JPH0230045A

JPH0230045A - 円図形用荷電ビーム描画方法および装置

Info

Publication number: JPH0230045A
Application number: JP1030812A
Authority: JP
Inventors: Taisan Goto; 後藤　泰山; Kuniyoshi Wakasaki; 若崎　邦義
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1990-01-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野ン本発明は、荷電ビーム描画方法および装置に係り、特に
円図形（楕円図形を含む、以下同じ）の描画に関するも
のである。

（従来の技術）荷電ビーム描画装置には、ビーム形状として円形ガウン
ャンビームと可変成形ビーム（矩形、三角形等）があゆ
、また走査方式としてはラスク型とベクトル型がある。

これらの方式は、おおむね基軸に対して平行および直角
方向の辺を持つ形状の描画に対しては形状、精度（エツ
ジラフネス）ともにほぼ満足できる結果を得ている。

（発明が解決しようとする課題）ところが上記のような従来の荷電ビーム描画装置によっ
て、基軸に対し傾きのある辺を持つ形状を描画する場合
、例えば第９図に示すように、本質的に形状・精度とも
に満足な結果を得ることができない。この欠点は、第１
０図に例示するように、描画図形が円形の場合に顕著に
現われ、さらに円図形は形状の定義方法の関係上、デー
タ量の増大を招く。また、円図形の形状、精度が円中心
に対して非対称になるなどの欠点もある、なお、第９図
、第１０図は円形ガウンャンビーム２ａを用いたラスク
型の例を示したが、矩形の可変成形ビームを用いたベク
トル型の場合でも、描画された図形の形状は、第９図、
第１Ｏ図の円形ガウシャンビーム２ａを四角形あるいは
三角形にしたものとなり、はぼ同様の外郭を示す。

本発明は、円図形の形状、精度の向上を図ると共に、デ
ータｔを減少させるための円図形用荷電ビーム描画方法
およびそのための装置を提供することを目的としている
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段〉本発明は、上記目的を達成するため、荷電ビームの走査
偏向用Ｘ、Ｙ電極に対し、一方には正弦波成分を有し、
他方には余弦波成分を有する偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを
同期して印加することにより、荷電ビームに円周方向の
移動を付与するようにした円図形用荷電ビーム描画方法
にある。

上記偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖｙとしては、（１）　　Ｖｘ
　＝　ａ房αｔ−（２）βｔＶｙ　＝　ｂ　＊αｔ−何
βｔただし、ａ、ｂは楕円の式（大２２＋（五）２＝ｌのＡ
、Ｂに応じて決められる定数で、真円図形の場合はａ＝
ｂで半径に応じた値、ｔは時間、βはαに円図形の円周
長官を荷電ビームの径で割りた値もしくはそれに近い値
を掛合わせた値、（２）　　また上記式中のｃｍ　／　
ｔを、Ｃｏｇ　／ｌ　（ただし、ｎ≧２）としたもの、さらには、（３）　　Ｖｘ　＝　ｆ（す・（２）αを対応するもの
で、αｔが２π増加する毎に荷電ビームの径に近い値ず
つ増加または減少する関数、ｔは時間、を用いることが好ましい。

かつ前記パターンを帯状のストライプに分割し、イブ幅
内に中心を有する円図形が荷電ビームの振り幅内に納ま
るようにして、円図形をストライプの境界で分割するこ
となく描画することが好ましいＯまた、上記方法を実施するため、本発明の円図形用荷電
ビーム描画装置は、上記のような偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖ
ｙを生ずる円図形用偏向電源と、円図形の中心座標Ｘｉ
　、　Ｙｌの少なくともいずれか一方に対応する所定値
の偏向電圧を生ずる位置決め用偏向電源とを具備し、両
電源の偏向電圧をそれぞれ対応する走査偏向用Ｘ−Ｙ電
極に印加するようにしたものである。

（作　用］走査偏向用Ｘ−Ｙ電極に対し、一方には正弦波成分を有
し、他方には余弦波成分を有する偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖ
ｙを同期して印加すると、荷電ビームはｓｉｎ　、　ｃ
ｏｓの合成によって円運動を行なう。そこで、円図形の
描画が簡単かつ正確に行なわれる。

説明を簡略にするため真円図形の描画について述べると
、偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖｙの具体例として示した上記（
１）によれば、荷電ビームは、第４図に示すように、円
周方向へ移動しつつ円中心を通って円周間を往復して円
周内を塗りつぶし、また上記（２］によれば荷電ビーム
の移動速度が円の外周付近より中心付近の方がより速く
な・りて、ビームの重なりが多い中心側の照射密度の増
加を緩和する０また、上記（３）によれば、荷電ビーム
は、ｆａ６図に示すように移動して円周内を塗りつぶす
。

上記のような偏向電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを生ずる円図形用
偏向電源と、円図形の中心座標Ｘ１．　Ｙｌの少なくと
もいずれか一方に対応する所定値の偏向電圧を生ずる位
置決め用偏向電源とを具備させて、両偏向電圧を対応す
る走査偏向用Ｘ−Ｙ電極に印加すれば、所望の位置に円
図形を描画することができる◇なお、位置決め用偏向電
源は、Ｘｌ、　Ｙｔの一方についてのみの偏向電圧を生
じ、他方はステージの移動により描画される試料の位置
を描画位置へ移動させるようにしてもよい。

（実施例）以下本発明の一実施例・を示す第１図ないし第５図につ
いて説明する。第１図において、１は荷電ビーム源、２
は荷電ビーム、３はブランキング電極、４はコンデンサ
レンズ、５ｘ　、　ｓｙは走査偏向用Ｘ−Ｙ電極、６は
対物レンズ、７は試料、８はステージである。

ブランキング電極３には、ＣＰＵｌ０によりてコントロ
ールされるデータ変換回路１１からのビットデータに基
づいて荷電ビーム２をＯＮ　、　ＯＦＦするブランキン
グ電圧がブランキング電源１２から与えられるようにな
りている。走査偏向用Ｘ−Ｙ電極５Ｘ　、　５）’には
、図形データの種類に基づいてＣＰＵ１０によりコント
ロールされる偏向切換回路１３によって、円図形用偏向
電源１４、位置決め用偏向電源１５、テスク走査用偏向
電源１６および連続移動補正用偏向電源１７の各電源が
選択されて印加される。

これらの偏向電源のうち、テスク走査用偏向電源１６は
通常のラスク走査方式の描画に用いられているものでち
ゃ、また連続移動補正用偏向電源１７は、ステージ８を
例えばＸＹ座標のうちのＸ方向へ連続的に移動させつつ
描画する場合に、荷電ビーム２をステージ８のＸ方向移
動速度に合わせてＸ方向へ偏向させるため鋸歯状電圧を
発生する。

他方、円図形用偏向電源１４は、第２図（ａ）　（ｂ）
に示すように、Ｖｘ　＝　ａ−ａｘαｔ”ａｍβｔ　−・・・−・（１
）ｖｙ　＝　ｂ−幽αｔ−囲βｔ　・・曲（２）で表さ
れる２種の電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを発生し、電圧ＶｘをＸ
方向の走査偏向用Ｘ電極５ｘに与え、電圧ｖｙをＸ方向
の走査偏向用Ｙ電極５ｙに与える。

上記式（１）　、　（２）中、ａ、ｂは、楕円の式（λ
）＋（首）２＝１のＡ、Ｂ（第３図（ｂ）参照）に応じ
て決められる定数、また第３図（ａ）に示すように真円
図形の場合はａ　＝　ｂで半径Ｒ１に応じて定められる
定数であり、ｃｏｓαｔおよびｓｉｎαｔは荷電ビーム
２を円周方向へ回転移動させるためのものであり、ｃｏ
ｓｐｔは荷電ビーム２を半径方向へ往復移動させるため
のものであり、前記電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを走査偏向用Ｘ
−Ｙ電極５ｘ・、５ｙに同期して与えることにより、例
えばａ　＝　ｂの場合には荷電ビーム２を第４図に争呻
曲線Ｓで示すように走査させ、ａとｂが異なる場合には
楕円内を同様に走査させる。

なお、第４図中の符号■〜■は荷電ビーム２の走査の流
れを示す矢印、ａは上記式（１）　、　（２）中のａ。

ｂ（ａ＝ｂ）によって定まる半径を示す◇第４図は、α
ｔを０〜１８０°まで変化させた状態を示すもので、さ
らに１８０〜３６０°まで変化させれば、円周を等分（
図示の例では２０等分）した形を取り、この等分の数は
αとβの比によって与えられる。

この等分の数すなわちαとβの比は、第５図に示すよう
に、描画する円図形の外周に沿って荷電ビーム２の円形
ガウシャンビーム２ａが少なくともすき間なく位置する
ように、円図形の円周長官をビーム２ａの太さで割った
値もしくはそれに近い値をαに掛合わせた値をβとする
ように定められる０円図形を描画するためのデータは、真円図形の場合には
中心座標ＸＩ　、　Ｙｔと円図形データ（Ｒ１゜Ｒ１２
、θ１．θ２）（第３図（ａ）参照）、また楕円図形の
場合には中心座標Ｘ１．　Ｙｓと円図形データ（Ａ１゜
Ｂｌ　、　Ａ２　、θ１．θ２ン（第３図（ｂ）参照）
で与えられ、この円図形データが第１図に示すデータ変
換回路１１に与えられると、それに基づいて円図形用偏
向電源１４の前記ａ、ｂ、α、βを決定するようになっ
ている。

また、前記データ変換回路１１は、これに与えられた図
形データが、上記（Ｒ１、Ｒ２、θ１．θ２）または（
Ａｌ、　Ｂｔ　、　Ａ２　、θ１．θ２）で与えられる
円図形データの場合は、前記式（１）　、　（２）のｔ
に基づいてブランキング用電源１２をＯＮ　、　ＯＦＦ
させるようなビットデータに変換する機能を有しており
、例えば、真円図形の場合で、Ｒ１がある値を有し、Ｒ
２＝０、θ１＝＝Ｑ、θ２　＝　３６０°の中実完全真
円図〔形を描画する場合にはαｔがＯ〜３６０°の範囲でビッ
トデータを１１１として描画するが、第３図（ａ）に示
す二重の斜線部の扇形円図形を描画する場合は、第４図
に示したように荷電ビーム２が走査されるとき、前記扇
形部に対応した部分においてのみビットデータを１１１
とし、他はαｔがＯ〜３６００の範囲内であってもデー
タを１ｌＯｌとするような演算を行なうように構成され
ている。

なお、このデータ変換回路１１は、これに与えられた固
形データが矩形データの場合は、通常のラスタ型の荷電
ビーム描画装置に用いられているデータ変換と同様の変
換を行なう機能をも有している。

前記位置決め用偏向電源１５は、円図形の中心座標Ｘｉ
、ＹｌのうちＸＩに対応した量だけ荷電ビーム２を偏向
させるのに必要な所定の偏向電圧を発生するようになっ
ている。

１８はレーザ干渉を用いたステージ位置測定装置で、Ｃ
ＰＵｌ０から与えられる描画位置に関連した位置にステ
ｒジ８が達したとき、各偏向電源１４゜１５　、１６　
、１７に選択的に偏向開始指令を出すと共に、データ変
換回路１１ヘデータ送出指令を出すようになっている。

また、このステージ位置測定装置１８はＣＰＵｌ０によ
りてコントロールされるステージ駆動装置１９にフィー
ドバックを与えるようになりている。

次いで本装置の作用について真円図形の描画を例にとっ
て説明する。試料７上の所定の座標Ｘ１゜Ｙｌを中心と
する真円図形データ（Ｒ１，Ｒ２，θ１゜θ２）の描画
を行なう場合、図示しないディスクなどからＣＰ　Ｕ　
１０によりて上記データが取込まれる。上記中心座標Ｘ
１．　ＹｔのうちＸｌはステージ位置測定装置１８およ
び位置決め用偏向電源１５へ与えられ、Ｙｌはステージ
位置測定装置１８へ与えられる。また、上記真円図形デ
ータ（Ｒ１，Ｒ２、θ１゜θ２）はデータ変換回路１１
へ与えられ、上記式（１）、（２）のｔに基づき１０１
と０１ｍのドツトデータに変換されると共に、円図形用
偏向電源１４に上式（１）。

伐）のａ、ｂ（ａ＝ｂ）、α、βを与える。なお、α、
ｌは一定にしておいてもよい。

ステージ８は、Ｘ方向には前記中心座標Ｘ１を含む上記
円図形が描画される範囲にあって、Ｘ方向に一端から他
端へ向けて連続移動されているものとする。ステージ位
置測定装置１８ｔＩｉ、Ｘ方向のステージ位置を測定し
ており、該位置が中心座標Ｙ１に対応する位置を検知す
ると、位置決め用偏向電源１５に前記中心座標Ｘ１に応
じた電圧を発生させると共に（円図形用偏向電源１４と
データ変換回路１１に指令を送る。このとき、偏向切換
回路１３は、ＣＰＵｌ０の指令により各偏向電源１４　
、１５　、１６　、１７のうちテスク走査用偏向電源１
６を除く３つの偏向電源の偏向電圧を加算して走査偏向
用Ｘ−Ｙ電極５ｘ　、　ｓｙへ与えるようになっている
。そこで、前記ステージ位置測定装置１８からの指令に
より、荷電ビーム２が座標Ｘ１．　Ｙｔを中心とし、Ｒ
１に応じたａを半径として第４図に示すように走査され
る。このとき、ステージ８がＹ方向へ連続移動すること
によるＹ方向の描画形状の変化は連続移動補正用偏向電
源１７からの偏向電圧によって補正される。荷電ビーム
２が第４図に示すように走査される間、ブランキング用
電源１２は式（１）　、　（２）のｔを基準としてデー
タ変換回路１１によって変換されたｌ１１′ｌとＩｌＯ
″のドツトデータによってＯＮ　、　ＯＦＦされ、真円
図形データ（Ｒ１，Ｒ２、θ１．θ２）の各位に応じた
中実真円図形２円環図形または扇形図形を描画する。

この方法によれば、少なくとも円図形の外周に対しては
、第４図および第５図に示すように荷電ビーム２すなわ
ちそのスボツ）２ａが該外周に沿って移動することにな
り、より完全に近い形の円図形の描画が行なわれる。

ただし、この方法による場合は、円図形の中心側はどス
ポット２ａの重なりが多くなるため、中心部と外周部と
で露光量が変わる。これは、半径方向への走査速度が外
周付近で遅く、中心付近で速いことによって緩和されて
はいるが、この露光量の差が一問題となる描画において
は、上記式（１）。

（２）のＣＯ５／　ｔをｃｏｓｎ／ｌ　（ただしｎ≧２
）とすれば、半径方向への走査速度を外周側でさらに遅
く、中心側でさらに速くできるため、上記露光量の差を
一層緩和することができる。なお中心付近での描画を一
層カットしてもよい。

また、前記円図形の描画に続いて矩形図形を描画する場
合は、その矩形図形データがＣＰ　Ｕ　１０によって取
込まれることにより、データ変換回路１１を円図形用か
ら矩形図形用に切換えると共に、偏向切換回路１３がラ
スク走査用と連続移動補正用の２つの偏向電源１６　、
１７のみを選択する。そして、ステージ８が描画位置に
達したとき、それをステージ、位置測定装置１７によっ
て検知することにより、通常のラスク型の荷電ビーム描
画装置と同様に描画を行なう。

第６図は、円図形描画のための他の荷電ビーム走査方法
を示すものである。これは、円図形用偏向電源１４の発
生電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを、上記式（１）、（２）に代え
て、下記（３Ｆ　、　（４）式で与えることにより行わ
れる。

Ｖｘ＝ｆ（す・（２）αｔ・・・・・・・・・（３）Ｖ
ｙ　＝　ｇ（ｔ）　　・画αｔ　・・・・・・・・・（
４）上記式（３）　、　（４）中、ｃｏｓαｔとｓｉｎ
αｔは、荷電ビ〒、ム２を円周方向へ移動させるための
ものであり、ｆ（す、　ｇ（りは移動半径を表わすもの
で、式（１）。

Ｃ）のａ、ｂに相当する。そして、ｆ（すｔ　ｇ（ｔ）
は、荷電ビーム２が円周方向へ一周する毎すなわちαｔ
が２π増加する毎に荷電ビーム２の径に相当する寸法ず
つ増加（減少でもよい］する函数である。

第７図（ａ）　（ｂ）は、真円図形でｆ（ｔ）　＝　ｇ
（ｔ）とした場合の式（３）　（４）のＶｘとｖｙを示
す曲線図である。この場合には、円図形の中心側と外周
側の露光量の差をなくすため、ｆ（すｅ　ｇ（りの段階
的な増加または減少に合わせてαを変化させ、荷電ビー
ム２の円周方向の移動速度を一定にすることが好ましい
。

第８図は、円図形ＣＩ、Ｃ２・・・・・・が複数配置さ
れたパターンを帯状のストライプＤＩ　、　Ｄ２・・・
・・・に分割し、それらの長手方向に試料７を連続送り
しながら描画する場合の好ましい描画方法を示すもので
ある。

同図に示すように、円図形Ｃ１，Ｃ２と円図形Ｃ３゜Ｃ
４が試料７の移動方向に一部うツブして配置されている
場合、これらの円図形Ｃｔ　、　Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・
・はストライプＤＩ、Ｄ２・・・・・・の境界で分割さ
れてしまう。そこで、通常のように荷電ビームをストラ
イプ幅１等の幅ｍと等しい振り幅にして描画した場合に
は、前記境界で分割して描画することになり、合わせ目
による精度低下を招くと共に描画時間が長くなる。そこ
で、前記ストライプ幅ｍに対し、荷電ビームの振り幅ｎ
を第８図に示すように大きく設定し、描画すべき例えば
ストライプＤ１の中に中心座標が存在する円図形Ｃ１，
Ｃ２を分割することなく、それぞれ１回で描画すること
が好ましいＯ前述した実施例は、荷電ビーム２に円周方向の移動を付
与するため、走査偏向用Ｘ、Ｙ電極５ｘ。

５ｙに式（１）　、　（２）または式（３）　、　（４
）　テ示す電圧Ｖｘ　、　Ｖｙを印加する例を示したが
、これに限らず、正弦波成分と余弦波成分を有して円周
方向の移動を付与できるならば適宜選択して用いること
ができる◇また、前述した実施例は、描画部分がエツチ
ング等によりて最終図形となる場合を想定して説明した
が、試料７が薄い金属板等でありて描画部分が描画自身
またはその後に行なわれるエツチング等によし消失する
場合には、最終図形が中実の円図形であっても必らずし
も円図形の内部全体を描画する必要はなく、円図形の外
周のみを描画すればよい。さらにまた、前述した実施例
は、ステージ８をＹ方向へ連続移動させつつ描画する例
を示したが、これに限らず、ステージ８＝ｉＸ−Ｙ方向
へそれぞれステップ送りして、ステージ８を所定位置に
停止させて描画してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、荷電ビームの走査が
円周方向移動を含み、円中心に対して対称であるため、
円としての形状、精度（エツジラフネスンを大巾に向上
させることができると共に、円図形に対するデータ記述
を大幅に簡素化でき、データ容量を圧縮できる効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す荷電ビーム描画装置の
概要構成図、第２図（ａ）　（ｂ）は円図形偏向電源の
発生電圧Ｖｘ　、　Ｖｙの波形成分の一例を示す曲線図
、第３図（ａ）　（ｂ）は円図形とその記述データとの
関係を示す図、第４図は第２図（ａ）　（ｂ）に示す偏
向電圧Ｖｘ　、　Ｖｙによる荷電ビームの走査経路を示
す曲線図、第５図は第４図による走査の場合の荷電ビー
ムの照射状態を示す図、第６図は他の実施例による荷電
ビームの走査経路を示す曲線図、第７図（，１）（ｂ）
は第６図に対応した円図形偏向電源の発生電圧Ｖｘ　、
　Ｖｙを示す曲線図、第８図は複数の円図形を有するパ
ターンをストライプに分割して描画する場合の一例を示
す図、第９図、第１０図は従来の矩形データによシラス
タ型で描画した例を示す図である。２・・・荷電ビーム、　３・・・ブランキング電極、４
・・・コンデンサレンズ、　５ｘ・・・走査偏向用Ｘ電
極、５ｙ・・・走査偏向用Ｙ電極、　６・・・対物レン
ズ、７・・・試料、　８・・・ステージ、　１３・・・
偏向切換回路、１４・・・円図形用偏向電源、　１５・
・・位置決め用偏向電源、　Ｓ・・・偏向経路、　Ｖｘ
　、　Ｖｙ・・・円図形用の偏向電圧。第１　Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】１、荷電ビームによって試料上に円図形を描画するに際
し、荷電ビームの走査偏向用Ｘ・Ｙ電極に対し、一方に
は正弦波成分を有し、他方には余弦波成分を有する偏向
電圧Ｖｘ、Ｖｙを同期して印加することにより、前記荷
電ビームに円周方向の移動を付与するようにしたことを
特徴とする円図形用荷電ビーム描画方法。２、偏向電圧Ｖｘ、ＶｙがＶｘ＝ａ＿ｃ＿ｏ＿ｓαｔ・＿ｃ＿ｏ＿ｓβｔＶｙ＝ｂ
＿ｓ＿ｉ＿ｎαｔ・＿ｃ＿ｏ＿ｓβｔただし、ａ、ｂは
楕円の式（ｘ／Ａ）＾２　＋（ｙ／Ｂ）＾２＝１のＡ、
Ｂに応じて決められる定数で、真円図形の場合はａ＝ｂ
で半径に応じた値、ｔは時間であり、βはαに前記円図
形の円周長官を荷電ビームの径で割った値もしくはそれ
に近い値を掛合わせた値、であることを特徴とする請求
項１記載の円図形用荷電ビーム描画方法。３、Ｖｘ、Ｖｙの式中の＿ｃ＿ｏ＿ｓβｔが、＿ｃ＿ｏ
＿ｓ＾ｎβｔ（ただし、ｎ≧２）であることを特徴とす
る請求項２記載の円図形用荷電ビーム描画方法。４、偏向電圧Ｖｘ、Ｖｙが、Ｖｘ＝ｆ（ｔ）・＿ｃ＿ｏ＿ｓαｔＶｙ＝ｇ（ｔ）・＿ｓ＿ｉ＿ｎαｔただし、ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）は請求項２のａ、ｂに対応
するものでαｔが２π変化する毎に荷電ビームの径に近
い値ずつ増加または減少する関数、ｔは時間、であることを特徴とする請求項１記載の円図形用荷電ビ
ーム描画方法。５、複数個の円図形が配置されたパターンを請求項１な
いし４のうちのいずれかの方法により、かつ前記パター
ンを帯状のストライプに分割し、１ストライプの描画は
被描画材を前記ストライプの長手方向に連続送りしなが
ら描画するに際し、前記ストライプ幅を荷電ビームの振
り幅より小さく設定し、前記ストライプ幅内に中心を有
する円図形が前記荷電ビームの振り幅内に納まるように
して、円図形をストライプの境界で分割することなく描
画することを特徴とする円図形用荷電ビーム描画方法。６、円図形用荷電ビーム描画装置であって、請求項１、
２、３または４記載の偏向電圧Ｖｘ、Ｖｙを生ずる円図
形用偏向電源と、円図形の中心座標Ｘ１、Ｙ１の少なく
ともいずれか一方に対応する所定値の偏向電圧を生ずる
位置決め用偏向電源とを具備し、両電源の偏向電圧をそ
れぞれ対応する走査偏向用Ｘ・Ｙ電極に印加するように
したことを特徴とする円図形用荷電ビーム描画装置。