JPH01213948A - 電子ビーム投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ、従来技術 Ｃ０発明が解決しようとする問題点 り０問題点を解決するための手段 Ｅ、実施例 Ｆ０発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、表面上で予定のパターンに従って電子ビーム
を走査することに関し、より詳しくはビームが、ビーム
のターゲットに対してテレセントリックであるような、
ビームの軸をシフトさせる手段をもつ多段偏向システム
に関する。

Ｂ、従来技術 電子ビーム露光システムの重要な問題は、多（の相反す
る目的を満足しなくてはならないということである。す
なわち、走査の速度と大規模な領域を露光するという必
要性を、ビームの位置決め精度と調和させな（てはなら
ない、多段偏向システムは、大規模な領域を電子ビーム
で走査することを可能ならしめる。可変軸液浸（Ｖａｒ
ｉａｂｌｅ　Ａｘｉｓ　Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ：　Ｖ　Ａ
　Ｉ　Ｌ　）システムあるいはＶＡＩＬシステムに等価
なシステムは、ターゲット領域中の渦電流及び漂遊磁界
を除去することを可能とする。このようにして、電子ビ
ーム露光システムのための満足のゆく設計構造を与える
ためには、いくつかの電磁的要因によって課される制約
の範囲内で多くの問題を巧妙に捌かなくてはならない。

この発明の目的は、上述の複数の特徴的構成を単一のシ
ステムに結合し、それらの特徴の異なる必要条件の間の
利害の衝突を最小限に抑えることにある。

従来技術を参照すると、チップのための電子ビーム露光
システムにおいて、ウェーハに対してビームを垂直に指
向するという問題が、アカデミツク・プレス（Ａｃａｄ
ｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ）刊、ジョージＲ・ブリューワ−
（Ｇｅｏｒｇｅ　Ｒ，Ｂｒｅｗｅｒ）　ｋｍ、「微細電
子製造における電子ビーム技術（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂ
ｅａｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）Ｊの「電子
ビーム・リソグラフィ・マシン（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｂ
ｅａｍ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ）
Ｊと題するヘリオツド（ｌｌｅｒｒｉｏｔｔ）及びブリ
ューアー（Ｂｒｅｗｅｒ）の論文中で扱われている。こ
の論文の１８４ないし１８５ページには次のように述べ
られている。

ｒＥＢＥｓマスク露光システム上で使用される段階式露
光技法が開発された（ヘリオツド他、１９７５、アレス
（＾１ｉｅｓ）他、１９７５）。

この技法において連続的に動く基板の条片上にパターン
を描くために、小さい電子ビーム・フィールドが走査さ
れる（中略）・・・・電子ビーム偏向角とその領域がき
わめて小さいので、この技法における電子ビームの解像
度と、歪みと、安定性が、収差や、機械の製造上の欠陥
や、機械的な安定性や、偏向信号が、Ｄ／Ａの線型性や
、増幅器のドリフトや、電源の安定性によりあまり大き
く影響されることはない。」 「ウェハの非平坦度歪みによってひき起こされるビーム
の位置の誤差は、テレセントリック電子ビーム偏向シス
テムを使用することによって除去される。テレセントリ
ック偏向システムとは、偏向領域の任意の位置で電子ビ
ームが基板に対して垂直にとどまるようなものである（
アレス他、１９７５）。テレセントリック性は、大規模
領域よりも小規模領域でより容易に達成される。１つの
技法において、２重に偏向されたビームが、レンズの前
方焦点位置において最終レンズの軸に交差する。このビ
ームは、焦点位置に結像されるとともにレンズによって
屈曲されもし、以て基板に対して垂直になる。（中略）
この２重偏向技術を用いると、基板の高さの誤差が、基
板上でのビーム位置の横方向のシフトを引き起こさなく
なる。さらに、電子ビームの焦点の深さは通常ｌＯμｍ
よりも大きいので、通常程度の基板の平坦度と、満足の
ゆく解像度を達成するための高さ制御によって、適切な
焦点位置を維持することが可能である。

納得のゆく基板品質の下で正確な位置制御のために、小
さい領域のテレセントリック・レンズとともにレーザー
干渉計を使用することができる。」ここで引用したヘリ
オツド及びプリューワーの記述を精査すると、開示され
ているのは静電偏向板の対の組が１つの偏向段にあると
いうことであり、そこには、磁気偏向段は教示されてお
らず、それをターゲットに近接して配置することの示唆
もない。

アレス他の文献とは、国際電子装置会議の追録（Ｓｕｐ
ｐｌｅｍｅｎｔ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　
ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ　Ｍｅｅｔｉｎｇ）　
ＣＩ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　％　ニューヨーク、１９７５）ｐ、
１である。ヘリオツド他の文献とは、Ｉ　ＥＥＥ電子装
置議事録（Ｔｒａｎｓ、　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃ
ｅｓ　ＥＤ−２２）ｐｐ、　　ａｓｓ　　３９２　（１
９７５）である、しかし、ヘリオツド他の文献には、２
段テレセントリック偏向システムを達成する２重偏向方
法をどのようにして採用するかという本願の教示により
ビームの軸をシフトさせることは全く示唆されていない
。

特開昭６０−２２５３４４号公報には、偏向子の位置ま
たはその上の対物レンズの磁界において非点収差補正レ
ンズを使用することを記述する。

しかし、この文献では、静電偏向手段が採用されておら
ず、可変軸液浸レンズも設けられていない。

そうではなくこれには単一の偏向コイルが設けられてお
り、電子ビームは影像平面においてテレセントリックで
はない。

米国特許第４１９９６８９号は、電子ビーム・システム
中の一対の静電偏向プレートの組を開示する。しかし、
その偏向プレートの組は単一段の偏向しか行なわない０
次にビームは電磁テレセントリック・タイプの対物レン
ズを通過する。この米国特許の第２欄、６６行には次の
ように記述されている。

「対物レンズは（中略）電子ビームを、合焦させながら
マスクの表面部分へと指向し、これにより電子ビームは
マスクの表面にほぼ垂直な方向に入射することができる
・・・・」 これにおいては、本願で言及されているＶＡＩＬシステ
ムにおける磁界の補償についての示唆がなく、また性能
を高めるために複数の偏向段を設ける旨の記載もない。

米国特許第４３７６２４６号は、偏向コークによる電子
ビームの予備偏向のときに、レンズの電子光軸が偏向ビ
ームに一致するようにシフトされるように配列された投
射レンズを開示する。これにおいては電子ビームが偏向
され、回転対称性をもつ磁気投射レンズが偏向されたビ
ームを合焦させる。そして、投射レンズの口径内に配置
された一対の補正ヨークが、投射レンズの電子光軸をシ
フトさせるために投射レンズの軸方向磁界強度分布曲線
の１次微分に比例する磁気補正項をつくり出す。そして
これにより、電子ビームの軸がシフトされた電子光軸に
一致し続け、ビームがターゲットに対し垂直に入射する
。

ＶＡＩＬシステム 米国特許第４５４４８４６号は、米国特許第４３７６２
４９号の改良である。これにおいても、電子ビームがシ
フトされる一方、ターゲット領域における急激な磁場の
変化や、渦電流や、漂遊磁場が除去される。しかし、こ
のＶＡＩＬ構造はゼロでない口径断面積をもつ上方ポー
ルピースと、ゼロ口径断面積の下方ポールピースと、タ
ーゲットをレンズに挿入するための開口とをもつ、また
、上方ポールピースの口径内には、軸方向の磁気投射場
の１次微分に比例する磁気補償項をつくり出すために磁
気補償ヨークが配置されている。

静電サブ・フィールド偏向のための垂直入射（テレセン
トリック性）を維持するために、システムは任意の時点
でビームを、揺動点（ｒｏｃｋｉｎｇｐｏｉｎｔ）を含
む平面に交差するようにしなくてはならず、ロッキング
点は、ＶＡＩＬレンズ・アセンブリの後方焦点平面（Ｂ
　Ｆ　Ｐ）内に位置するように位置決めしなくてはなら
ない、このことは、この米国特許の第２図に詳しく示さ
れている。ＢＦＰは、すべてが同一の平面内、すなわち
後方焦点平面に位置付けられている投射レンズの対物側
にあるさまざまな後方焦点からなる。ＢＦＰにおける揺
動点は、ＶＡＩＬシステムまたは本発明に従い採用され
ている他の等価の軸外偏向システムの光軸とは横方向に
シフトしているので、揺動点は静電偏向要素が直接アク
セス可能ではない、これは、静電偏向要素を主偏向ヨー
ク開口中に配置することができないからである。それが
不可能なのは、ビームが幾何学的中心からあまりにも離
れて走査され、著しい偏向収差を生じるからである。

しかし、２重静電偏向段（これは第１図に示すように、
本発明に従い可変軸偏向レンズ・システムの磁気ヨーク
の前に配置される）は後方焦点平面ＢＦＰにおいてビー
ムを揺動させる（ｒｏｃｋ）ことができ、これによりビ
ームのテレセントリック性が維持されるとともに、ビー
ムが被加工物またはターゲットＴに垂直、すなわち直角
に入射するのである。

プファイファー（Ｐｆｅｉｆｆｅｒ）及びスタランス（
Ｓｔｕｒａｎｓ）の「軸外収差のない電子ビーム偏向（
Ｂｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｄｅｆｆｅｃｔｉｏｎ　
ｗｉｔｈｏｕｔ　０ｆｆ−ＡｘｉｓＡｂｅｒｒａｔｉｏ
ｎ）　Ｊ　、電子光学システム（１！１ｅｃｔｒｏｎＯ
ｐｔｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅ＋＋ｓ）、ｐｐ、１０９−１
１４には、投射レンズに入射するビームのテレセントリ
ック性を与えるように配列されたＶＡＩＬシステムが示
されている。これには上方段の偏向ヨークはなく、単一
段の磁気予備偏向ヨークしか示されていない。

また、この構造のどこにどのようにして第２の段を配置
するかということの示唆もない。

ビームの２　偏■ 米国特許第４１４０９１３号には、該米国特許の第１図
に、電磁コイルの２つの直角な対の組（これは静電偏向
プレートの２つの対でもよい）をもつ偏向システムが示
されている（同米国特許第４欄、４０ないし４４行参照
）、さらに、第２の磁気偏向システムが一対のレンズの
共通焦点平面においてターゲットに近接して、ターゲッ
トのすぐ前に配置されている。そこには、投影レンズ・
システムの光線径路がテレセントリックであると述べら
れている。しかし、この構成の問題点は、米国特許第４
１４０９１３号の教示をＶＡＩＬタイプの偏向システム
と組合せて使用するために必須である。投射レンズ・シ
ステムの内側に偏向手段を配置するという要件が不可能
であることである。

米国特許第３９００７３６号は、その第１図において、
２段の偏向システムをもつ電子ビームを開示している。

その偏向システムは上方段をもち、上方段は電子銃に近
接している。電子銃は４．つの磁気偏向コイルの組であ
って、ビームの偏向をＸ及びＹ方向に亘って制御する０
次にビームは電子ビームのターゲットに近接する静電偏
向プレートに組の対の間を通過し、その後ビームはター
ゲットにさらに近い静電偏向プレートの組の別の対の間
を通過する。

米国特許第４４９４００４号にはその第３図に、投影レ
ンズをもつ電子ビーム・カラムが開示されている。その
第７欄第７行以下には次のように記述されている。

「カラムの残りの部分は、カラムの一部として双対偏向
手段を含む投射レンズである。偏向ヨークは、この例で
は、サブ・フィールドからサブ・フィールドへの双方向
ラスターを走査するために、磁気偏向回路によって電流
駆動される。サブ・フィールド内では、電子偏向プレー
トが長方形から長方形へとペルトル走査を生ぜしめ、タ
ーゲット平面上パターンを描（。

このシステムはテレセントリックではない、また、静電
偏向プレートが投影レンズの内側に配置されているけれ
ども、これではＶＡＩＬ構成が可能ではないことに留意
されたい。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、ビームの軸をシフトさせる手段をもち
、ビームがターゲットに対してテレセントリックである
多段偏向システムを提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明に従うシステムの基本的な機能は、すべての位置
で最適な合焦を維持しつつ、基板書込表面上の領域内に
電子ビームを位置付けることにある。この基本的な機能
に加えて、適用技術、すなわち電子ビーム・リソグラフ
ィによって課せられる３つの追加的な必要条件がある。

これらの必要条件とは次のものである。

（１）パターンを描くのに必要な時間が出来るだけ短い
こと、この時間には、ビームが定常的である書込み時間
と、ビームが新しい書込み位置に移動する偏向時間が含
まれる。

（２）　システムは、公称では平坦であるけれども完全
には平坦でない基板にも適応し、基板に対するビームの
完全な位置決めを依然として維持すること、言いかえる
なら、描かれたパターンは基板の非平坦性に起因する非
平坦歪みを生じてはならない。

（３）システムの解像度は出来るだけ高いこと。

解像度は、偏向領域の寸法をビーム・スポットの端縁鮮
鋭度（ｅｄｇｅ　ａｃｕｉｔｙ）で割ったものとして定
義される。このようして定義した解像度は、偏向フィー
ルド領域を横切る走査線の数と等しい。

本発明は、これらの必要条件を満足する手段において、
従来技術よりも進歩している。

ビームが再位置決めされる偏向時間は、書込みが行なわ
れないがゆえに非生産的である。それゆえこの時間を出
来るだけ短かくすることが望ましい、さて、電子ビーム
を偏向するには、静電界を用いることと、磁界を用いる
ことの２つの方法が可能である。静電界は、新しい値よ
り迅速に設定するために発生され、それゆえ、その速度
により採用される。しかし、静電界は、収差が大きいと
いう欠点がある。このことは、偏向によりビーム・スポ
ットが強くぼやけることを意味する。他方、磁界は、新
しい値に設定するのが緩慢であるけれども、収差は小さ
い。

従って、ビームを迅速且つ広い領域に亘って偏向するた
めには、２段階の偏向階層構成を使用するのが最善であ
るということが導き出される。静電界は、典型的には２
５ないし１００ミクロンの小さいサブフィールド上を迅
速に偏向するために使用される。同時に、磁界は典型的
には２ないし１０Ｍのサイズの大きい領域を比較的低速
で偏向するために使用される。

このため、磁界を変化させなくてはならないような回数
は比較的少なく保たれる。そうして、比較的大きい領域
上で偏向し得る能力を維持しつつ、全偏向時間が最小限
に抑えられる。

最も簡単な偏向器は単一の静電または磁界素子からなる
。これにより、ビームの方向の変更がもたらされる。基
板が偏向器からある距離離れて位置付けられていると想
定すると、ビームは基板とは相対的に移動される。さま
ざまな量の偏向により、ビームの径路は円錐形を描き、
このとき偏向器の中心面が円錐の頂点またはピボットに
位置付けられる。ビームの径路の基板に対する角度が位
置に応じて異なることは容易に理解される。この簡単な
構成は、基板に対するビームの位置が、偏向器に相対的
な基板の局所的な高さに依存するという欠点がある。す
なわち、もし基板が完全に平坦でないなら、ビームの位
置決め誤差が生じ、これが書込みパターンの歪みにつな
がる。

この高さに対する位置の依存性は、偏向領域内のあらゆ
る個所でビームを基板に垂直に入射させるなら解消され
る。この場合、基板の局所的な高さの変位が位置に影響
を及ぼすことはない。そのような偏向スキームは、テレ
セントリックと呼ばれる。ビーム位置を基板の高さに真
に感応しないようにするためには、静電及び磁気偏向の
どちらもがテレセントリックでなくてはならない。

もし投影レンズの前方焦点平面に静電偏向器を配置する
なら、テレセントリック偏向がもたらされよう、このこ
とは、前方焦点から出発する円錐電子線が、レンズの基
本的な性質により、レンズからレンズの光軸に平行に進
むという事実を考慮することにより理解されよう、これ
は通常、基板に対して垂直である。

不都合にも、このような望ましい状況を実際に実現する
ことはできない、というのは、レンズの焦点平面には静
電偏向器を配置するだけの十分な余地がないからである
。しかし、それと同一のことを、レンズの焦点面から互
いに物理的に離隔された２つの静電偏向器を使用するこ
とによって達成することは可能である。すなわち、その
２つの偏向器を同時に、ある一定比率の駆動電圧で付勢
することにより、ビームは単一の点を中心として傾動さ
れる。この傾動（ピボット）点の位置は、上記比率の定
数によって決定される。ビームが、投影レンズの焦点を
中心に傾動するようにするためのある固有の比率が存在
する、ということがわかる、このことは、物理的に焦点
面からは離隔された偏向器によりテレセントリック偏向
を可能ならしめることによって上述の問題を解決する。

このことが本発明の鍵となる特徴をあられしている。前
記３つの特定の必要条件を満たしつつテレセントリック
性を達成することは、列置自明とは言えない０本発明の
きわめて重要な側面として前記３つの必要条件を同時に
すべて満たす、ということがある、このことは、本発明
の従来技術からの重要な差異である。

主磁界偏向もまた同様にテレセントリックである。この
ことは、次のようにして達成される。すなわち、２つの
磁気偏向器が採用され、その第１の偏向器がビームをシ
ステムの光軸から離れるように屈折し、第２の偏向器が
ビームを光軸と平行に復元させる。投射レンズは、その
基本的な性質として、ビームを光軸に向う方へ偏向する
傾向がある。このことはＶＡＩＬ補正ヨークによって相
殺され、ビームが投射レンズを通して偏向しないように
維持される。レンズがビームを偏向させようとする傾向
は、ビームの光軸からの距離に従って増加するので、Ｖ
ＡＩＬ補正ヨークは、ビームの、軸からの距離に比例す
る量だけ励磁されなくてはならない、ということが導出
される。それゆえ、ＶＡＩＬ補正ヨークは、上述の磁気
偏向ヨークと同期して駆動される。

ＶＡＩＬヨークの横方向の磁場には、さらに、投影レン
ズの磁場の軸方向成分の軸方向に関する一階導関数に比
例するように維持される。電磁見学の基礎方程式によれ
ば、このことは投射レンズの磁気対称軸を横方向にシフ
トさせることに等価であり、この磁気軸が常にビーム径
路に一致する。

このことがもたらす恩恵は２つある。第１は、投影レン
ズがビームを偏向させず、よってテレセントリック状態
を妨害しないことである。第２は、偏向により余分の収
差が導入されないので、ビーム・スポットがぼやけるこ
とはない、ということである。これらの帰結はどちらも
、磁気偏向の磁気量に拘らず、ビーム径路が常にレンズ
の軸に一致するという事実から得られる。

前述のように、システムの解像度は、領域のサイズをビ
ームの鮮鋭端面の大きさで割ったものである。それゆえ
、本発明が低収差であることは、高い解像度を達成する
ための必要条件である。このシステムは、１０ｗ１のフ
ィールド上で、０．１ミクロンの端縁鮮鋭度を維持しつ
つ偏向する能力をもつ、このことは、１０００００本の
解像度に等しい、比較してみると、市販のテレビの解像
度は約５００本であり、良好な電子顕微鏡の解像度は約
１０００本である。本発明のシステムの品質は、電子顕
微鏡の１００倍であると言える。

好適には、磁気補償構造は、軸方向の磁気投射場の一階
導関数にもほぼ比例し、軸方向の磁気投射場はターゲッ
ト付近で、軸方向磁気投射場の導関数がほぼゼロになる
。

また、好適には、下方段偏向システムは、ターゲット平
面上の領域に拡がる修正ラスター走査でビームを走査す
るための磁気偏向システムを有し、その修正ラスクー走
査は、１つのサブ・フィールド位置の中心から次のサブ
・フィールド位置へ１つずつ進み、ビームは、静電偏向
システム中の動作の完了を可能ならしめるため、その領
域中でビームが到来する各サブ・フィールドの中心に到
達したときに、走査を一時的に停止する。

さらに、好適には、上方段偏向システムは、照準レンズ
の近くにある。

Ｅ、実施例 第１図を参照すると、米国特許第４５４４８４６号のＶ
ＡＩＬシステムを組み込んだ、本発明に従う電子ビーム
投影システムの断面図が示されている。

第１図の投影システムの上部には、ゼロでない口径の円
形ポールピース４９及び５１をもつ磁気照準レンズ４７
は、テレセントリック能力を与えるようにビームＢを照
準する照準レンズ４７のための励磁コイル５３をもつ。

上１遍河段 円形ポールピース４９中の開口内には、好適にはドデカ
ボール（１２プレート）多極偏向器である、Ｘ、Ｙ多極
静電偏向プレート７２の組がある。

円形ポールピースの開口内下方には、やはり好適にはド
デカボール（１２プレート）多極偏向器である、第２の
組のＸ、Ｙ多極静電偏向プレート７３がある。偏向プレ
ート７２及び７３は他の場所に配置することもできるが
、下方偏向段、すなわちビームＢの偏向を制御するため
の主要偏向ヨーり４３及び４５よりは前段になくてはな
らない。

工左璽血投 下方偏向段は、一対の主要偏向ヨーク４３及び４５を有
し、これは第１図の例では、投射される電子ビームを左
側へ予備偏向させている。上方偏向ヨーク４３及び下方
偏向ヨーク４５はともに、好適には環状（ｔｏｒｏｉｄ
ａｌ）磁石である。照準レンズ４７の下方に配置された
収差補正器７１は電子ビームの非点収差の補正を与え、
一方、照準レンズ４７のポールピース内には動的合焦コ
イル６９が配置されている。

役Ｍ！７Ｘ 投射レンズ３２は、ゼロでない口径の上方ポールピース
１３をもつ上方磁気径路と、帰還部分１９からなる下方
磁気径路と、下方ポールピース、すなわちゼロ口径部分
１４とを有する。投射レンズ３２の１つの平面が主平面
ＰＰであり、これは、レンズ３２の対物側の主平面であ
り、上方ポールピース１３はＰＰＯ上にあり、下方ポー
ルピース１４はＰＰＯ下にある。投射レンズ３２は厚い
レンズであり、従って投影レンズ３２の影像側にも主平
面をもつ、このことは、本発明にとってあまり重要では
ないので第２図には示されていない。

励磁コイル４１は投射レンズ３２を付勢して、上方ポー
ルピース１３から帰還径路１９を経由して下方ポールピ
ース素子１４へと至る磁界線を発生する。ＭＡＩＬシス
テムは、投射レンズ３２と磁気補償ヨーク１１の組合せ
をもつＶＡＩＬアセンブリ１２を有する。遮蔽脚１８は
、磁性及び非磁性の交互の部分を有し、これによりヨー
ク１１からの磁力線が、巻線４１に浸透しないように分
離される。遮蔽ＪＩＩｌ１８はまた、レンズの中心から
散逸する磁場の量を低減する。投射レンズ３２の磁気回
路は、きわめてわずかの磁気抵抗及び縁取り効果（ｆｒ
ｉｎｇｉｎｇ）で磁束にゼロ口径部分１４を通過させる
ように、部分１９と下方ポールピース１４に形成されて
いる。この単一の磁気補償ヨーク１１は、投射レンズ３
２によって発生される軸方向の磁界の一階導関数に比例
する磁界を発生する。

第１図には、ターゲットを保持し、処理し、スチップ移
動させる手段も示されている。ターゲット５９は、電子
ビーム投影システム内でターゲットを正確に位置付ける
ためのターゲット・ホルダ１６上に取付けられている。

ターゲット・ホルダ・アーム２０が開口２１により、タ
ーゲット５９をＭＡＩＬアセンブリ１２に挿入する。タ
ーゲット５９のＸ−Ｙ移動のために、ターゲット・ステ
ッパ・テーブル１７が使用されている。

第１図のシステムにおいては、非点収差と磁界の湾曲が
動的補正により補正される。ブロック６１として示され
ているのは励磁コイル５３の電源であり、ブロック６３
として示されているのは励磁コイル４１の電源である。

駆動装置６５は、偏向ヨーク４３及び４５を励磁するた
めのコンピュータ制御駆動装置である。偏向ヨーク４３
及び４５は、通常の用途に従い電子ビームＢをＸ及びＹ
方向に偏向するように協働する２組の磁気偏向コイルを
もつ、偏向ヨーク４３及び４５は典型的には複数の環状
コイルからなる。駆動装置６５はまた、一対のＸ−Ｙ磁
気偏向ヨークからなる磁気補償ヨーク１１をも付勢する
。磁気補償ヨーク１１は、同一の偏向感度の環状コイル
に比較すると、それと同一の内径をもつけれども比較的
に外径が小さいので簡単なサドル・コイルで間に合う。

磁気補償ヨーク１１に送られるｘ−ｙ電流は、偏向ヨー
ク４３及び４５に送られるＸ−Ｙ電流に比例し、これは
同一の駆動装置６５によって供給することができる。

第１近似においては、補償ヨーク１１の磁場が、レンズ
３２の幾何的（対称）軸ＧＡに平行であるが、軸ＧＡか
らは横方向に変位している線ＭＡに沿って投影レンズ３
２によって発生される磁場の半径方向成分を補償する。

磁気軸線ＭＡは、補償ヨークの磁場の重ね合わせにより
もらされる半径方向の磁場成分がそこでゼロであるので
、シフトされた電子光軸を決定する。シフトされた電子
光軸ＭＡの位置は、補償ヨーク１１及び主要偏向ヨーク
４３及び４５中の電流と同期して走査される。

光軸ＭＡの、レンズ１２の対称軸ＧＡからの変位は、補
償ヨーク１１及び偏向ヨーク４３．４５の電流に比例す
る。

静電偏向プレート７２及び７３にサブ・フィールド偏向
信号が加えられない場合、すなわちプレート７２及び７
３上の電圧がゼロにセットされている場合、液浸（ｉｓ
＋ｍｅｒｓｉｏｎ）レンズ１２中のビームＢの位置は、
シフトされた電子光軸ＭＡと正確に一致する。さらに、
ビームＢは、平行な照準された電子線の束として液浸レ
ンズ・アセンブリ１２に入射し、無限遠の距離にある物
体をあられす。

異なる量だけ偏向されつつあるビーム中の異なるエネル
ギの電子によるぼやけ効果を完全に除去する効果をもた
らすビームＢの２つの条件とは次のようなものである。

（１）ビーム軸がシフトされた電子光軸ＭＡと一致する
こと（ビーム軸とは、ビームの上端からビームの下端へ
の中心線である）。

（２）無限遠にある物体をあられすこと。

このぼやけは、この分野の文献では横方向の色収差と呼
ばれている。慣用的な偏向器の性能に対する主要な制約
は横方向の色収差であったので、この収差を除くことが
基本的に重要であると考えられている。

一方、プレート７２及び７３にサブ・フィールド偏向が
加えられた場合、すなわちプレート７２及び７３上の電
圧がゼロでない場合、液浸レンズ・アセンブリ１２中の
ビームＢの位置が上述の理想条件かられずかにずれる。

サブ・フィールド偏向は、主要磁場偏向に対するわずか
な乱れとして見てとれるので、この理想的な条件からの
ずれは無視し得る程度の影響しか及ぼさず、また無視し
得る程小さい収差とぼやけをひき起こすにすぎない。

米国特許第４５４４８４６号の第７４１１１！５４ない
し５８行に説明されているように、動的な非点収差補正
コイル・アセンブリ７１及び動的合焦コイル６９が非点
収差と、磁場の屈曲をそれぞれ補償する。動的補正コイ
ル・アセンブリは好適には駆動装置６７によって駆動さ
れる双対４極素子である。駆動装置６７はＸ及びＹの主
要偏向ヨーク４３及び４５に送られる電流に比例する入
力信号を受は取り、この分野の熟練した技術者によく知
られている技術により信号を発生する。

静電サブ・フィールド偏向のための垂直入射（テレセン
トリック性）を維持するために、システムは、第２図に
示されているＶＡＩＬレンズ・アセンブリ１２の後方焦
点平面ＢＦＰに位置付けられなくてはならない揺動（ｒ
ｏｃｋｉｎｓ）点を任意の時点で含む平面にビームＢが
交差するようにしなくてはならない。このＢＦＰは、投
影レンズ３２０対物側上のさまざまな方向焦点からなり
、これらはすべて同一平面、すなわち後方焦点平面ＢＦ
Ｐ上にある。ＲＦＰの揺動点は、ＶＡＩＬシステムまた
は本発明に従い採用される他の等価な軸外偏向システム
の光軸とは横方向にシフトしているので、静電偏向素子
７２及び７２は直接それにアクセスすることができない
。というのは、静電偏向素子７２及び７３は、環状ヨー
ク４３及び４５中の主要偏向ヨークの開口内に配置する
ことができないからである。また、それができない理由
は、ビームＢが幾何的中心ＧＡからあまりにも離れて走
査されてしまい、重大な偏向収差をひき起こすからであ
る。しかし、２重静電偏向段７２及び７３（これらは、
第１図に示すように、本発明に従い可変軸偏向レンズ・
システムの磁気ヨークよりも前段に配置されている）は
、ビームＢを後方焦点平面ＲＦＰで揺動させることがで
き、以てビームのテレセントリック性を保つ、従って、
ビームは被加工物またはターゲットＴに垂直すなわち直
角に入射する。尚、第１図に示すように、第２の静電偏
向器７３が照準レンズ７０の屈折を補償しなくてはなら
ないことに注意されたい。

後方焦点から来る点電子線源は、平行線束として投影レ
ンズ３２から送出される。同様に、後方焦点レンズ軸Ｍ
Ａに交差する任意の電子線は、ＭＡに平行であるが一般
的にはＭＡから変位して投射レンズから放出されること
になる。ビームを後方焦点のまわりで揺動されることに
より、この点から出発する円錐電子線が発生される。こ
れらの線はすべて、軸ＭＡに平行であるが、変位して投
射レンズから送出される。尚、「投射レンズ３２から送
出される」という文言は、ターゲット書込み平面５９に
入射する、ということと等価である。

電子線が垂直入射角で、すなわち軸ＭＡに平行に書込み
平面５９に入射することが本発明の重要な側面である。

ターゲット５９上のビームの位置決めがターゲット５９
の高さに感応しないようにするには、この条件にあるよ
りなく、以てΔｈによって示される高さ変位の誤差によ
る影響を回避することができる。このことは、ターゲッ
トの局所的な高さの制御が困難であるがゆえに、大きな
利点である。ウェーハの面は典型的には傾斜していたり
、平坦ではなかったりするのである。

［後方焦点平面Ｊ　ＢＦＰは、ビームＢのあらゆる径路
に対応する後方焦点を含む平面であり、ＢＦＰは軸ＭＡ
及びＧＡに垂直である。揺動点と後方焦点平面ＢＦＰは
、テレセントリック条件が達成されるように、位置的に
一致（すなわち重なる）しな（ではならない、揺動点を
後方焦点と一致させるためには、上下のドデカポールの
電気的強度の比を調節する。これにより、軸ＭＡに沿つ
て揺動点が上下に移動される。ビームがターゲットに入
射するとき、２つの点が一致する時期が分かる。実際上
、このことは、異なる高さにある２つの離隔されたテス
ト・ターゲット上でビームを走査することにより検証さ
れる。システムは、このセットアツプにおいては、走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）として動作される。ビームは、Ｓ
ＥＭの倍率が２つのターゲットに対して同一であるとき
ターゲットに垂直に入射する。このことは、ビーム入射
位置がターゲットの高さに全く感応しないと言っても同
一である。

２重偏向静電段はまた、投射レンズ３２における軸外変
位（幾何的軸ＧＡに対して）を最小限に抑え、以て曲面
収差に起因する偏向の非線型性を解消するものである。

ターゲット５９上の任意の点に対して、磁気的偏向は第
２図では実線７６で示されている。「静電のみ」とラベ
ルされたビームＢの径路は、静電偏向プレート７２及び
７３の制御のもとで進行したものであって、それは、第
２図の上方から出発して上方プレート７２に応答して点
８２で左に屈折され、下方プレート７３に応答して点８
３で右に屈折され、投射レンズに応答して点８６でター
ゲット５９に垂直に整合するように屈折された破線で示
されている。磁気偏向のみに応答するビームＢの径路は
第２図では実線で示されており、これは上方磁気ヨーク
揺動４３に応答して点８０で右側に屈折し、下方偏向ヨ
ーク４５に応答して点８１で垂直下方の整合方向に屈折
する。静電偏向線７５と磁気偏向線７６を重ね合わせた
結果は第２図では破線７７で示されており、これは点８
０．８１及び８６での屈折と同様に、点８４．８５及び
８７で屈折する。ビームＢと光軸ＭＡはともに平行にシ
フトされ一致するので、２重偏向静電構造が悪い影響を
受けることはない、。

凰夙大１斑 第３図は、第１図及び第２図と同一の部品と同一の参照
番号をもつ、本発明の別の実施例を示すものである。こ
れにおいて、非磁性プラスチック機械的支持手段９０が
管状のシリンダ９１を支え、シリンダ９１は、そのほぼ
中心に沿って指向される電子ビームのための真空カラム
を与える。シリンダ９１もやはり非磁性であるが、その
内側表面には、電子による荷電を防止するために薄い導
電コーティングが施されている。Ｘ−Ｙテーブル１００
上に載置されている支持体５８がターゲット５９を支持
する。フェライト材料からなるゼロ口径部分１４（これ
は前に説明した下方ポールピース）は不動であり、ＶＡ
ＩＬアセンブリを保持する真空チェンバ構造に固定され
ている。支持体５８上には磁性シリンダ８８によって磁
性ハブ７９が支持されており、従って支持体５８はそれ
の下方で自由に移動できるシリンダ８８の上面には磁性
ディスク９８が載置されており、これが上方磁性シリン
ダ８９とコイル５３を支える。磁性フェライト・スタッ
ク９２はポールピース１３及びポールピース５１を支持
するのみならず、ディスク９８、シリンダ８９、磁性ポ
ールピース１３及び１５の間の磁気回路を完成させる。

尚、スタック９２はポールピース４９及び５１を磁気的
には結合せず、ポールピース１３の下方では（脚１８の
ところ）磁気径路が連続していないことに注意されたい
。

偏向コイル４３及び４５、補正ヨーク１１、動的合焦手
段６９及び収差補正コイル７１などの動的に変化する素
子は、フェライト遮蔽にとり囲まれた渦電流のない環境
に置かれている。この遮蔽は、スタック９２、ポールピ
ース４９．５１．１３及び１４と、遮蔽脚１８から成っ
ている。

童栗上■適里公団 この発明はパーソナル・コンピュータ、ミニ・コンピュ
ータ、大型コンピュータ及び他のデータ処理装置などの
データ処理用チップの製造に適用することができる。

Ｆ０発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、常にターゲット
に電子ビームを垂直に入射し得るのでターゲットの高さ
の変位に感応しないとともに、きわめて高い分解能を実
現する電子ビーム投射装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う電子ビーム走査装置の概要断面
図、 第２図は、第１図の装置における電子ビームの径路を詳
細に示す図、 第３図は、第１図をより具体化した構造を示す断面図で
ある。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（他１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１） （ａ）電子ビーム源と、 （ｂ）上記電子ビーム源を、ターゲットに投射するため
   の投射手段と、 （ｃ）主平面と、上記ターゲットと上記投射手段の間に
   位置付けられた後方焦点平面とをもち、電子ビームを上
   記ターゲットに指向するための磁気投射レンズと、 （ｄ）上記ターゲットの所定の領域内で上記ビームを偏
   向するための下方段手段と、 （ｅ）上記ターゲットの上記領域内で上記ビームを偏向
   するための上方段手段とを具備し、 （ｆ）上記電子ビームは、上記電子ビームが上記主平面
   から上記ターゲットの平面にほぼ垂直に入射するテレセ
   ントリツク条件をもたらすべく上記後方焦点平面に交差
   するようになされ、 （ｇ）上記磁気投射レンズは、磁気補償構造を組みこま
   れてなり、以て、上記電子ビームは、上記ターゲット平
   面におけるテレセントリツク条件を上記電子ビームの全
   偏向範囲にわたつて常に保つようにしたことを特徴とす
   る、 電子ビーム投射装置。
2. （２） （ａ）電子ビーム源と、 （ｂ）上記電子ビーム源を、ターゲットに投射するため
   の投射手段と、 （ｃ）主平面と、後方焦点平面とをもち、電子ビームを
   上記ターゲットに指向するための磁気投射レンズと、 （ｄ）電子ビームの軸と、上記投射レンズの軸を同期し
   てシフトさせるための磁気ビーム・シフト手段と、 （ｅ）第１および第２の組の偏向手段をもち、上記電子
   ビームを所定の領域内で偏向するための下方段偏向手段
   と、 （ｆ）上記下方段偏向手段の上方に配置され、第３およ
   び第４の組の偏向手段をもち、上記電子ビームを所定の
   領域内で偏向するための上方段偏向手段を具備し、 （ｇ）上記第１の組の偏向手段は、上記投射レンズの幾
   何的軸から離隔する第１の方向へ一旦上記電子ビームを
   偏向させるものであり、 （ｈ）上記第２の組の偏向手段は、上記投射レンズの幾
   何的軸へ戻す方向へ上記電子ビームを偏向させるもので
   あり、 （ｉ）上記第３及び第４の組の偏向手段は、Ｘ及びＹ方
   向へ上記電子ビームを偏向させるものであり、（ｊ）上
   記第４の組の偏向手段は、上記第３の組の偏向手段によ
   つて偏向された上記電子ビームを上記後方焦点平面内の
   揺動点を通り上記投射レンズの上記後方焦点平面にほぼ
   垂直な径路に偏向させるものであり、 （ｋ）上記磁気投射レンズの口径内には磁気補償構造が
   配置されてなり、該磁気補償構造の磁界の強度は、上記
   磁気投射レンズの軸方向の磁界の一階導関数にほぼ比例
   し、以て上記磁気投射レンズの軸方向の磁界の一階導関
   数は、上記ターゲットの近傍でほぼゼロであり、 以て、上記電子ビームは、上記ターゲット平面における
   テレセントリツク条件を上記電子ビームの全偏向範囲に
   わたつて常に保つようにしたことを特徴とする、 電子ビーム投射装置。
3. （３） （ａ）電子ビーム源と、 （ｂ）上記電子ビーム源を、ターゲットに投射するため
   の投射手段と、 （ｃ）主平面と、後方焦点平面をもち、電子ビームを上
   記ターゲットに指向するための磁気投射レンズと、 （ｄ）上記電子ビームの軸と、上記投射レンズの軸を同
   期してシフトさせるための複数の磁気ビーム・シフト手
   段と、 （ｅ）照準レンズと、 （ｆ）ターゲット平面と、 （ｇ）上記ターゲット平面の領域上で、行ごとに不連続
   的に上記電子ビームを偏向するための下方段偏向手段と
   、 （ｈ）上記下方段偏向手段の上方に配置され、第１およ
   び第２の組の静電偏向手段をもち、上記電子ビームを所
   定の領域内で偏向するための上方段偏向手段を具備し、 （ｉ）上記第１及び第２の組の偏向手段は、Ｘ及びＹ方
   向へ上記電子ビームを偏向させるものであり、（ｊ）上
   記第２の組の偏向手段は、上記第１の組の偏向手段によ
   つて偏向された上記電子ビームを、上記電子ビームの幾
   何軸に、上記下方段偏向手段による偏向がない場合にお
   ける上記投射レンズの上記後方焦点平面内の揺動点で交
   差する径路に偏向させるものであり、 以て、上記電子ビームは、上記ターゲット平面における
   テレセントリツク条件を上記電子ビームの全偏向範囲に
   わたつて常に保つようにしたことを特徴とする、 電子ビーム投射装置。