JP2000056464A - 電子ビーム露光装置及び電子ビーム露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一のブロックマスクを別の異なる半導体素
子で容易に再使用できるようにして製造コストを低減す
る。 【解決手段】 所定の形状の開口を有するブロックマス
ク60に電子ビーム10を照射して、開口を通過した成形さ
れた電子ビームを照射するブロック露光方式の電子ビー
ム露光装置であって、ブロックマスク60は、２次元的に
配列された複数の小開口61と、各小開口の周辺に独立に
設けられ、磁化状態と消磁状態に設定可能で、磁化状態
の時には小開口61内に磁界を発生する磁化手段62とを備
え、磁化手段を小開口毎に磁化状態と消磁状態のいずれ
かに設定することで、小開口61を通過した電子ビームが
照射されるかされないかのオン・オフ制御を行い、オン
の小開口61b を通過した電子ビームを合成して所定のパ
ターンを照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブロック露光方式
の電子ビーム露光装置及びそれを使用した電子ビーム露
光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路は微細加工技術の進歩に
伴って一層高集積化される傾向にあり、微細加工技術に
要求される性能は益々厳しいものになってきている。と
りわけ露光技術においては、従来使用されているステッ
パなどに用いられる光露光技術の限界が予想されてい
る。電子ビーム露光技術は、光露光技術に代わって微細
加工の次世代を担う可能性の高い技術である。

【０００３】電子ビーム露光装置には、可変矩形露光方
式、ブロック露光方式、マルチビーム露光方式などの方
式がある。本発明はこのうちブロック露光方式に関係す
る。ブロック露光方式は、繰り返し図形の単位となるパ
ターンを透過マスク上に持ち、これに電子ビームを透過
させて単位パターンを一度に発生させ、これをつないで
繰り返し図形を露光する方法である。

【０００４】図１は、ブロック露光方式の電子ビーム露
光装置におけるビーム照射系の構成を示す図である。図
１において、参照番号１１は電子ビームを発生する電子
銃を、１２は電子銃１１からの電子ビームを平行ビーム
にする第１の収束レンズを、１３は通過する平行ビーム
を所定の形状に成形するアパーチャーを、１４は成形さ
れたビームを絞る第２の収束レンズを、１５は成形用の
偏向器を、１６は第１のマスク偏向器を、１７はマスク
による非点収差を動的に補正する偏向器を、１８は第２
のマスク偏向器を、１９はマスク用収束コイルを、２０
は第１の成形用レンズを、２１はステージ２１Ａで移動
されるブロックマスクを、２２は第２の成形用レンズ
を、２３は第３のマスク偏向器を、２４はビームをオン
・オフ制御するためのブランキング偏向器を、２５は第
４のマクス偏向器を、２６は第３のレンズを、２７は円
形アパーチャを、２８は縮小レンズを、２９はフォーカ
スコイルを、３０は投影レンズを、３１は電磁的な主偏
向器を、３２は静電的な副偏向器を示し、以上の部分を
電子光学鏡筒部（コラム）と呼んでいる。コラムから出
力された電子ビーム１０がステージ２に載置された試料
（ウエハ）１に照射される。ステージはウエハ１を電子
ビーム１０に垂直な平面内で２次元的に移動させる。電
子ビーム露光装置は、更に所望のパターンを露光するよ
うにコラムの各部を制御する露光制御部を有するが、本
発明には直接関係しないので、ここでは説明を省略す
る。

【０００５】図２は、上記のブロックマスク２１を説明
する図である。ブロックマスク２１は、例えば薄い２０
μｍ程度の厚さのシリコン基板に繰り返し図形の単位と
なる単位パターンに対応する穴を開けたものであり、こ
の穴を開口という。開口を選択するために偏向できる電
子ビームの範囲は限られており、この範囲に対応して複
数のブロックエリア５１が設けられており、各ブロック
エリア５１内に多数の異なる開口パターン５２が設けら
れている。各ブロックエリア５１内の開口であれば非常
に短時間に任意に選択できる。他のブロックエリア５１
にある開口を使用する必要がある場合には、ステージ２
１Ａでブロックマスク２１を移動してそのブロックエリ
ア５１が電子ビームの光路内に位置するようにする。

【０００６】開口パターンには、図示のような小さな開
口５２ａや、大きな開口５２ｂや、長方形（矩形）の開
口、長方形を組み合わせた開口など、ＩＣのパターンに
応じた各種の開口が設けられている。図３は、ブロック
露光方式における露光を説明する図である。図示のよう
に、開口パターン５２の大きさに対応した電子ビーム１
０が、選択された開口パターン５２に照射される。開口
パターン５２には開口５３が設けられており、照射され
た電子ビームのうち開口５３の部分に照射された電子ビ
ームのみが通過し、開口５３以外の部分に照射された電
子ビームは遮断される。開口５３を通過した電子ビーム
１０は、レンズで縮小されて、開口５３の形状に対応し
た形状で試料１に照射される。

【０００７】従来は、ブロックマスク２１は、電子ビー
ム露光装置や光学露光装置を使用してリソグラフィ技術
で製作されていた。あらかじめ、半導体素子のパターン
に応じて複数の開口パターンを決定し、使用頻度などを
考慮してどのブロックエリアに配置するか、各ブロック
エリア内のどこに配置するかを決定した後、リソグラフ
ィ技術で製作されていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ブロッ
クマスクは、露光しようとする半導体素子のパターンに
応じて製作されている。従って、異なる半導体素子を露
光する場合には、それぞれのパターンに応じてブロック
マスクを用意する必要がある。使用の終了したブロック
マスクは、ほとんどの場合他の半導体素子を露光するの
に使用することはできず、廃棄されることになる。

【０００９】上記のように、ブロックマスクはリソグラ
フィ技術で製作され、シリコン基板にレジストを塗布し
た後、電子ビーム露光装置や光学露光装置を使用して開
口パターンを露光して現像し、更にエッチングにより開
口を形成する。このように、ブロックマスクを製作する
にはかなり複雑な工程を必要とする。ブロックマスクの
開口は高い精度が要求され、高精度の開口を形成するに
は十分な工程管理と時間が必要である。そのため、ブロ
ックマスクの製作にはかなりのコストを要する。このよ
うな高価なブロックマスクを半導体素子毎に用意した場
合、半導体素子のコスト増加を引き起こす。

【００１０】本発明は、このような問題を解決するため
のもので、ブロックマスクの開口の形状を容易に変更で
きるようにし、同一のブロックマスクを別の異なる半導
体素子で再使用できるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するた
め、本発明の電子ビーム露光装置は、ブロックマスクに
２次元的に配列した複数の小開口を設け、各小開口の周
辺に磁化手段を設ける。磁化手段は、磁化状態と消磁状
態に設定可能であり、磁化状態に設定した時には小開口
の内部に磁界を発生し、消磁状態に設定した時には小開
口の内部に磁界を発生しない。これにより、磁化状態か
消磁状態かに応じて小開口を通過する電子ビームが偏向
又は直進することになり、一方の場合には遮断されて照
射されないオフ状態になり、他方の場合には照射される
オン状態にできる。各小開口を通過したオン状態の電子
ビームを合成して、従来の開口パターンを通過した成形
された電子ビームと同等の所定の形状の電子ビームを得
る。

【００１２】すなわち、本発明の電子ビーム露光装置
は、所定の形状の開口を有するブロックマスクに電子ビ
ームを照射して、開口を通過した成形された電子ビーム
を照射するブロック露光方式の電子ビーム露光装置であ
って、ブロックマスクは、２次元的に配列された複数の
小開口と、各小開口の周辺に独立に設けられ、磁化状態
と消磁状態に設定可能で、磁化状態の時には小開口内に
磁界を発生する磁化手段とを備え、磁化手段を小開口毎
に磁化状態と消磁状態のいずれかに設定することで、小
開口を通過した電子ビームが照射されるかされないかの
オン・オフ制御を行い、オンの小開口を通過した電子ビ
ームを合成して所定のパターンを照射することを特徴と
する。

【００１３】図２に示したのと同様に、ブロックマスク
に、１つの開口パターンに対応する複数の小開口と磁化
手段を備えた複数の領域を設け、電子ビーム露光装置
に、電子ビームがブロックマスクの複数の領域のいずれ
かを選択的に通過させるマスクパターン選択手段を設
け、選択された領域のパターンが照射されるようにする
ことが望ましい。

【００１４】磁化手段は、各小開口の周辺に独立に設け
られた、高温になると消磁状態に変化する磁性材料要素
で形成する。本発明の電子ビーム露光装置を使用して露
光を行う電子ビーム露光方法は、ブロックマスクの磁化
手段を、所望の露光パターンに応じて磁化状態と消磁状
態のいずれかに設定する設定ステップと、ブロックマス
クを電子ビーム露光装置内に配置する配置ステップと、
試料にブロックマスクを透過した電子ビームを照射する
露光ステップとを備える。

【００１５】磁化手段が、各開口の周辺に独立に設けら
れた、高温になると消磁状態に変化する磁性材料要素で
ある場合には、設定ステップでは、磁化手段を一様に磁
化した後、磁化手段のうち、所望の露光パターンに応じ
て消磁状態に設定する磁化手段を選択的に加熱する。加
熱は、電子ビームなどの微少ビームの照射により行う。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に説明する本発明の実施例の
電子ビーム露光装置は、図１に示した従来の構成を有
し、ブロックマスクのみが従来例と異なる。図４は、本
発明の実施例のブロックマスク６０を示す図であり、
（１）は全体の斜視図であり、（２）は一部を拡大した
開口部分の断面図である。図４の（１）に示すように、
ブロックマスク６０は、シリコン（Ｓｉ）基板６３の上
に、磁性材料層６２を形成したもので、多数の貫通した
小開口６１が２次元に配列されている。小開口６１は、
図では格子状に配列されているが、千鳥状に配列されて
いてもよい。磁性材料層６２は、強い磁界を印加すると
磁化状態になり、所定以上の温度になると消磁状態にな
る材料である。

【００１７】以下、実施例のブロックマスク６０を使用
してブロック露光を行う方法を説明する。まず、図４の
ブロックマスク６０に強い磁界を印加すると、その磁界
の方向に磁化される。各磁性材料層６２が磁化された状
態では、図４の（２）に示すように、各小開口６１の内
部に磁界が生じる。図５に示すような小開口６１を含む
領域６４の大きさの微少な電子ビーム８０を照射する電
子ビーム照射装置のステージにブロックマスク６０を載
置して、所望のパターンに対応した小開口部にのみ電子
ビーム８０を照射する。電子ビームを照射すると照射部
分のみ急激に温度が上昇して消磁状態になる。これによ
り、電子ビームが照射された磁性材料層６２の領域６４
は消磁状態になる。磁性材料層６２の電子ビームが照射
されない部分は、元の磁化状態が維持される。

【００１８】このような設定を行ったブロックマスク６
０を図１のブロックマスク２１に部分に配置する。図６
は、１個の小開口６１の周辺の領域６４のみが消磁状態
になり、他の小開口６１の周辺は磁化状態にあるブロッ
クマスク６０に電子ビーム１０が入射した時の様子を示
す図である。図示のように、周辺が磁化状態にある小開
口６１ａを通過した電子ビーム１０は、小開口６１ａの
内部の磁界のために偏向され、図示していない遮断手段
により遮断されるので、試料上には照射されない。これ
をオフの小開口という。これに対して、周辺の領域６４
が消磁状態の小開口６１ｂを通過した電子ビーム１０
は、小開口６１ｂ内を通過しても偏向されず、遮断され
ずに試料上に照射される。これをオンの小開口という。

【００１９】図７は、参照番号６１ａで示す小開口（×
の開口）の周辺は磁化状態にあり、６１ｂで示す小開口
の周辺の領域は消磁状態にあるブロックマスク６０に、
電子ビーム１０を照射した場合の、試料上での露光パタ
ーンを示す図である。ブロックマスク６０を通過した電
子ビームは、レンズなどで縮小されて試料上に照射され
る。試料に照射される電子ビームは、オンの小開口６１
ｂのそれぞれに対応した多数のビームを合成したビーム
である。この合成したビームが、図２及び図３に示した
従来のブロックマスクの開口パターン５２に相当する。
電子ビームは回折が小さく、小さな小開口６１ｂを通過
したビームであっても小開口６１ｂに対応した比較的独
立したビームになる。しかし、小開口６１ｂ及び小開口
間の間隔を非常に小さくすれば、回折やレンズの収差の
ために、隣接する他の小開口のビームと重なり、なだら
かな強度分布が得られる。このような合成された電子ビ
ームで露光する場合、レジストの分解能や閾値の関係
で、図２及び図３に示した従来のブロックマスクを使用
した場合と同等のレジストパターンを得ることができ
る。

【００２０】図８は、図７のような開口パターンを複数
配列したブロックマスクを示す図である。図７では、ブ
ロックマスクには開口パターンが１個の場合を示した
が、実際には、図２の場合と同様に、ブロックマスク６
０を複数の領域７１に分け、各領域に１個の開口パター
ンに相当する複数の小開口６１を配置するようにする。
更に、図２のように、図８の複数の開口パターン（複数
の領域７１）を複数配列したグループを複数配列して、
移動機構で移動することにより選択するようにしてもよ
い。

【００２１】ある半導体素子に対応してブロックマスク
６０の各小開口６１をオン又はオフに設定して、その半
導体素子の生産に使用した後、その半導体素子の生産が
終了して他の半導体素子を生産する場合には、ブロック
マスク６０を装置から取り外し、強い磁界を印加して再
びすべての小開口６１をオフ状態に設定した後、上記と
同じ処理を行えば、ブロックマスク６０を再度使用する
ことができる。

【００２２】以上、本発明の実施例を説明したが、小開
口の周辺部を加熱するには、電子ビームでなくレーザビ
ームなどを使用してもよい。前述のように、ブロックマ
スクを通過した電子ビームは縮小して照射されるので、
ブロックマスクの小開口及び配列ピッチをレーザビーム
の回折限界より大きくすることが可能であり、レーザビ
ームでも各小開口のオン・オフ状態の設定が可能であ
る。

【００２３】また、磁性材料層６２を形成する材料とし
て、常温ではそれまでの磁化方向を維持し、高温状態に
するとその時に印加されている磁界の方向に磁化する材
料などを使用することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一のブロックマスクを別の異なる半導体素子で再使用
でき、しかも再使用のための設定が容易に行えるので、
製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子ビーム露光装置の電子光学コラム及び露光
制御部の部分の構成を示す図である。

【図２】電子ビーム露光装置用ブロックマスクを示す図
である。

【図３】ブロックマスクを使用した露光を説明する図で
ある。

【図４】本発明の実施例のブロックマスクを示す図であ
る。

【図５】実施例のブロックマスクの一部の周辺を消磁状
態に変化させる方法を説明する図である。

【図６】周辺が磁化状態と消磁状態の小開口を通過した
電子ビームの進行方向の変化を説明する図である。

【図７】実施例のブロックマスクによる電子ビームの成
形を説明する図である。

【図８】実施例のブロックマスクの全体図である。

【符号の説明】

１…試料（ウエハ） １１…電子銃 １６、１８、２３、２５…マスクデフレクタ ２１、６０…ブロックマスク ６１…小開口 ６２…磁性材料層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の形状の開口を有するブロックマス
   クに電子ビームを照射して、前記開口を通過した成形さ
   れた電子ビームを照射するブロック露光方式の電子ビー
   ム露光装置であって、 前記ブロックマスクは、 ２次元的に配列された複数の小開口と、 各小開口の周辺に独立に設けられ、磁化状態と消磁状態
   に設定可能で、磁化状態の時には前記小開口内に磁界を
   発生する磁化手段とを備え、 前記磁化手段を小開口毎に磁化状態と消磁状態のいずれ
   かに設定することで、前記小開口を通過した電子ビーム
   が照射されるかされないかのオン・オフ制御を行い、オ
   ンの小開口を通過した電子ビームを合成して所定のパタ
   ーンを照射することを特徴とする電子ビーム露光装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム露光装置で
   あって、 前記ブロックマスクは、それぞれが前記複数の小開口と
   前記磁化手段を備えた複数の領域を備え、 当該電子ビーム露光装置は、前記電子ビームを前記ブロ
   ックマスクの前記複数の領域のいずれかに選択的に通過
   させるマスクパターン選択手段を備え、選択された領域
   のパターンが照射される電子ビーム露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電子ビーム露光装置で
   あって、 前記磁化手段は、各小開口の周辺に独立に設けられた、
   高温になると消磁状態に変化する磁性材料要素である電
   子ビーム露光装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載の電子ビーム露光
   装置を使用した電子ビーム露光方法であって、 前記ブロックマスクの前記磁化手段を、所望の露光パタ
   ーンに応じて磁化状態と消磁状態のいずれかに設定する
   設定ステップと、 前記ブロックマスクを前記電子ビーム露光装置内に配置
   する配置ステップと、 試料に前記ブロックマスクを透過した電子ビームを照射
   する露光ステップとを備えることを特徴とする電子ビー
   ム露光方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子ビーム露光方法で
   あって、 前記磁化手段は、各開口の周辺に独立に設けられた、高
   温になると消磁状態に変化する磁性材料要素であり、 前記設定ステップは、前記磁化手段を一様に磁化するス
   テップと、 前記磁化手段のうち、所望の露光パターンに応じて消磁
   状態に設定する磁化手段を選択的に加熱するステップと
   を備える電子ビーム露光方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電子ビーム露光方法で
   あって、 前記磁化手段の選択的な加熱は、微少ビームの照射によ
   り行われる電子ビーム露光方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電子ビーム露光方法で
   あって、 前記微少ビームは、電子ビームである電子ビーム露光方
   法。