(57)【要約】  半導体デバイスの半導体層を形成する方法であって、エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させることであって、レティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させること、及び、エネルギー源を用いて、シャッタ内の開口部に、且つ少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つに、エネルギーを通過させることであって、それによって、半導体ウェーハ上に像を形成する、エネルギーを通過させることを含む、半導体デバイスの半導体層を形成する方法。少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つは、要求されるバイアスに基づいて選択される。少なくとも２つの複製マスクパターンは、互いに対して並置され、且つシャッタ開口部に対して平行に又は横向きに延在する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの半導体層を形成する方法であって、
エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させるステップであって、前記レティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させるステップと、
前記エネルギー源を用いて、シャッタ内の開口部に、且つ前記少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つに、エネルギーを通過させるステップであって、それによって、前記半導体ウェーハ上に像を形成し、前記少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択され、前記少なくとも２つの複製マスクパターンは、互いに対して並置され、且つ前記シャッタ開口部に対して平行に延在する、エネルギーを通過させるステップと
を含む、半導体デバイスの半導体層を形成する方法。
【請求項２】
前記半導体ウェーハ上に形成される像を用いて、前記半導体ウェーハをエッチングすることであって、それによって、前記半導体層を形成する、エッチングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの複製マスクパターンは第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含み、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１のマスクパターンにはバイアスがなく、前記第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギー源はステッパである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体デバイスの半導体層を形成する方法であって、
エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させるステップであって、前記レティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させるステップと、
前記エネルギー源を用いて、シャッタ内の開口部に、且つ前記少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つに、エネルギーを通過させるステップであって、それによって、前記半導体ウェーハ上に像を形成し、前記少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択され、前記少なくとも２つの複製マスクパターンは、互いに対して並置され、且つ前記シャッタ開口部に対して横向きに延在する、エネルギーを通過させるステップと
を含む、半導体デバイスの半導体層を形成する方法。
【請求項７】
前記半導体ウェーハ上に形成される像を用いて、前記半導体ウェーハをエッチングすることであって、それによって、前記半導体層を形成する、エッチングすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも２つの複製マスクパターンは第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含み、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のマスクパターンにはバイアスがなく、前記第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギー源はステッパである、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含むレティクルであって、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ、互いの複製であり、且つ異なるバイアスを有する、レティクル。
【請求項１２】
前記第１のマスクパターンにはバイアスがなく、前記第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１３】
前記第１のマスクパターンは０ｎｍのバイアスを有し、前記第２のマスクパターンは＋５ｎｍのバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは−５ｎｍのバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１４】
前記第１のマスクパターンは０ｎｍのバイアスを有し、前記第２のマスクパターンは＋１０ｎｍのバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは−１０ｎｍのバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１５】
前記第１のマスクパターンは０ｎｍのバイアスを有し、前記第２のマスクパターンは＋１５ｎｍのバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは−１５ｎｍのバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１６】
前記第１のマスクパターンは０ｎｍのバイアスを有し、前記第２のマスクパターンは＋２０ｎｍのバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは−２０ｎｍのバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１７】
前記マスクパターンのそれぞれのバイアスは負のバイアスである、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１８】
前記マスクパターンのそれぞれのバイアスは正のバイアスである、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項１９】
前記第１のマスクパターンは０のバイアスを有し、少なくとも前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項２０】
前記第１のマスクパターンは０のバイアスを有し、少なくとも前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンは負のバイアスを有する、請求項１１に記載のレティクル。
【請求項２１】
それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含むレティクル。
【請求項２２】
複数の複製マスクパターンの第１の組と、複数の複製マスクパターンの第２の組とを含むレティクルであって、前記各組内の前記マスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、レティクル。
【請求項２３】
複数の複製マスクパターンの前記第１の組は、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含み、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項２２に記載のレティクル。
【請求項２４】
複数の複製マスクパターンの前記第２の組は、第４のマスクパターン、第５のマスクパターン及び第６のマスクパターンを含み、前記第４のマスクパターン、前記第５のマスクパターン及び前記第６のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項２３に記載のレティクル。
【請求項２５】
レティクルを形成する方法であって、
ブランクレティクルを配設するステップと、
前記ブランクレティクル内に少なくとも２つの複製マスクパターンを形成するステップであって、前記少なくとも２つの複製マスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、複製マスクパターンを形成するステップと
を含む、レティクルを形成する方法。
【請求項２６】
前記少なくとも２つの複製マスクパターンを形成するステップは、
感光性レジスト材料層を露光するステップであって、それによって、異なるバイアスを有する前記少なくとも２つの複製マスクパターンに対応する像を形成する、露光するステップと、
前記感光性レジスト材料層の部分を除去するステップであって、それによって、前記感光性レジスト材料層の下にある不透明材料層の対応する部分を露出させる、除去するステップと、
前記不透明材料層の前記露出した部分をエッチングするステップであって、それによって、前記ブランクレティクル内に異なるバイアスを有する前記少なくとも２つの複製マスクパターンを形成する、エッチングするステップと
を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも２つの複製マスクパターンを形成するステップは、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを形成することを含み、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のマスクパターンにはバイアスがなく、前記第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項２７に記載のレティクル。
【請求項２９】
半導体デバイスの半導体層を形成する方法であって、
エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させるステップであって、前記レティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させるステップと、
前記エネルギー源を用いて、前記少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つにエネルギーを通過させるステップであって、それによって、前記半導体ウェーハ上に像を形成し、前記少なくとも１つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択される、エネルギーを通過させるステップと
を含む、半導体デバイスの半導体層を形成する方法。
【請求項３０】
前記半導体ウェーハ上に形成される像を用いて、前記半導体ウェーハをエッチングすることであって、それによって、前記半導体層を形成する、エッチングすることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも２つの複製マスクパターンは第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含み、前記第１のマスクパターン、前記第２のマスクパターン及び前記第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１のマスクパターンにはバイアスがなく、前記第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、前記第３のマスクパターンは正のバイアスを有する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エネルギー源はステッパである、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、半導体ウェーハ製造工程等のフォトリソグラフィ工程において用いられるフォトマスクに関する。詳細には、本発明は、フォトリソグラフィ工程の露光中に生じるプロセス誤差を補償するために、同じマスクパターンの、バイアスが異なる複数のバージョンを有するフォトマスクに関する。
【０００２】
［発明の背景］
たとえば、米国特許第６４７２１０７号明細書及び米国特許第６５６７５８８号明細書に記述されるように、当該技術分野において多種多様のフォトマスクが知られており、それらを用いることができる多様な用途がある。半導体産業において用いられる数あるタイプのフォトマスクの中でも、バイナリフォトマスク及び位相シフトフォトマスクがかなり一般的である。典型的なバイナリフォトマスクは、図１Ａの未処理のバイナリフォトマスクの断面図において示されるように、実質的に透明な基板２、及びパターンが形成される不透明層４から構成される。さらに、不透明層４は、反射防止（「ＡＲ」）コーティング６も有することができる。実質的に透明な基板２上にある不透明層４の不透明材料及びＡＲコーティング６のＡＲ材料のパターンとして、半導体ウェーハ上に形成されることが望まれる像の拡大されたネガを用いることができる。典型的なクロムオンガラス（「ＣｏＧ」）フォトマスク又はバイナリフォトマスクの場合、実質的に透明な基板２は石英から構成される。不透明材料４はクロム（「Ｃｒ」）から構成され、ＡＲ材料は酸化クロム（「ＣｒＯ」）から構成される。
【０００３】
半導体デバイスの製造において用いられるバイナリフォトマスクは、「ブランク」フォトマスクから形成される。図１Ａに示されるように、従来技術のブランクフォトマスク１は一般的に、少なくとも４つの層から構成される。第１の層２は石英のような実質的に透明な基板であり、一般的に基板と呼ばれる。実質的に透明な層２の上にある次の層は不透明層４であり、それは、典型的なＣｏＧフォトマスクの場合にはＣｒから構成される。その後、常に必要であるとは限らないが、不透明層と一体を成すＡＲ層６が存在する場合があり、それは、ＣｏＧフォトマスクの場合には、ＣｒＯから構成される。最も上にある層として、感光性レジスト材料の層８が存在する。ＣｏＧフォトマスクの場合、感光性レジスト材料８は典型的には炭化水素ポリマーであり、その種々の組成及び厚みは当該技術分野においてよく知られている。たとえば、米国特許第６４７２１０７号明細書に記述されるように、別の理由から、他の層が存在する場合もある。同様に、当該技術分野においてよく知られているように、他の材料が用いられる場合もある。
【０００４】
フォトマスク上に作製されることになる不透明材料の所望のパターンは、露光システム内にロードされる電子データファイルによって定義することができ、露光システムは典型的には、ブランクフォトマスクにわたって電子ビーム（Ｅビーム）又はレーザビームをラスタ方式で走査する。ラスタ走査露光システムの１つのそのような例が、米国特許第３９００７３７号明細書に記述される。形状ベクトルツール(shaped vector tool)のような、ラスタ走査を使用しない他のイメージングシステムを用いることもできる。Ｅビーム又はレーザビームがブランクフォトマスクにわたって走査されるとき、露光システムは、電子データファイルによって定義されるような、フォトマスク上のアドレス指定可能な場所に、Ｅビーム又はレーザビームを指向させる。ポジフォトレジスト(positive photoresist)の場合、Ｅビーム又はレーザビームに露光されるエリアは可溶性になるのに対して、露光されないエリアは不溶性のままである。ネガフォトレジスト(negative photoresist)の場合、露光されないエリアが可溶性になるのに対して、露光される部分は不溶性のままである。図１Ｂに示されるように、露光システムが感光性レジスト材料上で所望の像を走査した後に、可溶性の感光性レジストが、当該技術分野においてよく知られている手段によって除去され、不溶性の感光性レジスト材料８ａが次の層（たとえば、ＡＲ層６）に付着したままになる。
【０００５】
上記のフォトリソグラフィ工程を受けた後に、図１Ｃに示されるように、ＡＲ材料６の露出した層及びその下の不透明材料４の層は、もはや感光性レジスト材料８ａによって覆われず、よく知られているエッチング工程によって除去される。残りの感光性レジスト材料８ａの下にあるＡＲ材料６ａの層及び不透明材料４ａの層の部分だけが、実質的に透明な基板２に張り付けられたままになる。この初期エッチング又は基本エッチングは、ウエットエッチング又はドライエッチングのいずれかの工程によって達成することができ、それはいずれも、当該技術分野においてよく知られている。
【０００６】
像を半導体ウェーハに転写するために用いられる別のタイプのフォトマスクは、一般的に位相シフトフォトマスクと呼ばれる。位相シフトフォトマスクは一般的に、半導体ウェーハに転写されるべき図案が、用いられる光学装置の分解能未満となる、小さく、高い密度で詰め込まれた機構サイズを含むときに、バイナリフォトマスクよりも好ましい。位相シフトフォトマスクは、フォトマスク内の開口部を透過する光の振幅が等しくなるように、フォトマスク上のエッチングされたエリアを透過する光と１８０°位相がずれるように設計される。
【０００７】
位相シフトフォトマスクの１つのタイプは一般的に、組込減衰型(embedded attenuated)位相シフトマスク（ＥＡＰＳＭ）と呼ばれる。他のタイプの位相シフトマスクも知られており、本発明の教示は、それらの位相シフトマスクにも同じく適用することができる。図２Ａに示されるように、典型的なブランクＥＡＰＳＭ３１は４つの層から構成することができる。第１の層は典型的には実質的に透明な材料３３（たとえば石英等）であり、一般的に基板と呼ばれる。次の層は典型的には、組込位相シフト材料（「ＰＳＭ層」）３５であり、たとえば、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）、窒化タンタルシリコン（ＴａＳｉＮ）、窒化チタンシリコン（ＴｉＳｉＮ）、酸化ジルコニウムシリコン（ＺｒＳｉＯ）又は他の既知の位相材料である。次の層は、典型的にはクロムのような不透明材料３７であり、その層は任意選択で酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）のような反射防止コーティングを含むことができる。最も上にある層は、当該技術分野においてよく知られているような、感光性レジスト材料３９である。
【０００８】
ここで、従来のＥＡＰＳＭを処理するための方法が説明される。バイナリフォトマスクの場合と同様に、ＥＡＰＳＭ上に作製されるべき不透明材料の所望のパターンが典型的には、電子ビーム（Ｅビーム）又はレーザビームによって、ブランクＥＡＰＳＭ３１にわたってラスタ方式又はベクトル方式で走査される。ブランクＥＡＰＳＭ３１にわたってＥビーム又はレーザビームが走査されるとき、露光システムが、ＥＡＰＳＭ上のアドレス指定可能な場所にＥビーム又はレーザビームを指向させる。ポジフォトレジスト材料の場合、Ｅビーム又はレーザビームに露光されるエリアは可溶性になるのに対して、露光されない部分は不溶性のままである。ネガフォトレジストの場合、露光されないエリアが可溶性になるのに対して、露光される部分は不溶性のままである。
【０００９】
バイナリフォトマスクで行われたように、且つ図２Ｂに示されるように、露光システムが感光性レジスト材料３９上で所望の像を走査した後に、可溶性の感光性レジスト材料が、当該技術分野においてよく知られている手段によって除去され、不溶性の感光性レジスト材料３９ａは不透明材料３７に付着したままである。こうして、ＥＡＰＳＭ上に形成されるべきパターンが、残りの感光性レジスト材料３９ａによって形成される。
【００１０】
その後、そのパターンは、上記のプラズマエッチング(plasma assisted etch)のようなよく知られているエッチング技法を用いて、残りのフォトレジストによって覆われていない不透明層及びＰＳＭ層の部分をエッチングによって除去することにより、残りの感光性レジスト材料３９ａから不透明層３７及びＰＳＭ層３５に転写される。エッチングが終了した後に、図２Ｃに示されるように、残りのフォトレジスト材料は剥離又は除去される。不透明層３７ａを部分的に、又は完全にエッチングすること等の他の処理ステップをさらに実行して、位相シフトフォトマスクの製造を完了することができる。
【００１１】
半導体回路を定義するマイクロスケールの像をシリコン又はガリウムヒ素の基板又はウェーハ等に転写するために、半導体産業ではフォトマスクが用いられる。半導体ウェーハ上に像を作製するために、フォトマスクは、感光性材料の層を含む半導体ウェーハと、ランプ又はレーザのようなエネルギー源を収容するステッパ(stepper)との間に配置される。ステッパによって生成されるエネルギーは、不透明材料（及び、用いられる場合には、反射防止及び／又は位相シフト材料）によって覆われない実質的に透明な基板の透明な部分を通過し、半導体ウェーハ上にある感光性材料内で反応を引き起こす。ステッパからのエネルギーは、フォトマスクの不透明な部分を通過できないようにされる。フォトマスクの製造の場合と同様に、感光性材料が露光されるときに、その材料は反応するであろう。その後、可溶性の感光性材料が、従来技術においてよく知られている工程によって除去される。その後、半導体ウェーハは、先に説明されたのと同じようにしてエッチングされる。さらに処理した後に、半導体製品が形成される。
【００１２】
半導体チップ機構が指数関数的に小さくなり、デバイス当たりのトランジスタの数が指数関数的に多くなるので、リソグラフィ工程には大きな負荷がかかっている。露光放射線の波長よりも短いものを解像するのは一般的には非常に難しく、波長以下のリソグラフィでは、パターン忠実度が著しく低下する可能性がある。結果として生成される半導体機構は、回路の設計者から得られた理想的なパターンから、サイズ及び形状が大幅に逸脱する。これは、フォトマスク製造工程全体の工程歩留まりを下げ、コストを上げるであろう。
【００１３】
半導体産業は、現在のコストを維持するか、又はさらに削減しながら、処理時間を短縮し、且つ工程歩留まりを高めるという願望に駆られている。詳細には、フォトマスクを用いるリソグラフィ技法に関して、半導体産業は、フォトマスクそのもののプロセス誤差を補償することによって、プロセス誤差を低減し、歩留まりを高めようとしている。たとえば、１００ｎｍの限界寸法（ＣＤ）を有するフォトマスクを用いて、４Ｘステッパツールによってウェーハに像が転写されるとき、ウェーハ上に結果として生成されるデバイス層は、２８ｎｍの線幅を有し得る。したがって、半導体製造業者は多くの場合に、フォトマスクのＣＤを調整（又は「バイアス」）して、半導体ウェーハ上にフォトマスクパターンが現像されるときに、結果として生成される製造物が、２８ｎｍではなく、２５ｎｍの所望の線幅を有するように要求するであろう。
【００１４】
さらに別の例として、米国特許出願公開第２００３／０１３４２０５号明細書（「‘２０５出願」）は、フォトマスクを製造するための工程を開示しており、その工程では、半導体設計内のピッチ毎に、マスク設計の所与の限界寸法（ＣＤ）に基づいて、全てのピッチのための共通のプロセスウインドウを最大にするためにそのピッチにおいて必要とされるバイアスが計算される。‘２０５出願は、このバイアス調整(biasing)を、光近接効果補正(optical proximity correction)と組み合わせて、フォトマスクの元のレイアウトを適切に変更する。しかしながら、‘２０５出願に開示されるような技法は、必要とされる検査ステップ及び補正解析に起因して、コストがかかり、ターンアラウンドタイムを増加させる。
【００１５】
フォトマスク製造工程のコストを削減するために他の技法が採用されてきたが、それらは、プロセス誤差を下げることや、歩留まりを高めることには直接は結び付かない。そのような技法は多くの場合に、共通のレティクル又はプレート上で複数のマスクパターンを使用することを含む。たとえば、米国特許第６４２１１１１号明細書は、間隔を置いて配置される像の２次元のアレイを含む複数像レティクルを開示しており、半導体ウェーハ上の回路の様々な段を露光するために、レティクルを回転させるのを不要にする。
【００１６】
同様に、米国特許出願公開第２００４／００７２０８３号明細書は、それぞれが関連するフォトリソグラフィステップにおいて用いられ、関連する半導体層に対応する複数のマスクパターンを含むフォトマスクを開示する。マスクパターンは、そのフォトマスクが常に実質的に同じ方向に向けられて用いられるように配列される。
【００１７】
最後に、米国特許第５，６０４，０５９号は、複数の全く同じ(duplicating)第１のデバイスパターンと複数の全く同じ第２のデバイスパターンとを含むマスク構造を開示する。第１のデバイスパターンを用いて、半導体パターンの第１の部分が露光され、第２のデバイスパターンを用いて、露光された第１のパターンにわたって、半導体パターンの第２の部分が露光される。
【００１８】
従来技術の引用文献では、同じマスクパターンであるが、異なるバイアス調整が用いられる、複数のバージョンを有する単一のフォトマスクレティクルを使用することは開示していない。
【００１９】
本発明の目的は、プロセス誤差を補償することによって、工程歩留まりを高め、且つターンアラウンドタイムを短縮するレティクルを提供することである。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、同じマスクパターンであるが、バイアス調整が異なる複数のバージョンを有する改善されたレティクルを提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的及び利点は、以下に記述される説明から明らかになるであろう。
【００２２】
［発明の概要］
ここで、本発明の上記の目的及び関連する目的が、同じマスクパターンの、バイアス調整が異なる複数のバージョンを有する単一のレティクルを提供することを含む、いくつかの関連する態様の形で得られることがわかっている。
【００２３】
本発明の１つの例示的な実施形態による半導体デバイスの半導体層を形成する方法は、エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させることであって、そのレティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させることと、エネルギー源を用いて、シャッタ内の開口部に、且つ少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つに、エネルギーを通過させることであって、それによって、半導体ウェーハ上に像を形成する、エネルギーを通過させることとを含む。少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択される。少なくとも２つの複製マスクパターンは、互いに対して並置され、且つシャッタ開口部に対して平行に延在する。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態による半導体デバイスの半導体層を形成する方法は、エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させることであって、そのレティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させることと、エネルギー源を用いて、シャッタ内の開口部に、且つ少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの一つに、エネルギーを通過させることであって、それによって、半導体ウェーハ上に像を形成する、エネルギーを通過させることとを含む。少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択される。少なくとも２つの複製マスクパターンは、互いに対して並置され、且つシャッタ開口部に対して横向きに延在する。
【００２５】
本発明の１つの例示的な実施形態によるレティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する、少なくとも２つの複製マスクパターンを含む。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態によるレティクルは、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含み、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンはそれぞれ、互いの複製であるが、異なるバイアスを有する。
【００２７】
第１のマスクパターンはレティクルの中央領域に形成されることができ、第２のマスクパターンは、第１のマスクパターンに隣接して、そのレティクルの片側の部分に形成されることができ、第３のマスクパターンは、第１のマスクパターンに隣接して、そのレティクルの別の片側の部分に形成されることができる。
【００２８】
第１のマスクパターンにはバイアスがなく、第２のマスクパターンは負のバイアスを有し、第３のマスクパターンは正のバイアスを有してもよい。
【００２９】
本発明の別の例示的な実施形態によるレティクルは、複数の複製マスクパターンの第１の組と、複数の複製マスクパターンの第２の組とを含み、各組内のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する。
【００３０】
複数の複製マスクパターンの第１の組は、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを含むことができ、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する。
【００３１】
複数の複製マスクパターンの第２の組は、第４のマスクパターン、第５のマスクパターン及び第６のマスクパターンを含むことができ、第４のマスクパターン、第５のマスクパターン及び第６のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する。
【００３２】
本発明の１つの例示的な実施形態によるレティクルを形成する方法は、ブランクレティクルを配設することと、ブランクレティクル内に少なくとも２つの複製マスクパターンを形成することであって、少なくとも２つの複製マスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する、形成することとを含む。
【００３３】
少なくとも２つの複製マスクパターンを形成するステップは、感光性レジスト材料層を露光するステップであって、それによって、異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンに対応する像を形成する、露光するステップと、感光性レジスト材料層の部分を除去するステップであって、それによって、感光性レジスト材料層の下にある不透明材料層の対応する部分を露出させる、除去するステップと、不透明材料層の露出した部分をエッチングするステップであって、それによって、ブランクレティクル内に異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを形成する、エッチングするステップとを含むことができる。
【００３４】
少なくとも２つの複製マスクパターンを形成するステップは、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンを形成することを含むことができ、第１のマスクパターン、第２のマスクパターン及び第３のマスクパターンはそれぞれ異なるバイアスを有する。
【００３５】
第１のマスクパターンは、バイアス調整することなく形成することができ、第２のマスクパターンは、正にバイアス調整して形成することができ、第３のマスクパターンは負にバイアス調整して形成することができる。
【００３６】
本発明の１つの例示的な実施形態による半導体デバイスの半導体層を形成する方法は、エネルギー源と半導体ウェーハとの間にレティクルを介在させることであって、レティクルは、それぞれが異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む、レティクルを介在させることと、エネルギー源を用いて、少なくとも２つのマスクパターンのうちの一つにエネルギーを通過させることであって、それによって、半導体ウェーハ上に像を形成し、少なくとも２つの複製マスクパターンのうちの前記一つは、要求されるバイアスに基づいて選択される、エネルギーを通過させることとを含む。
【００３７】
本発明の上記の、及び関連する目的、特徴及び利点は、例示ではあるが、以下の本発明の好ましい実施形態を添付の図面とともに参照することによって、さらに十分に理解されるであろう。
【００３８】
［発明の詳細な説明］
本発明は包括的には、異なるバイアス、たとえば、＋５ｎｍ、０ｎｍ及び−５ｎｍを用いて、レティクル上で同じマスクパターンの複数のコピーを使用することに関する。本発明は、２つ以上のコピーが同じフォトマスク上で異なるバイアスを有する限り、異なる範囲及びコピー数に同様に適用することができる。この例によれば、レティクルが用いられることになる特定のステッパ装置に相応しいバイアス調整に応じて、フォトマスクの顧客／半導体製造業者が、３つ（又はそれ以上）の代替のマスクパターンを選択できるようになるであろう。本質的に、複数のフィールドバイアスは、エンドユーザに、自分たちのイメージングシステムのための調整(tuning)の手段を提供する。
【００３９】
本発明の様々な例示的な実施形態において、１つのレティクルプレート上に複数のマスクパターンが形成される。各マスクパターンは、そのプレート上で任意の回数だけ複製され、各複製マスクパターンは異なるバイアスを有する。たとえば、そのプレート上の第１のマスクパターンは０ｎｍのバイアスを有することができ、複製された第２のマスクパターンは、第１のマスクパターンの片側に沿って＋５ｎｍのバイアスで形成することができ、複製された第３のマスクパターンは、第１のマスクパターンの片側に沿って−５ｎｍのバイアスで形成することができる。様々なパターンの数及び互いに対する場所、並びに相対的なバイアスは単に例示として与えられており、本発明の範囲を限定することは意図していない。したがって、各マスクパターンは、顧客によって要求されるプロセスパラメータを満たす任意の適切なバイアスを有することができる。例として、適切なバイアスは、（−１０ｎｍ、０ｎｍ、＋１０ｎｍ）、（−１５ｎｍ、０ｎｍ、＋１５ｎｍ）及び（−２０ｎｍ、０ｎｍ、＋２０ｎｍ）であってもよい。本発明の様々な例示的な実施形態は、単一のパターンの２つ〜３つの複製物には限定されず、単一のレティクル上にうまくはまることができる、異なるバイアスを有する任意の数の複製パターンを実現することができる。さらに、バイアスは、中央の０バイアスを中心にして配置される正のバイアス及び負のバイアスに限定される必要はなく、片側のバイアス（たとえば、０ｎｍ、＋５ｎｍ、＋１０ｎｍ）、又は非対称なバイアス（たとえば、−５ｎｍ、０ｎｍ、＋５ｎｍ、＋１０ｎｍ）であってもよく、或いは任意の増分値（たとえば、＋１ｎｍ、＋２ｎｍ又は−７．５ｎｍ、＋２．５ｎｍ、＋１２．５ｎｍ）であってもよい。
【００４０】
さらに、様々な例示的な実施形態において、レティクルプレート上に、複製レティクルマスクパターンを任意の適切な方法でレイアウトすることができる。たとえば、１つの複製マスクパターンに関連する半導体デバイスの各層を複数のバイアスを用いて形成することができるように、第１のグループの複製マスクパターンを、第２のグループの複製マスクパターンとともに、プレート上に形成することができる。さらに、異なるバイアスを有する複製マスクパターンを、複製として形成されないマスクパターンとともに、同じレティクル上に形成することができる。この場合、重要で、且つ時間的に厳しい(time sensitive)マスクだけが異なるバイアスで何度も形成され、時間的に厳しくない他のマスクは複製して形成されないことが好ましい。もちろん、本発明の応用形態が、重要で、時間的に厳しいマスクだけに限定されることは意図していない。さらに、第１のグループを第１の方向に向け、第２のグループを第２の方向に向けて、第１のグループの複製マスクパターンを第２のグループの複製マスクパターンとともにプレート上に形成することができる。同様に、少なくとも１つのグループが、バイアスが異なる少なくとも２つの要素を有する限り、レティクル上にうまくはまることができる１つ又は複数のマスクパターンから成る任意の数のグループを、任意の適切な組み合わせ又は向きで用いることができる。
【００４１】
図３及び図４は、本発明の様々な例示的な実施形態の一般的な概念を説明するために提供される。図３は、レティクル１００上に形成される従来のマスクパターン１１０を示す。マスクパターン１１０は０ｎｍのバイアスを有し、すなわちバイアスがなく、レティクル１を用いて半導体層を形成するための露光工程はプロセス誤差の影響を受けやすくなる。たとえば、レティクル１００を用いて形成される半導体層の名目的な仕様に対する平均値(the mean to nominal specification)が、プロセス誤差に起因して、＋１０ｎｍになるかもしれない。レティクルの書込みエリア内に「修復不可能な」欠陥がある結果として、レティクル製造工程の付加価値のあるステップが繰り返されることになり、それらのステップを付加価値のない、コストを加算するだけのステップにするであろう。
【００４２】
図４は、本発明の１つの例示的な実施形態による、レティクル２００上に形成される複数のマスクパターン２１０、２２０及び２３０の一例を示す。この実施形態では、レティクル２００は、バイアスが異なる３つの複製マスクパターンを含む。しかしながら、レティクルの全面積、及び半導体デバイス層を露光するために用いられるステッパの能力に応じて、任意の数の複製マスクパターンを形成することができる。複数のマスクパターンは、第１のマスクパターン２１０、第２のマスクパターン２２０及び第３のマスクパターン２３０を含む。第１のマスクパターン２１０は、レティクル２００の中央領域に形成され、第２のマスクパターン２２０は、第１のマスクパターン２１０に隣接して、レティクル２００の片側の領域に形成され、第３のマスクパターン２３０は、第１のマスクパターン２１０に隣接して、レティクル２００の別の片側の領域に形成される。第１、第２及び第３のマスクパターン２１０、２２０及び２３０は、それぞれが異なるバイアスを有する、複製マスクパターンであり、それを用いて、同じ半導体層を形成することができる。各複製マスクパターン２１０、２２０及び２３０の適切なバイアスは顧客の許容範囲に基づく。たとえば、名目的な仕様に対する平均値が＋１０ｎｍである場合には、第１のマスクパターン２１０の場合に適したバイアスは０ｎｍであり、第２のマスクパターン２２０の場合には＋１０ｎｍに、第３のマスクパターン２３０の場合には−１０ｎｍにすることができる。こうして、顧客は、３つのマスクパターン２１０、２２０及び２３０から、半導体デバイス製造ステップ中に生じるプロセス誤差を補償する、適切なバイアスを有するマスクパターンを選択することができる。どのフォトマスクパターンがどのバイアスを有するかの選択は本発明の重要な面ではなく、任意の適切な配列を選択することができる。本発明の範囲内で、他のバイアス量も選択することができる。
【００４３】
図４に示されるレティクル２００は、フォトリソグラフィ工程の結果を最適化することに関して、より大きな自由度を顧客に与える。一例として、顧客は、製造傾向を補償するマスクパターンのうちの１つを選択するが、何らかの理由から、そのマスクパターンを選択する結果として、１つの致命的な欠陥が生じることがある。その際、顧客は、致命的な欠陥を避けると同時に、製造公差内に入る適切なバイアス調整を与えるために選択することができる、２つの他のマスクパターンを有する。ステッパ装置を適切にバイアス調整しながら、同時に致命的な欠陥を避けるマスクパターンを用いて、フォトリソグラフィ工程を最適化することができる。
【００４４】
図５は、本発明の別の例示的な実施形態によるレティクル上に形成される複数のマスクパターンを示す。この実施形態では、レティクル３００が２組の３つの複製マスクパターンを含み、各組の各複製パターンは異なるバイアスを有する。図５に示されるように、レティクル３００は、マスクパターンの第１の組３１０及びマスクパターンの第２の組３２０を含む。マスクパターンの第１の組３１０は第１のマスクパターン３３０、第２のマスクパターン３４０及び第３のマスクパターン３５０を含む。マスクパターンの第２の組３２０は第４のマスクパターン３６０、第５のマスクパターン３７０及び第６のマスクパターン３８０を含む。第１のマスクパターン３３０はレティクル３００の中央領域に形成され、第２のマスクパターン３４０は、第１のマスクパターン３３０に隣接して、レティクル３００の片側の領域に形成され、第３のマスクパターン３５０は、第１のマスクパターン３３０に隣接して、レティクル３００の別の片側の領域に形成される。同様に、第４のマスクパターン３７０はレティクル３００の中央領域に形成され、第５のマスクパターン３８０は、第４のマスクパターン３７０に隣接して、レティクル３００の片側の領域に形成され、第６のマスクパターン３８０は、第４のマスクパターン３６０に隣接して、レティクル３００の別の片側の領域に形成される。マスクパターンの第１の組３１０内の第１のマスクパターン３３０、第２のマスクパターン３４０及び第３のマスクパターン３５０は複製マスクパターンであり、それらを用いて、同じ半導体層を形成することができ、第１のマスクパターン３３０、第２のマスクパターン３４０及び第３のマスクパターン３５０はそれぞれ異なるバイアスを有する。同様に、マスクパターンの第２の組３２０内の第４のマスクパターン３６０、第５のマスクパターン３７０及び第６のマスクパターン３８０は複製マスクパターンであり、それらを用いて、別の半導体層を形成することができ、第４のマスクパターン３６０、第５のマスクパターン３７０及び第６のマスクパターン３８０はそれぞれ異なるバイアスを有する。もちろん、本発明は、異なるバイアスを有する、２組の複製マスクパターンには限定されない。各組が、異なるバイアスを有する少なくとも２つの複製マスクパターンを含む限り、任意の数の組をレティクル上に配置することができる。各組は少なくとも３つの複製マスクパターンを含み、１つのパターンにはバイアスがなく、１つのパターンは負のバイアス（たとえば、−５ｎｍ、−１０ｎｍ、−１５ｎｍ、−２０ｎｍ等）を有し、１つのパターンは正のバイアス（たとえば、＋５ｎｍ、＋１０ｎｍ、＋１５ｎｍ、＋２０ｎｍ等）を有することが好ましい。
【００４５】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクルを製造する方法の様々なステップを示す。図６Ａに示されるように、ブランクレティクル４００は、透明材料層４１０、不透明層４２０、及び感光性レジスト材料層４３０から構成される。透明材料層４１０は石英から形成されることが好ましい。不透明層４２０は透明材料層４１０上に形成され、Ｃｒ不透明材料の層４２２と、Ｃｒ不透明材料の層４２２の上に形成されるＣｒＯ  ＡＲ材料の一体層４２４とから形成される。不透明材料層４２０の上に、感光性レジスト材料の層４３０が存在する。感光性レジスト材料４３０は典型的には炭化水素ポリマーであり、その種々の組成及び厚みは当該技術分野においてよく知られている。レティクル４００の上に作製されることになる不透明材料４２０の望ましいパターンは、露光システムにロードされる電子データファイルによって定義することができ、露光システムは典型的には、電子ビーム（Ｅビーム）又はレーザビームを、ブランクレティクルにわたってラスタ方式で走査する。本発明の例示的な実施形態では、レティクル上の層又はマスクパターン毎のデータが複製され、バイアスされて、最終的なレティクル４００内に異なるバイアスを有する複数の複製マスクパターンを製造することができる。Ｅビーム又はレーザビームがブランクレティクルにわたって走査されるとき、露光システムは、Ｅビーム又はレーザビームを、電子データファイルによって定義されるようなレティクル上のアドレス指定可能な場所に指向させる。Ｅビーム又はレーザビームに露光される感光性レジスト材料のエリアは可溶性になるのに対して、露光されない部分は不溶性のままである。図６Ｂに示されるように、露光システムが感光性レジスト材料上で所望の像を走査した後に、可溶性の感光性レジストが当該技術分野においてよく知られている手段によって除去され、露光されない不溶性の感光性レジスト材料４３０は、ＣｒＯ  ＡＲ材料４２４に付着したままになる。したがって、残された感光性レジスト材料４３０は、異なるバイアスで複製されるパターン４３２を含むパターンを形成する。
【００４６】
図６Ｃに示されるように、レティクル４００内の感光性レジスト材料４３０によってもはや覆われていない露光された不透明材料層４２０は、よく知られているエッチング工程によって除去され、残りの感光性レジスト材料４３０の下にある不透明材料層４２０の部分だけが、石英基板４１０に付着したままになる。したがって、感光性レジスト材料４３０内にある、バイアスが異なる複数の複製パターン４３２が、不透明材料層４２０に転写され、対応する複数の複製マスクパターン４２２が不透明材料層４２０内に形成される。この初期エッチング又は基本エッチングは、ウエットエッチング又はドライエッチングのいずれかの工程によって達成することができ、それらの工程はいずれも当該技術分野においてよく知られている。
【００４７】
図６Ｄに示されるように、エッチング工程が完了した後に、レティクル４００内の感光性レジスト材料４３０は、当該技術分野においてよく知られている工程によって剥離される。
【００４８】
バイアスが異なる複数の複製マスクを有するレティクルを用いて半導体層を処理する、本発明の様々な例示的な実施形態では、レティクルを通して半導体層を露光するために用いられる個々のステッパに応じて、種々の問題に対処することが必要な場合もある。たとえば、１つの問題は、径方向誤差(radial error)が、縮小されたフィールドサイズに関連する均一性／重ね合わせの利得よりも大きくなる可能性があることである。別の問題は、小さいフィールドを大きなフィールドに載せるときに、スキャナレンズの球面収差が大きすぎる可能性があることである。さらに別の問題は、スキャナシャトル面(shuttle plane)が小さすぎて、複数の複製マスクパターンの全てを十分に覆うことができない可能性があることである。この問題が図７Ａ及び図７Ｂに示される。図７Ａは、バイアスが異なる３つの複製マスクパターンを有するレティクル６００のレティクル面ＣＬの中央線に同心を成すスキャナのシャッタ５００を示す。シャッタの限界に起因して、像フィールドは、図７Ｂに示されるように、９０°回転する必要があるが、それにより、レティクル６００の３つのフィールドのうちのいずれか１つを使用できるようになるであろう。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態が詳細に図示及び説明されてきたので、当業者には、その種々の変更及び改善が容易に明らかになるであろう。たとえば、本発明はＣｏＧフォトマスクには限定されず、他のタイプのバイナリフォトマスクにも適用することができる。同様に、本発明はＥＡＰＳＭには限定されず、限定はしないが、一例としてＡＡＰＳＭ（交互開口(alternating aperture)位相シフトマスク）を含む、他のタイプの位相シフトフォトマスクにも適用することができる。さらに、本発明の応用形態は、１つのマスクパターンだけのバイアスが異なる複数のバージョンを有するレティクルには限定されない。本発明は、マスクパターンの各バージョンが異なるバイアスを有する、複数のマスクパターンの複数のバージョンを有するレティクルにも適用することができる。さらに、歩留まりを改善するために、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するという発明の概念は、スキャナ技術に適用できるだけではない。その概念は、大部分の任意のマイクロリソグラフィ手法に適用することができる。
【００５０】
それゆえ、本明細書の実施形態は、あらゆる点で、例示と見なされるべきであり、限定するものと見なされるべきではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって示され、それゆえ、特許請求の範囲と同等の意味及び範囲を有する全ての変更が、発明の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図１Ｂ】従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図１Ｃ】従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図２Ａ】別の従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図２Ｂ】別の従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図２Ｃ】別の従来のフォトマスクを形成する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図３】レティクルプレート上に形成される従来のマスクパターンの平面図である。
【図４】本発明の１つの例示的な実施形態による、レティクル上に形成される、異なるバイアスを有する複数の複製マスクパターンの平面図である。
【図５】本発明の別の例示的な実施形態による、レティクル上に形成される、異なるバイアスを有する複数の複製マスクパターンの平面図である。
【図６Ａ】本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクルを製造する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図６Ｂ】本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクルを製造する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図６Ｃ】本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクルを製造する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図６Ｄ】本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクルを製造する方法のステップを示す垂直断面図である。
【図７Ａ】本発明の１つの例示的な実施形態による、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクル上のシャトル面の平面図である。
【図７Ｂ】本発明の１つの例示的な実施形態による、レティクルがシャトル面に対して９０°回転した場合の、バイアスが異なる複数の複製マスクパターンを有するレティクル上のシャトル面の平面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
2008503092.tif 000017