JP3329847B2 - 電子線描画装置 - Google Patents

電子線描画装置

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JP3329847B2 JP05991392A JP5991392A JP3329847B2 JP 3329847 B2 JP3329847 B2 JP 3329847B2 JP 05991392 A JP05991392 A JP 05991392A JP 5991392 A JP5991392 A JP 5991392A JP 3329847 B2 JP3329847 B2 JP 3329847B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子線を用いて半導体
集積回路の微細な回路パターンを描画する電子線描画装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子線描画装置における電子線の偏向可
能範囲は、描画すべきパターンの大きさに比べて小さい
のが普通である。そのため、電子線描画装置を用いた描
画では、試料を試料台上に載置し、少しずつ描画位置を
移動させながら試料全面を描画する。従来、この試料移
動方法に関しては、描画の精度を高めるために、試料台
を一定距離移動し、試料台が停止してから電子線偏向可
能範囲内の描画を行うという処理を繰り返す、いわゆる
ステップ・アンド・レピート方式が主流であった。しか
しながら、ステップ・アンド・レピート方式には試料台
の移動時間がむだ時間となって描画のスループットがあ
がらないという問題があるため、電子線描画の高速性が
必要になるに従って、描画パターンの粗密に応じて試料
台の速度を変えながら連続的に描画していく連続移動描
画方式が検討されるようになった。連続移動描画では、
描画パターンを構成する個々の図形データを試料台移動
の方向に順に並べておき、描画の進行に従って一方向に
移動していく描画位置に追従するように、試料台の速度
を制御する。実際には、試料台上の描画位置と電子線偏
向範囲の中心位置との位置偏差は、描画するときの電子
線偏向量に相当するので、描画制御回路部から出力され
た偏向信号をフィルタ回路によって平滑化し、その平滑
化された偏向信号を位置偏差信号として試料台制御回路
にフィードバックしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】連続移動描画では、こ
のように描画制御回路部から出力される偏向信号が小さ
くなるように試料台の位置を制御すれば、試料台は自然
に描画位置の移動に追従することになり、移動描画が実
現できる。しかし、この方式には、常に過去の追従誤差
によってのみ試料台の制御が行なわれるという点に問題
があった。例えば今、描画パターンの密度が“0”から
無限大に変わる極端なパターン境界部があったとする。
この場合、試料台は描画パターン密度“0”の領域では
最高速度で移動し、密度無限大の領域に入った瞬間に最
大加速度の減速状態に入り、最終的には停止する。この
停止した状態でも描画位置が電子線偏向可能領域に入っ
ているようにするためには、試料台にはかなり大きな減
速加速度が掛かることになる。逆に、描画パターン密度
が無限大の領域から“0”の領域に入った場合にも、描
画位置が常に電子線偏向可能範囲内に入るようにするた
めには、大きな加速度が必要となる。
【0004】電子線による描画は、通常極めて高い描画
精度が必要とされており、描画時のこのような大きな加
速度による試料台の加減速は、機構系全体に微小な振動
を発生させ描画精度を悪化させる原因となる。
【0005】本発明の目的は、前述のように過去の追従
結果によってのみ試料台を制御するという従来手法の課
題を解決し、それによって追従移動に必要な加速度の最
大値を低減し、連続移動描画の精度を改善することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の従来手法の課題を
解決するために、本発明の電子線描画装置において、試
料台の位置を制御する試料台位置制御手段と、各々の図
形データごとに描画の目標位置を示す目標位置信号を出
力する描画制御回路とを備え、前記試料台位置制御手段
は、予め描画を伴わない描画制御回路単独の擬似的な描
画動作を行って、前記目標位置信号で示される複数の描
画位置とその描画時刻を記憶し、次にその描画位置と時
刻との関係から各描画位置に対応して予め計算され平滑
化処理によって滑らかな変化のデータに変換された目標
速度を記憶する目標速度記憶手段を備え、前記目標速度
記憶手段に記憶された目標速度から目標位置における目
標速度を読みだし、試料台の現在速度が、読みだされた
目標速度に近づくように試料台の速度を変えながら連続
的に描画させる。
【0007】予め各描画位置での目標速度を計算するた
めには、例えば、まず電子線描画装置の描画制御回路中
に描画位置と時刻を記憶する描画位置記憶手段を持た
せ、予め描画を伴わない描画制御回路単独の疑似的な描
画動作を行って、複数の描画位置とその描画時刻を記憶
するようにし、次にその描画位置と時刻との関係から各
描画位置での描画速度を計算すればよい。この時、描画
位置に対する目標速度のデータに平滑化処理を行なえ
ば、試料台に不必要に細かい加速度変動が起こらないよ
うにすることもできる。
【0008】ただし、速度を一致させるだけでは僅かな
速度ずれの積分効果によって位置がずれる可能性もある
ので、描画位置が電子線描画範囲内の中央付近にあると
きは、主に試料台の現在速度が目標速度に近くなるよう
に制御し、周辺付近にあるときは主に描画位置が中央付
近に来るように制御する。
【0009】
【作用】本発明のごとく理想的な目標描画速度を予め計
算しておき、それに従って試料台の速度を制御すれば、
試料台の移動に余計な加速度を掛けることなく位置誤差
をも小さくすることができる。例えば前述の例のように
描画パターン密度が“0”から無限大になるパターン境
界部分を考える。この場合、従来技術では密度無限大の
領域に入った瞬間から加速度が掛かり減速を始めるが、
本発明を用いると、目標描画速度が平滑化された後に設
定されているので、密度無限大の領域に入る前から徐々
に減速される。したがって、描画位置が描画偏向可能領
域で停止するために必要な加速度の最大値は従来手法に
比べて小さくて済む。さらに、描画パターンの粗密が細
かく設定されている場合でも、平滑化処理によって平均
的な目標描画速度が設定されるため、不必要な加減速を
繰り返すことがなくなる。
【0010】このように、過去の追従誤差を補償するよ
うに制御するだけの従来手法に比べて、本発明では将来
の描画速度の影響も事前に加味して速度を制御できるた
め、より理想的な追従動作が可能になる。これにより、
機構部の振動発生が従来手法に比べて大幅に押さえら
れ、精度の良い描画が実現できる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す。図1は電子線
描画装置の全体構成図を示したものである。図におい
て、1は制御用計算機、2は外部記憶装置、3は描画制
御回路であり、描画データ制御系を構成している。ま
た、4は電子線鏡体、5は試料台、6はその上に載置さ
れた試料であり、実際に電子線で試料に描画する部分を
示している。
【0012】外部記憶装置2に記憶された描画データパ
ターンは制御用計算機1を介して描画制御回路3に送ら
れる。描画制御回路は描画パターンデータを順に解析し
て各々の図形データごとに電子線ブランキング信号s
1,目標描画位置信号s2を出力する。s2は減算回路
14によってレーザ測長計から読み取られた試料台の現
在位置信号s3と減算され、その結果が電子線位置偏向
信号s4として位置偏向器11に印加される。
【0013】電子線鏡体4においては、電子銃7から発
射された電子線8がブランカ9の偏向板を通り、さらに
位置偏向器11の偏向板を通って試料6に照射されてい
る。ブランカ9は電子線ブランキング信号s1によって
電子線の進行方向を変更し、瞬時に試料面上に照射する
電子線を遮断することが出来る。また位置偏向器11
は、電子線位置偏向信号s4によって所望の位置偏差分
だけ電子線の位置をずらして試料面に照射することが出
来る。位置偏向信号s4は目標描画位置と試料台現在位
置(正確には電子線偏向範囲の中心位置を通過している
部分の描画位置座標)との差として与えられているか
ら、目標描画位置が電子線偏向可能範囲内にあるかぎ
り、偏向器11の電子線偏向作用によって電子線は試料
上の目標描画位置を正確に照射することになる。これに
より、目標描画位置が常に電子線偏向可能範囲内に入る
ように試料台位置を制御しさえすれば、描画制御回路3
から各図形データに対応する出力信号s1,s2を次々
と出力することによって、試料上に所望の描画パターン
を描画することが可能になる。
【0014】次に、試料台制御回路12の内部について
説明する。図において、13は試料台の現在位置座標を
実時間で出力するレーザ測長計であり、16はレーザ測
長計の出力信号を時間微分することによって試料台の速
度を出力する微分回路である。また15は、あらかじめ
各描画位置に対応して制御用計算機1によって計算され
た目標速度を記憶しておく目標速度記憶回路である。こ
の目標速度記憶回路15は、描画時には描画制御回路3
から出力される目標位置信号s2によって、その位置で
の目標速度u′を出力する。17、18はともに減算回
路であり、各々目標位置uと現在位置xとの差(u−
x)、目標速度u′と現在速度x′との差(u′−
x′)を計算する。19は混合回路であり、計算された
二つの差を、例えばα,βを一定値として、E=α・
(u−x)+β・(u′−x′)のように加算し、複合
誤差量Eを計算する。20は、この複合誤差量Eを少な
くするように、E>0ならばxの正方向に試料台を駆動
し、E<0ならば負の方向に駆動する試料台駆動回路で
ある。
【0015】このように回路を構成すると、従来手法の
ように試料台を目標位置との位置誤差を小さくするよう
に駆動するだけでなく、試料台の速度もまた計算機によ
って計算された最適な目標速度に追従できるようにな
る。この目標速度の与え方を工夫すれば、従来方法に比
べてむだな加減速の少ない理想的な試料台制御を行なう
ことができる。さらに、前述の係数α,βを一定値にす
るのではなく、例えば図2に示すように、位置偏差(u
−x)の関数として与えることができる。このようにす
ると、位置偏差が少ないときは目標速度への速度追従制
御の比率が大きくなって理想的な試料台移動が得られ、
逆に速度ずれが積分されて位置偏差が大きくなってくる
と、今度は位置追従制御の比率が大きくなって目標描画
位置が偏向範囲から外れないように試料台が制御され、
より実際的である。
【0016】次に、目標速度記憶回路15に記憶させる
目標描画速度データの計算方法について説明する。目標
描画速度は描画パターンデータから直接計算することも
可能であるが、現実には描画動作中に様々のむだ時間が
発生するため、実際の描画時間を正確に算出することは
難しい。そのため、本実施例では、描画制御回路3に記
憶回路21を持たせ、描画動作中の時刻とその時刻での
目標描画位置s2を適当な間隔で記憶回路に記憶させる
ようにする。この動作は、あらかじめ描画制御回路だけ
の擬似的な描画処理によって実行しておくものとする。
その後、記憶回路21に蓄えられた時刻と目標描画位置
のデータを制御用計算機1が読みとるようにすれば、制
御用計算機1は容易に各目標描画位置における目標描画
速度を計算することができる。
【0017】その計算された目標描画速度データは、多
くの場合細かい加減速の多いデータとなるので、それを
平滑化処理によって滑らかな変化のデータに変換し、目
標速度記憶回路15に記憶させれば更に良い結果が得ら
れる。
【0018】以上のごとくすれば、本発明が実施可能で
ある。
【0019】
【発明の効果】本発明を実施すれば、描画位置が常時電
子線の偏向可能範囲に収まるように試料台を制御すると
きの加速度の最大値を従来手法に比べて十分に低くでき
る。さらに余分な試料台の加減速動作を減らし、振動の
少ない追従描画用の試料台位置制御を実現することがで
きる。これにより、連続移動描画方式の高速描画装置で
あるにもかかわらず、高精度の電子線描画を実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電子線描画装置の全体構成図である。
【図2】混合回路19に設定される重み係数α,βの関
数形の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…制御用計算機、2…外部記憶装置、3…描画制御回
路、4…電子線鏡体、5…試料台、6…試料、7…電子
銃、8…電子線、9…ブランカ、11…位置偏向器、1
2…試料台制御回路、13…レーザ測長計、14…減算
回路、15…目標速度記憶回路、16…微分回路、17
…減算回路、18…減算回路、19…混合回路、20…
試料台駆動回路、s1…電子線ブランキング信号、s2
…目標描画位置信号、s3…試料台の現在位置信号、s
4…電子線位置偏向信号、u…目標位置、x…現在位
置、u′…目標速度、x′…現在速度。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 一弘 茨城県勝田市堀口字長久保832番地2 日立計測エンジニアリング株式会社内 審査官 南 宏輔 (56)参考文献 特開 平1−205421(JP,A) 特開 平3−290919(JP,A) 特開 平2−302021(JP,A) 特開 平3−154328(JP,A) 特開 平4−84412(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料台の位置を連続的に移動させながら、
    その試料台上の試料に描画を行う電子線描画装置におい
    て、 前記試料台の位置を制御する試料台位置制御手段と、
    々の図形データごとに描画の目標位置を示す目標位置信
    号を出力する描画制御回路とを備え、前記試料台位置制
    御手段は、予め描画を伴わない描画制御回路単独の擬似
    的な描画動作を行って、前記目標位置信号で示される複
    数の描画位置とその描画時刻を記憶し、次にその描画位
    置と時刻との関係から各描画位置に対応して予め計算さ
    れ平滑化処理によって滑らかな変化のデータに変換され
    た目標速度を記憶する目標速度記憶手段を備え、前記目
    標速度記憶手段に記憶された前記目標速度から前記目標
    位置における目標速度を読みだし、前記試料台の現在速
    度が、読みだされた該目標速度に近づくように前記試料
    台の速度を変えながら連続的に描画させることを特徴と
    する電子線描画装置。
  2. 【請求項2】前記描画のパターン密度“0”から無限大
    になるパターン境界部分の場合、前記目標速度は前記密
    度が無限大の領域に入る前から徐々に減速されることを
    特徴とする請求項1記載の電子線描画装置。
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