JPS5944744B2 - 磁気偏向コイル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、偏向コイルへの偏向電流入力により該コイル
の巻線中に通常生じる渦電流が補償される電子ビーム・
リングラフィ装置用磁気偏向コイルに係り、更に具体的
に云えば、コイルの外側周辺に銅のシートの如き受動的
な導電性の補償手段を加えることによって補償が行なわ
れるトロイダル磁気偏向コイルに係る。

本発明の目的は、電子ビーム・リングラフィ装置の磁気
偏向コイルの巻線中に生じる渦電流を補償することであ
る。

本発明の他の目的は、電子ビーム・リソグラフィ装置の
磁気偏向コイルに於て、駆動回路のずれ及びコイルの巻
線内の容量結合又は誘導結合の如き偏向誤差効果を補償
することである。

本発明の他の目的は、偏向コイルの外側周辺に受動的な
導電性材料を加えることによりその様な補償を達成する
ことである。

本発明の更に他の目的は、成る所与の偏向コイルの時定
数に応じてその様なコイルに望ましい補償をマックスウ
ェルの式から論理的に予測することである。

本発明の上記及び他の目的は、コイル内の渦電流及び駆
動回路の電流安定化効果が補償される様に注意深く計算
された厚さ、高さ、及び幅を有している銅の補償シート
が該コイルの外側周辺に配置されているトロイダル磁気
偏向コイルによって達成される。

補償シートの材料の時定数がマックスウェルの式から算
出され、すべての過渡的効果に最適な補償が行なわれる
様に上記シートの寸法が選択される。

上記シートに於ける支配的な渦電流により生じた磁界は
ビーム径路に隣接する内側コイルに生じた渦電流を相殺
して、偏向コイルに於ける渦電流効果を補償する。

電子ビーム装置に於ける成る種の磁界効果が時間的及び
空間的にビーム動作に悪影響を与えることは良く知られ
ている。

例えば、偏向磁界は動的性質を有し、即ち各々の所定の
電子ビーム動作又は偏向のために偏向コイル駆動入力信
号を変化させる必要がある。

これらの電流により生じた偏向磁界は又、ビームを包囲
する導体材料に渦電流を生じる。

渦電流は、主としてビームにずれを生じることにより時
間的及び空間的にビーム動作に悪影響を与える望ましく
ない磁界を生じる。

効果的な電子ビーム・リングラフィに於けるビーム動作
条件はビームが所定のターゲット位置に正確及び迅速に
磁気偏向されることを要するので、満足な電子ビーム制
御の達成に於て渦電流は大きな問題を生じる。

米国特許第３９８４６８７号明細書は磁気偏向コイルに
於ける渦電流を減少させる技術について開示している。

この技術はフェライト及びセラミック材料の磁極片及び
内部レンズ構造体を形成することによってその様な渦電
流を減少させるために用いられている。

非導電性の部品の導電率は極めて僅かであるので、それ
らの構成部品に於ける渦電流が減少される。

更に、比較的大きなレンズ組立体の中心に偏向ヨークを
配置することにより該ヨークの磁界は磁極片を越えて著
しく浸透しない。

従って、実際に於てレンズの外側には何ら渦電流は生じ
ない。

しかしながら、大きな導体から成る比較的大きな偏向コ
イルを必要とする大きな偏向磁界を有する電子ビーム装
置を用いた場合には、巻線構造体自体に於ける渦電流は
無視され得ないことが解った。

その様な渦電流の理想的な解決方法は本質的な渦電流そ
れ自体を抑えることであるが、その様な解決方法は容易
には得られないことが解った。

従って、電子ビーム装置のための磁気偏向コイルの巻線
中に生じた本質的な渦電流の効果を抑えるための手段が
従来必要とされている。

次に、図面を参照して、本発明について詳細に説明する
。

第１図及び第２図に於て、磁気偏向コイルの１組の巻線
が示されている。

これらの巻線は、典型的には、例えばＸ又はＹ方向に於
ける電子ビームの偏向を幾何学的に反対に制御する。

他方のアクセス方向に於けるビームの偏向を制御するだ
めにもう１組の巻線が図に示されている巻線に対して直
角に配向されることが理解されたい。

右側の巻線１２に於て、偏向電流Ｉｉは矢印により示さ
れている方向に巻線の内側アームを流れる。

この電流は矢印により示されている方向を有する磁界を
生じる。

同様に、巻線の外側アームを流れる電流Ｉ。

は内側アームの磁界と逆向きの磁界を生じる。

これは第２図により明確に示されている。

電流■ 及びＩｉは等しくそして逆向きの磁界を生じる
ので、それらの磁界は相殺し合う様にも思われ得る。

しかしながら、ＩｉＯ方が電子ビームに相当近いので、
ビームに与えるその効果の方が強い。

偏向電流は端子Ａと端子Ｂとの間に加えられそして周知
の如く相互接続体１３を経て流れる。

コイル内の電流の大きさの変化により導体材料中に渦電
流が生じること、即ち渦電流が時間に関する電流の変化
に比例することは周知である。

磁気偏向信号は電子ビームの偏向が必要とされる度に加
えられるランプ又はステップ関数信号であるので、渦電
流は磁気コイルの巻線内に反復的に生じる。

電流Ｉｉにより生じた渦電流はビーム動作に逆らって該
ビームにずれを生せしめ、電流■。

により生じた渦電流はビームの偏向を助ける。

巻線材料に於て電流Ｉｉ及びＩ。

により生じた全体の渦電流の強さは等しいと考えられ得
るが、ビームが電流Ｉ・に近接していることによって、
電流Ｉｉによる渦電流の効果の方が相当に強（なる。

その結果、ビームの偏向に於ける電子ビームへの正味の
影響にずれが生じる。

従って、内側アームの電流Ｉｉによるずれの効果を相殺
する様に外側アームの電流■。

による渦電流の効果を増すことが必要である。

これは、本発明に従って、■ｏの近傍により多量の導電
性材料を導入することによって達成され得る。

次に、第３図及び第４図に関連して、補償がどのように
達成されるかについて更に詳細に述べる。

第３図に於て、補償された磁気偏向コイルが概略的に示
されている。

そのコイルは一方の軸の方向に於けるビームの偏向を制
御する巻線２１及び２２、並びに直角の軸の方向に於け
るビームの偏向を制御する直角に配置された巻線２５及
び２６を有する。

偏向電流は第１図に示されている如く端子（図示せず）
に加えられる。

各組の巻線は非導電性のコア（図示せず）の周囲に配置
されている。

第３図には、Ｘ及びＹ偏向方向の各々に一対の巻線しか
示されていない。

実際の構造体に於ては、磁気コイルは第４図に示されて
いるＸ方向のための５対の巻線及びＹ方向のための同様
な５対の巻線から成る。

好実施例に於ては、巻線は多数巻の銅線、即ち各巻線が
巻数２５の高純度の銅線から形成されている。

コイルは、略５ｃｒｒＬの高さ、１２ｃＩｒＬＱ外径、
及び約３ｃｒｒＬの内径を有し、米国特許第３９８４６
８７号明細書に記載されている如く投影レンズ内のビー
ム径路を包囲する様に電子ビーム・コラム内に配向され
ている。

補償手段即ち補償シート４１及び４２が巻線２１及び２
２の外側に設けられ、補償手段即ち補償シート４５及び
４６が巻線２５及び２６の外側に設けられている。

第４図に於て、補償シート４５及び４６は、成る所与の
巻線のだめの補償シートが偏向軸Ｘに直角の軸Ｙ上に中
心を有する曲面に配向される様に示されており、即ち補
償シート４５及び４６は巻線２１及び２２により生じた
渦電流を補償する様に意図されている。

従って、これらの補償シートは巻線２１及び２２の内側
アームよりも外側アームに近く配置されている。

又、補償シートに於ける渦電流の強さは入射磁界の方向
が９０°に近づくに従って増加し、従って巻線の外側ア
ームがより強い効果を有していることに留意されたい。

その結果、巻線の外側アームから補償シート中に生じた
渦電流は巻線の内側アームから該シート中に生じた渦電
流よりも強い。

従って、補償シート中に流れる渦電流により生じた逆向
き磁界（ビーム偏向を助ける）はより強いので、内側ア
ームが電子ビーム径路に近いことに関して先に述べた効
果を相殺する様に働く。

更に、第４図に於ける電子ビーム径路（帯電粒子ビーム
）は、巻線２１及び２２の内側アームにより限定された
円筒状空間内に於て、偏光軸Ｘ及びＹに略垂直である。

導電性シートの寸法を調節することにより、成る所与の
時定数を有するコイルに適切な補償が達成され得る。

マックスウェルの式の解に従って、導電性シートの渦電
流時定数は、 に等しい。

上記式に於て、Ｗ−幅 り−高さ ｄ−厚さ σ一導電率 μ０−透磁率 ω＝周波数 に＝定数−１３５０（経験的に得られた値）π一定数 である。

第５図は、好実施例の磁気偏向コイルに相当する高さを
有する銅シートの理論的及び経験的時定数を示す１組の
曲線を示している。

−好実施例に於ては、補償シートの高さは４．９６ｃＩ
ｒＬであり、該シートの種々の幅及び厚さが５組の曲線
により示されている。

従って、第５図の曲線は、コイルの一時定数（μ秒）が
測定された後、該コイルが有すべき高さ４．９６（１７
７１の補償シートの理想的な厚さ及び幅を決定するため
に用いられ得る。

従って、２００μ秒の時定数を有するコイルは例えば約
５００μｍの厚さ及び５ＣｒＩＬ以上の幅を有するシー
トによって補償され得ることが明らかである。

幅を更に厚くしても渦電流の振幅が変化するだけで、そ
れらの時定数は変化しない。

同様に、約１００μ秒の時定数を有するコイルは２０３
μｍの厚さ及び５ｃＩｒＬ以上の幅を有するシートによ
って補償され得ることが明らかである。

好実施例に於ては、３５μ秒の時定数に於て、７６μｍ
の厚さ及び５鑵以上の幅を有するシートで補償が達成さ
れた。

第５図に示されている理論的結果と実験結果との間の相
違は、計算は平坦な形状の銅シートに基づいて行なわれ
たが、実験は実際的な理由により小さな直径のテスト・
コイルの周囲に巻かれたシートを用いて行なわれたこと
による。

主として漸近的な時定数（ｗ＞ｈ）に興味があるので、
この角度依存性は近似から排除された。

渦電流の他にビームにずれを生せしめる第２の効果は、
コイル・インダクタンスの関数である駆動回路の電流安
定化時間によって導入される。

ビームの全安定化時間が測定されると（渦電流＋駆動回
路＋誘導結合又は容量結合）、完全な補償を達成するた
めのシートの特定の形状寸法が決定され得る。

°第６図は電子ビームの安定化時間を測定するために用
いられた実験方法及び本発明による補償技術の効果を示
している。

理想的な状況に於ては、磁気偏向５１は静電界による軌
跡５３に垂直な線に沿って生じそして同時にターゲット
点５２にぶつかる様に生じる。

実際のビームの軌跡が第７図に種々の補償状態に於て示
されている。

参考のため、磁気偏向を零に設定することにより得られ
た理想的な軌跡が各々の場合に於て示されている。

第７Ａ図は補償されていない偏向コイルにより導入され
たビームのずれを示している。

第７図Ｂに示されている如く、コイルの周囲に多すぎる
補償材料を配置した場合には、反対の効果が達成され、
ビームは偏向されて線５３を越えそして後に徐々に線５
３に近い定常状態に戻る。

第７Ｃ図に示されている如（、適切に補償された状態に
於ては、ビームは点５２の直ぐ近くに偏向されそして極
めて短時間で軌跡５３（理想的な場合）及び５１（実際
の場合）が合流する。

以上に於て述べた本発明による技術は、これ迄補償され
なかった渦電流効果を除くために相当に近い精度でコイ
ルの周辺に配向された銅の補償シートを磁気偏向コイル
に設けることを可能にする。

磁気偏向コイルがより大きな銅線を用いることによりそ
の設計寸法が増々大きくなるに従って、その様な渦電流
は電子ビーム偏向に増々有害な効果を生じている。

それと同時に、電子ビーム装置を用いた半導体の製造に
於て増々難しいリングラフィ条件が必要とされ、これは
より高精度の偏向を必要としている。

従って、本発明は電子ビーム装置がマイクロ・リソグラ
フィによる製造条件を充たし得る能力を著しく増加させ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム装置のトロイダル偏向コイルの一対
の巻線を示す概略図であり、第２図は点線で示された磁
界を有する第１図に示されたコイルの上面図であり、第
３図は外側周辺に形成された補償シートを含む本発明に
よる磁気偏向コイルの斜視図であり、第４図はＸ方向の
みのための完全な一組の巻線並びにその結果生じる磁界
（点線）及び銅の補償シートの配置を示している上面図
であり、第５図はマックスウェルの式から算出された成
る所与の寸法のための一群の時定数の解を示すグラフで
あり、第６図は電子ビームに与える渦電流の効果を測定
するための実験方法を示°す図であり、第７Ａ図乃至第
７Ｃ図は各々電子ビーム装置に於て何ら補償が行なわれ
ていない場合、過度の補償が行なわれた場合、及び適切
な補償が行なわれた場合の効果を示しているビームの軌
跡を示す図である。 １１．１２，２１，２２，２５，２６・・・・・・巻線
、１３・・・・・・相互接続体、４Ｌ４２，４５，４６
・・・・・・補償ノート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側のアームと外側のアームとをもち、該内側のア
   ームにより円筒状の空間を規定するように配置した複数
   の環状の導電性巻線と、 前記円筒状の空間の軸方向に沿ってほぼ平行に電子ビー
   ムを送出するための手段とを有し、前記導電性巻線に供
   給する電流の変化によって前記電子ビームの偏向方向の
   制御を行う磁気偏向コイルにおいて、 前記導電性巻線の外側のアームの外方に近接して、前記
   外側のアームに生じる渦電流を内側のアームに生じる渦
   電流よりも強化するように導電性シートを配置したこと
   を特徴とする磁気偏向コイル。