JP5432637B2 - 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビーム描画方法に係り、例えば、可変成形された電子ビームを試料上の所望の位置に偏向することによってパターンを描画する際の偏向量データの転送機構を備えた電子ビーム描画装置及びかかる偏向量データの転送方法に関する。
半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、LSIの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン(レチクル或いはマスクともいう。)が必要となる。ここで、電子線(電子ビーム)描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。
図3は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。
可変成形型電子線(EB:Electron beam)描画装置は、以下のように動作する。第1のアパーチャ410には、電子線330を成形するための矩形例えば長方形の開口411が形成されている。また、第2のアパーチャ420には、第1のアパーチャ410の開口411を通過した電子線330を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口421が形成されている。荷電粒子ソース430から照射され、第1のアパーチャ410の開口411を通過した電子線330は、偏向器により偏向され、第2のアパーチャ420の可変成形開口421の一部を通過して、所定の一方向(例えば、X方向とする)に連続的に移動するステージ上に搭載された試料340に照射される。すなわち、第1のアパーチャ410の開口411と第2のアパーチャ420の可変成形開口421との両方を通過できる矩形形状が、X方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料340の描画領域に描画される。第1のアパーチャ410の開口411と第2のアパーチャ420の可変成形開口421との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式(VSB方式)という。
電子ビーム描画装置では、レイアウトデータとなる描画データを複数段の変換処理によって描画装置固有のフォーマットで構成されるショットデータを生成する。そして、ショットデータとステージ位置の情報に基づいて、電子ビームを偏向するための偏向量データを生成し、偏向器のアンプユニット側に向けて転送している。その際、描画すべき試料340の位置をレーザ測長装置等によって極めて高精度に測定し、この測定結果を電子ビームの偏向器側にフィードバックすることにより、試料上の所定位置に電子ビームを導くようにしている。
ここで、従来の描画装置では、偏向量データを偏向器のアンプユニット側に向けて転送する際に金属配線ケーブルを用いていたが昨今のパターンの微細化に伴いノイズの影響が無視できないようになり、かかる問題を解決すべく、近年、光ケーブルを用いて転送することが検討されている。
ここで、偏向量データを偏向器のアンプユニット側に向けて転送する転送手法とは直接関係ないが、偏向補正情報を、第1クロック発生回路から発生される商用電源の周波数に対応する50Hz又は60Hzクロックに同期させて、加算回路を介して描画データに加えることにより、定常的ハムノイズによる描画誤差を低減させるという技術が文献に開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平10−312959号公報
偏向量データを偏向器のアンプユニット側に向けて転送する際に光ケーブルを用いることにより、金属配線ケーブルを用いる場合に比べてノイズの影響を排除できるようになったが、新たに以下のような問題が発生している。偏向量データを偏向器のアンプユニット側に向けて転送する際には、偏向量データと共に偏向量データを同期させるクロック(CLK)信号も一緒に転送することで、時間的なずれを防止している。
図4は、偏向量データの光転送に伴う装置構成を示す概念図である。なお、図4の構成はまだ公知になっていないと思われる。図4において、偏向量データを光転送するために、偏向量データを生成する偏向制御回路320と偏向器のアンプユニット側のインターフェース回路330との間を光ケーブル354で接続している。偏向制御回路320内で、パケット化回路324が、生成された偏向量データと偏向量データを同期させるクロック(CLK)信号とを共にパケット化する。そして、かかるパケット信号を光出力回路358から出力し、光ケーブル354を介して光受信回路359で受信する。光受信回路359で受信されたパケット信号は、FIFO(First in First out)回路332にて受信され、受信されたパケット信号はデコーダ334で復元(デコード)されることで、偏向量データとCLK信号が取り出される。ここで、かかるデコード処理を行なう際に、例えば16nsのジッタが発生してしまうことが判明した。図4の構成では、CLK信号自体もパケット信号としてデコード処理されるため、CLK信号自体もジッタを持つことになり、ジッタ分の遅れが生じることになる。この時間の遅れはステージ移動時のトラッキング時間に影響を与えるため小さいことが求められる。従来の描画装置では、例えば、ステージ速度が最大20mm/s程度であったため、ジッタに起因した描画位置の誤差が0.32nm程度であり、レーザ測長装置で用いたレーザの分解能(0.32nm程度)と同等であったため、問題が発生しなかった。
しかし、昨今の描画時間の短縮化の要求に応えるべく、例えば、ステージ速度を最大50mm/sにするとジッタに起因した描画位置の誤差は0.8nmと大きくなってしまう。そのため、レーザ測長装置で用いたレーザの分解能よりも大きくなり所望する位置にパターンを描画することが困難になってしまう。そして、さらに、ステージ位置の測定精度を向上させるためレーザ測長装置のレーザの分解能を2倍にあげて0.16nm程度にすると、レーザの分解能との差がさらに大きくなり、さらに所望する位置にパターンを描画することが困難になってしまう。そこで、偏向器のアンプユニット側のインターフェース回路でのサンプリング周波数を例えば156MHzにあげてジッタを12.8nsに抑えることも検討したが、かかる場合でも、ジッタに起因した描画位置の誤差は0.6nm程度までしか抑えられず、レーザ分解能よりも4倍程度大きくなってしまう。以上のように、図4に示す構成では、ジッタに起因した描画位置の誤差がレーザの分解能よりも数倍も大きくなり所望する位置にパターンを描画することが困難になってしまう。よって、昨今の高速化、高精度化に応えようとしても、上述した光ケーブルでのパケット転送では、デコードの際に生じるジッタにより描画精度が劣化してしまうといった問題があった。
そこで、本発明は、上述した問題点を克服し、光ケーブルを用いて偏向量データをパケット転送する際でも、描画精度の劣化を防止することが可能な描画装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画装置は、
荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向する偏向器と、
偏向器の偏向量を制御するための偏向量データに基づいて、偏向器に偏向電圧を印加するアンプユニットと、
偏向量データを生成し、生成された偏向量データをパケット化してパケット信号として送信すると共に、パケット信号と並列的に偏向量データを同期させるクロック信号をパケット化せずに連続的に送信する偏向制御部と、
偏向制御部からパケット信号とクロック信号とを受信し、受信された信号のうちのパケット信号を偏向量データに復元するデコード部を有し、復元された偏向量データをかかるクロック信号でラッチして、アンプユニットに出力するインターフェース回路と、
偏向制御部とインターフェース回路とを接続する光ケーブルと、
を備えたことを特徴とする。
また、インターフェース回路は、クロック信号の周波数よりも高いサンプリング周波数を用いて、受信されたクロック信号をサンプリングすると好適である。
また、試料を載置するステージと、
ステージの位置を測定する測定部と、
をさらに備え、
クロック信号は、測定部がステージの位置を測定する際に使用されたクロックであると好適である。
本発明の一態様の荷電粒子ビーム描画方法は、
偏向器の偏向量を制御するための偏向量データを生成する工程と、
生成された偏向量データがパケット化されたパケット信号と偏向量データを同期させるパケット化されていないクロック信号とを光ケーブルを介して並列的に送信する工程と、
パケット信号を受信して、偏向量データに復元する工程と、
復元された偏向量データをクロック信号でラッチして、偏向器に偏向電圧を印加するアンプユニットに出力する工程と、
アンプユニットを用いて、クロック信号でラッチされた偏向量データに基づいて偏向器に偏向電圧を印加する工程と、
偏向器によって、荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向する工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、復元された前記偏向量データをラッチする前に、光ケーブルを介して送信されたクロック信号をクロック信号の周波数よりも高いサンプリング周波数を用いてサンプリングする工程をさらに備えると好適である。
本発明の一態様によれば、クロック信号自体のジッタを低減できる。よって、光ケーブルを用いて偏向量データをパケット転送する際でも、描画精度の劣化を防止できる。
実施の形態1における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態1における第1の成形アパーチャの開口部の一例を示す概念図である。 従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。 偏向量データの光転送に伴う装置構成を示す概念図である。
以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。また、荷電粒子ビーム装置の一例として、可変成形型の描画装置について説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における描画装置の構成を示す概念図である。図1において、描画装置100は、描画部150と制御部160を備えている。描画装置100は、荷電粒子ビーム描画装置の一例である。特に、可変成形型の描画装置の一例である。描画部150は、電子鏡筒102と描画室103を備えている。電子鏡筒102内には、電子銃201、照明レンズ202、第1のアパーチャ203、投影レンズ204、偏向器205、第2のアパーチャ206、対物レンズ207、及び偏向器208が配置されている。描画室103内には、XYステージ105が配置される。XYステージ105上には、描画時には描画対象となるマスク等の試料101が配置される。また、XYステージ105上には、試料101が配置される位置とは異なる位置に位置測定用のミラー209が配置される。試料101には、半導体装置を製造する際の露光用マスクが含まれる。また、試料101には、まだ何も描画されていないマスクブランクスが含まれる。
制御部160は、磁気ディスク装置等の記憶装置109、描画データ処理部110、偏向制御回路120(偏向制御部)、インターフェース(I/F)回路130、DAC(デジタル・アナログコンバータ)アンプユニット140、ステージ位置測定回路170(測定部)、及びレーザ干渉計等のレーザ測長装置172を有している。記憶装置109、制御計算機110、偏向制御回路120、及びステージ位置測定回路170は、図示しない金属配線ケーブルを用いたバスを介して互いに接続されている。
偏向制御回路120とI/F回路130間は、光ケーブル152,154で接続されている。また、I/F回路130は図示しない金属配線ケーブルでDACアンプユニット140に接続される。DACアンプユニット140は金属配線ケーブルで偏向器208に接続される。ステージ位置測定回路170は金属配線ケーブルでレーザ測長装置172に接続される。
ここで、図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成を記載している。描画装置100にとって、通常、必要なその他の構成を備えていても構わない。例えば、位置偏向用の偏向器208は1段の偏向器によって位置偏向を行なう場合が示されているが、位置偏向に、主副2段の多段偏向を用いても好適である。かかる場合には、主偏向器で描画領域を仮想分割した小領域となるサブフィールド(SF)の基準位置にステージ移動に追従しながら電子ビーム200を偏向し、副偏向器でSF内の各照射位置にかかるビームを偏向すればよい。例えば、主副2段の多段偏向を用いる場合には、実施の形態1で示す偏向器208は偏向範囲が広い主偏向器とすると好適である。また、その他の偏向器やレンズ等の制御回路は省略されている。
そして、描画装置100は、以下のように動作して描画する。電子銃201(放出部)から放出された電子ビーム200は、照明レンズ202により矩形例えば長方形の穴を持つ第1のアパーチャ203全体を照明する。ここで、電子ビーム200をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第1のアパーチャ203を通過した第1のアパーチャ像の電子ビーム200は、投影レンズ204により第2のアパーチャ206上に投影される。偏向器205によって、かかる第2のアパーチャ206上での第1のアパーチャ像は偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。そして、第2のアパーチャ206を通過した第2のアパーチャ像の電子ビーム200は、対物レンズ207により焦点を合わせ、DACアンプユニット140によって制御された偏向器208によって偏向され、連続的に移動するXYステージ105に配置された試料の所望する位置に照射される。DACアンプユニット140は偏向制御回路120から出力されたデジタルの偏向量データをI/F回路130を介して受信し、アナログ信号に変換の上、増幅して偏向電圧として偏向器208に印加する。偏向電圧が印加された偏向器208によって、電子ビーム200は偏向され、試料101の所望する位置に照射される。
また、XYステージ105の位置は、レーザ測長装置172によって測長される。具体的には、レーザ測長装置172から出力されたレーザは、XYステージ105上のミラー209で反射され、レーザ測長装置172はかかる反射光を受信して、XYステージ105の位置を測長する。レーザ測長装置172で測長されたステージ位置を示すアナログデータはステージ位置測定回路170に出力され、ステージ位置測定回路170内でデジタル信号に変換される。その際、ステージ位置測定回路170内のクロック発生回路171が発生した所定の周波数(例えば10MHz)のクロック(CLK)信号(第1のCLK信号)でサンプリングされる。そして、かかるステージ位置データは第1のCLK信号と共に偏向制御回路120に出力される。
一方、外部から入力され、記憶装置109に格納された描画データは、描画データ処理部110によって、複数段のデータ変換処理が行なわれ、描画装置固有のフォーマットのショットデータが生成される。そして、ショットデータは偏向制御回路120に出力される。
図2は、実施の形態1における偏向制御回路とI/F回路の内部構成の一部と両者の接続構成を示す概念図である。図2において、偏向制御回路120内には、偏向量データ生成回路122、パケット化回路124、及び光転送用の光出力回路156,158が配置されている。偏向量データ生成回路122及びパケット化回路124は、ハードウェアによる電気的な回路で構成されても良いし、計算機で実行されるソフトウェアで構成されても構わない。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成されてもよい。また、I/F回路130内には、光転送用の光受信回路157,159、FIFO(First in First out)回路132、サンプリング回路136、クロック(CLK)発生回路137、及びラッチ回路138が配置されている。FIFO回路132内には、デコーダ134が配置される。デコーダ134は、ハードウェアによる電気的な回路で構成されても良いし、計算機で実行されるソフトウェアで構成されても構わない。或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって構成されてもよい。CLK発生回路137は、図1で示したCLK発生回路171で発生させる第1のCLK信号のサンプリング周波数よりも高い周波数のクロック信号(第2のCLK信号)を発生させる。例えば、156MHzの第2のCLK信号を発生させる。偏向制御回路120とI/F回路130は、2本の光ケーブル152,154で接続される。光出力回路156と光受信回路157間には偏向量データを同期させるための第1のCLK信号を転送する光ケーブル152が接続される。光出力回路158と光受信回路159間には偏向量データがパケット化されたパケット信号を転送する光ケーブル154が接続される。
ショットデータとステージ位置データが偏向制御回路120内に入力されると、偏向量データ生成回路122がかかる両データを用いて偏向量データを生成し、パケット化回路124に出力する。パケット化回路124は、偏向量データをパケット化してパケット信号を生成し、光出力回路158に出力する。そして、光出力回路158は、生成されたパケット信号を光ケーブル154に載せて光受信回路159に向けて転送する。一方、ステージの位置を測定する際に使用された第1のCLK信号がステージ位置測定回路170から偏向制御回路120内に入力されると、光出力回路156が受信して、光ケーブル152に載せて光受信回路157に向けて転送する。このように、実施の形態1では、偏向制御回路120が、偏向量データを生成し、生成された偏向量データをパケット化してパケット信号として送信すると共に、パケット信号と並列的に偏向量データを同期させる第1のCLK信号をパケット化せずに連続的に送信する。
そして、I/F回路130内では、光受信回路159がパケット信号を受信すると、パケット信号はFIFO回路132に出力される。FIFO回路132はパケット信号を受信するとデコーダ134(デコード部)でパケット信号を元々の偏向量データに復元(デコード)する。一方、光受信回路157が第1のCLK信号を受信すると、第1のCLK信号はサンプリング回路136に出力される。実施の形態1では、第1のCLK信号をパケット化せずに1ビットの信号として転送しているためデコード処理が不要となる。よって、デコードする際に生じたジッタの発生を抑制できる。そして、サンプリング回路136は、CLK発生回路137から第2のCLK信号を入力し、第1のCLK信号の10MHzに比べて高い例えば、156MHzのサンプリング周波数の第2のCLK信号を用いて第1のCLK信号をサンプリングする。光転送により第1のCLK信号のジッタを完全に無くすことは困難であるが、156MHzのサンプリング周波数の第2のCLK信号を用いて第1のCLK信号をサンプリングすることで、デコーダ134でデコードする際に生じる例えば12.8nsのジッタに比べて大幅に低減された2〜3nsのジッタに抑えることができる。
そして、ラッチ回路138は、復元された偏向量データとサンプリングされた第1のCLK信号を入力し、復元された偏向量データを第1のCLK信号でラッチして、DACアンプユニット140に出力する。
以上のように、実施の形態1によれば、偏向量データと第1のCLK信号とを分離して、偏向量データだけをパケット化して転送することで、デコードの際のジッタが第1のCLK信号に発生することを抑制できる。よって、XYステージ105の移動速度を例えば最大50mm/sにしてもジッタに起因した描画位置の誤差を0.1〜0.15nmに低減することができる。その結果、レーザ測長装置172のレーザの分解能を0.16nmにしても、レーザの分解能と同程度に抑えることができる。よって、描画位置ずれの問題が無くなり、所望する位置にパターンを描画することができる。
DACアンプユニット140は、ラッチされた偏向量データを入力するとアナログ信号に変換の上、増幅して偏向器208に偏向電圧として印加する。偏向量データは、第1のCLK信号でラッチされているため、偏向器208は、ステージ位置の移動に同期して、電子ビーム200を偏向することができる。よって、所望する位置にビームを照射でき、位置誤差が低減したパターンを試料101に描画できる。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、上述した例では、2本の光ケーブルで転送しているが、パケット信号とパケット化されていない第1のCLK信号とをまとめて1本の光ケーブルで転送しても構わない。
また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置100を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置及び方法は、本発明の範囲に包含される。
100 描画装置
101,340 試料
102 電子鏡筒
103 描画室
105 XYステージ
109 記憶装置
110 描画データ処理部
120,320 偏向制御回路
122 偏向量データ生成回路
124,324 パケット化回路
130,330 I/F回路
132,332 FIFO回路
134,334 デコーダ
136 サンプリング回路
137,171 CLK発生回路
138 ラッチ回路
140 DACアンプユニット
150 描画部
152,154,354 光ケーブル
156,158,358 光出力回路
157,159,359 光受信回路
160 制御部
170 ステージ位置測定回路
172 レーザ測長装置
200 電子ビーム
201 電子銃
202 照明レンズ
203,410 第1のアパーチャ
204 投影レンズ
205,208 偏向器
206,420 第2のアパーチャ
207 対物レンズ
209 ミラー
330 電子線
411 開口
421 可変成形開口
430 荷電粒子ソース

Claims (5)

  1. 荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向する偏向器と、
    前記偏向器の偏向量を制御するための偏向量データに基づいて、前記偏向器に偏向電圧を印加するアンプユニットと、
    前記偏向量データを生成し、生成された偏向量データをパケット化してパケット信号として送信すると共に、前記パケット信号と並列的に前記偏向量データを同期させるクロック信号をパケット化せずに連続的に送信する偏向制御部と、
    前記偏向制御部から前記パケット信号と前記クロック信号とを受信し、受信された信号のうちの前記パケット信号を前記偏向量データに復元するデコード部を有し、復元された前記偏向量データを前記クロック信号でラッチして、前記アンプユニットに出力するインターフェース回路と、
    前記偏向制御部と前記インターフェース回路とを接続する光ケーブルと、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記インターフェース回路は、前記クロック信号の周波数よりも高いサンプリング周波数を用いて、受信された前記クロック信号をサンプリングすることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記試料を載置するステージと、
    前記ステージの位置を測定する測定部と、
    をさらに備え、
    前記クロック信号は、前記測定部が前記ステージの位置を測定する際に使用されたクロックであることを特徴とする請求項1又は2記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 偏向器の偏向量を制御するための偏向量データを生成する工程と、
    生成された偏向量データがパケット化されたパケット信号と前記偏向量データを同期させるパケット化されていないクロック信号とを光ケーブルを介して並列的に送信する工程と、
    前記パケット信号を受信して、前記偏向量データに復元する工程と、
    復元された前記偏向量データを前記クロック信号でラッチして、前記偏向器に偏向電圧を印加するアンプユニットに出力する工程と、
    前記アンプユニットを用いて、前記クロック信号でラッチされた偏向量データに基づいて前記偏向器に偏向電圧を印加する工程と、
    前記偏向器によって、荷電粒子ビームを試料上の所望の位置に偏向する工程と、
    を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 復元された前記偏向量データをラッチする前に、前記光ケーブルを介して送信された前記クロック信号を前記クロック信号の周波数よりも高いサンプリング周波数を用いてサンプリングする工程をさらに備えたことを特徴とする請求項4記載の荷電粒子ビーム描画方法。
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