JP3273879B2 - 荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームブランキング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームを用いて被描画材料上に所定のパターンを描画する
荷電粒子ビーム描画装置や電子顕微鏡等の荷電粒子ビー
ム装置における荷電粒子ビームブランキング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム描画装置として、電子ビーム
の断面を可変して描画する方式の装置が広く利用されて
いる。この装置では、電子ビームを第１のアパーチャに
照射し、第１のアパーチャの開口像を第２のアパーチャ
上に結像するようにしている。そして、第１のアパーチ
ャの開口像の第２のアパーチャ上の投射位置を第１と第
２のアパーチャの間に配置された成形偏向器で変化させ
ることにより、任意の面積の矩形断面を有した電子ビー
ムが成形される。この成形された電子ビームは、被描画
材料にショットされる。このショットされる電子ビーム
の位置は、位置決め偏向器によって変えられる。

【０００３】図１はこのような電子ビーム描画装置の具
体例を示している。１は電子ビームＥＢを発生する電子
銃であり、該電子銃１から発生した電子ビームＥＢは、
照明レンズ２を介して第１成形アパーチャ３上に照射さ
れる。第１成形アパーチャの開口像は、成形レンズ４に
より、第２成形アパーチャ６上に結像されるが、その結
像の位置は、成形偏向器５により変えることができる。
第２成形アパーチャ６により成形された像は、対物レン
ズ７を経て描画材料８上に照射される。描画材料８への
照射位置は、位置決め偏向器９により変えることができ
る。

【０００４】１０はコンピュータであり、コンピュータ
１０はパターンデータメモリー１１からのパターンデー
タをデータ転送回路１２に転送する。データ転送回路１
２からのパターンデータは、ショット分割器１３に供給
されてショット分割される。ショット分割器１３からの
描画データに応じた信号は、成形偏向器５を制御する偏
向増幅器１４、位置決め偏向器９を制御する偏向増幅器
１５、電子銃１から発生した電子ビームのブランキング
を行うブランキング電極１６を制御するブランキングコ
ントロール回路１７に供給される。ブランキングコント
ロール回路１７からの信号は、ブランキング増幅器１８
を介してブランキング電極１６に供給される。

【０００５】更に、コンピュータ１０は、材料８のフィ
ールド毎の移動のために、材料８が載せられたステージ
１９の駆動機構２０を制御する。このような構成の動作
を次に説明する。

【０００６】パターンデータメモリ１１に格納されたパ
ターンデータは、逐次読み出され、データ転送回路１２
を経てショット分割器１３に供給される。ショット分割
器１３で分割されたデータに基づき、偏向増幅器１４は
成形偏向器５を制御し、また、偏向増幅器１５は位置決
め偏向器９を制御する。

【０００７】この結果、各分割されたビームサイズデー
タに基づき、成形偏向器５により電子ビームの断面が所
定のビームサイズに成形され、そのビームサイズの電子
ビームが順々に材料上にショットされ、所望の形状のパ
ターン描画が行われる。なお、この時、ブランキングコ
ントロール回路１７からブランキング電極１６へのブラ
ンキング信号により、材料１０への電子ビームのショッ
トに同期して電子ビームのブランキングが実行される。

【０００８】図２は、上記した装置における描画の手順
を示すタイミング図である。図２において、（ａ）はブ
ランキング電極１６へのブランキング電圧、（ｂ）は成
形偏向器５への成形電圧、（ｃ）は位置決め偏向器９へ
の位置決め電圧をそれぞれ示している。

【０００９】まず、ショット分割器１３によって分割さ
れたデータに基づく図形サイズにより、偏向増幅器１４
には図２（ｂ）に示す図形１の成形電圧が設定される。
また、偏向増幅器１５には、図２（ｃ）に示す図形１の
位置電圧が設定される。更に、ブランキング増幅器１８
には、成形用の偏向増幅器１４と位置決め用の偏向増幅
器１５の電圧が設定される時間（Ｔｓ）、ブランキング
ＯＮの電圧が設定される。

【００１０】Ｔｓ時間経過後、図形サイズに応じた所定
の電子ビームの照射時間（Ｔｅ１）ブランキングがＯＦ
Ｆされ、第１の図形の描画が行われる。所定の照射時間
Ｔｅ１の間ブランキングがＯＦＦされた後、再びブラン
キングはＯＮされ、時間Ｔｓの間に偏向増幅器１４には
図２（ｂ）に示す図形２の成形電圧が設定され、また、
偏向増幅器１５には、図２（ｃ）に示す図形２の位置電
圧が設定される。

【００１１】このようにして順々に各矩形の描画位置、
サイズが各偏向増幅器１４，１５に設定され、所定の図
形の描画が行われる。次に、ブランキングコントロール
回路１７の詳細を図３を用いて説明する。図３におい
て、ショット分割器１３からのブランキング開始信号
は、ディレイ回路２１と反転器２２を介してＯＲ回路２
３の一端に供給されると共に、反転器２４を介してＯＲ
回路２３の他端に供給される。

【００１２】ディレイ回路２１にはショット分割器１３
より電子ビームの照射時間に応じたデータが供給され
る。ＯＲ回路２２の出力は、Ｔ−フリップフロップ２５
に供給され、Ｔ−フリップフロップ２５の出力はバッフ
ァ２６，２７を介してブランキング増幅器１８に供給さ
れる。次にこの回路の動作を図４を用いて説明する。

【００１３】図４（ａ）はブランキング開始信号であ
り、このブランキング開始信号は反転器２４によって信
号が反転され、図４（ｂ）の信号がＯＲ回路２３の他端
に供給される。また、図４（ａ）のブランキング開始信
号は、ディレイ回路２１によって所定のショット時間遅
延されて図４（ｃ）の信号となり、更に、反転器２２に
よって図４（ｄ）の信号となってＯＲ回路２３の一端に
供給される。

【００１４】ＯＲ回路２３からは図４（ｅ）の信号が得
られ、この信号はＴ−フリップフロップ２５に供給され
る。Ｔ−フリップフロップ２５では、供給される最初の
パルスの立上がりで立ち下がり、次のパルスの立ち下が
りで立ち上がる図４（ｆ）の信号が得られる。このＴ−
フリップフロップ２５の出力信号は、バッファ２６，２
７を介してブランキング増幅器１８にセットされる。こ
の結果、図４（ｆ）のＴｅの時間、ブランキングがＯＦ
Ｆとされる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記したブランキング
コントロール回路１７に対しては次のことが要求され
る。まず第１に、適度な照射時間となるようブランキン
グのＯＦＦからＯＮまでの時間が正確であること、第２
に、電子ビームの電流量の変化等を補正するため、時間
を細かく可変できること、第３に、スループットを早く
するために、ブランキングがＯＦＦからＯＮまでの時間
はできる限り短い時間まで設定できることが可能なこと
である。具体的な数値としては、時間の精度は０．１ｎ
ｓｅｃ、可変単位は１ｎｓｅｃ、最小時間は２０ｎｓｅ
ｃ程度である。

【００１６】上記した従来のブランキング方式で問題と
なるのは、ブランキングパルスを伝送・増幅している間
にパルスの幅が変化してしまうことである。図５は図３
に示した回路の動作タイミングの詳細を示しており、
（ａ）は照射開始信号、（ｂ）はＯＲ回路２３の出力信
号、（ｃ）はＴ−フリップフロップ２５の出力信号、
（ｄ）はブランキング増幅器１８の出力信号を示してい
る。

【００１７】図において、Ｔｆはフリップフロップの立
ち下がり伝搬時間、Ｔｒはフリップフロップの立ち下が
り伝搬時間、Ｔｇはバッファ２６，２７，ブランキング
増幅器１８による立ち下がり伝搬時間、Ｔｓはバッファ
２６，２７，ブランキング増幅器１８による立ち上がり
伝搬時間である。図５（ｂ）のパルスが図５（ｄ）の増
幅器１８の出力パルスと同じ幅となるためには、次の関
係が満足されねばならない。

【００１８】Ｔｆ＋Ｔｇ＝Ｔｒ＋Ｔｓ しかしながら、この両者は、実際には異なっている。そ
の理由としては、バッファのＩＣ内部の立上がり、立ち
下がり時間が違っていること、増幅器の立ち上がりと立
ち下がりの時間が違っていること、更には、パルスの伝
送途中で波形が変化することがあげられる。このパルス
の波形が伝送途中で変化することを図６を用いて説明す
る。

【００１９】図６（ａ）はバッファ２６の出力波形を示
しているが、この波形は伝送ケーブルを伝わることでバ
ッファ２７の直前では図６（ｂ）に示すように波形がな
まってしまう。また、バッファのしきい値電圧が信号振
幅の１／２でないために遅延時間が立ち上がりと立ち下
がりとで異なるため、ブランキングパルスの幅が変化し
てしまう。図６（ｂ）でＶｔはバッファ２７のしきい値
電圧を示しており、この結果、バッファ２７の出力は図
６（ｃ）に示すようになり、Ｔ−フリップフロップの立
ち下がり伝搬時間Ｔｆと立ち下がり伝搬時間Ｔｒは異な
る。

【００２０】更に、図４の回路では、パルス幅が狭くな
るとノイズを阻止するための信号の絶縁が困難となる問
題も有している。通常、デジタル信号を絶縁して伝送す
る場合には、トランスによる相互誘導を利用した伝送、
もしくは、電気−光変換を用いた素子を利用するのが一
般的であるが、パルス幅が狭い信号を絶縁して伝送しよ
うとすると、複雑かつ高価な回路を必要とする。また、
パルス幅が極端に狭く、伝送路の帯域以上の周波数の場
合は、パルスが伝わらないという大きな問題も有してい
る。

【００２１】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、ブランキング増幅器に短い時間の
信号を正確に伝えることができ、高速の信号を比較的安
価に絶縁することができる荷電粒子ビーム装置における
荷電粒子ビームブランキング装置を実現するにある。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【課題を解決するための手段】 請求項１の発明に基づく
荷電粒子ビーム装置における荷電粒子ビームブランキン
グ装置は、荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビームを所
定時間ブランキングするためのブランキング装置におい
て、荷電粒子ビームの照射開始信号が供給される第１の
フリップフロップと、荷電粒子ビームの照射開始信号が
ディレイ回路を介して照射時間だけ遅延されて供給され
る第２のフリップフロップと、第１のフリップフロップ
と第２のフリップフロップの信号の位相差に基づいてブ
ランキングパルスを作成する回路とより成ることを特徴
としている。

【００２５】請求項１の発明では、荷電粒子ビームの照
射開始信号を２種の経路に供給し、一方の経路において
は第１のフリップフロップによりパルス信号を作成し、
第２の経路においては照射開始信号を所定時間を遅延さ
せた後、第２のフリップフロップに供給し、２種のフリ
ップフロップの出力信号に基づいてブランキングパルス
を作成する。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明では、伝送経路でのパルス幅の変化を抑
えるため、ブランキング時間をパルスの立ち上がりと立
ち下がりの幅として送るのではなく、２つのパルス信号
の時間差として伝送することを基本としている。

【００２７】図７は本発明に基づくブランキングコント
ロール回路の一例を示しており、照射時間開始信号は、
第１のフリップフロップ３０と、ディレイ回路３１を介
して第２のフリップフロップ３２に供給される。ディレ
イ回路３１にはブランキングＯＦＦ時間のデータがセッ
トされる。第１のフリップフロップ３０の出力は、バッ
ファ３３，３４を介してＡＮＤ回路３５に供給され、第
２のフリップフロップ３２の出力は、バッファ３６，３
７を介してＡＮＤ回路３５に供給される。ＡＮＤ回路３
５の出力は、反転器３８を介してブランキング増幅器１
８に供給される。このような回路の動作を図８のタイミ
ング図を用いて説明する。

【００２８】図８において、（ａ）は照射開始信号、
（ｂ）は第１のフリップフロップ３０の出力、（ｃ）は
第２のフリップフロップ３２の出力を示している。この
図から明らかなように、照射時間としての数値データを
実際の時間に変換するときに、２つの信号の位相の差に
変換する。

【００２９】すなわち、照射開始信号は２つの経路を通
り、一方は、照射開始信号が直接第１のフリップフロッ
プ３０に入力し、他方では、照射開始信号がディレイ回
路３１によって照射時間だけ遅延されて第２のフリップ
フロップ３２に入力する。この結果、ＡＮＤ回路３５で
は、一方の経路を通ったパルス信号の立ち下がりで立ち
上がり、他方の経路を通ったパルス信号の立ち下がりで
立ち上がる信号が得られる。

【００３０】なお、バッファ３３，３４とその間のケー
ブルより成る伝送路Ａを伝送される信号の伝搬速度と、
バッファ３６，３７とその間のケーブルより成る伝送路
Ｂを伝送される信号の伝搬速度とは等しくなるように、
事前に適宜な調整回路を用いて２種の伝送路Ａ，Ｂは調
整されている。

【００３１】このようにして、上記した回路では、第１
の伝送路Ａを伝送される信号と、第２の伝送路Ｂを伝送
される信号の位相差によってブランキング用のパルスを
作成し、ブランキング増幅器１８にセットするようにし
ている。したがって、信号の伝送途中でのパルス信号の
立ち下がりと立上がりの特性が違っていても、設定され
た照射時間はこの特性とは無関係で正確なものとなる。

【００３２】すなわち、照射時間は伝送路Ａとを通る信
号の立ち下がりから伝送路Ｂを通る信号の立ち下がりで
伝えられ、伝送路Ａ，Ｂを通る信号の立ち上がりのタイ
ミングは照射時間とは関係がない。このことから、信号
伝送途中での信号の立ち下がりと立上がりの特性が異な
っていても、ブランキングパルスの幅は正確に伝送され
る。なお、ブランキングパルスを作成するタイミング
は、両経路の信号の立ち下がりの代わりに、立上がりを
用いても良い。

【００３３】更に、上記した回路では、照射時間（ブラ
ンキングＯＦＦ時間）が短くなっても、パルス幅を小さ
くする必要がない。すなわち、照射時間は２つの信号の
位相差であるため、照射時間が非常に短くても、パルス
幅を大きく取ることができる。具体的には、パルス幅
は、最大、セトリング時間Ｔｓと照射時間Ｔｅとを加算
した時間の半分まで取ることができる。したがって、比
較的周波数帯域の狭い伝送路でも、ケーブル等による波
形の変化でパルスが潰れてしまうことは防止される。ま
た、信号の絶縁も比較的容易に行うことができる。

【００３４】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、可変面積型の
電子ビーム描画装置を例に説明したが、細いピームでパ
ターンを塗り潰す方式の描画装置や、イオンビーム描画
装置にも本発明を用いることができる。更に、描画装置
以外でも、荷電粒子ビームをブランキングするタイプの
電子顕微鏡等にも本発明を適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、ブランキング増幅器に短い時間の信号を正
確に伝えることができ、高速の信号を比較的安価に絶縁
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変面積型の電子ビーム描画装置を示す図であ
る。

【図２】図１の装置における描画のタイミングを示す図
である。

【図３】図１の装置に用いられるブランキングコントロ
ール回路を示す図である。

【図４】図２の回路の動作タイミング図である。

【図５】図２の回路の詳細な動作タイミング図である。

【図６】パルス波形の変化を説明するための図である。

【図７】本発明に基づくブランキング装置の一例を示す
図である。

【図８】図７の装置の動作タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１８ ブランキング増幅器 ３０ 第１のフリップフロップ ３１ ディレイ回路 ３２ 第２のフリップフロップ ３３，３４，３６，３７ バッファ ３５ ＡＮＤ回路 ３８ 反転器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビーム源からの荷電粒子ビーム
   を所定時間ブランキングするためのブランキング装置に
   おいて、荷電粒子ビームの照射開始信号が供給される第
   １のフリップフロップと、荷電粒子ビームの照射開始信
   号がディレイ回路を介して照射時間だけ遅延されて供給
   される第２のフリップフロップと、第１のフリップフロ
   ップと第２のフリップフロップの信号の位相差に基づい
   てブランキングパルスを作成する回路とより成る荷電粒
   子ビーム装置における荷電粒子ビームブランキング装
   置。