JPH0785828A - 電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏向磁極のヒステリシス特性による電子ビー
ム照射位置誤差を補正し、電子ビーム照射位置精度を向
上させる。 【構成】 偏向信号に基づき電子ビームを偏向位置決め
する偏向磁極を有する電磁偏向器４と、上記偏向磁極の
ヒステリシス特性に起因する上記電子ビームの偏向位置
誤差を補正する予め設定された補正信号を発生する補正
信号発生手段２６とを設け、上記偏向信号を上記補正信
号で補正するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子ビームをターゲ
ット上の所定位置に位置決め照射し、電子ビーム加工や
電子ビーム模写等を行う電子ビーム装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図６は例えば特開昭６４−１７３６３号
公報に示される従来の電子ビーム装置の基本構成図、図
７はその偏向系の詳細構成図である。まず、図６におい
て、１は電子銃、２は電子銃１から発生した電子ビー
ム、３は電子ビーム２を一点に集束する集束レンズ、４
は電子ビーム２を偏向する電磁偏向器、５は電子ビーム
偏向位置を制御するための偏向信号を発生する偏向信号
発生器、６は上記偏向信号をもとに電磁偏向器４を駆動
するアンプ、７はワークである。次に、図７において、
１１、１２は電磁偏向器４を構成する偏向磁極と偏向コ
イル、１３は磁性体で形成され電磁偏向器４の上下に配
設されたリング、１４、１５は電磁偏向器４が発生する
偏向磁束と漏洩磁束、１６は偏向磁極１１のヒステリシ
ス特性に起因してビーム通路中に残る残留磁束（以下、
コア残留磁束という）、１７はリング１３のヒステリシ
ス特性に起因してビーム通路中に残る残留磁束（以下、
リング残留磁束という）である。なお、この図は図面上
左側の磁極がＮ極に、右側の磁極がＳ極に励磁されてい
る場合を示す。また、図８（ａ）、（ｂ）はそれぞれ偏
向磁極１１、リング１３中の磁束の方向を上面から示し
たものである。

【０００３】次に動作について説明する。偏向信号発生
器５の発生する偏向信号に応じてアンプ６によって駆動
された電磁偏向器４は偏向磁界１４と漏洩磁界１５を発
生する。偏向磁界１４は電子ビーム２に作用しこれを偏
向させる。漏洩磁界１５は偏向磁極１１のＮ極を出ると
近接したリング１３に入り、さらに、リング１３内を通
り偏向磁極１１のＳ極近くで再び空間に出て偏向磁極１
１のＳ極に入る。図７のように偏向磁極１１中の磁束と
リング１３中の磁束の向きは反対である。従って、コア
残留磁束１６とリング残留磁束１７の向きは互いに反対
であるため、それぞれのビーム照射位置に及ぼす影響は
相殺される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム装置
は以上のように構成されているので、ヒステリシス特性
によるビーム照射位置誤差を補正するにはリング残留磁
束とコア残留磁束のビーム位置に及ぼす影響を完全に相
殺するような調整が必要で、その調整は磁極形状や材質
の選択によっており、また個々の磁性体の特性にばらつ
きがあるため、正確な補正が困難で、ビーム照射位置決
め精度を高くすることが困難であるなどの問題点があっ
た。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電子ビームに与える偏向磁極の
ヒステリシス特性の影響を打ち消すリングを設けること
なく、高精度にビーム照射位置を定めることができる電
子ビーム装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明による電子ビー
ム装置は、偏向信号に基づき電子ビームを偏向位置決め
する偏向磁極を有する電磁偏向器と、上記偏向磁極のヒ
ステリシス特性に起因する上記電子ビームの偏向位置誤
差を補正する予め設定された補正信号を発生する補正信
号発生手段とを設け、上記偏向信号を上記補正信号で補
正するようにしたものである。

【０００７】また、電子ビームの位置決め用の偏向信号
を上記偏向磁極のヒステリシス特性に基づき予め設定さ
れた一定値の補正信号により補正するようにしたもので
ある。

【０００８】

【作用】この発明における電子ビーム装置は、予め設定
された補正信号によって偏向信号が補正され、偏向磁極
のヒステリシス特性による電子ビームの偏向位置誤差が
補正されて電子ビームはターゲット上の所定位置に精度
良く位置決めされる。

【０００９】また、一定値の補正信号によって電子ビー
ムの位置決め用の偏向信号が補正され、偏向磁極のヒス
テリシス特性による電子ビームの偏向位置誤差が補正さ
れて電子ビームはターゲット上の所定位置に精度良く位
置決めされる。

【００１０】

【実施例】

実施例１．以下、図１に示すこの発明の一実施例による
電子ビーム装置の要部である偏向系の構成を示すブロッ
ク図であり、図１において、図５と同一符号は相当部分
を示すのでその説明を省略する。なお、電子ビーム装置
の偏向系は一般に直行するＸ軸とＹ軸の２軸で構成され
ているが、図１では１軸のみを示している。２０ａ、２
０ｂはターゲット７上で偏向位置決めに用いる磁界の最
大値以上、最小値以下の予め設定した磁界に対応する偏
向信号である最大偏向信号Ｓｍａｘ、最小偏向信号Ｓｍ
ｉｎを発生する最大偏向信号発生器および最小偏向信号
発生器、２１は電子ビーム２のターゲット７上の偏向位
置に応じて予め設定された偏向データからなる偏向信号
を出力する偏向信号発生器であり、ターゲット７が例え
ば加工物である場合、その加工物の形状、加工位置に応
じて予め設定された偏向データからなる偏向信号を出力
する。

【００１１】２２は最大偏向信号発生器２０ａ、最小偏
向信号発生器２０ｂおよび偏向信号発生器２１から所定
の偏向信号を選択するスイッチ、２３は最大偏向信号発
生器２０ａ、最小偏向信号発生器２０ｂおよび偏向信号
発生器２１により構成される偏向信号発生装置、２４ａ
は最大偏向信号Ｓｍａｘ出力後に偏向信号発生器２１か
らの偏向信号に従ってビーム位置決めを行ったときのヒ
ステリシス誤差を補正する後述の図３に示される磁化曲
線ａからの各偏向位置に対応した複数の補正データから
なる補正信号Ｃａｎ（ｎ＝１、２、・・・）を出力する
補正信号発生器、２４ｂは最小偏向信号Ｓｍｉｎ出力後
に偏向信号発生器２１からの偏向信号に従ってビーム位
置決めを行ったときのヒステリシス誤差を補正する後述
の図３に示される磁化曲線ｂからの各偏向位置に対応し
た複数の補正データからなる補正信号Ｃｂｎ（ｎ＝１、
２、・・・）を出力する補正信号発生器である。なお、
上記補正信号Ｃａｎ、Ｃｂｎは誤差量の測定等によって
求められる。２５は補正信号発生器２４ａ、２４ｂから
所定の補正信号を選択するスイッチ、２６は補正信号発
生器２４ａ、２４ｂとスイッチ２５とで構成される補正
信号発生装置、２７は偏向信号発生器２３の発生する偏
向信号を補正信号発生器２６の発生する補正信号で補正
演算する加算器である。なお、上記偏向信号発生装置２
５、補正信号発生装置２６、加算器２７をコンピュータ
等で構成しても良い。

【００１２】図２はターゲット７上の偏向領域内での電
子ビーム位置決めの例で、電子ビーム照射位置をＰ１か
らＰ２へＸ軸方向に移動させ位置決めする場合を示す。
なお、上記Ｐ１とＰ２は実際は同Ｘ軸上に存在するが、
その位置の移動の説明を明確にするため、図ではＰ１と
Ｐ２の位置をＹ軸方向にずらせて図示されている。ま
た、電子ビームの位置決めは電子ビームを照射せず、偏
向磁界を発生するだけの場合も意味する。

【００１３】図３は電子ビームの位置決め時の動作を磁
化曲線ａ、ｂ上で示したものである。磁化曲線ａ、ｂは
本来磁極Ｈと磁束密度Ｂで表されるが、磁界Ｈすなわち
偏向電流によって発生する磁界は、偏向信号に比例する
ため、磁界を表すＨ軸は偏向信号軸に置き換えられる。
また、磁束密度Ｂは電子ビームの偏向位置に対応するた
め磁束密度を表すＢ軸は電子ビーム偏向位置軸に置き換
えられる。よって、磁化曲線ａは偏向信号Ｓｍａｘから
偏向信号を減少させたとき、また磁化曲線Ｂは偏向信号
Ｓｍｉｎから偏向信号を増加させたときの磁化曲線であ
る。破線で示される磁化曲線Ｃはヒステリシス誤差のな
い理想的な場合の偏向信号と電子ビーム偏向位置の関係
を示す。Ｐｍａｘ、Ｐｍｉｎは偏向信号Ｓｍａｘ、Ｓｍ
ｉｎに対応する偏向位置である。

【００１４】次に動作について説明する。今、図２のＰ
１に電子ビーム２が位置決めされている。この電子ビー
ム偏向位置Ｐ１はそれまでの電子ビーム移動の履歴によ
ってヒステリシス誤差を含んで位置が決まっている。こ
の電子ビーム偏向位置Ｐ１をＰ２へとＸ軸方向に移動し
位置決めする場合，まず、スイッチ２２は最大偏向信号
発生器２０ａに接続され、最大偏向信号発生器２０ａか
ら偏向信号Ｓｍａｘがアンプ６を介して電磁偏向器４に
出力される。従って、電子ビーム２はＰｍａｘに位置決
めされる。その後、スイッチ２２は偏向信号発生器２１
に接続され、磁化曲線Ｃによって求められ予め設定され
た電子ビーム偏向位置Ｐ２に対応した偏向信号Ｓ２が偏
向信号発生器２１から出力されると共にスイッチ２５が
補正信号発生器２４ａに接続され、予め設定された電磁
偏向器４のヒステリシス特性に起因する位置誤差を補正
する補正信号Ｃａ２が補正信号発生器２４ａから出力さ
れ、加算器２７において上記偏向信号Ｓ２が上記補正信
号Ｃａ２によって補正演算（Ｓ２＋Ｃａ２）される。こ
の補正偏向信号（Ｓ２＋Ｃａ２）がアンプ６を介して電
磁偏向器４に出力され、電子ビーム２は偏向位置Ｐ２に
正確に位置決めされる。

【００１５】これを図３について説明すると、偏向信号
発生器２１から偏向信号Ｓ２のみが出力された場合 、
電子ビーム２は磁化曲線ａに従い電子ビーム偏向位置Ｐ
２−１に位置決めされヒステリシス誤差が生じるが、補
正信号発生器２４ａからこの誤差量を補正するように予
め設定された補正信号Ｃａ２が出力され、この補正信号
Ｃａ２により偏向信号Ｓ２は補正される。この補正信号
Ｓ２−１によって電子ビーム２は偏向され、偏向位置Ｐ
２に正確に位置決めされる。

【００１６】以上のように、図２における偏向位置Ｐ１
から偏向位置Ｐ２へ電子ビーム２を位置決めの際、Ｐ１
→Ｐｍａｘ→Ｐ２の経路によって位置決めするように動
作させたが、これに限らず、Ｐ１→Ｐｍａｘ→Ｐ２の経
路と、Ｐ１→Ｐｍｉｎ→Ｐ２の経路の電子ビーム照射位
置の移動距離を比較し短い方に経路を選択し位置決めす
るように動作させても良い。

【００１７】また、電子ビーム偏向位置が図４のように
同Ｘ軸上に多数ある場合（なお、図４中、電子ビーム偏
向位置Ｐ１〜Ｐ６は実際は同Ｘ軸上に存在するが、図２
と同様にその位置をＹ軸方向にずらせて図示されてい
る。）、その電子ビームの位置決め時の動作を磁化曲線
ａ、ｂ上で示すと図５のようになり、Ｐ１→Ｐ２への位
置決め時、ＰｍａｘあるいはＰｍｉｎ→Ｐ２の移動方向
をＰ２→Ｐ３の方向と同方向に合わせるようにＰｍａｘ
（Ｓｍａｘ）あるいはＰｍｉｎ（Ｓｍｉｎ）を選択する
と共に（図４の場合はＰｍａｘを選択する）、Ｐ２→Ｐ
３、Ｐ３→Ｐ４のように電子ビームの移動方向が同じ場
合は、移動の度にＳｍａｘ，またはＳｍｉｎを出力せず
に、偏向を連続してＰ２→Ｐ３→Ｐ４と行う。また、Ｐ
４→Ｐ５のように移動方向が反転する場合は、上述のＰ
１→Ｐ２の場合と同様にＰ５→Ｐ６の移動方向に合うよ
うにＳｍｉｎを出力した後に、前述と同様にしてＰ５に
位置決めするように動作させる。

【００１８】まず、スイッチ２２は最大偏向信号発生器
２０ａに接続され、最大偏向信号発生器２０ａから偏向
信号Ｓｍａｘがアンプ６を介して電磁偏向器４に出力さ
れる。従って、電子ビーム２はＰｍａｘに位置決めされ
る。その後、スイッチ２２は偏向信号発生器２１に接続
され、磁化曲線Ｃによって求められ予め設定された電子
ビーム偏向位置Ｐ２に対応した偏向信号Ｓ２が偏向信号
発生器２１から出力されると共にスイッチ２５が補正信
号発生器２４ａに接続され、予め設定された電磁偏向器
４のヒステリシス特性に起因する位置誤差を補正する補
正信号Ｃａ２が補正信号発生器２４ａから出力され、加
算器２７において上記偏向信号Ｓ２が上記補正信号Ｃａ
２によって補正演算（Ｓ２＋Ｃａ２）される。この補正
偏向信号（Ｓ２＋Ｃａ２）がアンプ６を介して電磁偏向
器４に出力され、電子ビーム２は偏向位置Ｐ２に正確に
位置決めされる。次に、電子ビーム偏向位置Ｐ３に対応
した偏向信号Ｓ３が偏向信号発生器２１から出力され、
この偏向信号Ｓ３は補正信号発生器２４ａから出力され
た補正信号Ｃａ３と加算器２７において補正演算（Ｓ３
＋Ｃａ３）され、この補正偏向信号（Ｓ３＋Ｃａ３）が
アンプ６を介して電磁偏向器４に出力され電子ビーム２
は偏向位置Ｐ３に位置決めされる。次に、同様に加算器
６において偏向信号Ｓ４が補正信号Ｃａ４によって補正
され、この補正偏向信号（Ｓ４＋Ｃａ４）によって電子
ビーム２は偏向位置Ｐ４に位置決めされる。次に、スイ
ッチ２２は最小偏向信号発生器２０ｂに接続され、最小
偏向信号発生器２０ｂから偏向信号Ｓｍｉｎがアンプ６
を介して電磁偏向器４に出力され、電子ビーム２はＰｍ
ｉｎに位置決めされる。その後、スイッチ２２は偏向信
号発生器２１に接続され、電子ビーム偏向位置Ｐ５に対
応した偏向信号Ｓ５が偏向信号発生器２１から出力さ
れ、この偏向信号Ｓ５は補正信号発生器２４ｂから出力
された補正信号Ｃｂ５と加算器２７において補正演算
（Ｓ５＋Ｃｂ５）され、この補正偏向信号（Ｓ５＋Ｃｂ
５）がアンプ６を介して電磁偏向器４に出力され電子ビ
ーム２は偏向位置Ｐ５に位置決めされる。次に、同様に
加算器６において偏向信号Ｓ６が補正信号Ｃｂ６によっ
て補正され、この補正偏向信号（Ｓ６＋Ｃｂ６）によっ
て電子ビーム２は偏向位置Ｐ６へ正確に位置決めされ
る。なお、上記Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４やＰ５→Ｐ６の移動中
に電子ビーム２をターゲット７に照射することによって
連続したラインの溶接、描画等を精度良く行える。

【００１９】実施例２．なお、上記実施例１において
は、磁化曲線ａ、ｂからの各偏向位置に対応した複数の
補正データからなる補正信号Ｃａｎ、Ｃｂｎによって、
偏向信号を補正するようにしたものについて説明した
が、これに限らず、補正信号Ｃａｎ、Ｃｂｎを偏向位置
によらずそれぞれ一定値とし、この補正信号Ｃａｎ（ｎ
＝１、２、・・・）＝定数（例えば、図３のＣａ０とす
る。）、補正信号Ｃｂｎ（ｎ＝１、２、・・・）＝定数
（例えば、図３のＣｂ０とする。）、で偏向信号を補正
するようにしても良い。この場合、電子ビームの位置決
め精度が上記実施例１のものに比し若干低くなるが、補
正信号発生器２４ａ、ｂが簡単な電圧発生手段で形成す
ることができ、補正信号発生装置２６を簡単な電圧発生
手段とスイッチ２５で構成することができる。

【００２０】実施例３．また、以上の実施例において
は、電磁偏向系が一段の電子ビーム装置について説明し
たが、これに限らず、大偏向領域を有する電磁偏向系
と、小偏向領域を有する電磁偏向系などの２段以上の電
磁偏向系を組み合わせ構成された電子ビーム直接描画装
置等の電子ビーム装置であっても良く、上記２段以上の
電磁偏向系の少なくとも１つの電磁偏向系の偏向信号を
上記実施例と同様に補正信号によって補正することによ
り上記実施例と同様の効果を奏する。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電磁
偏向系の偏向磁極のヒステリシス特性に起因する電子ビ
ームの偏向位置誤差を補正する補正信号によって電子ビ
ームの位置決め用の偏向信号を補正するように構成した
ので、偏向磁極のヒステリシス特性による電子ビームの
偏向位置誤差が補正されて電子ビームはターゲット上の
所定位置に精度良く位置決めされ、精度よく溶接、描画
等ができる等の効果がある。

【００２２】また、電子ビームの位置決め用の偏向信号
を一定値の補正信号によって補正することにより、電子
ビームはターゲット上の所定位置に精度良く位置決めさ
れると共に、上記補正信号を発生する補正信号発生器を
簡単な電圧発生手段とスイッチで構成することができ装
置構成が簡単になる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による電子ビーム装置の要
部である偏向系の構成を示すブロック図である。

【図２】電子ビームの位置決めの一例を示す図である。

【図３】電子ビームの位置決め時の動作を説明する図で
ある。

【図４】電子ビームの位置決めの他の一例を示す図であ
る。

【図５】電子ビームの位置決め時の動作を説明する図で
ある。

【図６】従来の電子ビーム装置の基本構成図である。

【図７】図６に示される電子ビーム装置の偏向系の詳細
構成図である。

【図８】図８に示される偏向時局１１とリング１３中の
磁束の方向を上面から示した図である。

【符号の説明】

２ 電子ビーム ４ 電磁偏向器 ７ ターゲット ２０ａ 最大偏向信号発生器 ２０ｂ 最小偏向信号発生器 ２１ 偏向信号発生器 ２２ スイッチ ２３ 偏向信号発生装置 ２４ａ 補正信号発生器 ２４ｂ 補正信号発生器 ２５ スイッチ ２６ 補正信号発生装置 ２７ 加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを発生する電子銃と、上記電
   子ビームをターゲット上に集束する集束レンズと、上記
   電子ビームの上記ターゲット上の位置決め用の偏向信号
   を出力する偏向信号発生手段と、上記偏向信号発生器か
   ら出力された偏向信号に基づき上記ターゲット上の所定
   位置に上記電子ビームを偏向位置決めする偏向磁極を有
   する電磁偏向器と、上記偏向磁極のヒステリシス特性に
   基づき上記偏向位置決め位置に応じて予め設定され上記
   電子ビームの上記ヒステリシス特性による偏向位置誤差
   を補正する補正信号を発生する補正信号発生手段とを備
   え、上記偏向信号を上記補正信号で補正するようにした
   ことを特徴とする電子ビーム装置。
2. 【請求項２】 電子ビームを発生する電子銃と、上記電
   子ビームをターゲット上に集束する集束レンズと、上記
   電子ビームの上記ターゲット上の位置決め用の偏向信号
   を出力する偏向信号発生手段と、上記偏向信号発生器か
   ら出力された偏向信号に基づき上記ターゲット上の所定
   位置に上記電子ビームを偏向位置決めする偏向磁極を有
   する電磁偏向器と、上記偏向磁極のヒステリシス特性に
   よる上記電子ビームの偏向位置誤差を補正する上記ヒス
   テリシス特性に基づき予め設定された一定値の補正信号
   を発生する補正信号発生手段とを備え、上記偏向信号を
   上記補正信号で補正するようにしたことを特徴とする電
   子ビーム装置。