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Dokumentenidentifikation DE10237297A1 11.03.2004
Titel Teilchenoptische Vorrichtung, Elektronenmikroskopiesystem und Lithogrphiesystem
Anmelder LEO Elektronenmikroskopie GmbH, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder Kienzle, Oliver, Dr., 73430 Aalen, DE;
Knippelmeyer, Rainer, Dr., 73431 Aalen, DE
Vertreter Diehl, Glaeser, Hiltl & Partner, 80333 München
DE-Anmeldedatum 14.08.2002
DE-Aktenzeichen 10237297
Offenlegungstag 11.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.2004
IPC-Hauptklasse H01J 37/12
IPC-Nebenklasse H01J 37/145   H01J 37/147   
Zusammenfassung Es wird eine teilchenoptische Vorrichtung vorgeschlagen, um einen Strahl geladener Teilchen auf eine Objektebene zu richten oder die Objektebene mit dem Strahl auf eine Bildebene oder Zwischenbildebene abzubilden. Die Vorrichtung umfasst einen Stapel aus Linsenbaugruppen, welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbarere Ablenkfelder bereitzustellen.
Eine jede Linsenbaugruppe stellt wenigstens ein Feldquellelement für ein magnetisches oder elektrisches Feld bereit.
Insbesondere können zwei Reihen von mehreren Feldquellelementen pro Linsenbaugruppe bereitgestellt sein.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine teilchenoptische Vorrichtung, ein Elektronenmikroskopiesystem und ein Elektronenlithographiesystem.

Unter anderem in der Fertigung miniaturisierter Bauelemente, wie etwa von Halbleitern, werden mit Strahlen geladener Teilchen arbeitende teilchenoptische Vorrichtungen sowohl zur Fertigung selbst als auch zur Untersuchung der gefertigten Strukturen eingesetzt. Beispiele hierfür sind Elektronenmikroskopiesysteme und Elektronenlithographiesysteme. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt sondern betrifft teilchenoptische Vorrichtungen allgemein, welche Strahlen geladener Teilchen allgemeiner Art, insbesondere Elektronen oder Ionen, beeinflussen.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Rasterelektronenmikroskope (SEM, "scanning electron microscope") bekannt, welche zur Fokussierung eines Elektronenstrahls in einer Objektebene Linsen einsetzen, welche fokussierende elektrische Felder, fokussierende magnetische Felder oder fokussierende Überlagerungen von elektrischen und magnetischen Feldern bereitstellen. Zur Bereitstellung der Felder für einen Teilchenstrahl müssen die Linsen eine den Strahl umgebende körperliche Baugruppe aufweisen, welche die entsprechenden Feldquellelemente, wie etwa Elektroden oder/und magnetische Polschuhe bereitstellt. Damit ist man bei der Gestaltung der den Strahl ablenkenden Felder Beschränkungen unterworfen, welche auf Grenzen hinsichtlich der mechanischen Präzision in der Fertigung der Quellelemente sowie hinsichtlich der überhaupt mechanisch fertigbaren Geometrien von Feldquellelementen zurückzuführen sind.

Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine teilchenoptische Vorrichtung zum Richten eines Strahls geladener Teilchen auf eine Objektebene der Vorrichtung oder zum teilchenoptischen Abbilden der Objektebene in eine Bildebene oder Zwischenbildebene vorzuschlagen, welche erhöhte Freiheitsgrade bei der Gestaltung der entsprechenden Ablenkfelder bietet.

Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf eine Alternative zu einer teilchenoptischen Vorrichtung, welche nachfolgend als "Kammlinse" bezeichnet wird und welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher erläutert wird.

Die teilchenoptische Vorrichtung 1 umfaßt drei in z-Richtung übereinander angeordnete Blenden, nämlich zuunterst eine Blendenelektrode 3 mit einer in x-Richtung langgestreckten Öffnung 5, eine in z-Richtung zuoberst angeordnete Blendenelektrode 7 mit einer ebenfalls in x-Richtung langgestreckten Öffnung 9 sowie einer zwischen den beiden Blendenelektroden 3 und 7 angeordneten Kammblende 11. Die Kammblende 11 umfaßt zwei Reihen von Quellelementen für elektrische Felder, nämlich Fingerelektroden 13, welche beidseits einer in x-Richtung sich erstreckenden Mittelachse 15 der Kammblende 11 angeordnet sind. Die beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 begrenzen damit in y-Richtung einen Raum oberhalb bzw. unterhalb der Öffnungen 5 bzw. 9 in den Blendenelektroden 3 und 7, so daß dieser Raum ebenfalls als eine Öffnung der Kammblende 11 betrachtet werden kann.

Den beiden Blendenelektroden 3 und 7 sowie den Fingerelektroden 13 werden durch eine in 1 nicht dargestellte Steuerung elektrische Potentiale zugeführt, so daß zwischen den Elektroden 3, 7 und 13 einstellbare elektrische Felder erzeugt werden können. Diese wirken auf einen Strahl elektrisch geladener Teilchen, welcher quer zur x-y-Ebene orientiert ist und die Öffnungen der Blenden 7, 11 und 5 durchsetzt. Liegt an den Blendenelektroden 3 oder 7 ein elektrisches Potential an, welches von dem Potential des Strahls geladener Teilchen in der Ebene der Blendenelektroden 3, 7 abweicht, so wirken die Blendenelektroden 3 bzw. 7 auf den Strahl wie eine Zylinderlinse. Ein Verlauf der elektrischen Feldlinien, wie er von einer solchen Blendenelektrode 3, 7 erzeugt wird, ist in 2a schematisch dargestellt.

An die Fingerelektroden 13 der Kammblende 11 kann ein Potentialmuster derart angelegt werden, daß sich in der Öffnung der Blendenelektrode 11 ein quadrupolähnliches elektrisches Feld einstellt. Ein Verlauf von Feldlinien eines solchen Quadrupolfeldes ist in 2 schematisch dargestellt, wobei das Feld eine Symmetrieachse 17 aufweist, die sich in z-Richtung erstreckt und die Längsachse 15 der Kammblende 11 schneidet.

Ein Strahl elektrisch negativ geladener Teilchen, der in dieses Quadrupolfeld eintritt, wird in x-Richtung fokussiert und in y-Richtung defokussiert.

Tritt ein Strahl somit entlang der Symmetrieachse 17 des Quadrupolfeldes in die Vorrichtung 1 ein, so erfährt er insgesamt die Wirkungen der durch die Blendenelektroden 3 und 7 bereitgestellten Zylinderlinsenfelder gemäß 2a sowie des durch die Kammblende 11 bereitgestellten Quadrupolfelds gemäß 2b. Der Strahl erfährt somit eine Überlagerung der in den 2a und 2b dargestellten Feldkonfigurationen, und bei geeigneter Abstimmung der Stärken der Zylinderlinsenfelder und des Quadrupolfeldes aufeinander ergibt sich auf den Strahl eine gleiche Wirkung wie die eines Rundlinsenfeldes, dessen Feldlinien in 2c schematisch dargestellt sind.

Es ist somit möglich, einen Strahl geladener Teilchen mit der Strahlumformungsanordnung 1 bei geeigneter Beaufschlagung der Elektroden 3, 7 und 13 zu fokussieren.

Da das zur Bereitstellung der Rundlinsenwirkung zu erzeugende Quadrupolfeld bei dieser Vorrichtung durch eine begrenzte Anzahl diskreter Fingerelektroden erzeugt wird, weicht das hierdurch erzeugbare Feld auf Grund eines Diskretisierungsfehlers von einem idealen Quadrupolfeld ab. Dies stellt eine Limitierung der Kammlinse im praktischen Einsatz dar. Weiterhin ist eine solche Kammlinse mechanisch nur mit sehr großem Aufwand mit ausreichender Präzision zu fertigen.

Auch hier ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu der anhand der 1 erläuterten teilchenoptische Anordnung vorzuschlagen.

Die Erfindung schlägt hierzu eine teilchenoptische Vorrichtung vor, welche einen Stapel von Linsenbaugruppen umfaßt, welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbare Ablenkfelder bereitzustellen, wobei die Linsenbaugruppen jeweils eine quer zur Strahlrichtung orientierte Platte mit einer Blendenausnehmung für einen Durchtritt des Strahls und wenigstens ein Feldquellelement zur Bereitstellung eines Ablenkfeldes auf den Strahl umfassen.

Durch die Mehrzahl von Linsenbaugruppen, welche insbesondere mehr als drei, vorzugsweise mehr als vier, weiter bevorzugt mehr als fünf und stärker bevorzugt mehr als sechs oder sieben und ferner insbesondere mehr als zehn Linsenbaugruppen umfaßt, ist es möglich, entlang einer Strahlachse eine große Zahl von Freiheitsgraden zur Beeinflussung des Strahls bereitzustellen und ein strahlformendes Gesamtfeld sozusagen zu "synthetisieren". Insbesondere ist es mit einem solchen Linsenstapel auch möglich, die optischen Eigenschaften der Vorrichtung zeitabhängig zu ändern und insbesondere zwischen zwei oder mehreren Betriebsmoden der Vorrichtung umzuschalten. Ferner ist es auch möglich, durch die große Zahl von Freiheitsgraden Fertigungsfehler, die bei einer jeden einzelnen der Baugruppen auftreten können, zu kompensieren. Auch ist es möglich, auf Grund von geometrischen Begrenzungen oder fertigungstechnischen Begrenzungen unvollkommene Feldgestaltungen in einer Baugruppe durch eine entsprechende Ansteuerung einer anderen Baugruppe zu kompensieren.

Vorzugsweise wird die teilchenoptische Vorrichtung in einem Elektronenmikroskopiesystem oder/und in einem Elektronenlithographiesystem eingesetzt.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand. von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine herkömmliche teilchenoptische Vorrichtung,

2 eine Darstellung von Feldverläufen zur Erläuterung der Vorrichtung gemäß 1,

3 eine perspektivische Teildarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

4 ein Herstellungsverfahren für die in 3 gezeigte Vorrichtung,

5 eine Ansicht von Baugruppen während des anhand der 4 erläuterte Herstellungsverfahrens,

6 eine Darstellung zur Erläuterung einer Wirkung der in 3 gezeigten Vorrichtung,

7 eine weitere Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der in 3 gezeigten Vorrichtung,

8 eine Darstellung einer Treiberschaltung zur Ansteuerung einer Baugruppe der in 3 gezeigten Vorrichtung,

9 eine Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

10 ein Elektronenlithographiesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

11 ein Elektronenmikroskopiesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

12 eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

13 eine Ansteuerung der Vorrichtung gemäß 12 in einem ersten Betriebsmodus,

14 ein Elektronemikroskopiesystem mit einer teilchenoptischen Vorrichtung in dem ersten Betriebsmodus gemäß 13 als Objektivlinse,

15 eine Ansteuerung der teilchenoptischen Vorrichtung gemäß 12 in einem zweiten Betriebsmodus,

16 das Elektronemikroskopiesystem der 14 in dem zweiten Betriebsmodus der Vorrichtung gemäß 15,

17 eine weitere Ausführungsform einer teilchenoptischen Vorrichtung,

18 eine teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in schematischer aufgeschnittener Darstellung und

19 eine Linsenbaugruppe, welche in einer der Vorrichtungen gemäß den 12 bis 16 und 18 einsetzbar ist.

In 3 ist eine erfindungsgemäß teilchenoptische Vorrichtung 1 in perspektivischer teilweise aufgeschnittener Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfaßt einen Stapel 151 aus einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153, welche in z-Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Jede Linsenbaugruppe besteht aus einer Platte 155, welche eine in x-Richtung langgestreckte geschlossene Ausnehmung 157 begrenzt. In die Ausnehmung 157 ragen in y-Richtung die Fingerelektroden 13 hinein. Die Fingerelektroden 13 sind in x-Richtung mit Abstand und isoliert voneinander in einer Reihe nebeneinander angeordnet, wobei auf beiden Seiten der Ausnehmung 157 jeweils eine Reihe von Fingerelektroden 13 vorgesehen ist. Hierbei stehen sich in y-Richtung immer jeweils ein Paar von Fingerelektroden aus der einen und der anderen Reihe gegenüber.

Die Platte 155 trägt ferner eine Mehrzahl von Treiberschaltungen 159, welche in 3 schematisch als eine stabilisierte Stromquelle dargestellt sind. Die Treiberschaltungen 159 stellen die Spannungen bereit, die an die Fingerelektroden 13 angelegt werden. Hierzu ist eine Mehrzahl von in x-Richtung verlaufenden Sammelleitung 161 vorgesehen, welche mit jeweils einer Schaltung 159 elektrisch verbunden ist. Eine jede Fingerelektrode 13 ist mit einer Einzelzuführung 163 an eine der Sammelleitungen 161 angeschlossen, wobei in Reihenrichtung benachbarte Fingerelektroden 13 der Reihe nach und periodisch an eine jeweils andere Sammelleitung 161 angeschlossen sind.

Ein mögliches Herstellungsverfahren für die Linsenbaugruppen 153 ist nachfolgend anhand von 4 erläutert. Dieses startet mit einem Halbleitersubstrat 165 mit einer (110)-Oberfläche, welches die tragende Struktur bzw. Platte 155 der Linsenbaugruppe 153 bildet (4a). Auf beiden Seiten des Substrats 165 wird (4b) jeweils eine Siliziumoxidschicht 167 bzw. 68 abgeschieden. Auf der Siliziumoxidschicht 167 wird dann (4c) eine Chrom-Gold-Schicht 169 aufgebracht. Auf die Chrom-Gold-Schicht 169 wird ein Fotolack 171 aufgebracht, und auf die Siliziumoxidschicht 168 wird ein Fotolack 172 aufgebracht (4d). Der Lack 171 wird in einem Lithographieschritt mit einem Muster belichtet, welches Mustern der Einzelverbindungen 163, der Sammelleitung 161 und der Treiberschaltungen 159 entspricht. Hierzu können weitere, in 4 nicht separat dargestellte Lithographieschritte notwendig sein, welche mit weiteren ebenfalls nicht dargestellten Ätzschritten und die Lithographieschritten zur Erzeugung der komplizierteren Strukturen der Sammelleitungen 161 und Treiberschaltungen 159 vorgesehen sein.

Der Fotolack 172 wird mit einem Muster belichtet ( 4d) welches der Ausnehmung 157 entspricht.

4e zeigt beispielhaft die Deposition einer Einzelverbindungsleitung 163. Die Fotolackschichten 171 und 172 werden entfernt (4f), und die Seite mit der Siliziumoxidschicht 69 wird mit weiteren Fotolackschicht 75 überzogen (4g), welche belichtet wird mit einem Muster, das den Fingerelektroden 13 entspricht ( 4g). In den belichteten Bereichen wird Fotolack 175 entfernt, und die stehenden Ausnehmungen werden gefüllt, um die Fingerelektroden 13 zu bilden. Die Fotolackschicht 175 wird so dann entfernt (4i). Dann wird von der Seite der Schicht 168 her durch Ätzen die Ausnehmung 157 in die Platte 155 eingebracht (4j).

Die in 4 erläuterten Schritte werden zur Bildung einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153 gleichzeitig an einem einziges Substrat bzw. Siliziumwafer 155 vorgenommen, wie dies aus 5 ersichtlich ist . Dort ist eine Mehrzahl von Baugruppen auf dem Wafer 155 dargestellt, welche nachfolgend durch Zersägen entlang von Linien 172 voneinander separiert werden. Darauf folgend werden die separierten Baugruppen 153 zu dem Stapel 151 aufeinander gefügt, wozu geeignete Abstandhalter zwischen den Platten 155 eingesetzt werden.

In 6 ist ein Einfluß auf einen die Linsenbaugruppen 153 durchsetzenden Strahl geladener Teilchen in räumliche Darstellung schematisch gezeigt:

Ein Strahl 21 geladener Teilchen mit einem quadratisch dargestellten Querschnitt 23 tritt entlang einer Symmetrieachse 17 und in z-Richtung in eine teilchenoptische Vorrichtung 1 ein. Diese umfaßt eine Linsenbaugruppe 153 mit zwei Reihen Fingerelektroden 13 und einer darunterliegenden Blendenelektrode 15. Unterhalb der Blendenelektrode 15 ist eine Objektebene 25 angeordnet, in der der Strahl 21 fokussiert werden soll.

An die Fingerelektrode 13 ist von einer Steuerung 103 ein derartiges Potentialmuster angelegt, daß in der Öffnung zwischen den Reihen Fingerelektroden 13 ein elektrisches Quadrupolfeld entsteht, dessen Verlauf in 6 durch elektrische Potentiallinien 31 angedeutet ist. Das Quadrupolfeld fokussiert den Strahl 21 in x-Richtung und defokussiert denselben in y-Richtung. Entsprechend nimmt der Strahlquerschnitt nach Durchlaufen der Kammblende 11 eine Gestalt einer in y-Richtung langgestreckten Raute 27 in der Ebene der Blendenelektrode 15 an. Die Blendenelektrode 15 wirkt auf den Strahl allerdings wie eine Zylinderlinse, welche den Strahl 21 in y-Richtung fokussiert, so daß dieser schließlich in der Objektebene 25 auf einen kleinen Fleck 29 fokussiert ist.

In 1 sind zur Erzeugung des Zylinderlinsenfeldes zwei Blendenelektroden 3 bzw. 7 vorgesehen, während in 6 zur Erzeugung des Zylinderlinsenfeldes lediglich eine Blendenelektrode 3 vorgesehen ist. Es ist jedoch auch möglich, in einem Stapel wie in 3 das Zylinderlinsenfeld durch eine weitere Linsenbaugruppe 153 selbst bereitzustellen, indem deren mittleres Potential auf einen Wert eingestellt wird, der von dem Potential des Strahls 21 in der Ebene dieser Linsenbaugruppe abweicht. Damit stellen die Fingerelektroden der weiteren Linsenbaugruppe im Mittel das Zylinderlinsenfeld bereit, und durch ortsabhängige Änderungen der Potentiale der Fingerelektroden 13 der darüberliegenden Linsenbaugruppe 153 wird das zugehörige Quadrupolfeld bereitgestellt.

In 7 ist ein Betriebsmodus einer Linsenbaugruppe 153 dargestellt, der von dem in 6 gezeigten Betriebsmodus zum Fokussieren eines Strahls geladener Teilchen abweicht. In 4 werden die Fingerelektroden 13 durch eine in 4 nicht dargestellte Steuerung derart mit Potentialen beaufschlagt, daß in einer Öffnung zwischen den beiden Reihen von Fingerelektroden 13 ein im wesentlichen homogenes und in x-Richtung orientiertes elektrisches Feld entsteht, dessen Potentiallinien 31 in 4 schematisch eingezeichnet sind. Ein entlang einer in z-Richtung orientierten Strahlachse 17 in die Kammblende 11 eintretender Strahl 21 geladener Teilchen mit quadratischem Querschnitt 23 wird durch das in der Öffnung zwischen den beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 gebildete im wesentlichen homogene elektrische Feld in x-Richtung um einen Winkel &agr; abgelenkt, wobei der Querschnitt 23 des Strahls im wesentlichen unverändert bleibt.

Hiermit ist es möglich, die Kammblende 11 als Strahlablenker einzusetzen. Insbesondere kann das den Strahl 21 ablenkende Feld entlang der x-Richtung in der Öffnung zwischen den beiden Reihen Fingerelektroden 13 lokal in einer Umgebung des Strahls 21 bereitgestellt werden, d.h. das elektrische Feld muß sich nicht über die gesamte Länge der Kammblende 11 in x-Richtung erstrecken.

Ferner ist es möglich, die Betriebsmoden der 6 und 7 zu kombinieren, indem die Fingerelektroden 13 derart mit Potentialen beaufschlagt werden, daß in der Öffnung zwischen den Elektrodenreihen eine Überlagerung des Quadrupolfeldes gemäß 3 und des homogenen Feldes gemäß 4 bereitgestellt ist. Eine derart angesteuerte Kammblende wirkt dann als fokussierender Strahlablenker.

In 8 ist eine Treiberanordnung 181 zur Ansteuerung der Fingerelektroden 13 der Baugruppe 153 schematisch dargestellt. Die Elektroden der Baugruppe 153 sind durch die Treiberanordnung 181 derart angesteuert, daß in der Umgebung der Strahlachse 17 ein quadrupolartiges Feld bereitgestellt ist. wie vorangehend erläutert, ist die Strahlachse 17 in x-Richtung verlagerbar, und entsprechend muß das den Elektroden 13 zugeführte Spannungsmuster ebenfalls in x-Richtung verlagert werden.

Die Treiberanordnung 81 umfaßt lediglich neun Treiber 59 bzw. Spannungsquellen, welche mit '–4', '–3', '–2', '–1', '0', '+1', '+2', '+3', '+4' bezeichnet sind. Die Spannungsquellen sind einzeln ansteuerbar. Eine jede Spannungsquelle ist an mehrere Elektroden 13 angeschlossen, eine jede Elektrode 13 ist jedoch nur mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden. Hierzu erstrecken sich in Reihenrichtung, d.h. in x-Richtung neun Sammelleitungen 161, wobei eine jede Sammelleitung 161 mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden ist. Die Elektroden 13 sind dann der Reihe nach und periodisch mit einer jeweils anderen Sammelleitung 161 elektrisch verbunden.

In 8 ist lediglich für eine Reihe Fingerelektroden 13 die zugehörige Treiberanordnung 181 dargestellt. Allerdings ist auch für die andere Reihe Fingerelektroden 13 eine entsprechende Treiberanordnung samt Verbindungsleitungen vorgesehen.

Es ist vorgesehen, die Zahl der Treiberschaltungen 159 von Linsenbaugruppe zu Linsenbaugruppe gegebenenfalls zu ändern, um durch die verschiedenen Linsenbaugruppen 153 unterschiedliche Feldmuster bereitstellen zu können. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine jede Fingerelektrode 13 einer Linsenbaugruppe 153 einen eigens zugeordneten Treiber 159 aufweist, oder etwa einander in den beiden Reihen gegenüberliegende Elektroden fest miteinander zu verbinden.

In den vorangehenden beschriebenen Figuren wirken die Fingerelektroden 13 jeweils als Quellelemente für das durch die Linsenbaugruppen 153 bereitgestellte elektrische Feld zur Einwirkung auf den Teilchenstrahl.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, in einer Öffnung einer Linsenbaugruppe magnetische Felder zum Einwirken auf den Teilchenstrahl bereitzustellen. Eine Realisierung einer solchen Linsenbaugruppe ist in 9 schematisch dargestellt. Die dort gezeigte Linsenbaugruppe 153 umfaßt eine Platte 35, von der zwei Reihen von Materialfingern 37 in Richtung zu der Mittelachse 15 in eine Öffnung hinein abstehen. Die Materialfinger 37 sind mit Abstand voneinander angeordnet und weisen jeweils eine zu der Mittelachse 15 hinweisende Stirnfläche 39 auf. Zwischen jeweils zwei benachbarten Materialfingern 37 ist eine Wicklung 41 aus einem elektrisch leitenden Draht vorgesehen. Zur Speisung einer jeden Wicklung mit elektrischem Strom ist für eine jede Wicklung eine durch eine Steuerung 103 ansteuerbare Stromquelle 43 angeschlossen, um einer jeden Wicklung 41 einen Strom einstellbarer Stromstärke zuzuführen. Die Stromleiterwicklungen 41 erzeugen dann Magnetfelder, welche u.a. von der Platte 35 und den Materialfingern 37 geführt werden. In 9 ist an die Wicklungen 41 ein Strommuster derart angelegt, daß benachbarte Wicklungen 41 jeweils Magnetfelder entgegengesetzter Orientierungen erzeugen. Hierdurch entsteht in der Blendenöffnung der Linsenbaugruppe 153 eine Magnetfeldkonfiguration, wie sie in 9 mit Feldlinie 45 schematisch dargestellt ist. Die Feldkonfiguration ist näherungsweise die von mehreren entlang der Mittelachse 15 benachbart zueinander angeordneten Quadrupolfeldern mit mit Abstand voneinander angeordneten Symmetrieachsen 17.

Es ist auch möglich, die magnetische und die elektrische Linsenbaugruppe in einer Baugruppe zu kombinieren, indem beispielsweise die Materialfinger 37 metallisiert werden, um diese als Elektroden auszubilden, denen einstellbare elektrische Potentiale zugeführt werden können. Es ist dann möglich, in der Öffnung zwischen den beiden Reihen von Fingern elektrische und magnetische Felder zu überlagern, um auf Strahlen geladener Teilchen einzuwirken.

In 10 ist ein Elektronenlithographiesystem 105 schematisch dargestellt, welches einen Stapel 51 von Linsenbaugruppen 153 umfaßt. Das Lithographiesystem 105 arbeitet mit drei Elektronenstrahlen 107, welche aus Kathoden 109 emittiert werden, welche einzeln ansteuerbar sind, um Strahlen 107 unabhängig voneinander an- und auszuschalten. Die emittierten Elektronen werden durch eine gegenüber den Kathoden 109 vorgespannte Anode 111 beschleunigt und treten mit Abstand voneinander in den Stapel 151 ein.

In 10 sind die Fingerelektroden der Linsenbaugruppe 153 nur schematisch als kurze Striche dargestellt. Dabei sind Bereiche von Fingerelektroden, in denen ein signifikantes elektrisches Feld zur Beeinflussung der Elektronenstrahlen 107 vorgesehen ist, grau hinterlegt. In einem in 10 oberen Bereich 113 werden die Strahlen 107 fokussierend beeinflusst. In einem darunterliegenden Bereich 115 werden die Strahlen im wesentlichen ablenkend beeinflusst, und zwar wird der linke Strahl nach links abgelenkt, der rechte Strahl wird nach rechts abgelenkt und der mittlere Strahl wird nicht abgelenkt. In einem weiter darunterliegenden Bereich 117 werden die Strahlen in eine im Vergleich zu dem Bereich 115 jeweils umgekehrte Richtung abgelenkt. Es wird der linke Strahl 107 nach rechts abgelenkt, der rechte Strahl 107 wird nach links abgelenkt, und der mittlere Strahl 107 wird wiederum nicht abgelenkt. Hierdurch werden die Strahlen 107 jeweils näher zusammen geführt, als es einem Abstand der Kathoden 109 entspricht. Die drei Strahlen 107 treten unten aus dem Stapel 151 aus und treffen auf eine mit einer teilchenempfindlichen Schicht ("resist") versehene Oberfläche 25 eines Halbleiterwafers 119, und zwar derart, dass sie dort ausreichend fein fokussiert sind, um eine notwendige Auflösung bei der Abbildung eines Musters auf den Wafer zu ermöglichen.

Die für die Bereitstellung derartiger Ablenk- und Fokussierfelder notwendigen Spannungsmuster werden den Fingerelektroden der einzelnen Baugruppen 153 durch eine in 10 nicht dargestellte Steuerung zugeführt. Hierbei ändert die Steuerung die Muster derart ab, dass die Orte, an denen die Strahlen 107 auf die Waferoberfläche 25 fokussiert sind, in x-Richtung verlagerbar sind, wie dies in 10 durch Pfeile 121 angedeutet ist. Die Steuerung steuert ferner auch die Kathoden 109 an, um die Strahlen 107 an- und auszuschalten. Zusammen mit dem Aus- und Anschalten der Strahlen und deren Verlagerung in der Objektebene bzw. Waferebene 119 ist es möglich, ein in der Steuerung gespeichertes Muster auf die Objektoberfläche 119 zu schreiben bzw. auf diese zu übertragen.

Wie aus 10 ersichtlich ist, erfolgt die Umlenkung der Strahlen 107 in weit gestreckten gekrümmten Bahnen, so dass durch eine jede Linsenbaugruppe 153 nur relativ geringfügige "Knicke" in dem Strahlverlauf hervorgerufen werden. Hierdurch ist es möglich, die Strahlen in der Objektebene 119 mit vergleichsweise niedrigen Abbildungsfehlern bzw. Aberrationen zu fokussieren.

Ferner stellt die Anordnung der Linsenbaugruppen als Stapel die Möglichkeit bereit, Strahlen von einem zunächst großen Abstand im oberen Eintritt in den Stapel auf einen geringeren Abstand am Austritt aus dem Stapel zusammenzuführen.

Die Fertigung der einzelnen Linsenbaugruppen durch einen Einsatz der Lithographietechnik macht es möglich, Reihen von Fingerelektroden mit der notwendigen Präzision einerseits und mit einem sich in Grenzen haltenden Arbeitsaufwand andererseits zu fertigen. Allerdings ist der Einsatz von Lithographietechniken, welche auch insbesondere Ätzschritte umfassen, auf vergleichsweise dünne Substrate beschränkt, so dass hinsichtlich der Ausdehnung der einzelnen Fingerelektroden in z-Richtung Grenzen gesetzt sind. Eine gewisse Ausdehnung der Fingerelektroden in z-Richtung ist allerdings notwendig, um für die Strahlen auch ein ausreichend ausgedehntes Ablenkfeld bereitzustellen. Die Beschränkung der Fingerelektroden auf infinitesimal dünne Flächen ist meist nicht ausreichend. Allerdings stellt die Beschränkung der einzelnen Fingerelektroden in z-Richtung kein Hindernis dar, denn dies kann dadurch ausgeglichen werden, dass entsprechend mehrere der lithographisch einfach herstellbaren Linsenbaugruppen 153 übereinander gestapelt werden, um eine ausreichende Länge von Fingerelektrodenflächen in z-Richtung bereitzustellen.

In 11 ist eine Rasterelektronenmikroskopievorrichtung 131 schematisch dargestellt. Diese umfaßt eine Strahlungsquellenanordnung 53 zur Erzeugung einer Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 mit einer Mehrzahl von Glühkathoden 57 zur Emission von Elektronen, eine Anode 59 zur Extraktion der Elektronen aus den Glühkathoden 57 sowie eine Aperturblende 61 mit einer Mehrzahl Blendenöffnungen 63 zur Formung der mehreren Strahlen 55. In 11 ist die Anordnung 51 zur Bereitstellung von drei Elektronenstrahlen 55 dargestellt. Es ist jedoch möglich, lediglich zwei oder mehr als drei Strahlen entsprechend bereitzustellen.

Die Mikroskopievorrichtung 131 umfaßt weiter einen als Objektiv 65 wirkenden Stapel 151 aus Linsenbaugruppen 153 zur Fokussierung der Primärelektronenstrahlen 55 in einer Objektebene 25, in der ein zu untersuchendes Objekt 67, wie beispielsweise ein Halbleiterwafer 67 angeordnet ist. Aus dem Objekt 67 löst der darauf fokussierte Primärelektronenstrahl 55 (Sondenstrahl) Sekundärelektronen aus, deren Bewegung in 11 durch einige exemplarische Bahnen 69 dargestellt ist. Die Sekundärelektronen werden durch ein geeignetes zwischen dem Objektiv 65 und dem Objekt 67 angelegtes elektrisches Feld beschleunigt und zu Strahlen 70 geformt, welche das Objektiv durchsetzen und auf unterhalb der Apperturblende 61 angeordnete Detektoren 73 treffen.

Zwischen den Detektoren 73 und dem Objektiv 65 sind nacheinander eine erste Ablenkeranordnung 75 und eine zweite Ablenkeranordnung 77 vorgesehen. Die Ablenkeranordnungen 75 und 77 umfassen für einen jeden Primärenelektronenstrahl 55 ein Paar von Ablenkelektroden 79 und 80, welchen von einer Steuerung 103 elektrische Potentiale zugeführt werden, um zwischen einem Elektrodenpaar 79, 80 ein elektrisches Feld zur Ablenkung des Primärelektronenstrahls 55 zu erzeugen. In dem in 11 links dargestellten Strahl 55 liegt bei beiden Ablenkeranordnungen 75 und 77 jeweils keine Spannung an den Elektroden 79, 80 an, so daß die Ablenkeranordnungen 75 und 77 von dem linken Primärelektronenstrahl 55 geradlinig durchsetzt werden.

Bei dem in 11 in der Mitte dargestellten Primärelektronenstrahl 55 liegt an den Elektroden 79, 80 der oberen Ablenkeranordnung 75 eine elektrische Spannung derart an, daß der Primärelektronenstrahl 55 zunächst um einen Winkel nach rechts abgelenkt wird. An den Elektroden 79, 80 der unteren Ablenkeranordnung 77 liegt eine entgegengesetzte Spannung derart an, daß der Primärelektronenstrahl 55 um einen entsprechenden Winkel derart nach links abgelenkt wird, daß er nach Durchlaufen der Ablenkeranordnung 77 wieder parallel zur z-Achse in Richtung zu der Objektivanordnung 65 verläuft. Somit dienen die beiden Ablenkeranordnungen 75, 77 dazu, den in der Objektebene 25 fokussierten Primärelektronenstrahl 55 in der Objektebene parallel zu verlagern, so daß das Objekt 67 mit dem Sondenstrahl abgetastet werden kann.

Die Steuerung 103 verlagert nun das an die Fingerelektroden der Objektivanordnung 65 angelegte Spannungsmuster in x-Richtung zusammen mit der Ansteuerung der Ablenkelektroden 79, 80 der Ablenkanordnungen 75, 77, um unabängig von der Größe des durch die Ablenkanordnungen 75, 77 erzeugten Strahlversatzes M einen im wesentlichen zentralen Einfall des jeweiligen Primärelektronenstrahls 55 in das diesem zugeordnete Quadrupolfeld der Kammelektrode 11 zu gewährleisten, so daß die anhand der 3 erläuterte Fokussierung in der Objektebene 25 im wesentlichen gewährleistet ist.

Somit ist es mit der in 11 gezeigten Mikroskopievorrichtung 131 möglich, ein Objekt mit einer Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 gleichzeitig abzutasten und für einen jeden der Primärelektronenstrahlen 55 ein diesem zugeordnetes Sekundärelektronensignal mit den den Strahlen jeweils zugeordneten Detektoren 73 zu erfassen. Hierdurch kann ein elektronenmikroskopisches Abbild des Objekts gewonnen werden.

In 12 ist eine teilchenoptische Vorrichtung 1 perspektivisch dargestellt, welche einen Stapel 151 von Linsenbaugruppen 153 aufweist. Eine jede Linsenbaugruppe 153 umfasst eine kreisrunde metallische Scheibe bzw. Platte 155 mit einer zentralen kreisrunden Aperturöffnung 157. Auf einer jeden Scheibe 55 sind drei Kugelkalotten 152 aus Saphirmaterial aufgebracht, welche die Scheiben 155 und damit die Baugruppen 153 auf einem definierten Abstand voneinander halten und diese auch elektrisch voneinander isolieren.

Eine jede der Scheiben 155 ist an eine Steuerung 103 elektrisch separat angeschlossen. Die Steuerung 103 versorgt die Scheiben 155 mit jeweils einstellbaren und änderbaren Spannungen.

Im oberen Teil der 13 bildet der Stapel 151 eine Objektivlinse eines Elektronenmikroskops 131, dessen Strahlengang in 16 schematisch dargestellt ist.

An die Linsenbaugruppen 153, von denen eine jede für den Elektronenstrahl eine Rundlinse bildet, ist durch die Steuerung 103 ein Spannungsmuster angelegt, so daß sich auf einer Zentralachse 131 des Stapels 51 ein Potentialverlauf einstellt, wie er im unteren Teil der 13 dargestellt ist. Dabei liegt zwischen dem in der Objektebene 25 angeordneten Objekt und der diesem nächsten Blende 155, welche mit einem Abstand &Dgr;Z von der Objektebene angeordnet ist, ein Potentialunterschied &Dgr;U1 derart vor, daß ein zwischen dem Objekt und der diesem nächsten Blende 155 ein elektrisches Extraktionsfeld E1 entsteht, das von der Objektebene 25 ausgehende Sekundärelektronen hin zu der durch den Stapel 151 gebildeten Objektivlinse des Mikroskops 131 beschleunigt. Dieses Extraktionsfeld E1 ist in 13 unten durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

In 14 ist der Stapel 151 nicht im Detail dargestellt. Allerdings ist in 14 ersatzweise durch schwarze Blöcke eine Geometrie einer Linse dargestellt, welche auf die Elektronen die gleiche Wirkung hätte, wie der Linsenstapel 151 bei der Ansteuerung in dem ersten Betriebsmodus. Durch eine solche Ersatzlinse könnte der Stapel in dem ersten Betriebsmodus ersetzt werden, um die gleiche fokussierende Wirkung auf die Elektronen zu haben.

Ferner sind in 14 zwei von der Objektebene 25 auf der Achse 131 und unter einem Winkel zu dieser startende Axialstrahlen in durchgezogener Linie eingetragen, und ein mit Abstand von der Achse 131 und parallel zu dieser von der Objektebene 25 startender Feldstrahl ist in 14 mit gestrichelter Linie eingetragen.

Die Fokussierwirkung der Objektivlinse 51 ist derart, daß hinter der Objektivlinse ein cross-over in einer Ebene 135 entsteht, eine weitere Feldlinse 137 fokussiert den Strahl derart, daß in einer Zwischenbildebene 139 ein Zwischenbild der Objektebene 25 entsteht, und ein Projektiv 141 bildet die Zwischenbildebene 139 schließlich auf eine Bildebene 143 ab, in der ein ortsauflösender Detektor 145 angeordnet ist. Somit entsteht auf dem Detektor 145 ein Bild der Objektebene 25.

In 15 und der dieser entsprechenden 16 ist ein weiterer Betriebsmodus des Elektronenmikroskops 131 erläutert, welcher von dem in den 13 und 14 gezeigten Betriebsmodus verschieden ist. In dem zweiten Betriebsmodus ist eine Spannung &Dgr;U2 zwischen der der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 55 und dem Objekt geringer, so daß auch ein beim Austritt aus der Objektebene 25 auf die Elektronen wirkendes Extraktionsfeld E2 geringer ist als das Extraktionsfeld E1 in 13. Das im Vergleich zur 13 geringere Extraktionsfeld E2 ist aus der geringeren Neigung der eingetragenen gestrichelten Geraden in der 15 ersichtlich.

Wenn in diesem zweiten Betriebsmodus der Linsenstapel 151 in einer gleichen Weise erregt werden würde wie in dem ersten Betriebsmodus, so würde dies dazu führen, daß ein entsprechender cross-over und das Zwischenbild nicht mehr in den Ebenen 135 bzw. 139 der 14 entstehen würde. Es wäre dann das Bild der Objektebene 25 in der Ebene des Detektors 145 unscharf, und es müßte die Feldlinse 137 und 144 angesteuert werden, um das Bild auf den Detektor wieder scharf zu stellen. Allerdings sind die Freiheitsgrade zur Ansteuerung der Feldlinse 137 und des Projektivs 141 hierzu nicht voll ausreichend, und es wird dafür die Objektivlinse 151 von der Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus mit einem Spannungsmuster versorgt, welches von dem Spannungsmuster in dem ersten Betriebsmodus verschieden ist.

In 16 ist wiederum als schwarze Blöcke eine Geometrie einer Ersatzlinse aus drei Elektroden dargestellt, welche derart bemessen und angeordnet sind, daß die Ersatzlinse auf die Elektronen die gleiche Wirkung hätte, wie der in dem zweiten Betriebsmodus angesteuerte Linsenstapel 151.

Ferner ist der sich dabei einstellende Potentialverlauf auf der Achse 131 in 15 unten dargestellt. Die Ansteuerung der einzelnen Blendenelektroden 155 ist in dem zweiten Betriebsmodus derart, daß sich der cross-over nach dem Objektiv 151 wieder in der gleichen Ebene 135 einstellt, wie dies im ersten Betriebsmodus der Fall ist. Es stellt sich dann auch, bei im wesentlichen gleicher Erregung der Feldlinse 137 das Zwischenbild wieder in der gleichen Ebene 139 ein, wie in dem ersten Betriebsmodus. Damit ergibt sich auch im zweiten Betriebsmodus wiederum auf dem Detektor 145 ein im wesentlichen scharfes Bild der Objektebene 25, ohne das dabei die Erregung des Projektivs 141 wesentlich geändert werden muß.

Aus dem Vergleich der 14 und 16 ist ersichtlich, daß zwei grundsätzlich unterschiedliche Geometrien von Linsen aus drei Elektroden notwendig wären, um in beiden Betriebsmoden eine optimale Abbildung zu erreichen.

Die mehreren Blendenelektroden 155 des Stapels 151 bzw. der Objektivlinse stellen hingegen ausreichend Freiheitsgrade bereit, um das Objektiv für beide Betriebsmoden im Hinblick auf eine Abbildungsqualität zu optimieren. Dies wird auch aus folgender Überlegung deutlich:

In beiden Betriebsmoden ist der Abstand &Dgr;Z zwischen der Objektebene 25 und der dieser nächsten Aperturblende 155 gleich. Da in dem ersten Betriebsmodus die Elektronen beim Eintritt in den Stapel eine höheren kinetische Energie aufweisen, ist auch das Gewicht der Linsenwirkung im Vergleich zum zweiten Betriebsmodus näher an die Objektebene verlagert, wie dies aus einem Vergleich der Erregungsmuster der 14 und 16 bzw. der Graphen in den unteren Teilen der 13 und 15 ersichtlich ist. Dies führt aber auch dazu, daß ein elektrisches Feld, welches von den erregten Aperturblenden 155 im inneren des Stapels erzeugt wird, durch die Öffnung 157 in der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 155 hindurchdringt und bis zu der Objektebene 25 reicht. Das durchdringende Feld ist in der Objektebene ausreichend inhomogen und wirkt damit ebenfalls fokussierend auf die dort austretenden Sekundärelektronen. Dies wird deutlich aus der kurz nach der Objektebene 25 einsetzenden Krümmung der gestrichelten Feldbahn in 14.

In dem zweiten Betriebsmodus ist dieser Effekt nicht von großer Bedeutung, da die der Objektebene 25 nächstliegende erregte innere Aperturblende 155 mit größerem Abstand von der Objektebene 25 angeordnet ist als in dem ersten Betriebsmodus. Entsprechend dringt auch ein durch diese erste erregte Aperturblende 155 erzeugtes elektrisches Feld in wesentlich geringerem Maße durch die der Objektebene 25 nächste Aperturblende hindurch bis zu der Objektebene und übt dort entsprechend eine im wesentlichen vernachbläßigbare fokussierende Wirkung auf die Sekundärelektronen aus. Dies ist aus dem im wesentlichen gradlinigen Verlauf des Feldstrahls bis in den Plattenstapel 51 hinein ersichtlich.

Daraus wird deutlich, daß in den beiden Betriebsmoden die Aperturblenden 155 des Stapels 151, um eine optimale Abbildung der Objektebene 25 auf den Detektor 145 zu erzeugen, in charakteristisch verschiedener Weise erregt werden müssen, wozu allerdings der Aufbau der Objektivlinse als Linsenstapel 51 ausreichende Freiheitsgrade bietet.

Das Verlagern der Hauptlinsenwirkung näher hin zu bzw. weiter weg von der Objektebene 25 kann auch als eine Arbeitsabstandsänderung der Linsenwirkung betrachtet werden, ohne daß hierzu ein Abstand zwischen dem Objektiv bzw. dem Stapel 51 und der Objektebene 25 mechanisch verändert werden muß.

In 17 ist eine Variante des Linsenbaugruppenstapels gemäß 12 dargestellt. In 12 stellen die einzelnen Linsenbaugruppen jeweils eine elektrostatische Linse bereit. Die in 17 gezeigte teilchenoptische Vorrichtung 1 umfasst hingegen einen Stapel 151 aus mehreren Linsenbaugruppen 153, welche jeweils ein Paar von kreisrunden planen Polschuhen 152 umfassen, welche radial außen durch ein zylindrisches Joch 154 magnetisch geschlossen sind. Zwischen einem jeden Paar von Polschuhen 152 ist eine Stromleiterwicklung 156 vorgesehen, welche durch in 17 nicht dargestellte einstellbare Stromquellen gespeist werden, um zwischen den jeweils benachbarten Polschuhen 152 einstellbare magnetische Felder zu erzeugen. Die fokussierenden Wirkungen dieser Felder erfährt ein Strahl geladener Teilchen nacheinander, wenn er den Stapel 51 entlang einer Symmetrieachse z desselben durch Aperturöffnungen 158 der Polschuhe 152 durchläuft.

Dieser Stapel von magnetisch wirkenden Linsenbaugruppen kann alternativ zu den elektrostatischen Linsenstapeln in einem Elektronenmikroskop entsprechend 14 und 16 eingesetzt werden.

Das Elektronemikroskopiesystem 131, dessen Strahlengang in den 14 und 16 dargestellt ist, bildet die Objektebene 25 flächig ortsabbildend auf den Detektor 145 ab. Somit ist das System einsetzbar beispielsweise in einem Transmissionselektronenemikroskop (TEM), in dem das Objekt von einer dem Stapel 151 bezüglich der Objektebene 25 gegenüberliegenden Seite beleuchtet wird. Es ist jedoch auch möglich, einen Primärelektronenstrahl mit einer Strahlweiche in den in den 14 und 16 dargestellten Strahlengang einzukoppeln, so daß die Beleuchtung der Objektebene 25 durch das Objektiv 51 mit Primärelektronen durch die Objektivlinse 51 hindurch erfolgt ("LEEM", "SEEM") . Es ist auch möglich, die Objektebene 25 mit einem Photonenstrahl zu beleuchten, um Photoelektronen aus dem Objekt auszulösen. Der Photonenstrahl kann beispielsweise über einen Spiegel in das Objektiv 151 eingekoppelt werden.

In 18 ist eine Objektivlinse 251 eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) schematisch dargestellt, bei dem ein Primärelektronenstrahl 253 in 18 von oben in die Objektivlinse 251 entlang einer optischen Achse 231 des Objektivs 251 eingeschossen wird. Der Strahl 253 wird fokussiert, und zwar zum einen durch die Wirkung einer magnetischen Fokussierlinse 255 und zum anderen durch die Wirkung einer elektrostatischen Fokusierlinse 157. Die elektrostatische Fokusierlinse 257 weist einen Aufbau auf, wie er bereits im Zusammenhang mit 12 erläutert wurde. Ebenso sind die mehreren Aperturblenden 155 der elektrostatischen Linse 257 durch eine in 18 nicht gezeigte Steuerung einzeln ansteuerbar, um die Fokussierwirkung zu optimieren.

Selbst wenn sich das magnetische Feld durch unterschiedliche Erregung der magnetischen Fokussierlinse 255 infolge von Sättigungseffekten oder ähnlichem nicht in Axialrichtung verlagern würde, stellt der Linsenstapel der elektrischen Fokussierlinse 257 wiederum Freiheitsgrade bereit, um das Objektiv 251 im Hinblick auf verschiedene Betriebsmoden anzupassen, in denen beispielsweise unterschiedliche Fokussierungen, Arbeitsabstände oder Extraktionsfelder zur Probe hin ausgewählt werden.

Die magnetische Fokusierlinse 255 umfasst einen konischen äußeren Polschuh 259 und einen ebenfalls konischen inneren Polschuh 261, welche durch ein Magnetjoch 263 radial außen geschlossen sind. Radial innen ist zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh 261, 259 ein axialer Spalt ("gap") 265 bereitgestellt. Zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh 261 und 259 ist eine Magnetwicklung 267 vorgesehen, um einen magnetischen Fluß in den Polschuhen zu erregen, dieser tritt an dem Polschuhspalt 265 aus und wirkt fokussierend auf den Primärelektronenstrahl 253.

Auch das Objektiv 251 ist in verschiedenen Betriebsmoden zu betreiben, welche sich durch eine Stärke der Erregung der Magnetlinse 255 unterscheiden. Hierdurch verlagert sich die magnetische Linsenwirkung unter anderem aufgrund von Sättigungseinflüssen entlang der optischen Achse 231. Dies resultiert unter anderem daraus, daß bestimmte Bereiche der Polschuhe 259, 261 bei stärkeren Erregungen in magnetische Sättigung gehen.

Damit verändert sich auch (abgesehen von einer Stärke des Magnetfelds) dessen Lage entlang der optischen Achse und damit die Fokussierwirkung der Magnetlinse 255.

Da die Magnetlinse 255 und die elektrostatische Linse 257 auf die Elektronen gemeinsam fokussierend wirken, wird die elektrostatische Linse 257 derart angesteuert, daß sie die Änderung der magnetischen Fokussierwirkung kompensiert und damit die elektrostatische 257 und die magnetische 255 Fokusierlinse gemeinsam eine gleichbleibende Linsenwirkung unabhängig von der Erregung der Magnetlinse 255 bereitstellen, weshalb das Objektiv 251 in beiden Betriebsmoden mit hoher und im wesentlicher gleichbleibender Auflösung betrieben werden kann.

In 18 ist weiter noch eine Sekundärelektronendetektor 255 oberhalb der magnetischen Fokusierlinse 255 dargestellt, welcher von dem Primärelektronenstrahl 253 zentral durchsetzt wird. Ferner zeigt 18 noch eine Ablenkeinrichtung 267 zur Auslenkung des Primärelektronenstrahls in der Objektebene 25, um durch abtasten der Objektebene 25 mit dem Detektor 165 ein elektronenmikroskopisches Bild der Objektebene 25 zu erzeugen.

In 19 ist eine Variante einer Linsenbaugruppe 153 dargestellt, welche in dem Stapel 51 gemäß 12 einsetzbar ist. Die Linsenbaugruppe 153 der 19 umfasst eine isolierende kreisrunde Trägerplatte 155 mit einer zentralen Aperturöffung 157. Auf der elektrisch isolierenden Platte 155 sind vier Sektorelektroden 271 aufgebracht, welche voneinander isoliert sind und welchen von einer Steuerung Spannungen unabhängig voneinander zugeführt werden können. Damit ist die Linsenbaugruppe 153 der 19, wenn sie in den Stapel gemäß 12 eingefügt wird, als Quadrupollinse betreibbar und kann Korrekturen an dem den Stapel durchsetzenden Elektronenstrahl vornehmen.

Wenn zwei Elektroden 171 mit einer gemeinsamen Spannung beaufschlagt werden, wirkt die Anordnung ebenfalls als Strahlablenker und kann gegebenenfalls den Strahlablenker 167 der 18 ersetzen.

Es ist auch möglich statt der vier Sektorelektroden 171 eine höhere Anzahl von Sektorelektroden vorzusehen, um Felder mit Hexapolsymmetrie oder höher zu erzeugen.

Zusammenfassend wird eine teilchenoptische Vorrichtung vorgeschlagen, um einen Strahl geladener Teilchen auf eine Objektebene zu richten oder die Objektebene mit dem Strahl auf eine Bildebene oder Zwischenbildebene abzubilden. Die Vorrichtung umfasst einen Stapel aus Linsenbaugruppen, welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbarere Ablenkfelder bereitzustellen.

Eine jede Linsenbaugruppe stellt wenigstens ein Feldquellelement für ein magnetisches oder elektrisches Feld bereit.

Insbesondere können zwei Reihen von mehreren Feldquellelementen pro Linsenbaugruppe bereitgestellt sein.


Anspruch[de]
  1. Teilchenoptische Vorrichtung zum Richten eines Strahls geladener Teilchen auf eine Objektebene (25) oder zum teilchenoptischen Abbilden einer Objektebene (25) in eine Bildebene (143) oder Zwischenbildebene (139), wobei die teilchenoptische Vorrichtung einen Stapel (151) von Linsenbaugruppen (153) umfaßt, wobei die Linsenbaugruppen (153) in Strahlrichtung mit Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind, um für die geladenen Teilchen eines den Stapel durchsetzenden Strahls (107) nacheinander einstellbare Ablenkfelder bereitzustellen, wobei die Linsenbaugruppen (153) jeweils eine quer zur Strahlrichtung orientierte Platte (155) mit einer Blendenausnehmung (157) für einen Durchtritt des Strahls und wenigstens ein Feldquellelement (13) zur Bereitstellung eines Ablenkfeldes auf die Teilchen des Strahls umfassen.
  2. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feldquellelemente eine erste Feldart aus magnetischem und elektrischem Feld bereitstellen, wobei die Vorrichtung ferner eine Zusatzlinsenbaugruppe umfaßt, um auf den Strahl ein zusätzliches Ablenkfeld einer von der ersten Feldart verschiedenen zweiten Feldart aus magnetischem und elektrischem Feld bereitzustellen, und wobei die Zusatzlinsenbaugruppe und der Linsenbaugruppenstapel relativ zueinander fest angeordnet sind.
  3. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Linsenbaugruppenstapel ein einstellbares Ablenkfeld in der Objektebene bereitstellt.
  4. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Blendenausnehmung eine Axialsymmetrie, insbesondere Rotationssymmetrie aufweist.
  5. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Platte eine Metallplatte ist.
  6. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an der Platte eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Feldquellelementen vorgesehen ist.
  7. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Stapel Linsenbaugruppen mehrere Linsenbaugruppen aufweist, deren Blendenausnehmung eine in eine Reihenrichtung langgestreckte Gestalt aufweist und die wenigstens eine in der Reihenrichtung sich erstreckende Reihe von mehreren mit Abstand voneinander angeordneten Feldquellelementen umfaßt.
  8. Teilchenoptische Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Stapel Linsenbaugruppen wenigstens eine Linsenbaugruppe aufweist, deren Blendenausnehmung eine in eine Reihenrichtung langgestreckte Gestalt aufweist und welche ein sich im wesentlichen über eine Länge der Blendenausnehmung erstreckendes zusammenhängendes Feldquellelement aufweist.
  9. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das wenigstens eine Feldquellelement der Linsenbaugruppe ein elektrisches Feld bereitstellt.
  10. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wenigstens eine Feldquellelement der Linsenbaugruppe ein magnetisches Feld bereitstellt.
  11. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Blendenausnehmung in der Platte lithographisch gefertigt ist.
  12. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Kontur des wenigstens einen Feldquellelements der Linsenbaugruppe lithographisch gefertigt ist.
  13. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Platte wenigstens einen Teil einer Treiberschaltung zum Ansteuern des wenigstens einen Feldquellelements umfaßt.
  14. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Dicke der Platte kleiner als 5 mm, vorzugsweise kleiner als 2 mm, vorzugsweise kleiner als 0,75 mm, weiter bevorzugt kleiner als 0,40 mm, ist.
  15. Teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Stapel mehr als zwei, insbesondere mehr als vier, vorzugsweise mehr als fünf, stärker bevorzugt mehr als sechs oder sieben und insbesondere mehr als zehn Linsenbaugruppen umfaßt.
  16. Lithographiesystem zur Übertragung eines Musters mittels wenigstens eines Schreibstrahls geladener Teilchen auf ein teilchenempfindliches Substrat, umfassend eine teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Mikroskopiesystem zur Erzeugung eines teilchenoptischen Abbilds eines Objekts, umfassend eine teilchenoptische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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