JP2006100591A - 荷電ビーム描画装置および荷電ビーム描画方法 - Google Patents

荷電ビーム描画装置および荷電ビーム描画方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク上に精度良く結像することができるEB描画装置を提供すること。
【解決手段】 EB描画装置は、EBを成形するための第1アパーチャを含む第1成形アパーチャマスク、第1アパーチャにより成形され、第1アパーチャの像を含むEBを偏向する偏向手段、偏向されたEBを成形する第2成形アパーチマスク、第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク上に結像する投影レンズ、第2成形アパーチャマスクに設けられ、偏向されたEBにより走査され、第2成形アパーチャマスク上に結像される第1アパーチャの像の偏向焦点、偏向非点を検査する検査用マーク、検査用マークを走査したEBの強度プロファイルを検出する検出手段、強度プロファイルに基づいて偏向焦点量、偏向非点量を算出する算出手段、偏向焦点量、偏向非点量に基づいて、偏向焦点、偏向非点の補正を行うための補正手段を備えている。
【選択図】 図2

Description

本発明は、半導体プロセスで使用される荷電ビーム描画装置および荷電ビーム描画方法に関する。
半導体製造プロセス中のリソグラフィプロセスの一つとして、電子ビームリソグラフィプロセスがある。電子ビームリソグラフィプロセスは、微細化という観点からは、光リソグラフィプロセスよりも有利である。
電子ビームリソグラフィプロセスで使用される描画装置(EB描画装置)は、電子ビームを放射する電子銃と、電子銃から放射された電子ビームを成形するための第1アパーチャを含む第1整形アパーチャマスクと、第1アパーチャにより成形され、第1アパーチャの像(第1成形アパーチャ像)を含む電子ビームを偏向するための成形偏向器と、成形偏向器により偏向された電子ビームを成形するための第2アパーチャを含む第2成形アパーチマスクと、成形偏向器と第2成形アパーチャマスクとの間に設けられ、第1成形アパーチャ像を第2成形アパーチャマスク上に結像するための焦点位置が可変の投影レンズと、第2アパーチャにより成形された電子ビームを偏向させ、試料上の所望の位置に第2アパーチャにより成形された電子ビーム(ビームパターン)を照射するための対物偏向器とを備えている。
ここで、第1成形アパーチャ像が第2整形アパーチャマスク上に精度良く結像されていないと、描画精度(試料上に描画されるビームパターンの寸法精度や位置精度など)が低下する。
従来、第2整形アパーチャマスク上に結像される第1成形アパーチャ像の精度は、EB描画装置の電子光学設計および機械設計製作の精度で決められている。そのため、従来のEB描画装置は、電子光学計算誤差、機械製作誤差および機械組み立て誤差によって、第1成形アパーチャ像が第2成形アパーチャマスク上に精度良く結像されていない可能性がある。
従来のEB描画装置は、第2成形アパーチャマスク上に結合される第1成形アパーチャ像の焦点非点合わせを行う機構を備えていない。そのため、上記電子光学計算等の誤差などが原因で焦点非点合わせ精度が低下している場合、描画精度の低下は避けられない。
なお、第2成形アパーチャマスク上にマークを設け、光学顕微鏡を用いて第2アパーチャ用ステージ上の第2成形アパーチャマスクの位置合わせを行うEB描画装置(特許文献1)が知られているが、これは第2成形アパーチャマスク上に結合される第1成形アパーチャ像の焦点非点合わせを行うものではない。
特開平9−139337号公報
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、第1成形アパーチャマスク中の第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク上に精度良く結像することができる荷電ビーム描画装置および荷電ビーム描画方法を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る荷電ビーム描画装置は、荷電ビームを放射する荷電ビーム源と、前記荷電ビームを成形するための第1アパーチャを含む第1成形アパーチャマスクと、前記第1アパーチャにより成形され、前記第1アパーチャの像を含む前記荷電ビームを偏向するための偏向手段と、前記偏向手段により偏向された前記荷電ビームを成形するための第2アパーチャを含む第2成形アパーチマスクと、前記偏向手段と前記第2成形アパーチャマスクとの間に設けられ、前記第1アパーチャの像を前記第2成形アパーチャマスク上に結像するための焦点位置が可変の投影レンズと、前記第2成形アパーチャマスクに設けられ、前記偏向手段により偏向された前記荷電ビームにより走査される検査用マークであって、前記第2成形アパーチャマスク上に結像された前記第1アパーチャの像の焦点および非点を検査するための検査用マークと、前記検査用マークを走査した前記荷電ビームの強度プロファイルを検出するための検出手段と、前記強度プロファイルに基づいて、前記第1アパーチャの像の焦点量および非点量を算出する算出手段と、前記焦点量および前記非点量に基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の焦点および非点の補正を行うための補正手段とを具備してなることを特徴とする。
本発明に係る荷電ビーム描画方法は、第1アパーチャを含む第1成形アパーチャマスク上に荷電ビームを照射する工程と、前記第1アパーチャを通過し、前記第1アパーチャの像を含む荷電ビームを偏向させることによって、前記荷電ビームにより検査用マークを走査する工程であって、前記検査用マークが、前記偏向された前記荷電ビームを成形するための第2アパーチャを含む第2成形アパーチャマスクに設けられ、かつ、前記検査用マークが、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の焦点および非点を検査するためのものである工程と、前記検査用マークを走査した前記荷電ビームの強度プロファイルを検出する工程と、前記強度プロファイルに基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の焦点量および非点量を算出する工程と、前記焦点量および前記非点量に基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の焦点および非点の補正を行う工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、第2成形アパーチャマスクに、第1アパーチャの像の焦点および非点を検査するための検査用マークが設けられているので、該検査用マークを利用することによって、第2成形アパーチャ上における第1成形アパーチャ像の焦点非点合わせの補正を行うことが可能となり、これにより、第1成形アパーチャマスク中の第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク上に精度良く結像することができるようになる。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
本発明によれば、第1成形アパーチャマスク中の第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク上に精度良く結像することができる荷電ビーム描画装置および荷電ビーム描画方法を実現できるようになる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1および図2は、本発明の一実施形態に係るEB描画装置の概略構成を示す模式図である。図1はEB描画装置の基本構成を中心に示した模式図であり、図2は第2成形アパーチャ上に結合される第1成形アパーチャ像の焦点・非点・位置歪みの補正機構を中心に示した模式図である。
本実施形態のEB描画装置は、大きく分けて、電子ビームを放射する電子銃1と、電子ビームを成形するための第1成形アパーチャ3を含む第1成形アパーチャマスク2と、第1成形アパーチャ3により成形され、第1成形アパーチャ3の像を含む電子ビームを偏向するための成形偏向器4と、成形偏向器4により偏向された電子ビームを成形するための第2成型アパーチャ9を含む第2成形アパーチマスク8と、成形偏向器4と第2成形アパーチャマスク8との間に設けられ、第1成形アパーチャ3の像を第2成形アパーチャマスク8上に結像するための焦点位置が可変の投影レンズ5と、第2成形アパーチャマスク8に設けられ、成形偏向器4により偏向された荷電ビームにより走査される、第2成形アパーチャマスク8上に結像される第1成形アパーチャ3の像(第1成型アパーチャ像)13の偏向焦点および偏向非点を検査するための検査用マーク10と、検査用マーク10を走査した電子ビームの強度プロファイルを検出するための検出器7と、上記強度プロファイルに基づいて、第1成型アパーチャ像13の偏向焦点量および偏向非点量を算出するための算出機構を含む主制御器28と、上記偏向焦点量および上記偏向非点量に基づいて、第1成型アパーチャ像13の偏向焦点および偏向非点の補正を行うためのアンプおよび電源19,20,22とを備えている。
以下、本実施形態のEB描画装置についてさらに説明する。
電子銃1から出射した電子ビームは、第1成形アパーチャマスク2上に照明される。第1成形アパーチャマスク2上に照明された電子ビームは、第1成形アパーチャマスク2内の第1成形アパーチャ3を通過することで成形される。
第1成形アパーチャ3を通過した電子ビームは、成形偏向器4で偏向されて第2成形アパーチャマスク8上に照射される。第2成形アパーチャマスク8上に照明された電子ビームは、第2成形アパーチャマスク8内の第2成形アパーチャ9を通過することで、所定のビーム寸法へ成形される。一方、第1成形アパーチャ3を通過した電子ビーム(成形ビーム)の第1成形アパーチャ像は、投影レンズ5により第2成形アパーチャマスク8上に結像される。
第2整形アパーチャ9を通過した電子ビーム(EBパターン)は、対物偏向器29で偏向されてステージ30上に載置された試料31上の所望の位置に照射される。
次に、第1成形アパーチャ像13を第2成形アパーチャマスク8上へ精度良く結像させるための投影レンズ5の励磁量を決定する方法(第1成形アパーチャ像13の偏向焦点の補正方法)について述べる。
第2成形アパーチャマスク8上には、第1成形アパーチャ像13の寸法よりも十分に小さい寸法を有し、格子状に配置された複数の部材を含む検査用マーク10が設けられている。上記部材の形状は図では点状であるが他の形状でも構わない。また、上記部材(検査用マーク10)の材料は、第2成形アパーチャマスク8の材料がシリコンの場合、シリコンよりも十分に電子ビームの反射率が高いタングステンや金などの重金属が使用される。以下、誤解がない場合には上記複数の部材を検査用マーク10という。
検査用マーク10が光軸32上にない場合、図2に示す第2成形アパーチャスライド装置17を用いて、検査用マーク10が光軸32上にあるように第2成形アパーチャマスク8を移動させる。
成形偏向器4あるいは電磁コイル15を用いて、検査用マーク10上を第1成型アパーチャ9を通過した電子ビーム(第1成形アパーチャ像)で走査し、検査用マーク10で反射した電子(反射電子)を検出器7で検出する。成形偏向器4あるいは電磁コイル15)による電子ビームの偏向量は、成形偏向アンプ19あるいは偏向コイル電源21と、主制御器28とによって制御される。検出器7は検出した電子の数に対応した信号(検出信号)を出力する。
上記検出信号は、図2に示す検出信号増幅器18により増幅された後、検出信号記憶器23内に記憶される。
主制御器28は、検出信号記憶器23内に記憶された上記検出信号に対応したデータに基づいて上記検出信号を解析して、電子ビームの分解能(ビーム分解能)などを求める。ビーム分解能は、例えば、電子ビーム強度の最大値(ピーク値)の90%から10%に下がるまでのビーム幅で定義される。
主制御器28で求められたビーム分解能などは、投影レンズ5の励磁量にフィードバックされる。例えば、ビーム分解能が最も良くなる励磁量(投影レンズ5の焦点位置)、つまり焦点が合う励磁量(焦点量)が設定され、焦点の補正が行われる。上記励磁量は、例えば、主制御器28により制御される投影レンズ電源27内に設けられた励磁量調整機構によって設定される。上記励磁量調整機構は、投影レンズ電源27から独立していても構わない。上記焦点の補正は周知の方法(例えば特許第2835097号公報)により行われる。
上記焦点の補正により第1成形アパーチャ像の焦点が第2成形アパーチャマスク8上に合い、第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク8上に精度良く結像することができ、もって、高精度のパターン描画が可能となる。
次に、第1成形アパーチャ像を第2成形アパーチャマスク8上へ結像する際に発生する光軸32上の非点(軸上非点)の補正方法について述べる。
まず、前述したように検査用マーク10が光軸32上にない場合には、第2成形アパーチャマスク8を図2に示した第2成形アパーチャスライド装置17などを利用して移動させ、検査用マーク10を光軸32上へ移動させる。
次に、上記焦点合わせと同様にして、検査用マーク10上を第2成型アパーチャ9を通過した電子ビーム(第1成形アパーチャ像)で走査し、検査用マーク10からの反射電子を検出器7で検出し、検出信号を検出信号増幅器18で増幅し、増幅した検出信号を検出信号記憶器23内に記憶させる。
主制御器28は、検出信号記憶器23内に記憶された上記検出信号に対応したデータに基づいて上記検出信号を解析して、軸上非点量を求める。該軸上非点量は非点補正コイル16にフィードバックされ、軸上非点の補正が行われる。非点補正コイル16は、投影レンズ5の周囲に設けられている。上記軸上非点の補正は周知の方法(例えば特許第2835097号公報)によって行われる。
本実施形態では、上記軸上非点の補正は、軸上非点補正演算回路25、非点補正コイル電源20および非点補正コイル16によって行われる。
すなわち、軸上非点補正演算回路25が主制御器28で求められた軸上非点量に対応した電圧を算出し、非点補正コイル電源20が軸上非点補正演算回路25で算出された電圧を非点補正コイル16に印加することにより、軸上非点の補正が行われる。これにより、第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク8上に精度良く結像することができ、もって、高精度のパターン描画が可能となる。
次に、第1成形アパーチャ像13の偏向非点の補正について述べる。
まず、成形偏向器4を用いて、検査用マーク10上を第2成型アパーチャ9を通過した電子ビーム(第1成形アパーチャ像)で走査し、続いて、上記焦点合わせと同様にして、検査用マーク10で反射した電子(反射電子)を検出器7で検出し、検出信号を検出信号増幅器18で増幅し、増幅した検出信号を検出信号記憶器23内に記憶させる。
主制御器28は、検出信号記憶器23内に記憶された上記検出信号に対応したデータに基づいて上記検出信号を解析して、第2成形アパーチャマスク8の面内における電子ビームの強度のプロファイル(ビームプロファイル)を算出する。
上記ビームプロファイルは、第2成形アパーチャマスク8の面内の位置を特定するためのX−Y座標と、該X−Y座標上における電子ビームの強度とで規定される。また、ビームプロファイルの算出は、主制御器28から独立した機構によって行っても構わない。
次に、第2成形アパーチャマスク8を移動させずに各検査用マーク10(格子状に配置された複数の部材)の位置における非点補正量を求める。
次に、主制御器28は、各検査用マーク10における成形偏向量と非点補正量との関係に基づいて、成形偏向量を変数とする成形偏向非点補正量の関数を算出する。該関数の算出は、主制御器28から独立した機構によって行っても構わない。
そして、上記関数に基づいて、偏向非点補正演算回路26が成形偏向量に対応した非点補正に係る補正データを算出し、非点補正偏向アンプ22が該補正データに対応した電圧を非点補正偏向器6に印加することにより、上記偏向非点(成形ビームの非点収差)の補正が周知の方法(例えば特開2000−77291号公報)により行われる。
次に、成形偏向位置歪みの補正について述べる。この補正では、格子線マーク(複数の格子点)を含む検査用マーク12が用いられる。検査用マーク12は、検査用マーク10と同様に、第2成形アパーチャマスク8上に設けられている。また、検査用マーク12の材料は検査用マーク10の材料と同じである。図では、検査用マーク12は、検査用マーク10の外側に設けられているが、検査用マーク10内に混在していても構わない。
まず、検査用マーク12内の各格子の交差点の位置が高精度に予め測定される。
検査用マーク12が光軸32上にない場合、第2成形アパーチャスライド装置17などを用いて、検査用マーク12が光軸32上にあるように第2成形アパーチャマスク8を移動させる。
次に、成形偏向器4を用いて、検査用マーク12中の各格子点(格子線マークの各交差点)へ第1成形アパーチャ像13を偏向させ、さらに、各格子点付近を中心にした領域を第2成型アパーチャ9を通過した電子ビーム(第1成形アパーチャ像)で走査し、該領域からの反射電子を検出器7で検出する。
次に、検出器7で検出された検出信号は検出信号増幅器18で増幅された後、検出信号記憶器23内に記憶される。
主制御器28は、検出信号記憶器23内に記憶された上記検出信号に対応したデータに基づいて上記検出信号を解析して、ビームプロファイルを求め、さらに、ビームプロファイルを解析して、各交差点の位置へ偏向するための偏向量を精密に求める。これらの動作を主制御器28から独立した機構によって行っても構わない。
次に、主制御器28は、上記偏向量と、予め測定した交差点の位置に対応した偏向量との差に基づいて、成形偏向位置歪み量を算出する。成形偏向位置歪み量の算出は、主制御器28から独立した機構によって行っても構わない。
次に、次に主制御器28は、上記成形偏向位置歪み量と成形偏向量との関係に基づいて、成形偏向量を変数とする成形偏向位置歪み補正量の関数を算出する。該関数の算出は、主制御器28から独立した機構によって行っても構わない。
そして、上記関数に基づいて、成形偏向位置補正演算回路24は、成形偏向量に対応した成形偏向位置歪み補正に係る補正データを算出し、該補正データに対応した電圧を成形偏向アンプ19が成形偏向器4に印加することにより、成形偏向位置歪みの補正が周知の方法により行われる。これにより、第1アパーチャの像を第2成形アパーチャマスク8上に精度良く結像することができ、もって、高精度のパターン描画が可能となる。
以上述べた焦点・非点・位置歪みの補正(調整)は、描画中あるいはビーム調整中に行われ、その後、通常通りに、試料上にパターンが描画される。また、位置歪みの補正(調整)を省き、焦点・非点の補正(調整)だけを行っても構わない。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、電子が反射する検査用マーク10を用いたが、図3および図4に示すように、格子状に配置された複数のホール(開口部)を含む検査用マーク(電子が通過するマーク)11として利用しても構わない。この場合、検出器7は、図3および図4に示すように、第2成形アパーチャマスク8の下方に配置される。
また、上記実施形態では、格子線マークを含む検査用マーク12を用いたが、図5に示すように、格子状に配置された複数のL字パターンを含むL字状検査用マーク12’を用いても構わない。
また、本実施形態では本発明を電子ビームを用いた荷電ビーム描画装置に適用した場合について説明したが、本発明はイオンビーム等の他の荷電ビームを用いた荷電ビーム描画装置にも適用できる。
さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
本発明の一実施形態に係るEB描画装置の基本構成を中心に示した概略構成を示す模式図。 本発明の一実施形態に係るEB描画装置の補正機構を中心に示した概略構成を示す模式図。 実施形態の変形例に係るEB描画装置の基本構成を中心にした概略構成を示す模式図。 実施形態の変形例に係るEB描画装置の補正機構を中心にした概略構成を示す模式図。 実施形態の変形例に係るEB描画装置の第2成形アパーチャマスク上の検査用マークの変形例を示す平面図。
符号の説明
1…電子銃、2…第1成形アパーチャマスク、3…第1成形アパーチャ、4…成形偏向器、5…投影レンズ、6…、7…検出器、8…第2成形アパーチャマスク、9…第2成形アパーチャ、10,11,12…検査用マーク、13…第1成形アパーチャ像、14…、15…電磁コイル、16…非点補正コイル、17…第2成形アパーチャスライド装置、18…検出信号増幅器、19…成形偏向アンプ、20…非点補正コイル電源、21…偏向コイル電源、22…非点補正偏向アンプ、23…検出信号記憶器、24…成形偏向位置補正演算回路、25…、軸上非点補正演算回路26…偏向非点補正演算回路、27…投影レンズ電源、28…主制御器、29…対物偏向器、30…ステージ、31…試料。

Claims (6)

  1. 荷電ビームを放射する荷電ビーム源と、
    前記荷電ビームを成形するための第1アパーチャを含む第1成形アパーチャマスクと、
    前記第1アパーチャにより成形され、前記第1アパーチャの像を含む前記荷電ビームを偏向するための偏向手段と、
    前記偏向手段により偏向された前記荷電ビームを成形するための第2アパーチャを含む第2成形アパーチマスクと、
    前記偏向手段と前記第2成形アパーチャマスクとの間に設けられ、前記第1アパーチャの像を前記第2成形アパーチャマスク上に結像するための焦点位置が可変の投影レンズと、
    前記第2成形アパーチャマスクに設けられ、前記偏向手段により偏向された前記荷電ビームにより走査される検査用マークであって、前記第2成形アパーチャマスク上に結像された前記第1アパーチャの像の焦点および非点を検査するための検査用マークと、
    前記検査用マークを走査した前記荷電ビームの強度プロファイルを検出するための検出手段と、
    前記強度プロファイルに基づいて、前記第1アパーチャの像の焦点量および非点量を算出する算出手段と、
    前記焦点量および前記非点量に基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の焦点および非点の補正を行うための補正手段と
    を具備してなることを特徴とする荷電ビーム描画装置。
  2. 前記補正手段は、前記焦点量に基づいて前記投影レンズの焦点位置を制御するための焦点位置手段と、前記投影レンズの周囲に設けられ、前記非点量に基づいて前記第1アパーチャにより成形された前記荷電ビームの非点収差を補正するための非点補正手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の荷電ビーム描画装置。
  3. 前記検査用マークは、前記第2成形アパーチャ上に設けられ、格子状に配置された複数の部材、または、前記第2成形アパーチャ内に開口され、格子状に配置された複数の開口部であり、前記検査用マークを走査した前記荷電ビームの強度プロファイルは、前記検査用マークが前記複数の部材の場合には、前記複数の部材で反射した荷電ビームの強度プロファイル、前記検査用マークが前記複数の開口部の場合には、前記開口部を通過した荷電ビームの強度プロファイルであることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電ビーム描画装置。
  4. 前記第2成形アパーチャマスクに、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の成型偏向位置歪みを検査するための検査用マークがさらに設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の荷電ビーム描画装置。
  5. 第1アパーチャを含む第1成形アパーチャマスク上に荷電ビームを照射する工程と、
    前記第1アパーチャを通過し、前記第1アパーチャの像を含む荷電ビームを偏向させることによって、前記荷電ビームにより検査用マークを走査する工程であって、前記検査用マークが、前記偏向された前記荷電ビームを成形するための第2アパーチャを含む第2成形アパーチャマスクに設けられ、かつ、前記検査用マークが、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の偏向焦点および偏向非点を検査するためのものである工程と、
    前記検査用マークを走査した前記荷電ビームの強度プロファイルを検出する工程と、
    前記強度プロファイルに基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の偏向焦点量および偏向非点量を算出する工程と、
    前記偏向焦点量および前記偏向非点量に基づいて、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の偏向焦点および偏向非点の補正を行う工程と
    を有することを特徴とする荷電ビーム描画方法。
  6. 前記第2成形アパーチャマスクに、前記第1アパーチャの像の成型偏向位置歪みを検査するための検査用マークを設け、前記第2成形アパーチャマスク上に結合される前記第1アパーチャの像の成型偏向位置歪みの補正を行う工程をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の荷電ビーム描画装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010016170A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Nuflare Technology Inc 成形ビームのオフセット偏向量取得方法及び描画装置

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