JP3050719U - 電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 外乱の混入を阻止して高い描画精度を保証で
き、走査電子顕微鏡本体の電子線偏向回路に対して改造
を不要とする。 【解決手段】 描画信号を発生する図形処理手段ＣＡＤ
と、電子線を発生し、電子レンズで集束させ、集束電子
線を試料表面で電子線偏向系により走査して図形パター
ンを描画するため走査電子顕微鏡１０としての電子線照
射手段と、図形処理手段が供給する描画信号に応じて、
集束電子線を試料に照射・非照射する制御信号を走査電
子顕微鏡本体に装着したブランキングユニットＢＬＫへ
供給する描画管理手段ＢＤＲとから成る電子線描画装置
にあって、電子線照射手段に内蔵する第一走査ユニット
と、電子線照射手段の電子回路から電磁的に絶縁した第
二の走査ユニットを備え、両走査ユニットの走査出力信
号を個別に電子線偏向系の偏向コイルに導く切換機能Ａ
Ｄを備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案は、走査電子顕微鏡をベースにした電子線描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種の電子線描画装置は、市販されている走査電子顕微鏡に対して、ＣＡＤ 機能を持つ電算機ユニット（所謂パソコン）と、電子線描画で試料である基板上 のレジストに所望のパターンを描くためブランキング機能、および描画領域を基 板上で順次移動させてつなぎ合わせるため試料の座標位置を決める機能を有する 付属装置（描画支援装置、ビームドロー： Beam Draw：本出願人により商標登録 中の名称）とを組み合わせて形成されている。

【０００３】 走査電子顕微鏡は低価格で市販されているため、電子線描画を利用する研究者 に対してこの走査電子顕微鏡をベースにして小型で簡便な研究用の電子線描画シ ステムを比較的低価格で提供できる。この種の走査電子顕微鏡は高性能、高分解 能を保証しているが、同時に販売価格を徹底的に低減するため、種々の製造技術 上の処置が導入されている。例えば、種々の制御回路、例えば電子レンズ制御電 源、電子線加速度制御電源、電子銃の放出電流制御回路、電子線走査用の電子線 偏向系電源、これ等の電源や回路間の相互関係を制御するための複合制御回路等 を一枚または数枚の印刷基板内に集積して相互結線作業を低減させている。多く の場合、これ等の電源回路は同一電源、つまりグランドラインや正負電源の導線 を共用している。更に、近年回路のデジタル化が進み、上記の制御回路には種々 のデジタル回路素子が含まれているため、強いパルス状の電流が基板内に瞬間的 に流れる。これ等の事情により、上に述べた種々の制御回路間で電磁的または電 気的なカップリングが生じ、このため電気信号間に干渉が発生し易い。

【０００４】 本出願人は、この原因により電子線偏向系に擾乱信号が混入するため、走査電 子顕微鏡像の分解能が著しく低減すること、および、電子線描画に使用する場合 、描画するパターンに不規則な歪みが発生する可能性を指摘した。そして、この 問題を解決するため、電子線偏向系の回路に簡単な低域通過濾波回路を付加する ことを提唱し、これ等の問題を飛躍的に改善することができた（実用新案登録公 報、登録番号第 3042956号を参照）。しかしながら、電子線描画装置に上記の波 方式を適用すると、使用上、一部に不便が生じることも判明した。即ち、 1) 濾波回路を付加すると、走査信号である所謂「鋸電圧波形」に僅かな「歪 み」つまり「だれ」が必ず生じる。この信号の歪みは、電子線描画に使用すると 、パターンに歪みを与え、特に極度に微細で高精度なパターンの場合には使用に 耐えくなる。この問題を解決するため、パターン修正用の付加的な低域通過濾波 回路を更に追加することも提案した。しかし、この修正には描画の対象物が変わ れば濾波条件をその都度変更する必要があり、使用方法も複雑になるため習熟に 著しく長時間を要する。これには相当な時間と忍耐が必要となる。そして何より も回路が複雑になり製造コストが上昇する。

【０００５】 2) 上記のような付加的な低域通過濾波回路を追加する改造を走査電子顕微鏡 に導入すれば、製造メーカーの製造責任による保証が得られなくなるので、使用 している走査電子顕微鏡に故障や不調が生じた場合、当該メーカーの保守や調整 を受けることができないか、認容できる範囲の経費で受けることができない恐れ が生じる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記の事情に鑑み、この考案の課題は、描画時に電子線偏向系に他の電子回路 から外乱の混入を阻止して極微細なパターンの描画に要求される高い描画精度を 保証することができ、同時に使用する走査電子顕微鏡本体の電子制御回路、特に 電子線偏向系の電子制御回路に対して改造を不要とする電子線描画装置を提供す ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記の課題は、この考案により、所望の図形パターンを指定して対応する描画 信号を発生する図形処理手段と、電子線を発生し、電子レンズで集束させ、集束 電子線を試料表面で電子線偏向系により走査して前記図形パターンを描画するた め走査電子顕微鏡としての電子線照射手段と、前記図形処理手段から供給された 前記描画信号に応じて、前記集束電子線を試料に照射・非照射する制御信号を走 査電子顕微鏡本体に装着されたブランキングユニットへ供給する描画管理手段と から成る電子線描画装置にあって、電子線照射手段に内蔵された第一走査ユニッ トの外に、この電子線照射手段の電子回路から電磁的に絶縁された第二の走査ユ ニットを備え、第一と第二の走査ユニットの走査出力信号を個別に電子線偏向系 の偏向コイルに導く切換機能を備えていることによって解決されている。

【０００８】 更に、この考案による他の有利な構成は実用新案登録請求の範囲の従属請求項 に記載されている。

【０００９】

【考案の実施の形態】

この考案による上記構成の電子線描画装置では、図形処理手段としてＣＡＤ機 能を保有する電算機ユニット（通常のパソコン）が使用され、電子線照射手段と して電子線描画用に特別にブランキングユニットを付加した走査電子顕微鏡が使 用される。描画管理手段は、上記パソコンと走査電子顕微鏡を有機的に結び付け て描画作業を支援する描画支援装置である。この描画支援装置は、パソコンから 供給された所望の図形パターンに対応する描画信号に応じて走査電子顕微鏡の集 束電子線を試料に照射・非照射する制御信号を前記ブランキングユニットに送っ て描画を実行する機能を持っている。更に、この描画支援装置は、走査電子顕微 鏡の試料室内で試料位置を決定するＸ，Ｙ測長器の検出信号を処理し、試料を所 定の位置に移動させるためモータ、好ましくは超音波モータおよび変位駆動力を 伝達する移動機構の制御信号を発生する機能も備えている。

【００１０】 この考案によれば、走査電子顕微鏡にに内蔵されている外部擾乱の混入し易い 第一走査ユニットの外に、走査電子顕微鏡内にある電子回路から電気的に分離絶 縁された第二の走査ユニットを備えている。第一走査ユニットと第二の走査ユニ ットの走査出力信号を個別に電子線偏向系の偏向コイルに導くため、描画支援装 置で指定される制御信号により両走査ユニット間を交互に切り換えできる切換機 能としてのスキャン切換ユニットを備えている。

【００１１】 このスキャン切換ユニットは、第一走査ユニットの出力電流が零を含む非常に 狭い電流範囲内にある時のみ、切換動作を実行するように形成されている。 パソコンから描画支援装置を介してスキャン切換ユニットへ切換動作を指令す る切換制御信号を供給すると、第二走査ユニットが自動的に休止状態となった後 に、スキャン切換ユニットで切換操作が実行される。

【００１２】 実際の装備では、第二走査ユニットとスキャン切換ユニットを合体させてただ 一つのユニットにすることもできる。あるいは、両者のユニットの一方または両 方を分割して複数のユニットにすることもできる。その場合、これ等のユニット を描画支援装置の内部か、あるいは描画支援装置および走査電子顕微鏡の外部に 配置すると好ましい。

【００１３】

【実施例】

以下、一実施例を示す図面に基づきこの考案による電子線描画装置を詳しく説 明する。 図１はこの考案による電磁型の電子線偏向系を含む電子線描画装置の総合ブロ ック図である。この系は、大別して、走査電子顕微鏡である電子線描画本体１０ と、描画すべき図形パターンを指定入力するためのＣＡＤ装置（ＣＡＤ専用プロ グムを含むパソコン）と、描画時に電子線を走査したり、試料位置を決める信号 処理を制御する描画支援装置ＢＤＲ（ビームドロー：本出願人により商標登録出 願中の名称）とで構成されている。

【００１４】 この装置は主にラスター走査方式で使用される。描画すべきパターンに応じて 一定の走査線に沿った電子ビームを目的とする試料の表面に当てるか否かは、Ｃ ＡＤ装置で指定された図形に応じて描画支援装置ＢＤＲで発生させたビームブラ ンキング信号により決定される。即ち、ビームブランキング信号は導線Ｌ_Y を経 由して電子線描画本体１０の電子銃の下部に装着されているブランキングユニッ トＢＬＫに供給される。電子銃から出た電子線を試料に到達させるべきか否かは ブランキング信号により決定される。更に、電子線描画本体１０の試料室内の試 料台に装着された描画すべき試料の位置を測定する測長器（図示せず）の検出信 号やこの信号に基づき試料を所定の位置に移動させるために内蔵されている試料 移動機構（図示せず）の駆動信号は導線Ｌ_x を介して描画支援装置ＢＤＲと電子 線描画本体１０の間で相互にやり取りされる。これ等の構成要素の詳しい機能は 、本出願人が既に発表している他の特許出願（特願平９−１６７１６２号）明細 書を参照されたい。

【００１５】 市販されている走査電子顕微鏡では、本来の電子線偏向系の主要部である一点 鎖線で示す走査ユニットＳＣＵ₁ の走査信号が本体１０の架台のコネクタＣＮＴ _1, 導線Ｌ_L および本体１０の鏡筒のコネクタＣＮＴ₃ を経由して鏡筒に内蔵され ている偏向コイル（図示せず）に導入される。 しかし、上に指摘したように、走査電子顕微鏡本体１０に付属する走査ユニッ トＳＣＵ₁ には擾乱信号が混入し易く、正確で微細なパターンを描画することが 困難ないし不可能になる。そこで、この考案によれば、走査電子顕微鏡本体１０ 内の電子回路から電気的に分離・絶縁された特別な走査ユニットＳＣＵ₂ を描画 支援装置ＢＤＲ内に設け、この走査ユニットＳＣＵ₂ の走査信号を描画支援装置 ＢＤＲのコネクタＣＮＴ₂ から偏向コイルに導入する。更に、試料表面をモニタ ー観察する場合には、走査電子顕微鏡本体１０の電子線偏向系である通常の走査 ユニットＳＣＵ₁ を使用し、電子線描画の場合、特別な走査ユニットＳＣＵ₂ を 使用できるように、両者の走査ユニットの間を確実に切り換えることのできるス キャン切換ユニットＡＤを設けている。即ち、走査ユニットＳＣＵ₁ と走査ユニ ットＳＣＵ₂ の走査信号ＳＣ_1,ＳＣ₂ をスキャン切換ユニットＡＤに導入し、ど ちらの走査信号を導線Ｌ_CCを介して電子線偏向系に導入するかは描画支援装置Ｂ ＤＲから出力される切換制御信号Ｓ_c により決定される。これ等の技術内容を以 下に詳しく説明する。

【００１６】 図２は、走査ユニットＳＣＵの内部構造を示す。この走査ユニットＳＣＵは実 際には垂直走査と水平走査の二種を必要とするので、ほぼ同一構造で時定数の異 なる二回路で形成されている。以後では、簡単のため一回路のみを図示すが、実 際には二つの走査ユニットが必ず存在すると解すべきである。既に、実用新案登 録公報（登録番号第 3042956号）の明細書で説明したように、走査ユニットＳＣ Ｕは、順次直列接続された鋸波発生回路ＳＧ，走査方向回転回路ＲＴ，倍率・加 速電圧補正回路ＭＣ，誤差増幅器Ａ，駆動回路Ｄr を含み、駆動回路Ｄr の出力 は往き導線ＰＡを経由して偏向コイルＬ₀ に導入され、戻り導線ＰＢと検出抵抗 Ｒ_D を経由してグランドラインに通じている。そして、この検出抵抗で検知され る信号が実測励磁電流として誤差増幅器Ａの一方の入力端に導入され、他方、目 標励磁電流として倍率・加速電圧補正回路ＭＣから誤差増幅器Ａの他方の入力端 に導入される。この励磁電流の差動出力が駆動回路Ｄr の入力信号となる。

【００１７】 図３には、両方の走査ユニットＳＣＵ_1,ＳＣＵ₂ を交互に切り換えて偏向コイ ルＬ₀ に導入するために使用するスキャン切換ユニットＡＤの構造と対応する付 属結線が示してある。スキャン切換ユニットＡＤ中では、走査ユニットＳＣＵ₁ の出力端の間にスイッチＲＥ₁ を介して偏向コイルの負荷に似せて一種のダミー 抵抗作用をする負荷Ｚ₁ が、また走査ユニットＳＣＵ₂ の出力端間にスイッチＲ Ｅ₂ を介して同様なダミー抵抗作用をする負荷Ｚ₂ がそれぞれ接続されている。 更に、各走査ユニットＳＣＵ_1,ＳＣＵ₂ の往きの導線と戻りの導線はそれぞれ対 にされた二つのスイッチＲＥ₃ を経由して偏向コイルＬ₀ の両端に切換可能に接 続されている。これ等のスイッチＲＥ_1,ＲＥ_2,ＲＥ₃ には外部制御可能なリード スイッチあるいは半導体スイッチ（例えば、ＩＲＦ社のモデル名, ＰＶＮ 012） を使用できる。図示の場合は、通常の走査電子顕微鏡像を観察するモードに対応 し、偏向コイルＬ₀ には走査ユニットＳＣＵ₁ が接続されている。電子線描画の 場合には、スイッチＲＥ₁ は閉で、スイッチＲＥ₂ が開となり、スイッチＲＥ₃ は電子線描画用の走査ユニットＳＣＵ₂ に接続している。なお、負荷Ｚ_1,Ｚ₂ は 抵抗性成分は偏向コイルＬ₀ の抵抗成分にほぼ一致させておく。その場合、偏向 コイルＬ₀ の誘導性負荷のためターンオン時の遅れ電流を補償するため適度な容 量性成分を含んでいてもよい。

【００１８】 図４には、図３のスキャン切換ユニットＡＤの中にあるスイッチＲＥ_1,ＲＥ_2, ＲＥ₃ を作動させる制御回路のブロック図を示す。この制御回路は走査ユニット ＳＣＵ₁ とＳＣＵ₂ を切り換える時点にスイッチＲＥ₃ に過度な電流が流れて接 点を破損することを防止するためにある。そして、この制御回路には偏向コイル Ｌ₀ が通電されていないか、あるいは十分低い電流しか流れていな時のみ切換を 行うため、通電状態を調べる監視回路が設けてある。この監視回路の指令により 各スイッチＲＥ_1,ＲＥ_2,ＲＥ₃ を作動させる。監視装置は窓比較器ＣＯＭＰで形 成されている。この窓比較器ＣＯＭＰは走査電子顕微鏡用の走査ユニットＳＣＵ ₁ から出力される走査信号Ｓ_S が零クロス点Ｖ＝0 V を含む下限電圧−Ｖ_REF1と 上限電圧＋Ｖ_REF2の間の電圧範囲（所謂検出電圧の窓）内にあるか否かを監視す るもので、図５に示すように、この電圧範囲内にあれば、窓比較器ＣＯＭＰは波 高がＨレベルのパルス信号ＰＳ_1,ＰＳ₂ を出力し、電圧範囲外にあればＬレベル ＝ 0 Vを維持している。

【００１９】 図５に示すように鋸電圧波形の零クロス点には二種（ＺＣ_0,ＺＣ₁ ）ある。鋸 波の傾斜の穏やか部分に生じる一方の零クロス点ＺＣ₁ を走査ユニットＳＣＵ_{1, 2} の切換点に使用すると好都合である。そして、窓比較器ＣＯＭＰの出力するパ ルス信号ＰＳ₂ の立ち上がりエッジ（矢印で示す）を以後の処理のトリガとして 使用する。図４の機能ブロック図でシーケンス制御回路ＳＱにパルス信号ＰＳ₂ を導入し、走査ユニットＳＣＵを切り換える切換制御信号Ｓ_C に応じて、図６に 示すように、シーケンス制御回路ＳＱの助けを借り遅延素子Ｙ_1,Ｙ_2,Ｙ₃ により スイッチＲＥ_1,ＲＥ_2,ＲＥ₃ をそれぞれ所定時間ほど遅延させて順次作動させる 。この場合、左端の状態は、図３に示す走査電子像観察モード状態に相当する。 つまり、偏向コイルＬ₀ に走査ユニットＳＣＵ₁ が接続している。中央の状態は 、電子線描画モード状態に相当する。つまり、偏向コイルＬ₀ に電子線描画用の 走査ユニットＳＣＵ₂ が接続している。そして、右端の状態は再び走査電子線観 察モード状態に戻っている。走査電子像観察モードから電子線描画モードに移行 する場合、あるいはこの逆に移行する場合、走査ユニットＳＣＵ₁ を作動させて いて、走査ユニットＳＣＵ₂ は停止状態、即ち、その出力電圧は常時 0 Vに保持 されている。

【００２０】 切換制御信号Ｓ_C を描画支援装置ＢＤＲからスキャン切換ユニットＡＤに入力 すると、シーケンス制御回路ＳＱと窓比較器ＣＯＭＰがイネーブル状態にされ、 それぞれ動作を開始する。シーケンス制御回路ＳＱでは、遅延回路ＤＬＹの各遅 延素子Ｙ_1,Ｙ_2,Ｙ₃ の出力状態を監視し、初期状態が図６の左の状態（走査電子 像観察モード）であるか、あるいは中央の状態（電子線描画モード）であるかを 判別する。一方、窓比較器ＣＯＭＰは走査ユニットＳＣＵ₁ の走査信号Ｓ_S が零 クロス電圧範囲に入った瞬間の時点を検知して、その時点を知らせるトリガ出力 パルスをシーケンス制御回路ＳＱに送る。シーケンス制御回路ＳＱが走査電子像 観察モードと判定した場合には、トリガ出力パルスにより遅延素子Ｙ₁ を時点ｔ _A1 で励起して、直ちにスイッチＲＥ₁ を駆動させる。次いで、遅延素子Ｙ₁ の出 力からスイッチＲＥ₁ の駆動信号を検知し、所定の時間間隔（ｔ_A2−ｔ_A1）の後 に遅延素子Ｙ₃ を励起してスイッチＲＥ₃ を駆動する。同様に、スイッチＲＥ₃ の駆動を検知し時間間隔（ｔ_A3−ｔ_A2）の後に遅延素子Ｙ₂ を励起してスイッチ ＲＥ₂ を駆動する。これに対して、電子線描画モードの場合には、図６の右側に 示すシーケンスに示すように、スイッチＲＥ_2,ＲＥ_3,ＲＥ₁ が時点ｔ_B1，ｔ_B2， ｔ_B3で順次駆動される。これ等の切換では、スイッチＲＥ₃ が零クロク点の近傍 、つまり窓電圧範囲内で切り換わることが必要である。窓電圧はスイッチが開閉 するとき接点の溶着や破損の生じることなく、繰り返し操作で劣化の進行しない 程度の低い電流範囲に対応している。

【００２１】 なお、走査ユニットＳＣＵ₁ が通常の走査を行っていない場合にも、図４の回 路構成は有効である。例えば、切り換えのため、走査電子顕微鏡側の走査ユニッ トＳＣＵ₁ の電源を落として描画支援装置側の両走査ユニットを切り換えること もできるが、電源を落とし忘れたり、落としていても未だ残存電流が流れいる可 能性がる。そのような場合でも、図３のスキャン切換ユニットＡＤの回路構成お よび図６の回路構成は有効に機能する。

【００２２】

【考案の効果】

以上、説明したように、この考案の電子描画装置によれば、描画期間中に他の 電子回路から電子線偏向系に外部擾乱の混入を阻止して極微細なパターンの描画 に要求される高い描画精度を保証できる。同時に、使用する走査電子顕微鏡本体 の電子制御回路、特に電子線偏向系の電子制御回路に対して改造を必要としない ので、走査電子顕微鏡本体が故障した時、製造メーカーの保守等の保証が得られ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 電子線描画装置の全系を示す正面図、

【図２】 走査ユニットのブロック回路図、

【図３】 二つの走査ユニットを個別に偏向コイルに接
続するスキャン切換ユニットのブロック回路図、

【図４】 スイッチを切り換えるための制御回路の模式
図、

【図５】 走査信号の零クロス点検知と零クロス点で発
生したトリガパルスを示す図、

【図６】 切換時のスイッチのタイムチャート。

【符号の説明】

１０ 走査電子顕微鏡本体 ＢＤＲ 描画支援装置 ＣＡＤ パソコン ＡＤ スキャン切換ユニット ＳＣＵ_1,2 走査ユニット Ｌ₀ 偏向コイル ＲＥ_1,2,3 外部制御可能なスイッチ Ｚ_1,2 接点保護用の負荷 ＣＯＭＰ 窓比較器 ＳＱ シーケンス制御回路 ＤＬＹ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｃ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 所望の図形パターンを指定して対応する
   描画信号を発生する図形処理手段と、電子線を発生し、
   電子レンズで集束させ、集束電子線を試料表面で電子線
   偏向系により走査して前記図形パターンを描画するため
   走査電子顕微鏡としての電子線照射手段と、前記図形処
   理手段から供給された前記描画信号に応じて、前記集束
   電子線を試料に照射・非照射する制御信号を走査電子顕
   微鏡本体に装着されたブランキングユニットへ供給する
   描画管理手段とから成る電子線描画装置において、 電子線照射手段に内蔵された第一走査ユニットの外に、
   この電子線照射手段の電子回路から電磁的に絶縁された
   第二の走査ユニットを備え、 第一と第二の走査ユニットの走査出力信号を個別に電子
   線偏向系の偏向コイルに導く切換機能を備えている、こ
   とを特徴とする電子線描画装置。
2. 【請求項２】 前記切換機能は，第一走査ユニットの出
   力電流が零を含む所定の範囲内にある時のみ、切換動作
   を実行するように形成されていることを特徴とする請求
   項１に記載の電子線描画装置。
3. 【請求項３】 図形処理手段から描画管理手段を介して
   切換機能へ切換動作を指令する切換制御信号を供給する
   と、第二走査ユニットが自動的に休止状態となった後
   に、切換機能で切換操作が実行されることを特徴とする
   請求項１または２に記載の電子線描画装置。
4. 【請求項４】 第二走査ユニットと切換機能を合体させ
   て一つのユニットにするか、複数のユニットのして、こ
   れ等のユニットを描画管理手段の内部、あるいは描画管
   理手段と電子線照射手段の外部に配置されていることを
   特徴とする請求項１〜３の何れか１に記載の電子線描画
   装置。