(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの座標軸Ｘ,Ｙによって張られる面を走査する目的で粒子線を初期放射方向から静電的に偏向させる装置であって、偏向ワイヤーとして形成された複数の電極が制御回路に接続され且つ制御に応じて可変な偏向電圧を印加され、偏向電圧の変化に応じて粒子線を座標軸Ｘ方向または座標軸Ｙ方向において初期放射方向から偏向させるようにした前記装置において、
複数本の偏向ワイヤーが結合されて複数個の偏向格子を形成しており、これら偏向ワイヤーは、各偏向格子に属しているすべての偏向ワイヤー（２．１１,２．１２；２．２１,２．２２；２．３１,２．３２）において常に同じ値の偏向電圧が印加されるように互いに接続され、且つ制御回路（５）と接続されていること、
各偏向格子は、横断面中心点が座標軸Ｘ，Ｙの原点から異なる距離で配置される少なくとも２つの偏向ワイヤー（２）を含んでいること、
を特徴とする装置。
【請求項２】
粒子線を偏向させるための複数の偏向格子が座標軸Ｘ方向に配置され、これらの偏向格子の偏向ワイヤーが座標軸Ｙに関し左右対称に配置されている横断面中心点を有していること、および（または）粒子線を偏向させるための複数の偏向格子が座標軸Ｙ方向に配置され、これらの偏向格子の偏向ワイヤーが座標軸Ｘに関し左右対称に配置されている横断面中心点を有していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
粒子線を偏向させるため、座標軸Ｘ方向に２つの偏向格子が配置され、これら２つの偏向格子の偏向ワイヤー（２）の間に電圧ポテンシャル±ＵＸが印加され、座標軸Ｙ方向にも２つの偏向格子が配置され、その偏向ワイヤー（２）の間に電圧ポテンシャル±ＵＹが印加されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
すべての偏向ワイヤー（２）の横断面中心点が、座標軸原点に対し同心の複数個の円（ｋ１，ｋ２，．．．．．．ｋｎ）の周線上に配分されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
偏向ワイヤーの横断面中心点が半径ｒ１＜ｒ２＜ｒ３の３つの円ｋ１，ｋ２，ｋ３の周線上に配分されており、それぞれの円ｋ１，ｋ２，ｋ３が１つの偏向格子の２本の偏向ワイヤー（２）を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの座標軸Ｘ,Ｙによって張られる面を走査する目的で粒子線を初期放射方向から静電的に偏向させる装置であって、偏向ワイヤーとして形成された複数の電極が制御回路に接続され且つ制御に応じて可変な偏向電圧を印加され、偏向電圧の変化に応じて粒子線を座標軸Ｘ方向または座標軸Ｙ方向において初期放射方向から偏向させるようにした前記装置に関するものである。
なお初期放射方向とは、座標軸Ｘ,Ｙと交差している非偏向粒子線の方向である。
【０００２】
【従来の技術】
粒子線機器、たとえばウェーハーを露光するための電子線露光器およびイオン線露光器においては、被露光面を越えるように粒子線を偏向させる装置が必要である。
この種の偏向装置は偏向システムと呼ばれることもあるが、粒子線の方向の変更は原理的には磁力または静電力の影響により行なわれる。放射方向に相前後して磁力と静電力を利用するようにした偏向装置も知られている。
【０００３】
粒子線の偏向を迅速且つ正確に行なう場合には、静電式偏向システムが有利である。この種の静電式偏向システムにおいては、複数個の偏向電極が異なる電圧ポテンシャルで付勢され、これにより静電場が発生する。静電場は電圧ポテンシャルの変化或いは偏向電極の制御に応じて方向を変えるように粒子線に作用を及ぼす。偏向電極の制御は、粒子線が初期放射方向（非偏向光路に対応している）から所望の方向へ偏向し、制御のヴァリエーションに応じて、座標軸Ｘ,Ｙによって張られる面を介して案内されるように行なわれる。
【０００４】
最近では、偏向電極をワイヤーとして形成した静電式偏向システムが開発された。ワイヤーは部分的な距離にわたって初期放射方向に平行に延びている。この種の偏向システムはドイツ連邦共和国特許公開第３１３８８９８号公報に記載されている。この公報によれば、８本のワイヤーが半径方向において対称になるように初期放射方向を中心として分配されている。この場合ワイヤーはその端部を絶縁体に固定されている。絶縁体への固定位置は、粒子線に対するワイヤーの相対的な位置および指向性を決定する。このドイツ連邦共和国特許公開第３１３８８９８号公報に開示された、初期放射方向に関するワイヤーの配置構成を、図１に図示した。
【０００５】
複数個の電極をシリンダセグメントまたは円セグメントとして初期放射方向を中心にして分配配設したそれ以前の公知の偏向システムに比べると、上記装置の欠点は、偏向感度が比較的小さく、また混合偏向ポテンシャルを発生させねばならないので、電極の制御の際にコストが増大することである（前記ドイツ連邦共和国特許公開第３１３８８９８号公報、第４頁第５行から第７行まで）。静電場を少なくともほぼ均一にするには混合偏向ポテンシャル、たとえばＵ４＝（Ｕｙ＋Ｕｘ）√２が必要である。
【０００６】
したがって上記のワイヤー型偏向システムはそれ以前公知の従来技術に比べて利用価値が少ない。このためその本来の利点、すなわち製造が簡単であるという利点は、特に粒子線の迅速且つ正確な偏向が望ましい適用例に対して効果的に活用できない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、冒頭で述べた種類の偏向システムにおいて、製造技術上の利点を維持しながら利用価値を改善することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明によれば、複数本の偏向ワイヤーが結合されて偏向格子を形成しており、これら偏向ワイヤーは、１つの偏向格子に属しているすべての偏向ワイヤーにおいて常に同じ値の偏向電圧が印加されるように互いに接続され、且つ制御回路と接続されていること、各偏向格子は、横断面中心点が座標軸Ｘ，Ｙの原点から異なる距離で配置される少なくとも２つの偏向ワイヤーを含んでいることにより解決される。
【０００９】
本発明の有利な構成では、粒子線を偏向させるための複数の偏向格子が座標軸Ｘ方向に配置され、これらの偏向格子の偏向ワイヤーが座標軸Ｙに関し左右対称に配置されている横断面中心点を有していること、および（または）粒子線を偏向させるための複数の偏向格子が座標軸Ｙ方向に配置され、これらの偏向格子の偏向ワイヤーが座標軸Ｘに関し左右対称に配置されている横断面中心点を有している。
【００１０】
これにより、混合偏向ポテンシャルという高コストの準備をせずに場の高均一性が達成される。また、以下に詳細に説明する複数本の偏向ワイヤーを適宜位置決めすることにより、高次の静電ポテンシャルのフーリエ調和関数を簡単に抑圧して、場の均一性をさらに改善することができる。複数本の偏向ワイヤーを同じポテンシャルで付勢すると、偏向システム全体の偏向感度が向上するので有利である。
【００１１】
本発明の特に有利な構成では、粒子線を偏向させるため、座標軸Ｘ方向と座標軸Ｙ方向にはそれぞれ２つの偏向格子が配置されている。座標軸Ｘ方向に配置される偏向格子は座標軸Ｙに関し左右対称に対向し、座標軸Ｙ方向に配置される偏向格子は座標軸Ｘに関し左右対称に対向している。この場合、座標軸Ｘ方向に配置される偏向格子の間には電圧ポテンシャル±ＵＸが設定され、座標軸Ｙ方向に配置される偏向格子には電圧ポテンシャル±ＵＹが設定される。偏向格子に印加される電圧の変化に依存して粒子線は初期放射方向から偏向せしめられる。
【００１２】
本発明によれば、各偏向格子は、横断面中心点が座標軸Ｘ，Ｙの原点から異なる距離で配置される少なくとも２つの偏向ワイヤーを含んでいる。換言すれば、１つの偏向格子の少なくとも２本の偏向ワイヤーにおいて、偏向ワイヤーと非偏向粒子線との距離は異なっている。これに関連して、すべての偏向ワイヤーの横断面中心点が、座標軸原点に対し同心の複数個の円ｋ１，ｋ２，．．．．．．ｋｎの周線上に配分されているのが有利である。これらの円は座標軸原点または非偏向粒子線に対しても同心である。このようにして、同じ偏向格子に属している偏向ワイヤーと非偏向粒子線との距離は円ｋ１，ｋ２，ｋ３の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３によって決定されている。
【００１３】
場の均一性に関して特に好都合な構成は、たとえば全部で４つの偏向格子が設けられ、それぞれの偏向格子が６本の偏向ワイヤーから形成され、すべての偏向格子の偏向ワイヤーの横断面中心点が半径ｒ１＜ｒ２＜ｒ３の３つの円ｋ１，ｋ２，ｋ３の周線上に配分されており、それぞれの円ｋ１，ｋ２，ｋ３が１つの偏向格子の２本の偏向ワイヤーを備えている場合である。
【００１４】
この場合上記半径の比はｒ１：ｒ２：ｒ３＝１：１．１：１．２である。円ｋ１上の１つの偏向格子の２つの偏向ワイヤーの間の円弧長さｂ１と、円ｋ２上の１つの偏向格子の２つの偏向ワイヤーの間の円弧長さｂ２と、円ｋ３上の１つの偏向格子の２つの偏向ワイヤーの間の円弧長さｂ３との比は８：１：１４である。
【００１５】
この場合、円弧長さｂ１を５ｍｍないし１０ｍｍの範囲内で実施するのが有利である。偏向電圧±ＵＸおよび±ＵＹは１００ボルト以下である必要がある。
これにより、特に電子線リソグラフィーに適用すると、場の均一性および偏向感度に関し非常に優れた結果が得られる。非偏向粒子線に対して垂直な断面で観察される場の不均一性は上記構成において最適に抑制され、特に２次ないし７次の静電ポテンシャルのフーリエ調和関数は「ゼロ」に低減される。
【００１６】
もちろん他の比例値およびオーダーも選定できるが、この場合には異なる結果が得られる。さらに、偏向ワイヤーの基本配置構成として基本的には円の周線ではなく、或いは円の周線だけに限定するのではなく、たとえば正方形、八角形など他の幾何学的図柄をベースにしてもよい。機能的に常に重要なことは、これらの周線上にある偏向ワイヤーが座標軸Ｘおよび（または）座標軸Ｙに関し左右対称に配置されることである。
【００１７】
偏向ワイヤーの材料としては金、プラチナ、タングステン、アルミニウム或いは銅、またはシリコンを含むこれら金属の１つまたはいくつかの合金が有利である。偏向ワイヤーの径は１０μｍと２０0μｍの間であるべきである。
【００１８】
本発明による装置は場の均一性の改善および偏向感度の向上に関連した有利な作用のほかに、構成が簡潔であるために、この種の偏向装置の製造精度を高めるうえで優れた技術的前提が与えられている。
【００１９】
本発明による偏向装置は、半導体製造工程においてウェーハーまたはマスク上に露光構造を生じさせる機器に有利に利用可能である。この場合特に効果的なのは、使用される粒子線光学的露光光線に偏向ワイヤーがわずかな表面積を提供するので、粒子線放射方向に不具合に影響する帯電が十分に抑制される。
【００２０】
さらに、１本の偏向ワイヤーをそれぞれの偏向電圧で付勢することにより生じる場の強さは、ワイヤーの面積が比較的小さいので高く、したがって望ましくない帯電は迅速に崩壊する。
本発明による配置構成の更なる利点は、多数の偏向ワイヤーが設けられていることにより、外側から偏向システムへ指向している電圧ポテンシャルの粒子線に対する作用が十分に遮断される点にある。
【００２１】
薄いワイヤーの配置に関しヴァリエーションが広いので、偏向電極の少ない公知の解決法の場合に比べて粒子線光学的収差を著しく抑制して改善することができる。したがって、２４本の偏向ワイヤーを有している本発明による偏向システムを用いると、すでに述べた理由から初期放射方向を通る垂直断面内での静電場の不均一性は最適に抑制される。
【００２２】
本発明による装置の製造の際に重要なことは、所定位置からの偏向ワイヤーの位置ずれが少なく、これにより、位置の不正確によって生じる収差は光学像のクオリティに関して無視できるほどの大きさである。これは、アッセンブリが複雑でないために容易に実現される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、従来の技術による偏向ワイヤーの配置構成を示す図１に対する説明は、本明細書冒頭に含まれているので、ここで反復する必要はない。
【００２４】
図２は本発明による配置構成を原理的に示したもので、中空シリンダ１内には偏向ワイヤー２が張設されている。中空シリンダ１は有利には非導電性材料から製造され、その内面は導電性材料で被覆されている。偏向ワイヤー２の両端は絶縁板と結合されている。これら絶縁板のうち図２には、図を簡単にするため絶縁板３だけを図示した。それぞれの偏向ワイヤー２は、その端部の一方を絶縁板３に固定されている。偏向ワイヤー２の他端は、中空シリンダ１の反対側の端部に設けられた図示していない第２の絶縁板と結合されている。
【００２５】
偏向ワイヤー２は、粒子線の非偏向放射方向に対応する初期放射方向４に平行に指向している。なお本発明は、偏向ワイヤー２が初期放射方向４に対し平行に指向する実施形態に限定されるものではなく、偏向ワイヤー２のうち少なくともいくつかが初期放射方向４に対し傾斜しているような実施形態も可能である。
【００２６】
図３は図２の中空シリンダ１の平面図で、偏向ワイヤー相互の位置決め態様、座標ＸとＹの原点に対する偏向ワイヤーの位置決め態様、偏向ワイヤーと偏向格子との関係、偏向ワイヤーと制御回路５との接続態様が図示されている。この図からわかるように、全部で２４本の偏向ワイヤー２が設けられている。偏向ワイヤー２はＸ軸に対してもＹ軸に対しても左右対称に位置決めされている。本発明によれば偏向ワイヤー２はグループごとにまとめられて偏向格子を形成しており、同じ偏向格子に属する偏向ワイヤー２は座標軸原点、または初期放射方向４として図示されている非偏向粒子線に対して異なる間隔を持っている。たとえば偏向ワイヤー２．１１,２．１２,２．２１,２．２２,２．３１,２．３２は１つの偏向格子に属しており、この偏向格子には可変電圧+ＵＸが印加される。
【００２７】
残りの１８本の偏向ワイヤー２は他の３個の偏向格子にまとめられており、それぞれの偏向格子には同様にそれぞれ６本の偏向ワイヤー２が属しており（図面を簡単にするため符号は付していない）、可変電圧−ＵＸ，＋ＵＹ，−ＵＹが印加されている。
【００２８】
ここで、本発明による装置の原理を、電圧+ＵＸが印加される偏向格子に関し説明する。これに関して図３からわかるように、偏向ワイヤー２．１１,２．１２,２．２１,２．２２,２．３１,２．３２の横断面中心点は座標軸原点または初期放射方向４に対して同心の３つの円ｋ１，ｋ２，ｋ３の周線上に位置決めされている。これら３つの円ｋ１，ｋ２，ｋ３の半径の比はｒ１：ｒ２：ｒ３＝１：１．１：１．２１である。
【００２９】
なお本発明の対象は上記３つの円に限定されるものではなく、これとは異なる数の円を設定してもよく、これら円の半径の比も上記の値と異なっていてよい。
さらに図３からわかるように、円ｋ１上には、偏向電圧+ＵＸが印加される偏向格子の２つの偏向ワイヤー２．１１と２．１２の横断面中心点が配置されている。円ｋ２上には２つの偏向ワイヤー２．２１と２．２２がの横断面中心点が配置され、そして円ｋ３上には２つの偏向ワイヤー２．３１と２．３２の横断面中心点が配置されている。
【００３０】
円ｋ１上に横断面中心点がある偏向ワイヤー２．１１と２．１２の間の円弧長さと、円ｋ２上に横断面中心点がある偏向ワイヤー２．２１と２．２２の間の円弧長さと、円ｋ３上に横断面中心点がある偏向ワイヤー２．３１と２．３２の間の円弧長さの比はほぼ８：１：１４である。この場合、偏向ワイヤー２．１１と２．１２の間の円弧長さの絶対値は５ｍｍと１０ｍｍの範囲内で実施することができる。
【００３１】
残りの偏向格子に配置されている偏向ワイヤー２は上記の配置構成に対応して位置決めされている。座標Ｘ方向に配置され、電圧ポテンシャル±ＵＸで付勢されている２つの格子の偏向ワイヤーは、座標軸Ｙに関し左右対称に対向している。電圧ポテンシャル±ＵＹで付勢されている他の２つの格子は、座標軸Ｘに関し左右対称に対向している。同時に、偏向格子がそれぞれ９０゜互いに回転してずれて、非偏向粒子線のまわりに位置決めされているような配置構成も得られる。
【００３２】
これに関しても指摘しておくと、個々の偏向格子を座標軸原点に対して、或いは座標軸ＸとＹに対して相対的に配置する他の配置構成も考えられる。たとえば４つの偏向格子を配置する場合、必ずしも放射状対称である必要はなく、それぞれの座標軸Ｘ方向またはＹ方向に配置されている偏向格子は偏向ワイヤーの数量に関してもこれら偏向ワイヤーの位置決めに関しても互いに異なっていてよい。
【００３３】
さらに図３からわかるように、それぞれ１つの偏向格子に属している偏向ワイヤー２は制御線を介して互いに接続されており、且つそれぞれのポテンシャル＋ＵＸ，−ＵＸ，＋ＵＹまたは−ＵＹを生じさせる制御回路５の出力部に接続されている。
【００３４】
この配置構成により、±ＵＹ＝０および±ＵＸに対して０でない値から±１００ボルトまでの値が生じるような制御電圧が偏向格子に印加されると、たとえば図４に示すような静電場が生じる。
【００３５】
本発明の種々の実施形態では、すべての偏向ワイヤーはともに同じ金属から成り、たとえば金、プラチナ、タングステン、アルミニウム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、或いはこれら金属の１つまたはいくつかとシリコンとの合金から成っている。また、いくつかのワイヤー或いはワイヤーグループに対して異なる素材を使用してもよい。
【００３６】
本発明の特に有利な構成は、たとえばワイヤーは溶融点の高い金属（たとえば１６５０℃）から製造されている。このような構成において、稼動上の条件から汚染層を偏向ワイヤー上に沈殿させると、ワイヤーに対し損傷させずに真空中で焼きなましすることによりクリーニングを行なうことができる。
【００３７】
本発明の他の構成では、いくつかの偏向ワイヤーまたはすべての偏向ワイヤーは付設の弾性要素により付勢されている。この場合の弾性要素の弾性係数は、偏向ワイヤーが種々の稼動条件においても裂傷しないように偏向ワイヤーの引張り強度に同調している必要がある。弾性要素で付勢する代わりに、偏向ワイヤーの固有弾性を利用して偏向ワイヤーを付勢してもよい。この場合も種々の稼動条件において許容引張り応力を越えてはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術を示す図である。
【図２】本発明による配置構成の原理図である。
【図３】ワイヤーの横断面配置構成を初期放射方向に対して垂直な断面で示した図である。
【図４】本発明による装置を稼動させたときの静電場の形成を説明する図である。
【符号の説明】
１    中空シリンダ
２    偏向ワイヤー
２．１１，２．１２；２．２１，２．２２；２．３１，２．３２  偏向ワイヤー
３    絶縁体
４    初期放射方向
５    制御回路
【図１】
0004538126.tif 000002
【図２】
0004538126.tif 000003
【図３】
0004538126.tif 000004
【図４】
0004538126.tif 000005