JP3641153B2

JP3641153B2 - 偏向アンプ及び荷電粒子ビーム用偏向装置

Info

Publication number: JP3641153B2
Application number: JP04769999A
Authority: JP
Inventors: 治脇本
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000251813A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、安定した位相補償を可能にした偏向アンプ及び荷電粒子ビーム用偏向装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム描画装置は、被描画材料上の所定の位置に電子ビームをショットする事により被描画材料の所定の位置に所定のパターンを描く事の出来る装置であり、極めて密度の高い半導体素子を製作することが出来る。
【０００３】
この様な電子ビーム描画装置においては、図１に示す様に、描画すべきパターンデータに基づいた電子ビームのショット位置データ（電子ビームの偏向位置データ）がコンピュータの如き制御装置（図示せず）からＤＡ変換器１へ送られ、ここでアナログ電流信号に変換され、電流電圧変換アンプ（偏向アンプ）２に送られる。該偏向アンプは電流信号を電圧信号に変換して偏向電極３に与える。この結果、該偏向電極の偏向作用に基づいて、電子ビーム４は被描画材料（図示せず）上の所定の位置にショットされて所定のパターンが描かれるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前記ＤＡ変換器１，偏向アンプ及２び偏向電極３から成る偏向装置において、偏向アンプ２は図１にその一例を示す様に、演算増幅器５，正側電源６，負側電源７，正側増幅用トランジスタ８，負側増幅用トランジスタ９，フィードバック抵抗Ｒｆ，抵抗Ｒａ，Ｒｂから成る。そして、この偏向アンプの出力段はエミッタフォロワ（出力電流増幅）を形成しているので、この偏向アンプの出力としては、電圧振幅も電流振幅も他の部分に比べて大きく、その為にこの出力段部分の性能が偏向アンプ全体の性能を大きく左右している。
【０００５】
所で、この出力段を成すトランジスタ、例えばトランジスタ８を例に取ると、このトランジスタ８の端子間浮遊容量成分と前記演算増幅器５の出力インピーダンス分によってローパスフイルタが形成されている。その為に、偏向アンプ２の性能悪化、即ち、この偏向アンプの出力に位相遅れが発生する。この様な位相遅れは前記トランジスタ９の端子間浮遊容量と前記演算増幅器５の出力インピーダンス分により形成されるローパスフイルタに依っても発生している。
【０００６】
通常、この様なローパスフイルタにより発生する出力の位相遅れを補償する為に、前記演算増幅器５中にトランジスタの全端子間浮遊容量に見合った固定容量値を持つ位相補償用コンデンサ（図示せず）を組み込み、該演算増幅器の出力の位相を或る一定量進めるようにし、結果的に、前記偏向アンプ出力の位相の遅れを少なくしている。
【０００７】
一方、前記ローパスフイルタを形成するトランジスタ（８，９）の端子間浮遊容量成分の内、他の端子間の電圧降下より著しく大きな電圧降下がある，コレクタＣ，ベースＢ間の容量Ｃ_CBは前記性能悪化の主体を成しており、このベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CBは図２に示す様に、ベースＢ，コレクタＣ間の電圧Ｖ_CBに依存する特性を持っている。そして、該ベースＢ，コレクタＣ間の電圧Ｖ_CBは偏向アンプ２の出力電圧に反比例するので、ベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CBは偏向アンプ２の出力電圧に依存して変化することになる。即ち、ＤＡ変換器１に入力される位置データに応じた電圧を偏向アンプ２が出力するので、位置データに応じてベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CBが変化してしまい、その為に、位相補償状態が変化してしまう。即ち、この偏向アンプの出力電圧範囲中の或る出力電圧値の時に最適な位相補償状態にあっても、その出力電圧値と異なる電圧値を出力する場合には最適な位相補償状態がずれてしまうのである。
【０００８】
本発明はこの様な問題を解決する新規な偏向アンプ及び荷電粒子ビーム用偏向装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく偏向アンプは、電流信号を電圧信号に変換する偏向アンプであって、帰還系の増幅器、正側の電流信号を増幅するトランジスタ、及び負側の電流信号を増幅するトランジスタを備えており、前記帰還系の増幅器の出力側と前記トランジスタの入力側の間に、該トランジスタの端子間浮遊容量に並列に成る様にコンデンサを接続するように成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明に基づく偏向アンプは、コンデンサとして容量可変形のものを使用し、偏向アンプへの入力信号に応じて該コンデンサの容量値を変えるように成したことを特徴とする。本発明に基づく偏向アンプは、各々容量値の異なるコンデンサを選択可能に接続し、偏向アンプへの入力信号に応じてコンデンサを選択するように成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明に基づく荷電粒子ビーム用偏向装置は、荷電粒子ビーム偏向位置を表したデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器、該ＤＡ変換器の出力電流信号を電圧信号に変換する偏向アンプ、及び該偏向アンプの出力電圧信号が印加される偏向器から成る荷電粒子ビーム偏向装置であって、前記偏向アンプは、帰還系の増幅器、正側の電流信号を増幅するトランジスタ、負側の電流信号を増幅するトランジスタを備えており、前記帰還系の増幅器の出力側と前記トランジスタの入力側の間に、該トランジスタの端子間浮遊容量に並列に成る様にコンデンサを接続し、この偏向アンプの出力電圧の変化範囲に対する前記トランジスタの端子間浮遊容量の変化率を小さくするように成したことを特徴とする。本発明に基づく荷電粒子ビーム用偏向装置は、コンデンサとして容量可変形のものを使用し、前記ＤＡ変換器への入力信号若しくは出力信号に応じて該コンデンサの容量値を変えるように成したことを特徴とする。本発明に基づく荷電粒子ビーム偏向用装置は、各々容量値の異なるコンデンサを選択可能に接続し、前記ＤＡ変換器への入力信号若しくは出力信号に応じてコンデンサを選択するように成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図３は本発明に基づく偏向アンプを備えた荷電粒子ビーム偏向装置の一例を示している。図中、前記図１で使用された符号と同一符号の付されたものは同一構成要素である。
【００１４】
図３に示す装置の構成と図１に示す装置の構成とで異なる所は、トランジスタ８，９のベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB，Ｃ_CB´を有する仮想的コンデンサ１０，１１に対し並列に、該容量の数倍〜１０倍程度の容量を有する補助コンデンサ１２を接続したことにある。尚、この際、この様な補助コンデンサを接続することによりトランジスタの全端子間浮遊容量が大きくなるので、該トランジスタの全端子間浮遊容量に見合った固有容量を有する位相補償用コンデンサ（図示せず）を演算増幅器５内に取り付ける。
【００１５】
この様に成せば、トランジスタ８，９の全体の端子間浮遊容量が数倍〜１０数倍大きく成り、出力電圧の変化範囲において、トランジスタ８，９のベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB，Ｃ_CB´の変化率が従来に比べ著しく小さくなり、その為に、位相補償のずれが小さくなる。この点について、次に例を上げて詳説する。
【００１６】
この偏向装置により電子ビーム４を偏向出来る量は決まっており、その為にＤＡ変換器１への入力値の範囲も決まっている。従って、この入力値に対応している偏向アンプ２の出力値の範囲も決まっており、トランジスタ８，９のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CB，Ｃ_CB´の変化する範囲も決まっている。
【００１７】
例えば、図２に示す様に、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲を５ｐＦ〜１０ｐＦと仮定すると、従来においては、７．５ｐＦを中心に±２．５ｐＦ変化するので、ＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対して凡そ±３３％の変化率を呈していた。
【００１８】
そこで、本実施例の様に補助コンデンサ１２を取り付けるのであるが、例えば、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲（５ｐＦ〜１０ｐＦ）の１０倍〜５倍に当たる５０ｐＦの補助コンデンサを取り付けると、トランジスタの全端子間浮遊容量の変化範囲は凡そ５５ｐＦ〜６０ｐＦとなり、５７．５ｐＦを中心に±２．５ｐＦ変化することになるので、ＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対して凡そ±４．３％の変化率を呈することになる。又、例えば、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲（５ｐＦ〜１０ｐＦ）の４倍〜２倍に当たる２０ｐＦの補助コンデンサを取り付けると、トランジスタの全端子間浮遊容量の変化範囲は凡そ２５ｐＦ〜３０ｐＦとなり、２７．５ｐＦを中心に±２．５ｐＦ変化することになるので、ＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対して凡そ±９．１％の変化率を呈することになる。この様に、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲（５ｐＦ〜１０ｐＦ）の数倍〜１０倍程度の補助コンデンサを付けると、ＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対して凡そ±９．１％〜±４．３％程度の変化率を呈することになり、従来比べて著しく変化率が小さく、その為に位相補償のずれが著しく小さくなる。
【００１９】
尚、この様に、補助コンデンサとして、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲（５ｐＦ〜１０ｐＦ）より大きいものを選択する事により位相補償のずれの改善するわけであるが、この際、トランジスタ８のベースＢ，コレクタＣ間の容量値Ｃ_CBの変化範囲（５ｐＦ〜１０ｐＦ）により近いものを選択すれば、それだけＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対する変化率が大きくなるので、位相補償の改善が小さくなる。一方、より離れたものを選択すれば、前記した様に、該選択した補助コンデンサの容量に応じて前記演算増幅器５内に取り付ける位相補償用コンデンサとしてより容量の大きいものを選択されることになるので、その分、演算増幅器５の応答速度が遅くなる。従って、絶対条件ではないが、トランジスタ（８，９）のベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB，Ｃ_CB´を有する仮想的コンデンサ１０，１１に対し並列に、該容量の凡そ数倍〜１０倍程度の容量を有する補助コンデンサ１２を接続すると、演算増幅器の応答速度の問題など他の問題が許容される範囲で、位相補償のずれを従来に比べて大幅に小さくできる。
【００２０】
図４は本発明に基づく偏向アンプを備えた荷電粒子ビーム偏向装置の他の例を示している。図中、前記図１で使用された符号と同一符号の付されたものは同一構成要素である。
【００２１】
この実施例では、１個の固有容量を持つ補助コンデンサを取り付けるのではなく、トランジスタ８，９のベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB，Ｃ_CB´を有する仮想的コンデンサ１０，１１に対し並列に、補助コンデンサ１３ＡとスイッチＳＷ_Aを直列接続した回路、補助コンデンサ１３ＢとスイッチＳＷ_Bを直列接続した回路、補助コンデンサ１３ＣとスイッチＳＷ_Cを直列接続した回路を接続している。前記各補助コンデンサとしては、ＤＡ変換器１への入力値の変化範囲若しくは偏向アンプ２の出力値の変化範囲に対して凡そ±４．３％の変化率を考えた場合には、補助コンデンサ１３Ａとして５２．５ｐＦ、１３Ｂとして５０ｐＦ、１３Ｃとして６７．５ｐＦの容量を有するものを選択する。そして、ＤＡ変換器１への入力データに応じて前記スイッチの切り替え指令を発する制御回路１４を設けておく。例えば、ＤＡ変換器１への入力データが最小の場合、制御回路１４はスイッチＳＷ_Aをオンさせ、補助コンデンサ１３Ａが選択される。その為、トランジスタ（８，９）の全容量が凡そ５７．５ｐＦとなり、変化率は凡そ０となる。又、ＤＡ変換器１への入力データが最大の場合、制御回路１４はスイッチＳＷ_Cをオンさせ、補助コンデンサ１３Ｃが選択される。その為、トランジスタ（８，９）の全端子間浮遊容量が凡そ５７．５ｐＦとなり、変化率は凡そ０となる。又、又、ＤＡ変換器１への入力データがちょうど中間値の場合、制御回路１４はスイッチＳＷ_Bをオンさせ、補助コンデンサ１３Ｂが選択される。その為、トランジスタ（８，９）の全端子間浮遊容量が凡そ５７．５ｐＦとなり、変化率は凡そ０となる。尚、この実施例では、最小，最大及び中間値の入力データの対して最適補助コンデンサが選択されるように成したが、実際には入力データの値域が３つに分けられ、出来るだけ変化率が小さくなる容量の補助コンデサが選択できるように成してある。
【００２２】
尚、前記実施例では３つの補助コンデンサを設けたが、５２．５ｐＦ〜６７．５ｐＦの容量範囲で互いに異なった容量値を持つ補助コンデンサとスイッチを直列接続した回路を多数、トランジスタ８，９のベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB，Ｃ_CB´を有する仮想的コンデンサ１０，１１に対し並列に接続し、入力データに対してきめ細かに最適に近い（出来るだけ変化率が小さくなる）補助コンデンサが選択出来るようにしても良い。
【００２３】
又、前記の様に固有の容量値を有する補助コンデンではなく、バリコンのような容量可変コンデンサを用いて、ＤＡ変換器の入力データに応じて最適な容量値を選択できるように成しても良い。
【００２４】
又、前記実施例ではＤＡ変換器１の入力信号に基づいて補助コンデンサ若しくはバリコンの容量値を選択するように成したが、ＤＡ変換器１の出力信号（演算増幅器５への入力信号）に基づいて補助コンデンサ若しくはバリコンの容量値を選択するように成しても良い。
【００２５】
尚、前記実施例では、電子ビームの偏向を例に上げて説明したが、イオンビームの偏向にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の荷電粒子ビーム用偏向装置の一例を示している。
【図２】トランジスタのベースＢ，コレクタＣ間の容量Ｃ_CB とベースＢ，コレクタＣ間の電圧Ｖ_CBの関係を示している。
【図３】本発明の荷電粒子ビーム用偏向装置の一例を示している。
【図４】本発明の荷電粒子ビーム用偏向装置の他の例を示している。
【符号の説明】
１…ＤＡ変換器
２…偏向アンプ
３…偏向器
４…電子ビーム
５…演算増幅器
６…正側電源
７…負側電源
８，９…トランジスタ
Ｒｆ…フィードバックトランジスタ
１０，１１…仮想コンデンサ
１２ …補助コンデンサ
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…コンデンサ
ＳＷ_A，ＳＷ_B，ＳＷ_C…スイッチ
１４…制御回路

Claims

電流信号を電圧信号に変換する偏向アンプであって、帰還系の増幅器、正側の電流信号を増幅するトランジスタ、及び負側の電流信号を増幅するトランジスタを備えており、前記帰還系の増幅器の出力側と前記トランジスタの入力側の間に、該トランジスタの端子間浮遊容量に並列に成る様にコンデンサを接続するように成したことを特徴とする偏向アンプ。
前記コンデンサとして容量可変形のものを使用し、偏向アンプへの入力信号に応じて該コンデンサの容量値を変えるように成したことを特徴とする請求項１記載の偏向アンプ。
各々容量値の異なるコンデンサを選択可能に接続し、偏向アンプへの入力信号に応じてコンデンサを選択するように成したことを特徴とする請求項１記載の偏向アンプ。
荷電粒子ビーム偏向位置を表したデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器、該ＤＡ変換器の出力電流信号を電圧信号に変換する偏向アンプ、及び該偏向アンプの出力電圧信号が印加される偏向器から成る荷電粒子ビーム用偏向装置であって、前記偏向アンプは、帰還系の増幅器、正側の電流信号を増幅するトランジスタ、及び負側の電流信号を増幅するトランジスタを備えており、前記帰還系の増幅器の出力側と前記トランジスタの入力側の間に、該トランジスタの端子間浮遊容量に並列に成る様にコンデンサを接続するように成したことを特徴とする荷電粒子ビーム用偏向装置。
前記コンデンサとして容量可変形のものを使用し、前記ＤＡ変換器への入力信号若しくは出力信号に応じて該コンデンサの容量値を変えるように成したことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム用偏向装置。
各々容量値の異なるコンデンサを選択可能に接続し、前記ＤＡ変換器への入力信号若しくは出力信号に応じてコンデンサを選択するように成したことを特徴とする請求項４記載の荷電粒子ビーム偏向装置。