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発明の名称 電子ビーム装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−36996
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−191891
出願日 平成4年(1992)7月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 森村 利幸 / 奥村 正秀
要約 目的


構成
電子ビーム描画装置用セトリング時間制御方法において、描画制御部2から発生する描画データにより制御される各種偏向制御回路の出力に、セトリング時間制御回路4を設置し、偏向制御回路が目標精度に整定するまでのセトリング時間を検出することにより、偏向量に応じた整定待ち時間を調整し、ブランキング制御回路5を制御する機能と、出力状態を検出することにより偏向系への外乱等による描画不良検出を行う機能をもつ。
特許請求の範囲
【請求項1】電子ビーム発生源と、電子ビームを整形する電子光学系と、前記電子ビームをオンオフ制御するためのブランキング部と、前記電子ビームを被露光材料上で偏向し位置制御を行なうためのD/A変換器と偏向回路より構成する偏向制御部と、前記偏向制御部および、前記ブランキング部を制御する描画制御部とを備えた電子ビーム装置において、静電偏向板あるいは電磁コイル等の偏向器を制御する偏向回路の応答出力を直接、あるいはインピーダンス変換、あるいは成形した信号波形と目標最終出力レベルとを比較器を用いて比較する事により、前記偏向回路の応答出力が目標とする電圧値(電流値)に整定するまでのセトリング待ち時間を測定することを特徴とする電子ビーム装置。
【請求項2】請求項1において、ビーム偏向出力に対する目標最終出力レベル、あるいは波形成形の時定数を切り換える事により、負荷を制御する偏向制御回路出力のセトリング時間を任意の目標精度で検出することが可能なセトリング時間測定回路を有する電子ビーム装置。
【請求項3】請求項1において、偏向制御回路のセトリング時間をセトリング時間測定回路により検出し、その信号により電子ビームのブランキング動作を制御する機能を有する電子ビーム装置。
【請求項4】請求項1において、偏向制御回路の動作状態をセトリング時間測定回路により監視し、電子ビームのブランキング動作を制御する機能を有する電子ビーム装置。
【請求項5】請求項1において、偏向制御回路のセトリング時間をセトリング時間測定回路により監視し、露光時間の制御を行なうべくブランキング動作を制御する電子ビーム装置。
【請求項6】請求項1において、露光時間制御用ショット・カウンタを内蔵したセトリング時間測定回路により偏向制御回路のセトリング時間を監視し、セトリング終了して露光開始から設定露光時間迄の制御を行なうべくブランキング動作を制御する電子ビーム装置。
【請求項7】請求項1において、セトリング時間測定回路を用いて偏向制御回路の動作状態を監視することにより、前記偏向回路への外乱混入や制御回路でのトラブル発生等の原因から予期せぬ偏向動作を行なった場合、異常動作が発生している偏向動作の状態を制御する制御系へ知らせることが可能な機能をもつ電子ビーム装置。
【請求項8】請求項1において、負荷を制御する偏向回路の応答出力終点近傍のみ切り出し、目標最終出力レベルと比較する事により応答時間を検出する機能を有するセトリング時間制御回路を具備する電子ビーム装置。
【請求項9】請求項1ないし8のいづれかの前記セトリング時間制御回路により、偏向制御回路が目標精度に整定するまでの整定時間を測定し、偏向制御回路の調整を行なうことが可能な電子ビーム装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム装置における偏向回路の応答時間(セトリング時間)測定、また、電子ビーム描画装置等の偏向制御に係り、特に、偏向に要するセトリング待ち時間を見かけ上短縮し、装置スループットの向上を可能にする制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】電子ビーム描画装置では、微細な回路パターンを描画するために電子ビームを高速且つ、高精度に偏向することが必要とされる。偏向方法は、静電偏向板を用いた静電偏向やコイルを用いた電磁偏向等を採用しているが、どちらの偏向方法にも負荷を駆動する偏向制御回路が必要不可欠である。この偏向制御回路には、電子ビームを目標とする偏向位置へ高速、且つ、高精度に偏向することが要求されるが、重い負荷を駆動するため目標とする偏向位置へ整定する迄の整定時間(セトリング時間)を要する。電子ビーム描画装置におけるセトリング時間中の描画動作は、描画結果に悪影響を与えるため、通常、電子ビームをオフ(描画停止)しており、ビーム偏向動作を行なう度に、予め測定したビーム偏向に要するセトリング時間だけ待ってから描画を開始するように制御している。
【0003】図3に従来の電子ビーム描画装置の一例を示す。電子銃7から出射された電子ビームは、第1アパーチァ8,転写レンズ9,11,可変成形偏向板10,第2アパーチァ12,ブランキング板13,ブランク絞り14,縮小レンズ15,副偏向板16,主偏向コイル17,対物レンズ18等を通過し、ウェハ19上に照射される。各種偏向器は、CPU1と描画制御回路2によって発生する指令に基づき任意に動作するブランキング制御回路3,副偏向制御回路5,主偏向制御回路6等の偏向信号によって制御される。
【0004】図4に従来の電子ビーム描画装置における偏向制御方法の例における波形を示す。副偏向出力が大振幅である時も、小振幅である時も、偏向開始信号に対するブランキング制御信号の時間幅(セトリング待ち時間)は一定であるため、小振幅時には必要以上のセトリング待ち時間成分が存在していると言える。
【0005】必要以上のセトリング待ち時間を少なくできる方法として、特開昭60−236224号公報がある。これは、各偏向量に対するセトリング待ち時間を予め測定してセットし、該当する偏向データに対応するセトリング待ち時間を設定するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子ビーム描画装置において、セトリング待ち時間を偏向量の大きさとは無関係に殆んど一定の待ち時間(大振幅時のセトリング時間)に固定している場合、必要以上の待ち時間が生じ、特に描画の偏向を行なう回路では「{露光時間+セトリング待ち時間}×描画パターン数」で与えられる描画・偏向時間を要していた。つまり、電子ビーム描画装置にとって偏向制御回路のセトリング時間は無駄な待ち時間であり、装置スループットを低下さてしまうため、偏向動作に伴うセトリング時間の短縮(セトリング待ち時間の短縮)が重要な課題の一つである。
【0007】上述した公知例によれば、各偏向データに対応するセトリング待ち時間を予め測定するため、データに対応するセトリング待ち時間を設定する事が可能である。しかし、描画位置精度を考慮した場合、外乱や偏向回路特性の劣化、偏向負荷と偏向回路を接続するケーブル接触抵抗等の点から、安易に、予め任意の偏向量についてのセトリング時間を測定し、セトリング待ち時間とすることは、偏向動作による描画不良の頻度を増やす危険性が生じる。また、同一偏向量でも偏向データの違いによってセトリング特性が変化する事等を考慮すると、任意偏向量に対するセトリング時間の測定は時間を要する作業であり、調整者による測定時間のばらつきも生じる等の問題がある。
【0008】本発明の目的は、装置のスループットを向上するため、必要以上のセトリング待ち時間を短縮し、かつ、偏向動作による描画不良の頻度低減をすることにより信頼性向上が可能な制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本発明では、図1に示すように、描画制御部2から発生する描画データにより制御される各種偏向制御回路の出力に、セトリング時間制御回路4を設置し、偏向制御回路が目標精度に整定するまでのセトリング時間を検出することにより、偏向量に応じた整定待ち時間(セトリング待ち時間)を調整し、ブランキング制御回路5を制御する。このタイミングでブランキング板13を制御し、CPU1で露光時間制御を行ないながら描画を行なえば、必要以上の整定待ち時間を無くす事ができる。本来、セトリング時間は偏向量と密接な関係にあり、偏向量に応じたセトリング時間を実測で設定することにより、見かけ上のセトリング待ち時間の短縮、ひいては装置のスループット向上を可能にする。
【0010】また、セトリング時間制御回路4のセトリング時間検出信号を実時間で監視することにより、偏向回路出力の異常動作による描画不良の頻度低減を可能にする。
【0011】
【作用】本発明は、偏向制御回路の出力にセトリング時間制御回路を設置し、偏向制御回路が目標とする偏向位置へ整定する迄のセトリング時間を任意の偏向量に対して測定し、必要最低限のセトリング待ち時間に設定することが可能となるため、従来方法のように偏向量と無関係にセトリング待ち時間を固定することによって生じていた必要以上のセトリング待ち時間が不要になり、見かけ上のセトリング待ち時間を短縮できる。また、予め偏向量に応じたセトリング時間を測定する事も不要であり、描画動作中は、検出信号をモニタする事により、描画中の偏向回路に異常が生じた場合や偏向系への外乱による描画不良の検出等も容易に行なう事が可能となる。
【0012】
【実施例】図1は電子ビーム描画装置用セトリング時間制御方法の一実施例を示すブロック図。電子銃7から出射された電子ビームは、第1アパーチァ8,転写レンズ9,11,可変成形偏向板10,第2アパーチァ12,ブランキング板13,ブランク絞り14,縮小レンズ15,副偏向板16,主偏向コイル17,対物レンズ18等を通過し、ウェハ19上に照射される。各種偏向器は、CPU1と描画制御回路2によって発生する指令に基づき任意に動作する副偏向制御回路5,主偏向制御回路6等の偏向信号、及び、セトリング時間制御回路4,ブランキング制御回路3によって制御される。セトリング時間制御回路4は、各偏向制御回路の偏向信号より、偏向量に応じて最終目標精度までのセトリング時間を検出し、ブランキング制御回路3と描画制御回路2に最適なセトリング待ち時間信号を発生する。ブランキング制御回路3では、描画制御回路とセトリング時間制御回路4の制御信号タイミングでブランキング板13を制御し、CPU1で露光時間制御を行ないながら任意のパターン描画を行なう機能を有する。
【0013】図2にセトリング時間制御回路の一実施例を示す。描画制御回路2より副偏向制御回路5に偏向信号が与えられると、偏向量に応じて目標位置までのセトリング時間を伴った応答波形が副偏向器に出力される。セトリング時間制御回路では、その応答波形を微分成形し、比較レベルとの差を取った信号をブランキング制御信号として生成する。セトリング時間検出回路には、積分回路やアナログスイッチ等を用いて、アンプ応答波形の微分信号やセトリング終了近傍の波形のみを切りだし、目標精度に応じた基準信号と比較することにより、偏向量に応じたセトリングの終了時間を検出する。
【0014】図5にセトリング時間測定回路の一実施例を示す。セトリング時間測定回路では、副偏向制御回路より与えられる偏向応答波形をカップリング・コンデンサと抵抗による時定数で決定する微分波形に生成し、ダイオードでセトリング終了近傍の微分波形にクリップ、増幅した後、偏向制御回路で使用しているDACの目標精度(1/2LSB)に相当する比較レベルと比較することにより、偏向量に応じたセトリング時間を検出する。その検出信号で描画開始(アンブランク)すると共に、CPUに露光開始のフラグを送る。任意の露光時間が経過したところで、再び、ブランク状態にし、次の偏向位置への整定待ちを行なう。この時、セトリング時間測定回路内に露光制御用のショット・カウンタを設置しておけば、セトリング終了(露光開始)から設定露光時間(露光終了)迄のブランキング制御を行なう事により、露光時間制御も可能となる。また、この時、データ伝送速度による影響が生じないように(データ待ちの状態にならないように)して、予め次のデータを伝送することも必要となる。
【0015】ところで、カップリング・コンデンサと抵抗を用いて生成した微分波形と、実際のセトリング波形との一致は、実測による最適値の決定と補正信号の加算によって行なうが、セトリング時間測定回路の入力インピーダンスによって偏向応答波形が変化する場合は、バッファ回路等のインピーダンス変換器を使用する。また、この微分波形生成部の定数や比較器の比較レベルをスイッチング素子で切り替えることにより、任意の目標精度をCPUから設定可能とし、描画精度に応じて露光開始フラグのタイミングを任意に調整することもできる。このセトリング時間制御回路では、セトリング時間測定回路とブランキング時間調整回路を使って、CPUと同期した制御を可能にする機能を有することを特徴とする。尚、バッファ回路等のインピーダンス変換器を使用することにより、偏向応答波形の遅れが発生する場合は、その遅れを測定し、回路補正や目標精度を下げることにより、実際のセトリング波形との一致を図る。尚、図5では説明簡略化のため、負方向の検出回路は省略してある。
【0016】図6に副偏向(大振幅時)制御方法の一実施例における波形図、図7に副偏向(小振幅時)制御方法の一実施例における波形図を示す。図6(b)に示す副偏向応答信号をセトリング時間制御回路に与えると、セトリング時間測定回路では入力に応じたセトリング微分波形(c)に生成する。その波形は最終目標精度の比較レベルと比較する(d)ことにより、比較器では偏向信号に応じたセトリング時間を検出する(e)。ここで得られた検出時間と偏向開始信号(a)により、ブランキング制御信号(f)が得られる。図7(b)に対するセトリング時間も同様に検出するが、ここでは偏向量に応じたセトリング時間を検出するため、図6(f)に比べてブランキング時間が短いブランキング信号(f)が得られる。
【0017】ここで、装置スループットを考慮すると、描画・偏向に要する時間は、ほぼ「{露光時間+セトリング待ち時間}×描画ショット数」で与えられる。つまり、描画ショット回数(≒偏向回数)に伴う1ショット当たりのセトリング待ち時間低減は、装置スループットを大幅に向上できる。
【0018】従来、偏向量に殆ど無関係に整定待ち時間が設定されていたが、その値を〜100nS、ショット数を109 個/ウェハ、1ショット当りの露光時間を100nSと仮定すると、実露光時間が100秒に対し、整定待ち時間が100秒もの時間となる。これを1ショットの偏向距離が小さくなるような描画順番で描画することにより、平均70nSの整定待ち時間となった場合、約30秒/ウェハの無駄時間が低減されることになる。具体的な偏向量と整定待ち時間の一例として、12ビット精度・大振幅セトリング100nS(40μm偏向)の偏向アンプの応答時間を1次遅れと考え、偏向量が最大振幅の1/10(4μm)程度になるような描画順番で描画した場合、偏向動作が安定するまでのセトリング時間は約72nS程度になる。
【0019】図8に偏向回路出力を監視した時の正常状態と、異常が生じた場合の異常検出出力波形図を示す。
【0020】図8(a)に示す副偏向応答信号をセトリング時間制御回路に与えると、セトリング時間測定回路では入力に応じたセトリング微分波形に生成し、最終目標精度の比較レベルと比較する(b)ことにより、比較器では偏向信号に応じたセトリング時間を検出する(c)。セトリング時間測定後の描画時は、比較器の出力を監視し、偏向出力が比較レベルを過る状態を検出することにより、異常描画検出を行う。正常な偏向動作が行われている場合、異常描画検出信号(d)は発生しない。
【0021】しかし、図8(A)に示すような外乱が副偏向応答信号に混入し、異常な偏向動作が行われた場合、セトリング時間測定回路では(B)に示すような波形が検出され、比較器では(C)に示す信号となる。描画中の比較器出力を監視すると、描画中の偏向動作が変動したことによる異常描画検出信号(D)が発生する。この検出信号を制御系へ送ることにより、異常な偏向動作が生じた描画位置を検知する事が出来るため、描画後の描画不良位置とその程度を検査する目安となる。ここで、露光制御用ショット・カウンタを内蔵したセトリング時間測定回路を使用している場合は、異常な偏向動作が行われて異常描画検出信号(D)が発生した時点で描画動作を停止(ブランキング状態)し、かつ、その時の異常描画検出信号とショット・カウンタデータ値(露光済み時間)を制御系へ知らせる。そして、次回以降のショット時に異常描画位置データと露光不足時間(=設定露光時間−露光済み時間)に基づいた再描画を行うことにより、異常な偏向動作による描画不良が解消される。しかし実際には、比較信号を検知して描画動作停止する迄に、〜20数nS程度の信号遅れがあるため、信号遅れを超える高周波成分での外乱が混入した場合には、異常露光部が僅かに残ることになる。設定露光時間が多い場合にはあまり問題にならないが、少ない場合には異常露光の程度が多くなってしまい、問題となる可能性が生じる。設定露光時間が少ない場合には、異常が発生した場合には異常描画位置データに基づく、描画不良の確認検査が必要となる。
【0022】本実施例によれば、偏向量に応じた整定時間をハード検出することにより、必要以上の整定待ち時間短縮が可能となり、描画順序を考慮した場合はより一層のスループット向上が可能となる。また、描画動作中は、検出信号をモニタする事により、描画中の偏向回路に異常が生じた場合や偏向系への外乱による描画不良位置の検出等も容易に行なう事が可能となる。
【0023】また、セトリング時間測定回路の回路定数をスイッチング素子で切り替えることにより、必要な描画精度に応じた高速化(セトリング待ち時間の短縮)を行なうことができる。セトリング時間の検出には他の手段を用いてもよいことは勿論であり、従来、特別な治具等を必要とした偏向制御回路の回路調整時も、セトリング時間測定回路の調整を行なった後は、ディジタル化された検出信号のパルス幅を測定することにより、容易に偏向制御回路のセトリング時間を測定することが可能となる。
【0024】
【発明の効果】装置でのセトリング待ち時間を、本来の偏向量に応じたセトリング時間と一致させ、偏向制御回路のセトリング時間以上に長いCPU待ち時間を低減することにより、装置スループットの向上が可能となる。また、偏向系への外乱による描画不良の検出,調整の容易化,パターン描画の順番による高速描画を可能にする。




 

 


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