JPH06196394A - 電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続移動する試料上に図形を描画する電子線
描画装置において、試料台の移動に電子ビームを高速、
高精度に追従させ、装置全体のスループット向上を図
る。 【構成】 連続移動する試料台１５と、主、副２段の電
子ビーム偏向器１３、１４を有する電子線描画装置で、
主偏向器１３によりサブフィールド原点に電子ビームを
設定し、副偏向器１４により上記サブフィールド内に図
形描画するが、試料台の移動量をレーザ測長器４により
計測して追従偏向量を求めて副偏向器１４に加え、該追
従量が予め設定された偏向しきい値を越える場合には、
主偏向器１３によりサブフィールド原点位置を再設定し
て追従描画をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として半導体工業に
おいて用いられる電子線描画装置に係り、特に試料台を
連続移動させながら、試料台に電子ビームを追従させて
図形描画をする電子線描画装置の制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＬＳＩなどの図形パターンを描
画する電子線描画装置では、描画するパターンの大きさ
は電子ビームの偏向範囲よりも遥かに大きいので、ウェ
ハなどの試料を試料台の上に載せて少しずつ描画範囲を
移動させながら試料全面を描画する。この試料移動の方
式には、大別して２通りある。以下、これらの方式を、
可変成形電子ビームと、主偏向器と副偏向器とを有する
２段偏向手段を用いた電子線描画装置について説明す
る。以下、電子ビームを主偏向する範囲をフィールド、
そのフィールドを細分割した副偏向範囲をサブフィール
ドと呼ぶことにする。

【０００３】まず第一の方式は、試料台を一定の距離ず
つ移動させ、試料台が停止してから描画を行うステップ
・アンド・リピート方式である。ここで試料台は所定の
通路（以下、チップストライプと呼ぶ）に沿って移動
し、各フィールド毎に描画可能な位置で停止する。停止
後、まず主偏向器により電子ビームを各サブフィールド
の原点位置に偏向し、次いで副偏向器により上記サブフ
ィールド内を偏向して次々に図形を描画してゆく。そし
て１つのフィールド内の全てのサブフィールドの描画が
完了すると、再び試料台を次のフィールドまで移動させ
て、次のフィールド描画を行う。この方式では試料台の
移動中と停止後の整定待ち時間中は描画できないので、
これがステップ・アンド・リピート方式の高スループッ
ト化の大きなネックの一つになっている。

【０００４】次の第二の方式は、この無駄時間を省くた
めに試料台を上記のチップストライプに沿って連続移動
させながら描画する連続移動描画方式である。この方式
ではまず、描画パターンの粗密度から試料台の移動速度
を計算して速度テーブルを作成し、このテーブルを参照
して試料台を可変速度で連続移動する。これに対して電
子ビームの方は、試料台の移動量を常に計測して追従偏
向量を求め、これを主偏向器に入力して電子ビームを試
料台に追従させながら、副偏向器により描画を行う。こ
のため、この連続移動描画方式は試料台の移動時間が無
駄にならず、高スループット化に有利となる。この連続
移動描画方式の公知例としては、特開昭６４−１１３２
８号公報が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、ＬＳＩの製造な
どの半導体工業において電子線描画装置に要求されてい
る最大の課題は、スループットの向上である。これを達
成するためには、電子ビーム技術やレジスト技術の他
に、電子線描画装置の制御技術の向上が必須の要件とな
っている。

【０００６】ところで、先に述べたように、試料台のス
テップ・アンド・リピート方式では試料台の移動に伴う
無駄時間が大きく、高速化に適していなかった。しかし
一方、従来の連続移動描画方式でも、以下のような問題
があった。

【０００７】まず、従来は連続移動試料台に対する電子
ビームの追従偏向を、主として主偏向器に入力して行っ
ていた。しかし、一般に主偏向器は偏向範囲が数ｍｍ以
上と大きく、電子ビーム偏向時の整定時間が長くレスポ
ンスが低いため、電子ビームの追従は必ずしも高速、高
精度には行われていなかった。これに対して追従偏向を
偏向量が数十μｍと小さい副偏向器の方に入力すると、
高レスポンスであるため、高速、高精度の追従描画が可
能になる。しかし、これにも次のような重大な問題があ
った。

【０００８】すなわち、試料台を連続移動するための速
度テーブルは、試料台の応答性の限界から、描画パター
ンの粗密度の変化に或る程度フィルタを掛けて平滑化し
て作成されている。したがって、速度テーブルによる試
料台の速度と電子ビームの描画速度との間には、常に若
干のずれが生じ、時には試料上の描画すべき領域が電子
ビームの偏向範囲から逸脱してしまうことがある。試料
台の移動速度の方が遅い場合には、電子ビームは描画を
中断して待てばよいので余り問題にはならないが、逆
に、試料台の移動速度の方が速い場合には、描画したい
試料部位が電子ビームの偏向範囲から先行逸脱してしま
い、それ以後の描画は不可能になってしまう。したがっ
て、描画はそこで中止せざるを得なくなる。

【０００９】この逸脱現象は、追従偏向が従来のように
主偏向器により行われている場合には、偏向範囲が十分
に広いので、殆ど問題にならなかった。しかし、この追
従偏向を偏向範囲の著しく狭い副偏向器に入力する場合
には、偏向余裕に乏しいため、この逸脱現象は極めてし
ばしば発生し、深刻な問題となり、この方式は実用化さ
れていなかった。

【００１０】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、連続移動描画方式において、試料上の描画
領域が電子ビームの偏向範囲から逸脱するのを未然に回
避し、高速、かつ高精度に追従描画を行う電子線描画装
置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の電子線描画装置では、主偏向器により電子
ビームをサブフィールド原点に位置決めした時点からの
試料台の移動量を連続的に計測して、電子ビームに対す
る試料台追従のための追従偏向量を求め、この追従偏向
量を図形描画のための偏向量に加算して、図形描画を行
う副偏向器の方に入力する。これにより副偏向器は試料
台の移動を追従しながら試料上に図形描画を行う。

【００１２】ところで先にも述べたように、追従偏向を
偏向範囲の狭い副偏向器に入力すると、試料上の描画す
べき領域が電子ビームの偏向範囲から頻度高く逸脱して
しまう。このため本発明では、上記の逸脱を未然に検知
するチェック手段を設け、このチェック手段により逸脱
の可能性があると判断された場合には、副偏向器による
描画を一時中断し、サブフィールド原点の位置を主偏向
器によって修正、再設定してから描画を再開する。

【００１３】ここで上記のチェック手段の一つは、予め
偏向しきい値を設定しておき、この偏向しきい値と上記
の追従偏向量とを常に比較し、追従量が偏向しきい値を
越えた場合には、試料上の描画領域が電子ビームの偏向
範囲から逸脱する可能性があると判断するものである。

【００１４】また、第二のチェック手段は、副偏向器に
入力する図形描画偏向量と追従偏向量との加算値と、上
記の副偏向器により偏向可能な最大偏向量とを比較し、
加算値が最大偏向量に極めて近接した場合には、上記の
逸脱現象が生じる可能性があると判断するものである。

【００１５】なお、上記の副偏向器に入力する図形描画
偏向量と追従偏向量とは、それぞれアナログ量に変換さ
れてから加算される。

【００１６】

【作用】上記のように本発明の電子線描画装置では、電
子ビームの試料台追従の可否を事前に検知するチェック
手段を設け、否の可能性が判断された場合には、描画を
一時中断して主偏向器でサブフィールド原点を再設定
し、描画可能範囲を移設するので、描画中に試料上の描
画領域が電子ビームの偏向範囲から逸脱してしまうこと
が未然に防止できる。このため、偏向範囲の狭い副偏向
器の方に試料台の追従偏向を入力しても、支障なしに、
連続移動する試料上に描画ができる。

【００１７】従来は上記の逸脱現象が生じることを恐
れ、追従偏向を主偏向器の方に入力していたが、主、副
それぞれの偏向器の電子ビーム偏向時の整定時間は、た
とえば２０：１以上に差があり、電子ビームを大きく偏
向できる主偏向器ではレスポンスが低く、高速、高精度
の追従描画が困難であった。これに対して本発明では高
いレスポンスの副偏向器の方に追従偏向を入力できるの
で、電子ビームを試料台に対して高速、高精度に追従さ
せることができる。

【００１８】ところで、上記電子ビームの試料台追従の
可否を事前に検知するチェック手段の一つは、予め余裕
をもった偏向しきい値を設定しておき、常に追従偏向量
との比較から判断するもので、これは回路的にも容易に
実施できる。

【００１９】しかし第二の方式は、描画偏向量と追従偏
向量との加算値と電子ビーム偏向器の最大偏向量とを比
較するもので、回路的には若干繁雑になるが、逸脱が生
じるぎりぎりまで描画が続けられるので、主偏向器によ
るサブフィールド原点移設の回数を最小限に減らすこと
ができる。

【００２０】ここで描画偏向量と追従偏向量との加算は
アナログ量に変換されてから行われているが、それは一
般に、描画のための制御系と試料台移動の制御系とは非
同期で動作しているので、直接デジタル量の加算が難し
いためであり、アナログ量に変換することにより、容易
に両者の加算が可能になる。

【００２１】

【実施例】図１に、本発明に係る電子線描画装置の一実
施例における全体ブロック図を示す。以下、本発明の一
実施例について、図１を用いて説明する。なお、本実施
例の電子線描画装置の鏡体１２では、電子ビームの偏向
手段として、主、副、２段の偏向器を用いている。まず
一段目の主偏向器１３は電子ビームのサブフィールド原
点位置に偏向して固定し、二段目の副偏向器１４は上記
の電子ビームをサブフィールド内に偏向して、上記サブ
フィールド内に図形を描画する。このとき試料台１５は
描画中も連続移動しているので、電子ビームを試料台１
５に追従させるため、追従偏向量を追従偏向制御部１０
により算出して、図形描画偏向量に加算して副偏向器１
４に入力する。

【００２２】図１において、まず制御計算機１は、速度
テーブルを試料台制御部３に設定する。速度テーブルは
予め、描画図形パターンの粗密度変化をフィルタで或る
程度、平滑化し、試料台１５の移動速度に変換したもの
である。また、ＬＳＩなどの図形パターンは電子線描画
用のデータに変換されて、図形データメモリ２に収納さ
れている。

【００２３】次に、制御計算機１に外部から描画開始命
令が発行されると、制御計算機１は試料台制御部３を起
動する。試料台制御部３は試料台１５を所定のチップス
トライプ開始位置に移動させ、その後、上記速度テーブ
ルを参照して連続移動させる。また制御計算機１は図形
データメモリ２から描画すべき図形データを読み取り、
サブフィールド原点位置を主偏向制御部５に与え、同時
に、図形データ、すなわち図形の座標（Ｘ，Ｙ）とサイ
ズ（Ｗ：幅、Ｈ：高さ）を図形描画する副偏向制御部６
に与え、描画が始まる。

【００２４】こうして連続移動描画が始まると、サブフ
ィールド原点位置に電子ビームを位置決めした時点の試
料台１５の位置と、その後の試料台１５の現在位置とを
レーザ測長器４により連続計測し、その差分値、すなわ
ち試料台の移動量を引算器８で求める。そして、その差
分値を、追従偏向のために追従偏向制御部１０に入力す
ると共に、予めレジスタ７に設定してあった偏向しきい
値と比較器９により比較する。この偏向しきい値は、描
画図形パターンの粗密度や偏向器の偏向可能な範囲の大
きさなどから若干の余裕をもって設定された値で、これ
により追従制御の可否が容易に判定できる。これが本実
施例における追従可否を検知するチェック手段である。

【００２５】すなわち、上記の比較により追従偏向量が
偏向しきい値以下の場合には、追従制御は可能であり、
副偏向制御部６は追従偏向量を加えてサブフィールド内
の図形描画を続行し、終了すると主偏向制御部５に知ら
せる。主偏向制御部５は、次のサブフィールドの図形デ
ータを設定するように制御計算機１に要求し、制御計算
機１は次のサブフィールドのデータを主、副各偏向制御
部５、６に設定する。こうして次々に同じ動作を繰り返
して、試料全面に描画が行われる。

【００２６】しかし、追従偏向量が偏向しきい値を越え
た場合には、試料台１５の描画すべき領域が電子ビーム
の偏向範囲から逸脱する可能性があり、主偏向器１３に
よるサブフィールド原点の修正、再設定が必要になる。
このため比較器９は、直ちに逸脱警報を副偏向制御部６
に発行する。副偏向制御部６は現在描画中の図形描画の
区切り目で描画を一時中断し、主偏向制御部５にサブフ
ィールド原点位置の再設定要求を発行する。主偏向制御
部５は、試料台１５の現在位置からサブフィールド原点
位置の移設量（例えば、その時点の追従偏向量）を計算
し、さらに、サブフィールド内の偏向歪み補正係数も計
算して、これらの結果を必要とする各部所に設定する。
主偏向制御部５は原点位置を再設定後、副偏向制御部６
に再起動をかけ、図形描画を再開する。こうして、サブ
フィールド原点の移設により描画範囲の逸脱が未然に回
避され、途中で描画が不能になるなどの異常は発生せ
ず、試料全面に描画が行える。なお、上記原点移設に伴
ない描画中断の待ち時間が発生するが、これは主偏向制
御部５で予め事前に移設量を計算して常に準備しておく
ことで、十分に短縮することができる。

【００２７】ところで本発明に係る電子線描画装置で
は、試料台１５に対する電子ビームの追従は副偏向器１
４により行われているが、従来の装置では、主偏向器に
より行われていた。それはすでに述べたように、副偏向
器の方が偏向範囲が著しく狭く、高頻度に試料の逸脱現
象が発生するためであった。しかし本発明により、試料
の逸脱が未然に防止できるようになったため、副偏向器
１４への入力が可能になったのである。一般に副偏向器
の方が主偏向器に比べて偏向量が小さいため、電子ビー
ムを偏向した場合の整定時間が１／２０以下と極めて短
く、レスポンスが高い。このため、高速、高精度の追従
描画が実現できるようになった。

【００２８】以上の実施例では、追従可否のチェック手
段は追従偏向量と予め設定されていた偏向しきい値とを
比較する方式であったが、その他に、加算器１１にて描
画偏向量と追従偏向量とをアナログ加算した後、この加
算値と副偏向器１４の偏向可能な最大偏向量とを比較し
て、逸脱警報を副偏向制御部６に発行する方式もある。
この場合、制御動作は前者に比べて複雑になるが、逸脱
する限界まで描画が続けられるので、描画原点の移設の
回数を最小限に抑えることができる。

【００２９】また本発明では、追従偏向量と図形描画偏
向量とは加算器１１でアナログ加算されているので、試
料台制御系の動作と図形描画制御系の動作が非同期であ
っても、容易に精度良い加算値が得られ、副偏向器１４
に入力できる。

【００３０】なお本実施例では、主、副２段の偏向器を
もつ電子線描画装置について説明したが、偏向器の段数
が３段、あるいはそれ以上の場合についても、全く同様
に動作でき、同じ効果が得られる。たとえば３段偏向の
場合、３段目の偏向可能範囲から試料上の描画領域が逸
脱しそうになると２段目の偏向器で描画原点を移設し、
さらに２段目の偏向範囲から試料が逸脱しそうになると
１段目の偏向器で２段目の描画原点の再設定を行う。こ
うして試料上の描画領域の電子ビーム偏向範囲からの逸
脱は全て未然に回避でき、試料全面に追従描画ができ
る。この場合も、追従偏向量は図形描画偏向量とアナロ
グ加算されて、３段目の図形描画偏向器の方に入力され
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電子
線描画装置においては、連続移動している試料上の描画
すべき領域が電子ビームの偏向範囲から逸脱しそうにな
ると電子ビームのサブフィールド原点位置を再設定する
ことにより、常に電子ビームを試料台に追従させて図形
描画が可能になる。これにより試料台に対する電子ビー
ムの追従偏向を高速、高レスポンスの副偏向器の方に入
力することが可能になり、高速、高精度の追従描画がで
き、高スループット電子線描画装置の実現が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子線描画装置の一実施例のブロ
ック図である。

【符号の説明】

１…制御計算機 ２…図形データメモリ ３…試料台制御部 ４…レーザ測長器 ５…主偏向制御部 ６…副偏向制御部 ７…偏向しきい値レジスタ ８…引算器 ９…比較器 １０…追従偏向制御部 １１…加算器 １２…鏡体 １３…主偏向器 １４…副偏向器 １５…試料台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 公明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 森田 一弘 茨城県勝田市市毛882番地 日立計測エン ジニアリング株式会社内 (72)発明者 水野 一亥 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測器事業部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を連続移動させる試料台と、電子ビー
   ムを予め設定されたサブフィールド原点に位置決めする
   主偏向手段と、上記サブフィールド内に図形を描画する
   副偏向手段とを有し、連続移動する上記試料上に図形を
   追従描画する電子線描画装置において、上記電子ビーム
   を上記サブフィールド原点に位置決めした時点からの上
   記試料台の移動量を連続計測して上記電子ビームの追従
   偏向量となし、該追従偏向量を図形描画偏向量に加えて
   上記副偏向手段に入力して追従描画を行うが、上記試料
   上の描画領域が電子ビームの偏向範囲から逸脱すること
   を未然に検知するチェック手段を有し、該チェック手段
   により逸脱の可能性があると判断された場合には、上記
   副偏向手段による描画を一時中断し、上記サブフィール
   ド原点の位置を上記主偏向手段により再設定して描画を
   再開することを特徴とする電子線描画装置。
2. 【請求項２】上記チェック手段が、予め設定されている
   偏向しきい値と上記追従偏向量とを比較し、上記追従偏
   向量が上記偏向しきい値を越えた場合には、上記逸脱の
   可能性があると判断することを特徴とする請求項１記載
   の電子線描画装置。
3. 【請求項３】上記チェック手段が、上記副偏向手段に入
   力する上記図形描画偏向量と上記追従偏向量との加算値
   と、上記副偏向手段の最大偏向量とを比較し、上記加算
   値が上記最大偏向量に極めて近接した場合には、上記逸
   脱の可能性があると判断することを特徴とする請求項１
   記載の電子線描画装置。
4. 【請求項４】上記追従偏向量と上記図形描画偏向量と
   を、それぞれアナログ量に変換してから相互に加算して
   上記副偏向手段に入力することを特徴とする請求項１、
   ２、または３記載の電子線描画装置。