JPS6331896B2 - - Google Patents
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- JPS6331896B2 JPS6331896B2 JP56166547A JP16654781A JPS6331896B2 JP S6331896 B2 JPS6331896 B2 JP S6331896B2 JP 56166547 A JP56166547 A JP 56166547A JP 16654781 A JP16654781 A JP 16654781A JP S6331896 B2 JPS6331896 B2 JP S6331896B2
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- JP
- Japan
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- lens
- electron beam
- magnetic
- deflection
- magnetic field
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/3002—Details
- H01J37/3007—Electron or ion-optical systems
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
- H01J37/1472—Deflecting along given lines
- H01J37/1474—Scanning means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子ビーム作像及び偏向装置に関する
ものである。更に具体的に言えば偏向された電子
ビームと常に一致するように電子光学軸をシフト
するように働く補償磁界つきの磁気レンズの構成
に関するものである。
ものである。更に具体的に言えば偏向された電子
ビームと常に一致するように電子光学軸をシフト
するように働く補償磁界つきの磁気レンズの構成
に関するものである。
従来技術
従来技術の電子ビーム管における偏向装置は電
子ビームがターゲツトに到達する前に偏向させる
所の３つの基本的構成を持つものとして知られて
いる。一般的に言えば、従来技術の構成は最終レ
ンズ前の偏向、最終レンズ後の偏向又は最終レン
ズ内での偏向を与える。これらのすべての構成に
おける基本的な問題はビームがターゲツトに垂直
に到達しないことと、光軸外収差が生じることで
ある。
子ビームがターゲツトに到達する前に偏向させる
所の３つの基本的構成を持つものとして知られて
いる。一般的に言えば、従来技術の構成は最終レ
ンズ前の偏向、最終レンズ後の偏向又は最終レン
ズ内での偏向を与える。これらのすべての構成に
おける基本的な問題はビームがターゲツトに垂直
に到達しないことと、光軸外収差が生じることで
ある。
最終レンズ前の偏向は短い焦点距離又は動作距
離のものを使用しうると言う利点がある。短焦点
は高分解能及び光軸内収差の減少をもたらすため
望ましい。高分解能は走査電子顕微鏡での使用上
必須の要件である。最終レンズ前の偏向の欠点は
偏向角及びすべての偏向収差が視野の拡大に伴つ
て急激に増加するため動作が比較的小さい視野に
局限されることである。最終レンズ前の偏向は２
つの偏向ヨークを用いた２重偏向を必要とする。
偏向されたビームは磁気レンズ内でその電子光学
軸に対して傾斜した方向に送られ、結果として光
軸外収差を生じる。レンズ前の偏向の実例が電子
イオン及びレーザ・ビーム技術に関する第11回シ
ンポジウム議事録、サン・フランシスコ・プレス
社発行、第471頁に記載T.H.P.Chang及びB.A.
Wallman両氏の論文“Ａ Computer−
Controlled Electron−Beam Machine for
Micro−Circuit Fabrication”と題する公開論文
に示されている。
離のものを使用しうると言う利点がある。短焦点
は高分解能及び光軸内収差の減少をもたらすため
望ましい。高分解能は走査電子顕微鏡での使用上
必須の要件である。最終レンズ前の偏向の欠点は
偏向角及びすべての偏向収差が視野の拡大に伴つ
て急激に増加するため動作が比較的小さい視野に
局限されることである。最終レンズ前の偏向は２
つの偏向ヨークを用いた２重偏向を必要とする。
偏向されたビームは磁気レンズ内でその電子光学
軸に対して傾斜した方向に送られ、結果として光
軸外収差を生じる。レンズ前の偏向の実例が電子
イオン及びレーザ・ビーム技術に関する第11回シ
ンポジウム議事録、サン・フランシスコ・プレス
社発行、第471頁に記載T.H.P.Chang及びB.A.
Wallman両氏の論文“Ａ Computer−
Controlled Electron−Beam Machine for
Micro−Circuit Fabrication”と題する公開論文
に示されている。
最終レンズ後の偏向は、電子ビームが偏向に先
立つて磁気レンズの中心においてそのレンズを通
過するのでレンズの光軸外収差を解消する。最終
レンズ後の偏向は合計の偏向収差の減少をもたら
すと共に広い視野を許容する。最終レンズ後の偏
向の欠点は長い焦点距離又は動作距離が使用され
なければならず、そのことは実質的に光軸外収差
をもたらすので低い分解能を結果として与えるこ
とである。最終レンズ後の偏向の他の主要な欠点
は、長い焦点距離又は動作距離の使用がビームの
小さい開口角を必須とし、これがターゲツトにお
ける極めて小さいビーム電流を結果として生じさ
せることである。低分解能と小さいビーム電流の
組合せは、その電子ビーム管がおよび1.5ミクロ
ンよりも小さい線幅を有する半導体ウエハのパタ
ーンを書込むのに使用されるときには大へん不都
合である。
立つて磁気レンズの中心においてそのレンズを通
過するのでレンズの光軸外収差を解消する。最終
レンズ後の偏向は合計の偏向収差の減少をもたら
すと共に広い視野を許容する。最終レンズ後の偏
向の欠点は長い焦点距離又は動作距離が使用され
なければならず、そのことは実質的に光軸外収差
をもたらすので低い分解能を結果として与えるこ
とである。最終レンズ後の偏向の他の主要な欠点
は、長い焦点距離又は動作距離の使用がビームの
小さい開口角を必須とし、これがターゲツトにお
ける極めて小さいビーム電流を結果として生じさ
せることである。低分解能と小さいビーム電流の
組合せは、その電子ビーム管がおよび1.5ミクロ
ンよりも小さい線幅を有する半導体ウエハのパタ
ーンを書込むのに使用されるときには大へん不都
合である。
本件と同一の発明者及び出願人の米国特許第
3930181号は電子ビーム磁気偏向ヨークが電子ビ
ーム筒の最終又は投射磁気レンズのポールピース
間でレンズの内側に物理的に位置付けされた改良
型電子ビーム偏向装置を開示している（第２図参
照）。同装置はレンズ前の偏向を採用した装置と
レンズ後の偏向を採用した装置の間の折衷物であ
る。レンズの焦点距離又は動作距離は最終レンズ
後の偏向を採用した装置の場合よりもはるかに短
くすることができるけれども、最終レンズ前の偏
向を採用した装置の場合ほど短くすることは出来
ない。最終レンズ前の偏向と関連した光軸外収差
は、前述の装置ではレンズの前の偏向を採用した
装置と較べると減少されるが、最終レンズ後の偏
向を採用した装置の場合ほど小さくならない。ビ
ーム電流密度は、最終レンズ後の偏向を採用した
装置を越えて改善されるが、分解能は最終レンズ
前の偏向を採用した装置の場合ほど良くならな
い。
3930181号は電子ビーム磁気偏向ヨークが電子ビ
ーム筒の最終又は投射磁気レンズのポールピース
間でレンズの内側に物理的に位置付けされた改良
型電子ビーム偏向装置を開示している（第２図参
照）。同装置はレンズ前の偏向を採用した装置と
レンズ後の偏向を採用した装置の間の折衷物であ
る。レンズの焦点距離又は動作距離は最終レンズ
後の偏向を採用した装置の場合よりもはるかに短
くすることができるけれども、最終レンズ前の偏
向を採用した装置の場合ほど短くすることは出来
ない。最終レンズ前の偏向と関連した光軸外収差
は、前述の装置ではレンズの前の偏向を採用した
装置と較べると減少されるが、最終レンズ後の偏
向を採用した装置の場合ほど小さくならない。ビ
ーム電流密度は、最終レンズ後の偏向を採用した
装置を越えて改善されるが、分解能は最終レンズ
前の偏向を採用した装置の場合ほど良くならな
い。
そればかりか、電子ビームはターゲツトに対し
て垂直に入射しない。
て垂直に入射しない。
本発明は最終レンズ前の偏向、最終レンズ後の
偏向及び最終レンズ内での偏向の利点が単一の電
子ビーム装置に組合わされている点で従来技術と
は別個のものである。本発明は短い焦点距離又は
動作距離の採用を許容する所の最終レンズ前の偏
向を採用するが、偏向と関連する光軸外収差を除
去するため、偏向されたビームと一致した最終レ
ンズの電子光学軸をシフトし得る付加的な特徴を
も有する。短い焦点長は高い分解能及び高いビー
ム電流を許容する。電子光学軸の移動は最終レン
ズ後の偏向に関連した固有の欠点を生じることな
く大きい視野を許容する。
偏向及び最終レンズ内での偏向の利点が単一の電
子ビーム装置に組合わされている点で従来技術と
は別個のものである。本発明は短い焦点距離又は
動作距離の採用を許容する所の最終レンズ前の偏
向を採用するが、偏向と関連する光軸外収差を除
去するため、偏向されたビームと一致した最終レ
ンズの電子光学軸をシフトし得る付加的な特徴を
も有する。短い焦点長は高い分解能及び高いビー
ム電流を許容する。電子光学軸の移動は最終レン
ズ後の偏向に関連した固有の欠点を生じることな
く大きい視野を許容する。
移動する対物レンズを配設する概念はJ.Vac.
Sci.Technol.誌15(3)、1978年５月／６月合併号、
第849頁乃至852頁に掲載された「Design of
Electron−Beam Scanning Systems Using the
Moving Objective Lens」と題するH.Ohiwa氏
の論文、及びOpik48（1977年）第255頁に掲載さ
れた「MOL（Moving Objective Lens）」と題す
るE.Goto氏の論文に開示されている。これらの
論文には移動する対物レンズを配設するための数
学的な考察が論じられている。しかしこれらの論
文は移動可能な軸を有する磁気レンズを配設する
ために使用し得る如何なる動作装置をも示唆乃至
開示するところがない。
Sci.Technol.誌15(3)、1978年５月／６月合併号、
第849頁乃至852頁に掲載された「Design of
Electron−Beam Scanning Systems Using the
Moving Objective Lens」と題するH.Ohiwa氏
の論文、及びOpik48（1977年）第255頁に掲載さ
れた「MOL（Moving Objective Lens）」と題す
るE.Goto氏の論文に開示されている。これらの
論文には移動する対物レンズを配設するための数
学的な考察が論じられている。しかしこれらの論
文は移動可能な軸を有する磁気レンズを配設する
ために使用し得る如何なる動作装置をも示唆乃至
開示するところがない。
本発明
本発明の目的は偏向されたビームと一致して最
終レンズの電子光学軸をシフトするための装置と
組合わされた最終レンズ前の偏向を有する電子ビ
ーム管を提供することである。
終レンズの電子光学軸をシフトするための装置と
組合わされた最終レンズ前の偏向を有する電子ビ
ーム管を提供することである。
本発明の他の目的は、光軸外収差を除去するた
め電子ビーム管で採用する可変軸レンズを提供す
ることである。
め電子ビーム管で採用する可変軸レンズを提供す
ることである。
本発明の他の目的は焦点及び非点収差に対して
ダイナミツク補正が施され、それによつてシフト
された位置への電子光学軸の移動と関連した収差
を除去する電子ビーム管を提供することである。
ダイナミツク補正が施され、それによつてシフト
された位置への電子光学軸の移動と関連した収差
を除去する電子ビーム管を提供することである。
本発明はレンズの電子光学軸が偏向された電子
ビーム径路と一致するようにシフトされ得る独特
なレンズ組立体を持つた電子ビーム管に関するも
のである。電子ビーム管は電子ビーム源、集束レ
ンズ、整合段、拡大レンズ段、縮小レンズ段、投
射レンズ、偏向装置及びターゲツト段を含む個別
的な段の垂直列より成るのが普通である。
ビーム径路と一致するようにシフトされ得る独特
なレンズ組立体を持つた電子ビーム管に関するも
のである。電子ビーム管は電子ビーム源、集束レ
ンズ、整合段、拡大レンズ段、縮小レンズ段、投
射レンズ、偏向装置及びターゲツト段を含む個別
的な段の垂直列より成るのが普通である。
本発明の電子ビーム管で使用されるレンズは円
形磁極片レンズである。円形の穴を有する強磁性
磁極片で作られる磁界は、球面状ガラス・レンズ
が光を集束するのと同様に磁極片の穴に進入する
電子ビームを集束することはよく知られている。
短焦点距離の磁極片レンズの特許（ドイツ特許
DRP.680284）が1932年に発行されている。それ
よりも新しい磁気レンズの例が米国特許第
3659097号に示されている。
形磁極片レンズである。円形の穴を有する強磁性
磁極片で作られる磁界は、球面状ガラス・レンズ
が光を集束するのと同様に磁極片の穴に進入する
電子ビームを集束することはよく知られている。
短焦点距離の磁極片レンズの特許（ドイツ特許
DRP.680284）が1932年に発行されている。それ
よりも新しい磁気レンズの例が米国特許第
3659097号に示されている。
第２図の部分断面図は極片１３及び極片の間に
配設された偏向ヨーク１５を有する従来の磁気レ
ンズ１１を図解している。同図の磁気レンズは前
述の米国特許第3930181号に開示されている。励
磁コイル１７が極片を付勢して回転対称型の磁界
を発生する。その最大強度は極片の限界内にあ
る。磁気レンズによつて発生される磁界は第４Ａ
図に示されたように軸方向成分及び半径方向成分
を有するが、円柱座標系の接線方向成分は有しな
い。対称軸に関して磁界は軸方向にのみ存在し、
何れの半径方向の磁界も零である。軸方向成分及
び半径方向成分より成る磁界は対称軸に関する磁
界強度の分布Ｈ（ｚ）によりレンズ全体中で一義
的に定義されることをポテンシヤル理論が教えて
いる。この分布は極片の間のレンズ中心又はその
近傍で最大値を有する。
配設された偏向ヨーク１５を有する従来の磁気レ
ンズ１１を図解している。同図の磁気レンズは前
述の米国特許第3930181号に開示されている。励
磁コイル１７が極片を付勢して回転対称型の磁界
を発生する。その最大強度は極片の限界内にあ
る。磁気レンズによつて発生される磁界は第４Ａ
図に示されたように軸方向成分及び半径方向成分
を有するが、円柱座標系の接線方向成分は有しな
い。対称軸に関して磁界は軸方向にのみ存在し、
何れの半径方向の磁界も零である。軸方向成分及
び半径方向成分より成る磁界は対称軸に関する磁
界強度の分布Ｈ（ｚ）によりレンズ全体中で一義
的に定義されることをポテンシヤル理論が教えて
いる。この分布は極片の間のレンズ中心又はその
近傍で最大値を有する。
数学的に言うと、磁界強度ベクトルの軸方向成
分Hz（ｒ、ｚ）及び半径方向成分Hr（ｒ、ｚ）が
軸座標ｚを有する任意の点、及び半径ｒを有する
円上で、べき級数 Hz（ｒ、ｚ）＝Ｈ（ｚ）−１／４H″（ｚ）r2 ＋１／64H(4)（ｚ）r4＋０(6) ……… 及び Hr（ｒ、ｚ）＝−１／２H′（ｚ）ｒ ＋１／16H(3)（ｚ）r3＋０(5) ……… によつて与えられる。
分Hz（ｒ、ｚ）及び半径方向成分Hr（ｒ、ｚ）が
軸座標ｚを有する任意の点、及び半径ｒを有する
円上で、べき級数 Hz（ｒ、ｚ）＝Ｈ（ｚ）−１／４H″（ｚ）r2 ＋１／64H(4)（ｚ）r4＋０(6) ……… 及び Hr（ｒ、ｚ）＝−１／２H′（ｚ）ｒ ＋１／16H(3)（ｚ）r3＋０(5) ……… によつて与えられる。
磁界強度に対するこれらの数式から、特に半径
方向成分Hr（ｒ、ｚ）は対称軸に関する分布Ｈ
（ｚ）の導関数に結びつけられることがわかる。
第１項−1/2H′（ｚ）ｒはｒが小のとき、対称軸
の近傍を支配する。第４図は対称軸に関する磁界
強度（実線）及びその第１次導関数（破線）の典
型的な分布を示す。
方向成分Hr（ｒ、ｚ）は対称軸に関する分布Ｈ
（ｚ）の導関数に結びつけられることがわかる。
第１項−1/2H′（ｚ）ｒはｒが小のとき、対称軸
の近傍を支配する。第４図は対称軸に関する磁界
強度（実線）及びその第１次導関数（破線）の典
型的な分布を示す。
Ｈ（ｚ）によつて与えられる対称軸に関する磁
界強度が最大値を有する地点では第１次導関数は
零なので、半径方向成分Hr（ｒ、ｚ）はこの点に
おける対称軸に垂直なこの面において零である。
軸上の磁界が増加すると、半径方向磁界は軸に向
つて指され、項1/2H′（ｚ）ｒ前面の負の符号に
よつて推論され得る様に軸上の磁界が減少すると
軸から離れて指向される。第４Ａ図はＮ極からＳ
極へ延びるものと考えられる磁力線によつてシン
ボル化された典型的なレンズ磁界を図示してい
る。軸方向成分及び半径方向成分が示されてい
る。半径方向成分及び直交Ｘ成分及びＹ成分の間
の関係を図解するためデカルト座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ
が包含される。それについては実施例の説明と関
連して後述される。
界強度が最大値を有する地点では第１次導関数は
零なので、半径方向成分Hr（ｒ、ｚ）はこの点に
おける対称軸に垂直なこの面において零である。
軸上の磁界が増加すると、半径方向磁界は軸に向
つて指され、項1/2H′（ｚ）ｒ前面の負の符号に
よつて推論され得る様に軸上の磁界が減少すると
軸から離れて指向される。第４Ａ図はＮ極からＳ
極へ延びるものと考えられる磁力線によつてシン
ボル化された典型的なレンズ磁界を図示してい
る。軸方向成分及び半径方向成分が示されてい
る。半径方向成分及び直交Ｘ成分及びＹ成分の間
の関係を図解するためデカルト座標系Ｘ、Ｙ、Ｚ
が包含される。それについては実施例の説明と関
連して後述される。
レンズ内偏向ヨークを有する従来技術のレンズ
の説明に戻ると、電子ビーム１９は偏向ヨーク１
５の影響下に来るまでは極片１３の中心線に沿つ
て進行する。その後電子ビーム１９は中心線から
ターゲツト２３上の所望の到達点２１へ偏向され
る。電子ビーム１９は或る角度で到達点２１に到
達すること、及びその到達はターゲツト２３に対
して垂直でないことは第２図で明らかである。更
に、電子ビーム１９は中心線から偏向されるにつ
れてその電子ビームは中心線と一致する所の電子
光学軸からの距離が次第に拡大することも明らか
である。電子ビーム１９が電子光学軸から偏向す
ると収差の発生を招来すると共に分解能及び磁界
範囲を制限する。第２図からわかるように、極片
の穴の内部に偏向ヨークを有する既知の磁気レン
ズの焦点距離ｆはレンズ後の偏向によつて必要と
される焦点距離よりも短いとは言つても、依然と
して相対的に長い。
の説明に戻ると、電子ビーム１９は偏向ヨーク１
５の影響下に来るまでは極片１３の中心線に沿つ
て進行する。その後電子ビーム１９は中心線から
ターゲツト２３上の所望の到達点２１へ偏向され
る。電子ビーム１９は或る角度で到達点２１に到
達すること、及びその到達はターゲツト２３に対
して垂直でないことは第２図で明らかである。更
に、電子ビーム１９は中心線から偏向されるにつ
れてその電子ビームは中心線と一致する所の電子
光学軸からの距離が次第に拡大することも明らか
である。電子ビーム１９が電子光学軸から偏向す
ると収差の発生を招来すると共に分解能及び磁界
範囲を制限する。第２図からわかるように、極片
の穴の内部に偏向ヨークを有する既知の磁気レン
ズの焦点距離ｆはレンズ後の偏向によつて必要と
される焦点距離よりも短いとは言つても、依然と
して相対的に長い。
極片間偏向ヨークを採用した従来の設計のうち
には、レンズの異方性収差を減少するため電子ビ
ームの通路沿いの先方に但し依然として極平間に
第２の偏向ヨークを組込んだものがある。しかし
そのような設計は電子光学軸から電子ビームを偏
向したことによつて惹起される偏向収差を全体的
に排除できない。そればかりか、そのような設計
ではビームの垂直到達を実現することができな
い。
には、レンズの異方性収差を減少するため電子ビ
ームの通路沿いの先方に但し依然として極平間に
第２の偏向ヨークを組込んだものがある。しかし
そのような設計は電子光学軸から電子ビームを偏
向したことによつて惹起される偏向収差を全体的
に排除できない。そればかりか、そのような設計
ではビームの垂直到達を実現することができな
い。
第１図には本発明の磁気レンズ組立体３１を図
解した概略図が示されている。この磁気レンズ組
立体３１は極片３５及び３７を有する第１の磁気
レンズ３３を含んでいる。極片３５及び３７は電
子ビーム３９の通行のための円形開口を有する円
形のものである。励磁コイル４１が磁気レンズ３
３を励磁する。電子ビーム３９は偏向ヨーク４３
及び４５によつて予め偏向される。通常の構造の
偏向ヨーク４３及び４５は電子ビームの横方向Ｘ
及びＹ偏向の制御のための複数個の磁気偏向コイ
ルよりなる。
解した概略図が示されている。この磁気レンズ組
立体３１は極片３５及び３７を有する第１の磁気
レンズ３３を含んでいる。極片３５及び３７は電
子ビーム３９の通行のための円形開口を有する円
形のものである。励磁コイル４１が磁気レンズ３
３を励磁する。電子ビーム３９は偏向ヨーク４３
及び４５によつて予め偏向される。通常の構造の
偏向ヨーク４３及び４５は電子ビームの横方向Ｘ
及びＹ偏向の制御のための複数個の磁気偏向コイ
ルよりなる。
実施例では、テレセントリツク（telecentric）
機能を与えるため、極片４９，５１及び励磁コイ
ル５３を有する第２の磁気レンズ４７が用いられ
る。第２のレンズの焦点距離はビームが並行な束
としてこのレンズを通過するように選ばれ、第１
のレンズの焦点距離はこのレンズに入るその並行
な束がターゲツト面で集束するように選ばれる。
機能を与えるため、極片４９，５１及び励磁コイ
ル５３を有する第２の磁気レンズ４７が用いられ
る。第２のレンズの焦点距離はビームが並行な束
としてこのレンズを通過するように選ばれ、第１
のレンズの焦点距離はこのレンズに入るその並行
な束がターゲツト面で集束するように選ばれる。
第１図に示されたように磁気レンズ３３の軸
は、電子ビーム３９が磁気レンズ３３を通過する
ときシフトされる電子ビームの中心線と一致する
ようにシフトされている。磁気レンズ３３の可変
軸レンズ能力が第１及び第２の磁気補償ヨーク５
５及び５７によつて与えられる。第１及び第２の
磁気補償ヨーク５５及び５７は後で詳述される要
領で磁気レンズ３３の磁界と数学的に関連付けら
れた所の予定の磁界を有する。補償ヨーク５５及
び５７は偏向ヨーク４３及び４５による電子ビー
ムの偏向と同期して電子光学軸の横方向Ｘ及びＹ
シフトを制御するための複数個の磁気偏向コイル
をも含む。
は、電子ビーム３９が磁気レンズ３３を通過する
ときシフトされる電子ビームの中心線と一致する
ようにシフトされている。磁気レンズ３３の可変
軸レンズ能力が第１及び第２の磁気補償ヨーク５
５及び５７によつて与えられる。第１及び第２の
磁気補償ヨーク５５及び５７は後で詳述される要
領で磁気レンズ３３の磁界と数学的に関連付けら
れた所の予定の磁界を有する。補償ヨーク５５及
び５７は偏向ヨーク４３及び４５による電子ビー
ムの偏向と同期して電子光学軸の横方向Ｘ及びＹ
シフトを制御するための複数個の磁気偏向コイル
をも含む。
更に第１図から明らかなように、電子ビーム３
９は偏向ヨーク４３によつて中心線通路から偏向
され、そして元来の中心線から並行に変位されて
磁気レンズ３３へ入るように偏向ヨーク４５によ
つて再偏向される。元来の中心線は磁気レンズ３
３の幾何学的電子光学軸に相当する。電子光学軸
を電子ビーム３９の偏向された位置へシフトする
ことにより、光軸外収差が除去される。更に具体
的に言えばいわゆる軸方向色偏向収差がより小さ
いいわゆる軸方向色レンズ収差に変換される。偏
向されたビーム３９が元来の中心線に対して並行
に磁気レンズ３３へ入るので、そのビームは磁気
レンズ３３を通過してターゲツト５９へ進み、タ
ーゲツト５９に対して垂直に到達する。これは本
発明における可変軸レンズの使用の重要な利点で
ある。本発明の磁気レンズの別の利点はレンズ前
の偏向に関連して比較的短い焦点距離が第１図に
示すように得られることである。
９は偏向ヨーク４３によつて中心線通路から偏向
され、そして元来の中心線から並行に変位されて
磁気レンズ３３へ入るように偏向ヨーク４５によ
つて再偏向される。元来の中心線は磁気レンズ３
３の幾何学的電子光学軸に相当する。電子光学軸
を電子ビーム３９の偏向された位置へシフトする
ことにより、光軸外収差が除去される。更に具体
的に言えばいわゆる軸方向色偏向収差がより小さ
いいわゆる軸方向色レンズ収差に変換される。偏
向されたビーム３９が元来の中心線に対して並行
に磁気レンズ３３へ入るので、そのビームは磁気
レンズ３３を通過してターゲツト５９へ進み、タ
ーゲツト５９に対して垂直に到達する。これは本
発明における可変軸レンズの使用の重要な利点で
ある。本発明の磁気レンズの別の利点はレンズ前
の偏向に関連して比較的短い焦点距離が第１図に
示すように得られることである。
次に第４図及び第４Ａ図を参照して本発明の動
作原理を詳述する。第４図は磁気レンズ３３の極
片３５及び３７と、第１及び第２の磁気補償ヨー
ク５５及び５７を示す概略図である。周知の通り
もしも磁気補償ヨーク５５及び５７を励磁しなけ
れば、極片３５及び３７によつて発生される磁界
は幾何学的な電子光学軸を限定する所の回転対称
的な磁界線を形成する。幾何学的電子光学軸は極
片３５及び３７の円形開口の中心を通つて延びる
中心線と一致するのが普通である。第４Ａ図は対
称軸に対する磁界の典型的な分布を示す。
作原理を詳述する。第４図は磁気レンズ３３の極
片３５及び３７と、第１及び第２の磁気補償ヨー
ク５５及び５７を示す概略図である。周知の通り
もしも磁気補償ヨーク５５及び５７を励磁しなけ
れば、極片３５及び３７によつて発生される磁界
は幾何学的な電子光学軸を限定する所の回転対称
的な磁界線を形成する。幾何学的電子光学軸は極
片３５及び３７の円形開口の中心を通つて延びる
中心線と一致するのが普通である。第４Ａ図は対
称軸に対する磁界の典型的な分布を示す。
もしも極片３５，３７間の幅Ｗ（ギヤツプ）と、
極片の円形開口の直径Ｄとの比率が小さくされる
なら（即ち約１よりも小さくされるなら）、幾何
学的電子光学軸に沿う磁界の分布は第４図の実線
の曲線によつて示されるような正規（ガウス）分
布形状になる。しかし本発明の電子ビーム投射シ
ステムは正規分布を結果として生じる極片形状の
採用に限定されるものではないことを理解された
い。例えば１よりも大きいＷ／Ｄ比のとき、磁界
分布は上昇スロープ及び下降スロープ間に平担部
を持つ。しかし第１次導関数は第１のピークと、
第２のピークと、その間に介在する一定区域を依
然として生じる（つまり平担部分に相当するスロ
ープは変化しない）。本発明の実施例では補償ヨ
ークは夫々第１及び第２のピークに近接配置され
る。
極片の円形開口の直径Ｄとの比率が小さくされる
なら（即ち約１よりも小さくされるなら）、幾何
学的電子光学軸に沿う磁界の分布は第４図の実線
の曲線によつて示されるような正規（ガウス）分
布形状になる。しかし本発明の電子ビーム投射シ
ステムは正規分布を結果として生じる極片形状の
採用に限定されるものではないことを理解された
い。例えば１よりも大きいＷ／Ｄ比のとき、磁界
分布は上昇スロープ及び下降スロープ間に平担部
を持つ。しかし第１次導関数は第１のピークと、
第２のピークと、その間に介在する一定区域を依
然として生じる（つまり平担部分に相当するスロ
ープは変化しない）。本発明の実施例では補償ヨ
ークは夫々第１及び第２のピークに近接配置され
る。
第１の磁気補償ヨーク５５と第２の磁気補償ヨ
ーク５７が付勢されると、幾何学的電子光学軸に
対して直交する磁界が発生される。本発明に従つ
て磁気補償ヨーク５５及び５７は極片３５及び３
７によつて発生される磁気レンズ３３の磁界強度
分布Ｈ（ｚ）の第１次導関数に正比例した磁界分
布を生じるように設計される。磁気レンズ３３の
磁界強度分布の第１次導関数の曲線が第４図に破
線で示される。図示のように導関数の前半は正で
あり、後半は負である。従つて第２の磁気補償ヨ
ーク５７に与える電流は第１の磁気補償ヨーク５
５に与える電流とは正反対である。動作について
説明すると、磁気補償ヨーク５５及び５７のＸコ
イル及びＹコイルは偏向ヨーク４３及び４５を励
磁するＸ及びＹ電流に正比例した電流を受取り、
幾何学的電子光学軸に対して直交する磁界を発生
する。この磁界の対称軸に沿つた分布は極片の幾
何学的電子光学軸に関する磁界の第１次導関数と
正比例するようにされなければならない。この条
件は、補償ヨークの寸法、即ちそれらのコイルの
長さ及び直径を実験又は周知の計算方法を用いた
計算により適当に選択することによつて適合させ
得ることがわかつた。ヨークのＸ及びＹコイルに
流される電流は、発生される偏向磁界が軸からの
偏向距離ｒによつて乗じた対称軸に関するレンズ
磁界分布の第１次導関数の半分に等しくなるよう
な値を持つ。Ｘ及びＹコイルを流れる電流Ix及び
Iyは角度θによつて特徴づけられる偏向方向と関
連して、式 tanθ＝Iy／Ix で与えられる。
ーク５７が付勢されると、幾何学的電子光学軸に
対して直交する磁界が発生される。本発明に従つ
て磁気補償ヨーク５５及び５７は極片３５及び３
７によつて発生される磁気レンズ３３の磁界強度
分布Ｈ（ｚ）の第１次導関数に正比例した磁界分
布を生じるように設計される。磁気レンズ３３の
磁界強度分布の第１次導関数の曲線が第４図に破
線で示される。図示のように導関数の前半は正で
あり、後半は負である。従つて第２の磁気補償ヨ
ーク５７に与える電流は第１の磁気補償ヨーク５
５に与える電流とは正反対である。動作について
説明すると、磁気補償ヨーク５５及び５７のＸコ
イル及びＹコイルは偏向ヨーク４３及び４５を励
磁するＸ及びＹ電流に正比例した電流を受取り、
幾何学的電子光学軸に対して直交する磁界を発生
する。この磁界の対称軸に沿つた分布は極片の幾
何学的電子光学軸に関する磁界の第１次導関数と
正比例するようにされなければならない。この条
件は、補償ヨークの寸法、即ちそれらのコイルの
長さ及び直径を実験又は周知の計算方法を用いた
計算により適当に選択することによつて適合させ
得ることがわかつた。ヨークのＸ及びＹコイルに
流される電流は、発生される偏向磁界が軸からの
偏向距離ｒによつて乗じた対称軸に関するレンズ
磁界分布の第１次導関数の半分に等しくなるよう
な値を持つ。Ｘ及びＹコイルを流れる電流Ix及び
Iyは角度θによつて特徴づけられる偏向方向と関
連して、式 tanθ＝Iy／Ix で与えられる。
合計電流は√x 2＋y 2に比例する。
第３図に示す本発明の可変軸投射レンズの実施
例は、いわゆる色収差及び偏向収差を著しく減少
すると共にコマ収差を除去する。非点収差及び磁
界湾曲はダイナミツク補正方法を用いて修正され
る。第３図に示されたようにブロツク６１は励磁
コイル１７のための電源である。ブロツク６３は
励磁コイル４１のための電源である。ブロツク６
５は偏向ヨーク４３及び４５の励磁用のコンピユ
ータ制御駆動器を表わす。偏向ヨーク４３及び４
５は、通常の方法に従つてＸ及びＹの両方向に電
子ビームを偏向するように共同動作する所の２組
の磁気偏向コイルを有する。偏向ヨーク４３及び
４５は通常、複数のトロイダル・コイルで構成さ
れる。駆動器６５は、これ又一対のＸ−Ｙ偏向コ
イルより成る磁気補償ヨーク５５及び５７も活性
化するように働く。磁気補償ヨーク５５及び５７
の外径は、同一内径で同一偏向感度を有するトロ
イダル・ヨークより小さいので、簡単なくら形コ
イルで構成されてもよい。磁気補償ヨーク５５及
び５７へ送られるＸ−Ｙ電流は偏向ヨーク４３及
び４５へ送られるＸ−Ｙ電流に正比例するので同
一の駆動器６５によつて供給されてもよい。
例は、いわゆる色収差及び偏向収差を著しく減少
すると共にコマ収差を除去する。非点収差及び磁
界湾曲はダイナミツク補正方法を用いて修正され
る。第３図に示されたようにブロツク６１は励磁
コイル１７のための電源である。ブロツク６３は
励磁コイル４１のための電源である。ブロツク６
５は偏向ヨーク４３及び４５の励磁用のコンピユ
ータ制御駆動器を表わす。偏向ヨーク４３及び４
５は、通常の方法に従つてＸ及びＹの両方向に電
子ビームを偏向するように共同動作する所の２組
の磁気偏向コイルを有する。偏向ヨーク４３及び
４５は通常、複数のトロイダル・コイルで構成さ
れる。駆動器６５は、これ又一対のＸ−Ｙ偏向コ
イルより成る磁気補償ヨーク５５及び５７も活性
化するように働く。磁気補償ヨーク５５及び５７
の外径は、同一内径で同一偏向感度を有するトロ
イダル・ヨークより小さいので、簡単なくら形コ
イルで構成されてもよい。磁気補償ヨーク５５及
び５７へ送られるＸ−Ｙ電流は偏向ヨーク４３及
び４５へ送られるＸ−Ｙ電流に正比例するので同
一の駆動器６５によつて供給されてもよい。
最初の接近で補償ヨークの磁界は、レンズの対
称軸に並行で且つ補償ヨーク中を流れる電流に比
例した距離を持つ線に沿つたレンズ磁界の半径方
向成分を補償する。磁界の半径方向成分がそこで
零になるので、この線はシフトされた電子光学軸
を表わす。
称軸に並行で且つ補償ヨーク中を流れる電流に比
例した距離を持つ線に沿つたレンズ磁界の半径方
向成分を補償する。磁界の半径方向成分がそこで
零になるので、この線はシフトされた電子光学軸
を表わす。
第６図を参照すると、幾何学的電子光学軸２か
ら位置３へ電子光学軸がシフトすると、磁界線の
回転対称性に若干の歪みを生じさせることがわか
る。補償しなければこの回転対称性の僅かな歪み
が非点収差を生じさせることになろう。ダイナミ
ツク補正コイル組立体６９（望ましくは２元的な
４重極素子）が非点収差を補償するために配設さ
れる。ブロツク６７は非点収差のダイナミツク補
正コイル６９の励磁用の駆動器を表わす。この駆
動器はＸ−Ｙ偏向ヨーク４３及び４５へ送られる
電流に比例した入力信号を受取つて、その入力の
関数である信号を周知の態様で発生する。
ら位置３へ電子光学軸がシフトすると、磁界線の
回転対称性に若干の歪みを生じさせることがわか
る。補償しなければこの回転対称性の僅かな歪み
が非点収差を生じさせることになろう。ダイナミ
ツク補正コイル組立体６９（望ましくは２元的な
４重極素子）が非点収差を補償するために配設さ
れる。ブロツク６７は非点収差のダイナミツク補
正コイル６９の励磁用の駆動器を表わす。この駆
動器はＸ−Ｙ偏向ヨーク４３及び４５へ送られる
電流に比例した入力信号を受取つて、その入力の
関数である信号を周知の態様で発生する。
第５図には、磁気レンズ３３のシフトされた垂
直軸に関する磁界強度分布が点線で示されてい
る。理想的な磁界強度分布は実線で示される。新
たな（シフトされた）電子光学軸に沿う、結果の
磁界強度分布は点線で示される。実線で示す理想
的な曲線からの偏差が大幅に誇張して示されてい
る。この磁界は光学軸上の磁界よりも弱く、ダイ
ナミツク補正コイルによつて増加されるのが望ま
しい。シフトされた軸に関する磁界強度分布の理
想曲線からの偏差は２次関数である。この偏差は
シフトされた軸に対する磁界強度分布の第２次導
関数に比例した磁界強度を持つ追加のダイナミツ
ク補正コイルを配設することによつて補正可能で
ある。元来の磁界の第１次導関数は第５図の破線
で示される。第２次導関数は第５図の１点鎖線で
示される。第５図から明らかな通り、第２次導関
数は交番する正及び負の値を有する４つの極値を
有する。第３図の装置にはダイナミツク焦点補正
コイル７１，７３，７５及び７７が配設されてい
る。各ダイナミツク焦点補正コイルは、シフトさ
れた軸に関するレンズの磁界強度の第２次導関数
の１部分に比例した（シフトされた軸に関する）
分布を有する磁界を供与する。ブロツク７９はダ
イナミツク焦点補正コイル７１，７３，７５及び
７７の励磁用の駆動器を表わす。この駆動器はｒ
（シフトされた軸の偏向距離）に比例した入力信
号（第３図のブロツく６５内にはaVと記されて
る）を受取つて、r2に比例した信号（第３図のブ
ロツク７９内にはaV2と記されている）を発生す
る。
直軸に関する磁界強度分布が点線で示されてい
る。理想的な磁界強度分布は実線で示される。新
たな（シフトされた）電子光学軸に沿う、結果の
磁界強度分布は点線で示される。実線で示す理想
的な曲線からの偏差が大幅に誇張して示されてい
る。この磁界は光学軸上の磁界よりも弱く、ダイ
ナミツク補正コイルによつて増加されるのが望ま
しい。シフトされた軸に関する磁界強度分布の理
想曲線からの偏差は２次関数である。この偏差は
シフトされた軸に対する磁界強度分布の第２次導
関数に比例した磁界強度を持つ追加のダイナミツ
ク補正コイルを配設することによつて補正可能で
ある。元来の磁界の第１次導関数は第５図の破線
で示される。第２次導関数は第５図の１点鎖線で
示される。第５図から明らかな通り、第２次導関
数は交番する正及び負の値を有する４つの極値を
有する。第３図の装置にはダイナミツク焦点補正
コイル７１，７３，７５及び７７が配設されてい
る。各ダイナミツク焦点補正コイルは、シフトさ
れた軸に関するレンズの磁界強度の第２次導関数
の１部分に比例した（シフトされた軸に関する）
分布を有する磁界を供与する。ブロツク７９はダ
イナミツク焦点補正コイル７１，７３，７５及び
７７の励磁用の駆動器を表わす。この駆動器はｒ
（シフトされた軸の偏向距離）に比例した入力信
号（第３図のブロツく６５内にはaVと記されて
る）を受取つて、r2に比例した信号（第３図のブ
ロツク７９内にはaV2と記されている）を発生す
る。
実 例
電子ビーム管に使用されるべき極片レンズの磁
界は磁界プローブを用いてその軸沿いに測定され
た。それによつて得られた磁界分布は微分され
た。極片レンズの磁界の一般的形状及びその曲線
の第１次導関数は第４図に略示された通りであ
る。
界は磁界プローブを用いてその軸沿いに測定され
た。それによつて得られた磁界分布は微分され
た。極片レンズの磁界の一般的形状及びその曲線
の第１次導関数は第４図に略示された通りであ
る。
そこで磁気補償ヨークとして使用する２つのく
ら形ヨークが作られた。くら形ヨークの磁界分布
は例えばJ.Vac.−Science Technol.Vol.12、No.６
（1975年11／12月号）第1146−1150頁に掲載され
たE.Munro氏の論文「Design and Optimization
of Magnetic Lense and Deflection」に開示さ
れた如き磁界分布の計算のための数学式を用いて
計算された。くら形ヨークの適当な物理的寸法は
コンピユータ・シミユレーシシヨンによつて組織
的に変化され、そして磁界分布が変化毎に再計算
され、くら形、ヨークのコンピユータ・モデルの
計算上の磁界分布がその極片レンズの磁界分布の
第１次導関数に大体適合するまで続けられた。然
る後、計算で得られた寸法に従つてくら形ヨーク
が製作され、出来上つたくら形ヨークの磁界はそ
のヨークを極片の内部に配置した後磁界プローブ
を用いて測定された。最適の位置及び配向は試行
錯誤によつて決定された。
ら形ヨークが作られた。くら形ヨークの磁界分布
は例えばJ.Vac.−Science Technol.Vol.12、No.６
（1975年11／12月号）第1146−1150頁に掲載され
たE.Munro氏の論文「Design and Optimization
of Magnetic Lense and Deflection」に開示さ
れた如き磁界分布の計算のための数学式を用いて
計算された。くら形ヨークの適当な物理的寸法は
コンピユータ・シミユレーシシヨンによつて組織
的に変化され、そして磁界分布が変化毎に再計算
され、くら形、ヨークのコンピユータ・モデルの
計算上の磁界分布がその極片レンズの磁界分布の
第１次導関数に大体適合するまで続けられた。然
る後、計算で得られた寸法に従つてくら形ヨーク
が製作され、出来上つたくら形ヨークの磁界はそ
のヨークを極片の内部に配置した後磁界プローブ
を用いて測定された。最適の位置及び配向は試行
錯誤によつて決定された。
第７図のように、極片レンズの磁界の実測値が
示される。同図には更に軸方向磁界分布の導関数
及び製作されたくら形ヨークの実際の磁界が示さ
れる。くら形ヨークを通る電流を適切な値に調節
することにより、そのレンズの電子光学軸のシフ
ト条件を満足させるように両曲線を極めて密に適
合させた。両曲線の差も第７図に示される。この
差は理想的には零になるべきであり、実際に得ら
れた差は図示のように磁界の大きさに較べると僅
少である。
示される。同図には更に軸方向磁界分布の導関数
及び製作されたくら形ヨークの実際の磁界が示さ
れる。くら形ヨークを通る電流を適切な値に調節
することにより、そのレンズの電子光学軸のシフ
ト条件を満足させるように両曲線を極めて密に適
合させた。両曲線の差も第７図に示される。この
差は理想的には零になるべきであり、実際に得ら
れた差は図示のように磁界の大きさに較べると僅
少である。
補償用くら形ヨークを適所に有する極片レンズ
が、ターゲツト面上に方形開口像を作らせるため
に電子ビーム管に使用された。ターゲツト面の像
を横切る電流密度分布は通常の走査方法によつて
測定され且つオシロスコープ上に表示された。理
想的な電流分布は方形波に近い。しかし実際には
収差が常に存在し、そのため波形縁辺スロープの
けわしさが限られることになる。供給される電子
加速電圧を変化することによる電子ビームの焦点
はずれも又縁辺スロープのけわしさの減少を生じ
させる。ターゲツト面での像の位置も又走査方法
によつて監視され得る。
が、ターゲツト面上に方形開口像を作らせるため
に電子ビーム管に使用された。ターゲツト面の像
を横切る電流密度分布は通常の走査方法によつて
測定され且つオシロスコープ上に表示された。理
想的な電流分布は方形波に近い。しかし実際には
収差が常に存在し、そのため波形縁辺スロープの
けわしさが限られることになる。供給される電子
加速電圧を変化することによる電子ビームの焦点
はずれも又縁辺スロープのけわしさの減少を生じ
させる。ターゲツト面での像の位置も又走査方法
によつて監視され得る。
極片レンズの光学軸から電子ビームをシフトす
ることの効果について、本発明に従う補償ヨーク
を用いないときの比較のためにまず考察される。
ることの効果について、本発明に従う補償ヨーク
を用いないときの比較のためにまず考察される。
第８Ａ図は対称軸１０９と共に極片１０５及び
１０７を有する極片レンズを略示している。同図
において軸に並行な電子ビーム１１１を入れて
も、かなりの量だけ軸から偏位する。レンズは特
別なエネルギ速度（即ち電子銃の加速電圧に対応
する速度）のためレンズの光学軸において電子を
集束する。採用された実例では、この加圧電圧は
25000ボルトであつた。これらの電子に対して、
像が、電子光学軸１０９及びターゲツト面の交点
（位置１１３）において集束される。この位置に
おける電流密度分布の軌跡は電子ビーム軌跡の略
示の下方に示された曲線１１９によつて指示され
る。
１０７を有する極片レンズを略示している。同図
において軸に並行な電子ビーム１１１を入れて
も、かなりの量だけ軸から偏位する。レンズは特
別なエネルギ速度（即ち電子銃の加速電圧に対応
する速度）のためレンズの光学軸において電子を
集束する。採用された実例では、この加圧電圧は
25000ボルトであつた。これらの電子に対して、
像が、電子光学軸１０９及びターゲツト面の交点
（位置１１３）において集束される。この位置に
おける電流密度分布の軌跡は電子ビーム軌跡の略
示の下方に示された曲線１１９によつて指示され
る。
電子ビームは指示された電圧で集束するけれど
も、球面収差及びコマのような収差はビームが光
軸外れしてレンズへ入射することに起因して大と
なり、縁辺スロープの退化を生じさせる。もしも
電子の速度が（電子ビーム電圧の変化により）変
えられるならば、ビームはもはやターゲツト面上
に集束されず、焦点はずれした像の位置は軸及び
ターゲツトの交点１１３から離れるように移動す
る。電子が遅くなればなるほど、位置１１５で示
されるようにレンズに接近して集束される。オシ
ロスコープ上に現われる電流密度分布の軌跡は曲
線１２１によつて略示されたような形状を持つ。
電子が速くなればなるほどターゲツト面の下方に
集束される。この焦点はずれ像に対するターゲツ
ト面での電流密度分布の軌跡は曲線１２３によつ
て略示されている。変化された速度の電子ビーム
に対する両方の軌跡は著しく退化した縁端スロー
プを示すばかりでなく、電子光学軸からの著しい
偏位をも示す。
も、球面収差及びコマのような収差はビームが光
軸外れしてレンズへ入射することに起因して大と
なり、縁辺スロープの退化を生じさせる。もしも
電子の速度が（電子ビーム電圧の変化により）変
えられるならば、ビームはもはやターゲツト面上
に集束されず、焦点はずれした像の位置は軸及び
ターゲツトの交点１１３から離れるように移動す
る。電子が遅くなればなるほど、位置１１５で示
されるようにレンズに接近して集束される。オシ
ロスコープ上に現われる電流密度分布の軌跡は曲
線１２１によつて略示されたような形状を持つ。
電子が速くなればなるほどターゲツト面の下方に
集束される。この焦点はずれ像に対するターゲツ
ト面での電流密度分布の軌跡は曲線１２３によつ
て略示されている。変化された速度の電子ビーム
に対する両方の軌跡は著しく退化した縁端スロー
プを示すばかりでなく、電子光学軸からの著しい
偏位をも示す。
本発明に従う補償ヨークを有する可変軸極片レ
ンズにおいては、電子光学軸は第８Ｂ図に示され
たように入射電子ビーム１３５の中心へシフトさ
れる。公称速度（25000ボルトの加速電圧に相当
する）の集束された電子に対しては、電子ビーム
はシフトされた軸がターゲツト面と交差する地点
でターゲツト面に集束され、曲線１３７で示され
たようになる。オシロスコープ上に示されるよう
な電流密度分布は曲線１４３のように略示され
る。球面収差及びコマなどの収差は電子光学軸上
及びその近返では他よりも小さくなるので、曲線
１４３の縁辺スロープは本発明に従う補償ヨーク
を具備していない極片レンズに対する曲線１１９
の縁辺スロープよりもはるかにけわしくなる。異
なつた速度の電子は再び第８Ｂ図に示されたよう
にターゲツト面の上方又は下方に集束される。焦
点１３９は遅い電子の焦点を示し、焦点１４１は
速い電子の焦点を示す。しかし焦点はずれした像
は電子光学軸から離れるような移動をせず、シフ
トされた電子光学軸及びターゲツト面の交点に留
まる。３つの場合についての電流密度分布軌跡が
夫々曲線１４３，１４５及び１４７によつて略示
されている。
ンズにおいては、電子光学軸は第８Ｂ図に示され
たように入射電子ビーム１３５の中心へシフトさ
れる。公称速度（25000ボルトの加速電圧に相当
する）の集束された電子に対しては、電子ビーム
はシフトされた軸がターゲツト面と交差する地点
でターゲツト面に集束され、曲線１３７で示され
たようになる。オシロスコープ上に示されるよう
な電流密度分布は曲線１４３のように略示され
る。球面収差及びコマなどの収差は電子光学軸上
及びその近返では他よりも小さくなるので、曲線
１４３の縁辺スロープは本発明に従う補償ヨーク
を具備していない極片レンズに対する曲線１１９
の縁辺スロープよりもはるかにけわしくなる。異
なつた速度の電子は再び第８Ｂ図に示されたよう
にターゲツト面の上方又は下方に集束される。焦
点１３９は遅い電子の焦点を示し、焦点１４１は
速い電子の焦点を示す。しかし焦点はずれした像
は電子光学軸から離れるような移動をせず、シフ
トされた電子光学軸及びターゲツト面の交点に留
まる。３つの場合についての電流密度分布軌跡が
夫々曲線１４３，１４５及び１４７によつて略示
されている。
電子ビームのエネルギの変化が依然として軸方
向色収差の結果として焦点はずれを生じさせる。
しかし縦方向移動の排除は、光軸外ビーム位置と
関連するのが普通である所の横の半径方向色収差
の移動に対する完全な補償を示す。これはビーム
が依然として光軸上にあることを実際に示す。レ
ンズの可変軸は電子ビームのシフトされた軸と一
致した状態に維持する。
向色収差の結果として焦点はずれを生じさせる。
しかし縦方向移動の排除は、光軸外ビーム位置と
関連するのが普通である所の横の半径方向色収差
の移動に対する完全な補償を示す。これはビーム
が依然として光軸上にあることを実際に示す。レ
ンズの可変軸は電子ビームのシフトされた軸と一
致した状態に維持する。
第９図は本発明に従う補償ヨークを持つ極片レ
ンズを用いて得たターゲツト面における電流密度
分布の実際のオシロスコープ軌跡を示す。補償ヨ
ークへ適切な電流を供給することにより、電子光
学軸は対称的な幾何学軸から５mm偏位された所の
入射電子ビームの中心に向つてシフトされる。ビ
ームの加速電圧は25000ボルト（最適の焦点及び
最もけわしい縁辺スロープ）から±11ボルトだけ
及び±32ボルトだけ変えられた。その結果として
焦点はずれした像の軌跡を生じた。しかし25000
ボルトに相当する加速電圧を有する電子に対して
は、焦点はずれの像は集束された像の軌跡から軸
方向に偏位されない。本発明の特定実施例で得ら
れたこの実験結果は電子光学軸が実際にシフトさ
れたことを実証する。
ンズを用いて得たターゲツト面における電流密度
分布の実際のオシロスコープ軌跡を示す。補償ヨ
ークへ適切な電流を供給することにより、電子光
学軸は対称的な幾何学軸から５mm偏位された所の
入射電子ビームの中心に向つてシフトされる。ビ
ームの加速電圧は25000ボルト（最適の焦点及び
最もけわしい縁辺スロープ）から±11ボルトだけ
及び±32ボルトだけ変えられた。その結果として
焦点はずれした像の軌跡を生じた。しかし25000
ボルトに相当する加速電圧を有する電子に対して
は、焦点はずれの像は集束された像の軌跡から軸
方向に偏位されない。本発明の特定実施例で得ら
れたこの実験結果は電子光学軸が実際にシフトさ
れたことを実証する。
異なつた速度の電子に対するシフトされた軸の
効果は、位置変化ぼけが広範な速度スペクトルを
有する電子に関連して焦点に生じる点、及び偏向
システムは取りわけ高能率電子ビーム・リングラ
フイ装置において最有力な性能制限要素である
点、で特に重要である。ビームの±４電子ボルト
よりも大きいエネルギ分散は電子ビーム装置にお
いては生じないのが普通である。これは本発明の
極片レンズの性能を実証するために用いられる電
子ビーム・エネルギの変動範囲の何分の１かであ
る。電子ビームは電子光学軸で極片レンズへ入射
するので、コマは排除される。シフトされた電子
光学軸沿いに重畳された偏向磁界に起因したレン
ズ磁界の強度変化によつて惹起する非点収差及び
焦点はずれは前述のように非点収差コイル及びダ
イナミツク集束コイルによつて補正される。
効果は、位置変化ぼけが広範な速度スペクトルを
有する電子に関連して焦点に生じる点、及び偏向
システムは取りわけ高能率電子ビーム・リングラ
フイ装置において最有力な性能制限要素である
点、で特に重要である。ビームの±４電子ボルト
よりも大きいエネルギ分散は電子ビーム装置にお
いては生じないのが普通である。これは本発明の
極片レンズの性能を実証するために用いられる電
子ビーム・エネルギの変動範囲の何分の１かであ
る。電子ビームは電子光学軸で極片レンズへ入射
するので、コマは排除される。シフトされた電子
光学軸沿いに重畳された偏向磁界に起因したレン
ズ磁界の強度変化によつて惹起する非点収差及び
焦点はずれは前述のように非点収差コイル及びダ
イナミツク集束コイルによつて補正される。
第１図は本発明の電子ビーム管のビーム偏向作
用を図解した部分断面図、第２図は終段レンズの
極片間で偏向を生じる所の従来の電子ビーム管の
ビーム偏向作用を図解した部分断面図、第３図は
可変軸レンズを配設する本発明の装置を図解した
詳細図、第４図はレンズの極片及び磁気補償ヨー
クの構成を図解するために部分的に欠載して示す
図であつて極片によつて発生される軸方向の磁界
の分布及び磁気補償ヨークによつて発生される軸
に対して直角方向の磁界の分布のグラフを重畳し
て示し、第４Ａ図は電子光学軸に関して回転対称
を有する極片開口及び磁力線を示すと共に磁界強
度のベクトル、その半径方向成分Hr、軸方向成
分Hz、デカルト座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び円柱
座標系（ｒ、θ、ｚ）を示す図、第５図は代表的
な軸対称極片レンズの対称軸上の磁界強度の分布
（実線）、その第１次導関数（破線）、シフトされ
た軸に沿う補償ヨークの偏向磁界及び重畳された
レンズの軸方向成分の補償された分布（点線）、
幾何学的対称軸上のダイナミツク焦点補正コイル
の軸方向成分の分布（１点鎖線）を夫々示すグラ
フ、第６図は本発明に従つて電子光学軸をシフト
することによつて生じた等スカラ磁気ポテンシヤ
ル線を示すレンズ断面図、第７図は極片レンズの
測定された磁界、その第１次導関数、レンズ内に
配置された補償ヨークの磁界の各グラフ表示、第
８Ａ図は対称軸からかなりの量だけずれてレンズ
に入射する電子ビームが種々の電子ビーム・エネ
ルギでレンズを通過する径路を示す極片レンズの
断面図、第８Ｂ図は第８Ａ図と同じ量だけ対称軸
からずれて種々の電子ビーム・エネルギでレンズ
を通過する電子ビームの径路を示す本発明の補償
ヨークを有する極片レンズの断面図、第９図は本
発明の極片レンズによつて集束された３つの異な
つたエネルギを有する電子ビームの偏向を示すオ
シログラフ写真である。 ３１……磁気レンズ組立体、３３……第１の磁
気レンズ、３５，３７……極片、３９……電子ビ
ームの径路、４１……励磁コイル、４３，４５…
…偏向ヨーク、４７……第２の磁気レンズ、４
９，５１……極片、５３……励磁コイル、５５，
５７……補償ヨーク。
用を図解した部分断面図、第２図は終段レンズの
極片間で偏向を生じる所の従来の電子ビーム管の
ビーム偏向作用を図解した部分断面図、第３図は
可変軸レンズを配設する本発明の装置を図解した
詳細図、第４図はレンズの極片及び磁気補償ヨー
クの構成を図解するために部分的に欠載して示す
図であつて極片によつて発生される軸方向の磁界
の分布及び磁気補償ヨークによつて発生される軸
に対して直角方向の磁界の分布のグラフを重畳し
て示し、第４Ａ図は電子光学軸に関して回転対称
を有する極片開口及び磁力線を示すと共に磁界強
度のベクトル、その半径方向成分Hr、軸方向成
分Hz、デカルト座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び円柱
座標系（ｒ、θ、ｚ）を示す図、第５図は代表的
な軸対称極片レンズの対称軸上の磁界強度の分布
（実線）、その第１次導関数（破線）、シフトされ
た軸に沿う補償ヨークの偏向磁界及び重畳された
レンズの軸方向成分の補償された分布（点線）、
幾何学的対称軸上のダイナミツク焦点補正コイル
の軸方向成分の分布（１点鎖線）を夫々示すグラ
フ、第６図は本発明に従つて電子光学軸をシフト
することによつて生じた等スカラ磁気ポテンシヤ
ル線を示すレンズ断面図、第７図は極片レンズの
測定された磁界、その第１次導関数、レンズ内に
配置された補償ヨークの磁界の各グラフ表示、第
８Ａ図は対称軸からかなりの量だけずれてレンズ
に入射する電子ビームが種々の電子ビーム・エネ
ルギでレンズを通過する径路を示す極片レンズの
断面図、第８Ｂ図は第８Ａ図と同じ量だけ対称軸
からずれて種々の電子ビーム・エネルギでレンズ
を通過する電子ビームの径路を示す本発明の補償
ヨークを有する極片レンズの断面図、第９図は本
発明の極片レンズによつて集束された３つの異な
つたエネルギを有する電子ビームの偏向を示すオ
シログラフ写真である。 ３１……磁気レンズ組立体、３３……第１の磁
気レンズ、３５，３７……極片、３９……電子ビ
ームの径路、４１……励磁コイル、４３，４５…
…偏向ヨーク、４７……第２の磁気レンズ、４
９，５１……極片、５３……励磁コイル、５５，
５７……補償ヨーク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電子ビームを発生するための電子ビーム発生
装置と、 上記電子ビームを偏向するための偏向装置４
３，４５と、 上記偏向装置によつて偏向された電子ビームを
集束するための回転対称性を有する磁気投射レン
ズ３５，３７と、 上記磁気投射レンズの電子光学軸を上記偏向さ
れた電子ビームの位置へシフトさせ、上記電子ビ
ームを上記シフトされた電子光学軸と一致した状
態に維持し且つターゲツトへ垂直に到達させるた
め、上記レンズの軸方向磁界強度分布曲線の第１
次導関数に比例した補償磁界を発生させるよう
に、上記磁気投射レンズの開孔内に一対の磁気補
償ヨーク５５，５７を備えてなる電子ビーム投射
装置において、 上記一対の磁気補償ヨークのうちの第１の補償
ヨーク５５は上記第１次導関数の第１のピーク位
置に近接配置し、第２の補償ヨーク５７は上記第
１次導関数の第２のピーク位置に近接配置したこ
とと、 上記磁気投射レンズの軸方向磁界強度分布曲線
の第２次導関数に比例した磁界を発生するダイナ
ミツク焦点補正コイル７１，７３、及び７５、７
７を上記第１及び第２の補償ヨークに取り付けた
ことと、を特徴とする電子ビーム投射装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/204,427 US4376249A (en) | 1980-11-06 | 1980-11-06 | Variable axis electron beam projection system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57105953A JPS57105953A (en) | 1982-07-01 |
| JPS6331896B2 true JPS6331896B2 (ja) | 1988-06-27 |
Family
ID=22757826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56166547A Granted JPS57105953A (en) | 1980-11-06 | 1981-10-20 | Electron beam projecting device |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4376249A (ja) |
| EP (1) | EP0051733B1 (ja) |
| JP (1) | JPS57105953A (ja) |
| DE (1) | DE3162439D1 (ja) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57206173A (en) * | 1981-06-15 | 1982-12-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Focusing deflecting device for charged corpuscule beam |
| JPS585955A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-13 | Hitachi Ltd | 動的偏向非点の補正装置 |
| JPS585954A (ja) * | 1981-07-03 | 1983-01-13 | Hitachi Ltd | 動的焦点補正装置 |
| US4544846A (en) * | 1983-06-28 | 1985-10-01 | International Business Machines Corporation | Variable axis immersion lens electron beam projection system |
| US4912405A (en) * | 1985-08-16 | 1990-03-27 | Schlumberger Technology Corporation | Magnetic lens and electron beam deflection system |
| JPS6298544A (ja) * | 1985-10-25 | 1987-05-08 | Hitachi Ltd | 荷電粒子線装置 |
| US4929838A (en) * | 1988-02-16 | 1990-05-29 | Fujitsu Limited | Magnetic object lens for an electron beam exposure apparatus which processes a wafer carried on a continuously moving stage |
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| JPH039510A (ja) * | 1989-06-07 | 1991-01-17 | Fujitsu Ltd | 電子ビーム露光装置 |
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| US5523580A (en) * | 1993-12-23 | 1996-06-04 | International Business Machines Corporation | Reticle having a number of subfields |
| US5635719A (en) * | 1996-07-23 | 1997-06-03 | International Business Machines Corporation | Variable curvilinear axis deflection means for particle optical lenses |
| US5757010A (en) * | 1996-12-18 | 1998-05-26 | International Business Machines Corporation | Curvilinear variable axis lens correction with centered dipoles |
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| US6768117B1 (en) | 2000-07-25 | 2004-07-27 | Applied Materials, Inc. | Immersion lens with magnetic shield for charged particle beam system |
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| DE10117025A1 (de) * | 2001-04-05 | 2002-10-10 | Zeiss Carl | Teilchenoptische Vorrichtung,Beleuchtungsvorrichtung und Projektionssystem sowie Verfahren unter Verwendung derselben |
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| TW579536B (en) * | 2001-07-02 | 2004-03-11 | Zeiss Carl Semiconductor Mfg | Examining system for the particle-optical imaging of an object, deflector for charged particles as well as method for the operation of the same |
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| DE10235455B9 (de) * | 2002-08-02 | 2008-01-24 | Leo Elektronenmikroskopie Gmbh | Teilchenoptische Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb derselben |
| DE10237141A1 (de) * | 2002-08-13 | 2004-02-26 | Leo Elektronenmikroskopie Gmbh | Strahlführungssystem, Abbildungsverfahren und Elektronenmikroskopiesystem |
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-
1980
- 1980-11-06 US US06/204,427 patent/US4376249A/en not_active Expired - Lifetime
-
1981
- 1981-09-23 DE DE8181107577T patent/DE3162439D1/de not_active Expired
- 1981-09-23 EP EP81107577A patent/EP0051733B1/en not_active Expired
- 1981-10-20 JP JP56166547A patent/JPS57105953A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5212487A (en) * | 1975-07-18 | 1977-01-31 | Northern Telecom Ltd | Electric connector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4376249A (en) | 1983-03-08 |
| JPS57105953A (en) | 1982-07-01 |
| EP0051733B1 (en) | 1984-02-29 |
| DE3162439D1 (en) | 1984-04-05 |
| EP0051733A1 (en) | 1982-05-19 |
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