JPH07106222A - 電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数の偏向歪補正要素を要素単位に分割し、
分割した補正要素の計算を、並列に配置したプロセッサ
１２で計算し、計算処理時間が平均化するように、次数
の低い計算は複数まとめて処理する。並列に配置したプ
ロセッサ１２は、別に設けた計算制御回路１１によって
計算を開始し、その結果を電子ビーム駆動回路１４に設
定する構成とした。さらに、描画領域の移動要求が発生
する前に、予め先取り計算を行ない、補正係数、及び偏
向データを用意した。 【効果】 プロセッサの処理時間を平均化させ、回路規
模を小型化することが可能となる。さらに、電子ビーム
の偏向位置を移動するための要求が発生した時に予め準
備した最新の計算結果を高速に設定できるため、回路の
高速化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームの偏向領域
に存在する図形パターンの密度によって試料台の移動速
度を可変速に制御して試料台を連続移動させる方式を採
用した電子線描画装置における偏向歪補正方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常、電子ビームを用いたパターン描画
装置では、試料全面において電子ビームを精度良く形成
するため、予め、電子ビームの経路に存在する偏向器，
電子レンズ等の偏向歪による誤差を測定する。偏向歪の
要因には、偏向感度のバラツキ，偏向器の回転ズレ，焦
点ボケ，非点収差等がある。これらの要因を補正するた
めに、予め試料面に複数設けられたマークを電子ビーム
で掃引して、そのマークの検出結果をもとに、最小二乗
法を用いて偏向歪が最小となる高次多項式を生成する。
実際のウエハ上で図形パターンを描画するときには、上
記で求められた高次多項式の係数を偏向歪補正回路へ与
え、この偏向歪補正回路に偏向量を入力して補正量を得
ている。偏向器には前記の補正量が与えられている。

【０００３】偏向歪補正回路に許される計算時間は、試
料台移動方式によって大幅に異なっている。試料台移動
方式には、ステップ・アンド・リピート（Ｓ＆Ｒ）方式
と連続移動方式の２通りがある。以下、偏向領域をフィ
ールド、その中をさらにサブフィールドに分割し、フィ
ールドは主偏向器で、サブフィールドは副偏向器で偏向
して描画を行なう電子ビーム描画装置を例にあげて説明
する。

【０００４】Ｓ＆Ｒ方式は、試料台を一定の距離（フィ
ールド単位）で移動させ、試料台が停止してから描画を
行なう。図２は、Ｓ＆Ｒ式の偏向歪補正の手順を示す図
である。図２において、試料台制御部は、試料の目的位
置を偏向領域へ移動する（２０）。偏向歪補正回路は、
補正係数とサブフィールドの中心位置を入力する（２
１），（２２）。補正計算は、２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄで時系列で行なう。計算結果をビーム駆動
部、及びパターン描画部へ設定する（２４）。電子ビー
ムが整定していることを確認した後に、パターン描画部
に起動をかけて描画を実行する（２６）。ここで、２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの補正計算は、描画中の試
料台位置が固定されているため、描画を行なっている間
に次のサブフィールドの偏向歪補正計算を済ませること
が可能である。偏向歪補正回路の計算に許される計算許
容時間は、描画時間×描画図形数で求まり、例えば５０
μｓ以上であり、偏向歪補正回路は容易に実現できる値
である。この回路は、マイクロコンピュータなどによっ
て容易に実現されていた。

【０００５】連続移動方式の描画方法を図５に示す。連
続移動方式は、試料台の位置を常に入力し、描画を開始
する時点の試料台位置からの試料台移動量を追従偏向量
として求めている。追従偏向量と図形パターンを偏向す
るための偏向量を加算して偏向器に入力し、電子ビーム
を試料台に追従させながら描画を行なう。図５において
５１，５２，５３，５４，５５はサブフィールドの偏向
領域。５０は主偏向の偏向領域（フィールド）を示す。
図５（ａ）の５１〜５５のサブフィールド内を描画する
場合、試料台が図５（ｂ）に示すように移動しているた
め、５１〜５５の各サブフィールド位置は、図５（ｂ）
の５１〜５５のようにＹ方向に変化する。例えば５１の
領域を描画している間に試料台は少しずつ移動し、５２
の描画を開始するときは、試料台位置が５７で示す分だ
け移動している。サブフィールド５２の描画を行なう場
合、この５７の移動量を考慮して偏向量を計算してい
た。

【０００６】上記説明のように、試料台を連続移動させ
て描画を行なう場合は、試料台位置が固定されていない
ため、偏向量を実時間で算出する必要がある。従来は、
偏向量を実時間で求めるために図形の描画が終了する時
刻を予測して、偏向歪補正計算回路の計算が終了するよ
うに偏向歪補正計算回路の起動制御を行なう方法が考え
られていた。この方法の公知例としては、特開昭６２−
７１２２５号公報があげられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、電子ビーム描画
装置は、高精度化と共にスループットの向上が課題とな
っている。Ｓ＆Ｒ方式においては、試料台のステップ移
動による整定待ち時間が膨大（２０分以上）となってい
た。一方、試料台を可変速に連続移動させる方式は、試
料台整定待ち時間が（２０秒以下に）短縮されるが以下
の問題があった。

【０００８】上記公知例で示すようにサブフィールド内
の描画の終了時刻と次のサブフィールドの偏向補正計算
の終了時刻とを一致させる場合、可変速に連続移動させ
る方式では、終了時刻を予測するための回路を実現する
ことが難しくなるという大きな問題があった。

【０００９】また、連続移動方式は、描画中に試料台位
置が固定されていないため、サブフィールド内の図形を
描画している間に次のサブフィールドの偏向量を求める
ことが難しくなった。例えばサブフィールドの描画を行
なっている間に、次のサブフィールドの偏向量を求める
場合、Ｙ方向に連続移動する試料台移動速度とサブフィ
ールド内の描画に要する時間の積で表わされる距離だけ
試料台位置がＹ方向に移動する。従って、あまり以前に
偏向歪補正計算を行なうと、その後の試料台の移動量が
電子ビームの位置決め精度に悪影響を与えた。この解決
策としては、電子ビームの偏向位置を移動する時点で試
料台位置を入力して偏向量を求める方法があるが、しか
し、この場合、偏向歪補正回路が計算を行なっている間
は描画を中断せざるを得ないため、計算時間が無駄時間
（例えば５分以上）となりスループットが下がるという
問題があった。さらに、計算時間中も試料台が連続移動
するため、電子ビームで偏向できる試料の領域が狭まる
という問題があった。

【００１０】以上のように、可変速連続移動描画方式に
おいては、偏向歪補正計算回路の計算時間を極めて短縮
する必要があった。この偏向歪補正回路の高速化は、パ
イプライン方式のハードウエアを構成して実現される
が、回路規模が増大するという問題や、計算式が固定化
し各種補正要素の機能変更ができないという問題があっ
た。本発明の目的は、偏向歪補正回路を高速化を図り、
試料台連続移動法式を用いて高精度かつ高スループット
の電子ビーム描画装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、複数の補正要素を要素単位に分割し、前記分割した
計算式を並列に配置したプロセッサによって並列計算す
るように構成している。前記プロセッサは、計算の開
始，終了，計算結果の設定などを制御する制御回路で制
御される。また、補正要素によって補正計算の次数が異
なることから、次数の低い補正要素は、複数の組み合わ
せによって計算するようにしている。

【００１２】偏向歪補正回路は、図形パターンを描画し
ている間に次のサブフィールド描画位置を先取りで入力
し、試料台の現在の位置を入力して次のサブフィールド
の偏向量と補正係数の計算を実行する。前記計算は、一
つの計算が終わると最新の試料台位置を入力し再び計算
を行なう。偏向歪補正回路は、この計算を常に繰返して
行なっている。前記繰り返し計算の結果は、プロセッサ
の外部に設けたレジスタに一括して保持している。サブ
フィールド中心位置の変更を行なうときは、制御回路に
よって前記の保持手段（レジスタ）の内容を該当の部所
に一動作で設定する手段を備えている。

【００１３】

【作用】複数の補正要素を要素単位に分割し、これを並
列に配置したプロセッサを用いて計算することによって
計算処理時間が短縮される。次数の低い補正要素は複数
の組み合わせによって処理し、プロセッサの処理時間を
平均化させている。これによって回路の小型化と計算時
間の短縮化が実現できる。

【００１４】偏向歪補正回路は、図形パターンを描画し
ている間に次のサブフィールドの位置を先取りで入力
し、それをもとに偏向歪計算を行なう。その際、偏向歪
補正計算が一回終了すると、再度、試料台の位置を入力
して再び偏向歪補正計算を行なう。これを繰返して行な
うことによって最新の偏向量と補正係数を準備しておく
ことができる。この最新の計算結果は、プロセッサの外
部に備えた保持手段（レジスタ）に一括して保持し、サ
ブフィールド中心位置の変更時に偏向器と偏向歪補正回
路へ一動作で設定している。これによって、サブフィー
ルド中心位置を移動させる時点からそれに必要な偏向量
と補正係数を設定する動作は、瞬時に行なうことができ
る。従ってサブフィールドの移動に要する時間が微小と
なり、無駄時間が極めて短縮される。

【００１５】以上のように構成した本発明の電子線描画
装置は、従来、マイクロコンピュータを用いた補正計算
回路では実現できなかった電子線描画装置の偏向歪補正
時間を大幅に短縮し、また、無駄時間が極めて短縮され
る。さらに、機能変更が容易に実現でき、かつ回路規模
が小型の偏向歪補正回路を構成することができる。これ
によって、試料台を可変速に連続移動させる方式を採用
する電子ビーム描画装置の偏向歪補正回路を実現するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明による電子線描画装置のブロ
ック図、半導体ウエハ等の試料１６ａ上に電子ビームを
照射，掃引して描画を行なう状況を表している。電子ビ
ームはビーム偏向器１５により偏向される。１４は電子
ビームを偏向する駆動回路。１７ａは試料１６ａから生
じる反射電子などを検出する検出器である。

【００１７】電子線描画装置は、先ず偏向系の歪の検出
を行なう。制御計算機１０は反射電子検出器１７ａ、及
び信号処理回路１７ｂを介して試料上に設けられた数箇
所のマーク信号を入力し、設計上の基準位置と差分を求
め、最小二乗法を用いて偏向誤差が最小となる高次多項
式を生成する。このマーク検出によって高次多項式の係
数が決定される。この係数は制御計算機１０で記憶され
ている。

【００１８】図形パターンを描画する場合は、制御計算
器１０が補正係数とサブフィールド中心位置を制御回路
１１へ設定する。サブフィールド中心と試料台位置によ
って偏向量が決まり、偏向歪補正回路によって補正量と
補正係数の計算を行ない、偏向器１５へ補正量を設定
し、パターン描画部１９へ補正係数を設定する。その
後、制御回路１１を経由して図形パターンデータがパタ
ーン描画部１９へ送られ、図形パターンを描画する。

【００１９】計算回路１２は、サブフィールドの中心位
置と試料台位置との差を入力として偏向量を算出し、補
正係数をもとに補正量の計算を行なう。計算回路１２は
３個のプロセッサから構成されている。具体的に、プロ
セッサ１２ａと１２ｂは、３次式からなる偏向器１５ｃ
のＸ軸とＹ軸の補正量を計算する。プロセッサ１２ｃ
は、２次式からなる非点収差、および、焦点の補正量の
計算を行なう。なお、補正係数計算を行うプロセッサは
図１には記載していない。

【００２０】プロセッサ１２は主偏向の偏向歪補正計算
を行なう。プロセッサ１２の計算内容の１例を図４に示
す。４０は計算結果であり、これが補正量となる。４１
はサブフィールド中心位置と試料台位置の差によって求
めた偏向量。４２は偏向歪補正を行なうための多項式の
係数部であり、４３はその多項式の各項のパラメータで
ある。４２の計算を外部で専用に行なうことで、サブフ
ィールドの補正計算時間を短縮することが可能である。

【００２１】Ｕｅは偏向器１５ｃのＸ軸の補正量であ
る。Ｖｅは偏向器１５ｃのＹ軸の補正量である。Ｘｄ
ｓ、Ｙｄｓは、非点補正電極用の補正量である。Ｄｆｓ
は焦点補正電極の補正量である。Ｘｄｓ，Ｙｄｓ，Ｄｆ
ｓは、２次式であり、Ｕｅ，Ｖｅは３次式である。ここ
で、２次式はまとめて一つのプロセッサ１２ｃで計算し
ている。３次式は、プロセッサ１２ａと１２ｂで分割し
て計算している。プロセッサ１２で得た補正係数は、パ
ターン描画部１９へ転送され図形の偏向補正を行なうた
めに使用される。なお、副偏向の補正計算量は、上記説
明の計算量よりも数倍多くなるため、並列で計算すべき
ことはいうまでもない。

【００２２】従来のマイクロコンピュータを用いた偏向
歪補正計算回路は、５０μｓ以上の計算時間を要してい
た。本発明によれば、プロセッサ１２ａ，１２ｂは８μ
ｓ以下で計算することができる。従って、計算時間を比
較した場合、計算所要時間が従来の６分の１以下に短縮
されている。この計算結果を一括してレジスタ１３へ格
納している。サブフィールド位置を移動する時点で、計
算を制御する制御回路１１によって、レジスタ１３の内
容が電子ビーム駆動回路１４とパターン描画部１９へ一
動作で設定される。制御回路１１は、制御計算機１０か
ら係数と描画位置をプロセッサへ設定した後にプロセッ
サ１２を起動する。これらの制御シーケンスは、プログ
ラム化されて制御回路１１の内部で記憶している。制御
回路１１は、プロセッサを用いて構成している。

【００２３】図３は、本発明による偏向歪補正計算の計
算手順を示す図である。３０は、サブフィールド中心位
置を入力して偏向歪補正計算（位置の補正、非点収差補
正、焦点補正、及び、図形を描画する際の補正係数計
算）を行なう。３０の計算は、プロセッサを並列に配置
し、計算結果をレジスタで保持するように構成して行な
っている。３１は、パターン描画部が図形パターンを描
画している間に、次のサブフィールド中心位置の先読み
を行ない、上記３０で使用した回路を用いて、偏向量と
補正係数の計算を繰返して行なっている。計算結果は、
レジスタで保持し計算が終了する度に、最新の試料台位
置を入力して再度計算を行ない、計算結果を上記レジス
タで保持している。従ってレジスタの内容は、常に最新
の計算結果によって更新されている。サブフィールド内
の図形パターンの描画が終了し、次のサブフィールドへ
移動するときに、前記制御回路１１によって、レジスタ
に準備した計算結果を電子ビーム駆動回路１４とパター
ン描画部１９へ一動作で設定している。従って、サブフ
ィールド間を移動する状態が発生してからデータを設定
するまでの時間は、極めて短時間で行なわれている。つ
まり、サブフィールド間の移動を極めて短時間で行なう
ことができる。

【００２４】以上の説明のように、本方式は、偏向歪補
正回路の計算処理を複数のプロセッサで並列処理させ、
次に偏向する座標を事前に読み取り、かつ試料台座標を
連続して読み取り、試料台座標を読み取る毎に偏向歪補
正計算を行っている。計算結果はプロセッサの外部に設
けたレジスタに一括で保持し、さらに、レジスタの内容
を常に最新の計算結果で更新している。電子ビームの位
置を移動する時、レジスタの内容を一動作で設定するこ
とによって高速に計算結果を設定できる。従って偏向歪
補正回路の高速化が実現されている。

【００２５】本実施例では、主偏向器と副偏向器を用い
た２段偏向方式の電子ビーム描画装置を例にあげて説明
したが、本発明の偏向歪補正回路は、これ以外の偏向段
数を備えた電子ビーム描画装置でも実施される。例え
ば、３段偏向方式の場合、主偏向、副偏向、さらに、副
副偏向器によって偏向手段が構成されるが、この偏向器
の中で副偏向の補正計算量は、主偏向の補正計算よりも
遥かに多くなる。この場合も本発明のように複数のプロ
セッサを並列に配置して副偏向の偏向歪補正計算を行な
い、かつ次の偏向位置を示すデータを先取り入力して補
正計算を行ない、これを繰返して計算させておく。これ
によって最新の計算結果を外部のレジスタに備えるよう
にしておく。そして副偏向の位置を移動するための要求
が発生すると同時に、前記レジスタで保持していた計算
結果を一動作で設定することによって副偏向歪補正回路
の高速化が実現できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、補正要素別に偏向歪計
算を分散化し、プロセッサを並列に配置して処理するこ
とで補正計算回路を高速化できる。また、複数の補正要
素を補正する場合、次数の異なる補正要素を並列に配置
したプロセッサの処理時間が等しくなるように組み合わ
せて分散することで回路規模の小型化が図れる。さら
に、次のサブフィールド位置を先取りで入力し、かつ、
試料台位置を繰り返し入力して補正計算を行ない、最新
の計算結果を一動作で該当部所に設定することができる
ため、極めて短時間に電子ビームの移動制御を行なうこ
とが可能となる。よって、連続移動方式の偏向歪補正回
路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による偏向歪補正回路のブロック図。

【図２】従来の偏向歪補正回路の動作を示すフローチャ
ート。

【図３】本発明による偏向歪補正回路の動作を示すフロ
ーチャート。

【図４】サブフィールド偏向歪補正式を示す図。

【図５】可変速連続移動描画法式の描画方法を示す図。

【符号の説明】

１０…制御計算機、１１…制御回路、１２…プロセッ
サ、１３…レジスタ、１４…駆動回路、１５…偏向器、
１６ａ…試料、１６ｂ…試料台、１７ａ…２次電子検出
器、１７ｂ…信号処理回路、１８ａ…レーザ測長計、１
８ｂ…試料台制御部、１９…パターン描画部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 徳郎 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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子ビームの偏向領域（フィールド）に存
   在する図形パターンの密度によって試料台を可変速に連
   続移動させる手段と、前記偏向領域を複数のサブフィー
   ルドに分割し、それらの領域に電子ビームを偏向するこ
   とで図形パターンを描画する手段を備えた電子線描画装
   置であって、連続移動する試料台の現在の位置とサブフ
   ィールド中心位置の差を入力信号として偏向量を求め、
   前記偏向量から偏向歪補正係数を計算する手段と、前記
   偏向歪補正係数から図形パターンの偏向歪補正を行なう
   手段において、 補正要素別に並列に配置したプロセッサを用いて、前記
   偏向量と偏向歪補正係数を分散して計算する手段を備
   え、図形パターンを描画している間に次のサブフィール
   ド中心位置を先取りで入力し、かつ移動している試料台
   の最新の試料台位置を入力して偏向歪補正回路へ与えて
   偏向量と補正係数を計算する手段を備え、前記の計算が
   一回終わると再び最新の試料台位置を入力して前記計算
   を再び実行し、これを繰返して常に計算させて偏向位置
   の移動に必要な最新の偏向量と補正係数を繰返し計算に
   よって用意する手段を備え、かつ、前記繰返し計算で得
   られた偏向量と補正係数をプロセッサの外部で一括して
   保持する保持手段を備え、電子ビームを移動する時に前
   記保持手段の内容を該当する補正回路と電子ビーム駆動
   回路へ一回の設定動作で設定する手段を備えた電子線描
   画装置。
2. 【請求項２】請求項１において、補正要素別に並列計算
   する際に、次数の低い補正要素は、複数の補正要素をま
   とめて一つのプロセッサで計算させ、次数の高い補正要
   素は、一つのプロセッサで計算させ、前記並列に配置し
   たプロセッサの計算時間が平均するように補正要素を分
   配した電子線描画装置。