JP5139783B2 - 描画方法及び描画装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子線等のビームを用いた描画方法及び描画装置に関する。

電子線に感光するレジストが塗布されたマスク基板や半導体基板等の被描画材料に、所望の描画すべきパターン（描画パターン）に対応して電子線を照射して描画処理を行う描画装置において、描画パターンに対応するビットマップデータに応じて描画を行う装置がある。

図１は、このような描画装置の構成を示す図である。同図において、装置カラム７の上端部に設置された電子源１からは、電子線（電子ビーム）１５が被描画材料９に向けて放出される。被描画材料９は、被描画材料を収容するための試料室８内において、ステージ６上に載置されている。ステージ６は、被描画材料９を、水平面に沿うＸ方向及びＹ方向（Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する）の各方向に移動するための移動機構を備える。

装置カラム７の下端部と試料室８の上端部とは連通しており、装置カラム７内と試料室８内は、それぞれ別に設けられた真空排気系により真空引きされる。これにより、装置カラム７の内部雰囲気と試料室８の内部雰囲気は、個別にその真空度が設定可能とされる。

電子源１から放出された電子線１５は、装置カラム７に設けられた電子源鏡筒２内にある電子レンズ２ｂにより、集束される。これにより集束された電子線１５は、装置カラム７内の電子光学系３を通過する。

電子光学系３は、上段側に位置する２つの中間レンズ３ｂ，３ｃと、下段側に位置する対物レンズ３ｄとを備えている。これら各レンズ３ｂ〜３ｄによるレンズ作用により、電子線１５は、被描画材料９上に集束される。

また、偏向電極５による偏向作用により、電子線１５は、適宜偏向される。これにより、被描画材料９上における所定の各位置に順次電子線１５が照射される。このとき、これら各位置における電子線の照射時間は、当該各位置に対応して偏向電極５に印加される各偏向電圧の印加保持時間により調整される。

なお、中間レンズ３ｃと対物レンズ３ｄとの間には、ブランキング電極４が設置されている。このブランキング電極４が動作すると、中間レンズ３ｃと対物レンズ３ｄとの間において、電子線１５が大きく偏向されて曲がることとなり、被描画材料９への電子線１５の照射が遮断される。

ここで、上記電子源１は、電子源制御系１ａにより駆動及び制御される。また、電子源鏡筒２は、電子源鏡筒制御系２ａにより駆動及び制御される。電子光学系３は、電子光学系制御系３ａにより駆動及び制御される。ブランキング電極４は、ブランキング制御系４ａにより駆動及び制御される。偏向電極５は、ビーム走査制御系５ａにより駆動及び制御される。ステージ６は、ステージ駆動制御系６ａにより駆動及び制御される。

そして、これら各制御系１ａ〜６ａは、装置全体の制御を行うＣＰＵ１０に接続されている。さらに、ＣＰＵ１０には、データ処理系１１が接続されている。ＣＰＵ１０は、各制御系１ａ〜６ａ及びデータ処理系１１の制御を行う。

このデータ処理系１１には、外部からのデータが入力されるデータ入力部１１ｃと、データ入力部１１ｃからのデータ信号に基づいてデータ変換処理を行うデータ変換部１１ｂと、データ変換部１１ｂからのデータをＣＰＵ１０へ出力するデータ出力部１１ａとが備えられている。

このような構成からなる描画装置において、データ処理系１１のデータ入力部１１ｃには、同図に示すごとく、白黒二値ビットマップデータが入力される。

データ処理系１１内において、データ入力部１１ｃを介して、当該白黒二値ビットマップデータがデータ変換部１１ｂに送られる。

データ変換部１１ｂは、当該データに基づいて、当該ビットマップデータでの各画素（ピクセル）における二値情報に対応する電子線１５の走査信号情報を生成する。当該走査信号情報は、データ出力部１１を介して、ＣＰＵ１０に出力される。

ＣＰＵ１０は、電子源制御系１ａ、電子源鏡筒制御系２ａ、電子光学系制御系３ａ及びステージ駆動制御系６ａの制御を行うとともに、当該走査信号情報に基づいてブランキング制御系４ａ及びビーム走査制御系５ａの制御を行い、ステージ６上の被描画材料９に対して、電子線１５による描画処理を実行する。

このとき、例えば被描画材料９上にポジ型のレジストが塗布されている場合には、上記ビットマップデータにおいて白情報となっている画素に対応する被描画材料９上の位置には、その位置のレジストが十分に感光する照射量となる電子線１５が照射されるようにＣＰＵ１０により制御される。また、黒情報となっている画素に対応する被描画材料９上の位置には、その位置のレジストが電子線１５によって感光しないようにブランキングが行われる。

なお、このように白黒二値ビットマップデータに基づいて描画処理を行う描画装置において、ビットマップに対応して正しくブランキング動作がなされているか否かを確認するためのブランキング動作確認手段を備えた装置もある（特許文献１参照）。

特開平８−２５０４０４号公報

上記構成からなる描画装置では、白黒二値化されたビットマップデータのみを対象としているので、中間調濃度情報や多色情報を備えるビットマップデータを入力する場合には、所定の閾値等を設定して予め白黒二値変換をしなければならなかった。

このため、中間調濃度情報や多色情報をそのまま反映した描画処理を行うことができなかった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ビットマップデータに含まれた濃度情報又は色情報に応じて被描画材料へのビーム照射量を変化させて描画することのできる描画方法及び描画装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく第１の描画方法は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に偏向器で偏向させながら電子ビームを照射し、所望のパターンの描画を行う描画方法であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出し、算出した偏向保持時間情報と各画素の偏向位置情報とから走査信号を作成し、作成した走査信号により電子ビームを被描画材料で走査することにより各画素に応じて電子ビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴とする。

本発明に基づく第２の描画方法は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に電子ビームを偏向器で偏向させながら照射し、所望のパターンの描画を行う描画方法であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報を抽出する工程と、テーブルを参照して濃度情報又は色情報に応じた各画素における電子ビームのビーム照射量を求める工程と、各画素におけるビーム照射量に対応する前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出する工程と、各画素に対応する該偏向保持時間と各画素の偏向位置情報とに基づいて電子ビーム走査信号情報を生成する工程と、電子ビーム走査信号情報に基づいて電子ビームの走査を制御し、これにより被描画材料に電子ビームによる描画処理を施す工程とを有することを特徴とする。

本発明に基づく描画装置は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に電子ビームを偏向器で偏向させながら照射し、所望のパターンの描画を行う描画装置であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出する手段と、算出した偏向保持時間情報と各画素の偏向位置情報とから走査信号を作成する手段とを備え、作成した走査信号により電子ビームを被描画材料で走査することにより各画素に応じて電子ビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴とする。

本発明に基づく第１の描画方法及び第１の描画装置においては、ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、被描画材料へのビーム照射量を変化させて描画を行う。

また、本発明に基づく第２の描画方法及び第２の描画装置においては、ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報を抽出し、テーブルを参照して濃度情報又は色情報に応じた各画素におけるビーム照射量を求め、各画素に対応するビームの偏向電圧及び照射時間に基づいてビーム走査信号情報を生成し、ビーム走査信号情報に基づいてビームの走査を制御して、これにより被描画材料に描画処理を行う。

これにより、ビットマップデータに含まれた中間濃度情報や多色情報をそのまま反映した描画処理を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明における実施の形態について説明する。図２は、本発明における描画装置の構成を示す図である。図２において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には、同じ番号が付されている。

本実施の形態において、データ処理系２１以外は、図１に示す構成と同様である。ここで、電子源１、電子源鏡筒２、電子光学系３、ブランキング電極４、偏向電極５は、図１に示す構成と同様に、装置鏡筒７に設置されている。また、同様に、被描画材料９が載置されるステージ６は、試料室８内に設置されている。

さらに、図１に示す構成と同様に、これら電子源１、電子源鏡筒２、電子光学系３、ブランキング電極４、偏向電極５及びステージ６は、それぞれ対応する制御系１ａ〜６ａにより、駆動及び制御される。

各制御系１ａ〜６ａは、装置全体の制御を行うＣＰＵ１０に接続されている。そして、ＣＰＵ１０には、図１に示す構成とは異なるデータ処理系２１が接続されている。ＣＰＵ１０は、各制御系１ａ〜６ａ及びデータ処理系２１の制御を行う。

当該データ処理系２１には、外部からのデータが入力されるデータ入力部２１ｃと、記憶部２１ｄと、データ入力部１１ｃからのデータ信号及び記憶部２１ｄからのデータ信号に基づいてデータ変換処理を行うデータ変換部２１ｂと、データ変換部２１ｂからのデータ信号に基づいて、ＣＰＵ１０へのデータ出力を行うデータ出力部２１ａとが備えられている。

記憶部２１ｄには、描画すべきパターンに対応するビットマップデータにおける各濃度情報若しくは各色情報に対する電子線照射量データが指定されたテーブルが格納されている。

当該テーブルの一例としては、図３の（ｂ）に示すような構成となっている。すなわち、この例では、各濃度情報に対する電子線照射量データが指定されており、濃度番号１に対する電子線照射量データ（照射量）としてＤ１、濃度番号２に対する電子線照射量データとしてＤ２、濃度番号３に対する電子線照射量データとしてＤ３、濃度番号４に対する電子線照射量データとしてＤ４がそれぞれ指定されている。

そして、図３の（ａ）に示すごとく、各濃度情報は、濃度番号１から濃度番号４に向かうに従って、濃度が濃くなっており、白から黒に移行している。なお、この例では、説明の便宜上、濃度番号１から濃度番号４までの４階調グレースケールでの濃度情報（濃度番号）を設定しているが、実際には、もっと多くの濃度情報を設定するとともに、各濃度情報に対する電子線照射量データを設定することができる。

例えば、１６階調グレースケール、２５６階調グレースケール等での濃度情報を設定することができる。

ここで、被描画材料９上に塗布されたレジストが、ポジ型レジストである場合には、濃度番号１から濃度番号４に移行するにつれて、当該レジストへの電子線１５の照射量は段階的に減少するように設定される。そして、濃度番号４に対する電子線照射量データＤ４における電子線照射量を０（零）とすれば、当該レジストへの電子線１５の照射を無くすために、ブランキング電極４によるブランキング行う。これにより、当該レジストへの電子線１５の照射は遮断される。

なお、以下においては、説明の便宜のため、ポジ型のレジストが被描画材料９上に塗布されているものとして説明する。

データ処理系２１は上述した構成となっており、データ変換部２１ｂは、データ入力部２１ｃを介して入力されたビットマップデータにおける各画素に対して、記憶部２１ｄ内のテーブルを参照し、その画素の濃度情報に応じた固有の電子線照射量を求める。

さらに、データ変換部２１ｂは、各画素について、その座標値と当該画素について求められた電子線照射量とから、各画素に対応する電子線１５の偏向電圧及び照射時間を算出し、当該算出結果から走査信号情報（ビーム走査信号情報）を生成する。ここで、各偏向電圧における偏向保持時間が、そのときの照射時間に相当する。

この走査信号情報は、データ出力部２１ａを介して、ＣＰＵ１０に送られる。ＣＰＵ１０は、当該走査信号情報に基づいて、走査用制御信号をビーム走査制御系５ａに出力するとともに、ブランキング用制御信号をブランキング制御系４ａに出力する。

なお、図３の例では濃度情報での一例であるが、色情報の例の場合は、例えば、特定の色ごとに番号を付しておき、色番号１に対する電子線照射量データとしてｄ１、色番号２に対する電子線照射量データとしてｄ２、色番号３に対する電子線照射量データとしてｄ３、色番号４に対する電子線照射量データとしてｄ４等が指定されるように、各色情報が設定されることとなる。この場合は４階調カラーとなるが、その他に１６階調カラー、２５６階調カラー等の各階調カラーを設定することができる。

このような構成からなる描画装置を用いて実行される描画方法について、図４も参照しながら、以下に説明する。

データ処理系２１のデータ入力部２１ｃには、中間調の濃度情報を含むビットマップデータが入力される。データ処理系２１内において、データ入力部２１ｃを介して、当該ビットマップデータがデータ変換部２１ｂに送られる。データ変換部２１ｂは、当該データから、各画素における濃度情報を抽出する（ステップＳ１）。

さらに、データ変換部２１ｂは、記憶部２１ｄ内のテーブルを参照することにより、当該データにおける各画素の濃度情報に応じた固有の電子線照射量（ビーム照射量）を求める。これにより、各画素における電子線照射量が求められる（ステップＳ２）。

そして、データ変換部２１ｂは、ビットマップデータ中の各画素における座標値と上記電子線照射量とから、各画素における電子線１５の偏向電圧及び照射時間を算出する。すなわち、各座標値から、各画素に対応する電子線１５の偏向電圧が求められる。また、各画素における電子線照射量から、各画素に電子線１５が照射されるべき照射時間が求められる（ステップＳ３）。

この照射時間は、当該画素に対応する電子線１５の偏向電圧の保持時間に相当する。すなわち、画素の座標値に対応する偏向電圧が、該当画素に対して所定時間保持されることにより、電子線１５が、当該偏向電圧に応じて偏向された状態で、当該画素に対応する被描画材料９上での照射位置で留まって照射されることとなる。

さらに、データ変換部２１ｂは、このようにして求められた各偏向電圧及び各照射時間から、走査信号情報を生成する（ステップＳ４）。

この走査信号情報は、ＣＰＵ１０からビーム走査制御系５ａに送られる走査用制御信号と、ＣＰＵ１０からブランキング制御系４ａに送られるブランキング用制御信号とをＣＰＵ１０内で作成する際に参照される。

当該走査信号情報は、データ出力部２１ａを介して、ＣＰＵ１０に送られる。ＣＰＵ１０は、当該走査信号情報に基づいて、走査用制御信号を作成してビーム走査制御系５ａに出力する。また、これと同時に、ＣＰＵ１０は、当該走査信号情報に基づいて、ブランキング用制御信号を作成して、ブランキング制御系４ａに出力する。

また、これと同時に、ＣＰＵ１０は、電子源制御系１ａ、電子源鏡筒制御系２ａ、電子光学系制御系３ａ及びステージ駆動制御系６ａの各制御を行う。

これにより、電子源１から放出された電子線１５が、ステージ６上の被描画材料９に照射されることとなる。

このとき、ＣＰＵ１０から送られた走査用制御信号に基づいて、ビーム走査制御系５ａが偏向電極５を駆動及び制御する。また、これと同時に、ＣＰＵ１０から送られたブランキング用制御信号に基づいて、ブランキング制御系４ａがブランキング電極を駆動及び制御する。

ここで、上記走査信号情報には、ビットマップデータ中の各画素における濃度情報（当該濃度情報は、電子線１５の照射時間に対応している）が反映されている。そして、黒に対応する最も濃度の高い濃度情報（図３に示す例では、濃度番号４が該当）を有する画素において、電子線照射量を０（零）としておけば、ブランキング制御系４ａの駆動により、ブランキング電極４による電子線１５のブランキングが実行されることとなる。なお、その他の画素（図３に示す例では、濃度番号１〜３に対応する画素）については、電子線１５のブランキングが行なわれない。

そして、上記走査用制御信号は、各画素について、白に対応する最も濃度の低い濃度情報から濃度の高い濃度情報に移行するにつれて、電子線１５の照射時間が短くなるような制御信号となっている。

これにより、被描画材料９上のレジストに照射される電子線１５の走査及びブランキングの制御が実行され、被描画材料９に対する所定の描画処理が行われる（ステップＳ５）。

ここで、例えば、描画すべきパターンに対応するビットマップデータが、中間調濃度を有するアルファベットの「ａ」の文字パターンであったとき（図２中のビットマップデータを参照）、上記描画処理により加工された被描画材料９上のレジストの三次元加工例を図４に示す。

また、このような描画処理による三次元加工は、例えば、フレネルレンズの製造に適用することができる。

なお、上記においては、ビットマップデータ中の濃度情報に応じて被描画材料９への電子線照射量を変化させる例であったが、ビットマップデータ中の色情報に応じて被描画材料への電子線照射量を変化させるようにしてもよい。

そして、上記データ処理系２１の少なくとも一部を、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）又はワークステーションにより構成することもできる。

このように、本願発明における描画方法は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、ビーム１５による被描画材料９への描画を行う描画方法において、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、被描画材料９へのビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴としている。

この場合、各画素における濃度情報又は色情報に応じたビーム照射量が格納されたテーブルを、データ処理系２１内のデータ変換部２１ｂが参照する。そして、データ変換部２１ｂが、各画素に対応するビームの偏向電圧及び照射時間を算出し、これに基づいて被描画材料９へのビーム照射量を変化させて描画を行う。

また、本願発明における描画方法は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、ビームによる被描画材料９への描画を行う描画方法において、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報を抽出する工程と、テーブルを参照して濃度情報又は色情報に応じた各画素におけるビーム照射量を求める工程と、各画素におけるビーム照射量に対応するビームの照射時間を算出する工程と、各画素に対応するビームの偏向電圧及び照射時間に基づいてビーム走査信号情報を生成する工程と、ビーム走査信号情報に基づいてビームの走査を制御し、これにより被描画材料９にビームによる描画処理を施す工程とを有することを特徴としている。

さらに、本発明における描画装置は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、ビームによる被描画材料９への描画を行う描画装置において、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、被描画材料９へのビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴としている。

この場合、各画素における濃度情報又は色情報に応じたビーム照射量が格納されたテーブルがデータ処理系２１内の記憶部２１ｄに備えられており、当該テーブルを参照して被描画材料９へのビーム照射量を変化させて描画が行われる。

そして、当該テーブルの参照により各画素に対応するビームの偏向電圧及び照射時間を算出する手段（データ変換部２１ｂ）が備えられており、当該算出結果に基づいて被描画材料９へのビーム照射量を変化させて描画が行われる。

また、本願発明における描画装置は、描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、ビームによる被描画材料９への描画を行う描画装置において、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報を抽出する手段（データ変換部２１ｂ）と、各画素における濃度情報又は色情報に応じたビーム照射量が格納されたテーブル（記憶部２１ｄ内）と、当該テーブルを参照して濃度情報又は色情報に応じた各画素におけるビーム照射量を求める手段（データ変換部２１ｂ）と、各画素におけるビーム照射量に対応するビームの照射時間を算出する手段（データ変換部２１ｂ）と、各画素に対応するビームの偏向電圧及び照射時間に基づいてビーム走査信号情報を生成する手段（データ変換部２１ｂ）と、ビーム走査信号情報に基づいてビームの走査を制御し、これにより被描画材料にビームによる描画処理を施す手段（ＣＰＵ１０等）とを有することを特徴としている。

本発明においては、このような構成により、多濃度又は多色のビットマップデータを入力することができるので、白黒二値変換をする工程を省略することができる。

また、ビットマップデータの濃度あるいは色に応じて、被描画材料への電子線照射量を変化できるので、特に、写真等の複雑な階調を持つデータの表現力に優れる。

さらに、ビットマップデータの濃度あるいは色に応じて、被描画材料への電子線照射量を変化できるので、電子線用レジストの三次元加工にも有効である。

従来技術における描画装置の構成を示す図である。 本発明における描画装置の構成を示す図である。 本発明において、格納されるテーブルの一例等を示す図である。 本発明における描画方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明における描画方法により、三次元加工されたレジストの一例を示す図である。

符号の説明

１…電子源、１ａ…電子源制御系、２…電子源鏡筒、２ａ…電子源鏡筒制御系、２ｂ…電子レンズ、３…電子光学系、３ａ…電子光学系制御系、３ｂ，３ｃ…中間レンズ、３ｄ…対物レンズ、４…ブランキング電極、４ａブランキング制御系、５…偏向電極、５ａ…ビーム走査制御系、６…ステージ、６ａ…ステージ駆動制御系、７…装置鏡筒、８…試料室、９…被描画材料、１０…ＣＰＵ、２１…データ処理系、２１ａ…データ出力部、２１ｂ…データ変換部、２１ｃ…データ入力部、２１ｄ…記憶部

Claims (6)

1. 描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に偏向器で偏向させながら電子ビームを照射し、所望のパターンの描画を行う描画方法であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出し、算出した偏向保持時間情報と各画素の偏向位置情報とから走査信号を作成し、作成した走査信号により電子ビームを被描画材料で走査することにより各画素に応じて電子ビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴とする描画方法。
2. 前記各画素における濃度情報又は色情報に応じた電子ビーム照射量が格納されたテーブルを参照し、これに基づいて被描画材料への電子ビーム照射量を変化させて描画を行う特徴とする請求項１記載の描画方法。
3. 前記テーブルの参照により各画素に対応する電子ビームの照射時間を算出し、これに基づいて被描画材料への電子ビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴とする請求項２記載の描画方法。
4. 描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に電子ビームを偏向器で偏向させながら照射し、所望のパターンの描画を行う描画方法であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報を抽出する工程と、テーブルを参照して濃度情報又は色情報に応じた各画素における電子ビームのビーム照射量を求める工程と、各画素におけるビーム照射量に対応する前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出する工程と、各画素に対応する該偏向保持時間と各画素の偏向位置情報とに基づいて電子ビーム走査信号情報を生成する工程と、電子ビーム走査信号情報に基づいて電子ビームの走査を制御し、これにより被描画材料に電子ビームによる描画処理を施す工程とを有することを特徴とする描画方法。
5. 描画すべきパターンに対応するビットマップデータに基づいて、被描画材料上に電子ビームを偏向器で偏向させながら照射し、所望のパターンの描画を行う描画装置であって、当該ビットマップデータ中の各画素における濃度情報又は色情報に応じて、前記偏向器に印加する偏向電圧の偏向保持時間を算出する手段と、算出した偏向保持時間情報と各画素の偏向位置情報とから走査信号を作成する手段とを備え、作成した走査信号により電子ビームを被描画材料で走査することにより各画素に応じて電子ビーム照射量を変化させて描画を行うことを特徴とする描画装置。
6. 前記偏向保持時間を算出する手段は、前記各画素における濃度情報又は色情報に応じた電子ビーム照射量が格納されたテーブルを備え、当該テーブルを参照して各画素に対するビーム照射量を求めて偏向保持時間を算出することを特徴とする請求項５記載の描画装置。

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