JPH0353513A - 電子ビーム直接描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、移動するテーブル上に載置されたプリント
基板へ電子ビームを直接、偏向走査して描画する電子ビ
ーム直接描画装置に関するものである． 〔従来の技術〕 半導体製造の分野において、ＣＡＤデータに基づいてウ
エハやマスク板などの対象物上に電子ビームを走査し、
所定のパターンを描画する装置で、対象物が載置された
テーブルを連続移動させながら描画を行うものがある。

この場合、テーブルを一つの軸（以下、Ｘ軸と称す）方
向に連続的に移動させて、まず、Ｘ軸方向に長いベルト
状エリアの描画をする。Ｘ軸と直交するもう一つの軸を
Ｙ軸とすると、上記ベルト状エリアのＹ軸方向の幅は、
電子ビームの最大偏向領域（以下、フィールドと称す〉
の一辺の長さ（以下、最大偏向幅と称す）になっている
。一つのベルト状エリアの描画が終わると、Ｙ軸方向に
テーブルを最大偏向幅分だけステップ移動させて次のベ
ルト状エリアを描画する．これを繰り返して全描画領域
の描画を完戒させる。

このようなテーブル連続移動形の描画方式の中でも、電
子ビームの偏向走査方式に着目すると、現在よく利用さ
れているものに、ラスター走査方式と、ラスター／ベク
ター走査併用方式とがある。

ラスター走査方式ではＸ軸方向にテーブルを連続移動さ
せながら、Ｙ軸方向に電子ビームを最大偏向幅内で走査
することにより描画する．この方式は、Ｙ軸方向に一定
長の走査をして、パターンの無いところでは電子ビーム
をカットオフし、パターンの有るところでは電子ビーム
を照射してパターンの塗りつぶしを行うものであるから
、パターンの密度や占有率の大小に拘らず、所要描画時
間は一定となる。従って、パターンの占有率の小さい基
板程、スルーブツ１・の観点から効率が悪くなる。しか
し、偏向方向は常に一定であるから偏向制御系が簡単に
なるという利点がある．一方、もう一つの偏向走査方式
としてベクター走査方式があり、これはフィールド内で
は描画すべきパターン部のみをランダムに偏向走査する
ものである．ＩＨ向制御系は複雑になるが、パターンの
占有率の小さい基板程、所要描画時間が短くなり効率が
良くなるという利点がある． そこで、ラスターとベクターの双方の利点を活かした、
ラスター／ベクター走査併用のテーブル連続移動形描画
方式が考案された。この方式は、例えば、雑誌「電子材
料，　１９８４年３月号の４９ページ〜５５ページに「
電子ビーム直接描画装置ＶＬＳ１０００Ｊと題して紹介
されている． 第５図はその方式における描画領域の分割を示す説明図
で、同図（Ａ）を拡大したものを同図（Ｂ）に示す．こ
れらの図において、｛１｝は半導体材料から形戒された
ウエハ、ｅ）はウエハ（１）を同図（Ａ）の一点鎖線で
示すように、テーブル（図示せず）の移動方向であるＸ
軸と直交するＹ軸方向に分割して設けられたメインスト
ライプで、その幅Ｗは電子ビームの最大偏向幅と同等寸
法になっている．（４）はメインストライプ（３）を同
図（Ａ）の破線のようにＸ軸方向に分割して設けられた
正方形のメインフィールドで、前述のフィールドと同等
寸法になっている．（５ｌはメインフィールド（４）を
同図（Ｂ）の一点鎖線のようにＸ軸方向に分割して設け
られたサブストライプ、｛６｝はサブストライプ（句を
同図（Ｂ）の破線のようにＹ軸方向に分割して設けられ
た正方形のサブフィールドである． 次に動作について説明する．テーブルがＸ軸方向に連続
移動して、一つのメインストライプ（３）内のメインフ
ィールド（４）の描画が順次行われる．一つのメインス
トライプ（３）の描画が完了すると、テーブルはＹ軸方
向に１メインストライプ分、即ち、Ｗだけステップ移動
し、次のメインストライプ（３）内のメインフィールド
（４）を順次描画する．メインフィールド（４）内のパ
ターンの描画は以下のようにして行われる．一つのサブ
ストライプ｛勺内のサブフィールド（６）間をラスター
的に走査しながら、サブフィールド｛６｝内のパターン
をベクター走査により高速に描画する。一つのサブスト
ライプ（句の描画時間で、テーブルはＸ軸方向にサブス
トライプ（５）の幅一つ分だけ連続的に移動する。

つのサブストライプ（５９の描画が完了すると次のサブ
ストライプ（５）を同様に描画する．テーブルの移動が
連続的であるため、描画中に目標位置であるサブフィー
ルド（６）の中心がずれていくが、テーブルの位置をレ
ーザー干渉計（図示せず）で測定し，ビーム偏向系（図
示せず）にフィードバックして描画位置を常に補正して
いる． この方式においては、ベクター走査を行っている範囲は
サブフィールド（６）内のみであって、サブフィールド
（６）間の走査はラスター的走査となっており、メイン
フィールド｛４内の任意の位置に電子ビームがランダム
にベクター走査されてはいない。

さて、この方式をプリント基板パターンのように、主と
して線画で構成されたパターンの描画に適用しようとす
ると、プリント基板（図示せず）全面に亘るＣＡＤによ
るパターンデータを、まず、メインフィールド（４）毎
に分割（以下、フィールド分割と称す）し、更に、各メ
インフィールドＧ４１内のパターンデータをサブフィー
ルド（６）毎に細かく分割すると共に、これらサブフィ
ールド（６）内パターンデータを各サブフィールド（６
）間のラスター的走査順に従って、メモリ内に一定の順
番で配列してゆく作業が必要となる。この方式でメイン
フィールドＡ）を更にサブフィールド（６）に分割して
描画する主目的は、サブフィールド（６）内の電子ビー
ム偏向を高分解能で行って、ＬＳＩ等のサブミクロンオ
ーダーの高精度パターンを描画するためである。

しかし、プリント基板パターンの描画のように、メイン
フィールド（４）内偏向走査のみの電子ビーム偏向分解
能でも十分な場合には、むしろ、ＣＡＤの線画パターン
データに従って、メインフィールド（４）内のパターン
の有るところのみをランダムに偏向走査する、言わば、
純粋なベクターを走査方式の方が効率よく描画できる． 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の電子ビーム直接描画装置は以上のように梢成され
ているので、ＣＡＤパターンデータをフィールド分割し
、更にサブフィールド毎に分割して、各サブフィールド
内パターンデータをサブフィールド間のラスター的走査
順に配列するという作業が必要となり、これらの作業を
コンピュータのソフ１・ウエア処理で実行すると処理デ
ータ量が多大となり、従って処理時間が増大するという
問題点があった。また、各サブフィールドを一定順に偏
向走査しているので、プリント基板パターンの土うに線
画で横戒されていることの特徴を活かして、メインフィ
ールド内をランダムにベクター走査することにより効率
よく描画できる場合でも、そのようなベクター走査はで
きないという問題点があった． この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので，　ＣＡＤパターンデータの分割や配列に要す
る処理時間が短く、かつ、描画対象物が載置されたテー
ブルを連続的に移動しながら、しかも、フィールド内で
電子ビームを、ＣＡＤパターンデータに従ってパターン
の有るところのみをランダムにベクター走査することに
より、所要描画時間が短く、効率の良い描画を行うこと
ができる電子ビーム直接描画装置を得ることを目的とす
る． 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る電子ビーム直接描画装置は、描画領域を
電子ビームの最大偏向幅を幅とするべ７ルト状エリアに
分割し、更にこのベルト状エリアをその長さ方向に、上
記最大偏向幅の半分の長さ毎に分割して矩形エリアを設
けると共に、対象物が載置されたテーブルをベルト状エ
リアの長さ方向に、各矩形エリアの描画に要する時間の
最長と見込まれる時間、またはこれよりやや長い時間で
矩形エリア一つ分移動する速度で移動させて、矩形エリ
アの一辺がフィールドの中心に達したときにその矩形エ
リアの描画を開始し、ベクター走査による描画を各矩形
エリアに対して順次行うようにしたものである。

〔作　　用〕

この発明における電子ビーム直接描画装置は、描画領域
をフィールドの半分の大きさの矩形エリアに分割してい
るが、それ以上細かく分割する必要はなく、また、矩形
エリア内の描画はベクター走査により行われると共に、
描画開始時およびテーブル移動速度は適切に設定されて
いるので、一つの矩形エリア全体がフィールド内にある
時間内にその矩形エリアの描画が完了し、順次、各矩形
エリアの描画が効率よく行われる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による電子ビーム直接描画装置
の構戒を示すブロック図であり、図において、（１１）
は陰極、（ｌ２）は陰極から放出される電子ビーム、（
１３）は電子ビーム（ｌ２〉を必要に応じてカットオフ
するプランカー、（ｌ４）は電子ビーム（１２）を通過
させて整形するアパーチャ、（ｌ５）は電子ブーム（ｌ
２）を電磁的にＩＨ向する主偏向器で、Ｘ軸方向（’　
ｆｉｔ述のテーブルの連続移動方向〉偏向用とこれと直
交するＹ軸方向偏向用の２組の主偏向コイル（１５Ａ）
．　（１５Ｂ＞で楕戒されている．　（１６）は表面に
感光レジス１−　（図示せず）が付与された基板、（ｌ
７）は基板（ｌ６）を載置するテーブルで、Ｘ軸方向お
よびＹ軸方向に移動できるようになっている．　（１８
）はＣＡＤパターンデータが入力されるコンピュータ、
（ｌ９）はコンピュータ（ｌ８）の出力側に接続された
メモリ制御回路、（２０）はメモリ制御回路（ｌ９）の
出力側に接続された描画パターンメモリで、後述の矩形
エリアに分割されたパターンデータが格納されている，
　（２１）は描画パターンメモリ（２０）からのパター
ンデータを受けてＸ軸およびＹ軸偏向走査データを発生
するベクターパターン発生回路である。（２２）はコン
ピュータ（ｌ８）からの信号によりテーブル（ｌ７）に
移動の指令を出すテーブル制御回路で、図示しないテー
ブル移動用動力装置と共にテーブル移動手段を構成して
いる，　（２３）はテーブル（ｌ７）に近接して設けら
れたリニアスケール、（２４）はリニアスケール（２３
）からテーブル（１７）の移動量を読み取るセンサー　
（２５）は方向弁別および信号処理回路で、センサー（
２４）からの信号を受けて、テーブル（！７）がセンサ
ー（２４）の分解能に対応した所定の距離だけ移動する
毎に１パルスを発生して、テーブル（ｌ７）の初期位置
からの移動に伴って順次パルス列を出力すると共に、テ
ーブル（！７）の移動の向きを検出して方向弁別信号を
出力する。

（２６）は方向弁別および信号処理回路（２５）からの
パルス列をカウントしてテーブル（ｌ７）の移動量を計
数するカウンター、（２７）は描画開始手段を構成する
検出器で、テーブル（ｌ７）の移動に伴い描画領域の矩
形エリアの一辺がフィールドの中心に達したときにこれ
を検出する．その検出信号はカウンタ（２６）をリセッ
トすると共に、ベクターパターン発生回路（２ｌ）にも
入力される．（２８）はカウンター（２６）によって得
られるテーブル（ｌ７）の移動量データを、描画時のビ
ーム位置決め分解能に基づいてデジタル化したビーム位
置補正量データを出力する偏向補正量変換回路で、上記
（２３）〜（２６）．　（２８）によりテーブル移動量
計数手段を構戒している。

（２９）は照射点位置データ補正手段を楕成する加減算
回路で、ベクターパターン発生回路（２ｌ）がらのＸ軸
偏向走査データと偏向補正量変換回路（２８）がらのビ
ーム位置補正最データとを、方向弁別および信号処理回
路（２５）からの方向弁別信号により加算または減算し
て補正されたＸ軸偏向走査データを出力する。（３０）
は加減算回路（２９）およびベクターパターン発生回路
（２ｌ）からそれぞれＸ軸およびＹ軸偏向走査データを
受け、電子光学系固有の偏向歪を補正して補正偏向走査
データを発生する主偏向歪補正回路、（３ｌ）は主偏向
歪補正回路（３０）からの補正偏向走査データをデジタ
ルからアナログ値に変換するＤＡＣ（デジタルアナログ
コンバータ）、（３２）はＤＡＣから出力されるアナロ
グデータに基づき主偏向器（ｌ５）に電流を供給する主
偏向制御電源部で、上記（２１）．　（３０）〜（３２
）により照射点位置データ発生手段を構成している，　
（３３）はベクターパターン発生回路（２ｌ）からの信
号に基づいてプランカー（ｌ３）に電圧を供給するプラ
ンキング電源である． 第２図，第３図は第１図の電子ビーム直接描画装置にお
ける描画手順を説明するための、描画領域の分割を示す
説明図であり、第２図において、（３４）は基板（ｌ６
）の上の描画領域、（３５Ａ）．　（３５Ｂ）は描画領
域（３４）をＹ軸方向に分割して設けられたベルト状エ
リアで、その幅は電子ビーム（２１の最大偏向幅Ｗと等
しく、図示を省略しているが、描画領域（３４）全体に
亘って設けられている。第３図は第２図のベルト状エリ
ア（３５Ａ），　（３５Ｂ）の詳細を示すもので、（３
６〉はベルト状エリア（３５Ａ），　（３５［１）をそ
の長さ方向にＷ／２毎に分割して設けられた多数の矩形
エリアであり、個々に区別する場合は矩形エリアＮｔｔ
＋　Ｎ１２〜Ｎｕ〜＋　Ｎ２１１　Ｎ２２〜Ｎ２６〜と
して示す． 次に動作について説明する．プリンｌ・基板パターンＣ
ＡＤの出力としてパターンデータがオンライン通信回路
や磁気テープ（共に図示せず〉等でコンピュータ（ｌ８
）に入力される．コンピュータ（１８）内部ではこのパ
ターンデータを矩形エリア（３６）毎に分割、再編集す
ると共に、バイナリ形式の直接描画パターン情報に変換
する．この直接描画パターン情報は描画パターンの各線
分について、例えば、始点座標、線分長、向きがバイナ
リ形式のデジタル値として表現されていて、これはコン
ピュータ（１８）からメモリ制御回路（１９）を介して
描画パターンメモリ（２０〉に転送、格納される．描画
開始と共に、まず、最初に描画すべき矩形エリア（３６
）〈描画順序については後述する〉のパターンデータに
ついて、描画パターンメモリ（２０）から１線分の始点
座標、線分長、向きのデータが読み出されてベクターパ
ターン発生回路（２！）に入力される．ベクタパターン
発生回路（２１）はカウンタ等の電子ロジックで構戒さ
れており、上記３種のデータを受けて、主偏向器（ｌ５
）のＸ軸方向走査およびＹ軸方向走査を制御するＸ軸偏
向走査データ、Ｙ軸偏向走査データを出力する．描画開
始に伴い、テーブル（１７｝はＸ軸方向に一定速度Ｖで
移動しており、そのため、基板（！６）上の目標ビーム
照射点位置はＸ軸方向にシフトしていく．このシフト量
は、時々刻々、リニアスケール（２３）、センサ《２０
により計測され、旧向補正量変換回路（２８）からデジ
タルデータどして得られる。そこで、加減算回路（２９
）により、ベクターパターン発生回路（２ｌ）がら出力
されるデータの、目標ビーム照射点Ｘ座標値に対して上
記シフ１・量を、移動の向きにより加Ｗ．または減算し
て補正し、補正されたデータが主偏向歪補正回路（３０
）に入力される．なお、Ｙ軸方向に関するデータはこの
ような補正の必要がない。偏向歪補正回路（２８）で電
子光学系固有の偏向歪が補正された後、ＤＡＣ（３１）
でアナログデークに変換されて主偏向制御電源部（３２
）に入力され、これにより主ＩＱ向器（ｌ５）のＸ軸お
よびＹ軸方向偏向用の２組の主偏向コイル（１５Ａ）．
　＜１５Ｂ）に電流が供給されて、電子ビーム（ｌ２〉
のベクター走査が行われる．以上のようにして１１！分
のベクター走査が完了すると、描画パターンメモリ（２
０）から次の１線分のデータが読み出され、同様の動ｆ
ｔによってテーブル（ｌ７）のＸ軸方向の移動量分の補
正を施しながら、順次、矩形エリア（３６）内の描画が
行われる。

第４図は第３図の矩形エリア（３６）を少し一般化した
もので、ベルト状エリア（３５Ａ）を長さ方向に？Ｗ毎
に分割したとして示したものである．ただし、ｋは０＜
ｋ＜１の定数とする．同図（Ａ）は図において左端の矩
形エリア（Ｎ■，）の描画開始時の状態を示す。テーブ
ルがＸ軸方向の矢印Ａの向きに一定速度Ｖで移動して、
ベルト状エリア（３５Ａ）の図において左端Ｙｌから破
線で示すフィールド（３７）内に入っていき、矩形エリ
ア（Ｈｉ．）の描画が行われる。矩形エリア（Ｎｔ＋）
内の任意の点に偏向できるためには、描画開始時には既
に、矩形エリア（Ｎ＋　Ｗ＋　（Ｎ＋　２）間の境界Ｙ
２までフィールド（３７）内に入っていなければならず
、従って、フィールド（３７）の図において右端からＹ
１までの距ｌＩＩｉｈはｈ≧ｋＷ　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・｛１）なる条
件が必要である．また、パターンの占有率の異なる各矩
形エリア（３６）の描画に要する時間の中で最長と見込
まれる時間をＴとし、同図（Ａ）から時間Ｔ経過後の状
態を同図（ｒ３）に示す。この時のフィールド（３７）
の図において右端がらＹ．までの距ＮＬｌは Ｌ，＝（ｈ＋ＶＴ）　　　・・・・・・・・・・・・・
・・（２］？なる．各矩形エリア（３６）をそれぞれ時
ｒｒｆＩＴ　’″Ｃ描画するものとすると、描画開始か
ら時間ｎＴ（ｎは正の整数〉後には矩形エリア（Ｎ１．
）の描画を終え、その時の矩形エリアＮ１ｎの図におい
て左辺Ｙｎとフィールド（３７）右端間の距離ＬｎはＬ
ｎ＝　　ｈ　　十　ＶＴ＋　　（ｎ　　−　　１　　）
（ＶＴ　−　　ｋ　　Ｗ）　　　−（３１になっている
．次に描画が行われる矩形エリアＮ，。ヤ■，はフィー
ルド（３７）内に在らねばならないから、 Ｌｎ≦Ｗ　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（４）しｎ≧　ｋＷ　　　　　　　　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・＋５１なる条件を満た
す必要がある。ｎの値の如何にがかわらず（４）式が成
立するためには１３）式右辺第３項内のＶＴ−ｋＷが０
または負となる必要があり、一方、同様に（四式が成立
するためにはＶ　Ｔ　−　１ｃ　ＷがＯまたは正になる
．故に Ｖ　Ｔ　＝　ｋ　Ｗ　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・（６）となり．　（３１　，　（４１，　
（６１式よりＷ≧ｈ＋ＶＴ＝ｈ＋ｋＷ　　・・・・・・
・・・（７）が導かれ、（１），（７）式より Ｗ≧ｈ＋ｋＷ≧２ｋＷ　　・・・・・・・・・・・・（
８）．゜．ｋ≦１／２　　　　　　　　・・・・・・・
・・・・・（９）となる．従って、最も効率よく＃ｔＩ
Ｊ画を行うにはｋ＝１／２　　　　　　　・・・・・・
・・・・・・αωとして分割を行い矩形エリア（３６）
を設定するのがよい．つまり、第３図に示すように、矩
形エリア｛３６〉の大きさはフィールド（３７）の１／
２となる。

この場合、テーブルの移動速度Ｖは、（６）．αω式よ
り Ｖ＝Ｗ／２Ｔ・・・・・・・・・・・・（１ｌ）で決定
される。

次に、上記のようにフィールド（３７）の１／２の大き
さに分割した矩形エリア｛３６）毎に描画していく手順
を第２図，第３図により説明する．第２図において、先
ず、テーブル（ｌ７）をＸ軸方向の矢印Ｂの向き、Ｙ軸
方向の矢印Ｄの向きに移動させて、ベルト状エリア（３
５Ａ｝にある矩形エリアＮｌｌの図において左辺Ｙ．の
中点とフィールドの中心とを一致させてから、テーブル
（ｌ７）を矢印Ａの向きにτ定遠度Ｖ＝Ｗ／２Ｔで連続
移動させながら、矩形エリアＮｉｌの描画を行う．時間
Ｔが経過すると、゜テーブル（ｌ７）は距離Ｗ／２だけ
移動して、矩形エリアＮ１２の図において左辺、つまり
、矩形エリアＮｌｌＮ１２間の境界Ｙ２がフィールドの
中心に達し、これを検出器（２７）が検出して矩形エリ
アＮｌ２の描画が始まる．当然、この時までには矩形エ
リアＮｉｌの描画は完了している．順次、各矩形エリア
（３６）の描画を行なってベルト状エリア（３５Ａ）の
図において右端まで完了すると、テーブル（！７》を矢
印Ｃの向きにＷだ↓ナステップ移動させ、続いて矢印Ｂ
の向きに速度Ｖで連続的に移動させながらベルト状エリ
ア（３５ｎ）の描画を、図において右端の矩形エリアＮ
２１から始めて、ベルト状エリア（３５Ａ）のときとは
逆に右から左へと順次行う。このように、奇数番目のベ
ルト状エリア（３５Ａ）は図において左から右へ、そし
て偶数番目は右から左へと蛇行しながら全描画領域（３
４）の描画を行う。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、描画領域をフィール
ドの半分の大きさの矩形エリアに分割して描画を行ない
、それ以上に細がく分割しないのでパターンデータの分
割、配列のため処理時間が短く、また、テーブルを移動
させながらベクター走査により上記矩形エリア内の描画
が行なわれると共に、描画開始時とテーブル移動速度が
適切に設定されているので、パターンの占有率が小さい
程、所要描画時間が短く効率の良い描画を行うことがで
きる効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電子ビーム直接描画
装置の構成を示すブロック図、第２図，第３図，第４図
は第１図の電子ビーム直接描画装置の描画領域の分割を
示す説明図、第５図は従来の電子ビーム直接描画装置の
描画領域の分割を示す説明図である９ 図において、（ｌ２）は電子ビーム、（！５）は主偏向
器、（１６）は基板、（１７）はテーブル、《３４》は
描画領域、（３５Ａ＞，　（３５Ｂ）はベル状エリア、
《３６》は矩形エリア、《３７）はフィールド、Ｗは最
大偏向幅である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　連続的に移動するテーブル上に載置された基板へ電子
   ビームを偏向走査して描画するものにおいて、描画領域
   を、上記電子ビームの最大偏向領域の一辺の長さを幅と
   するベルト状エリアに分割し、更にこのベルト状エリア
   をその長さ方向に、上記最大偏向領域の一辺の半分の長
   さ毎に分割して矩形エリアを設けると共に、与えられた
   描画パターン情報に基づいて上記電子ビームを上記矩形
   エリアでランダムに走査する照射点位置データを発生す
   る手段と、上記テーブルを上記ベルト状エリアの長さ方
   向に、上記各矩形エリアの描画に要する時間の最長時間
   、またはこれよりやや長い時間で上記矩形エリア一つ分
   移動する速度で移動させる手段と、上記テーブルの移動
   に伴って上記矩形エリアの一辺が上記最大偏向領域の中
   心に達したときにその矩形エリアの描画を開始する手段
   と、上記テーブルの移動量を計数する手段と、上記描画
   パターン情報に基づく電子ビームの照射点位置データに
   対して上記テーブルの移動量を加減算して補正する手段
   とを備えたことを特徴とする電子ビーム直接描画装置。