Устройство для создания пучка заряженных частиц с изменяемой формой сечения Советский патент 1991 года по МПК H01J37/30 

Изобретение относится к электронно- оптическим и ионно-оптическим устройствам с изменяемой формой сечения пучка и может быть использовано, например, в установках электронно- и ионно-лучевой литографии.

Целью изобретения является повышение производительности устройства и уменьшение искажений формы пучка.

Для этого в устройстве для создания пучка заряженных частиц с изменяемой формой его сечения, содержащем осветитель, две фигурные диафрагмы, многоярусную систему отклонения пучка, состоящую из последовательно расположенных по ходу пучка ярусов, каждый из которых выполнен в виде двухкоординатного отклоняющего элемента, и уменьшающую систему, система отклонения выполнена четырехъярусной, при этом соседние ярусы системы отклонения включены противофазно, а между средними ярусами размещены фигурные диафрагмы, причем расстояние между диафрагмами выбрано из условия I Р Ул:В

и --Т

Омакс

О)

О

s|

VI vj GO Јь

где I - расстояние между диафрагмами, м;

Ьмакс - максимальный поперечный размер пучка после диафрагмы, м;

I - требуемая плотность тока в пучке, А/м2;

В - электронная (или ионная) яркость осветителя А/ (м2. стер);

Р-относительная нерезкость края, рав5ная Р -д ;

Омакс

S - допустимая ширина зоны полутени, м.

В частности, при этом ярусы системы отклонения выполнены удовлетворяющими условиям

( Ц - L2 ) 13 04 И. °2 L4-22(2)

( Ц - U3 j L2 СН 12 01 : U3 04

где Qt, 0.2, Оз, Q4 - соответственно чувствительность отклонения (по углу) первого, второго, третьего и четвертого ярусов системы отклонения;

,L2,L3,U расстояние от центра соответственно первого, второго, третьего и четвертого яруса до ближайшей диафрагмы.

Математическое выражение (1) получено (с учетом инвариантности электронной яркости) из известных формул, одна из которых определяет плотность тока в пучке через апертурный угол и электронную яркость, а вторая - величину размытия края теневого изображения в зависимости от апертурного угла и расстояния до точки наблюдения.

Минимальное значение отношения

-j определяется возможностями изгоОмакс

товления устройства, а также значениями коэффициентов аберраций используемых отклоняющих систем и техническими требованиями к устройству для формирования пучка в части резкости края пучка и допуска на отклонение формы пучка от заданной.

Выражение (2) получено из формул геометрической оптики, исходя из требования постоянства угла входа пучка в уменьшающую систему, при использовании одного ис- точника отклоняющего тока (или напряжения) для питания всех четырех ярусов системы отклонения.

На фиг,1 показана схема устройства; на фиг.2 - сечения пучка в разных плоскостях,

Устройство для создания пучка заряженных частиц с изменяемой формой его сечения содержит осветитель 1, создающий пучок заряженных частиц 2, четырехъярусную систему 3 отклонения пучка, две фигурные диафрагмы 4, 5 и уменьшающую систему 6. Система отклонения пучка состоит из последовательно расположенных по ходу пучка 2 ярусов 7-10, каждый из которых выполнен в виде двухкоординатного отклоняющего элемента. Соседние ярусы системы 3 отклонения включены противо- фазно. Между средними ярусами 8 и 9 системы 3 отклонения размещены фигурные диафрагмы 4 и 5.

Устройство работает следующим образом,

Осветитель 1 создает пучок заряженных частиц 2 круглого сечения 11. При отсутствии возбуждения в системе отклонения ось

этого пучка проходит через центры фигурных (например, квадратных) диафрагм 4 и 5 и совпадает с осью уменьшающей системы 6.

Освещающий диафрагму 4 пучок заряженных частиц 2 формируется таким, чтобы его диаметр существенно превышал поперечный размер диафрагмы 4, что обеспечивает постоянство плотности тока в пределах

0 формируемого пучка, Вследствие ограничения пучка диафрагмой 4 пучок, имевший перед диафрагмой круглое сечение 11, после нее приобретает фигурную (например, квадратную) форму 12. При отсутствии наклона

5 освещающего пучка заряженных частиц расположенная за диафрагмой 4 фигурная диафрагма 5 не ограничивает сформированный диафрагмой 4 пучок и он свободно проходит в уменьшающую систему 6,

0 формирующую на обрабатываемом изделии уменьшенное изображение фигурной диафрагмы 4 (например, квадратное пятно). Для изменения формы пучка возбуждается четырехъярусная отклоняющая система 3.

5 Например, возбуждены элементы, обеспечивающие отклонение по одной координате. Тогда ярус 7 отклоняет пучок 2 от оптической оси системы, и ярус 8 возвращает его к оси таким образом, чтобы ось осве0 щающего пучка 2 пересекла оптическую ось системы вблизи от плоскости диафрагмы 4, что обеспечивает постоянство плотности тока в формируемом пучке при любом изменении его формы.

5При наклоне пучка 2, выходящего из диафрагмы 4, пучок смещается относительно диафрагмы 5, вследствие чего диафрагма 5 обрезает часть пучка, прошедшего через диафрагму 4. При этом сечение пучка приобре0 тает форму 13. Величина обрезаемой части пучка растет с ростом наклона пучка, что позволяет изменять ширину пучка от максимальной величины практически до нуля (до заданной малой величины S).

5 Ярус 9 наклоняет сформированный пучок к оси так, что ось пучка пересекается с осью системы вблизи от центра яруса 10, а ярус 10 выводит ось пучка на оптическую ось уменьшающей системы 6, формирующей на

0 обрабатываемом изделии прямоугольное пятно 14.

Аналогичным образом производится изменение формы пучка по второй координате путем отклонения пучка в перпендику5 лярной плоскости, В результате того, что в предлагаемом устройстве (в отличие от прототипа) все ярусы отклоняющей системы размещаются вне зазора между фигурными диафрагмами, расстояние между указанными диафрагмами может быть сделано достаточно малым (например, 1 мм), так как оно не определяется (как в прототипе) продольной протяженностью размещаемой между диафрагмами отклоняющей системы. Выбор расстояния между диафрагмами в соот- ветствии с входящим в формулу математическим выражением (1) позволяет при сохранении той же резкости края изображения, что и в известных устройствах, повысить плотность тока в пучке, а следовательно, и производительность примерно на два порядка за счет увеличения апертуры освещающего пучка на порядок,

Другим преимуществом предлагаемого устройства является то, что в нем практически отсутствуют ограничения ня осевую протяженность отклоняющих элементов, используемых во всех ярусах отклоняющей системы. Это позволяет использовать в уст- ройстве малоаберрационные элементы, имеющие большую осевую протяженность, и снизить, в результате этого искажение формы пучка (по сравнению с прототипом) при изменении формы пучка до пренебре- жимо малого уровня.

При использовании для питания системы отклонения восьми независимо управляемых источников питания (например, управляемых от ЭФМ цифроаналоговых преобразователей) требуемый режим работы устройства может быть реализован при произвольных расстояниях ярусов системы отклонения от фигурных диафрагм и произвольных значениях чувствительности откло- нения каждого яруса. Однако, если на размещение ярусов отклонения и их чувствительность наложено условие (2), то для обеспечения работы устройства достаточно двух источников питания(по од- ному на каждую координату). При этом при использовании магнитного отклонения все ярусы, работающие по одной координате, должны быть включены (с учетом приведенной в формуле изобре- тения фазировки) последовательно с источником питания, а при использовании электростатического отклонения - параллельно.

Формула изобретения 1. Устройство для создания пучка заряженных частиц с изменяемой формой сечения, содержащее осветитель, две фигурные диафрагмы, многоярусную систему отклонения пучка, состоящую из последовательно расположенных по ходу пучка ярусов, каждый из которых выполнен в виде двухкоор- динатного отклоняющего элемента, и уменьшающую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности устройства и уменьшения искажений формы пучка, система отклонения выполнена четырехъярусной, с противофазным включением соседних ярусов, фигурные диафрагмы размещены между средними ярусами, причем расстояние между диафрагмами выбрано из условия

2

где I - расстояние между диафрагмами, м;

ймакс - максимальный поперечный размер пучка после диафрагмы, м;

i - требуемая плотность тока в пучке, А/м2;

В - электронная (или ионная) яркость осветителя, А/(м2. стер);

Р - относительная нерезкость края, равная Р --:

Омакс

S- допустимая ширина зоны полутени, м.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью упрощения управления системой отклонения за счет уменьшения количества источников питания, ярусы системы отклонения при малых углах отклонения выполнены удовлетворяющими условиям

( И - L2 ) L3 0Ј . И. 02 . Оз/ ч ( U - L3 ) L2 Q1 L2 Q1 Цз Q4

где Qi, Q2, Оз, Q4 соответственно чувствительность отклонения (по углу) первого, второго, третьего и четвертого ярусов системы отклонения;

U, 1.2, La, U - расстояние от центра соответственно первого, второго, третьего и четвертого яруса до ближайшей диафрагмы.

Г

Изобретение относится к электронно- оптическим и ионно-оптическим устройствам с изменяемой формой сечения пучка и может быть использовано в установках электронно- и ионно-лучевой литографии. Целью изобретения является повышение производительности устройства и уменьшение искажений формы пучка. Устройство содержит две фигурные диафрагмы и многоярусную систему отклонения пучка. Система отклонения выполнена четырехъярусной. Между средними ярусами размещены фигурные диафрагмы, причем расстояние между диафрагмами выбрано из условия, приведенного в описании. Изменение формы пучка осуществляется за счет прохождения пучка через две диафрагмы под различными углами. Изменение угла прохождения пучка через диафрагмы обеспечивается четырехъярусной системой отклонения.