JPS5853466B2 - 荷電粒子ビ−ム集束偏向装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁レンズ系と静電偏向系とを有する荷電粒
子ビーム集束偏向装置に関するものである。

一般に、荷電粒子ビームＣ以下、単に「ビーム」という
）の集束偏向装置は、ブラウン管、テレビ撮像管をはじ
め、電子ビーム加工機、電子ビーム露光装置、走査型電
子顕微鏡、イオン注入装置などに広く利用されている。

本発明の目的はこれらの分野に用いられているビーム集
束偏向装置で問題となるビームのターゲツト面への斜入
射の回避と偏向に伴う収差（すなわち色収差、歪曲収差
、非点収差、コマ収差、像面湾曲収差）の排除とを動的
補正（Ｄｙｎａｍｉｃｃｏｒｒｅｃｔ １ｏｎ）によら
ず静的に行うビーム集束偏向装置を提供することである
。

従来、ビームの斜入射は、例えば第１図に示すように、
偏向手段ＤＭとは逆方向へビームを偏向させる偏向手段
ＤＳを設けこの偏向手段ＤＳヘビームをターゲットＳに
垂直に入射せしめるに必要な補正信号を加えることによ
り解決していた。

又偏向に伴って生じる収差については、すべての収差成
分を減少するように偏向の程度に応じて変化する補正信
号を集束レンズ系、偏向系又は補正コイルに加えること
により収差を減少せしめるようにしてきた。

又、第２図に示す如く、移動可能な電子光学的レンズＭ
ＯＬを別に配置し、このレンズをビーム偏向に同期して
動かし、偏向したビームＢＯ’をこの電子光学的レンズ
の中心軸に平行に入射せしめてレンズの焦点位置にビー
ムを集束せしめることにより、斜め入射の回避と前述の
収差のうちの色収差、歪曲収差及びコマ収差を減少させ
てしる。

この方法は本発明者によって開発されたもの（特開昭５
２−１２４８７３号）であるが、非点収差と像面湾曲収
差については、偏向に応じて変化する補正信号をつくり
これを偏向系に加える、いわゆる動的焦点補正（Ｄｙｎ
ａｍｉｃ Ｆｏｃ−ｕｓ ｉｎｇ）と動的非点収差補正
（Ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｓ ｔｉｇｍ−ａｔｉｏｎ）を併
用しなければならない。

このように従来のビーム集束偏向装置におしては、ビー
ムの斜入射を回避し偏向に伴う各収差を排除するにはど
うしても動的補正を行わなければならない。

ところが、この動的補正を行うには、偏向に応じて変化
する補正信号をつくる装置が複雑、高価であり、又高速
化の妨げともなり、更には安定性を悪くするなど種々の
問題があった。

本発明者等は電磁集束レンズ系と静電偏向系とを有する
ビーム集束偏向装置について、動的補正手段を講じない
でビームの斜入射の回避とビーム偏向に伴う各収差の排
除という問題を解決すべく鋭意開発研究を重ねた結果ビ
ーム集束磁界とビーム偏向電界とを同時に取り扱う場合
には、少なくとも３個の静電偏向電極をビーム投射路に
沿って電磁レンズ系の集束磁界とこれらの静電偏向電極
の偏向電界とが重なり合うように配置し、静電偏向電極
のパラメータ（電界の強さ、位置１幅、径。

回転角など）を適宜選択することにより、動的補正なし
にビームの斜入射を回避１．そしてすべての偏向収差を
排除しうろことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、ビームの斜入射の回避と各偏向収差の排除に
ついて収差係数の個数を考察すると系の対称性から、斜
入射、色収挙、コマ収差、非点収差、歪曲収差がそれぞ
れ２．像面湾曲収差が１゜計１１の独立した収差係数を
考慮に入れる必要がある。

この１１個の収差係数を消去するには、静電偏向系が少
なくとも１１個の自由度をもち、そしてそれらを適当な
値にする必要がある。

一つの静電偏向電極によってコントロールできるパラメ
ータが静電界の強さＡ、偏向電極の幅り。

偏向電極の位置Ｓ、偏向電極の内径Ｒ１及び偏向電極の
基準軸の回転角θの計５とすれば、３個の静電偏向電極
を用いれば合計１５の自由度が得られる。

そのうち１個の偏向電極における電界の強さと回転角を
基準に１．て他の偏向電極のパラメータが決定されるの
で、結局１３の自由度となる。

したがって、少なくとも３個の静電偏向電極を用いる場
合には１１個の自由度をもつことが理解される。

なお、製作の容易性を考慮に入れ例えば静電偏向電極の
内径を同一にする場合には、一つの静電偏向電極のパラ
メータは４となるので、上述したような必要な自由度を
得るためには４個の静電偏向電極を用いる必要がある。

次に、第４図に本発明の実施例を示す。

第３−１図に示すような８極の静電偏向電極を第４図に
示すようにビーム投射路に沿って電磁レンズ系（コイル
）Ｆの近傍（すなわち集束磁界と偏向電界が重なり合う
領域）に４〜５個配置する。

Ｍは磁気シールド、Ｗは真空器壁、Ｂは集束磁界密度を
示す。

ビーム源ＧからターゲットＳ１での距離りを１００ ｖ
ｔｒｎ、ターゲツト面上でのビームの開口角（Ａｐｅｒ
ｔｕｒｓ ｓｅｍｉ ａｎｇｌｅ） ５ ／ １００
ｒａｄ、投射像の大きさ２５μｍ口、ビームの偏向最大
ふれ量５間、加速電圧の変動率（ＪＶ／Ｖ）１０−４の
条件の下に、偏向電極のパラメータをＡ、Ｓ。

Ｄ、Ｒ，θの５つの場合と、Ａ、Ｓ、Ｄ、θの４つの場
合について、電子計算機によるシュミレーションにより
求めた。

その結果、第１−３表を得た。

いずれもビームの斜入射と各偏向収差が著しく減少して
いる。

４個の偏向電極を用い偏向電極のパラメータが５つであ
る実施例を示す第１表については、偏向電極１の回転角
は３．１４ｒａｄ（１８００）であり偏向電極２０回転
角は−０，１５ｒａｄ （約００）である。

従って、偏向電極１，２の基準軸を相互に正反対に配置
する代りにこれらの電極に逆向きの電圧を加えてもよい
。

その場合には回転角を変えて配置する電極の数は３個と
なり、更に詳しくいえば特定の電極（電極１，２）に対
して他の２個の電極（電極３，４）を基準軸がそれぞれ
異なるように配置すればよい。

第２表は電極個数が４個でパラメータが４つである実施
例について示し、第３表は電極個数が５個でパラメータ
が４つである実施例を示す。

偏向電極の基準軸の回転角θについてみれば、第２表の
実施例では電極１と電極４とがほぼ同じであり、従って
回転角θの異なる電極の個数は３個である。

第３表の実施例では電極１と電極２とが同じであリ、従
って回転角θの異なる電極の個数は４個である。

第１ないし３表の実施例から少なくとも３個の電極につ
いては特定の電極の基準軸に対して他の２個の電極の基
準軸がそれぞれ異なる角度になるように配置される必要
があることが判る。

なお、このことは前述した本発明者の開発に係る移動レ
ンズ（Ｍｏｖｉｎｇ ０ｂｊｅｃｉｏｎ Ｌｅｎｓ）の
技術思想（すなわち集束レンズを移動させるための偏向
、移動したレンズの中心にビームを入射させるための予
備偏向、移動するレンズとの中心にビームが垂直に入射
するようにビームを偏向させるための偏向の三つの偏向
作用）からも理解されることである。

以上詳述し、たように、本発明にち・いては少なくとも
３個の静電偏向電極をビーム投射路に沿ってそれぞれ偏
向電界が集束磁界と重なるように配置し、しかも各偏向
電極のパラメータを適宜選択することによう、簡単な構
造の静電偏向電極を組合せることによって、動的補正手
段を構しなくても斜め入射の回避と各偏向収差の実質的
排除を達成することができ、前述した動的補正に伴う種
々の欠点を完全に回避できる。

なお、静電偏向電極の基準軸は第３−２図に示しである
が、各偏向電極の基準軸の角度θをかえるには単に機械
的配置を変えるのみならず、電気的な操作によっても行
える（例えばすべての電極の基準軸の角度θを一致する
ように配置して、これら電極の各々の電極片に異なる直
流電圧を加えて基準軸を電気的に回転する）ことは明ら
かである。

また、静電偏向電極については８極の静電偏向電極を例
にとって説明したが、４極、などその他の偏向電極を用
いる場合にも同様な効果が得られることはいう筐でもな
い。

更に本発明におけるビーム源Ｇの位置に、特開昭５２−
５１８７１号「荷電粒子ビーム投射方法」における第２
スリツトまたはその縮小投影像を配置することによシ、
同方式にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は従来の荷電粒子ビームの集束偏向装置
のビーム光学系を示す図、第３−１図及び第３−２図は
本発明に用いる静電偏向電極の一例を示す平面図、第４
図は本発明の荷電粒子ビーム集束偏向装置の光学系の一
例とその説明図。 図中の符号、Ｇ・・・・・・ビーム源、Ｆ・・・・・・
電磁レンズ系、Ｓ・・・・・・ターゲット、ＤＭ１〜Ｄ
Ｍ、・・・・・・静電偏向系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 荷電粒子ビーム源とビームを集束させる電磁レンズ
   系とビームをターゲット上の所望位置に偏向させる静電
   偏向系とを有する荷電粒子ビーム集束偏向装置において
   、 前記の静電偏向系は少なぐとも３個の静電偏向電極から
   成り、これらの電極はビームの投射路に沿って前記の電
   磁レンズ系の集束磁界と前記の電極の電界とが重なり合
   うように配置されており、前記の電極のパラメータはタ
   ーゲツト面におけるビームの斜め入射とビームの収差を
   減少せしめるよう選択されていることを特徴とした荷電
   粒子ビーム集束偏向装置。 ２ 前記のパラメータが偏向電界強さ、電極の位置、電
   極の幅、電極の内径及び電極の基準軸の回転角のすべて
   又はいずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の荷電粒子ビーム集束偏向装置。 ３ 前記の静電偏向電極のうち少なくとも３個について
   特定の静電偏向電極の基準軸に対し他の２個の静電偏向
   電極の基準軸がそれぞれ異なる角度になるように配置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の荷電粒子ビーム集束偏向装置。