NL8801208A - Geladen deeltjes bundel apparaat. - Google Patents

Description

v * PHN 12.559 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Geladen deeltjes bundel apparaat.

De uitvinding heeft betrekking op een geladen deeltjes bundel apparaat met een deeltjesbron, een deeltjes optische inrichting en een Variable Axis Lens system.

Een dergelijk apparaat, in de vorm van een elektronen 5 bundel schrijfmachine is beschreven in Journal Vac. Sci and Technology (19), Nov.-Dec. 1981, pp 1058-1063. Met behulp van een Variable Axis Lens, VAL systeem, kan, onder behoud van een goede spotvorming, de optische as met een deeltjesbundel zonder storende fouten over een relatief groot oppervlak van een te bestralen object zijdelings 10 worden verplaatst. Bundelaftasting met mede verplaatsing van de optische as is gunstig voor bijvoorbeeld zowel beschrijven van een object als voor inspectie van een object. Optische fouten worden met het systeem gereduceerd en te detecteren elektronen uit een object kunnen beter gericht worden afgevoerd. Het laatste bijvoorbeeld naar een 15 elektronendetector die ten opzichte van het object aan een tegenovergelegen zijde van de lens is opgesteld en waarbij de te detecteren elektronen, bijvoorbeeld secundaire elektronen of Auger elektronen voor detectie het lensveld doorlopen.

Een apparaat werkend volgens het laatste principe is 20 beschreven in PHN 11.847; NL 8602196 op naam van Aanvraagster.

Vooral bij hogere lensvelden, die in dergelijke apparaten voor vele toepassingen gewenst zijn, treedt als nadeel op, dat de as verplaatsende spoelen zo sterk bekrachtigd moeten worden dat de warmtehuishouding daarin een sterk beperkende factor wordt. Ook treden 25 bij snelle deflectie storende kringstromen op in de voor het opwekken van locaal sterke velden toegepaste ferro-magnetische poolschoenen.

Hierdoor wordt de scansnelheid beperkt. Het scanveld wordt beperkt doordat met grotere verschuivingen toenemende fouten optreden. Ook hebben de VAL spoelen een ingewikkelde constructie waardoor gemakkelijk 30 afwijkingen in de veldverdelingen kunnen ontstaan.

De uitvinding beoogt deze beperkingen te ondervangen en daartoe heeft een geladen deeltjes bundel apparaat van de in de aanhef .8801208 * PHN 12.559 2 genoemde soort volgens de uitvinding tot kenmerk, dat het Variable Axis Lens systeem is uitgerust met tenminste twee ten opzichte van elkaar in radiale zin verschoven opgestelde ijzervrije lenzen.

Doordat in een VAL-systeem volgens de uitvinding, met 5 eenvoudige ijzervrije VAL spoelen wordt gewerkt zijn bovengenoemde bezwaren goeddeels ondervangen en kan bijvoorbeeld, door geen Eddy currents in poolschoenen op kunnen treden ook met hogere scanfrequenties worden gewerkt. Ook kan het systeem kleiner van afmetingen worden met tenminste behoud van de mate van zijdelingse bundelverplaatsing. Door de 10 geringere afmetingen en het ontbreken van storende kringstromen kunnen locaal hogere veldsterkten worden gerealiseerd onder behoud of zelfs verbetering van de lenskwaliteit en kan zonder bezwaar met hoge snelheden voor veldveranderingen worden gewerkt.

Bijkomende voordelen van een systeem volgens de 15 uitvinding zijn ondermeer dat voor elke lens van het VAL systeem een positie voor de bundel, namelijk samenvallend met de optische as van de lens, waarvoor geen deflectiefouten optreden. Er kan dus een compromis worden gekozen tussen de grootte van het scanveld per lens en de daarbij optredende maximale afbuigingsfouten. De sturing wordt gerealiseerd door 20 herverdeling van de stroom over de verschillende lenzen. In principe kan daarbij de totale stroom ongewijzigd blijven. Door-de-lensdetectie kan overeenkomstig bij bekende VAL systemen ook hier worden doorgevoerd.

In een voorkeursuitvoering is het Variable Axis Lens systeem uitgerust met ten minste twee in een vlak dwars op de optische 25 as van het systeem gelegen ringgeleiders. Door de stroomsterkte in de ringgeleiders onderling te variëren kan de optische as worden verschoven. In het bijzonder is een array van ringgeleiders opgenomen waardoor zonder grote afbuiging een groot scanveld kan worden bestreken. Voor een foutloze passage van een elektronenbundel over de 30 stroomgeleiders kan een pre-deflectie-inrichting zijn opgenomen waardoor als het ware om de stroomgeleiders heen Wordt gekeken. De noodzaak om om de stroomgeleiders heen te kijken kan worden vermeden door de stroomgeleiders, in de vorm van ringen of spoelen onder de objectruimte aan te brengen. Wat is waar wordt dan slechts een gedeelte van het 35 lensveld effectief gebruikt maar vooral bij gebruik van supergeleidende stroomkringen behoeft dit, door de hoge bekrachtiging die daarin mogelijk is, geen bezwaar te zijn. Voor objecten die het magnetische .8801208 * PHN 12.559 3 lensveld afschermen is deze oplossing minder geschikt. In het bijzonder bij gebruik van een matrix van supergeleidende spoelen of ringen kan deze oplossing zeer gunstig zijn.

In een verdere voorkeursuitvoering zijn optische as 5 verplaatsende spoelen met supergeleidende stroomgeleiders bekrachtigbaar uitgevoerd. De as verplaatsende spoelen zijn daarbij bijvoorbeeld via een hoofdspoel afkoelbaar tot een temperatuur waarbij de stroomgeleiders supergeleidende zijn. Bijzonder gunstig is het om de supergeleidende stroomgeleiders samen te stellen uit materiaal dat een relatief hoge 10 overgangstemperatuur conbineert met een ook in supergeleidende toestand relatief hoge warmtecoefficiënt zoals supergeleidende keramische materialen. Vooral daarbij is het mogelijk de koeling vanuit een buiten een lensbehuizing toe te voeren, bijvoorbeeld vormt een aldaar opgesteld koelreservoir of koelmachine. Koeling van de stroomgeleiders kan van 15 daaruit met goede warmtegeleiders door de wand van de behuizing worden gerealiseerd. Een geringe warmtetoevoer resulteert door de hoge warmtecoëfficiênt niet snel in overgang vanaf de supergeleidende toestand.

In een verder voorkeursuitvoering wordt een hoofdlens 20 zelf gevormd door bijvoorbeeld twee gesloten supergeleidende stroomkringen gelegen in een vlak dwars op de as van het optisch systeem. Door de stroomverhouding tussen de twee spoelen te variëren kan daarin de optische as worden verplaatst.

Aan de hand van de tekening zullen in het navolgende 25 enkele uitvoeringsvoorbeelden volgens de uitvinding nader worden beschreven.

In de tekening toont

Figuur 1 een apparaat volgens de uitvinding uitgevoerd als elektronen detectie inrichting, 30 Figuur 2a een bekend Variable Axis Lens systeem,

Figuur 2b een Variable Axis Lens systeem volgens de uitvinding, uitgevoerd met magneetspoelen met stroomgeleiders uit supergeleidend materiaal,

Figuur 3 een Variable Axis Lens systeem volgens de 35 uitvinding uitgevoerd met verplaatsende ringvormige stroomgeleiders uit supergeleidend materiaal.

Een in figuur 1 geschetst elektronen bundel apparaat c8801208 ** Η ΡΗΝ 12.559 4 bevat een elektronenbron 1, bijvoorbeeld met een halfgeleider elektronen emitter 2, een anode 3, een bundel richt systeem 4, een condensor lens 5, een bundel aftast systeem 6 en een Variable Axis Lens systeem 7. Al deze elementen zijn met een drager 8 voor een object 9 opgenomen in een 5 huis 10 met een meetruimte 12 en een objectruimte 14. Het huis is afgesloten met een vacuümdichte wand 16. In de objectruimte kan een van buitenaf bedienbaar mechanisme voor object verplaatsing en eventueel rotatie en kanteling zijn opgenomen. Voor inspectie van bijvoorbeeld een chip kunnen voorzieningen zijn opgenomen voor een van buiten af 10 activeerbare montage van de chip op de objectdrager. Voor detectie van elektronen die uit het object treden bij interactie van een daarop vallende elektronenbundel 18 is een detector 20, bijvoorbeeld een secundaire elektronen detector opgenomen. De elektronenbundel verloopt hier langs een optische as 19 van het apparaat. De aftastspoelen 6, de 15 elektronenbron 1, de objectdrager 8 en de detector 20 zijn hier aangesloten op een centrale besturingsinrichting 22 waarop voor beeld-of spectrumweergave een televisiemonitor 24 is aangesloten maar waarop bijvoorbeeld ook een digitaal signaalverwerkingssysteem een hard copy unit en een schrijver kan zijn aangesloten.

20 Een bekend VAL systeem zoals weergegeven in figuur 2 bevat een hoofdlens 30 met een eerste spoel 32 en een tweede spoel 34 die hier samen een telemetrische lens vormen voor afbeelding van een voorwerpsvlak 35 in een trefvlak 37 dat samenvalt met het oppervlak van een object 9. Een poolschoen 36 van het systeem werkt als het ware als 25 een spiegel voor de krachtlijnen van het lenzenstelsel. Met deze configuratie bevindt het object zich in een veldruimte van de lens. Binnen de spoelen 32 en 34 bevindt zich een afbuigsysteem 40 met een eerste spoel 38 en een tweede spoel 42 die gezamelijk de bundel 14 een transversale verplaatsing kunnen geven van bijvoorbeeld ongeveer 5 mm 30 gerekend vanaf de geometrische as 18 van het stelsel. Gelocaliseerd in het gebied waar de afgebogen elektronenbundel 14 weer parallel met de systeemas 18 verloopt is een Variable Axis spoel 44 geplaatst waarmede de optische as met de elektronenbundel verplaatsing wordt mee verplaatst. Een trefpunt 45 van de bundel op het object is dus steeds 35 ook het snijpunt van de optische as met oppervlak van het. object. Voor correctie kunnen nog dynamic focus spoelen 46 en stigmator spoelen 48 in het systeem zijn opgenomen. Als in een dergelijk systeem alle spoelen .8801208 PHN 12.559 5 gesynchroniseerd worden bekrachtigd, wordt steeds gezamelijk met de bundel 14 ook de optische as van het systeem verplaatst. Aldus kan een relatief groot veld, bijvoorbeeld een vierkant met een ribbe van 10 mm of een cirkel met een doorsnede van 10 mm door de bundel worden 5 bestreken, zonder dat met de afstand tot de systeemas 18 toenemende beeldfouten optreden.fouten van een voorafgaand optisch systeem worden gecompenseerd.

Hoewel dit systeem vele voordelen biedt, treden vooral bij sterke lensvelden, die bijvoorbeeld bij chip inspectie, bij 10 spectroscopische metingen, bij Auger detectie etc, zeer gewenst zijn, beperkingen op een wel voornamelijk door een te sterke warmteontwikkeling in de onderscheiden spoelen en door in de poolschoenen optredende Eddy currents, hetgeen zich vooral bij snel wisselende velden (aftasting) voordoet. De thermisch beperkingen kunnen 15 worden gereduceerd door poolschoenen van de hoofdlens met een supergeleidende Eddy current shield af te dekken waardoor althans het storende dynamische karakter daarvan is opgeheven. Voor daarin opgewekte constante kromtestromen kan gemakkelijk worden voorgecompenseerd. De as afbuigende spoelen worden dan tussen de afgeschermde poolschoenen van de 20 hoofdlens geplaatst en kunnen daarbij zowel as afbuiging als dynamische stigmatie en dynamische focusering verzorgen.

In figuur 3 is een as verplaatsend lenssysteem geschets dat is opgebouwd uit enkele, hier twee, supergeleidende stroomkringen 50 en 52 die, hoewel het om bundelafbuiging gaat toch in een vlak dwars op 25 een optische as 51 zijn georiënteerd. Een eerste spoel 50 kan daarbij gezien worden als optisch een eenvoudige lens met een optische as door het middelpunt van de ring. Een tweede spoel 52 is in principe gelijk aan de eerste maar ligt ten opzichte daarvan over een afstand d in radiale richting verschoven, waardoor een optische as 53 daarvan ligt 30 derhalve parallel met de optische as en is ten opzichte daarvan ook over een afstand d verschoven. Door variatie van de stroomsterkte daarin kan nu de optische as parallel aan zichzelf worden verschoven, bijvoorbeeld over ten minste een gebied omsloten door beide spoelen. Door een aangepast variatie van de stroomsterkten voor de spoelen kan de toatale 35 lenssterkte daarbij bijvoorbeeld constant worden gehouden.

Bij de geschetste uitvoering lopen stroomwindingen van beide spoelen door elkaar heen hetgeen problemen kan opleveren en in elk ,8801208 ( PHN 12.559 6 Λ geval de constructie relatief ingewikkeld maakt.

In een asverplaatsend lens systeem zoals geschetst in figuur 4 is dit eventuele nadeel vermeden door in plaats van met spoelen met enkelvoudige ringgeleiders te werken. Het geschetste systeem bevat 5 vier ringgeleiders 60, 62, 64 en 66 met middelpunten 61, 63, 65 and 67.

Het ringmiddelpunt 61 ligt op een optische as 68 van het gehele systeem en de middelpunten 63, 65 en 67 liggen op gelijke afstand daarvan over onderlinge hoeken van 120°. Geheel overeenkomstig het voorbeeld volgens figuur 3 kan ook hier door stroomverdelingsvariatie over de 10 ringen de optische as worden verplaatst. Ook hier kan de somstroom en daarmede de totale lenssterkte constant worden gehouden. Het laatste kan hier ook zodanig worden gerealiseerd dat de centrale ring 60 een relatief sterke stroom voert en de feitelijke lens vormt en de andere die spoelen viariërend worden geactiveerd. Het grootste geometrische 15 voordeel wordt verkregen indien de dwarsafmeting van de stroomgeleidende ringen relatief klein is. Immers vooral dan kunnen de ringen nagenoeg in een vlak worden gepositioneerd. Met een geringe dwarsdoorsnede wordt voor een gegeven lensbekrachtiging de stroombelasting voor de ringgeleider relatief hoog. Het is daarom gunstig de stroomgeleiders uit 20 supergeleidend materiaal te maken. De stroomgeleider 60 kan als centrale ring dan eventueel een persisterende stroom voeren en de andere ringen een extern gevoede variabele supergeleidende stroom.

Het stelsel stroomgeleidende ringen zal gebruikelijk voor een te onderzoeken object worden opgesteld waarbij bij detectie ook 25 een retourbundel het systeem passeert. Een nadeel daarbij kan zijn dat voor het passeren van de geleiders een pre-deflectie nodig is. Dit nadeel kan worden vermeden door het ringenstelsel achter het object te plaatsen. Omdat dan slechts een deel van het lensveld effectief wordt gebruikt, beslaat daarbij een extra reden om de stroomgeleiders uit 30 supergeleidend materiaal uit te voeren.

Het zal duidelijk zijn dat met meerdere ringen een groter aftastveld kan worden gerealiseerd en dat een nieuw compromis tussen toelaatbare afbuigfouten en aantal ringen kan worden gelegd. Met een relatief beperkt aftastveld kunnen de ringen zijn opgenomen in een 35 centrale lens, bijvoorbeeld de objectieflens van een elektronenmicroscoop die met een ijzercircuit is uitgerust.

Een ringgeleider kan ook zodanig worden uitgevoerd dat .8801208 % PHN 12.559 7 deze voor aftasting in een vlak evenwijdig aan een objectoppervlak, dus loodrecht op de optische as van het systeem kan worden verschoven, aldus een tweetraps aftasting realiserend met een grove mechanische aftasting en voor elk mechanisch veld een elektromagnetische sub-aftasting met een 5 ringstelsel. Hierdoor kan de objectbeweging (waferbeweging voor chips productie) achterwege blijven of kan die worden gereduceerd tot enkele stappen.

Een supergeleiden VAL systeem kan ook worden gerealiseerd door met een stuurbare potentiaal een supergeleidende in een 10 supergeleidende plaat met centraal diafragma in het vlak van de plaat te verplaatsen. Vooral bij deze uitvoering is het gunstig het het lenssysteem achter het object te plaatsen of de plaat mechanisch verplaatsbaar op te stellen in weer een meertraps aftastsysteem.

Supergeleidende spoelen en stroomkringen kunnen 15 bijvoorbeeld worden gekoeld vanuit een relatief dicht daaromheen gemonteerde koelinrichting of koelreservoir. Daarvoor kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van de ruimte die wordt uigespaard doordat geringe afmetingen daarvan en het weglaten van ijzeren jukken.

Gunstig kan het daarbij zijn stroomtoevoerleidingen als koelleidingen te 20 gebruiken. Vooral bij gebruik van keramische supergeleidende materialen voor stroomgeleiders kan gezien de hoge sprongtemperatuur en de relatief hoge warmtecoëfficient daarvan ook gemakkelijk van buitenaf worden gekoeld, waarbij de koude via een koelmediumstroom dan wel met koude geleiders aan de lenzen wordt toegevoegd.

.8801208

Claims (14)

1. Geladen deeltjes bundel apparaat voorzien van een deeltjesbron, een deeltjes optische inrichting en een Variable Axis Lens systeem, met het kenmerk, dat het Variable Axis Lens systeem is uitgerust met tenminste twee ten opzichte van elkaar in radiale zin 5 verschoven opgestelde ijzervrije as verplaatsende lenzen.

2. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ijzervrije lenzen worden gevormd door in elkaar ingrijpende spoelen.

3. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens conclusie 1 10 of 2, met het kenmerk, dat de optische as verplaatsende lensinrichting meerdere, in een vlak dwars op een geometrische as van het VAL systeem gelegen ringgeleiders bevat.

4. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als ijzervrije lenzen van het optische as 15 verplaatsend lenselement uit supergeleidend materiaal samengestelde stroomgeleiders bevatten.

5. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de as verplaatsende lenzen zijn opgenomen in een afbeeldende lens van het apparaat.

6. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een supergeleidende spoel van het asverplaatsende lens systeem een met een persisterende stroom bekrachtigbare gesloten stroomkring uit supergeleidend materiaal bevat.

7. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der 25 voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat supergeleidende stroomkringen van een VAL systeem daarvan vanuit een buiten het apparaat opgestelde koelinrichting koelbaar zijn.

8. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat supergeleidende spoelen 30 daarvan via goed warmtegeleidende verbindingen met een als drager fungerend koelreservoir zijn verbonden.

9. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de supergeleidende stroomgeleiders uit een keramisch supergeleidend materiaal met in de 35 supergeleidende fase een relatief hoge soortelijke warmte zijn samengesteld.

10. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der c 880 1208 PHN 12.559 9 ί$ voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een asverplaatsend lenssysteem mechanisch verplaatsbaar ten opzichte van een objecthouder is opgesteld.

11. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der 5 voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een asverplaatsend lenselement wordt gevormd door een plaat supergeleidend materiaal waarin een verplaatsbare kringstroom opwekbaar is.

12. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de asverplaatsende 10 lenselementen ten opzichte van een bestralende deeltjesbundel achter een object zijn opgesteld.

13. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het asverplaatsende lenssysteem zodanig bekrachtigbaar is, dat de totale stroomsterkte 15 daarvoor constant is.

14. Geladen deeltjes bundel apparaat volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een lenselement van het as verplaatsende lenssysteem een ten opzichte van een optische as van het apparaat centrale positie inneemt en met een persisterende 20 supergeleidende stroom bekrachtigbaar is. .8601208