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発明の名称 電子線描画方法および装置
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6−151287
公開日 平成6年(1994)5月31日
出願番号 特願平4−295724
出願日 平成4年(1992)11月5日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】薄田 利幸
発明者 安藤 公明 / 依田 晴夫
要約 目的
ステージ連続移動方式による電子線描画装置において、所要露光時間の長い図形についても、ステージの速度を低下させることなくして、正確かつ高速な図形描画を可能にすること。

構成
電子ビームの照射時間を制御する露光時間制御回路に、最小露光時間設定回路と露光時間分割回路とを設け、所要露光時間が長い場合に該所要露光時間を上記最小露光時間以下の複数の露光時間に分割して、この分割された各露光時間でもって同一図形を複数回に分けて描画する。
特許請求の範囲
【請求項1】被露光物を載置した試料ステージを連続的に移動させながら、該試料ステージの移動に追従して上記被露光物上の所定位置に所望の図形パターンを描画する電子線描画方法において、上記所望の図形パターンの描画のための所要露光時間を予め設定された最小露光時間と比較して、上記の所要露光時間が上記の最小露光時間よりも大きい場合には、上記の所要露光時間を上記の最小露光時間以下の複数の露光時間に分割して、この分割されたそれぞれの露光時間でもって、上記の被露光物上の所定位置に複数回の電子線照射を行なわせることを特徴とする電子線描画方法。
【請求項2】被露光物を載置したステージを連続的に移動させながら、該ステージの移動に追従して上記被露光物上の所定位置に所望の図形パターンを描画する電子線描画装置において、電子線の照射時間を制御する露光時間制御回路に最小露光時間設定回路と露光時間分割演算回路とが具備されており、描画すべき図形パターンについての所要露光時間が最小露光時間より大きい場合に、所要露光時間を最小露光時間以下の複数の露光時間に分割して電子線を複数回に分けて照射するように構成されていることを特徴とする電子線描画装置。
【請求項3】上記の露光時間分割演算回路は、入力露光時間が最小露光時間の2倍よりも大きい場合には出力露光時間として最小露光時間を出力して残りの露光時間を次回の入力露光時間として保持し、入力露光時間が最小露光時間より大きくかつ最小露光時間の2倍以下の場合には出力露光時間として所要露光時間の2分の1の露光時間を出力して残りの露光時間を次回の入力露光時間として保持し、また、入力露光時間が最小露光時間以下の場合にはこの入力露光時間をそのまま出力露光時間として出力するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の電子線描画装置。
【請求項4】上記の最小露光時間設定回路は、ステージの移動速度に応じて、ステージ移動速度がより大きい場合にはより小さな最小露光時間を、ステージ移動速度がより小さい場合にはより大きな最小露光時間を設定するように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の電子線描画装置。
【請求項5】上記の露光時間分割演算回路の入力側に、露光時間テーブルメモリが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電子線描画装置。
【請求項6】上記の露光時間分割演算回路が、パイプライン演算方式に基づいて構成されていることを特徴とする請求項2に記載の電子線描画装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ステージ連続移動方式による電子線描画の方法および装置の改良に関し、特に、電子線の照射時間を制御する露光時間制御方法および装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】電子線を用いて図形(パターン)の描画を行なう方法および装置としては、例えば、特開平1−147831号公報や特開平1−217847号公報等に開示されているものがある。従来の電子線描画方法および装置においては、図形を描画するための電子線照射時間は、マスクやウエハ上に塗布されたレジストの感度や、電子ビームのエネルギー強度および電子ビームの照射面積などに応じて予め決定され、図形データと共に計算機などから一義的に設定される。この設定された照射時間に従って露光時間制御回路から所定のON/OFF信号(ブランキング信号)が生成され、ブランキング電極を介して電子ビームをON/OFF制御することによって、所望の露光時間制御が行なわれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子線描画装置、特に、試料(被露光物)を載置したステージを連続的に移動させながら、電子ビームの照射位置を上記ステージの移動に追従させることによって所望の図形を描画するようにした所謂ステージ連続移動方式の電子線描画装置においては、電子ビームの照射中においてもステージが連続的に移動しているため、所要露光時間の長い図形を描画する際には、照射位置を追従移動させるための電子ビーム偏向量が許容範囲を超えてしまい、正常な図形描画ができなくなってしまうという問題があった。これを解決するためには、ステージの移動速度を遅くする方法があるが、ステージの移動速度を遅くするとスループットが低下するという問題が生じる。
【0004】したがって、本発明の目的は、所要露光時間の長い図形の描画に際してもステージの移動速度を低下させることなくして正常な図形描画を行なうことができるように改良された電子線描画方法および装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明においては、ステージ連続移動方式による電子線描画装置において、電子線の照射時間を制御する露光時間制御回路に、最小露光時間設定手段と露光時間分割演算手段とを設け、上記最小露光時間設定手段により設定された最小露光時間よりも所要露光時間の長い図形については、該所要露光時間を上記の最小露光時間以下の複数の露光時間に分割し、この分割されたそれぞれの露光時間でもって上記図形を描画すべき位置に複数回電子線を照射するようにしたことを特徴としている。
【0006】また、上記の露光時間分割演算手段と露光時間データ入力手段との間に露光時間テーブルメモリを設け、露光時間データを指数化することでデータのビット幅の圧縮を行ない、実際の露光時間との変換は、この露光時間テーブルメモリの内容に基づいて行なうようにしている。この露光時間テーブルメモリは、レジスト感度の変化や装置の経年変化に対応するためにも有効であり、前記変化に対応して露光時間テーブルメモリの内容を変えて図形を描画するようにしている。
【0007】
【作用】本発明では、電子ビームの照射時間を制御する露光時間制御回路に、最小露光時間設定回路と露光時間分割演算回路とを設け、入力された図形の所要露光時間が最小露光時間より大きい場合には、最小露光時間以下の複数の露光時間に分割して電子ビームを複数回に分けて照射するように制御される。上記した本発明の露光時間制御回路は、入力された露光時間が最小露光時間の2倍よりも大きい場合には、2倍以下になるまではこの最小露光時間を出力露光時間として出力する動作を繰り返し、残りの露光時間あるいは新たに入力された露光時間が、最小露光時間より大きくかつ最小露光時間の2倍以下の場合には、この残りの露光時間あるいは新たに入力された露光時間の2分の1の時間とその残り時間との2つに分割して順次出力露光時間として出力する。また、入力された露光時間が最小露光時間以下の場合には、露光時間分割処理は行なわずに入力された露光時間をそのまま出力露光時間として出力するように動作する。また、上記した本発明における最小露光時間は、電子線描画装置を制御する制御装置によって設定されるものであり、連続的に移動するステージの移動速度に応じて、ステージの移動速度がより高速の場合にはより小さな最小露光時間に、逆に、ステージの移動速度がより低速の場合にはより大きな最小露光時間に設定される。
【0008】また、本発明の露光時間制御回路においては、露光時間分割演算手段の入力側に露光時間テーブルメモリが設けられ、この露光時間テーブルメモリにより図形データと同時に入力されてくる露光時間データを指数化することで露光時間データのビット数を減少させている。そして、この露光時間テーブルメモリの内容を参照することによって実際の電子ビーム照射時間を出力するようにしている。このような露光時間テーブルメモリを設けることにより、レジスト感度の変化や電子ビームの電流密度の変化やその他装置性能の経時変化などによって露光時間を変える必要がある場合にも、図形データの上での露光時間を変更することなく、上記露光時間テーブルメモリを書き替えることによって、簡便に露光時間を変更して描画することができるようになっている。
【0009】以下に、本発明による電子線露光装置の構成および動作について、図1、図2を参照して説明する。図1において、図形データ(偏向データ)102と同時に入力された露光時間データ101は、露光時間テーブル20によって実際の露光時間に変換され、露光時間分割演算回路22に入力される。露光時間分割演算回路22は、後に述べるような露光時間の分割演算を行なって、分割された露光時間を順次出力する。出力された分割された露光時間は、露光制御回路24で電子ビームをウエハ(試料)15上に照射する時間を制御するための"1"(ON)/"0"(OFF)信号(ブランキング信号)に変換され、このブランキング信号がブランキング電極12に加えられて、電子ビームの照射時間が制御される。一方、描画すべき図形の偏向データ102は、レジスタ26、27を通って、XYWH用DAC6に入力され、そこでアナログ電圧に変換され、偏向アンプ7を介して偏向電極13に加えられる。なお、上述した露光時間の分割処理に基づいて複数回の露光が行なわれる時には、この複数回の露光が行なわれる間は同一の偏向データによって同一の場所に電子ビームが繰返し照射されるようになっている。
【0010】露光時間分割演算回路22は、露光時間テーブル20から入力された露光時間(T)と最小露光時間レジスタ21に設定されている最小露光時間(t)との比較を行ない、入力露光時間(T)が最小露光時間(t)の2倍よりも大きい場合には、1回目の分割露光時間出力として最小露光時間レジスタ21の内容である最小露光時間(t)をそのまま出力端201に出力する。同時に、減算器33によって、入力露光時間(T)−出力露光時間(t)なる演算を行ない、残りの露光時間( T')=(T−t)を算出して、この残り露光時間( T')を次回の入力露光時間とするためにレジスタ34に一時保持する。この時出力された最小露光時間(t)で、1回目の露光が行なわれる。
【0011】上記した1回目の分割演算を終えたら、次に、2回目の分割演算に移る。この時には、1回目の分割演算の結果レジスタ34に保持された残り露光時間( T')が減算器33の+側に入力され、1回目と同様にして入力露光時間( T')が最小露光時間の2倍よりも大きい場合には、2回目の分割露光時間出力としてやはり最小露光時間(t)をそのまま出力し、同時に、減算器33によって入力露光時間( T')−出力露光時間(t)なる演算を行ない、残り露光時間( T'−t)をさらに次回の入力露光時間とするためにレジスタ34に一時保持する。以上のような演算処理が残り露光時間( T')が最小露光時間(t)の2倍以下となるまで繰り返される。残り露光時間( T')が最小露光時間(t)の2倍以下となったら、この残り露光時間( T')の2分の1が出力され、最後に、その残り露光時間( T'/2)が出力される。
【0012】また、最初の入力露光時間(T)が最小露光時間(t)の2倍以下であるが(t)よりも大きい場合には、始めに入力露光時間(T)の2分の1が分割露光時間として出力され、次に(最後に)その残り時間(T/2)が出力されて、その入力露光時間データについての露光時間分割演算が終了する。また、入力露光時間(T)が最初から最小露光時間(t)以下である場合には、露光時間分割は行なわれず、入力露光時間(T)がそのまま出力される。上述したように、ステージ連続移動方式の電子線描画装置において所要露光時間の長い図形を描画する場合に、本発明に従って、長い所要露光時間を複数の短い露光時間に分割してこの分割されたそれぞれの露光時間でもって複数回の露光を行わせる方法を用いることにより、ステージの移動速度を遅くすることなくして精度の高い描画が可能となり、したがって描画のスループットを向上させることができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して詳細に説明するが、その前に、先ず従来のステージ連続移動方式による電子線描画装置についての概略説明をしておこう。図3は、従来のステージ連続移動方式による電子線描画装置の概略構成図である。同図において、CPU1によって設定される描画データは、パターンメモリ2に格納され、描画図形の偏向データは描画データ発生回路5によりX(X方向偏向量)、Y(Y方向偏向量)、W(図形の幅)、H(図形の高さ)からなる4種の図形データに変換され、この図形データがXYWH用のDAC(D/A変換器)6および偏向アンプ7を介して電子光学系カラム11内のX,Y,W,H用偏向電極13に与えられる。
【0014】また、図形データに付随して設定される所要露光時間データは、露光時間制御回路3によって、電子ビームの照射時間を制御するためのON/OFF信号に変換され、ブランキングアンプ4を介してブランキング電極12を駆動する。一方、ウエハ15が載置されたステージ14は描画中連続的に移動しており、該ステージ位置がステージ位置検出回路10によって検出され、誤差検出回路9により目標位置設定回路8によって設定された目標位置との誤差が求められる。誤差検出回路9から出力された誤差データは、電子ビームをステージの動きに追従させるための追従偏向データとして描画データ発生回路5に入力され、そこでXおよびY方向の図形偏向データと加算され、この加算された偏向データでもって電子ビームを偏向することによって所定の位置に電子ビームを照射せしめる。
【0015】従来装置におけるステージ14の移動速度は、全ての描画図形についてそれぞれの所要露光時間を算出し、ステージ14の移動に伴う追従偏向量を含めての電子ビーム偏向量が最大許容偏向量を超えることのないように設定される。すなわち、描画図形の所要露光時間が長ければステージの移動速度を低速に、所要露光時間が短ければステージの移動速度を高速に設定される。従って、描画図形の中に少しでも所要露光時間の長い図形部分があれば、ステージの速度を低速に設定しなければならず、全体としての露光スループットが低下するという問題があった。
【0016】図1に本発明の一実施例になる電子線描画装置の概略構成を示す。この図は、本発明による露光時間制御回路3とその周辺部の構成を主体にして示してある。図1において、露光時間データ101は実際の露光時間データにある演算処理を行なって指数化することによってディジタル信号のビット長を削減した露光時間データであり、図3におけるパターンメモリ2より入力される。本実施例では、実際の露光時間データに対して、次の式(1)に示すような演算処理を施すことによって、実際には20bitの露光時間データを11bitに圧縮してある。
Ts=256logT −−−−−−(1)
ここに、Tsは指数化された露光時間、Tは実際の露光時間である。
【0017】露光時間データ101は露光時間テーブル20に入力され、ここで実際の所要露光時間データに変換される。変換して得られた実際の所要露光時間データは、次に、露光時間分割演算回路22に入力され、ここでCPU1によって設定され最小露光時間レジスタ21に記憶されている最小露光時間と比較され、その比較結果に基づいて次のような演算処理が行われる。すなわち、入力された所要露光時間が最小露光時間より大きい場合には、入力された所要露光時間を最小露光時間以下の複数の露光時間に分割して出力する。露光時間分割回路22で分割して得られた複数の露光時間データは、それぞれ、レジスタ23を通り、露光制御回路24によって電子ビームの照射時間を制御するためのON/OFF信号に変換され、ブランキングアンプ4を介してブランキング電極12に加えられる。
【0018】一方、電子ビームの照射位置を決めるための偏向データ102は、X(X方向偏向量)、Y(Y方向偏向量)、W(図形の幅)およびH(図形の高さ)なる4種のデータで与えられ、レジスタ26、27を介してXYWH用のDAC6に入力され、そこでアナログ信号(偏向信号)に変換されて、偏向アンプ7を通して偏向電極13に加えられる。この偏向データ出力としては、上記の露光時間分割によって複数回に分けての露光が行なわれている間は同一の値を出力するように動作する。なお、露光時間分割による露光が行なわれている場合とそうでない場合とでの回路各部の動作モードの制御を行なうために制御回路25が設けられている。このようにして、所要露光時間の長い図形については、複数の短い露光時間に分割し、分割されたそれぞれの露光時間で同一の場所を同一の大きさの電子ビームで複数回照射することによって、トータルとして所要露光時間の電子ビーム照射を達成する。
【0019】図2に本発明による露光時間分割回路の詳細な構成例を示し、図4に露光時間分割演算動作の一例を示す。図2において、露光時間テーブル20の出力204は、セレクタ30を通り減算器33の+側に入力される。また、セレクタ30の出力202は1/2(ビットシフト)された後、セレクタ32を通り減算器33の−側に入力される。一方、最小露光時間レジスタ21の出力203はセレクタ32の他方の入力に接続され、減算器33の−側に入力される。減算器33によって減算されたデータは、レジスタ34を介してセレクタ30の他方の入力に接続され減算器33に入力される。また、セレクタ30およびセレクタ32の出力202、205は、セレクタ31に接続されどちらか一方が選択された後、レジスタ23にセットされ分割露光時間の出力201となる。さらに、セレクタ30の出力202および最小露光時間レジスタ21の出力203は、比較器35に入力されそれぞれの大小比較が行なわれ、セレクタ30、31、32を制御するための選択信号S1、S2、S3を発生する。本発明による露光時間分割回路は、上述したようなパイプライン構成となっており、高速に露光時間の分割演算を行なっている。
【0020】次に、上記した露光時間分割回路の動作について図2および図4を用いて説明する。図2において、最小露光時間レジスタ21に設定された最小露光時間(t)の2倍よりも大きな所要露光時間(T)が露光時間テーブル20から入力された場合、1回目の分割動作では、比較器35により露光時間テーブルの内容(T)と最小露光時間レジスタの内容(t)とが比較されて、セレクタ制御信号S1、S2、S3が出力され、セレクタ30は露光時間テーブルの出力(T)、セレクタ31はセレクタ32の出力205、セレクタ32は最小露光時間レジスタの出力(t)を選択するように動作し、分割露光時間出力201としては最小露光時間レジスタの内容(t)が出力される。また、減算器33は露光時間テーブルの出力(T)から最小露光時間レジスタの出力(t)を減算して、この減算結果をレジスタ34に分割残り時間( T')としてセットする。分割して出力された露光時間201は、図1の露光制御回路24において電子ビーム照射時間に変換され、ブランキング電極12による電子ビームのON時間(図形描画時間)の制御に用いられる。このようにして最小露光時間(t)での1回目の描画が終了すると、制御回路25から露光終了信号207が比較器35に入力され、次の露光時間を出力するための制御信号が各セレクタに与えられる。
【0021】2回目以降の動作は、セレクタ30で残り時間レジスタ34の内容( T')が選択され、この残り時間( T')と最小露光時間レジスタ21の内容(t)との大小比較が比較器35で行なわれ、残り時間( T')がなお最小露光時間(t)の2倍よりも大きい場合には分割露光時間出力201に再び最小露光時間(t)を出力し、残り時間( T')が最小露光時間(t)の2倍以下でかつ(t)よりも大きい場合には残り時間( T')の1/2を出力し、また、残り時間( T')が最小露光時間(t)以下の場合はこの残り時間( T')をそのまま出力する。また、2回目以降には、それぞれ図4に示すように、( T')=( T')−(t)、( T')=( T')−( T')/2、( T')=( T')−0なる残り時間演算を行ない、この残り時間( T')をレジスタ34に格納する。2回目以降は、残り時間( T')が最小露光時間(t)以下になるまで上記と同様の動作が繰り返され、最後にこの残り時間( T')をそのまま露光時間出力201に出力される。かくして、最初の描画図形データについての露光時間分割処理が終了したら、次の描画図形データについての露光時間分割処理に移る。
【0022】なお、露光時間テーブル20からの露光時間(T)が最小露光時間(t)の2倍以下でかつ(t)よりも大きい場合には、1回目に露光時間出力201に(T)/2を出力し、残り時間レジスタ34には( T')=(T)−(T)/2なる残り時間を格納し、2回目にこの残り時間( T')をそのまま出力して露光時間分割処理を終了する。また、露光時間テーブル20からの露光時間(T)が最小露光時間(t)以下の場合には、露光時間分割処理は行なわず、1回目にこの入力露光時間(T)をそのまま露光時間出力201に出力して処理終了とする。以上のような動作を行なう露光時間分割回路22を露光時間制御回路3に付加することによって、所要露光時間の長い図形についても、試料ステージの速度を遅くすることなくして、高精度での描画を達成することができる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、試料ステージを連続的に移動させながら、電子ビームの照射位置をステージの移動に追従させて補正しながら所定の図形を描画する電子線描画装置において、所要露光時間の長い図形の描画に際して、この長い露光時間を複数の短い露光時間に分割し、この分割されたそれぞれの露光時間でもって同一図形を複数回に分けて露光するようにしているので、次のような優れた効果が得られる。
(1) 露光時間の長い図形について、露光時間を分割して電子ビームを照射するため、電子ビーム照射中にステージが移動して追従のための偏向範囲を超えてしまうことがなくなり、図形を正常に描画できる。
(2) 露光時間の長い図形について、露光時間を分割して図形を描画するため、ステージの速度を遅くする必要がなく、描画のスループットを向上できる。
(3) 露光時間制御回路に露光時間テーブルをもたせることによって、露光時間データの信号ビット幅の圧縮が図れる。
(4) 露光時間制御回路に露光時間テーブルをもたせ、このテーブルの内容を変更することによって、レジスト感度の変化や装置の経時変化に対しても、描画データの露光時間を変更することなく、簡単に対応できる。




 

 


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