JPH0883740A - 電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電子線描画装置の偏向電子ビーム位置の応答遅
れを正確かつ高速に補正する。 【構成】電子線描画装置において、偏向器１０，３３の
偏向データ１５をデジタル演算部１８を含む回路に入力
し、時刻又は時間を含む演算を行なった後、その出力を
偏向器３３の偏向量にデジタル的あるいはアナログ的に
加算する。 【効果】電子ビーム位置の整定待ち時間が短縮しスルー
プットが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線描画装置、特に、
電子ビームの偏向及び焦点補正部の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線描画装置では電子ビームを磁場も
しくは電場により偏向し偏向位置を制御している。これ
らの偏向位置は制御計算機からの偏向データを電気信号
に変換し偏向器に加えるて制御する。データ発生から電
子ビームが所定の位置に安定するまで偏向駆動回路の応
答特性や渦電流、磁気余効等により時間を要する。従来
の電子線描画装置では、電子ビームが偏向位置に安定す
るまで待って描画を行ている。また、偏向位置に安定す
るまでの時間を短縮してものとして、ジャパンジャーナ
ルオブアプライドフィジクス３１巻１２号ビー１９９２
年４２４１頁から４２４７頁で安武等が明らかにしてい
る様に、主偏向器のデータをアナログフィルタに通して
副偏向器に加算する方式が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の主
偏向データをアナログフィルタに通して副偏向器に加算
するため、調整の自由度が限られ正確に応答特性を補正
できないことや、非常に短い応答から長時間の応答まで
幅広く補正する際に回路動作が不安定となる問題があっ
た。従って、本発明の目的は電子ビームの偏向や焦点補
正を正確かつ高速に行うことができる電子線描画装置を
実現することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の電子線描画装置は、偏向データを入力し、
時間関数を含む演算を行い偏向補正信号を得るデジタル
演算部を設け、上記偏向補正信号を偏向器の偏向データ
に加算し、複数の偏向器の少なくとも一部に加え、補正
したい偏向器、焦点補正器、非点補正器等の補正を行
う。デジタル演算部には偏向位置と偏向開始時刻から現
在時刻までの時間に相当する情報が必要となるが、過去
の複数の偏向について情報を用いることも有効である。
即ち、デジタル演算部の出力とステージ連続移動描画の
際のステージ追従補正データと加算した後、偏向器の偏
向量に加算する。更に入力の偏向データを複数の偏向器
の偏向データとすることにより複数の偏向器の応答特性
を同時に補正することも可能となる。デジタル演算とし
ては偏向データと時間の関数式より計算する方式や、そ
の関係をメモリに格納して演算する方式を用いる。

【０００５】特に、偏向器に主偏向器として電磁コイル
を用い、副偏向器に静電型偏向器を用い、主偏向器の偏
向遅れを、主偏向器の偏向データを用いて時間的に変動
する偏向補正信号をデジタル演算部で得て、これを静電
型偏向器のデータにデジタル又はアナログ的に加算して
主偏向器の補正を行うことが有効である。

【０００６】

【作用】電子線描画装置では、偏向フィールドを大きく
分けた複数の主フィールドと、主フィールドを細分した
複フィールドと、必要によって複フィールドを更に細分
してした副副フィールドのように段階的細分して、上記
各種フィールド毎に適した偏向器を設け、偏向速度と、
偏向精度の向上を行っている。しかし偏向量の大きい場
合の偏向器及びその駆動回路の特性は図１（ａ）の曲線
ａに示すように、偏向開始の時点ｔ₀から時点ｔ₁では急
速に目標の偏向点に近づくが、時点ｔ₁から目標の偏向
点に整定する時点ｔｓまで時間を要し、しかもＤ／Ａ変
換器の特性、偏向器の渦電流や磁気余効によって複雑な
時間関数の変化をする。本発明は補正対象の偏向器のデ
ータを用いて期間ｔ₁〜ｔｓにおける目標点と特性１の
差（応答遅れ）に相当する偏向器の制御信号即ち補正信
号ｂを作り、動作速度の早い副偏向器に加える。そのた
め、時点ｔ₁近くで偏向位置が整定され描画が開始でき
る。また、逆に図１（ｂ）のように遅れ分副偏向で相殺
することにより整定を早めることもできる。

【０００７】上記補正信号ｂを作る回路をディジタル演
算回路で構成するため、種々の原因による応答特性に対
応することができる。また、過去の複数の偏向情報を演
算にも用いることで、複数の偏向時間にまたがる長時間
応答にも対応できる。逆にデジタル演算はメモリを用い
た場合で数百ｎｓｅｃ、ＤＳＰ等の専用演算回路を用い
た関数計算でもμｓｅｃオーダーで計算が可能であり、
短時間の応答にも対処できる。更に、複数の偏向器の偏
向データを取り扱うことも可能であり、３段偏向等偏向
器の多い場合の種々の応答をまとめて補正することがで
きる。

【０００８】また、応答特性は簡単な場合は偏向距離に
比例し、偏向方向に対称性を持つ。しかし、複雑な場合
は偏向方向に非対称性を持つこともあり、この場合は従
来のアナログ的な補正では全く対応できない。デジタル
演算では演算方法の自由度が高いために、こうした状況
にも正確に対応することができる。更に、他の光学要素
の場合、例えば焦点補正器はレンズコイルとの干渉によ
り長時間の磁気応答遅れが生じる。これは焦点変化に伴
う電子ビーム位置の変化の整定遅れの原因となる。従っ
て、焦点補正器の制御データ及びその時刻と現在時刻に
よりデジタル演算を行い、電子ビーム位置を偏向器によ
り追従すれば、偏向器の場合と同様に正確な補正が可能
となる。

【０００９】

【実施例】

＜実施例１＞図２は本発明によるに電子線描画装置の第
１の実施例の構成を示す図である。電子源１からの電子
ビームは第１アパーチャ２、転写レンズ３、可変成形偏
向器４、第２アパーチャ５、縮小レンズ６よって整形さ
れ、主偏向器１０、副偏向器３３及び対物レズ８からな
る偏向部によって偏向され、試料９の面上に照射され
る。

【００１０】制御計算機１２からの偏向データ１５及び
１６がそれそれデジタルアナログ変換１３及び１４に加
えられ、更に後段の増幅器（図示せず）により偏向用の
電圧や電流に変換されて偏向器１０及び３３に加えられ
る。デジタルデータ１５、１６は描画位置をもとにステ
ップ状に変化するが実際の電子ビームの偏向位置はアナ
ログ回路の遅延や渦電流等により除々に変化する。補正
したい偏向器１０の偏向データ１５はデジタル演算部１
８にも送られる。

【００１１】デジタル演算部１８では実際の電子ビーム
の偏向の遅れ、即ち図１の目標偏向点と曲線ａの間の時
間の関数である補正信号ｂを演算によって求め、他の偏
向データ１６に加える。補正信号が加えられた偏向デー
タ１６はＤ／Ａ変換器１４でアナログ信号に変換され副
偏向器３３にられる。副偏向器３３は動作速度が早いた
め、偏向器１０の遅れを補正し、電子ビームを目標偏向
点に整定できる。

【００１２】図３は、上記実施例による偏向補正の効果
を示す特性図で、（ａ）は補正を行わない場合、（ｂ）
は本発明の実施例によって補正を行った場合を示す。図
において横軸は応答時間、縦軸は変位を表す。上記変位
の測定は図４の様に十字の金ワイヤー２７を電子ビーム
２９の下に移動してファラデーカップ２８により透過電
流量を測定して求めた。電子ビームが動くと電流量が変
化する事を利用して電子ビームの移動量を測定した。Ｘ
Ｙ２方向のエッジを用いることにより２方向のビームの
動きが測定できる。

【００１３】（ａ）の補正前では０.１μｍの大きさで
１０ｍｓｅｃオーダーの応答遅れにより電子ビームが徐
々に戻る様子を示している。なお、偏向器の偏向量は５
ｍｍである。（ｂ）の補正後のものは、上記補正前の応
答時間と変位の関係をデジタル演算部１８に記憶させて
補正を行った結果である。図から明らかなように応答遅
れがほとんど観測されていない。テストパターンを描画
した結果主偏向接続で０.０７μｍの精度を得るために
は補正なしでは主偏向のたびに１０ｍｓｅｃの整定待ち
が必要であったのに対して上記補正を行った場合、２５
０μｓｅｃの整定待ちで十分であった。

【００１４】＜実施例２＞図５は本発明によるに電子線
描画装置の第２の実施例の構成を示す図である。同図に
おいて、実施例１と同じ構成機能部には図１の番号を付
してその説明を省く（以下の実施例についても同様であ
る。）。実施例１との違いは副偏向器３３が主偏向器１
０より電子源側の副偏向器１１と試料側の副副偏向器１
９に分けられ、ディジタル演算部１８からの補正信号が
Ｄ／Ａ変換器２２でアナログ信号に変換された後副福偏
向器１９の偏向データ１６をＤ／Ａ変換器１４で変換さ
れたアナログ信号に加えられている点である。主偏向器
１０は電磁偏向器であり、副偏向器１１、副副偏向器１
９は静電偏向器で構成されている。主偏向器１０、副偏
向器１１、副副偏向器１９の順で偏向サイズ（フィール
ド）は小さくなり、偏向速度は高速なる。この中で電磁
偏向器１０は渦電流などの応答遅れの要因があり偏向に
よる電子ビームの位置整定に時間を要する。静電偏向器
１１及び１９の方が位置整定が早い。

【００１５】デジタル演算部１８では、偏向データ１５
と偏向時の時刻を入力し偏向の遅れ量を実時間で計算す
る。図６はデジタル演算部１８の構成を示す図で本実施
例では演算ユニット２３を１０個用意して順にデータを
入力する。偏向の数が１０を越えると初めの偏向データ
が上書きされる。これにより長い応答にも対処すること
ができる。演算ユニット２３には偏向遅れが時間と量の
関係で記憶されており経過時間に従い各々出力する。最
終的な出力はこれら複数の計算結果を加算して行う。演
算ユニット２３の数はどこまで長時間の応答に対処する
かで決まり、場合によっては１つでもよい。

【００１６】図７及び図８はそれぞれ実施例２における
補正を行わない場合及び補正を行った場合の電子ビーム
位置変化量を示す。図７及び８において、第１ないし第
４象限の４つの図はそれぞれ偏向中心から４隅に偏向し
た場合の応答遅れを示している。図７の場合第１及び第
３象限の遅れが大きいことがわかる。これは電子鏡体の
製作上の不均性によるものであり、偏向方向によって補
正量を変えなければならない。デジタル演算であれば従
来のアナログ方式と異なり、このような複雑な応答も補
正が可能である。図８より本実施例の改善効果が明らか
である。 ＜実施例３＞図９は本発明によるに電子線描画装置の第
３の実施例の構成を示す図である。本実施例の電子光学
系は実施例２と同様に主偏向器１０、副偏向器１１及び
副副偏向器１９をもつが、ディジタル演算部１８の出力
を主偏向１０の偏向データ１５に加算し、それをＤ／Ａ
変換器１３でアナログ信号に変換して主偏向器１０に加
えている。主偏向器は補正入力に対しても応答遅れが生
じるが補正量に対して非常に小さいため事実上問題とな
らない。

【００１７】＜実施例４＞図１０は本発明によるに電子
線描画装置の第４の実施例の構成を示す図である。本実
施例は実施例２に比べ、デジタル演算部１８の入力とし
て副偏向器１１の偏向データ２０も加えている。本実施
例は主偏向器１０のみならず、副偏向器１１の応答遅れ
が問題となる装置に実施される。特に本実施例では、副
偏向器１１の電圧は２００Ｖ（精度１７ｂｉｔ）で偏向
距離が大きいものであり、アナログ回路の応答遅れが生
じているので、主偏向器１０及び副偏向器１１の応答遅
れをデジタル演算部１８により求め、応答速度の早い副
副偏向器１９によって偏向の遅れを補正している。デジ
タル演算部１８では偏向データ２０及び偏向データ１５
によって副偏向器１１及び主偏向器１０の応答遅れに対
応する応答遅れに対する補正信号を求め、Ｄ／Ａ器２２
によってアナログ信号にし、Ｄ／Ａ器１４による偏向デ
ータ１６のアナログ信号に加算し、最終的に副副偏向器
１９に加える。

【００１８】図１１は実施例４による補正の効果を示す
応答特性の測定結果を示す。特に副偏向器１１に最大偏
向電圧２００Ｖ（精度１７ｂｉｔ）より、Ｘ方向に５０
０μｍの偏向を行った場合における電子ビーム偏向位置
のＸ方向の応答遅れを示す。測定方法は図５で説明した
方法と同じ方法による。図中、白丸及び黒丸はそれぞれ
補正前及び補正後の測定結果を示す。図から明らかなよ
うに補正前は１００μｓｅｃ程度の遅れが生じている
が、補正後は黒丸で示すように補正の結果遅れを１０μ
ｓｅｃ程度に短縮することができた。実施例４において
は、以上の補正の結果主偏向待ち２００μｓｅｃ、副偏
向待ち１０μｍでそれぞれ、０.０５μｍと０.０４μｍ
の接続精度を得ることができた。

【００１９】＜実施例５＞図１２は本発明によるに電子
線描画装置の第５の実施例の構成を示す図である。本実
施例は電子光学系は電磁主偏向１０と静電副偏向１１の
２段からなる。焦点補正コイル３０が対物レンズ８の磁
場内にあり、主偏向量の２次関数で焦点補正を行う。偏
向された電子ビームは偏向量と電磁補正量の積の位置変
化を起こす。焦点補正の電磁コイル３０は対物レンズ８
との干渉で応答遅れを生じやすい。その結果、電子ビー
ムの偏向位置の遅れの原因になる。補正は偏向データ１
５より電磁補正量を計算し、電磁補正量の変化量と偏向
データ及び時間より補正量を計算する。補正は副偏向器
１１にアナログ的に加算する。以上の結果０.１μｍの
精度を実現するための主偏向の整定待ち時間を補正前の
１０ｍｓｅｃから１ｍｓｅｃへと短縮することができ
た。

【００２０】図１３は上記各実施例に適用されるディジ
タル演算回路の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。主偏向器用のＸ偏向データ４１、Ｙ偏向データ４２
及び偏向時刻データ４３はデータ入力部２４に加えられ
る。演算ユニット５１は、Ｘ及びＹで分離しており各々
複数個づつある。偏向データは順番に入力される。偏向
命令が生じると最後に計算を開始した演算ユニットの次
の２つの演算ユニットにＸ偏向データ５２、Ｙ５偏向デ
ータ３を読み込む。データを読み込むべき演算ユニット
５１が既に計算を行っている場合は計算を中止してデー
タを読み込む。１つ目の演算ユニットは前回のデータと
差がある場合に計算を開始する。２つ目の演算ユニット
はデータを記憶して待機する。各ユニットの演算結果は
積算ユニット４４により加算されＸ補正出力４５及びＹ
補正出力４６として出力される。

【００２１】デジタル演算部は時間と補正量に関して、
例えば次の式で計算を行う。 ΔＸ＝０.００００５＊Ｘ＊｛ｌｏｇ（ＴーＴ０）ーｌ
ｏｇ（Ｔ０）｝ 但し、Ｘは主偏向の変化量、ΔＸは補正量、Ｔは偏向時
刻と現在時刻の差、Ｔ０は初期待ち時間である。この式
は磁性体のディスアコモデーションを表わす式である。
時間依存性が長時間に及ぶために演算ユニットを２０設
けている。本実施例ではこの関係式をＤＳＰ４７により
計算したが、実施例２と同様にメモリに時間と補正量の
関係を記憶させておいても良い。この結果補正前の主偏
向接続誤差０.１μｍ（主偏向整定待ち時間１ｍｓｅ
ｃ）を補正により０.０６μｍへと低減することが出来
た。また本実施例では演算結果を元データにデジタル的
に加算している。これは主偏向のアナログ回路が２０ｂ
ｉｔの精度で偏向するためにアナログ的に加算すること
が回路の不安定性の原因となることを防ぐためである。
本実施例では上記の式で補正が可能であったが場合によ
っては種々の応答要因が存在するために、より複雑な式
で補正する必要が生じる可能性もある。

【００２２】

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、電子光学素
子による電子ビーム位置の応答遅れを正確に補正するこ
とができる。これにより電子ビーム位置整定の待ち時間
を低減することが可能となり、電子ビーム描画装置のス
ループットの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子線描画装置の作用を説明する
特性図

【図２】本発明による電子線描画装置の実施例１の構成
を示す図

【図３】本発明による電子線描画装置の実施例１におけ
る電子ビーム位置変化図

【図４】電子ビーム位置変化位置の測定器の要部構成図

【図５】本発明による電子線描画装置の実施例２の構成
を示す図

【図６】図２の演算部１８の構成図

【図７】本発明による電子線描画装置の実施例２におい
て補正を行わない場合の電子ビーム位置変化図

【図８】本発明による電子線描画装置の実施例２におい
て補正を行った場合の電子ビーム位置変化図

【図９】本発明による電子線描画装置の実施例３の構成
を示す図

【図１０】本発明による電子線描画装置の実施例４の構
成を示す図

【図１１】実施例４の電子ビーム位置変化図

【図１２】本発明による電子線描画装置の実施例５の構
成を示す図

【図１３】本発明の実施例に使用されるディジタル演算
部の構成図

【符号の説明】

１：電子源 ２５：出力部 ２：第１アパーチャー ２７：金ワイヤ ３：転写レンズ ２８：ファラデーカ
ップ ４：可変成形偏向器 ２９：矩形ビーム像 ５：第２アパーチャー ３０：電磁コイル ６：縮小レンズ ３１：焦点補正デー
タ ８：対物レンズ ３２：副偏向器 ９：試料 ３３：副偏向器 １０：主偏向器 ４０：データ入力
部 １１：副偏向器 ４１：Ｘ偏向デー
タ １２：制御計算機 ４２：Ｙ偏向デー
タ １３：デジタルアナログ変換 ４３：偏向時刻 １４：デジタルアナログ変換 ４４：積算部 １５：偏向データ ４５：Ｘ補正出力 １６：偏向データ ４６：Ｙ補正出力 １７：クロック ４７：ＤＳＰ １８：デジタル演算部 ４８：時計 １９：副偏向器 ４９：前回データ ２０：偏向データ ５０：今回データ ２１：デジタルアナログ変換 ５１：演算ユニッ
ト ２３：演算ユニット ５２：Ｘ偏向デー
タ ２４：入力部 ５３：Ｙ偏向デー
タ

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 伊藤 博之 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 (72)発明者 宮田 正順 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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の偏向器のそれぞれに対応する複数の
   偏向データの電気信号によって電子ビームを偏向する偏
   向部をもつ電子線描画装置において、上記複数の偏向デ
   ータの一部を用い偏向器の時間を含む応答特性の補正信
   号をデジタル演算によって得るデジタル演算部と、上記
   デジタル演算部の補正信号を複数の偏向データの少なく
   とも１つに加算するする手段をもつことを特徴とする電
   子線描画装置。
2. 【請求項２】上記複数の偏向器が電磁コイルによる主偏
   向器及び静電偏向器による副偏向器をもち、上記デジタ
   ル演算部へ入力される偏向データが上記主偏向器の偏向
   データであり、上記補正信号を加算する手段が上記が副
   偏向器の偏向データに上記補正信号を加算する手段であ
   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】上記副偏向器が第１の副偏向器と第１の副
   偏向器より高速の第２の副偏向器をもち、上記補正信号
   を加算する手段が第２の副偏向器の偏向データに上記補
   正信号を加算する手段であることを特徴とする請求項２
   記載の電子線描画装置。
4. 【請求項４】上記デジタル演算部へ入力される偏向デー
   タに更に第１の副偏向器の偏向データを入力する要に要
   に構成されたことを特徴とする請求項２記載の電子線描
   画装置。
5. 【請求項５】上記デジタル演算部は偏向器の偏向データ
   と時間の関係をメモリに記憶させそれを用いて出力を計
   算する手段で構成されたことを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載された電子線描画装置。
6. 【請求項６】上記補正信号を加算する手段が上記デジタ
   ル演演部での演算後の出力とステージ連続移動描画の際
   のステージ追従補正データとを加算し偏向器の偏向デー
   タに加算する手段で構成されたことを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれかに記載された電子線描画装置。
7. 【請求項７】上記加算する手段が上記デジタル演演部で
   の演算後の出力のアナログ信号と上記ステージ追従補正
   データのアナログ信号を加算するように構成されたこと
   を特徴とする請求項６に記載された電子線描画装置。
8. 【請求項８】焦点補正器の制御データを電気信号に変換
   し焦点補正器に加える手段及び複数の偏向器の制御デー
   タをそれぞれ電気信号に変換し上記複数の偏向器に加え
   る手段をもつ電子線描画装置において、上記複数の偏向
   器の一部の制御データを入力し時間を含む行い上記焦点
   補正器の補正信号を得るデジタル演算部と、上記デジタ
   ル演算部の出力を上記偏向器の制御データに加算する手
   段をもつことを特徴とする電子線描画装置。
9. 【請求項９】上記加算する手段が上記デジタル演算部の
   出力をアナログ信号に変換した信号と上記偏向器の制御
   データをアナログ信号に変換した信号を加算するように
   構成されたことを特徴とする請求項８に記載された電子
   線描画装置。