JPH0441463B2 - - Google Patents

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JPH0441463B2
JPH0441463B2 JP58005958A JP595883A JPH0441463B2 JP H0441463 B2 JPH0441463 B2 JP H0441463B2 JP 58005958 A JP58005958 A JP 58005958A JP 595883 A JP595883 A JP 595883A JP H0441463 B2 JPH0441463 B2 JP H0441463B2
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JP
Japan
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pole piece
lens
magnetic
coil
excitation
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Application number
JP58005958A
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English (en)
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JPS58129734A (ja
Inventor
Eichi Uenkureezun Rii
Jee Deuoa Uiriamu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ETETSUKU SHISUTEMUZU Inc
Original Assignee
ETETSUKU SHISUTEMUZU Inc
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Publication date
Application filed by ETETSUKU SHISUTEMUZU Inc filed Critical ETETSUKU SHISUTEMUZU Inc
Publication of JPS58129734A publication Critical patent/JPS58129734A/ja
Publication of JPH0441463B2 publication Critical patent/JPH0441463B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3007Electron or ion-optical systems
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • H01J37/14Lenses magnetic
    • H01J37/141Electromagnetic lenses

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、荷電粒子ビームリソグラフイー、詳
細には偏向コイルを内蔵する新規かつ改良された
磁界電子レンズ系を有する新規かつ改良された装
置に関する。
第1図は、複合対物レンズ12を有する従来技
術による典型的荷電粒子ビームリソグラフイー装
置10を示す。この図面において、粒子(電子又
はイオン)源14が設けられており、該粒子源か
らビーム16が発生され、該ビームは多数の開孔
板18及びブランキング及び収束レンズ20を経
て、複合対物レンズ12に到達するまで導かれ、
更に該複合対物レンズによつてターゲツト22に
向けられる。一般に、ターゲツト22は、ビーム
の偏向に対して直角な方向に運動する搬送台24
上に配置されたレジスト層である。この書き込み
技術に関する詳細は、それぞれコリエール
(Collier)他及びリン(Lin)による米国特許第
3900737号明細書及び米国特許第3801792号明細書
に記載されている。
第2図は、第1図の従来技術の対物レンズ2の
拡大断面図であり、レンズの孔30内の1対の偏
向コイル26及び28から成つていることを示
す。軸方向の収束磁界Bz(z)は、ソレノイド励磁
レンズコイル38内に配置された有利にはフエラ
イト材料からなる1対の円筒状磁極片34及び3
6の間の1つ以上のギヤツプ32によつて形成さ
れる。磁気回路を完成するために、一般に鉄から
成る、円筒状磁束帰還用外側ヨーク40が、励磁
コイル38を包囲している。該ヨークはまた、図
示されているように、磁極片36を位置決めする
ためにフランジ42によて磁極片を包囲してい
る。
レンズの孔30内に配置されかつフエライト製
円筒状磁極片34,36によつて包囲された偏向
コイル26,28は、重畳された軸方向のレンズ
磁界Bz(z)と横方向の時間に依存する偏向磁界Bxy
(z、t)を形成し、これらはビーム16を、レ
ンズの下に配置されたターゲツトレジスト層22
上に終息しかつビームを偏向して該ターゲツトレ
ジスト層22を横切らせる。
収差(焦点のずれ)及び歪曲(非線状偏向)を
回避するために、レンズ及び偏向装置によつて発
生した磁界の形状がレンズ及び偏向励磁電流の全
範囲に亙つて適合するように、軸方向の収束磁界
Bz(z)に適合させるために偏向磁界Bxy(z)を慎重に
設計することが必要である。何らかの理由で、収
束磁界の形状Bz(z)がレンズ励磁に関して非線形
に変化すれば、該装置の収差は、一次ビーム電圧
の1つの値に対してのみ最適になることになる。
収束磁界の形状は、磁極片の形状及び透磁率に
依存する。磁極片の透磁率が著しく高ければ、該
磁界形状はギヤツプの形状に支配される。しかし
ながら、レンズ励磁は増大するので、磁化力Hは
増大しかつ透磁率は減少する。この飽和として知
られている効果は、磁束を磁極片外へかつレンズ
孔内に漏らし、ひいては収束磁界の形状を変化せ
しめる。透磁率が磁化力の比較的狭い範囲内にお
いてのみ高いフエライト磁極の場合には、この効
果は低い励磁においてすら認められる。偏向最適
化の臨界的性質に基づき、フエライト材料を励磁
の広い範囲に亙つて一定の透磁率に維持するのが
理想的である。
該問題に対する伝統的解決手段は、著しく厚い
磁極片を利用することよりなる、即ち磁気的負荷
に耐えるために、大きは横断面積が得られるよう
に磁極片34及び36を肉厚にすることよりな
る。横断面積が十分に大きければ、フエライト材
料は飽和に達しない。この解決手段は、若干の欠
点を有する。レンズの重量、寸法及びコストが増
大するだけでなく、フエライト材料の透磁率が作
動範囲に亙つて急激に変化し、小さいが但し重大
な磁界形状の変化を生ぜしめるという事実は回避
されない。更に、レンズの鉄部分は孔から遠ざけ
られかつ遥かに高い飽和磁束を有するので、その
特性は比較的僅かな役割を演じるにすぎない。
前記のリンによる米国特許第3801792号明細書
は、複合レンズを開示しているので、この点に関
するその従来技術としての欠点を以下に簡単に説
明する。
該偏向装置は、円筒状フエライトによつて包囲
されているが、円筒状鉄製レンズ円筒体に磁気的
に接続されているようには示されていない。この
配置においては、フエライトは偏向磁界のための
磁束帰還路を形成するために使用されているが、
しかし1個だけの単一円筒体が使用されているの
で、該フエライトはレンズ磁界を形成するために
必要な双磁極片の一方であるにすぎない。これ
は、以下に開示する本願発明とは、偏向装置をレ
ンズギヤツプの内部又はその下に配置することが
できないという点で異なつている。更に、フエラ
イト中の飽和を減少させる手段として鉄ギヤツ
プ、即ちレンズギヤツプの磁界に設けられた鉄か
らなる外側磁極片内の破断部を使用することは、
示唆されていない。図示されているように、該構
造は前述の飽和効果を甘受せざるを得ない。
本発明の目的は、軸方向の磁界強度と、レンズ
の軸に沿つたあらゆる点での励磁電流との線形関
係に著しい影響を及ぼすことなく、レンズ磁界内
部に低い飽和材料を設けることである。
本発明のもう1つの目的は、新規の複合対物レ
ンズを組み込むことにより、第1図に示した形式
の、新規かつ改良された粒子ビームリソグラフイ
ー装置を提供することである。
前記目的を達成した本発明は、レンズの孔内部
の偏向コイルと、ソレノイド励磁レンズコイル
と、レンズギヤツプを有する第1の組(対)の磁
極片と、該第1の磁極片の外側に、但しレンズ励
磁コイル内部に同心的に配置された第2の組の磁
極片とを有する複合レンズを提供することよりな
る。該第2の組の磁極片は、第1の組の磁極片内
のレンズギヤツプと同一平面上のレンズギヤツプ
の有する、鉄のような高飽和材料から構成されて
いる。偏向コイルからの帰還磁束は、内側円筒状
磁極片だけによつて送られ、一方レンズコイルに
よつて発生された磁束は、2つの、内側と外側円
筒状磁極片に分けられ、但し一部分は内側の円筒
状磁極片のまわりに分路される。該複合レンズの
実施態様は、スペーサを使用すること並びに円筒
状磁極片のために異なつた材料を使用することよ
りなる。
次に図示の実施例につき本発明を詳細に説明す
る。
第1図及び第2図は、本発明の背景を説明する
ものであるので、今や本発明に基づき構成された
複合対物レンズを示す第3図について説明する。
第3図において、第2図における同じ機能を有
する部材には、同じ参照番号を付した。従つて、
レンズ励磁コイル38、偏向コイル26,28及
び内側円筒状磁極片34,36は実質的に同じで
ある。この図面に付加されているのは、第2もし
くは外側の円筒状磁極片50A,Bであり、該磁
極片はヨーク40と同じ材料から一体成形され、
かつ内側磁極片34,36内のギヤツプ32と同
一平面に配置されたギヤツプ52を有する。この
磁極片50A,Bは、内側磁極片の外壁56から
間隔が設けられていなくてもよく、又は該外壁5
6から、外側磁極片に形成された段部58によつ
て半径方向ギヤツプ54により間隔が設けられて
いてもい。
第4図は、本発明の選択的実施例を示し、該実
施例では、内側磁極片は、内側と外側の磁極片間
に配置された非磁性スペーサ60を備えている。
該スペーサ60は、内側磁極片を磁気的に絶縁す
るだけでなく、第3図の実施例の段部58の代わ
りに働く。スペーサ60は、また半径方向ギヤツ
プ54を使用する場合にのみ機能する、即ちスペ
ーサ60と半径方向ギヤツプ54の機能は、フエ
ライト構造を磁気的に絶縁することにある。レン
ズの1つのコーナーだけが示されているが、該ス
ペーサは円筒形でありかつ内側磁極片の下方端部
にも同じスペーサが存在することは明らかであ
る。該スペーサは、内側磁極片によつて誘導され
る全収束磁界磁束の一部分を分路し、かつ偏向磁
界がヨークを経て帰還するのを阻止する。
第5図は、複合レンズ系の選択的実施態様を示
す。第5図は、内側磁極片の一方、即ち34を示
し、この場合には外側磁極片50は内側磁極片の
外側円筒状壁56と接触している、即ち半径方向
のギヤツプを有していない。
第2図と第3図に示した複合レンズ間の直接的
比較による実験試験で、該レンズを最大設計電流
で励磁した場合、線状性(B(z)対励磁電流)にお
いて50倍の改良が達成された。飽和効果は、1/
50に減少した。
定性的には、該複合レンズの作動は、一般に以
下の通りである:低い励磁では、内側磁極片3
4,36のフエライトの透磁率は、鉄製の外側磁
極片50の透磁率に等しいか又はそれ以上であり、
かつレンズ磁界はフエライト製の内側磁極片の内
側表面の形状によつて決まる。励磁を増大する
と、フエライト製の内側磁極片の透磁率は鉄の透
磁率より下に低下せんとするので、過剰の磁束は
鉄製外側磁極片50内のギヤツプを経て分路され
る。この後者のギヤツプはフエライト製内側磁極
片のギヤツプに形状が極めて類似しているので、
このギヤツプに基づくレンズ磁界の部分はほぼ同
じ形状である。フエライト製磁極片が完全に飽和
したとしても、レンズ磁界はなお類似の形状を維
持する。しかしながら、鉄製外側磁極片が飽和す
るまで、フエライト製内側磁極片の透磁率は決し
て鉄の透磁率のかなり下には低下しない、それと
いうのもその磁化力Hは過剰磁界を誘導する外側
磁極片によつて形成される代替の経路によつて制
限されるからである。従つて、内側磁極片の透磁
率は外側磁極片の透磁率のかなり下には低下する
ことができない。この理論が正しいと仮定すれ
ば、レンズの軸上の磁界は、なお内側磁極片の内
側輪郭によつて主として決定される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来技術による粒子ビーム偏向系の
略示構成図、第2図は、従来技術のレンズ偏向系
内の複合対物レンズの断面図、第3図は、本発明
に基づき構成された対物レンズの断面図、第4図
は、本発明の複合対物レンズ内にスペーサを配置
した状態の内側と外側の磁極片の断面図、及び第
5図は、本発明の複合体物レンズにおける、異な
つた材料からなり、但し互いに接触配置された内
側と外側磁極片の断面図である。 10……従来技術の装置、12……複合対物レ
ンズ、14……粒子源、16……ビーム、20…
…ブランキング及び収束レンズ、22……ターゲ
ツト(レジスト層)、24……搬送台、26,2
8……偏向コイル、30……レンズの孔、32…
…ギヤツプ、34,36……円筒状磁極片対、3
8……ソレノイド励起レンズコイル、40……円
筒状帰還用外側ヨーク、42……フランジ、50
A,B……第2又は外側円筒状磁極片、52……
ギヤツプ、54……半径方向ギヤツプ、56……
内側磁極片の外側壁、58……段部、60……非
磁性スペーサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 軟磁性材料からなる円筒状内側磁極片を有
    し、該内側磁極片がレンズギヤツプによつて複数
    に分離され、かつ該内側磁極片が 上記内側磁極片の外側の励磁レンズコイルと、 上記励磁レンズコイルを包囲し、かつ上記内側
    磁極片の軟磁性材料と異なる軟磁性材料からなる
    磁束帰還用外側ヨークと、 上記励磁レンズコイルからの過剰を磁束を分路
    するための、上記内側磁極片に対して同心的にか
    つ該磁極片の外側に配置された、高飽和束の、但
    し低い誘磁率の材料からなる磁極片及び該磁極片
    により形成されたレンズギヤツプと により包囲されていることを特徴とする複合磁界
    粒子ビームレンズ。 2 前記外側の磁極片材料が、前記ヨークと同じ
    材料よりなる、特許請求の範囲第1項記載のレン
    ズ。 3 前記外側磁極片が前記内側磁極片と半径方向
    で密着している、特許請求の範囲第1項記載のレ
    ンズ。 4 前記外側磁極片が半径方向ギヤツプによつて
    前記内側磁極片から分離されている、特許請求の
    範囲第1項記載レンズ。 5 前記内側磁極片を前記外側磁極から間隔をあ
    ける2つの軸方向のスペーサを有する、特許請求
    の範囲第1項記載のレンズ。 6 前記スペーサが非磁性材料のリングからな
    る、特許請求の範囲第5項記載のレンズ。 7 粒子ビームを発生する手段と、複合対物レン
    ズを備えた前記ビームを成形、ブランキング及び
    収束する手段とを有する粒子ビームリソグラフイ
    ー装置において、上記複合対物レンズが、軟磁性
    材料からなる円筒状内側磁極片を有し、該内側磁
    極片がレンズギヤツプによつて複数に分離され、
    かつ該内側磁極片が 上記内側磁極片の外側の励磁レンズコイルと、 上記レンズコイルを包囲し、かつ上記内側磁極
    片の軟磁性材料と異なる軟磁性材料からなる磁束
    帰還用外側ヨークと、 上記励磁レンズコイルからの過剰の磁束を分路
    するための、上記内側磁極片に対して同心的にか
    つ該磁極片の外側に配置された、高飽和磁束の、
    但し低い誘磁率の材料からなる磁極片及び該磁極
    片により形成されたレンズギヤツプと により包囲されていることを特徴とする、粒子ビ
    ームリソグラフイー装置。
JP58005958A 1982-01-26 1983-01-19 複合磁界粒子ビームレンズ及び粒子ビームリソグラフィー装置 Granted JPS58129734A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US342696 1982-01-26
US06/342,696 US4469948A (en) 1982-01-26 1982-01-26 Composite concentric-gap magnetic lens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58129734A JPS58129734A (ja) 1983-08-02
JPH0441463B2 true JPH0441463B2 (ja) 1992-07-08

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ID=23342898

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58005958A Granted JPS58129734A (ja) 1982-01-26 1983-01-19 複合磁界粒子ビームレンズ及び粒子ビームリソグラフィー装置

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EP (1) EP0084653B1 (ja)
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