geschaltet.
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Die Linse 35 besteht aus einer magnetischen Linse 22 konstanter Erregung
sowie einer dieser zuschaltbaren Minilinse 23. Die Mittelebene der Minilinse 23
fällt mit der Mittelebene der Kondensorlinse 22 zusammen. Die Minilinse 23 ist eine
dünne, eisenfreie Spule, die auf einen nicht magnetischen Spulenkörper 24 aufgewickelt
ist. Die Linsen 3, 21, 22, 23 sind analog zu Fig. 1 in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung
U erregbar. Dabei sind die Linsen 3 und 22, wie erwähnt, mit konstanter, durch einen
Stromverstärker V1' bestimmten Erregung versehen, während die Linsen 21 und 23 über
einen Schalter 36 im Falle der Abtastung der Maske einschaltbar sind; die Erregung
dieser Linsen ist durch die Ausgangsgröße eines Stromverstärkers V2 bestimmt.
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Das Projektionslinsensystem 27 besteht aus einer ersten magnetischen
Linse 25 und einer zweiten, ebenfalls magnetischen Linse 26. Die Erregung der Linsen
25 und 26 ist konstant.
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Der in Fig. 4a gezeigte Strahlengang des Projektionsgerätes 20 im
Falle der ersten Betriebsart (flächenhaft gleichmäßige Bestrahlung der Maske) ist
bis zur Ebene 13 der Maske 7 mit dem in Fig. 2a gezeigten identisch. Erst hinter
der Ebene 13 tritt ein Unterschied auf. Dieser besteht darin, daß der Abstand der
außeraxialen Elektronenstrahlen R durch das Projektionslinsensystem
27
verkleinert wird; das bedeutet, daß das Bild der Maske 7 durch das Projektionslinsensystem
27 im verkleinerten Maßstab auf dem Präparat 8 erzeugt ist.
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Auch der Strahlengang-des Projektionsgerätes 20 im Falle der Abtastung
der Maske 7 (Fig. 4b) entspricht bis zur Ebene 13 dem Strahlengang nach Fig. 2b.
Die in der Ebene 13 fokussierte Elektronensonde tritt als divergierendes Bündel
in die Pro ektionslinse25 ein. Wählt man, wie in Fig. 4b gezeigt, den Abstand der
Maske 13 von der Mittelebene 28 dieser Linse gleich deren Brennweite, so verlassen
die Elektronen die Linse als paralleles, schief zur Achse 6 verlaufendes Bündel
B". Sie treten in die Projektionslinse 26 ein und werden durch diese in deren Brennebene
32 fokussiert. Das Präparat 8 ist in die Ebene 32 gelegt.
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Wählt man den Abstand der Mittelebenen 28 und 31 der Projektionslinsen
25, 26 gleich der Summe ihrer Brennweiten, so besitzt das Projektionslinsensystem
27 einen telezentrischen Strahlengang.
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Das bedeutet, daß der Zentralstrahl 37 der die Maske abtastenden Elektronensonde
zwischen der Maske 7 und der Ebene 28 sowie zwischen der Ebene 31 und dem Präparat
8 parallel zur Achse 6 des Projektionsgerätes 20 verläuft.
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Die Anwendung der Erfindung kommt insbesondere infrage bei elektronenoptischen
Geräten zur Abbildung einer Maske auf ein zu bestrahlendes Präparat. Es ist jedoch
auch möglich, die Erfindung bei einem ionenoptischen Abbildungsgerät dieser Art
zu verwenden.
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5 Ansprüche 4 Figuren