JP2659471B2

JP2659471B2 - 電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2659471B2
Application number: JP3097320A
Authority: JP
Inventors: 義久大饗; 章夫山田; 洋安田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1991-04-26
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH04328237A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム露光装置に
関し、より詳しくは、電磁偏向器を有する電子ビーム露
光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム装置においては、電子ビーム
を電磁偏向コイルにより偏向し、試料上で走査させてパ
ターンを描くことが行われている。

【０００３】図３は、従来構造の電磁型偏向器の電磁コ
イルの一例を示す斜視図である。

【０００４】この偏向器は、Ｘ方向系統の２つのサドル
型コイル３１，３２と、これに交差するＹ方向系統の２
つのサドル型コイル３３，３４から構成されている。

【０００５】そして、Ｘ方向系統のサドル型コイル３
１，３２は、小径の円筒状ボビン３５の外周面に対向さ
せて取付けられ、またＹ方向系統のサドル型コイル３
３，３４は、大径の筒状ボビン３６の外周面に対向させ
て取付けられており、コイルを取付けた状態で小径の円
筒状ボビン３５は大径の円筒状ボビン３６の中に挿入さ
れ、同心軸上に固定される。

【０００６】そして、それらを複数段重ねた状態で、図
４に示すように小径の円筒状ボビン３５の中に真空シー
ル筒３７を挿入し、また、投影レンズのフェライト製ポ
ールピース３８によって大径の円筒状ボビン３６を囲む
ようにしている。

【０００７】このような装置においては、発熱するコイ
ルを冷却するために、その円筒状ボビン３６とポールピ
ース３８の間に図５に示すような隙間を設けて、その隙
間に冷楳を通過させて外側のサドル型コイル３３，３４
を冷却する。さらに、外側の筒状ボビン３６に空冷用孔
３９を複数形成し、その空冷用孔３９を通して内側のサ
ドル型コイル３１，３２を冷却するようにしている。

【０００８】ところで、可変矩形ビーム露光装置は、微
細パターンの露光が要求されているが、電子ビームの欠
点であるクーロン相互作用による解像度の限界が問題と
なっていて、クーロン相互作用を減少させるために光学
系を短焦点化することが行われ、これに伴い上記した磁
界偏向器は小型化されるに到っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、短焦点化は同
時に偏向位置精度の悪化を招き、露光したパターンを見
ると、メインフィールドが回転しており、フィールドの
繋ぎ精度が極端に悪くなることが判明した。また、露光
の前と後ではフィールドの回転、拡縮等の補正係数も異
なっており、特にオフセットは大きくズレている。

【００１０】その偏向位置を変化させる要因としては、
次の５つの事項があげられる。

【００１１】即ち、アンプの出力の変化、コイル周
辺部品に流れる渦電流の増加、電子ビームが通過する
領域のチャージアップ、偏向コイルの位置や寸法の変
動、コイルの発熱によるコイル自体やボビン、その他
の構造物の温度変化による位置や寸法の変動である。

【００１２】しかし、アンプの出力には変化はなく、整
定の時定数は同じであり、また、偏向コイルのインダク
タンスも大きな変化はない。さらに、同じ偏向を行った
場合の渦電流は露光の前後で変化するとは考えられな
い。しかも、ビームを偏向していない場合の光軸上のビ
ーム位置を長時間に渡って調べると、再現性があるので
チャージアップしているとは考えられない。

【００１３】したがって、構造物の温度変化による位
置、寸法の変動が原因であると考えられ、次にその詳細
を述べる。

【００１４】即ち、短焦点化のためには収束偏向系レン
ズ磁界強度を大きくし、偏向磁界強度も大きくする必要
があるので、レンズ磁極は小さくなり、その内側に置か
れる偏向コイル（サドル型コイル３１〜３４）は軸方向
においても、半径方向においても狭い空間に隙間無く配
置されることになる。

【００１５】従って、サドル型コイルを保持している部
品は軽薄短小化され、熱容量は従来の数分の一になり、
しかもＸＹのそれぞれ系統におけるサドル型コイルの径
方向の差は小さくなる。図５(A) は、短焦点化を行わな
いサドル型コイルを示したもので、同図(B) は短焦点化
のためのサドル型コイル３１〜３４を示しており、径方
向の差が小さくなっていることがわかる。

【００１６】また、サドル型コイル３１〜３４が小型化
されているにもかかわらず、その線材の太さは同じであ
るために、コイルは広がってその中の孔を小さくするこ
とになる。この結果、外側（Ｙ方向）のサドル型コイル
３３，３４の線材が内側（Ｘ方向）のサドル型コイル３
１，３２の周りを覆い隠してしまい、内側のサドル型コ
イル３１，３２を直接冷却することは困難になり、外側
のボビン３６を介した熱伝導によって冷却が行われるこ
とになる。

【００１７】したがって、内側と外側のコイルを比べる
と冷却の効果は大きく相違し、構造物の位置や寸法の変
動が生じてしまう。

【００１８】例えば、コイル線材に銅を使用し、ボビン
にセラミックを用いる場合、線材に流す電流２Ａ、コイ
ルの抵抗３Ωとすれば１２Ｗの発熱を生じそれぞれの熱
膨張は１．７×１０^-5、８×１０^-6であるので、主偏向
領域を２mm□とすれば、１０℃の温度上昇があった場
合、それぞれ0.３４μｍ、0.１６μｍの位置ズレを主偏
向領域において発生するおそれがある。実際には、コイ
ルとボビンは接着しているために、位置ずれ量はそれら
の大きさの間の値になると予測できる。しかし、それを
0.２μｍとしても主偏向領域の食い違いは両方向の最大
で0.４μｍとなるため、サブミクロンのパターンに対し
ては致命的となり、０．５mmΦのコイルの線材を細くす
ることは不可能であり、このコイルにおいても内側で２
〜３°の温度上昇が測定されている。

【００１９】これに対し、内側のサドル型コイル３１，
３２の空冷効果を大きくするために細い線材を用いるこ
とも可能であるが、これによれば抵抗値が大きくなって
発熱量が増え、コイル線材自体の熱膨張とボビンの熱膨
張によって、さらにビームの偏向精度が低下することに
なる。しかも、サドル型コイル３１〜３４の熱が、ポー
ルピース３８に伝達してこれを熱膨張させることにな
り、偏向位置の精度をさらに悪化させ、偏向座標の原点
ズレを引き起こすという問題がある。

【００２０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、電磁偏向器の発熱による構造物の位置や
寸法の変動による偏向精度の低下を防止できる電子ビー
ム露光装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１及
び図２に例示するように、第一、第二のサドル型コイル
１，２を外周面に対向させて配設する第一の円筒状ボビ
ン５と、前記第一、第二のサドル型コイル１，２と略直
交する向きに配置され、かつ、前記第一、第二のサドル
型コイル１，２の周りに冷楳供給用間隙を介して取付け
られる第三、第四のサドル型コイル３，４と、前記第一
の円筒状ボビン５の周りに取付けられて前記第三、第四
のサドル型コイル３，４を内周面に固定する第二の円筒
型ボビン６とを備えた電磁偏向器を有することを特徴と
する電子ビーム露光装置により達成する。

【００２２】または、前記第一、第二のサドルコイル
１，２及び前記第三、第四のサドルコイル３，４が複数
段形成され、かつ前記第一の円筒状ボビン５が一体化さ
れていることを特徴とする前記電子ビーム露光装置によ
って達成する。

【００２３】または、前記冷楳供給用間隙に水又はヘリ
ウムガスを強制還流することを特徴とする前記電子ビー
ム露光装置により達成する。

【００２４】または、前記円筒型ボビン５，６が、石英
又は石英を主成分とする材料により形成されていること
を特徴とする前記電子ビーム露光装置によって達成す
る。

【００２５】

【作用】第１、２の発明によれば、外側に配置される
サドル型コイル３，４を外側の円筒状ボビン６の内周面
に取付けるとともに、内側のサドル型コイル１，２と外
側のサドル型コイル３，４との間に冷楳供給用の間隙を
形成している。

【００２６】このため、内側と外側に配置した２系統の
サドル型コイル１，２、３，４は、それらの間隙におい
て同時に同様の条件で冷却されることになり、これによ
りサドル型コイルの温度は一定に保持され、偏向位置精
度が良くる。

【００２７】また、第３の発明によれば、水又はヘリウ
ムガスを２系統のサドル型コイルの間に強制還流してい
るために、コイルの冷却は滞りなく行われる。

【００２８】また、第４の発明によれば、サドル型コイ
ル１〜４を取付ける円筒型ボビン５，６を、石英又は石
英を主成分とする材料により形成しているために、熱膨
張はさらに低く抑えられる。

【００２９】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。

【００３０】図１は、本発明の一実施例を示す分解斜視
図、図２はその断面図である。

【００３１】図において符号１０は、電磁偏向装置の磁
界発生器で、Ｘ方向に磁界を発生させる第一、第二のサ
ドル型コイル１、２と、Ｘ方向と直交するＹ方向に磁界
を発生させる第三、第四のサドル型コイル３、４を有し
ており、前者のサドル型コイル１、２は直列に接続され
てＸ方向偏向用のアンプ（図示せず）に接続され、また
後者のサドル型コイル３、４も同様にしてＹ方向偏向用
のアンプ（図示せず）に接続されている。

【００３２】それらのサドル型コイル１〜４は、磁界方
向から見て四角の枠形となり、そのうち２つの端辺は一
定の曲率をもって厚み方向に湾曲され、しかも、一層の
直径0.５mmの銅線を、面方向に複数回巻いて製作されて
おり、これにより露出表面積を大きくして放熱効果を高
めるように構成されている。なお、その湾曲部分の極率
半径は、第三、第四のサドル型コイル３、４の方が、第
一、第二のサドル型コイル１、２よりも大きくなってい
る。

【００３３】５は、石英よりなる第一の円筒状ボビン
で、その外周面には、第一、第二のサドル型コイル１、
２が湾曲部分を内側に対向されて取付けられている。

【００３４】６は、冷却用孔を有しない石英製の第二の
円筒状ボビンで、その内径は、第一の円筒状ボビン５の
外径にサドル型コイルを２つ重ねたよりも大きく形成さ
れ、その内周面には、第三、第四のサドル型コイル３、
４が湾曲部分を内側にして対向させて取付けられてい
る。そして、その円筒状ボビン６の中には、第一の円筒
状ボビン５が挿入されて同一軸上に固定されており、内
側の円筒状ボビン５に取付けたサドル型コイル１、２
と、外側の円筒状ボビン６内のサドル型コイル３，４は
それぞれ直交する向きに配置されるとともに、その間に
は１mm程度の間隙が形成され、その間隙に水、ヘリウム
ガス等の冷楳を通すように構成されている。

【００３５】なお、図中符号７は、第二の円筒状ボビン
６の内面に形成されて第一の円筒状ボビン５を位置決め
する突起を示している。また、８は、突起７に形成され
たピン孔、９は、第一の円筒状ボビン５のうち、ピン孔
８に対応する位置に形成された螺子孔を示し、さらに、
１１は、第一の円筒状ボビン５の中を通る真空シール
筒、１２は、第二の円筒状ボビン６の周りに取付けられ
て投影レンズを構成する円筒状のフェライト製ポールピ
ースを示している。

【００３６】次に、上記した実施例の作用を説明する。

【００３７】上述した実施例において、図２に示すよう
に、真空シール筒１１の外周に磁界発生器１０を複数段
重ねて配置し、その外周にポールピース１２を取付けた
状態で、ポールピース１２の側面底部から、内側のサド
ル型コイル１、２と外側のサドル型コイル３、４の間隙
に冷楳を流すと、その冷楳は内側と外側のサドル型コイ
ル１〜４を均等に冷却してコイル発熱による温度上昇を
抑え、コイル１〜４自体、ボビン５，６、その他の構造
物の温度変化を低減するために、電子ビーム偏向精度が
良くなる。

【００３８】この場合、冷楳が通る経路はその他に無い
ために、その間隙を狭くても圧力を強くすればその領域
を通過することになる。

【００３９】そして、この実施例装置において主偏向領
域を２mm□とすれば、従来と同じコイルを使用したとし
ても０．０１μｍの位置ずれ程度に抑えることができ
る。

【００４０】さらに、ボビンに石英を用いているので、
セラミックにより形成した場合に比べて熱膨張は１桁程
度小さくなる。

【００４１】なお、上記した実施例では、円筒型ボビン
５、６を段毎に独立に形成したが、複数の段のコイルの
取付けが可能な一体型としてもよい。

【００４２】また、円筒型ボビン５、６は、石英に限ら
ず石英を主成分とする線膨張係数の小さな材料で製作し
てもよい。

【００４３】さらに、上記した冷楳は、内側と外側のサ
ドル型コイルの間隙を単に通すだけとしたが、その冷楳
を強制的に還流させてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように第１、２の発明によれ
ば、外側に配置されるサドル型コイルを、外側に配置さ
れる円筒状ボビンの内周面に取付けるとともに、内側の
サドル型コイルと外側のサドル型コイルとの間に冷楳供
給用の間隙を形成するようにしているので、内側と外側
に配置した２系統のサドル型コイルは、それらの間の間
隙において同時に冷却されることになり、これによりサ
ドルコイルの温度を一定にして偏向位置の精度を良くす
ることができる。

【００４５】また、第３の発明によれば、水又はヘリウ
ムガスを２系統のサドル型コイルの間に強制還流してい
るので、コイルの冷却を滞りなく行うことができる。

【００４６】また、第４の発明によれば、サドル型コイ
ルを取付ける円筒型ボビンを、石英又は石英を主成分と
する材料により形成しているために、熱膨張をさらに低
く抑えることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例装置を示す断面図である。

【図３】従来装置の一例を示す斜視図である。

【図４】従来装置の一例を示す側断面図である。

【図５】サドル型コイルの配置を示す断面図である。

【符号の説明】

１〜４サドル型コイル５、６円筒型ボビン７突起

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第一、第二のサドル型コイル（１，２）を
外周面に対向させて配設する第一の円筒状ボビン（５）
と、前記第一、第二のサドル型コイル（１，２）と略直
交する向きに配置され、かつ、前記第一、第二のサドル
型コイル（１，２）の周りに冷楳供給用間隙を介して取
付けられる第三、第四のサドル型コイル（３，４）と、
前記第一の円筒状ボビン（５）の周りに取付けられて前
記第三、第四のサドル型コイル（３，４）を内周面に固
定する第二の円筒型ボビン（６）とを備えた電磁偏向器
を有することを特徴とする電子ビーム露光装置。
【請求項２】前記第一、第二のサドルコイル（１，２）
及び前記第三、第四のサドルコイル（３，４）が複数段
形成され、かつ前記第一の円筒状ボビン（５）が一体化
されていることを特徴とする請求項１記載の電子ビーム
露光装置。
【請求項３】前記冷楳供給用間隙に水又はヘリウムガス
を強制還流することを特徴とする請求項１記載の電子ビ
ーム露光装置。
【請求項４】前記円筒型ボビン（５，６）が、石英又は
石英を主成分とする材料により形成されていることを特
徴とする請求項１記載の電子ビーム露光装置。