DE2745881C2

DE2745881C2 - Steuerschaltung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls

Info

Publication number: DE2745881C2
Application number: DE2745881A
Authority: DE
Inventors: Kenji Hachioji Tokyo Fujikat; Minpei Fujinami; Atsushi Tokorozawa Saitama Iwata; Kenji Tokyo Mai; Akinori Tokyo Shibayama; Norio Fuchu Tokyo Yokozawa
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone Public Corp Tokyo; Hitachi Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Ltd Nippon Telegraph And Telephone Corp
Priority date: 1976-10-14
Filing date: 1977-10-12
Publication date: 1984-05-03
Also published as: US4197486A; FR2368141A1; JPS5347776A; GB1594476A; DE2745881A1; CA1105152A; FR2368141B1; JPS5346695B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung, wie sie bei einer Elektronenstrahl-Belichtungsanordnung, einem graphischen Anzeigegerät usw. verwendet werden kann.

Eine Elektronenstrahl-Belichtungsanordnung dient dazu, ein sehr feines, genaues Muster einer Halbleiterschaltung auf einer Maske oder einem Halbleiterplätchen mit einem Elektronenstrahl zu bilden. Um das erfordtrlicrie Muster mit dem Elektronenstrahl aufzuzeichnenden bzw. abzutasten, wird eine Steuerschaltung verwendet, die den Elektronenstrahl mit gleichförmiger

jo Geschwindigkeit linear ablenkt und am Ende der Aufzeichnung bzw. Abtastung eines Musters ausblendet und an den Anfangspunkt des nächsten Musters bringt.

Bei einer herkömmlichen, auf dem digitalen System beruhenden Steuerschaltung für die Elektronenstrahl-

i> abtastung werden die den jeweiligen Punkten eines Linienmusters entsprechenden Koordinatendaten in Abhängigkeit von den von einem Digitalrechner bereitgestellter Daten nacheinander erzeugt und danach mit einem Digital-Analog-Umsetzer in ein analoges treppenförmiges Signal umgesetzt, mit dem der Elektronenstrahl stufenweise abgelenkt wird.

Bei einer solchen Schaltung ist die Einstellzcit des Digital-Analog-Umsetzers, die jeweils die Schrittbreite des treppenförmigen Signals festlegt, relativ lang. Der Nachteil besteht dabei darin, daß die Abtast- bzw. Aufzcichcnzeit umso langer wird, je langer das Linienmuster ist.

Es ist weiterhin eine auf dem Analogsystem beruhende Elektronenstrahl-Ablenksteuerschaltung bekannt, bei der eine geschlossene Regclschleife mit einem eine Begrenzerwirkung ausübenden Differenzverstärker und einem Integrator vorgesehen ist, die Anfangspunkt- und Endpunktwerte eines vom Digital-Analog-Umsetzer erzeugten Aufzeichnungsmusters sequentiell auf den geschlossenen Regelkreis gegeben werden und die Ausgangssignale des Integrators auf den Endpunktwert konvergiert werden, wodurch ein dreieckförmiges Ablenksignal erzeugt wird.

Bei einem solchen Analogsystem werden die Aus-

bO gangssignale des Integrators jedoch undeutlich, was die Genauigkeit des Aufzeichnungsmusters beeinträchtigt. Darüber hinaus erhöht sich die als Totzeit wirkende Konvergenzzeit des Verzögeriingssystems erster Ordnung, das aus dem Differenzverstärker und dem Inte-

h5 grator gebildet ist. Wenn das Aufzeichnungsmuster kurz ist, ist die Totzeit daher im Vergleich zur 'Vif/eichnungszeit nicht mehr vernachlässigbar. Da das dreieckförmige Ablenksignal auch für die Verschiebung des

Strahles zwischen den Mustern verwendet wird, wird die Totzeit noch langer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der eingangs bezeichneter Gattung zu schaffen, die das Aufzeichnen mit sehr hoher Geschwindigkeit ermöglicht und die Genauigkeit des Aufzeichnungsmusters erheblich verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungi-gemäßen Steuerschaltung werden das Digital- und Analogsystem unter Beachtung der Tatsache angeschaltet, daß die Länge des aufzuzeichnenden Musters und die Aufzeichnungsgeschwindigkeit beim Digitalsystem in genau proportionaler Beziehung stehen, wobei jedoch der Gradient der proportionalen Kurve auf Grund der zuvor beschriebenen Einstellzeit des Digital-Analog-Umsetzers groß ist, während die Länge des aufzuzeichnenden Musters und die Aufzeichnungsgeschwindigkeit beim Analogsystem eine derartige proportionale Beziehung zueinander haben, daß eine Verschiebung um die zuvor beschriebene Totzeit auftritt, der Gradient der proportionalen Kurve jedoch klein ist, so daß dann, wenn das Aufzeichnungsmuster bzw. die zu zeichnende Linie kurz ist, das Digitalsystem eine relativ kurze Aufzeichnungszeit aufweist, wogegen dann, wenn das Aufzeichnungsmuster bzw. die zu zeichnende Linie lang ist, das Analogsystem eine relativ kurze Aufzeichnungszeit besitzt. Daher wird eine lange Linie mit dem Analogsystem aufgezeichnet, während die Aufzeichnung einer kurzen Linie und die Strahlverschiebung zwischen Mustern mit dem Digitalsystem ausgeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen, auf dem Digitalsystem beruhenden Steuerschaltung für eine Strahlablenkung.

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen, auf dem Analogsystem beruhenden Steuerschaltung für eine Strahlablenkung,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für eine Elektronenstrahlablenkung.

F i g. 4 ein Funktions-Zeitdiagramm des i.i F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels als Analogsystem,

F i g. 5 ein Funktions-Zeitdiagramm des in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels als Digitalsystem,

F i g. 6(a) und 6(b) ein Blockschaltbild bzw. ein Kennliniendiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steuerschaltung zur Elektronenstrahlablenkung und

F i g. 7 ein Beispiel für ein Muster, das durch das in den F i g. 6(a) und 6(b) dargestellte Ausführungsbeispiel aufgezeichnet wurde.

F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer auf dem digitalen System beruhenden Strahlablenksteuerschaltung mit einem digitalen Rechner 1, einer logischen Schaltung 2. die ein Steuersignal erzeugt, Digital-Analog-Umsetzern 3 und 4. Verstärkern 5 und 6 für die Ablenksignalc, einer Ablenkeinrichtung 7 und einem Strahlausblender 8. Mit einer logischen oder Verknüpfungsschaltung 2 werden in Abhängigkeit von vom Digitalrechner 1 bereitgestellten Daten Koordinatendaten entsprechend den jeweiligen Stellen oder Punkten eines Musters sequentiell erzeugt. Die sich ergebenden Daten werden mit den Digital-Analog-Umsetzern (nachfolgend mit D/A-Umsetzern abgekürzt) 3 und 4 in Analogsignale (Spannungen oder Ströme) umgesetzt Im vorliegenden Falle sind der Umsetzer 3 und der Verstärker 5 der x-Richtung und der Umsetzer 4 und der Verstärker 6 der y- Richtung zugeordnet. Da die Analogsignale stufenförmig sind, wird ein Strahl stufenweise abgelenkt. Bei dieser Anordnung wird die Zeit, mit der die Stufen fortschreiten, bzw. die Stufentaktzeit mittels eines Signals gesteuert, das an einem in der logischen Schaltung 2 enthaltenen Taktgenerator bereitgestellt wird. Ein Strahlausblendsignal kann von der logischen Schaltung 2 digital erzeugt werden. Wenn die Strahlbewegung in den Strahlausbiendzustand gekommen ist, wird der Digital-Analog-Umsetzer 3 oder 4 von der logischen Schaltung 2 so gesteuert, daß der Strahl auf eine Blockierung auftrifft. Bei dieser Steuerschaltung ist die Genauigkeit des gezeichneten Musters sehr hoch. Diese Steuerschaltung hat jedoch den nachfolgend beschriebenen erheblichen Nachteil. Jede Stufenbreite des Stufensignals wird von der Einstellzeit des Digital-Analog-Umsetzers festgelegt. Normalerweise ist die Einstellzeit lang. Wenn das zu zeichnende oder wiederzugebende Muster langer wird, so wird dadurch auch die Zeichenzeit proportional länger. Die Steuerschaltung ist daher zum Zeichnen von großen Mustern sehr ungeeignet.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer herkömmlichen Strahlablenksteuerschaltung, welche auf analoger Grundlage beruht. Die Schaltungsteile 1 bis 8 weisen denselben Aufbau wie die Schaltungsteile mit den entsprechenden Bezugszeichen in Fig. 1 auf. Weiterhin enthält die in F i g. 2 dargestellte Steuerschaltung Differenzverstärker 9 und 10 mit Spannungsbegrenzern, eine

J5 logische Schaltung 11 für die Strahlausgangssignalerzeugung und mit einem darin enthaltenen Spannungsverglcicher. sowie Integratoren 12 und 13. Betrachtet man die Ablenkung in der v-Richtung, so wird bei dieser Stcucrschaltungsanordnung ein analoger Signalpegel entsprechend dem Zeilenanfangspunkt vom Digital-Analog-Umsetzer 3 erzeugt. Nachfolgend wird ein analoger Signalpegel entsprechend den Zeilenendpunkt vom Umset/.cr i erzeugt. Auf Grund des geschlossenen Regelkreises mit dem üiffere /verstärker 9 und dem Integrator 12 ändert sich das Ausgangssignal des Integrators 12 in einem festen Verhältnis, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Umsetzers 3 und einem Ausgangssignal des Integrators 12 groß und ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 9 begrenzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Linie gezeichnet, während ein Strahl-EIN- (Einschalt-)Signal am Ausgang der logischen Schaltung 11 unter Steuerung der logischen Schaltung 2 auftritt. Wenn das Ausgangssignal des Integrators 12 in seinem Wert dem Ausgangssignal des Umsetzers 3 nahe kommt, so kommt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 9 in einen linearen Bereich, und die Verzögerungs- bzw. NacheÜEchaltung erster Ordnung, die aus dem Differenzverstärker 9 und dem Integrator 12 besteht, konvergiert an einem Punkt,

to bei dem das Ausgangssignal des Umsetzers 3 und das Ausgangssignal des Integrators 12 miteinander übereinstimmen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal des Differenzverslärkers 9'Null. Dieses Null-Ausgangssignal wird von dem in der logischen Schaltung 11 ent-

tv5 halienen Spannungsvciglcicher festgestellt, und am Ausgang der logischen Schaltung 11 tritt ein Strahl-AUS-(Abschalt-)Signal auf. so daß der Strahl ausgeblendet wird. Dieser Vorgang wird wiederholt und die

Abtastung und Zeichnung wird mit Dreiecksehwingungen durchgeführt. Die Ablenkung in der y-Riehtung wird in derselben Weise mit dem Umsetzer 4, dem Differenzverstärker 10 und dem Integrator 13 vorgenommen.

Die Nachteile dieser Schaltung bestehen darin, daß das Ausgangssignal des Integrators 12 in der Nähe der Anfangs- und Endpunkte der Zeile schwach wird und dadurch die Qualität des Zeichnungsmustcrs leidet, und daß die Konvergenzzeit des aus dem Differenzverstärker 9 und dem Integrator 12 bestehenden Ver2:ögerungs- bzw. Nacheilsystems erster Ordnung ansteigt und damit die Totzeit lang wird. Insbesondere dann, wenn die zu zeichnende Linie kürzer ist als etwa 10 μιη, kann die Totzeit im Vergleich zur Zeichenzeit nicht mehr vernachlässigt werden. Darüber hinaus führt es zu einem Anstieg der Totzeit, wenn die Strahlbewegung im Strahlausblendzustand bei Verwendung des Dreieckschwingungssignals durchgeführt wird.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.

F i g. 3 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung für eine Elektronenstrahlablenkanordnung. Die Schaltungsteile 1, 2, 3, 5, 7, 8 und 12 entsprechen den Schaluingsteilen in den F i g. 1 und 2 und weisen auch dieselben Bezugszeichen auf.

F i g. 3 zeigt darüber hinaus einen Spannungsgenerator 14 zur Festlegung der Liniengeschwindigkeit, eine Polariläts-Umschaltstufe 15 zum Umschalten der Polarität eines Ausgangssignals des Spannungsgenerators 14, einen analogen Schalter 16, eine logische Schaltung

17 für die Erzeugung eines Strahlausblendsignals, einen Differenzverstärker 18, einen Null-Detektor 19 sowie einen Momentanwertspeicher 20. Mit Ausnahme des Digitalrechners 1, der logischen Schallung 2 und des Strahlausblenders 8 sind die der Ablenkung auf einer Achse (der v-Achse oder der y-Achse) zugeordneten Schaltungsieile in F i g. 3 dargestellt. Dieselbe Schaltungsanordnung liegt auch für die Abtastung in der anderen Achse vor.

Die Arbeitsweise dieser Schaltung soll nachfolgend beschrieben werden. Wenn eine vergleichsweise lange Linie mit dem Analogsystem gezeichnet werden soll, wird zunächst ein analoges Ausgangssignal 31 entsprechend dem Zeilenanfangspunkt von dem Digitalrechner 1, der logischen Schaltung 2 und dem Umsetzer 3 erzeugt. Der Momentanwertspeicher 20 wird zuvor auf Abtastbetrieb eingestellt, und das Ausgangssignal 31 gelangt an den ersten Eingang des Differenzverstärkers 18. Da das Ausgangssignal 12J des Integrators 12 an den zweiten Eingang des Differenzverstärkers 18 geiangt, bildet das Ausgangssignal 181 des Differenzverstärkers

18 die verstärkte Differenz zwischen den Ausgangssignalen 31 und 121. Wenn zuvor ein Steuersignal 23 so vorgegeben worden ist, daß der Analogschalter 16 eine Verbindung mit dem Differenzverstärker 18 herstellt, dann bilden der Analogschalter 16, der Integrator 12 und der Differenzverstärker 18 eine geschlossene Regelschleife für eine Verzögerung erster Ordnung. Daher arbeitet die Schaltungsanordnung derart, daß sie die Ausgangssignale 121 und 31 in Obereinstimmung bringt, und der Zeilenanfangspunkt wird eingestellt.

Die weitere Betriebsweise soll anhand des in F i g. 4 dargestellten Arbeitszeitdiagramms erläutert werden. Zum Zeitpunkt to werden Daten des Zeilenendpunktes imit den Daten des Zeilenanfangspunktes verglichen, und eine Entscheidung über die Größen wird mit der logischen Schaltung 2 vorgenommen. Es wird ein Signal 21 zum Steuern der Polarität der Polarität-Urnschaltstufe 15 erhalten, um das Ausgangssignal 121 zum Endpunkt zu führen, wodurch die Polarität der Polarität-Umschaltstufe 15 in den nicht-invertierenden oder invertierenden Zustand gebracht wird. Zum Zeitpunkt Z₁ wird der Momentanwertspeicher 20 mit einem von der logischen Schaltung 2 bereitgestellten Steuersignal 22 in einen Speicherbetrieb gebracht. Zu einem etwas später

ίο als der Zeitpunkt ii auftretenden Zeitpunkt h werden die Daten des Endpunktes an den Umsetzer 3 gelegt, und ein Ausgangssignal 31 mit einer Analogspannung, die dem Endpunkt entspricht, wird erzeugt. Zu einem etwas nach dem Zeitpunkt f2 auftretenden Zeitpunkt ij wird der Analogschalter 16 mit dem von der logischen Schaltung 2 bereitgesieiiten Steuersignal 23 von einer Verbindung mit dem Differenzverstärker 18 in eine Verbindung mit der Polaritäts-Umschaltstufe 15 umgeschaltet. Dann wird der Integrationsvorgang im Integrator 12 konform mit der durch den Spannungsgenerator 14 eingestellten Zeilengeschwindigkeit und der mit der Polaritäts-Umschaltstufe 15 vorgenommenen Polaritätseinstellung ausgelöst, und das Ausgangssignal 121 ändert sich zeitlich linear. Gleichzeitig damit wird die logische Schaltung 17 mit einem Steuersignal 24 in Funktion gesetzt, ein Ausgangssignal 171. das das Strahlausblendsignal ist, geht in den EIN-Zustand über, und die Zeichnung beginnt. Zum Zeitpunkt ij wird der Momentanwertspeicher 20 mit dem von der logischen

jo Schaltung 2 bereitgestellten Steuersignal 22 vom Speichcrbetrieb in den Abtastbeirieb umgeschaltet, und das Ausgangssignal 31 gelangt an den Differenzverstärker 18. Wenn das Ausgangssignal 121 zum Zeitpunkt U mit dem Ausgangssignai 31 übereinstimmt, wird das Aus-

J5 gangssignal 181 Null, der Null-Detektor 19 wird wirksam, und ein Ausgangssignal 191 weist dann zu diesem Zeitpunkt eine Anstiegsflanke auf. Eine UND-Verknüpfung zwischen dem Ausgangssignal 191 und dem EIN-Zustand des Signals 171 wird vorgenommen, und das das Strahlausblendsignal darstellende Ausgangssignal 171 wird durch die logische Schaltung 17 in den AUS-Zustand gebracht, so daß der Zeichenvorgang unterbrochen wird. Gleichzeitig wird ein Steuersignal 24' von der logischen Schaltung 17 an die logische Schaltung 2 gelegt, der Analogschalter 16 wird mit dem Steuersignal 23 zum Differenzverstärker 18 hin umgeschaltet, und es wird eine geschlossene Regelschleife gebildet, die aus dem Analogschalter 16, dem Integrator 12 und dem Differenzverstärker 18 besteht, so daß das Ausgangssignal 121 auf denselben Signalwert wie das Ausgangssignal 31 eingestellt wird. Wie im weiteren noch ausführlich eriäutert, wird das Ausgangssignai i2i zu einem Zeitpunkt ?5 auf den nächsten Anfangspunktpegel eingestellt und kehrt zum Zeitpunkt f_b in einen Zustand zurück. Das Ausgangssignal 121 wird vom Ablenkverstärker 5 verstärkt und dann der Ablenkeinrichrung 7 zur Ablenkung des Strahles zugeleitet. Durch Wiederholung dieses Vorganges kann das Muster in Form einer Gruppe von Linien gezeichnet werden. Auf diese Weise wird das Dreieckschwingungssignal zur Zeichnung der langen Linie verwendet, wobei eine höhere Geschwindigkeit als mit dem digitalen System erzielt wird.

Nachfolgend soll erläutert werden, wie die Strahlbewegung zwischen den Mustern mit dem digitalen Systern ausgeführt wird. Es sei angenommen, daß die Zeichnung des ersten Musters zum Zeitpunkt te (vgl. F i g. 4) beendet ist und der Strahl zum zweiten Muster verschoben wird. Zu diesem Zeitpunkt verbleibt der

Momentanwertspeicher 20 in der Abtastbetriebsweise und versorgt den Umsetzer 3 mit Daten des Anfangspunktes des zweiten Musters, um ein Ausgangssignal 31 mit einer dem Anfangspunkt des zweiten Musters entsprechenden analogen Spannung zu erzeugen. In diesem Faiie stellt der Analogschalter 16 eine Verbindung mit dem Differenzverstärker 18 her, und es wird eine aus dem Analogschalter 16, dem Integrator 12 und dem Differenzverstärker 18 gebildete geschlossene Schleife geschaffen, die das Ausgangssignal 121 zum Zeitpunkt I_b in Koinzidenz mit dem Ausgangssignal 31 bringt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Zeitraum, während dessen das Ausgangssignal 121 dem Ausgangssignal 31 nachgeführt wird, mit der Größe (Integrations-Zeitkonstante des Integrators i2)/(Verstärkungsgrad des Differenzverstärkers 18) ermittelt, und die Zeichnungsgeschwindigkeit wird groß gemacht. Inzwischen wird die logische Schaltung 17 mit einem Steuersignal 24 außer Funktion gesetzt, und das Ausgangssignal 171 bleibt in dem »AUS«-Zustand.

Nachfolgend soll beschrieben werden, wie mit dem Digitalsystem eine kurze Linie gezeichnet wird. Der Momentanwertspeicher — auch Tastspeicherstufe genannt - 20 wird mit dem Steuersignal 22 in die Abtastbetriebsweise gebracht, und der Analogschalter 16 wird mit einem Steuersignal 23 zum Differenzverstärker 18 hin umgeschaltet. Das Ausgangssignal 121 folgt dann dem Ausgangssignal 31 sehr schnell.

Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm für diesen Fall. Die dem Zeilenanfangspunkt entsprechenden digitalen Daten werden d°m Umsetzer 3 vom Digitalrechner 1 über die logische Schaltung 2 bereitgestellt. Zum Zeitpunkt fi wird ein Ausgangssignal 31 auf einen dem Anfangspunkt entsprechenden Wert eingestellt. Das Ausgangssignal 171 der logischen Schaltung 17 wird mit einem Steuersignal 24 in den Strahl-EIN-Zustand gebracht, und das Zeichnen eines ersten Punktes wird ausgelöst. Zum Zeitpunkt r? werden der Taktgenerator und der Zähler, die in der logischen Schaltung 2 enthalten sind, ausgelöst. Es werden die dem zweiten Punkt entsprechenden Daten dem Umsetzer 3 von der logischen Schaltung 2 bereitgestellt, und das Ausgangssignal 31 des Umsetzers 3 wird auf einen Wert eingestellt, der der Lage des zweiten Punktes entspricht. Zum Zeitpunkt t_s wird das Ausgangssignal 31 in der entsprechenden Weise auf einen Wert eingestellt, der der Lage eines dritten Punktes entspricht. In diesem Falle muß

/It=t2—t] = tl— t₂

größer als die Einsteüzeii des Digital-Analog-Umsetzers sein, und der Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Punkt muß kleiner als der Durchmesser des Punktes sein. Bei diesem Vorgang wird die Linie als eine Reihe von Punkten gezeichnet. Wenn der Punkt zur Zeit U den Endpunkt erreicht hat, wird das Ausgangssigna! 171 der logischen Schaltung 17 zu einem Zeitpunkt Js=I₄+/// mit einem Steuersignal 24 in den Strahl — AUS —(Ausschalt-) —Zustand gebracht, und die Linienaufzeichnung ist beendet

Ob das digitale oder analoge System verwendet werden soll, kann bei Betrieb der irn Block 2 enthaltenen logischen Schaltungen in Übereinstimmung mit den vom Digitalrechner 1 zugeführten Daten und somit durch Vorgabe der Steuersignale 22, 23 und 24 sowie des Eingangssignals des Digital-Analog-Umsetzers 3 festgelegt werden.

In den Fig.6(a) und 6(b) ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung zur Elektronenstrahlablenkung wiedergegeben. Fig. 6(a) zeigt die wesentlichsten Teile einer das Ablenksignal erzeugenden Schaltung für die X-Achse oder die K-Achse. Es sei angenommen, daß die dargestellte Schallung der Einfachheit halber die Schaltung für die X-Achse ist. Zunächst wird ein Analogschalter 16 in den EIN-Schalterzustand gebracht. Dann wird eine Differenz e, zwischen einem vom Digital-Analog-Umsetzer 3

ίο bereitgestellten Ausgangssignal 31 und einem vom Integrator 12 bereitgestellten Ausgangssignal 121 einem einen Spannungsbegrenzer besitzenden Differenzverstärker 9 zugeleitet. Das Ausgangssignal ez. des Differenzverstärkers 9 gelangt über den Analogschalter 16 an einen Integrationswiderstand 122 des integrators 12. Es sei angenommen, daß der Schalter 16' im AUS — (nicht leitenden)-Schalterzustand gehalten wird. Durch den Integrationswiderstand 122 fließt ein Strom mit einer Stromstärke, die durch Teilen des Ausgangssignales e/. des Verstärkers 9 durch die Summe aus dem Innenwiderstand des Schalters 16 und dem Widerstandswert des Integrationswiderstands 122 erhalten wird. An einem Operationsverstärker 123 wird dieses Signal dann mit einem Integrierkondensator 124 integriert, und es wird ein Integrator-Ausgangssignal 121 erzeugt. Die Eingangs-Ausgangs-Kennlinie des Differenzverstärkers 9 ist in Fig. 6(b) dargestellt. Diese Schaltung liefert für \e,\>4e einen konstanten Wert e/.o. Der Integrierkondensator 124 integriert also einen festen Strom, so daß der Ausgangsstrom 121 als Signal bereitgestellt werden kann, das sich mit einer festen Geschwindigkeit zeitlich ändert. Da sich das Ausgangssigna! 12! immer so ändert, daß e, nahe an Null gehalten wird,gilt | e, \=Ae. Der Differenzverstärker9 führt eine lineare Operation mi; einer weiteren Zeitverzögerung durch, so daß ei. und die Änderungsrate des Ausgangssignals 121 ebenfalls abnimmt. Wenn das Ausgangssignal 121 gleich dem Absolutwert des Ausgangssignals 31 wird, so gilt e, =0, d. h. der zu integrierende Strom wird Null, so daß sich das Ausgangssignal 121 auf diesen Wen einstellt. Wenn also vorgeschrieben wird, daß man unterhalb eines vorgeschriebenen Fehlerwerts Ae bleiben soll, bei dem die Grenzeigenschafien des Differenzverstärkers 9 beginnen, erhält man ein Ablenksignal mit zufriedenstellender Linearität. Obgleich dies in F i g. 6(a) nicht dargestellt ist, kann ein geeigneter Spannungsvergleicher verwendet werden, um das Ausgangssignal e; des Differenzverstärkers 9 zu überwachen, um dadurch die Elektronenstrahlintensität bei Feststellen des Zustandes | ei. |<e/.o zu steuern. So kann beispielsweise bei einem Elektronenstrahl-Belichtungssystem eine auf Grund der geringeren Strahlablenkgeschwindigkeit am Endpunkt auftretende, zu starke Belichtung einer Photoresistschicht oder einer Fluoreszenzschicht durch einen Elektronenstrahl wirkungsvoll verhindert werden.

Danach wird der Schalter 16 in den nicht-leitenden Zustand versetzt. Dadurch wird das Ausgangssignal 121 nicht verändert, weil der Integrationsstrom im vorliegenden Zustand Null ist. Danach wird die X-Koordinate für den nächsten Zielpunkt an den Digital-Analog-Umsetzer gegeben, um das V-Achsen-Ablenksignal (vgl. Δ Υ in F i g. 7) etwas zu verändern. Nach einem ausreichend langen Zeitraum zum Einstellen der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers wird der Schalter 16 wieder in den leitenden Zustand versetzt, so daß das Ausgangssignal e₀ des Integrators 12 die Ablenkung mit gleichförmiger Geschwindigkeit auslöst. Zu diesem

Zeilpunkt wird der Elektronenstrahl also in den EIN-Zustand gesteuert, um die Belichtung durchzuführen. Durch Wiederholung dieses Vorgangs wird eine verschmierende Belichtung durchgeführt, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist.

Unter der Annahme, daß die Belichtung nach dem zuvor beschriebenen Vorgang im Bereich A in F i g. 7 am Punkt Pi₀ begonnen und am Punkt Pi_n geendet hat, soll nun die Arbeitsweise mit einer schnellen Ablenkung zum Anfangspunkt P20 für den Verschmiervorgang des nächsten Bereichs B erläutert werden. Wenn das Ausgangssignal 121 auf einen Endpunkt P\„ des Bereichs A eingestellt worden ist, wird der Schalter 16 in den nichtleitenden Zustand versetzt, und die X-Koordinate des Punktes />₂o wird an den Digital-Analog-Umsetzer gegeben (der Digital-Analog-Umsetzer der Ablenkschaltung für die K-Achse erhält die Y- Koordinate des Punktes P20 zugeführt). Wenn der Schalter 16' danach in den leitenden Zustand versetzt wird, werden das Ausgangssignal 31 und das Ausgangssignal 121 über den Widerstand 41 bzw. 42 addiert, und die Summe wird in einem Koeffizienten-Vervielfacher 40 verstärkt. Ein Strom, der durch Teilen einer Ausgangsspannung des Koeffizienten-Vervielfachers 40 durch die aus dem Innenwiderstand des Schalters 16' und des Widerstandswerts des Widerstandes 125 gebildeten Summe erhalten wird, wird mit dem Integrierkondensator 124 integriert. In diesem Falle wird eine Gegenkopplungsschleife vom Eingang des Operationsverstärkers 123 über den Operationsverstärker 123, einen Widerstand 42, den Koeffizientenvervielfacher 40, den Schalter 16' und den Widerstand 125 zurück zum besagten Eingang des Operationsverstärkers 123 gebildet. Daher wird die Funktionsweise nach Schalten des Schalters 16' in den leitenden Zustand so gesteuert, daß eo+eo4 = 0ist(e₀und em sind die Ausgangsspannungen des Integrators 12 bzw. des Umsetzers 3). Die Einstellung findet in dem Zustand statt, bei dem die zuvor angegebene Gleichung erfüllt ist. Die Zeitkonstante Tder Schaltung ist beim Betrieb mit schneller Ablenkung gegeben durch:

7"= 2 c· · r/k.

Voraussetzung dabei ist, daß die Widerstände 41 und 42 gleich groß sind. In dieser Gleichung ist cdie Kapazität des Integrierkondensators, r die Summe aus dem Widerstand 125 und dem Innenwiderstand des Schalters 16' und k der Koeffizient des Koeffizientenvervielfachers 40. Es wird angenommen, daß der Verstärker des Integrators oder der Koeffizientenvervielfacher 40 ein idealer Verstärker ist. Wenn r/k in der richtigen Weise als kleiner Wert gewählt wird, kann das Ausgangssignal 121 daher zum Auftreffpunkt in wesentlich kürzerer Zeit eingestellt werden, als dies bei der vorausgegangenen langsamen Betriebsweise der Fall ist (es ist vergleichsweise einfach die Einstellzeit auf einige Zehntel zu verkürzen). Nach dem der Anfangspunkt auf diese Weise erreicht ist, wird der Verschmiervorgang für den Bereich B unter Verwendung des Schalters 16' in der langsamen Betriebsweise durchgeführt.

Wie zuvor bereits beschrieben wurde, kann die Abtastung und Zeichnung im Analogsystem und im Digitalsystem auf einfache Weise mit den in Fig. 6(a) dargestellten Blockschaltungen durchgeführt werden. Daher kann ein schnelles System vorgesehen werden, das ein langes Muster mit dem schnellen Analogsystem zeichnet und den Strahl zwischen Linien oder Mustern mit dem schnellen Digitalsystem verschiebt. Es ist auch möglich, ein kurzes Muster oder ein Muster, bei dem eine besonders hohe Genauigkeit erforderlich ist, unter Verwendung des Digitalsystems zu zeichnen.

Es ist ferner möglich, beim Zeichnen eines Musters entlang der ersten Achse mit dem Analogsystem die zweite Achse zu verschieben, um mit dem Digitalsystem mittels des Taktgenerators und des Zählers, die in der logischen Schaltung 2 enthalten sind, schräge Linien zu zeichnen. Darüberhinaus ist es möglich, eine Störung der Ablenkung oder einen Proben-Rotationsfehler zu kompensieren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung zur Ablenkung eines Elektronenstrahls längs eines aus glatten Linien unterschiedlicher Länge zusammengesetzten Musters, mit einer Ablenkeinrichtung (7), die den Elektronenstrahl unter Steuerung durch einen Ablenksignalgenerator zwischen jedem durch die Steuerschaltung vorgegebenen Paar von Anfangs- und Endpunkten ablenkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenksignalgenerator einen ersten Schaltkreis (3, 12, 14,15, 18,20) zur Erzeugung eines dreieckförmigen Ablenksignals und einen zweiten Schaltkreis (3, 18, 20) zur Erzeugung eines treppenförmigen Ablenksignals umfaßt, und daß ein Umschalter (16) vorgesehen ist, der bei langen Linien den ersten und bei kurzen Linien oder bei Verschiebung des Elektronenstrahls zwischen Mustern den zweiten Schaltkreiseinschaltet.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schaltkreis (3,12,14,15, 18, 20) das dreieckförmige Ablenksignal mit vergleichsweise geringer Geschwindigkeit und der zweite Schaltkreis (3,18,20) das treppenförmige Ablcnksignal mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit erzeugt.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dei Ablenksignaigenerator einen Digital-Analog-Umsetzer (3), der ein Analogsignal entsprechend den Koordinatendaten des zu zeichnenden Musters erzeugt, einen Differenzverstärker (18), dessen einem Eingang das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers (3) zugeführt wird und der das Ausgangssignal begrenzt, einen Spannungsgenerator (14), der eine vorgegebene Spannung bereitstellt, den Umschalter (16), der zwischen dem Ausgang der, Spannungsgenerator* (14) und dem des Differenzverstärkers (13) umschaltbar ist, sowie einen Integrator (12) aufweist, der das von dem Umschalter (16) jeweils abgegriffene Signal integriert und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (18) zuleitet und dessen Ausgangssignal (121) an der Ablenkeinrichtung (7) liegt (F i g. 3).

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Rechner (1), der die Koordinatendaten für den Digital-Analog-Umsetzer (3) bereitstellt.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Null-Detektor (19), der feststellt, wenn das Ausgangssignal des Differenzverstärkers (18) im wesentlichen Null ist, und einen Strahlausblender (8), der den Elektronenstrahl entsprechend dem Ausgangssignal des Null-Detektors (19) ausblendet.

6. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Digital-Analog-Umsetzer (3) und dem Differenzverstärker (18) eingeschalteten Momentanwertspeicher (20), der das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers (3) abtastet oder speichert.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenksignalgenerator einen Digital-Analog-Umsetzer (3), der ein Analogsignal entsprechend den Koordinatendaten des zu zeichnenden Musters erzeugt, einen Differenzverstärker (9), dessen einem Eingang das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers (3) zugeführt wird und der das Ausgangssignal begrenzt, einen an

den Ausgang des Differenzverstärkers (9) angeschlossenen ersten Ein/Aus-Srhalter (16), einen Integrator (12), der das vom ersten Ein/Aus-Schalter (16) in dessen eingeschalteten Zustand durchgelassene Signal integriert und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (9) zuleitet, sowie einen zweiten Ein/Aus-Schalter (16') umfaßt, der in seinem eingeschalteten Zustand die aus den Ausgangssignalen des Digital-Analog-Umsetzers (3) und des Integrators (12) gebildete Summe durchläßt und dem Integrator (12) zuführt, wobei die beiden Ein/Aus-Schalter (16, 16') miteinander den Umschalter bilden (Fig.6(a)).