JPH0590139A - 荷電粒子ビーム露光用透過マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、荷電粒子ビーム露光に用いる荷電粒
子ビーム透過マスクに関し、パターン配置可能なブロッ
クを荷電粒子ビーム遮光領域として使用することなく、
可変パターンを配置できる荷電粒子ビーム露光用透過マ
スクを提供することを目的とする。 【構成】荷電粒子ビームの偏向可能範囲内のブロックエ
リア４ａ内に複数個形成され、異なるパターンの開口部
を有する可変ブロック４ｂ１に隣接し、可変ブロック４
ｂ１の開口部の一部を照射する際に荷電粒子ビームの他
の部分を遮光する荷電粒子ビーム遮光領域とを備え、種
々の形状の露光パターンを露光面上に形成する荷電粒子
ビーム露光用透過マスクにおいて、可変ブロック４ｂ１
はブロックエリア４ａ周囲に近接して配置され、荷電粒
子ビーム遮光領域としてブロックエリア４ａ外の領域を
用いるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上にパター
ン形成を行う荷電粒子ビーム露光に用いる荷電粒子ビー
ム透過マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、集積回路の高密度化に伴い、従来
より微細パターン形成の主流であったフォトリソグラフ
ィに代わって荷電粒子ビーム、例えば電子ビームやイオ
ンビームによる露光方法、或いはＸ線を用いる新しい露
光方法が検討され、実用化されてきている。

【０００３】このうち電子ビームを用いてパターンを形
成する電子ビーム露光は、ビーム径を数オングストロー
ムにまで絞ることができるために、１μｍ或いはそれ以
下の微細パターンを形成できることに特徴がある。とこ
ろが、電子ビーム露光はいわゆる「一筆書き」の描画方
法であるため、微細なパターンになればなるほど小さな
ビーム径の電子ビームで露光しなければならなくなり、
露光時間は非常に長くなってしまう。

【０００４】この問題を解決するため、ブロック露光法
が考案された。ブロック露光法は、半導体装置の回路パ
ターンのうち、露光頻度の高いパターンに対応させた種
々の形状の開口部（ブロックパターン）を透過マスク上
の複数のブロックに予め形成しておき、必要に応じて選
択したブロック上に荷電粒子ビームを照射して回路パタ
ーンを形成する露光法である。

【０００５】図３はブロック露光を行うための露光装置
の概略を示した斜視図である。電子銃１で発生した電子
ビームは、矩形透過孔２を通過して矩形ビームＢ１に整
形される。矩形ビームＢ１はビーム偏向器の偏向電極３
により偏向されて、透過マスク４上の指定ブロックエリ
ア４ａ内の指定ブロックに形成されたブロックパターン
に照射される。

【０００６】図４を用いて透過マスク４についてより詳
細に説明する。図４（ａ）は透過マスク４の平面図であ
る。図４（ｂ）は透過マスク４のＡ−Ａ断面図である。
図４（ｃ）はブロックエリアの拡大図である。透過マス
ク４は、ウェーハの一部に異方性エッチングを施して、
厚さ２０μｍ程度に薄膜化した薄膜部２２を形成したも
のである（図４（ｂ））。ブロックエリア４ａは、その
中に複数個のブロックパターン４ｃ又は４ｄを含む、あ
る指定された大きさを持つ領域である。ブロックエリア
４ａは透過マスク４上にマトリクス状に複数個形成され
ている（図４（ａ））。

【０００７】図４（ｃ）に示すように、各ブロックエリ
ア４ａ内部にはさらに多数の正方形又は長方形形状のブ
ロック４ｂが設けられている。各ブロック４ｂ内には荷
電粒子ビームを透過させるパターンを開口したブロック
パターン４ｃ又は４ｄが形成されている。ブロック４ｂ
の大きさは透過マスク４上に照射される矩形ビームＢ１
の大きさに形成されている。１ブロック内に１種類のブ
ロックパターン４ｃ又は４ｄが形成されている。

【０００８】ブロックパターン４ｃは、繰返し図形の一
部であってパターン全面に矩形ビームＢ１を照射して露
光する繰返し基本パターンである。ブロックパターン４
ｄは、矩形ビームＢ１をブロックパターン４ｄの一部又
は全部に照射して様々な面積或いは形状のパターンに整
形できる可変パターンである（図４（ｃ））。図３に示
す露光装置の説明に戻る。所定のブロックエリア４ａ内
のブロック４ｂの選択は、偏向電極３により矩形ビーム
Ｂ１を静電偏向させることにより行われる。他のブロッ
クエリア４ａ上のブロック４ｂを選択する場合には、マ
スク移動手段Ａｘ、Ａｙを用いて透過マスク４を機械的
に移動させてから、偏向電極３により矩形ビームＢ１を
静電偏向させる。

【０００９】このようにして、一つのブロック４ｂのブ
ロックパターン４ｃ又は４ｄを透過して整形されたビー
ムＢ２は、縮小レンズ６、対物レンズ７を透過して、ウ
ェーハ８に照射される。このとき、整形ビームＢ２は、
静電偏向器９と電磁偏向器１０によって、ウェーハ８上
の所定の露光位置に導かれる。この露光法のスループッ
トを向上させるため、露光時間を低減させるようにブロ
ックパターン４ｃ、４ｄを配置した荷電粒子ビーム露光
用透過マスクが提案されている。パターン全面に矩形ビ
ームＢ１を照射して露光する繰返し基本パターンである
ブロックパターン４ｃを効果的に配置した荷電粒子ビー
ム露光用透過マスクとしては、例えば本願と同一出願人
による特願昭６３−２６４６１７号で提案されている。
可変パターンであるブロックパターン４ｄを効果的に配
置した荷電粒子ビーム露光用透過マスクは、本願と同一
出願人による特願平３−１３９８５８号において提案さ
れている。

【００１０】特願平３−１３９８５８号において提案さ
れている荷電粒子ビーム露光用透過マスクについて説明
する。まず、図５を用いて可変パターンであるブロック
パターン４ｄによる、パターン整形の原理について説明
する。集積回路の回路パターンの構成要素となる直角三
角形形状に開口した可変パターン１１がブロック４ｂ１
に形成されている。ブロック４ｂ１に隣接して、矩形ビ
ームＢ１を移動させるための遮光領域である荷電粒子ビ
ーム遮光領域として用いるブロック４ｂ２が形成されて
いる。矩形ビームＢ１は図３で示した露光装置のビーム
偏向器の偏向電極３により偏向され、ブロック４ｂ１及
びブロック４ｂ１に隣接して形成された荷電粒子ビーム
遮光領域であるブロック４ｂ２の間を移動することがで
きる（図５（ａ）、（ｃ））。

【００１１】従って、矩形ビームＢ１の照射位置を偏向
電極３で制御して、可変パターン１１に矩形ビームＢ１
を重ねると、可変パターン１１と矩形ビームＢ１との重
なり面積によって、種々の形状のビームＢ２が得られる
（図５（ｂ）、（ｄ））。図５（ａ）のように三角形の
パターン可変用ブロックパターン１１の一部に矩形ビー
ムＢ１が重なった場合は、図５（ｂ）のような小さな三
角形の整形ビームＢ２が得られ、図５（ｃ）のように三
角形のパターン可変用ブロックパターン１１の全部に矩
形ビームＢ１が重なった場合は、図５（ｄ）のような大
きな三角形の整形ビームＢ２が得られる。

【００１２】ところがこの荷電粒子ビーム露光用透過マ
スクは、可変パターン１１を有するブロック４ｂ１に隣
接したブロック４ｂ２を矩形ビームＢ１の移動用に使用
するため、ブロック４ｂ２にはパターンを配置できな
い。この荷電粒子ビーム露光用透過マスクの無駄を改善
したのが、特願平３−１３９８５８号で提案された荷電
粒子ビーム露光用透過マスクである。図６を用いてこの
提案された荷電粒子ビーム露光用透過マスクを説明す
る。

【００１３】まず、可変パターン１１上に矩形ビームＢ
１を照射する場合に、射出された可変ビームＢ１と可変
パターン１１との重合わせ面積が次第に大きくなるよう
な矩形ビームＢ１の走査方向を各可変パターン１１につ
いて定義する。この走査方向を「基準方位」と呼ぶこと
とする。次に、パターン配置可能なブロック４ｂのうち
から幾つかを荷電粒子ビーム遮光領域として使用される
ブロック４ｂ２として指定し、このブロック４ｂ２の周
囲に、各可変パターン１１をそれぞれの基準方位に応じ
て以下のように配置する。即ち、基準方位が＋方向であ
るパターンはブロック４ｂ２の＋Ｘ方向に隣接するブロ
ックに形成し（図６（ｄ））、基準方位が＋Ｙ方向であ
るパターンはブロック４ｂ２の＋Ｙ方向に隣接するブロ
ックに形成する（図６（ａ））、というようにして配置
を行うものである。この配置方法により形成されたブロ
ック配置を図６（ｅ）に示す。

【００１４】この配置により、従来各可変パターン１１
を有するブロック４ｂ１に一つずつ必要であった荷電粒
子ビーム遮光領域として使用されるブロック４ｂ２の数
を減らすことができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記方法に
よりパターン配置を行っても、パターン配置可能なブロ
ック４ｂの中から荷電粒子ビーム遮光領域として使用さ
れるブロック４ｂ２を指定するため、その分だけ配置で
きるパターンが減少してしまうという問題があった。

【００１６】本発明の目的は、パターン配置可能なブロ
ックを荷電粒子ビーム遮光領域として使用することな
く、可変パターンを配置できる荷電粒子ビーム露光用透
過マスクを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、それぞれ異
なるパターンの開口部を有し、荷電粒子ビームの偏向可
能範囲内のブロックエリア内に複数個形成された可変ブ
ロックと、前記可変ブロックに隣接し、前記荷電粒子ビ
ームにより前記可変ブロックの前記開口部の一部を照射
する際、前記荷電粒子ビームの他の部分を遮光する荷電
粒子ビーム遮光領域とを備え、前記荷電粒子ビームによ
り前記可変ブロックの前記開口部の一部を照射すること
により、種々の形状の露光パターンを露光面上に形成す
る荷電粒子ビーム露光用透過マスクにおいて、前記可変
ブロックは、前記ブロックエリア周囲に近接して配置さ
れ、前記荷電粒子ビーム遮光領域として、前記ブロック
エリア外の領域を用いることを特徴とする荷電粒子ビー
ム露光用透過マスクによって達成される。

【００１８】

【作用】本発明によれば、可変パターンに用いる荷電粒
子ビームの移動領域として、ブロックエリア外の領域を
用いるのでブロックエリア内に荷電粒子ビーム遮光領域
を設ける必要がなく、ブロックエリア内の各ブロックに
ブロックパターンを形成することができる。

【００１９】

【実施例】本発明の第１の実施例による荷電粒子ビーム
露光用透過マスクを図１を用いて説明する。図１は荷電
粒子ビーム露光用透過マスク４に形成された複数のブロ
ックエリア４ａのうちのひとつを示している。本実施例
におけるブロックエリア４ａは、外形が正方形形状に形
成されている。

【００２０】ブロックエリア４ａ内に、マトリクス状に
ブロック４ｂが形成されている。ブロック４ｂのうち可
変パターン１１を有するブロック４ｂ１は、ブロックエ
リア４ａ周囲に近接して形成されている。可変パターン
１１は、図１に例示したように平行四辺形や三角形等の
パターンであり、各ブロック４ｂ１毎に異なるパターン
が形成されている。

【００２１】可変パターン１１の一部又は全部を照射す
るために、荷電粒子ビームを偏向電極３により偏向させ
て透過マスク４上を移動させる際、不要光を遮光するた
めに用いる荷電粒子ビーム遮光領域３０は、ブロックエ
リア４ａ周囲外側に設けられている。本実施例における
荷電粒子ビーム遮光領域３０は、従来例における荷電粒
子ビーム遮光領域として使用されたブロック４ｂ２に対
応したものである。

【００２２】このように本実施例の透過マスク４は、ブ
ロックエリア４ａ外に荷電粒子ビームビーム遮光領域３
０を設けたことに特徴を有する。以下、ブロックエリア
４ａ外に設けた荷電粒子ビーム遮光領域３０について詳
細に説明する。図１中破線で示した円は偏向範囲５を示
している。偏向範囲５は図３に示したビーム偏向器の偏
光電極３により透過マスク４上で矩形ビームＢ１を偏向
できる限度範囲である。従って、荷電粒子ビーム遮光領
域３０は、偏向範囲５内に形成することが望ましい。

【００２３】目的のパターンを露光するには、透過マス
ク４上の所定のブロックエリア４ａ内の所定のブロック
４ｂを選択し、さらに所定のブロック４ｂ内の目的のブ
ロックパターン４ｄを選択する。しかし、偏向電極３で
偏向できる偏向範囲５には一定の限界がある。従って、
露光装置の偏向電極３で偏向できる偏向範囲５内に収ま
るように各ブロックエリア４ａの大きさを規定する必要
がある。通常は、一つのブロックエリア４ａ内のブロッ
クパターン４ｄはマスク移動手段Ａｘ、Ａｙにより透過
マスク４を機械的に移動させなくても偏向器の偏向電極
３による矩形ビームＢ１の操作のみで選択できるように
なっている。

【００２４】本実施例におけるブロックエリア４ａは、
矩形ビームＢ１の偏向範囲５の円内に内包される大きさ
の正方形形状に形成されている。矩形ビームＢ１の偏向
範囲５とブロックエリア４ａとに挟まれた領域は、荷電
粒子ビームの未利用領域２４である。この未利用領域２
４を荷電粒子ビーム遮光領域３０として用いている。未
利用領域２４は、偏向範囲５が円であるのに対し、ブロ
ックエリア４ａは矩形或いは矩形の集合体であるため、
幾何学的に荷電粒子ビームを利用しない領域が生じるこ
と、また、ブロックエリア４ａの中心から一定距離以上
離れてパターンを配置すると、ビームの収差が大きくな
ってビーム形状が歪んだり、ビームを偏向させるために
かかる時間が長くなってスループットが低下したりする
ことから、偏向範囲５内であっても露光パターンを形成
しない領域として設けられたものである。

【００２５】本実施例によれば、荷電粒子ビームを移動
させるために必要な遮光領域をブロックエリア４ａ内の
ブロック４ｂを用いずに、上記未利用領域２４に設けた
ことにより、ブロックエリア４ａ内のブロック４ｂをパ
ターン形成用のブロックとして有効に利用することがで
きる。ブロックエリア４ａ周囲に隣接したブロック４ｂ
に可変パターン１１を配置したブロック４ｂ１を形成す
るには、図６（ａ）〜（ｄ）で説明した、特願平３−１
３９８５８号で提案された方法を用いる。即ち、基準方
位が＋Ｘ方向である可変パターン１１は−Ｘ方向に未利
用領域２４が存在するようなブロック４ｂに形成し、基
準方位が＋Ｙ方向である可変パターン１１は−Ｙ方向に
未利用領域２４が存在するようなブロック４ｂに形成す
る、というようにして配置を行う。

【００２６】本発明の第２の実施例による荷電粒子ビー
ム露光用透過マスクを図２を用いて説明する。偏向範囲
５内にブロックエリア４ａが形成されている。ブロック
エリア４ａは周囲の形状が階段状に変化した部分を有し
ており、ブロックエリア４ａから見て凹状角部及び凸状
角部を有する多角形形状をしている。偏向範囲５とブロ
ックエリア４ａとの間の領域はパターン形成しない未利
用領域２４である。

【００２７】本実施例の荷電粒子ビーム露光用透過マス
クの特徴を図２に示したブロックエリア４ａの右上部を
例に説明する。まず右上部３個のブロック４ｂ１内に、
図中左上から順に二等辺三角形Ｂ、平行四辺形Ａ、直角
三角形Ｃの可変パターン１１が形成されている。可変パ
ターン１１の形状が二等辺三角形Ｂのブロックと平行四
辺形Ａのブロックとで凹状角部４０が形成され、可変パ
ターン１１の形状が平行四辺形Ａのブロックと直角三角
形Ｃのブロックとで凹状角部４２が形成されている。可
変パターン１１の形状が平行四辺形Ａのブロックにより
凸状角部４１が形成されている。

【００２８】未利用領域２４の凹状角部４０の領域Ｄを
荷電粒子ビーム遮光領域３０として用いる。領域Ｄの荷
電粒子ビーム遮光領域３０は、二等辺三角形Ｂである可
変パターン１１に対しＸ方向に荷電粒子ビームを移動さ
せる際の荷電粒子ビーム遮光領域３０として、及び、平
行四辺形Ａである可変パターン１１に対しＹ方向に荷電
粒子ビームを移動させる際の荷電粒子ビーム遮光領域３
０として機能する。

【００２９】未利用領域２４の凹状角部４２の領域Ｅも
荷電粒子ビーム遮光領域３０として用いる。領域Ｅの荷
電粒子ビーム遮光領域３０は、平行四辺形Ａである可変
パターン１１に対しＸ方向に荷電粒子ビームを移動させ
る際の荷電粒子ビーム遮光領域３０として、及び、直角
三角形Ｃである可変パターン１１に対しＹ方向に荷電粒
子ビームを移動させる際の荷電粒子ビーム遮光領域３０
として機能する。

【００３０】平行四辺形Ａである可変パターン１１を有
するブロック４ｂ１について、領域Ｄの荷電粒子ビーム
遮光領域３０を用いてＹ方向にビームを移動させて所定
の平行四辺形形状のビームを得ることができ、領域Ｅの
荷電粒子ビーム遮光領域３０を用いてＸ方向にビームを
移動させて所定の三角形形状のビームを得ることもでき
る。

【００３１】このように、本実施例の荷電粒子ビーム露
光用透過マスクは、ブロックエリア４ａ周囲の形状を階
段状に変化させて、ブロックエリア４ａを基準として凹
状角部及び凸状角部を有する多角形形状に形成したこと
により、偏光範囲５内により多くのブロック４ｂを形成
することができる。さらに、凹状角部及び凸状角部の未
利用領域２４を荷電粒子ビーム遮光領域３０に利用する
ことにより、効率良く荷電粒子ビーム遮光領域３０を利
用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、可変パタ
ーンを効率的に配置することができるので、ブロックエ
リア内のブロックパターン数を増加させることができ、
スループットの向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による荷電粒子ビーム露
光用透過マスクを示す図である。

【図２】本発明の第２の実施例による荷電粒子ビーム露
光用透過マスクを示す図である。

【図３】ブロック露光を行うための露光装置の斜視図で
ある。

【図４】荷電粒子ビーム露光用透過マスクの説明図であ
る。

【図５】可変パターンによるパターン整形の原理を説明
する図である。

【図６】提案された荷電粒子ビーム露光用透過マスクを
示す図である。

【符号の説明】

１…電子銃 ２…矩形透過孔 ３…偏光電極 ４…透過マスク ４ａ…ブロックエリア ４ｂ…ブロック ４ｂ１…ブロック ４ｂ２…ブロック ４ｃ…ブロックパターン ４ｄ…ブロックパターン ５…偏向範囲 ６…縮小レンズ ７…対物レンズ ８…ウェーハ ９…静電偏向器 １０…電磁偏向器 １１…可変パターン ２２…薄膜部 ２４…未利用領域 ３０…荷電粒子ビーム遮光領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ異なるパターンの開口部を有
   し、荷電粒子ビームの偏向可能範囲内のブロックエリア
   内に複数個形成された可変ブロックと、 前記可変ブロックに隣接し、前記荷電粒子ビームにより
   前記可変ブロックの前記開口部の一部を照射する際、前
   記荷電粒子ビームの他の部分を遮光する荷電粒子ビーム
   遮光領域とを備え、 前記荷電粒子ビームにより前記可変ブロックの前記開口
   部の一部を照射することにより、種々の形状の露光パタ
   ーンを露光面上に形成する荷電粒子ビーム露光用透過マ
   スクにおいて、 前記可変ブロックは、前記ブロックエリア周囲に近接し
   て配置され、 前記荷電粒子ビーム遮光領域として、前記ブロックエリ
   ア外の領域を用いることを特徴とする荷電粒子ビーム露
   光用透過マスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載の荷電粒子ビーム露光用透
   過マスクにおいて、 前記ブロックエリアは、正方形形状であり、 前記荷電粒子ビーム遮光領域は、前記正方形形状のブロ
   ックエリアの各辺を挟んで前記可変ブロックに相対して
   設けたことを特徴とする荷電粒子ビーム露光用透過マス
   ク。
3. 【請求項３】 請求項１記載の荷電粒子ビーム露光用透
   過マスクにおいて、 前記ブロックエリアは、凹状角部を有する多角形形状で
   あり、 前記凹状角部の一側及び他側に近接して２個の前記可変
   ブロックを配置し、 ２個の前記可変ブロックに挟まれた前記凹状角部の外側
   領域を前記２個の可変ブロックの前記荷電粒子ビーム遮
   光領域として用いることを特徴とする荷電粒子ビーム露
   光用透過マスク。
4. 【請求項４】 請求項１記載の荷電粒子ビーム露光用透
   過マスクにおいて、 前記ブロックエリアは、凸状角部を有する多角形形状で
   あり、 前記凸状角部内に前記可変ブロックを配置し、 前記凸状角部の両外側の２領域を前記可変ブロックの前
   記荷電粒子ビーム遮光領域として用い、前記凸状角部内
   に配置された前記可変ブロックを２方向から照射するこ
   とを特徴とする荷電粒子ビーム露光用透過マスク。