JPS5820098B2 - 電子線偏向走査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 高速に加速された電子線を、電子レンズを用いて細く絞
り物体表面に投射すると同時に、偏向装置を用いて２次
元に走査し、物体表面から発生する２次電子等を検出増
幅して、同期して走査されているブラウン管の輝度変調
を行ない、物体表面の拡大観察を行なう方法が、光学顕
微鏡に比較して、電子線が非常に細く絞れ、分解能がす
ぐれていること、又電子線の開口角が小さくでき、焦点
深度が大きい利点を有していることから広く用いられて
いる。

又はぼ同じ理由から、物体表面に電子線に感光する膜（
電子線レジスト）を塗布し、その上を電子線で図形状に
走査感光せしめ、現像後エツチング、蒸着等により、微
細な加工を行なう方法が、高密度集積回路素子（ＬＳＩ
）の製造等に用いられている。

本発明は上記装置の改良に関するものである。

第１図は従来の電子線により微細加工を行なう描画装置
に用いられている電子光学系の構成を示すもので、１は
電子線、２は縮小電子レンズで、図には１段の場合を示
したが、必要により２段又はそれ以上の段数の縮小を行
なうこともある。

３は縮小レンズ２により縮小された電子源の像を試料表
面に投影する対物レンズ、４は電子線絞り、５は電子線
を試料表面上走査するための偏向素子である。

上記の構成において走査の面積を制限する因子として主
なものは、偏向場の軸非対称レンズ作用のため、偏向の
量に関係［ッて収差が発生し、このため電子線に拡がり
が生じる。

すなわち、図形の精度に影響すること、又、第１図にお
いて明らかなように、偏向された電子線は、試料に対し
て斜めに入射するため、試料の高さが変化すると、試料
上の電子線の入射位置が変化することである。

たとえば、偏向素子５の中心と試料表面間の距離を７０
ｍｍ、試料上の最大偏向量を、３．５ｍｍとすると、試
料表面で電子線入射位置の精度を０．１μｍにおさえよ
うとした場合、試料の高さの変動を２μｍ以内に制御す
る必要がある。

本発明は、上記の従来装置における欠点を除きより高い
精度で、広い面積の走査を可能とすると同時に、試料の
高さに対する制限を大巾に緩和できるもので、第２図に
その基本的な構成を示す。

第２図において、電子源１、縮小レンズ２は第１図と同
じである。

７は第１の投射レンズで、これにより縮小レンズ下方の
光源像を、試料６の下方に作る。

４は電子線絞り、５は偏向素子、８は第２の投射レンズ
で、このレンズにより試料下方にあるレンズ７による電
子源像を、試料表面上に縮小写像する。

この構成において、偏向素子の中心、すなわち電子線の
偏向支点の位置と第２の投射レンズ８との距離を、第２
の投射レンズ８の焦点距離と一致せしめれば、第２の投
射レンズ８を通過した電子線の方向は、軸と平行となり
、試料表面に垂直に入射する。

このため前述の従来法における電子線入射方向が斜であ
ることによる試料位置の制約が大巾に緩和される。

又、偏向により生じる収差のうち最も大きいものの一つ
である非点収差は、第１図の構成の場合、で示される。

ここでｗｄｌはレンズ３と試料間の距離、Ｘは試料上偏
向距離、αは試料から見た電子線の開口角、Ｋは比例定
数である。

第２図の構成で同じことを考えた場合、第３図に示すよ
うに第１の投射レンズ７とこれの作る像面６′までの距
離をｗｄ２、第２のレンズ８による倍率を１／２とする
と、第１のレンズ７の像面６′における、偏向のための
非点収差の量は となる、ここで、ｗｄ２キ２ ｖｖ ｄ １、Ｘ′キ２
Ｘ、βキα フであり、第１の投射レンズ７による像６′を、第２の
レンズ８で試料上に１／２に縮小投影するのであるから
、試料上における非点収差の量はとなる。

すなわち、第１図の構成と比較して、１／２に減じたこ
ととなる。

又電子線の速度に差がある場合、偏向素子による電子線
の偏向量に差を生じる。

たとえば偏向を軸に垂直な磁場で行なう場合、偏向の角
度は、電子線の加速電圧の平方根に逆比例する。

したがって電子線の速度を、加速電圧に換算して、平均
の加速電圧Ｅボルトに対して△Ｅボルトの差がある場合
、偏向角度、すなわち第１図の構成においては、試料面
上の電子線△Ｅ の偏向量は、平均の偏向量に対して、２Ｅだけ拡がった
ものとなる。

（偏向色収差）今Ｅ＝２０にボルト、△Ｅ＝１ボルトと
すると、上記の拡がりの量は、平均偏向量の１／４万と
なり、大きい偏向、すなわち、１回の走査面積を大きく
とった場合、無視出来ない値となる。

第２図の本発明の構成によれば、第２のレンズ８の主面
の位置における、上記偏向色収差の量が、第１図の構成
の場合と同じとなる。

しかして第２のレンズ８の色収差系数により、平均より
速度の小さい、すなわち、大きい角度に偏向された電子
線に対しては、レンズ８の焦点距離は、平均速度のもの
に比較して短かくなるため、この電子線は軸）こ近づく
方向に、又は平均より速度の大きい、すなわち偏向量の
小さい電子線は、軸より遠ざかる方向に向かうこととな
り、試料面上においては、両者の効果の差分のみが表わ
れることになり、レンズ８の色収差系数を適当に選ぶこ
とにより、両者を完全に打ち消す、すなわち偏向色収差
を零とすることも可能である。

第２のレンズ８として磁界型電子レンズを用いた場合、
レンズの前後において像が回転し、その回転の量は、レ
ンズの励磁の強さに比例し、電子線の加速電圧の平方根
に逆比例する。

すなわち、レンズ８の前後では偏向の方向が回転する。

したがって前述のごとく、電子線の速度（加速電圧）に
変化があると、試料上の電子線投射位置が変化する。

この問題を解決するためには、第２のレンズ８を、第４
図に示すごとく、３個の磁極１０゜１１および１２、す
なわち２個の磁極間隙１３及び１４で構成し、それぞれ
の磁極間隙を励磁するコイル１５及び１６の励磁の強さ
を等しくシ、かつその方向を逆向とすることにより像の
回転を生じないようにしたものを用いればよい。

第５図は、第１図に示す従来用いられている構成による
ものと、第２図に示す本発明の構成による、試料面上の
電子線偏向量と、電子線の各収差による拡がり、すなわ
ち描画を行った場合の精度又は、走査電子顕微鏡として
用いた場合の分解能の関係を示すもので、横軸に偏向量
、縦軸に、電子線の受ける収差の量を対数で表す、曲線
ａが第１図の構成によるもの、曲線すが第２図に示す本
発明の構成によるものである。

図から明らかなように、従来の構成に比較して、輝度（
分解能）を約２倍向上せしめることが可能である。

と同時に試料に対する電子線の入射方向が、試料面に対
して垂直となるため、試料面の高さの変動が、電子線入
射位置の変動とならないため、機構的な制約を大幅に緩
和することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成を示す図、第２図は、本発明の
一実施例の構成を示す図、第３図は本発明の詳細な説明
する説明図、第４図は３磁極電子レンズの構造を示す図
、第５図は本発明による精度の向上を示す線図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子源から放出される電子線を縮小又は拡大電子レ
   ンズ系、電子レンズおよび電子線偏向素子を介して試料
   表面上に偏向走査せしめる電子線偏向走査装置において
   、上記電子線偏向素子と上記試料間に他の電子レンズを
   配設し、上記電子線偏向素子と上記能の電子レンズとの
   間の距離を１２゜および上記能の電子レンズの焦点距離
   をｆ２とすると、 １−、：ｆ２ なる関係を満足し、かつ上記電子レンズによる像が上記
   試料の後方に結像される如く構成したことを特徴とする
   電子線偏向走査装置。