JPH0636996A - 電子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】電子ビーム描画装置用セトリング時間制御方法
において、描画制御部２から発生する描画データにより
制御される各種偏向制御回路の出力に、セトリング時間
制御回路４を設置し、偏向制御回路が目標精度に整定す
るまでのセトリング時間を検出することにより、偏向量
に応じた整定待ち時間を調整し、ブランキング制御回路
５を制御する機能と、出力状態を検出することにより偏
向系への外乱等による描画不良検出を行う機能をもつ。 【効果】必要以上のＣＰＵ待ち時間を低減し、装置スル
ープットを向上し、また、偏向系への外乱による描画不
良の検出，調整の容易化，パターン描画の順番による高
速描画を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム装置におけ
る偏向回路の応答時間（セトリング時間）測定、また、
電子ビーム描画装置等の偏向制御に係り、特に、偏向に
要するセトリング待ち時間を見かけ上短縮し、装置スル
ープットの向上を可能にする制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置では、微細な回路パ
ターンを描画するために電子ビームを高速且つ、高精度
に偏向することが必要とされる。偏向方法は、静電偏向
板を用いた静電偏向やコイルを用いた電磁偏向等を採用
しているが、どちらの偏向方法にも負荷を駆動する偏向
制御回路が必要不可欠である。この偏向制御回路には、
電子ビームを目標とする偏向位置へ高速、且つ、高精度
に偏向することが要求されるが、重い負荷を駆動するた
め目標とする偏向位置へ整定する迄の整定時間（セトリ
ング時間）を要する。電子ビーム描画装置におけるセト
リング時間中の描画動作は、描画結果に悪影響を与える
ため、通常、電子ビームをオフ（描画停止）しており、
ビーム偏向動作を行なう度に、予め測定したビーム偏向
に要するセトリング時間だけ待ってから描画を開始する
ように制御している。

【０００３】図３に従来の電子ビーム描画装置の一例を
示す。電子銃７から出射された電子ビームは、第１アパ
ーチァ８，転写レンズ９，１１，可変成形偏向板１０，
第２アパーチァ１２，ブランキング板１３，ブランク絞
り１４，縮小レンズ１５，副偏向板１６，主偏向コイル
１７，対物レンズ１８等を通過し、ウェハ１９上に照射
される。各種偏向器は、ＣＰＵ１と描画制御回路２によ
って発生する指令に基づき任意に動作するブランキング
制御回路３，副偏向制御回路５，主偏向制御回路６等の
偏向信号によって制御される。

【０００４】図４に従来の電子ビーム描画装置における
偏向制御方法の例における波形を示す。副偏向出力が大
振幅である時も、小振幅である時も、偏向開始信号に対
するブランキング制御信号の時間幅（セトリング待ち時
間）は一定であるため、小振幅時には必要以上のセトリ
ング待ち時間成分が存在していると言える。

【０００５】必要以上のセトリング待ち時間を少なくで
きる方法として、特開昭60−236224号公報がある。これ
は、各偏向量に対するセトリング待ち時間を予め測定し
てセットし、該当する偏向データに対応するセトリング
待ち時間を設定するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム描画
装置において、セトリング待ち時間を偏向量の大きさと
は無関係に殆んど一定の待ち時間（大振幅時のセトリン
グ時間）に固定している場合、必要以上の待ち時間が生
じ、特に描画の偏向を行なう回路では「｛露光時間＋セ
トリング待ち時間｝×描画パターン数」で与えられる描
画・偏向時間を要していた。つまり、電子ビーム描画装
置にとって偏向制御回路のセトリング時間は無駄な待ち
時間であり、装置スループットを低下さてしまうため、
偏向動作に伴うセトリング時間の短縮（セトリング待ち
時間の短縮）が重要な課題の一つである。

【０００７】上述した公知例によれば、各偏向データに
対応するセトリング待ち時間を予め測定するため、デー
タに対応するセトリング待ち時間を設定する事が可能で
ある。しかし、描画位置精度を考慮した場合、外乱や偏
向回路特性の劣化、偏向負荷と偏向回路を接続するケー
ブル接触抵抗等の点から、安易に、予め任意の偏向量に
ついてのセトリング時間を測定し、セトリング待ち時間
とすることは、偏向動作による描画不良の頻度を増やす
危険性が生じる。また、同一偏向量でも偏向データの違
いによってセトリング特性が変化する事等を考慮する
と、任意偏向量に対するセトリング時間の測定は時間を
要する作業であり、調整者による測定時間のばらつきも
生じる等の問題がある。

【０００８】本発明の目的は、装置のスループットを向
上するため、必要以上のセトリング待ち時間を短縮し、
かつ、偏向動作による描画不良の頻度低減をすることに
より信頼性向上が可能な制御方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
発明では、図１に示すように、描画制御部２から発生す
る描画データにより制御される各種偏向制御回路の出力
に、セトリング時間制御回路４を設置し、偏向制御回路
が目標精度に整定するまでのセトリング時間を検出する
ことにより、偏向量に応じた整定待ち時間（セトリング
待ち時間）を調整し、ブランキング制御回路５を制御す
る。このタイミングでブランキング板１３を制御し、Ｃ
ＰＵ１で露光時間制御を行ないながら描画を行なえば、
必要以上の整定待ち時間を無くす事ができる。本来、セ
トリング時間は偏向量と密接な関係にあり、偏向量に応
じたセトリング時間を実測で設定することにより、見か
け上のセトリング待ち時間の短縮、ひいては装置のスル
ープット向上を可能にする。

【００１０】また、セトリング時間制御回路４のセトリ
ング時間検出信号を実時間で監視することにより、偏向
回路出力の異常動作による描画不良の頻度低減を可能に
する。

【００１１】

【作用】本発明は、偏向制御回路の出力にセトリング時
間制御回路を設置し、偏向制御回路が目標とする偏向位
置へ整定する迄のセトリング時間を任意の偏向量に対し
て測定し、必要最低限のセトリング待ち時間に設定する
ことが可能となるため、従来方法のように偏向量と無関
係にセトリング待ち時間を固定することによって生じて
いた必要以上のセトリング待ち時間が不要になり、見か
け上のセトリング待ち時間を短縮できる。また、予め偏
向量に応じたセトリング時間を測定する事も不要であ
り、描画動作中は、検出信号をモニタする事により、描
画中の偏向回路に異常が生じた場合や偏向系への外乱に
よる描画不良の検出等も容易に行なう事が可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は電子ビーム描画装置用セトリング時間
制御方法の一実施例を示すブロック図。電子銃７から出
射された電子ビームは、第１アパーチァ８，転写レンズ
９，１１，可変成形偏向板１０，第２アパーチァ１２，
ブランキング板１３，ブランク絞り１４，縮小レンズ１
５，副偏向板１６，主偏向コイル１７，対物レンズ１８
等を通過し、ウェハ１９上に照射される。各種偏向器
は、ＣＰＵ１と描画制御回路２によって発生する指令に
基づき任意に動作する副偏向制御回路５，主偏向制御回
路６等の偏向信号、及び、セトリング時間制御回路４，
ブランキング制御回路３によって制御される。セトリン
グ時間制御回路４は、各偏向制御回路の偏向信号より、
偏向量に応じて最終目標精度までのセトリング時間を検
出し、ブランキング制御回路３と描画制御回路２に最適
なセトリング待ち時間信号を発生する。ブランキング制
御回路３では、描画制御回路とセトリング時間制御回路
４の制御信号タイミングでブランキング板１３を制御
し、ＣＰＵ１で露光時間制御を行ないながら任意のパタ
ーン描画を行なう機能を有する。

【００１３】図２にセトリング時間制御回路の一実施例
を示す。描画制御回路２より副偏向制御回路５に偏向信
号が与えられると、偏向量に応じて目標位置までのセト
リング時間を伴った応答波形が副偏向器に出力される。
セトリング時間制御回路では、その応答波形を微分成形
し、比較レベルとの差を取った信号をブランキング制御
信号として生成する。セトリング時間検出回路には、積
分回路やアナログスイッチ等を用いて、アンプ応答波形
の微分信号やセトリング終了近傍の波形のみを切りだ
し、目標精度に応じた基準信号と比較することにより、
偏向量に応じたセトリングの終了時間を検出する。

【００１４】図５にセトリング時間測定回路の一実施例
を示す。セトリング時間測定回路では、副偏向制御回路
より与えられる偏向応答波形をカップリング・コンデン
サと抵抗による時定数で決定する微分波形に生成し、ダ
イオードでセトリング終了近傍の微分波形にクリップ、
増幅した後、偏向制御回路で使用しているＤＡＣの目標
精度（１／２ＬＳＢ）に相当する比較レベルと比較する
ことにより、偏向量に応じたセトリング時間を検出す
る。その検出信号で描画開始（アンブランク）すると共
に、ＣＰＵに露光開始のフラグを送る。任意の露光時間
が経過したところで、再び、ブランク状態にし、次の偏
向位置への整定待ちを行なう。この時、セトリング時間
測定回路内に露光制御用のショット・カウンタを設置し
ておけば、セトリング終了（露光開始）から設定露光時
間（露光終了）迄のブランキング制御を行なう事によ
り、露光時間制御も可能となる。また、この時、データ
伝送速度による影響が生じないように（データ待ちの状
態にならないように）して、予め次のデータを伝送する
ことも必要となる。

【００１５】ところで、カップリング・コンデンサと抵
抗を用いて生成した微分波形と、実際のセトリング波形
との一致は、実測による最適値の決定と補正信号の加算
によって行なうが、セトリング時間測定回路の入力イン
ピーダンスによって偏向応答波形が変化する場合は、バ
ッファ回路等のインピーダンス変換器を使用する。ま
た、この微分波形生成部の定数や比較器の比較レベルを
スイッチング素子で切り替えることにより、任意の目標
精度をＣＰＵから設定可能とし、描画精度に応じて露光
開始フラグのタイミングを任意に調整することもでき
る。このセトリング時間制御回路では、セトリング時間
測定回路とブランキング時間調整回路を使って、ＣＰＵ
と同期した制御を可能にする機能を有することを特徴と
する。尚、バッファ回路等のインピーダンス変換器を使
用することにより、偏向応答波形の遅れが発生する場合
は、その遅れを測定し、回路補正や目標精度を下げるこ
とにより、実際のセトリング波形との一致を図る。尚、
図５では説明簡略化のため、負方向の検出回路は省略し
てある。

【００１６】図６に副偏向（大振幅時）制御方法の一実
施例における波形図、図７に副偏向（小振幅時）制御方
法の一実施例における波形図を示す。図６（ｂ）に示す
副偏向応答信号をセトリング時間制御回路に与えると、
セトリング時間測定回路では入力に応じたセトリング微
分波形（ｃ）に生成する。その波形は最終目標精度の比
較レベルと比較する（ｄ）ことにより、比較器では偏向
信号に応じたセトリング時間を検出する（ｅ）。ここで
得られた検出時間と偏向開始信号（ａ）により、ブラン
キング制御信号（ｆ）が得られる。図７（ｂ）に対する
セトリング時間も同様に検出するが、ここでは偏向量に
応じたセトリング時間を検出するため、図６（ｆ）に比
べてブランキング時間が短いブランキング信号（ｆ）が
得られる。

【００１７】ここで、装置スループットを考慮すると、
描画・偏向に要する時間は、ほぼ「｛露光時間＋セトリ
ング待ち時間｝×描画ショット数」で与えられる。つま
り、描画ショット回数（≒偏向回数）に伴う１ショット
当たりのセトリング待ち時間低減は、装置スループット
を大幅に向上できる。

【００１８】従来、偏向量に殆ど無関係に整定待ち時間
が設定されていたが、その値を〜１００ｎＳ、ショット
数を１０⁹ 個／ウェハ、１ショット当りの露光時間を10
0ｎＳと仮定すると、実露光時間が１００秒に対し、整
定待ち時間が１００秒もの時間となる。これを１ショッ
トの偏向距離が小さくなるような描画順番で描画するこ
とにより、平均７０ｎＳの整定待ち時間となった場合、
約３０秒／ウェハの無駄時間が低減されることになる。
具体的な偏向量と整定待ち時間の一例として、１２ビッ
ト精度・大振幅セトリング１００ｎＳ（４０μｍ偏向）
の偏向アンプの応答時間を１次遅れと考え、偏向量が最
大振幅の１／１０（４μｍ）程度になるような描画順番
で描画した場合、偏向動作が安定するまでのセトリング
時間は約７２ｎＳ程度になる。

【００１９】図８に偏向回路出力を監視した時の正常状
態と、異常が生じた場合の異常検出出力波形図を示す。

【００２０】図８（ａ）に示す副偏向応答信号をセトリ
ング時間制御回路に与えると、セトリング時間測定回路
では入力に応じたセトリング微分波形に生成し、最終目
標精度の比較レベルと比較する（ｂ）ことにより、比較
器では偏向信号に応じたセトリング時間を検出する
（ｃ）。セトリング時間測定後の描画時は、比較器の出
力を監視し、偏向出力が比較レベルを過る状態を検出す
ることにより、異常描画検出を行う。正常な偏向動作が
行われている場合、異常描画検出信号（ｄ）は発生しな
い。

【００２１】しかし、図８（Ａ）に示すような外乱が副
偏向応答信号に混入し、異常な偏向動作が行われた場
合、セトリング時間測定回路では（Ｂ）に示すような波
形が検出され、比較器では（Ｃ）に示す信号となる。描
画中の比較器出力を監視すると、描画中の偏向動作が変
動したことによる異常描画検出信号（Ｄ）が発生する。
この検出信号を制御系へ送ることにより、異常な偏向動
作が生じた描画位置を検知する事が出来るため、描画後
の描画不良位置とその程度を検査する目安となる。ここ
で、露光制御用ショット・カウンタを内蔵したセトリン
グ時間測定回路を使用している場合は、異常な偏向動作
が行われて異常描画検出信号（Ｄ）が発生した時点で描
画動作を停止（ブランキング状態）し、かつ、その時の
異常描画検出信号とショット・カウンタデータ値（露光
済み時間）を制御系へ知らせる。そして、次回以降のシ
ョット時に異常描画位置データと露光不足時間（＝設定
露光時間−露光済み時間）に基づいた再描画を行うこと
により、異常な偏向動作による描画不良が解消される。
しかし実際には、比較信号を検知して描画動作停止する
迄に、〜２０数ｎＳ程度の信号遅れがあるため、信号遅
れを超える高周波成分での外乱が混入した場合には、異
常露光部が僅かに残ることになる。設定露光時間が多い
場合にはあまり問題にならないが、少ない場合には異常
露光の程度が多くなってしまい、問題となる可能性が生
じる。設定露光時間が少ない場合には、異常が発生した
場合には異常描画位置データに基づく、描画不良の確認
検査が必要となる。

【００２２】本実施例によれば、偏向量に応じた整定時
間をハード検出することにより、必要以上の整定待ち時
間短縮が可能となり、描画順序を考慮した場合はより一
層のスループット向上が可能となる。また、描画動作中
は、検出信号をモニタする事により、描画中の偏向回路
に異常が生じた場合や偏向系への外乱による描画不良位
置の検出等も容易に行なう事が可能となる。

【００２３】また、セトリング時間測定回路の回路定数
をスイッチング素子で切り替えることにより、必要な描
画精度に応じた高速化（セトリング待ち時間の短縮）を
行なうことができる。セトリング時間の検出には他の手
段を用いてもよいことは勿論であり、従来、特別な治具
等を必要とした偏向制御回路の回路調整時も、セトリン
グ時間測定回路の調整を行なった後は、ディジタル化さ
れた検出信号のパルス幅を測定することにより、容易に
偏向制御回路のセトリング時間を測定することが可能と
なる。

【００２４】

【発明の効果】装置でのセトリング待ち時間を、本来の
偏向量に応じたセトリング時間と一致させ、偏向制御回
路のセトリング時間以上に長いＣＰＵ待ち時間を低減す
ることにより、装置スループットの向上が可能となる。
また、偏向系への外乱による描画不良の検出，調整の容
易化，パターン描画の順番による高速描画を可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子ビーム描画装置用セトリング
時間制御方法の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明によるセトリング時間制御回路の一実施
例を示す説明図。

【図３】従来の電子ビーム描画装置における偏向制御方
法の一実施例を示すブロック図。

【図４】従来の電子ビーム描画装置における偏向制御方
法の一実施例を示す波形図。

【図５】本発明によるセトリング時間測定回路の一実施
例を示す説明図。

【図６】本発明による副偏向（大振幅時）制御方法の一
実施例を示す波形図。

【図７】本発明による副偏向（小振幅時）制御方法の一
実施例を示す波形図。

【図８】本発明によるセトリング時間測定回路の異常検
出動作一実施例を示す波形図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…描画制御部、３…ブランキング制御回
路、４…セトリング時間測定回路、５…副偏向制御回
路、６…主偏向制御回路、７…電子銃、８…第１アパー
チァ、９…第１転写レンズ、１０…可変成形偏向板、１
１…第２転写レンズ、１２…第２アパーチァ、１３…ブ
ランキング板、１４…ブランク絞り、１５…縮小レン
ズ、１６…副偏向板、１７…主偏向コイル、１８…対物
レンズ、１９…ウェハ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビーム発生源と、電子ビームを整形す
   る電子光学系と、前記電子ビームをオンオフ制御するた
   めのブランキング部と、前記電子ビームを被露光材料上
   で偏向し位置制御を行なうためのＤ／Ａ変換器と偏向回
   路より構成する偏向制御部と、前記偏向制御部および、
   前記ブランキング部を制御する描画制御部とを備えた電
   子ビーム装置において、静電偏向板あるいは電磁コイル
   等の偏向器を制御する偏向回路の応答出力を直接、ある
   いはインピーダンス変換、あるいは成形した信号波形と
   目標最終出力レベルとを比較器を用いて比較する事によ
   り、前記偏向回路の応答出力が目標とする電圧値（電流
   値）に整定するまでのセトリング待ち時間を測定するこ
   とを特徴とする電子ビーム装置。
2. 【請求項２】請求項１において、ビーム偏向出力に対す
   る目標最終出力レベル、あるいは波形成形の時定数を切
   り換える事により、負荷を制御する偏向制御回路出力の
   セトリング時間を任意の目標精度で検出することが可能
   なセトリング時間測定回路を有する電子ビーム装置。
3. 【請求項３】請求項１において、偏向制御回路のセトリ
   ング時間をセトリング時間測定回路により検出し、その
   信号により電子ビームのブランキング動作を制御する機
   能を有する電子ビーム装置。
4. 【請求項４】請求項１において、偏向制御回路の動作状
   態をセトリング時間測定回路により監視し、電子ビーム
   のブランキング動作を制御する機能を有する電子ビーム
   装置。
5. 【請求項５】請求項１において、偏向制御回路のセトリ
   ング時間をセトリング時間測定回路により監視し、露光
   時間の制御を行なうべくブランキング動作を制御する電
   子ビーム装置。
6. 【請求項６】請求項１において、露光時間制御用ショッ
   ト・カウンタを内蔵したセトリング時間測定回路により
   偏向制御回路のセトリング時間を監視し、セトリング終
   了して露光開始から設定露光時間迄の制御を行なうべく
   ブランキング動作を制御する電子ビーム装置。
7. 【請求項７】請求項１において、セトリング時間測定回
   路を用いて偏向制御回路の動作状態を監視することによ
   り、前記偏向回路への外乱混入や制御回路でのトラブル
   発生等の原因から予期せぬ偏向動作を行なった場合、異
   常動作が発生している偏向動作の状態を制御する制御系
   へ知らせることが可能な機能をもつ電子ビーム装置。
8. 【請求項８】請求項１において、負荷を制御する偏向回
   路の応答出力終点近傍のみ切り出し、目標最終出力レベ
   ルと比較する事により応答時間を検出する機能を有する
   セトリング時間制御回路を具備する電子ビーム装置。
9. 【請求項９】請求項１ないし８のいづれかの前記セトリ
   ング時間制御回路により、偏向制御回路が目標精度に整
   定するまでの整定時間を測定し、偏向制御回路の調整を
   行なうことが可能な電子ビーム装置。