JP2004296554A

JP2004296554A - 描画方法、表示方法、および表示・描画方法

Info

Publication number: JP2004296554A
Application number: JP2003083820A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Goto; 勝人後藤; Takashi Shimatani; 孝島谷; Akichika Yamamoto; 安基親山本
Original assignee: SANYU ELECTRON CO Ltd
Current assignee: SANYU ELECTRON CO Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】本発明は、感光性膜を荷電粒子のビームスポットで走査して描画および表示する描画方法、表示方法、および表示・描画方法に関し、感光性膜上の画像を感光させずに表示して各種調整を可能にすると共に、ヒステリシスなどの影響を受けずに所定区画を正確かつ高速に描画可能にすることを目的とする。
【解決手段】感光性膜を荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速走査する、あるいは荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速かつ荷電粒子のビームスポットを遮断して走査するステップと、高速走査して描画する区画にきたときに、露光量以上となる低速走査にして当該区画内をビームスポットで塗りつぶす、あるいは露光量以下の高速走査を繰り返して露光量以上で当該区画内を塗りつぶす、ステップとなどを有する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光性膜を荷電粒子のビームスポットで走査して画像を表示する描画方法、表示方法、および表示・描画方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板上に感光性樹脂を塗付などして形成した感光性膜に、荷電粒子線（例えば電子線）で露光してパターンを描画する場合、感光性膜上をビームスポットで走査して当該ビームスポット位置を確認、調整しようとすると、感光性膜が露光してしまうので出来ず、別の領域で荷電粒子線の位置情報などを校正したり、各種調整を行った後、ビームスポットをＯＦＦにして当該校正した位置から感光性膜の描画位置に正確に移動した後、荷電粒子線のビームスポットで感光性膜に描画開始していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来は上述したように、基板上に感光性樹脂を塗付して形成した感光性膜に、荷電粒子線で走査すると露光されてしまうため、別の領域で位置調整などして校正した後、正確に感光性膜の描画開始位置に移動し、描画開始する必要があり、操作が面倒であると共に、実際の感光性膜上の位置を正確に確認、調整および観察し得ないという問題があった。
【０００４】
本発明は、これらの問題を解決するため、感光性膜を露光量以下となる高速のビームスポットで走査して得た信号について所定区画内の複数の画素を１つの画素に縮小した明るくて高画質の画像を表示して位置を確認、調整すると共に、描画時に高速のビームスポットで走査して描画位置にきたときに露光量を満たす低速のビームスポットで所定区画を塗りつぶして描画することを繰り返し、感光性膜上に画像を感光させずに表示して各種調整を可能にすると共に、ヒステリシスなどの影響を受けずに所定区画を正確かつ高速に描画可能にすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
図１を参照して課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
図１の（ａ）は、描画方法を示す。感光性膜上を、荷電粒子線のビームスポットで水平方向に感光性膜の露光量以下で高速走査し、塗りつぶす区画（画素）にきたときに、感光性膜の露光量以上で低速走査して当該区画内を塗りつぶし、塗りつぶしが完了したら高速走査を継続することを繰り返し、１走査線分が終ったら次の走査線について繰り返して全体を描画するようにしている。
【０００７】
この際、高速走査時は、後述する図２のブラッキング電極４に電圧を引加してビームスポットが感光性膜に照射しないように遮断してもよい。
【０００８】
また、高速走査および低速走査は、ある方向にビームスポットを走査して完了したときに、当該ある方向とほぼ直角方向に所定距離だけ移動した位置で、ある方向の走査を繰り返すようにしている。
【０００９】
また、感光性膜上を荷電粒子のビームスポットで水平方向に露光量以下となる高速走査し、１走査線分が完了したときに次の走査線について繰り返して全体を高速走査し、高速走査したときに感光性膜から放射あるいは感光性膜に吸収された信号を増幅し、増幅した信号について高速走査した所定区画内の全画素に対応する信号をもとに１つの画素の信号を生成し、生成した信号をもとに画像（縮小画像）を表示するようにしている。
【００１０】
この際、高速走査は、ある方向にビームスポットを走査して完了したときに、当該ある方向とほぼ直角方向に所定距離だけ移動した位置で、ある方向の走査を繰り返すようにしている。
【００１１】
また、高速走査によって生成した画像を記憶して表示した状態で調整した後、描画を行なうようにしている。
【００１２】
従って、感光性膜を露光量以下となる高速のビームスポットで走査して得た信号について所定区画内の複数の画素を１つの画素に縮小した明るくて高画質の画像を表示して位置を確認、調整すると共に、描画時に高速のビームスポットで走査して描画位置にきたときに露光量を満たす低速のビームスポットで所定区画を塗りつぶして描画することを繰り返すことにより、感光性膜上の画像を感光させずに表示して各種調整を可能にすると共に、ヒステリシスなどの影響を受けずに所定区画を正確かつ高速に描画可能にすることが可能となる。
【００１３】
【実施例】
次に、図１および図２を用いて本発明の実施の形態および動作を順次詳細に説明する。ここでは、荷電粒子のビームスポットとして電子線のビームスポットを例に以下説明する。電子線以外の電荷を持つイオンなどのビームスポットについても同様に動作するものである。
【００１４】
図１は、本発明の説明図を示す。
図１の（ａ）は、描画方法の説明図を示す。
【００１５】
図１の（ａ−１）は、感光性膜のある部分をＭ×Ｎ画素で当該感光性膜の露光量以下で高速走査する様子を模式的に示す。ここでは、水平方向（ｘ方向）にＭ画素で高速走査し、垂直方向（ｙ方向）にＮライン分、水平方向に高速走査する。例えば、図中のパターン”Ｎ”を描画する場合、当該パターン”Ｎ”の画素（区画）にきたときに高速走査を一時的に停止し、図１の（ａ−２）の露光量以上の低速走査（あるいは露光量以下の高速走査を繰り返して露光量以上となる回数分を繰り返す走査）で当該画素（区画）内を塗りつぶして描画し、塗りつぶしを完了したときに、図１の（ａ−１）の高速走査を続行することを繰り返す。
【００１６】
図１の（ａ−２）は、塗りつぶし（低速走査）の様子を示す。
図１の（ａ−２−１）は、１画素（１区画）内を右方向の水平方向に低速走査して終了したときに、ブラッキング電極４に電圧を印加してビームスポットを遮断し、次の走査線の左端に戻り、ブラッキング電極の電圧をＯＦＦにし、当該次の走査線の低速走査を繰り返し、塗りつぶす例を示す。
【００１７】
図１の（ａ−２−２）は、１画素（１区画）内を右方向の水平方向に低速走査して終了したときに、次の走査線について右から左方向に低速走査を繰り返し、塗りつぶす例を示す。この場合には、低速走査を行きと帰りで共に走査線を走査するため、高速に塗りつぶしが可能となる。
【００１８】
次に、図１の（ａ）の描画時の動作を説明する。
（１）図１の（ａ−１）に示すように、感光性膜を電子線のビームスポットで、露光量以下の高速走査で当該感光性膜の全体、ここでは、全体をＭ×Ｎの画素として、水平方向（ｘ方向）に１走査線分走査し、次に垂直方向（ｙ方向）に移動させ、同様に水平方向に高速走査を繰り返すようにして全体（Ｍ×Ｎ，Ｍは水平方向の画素数、Ｎは垂直方向の画素数）を高速走査する。尚、高速走査時には、後述する図２のブラッキング電極５に電圧を印加し、ビームスポットを軸外に偏向してビームスポットを遮断し、感光性膜を高速走査時に照射しないようにしてもよい。
【００１９】
（２）（１）の高速走査中に、塗りつぶし画素（区画）にきたときに、高速走査を一時的に停止し、図１の（ａ−２）に示すように、感光性膜を電子線のビームスポットで、露光量以上の低速走査に切替えて感光性膜の当該画素（区画）内を塗りつぶす。
【００２０】
（３）（２）の塗りつぶしが完了したら、（１）の高速走査に戻り、同様に繰り返し、１走査線分を終了したら、次に垂直方向に１画素分移動し、次の１走査線について、（１）、（２）を繰り返し、全ての走査線を終了（垂直方向にＮ画素分を終了）したときに、感光性膜の全体の描画を終了する。
【００２１】
以上のように、感光性膜の全体をＭ×Ｎ画素として、当該感光性膜の露光量以下で高速走査し、塗りつぶし画素（区画）にきたときに感光性膜の露光量以上の低速走査で当該画素（区画）内を塗りつぶして描画することを繰り返すことにより、感光性膜の描画領域の全体を高速描画することが可能となると共に、全体を走査するため偏向コイルの磁気特性などによるヒステリシスによる影響を常に同じにして正確に所定の画素（区画）の位置を塗りつぶして描画することが可能となる。
【００２２】
図１の（ｂ）は、表示方法の説明図を示す。
図１の（ｂ−１）は、感光性膜の全体をＭｍ×Ｎｎ画素で当該感光性膜の露光量以下で高速走査する様子を模式的に示す。ここでは、水平方向（ｘ方向）にＭｎ画素で高速走査し、垂直方向（ｙ方向）にＮｎライン分、水平方向に高速走査する。ここで、Ｍ，Ｎは図１の（ａ−１）の高速走査するときの画素数である、Ｍ，Ｎであり、ｍ，ｎは図１の（ａ−２）の１画素（区画）内を走査するときの画素数である、ｍ，ｎである。
【００２３】
図１の（ｂ−２）は、表示画像（縮小画像）の例を示す。これは、図１の（ｂ−１）の高速走査したときに検出された信号について、各ｍ×ｎの区画（画素）内の信号を抽出してこれらの例えば平均を算出して１つの画素の信号に変換し、画面上にＭ×Ｎ画素の縮小した画像（縮小画像）を生成した様子を示す。
【００２４】
以上のように、表示時に、Ｍｍ×Ｎｎ画素で感光性膜の露光量以下の高速走査で走査し、検出した信号について、各ｍ×ｎ内の信号を平均して１つの画素の信号にし、結果としてＭ×Ｎ画素の縮小画像を生成して表示することにより、感光性膜上を直接に露光量以下の高速走査して検出した信号について、ｍ×ｎ画素の信号を平均して明るいかつ高Ｓ／Ｎの画素信号を生成して良質の画像を表示することが可能となる。
【００２５】
尚、上述では、描画時と表示時とで区画（ｍ×ｎ）を同一として説明したが、この値ｍ，ｎは描画時と表示時とで任意に変えてもよい。描画時の値ｍ，ｎは、描画する１区画（１画素）の最小のサイズと、全体を描画するときの全時間とのかねあいで最適な値を決定すればよい。更に、ｍとｎを等しくすれば、正方形となり、等しくしなければ長方形の区画（最小描画区画）となる。また、同様に、表示時の値ｍ，ｎは、表示装置の画面上に表示する１区画（１画素）の最小のサイズと表示したときの明るさあるいは画質に最適な値を決定すればよい。更に、ｍとｎを等しくすれば、正方形となり、等しくしなければ長方形のとなる（長方形の場合は表示画像は当該長方形の縦と横の長さに反比例した、縦と横の異なる倍率の表示画像となる）。
【００２６】
図２は、本発明のシステム構成図を示す。
図２（ａ）は、走査型電子顕微鏡に図１の発明を適用した全体のシステム構成の例を示す。
【００２７】
図２の（ａ）において、ＳＥＭ１０は、走査型電子顕微鏡であって、細く絞った電子線のビームスポットで、ここでは、基板上に感光性膜を塗付したサンプル６上を当該感光性膜の露光量以下の高速走査で走査し、所定画素（区画）にきたときに低速走査して当該画素（区画）内を塗りつぶして描画した後、高速走査を繰り返すものであり、電子銃１、集束レンズ２、偏向コイル３、ブラッキング電極５、対物レンズ６、ＸＹ走査信号発生器１１、倍率設定器１２、ブラッキング電圧発生器１３、検出器１４、および増幅器１５などから構成されるものである。
【００２８】
電子銃１は、電子線を発生させるものであって、通常は、ヘアピン型のフィラメントを加熱して熱電子を電圧を印加して引出しこれを加速した電子線のビームを放出するものである。
【００２９】
集束レンズ２は、電子銃１から放出された電子線のビームを細く絞った電子ビームに集束するものである。
【００３０】
偏向コイル３は、電子線のビームを偏向（水平方向および垂直方向に偏向）し、サンプル６上でビームスポットを走査（Ｘ方向およびＹ方向に走査）するものである。
【００３１】
ブラッキング電極５は、電圧を印加して電子線のビームを偏向し、サンプル６に行きつかないように遮断するものである。
【００３２】
対物レンズ６は、電子線のビームを細く絞った状態でサンプル６上に照射するためのものである。
【００３３】
サンプル６は、電子線のビームスポットで走査（Ｘ方向およびＹ方向の走査）して描画したり、当該サンプル６から放出された信号あるいは吸収された信号を増幅して表示装置３上の当該サンプル６の画像を表示したりする対象のサンプルであって、ここでは、基板上に感光性樹脂を塗布して形成した感光性膜のサンプルである。
【００３４】
ＸＹ走査信号発生器１１は、処理装置２１から入力されたＨ（Ｈ走査信号、水平走査信号）、Ｖ（Ｖ走査信号、垂直走査信号）をもとに、偏向コイル３を駆動する信号（電流信号）を発生するものである。Ｈ信号，Ｖ信号は、感光性膜の露光量以下の高速走査用のＨ信号、Ｖ信号と、感光性膜の露光量以上の画素（区画）内を塗りつぶす低速用のＨ信号、Ｖ信号とが、後述する図２の（ｂ）のＤ／Ａ走査波形発生器２２から供給される。低速用のＨ，Ｖ走査信号は、感光性膜の露光量以上であり、高速Ｈ信号、高速Ｖ信号で走査して露光量以上となるようにくり返し走査し、画素（区画）内を描画するようにしてもよい。
【００３５】
倍率設定器１２は、偏向コイル３を駆動する電流（電圧）を分流（分圧）し、サンプル６上でビームスポットが走査される範囲を狭めて、結果として表示装置３の画面上に表示するサンプル６の画像を任意倍率に拡大するための倍率設定器である。
【００３６】
ブラッキング電圧発生器１３は、ブラッキング電極４に電圧を印加し、電子線のビームを偏向して遮断し、電子線のビームスポットがサンプル６を照射しないようにするものである。
【００３７】
検出器１４は、サンプル６から放出された信号を検出するものであって、例えば２次電子を検出するシンチレータや、反射電子を検出する半導体検出器などである。この他に、サンプル６にビームスポットが照射されて当該サンプル６に吸収された電流を検出するために、当該サンプル６と接地との間に挿入した電流検出器などがある。
【００３８】
増幅器１５は、検出器１４で検出された信号を増幅したり、インピーダンスを低くし、ノイズの混入を防止したりなどするものである。
【００３９】
処理装置２１は、ＳＥＭ１０を制御してサンプル６である感光性膜の上に描画したり、ＳＥＭ１０から取り込んだ信号（増幅器１５から取り込んだ信号）などをもとにサンプル６の拡大画像を生成して表示装置３に表示したりなどするものであって、ここでは、Ｄ／Ａ走査波形発生器２２、Ｄ／Ａブラッキングタイミング発生器２３、Ａ／Ｄ画像処理回路２４、およびＣＰＵ２５などから構成されるものである。
【００４０】
Ｄ／Ａ走査波形発生器２２は、感光性膜の露光量以下の高速走査信号（高速Ｈ信号、高速Ｖ信号）および感光性膜の露光量以上の低速走査信号（低速Ｈ信号、低速Ｖ信号）を生成してその和のＨ信号およびＶ信号を生成するものである（図２の（ｂ）を用いて後述する）。
【００４１】
Ｄ／Ａブラッキングタイミング発生器２３は、ブラッキング電極５に電圧を印加するタイミング信号を発生するものである。
【００４２】
Ａ／Ｄ画像処理回路２４は、増幅器１５で増幅された信号を、デジタルの信号に変換し、ＣＰＵ２５に渡すものである。
【００４３】
ＣＰＵ２５は、図示外のプログラムに従い、全体を統括制御などするものであって、ここでは、既述した図１の（ａ）で説明した描画したり、図１の（ｂ）で説明した表示したりなどするものである（図１の説明参照）。
【００４４】
表示装置３は、サンプル６から得られた画像（縮小画像、例えば図１の（ｂ−２）の画像）を表示したり、図１の（ａ−１）の描画しようとする描画画像（描画データ、描画パターン）を表示したりなどするものである。
【００４５】
図２の（ｂ）は、図２の（ａ）のＤ／Ａ走査波形器２２の詳細構成図を示す。図２の（ｂ）において、Ｄ／Ａ走査波形発生器２２は、図示のように、低速Ｈ信号発生器４１、低速Ｖ信号発生器４２、高速Ｈ発生器４３、高速Ｖ発生器４４、加算回路４５，４６などから構成されるものである。
【００４６】
低速Ｈ信号発生器４１および低速Ｖ信号発生器４２は、電子線のビームスポットでサンプル６である感光性膜を走査したときに、当該感光性膜の露光量以上となる速度でＨ方向およびＹ方向に走査するデジタルの信号を生成し、アナログ信号に変換して出力するものである。低速Ｈ信号および低速Ｖ信号は、感光性膜の露光量（感度）、電子線のビームスポットの電流密度、更に電子線のビームスポット径などに依存して決まるものであり、予め実験によって最適値を求めて最適な低速Ｈ信号および低速Ｖ信号の速度を決定する。尚、低速Ｈ信号および低速Ｖ信号として、高速Ｈ信号あるいは高速Ｈ信号と高速Ｖ信号の両者を複数回繰り返して感光性膜の露光量以上となるように走査してもよい。
【００４７】
高速Ｈ信号発生器４３および高速Ｖ信号発生器４２は、電子線のビームスポットでサンプル６である感光性膜を走査したときに、当該感光性膜の露光量以下となる速度でＨ方向およびＹ方向に走査するデジタルの信号を生成し、アナログ信号に変換して出力するものである。高速Ｈ信号および高速Ｖ信号は、感光性膜の露光量（感度）、電子線のビームスポットの電流密度、更に電子線のビームスポット径などに依存して決まるものであり、予め実験によって最適値を求めて最適な高速Ｈ信号および高速Ｖ信号の速度を決定する。
【００４８】
加算回路４５は、低速Ｈ信号発生回路４１からのアナログの低速Ｈ信号および高速Ｈ信号発生器４３からのアナログの高速Ｈ信号を加算し、Ｈ（Ｈ走査信号）を生成するものである。
【００４９】
加算回路４６は、低速Ｖ信号発生回路４１からのアナログの低速Ｖ信号および高速Ｖ信号発生器４３からのアナログの高速Ｖ信号を加算し、Ｖ（Ｖ走査信号）を生成するものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、感光性膜を露光量以下となる高速のビームスポットで走査して得た信号について所定区画内の複数の画素を１つの画素に縮小した明るくて高画質の画像を表示して位置を確認、調整すると共に、描画時に高速のビームスポットで走査して描画位置にきたときに露光量を満たす低速のビームスポットで所定区画を塗りつぶして描画することを繰り返す構成を採用しているため、感光性膜上に画像を感光させずに表示して各種調整を可能にすると共に、ヒステリシスなどの影響を受けずに所定区画を正確かつ高速に描画することが可能となる。
可能にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図である。
【図２】本発明のシステム構成図である。
【符号の説明】
１：電子銃
２：集束レンズ
３：偏向コイル
４：ブラッキング電極
５：対物レンズ
６：サンプル（感光性膜）
１０：ＳＥＭ
１１：ＸＹ走査信号発生器
１２：倍率設定器
１３：ブラッキング電圧発生器
１４：検出器
１５：増幅器
２１：処理装置
２２：Ｄ／Ａ走査波形発生器
２３：Ｄ／Ａブラッキングタイミング発生器
２４：Ａ／Ｄ画像処理回路
２５：ＣＰＵ
３：表示装置
４１：低速Ｈ信号発生器
４２：低速Ｖ信号発生器
４３：高速Ｈ信号発生器
４４：高速Ｖ信号発生器
４５，４６：増幅器

Claims

感光性膜を荷電粒子のビームスポットで走査して描画する描画方法において、
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速走査する、あるいは荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速かつ荷電粒子のビームスポットを遮断して走査するステップと、
前記高速走査して描画する区画にきたときに、露光量以上となる低速走査にして当該区画内をビームスポットで塗りつぶす、あるいは露光量以下の高速走査を繰り返して露光量以上で当該区画内を塗りつぶす、ステップと
を有する描画方法。
前記高速走査および前記低速走査は、ある方向にビームスポットを走査して完了したときに、当該ある方向とほぼ直角方向に所定距離だけ移動した位置で、前記ある方向の走査を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の描画方法。
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで走査して画像を表示する表示方法において、
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速走査するステップと、
前記高速走査したときに前記感光性膜から放射あるいは前記感光性膜に吸収された信号を増幅するステップと、
前記増幅した信号について、高速走査した所定区画内の全画素に対応する信号をもとに１つの画素の信号を生成するステップと、
前記生成した信号をもとに画像を表示するステップと
を有する表示方法。
前記高速走査は、ある方向にビームスポットを走査して完了したときに、当該ある方向とほぼ直角方向に所定距離だけ移動した位置で、前記ある方向の走査を繰り返すことを特徴とする請求項３記載の表示方法。
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで走査して画像を表示した後、描画する表示・描画方法において、
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速走査するステップと、
前記高速走査したときに前記感光性膜から放射あるいは前記感光性膜に吸収された信号を増幅するステップと、
前記増幅した信号について、高速走査した所定区画内の全画素に対応する信号をもとに１つの画素の信号を生成するステップと、
前記生成した信号をもとに画像を表示するステップと、
感光性膜を荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速走査する、あるいは荷電粒子のビームスポットで当該感光性膜の露光量以下となる高速かつ荷電粒子のビームスポットを遮断して走査するステップと、
前記高速走査して描画する区画にきたときに、露光量以上となる低速走査にして当該区画内をビームスポットで塗りつぶす、あるいは露光量以下の高速走査を繰り返して露光量以上で当該区画内を塗りつぶす、ステップと
を有する表示・描画方法。
前記高速走査および前記低速走査は、ある方向にビームスポットを走査して完了したときに、当該ある方向とほぼ直角方向に所定距離だけ移動した位置で、前記ある方向の走査を繰り返すことを特徴とする請求項７記載の表示・描画方法。
前記高速走査によって生成した画像を記憶して表示した状態で調整した後、前記描画を行なうことを特徴とする請求項５あるいは請求項６記載の表示・描画方法。