JPH1167643A

JPH1167643A - 電子線描画方法およびその装置

Info

Publication number: JPH1167643A
Application number: JP9224916A
Authority: JP
Inventors: Koji Kosaka; 光二小坂
Original assignee: TOKYO TECHNOL KK
Current assignee: TOKYO TECHNOL KK
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-03-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】図形が比較的単純で、フィールド内の一部に
図形パターンを全く含まない領域がある場合、ラスター
方式の電子線描画時間を短縮する。【解決手段】ラスター画像処理ユニットがマイクロプ
ロセッサμＰ，ＲＡＭ記憶器、ＲＯＭ記憶器、パターン
データ記憶器ＰＤＭ，図形データ入力操作ユニットから
図形パターンデータをパターンデータ記憶器ＰＤＭに送
給して保管するための制御部ＳＣＳＩ，ブランキング信
号送出部２６，水平走査信号発生部、垂直走査信号発生
部３０を有し、更にラスター画像処理ユニットが、図形
データ入力操作ユニットにより求めた図形パターンのデ
ータとこのデータから走査の開始位置と終了位置を決定
し、所望の走査領域内を走査するために適した走査信号
とブランキング信号を形成するように信号処理する機能
部を保有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子線描画の効
率を高めることのできる電子線描画方法およびこの方法
に適した小型電子線描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画装置は、電子線集束系および
電子線偏向系から成る電子線集束・偏向装置と、描画す
べき試料を載置する試料台およびその駆動部から成る試
料移動機構と、図形データを入力するためのＣＡＤ機能
を持つ図形入力装置とで構成されている。このような描
画装置は電子線偏向系が静電電極で構成され走査範囲が
広くても歪みの少なく、高精度・高描画効率を達成でき
るので、主に半導体基板上に微細パターンを形成するた
めに使用されている。特に、半導体素子を製造する専用
の電子線描画装置はそれ自体の価格が一台で 10 〜 15
億円にまでなり、歩留りや稼働率を高めるため付随する
設備にも同程度の経費を要する。その外、研究用に一台
が数億円程度の装置も開発されている。

【０００３】半導体、電子工学、基礎物性等の分野で比
較的簡単な図形の電極あるいは配線のような微細パター
ンを作成したい研究者は近年益々増加している。そし
て、このような研究者、特に大学、官公庁の研究所で先
進的な仕事を行う研究者の中にあって、上に述べたよう
な装置の入手経費を準備できる者は極めて稀である。微
細パターンの試作研究に適した比較的単純で低価格な電
子線描画装置が近年発表されている。この種の描画装置
では、現在広く販売されている走査電子顕微鏡をベース
にして、所望の図形をＣＡＤの助けによりデジタル処理
して作図する図形処理装置を組み合わせたシステムであ
る。このような電子線描画装置は付属装置やプログラム
を含めて一台の価格が 3000 〜 6000 万円程度で提供で
きる。この描画装置では、電子線を走査電子顕微鏡の光
軸に対して傾けたり、光軸から遠くに移動させた時に発
生する歪み（収差）を防止ないしは低減する処置を講じ
ていない（例えば、本出願人が提唱する特開平７−２１
１６１４号公報を参照）。そのため、所望の許容公差
内、つまり所定の収差以内に維持するのに、電子線で試
料表面を広い範囲にわたり無制限に走査できない。従っ
て、図１に示すように試料ＳＰの表面上で比較的狭い領
域に制限された多数のフィールドＦ_1,Ｆ_2,....Ｆ ₂₄を繋
ぎ合わせて全体の図形パターンを作成する。この場合、
個別のフィールドＦ_1,Ｆ_2,....Ｆ₂₄を描画する都度、図
形の中心Ｃを走査電子顕微鏡の光軸に合うように試料ス
テージを移動させて電子線描画を行う（この場合に必要
な再現性の良い移動ステージとその駆動装置に付いては
本出願人の特願平９−１６７１６２号明細書も参照され
たい）。フィールドの大きさは、許容収差を 0.1μm と
する典型的な場合には 500×500 μm²であり、更に大き
な収差を許すならば、これよりも更に広くできる。先に
述べた大型電子線描画装置でも数 mm²以上の領域を描画
するには、このようなフィールドの繋ぎが必要である。

【０００４】ラスター方式による電子線走査は１つのフ
レームを二回走査して１つのフレームを形成するＴＶ走
査方式とな異なり、１つのフレームを一回走査して１つ
のフィールドを形成するものであるが、電子線を水平方
向に一定速度で走査し、この走査線を垂直方向に一定幅
ほど順次移動させる電子線の偏向動作を周期的に規則正
し行うので、目標とする走査位置座標と実際に走査した
位置座標の間の相違が非常に少ない。

【０００５】例えば、照射電子線の直径を 0.1μm にし
て高分解能のレジスト膜を焼き付ける場合、上に例示し
た 500μm の水平方向の幅を一回走査するのに約 100〜
300msec を要する（ちなみに、通常のＴＶでは数十μs
ec にすぎない）。従って、ラスター方式の電子描画で
は、 500μm の垂直方向の長さを 10,000 本の分解能で
走査するとすれば、１フィールドの描画を完了するのに
約 30 分〜 90 分を要する。レジスト材料の電子に対す
る感度が高く、パターンが粗く分解能が比較的低い場合
には、これより更に短時間で処理できる。

【０００６】研究用として作成される図形パターンに
は、近年極度に微細なもの、つまり描画すべきパターン
の線幅やドットの大きさが所謂サブミクロンの程度より
更に小さいナノメータの程度（数 10 nm）のパターンが
要求されている。このような状況では照射電流値が著し
く低下するため、描画すべき試料面上の個々の画素点に
電子線が滞在する期間を十分長くする必要がある、言い
換えれば走査時間を長くする必要がある。このような状
態では１フィールドの図形を完成するのに上に述べた 3
0 分〜 90 分より更に長い描画時間を必要とする。何故
なら、照射ビームの電流は試料面上の電子ビームの直径
の自乗に比例して減少するからである。

【０００７】ところで、このような図形パターンは、図
２に示すように、個々のフィールドＦの内の限られた領
域にのみ現れる場合がある。つまり、図２a ではフィー
ルドＦのごく限られた二つの領域ＳＱ₁とＳＱ₂のみ存
在し、これ等の領域内では詳しく図示しないが複雑な模
様がある。そして、これ等の領域ＳＱ₁とＳＱ₂以外に
は図形パターンが全く存在しない。図２ｂでは直径が比
較的大きい二つの円Ｃ ₁,Ｃ₂および両者の間に極めて微
細な線ＬＮが配置されている。このような図形パターン
では、通常のラスター方式の走査を適用する限り、全く
パターン情報を持たない領域（図２で白い領域）を長時
間走査することになり、全図形を走査するには著しい時
間の消費を覚悟する必要がある。

【０００８】周知のように、描画図形を作成する場合、
必要とする図形を一枚作成すれば十分となるわけではな
い。電子線描画作業とその後の作業を含めた歩留が 100
パーセントではないため、この歩留りを考慮して同じパ
ターンの図形を数枚用意する必要がある。従って、所要
枚数の図形を描画処理するには極度に長時間の電子線露
光が必要となる。特に、多数のフィールドを繋ぎ合わせ
る場合には数日の程度の作業時間を必要とする。このよ
うに長時間の作業を行うには、電子線の電流強度、つま
り電子銃から放出される全電流の強度、電子線の集束
度、および試料を載せる試料ステージの機械的な安定性
等を長時間にわたって一定に維持できなければならな
い。

【０００９】図形パターン情報を含まない領域を省き、
描画すべき領域のみを走査する描画方式としてベクトル
方式が知られている。このベクトル方式は、例えば図３
a に示すように点Ａから所望の線幅で下方に右周りで真
円を描いたり、図３b に示すようにほぼ正六角形を描く
ものである。ベクトル方式の走査は静電式の電子線偏向
系を備えた大型電子線描画装置で広く使用されている。
しかし、この発明の対象とする走査電子顕微鏡をベース
にする場合には、電子線偏向系が静電式ではなく電磁式
の偏向コイルを用い、加えて電子線集束系が磁界型レン
ズであるため、ベクトル方式を採用すると重大な難点が
生じる。ベクトル方式の描画では、図形が極めて微細な
場合、例えば図３a （直径約 10 μm,で線幅約 0.3μm
）や図３b （対角線の長さ約 10 μm,で線幅約 0.3μm
）の場合、前者では当然合致すべき始点Ａと終点Ｂで
合致が生じないとか、後者の場合、電子線の移動方向が
変わるところで線位置に一定しない不規則性が見られ
る。例えば、角点でＣ，Ｄのように割れが生じたり、Ｅ
のところのように描画線に所謂オーバーランが生じるこ
とがある。この原因は十分解明されていないが、電子線
偏向系の偏向コイルの組立部品やそれを取り巻く磁界型
レンズの磁性材料の磁化ヒステリシスが主因であると推
定されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記事情に鑑み、この
発明の課題は、図形が比較的単純で、フィールド内の一
部に図形パターンを全く含まない領域がある場合、磁界
型レンズと電磁偏向系から成る電子線集束・偏向系と図
形データをコンピュータ処理する入力装置とを含む電子
線描画装置を用いて、簡単な操作によりラスター方式の
電子線描画時間を著しく短縮できる電子線描画方法、お
よびこの方法を実施するのに適した電子線描画装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、電子線源から放出される電子を加速し、磁界型
レンズで微細な電子線に集束して試料に当てる電子線集
束系、この電子線集束系内で電子線を偏向させて試料面
上で二次元走査する電磁偏向系、および図形の濃淡に応
じて電子線を試料に到達させるか否かを決定するため二
つの静電偏向板と両偏向板の間に直流電圧を印加または
非印加するブランキングユニットから成る電子線集束・
走査装置１６と、ＣＡＤ機能を持つ図形データ入力操作
ユニット１２と、この図形データ入力操作ユニット１２
で求めた図形データから電子線偏向系への走査信号およ
びブランキングユニットへのブランキング信号を形成
し、前記電子線集束・走査装置１６に送るラスター画像
処理ユニット１０を備え、レジスト膜をラスター方式で
電子線走査して図形パターンを描画する電子線描画方法
にあって、描画すべき図形パターンが基本走査フィール
ド内で局部的に存在する場合、図形データ入力操作ユニ
ット１２により図形パターンのデータを求めて、局在す
る図形パターンの走査の開始位置αと終了位置βを決定
し、図形パターンデータと前記開始位置および終了位置
のデータからラスター画像処理ユニット１０により走査
領域内の走査信号とブランキング信号を形成して、前記
電子線集束・走査装置１６に送り、所望図形領域のみを
電子線走査することによって解決されている。

【００１２】更に、上記の課題は、この発明により、電
子線源から放出される電子を加速し、磁界型レンズで微
細な電子線に集束して試料に当てる電子線集束系、この
電子線集束系内で電子線を偏向させて試料面上で二次元
走査する電磁偏向系、および図形の濃淡に応じて電子線
を試料に到達させるか否かを決定するため二つの静電偏
向板と両偏向板の間に直流電圧を印加または非印加する
ブランキングユニットから成る電子線集束・走査装置１
６と、ＣＡＤ機能を持つ図形データ入力操作ユニット１
２と、この図形データ入力操作ユニット１２で求めた図
形データから電子線偏向系への走査信号およびブランキ
ングユニットへのブランキング信号を形成し、前記電子
線集束・走査装置１６に送るラスター画像処理ユニット
１０を備え、レジスト膜をラスター方式で電子線走査し
て図形パターンを描画する電子線描画装置にあって、ラ
スター画像処理ユニット１０がマイクロプロセッサμ
Ｐ，ＲＡＭ記憶器、ＲＯＭ記憶器、パターンデータ記憶
器ＰＤＭ，図形データ入力操作ユニット１２から図形パ
ターンデータをパターンデータ記憶器ＰＤＭに送給して
保管するための制御部ＳＣＳＩ，ブランキング信号送出
部２６，水平走査信号発生部、垂直走査信号発生部３０
を有し、更にラスター画像処理ユニット１０が、図形デ
ータ入力操作ユニット１２により求めた図形パターンの
データとこのデータから走査の開始位置αと終了位置β
を決定し、所望の走査領域内を走査するために適した走
査信号とブランキング信号を形成するように信号処理す
る機能部を保有していることによって解決されている。

【００１３】この発明による他の有利な構成は特許請求
の範囲の従属請求項に記載されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明では、電子線源から放出
される電子を加速し、磁界型レンズで微細な電子線に集
束して試料に当てる電子線集束系、この電子線集束系内
で電子線を偏向させて試料面上で二次元走査する電磁偏
向系、および図形の濃淡に応じて電子線を試料に到達さ
せるか否かを決定するため二つの静電偏向板と両偏向板
の間に直流電圧を印加または非印加するブランキングユ
ニットから成る所謂走査電子顕微鏡である電子線集束・
走査装置と、ＣＡＤ機能を持つ図形データ入力操作ユニ
ットと用いることを前提としている。

【００１５】電子線集束・走査装置と図形データ入力操
作ユニットの間には、図形データ入力操作ユニットで求
めた図形データから電子線偏向系への走査信号およびブ
ランキングユニットへのブランキング信号を形成し、前
記電子線集束・走査装置に送るラスター画像処理ユニッ
トを備え、レジスト膜を所謂ＴＶスキャンに類似するラ
スター方式で電子線走査して図形パターンを描画する。

【００１６】この発明による電子線描画方法によれば、
描画すべき図形パターンが基本走査フィールド内で局部
的に存在する場合、図形データ入力操作ユニットにより
図形パターンのデータを求めて、局在する図形パターン
の走査の開始位置と終了位置を決定し、図形パターンデ
ータと前記開始位置および終了位置のデータからラスタ
ー画像処理ユニットにより走査領域内の走査信号とブラ
ンキング信号を形成して、前記電子線集束・走査装置に
送り、所望図形領域のみを電子線走査する。

【００１７】更に有利なこの発明の電子線描画方法によ
れば、各図形パターンの走査の開始位置および終了位置
の垂直位置のみをそれぞれ求め、両者の垂直位置の間で
基本走査フィールドの水平走査の全幅にわたり電子線を
走査し、それ以外の垂直位置の水平走査を行わないで描
画を行う。他の有利なこの発明の電子線描画方法によれ
ば、複数個の図形パターンが基本走査フィールド内に散
在する場合、走査の開始位置が最も左にある図形パター
ンと走査の終了位置が最も右にある図形パターンを決定
し、最左の開始位置と最右の終了位置の間で電子線の水
平走査を行う。

【００１８】この発明による電子線描画装置によれば、
ラスター画像処理ユニットがマイクロプロセッサ、ＲＡ
Ｍ記憶器、ＲＯＭ記憶器、パターンデータ記憶器、図形
データ入力操作ユニットから図形パターンデータをパタ
ーンデータ記憶器に送給して保管するための制御部、ブ
ランキング信号送出部、水平走査信号発生部、垂直走査
信号発生部を有し、更にラスター画像処理ユニットが、
図形データ入力操作ユニットにより求めた図形パターン
のデータとこのデータから走査の開始位置と終了位置を
決定し、所望の走査領域内を走査するために適した走査
信号とブランキング信号を形成するように信号処理する
機能部を保有し、上記の電子線描画方法を実行する。

【００１９】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づきこの発明を
より詳しく説明する。図４はこの発明による電子線描画
装置の機能ブロックを示す。電子線集束・走査装置１６
とその操作部１４は、電子線描画用のごく一部の特殊部
分を除いて通常の走査電子顕微鏡を成すものである。こ
の走査電子顕微鏡にはラスター画像処理ユニット１０が
接続する。更に、このラスター画像処理ユニット１０に
は、パーソナルコンピュータとモニターから成り、モニ
ター上で描画すべき図形の二次元位置をパターンデータ
として算出するＣＡＤ機能を持っている図形データ入力
操作ユニット１２が伝送経路Ｌ₁₀を介して接続してい
る。ラスター画像処理ユニット１０と図形データ入力操
作ユニット１２は描画を司る図形処理装置２０を成し、
ビームドロー（Beam Draw ；本出願人により商標登録出
願中）と称している。この外、試料（レジスト膜を付け
た基板）ＳＰを移動させる試料ステージＳＴＧを制御す
るステージ制御部１８も含まれている。ステージ制御部
１８とそれに付属する機構は本出願人により提唱してい
る超音波モータのステージ駆動装置（特願平９−１６７
１６２号明細書）を用いてもよいが、この発明では直接
関連がないので詳しい説明を省く。

【００２０】電子線集束・走査装置１６では、電子銃Ｇ
の電子線源から放出された電子がこの線源と陽極Ａの間
に加えた高電圧により加速され、陽極Ａの下に設けた静
電偏向板Ｅ_1,Ｅ₂の間と、その下にある絞り板Ａｐの中
心穴を通過する。次いで、集束レンズＬ_1,Ｌ₂により試
料ＳＰの表面に電子線源像が所定のビーム径に縮小集束
される。更に、最終集束レンズＬ₂の光軸近くには、電
子線を偏向させるため、つまり試料面上で電子線をＸＹ
方向に走査するため、一対の偏向コイルＤＦが設けてあ
る。

【００２１】試料面の特定位置のレジスト膜を電子露光
（電子線照射）するか否かは静電偏向板Ｅ₁とＥ₂の間
に加える偏向電圧、つまりブランキング電圧で決定され
る。ブランキング電圧を加えれば電子線は絞り板Ａｐの
中心穴からずれて絞り板Ａｐに当たり、試料ＳＰの表面
に到達できない。ブランキング電圧を加えなければ電子
線は試料面上に到達する。ブランキング電圧はラスター
画像処理ユニット１０からパターン信号に応じて供給さ
れ、ブランキング駆動増幅部ＢＬＫで最終的に形成され
る。

【００２２】試料面の位置等をモニターするため画像検
出器として、例えば二次電子増倍管ＰＭＴも設けてあ
る。ラスター画像処理ユニット１０と電子線集束・走査
装置１６の間の信号の授受は図４の信号導線から理解で
きるのでその説明を省く。図５はラスター画像処理ユニ
ット１０の中の主要な回路要素の機能ブロックを示す。
図形データ入力操作ユニット１２から供給された所望の
図形パターンのデータはＳＣＳＩ（small computer sys
tem interface ）を介してパターンデータ記憶器ＰＤＭ
に格納される。図形パターンのデータに基づき偏向信号
により決まる個々の走査位置に対して所望のブランキン
グ信号を形成するため、積分波形発生部２２，長さ管理
ユニット２４，ブランキング信号送出部２６，バイアス
水平走査位置発生部２８，垂直走査位置発生部３０が配
置されている。これ等の機能要素ＰＤＭ，２２，２４，
２６，２８，３０は、マイクロプロセッサμＰ，所定の
演算処理プログラムや所要定数等を収納する記憶器ＲＯ
Ｍ，および一時的に演算処理値を保管する記憶器ＲＡＭ
にバス２５を介して接続している。更に、パターンデー
タ記憶器ＰＤＭ，積分波形発生部２２，長さ管理ユニッ
ト２４およびブランキング信号送出部２６は図形のパタ
ーンデータに関連するデジタル信号を授受する他のバス
２７を介しても互いに接続している。

【００２３】これ等の回路要素の機能を以下に詳しく説
明する。パターンデータ記憶器ＰＤＭに収納されている
パターンデータを基本走査フィールドに結び付けて理解
すると容易である。図６に示すように、一つの基本走査
フィールド内の各画素（ピクセル）のマトリックス状の
二次元位置Ｐ，Ｘ_i＝（ｉ−１) Ｘ_1, ｉ＝１〜ＭＹ_i＝（ｊ−１) Ｙ_1, ｊ＝１〜Ｍに対してブランキング値Ｓ_BLKを割り当てる。ここでＭ
は基本走査フィールドの水平および垂直方向の最大画素
数に対応する整数である。二次元空間内の一つの画素の
広がり（ＸとＹ方向の分解能）はＸ₁,Ｙ₁で表され、水
平方向（Ｘ方向）の走査線が垂直方向にＹ₁間隔で最大
（＝Ｍ本）掃引される。図６でハッチングを付けた６つ
の領域を露光すべきであるとすれば、これ等の領域では
ブランキング値Ｓ_BLKはＬレベル（電極Ｅ₁とＥ₂の間
に偏向電圧が印加しない）で、それ以外の領域でＨレベ
ル（偏向電圧が印加する）である。

【００２４】図８に示すように、積分波形発生部２２は
抵抗Ｒ₀を流れる一定電流をコンデンサＣ₀で充電した
積分波形（鋸波形）信号を発生する。この信号は後で詳
しく説明するように種々の処理を加えた後、水平走査信
号として最終的に偏向コイルＤＦに供給され、充電電流
の大きさ（Ｘ方向の掃引速度に対応する）はバス２５を
介してマイクロプロセッサμｐから供給されるデジタル
値に応じてデジタル・アナログ変換器ＤＡＣ₁により指
定された出力電圧で決まる。この電流値の大きさは使用
するレジストの感度や描画の分解能に応じて決定されＲ
ＯＭに予め書き込まれている所定のデータとプログラム
から算出される。コンデンサＣ₀の充電の開始と終了
（放電）はコンデンサＣ₀に並列に接続されたスイッチ
ＳＷにより決定される。走査線の水平走査の完了を表す
信号を受けて、その都度マイクロプロセッサμＰから直
ちに放電開始信号をスイッチＳＷの制御端子に送ること
によりコンデンサＣ₀の充電が始まる。積分のスタート
後、非常に短い期間（0.1 〜1 msec)を経過してから積
分を開始させるため、つまりオフセット電圧Ｖ_Rほど走
査開始を遅らせるためアナログ比較器ＣＰ₁が設けてあ
る。この短い期間は、走査終了後の帰線期間と、走査開
始直後に偏向コイルに生じる磁化のヒステリシスによる
遷移変動が落ち着く期間とを加算したものに相当する。
偏向コイルに誘導性負荷があり、この遷移変動の期間で
目標位置へ追従させることができないからこの期間を使
用しないようにしている。

【００２５】アナログ比較器ＣＰ₁から出力する立ち上
がり信号Ｓ₁は長さ管理ユニット２４の中の同期ユニッ
トＰＬＬに導入される。このユニットＰＬＬは発振器Ｏ
ＳＣから供給された、例えば 160 MHzのクロックパルス
Ｐ₀を可変分周器ＤＩＶへ供給する。この可変分周器Ｄ
ＩＶはバス２５を介してマイクロプロセッサμＰで指定
される割合でクロックパルスＰ₀を分周し、所望の繰り
返し周波数のパルスＰ ₁として出力する。この場合、こ
の分周されたパルスＰ₁の一つまたはその整数倍が水平
走査の１画素分に相当していると好都合である。このパ
ルスＰ₁を計数器ＣＮＴで計数すると、その時点でのＸ
方向の走査位置Ｘ_iが定まる。計数器ＣＮＴに接続する
デジタル比較器ＣＰ₂では、その時の計数値とデジタル
基準値の比較が行われる。このデジタル基準値はバス２
５を介して設定されている特定な水平走査位置Ｘ_i0に相
当している。従って、計数器ＣＮＴの計数値が上記デジ
タル基準値に達すると、そこで一致信号Ｓ₃を出力し、
マイクロプロセッサμＰに水平走査が終端Ｘ_i0に達した
ことを伝え、積分波形発生部２２のコンデンサＣ₀の充
電を止める。従って、積分波形発生器２２から導線Ｌ₂₀
へ出力されるアナログ出力信号は、水平走査線に対応す
る鋸波形の最大出力電圧が所定の走査開始位置から所定
の走査終了位置までの長さを指定する。長さ管理ユニッ
ト２４の計数器ＣＮＴで積算された計数値は鋸波形が出
現開始位置から始まる水平走査線を表す。更に、この計
数値にはデジタル加算器ＡＤにより所定の水平走査位置
に相当するデジタル値が加算され、加算されたデジタル
計数値はパターンデータ記憶器ＰＤＭに供給される。そ
の外、計数器ＣＮＴからＰＤＭのブランキング値を読み
出す指令Ｓ₂もパターンデータ記憶器ＰＤＭに供給され
る。デジタル加算器ＡＤの役割は後で詳しく説明する。

【００２６】ブランキング信号送出部２６は並列入力・
直列出力型のシフトレジスタＲＥＧで構成されている。
このレジスタＲＥＧは、長さ管理ユニット２４中で発生
する分周パルスＰ₁の周期に従ってシフト動作し、マイ
クロプロセッサμＰで指定された水平走査線位置Ｙ_jに
対応し、計数器ＣＮＴの計数値で指定される一連の水平
走査位置Ｘ_iのブランキング信号値Ｓ_BLKをシフトレジ
スタＲＥＧの並列入力端に並列入力してシリーズに前記
分周パルスＰ₁の周期で出力する。この出力信号はパル
ス信号となって導線Ｌ₂₂とＬ₂を経由し静電偏向板Ｅ_1,
Ｅ₂に対する駆動回路ＢＬＫに供給される。

【００２７】この発明によれば、図６に示すように、基
本走査フィールド内でハッチングを付けた領域にのみ図
形パターンを有するので、これ等の領域を選択的に走査
する。例えば対角点α_1,β₁で指定される四角形内の領
域 II のみを走査するのであれば、水平走査線の垂直位
置Ｙ_B1で水平走査位置Ｘ_A1からＸ_A3までを走査し、終位
置Ｘ_A3に達したら、垂直位置Ｙ_B1を１画素分下に移動さ
せて再び水平走査位置Ｘ_A1からＸ_A3までを走査する。こ
の操作を繰り返し、最後に垂直位置Ｙ_B2で同様な水平走
査を行って、この領域 II の描画を終了する。図６のよ
うに描画すべき図形パターンが３つの領域 II, III, IV
に散在するならば、領域 II の走査を終えて、対角点α
_2,β₂で指定される四角形の領域 IIIを走査し、次いで
対角点α _3,β₃で指定される四角形の領域 IV を走査す
る。つまり、選択的に描画すべき領域 II, III, IVはそ
れぞれ対応する対角点αとβで特徴付けることができ
る。これはＣＡＤ機能を持つ図形データ入力操作ユニッ
ト１２で図形入力する際に指定できる。上記α，βの座
標値は、領域 II ： α₁≡（Ｘ_A1,Ｙ_B1），β₁≡（Ｘ_A3,Ｙ_B2）領域 III： α₂≡（Ｘ_A4,Ｙ_B1），β₂≡（Ｘ_A2,Ｙ_B2）領域 IV ： α₃≡（Ｘ_A5,Ｙ_B3），β₃≡（Ｘ_A6,Ｙ_B4）となり、これ等の座標値はラスター画像処理ユニット１
０中のＳＣＳＩを介してパターンデータ記憶器ＰＤＭあ
るいはＲＡＭに格納され、必要な時に取り出して使用さ
れる。

【００２８】他の選択的な走査は領域Ｉによるものであ
る。即ち、対象する図形パターンが図６で水平走査位置
の左端と右端、 [Ｘ_A1,Ｘ_A2] の間で、走査線の垂直位置、 [Ｙ_B1,Ｙ_B2] ； [Ｙ_B3,Ｙ_B4] ；．．．．．の間に局在する。この場合、領域Ｉの水平走査間隔は基
本走査フィールドの水平長さ（Ｙ_M）より短い。領域Ｉ
に対する処理も上記と同じで、図形データ入力操作ユニ
ット１２で左右端部の位置 [Ｘ_A1,Ｘ_A2] を指定し、走
査線の垂直位置 [Ｙ_B1,Ｙ_B2] 等を入力して、ラスター
画像処理ユニット１０中のＳＣＳＩを介してパターンデ
ータ記憶器ＰＤＭあるいはＲＡＭに格納する。

【００２９】更に他の選択的な走査は、電子線のスポッ
ト径に等しい幅の水平な直線（図６でＸ方向に平行な直
線）をフィールド内の一部に描く必要がある場合であ
る。その場合には、パラメータα，βとして個々の直線
の初端と終端のｘ方向の座標Ｘ _S,Ｘ_Eを入力する必要が
ある。更に、他の選択的な走査としては、図２a や図２
b の図形パターンの場合、図形パターンの存在する領域
のみで、基本走査フレームの全水平幅ほど走査し、パタ
ーンの存在しない領域で水平走査を行わないものも考え
られる。

【００３０】上に述べた４つの例で図形パターンを含ま
ない領域の水平走査を省けば、水平方向に走査すべき走
査線の垂直方向の数が少ない場合、１フィールドを描画
する時間は著しく短縮できる。次に、図６で走査線ＬＨ
₁に沿って領域Ｉ（Ｘ_A1,Ｘ_A2）のみを選択的に走査す
る例に付いて、図７の線図の助けを借りて、図５と図８
に示した主要な回路要素の機能を詳しく説明する。

【００３１】図７ａに示す鋸波形は水平方向の偏向コイ
ルに印加する励磁電流に対応する電圧を示す。縦軸はこ
の走査電圧Ｖを、また横軸は掃引時間ｔを示し、何れも
基本走査フレームの水平方向の位置ｘに１対１の対応関
係を持っている。つまりｔ＝０とＶ＝０が基本フレーム
の左端（図６のｘ＝０）に相当し、ｔ＝ｔ_MとＶ＝Ｖ _M
が基本フレームの右端（ｘ＝Ｘ_M）に相当する。これに
応じて、図６の領域Ｉの左端（ｘ＝Ｘ_A1）と右端（ｘ＝
Ｘ_A2）が図７の鋸波形ＳＡＷ₂のｔ＝ｔ_Sとｔ＝ｔ_Eに
それぞれ対応する。なお、帰線期間および走査開始時の
遷移変動を加味した待ち時間は実際に実行される走査期
間に比べて著しく短いので図面の中に示していない。

【００３２】積分波形発生部２２で発生するアナログ出
力信号は鋸波形電圧信号ＳＡＷ₂で、積分開始時点がｔ
_Sで積分終了時点がｔ_Eとなり、ｔ_Sとｔ_Eの間に相当
する距離、即ち（Ｘ_A2−Ｘ_A1）は長さ管理ユニット２４
で決定される。この鋸波形ＳＡＷ₂の電圧信号は導線Ｌ
₂₀を介してバイアス水平走査位置発生部２８の出力端に
接続するアナログ加算部２９に導入される。バイアス水
平走査位置発生部２８では、マイクロプロセッサμＰに
より領域ＩをＣＡＤで選択した左縁部分の水平位置（図
６のα₁つまりＸ_A1）に応じてｘ＝０からｘ＝Ｘ_A1の間
の水平走査距離に相当するデジタル変位電圧Ｖ_Sをバイ
アス水平走査位置電圧として発生させ、このデジタル変
位電圧Ｖ_Sをバイアス水平走査位置発生部２８に内蔵さ
れているデジタル・アナログ変換器によりアナログ変位
電圧信号Ｖ_Sとして出力する。アナログ加算部２９で
は、前記鋸波形電圧信号ＳＡＷ₂に偏向電圧Ｖ_Sを加算
し、鋸波形ＳＡＷ₁の電圧信号が導線Ｌ₂₈に出力され
る。従って、この鋸波形ＳＡＷ ₁の電圧信号により電子
線は領域Ｉのみを走査できる。

【００３３】長さ管理ユニット２４の計数器ＣＮＴは図
７ａの鋸波形ＳＡＷ₂の水平走査位置（始点ｔ_s,終点ｔ
_E）に対するデジタル値を出力し、このデジタル値にデ
ジタル加算器ＡＤにより基本走査フレームの原点から始
点ｔ_sまでのバイアス水平走査距離に相当する変位電圧
Ｖ_Sのデジタル値（この値はマイクロプロセッサμＰか
らバス２５を介して供給される）が加算される。その結
果、加算されたデジタル値は鋸波形ＳＡＷ₁となってバ
ス２７に出力され、シフトレジスタＲＥＧに送られる。
そこで、長さ管理ユニット２４の計数器ＣＮＴから導線
Ｓ₂を介して供給されるシフトタイミング信号（分周パ
ルスＰ₁を更にシフトレジスタＲＥＧの入力端数で分周
した信号）の助けにより、パターンデータ記憶器ＰＤＭ
内の所定の垂直位置内の水平走査位置のデータが並列入
力端の数に相当するデータとして順次読み出される。

【００３４】これに連動して、シフトレジスタＲＥＧに
より読み出されたパターンデータ記憶器ＰＤＭの当該水
平走査範囲のブランキング値がブランキング信号送出部
２６から対応するブランキング信号Ｖ_BLK（図７ｂ）と
して導線Ｌ₂₂に出力され、ブランキング駆動増幅部ＢＬ
Ｋに導入される。その際、走査線の垂直位置Ｙ₁は垂直
走査位置発生部３０により指定される。この垂直走査位
置発生部３０は、バイアス水平走査位置発生部２８と同
じように、デジタル・アナログ変換器で構成され、マイ
クロプロセッサμＰによりバス２５を介して導入される
デジタル垂直走査位置信号をアナログ・デジタル変換器
でアナログ垂直走査位置信号に変換し、導線Ｌ₂₆を介し
て垂直方向の偏向コイルに供給される。垂直走査位置の
１ステップ移動は、長さ管理ユニット２４のデジタル比
較器ＣＰ₂から導線Ｓ₃を介して出力される一致信号
（計数器ＣＮＴの計数値が終端位置ｔ_Eに達したことを
知らせる信号）により水平走査が完了したことをマイク
ロプロセッサμＰが受け取り、垂直方向の移動信号を発
生することにより実行される。なお、図８のフリップフ
ロップＦＦは単に機能を暗示的に示すもので、実際には
対応する機能をマイクロプロセッサμＰが行っている。

【００３５】図８に示した水平方向の走査信号の発生は
コンデンサを充電するアナログ積分信号を用いている
が、この信号をデジタル処理で発生し、最後にデジタル
・アナログ変換器によりアナログ値に変換する方法も考
えられる。この方法を実現する回路配置を図９に示す。
この場合、図５の積分波形発生部２２やアナログ加算器
２９はもはや使用しない。長さ管理ユニット２４は図８
のものと殆ど同じ構成である。ただ相違する点は同期ユ
ニットＰＬＬの作動開始信号Ｓ₁が模式的に図示するフ
リップ・フロップＦＦ（先に述べたように、この機能は
個別素子として装備されているのでなく、マイクロプロ
セッサμＰで実行されている）から供給されるもので、
走査開始のスタート信号をセット入力端に入れると出力
端Ｑに作動開始信号Ｓ₁が発生し、発振器ＯＳＣと可変
分周器ＤＩＶの間に接続された同期ユニットＰＬＬに供
給される。こうして、発振器ＯＳＣの高周波パルスＰ₀
を分周した分周パルスＰ₁が出力される。このパルスＰ
₁は水平走査位置に対応するもので、このパルスを計数
して、計数値を所定の水平走査距離に対応するデジタル
基準位置値と比較する比較器ＣＰ₂に導入する。図７に
示したバイアス水平走査位置の移動、つまり偏向電位に
電圧Ｖ_Sを加える操作は、既に説明したようにデジタル
加算器ＡＤで行われる。このデジタル加算値は水平走査
信号発生部２８′のデジタル・アナログ変換器ＤＡＣ₂
中でバス２５から供給されるマイクロプロセッサμＰの
制御信号に基づきアナログ値に変換され、導線Ｌ₂₈に出
力され、水平偏向コイルに供給される。

【００３６】長さ管理ユニット２４の他の機能やシフト
レジスタＲＥＧを内蔵するブランキング信号送出部２６
とデジタル・アナログ変換器ＤＡＣ₃を内蔵する水平走
査位置発生部３０の機能は、既に説明した通りであるの
で、それ等の説明を省く。以上説明した回路構成の具体
例には、種々の変更、改良が考えられる。しかし、特許
請求の範囲に規定する構成の方法および装置は全てこの
発明の範疇に属することは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電子線
描画方法およびこの方法を実施するのに適した電子線描
画装置により、図形が比較的単純で、フィールド内の一
部に図形パターンを全く含まない領域がある場合、簡単
な操作によりラスター方式の電子線描画時間を著しく短
縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料基板上のフィールド配置を示す平面図、

【図２】図形パターンが局在するフィールドの例を示
す平面図、(a) 離散的な二つの領域を有すパターンの場
合、(b) 一つのパターンの場合、

【図３】ベクトル方式の走査で描画された典型的な図
形パターンに生じる不整の例、(a) 円の場合、(b) 六角
形の場合、

【図４】電子線描画装置全体の機能ブロック図、

【図５】ラスター画像処理ユニット内の主要な処理回
路要素の機能ブロック図、

【図６】描画すべき図形パターンが局在する場合のフ
レーム内の配置を示す平面図、

【図７】選択的な走査時の水平掃引位置を決める電圧
（ａ）と対応するブランキング信号の波形図（ｂ），

【図８】ラスター画像処理ユニット内の積分波形発生
器、長さ管理ユニットおよびブランキング信号送出部の
一つの具体例の詳細回路図、

【図９】ラスター画像処理ユニット内の積分波形発生
器、長さ管理ユニットおよびブランキング信号送出部の
他の具体例の詳細回路図。

【符号の説明】

１０ラスター画像処理ユニット１２図形データ入力操作ユニット１４電子線集束・走査装置の操作部１６電子線集束・走査装置１８ステージ制御部２０図形処理装置２２積分波形発生部２４長さ管理ユニット２５バス２６ブランキング信号送出部２７他のバス２８バイアス水平走査位置発生部２８′ 水平走査位置発生部３０垂直走査位置発生部ＰＤＭパターンデータ記憶器 μＰマイクロプロセッサＢＬＫブランキング駆動増幅部 I, II, III, IV 選択走査領域Ｘ基本走査フィールド内での水平走査位置Ｙ基本走査フィールド内での走査線の垂直
位置 α，β 選択領域の始点と終点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線源から放出される電子を加速し、
磁界型レンズで微細な電子線に集束して試料に当てる電
子線集束系、この電子線集束系内で電子線を偏向させて
試料面上で二次元走査する電磁偏向系、および図形の濃
淡に応じて電子線を試料に到達させるか否かを決定する
ため二つの静電偏向板と両偏向板の間に直流電圧を印加
または非印加するブランキングユニットから成る電子線
集束・走査装置（１６）と、ＣＡＤ機能を持つ図形デー
タ入力操作ユニット（１２）と、この図形データ入力操
作ユニット（１２）で求めた図形データから電子線偏向
系への走査信号およびブランキングユニットへのブラン
キング信号を形成し、前記電子線集束・走査装置（１
６）に送るラスター画像処理ユニット（１０）を備え、
レジスト膜をラスター方式で電子線走査して図形パター
ンを描画する電子線描画方法において、描画すべき図形パターンが基本走査フィールド内で局部
的に存在する場合、図形データ入力操作ユニット（１
２）により図形パターンのデータを求めて、局在する図
形パターンの走査の開始位置（α）と終了位置（β）を
決定し、図形パターンデータと前記開始位置および終了
位置のデータからラスター画像処理ユニット（１０）に
より走査領域内の走査信号とブランキング信号を形成し
て、前記電子線集束・走査装置（１６）に送り、所望図
形領域のみを電子線走査することを特徴とする電子線描
画方法。
【請求項２】各図形パターンの走査の開始位置および
終了位置の垂直位置のみをそれぞれ求め、両者の垂直位
置の間で基本走査フィールドの水平走査の全幅にわたり
電子線を走査し、それ以外の垂直位置の水平走査を行わ
ないで描画することを特徴とする請求項１に記載の電子
線描画方法。
【請求項３】複数個の図形パターンが基本走査フィー
ルド内に散在する場合、走査の開始位置が最も左にある
図形パターンと走査の終了位置が最も右にある図形パタ
ーンを決定し、最左の開始位置と最右の終了位置の間で
電子線の水平走査を行うことを特徴とする請求項２に記
載の電子線描画方法。
【請求項４】電子線源から放出される電子を加速し、
磁界型レンズで微細な電子線に集束して試料に当てる電
子線集束系、この電子線集束系内で電子線を偏向させて
試料面上で二次元走査する電磁偏向系、および図形の濃
淡に応じて電子線を試料に到達させるか否かを決定する
ため二つの静電偏向板と両偏向板の間に直流電圧を印加
または非印加するブランキングユニットから成る電子線
集束・走査装置（１６）と、ＣＡＤ機能を持つ図形デー
タ入力操作ユニット（１２）と、この図形データ入力操
作ユニット（１２）で求めた図形データから電子線偏向
系への走査信号およびブランキングユニットへのブラン
キング信号を形成し、前記電子線集束・走査装置（１
６）に送るラスター画像処理ユニット（１０）を備え、
レジスト膜をラスター方式で電子線走査して図形パター
ンを描画する電子線描画装置において、ラスター画像処理ユニット（１０）がマイクロプロセッ
サ（μＰ），ＲＡＭ記憶器、ＲＯＭ記憶器、パターンデ
ータ記憶器（ＰＤＭ），図形データ入力操作ユニット
（１２）から図形パターンデータをパターンデータ記憶
器（ＰＤＭ）に送給して保管するための制御部（ＳＣＳ
Ｉ），ブランキング信号送出部（２６），水平走査信号
発生部、垂直走査信号発生部（３０）を有し、更にラス
ター画像処理ユニット（１０）が、図形データ入力操作
ユニット（１２）により求めた図形パターンのデータと
このデータから走査の開始位置（α）と終了位置（β）
を決定し、所望の走査領域内を走査するために適した走
査信号とブランキング信号を形成するように信号処理す
る機能部を保有していることを特徴とする電子線描画装
置。