JPS5851384B2 - 荷電粒子ビ−ムの偏向方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は荷電粒子ビームの偏向方法に関するものである
。

一般に荷電粒子ビーム偏向走査系は、ブラウン管、テレ
ビ撮像管をはじめ、電子ビーム加工機、電子ビーム露光
機、走査型電子顕微鏡、イオン注入装置などに広く利用
されている。

本発明はこれらの分野に用いられている従来の荷電粒子
ビーム偏向系の欠点である、荷電粒子ビームの斜入斜と
色収差を除去すると共に、像の歪曲、コマ収差などの収
差の少ない偏向方法を提供するものである。

第１図と第２図は従来の偏向系の説明図である。

第３図は本発明の原理説明図である。

第１，２゜３図に３いて、Ｇは荷電粒子ビーム源、ＬＧ
はビーム源に付属した集束用電子レンズ、ＬＭとＭＯＬ
は主集束電子レンズ、Ｓは被照射面、ＤＭとＤＳは荷電
粒子ビームの偏向手段である。

なお電子レンズＬＧ、ＬＭ及びビーム偏向手段ＤＭ、Ｄ
Ｓとしては、静電型、電磁型のいずれを用いてもよい。

ＢＯ，Ｂ、Ｂ’、Ｂ“は荷電粒子ビームであり、ビーム
ＢＯは説明の便宜上平行ビームとする。

ビームＢＯは無偏向の場合にはいずれも主集束電子レン
ズＬＭ又はＭＯＬ を通過してビームＢとなり、焦点Ｐ
に結像する。

第１図の場合には、偏向手段ＤＭを作動させると荷電粒
子ビームはビームＢ′のように偏向され点Ｐ′に結像す
る。

しかしこの場合には次の３点に問題がある。

（１） ビームが点Ｐ′では被照射面に斜入射するの
で、多くの応用に不都合である（例えば電子ビーム露光
機などで照射面に凹凸があると斜入射によって位置に誤
差を生じる）。

（２）荷電粒子ビームの粒子速度に偏差がある場合には
色収差を生ずる。

すなわち速度の遅い粒子ビーム成分はビームＢ“のよう
に大角度に偏向され、Ｐ′とは異なる位置Ｐ“に結像す
る。

（３）偏向に伴いレンズＬＭと被照射面Ｓ間のビーム走
行長が増加するので、無偏向の場合には一点Ｐに集束し
ていたビームも、偏向するとＰ′では一点に結像しない
現象、すなわちコマ収差（一点に収束していたものが羞
星状に尾を引く収差）が現われる。

（４）偏向信号の強度と偏向距離（ＰとＰ′の間の距離
）が比例しない像の歪曲収差（四角が樽型又は糸巻状に
変化する収差）が現われる。

上記斜入射の問題は、第２図に示すように偏向手段ＤＭ
とは逆方向への偏向手段ＤＳを設けることにより解決さ
れ、ビームは被照射面Ｓに垂直入射するようにできるが
、上記（２）の色収差と（４）の像の歪曲収差の問題は
解決されない。

本発明は上記四つの問題点を全て解決するものであり、
以下第３図によりその原理を説明する。

第３図の主集束レンズＭＯＬは、後述する方法により、
第１図と第２図における主集束レンズ凄を電気的手段に
よって被照射面Ｓに平行に移動させるようにした電子レ
ンズである。

二組の偏向手段ＤＭ、！：ＤＳによりビームをＢＯ’の
ように平行移動させ、偏向位置Ｐ′の直上に移動した電
子レンズＭＯＬ’の中心に垂直入射するようにする。

その結果、ビームＢ′は被照射面Ｓ上の偏向位置Ｐ′に
垂直入射する。

粒子速度の相異によって生ずる色収差成分であるビーム
ＢＯ“は、移動したレンズＭＯＬの中心には入射しない
が、レンズＭＯＬ’の光軸に平行に入射するので、被照
射面Ｓ上では偏向位置Ｐ′と同じ位置に結像し、結像位
置に関する色収差は除去される。

なお色収差成分であるビームＢ Ｏ／／は、被照射面に
垂直入射しないが、色収差は通常微小「（ビーム・エネ
ルギーで数ｅｖ程度の偏動であるので、入射方向の色収
差は実際には問題にならない程度に小さい。

曾たビームが移動したＭＯＬの光軸に平行に入射するの
で、像の歪曲も除去される。

さらに第３図において、正方向偏向手段ＤＭと逆方向偏
向手段ＤＳは、平行ビーム（ＢＯ，ＢＯ’、ＢＯ“はい
ずれも平行ビームである）の部位に設けられているので
、偏向によるビーム走行路長差はその平行性に影響しな
い。

したがって走行路長差による焦点でのコマ収差は除去さ
れる。

次に主集束レンズＭＯＬの位置を移動させる方法につい
て説明する。

以下主集束レンズは説明の便宜上電磁レンズとし、無偏
向時のレンズＭＯＬを形成する磁界ベクトル場を％とす
る。

レンズの中心軸がＸ方向、Ｙ方向にそれぞれＸｄ、ｙｄ
だけ移動したときの磁界Ｈは、数学的に次式で記述でき
る。

Ｈ−ＨＯ（ａ％／ｃ９ｘ）ｘｄ（θ曳／ａｙ）ｙｄ＋Ｖ
２（θ２Ｈｏ／ａＸ２）Ｘ２ｄ＋１／２（θ２Ｈｏ／ａ
ｙ２）ｙ２ｄ＋・・・・・・・・・ こＳで、移動量Ｘｄ、ｙｄが小さいときには、このティ
ラー級数の第４項以降は小さいのでこれらを無視すると
、 Ｈ−也＋ＨＸ−Ｘｄ＋Ｈｙ−ｙｄ たマしＨＸ ＝−δＨｏ／θＸ）、Ｈｙコニ−θＨる／
θｙ） となる。

一方、ＸとＹ方向の偏向電流を■工、■アとすると、偏
向距離はこれらに比例し、ｋを偏向感度とすれば、それ
ぞれＫＩＸ、ＫＩｙであるから、レンズを偏向距離だけ
移動させるには、 Ｈ二馬＋ＨＸ−ＫＩＸ＋Ｈｙ、ＫＩｙ となり、上式の第２、第３項による磁界ベクトル場を偏
向電流■え、エアによって形成すればよい。

以上のことが、物理的に実現できることは、△Ｈ＝Ｏ（
△はラプラス演算子）、故に△Ｈｘ＝△Ｈ＝Ｏであり、
ＨＸもＨｙ もラプラスの方程式を満足する磁界ベクト
ル場であることから明らかである。

な釦静電型レンズＭＯＬの場合には、磁界Ｈの代りに電
界Ｅを用いて上記と全く同様にして実現することができ
る。

次に移動集束レンズ系ＭＯＬの一例を第４図と第５図に
示す。

第４図の％は集束用電極レンズとして、しばしば使用さ
れるソレノイドコイルＣによって形成される磁界を示す
。

図中、Ｘは中心軸で、Ｘ軸は紙面上に、ｙ軸は紙面に垂
直とする（右手系）。

これを斜めから見ると第５図のコイルＣのようになり、
このコイルＣには直流工。

を流すことにより磁界側が発生する。

この磁界ものＸに関する微分Ｈｘ＝ａＨ，ヮ１０Ｘは磁
界のＸ方向成分を示し、第４図に示すようにソレノイド
コイルＣの両端で＋Ｘ方向（又は−Ｘ方向）と−Ｘ方向
（又は＋Ｘ方向）に向う磁界となり、この磁界は第５図
のようにコイルＣ１ｘとＣ２ｘに偏向電流Ｉｘを流すこ
とによって発生させることができる。

コイルＣ１ｘとＣ２ｘは、それぞれ通常の電磁偏向用磁
界を発生させるコイルと同形である。

ただし、通常の電磁偏向では、Ｘ方向にビームを偏向さ
せるのに、それと直角のＹ方向の磁界を用いるが、本発
明では、集束レンズＭＯＬの移動用の磁界は、移動方向
Ｘと平行（＋ｘ方向上端）又は逆平行（−ｘ方向下端）
方向の磁界を印加する点が異っている。

第６図は、第４図と第５図の移動集束レンズＭＯＬ を
第３図の本発明に釦ける偏向系に適用した場合のＸ方向
偏向コイルの配置を示すものである。

ｙ方向偏向コイルの配置も同様である。中心軸に沿って
入射する平行ビームＢＯを＋Ｘ方向に偏向するには、１
ず偏向手段ＤＭの＋ｙ力方向磁界によって＋Ｘ方向に偏
向し、次いで偏向手段ＤＳの−ｙ方向磁界でビームの方
向を中心軸に平行に戻すが、ここでビームは＋Ｘ方向に
平行移動している。

移動焦点レンズＭＯＬの中心は偏向手段ＤＭ、ＤＳに流
れる電流Ｉｘによって、上記と同一量だけ＋Ｘ方向に移
動しており、これによって垂直入射でかつ色収差と像の
歪曲やコマ収差がなく、所要の偏向位置Ｐ′にビームが
収束する。

第６図にち゛けるＤＳとＣ１ｘのコイルは重ね合わせて
一個のコイルにしてもよい。

その場合の複合コイルの磁界方向は第４象限の方向（＋
Ｘ、−ｙの方向）にある。

なお実際の磁界の方向の角度は各磁界の方向成分の強度
比によって定する。

以上説明したように本発明は、偏向した荷電粒子ビーム
を、偏向位置に移動した電子光学的レンズにその光学的
中心軸に平行に入射せしめ、そのレンズの焦点位置に荷
電粒子ビームを収束せしめるものであり、ビームの斜入
射と色収差ならびにコマ収差と像の歪曲収差が解消する
顕著な効果を有する。

なお、偏向に伴う非点収差と像面の曲り（焦点面が平面
ではなく球面となる収差）は、本発明単独では除去され
ないが、これを除去するには周知の動的焦点補正（Ｄｙ
ｎａｍｉｃ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ）と動的非点収差補正
（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｔｉｇｍａｔｉｏｎ）を併用すれ
ば、偏向に伴う３次（５ｅｉｄｅｌ ）収差が全くな
い偏向系が得られる。

また、ＬＳＩ 、超ＬＳＩ など高密度集積回路の製
造に適した荷電粒子ビーム投射方法（特願昭５０−１２
７８３３号）が提案されているが、この方法に本発明の
偏向方法を適用する場合には、極めて多くの効用をもた
らす。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は従来の荷電粒子ビーム偏向系の説明図
である。 第３図は本発明の原理説明図である。 第４図と第５図は本発明に用いる移動集束レンズ系の一
例を示す説明図である。 第６図は第４図と第５図に示す移動集束レンズを第３図
の本発明の偏向系に適用した場合の偏向コイルの配置を
示す図である。 図中の記号 Ｇ・・・荷電粒子ビーム源、ＤＭ。 ＤＳ・・・ビーム偏向手段、ＭＯＬ・・・主集束電子レ
ンズ、ＢＯ，ＢＯ’、ＢＯ“・・・平行荷電粒子ビーム
、Ｓ・・・被照射面、Ｐ、Ｐ’、Ｐ“・・・結像点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 偏向位置に移動した電子光学的レンズの光学的中心
   軸に平行に入射するよう荷電粒子ビームを偏向させ、そ
   のレンズの焦点位置に荷電粒子ビームを収束せしめるこ
   とを特徴とした荷電粒子ビームの偏向方法。 ２ 無偏向時の電子光学的レンズを形成している電磁界
   に、偏向信号により発生せ１．められそして移動方向へ
   の前記の電磁界の空間微分により決定される電磁界を重
   畳して、電子光学的レンズの偏向位置への移動を行う特
   許請求の範囲第１項に記載の荷電粒子ビームの偏向方法
   。