JPH11219878A - 電子ビーム露光方法、電子ビーム露光装置、及びパターン形成方法 - Google Patents

電子ビーム露光方法、電子ビーム露光装置、及びパターン形成方法

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JPH11219878A
JPH11219878A JP10018790A JP1879098A JPH11219878A JP H11219878 A JPH11219878 A JP H11219878A JP 10018790 A JP10018790 A JP 10018790A JP 1879098 A JP1879098 A JP 1879098A JP H11219878 A JPH11219878 A JP H11219878A
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electron beam
pattern
lower layer
beam exposure
marks
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JP10018790A
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Ichiro Kagami
一郎 鏡
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種位置歪みの適正な補正が可能で、これを
スループットを大幅に低減させる必要なく、高精度に実
現でき、描画を行うリアルタイムでの補正も容易に実現
可能な電子ビーム露光方法、電子ビーム露光装置、及び
パターン形成方法を提供する。 【解決手段】 被露光材300の下層の合わせマークを
あらかじめ検出し、上層のパターンを重ね合わせ露光す
る電子ビーム露光を行う場合に、下層にあらかじめ設け
られた合わせマークまたは下層のパターンをスキャン
し、その反射電子を検出し、マーク位置を確認すること
により重ね合わせ補正描画を行う電子ビーム露光方法、
同装置、及びこれを用いたパターン形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム露光方
法、電子ビーム露光装置、及びパターン形成方法に関す
る。本発明は、半導体素子等の製造に用いることができ
る露光技術に関するもので、特に、リアルタイムで重ね
合わせ補正描画を行うことを可能ならしめた電子ビーム
露光技術を提供し、また、このような電子ビーム露光技
術を利用した固体素子やフォトマスク製造に適用できる
パターン形成方法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体装置等の固体素子の微
細化・高集積化が進んでおり、このためこれらを製造す
るために用いるマスクも微細化・高集積化が進んでい
る。このような半導体回路パターン等の微細化に対応す
べく、近年、光露光よりも解像性にすぐれる電子線ビー
ム露光技術が検討されている。しかし電子線ビーム露光
は一般にスループットが低いため、光露光では解像が難
しい微細パターン層のみ電子線ビーム露光で行い、それ
以外の層を光露光で行う、いわゆるミックスアンドマッ
チが行われている。
【0003】従来より、電子ビーム露光の場合、位置合
わせマークを用いている(電子ビーム露光におけるマー
ク検出については、滝川他編『ULSIリソグラフィ技
術の革新』、株式会社サイエンスフォーラム、199
4、pp286〜291の「電子ビームリソグラフィに
おけるアライメント技術」等参照)。たとえば図9に示
す被露光試料11が半導体ウエハであり、各チップ12
のパターン露光を行う場合、一般に、図9に示すように
チップの4つの角部に合わせマークとしてアライメント
マーク13を付加し、上層描画時にこのアライメントマ
ークを検出することにより、チップ全体のいわゆる線型
成分の補正、すなわち、チップ全体の回転、伸縮、台形
歪み等に伴う補正を行って、アライメント描画を行う。
【0004】ところが、チップの4角を検出するのみで
は、下層のチップ面内での2次以上の高次歪みが生じた
場合には高精度なアライメントは達成できない。すなわ
ち、光露光装置のレンズディストレーションやマスク面
内の位置精度、スキャン露光時のステージ駆動誤差など
に起因する位置歪みは補正できない。図10に、下層を
光露光で行った場合のレンズディストレーションの例を
示す。光露光で作製した下層パターン14は、図のよう
に上層パターン15に対しチップ内で歪んでおり、チッ
プの4角のアライメントマーク13では図示のようにこ
の歪みを必ずしも考慮できず、よってこの4角のアライ
メントマーク13のみで位置検出しても、チップ内では
良好なアライメントができないと言える。
【0005】1997年春期応用物理学会予稿集29a
−x−3の「EB描画におけるMIX & MATCH
補正方法の検討」には、チップ内の高次歪みを補正する
ために、データの段階で計算により位置補正を加える技
術が提案されているが、この手法では、各レンズに対し
てあらかじめ歪みを測定しておく作業が必要となり、か
つ描画の途上でリアルタイムに適正な補正を行うという
ことは困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した事
情に鑑みてなされたもので、レンズディストレーション
やマスク面内の位置精度、スキャン露光時のステージ駆
動誤差などに起因する位置歪みの補正が可能であり、か
つプロセスの影響などによる非線型の歪みも容易に補正
可能であり、これをスループットを大幅に低減させる必
要なく、高精度に実現でき、描画を行うリアルタイムで
の補正をも容易に実現可能にした電子ビーム露光方法、
電子ビーム露光装置、及びパターン形成方法を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電子ビーム
露光方法は、下層の合わせマークをあらかじめ検出し、
上層のパターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露光方
法において、下層のチップ内に複数の合わせマークを付
加しておき、描画を行いながら上記チップ内の合わせマ
ークをスキャンし、その反射電子を検出し、マーク位置
を確認することにより重ね合わせ補正描画を行うことを
特徴とするものである。
【0008】また、本発明に係る他の電子ビーム露光方
法は、下層の合わせマークをあらかじめ検出し、上層の
パターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露光方法にお
いて、描画途中に下層のパターンをスキャンし、その反
射電子を検出し、下層の位置を確認することにより重ね
合わせ補正描画を行うことを特徴とするものである。
【0009】本発明に係る電子ビーム露光装置は、下層
の合わせマークをあらかじめ検出し、上層のパターンを
重ね合わせ露光する電子ビーム露光装置において、下層
にあらかじめ設けられた合わせマークまたは下層のパタ
ーンをスキャンし、その反射電子を検出し、マーク位置
を確認することにより重ね合わせ補正描画を行うことを
特徴とするものである。
【0010】本発明に係るパターン形成方法は、下層の
合わせマークをあらかじめ検出し、上層のパターンを重
ね合わせ露光する電子ビーム露光を行うとともに、該電
子ビーム露光を行う場合に、下層にあらかじめ設けられ
た合わせマークまたは下層のパターンをスキャンし、そ
の反射電子を検出し、マーク位置を確認することにより
重ね合わせ補正描画を行ってパターン形成することを特
徴とするものである。
【0011】本発明によれば、下層の合わせマークをあ
らかじめ検出し、上層のパターンを重ね合わせ露光する
電子ビーム露光を行う場合に、下層にあらかじめ設けら
れた合わせマークまたは下層のパターンを描画を行って
いる途中でスキャンするので、各種要因の位置の適正な
補正が、リアルタイムで可能であり、かつ、これをスル
ープットを大幅に低減させる必要なく、高精度に実現で
きる。
【0012】なお、特開平9−129537号公報に
は、転写位置誤差の情報を記憶して、これにより転写位
置を補正しながら転写を行う技術が提案されており、ま
た、特開平5−82426号公報には、転写位置誤差を
記憶して、近似式により補正を行う技術が提案されてい
るが、本発明によれば、これら従来提案には要せられる
位置誤差の記憶が不要である。すなわち、レンズディス
トレーションなどの下層の様々なひずみについて、これ
をあらかじめ記憶しておく必要なく、適正な補正が行え
る。プロセスの影響などによる非線型の歪みも容易に補
正を行うことができる。また、ビームドリフトの補正も
同時に行えるという利点がある。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態例につい
て説明し、さらに図面を参照して、具体的な好ましい実
施の形態例を説明する。ただし、当然のことではある
が、本発明は、以下の実施の形態例により限定を受ける
ものではない。
【0014】本発明は、半導体装置等の各種固体素子
や、フォトリソグラフィに用いるマスクの製造について
の電子ビーム露光に適用でき、重ね合わせ露光を要する
各種材料の形成に利用できるもので、たとえば、レベン
ソン型位相シフトマスクのパターン形成などにも適用で
きる。
【0015】本発明は、半導体デバイスのデバイスチッ
プの露光について、下層のデバイスチップ内に複数の合
わせマークを付加しておき、描画を行いながら上記チッ
プ内の合わせマークをスキャンし、その反射電子を検出
し、マーク位置を確認することにより、リアルタイムに
重ね合わせ補正描画を行う態様で実施できる。
【0016】また本発明は、描画途中に下層のパターン
(デバイスパターン等)をスキャンし、その反射電子を
検出し、下層の位置を確認することにより、描画を行い
ながら、リアルタイムに重ね合わせ補正描画を行う態様
で実施できる。
【0017】上記のようにして、下層の合わせマークを
あらかじめ検出し、上層のパターンを重ね合わせ露光す
る電子ビーム露光を行う場合に、重ね合わせ補正描画を
行う際、電子ビームの偏向量を補正する態様で実施する
ことができる。また、重ね合わせ補正描画を行う際に、
被露光材を載置するステージの駆動位置を補正する態様
で実施することができる。
【0018】本発明は、下層のチップ内にあらかじめ設
けられた合わせマークまたは下層のパターンをそのまま
スキャンし、その反射電子を検出し、マーク位置を確認
することにより、描画途中にリアルタイムに重ね合わせ
補正描画を行う電子ビーム露光装置として、実施でき
る。
【0019】本発明はまた、上記電子ビーム露光方法及
びその装置により、パターンを形成し、これにより、固
体素子やマスク等を製造する態様で、実施できる。
【0020】以下に本発明の具体的な好ましい実施の形
態例について、図面を参照して説明する。なお当然のこ
とではあるが、本発明は、図示の例に限定されるもので
はない。
【0021】実施の形態例1 この実施の形態例は、半導体デバイスの製造の際に、電
子ビーム露光によりパターン形成を行う場合に本発明を
適用したものである。図1には、この実施の形態例に係
る電子線描画装置の構成を示す。図2には、この実施の
形態例における被露光材である半導体ウエハを示す。
【0022】図1の電子線描画装置において、カソード
31から引き出された電子ビーム32は、電子レンズ群
33により収束され、試料300に照射される。制御計
算器34は、偏向補正回路35を経由して、ステージ3
8の位置を決める。また、制御計算器34は、描画手順
制御回路39を経由して、ブランキング制御回路310
にブランキング信号を送る。また、描画データを偏向補
正回路35に送って電子ビーム32の描画位置を制御す
る。電子ビームの偏向位置は、偏向板313への印加電
圧により決めることができ、印加電圧の制御は偏向制御
回路311によって行われる。
【0023】試料面のデバイスパターンは、偏向フィー
ルド毎に区切られて順次露光される。ビーム偏向フィー
ルド内の所望の露光位置から次の露光位置へ移動する間
は、上記ブランキング信号によりビームを絞り312の
外に移動することで、遮断する。ビーム偏向器313に
より、ビームを偏向し、アライメントマークをスキャン
し、その反射電子信号を反射電子検出器314により検
出し、これを信号処理回路315により波形整形し、位
置ずれ抽出回路316によりマーク(パターン)位置ず
れをΔdを算出してメモリ317に記憶する。
【0024】以下、被露光材であるウエハのローディン
グから描画開始までの手順を説明する。本例では、下層
のパターンをステッパーを用いた光露光で行った場合を
説明する。図2に示す被露光材ウエハ4において、符号
41で示すのは、それぞれ光露光で一括に露光されたチ
ップを示す。一般に、ステージ上に搬送されたウエハ
は、ステージ座標系に対して、原点がずれたり、回転を
起こしていたりする。
【0025】そこで図2に示すように、被露光材ウエハ
4の両端に比較的大きなマーク42を配置し、これを検
出することにより、ステージ座標系に対するウエハ全体
の原点ずれ、回転量、伸縮量を認識する。ここではマー
ク42の大きさは500μm、線幅は3μmとした。
【0026】次に上記ウエハの原点、回転量、伸縮の情
報をもとに、図示の1つのチップであるチップAに含ま
れる4つのマークをビーム偏向中心に移動し、検出する
ことにより、それらの座標を認識する。ここではマーク
A1〜A4の大きさは、50μm、線幅は3μmとし
た。
【0027】ここで、チップの原点、回転量、伸縮台形
歪みを計算、補正し、順次チップ内を描画して行く。以
降、チップB,C・・・と同様に描画をおこなって行
く。
【0028】ここで、電子ビームをスキャンさせて下層
パターン(マーク)の位置を検出する方法について、図
3及び図4を用いて説明する。図3には、下層パターン
の平面図を示す。図4(a)には、下層パターンの断面
図及び電子ビームによるスキャンの様子を示す。この例
では下層パターンはアルミニウムパターン51であり、
これは図示のように層間絶縁膜(SiO2 )55で覆わ
れ、さらに最上層には、電子線レジスト56が塗布され
た状態を示している。
【0029】図4(a)において、ビーム54がx方向
にスキャンされている状態を示すが、今パターン51の
中心座標が偏向中心から図示dだけずれた位置にステー
ジを移動し、下層パターン51の位置を検出する場合を
考える。検出は、反射電子の波形を一定強度でスライス
する方法、波形の対称性を利用するなどの既知の各種方
法がある。ここでは、波形の対称性からマークの中心座
標を算出する方法を用いた。図4(a)に示す理想的な
場合に対して、実際には下層パターンは光露光装置のレ
ンズディストレーションやマスク面内の位置精度などに
起因する位置歪みにより、図4(b)に示すように、ビ
ーム偏向中心からのずれはd′となっている。この差
d′−d=Δdは、アライメント誤差として、上記した
ようにパターン位置ずれ抽出回路により計算され、これ
をメモリ317に記憶する。
【0030】次に、本発明に用いるチップ内アライメン
トマークの付加について説明する。図5は、下層と上層
パターンを模式的に示したものである。
【0031】下層には実際の配線パターン61,62,
63.64とともに、アライメントマーク65を付加し
ておく。このアライメントマークの大きさは2μm、線
幅は0.2μmとした。
【0032】このアライメントマーク65を配置するた
めに、下層パターンのデータ作成時には、アライメント
マーク65を配置できる場所を見つけだしてデータに付
加する作業が必要になる。あるいは、アライメントマー
ク65を付加するために設計データを変更してもよい。
このとき、上層パターンとマークが重ならないようにす
る。上層描画データには、これら新規に入れ込んだアラ
イメントマークの座標情報と、マークスキャン情報を付
加しておく。
【0033】次に具体的描画手順を説明する。図5にお
いて、描画は、図示6A,6Bの順で行ったあと、アラ
イメントマーク65をスキャンし、上述した図4で説明
した方法によりずれ量d′−d=Δdを得る。このΔd
は、すでに述べたようにメモリ317に記憶される。偏
向補正量算出回路318により偏向量が決定され、引続
き、6C,6Dと描画を進めて行く。
【0034】アライメントマークの検出個数が多くなる
と、スループットが低くなるという問題があるが、本例
では図6に示すアルゴリズムの手順をとることにより、
この問題点を回避する。
【0035】すなわち、図6のステップ71で描画を開
始したのち、ステップ72で第1のマーク座標(Xn,
Yn)を認識する。ステップ73では、Δdを得る。ス
テップ74では、場合わけを行う。場合わけは、たとえ
ば次のように行う。もしΔd≦20nmの場合には、ス
テップ74で、D=2000μmとする。また、20n
m<Δd≦40nmの場合には、D=1000μm、4
0nm<Δdの場合には、D=500μmとする。次に
ステップ75では、次のマーク位置(Xn′,Yn′)
を認識し、次のステップ76でマーク間距離、すなわち
座標(Xn,Yn)と(Xn′,Yn′)の距離D′を
計算する。
【0036】こののち、もしD′<Dの場合にはマーク
検出は行わず、さらに次のマーク位置を認識するまで描
画する。D′≧Dの場合には再びステップ72に戻る。
すなわち、D′≧Dとなるまでマーク検出を行わないこ
とにより、マーク検出時間を低減できることになり、か
つ、補正量Δdが大きい領域ほど、マーク検出回数が増
えることになる。以上の手続きは、変更補正量算出回路
によって、制御される。
【0037】なお上記Dの代入条件は、当然のことなが
ら上記に限定されるものではない。要は、補正量が大き
い領域では検出回数を増やすようにできればよい。ま
た、本例ではチップアライメントの場合で説明したが、
グローバルアライメントについても、同様に適用でき
る。
【0038】実施の形態例2 次に、本発明の第2の実施の形態例について説明する。
ウエハロードから、描画開始までの手順は、実施の形態
例1と同様である。すなわち、図2において、被露光ウ
エハ4の両端に比較的大きなマーク42を配置し、これ
を検出することにより、ステージ座標系に対するウエハ
全体の原点ずれ、回転量、伸縮量を認識する。次にチッ
プAに含まれる4つのマークをビーム偏向中心に移動
し、検出することにより、それらの座標を認識し、チッ
プの原点、回転量、伸縮台形歪みを計算、補正し、順次
チップ内を描画して行く。以降、チップB,C・・・と
同様に描画をおこなって行く。
【0039】ここで、本例における、電子ビームをスキ
ャンさせて下層パターンの位置を検出する手法につい
て、図7を用いて説明する。図7には、符号81〜85
までで、下層パターンを示す。また、符号8A〜8Eは
上層パターンを示す。図中には、X方向のスキャンとY
方向のスキャンデータを、8X,8Yとして示してあ
る。ここで、8x,8yのスキャン(描画)データは、
あらかじめ上層パターンと重ならないような領域をデー
タ上で抽出し、設定した。さらには、スキャンしたパタ
ーンが後にデバイス特性上(ないし設計上)問題となら
ない部分を選択した。
【0040】次に具体的描画手順を説明する。図7にお
いて、描画は、図示8A,8Bの順に行ったあと、下層
パターン83を、図示8X,8Yのごとくスキャンす
る。
【0041】X方向へスキャンした場合の反射電子の波
形を、パターン断面とともに図8(a)に示す。符号9
2は電子レンズ、93は偏向器を示す。ここでは下層パ
ターンはアルミニウムパターン91であり、これは図示
のように層間絶縁膜(SiO2 )95で覆われ、さらに
最上層には、電子線レジスト96が塗布された状態を示
している。
【0042】ここで層間絶縁膜9であるSiO2 部分か
らの反射強度を0%、アルミニウム部(パターン91)
からの反射を100%とした場合の、反射電子強度が5
0%となる座標を下層パターンエッジと認識するよう設
定した場合、理想的には偏向中心からの距離はdと算出
される。ところが下層パターンのエッジがずれている場
合は、図8(b)に示されるように、偏向中心からの距
離がd′となり、この差d′−d=Δdは、アライメン
ト誤差として、パターン位置ずれ抽出回路316により
計算されて、メモリ317に記憶される。こののち、引
き続いて、8C,8D,8Eと描画が進められて行く。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レンズディストレーションやマスク面内の位置精度、ス
キャン露光時のステージ駆動誤差などに起因する位置歪
みの補正が可能であり、かつプロセスの影響などによる
非線型の歪みも容易に補正可能であり、これをスループ
ットを大幅に低減させる必要なく、高精度に実現でき、
描画を行うリアルタイムでの補正をも容易に実現可能に
した電子ビーム露光方法、電子ビーム露光装置、及びパ
ターン形成方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態例1の電子線描画装置を
示す図である。
【図2】 本発明の実施の形態例1の被露光材(被露光
ウエハ)を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態例1の被露光材(被露光
ウエハ)の下層パターンを示す平面図である。
【図4】 実施の形態例1におけるマーク(パターン)
検出方法を説明する図である。
【図5】 実施の形態例1の被露光材(被露光ウエハ)
の下層・上層パターンを示す模式図である。
【図6】 実施の形態例1の描画手順のアルゴリズムを
示す図である。
【図7】 本発明の実施の形態例2の被露光材(被露光
ウエハ)の下層・上層パターンを示す模式図である。
【図8】 実施の形態例2におけるマーク(パターン)
検出方法を説明する図である。
【図9】 従来のアライメント技術を説明する図であ
る。
【図10】 従来技術の問題点を示す図である。
【符号の説明】
4,300・・・被露光材(半導体ウエハ)、41・・
・チップ、42,51,65・・・アライメントマーク
(または被検出パターン)、31・・・カソード、3
2,54,94・・・電子ビーム、33,52,92・
・・電子レンズ群、34・・・制御計算器、35・・・
偏向補正回路、36・・・ステージ位置制御回路、37
・・・ステージ駆動機構、38・・・ステージ、39・
・・描画手順制御回路、310・・・ブランキング回
路、311・・・偏向制御回路、312・・・絞り、3
13,53,93・・・ビーム偏向器、314・・・反
射電子検出器、315・・・信号処理回路、316・・
・位置ずれ抽出回路、317・・・メモリ、318・・
・偏向補正量算出回路、51,61〜64,81〜8
5,91・・・配線パターン、55,95・・・層間絶
縁膜、56,96・・・電子線レジスト、6A〜6D,
8A〜8E・・・描画パターン、6X,6Y,8X,8
Y・・・スキャンデータ。71・・・描画開始ステッ
プ、72・・・マーク検出ステップ、73・・・位置ず
れ量取得ステップ、74・・・位置ずれ量に応じ場合わ
けを行うステップ、75・・・次の座標の認識ステッ
プ、76・・・マーク間距離算出ステップ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下層の合わせマークをあらかじめ検出
    し、上層のパターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露
    光方法において、 下層のチップ内に複数の合わせマークを付加しておき、 描画を行いながら上記チップ内の合わせマークをスキャ
    ンし、その反射電子を検出し、マーク位置を確認するこ
    とにより重ね合わせ補正描画を行うことを特徴とする電
    子ビーム露光方法。
  2. 【請求項2】 重ね合わせ補正描画を行う際に、電子ビ
    ームの偏向量を補正することを特徴とする請求項1に記
    載の電子ビーム露光方法。
  3. 【請求項3】 重ね合わせ補正描画を行う際に、被露光
    材を載置するステージの駆動位置を補正することを特徴
    とする請求項1に記載の電子ビーム露光方法。
  4. 【請求項4】 下層の合わせマークをあらかじめ検出
    し、上層のパターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露
    光方法において、 描画途中に下層のパターンをスキャンし、その反射電子
    を検出し、下層の位置を確認することにより重ね合わせ
    補正描画を行うことを特徴とする電子ビーム露光方法。
  5. 【請求項5】 重ね合わせ補正描画を行う際に、電子ビ
    ームの偏向量を補正することを特徴とする請求項4に記
    載の電子ビーム露光方法。
  6. 【請求項6】 重ね合わせ補正描画を行う際に、被露光
    材を載置するステージの駆動位置を補正することを特徴
    とする請求項4に記載の電子ビーム露光方法。
  7. 【請求項7】 下層の合わせマークをあらかじめ検出
    し、上層のパターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露
    光装置において、 下層にあらかじめ設けられた合わせマークまたは下層の
    パターンをスキャンし、その反射電子を検出し、マーク
    位置を確認することにより重ね合わせ補正描画を行うこ
    とを特徴とする電子ビーム露光装置。
  8. 【請求項8】 下層の合わせマークをあらかじめ検出
    し、上層のパターンを重ね合わせ露光する電子ビーム露
    光を行うとともに、該電子ビーム露光を行う場合に、下
    層にあらかじめ設けられた合わせマークまたは下層のパ
    ターンをスキャンし、その反射電子を検出し、マーク位
    置を確認することにより重ね合わせ補正描画を行ってパ
    ターン形成することを特徴とするパターン形成方法。
  9. 【請求項9】 上記パターンが、固体素子のパターンで
    あり、固体素子製造に用いることを特徴とする請求項8
    に記載のパターン形成方法。
  10. 【請求項10】 上記パターンが、マスクのパターンで
    あり、マスク製造に用いることを特徴とする請求項8に
    記載のパターン形成方法。
JP10018790A 1998-01-30 1998-01-30 電子ビーム露光方法、電子ビーム露光装置、及びパターン形成方法 Pending JPH11219878A (ja)

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