JP2003530674A

JP2003530674A - 双方向電子ビーム走査装置

Info

Publication number: JP2003530674A
Application number: JP2001575459A
Authority: JP
Inventors: リチャードプライオア，; フランク，イー．アブード，
Original assignee: エテックシステムズインコーポレイテッド
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2003-10-14
Also published as: US6570155B1; KR20020092430A; WO2001078103A3; EP1273024A2; WO2001078103A2

Abstract

(57)【要約】本発明は、電子ビームリソグラフィーシステムのための双方向ラスタ走査（「蛇行走査」）に関する。双方向走査に必要な正確な三角波形を発生させる、改善された回路構成要素が記述される。本発明の回路は、本発明に従って記述される信号生成回路の使用によって１ｐｐｍより多い信号振幅、周波数及び位相の制御を提供する。本発明による一連の粗い同調及び微同調遅延調整は、様々な動作条件に適応される。本発明の他の実施形態は、双方向走査のためにデータ経路ハードウェアの最適化に関し、校正走査を特に提供するデータ経路ハードウェアの分離された区画を含む。データ調製ハードウェアに構築される遅延回路は、アナログドライバ内の有限帯域幅に起因する遅延を補償するのに役立つ。２−レベルのビーム偏向が記述され高速、低電圧の静電偏向器が（好適には各走査方向に１つ）、低速磁気ビーム偏向器と共に使用される。本発明による２つのレベルの偏向器システムは、逆走査信号を主な磁界偏向信号の極性に適合する制御を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、導かれたエネルギービーム、代表的には電子ビームによって、基板
上にパターンをリソグラフィー描画することに関する。より詳しくは、本発明は
、基板上のビームの双方向走査を利用することによりビームリソグラフィーのス
ループットを増大することに関し、双走査方向におけるビーム走査特性を修正す
ることを含み、描画されるパターンで高精度を達成する。

【０００２】

【発明の背景】

集積回路（「ＩＣ」）の製造は、ウェハ基板上に生成するパターンの常に正確
な方法を必要とする。２つの基本的なプロセスが一般に使用されている。１つの
プロセスにおいて、所望のパターンを含むマスクを通して、基板を直接エネルギ
ービームで露光することによって、レジストで覆われたウェハ上にパターンを生
成することができる。レジスト除去が望ましい領域のために、「ポジ型レジスト
」はマスクの透明な領域を必要とする。レジスト除去が望ましい領域のために、
「ネガ型レジスト」はマスクの不透明な領域を必要とする。ポジ型及びネガ型レ
ジストは、商業上有用である。電子、イオン又はマスク上で照射される粒子線は
除外されないが、マスクを通しての露光が電磁放射で代表的に実行される。「フ
ォトリソグラフィー」は、パターン化されたマスクを通してレジストで覆われて
いる基板の代表的には電磁放射による露光を意味する。

【０００３】レジスト上にパターンを描画する第２の方法は、介在するマスクによってスク
リーニングされない、露光を必要とするレジストで覆われている表面領域だけへ
のエネルギービームを使用する。適切なビームステアリング機構は、露光を必要
とする表面領域だけが入射ビームに接触するのを保証するために、適切なオンオ
フ制御と共に一般に使用される。ビームは、電子、イオン、中性粒子又はコリメ
ートされたレーザ光線又は他の電磁放射線であってもよい。我々の議論を明確に
するために、レジストで覆われた基板に影響を与える電子ビーム（e−beam lith
ography、電子ビームリソグラフィー）の例を強調する。しかしながら、これに
より、方向を持ったエネルギービームによる他の形式のリソグラフィーを除外す
るものではない。

【０００４】レジストで覆われた表面上へのパターンの直接ビーム書込みは、現在フォトリ
ソグラフィーで使用されているマスクを生成する好適な方法であるが、この技術
は他の利点も提供する。直接ビーム書き込みの他の利点は、基板にマスクを整列
及び位置決めする煩雑さを回避するものであり、正確に焦点を結ぶビームの使用
によってより正確なパターンを生成する可能性があることである。フォトリソグ
ラフィーと比較すると直接ビームパターニングの１つの不都合は、直接ビーム書
き込みではスループットが比較的小さいことである。直接ビーム書き込みのスル
ープットを増大することが、本発明の１つの目的である。

【０００５】例として電子ビームリソグラフィーをこれに限定せずに考慮すると、現在使用
されている描画技術は、２つの一般的なカテゴリーである、ベクタ走査又はラス
タ走査の１つに分類されるかも知れない。ベクタ走査は代表的には、露光を必要
とする基板の領域を離れてビームを導き、次に、露光のために他の領域に移動す
る前に、ビームのエネルギーを基板の隣接する領域を露光するように向ける。簡
単に言えば、他の領域を露光するために移動する前に、ベクタ走査は、基板の領
域をビームエネルギーで「描画する」又は「タイルを貼る」ものである。最も都
合の良いことに、ビーム方向、走査軌跡、画素スポットサイズ及び／又は強度は
、コンピューターの制御下にあり、描画されるパターンを画成する。

【０００６】ラスタ走査は、たとえ露光が必要なパターンがあっても、ビームを基板全ての
領域に向け、走査した各点でのビーム強度を調節し、露光の正確なパターンを達
成する。ラスタ走査の間における最も単純なビーム制御は、各画素が走査される
ようにビームのオン／オフを伴う。しかしながら、完全にオン及び完全にオフ（
グレースケール）間の多数のレベルへのビーム強度の調整はまた、ラスタ走査プ
ロセスにおいて実行可能である。例えば、Ａｂｂｏｕｄ他の研究である米国特許
第５，３９３，９８７号を参照されたい。

【０００７】ラスタ走査の１つの共通するタイプは、一方向性であり、始めから終わりまで
の全ラインを描画する走査形状を示しており、次に、ビーム−オフ「フライバッ
ク」が続き、図１（Ｉ）で概略的に示すように、丁度完了したラインに隣接する
次のラインの描画を開始する。双方向走査は、図１（ＩＩ）で概略的に表される
ように、ラインの描画を一方向で行い（例えば底部から頂部）、次に直ちに中間
の隣接ラインを反対方向で描画し、ここで、第２ラインの第１画素は第１ライン
の最後の画素に隣接している。双方向走査が使用されるとき、非生産的な「フラ
イバック」期間は、図１（Ｉ）の一方向性走査による描画に比べて、一般に非常
に短い。

【０００８】当業界における一般的な意味での「ラスタ走査」は、一方向性及び双方向性両
方のラスタ走査の概念を含む「ベクタ走査」と区別される。残念なことに、「ラ
スタ走査」はまた、図１（ＩＩ）の「蛇行走査」に対比して、図１（Ｉ）のよう
にちょうど片方向走査を示すために使用されるかも知れない。以下においては、
ベクタ走査と区別し、走査パターン内のあらゆる画素は、描画されない画素から
離れたビームの方向に導かれるビームを有することを示すために、「ラスタ走査
」を使用し、これは図１の一方向及び双方向走査を含む。明確に表現するために
、図１（Ｉ）は「一方向性」を、図１（ＩＩ）は「双方向性」又は「蛇行性」を
それぞれ示す。

【０００９】特定の「描画された」ラインにおける画素の僅か又は画素の何れもビームエネ
ルギーを実際には受け取らないが、「ラインを描画すること」は、ここでは「フ
ライバック」から区別するために使用される。すなわち、「ラインを描画するこ
と」は、ライン内の画素に照射されるビームエネルギーを受け取っても受け取ら
なくてもよい特定のパターンに依存する条件下で、基板上の画素のライン上をビ
ームが走査することを示す。これとは対照的に、「フライバック」は、パターン
の次のラインを描画することに備えて、特定ラインの描画の完了に続いてビーム
を別の場所に移す操作を示す。フライバックの間、ビームは停止している。すな
わち、実際のエネルギービームは描画システムにおいて発生してもよいが、ビー
ムはブランキングプレートすなわち、ビームダンプ又は基板上へ衝撃を与えない
他の方法で導かれる。その供給源におけるビームの純粋な終了もまた、「ビーム
−オフ」条件で可能である。このように、ビームはフライバックの間一般には完
全に停止しているが、描画の間には、ビームは適当なエネルギー量で（ゼロであ
ってもよい）ライン内の各画素又はパターンに衝突する。

【００１０】基板上で正確なパターンを描画することは、描画する間、ビーム経路の（特に
）正確な制御を必要とし、かつ、基板上でラインの正しい配置を保証するために
、フライバックの間ビームの正確な位置決めを必要とする。ビーム偏向信号は、
所望の描画パターンにビームを導くために、一般に電子的効果及び電子光学的効
果を含む。しかしながら、このようなビーム偏向信号は、精度の必要な程度に線
形ではなく、不正確なパターンとなる。高精度な電子ビーム描画及び位置決めを
達成する１つの方法は、校正ステップにおいてビームの歪みを測定し、描画実行
時にビーム補正信号（「動的補正」）を適用することである。本発明者の先の研
究は、一方向走査に関し、米国特許第５，３４５，０８５号（「’０８５」）は
、校正ステップの間に動的な補正を決定する方法及びシステムを記載しており、
補正信号をテーブル索引配置に格納し、次に、パターンが描画されるときに、適
切な補正信号を主ビーム偏向信号に適用している。パターン精度が増大した結果
が得られる。

【００１１】しかしながら、一方向走査のフライバック時間は、一般に双方向走査のフライ
バック時間より大きいので、双方向走査が使用される場合、電子ビームパターニ
ングシステムのスループットは増大するかもしれない。Ｙｅｗの研究（米国特許
第４，４４５，０３９号）は、双方向走査に対する１つのアプローチであり、フ
ライバック時間を節約することによりシステムスループットが増大される。

【００１２】いくつかの課題は、特にビーム精度が百万分の一（１ｐｐｍ）程度必要な場合
、双方向走査に対する’０８５特許のビーム補正技術を一般化することに遭遇し
なければならない。例えば、正走査方向（上方向、図１（ＩＩ）のライン２ｃ）
の走査歪みは、負走査方向（図１（ＩＩ）のライン２ｄ）のそれとは一般に非常
に異なる。これは図１Ａに図示されており、走査２ｃの動的補正信号２００ｃは
、動的補正信号２００ｄと定性的及び定量的に異なり、そのため、反対の運転走
査ライン２ｄを適用する必要がある。図１Ａの描写は、動的な補正信号（２００
ｃ、２００ｄ）が一般的にビーム偏向に印加される電圧を示すように概略的で例
証のためだけであり、ビーム偏向回路の回路固有の不完全性を補正する。また、
走査ラインは、二次元空間の平面で表されている。動的な補正信号はその走査ラ
インに沿うビームの位置と相関するので、計測距離及び電圧単位を混合するが、
図１Ａの場合のように単一の図面にこれらの両方を表わすことが便利である。

【００１３】走査特性でのこの非対称は、主に電子的効果に由来するものと考えられ、例え
ば、逆方向に正確に対称的ではない駆動回路を使用する正及び負方向の走査であ
る。逆方向の走査の独立した補正が含まれる必要があるので、補正の表は大きさ
において最低限二倍になる。

【００１４】ビーム歪みの原因となる他の効果には、偏向コイルに印加される信号の渦電流
又は表皮効果歪み、正走査及び負走査における位相遅れ非対称性、走査ラインの
最後の画素及び直ぐ次の走査ラインにおける最初の画素における位置ずれ等であ
る。各歪みは一般的にそれ自身の原因を有し、正及び負走査両方向における偏向
信号に適切な補正が適用されるのを保証するために、独立に分類されなければな
らない。

【００１５】双方向走査が使用されるとき、付加的な複雑さがシステムタイミングに導入さ
れる。描画パターンにおける１つの目的は、１つの走査ラインの画素を直ぐ隣接
する走査ラインの対応する画素に適切に整列させることである。一般に、個々の
画素のライン間位置決め精度は、５ｐｐｍ超過が望ましい。個々のシステム信号
のタイミングは、個々の画素の位置決め精度に対する相当な効果を有してもよく
、偏向信号のタイミング及び制御、ビームブランキング制御（ビームのオン、オ
フ）、描画される基板の機械的移動（一般に描画される基板を保持する機械的ス
テージ）を補償する動的補正信号及び誤り修正信号を含むがこれに限定されない
。

【００１６】双方向走査の一部は図２で表され、ここで、７は個々の画素のシーケンス、黒
丸は描画された画素、白丸は描画されていない画素をそれぞれ示す。描画を「オ
ン」又は「オフ」で図示するのは単に便宜上のためであり、本発明が完全オンと
完全オフとの間の画素露光の中間レベルを排除することを意味するものではない
。図２Ａは、隣り合う２本の描画ラインを示し、これらは共に開始画素及び終了
画素を有する。左の図２Ａ（Ｉ）は、正確な描画時の完全な整列を示し、図２Ａ
（ＩＩ）は、１つの走査ラインの最後の位置から、次の走査ラインの最初の画素
までの可能な画素シフトを示す。すなわち、列ｉ、画素Ｎは、列（ｉ＋１）、画
素１と揃っていない。これは、正確な双方向走査装置では合致されなければなら
ない課題である。

【００１７】また、図２Ｂで表されるように、代表的なビーム偏向回路の有限帯域幅は、相
当な誤差を位相遅延タイミングに導入する。代表的なローパスフィルターのバン
ド幅ｆｃは、出力信号で位相遅延を引き起こす。図２Ｂにおける遅延は、三角入
力信号について［１／（２πｆ_c）］である。図２Ｂで表されるオフセット誤差
は、遅延及び信号勾配の結果である。ｆｃの標準値は、約５００のＫＨｚであっ
てもよい。代表的な信号勾配は、およそ（１０００μｍ）／（２５μ秒）であり
、１２．７μｍのオフセット誤差を生じる。図２Ａで示されるこのオフセット誤
差は、画素整列に有害な効果をもたらす。

【００１８】電子ビームパターニングのための代表的な用途は、集積回路製作用のフォトリ
ソグラフィーマスクの製造である。このようなマスクは、マスクの種々の位置で
生成される多数の同一パターンが一般に必要とされ、種々の方法で相互接続され
る。マスクデザイナーが階層的にマスクを作成するためにコンピュータコマンド
を書き込むことは共通である；すなわち、サブ−パターン、サブ−サブ−パター
ン等ビームによって基板に描画される最も基本的なレベルに至るパターンから、
所望のパターンが構成される。関数呼出のこの階層は、描画する時点で画素−画
素ビーム制御命令に変換されなければならない。ビーム描画の間、単層ファイル
が一般に過度のデータ（おそらく１０¹²〜１０¹⁵バイト）を含み、このデータが
都合良く生成できずパターニングの前に格納できないときに、画素−画素「単層
ファイル」への階層的な命令ファイルの変換は、一般に必要に応じて行われる。
このように、リアルタイムデータ調製の必要は、双方向走査に正確なビーム描画
技術を一般化する因子を複雑にしている。

【００１９】多くのビームリソグラフィー用途において、ビーム偏向／走査信号の周波数及
び振幅双方の正確な制御が必要である。複雑なビームリソグラフィーシステムの
ために、走査動作及びデータ調製を管理する種々のモジュールの間で、タイミン
グを同期しなければならない。双方向走査は、これらのステップの多くを非常に
複雑にする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

本発明は、パターニング精度を犠牲にすることなくより高いスループットを達
成するために、ビーム補正信号の発生及び適用を含む、双方向リソグラフィーシ
ステムに関する。

【００２１】本発明は、電子ビームリソグラフィーシステムのための双方向ラスタ走査（「
蛇行走査」）に関するものである。双方向走査は、一方向走査の一般的な鋸波形
より正確に発生させるのが困難である正確な三角波形を必要とする。改善された
回路構成要素は、双方向走査の制御を最適化する改善された改善されたデータ調
製及び操作と共に記述される。

【００２２】本発明の回路は、ここで詳述する信号生成回路の使用により、信号振幅の制御
、１ｐｐｍより良好な周波数及び位相制御を提供する。信号生成回路の特徴は、
画素位置を正確に制御するために、偏向の正確な同期を提供することである。タ
イミング信号の不適当な選択及び経路選択は、有害なレベルのノイズ及び容認で
きない信号ジターに至り、これを避けることは本発明の重要な目的である。本発
明による一連の粗同調及び微同調遅延調整は、様々な動作条件を含む。

【００２３】本発明と関連する他の種類の改良は、双方向走査のためのデータ経路ハードウ
ェアの最適化に関し、特に補正走査を提供するデータ経路ハードウェアの断面を
孤立させることを含む。１つの実施形態において、一方向走査のための鋸波形は
、データ調製ハードウェアで先入れ先出し方式（「ＦＩＦＯ」）レジスタを使用
することによって、双方向走査のための三角波形に置き換えられる。このような
ハードウェアは、特定の走査ラインの方向を決定するデータ方向制御を提供し、
数百画素までの全走査ラインをシフトする位相制御又はデータ遅延回路も提供す
るために設けられる。データ調製ハードウェアに構築される遅延回路は、アナロ
グドライバでの有限帯域幅に起因する遅延を補償するのに役立つ。

【００２４】加えて、２つのレベルのビーム偏向が記述され、ここで、速い低電圧の静電気
偏向器が、遅い磁性線偏向器と共に使用される。本発明による２つのレベルの偏
向器は、逆方向走査信号を主磁界偏向信号の極性に一致するように制御するのを
可能とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】

以下の記載及び図面において、同様な参照番号は同様な構成要素を示すために
使用される。図面は、共通の縮尺ではない。

【００２６】図１は、図１（Ｉ）で一方向走査を、図１（ＩＩ）で双方向走査をそれぞれ概
略的に（スケールなしで）示す。パターンの実際の書き込みは、１つのモード又
は他のモードで行われ、比較のために並んで表されている。一般に、パターン化
される基板は、基板の平面である図１のｘ，ｙで移動し得る機械式ステージ上に
取り付けられる。基板の一部が代表的には電子書き込みビームのターゲットゾー
ンにおいて描画される位置に、基板が機械的に移動される。このターゲットゾー
ンは、図１で１として表される。一般に、一部のシステムで±２μｍの精度が達
成されるが、この機械的位置決めステップでは約±２０μｍの精度（マイクロメ
ートル又はミクロン＝１０^-6メートル）が達成される。領域１の実際の書き込み
は、多数のラインを描画することによって起こる（２_a，−２_d等）。描画された
ラインは、長さ約１０００μｍ（１ｍｍ）であり、５で示される。隣接したライ
ン６間の間隔は、一般におよそ５０−１００ｎｍである（５０ナノメートル＝０
．０５０μｍ）。描画する間、基板は一般に、３ａ又は３ｂで示される描画する
方向に対して垂直な方向に移動される。機械式ステージ３ａ，３ｂのステージ移
動速度は、一般におよそ３ｍｍ／秒であってもよい。このように、ウェハ移動の
全範囲は、領域１を描画する間のｘ，ｙ機械的移動、及び異なる領域を描画する
基板の異なる領域を共に含む（図１ではｘについての機械的移動だけが３ａ，３
ｂとして表されている）。

【００２７】代表的な電子ビームリソグラフィーシステムは、描画されている特定のパター
ンに依存して、長さ約２５０μｍ〜約１０００μｍのライン２を描画する。限定
ではなく説明のために、長さ約１０００μｍの１本以上のライン２を描画する場
合を考慮する。位置決めでの精度及びライン２を描画する直線性は、約１ｐｐｍ
であることが望ましく、すなわち、長さ約１０００μｍのラインの描画において
、０．００１μｍ（１ｎｍ）を越えない偏向である。説明のために、代表的な電
子ビームリソグラフィーシステムは、一方向フライバック４ａのために約６．４
μｍのライン２を描画するのに約２５．６μｓ（マイクロ秒）を必要とするかも
しれない。従って、図１（Ｉ）の一方向走査は、ラインを描画しビームを次のラ
インを描画する場所に移すために、代表的には約３２μｓを必要とする。同様に
、図１（ＩＩ）で表される双方向走査は、ラインの描画に約２５．６μｓを必要
とするが、フライバック４ｂのために僅か約２μｓを必要とする。このように、
図１（ＩＩ）の双方向走査は、約４．４μｓ、又は合計３２μｓの描画及びフラ
イバック時間の約１４％を節約する。この大きさの時間節約は、製品スループッ
トの相当する増加に変換すべきである。１０％を越えるスループットの増加は、
電子ビームリソグラフィーの商業的な使用において重大である。

【００２８】図２は、図１（ＩＩ）の双方向描画を示し、ライン２ｄに沿って描画された画
素セグメント７（黒丸）、又は描画されない画素セグメント（白丸）を含む。こ
の図示は、画素で完全に描画される実線２ｄとしてだけ表わされ、図２において
、画素は単純に描画され（黒丸）、又は描画されない（白丸）としてよりはむし
ろ、多数のグレーレベルであってもよい。代表的な現代の電子ビームリソグラフ
ィー装置において、画素の描画は約３２０ＭＨｚの電子ビーム変調によって行わ
れる。これらの数値は、代表例を意図するものであり、本発明の限度又は限界を
定めるものではない。

【００２９】一方向走査を双方向走査で置き換えることは、２つの幅広い種類の問題が導入
される。問題の第１の組は、回路構成要素及び従来の一方向ラスタ走査で使用さ
れるハードウェア、並びに双方向蛇行走査を取り扱うために回路を改善しようと
する際に遭遇する問題に関連する。問題の第２の組は、走査ハードウェアを制御
する際のデータ調製及び操作に関連する。上述のように、電子ビーム制御回路に
よって必要に応じてシステムを制御するフラットフォーマットにレンダリングさ
れなければならない階層的なフォーマットで、ユーザーデータは一般的に供給さ
れる。本質的な複雑さは、データ調製、及び一方向走査から双方向走査へ一般化
を試みるときに使用しなければならないデータ経路に起因する。

【００３０】双方向走査のために最初にハードウェアの改良を扱うと、図３は、図１（Ｉ）
の一方向走査のために制御信号を生成する代表的な信号発生装置の回路図を表す
。図４は、図３のそれぞれ位置８及び９で測定した代表的な電圧波形を表す。電
圧、抵抗、静電容量、その他の数値は、一方向ラスタ走査信号を発生させる際に
有用であることが見出されている典型値であり、この数値に本発明を制限するも
のではない。信号は、一般にスイッチ（一般にアナログ式）のタイプの手段によ
ってゼロにリセットされる。次に、回路は、「ランプモード」にセットされ、ス
イッチを開放することにより走査偏向信号を発生させ、適切な積分回路によって
加算される。このような手順は、信号の走査部分及び走査の開始における安定な
ゼロ点基準の間、実質的に線形のランプ信号を提供する。走査の終点は、一般に
比較回路抽出技術によって測定され、走査タイミング信号と同期される。

【００３１】図３の回路によって発生する一方向走査信号（図４で表される波形を有する）
は、コンパレータノイズを受けやすい。加えて、実質的な支持回路が比較回路出
力（図３の９）で要求され、ピーク検出器信号から有用な勾配−制御信号に変換
される。上述した’０８５特許は、ピーク検出の比較法を必要としない方法を提
供する。しかしながら、一方向フライバック４ａの間に必要とされる大きな信号
変化は、双方向走査の使用によって改善されるかもしれない不正確さの本質的な
供給源である。

【００３２】双方向走査は正確な三角波形を必要とし（一方向走査の鋸波形とは対照的に）
、この三角波形は一般に発生させるのは面倒である。図３Ａに図示されるような
代表的な双方向制御回路は、スイッチングレベルを設定するためにコンパレータ
、ツェナーダイオード等を使用し、集積回路を設定するために抵抗器を使用する
。これらのタイプの構成要素を使用する回路は、双方向走査リソグラフィーシス
テムにおいて、有効にその全部の使用を排除するいくつかの限界を有する。例え
ば、走査長さ５は、描画される特定のパターンに依存して、一般に約２５０μｍ
〜約１０００μｍに調整可能である。これは、一般に粗いソフトウェア調整によ
って、出力電圧波形の振幅が約±２．５ボルトから約±１０ボルトに変化するの
を必要とする。このような振幅調整に続いて、電子ビームリソグラフィーが実行
される数分の間、走査信号は安定して約１ｐｐｍに維持されなければならない。
現代の電子ビームリソグラフィー装置に必要な全システム必要条件を達成するた
めに、ツェナー電圧（又は等価な機能）はソフトウェアで制御可能でなければな
らない。加えて、回路の周波数はシステムクロックに同期しなければならず、こ
れにより、走査信号発生回路及びシステム間で位相を最小にする。おそらくソフ
トウェア調整によるＲ_intの単純な調整は、周波数を調整するために十分である
かも知れないが、この回路だけでの位相ロックは確実ではない。

【００３３】このように、双方向走査発生回路を構成する上で遭遇せざるを得ない３つのハ
ードウェア（回路）の課題がある：すなわち、信号振幅、周波数及び位相は、全
て約１ｐｐｍまで制御されなければならない。双方向走査発生回路において同時
に３つ全ての問題を解決することが、本発明の主要な目的である。

【００３４】正確な双方向走査を可能とする回路の改良に加えて、データ調製、操作及びフ
ローにおける改良が、効果的な双方向リソグラフィーのために必要とされる。ビ
ームリソグラフィーのシステムは、ユーザ−提供されたファイルからパターンデ
ータを処理する一般的なハードウェアを使用する。ユーザ−提供されたファイル
中のデータは、一般に特定の回路特性、例えばロジック装置、ＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリ）のメモリセル、その他で表され、ビームリソグラフィーによっ
て作られるフォトリソグラフィーマスクを使用するＩＣ上に一般に作製されても
よい。一般に回路素子によって階層的に体系づけられるユーザ−提供されたファ
イル内のデータは、ビームリソグラフィーに従い易い、代表的には「縞」又は「
一区画」に分解される。これらの縞は、個々の画素を描画するために、さらにビ
ームコントロールデータに分解される。ビームコントロールデータは、レジスト
に入射するビーム強度を最終的に制御するために、最終的にビームブランキング
モジュール（又はビーム強度を制御する他の装置）に提示される。良好な線量制
御は、かなり複雑なハードウェアという代償を払って、「グレースケール」又は
「グレースビーム」によって達成される（Ａｂｂｏｕｄ他、米国特許第５，３９
３，９８７号）。

【００３５】一方向走査においてパターニング精度を高める１つのアプローチは、走査の不
正確さを決定し（一般に予備校正操作において）、次に、パターニングが実行さ
れるときにリアルタイムで適当な補正が適用される。本願の発明者に付与された
’０８５特許は、このアプローチの例である。ビーム補正係数の校正操作及び計
算は、一般にユーザ−供給されたパターンデータから独立している。しかしなが
ら、全データ調製サブシステムは、最も単純な画素の露光であっても一般に使用
されなければならない。これらの先行技術と比較すると、本発明は２つの一般的
な方法で利点を提供する。第１に、本発明は、校正走査を特に提供するためにデ
ータ経路ハードウェアの区画を孤立させる。この改良は双方向走査と同様一方向
走査のために使用されてもよいが、必要な校正計算の数は独立した走査方向の数
が１から２に二倍に増大することに主に依存して増加するので、双方向走査と共
に使用するのが特に有利である。代表的なデータ経路及び効果的な走査校正のた
めに最適化されたデータ経路（一方向及び双方向）を、概略的に図５（Ａ）及び
（Ｂ）に表す。

【００３６】第２の改良は、双方向走査のためにデータ経路ハードウェアを最適化する本発
明の特性に関連する。データ調製ハードウェアにおける先入れ先出し方式（「Ｆ
ＩＦＯ」）レジスタの使用を示す例が、図６（Ａ）及び（Ｂ）に図示されている
。データ調製ハードウェアの目的は、適切なアクティブ方向で走査信号を発生さ
せるために、適切な順序で出力データを提供することである。すなわち、図４で
表される一方向走査のための鋸波形は、図６（Ｂ）で表される双方向走査のため
の三角波形に置き換えられる。ＦＩＦＯレジスタは、システムに図２の上下方向
に電子ビーム走査の方向を伝えるタイミング回路から、信号を受け取る。データ
方向出力に加えて、位相制御又はデータ遅延回路が機能に組み込まれており、こ
れにより、多数の画素（一般に数百まで）の走査に対応する時間によって、全走
査データのタイミングをシフトすることができる。アナログドライバの有限帯域
幅は、２００画素を越えるかも知れないこのような遅延を生じる。これらの遅延
は、アナログ又はデジタル方法によって修正されてもよい。データ調製ハードウ
ェアに構築される遅延回路は、上下走査を発生させるアナログ信号でのこのよう
な遅延を補償するのに役立つ。ＦＩＦＯレジスタ内の位相遅れ回路は、この遅延
を制御する１つの方法である。

【００３７】理想的な電子ビームリソグラフィーシステムは、所定の画素に適切な線量のエ
ネルギーを供給するために、一定時間所定画素の位置にビームを固定して維持し
、次に、次の画素の位置へ遅延なくジャンプする。本発明の１つの目的は、この
理想的な場合に作動可能な近似を達成することである。図７で表される２つのレ
ベル偏向回路は、このような理想的な場合に作動可能な近似を達成する１つの方
法である。静電的な偏向回路は、低電圧で高速な鋸信号を提供する。この高速度
信号は徐行磁界偏向信号の上に重ね合せられ、電子ビームは図７（Ｂ）で表され
る階段波内に移動され、タイミング回路は図９で表される。ここで記述されるス
キームの双方向実施形態は、主磁界偏向信号の極性に一致するように逆走査信号
の極性を制御する。逆走査信号の位相の付加制御を行うことによって、逆走査信
号の動作をビームブランキング信号に適合させることができる。

【００３８】本発明の実施形態による双方向走査信号発生器は図８Ａで表され、その等価回
路は図８Ｂで表される。この双方向走査信号発生回路は、三角信号の信号振幅及
び位相を精度の高いレベルに制御する能力を提供する。これらの目的を達成する
際に役に立つ電子ビームリソグラフィーシステムの１つの特性は、電子ビーム走
査の「方向を変える」時間を許容することである。実用的な電子ビームリソグラ
フィーシステムは、所定の方向変換時間、再位置決めされるビームのラインに続
く間隔、及び次のラインの走査を開始する整列を（受け入れられると思われるが
）許容する。一般に、電子ビームは方向変換時間の間、消される（又はターゲッ
トを照射しない）。図８Ａで表される本発明の実施形態における代表的な動作は
、以下で記述される。デジタル／アナログ変換器（「ＤＡＣ」）１０１は、電子
ビーム走査の全長を最終的に決定するために使用される電圧を供給する。異なる
電圧が異なる長さの走査ラインを発生させるために既に使用されているが、一般
に、上記電圧は、約１０ボルトである（１０００μｍの走査ラインを発生させる
）。この電圧は抵抗器１０２に適用され、増幅器１０３及び帰還コンデンサ１０
４に適用される一体化した電流が確立される。定電流の適用は、アナログスイッ
チ１０５が閉まるまで、実質的に直線的に増幅器１０３の出力を傾斜させる。好
適には、増幅器１１０は反転増幅器１０９（名目上−１０ボルトで）を備えるゲ
インが１である差動増幅器であり、増幅器１０３の出力が−１０ボルトである時
、ゼロボルトの出力を有する。スイッチ１０５を閉じることにより、増幅器１０
３を異なる閉フィードバックループに接続し、代表的には−１０ボルトで異なる
公称傾斜終了電圧で増幅器１０３の出力を維持する。スイッチ１０５を開きスイ
ッチ１１２が閉じる点において、タイミング回路（図９）がスイッチ１０７を閉
じるまで、積分増幅器１０３は立ち上がり、１０３の出力電圧（差動増幅器１１
１の閉ループ経路を通して）は、公称値＋１０ボルトとなる。立ち上がりの間、
僅かな電圧ドリフトが起こってもよいが、出力電圧は常に入力ＤＡＣ（１０１）
電圧のプラス又はマイナス値に設定される。この回路は、タイミングと同様に両
方のピーク間電圧を安定にする（一般にタイミングは、図示しないシステムタイ
ミング回路によって設定される）。

【００３９】本発明の他の特徴は、ビーム偏向及びビーム制御モジュールの重要な機能に同
期するタイミングを制御するための方法及び回路に関する。本発明の１つの重要
な目的は、電子ビーム画素の正確な配置を達成するために、偏向、制御及び他の
信号の正確な同期を提供することである。低い信号「ジッター」を達成すること
は、本発明の関心事である。タイミング信号の不適当な選択及び経路選択は、有
害なレベルのノイズ及び容認できない電子ビームの位置決め誤りをもたらす。十
分なタイミングスキームもまた、種々の走査長又は走査方向が使用されるときに
、変化するかもしれない様々なアナログ位相遅れを許容しなければならない。本
発明は、様々な動作条件を収容するために、粗い及び微細なタイミング遅延調整
の連続を利用し、電子ビーム双方向走査の動作を向上させるタイミング制御信号
を使用する。本発明によるタイミング回路の実施形態は、図９にブロック形式で
表される。

【００４０】図８Ｂで表される回路で達成される目的は、２つであり、すなわち、システム
タイミングによる調整での正確な振幅制御及び正確なタイミングである。図８Ｂ
の回路で発生する波形は、図８Ｃで表される。振幅は、電圧Ｖ_setによって制御
される。Ｖ₀が＋Ｖ_setに近いとき、システムタイミング信号、例えばＳｂは通常
閉じる。これが起こるとき、フィードバック電圧＋Ｖ_setは、出力を＋Ｖ_setで固
定するように維持する。Ｓｃが開き、Ｓｂも開くまで、出力はその電圧を維持す
る。次に、出力電圧は、入力電流（Ｖ_set）／（Ｒ_int）によって傾斜を負の方向
に強制される。これは、Ｓａが閉じ、Ｖ₀が−Ｖ_setになるまで続く。

【００４１】ランプ信号Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃのタイミングは、代表的には１ｐｐｍのタイミン
グ精度でシステムクロックによって制御される。従って、傾斜はシステムタイミ
ングによるまで方向を変えない（＋Ｖ_set又は−Ｖ_setを維持）。従って、タイミ
ングは図３Ａで示す個々の構成要素の機能でなくて、むしろ全体的なシステム同
期及びタイミングに依存する。

【００４２】詳細に記述された本発明は、当業界で熟練した当業者は、記述された本発明の
思想から離れることなく、種々の変形を行い得るものと認められる。従って、本
発明の範囲を記述及び図示された本発明の好適な実施の形態に限定することを意
図するものではない。むしろ、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定めら
れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ｉ）は一方向走査の概略図であり、（ＩＩ）は双方向走査の概略図である。
ここで、直線の矢印２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは入射ビームによって描画されてい
ることを示し、破線の矢印４ａ、４ｂはフライバックを示す。

【図１Ａ】上下走査方向で適用される必要がある動的な補正を変更する概略図である。

【図２】画素描画の概略図であり、白丸は描画されていない画素を示し、黒丸は描画さ
れた画素を示す。

【図２Ａ】画素描画の概略図である。（Ｉ）は完全な整列を表し、（ＩＩ）は不整列を表
す。

【図２Ｂ】バンド幅ｆ_c、位相遅延及び三角波形のオフセット誤差間の関係を示す概略図
である。

【図３】一方向走査の発生回路を示す代表的な概略ブロック図である。

【図３Ａ】双方向走査の発生回路を示す概略ブロック図である。

【図３Ｂ】図３Ａの回路で発生する波形を示す概略図である。

【図４】図３の一方向走査の回路で発生する代表的な波形を示す概略図である。

【図５】代表的なデータ経路（Ａ）及び走査補正のために最適化されたデータ経路（Ｂ
）の概略ブロック図を示す。

【図６】（Ａ）は双方向走査のために最適化されたデータ経路の概略ブロック図を表し
、（Ｂ）は双方向走査波形を表す。

【図７】ビーム制御素子（Ａ）及び階段波信号発生（Ｂ）の概略図である。

【図８Ａ】双方向走査発生回路の概略ブロック図である。

【図８Ｂ】図８Ａの等価回路の概略ブロック図である。

【図８Ｃ】図８Ｂの回路で発生する代表的な波形を示す。

【図９】双方向走査タイミング回路の概略ブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H097 AA03 BA00 BA10 BB00 CA16 LA10 5C033 GG01 GG03 GG07 5F056 CB11 CC01 EA06 EA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビームリソグラフィーシステムのための双方向走査信号発生
器であって、抵抗器に約１０ボルトの電圧を供給するデジタル／アナログ変換器を備え、第
１の増幅器及び第１のフィードバックコンデンサに印加される積算電流を確立し
、これにより、前記第１の増幅器の出力を実質的に直線状に立ち下げて、前記第
１の増幅器の出力をランプ電圧の公称終端に維持する閉じたフィードバックルー
プに前記第１の増幅器を接続するために第１のアナログスイッチを閉じ、前記第
１のアナログスイッチを開きかつ第２のアナログスイッチを閉じ、タイミング回
路が前記第１の増幅器の出力電圧を名目上＋１０ボルトにする第２のアナログス
イッチを閉じるまで、前記増幅器を立ち上げる、双方向走査信号発生器。
【請求項２】双方向ビームリソグラフィー装置を制御するデータ処理シス
テムであって、双方向校正走査を提供するデータ経路ハードウェアの分離した区
画を備える、システム。
【請求項３】双方向ビームリソグラフィー装置を制御するデータ処理シス
テムであって、ビーム走査の方向に対応するタイミング回路から信号を受け先入れ先出し抵抗
器を備え、前記抵抗器はさらに、全走査ラインのタイミングデータをシフトする
構成を有する位相遅延回路を備える、システム。
【請求項４】ビーム偏向システムであって、ａ）双方向走査の第１の方向に前記ビームを偏向させるように構成される低電
圧、高速静電偏向器を含む第１の偏向器であり、前記第１の偏向器はシフトレジ
スタから走査ライン制御情報及び直線性補正情報を受け取る、第１の偏向器と、ｂ）双方向走査の第２の逆方向に前記ビームを偏向させるように構成される低
電圧、高速静電偏向器を含む第２の偏向器であり、前記第２の偏向器は前記シフ
トレジスタから走査ライン制御情報及び直線性補正情報を受け取る、第２の偏向
器と、及びｃ）前記ビームを階段状に偏向するように構成された第３の偏向器であって、
前記第３の偏向器によるビーム偏向は、前記第１及び第２の偏向器による偏向で
重ね合せられる、第３の偏向器と、を備えるシステム。
【請求項５】磁界偏向信号の極性に適合するように逆走査信号の極性を制
御する構成を有する制御装置をさらに含む、請求項４に記載のシステム。