JP5464806B2 - 波形測定機器の校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子線描画装置において、半導体素子パターンなどを描画する電子線の制御に用いられるＤＡＣ−ＡＭＰのセトリング特性の評価に用いられる波形測定機器の校正方法に関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、マスク加工精度の向上が要求されており、高精度のマスク加工が可能な電子線描画装置が用いられている。

このような電子線描画装置において、電子線を偏向器によって所望の位置に制御して描画することにより、所望のパターンが形成されるが、この偏向器に用いられる制御回路において、デジタルデータをアナログデータに変換するＤＡ変換器とその出力を増幅するアンプから構成されるＤＡＣ−ＡＭＰが用いられている。

このＤＡＣ−ＡＭＰにおいて、電子線の高速制御を実現するために、例えば、１６ビットの変化を与えて１ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）以下に収束するセトリング時間が５μｓ以下といった高速動作が要求されている。このようなセトリング特性を評価するために、オシロスコープへの直接入力して測定する方法、セトリングタイミングでのスイッチング切り替えによりオシロスコープのダイナミックレンジを稼いで測定する方法、ダイオードブリッジを用いてオシロスコープのダイナミックレンジを稼いで測定する方法などが用いられている。そして、これらいずれの方法においても、オシロスコープが用いられている（例えば特許文献１参照）。

近年、ＤＡＣ−ＡＭＰのさらなる高速化に伴い、より高精度の測定が要求されている。それに伴い、オシロスコープにより観測されるセトリング特性の測定波形に、測定に用いられるオシロスコープ個体差起因の歪が含まれることによる、測定精度の低下が無視できなくなるという問題が生じる。
特開２００４−２５９８１２号公報

上述したように、ＤＡＣ−ＡＭＰのセトリング特性を評価する際に、測定に用いられるオシロスコープなど波形測定機器自体の持つ歪により測定精度が低下する、という問題がある。

本発明は、高速かつ安定した立ち上がり波形を発生させることが可能な標準パルス発生器を用いて、測定精度を向上させることができる波形測定機器の校正方法を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、充電電源と、それぞれ異なる周波数−インピーダンス特性を有し、並列接続された複数のキャパシタと、機械式リレーと、を備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、並列接続された前記複数のキャパシタの周波数−出力インピーダンス特性における出力インピーダンスのピーク値が、使用周波数帯より高い周波数において発生するように選定されたキャパシタである標準パルス発生器を用いた波形測定機器の校正方法であって、前記並列接続された前記複数のキャパシタの前記周波数−出力インピーダンス特性を測定し、測定された前記周波数−出力インピーダンス特性より、等価回路定数を算出し、算出された前記等価回路定数を用いて構成された標準パルス発生回路が有する並列接続された複数のキャパシタ回路の周波数−出力インピーダンス特性をシミュレートし、測定された前記周波数−出力インピーダンス特性と、シミュレートすることによって得られた前記周波数−出力インピーダンス特性と、を比較することにより、前記等価回路定数を調整し、調整された等価回路定数を用いて構成された前記標準パルス発生回路の出力波形をシミュレートし、前記標準パルス発生回路の出力波形をシミュレートした後に、前記充電電源から前記並列接続された前記複数のキャパシタに電荷を供給し、供給された前記電荷を前記並列接続された前記複数のキャパシタにおいて貯め、貯められた前記電荷を、前記機械式リレーを用いて波形測定機器に対して放電することにより、パルスを発生させ、発生した前記パルスを前記波形測定機器において測定し、前記波形測定機器において測定対象となる波形を測定し、測定された前記測定対象の波形データから測定された前記パルスの波形データを差し引くことによって得られた波形データに基づく波形を、前記波形測定機器に表示することを特徴とする波形測定機器の校正方法が提供される。

本発明の波形測定機器の校正方法において、複数のキャパシタをカットアンドトライで選定することが好ましい。

本発明によれば、高速かつ安定した立ち上がり波形を発生させることが可能な標準パルス発生器を用いて波形測定機器を校正することにより、波形測定機器の測定精度を向上させることができる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に、本実施形態の標準パルス発生器のブロック図を示す。図１に示すように、電荷を供給するための充電電源１１と、充電電源１１から供給される電荷を貯めるためのキャパシタ１２、キャパシタ１２に貯められた電荷を放電するための機械式リレーとして水銀リレー１３が接続されている。ここで、キャパシタ１２は、図２に示すように、それぞれ異なる周波数−インピーダンス特性を有する複数のキャパシタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ〜１２ｎが並列接続されて構成されている。そして、水銀リレー１３は、オシロスコープなどの波形測定機器１４と接続される。

図３に、このようなオシロスコープと接続された標準パルス発生器の回路図を示す。ここで、
Ｒ１、Ｌ１：キャパシタ全体のＥＳＲ（寄生抵抗）、ＥＳＬ（寄生インダクタンス）と、配線インダクタンス
Ｃ０ ：配線間の浮遊容量
Ｒ２、Ｃ３：オシロスコープの入力インピーダンス
Ｒ３、Ｌ２：充電電源の出力インダクタンス、配線の持つ抵抗、インダクタンスの総和（Ｒ３は充電回路が出力波形回路に影響しないようＲ１に対して十分大きくしておく）
このような標準パルス発生器は、例えば以下のように作成される。

先ず、キャパシタの種類と数を選定する。このとき、キャパシタとして複数のコンデンサを用意し、これらを並列に接続したものを、水銀リレー１３に接続する。そして、リレーを閉じ、オシロスコープと充電電源を接続しない状態で、周波数−出力インピーダンス特性（以下Ｆ−Ｚ特性と記す）をネットワークアナライザで測定する。

これらコンデンサは、それぞれ規格の容量を有するとともに、それぞれ個別のＥＳＲ、ＥＳＬを有し、周波数−インピーダンス特性が異なるものであるが、これらを複数組合せることにより、インピーダンスを低下させることができる。そして、このような複数のコンデンサの組合せのうち、なるべく広範囲の周波数帯域でインピーダンスが一定となるように、インピーダンス値のピーク周波数がなるべく高くなり、インピーダンス値が一番大きなピーク以外にピークを持たないように、カットアンドトライで選択する。

以下に、コンデンサの内訳の一例を示す。

電解コンデンサ １００μＦ×２
４７μＦ×１
１０μＦ×１
フィルムコンデンサ １０μＦ×１
マイカコンデンサ ４３μＦ×２
１５０μＦ×２
セラミックコンデンサ １μＦ×１
０．５μＦ×１
３３ｐＦ×１
選択されたこれらのコンデンサを、全て並列に接続する。そして、並列に接続されたコンデンサを、水銀リレー１３と接続し、標準パルス発生器を構成する。

このようにして構成された標準パルス発生器において、リレーを閉じ、オシロスコープと充電電源を接続しない状態で、Ｆ−Ｚ特性をネットワークアナライザで測定する。そして、ネットワークアナライザのシミュレート機能等を用いて、このＦ−Ｚ特性から等価回路定数としてＲ1、Ｃ１、Ｌ１、Ｃ０を算出する。

ここで、等価回路定数（予想値）の精度を上げるために、さらに逆に等価回路定数Ｒ1、Ｃ１、Ｌ１、Ｃ０の値からＦ−Ｚ特性をシミュレートし、実測されたＦ−Ｚ特性と比較して必要であれば等価回路定数を調整することもできる。Ｆ−Ｚ特性の測定結果にシミュレートしたインピーダンス特性が最も近くなるような等価回路定数を求めると、例えばＲ１＝８３Ω、Ｃ１＝１ｍＦ、Ｌ１＝２９ｎＨ、Ｃ０＝３ｐＦとなる。

図４に、標準パルス発生器の実測Ｆ−Ｚ特性と、求めた等価回路定数に基づいたシミュレーション結果を示す。図に示すように、実測特性とシミュレーション結果はほぼ重なり、等価回路定数は正しい値であると仮定することができる。

このようにして求めた等価回路定数を用いて、構成された標準パルス発生器の出力波形をシミュレートする。このとき、水銀リレーＯＦＦ絶縁抵抗は１０ＧΩ、キャパシタ漏れ抵抗は、低周波で１ＭΩ、高周波で１００ｋΩとする。

図５に出力波形のシミュレーション結果を示す。図に示すように、立ち上がり以外はフラットな波形が得られていることがわかる。

図６に、図５の出力波形の時間軸を拡大したものを示す。図に示すように、１０％から９０％の立ち上がり時間は１ｎｓｅｃ以下であり、立ち上がりのオーバーシュートから続くリンギングが認められるものの、５０ｎｓｅｃ程度で収束していることがわかる。

図７に、図５の出力波形の電圧軸を拡大したものを示す。図に示すように、立ち上がりにリンギングが見られ、その後は２５０μＶｐｐ程度の振幅の小さい発振が認められる。

このように、拡大波形では、リンギング、発振が認められるものの、立ち上がりは良好であり、立ち上がりから５０ｎｓｅｃ以降の波形では、オシロスコープでの観測が可能な５００μＶｐｐ以上の発振はない。従って、シミュレーション上は、十分ロングテール部分（立ち上がり後１〜１０μｓｅｃ程度）の標準波形として用いることが可能であることがわかる。

このように構成され、シミュレートされた標準パルス発生器において、充電電源１１から印加される充電電圧を例えば１０Ｖとし、並列接続された上述のキャパシタ１２に電荷を供給する。そして、キャパシタ１２に貯められた電荷を、水銀リレー１３を用いてオシロスコープ、Ａ／Ｄコンバータなど波形測定機器１４に対して放電することにより、標準パルスを発生させる。

そして、発生させた標準パルスを、例えばＤＡＣ−ＡＭＰの測定に供するオシロスコープなど波形測定機器１４において測定する。測定された波形には、オシロスコープ個体差起因の歪によるテールが含まれている。そして、これをリファレンスとして、オシロスコープによりＤＡＣ−ＡＭＰの波形の測定を行う。測定された波形には、同様に、オシロスコープ個体差起因の歪によるテールが含まれている。従って、これらの差分を取ることにより、オシロスコープ個体差起因の歪を除去することができる。

本実施形態においては、リレーとして機械式リレーを用いているが、一般的なパルス発生器においては、繰り返し周期が速い、機械的な接触がないなどのメリットがある半導体リレーが用いられている。オシロスコープの校正を目的とする場合、例えば波高値が０〜数百Ｖといった広い電圧範囲で、１ｎｓｅｃ（１０％−９０％）といった速い立ち上がり時間のパルスを発生できること、立ち上がり以降の電圧安定度が要求される。しかしながら、半導体リレーにおいては、自己消費電力により発熱するため、サーマルテールが生じ、併せてリンギングなどにより、立ち上がり以降の電圧安定度が得られないという問題がある。

本実施形態において用いられている機械式リレーでは、１０回／秒と繰り返し周期の速さは遅くなるものの、オシロスコープの校正に用いるには十分である。オシロスコープ入力抵抗（例えば１ＭΩ）に対して、標準パルスを出力する際の消費電力はごくわずかであり、その消費電力で発生する熱、その熱で発生する抵抗分などの増減は無視できる程度である。従って、サーマルテールについても無視できる程度であることになり、立ち上がり以降の電圧安定性を得ることができる。さらに、水銀リレーを用いることにより、バウンスのない速い立ち上がり波形を得ることができる。

以上詳述したように、本実施形態の標準パルス発生器によれば、立ち上がりおよびそれ以降の波形が良好で、安定した標準パルスを発生させることが可能となる。そして、このような標準パルス発生器を用いて、良好な標準パルスを発生させ、オシロスコープ、Ａ／Ｄコンバータなど波形測定機器の個体差起因の歪を校正することができ、高精度にＤＡＣ−ＡＭＰのセトリング時間を測定することが可能となる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様における標準パルス発生器のブロック図。 本発明の一態様におけるキャパシタの並列接続を示す図。 本発明の一態様におけるオシロスコープと接続された標準パルス発生器の回路図。 本発明の一態様における標準パルス発生器の実測Ｆ−Ｚ特性と、求めた等価回路定数に基づいたシミュレーション結果を示す図。 本発明の一態様における出力波形のシミュレーション結果を示す図。 図５の出力波形の時間軸を拡大した図。 図５の出力波形の電圧軸を拡大した図。

符号の説明

１１…充電電源
１２…キャパシタ
１３…水銀リレー
１４…波形測定機器

Claims (2)

1. 充電電源と、それぞれ異なる周波数−インピーダンス特性を有し、並列接続された複数のキャパシタと、機械式リレーと、を備え、前記複数のキャパシタのそれぞれは、並列接続された前記複数のキャパシタの周波数−出力インピーダンス特性における出力インピーダンスのピーク値が、使用周波数帯より高い周波数において発生するように選定されたキャパシタである標準パルス発生器を用いた波形測定機器の校正方法であって、
   前記並列接続された前記複数のキャパシタの前記周波数−出力インピーダンス特性を測定し、
   測定された前記周波数−出力インピーダンス特性より、等価回路定数を算出し、
   算出された前記等価回路定数を用いて構成された標準パルス発生回路が有する並列接続された複数のキャパシタ回路の周波数−出力インピーダンス特性をシミュレートし、
   測定された前記周波数−出力インピーダンス特性と、シミュレートすることによって得られた前記周波数−出力インピーダンス特性と、を比較することにより、前記等価回路定数を調整し、
   調整された等価回路定数を用いて構成された前記標準パルス発生回路の出力波形をシミュレートし、
   前記標準パルス発生回路の出力波形をシミュレートした後に、前記充電電源から前記並列接続された前記複数のキャパシタに電荷を供給し、
   供給された前記電荷を前記並列接続された前記複数のキャパシタにおいて貯め、
   貯められた前記電荷を、前記機械式リレーを用いて波形測定機器に対して放電することにより、パルスを発生させ、
   発生した前記パルスを前記波形測定機器において測定し、
   前記波形測定機器において測定対象となる波形を測定し、
   測定された前記測定対象の波形データから測定された前記パルスの波形データを差し引くことによって得られた波形データに基づく波形を、前記波形測定機器に表示することを特徴とする波形測定機器の校正方法。
2. 前記複数のキャパシタを、カットアンドトライで選定することを特徴とする請求項１に記載の波形測定機器の校正方法。

Images