JPS6019621B2 - 偏向対物レンズ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、偏向対物レンズ、即ちターゲットの上に電子
線東を焦準するとともに偏向させるための、電磁的結像
レンズと偏向システムとを備えた装置に関する。

本発明は粒子線照射装置、とくに種々の電子線リングラ
フィ装置において利用することができる。上記の応用分
野の電子線装置では、ターゲットの上に、例えばマイク
ロリングラフィ用の種々のパターンを表面薄層中に作り
出す等のための電子プローブを形成させるために、線発
生中系中で作られる極めて細い断面（クロスオーバー）
の線か、又は種々の絞りで絞られた面積光が電子光学的
レンズシステムを用いて縮小してターゲットの上に結像
され、そして最後の結像段階の光路に設けられた偏向シ
ステムによって制御プログラムにより予め指定された箇
所に結像される。

最後の結像段階は、結像レンズと偏向システムとの組合
せであり偏向対物レンズと呼ばれ、これにはさまざまな
実施形式がある。

公知の電子線装置では結像レンズとして共軸に配置され
た電流を流すコイルが用いられる。このコイルは鉄製外
套でトロィド状に囲まれている。これはその内側に軸と
平行の方向に開かれた間隙があり、それによって鉄磁気
回路中に導かれた磁束は光軸を囲んでいる空間中に出て
行き、ここに磁場を形成することができるようになる。
鉄磁気回路の上言己の間隙を形成する限定部材は磁極片
と呼ばれる。結像レンズの磁界の形状を本質的に定める
パラメー外ま両方の極片孔の直径と間隙幅（極片間距離
）とである。偏向システムは結像レンズの電磁場の前方
、中央又は後方に設けることができる。

磁気的又は電気的に作用可能である。磁気作用方式の偏
向システムが好んで用いられる。偏向システムの形状寸
法が、限定された範囲でのみ僅かに偏向収差が現われる
ように作られている種々の方法や装置が発表されている
。この場合には、偏向収差とくに偏向歪の修正の目的で
偏向場と対物レンズ場との重畳が必要であることが明ら
かにされている。さらにまた偏向対物レンズはこれが大
きな偏向範囲（加工城）を収差なく可能にすべきときは
ターゲット距離、即ち、最終極片とターゲットとの間の
距離を大きくすることが必要であり従って焦点距離が長
くならざるを得ない。しかし焦点距離の長いレンズの光
学的性能は磁場の光軸にそった半値幅がおよそのオーダ
ーでほぼ焦点距離程度の大きさであるときのみ良好であ
る。偏向対物レンズの公知の実施形式の一つにおいては
、必要な鞠方向の場合長さが対応的に大きな間隙幅によ
って達成される（西独特許出願公開第２４４９０００号
）。

この場合に、レンズ巻線の製造公差に伴う非対称性の影
響と偏向システムの高周波場により譲導される渦電流に
よる害作用とが欠点であることが示されている。これら
の欠点を除くために、交互に多数の非導電性磁性リング
と非導露性リングとからなる中空シリンダ状遮蔽手段を
レンズの間隙中に設けることが提案されている（西独特
許出願公開第２５５５７４４号）。この装置の欠点は、
それらの磁性リングを最高の精度で製作しなければなら
ず、しかもこれらは磁気的に極めて均質な材料でできて
いる必要があり、その磁気的挙動はしンズ巻線の磁束の
作用のもとで厳密な回転対称性から何らの偏差を示しそ
はならないと言うことである。光軸に沿って延びる湯を
得るためのもう一つの可能な手段は、磁極片間隙を小さ
くし、また夕−ゲット側極片孔を小さくすると共に他方
の極片の内孔を大きくすることによりなる（米国特許第
総０１７９２）。

このような実施形式は、多くの欠点を持っている。極片
直径が大きくなると励磁コイル及び鉄磁気回路の直径が
大きくなり、このことは消費電力及び重量の増大をまね
き、また従って材料経費の増大を意味する。本発明の目
的は、上述のような公知の技術的方式の示す諸欠陥を持
たず、それによって生産性の向上が保証されるような装
置を提供することである。

電子線露光装置に本発明を利用することによって加工面
積を著しく拡大することが可能となるので、テーブル移
動時間を省略でき、且つまた偏向対物レンズ製作の際の
材料経費を低下させることができるであろう。本発明の
課題は、精度および露光速度を損なわずに加工面積を数
倍にも拡大させるこせとを可能とするような、電子線東
の偏向と篤準（Ｆｏｋ順一ｓｌｅｍｎｇ）とを行なうた
めの偏向対物レンズを作り出すことである。

場を作るレンズ巻線の励磁のための消費電力及びその磁
場形成用鉄磁気回路の材料経費は在来の偏向対物レンズ
の場合の各要求条件に比べて大きくはならない。さらに
その高周波偏向場が鉄磁気回路及びレンズのその他の導
電性部分に及ぼす反作用を回避してそれにより電子線東
に二次障害が現われないようにすると言うことも課題で
ある。上記の課題は、電磁的結像レンズとこの結像レン
ズの磁界中に配置された偏向システムとから構成されて
おり、その際上記結像レンズとして、外側シリンダ、内
側シリング、床板および蓋板よりなり且つ間隙を有する
鉄外套によりトロィド状に敬囲まれた励磁コイルが用い
られるような、種々の粒子線装置、中でも電子線リング
ラフィ用の電子線露光装置のための偏向対物レンズにお
いて、上言己鉄外套の間隙が上記蓋板中に外側シリンダ
に沿って形成されていることによって解決される。

こうしてこの課題を満足する半径方向間隙対物レンズの
原型が生じる。外側シリンダの鞠方向の長さが偏向シス
テムの軸方向の長さより大きく、また外側シリンダが偏
向システムの上方に穿孔の設けられた鉄板によって閉じ
られているならば有利である。

このようにすることによってレンズ空間は種々の外部妨
害磁場から遮蔽される。同様に底板に内側シリンダの内
孔直径より小さい穿孔を設けるのも同様に好都合であり
、と言うのはこれによって光学的に有効な磁場に悪影響
を及ぼすことなくそのターゲットの裁っているテーブル
の磁化が避けられるからである。

また偏向収差を消すような寸法形状の偏向システムでそ
の藤方向の長さをその中心が鉄板及び蓋板から、それぞ
れほぼ等しい間隔だけ隅つているように作ってあるもの
を用いるのも有利である。

鉄外套と導電体との距離があらゆる方向で大きいことに
よって鉄材中の誘導渦電流の影響は大きく低減される。
前述例 第１図 中間像面１の上方にある図示していないコンデンサシス
テムから線源（クロスオーバー）が、又は粒子線限定絞
りによって特定形状の断面の粒子線が結像レンズ２によ
ってターゲット面３の上に結像される。

結像レンズの磁界は励磁コイル４内の電流によって作り
出される。励磁コオル４は鉄製外套によってトロィド状
に囲まれている。この外套は底板（下側極片板）５、外
側シリンダ６、鉄磁気回路蓋板７及び内側シリンダ（上
側極片シリング）８から構成されている。この外套はそ
の内側に軸と平行の方向に開いた間隙９を有してそれに
より鉄磁気回路中に導かれた磁束が光軸を囲む空間へこ
の間隙の高さのところに出て行き、そこに磁場を形成す
ることができるようになっている。下側極片板５の穿孔
１８と上側極片シリンダ８の内孔直径１９とが間隙９の
幅とともに結像レンズの磁界形状を決定する。偏向シス
テム１０は、図示していない露光制御論理回路によって
Ｄ−Ａ変換器を介して偏向システム内の電流を制御して
、ターゲットへの粒子線軌跡を加工面内の任意の位置に
調整することを可能にする。

その位置と長さとは偏向収差が最小となるように設定さ
れている。電子線露光装置の作業能力は加工面積の大き
さと偏向速度の大きさとによって定まる。

これら両方の大きさは、露光範囲の中心からターゲット
までの距離によって左右されるが、これは偏向角度を小
さくするためにできるだけ大きい方がよいであろう。も
し偏向対物レンズの形状寸法（極片形状）の変更を行な
わずにターゲット距離のみを大きくするときは、ターゲ
ット面における露光強度損失が極めて大きくなり、と言
うのは球面収差がターゲット距離の増大と共に急激に大
きくなり、線東の関口を小さくすることによってしか除
くことのできない結像ぼけがもたらされるからである。
この望ましくない挙動に対しは、その極片形状と励磁コ
イルとによって作り出される露光範囲を本発明に従って
鞠方向へ拡大することによって成功裡に対処できる。実
施例 第２図 本発明に従うラジアル方向間隙対物レンズの原型は、第
１図に示した従釆の型から出発し、そして鉄磁気回路に
下記の変更を加えたものである。

底板（下側極片板）５からターゲット面３までの距離は
、光軸に垂直に機械的に精密に移動できるターゲットの
諸条件のもとで可能なだけ４・さく保つ。第１図に７で
示したものに対応する第２図の鉄磁気回路蓋板１１の外
直径は小さくしてあり、それにより外側シリンダ６と蓋
板１１との間に間隙１２が半径方向に生じるようにする
。

内側シリング（上側極片シリンダ）８は蓋板１１及び励
磁コイル４とともに底板上に載っており、従って原ヱア
ギャップ９はなくなっている。露光範囲を遮蔽するため
に外側シリンダ６は上方へ引き延ばされており、そして
穿孔１７を備えた鉄板１３によって中間像面１の下方で
閉じられている。この鉄板は場合によっては後続の構造
単位の部分であってもよい。第１図の在来型の対物レン
ズの磁界形成極片の機能を第２図のラジアル方向間隙対
物レンズの場合は蓋板１１及びこれに対向している延長
された外側シリンダ６の部分が引受けている。外側シリ
ンダ６の内直径は内側シリンダ８の内直径のほぼ２倍の
大きさであり、そしそ軸方向の露光範囲は約２倍に拡大
されている。この場合励磁コイル寸法も鉄外套の外直径
も変更する必要かない。もう一つの利点は、鉄磁気回路
による高周波偏向場の遮蔽であり、これは偏向システム
の導電体と鉄磁気回路の隣接部との間隔が本質的に大き
くなっているからである。

第３図 三段偏向システム１４，１５，１６を用いる場合はこの
遮蔽がさらに本質的によくなり、これは三段偏向システ
ムの偏向収差回避上最適の位置が中間像面１の方向に移
動しており、従ってまた導蚤体と鉄磁気回路の隣接部分
との距離があらゆる方向で大きいからである。

三段偏向システム１４，１５，１６の寸法ぎめの際には
ラジアル間隙対物レンズの磁場形成回路の形状がとくに
重要になる。更に、東独特許第１３５３１１号の第３図
および明細書第１１頁１６〜２１行に記載された方法を
用いるときは、内側シリンダ８の内孔直径１９と上記延
長された外側シリンダ６の穿孔直径との比率を選んで、
三つの偏向収差、偏向色収差、偏向コマ及び偏向非点収
差を同時に消滅させながら各段の偏向電流を等しくする
ことができる。内側シリンダ８の内孔直径を変えること
はターゲット面３における底板５の穿孔１８の場遮蔽作
用に何ら影響を及ぼさず、また鱗方向の露光城拡大には
僅かしか影響を及ぼさない。

これは内側シリング（上側極片シリンダ）８の内孔が鞠
方向の場の広がりを定める第１図の在来型に比してのラ
ジアル方向間隙対物レンズのもう一つの有利な相違点で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知の技術の水準に相当する偏向対物レンズ
を示す。 第２図は−段偏向システムを備えた偏向対物レンズの本
発明に従う鉄磁気回路の具体例を示す。第３図は、三段
偏向システムを備えた同じ偏向対物レンズを示す。１・
・・中間像面、２・・・結像レンズ、３・・・目標面、
４・・・励磁コイル、５・・・底板、６・・・外側シリ
ンダ、７・・・鉄磁気回路蓋板、８・・・内側シリンダ
、９・・・間隙、１０・・・偏向システム、１１・・・
蓋板、１２・・・間隙、１３・・・鉄板、１４，１５，
１６・・・三段偏向システム、１７・・・穿孔（１３の
）、１８・・・穿孔（５の）、１９・・・内孔（８の）
。 Ｆｉ９．１ Ｆｉｇ．２ Ｆｉｇ．３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁的結像レンズとこの結像レンズの磁界中に配置
   された偏向システムとから構成されており、その際上記
   結像レンズとして、外側シリンダ、内側シリンダ、底板
   および蓋板よりなり且つ間隔を有する鉄外套によりトロ
   イド状に取囲まれた励磁コイルが用いられるような、種
   々の粒子線装置、中でも電子線リングラフイ用の電子線
   露光装置のための偏向対物レンズにおいて、上記間隔１
   ２が蓋板１１の中に外側シリンダ６に沿つて形成されて
   いることを特徴とする上記偏向対物レンズ。 ２ 外側シリンダ６の軸方向長さが偏向システム１０乃
   至１４，１５，１６の軸方向長さより長いことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の偏向対物レンズ。 ３ 外側シリンダ６が偏向システムの上方で鉄板１３に
   より閉じられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の偏向対物レンズ。 ４ 底板５と鉄板１３とにそれぞれ中央穿孔１８，１７
   が設けてあり、それらの直径は内側シリンダ８の内孔直
   径１９より小さいことを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載の偏向対物レンズ。 ５ 偏向システムと鉄板１３又は蓋板１１との間の距離
   が、ほぼ等しいことを特徴とする特許請求の範囲第３又
   は第４項記載の偏向対物レンズ。