利用單次曝光形成多層圖案的具有三種狀態(tài)的光掩模的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于光刻曝光工藝的掩模的一個實施例。該掩模包括：掩模襯底；第一掩模材料層，被圖案化以具有限定第一層圖案的多個第一開口；以及第二掩模材料層，被圖案化以具有限定第二層圖案的多個第二開口。本發(fā)明還公開了利用單次曝光形成多層圖案的具有三種狀態(tài)的光掩模。
【專利說明】利用單次曝光形成多層圖案的具有三種狀態(tài)的光掩模
[0001] 相關(guān)申請交叉引用
[0002] 本專利申請是2013年5月31日提交的標(biāo)題為"Method To Define Multiple Layer Patterns Using A Single Exposure" 的美國第 13/906, 795 號的部分繼續(xù)申請，并 且要求 2013 年 5 月 14 日提交的標(biāo)題為 "Method to Define Multiple Layer Patterns Using a Single Exposure"的美國臨時申請第61/823, 312號的優(yōu)先權(quán)。本申請還涉及2013 年9 月 18 日提交的標(biāo)題為"Method to Define Multiple Layer Patterns with a Single Exposure by E-Beam Lithography"的美國專利申請（代理卷號：2013-0782/24061. 2605)。 其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明總的來說涉及半導(dǎo)體集成電路，更具體地，涉及利用單次曝光形成多層圖 案的具有三種狀態(tài)的光掩模。

【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體集成電路（1C)產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。1C材料和設(shè)計的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生 了很多代1C，其中，每一代1C都具有比前一代1C更小和更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步增 加了處理和制造1C的復(fù)雜性，為了實現(xiàn)這些進(jìn)步，需要1C處理和制造的類似發(fā)展。在集 成電路發(fā)展過程中，功能密度（即，每一芯片面積的互連器件的數(shù)量）普遍增加，而幾何尺寸 (即，使用制造工藝可以制造的最小部件(或線)）卻減小。
[0005] 1C通常由一系列材料層形成，通過光刻工藝圖案化其中的一些材料層。重要的是， 圖案化的層正確地與鄰近的層對準(zhǔn)或覆蓋鄰近的層。鑒于現(xiàn)代1C幾何尺寸的逐漸減小，正 確的對準(zhǔn)和覆蓋變得更加困難。此外，下方襯底(諸如半導(dǎo)體晶圓）的表面形貌影響光刻成 像質(zhì)量，并且還降低相鄰材料層之間的覆蓋容差。此外，光刻工藝對制造的總體成本(包括 處理時間和工藝中使用的掩模(也稱為光掩模）的成本）有重大貢獻(xiàn)。因此，需要一種光刻 方法以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于光刻曝光工藝的掩模，包括：掩模襯底； 第一掩模材料層，被圖案化以具有限定第一層圖案的多個第一開口；以及第二掩模材料層， 被圖案化以具有限定第二層圖案的多個第二開口。
[0007] 優(yōu)選地，第一層圖案和第二層圖案是集成電路的一部分，并且被設(shè)計為形成于半 導(dǎo)體襯底上的相應(yīng)材料層；以及掩模具有彼此不同的三種狀態(tài)。
[0008] 優(yōu)選地，掩模襯底對光刻曝光工藝的曝光福射具有第一透射率；第一掩模材料層 具有小于第一透射率的第二透射率；以及第二掩模材料層具有小于第二透射率的第三透射 率。
[0009] 優(yōu)選地，三種狀態(tài)包括具有第一透射率的第一狀態(tài)、具有第二透射率的第二狀態(tài) 和具有第三透射率的第三狀態(tài)。
[0010] 優(yōu)選地，第一層圖案處于第一狀態(tài)；第二層圖案處于第二狀態(tài)；以及場處于第三 狀態(tài)。
[0011] 優(yōu)選地，第三透射率小于第一透射率的6% ;以及第二透射率介于第一透射率的約 20%和約80%之間。
[0012] 優(yōu)選地，第一層圖案包括限定在第一掩模材料層的第一開口中的第一部件；以及 第二層圖案包括限定在第二掩模材料層的第二開口中的第二部件。
[0013] 優(yōu)選地，第二開口與第一開口對準(zhǔn)。
[0014] 優(yōu)選地，第一部件是通孔部件；以及第二部件是金屬線部件。
[0015] 優(yōu)選地，第二部件被定向在第一方向上且在與第一方向垂直的第二方向上跨越第 一尺寸；以及第一部件在第一方向上跨越第二尺寸，第二尺寸小于第一尺寸。
[0016] 優(yōu)選地，掩模襯底包括烙融石英；第一掩模材料層包括鑰娃（MoSi);以及第二掩模 材料層包括鉻（Cr)。
[0017] 優(yōu)選地，該掩模還包括：第三掩模材料層，設(shè)置在第二掩模材料層上且包括MoSi。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，包括：在半導(dǎo)體襯底上形成第一光刻膠 層；在第一光刻膠層上方形成第二光刻膠層；以及使用三狀態(tài)掩模對第一光刻膠層和第二 光刻膠層實施光刻曝光工藝，從而在第一光刻膠層中形成第一潛在圖案以及在第二光刻膠 層中形成第二潛在圖案。
[0019] 優(yōu)選地，該方法還包括：顯影第一光刻膠層以由第一潛在圖案形成第一層圖案； 以及顯影第二光刻膠層以由第二潛在圖案形成第二層圖案。
[0020] 優(yōu)選地，在形成第一光刻膠層之前，還包括：在半導(dǎo)體襯底上形成第一材料層；以 及在第一材料層上形成第二材料層。
[0021] 優(yōu)選地，在顯影第一光刻膠層和第二光刻膠層之后，還包括：將第一層圖案轉(zhuǎn)印至 第一材料層；以及將第二層圖案轉(zhuǎn)印至第二材料層。
[0022] 優(yōu)選地，三狀態(tài)掩模包括：掩模襯底；第一掩模材料層，被圖案化以具有限定第一 掩模狀態(tài)的第一層圖案的多個第一開口；以及第二掩模材料層，被圖案化以具有限定第二 掩模狀態(tài)的第二層圖案的多個第二開口，其中，場區(qū)被限定為第三掩模狀態(tài)且三種掩模狀 態(tài)彼此不同。
[0023] 優(yōu)選地，第一掩模狀態(tài)的第一層圖案對光刻曝光工藝的曝光福射具有第一透射 率；第二掩模狀態(tài)的第二層圖案具有小于第一透射率的第二透射率；以及第三狀態(tài)的場區(qū) 具有小于第二透射率的第三透射率。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，包括：接收具有第一層圖案和第二層圖 案的集成電路（1C)設(shè)計結(jié)構(gòu)，其中，第一層圖案限定將被形成在襯底上的第一材料層中的 至少一個第一部件，且第二層圖案限定將被形成在第二材料層中的至少一個第二部件，其 中，第二材料層設(shè)置在第一材料層上；根據(jù)第一偏差調(diào)節(jié)第一部件；根據(jù)與第一偏差不同 的第二偏差調(diào)節(jié)第二部件；然后，組合第一部件和第二部件以形成組合1C圖案；以及產(chǎn)生 限定組合1C圖案的下線數(shù)據(jù)以用于制造掩模。
[0025] 優(yōu)選地，該方法還包括：在掩模襯底上設(shè)置第一掩模材料層；在第一掩模材料層 上設(shè)置第二掩模材料層；在第二掩模材料層上涂布第一光刻膠層；在第一光刻膠層上涂布 第二光刻膠層；以及基于下線數(shù)據(jù)對第一光刻膠層和第二光刻膠層實施電子束曝光工藝， 從而同時在第一光刻膠層中形成第一部件的第一潛在部件以及在第二光刻膠層中形成第 二部件的第二潛在部件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面的詳細(xì)描述能更好地理解本發(fā)明的各個方面。 應(yīng)該強調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，對各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚論述起見， 可任意增大或縮小各個部件的尺寸。此外，在各個實例中，本發(fā)明可重復(fù)參考標(biāo)號和/或字 符。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，且其本身不代表所論述的各個實施例和/或結(jié)構(gòu) 之間的關(guān)系。此外，在下面的說明書中，第一部件形成在第二部件上方或之上可包括第一部 件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可包括可以在第一部件和第二部件 之間形成額外的部件，從而使第一部件和第二部件可不直接接觸的實施例。
[0027] 圖1是在一個實施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)造的光掩模的頂視圖。
[0028] 圖2是圖1中光掩模的截面圖。
[0029] 圖3示意性示出了圖1中光掩模的透射率曲線。
[0030] 圖4和圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的使用圖1的劑量圖的光刻曝光工 藝期間的各個曝光強度曲線的示意圖。
[0031] 圖6和圖7是使用圖1的光掩模的相應(yīng)光刻膠層中的潛在光刻膠圖案的頂視圖。
[0032] 圖8至圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例并使用圖1的光掩模構(gòu)造的半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)處于各個制造階段的截面圖。
[0033] 圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例構(gòu)造的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的流程 圖。
[0034] 圖22是形成1C圖案和基于1C圖案制造光掩模的方法的流程圖。
[0035] 圖23是在另一個實施例中根據(jù)本發(fā)明的方面構(gòu)造的光掩模的頂視圖。
[0036] 圖24不意性不出了在使用圖23的光掩模的光刻曝光工藝中的曝光強度輪廓。
[0037] 圖25是使用圖23的光掩模的相應(yīng)光刻膠層中的潛在光刻膠圖案的頂視圖。

【具體實施方式】
[0038] 應(yīng)該理解，為了實施各個實施例的不同特征，下面的公開內(nèi)容提供了很多不同的 實施例或?qū)嵗?。下面描述了部件和布置的特定實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實例 而不旨在限制。此外，在各個實例中，本發(fā)明可重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。這種重復(fù)是為了 簡化和清楚的目的，且其本身不代表所論述的各個實施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。此外，在 下面的說明書中，第一部件形成在第二部件上方或之上可包括第一部件和第二部件以直接 接觸的方式形成的實施例，并且也可包括可在第一部件和第二部件之間形成額外的部件， 從而使第一部件和第二部件可不直接接觸的實施例。
[0039] 圖1是光掩模(中間掩?；蜓谀?10的頂視圖，而圖2是根據(jù)一個實施例構(gòu)造的沿 虛線AA'的光掩模10的截面圖。掩模10用于通過諸如紫外（UV)光刻或深UV (DUV)光刻 的單次光刻曝光(或暴露，通常交換使用術(shù)語"暴露"和"曝光"）工藝圖案化兩個或多個光 刻膠層。
[0040] 掩模10包括掩模襯底12,在使用掩模10的光刻曝光工藝期間掩模襯底12對曝光 輻射(諸如紫外-UV光束或深UV-DUV光束）具有第一透射率S1。在本實施例中，掩模襯底 12是諸如熔融石英襯底的透明襯底。為便于說明本實施例，將第一透射率S1指定為100%， 且相對于S1限定透射率S2和S3。
[0041] 掩模10包括設(shè)置在掩模襯底12上的第一掩模材料層14。第一掩模材料層14對 曝光輻射具有第二透射率S2。第二透射率S2小于第一透射率S1。在本實例中，第二透射率 S2介于約20%和約80%之間。第一掩模材料層14部分地衰減曝光福射。第一掩模材料層 14的透射率由它的組成和厚度確定。在本實施例中，第一掩模材料層14包括鑰硅（MoSi)。 此外，第一掩模材料層14被沉積為具有根據(jù)曝光輻射的波長調(diào)節(jié)的Mo和Si的比率以用于 期望的折射率（η)和消光系數(shù)（k)。第一掩模材料層14被設(shè)計為具有合適的厚度以用于期 望的透射率。在一個實例中，第一掩模材料層14的厚度介于約5nm和約40nm之間。可選 地，第一掩模材料層14包括諸如硅酸鋯（ZrSiO)、氮化硅（SiN)和/或氮化鈦（TiN)的其他 衰減材料。
[0042] 掩模10包括設(shè)置在第一掩模材料層14上的第二掩模材料層16。第二掩模材料層 16對曝光輻射具有第三透射率S3。第三透射率S3小于第二透射率S2。在本實例中，第二 掩模材料層16大幅衰減曝光輻射，并且第三透射率S3為約0%或小于6%。在本實施例中， 第二掩模材料層16包括鉻（Cr)。在一個實例中，由Cr組成的第二掩模材料層16的厚度介 于約5nm和約80nm之間?？蛇x地，第二掩模材料層16可包括其他合適的衰減材料。
[0043] 如上所述，相對于S1來限定透射率S2和S3。在本實施例中，用不同的方式陳述， 第三透射率S3小于第一透射率S1的6%，且第二透射率S2介于第一透射率S1的約20%和 約80%之間。
[0044] 掩模10可包括形成在第二掩模材料層上的覆蓋層以防止在使用掩模10的光刻曝 光工藝期間的反射。例如，覆蓋層包括MoSi且與第二掩模材料層16 -起被圖案化。
[0045] 圖案化第一掩模材料層14和第二掩模材料層16以形成具有相應(yīng)的透射率S1、S2 和S3的各個部件。因此，掩模10也稱為3狀態(tài)（state)掩模。處于不同掩模狀態(tài)的各個 部件對使用掩模10的光刻曝光工藝期間的曝光輻射響應(yīng)不同。
[0046] 根據(jù)具有兩層圖案的集成電路（1C)圖案，圖案化第一和第二掩模材料層以形成各 個溝槽(開口）。具體地，根據(jù)第一層圖案來圖案化第一掩模材料層14,并且根據(jù)第二層圖案 來圖案化第二掩模材料層16。作為實例以用于說明，圖案化第一掩模材料層14以形成一個 或多個開口 18。圖案化第二掩模材料層16以形成一個或多個開口 20。
[0047] 掩模10中的各個開口限定1C圖案中的各個部件。在本實施例中，開口 18限定集 成電路的第一層圖案中的第一部件(也由標(biāo)號18表不)，且開口 20限定集成電路的第二層 圖案中的第二部件(也由標(biāo)號20表示)。第一層圖案和第二層圖案是集成電路的一部分。例 如，第一層圖案是具有一個或多個通孔部件的通孔圖案，而第二層圖案是具有一條或多條 金屬線的金屬線圖案。通孔圖案和金屬線圖案共同是集成電路中的互連結(jié)構(gòu)的一部分。
[0048] 特別地，掩模10中的各個部件被指定為相應(yīng)的狀態(tài)。第一層圖案中的第一部件18 與具有第一透射率S1的第一狀態(tài)相關(guān)。第二層圖案中的部件20與具有第二透射率S2的 第二狀態(tài)相關(guān)。沒有圖案的區(qū)域稱為場（field) 22。場與具有第三透射率S3的第三狀態(tài) 關(guān)聯(lián)。
[0049] 來自第一和第二層圖案的各個部件組合在一起并共同地限定在掩模10中。具體 地，當(dāng)?shù)谝粚訄D案和第二層圖案都形成在半導(dǎo)體晶圓上時，根據(jù)它們之間相應(yīng)的空間位置 關(guān)系，將第一層圖案和第二層圖案適當(dāng)?shù)亟M合。在本實例中，當(dāng)?shù)谝徊考?8和第二部件20 都形成在半導(dǎo)體晶圓上時，將第一部件18與第二部件20對準(zhǔn)用于互連結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)碾姎獠?線。如圖1所示，在掩模10中，第一部件18與第二部件20重疊。
[0050] 在本實施例中，第一部件18在X方向上具有第一尺寸Vx，且第二部件20在X方向 上具有第二尺寸Lx。Vx小于Lx。第二部件20是定向在與X方向垂直的Y方向中的線部 件。
[0051] 通過合適的步驟形成掩模10。在一個實施例中，通過諸如物理汽相沉積（PVD)的 合適方法依次地沉積第一和第二掩模材料層。然后通過包括光刻膠涂布、光刻曝光、顯影、 蝕刻和光刻膠去除的光刻圖案化步驟圖案化第二掩模材料層16。類似地，通過另一個光刻 圖案化步驟圖案化第一掩模材料層14。可選地，可通過結(jié)合于此的專利申請(客戶編號： 2013-0782/20461. 2605)中公開的方法形成掩模10。具體地，根據(jù)具有三種劑量水平(分別 限定第一部件18、第二部件20和場22)的劑量圖，使用電子束光刻曝光工藝圖案化設(shè)置在 掩模襯底12上的掩模材料層。
[0052] 圖3還示意性示出了沿虛線A-A'的掩模10的透射率曲線?？v軸代表透射率"T"， 且橫軸代表沿X方向的尺寸。
[0053] 由光刻圖案化工藝使用掩模10。通過單次光刻曝光工藝，將掩模10中的各個部件 分別轉(zhuǎn)印至兩個或多個光刻膠層。
[0054] 圖8是將被使用掩模10的光刻圖案化工藝圖案化的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的截面圖。 結(jié)合圖1至圖8,共同地詳細(xì)描述掩模10、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100和用于圖案化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100方 法。
[0055] 結(jié)構(gòu)100包括襯底102和設(shè)置在襯底102上的材料層104。根據(jù)不同的實施例，材 料層104可包括具有相同或不同材料的多層膜。在一個實例中，材料層104包括第一介電 材料層和設(shè)置在第一介電層上的第二介電材料層。可在第一介電材料層和第二介電材料層 之間設(shè)置諸如蝕刻停止層的中間材料層。
[0056] 第一光刻膠層108涂布在材料層104上，且第二光刻膠層112設(shè)置在第一光刻膠 層108上。第一光刻膠層108和第二光刻膠層112在組成上可以不同。例如，具有不同的 光刻膠組成，兩個光刻膠層具有不同的敏感性(曝光閾值)。在一個實施例中，可在光刻膠層 之間和/或在光刻膠層下方形成其他材料層(諸如106和110)以用于一個或多個目的(諸 如衰減和/或隔離)。
[0057] 參考圖4至圖7,描述兩個光刻膠層108和112的曝光的一種方法是考慮兩個光刻 膠層的曝光強度。
[0058] 圖4示出了第二光刻膠層112的曝光強度曲線36,在本實施例中，第二光刻膠層 112是兩個光刻膠層中的上部的光刻膠層。具體地，圖4用圖示出了與圖3中示出的沿掩模 10的虛線A-A'的透射率曲線相應(yīng)的將被曝光的第二光刻膠層112的寬度方向(橫坐標(biāo)）的 曝光強度分布(縱坐標(biāo))。
[0059] 圖5示出了第一光刻膠層108的曝光強度曲線38,在本實施例中，第一光刻膠層 108是兩個光刻膠層中的下部的光刻膠層。具體地，圖5用圖示出了與沿掩模10中的虛線 A-A'的透射率曲線相對應(yīng)的將被曝光的第一光刻膠層108的寬度方向（橫坐標(biāo)）的曝光強 度分布(縱坐標(biāo))。由于各種因素(包括來自第二光刻膠層112以及額外來自材料層110(如 果存在）的曝光輻射的衰減和散射)，曝光強度曲線38可能與曝光強度曲線36不同。
[0060] 如圖7和圖6所示，通過使用其上限定有1C圖案的掩模10的單次光刻曝光工藝， 潛在圖案40和42分別形成在第一光刻膠層108和第二光刻膠層112上。光刻膠層的潛在 圖案指的是光刻膠層上的曝光的圖案，諸如通過顯影工藝，其最后成為物理光刻膠圖案。在 目前情況下，圖6和圖7中示出的潛在圖案是曝光強度等于或大于相應(yīng)的曝光閾值的曝光 部分的相應(yīng)圖像。
[0061] 在本實施例中，如圖7所示，第一光刻膠層108上的潛在圖案40包括第一部件48。 如圖6所示，第二光刻膠層112上的潛在圖案42包括第二部件46。第二光刻膠層112上的 潛在圖案42和第一光刻膠層108上的潛在圖案40彼此不同。因此，通過一次曝光工藝，兩 個光刻膠層被曝光為具有相應(yīng)的圖案。這將在下面進(jìn)一步解釋。
[0062] 每一種光刻膠材料對輻射都具有其相應(yīng)的曝光閾值。當(dāng)曝光強度等于或大于曝光 閾值時，光刻膠的相應(yīng)部分發(fā)生化學(xué)變化，從而使它在顯影工藝中將被顯影(例如，當(dāng)光刻 膠為正性時，通過顯影劑將其去除)。當(dāng)曝光強度小于曝光閾值時，光刻膠的相應(yīng)部分不發(fā) 生將被顯影的化學(xué)變化(例如，當(dāng)光刻膠為正性時，在顯影工藝期間被保留）。應(yīng)該理解，術(shù) 語"變化"意思是光刻膠充分變化以不同地響應(yīng)，例如，在顯影工藝中曝光的正性光刻膠響 應(yīng)。在光刻膠是正性的一個實例中，只有在曝光強度等于或大于曝光閾值時曝光的光刻膠 部分在顯影工藝期間通過合適的顯影劑去除。光刻膠中未曝光或曝光強度小于曝光閾值的 曝光的其他部分在顯影工藝之后仍然保留。
[0063] 在光刻膠是負(fù)性的另一個實例中，在顯影工藝期間，光刻膠中未曝光部分或曝光 強度小于曝光閾值的曝光部分通過合適的顯影劑去除。光刻膠中曝光強度等于或大于曝光 閾值的曝光的其他部分在顯影工藝之后仍然保留。
[0064] 在本實施例中，第一光刻膠層和第二光刻膠層都是正性的。在使用掩模10的光 刻曝光工藝期間，由于一種或多種因素，曝光第一光刻膠層和第二光刻膠層以分別形成圖7 和圖6中所示的潛在圖案40和42。
[0065] 在一個實施例中，第一光刻膠層和第二光刻膠層被設(shè)計為具有不同的曝光閾值。 第一光刻膠層108具有相對較高的曝光閾值T hl，且第二光刻膠層112具有相對較低的曝光 閾值Th2,即，小于第一光刻膠層的曝光閾值。
[0066] 在圖4中，第二光刻膠層112的曝光強度曲線36包括與第二部件20和第一部件 18相對應(yīng)的部分。因此，曝光強度曲線36包括具有與第二透射率狀態(tài)（S2)相關(guān)的強度12 的肩峰（st印shoulder) 52。曝光強度曲線36還包括具有與第一透射率狀態(tài)（S1)相關(guān)的 強度Ii的峰54。設(shè)計第二光刻膠層112的光刻膠材料、掩模10和曝光輻射強度，從而使得 第二曝光閾值T h2小于強度12。因此，如圖6所示，在光刻曝光工藝期間，掩模10中的第二 部件20被成像以在潛在圖案42中形成第二部件46。第一部件18也成像至潛在圖案42， 但第一部件18與第二部件46重疊。
[0067] 在圖5中，第一光刻膠層108的曝光強度曲線38包括與掩模10的第一部件18和 第二部件20相對應(yīng)的部分。因此，曝光強度曲線38包括具有與第二透射率狀態(tài)（S2)相關(guān) 的強度14的肩峰58。曝光強度曲線38還包括具有與第一透射率狀態(tài)（S1)相關(guān)的強度1 3 的峰60。由于一個或多個衰減機制，強度13和14可分別小于強度^和12。設(shè)計第一光刻 膠層108的光刻膠材料、掩模10和曝光福射強度，從而使得第一閾值Thl小于強度13但大 于強度1 4。因此，如圖7所示，在光刻曝光工藝期間，掩模10的第二部件20未成像在潛在 圖案中，但是掩模10的第一部件18被成像以在潛在圖案40中形成第一潛在部件48。
[0068] 由于第一光刻膠層108具有更高的曝光閾值Thl，所以通過光刻曝光工藝形成在第 一光刻膠層108上的第一潛在圖案40與第二光刻膠層112上的潛在圖案不同。通過使用 掩模10的一次光刻曝光工藝，兩個不同的潛在圖案40和42分別形成在兩個光刻膠層108 和112中。
[0069] 通過適當(dāng)?shù)剡x擇1C圖案中各個部件的尺寸，如掩模10上所限定的，第一和第二潛 在圖案形成在相應(yīng)光刻膠層上，其中適當(dāng)尺寸（晶圓上尺寸或DOW)的對應(yīng)部件具有最佳焦 點（BF)。在一個實例中，根據(jù)第一尺寸偏差調(diào)節(jié)第一層圖案的第一部件18以在第一光刻膠 層108中形成具有合適尺寸的潛在圖案40。根據(jù)與第一尺寸偏差不同的第二尺寸偏差調(diào)節(jié) 第二層圖案的第二部件20以在第二光刻膠層112中形成具有合適尺寸的相應(yīng)的潛在圖案 42。
[0070] 在圖1所示的一個實例中，相對于第二部件20的相應(yīng)尺寸Lx，第一部件18被設(shè)計 為在X方向上具有第一尺寸Vx，其中，Vx小于Lx。
[0071] 對于光刻曝光工藝，掩模10被設(shè)計為對第一層圖案和第二層圖案中的部件具有 不同的偏差。偏差包括兩個或多個自由度(包括尺寸和透射率）以調(diào)節(jié)各個部件的CD。
[0072] 在另一個實施例中，提供了衰減機制，從而使對第一光刻膠層的曝光強度小于對 第二光刻膠層的曝光強度，以在相應(yīng)的光刻膠層上形成不同的潛在圖案。在這個實施例中， 可將第一光刻膠層108的曝光閾值選擇為與第二光刻膠層112的曝光閾值相同或可選地不 同。在一個實例中，第二光刻膠層112衰減曝光福射，使得只有一部分曝光光束到達(dá)第一光 刻膠層。在圖8中示出的另一個實例中，衰減材料層110插入到第一和第二光刻膠層之間。 衰減材料層110吸收曝光輻射，使得到達(dá)第一光刻膠層108的曝光光束僅僅是投射到第二 光刻膠層112上的曝光福射的一部分。因此，對第一光刻膠層108的曝光強度小于對第二 光刻膠層112的曝光強度。因此，基于曝光強度和曝光閾值，第一光刻膠層108上的潛在圖 案與形成在第二光刻膠層112上的潛在圖案不同。特別地，當(dāng)與第一光刻膠層108相關(guān)的 第一曝光閾值T hl大于14且小于13時(如圖5所不)，限定于掩模10中的第二部件20未成 像至第一光刻膠層108。通過光刻曝光工藝，第一部件18成像至第一光刻膠層108,從而形 成如圖7所示的潛在圖案40。相比之下，與第二光刻膠層112相關(guān)的第二曝光閾值T h2小 于Ii和12 (如圖4所示)，限定于掩模10中的第一部件18和第二部件20均成像至第二光 刻膠層112,從而形成如圖6所示的潛在圖案42。
[0073] 在各個實施例中，通過適當(dāng)?shù)剡x擇掩模10的透射率；通過調(diào)節(jié)光刻膠材料來選擇 曝光閾值；通過各個衰減機制(光刻膠或插入衰減材料層)來選擇曝光強度；調(diào)節(jié)1C圖案中 的各個部件的各個尺寸或它們的組合，在具有合適尺寸的相應(yīng)光刻膠層上形成不同的潛在 圖案。
[0074] 然后，對兩個光刻膠層進(jìn)行顯影以在第一光刻膠層中形成第一光刻膠圖案和在第 二光刻膠層中形成第二光刻膠圖案。接著進(jìn)行其他制造操作以將兩個光刻膠圖案轉(zhuǎn)印至襯 底。在一個實例中，執(zhí)行一個或多個蝕刻操作以將兩個光刻膠圖案轉(zhuǎn)印至襯底上的相應(yīng)的 下層材料層。
[0075] 根據(jù)公開的方法，同時曝光兩個光刻膠層以通過一次光刻曝光工藝形成相應(yīng)的圖 案。因此，減少了制造成本和制造周期。各個實施例中可表現(xiàn)出其他益處。因此，在一個實 施例中，兩個光刻膠圖案、轉(zhuǎn)印至下層材料層的兩個相應(yīng)圖案固有地對準(zhǔn)，這是因為它們是 由相同的1C圖案壓印的。
[0076] 圖8至圖20是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100在各個制造階段的截面圖。結(jié)合圖1至圖20,根據(jù) 一個實施例，下面進(jìn)一步描述使用掩模10同時圖案化兩個光刻膠層的方法和由此制造的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0077] 參考圖8,提供了半導(dǎo)體襯底102。在本實施例中，半導(dǎo)體襯底102包括硅。可選 地，襯底102包括鍺、硅鍺或其他合適的半導(dǎo)體材料(諸如金剛石、碳化硅或砷化鎵)。襯底 102還可包括額外的部件和/或材料層，諸如形成在襯底中的各個隔離部件。襯底102可包 括被配置和連接為形成各個器件和功能性部件的各個P型摻雜區(qū)和/或η型摻雜區(qū)。使用 合適的工藝(諸如在各個步驟和技術(shù)中的離子注入)可獲得所有的摻雜部件。襯底102可包 括諸如淺溝槽隔離（STI)部件的其他部件。襯底102也可包括：互連結(jié)構(gòu)的一部分，互連結(jié) 構(gòu)包括各個金屬層中的金屬線、在相鄰金屬層中的金屬線之間提供垂直連接的通孔部件； 以及接觸部件，在第一金屬層中的金屬線之間和襯底上的各種器件部件(諸如柵極、源極和 漏極）之間提供垂直互連。
[0078] 仍參考圖8,在襯底102上形成各個材料層。在本實施例中，在襯底102上形成介 電材料層104。介電材料層104可包括多個介電膜。在本實施例中，介電材料層104包括 形成在襯底102上的第一層間介電（ILD)材料層104Α。第一 ILD材料層104Α包括介電材 料，諸如氧化硅、低k介電材料、其他合適的介電材料或它們的組合。
[0079] 介電材料層104包括形成在第一 ILD材料層104A上方的第二ILD材料層104B。 第二ILD材料層104B在組成和形成上類似于第一 ILD材料層104A。例如，第二ILD材料層 104B包括介電材料，諸如氧化娃、低k介電材料、其他合適的介電材料或它們的組合。
[0080] 介電材料層104包括形成在第一和第二ILD材料層之間的蝕刻停止層104C。蝕刻 停止層104C對ILD材料具有蝕刻選擇性并在隨后的圖案化ILD材料層的操作期間具有停 止蝕刻的功能。蝕刻停止層104C在組成上與ILD材料層不同，并且包括其他介電材料，諸 如氮化硅、氮氧化硅或碳化硅?？赏ㄟ^諸如化學(xué)汽相沉積（CVD)、旋涂或其他合適的方法的 合適技術(shù)沉積各個介電材料層。
[0081] 隨后在介電材料層104上形成兩個光刻膠層。具體地，在介電材料層104上方形 成第一光刻膠層108。通過旋涂或其他合適的技術(shù)形成第一光刻膠層108。在第一光刻膠 層108上方形成第二光刻膠層112。通過旋涂或其他合適的技術(shù)形成第二光刻膠層112。在 涂布每一個光刻膠層的之后，可接著進(jìn)行諸如烘烤的其他步驟。根據(jù)各個實施例，第一光刻 膠層和第二光刻膠層可具有彼此相似或不同的組成。兩個光刻膠層包括對曝光輻射敏感的 相同或不同的光刻膠材料。
[0082] 在一個實施例中，第二光刻膠層112與第一光刻膠層108不同且其直接形成在第 一光刻膠層108上。第一和第二光刻膠層被配置為完全溶解在不同的、獨立的顯影劑中。 具體地，第一顯影劑用于顯影第一光刻膠層108而第二顯影劑用于顯影第二光刻膠層112。 第一顯影劑與第二顯影劑不同。第一光刻膠層可溶解在第一顯影劑中，但是不能溶解在第 二顯影劑中。第二光刻膠層可溶解在第二顯影劑中，但是不能溶解在第一顯影劑中。在另 一個實施例中，雖然兩個光刻膠是互相不溶的，但是它們可溶解在相同的顯影劑中。在一個 實例中，第一和第二光刻膠層被選擇為具有不同的曝光閾值。在另一個實例中，在光刻曝光 工藝期間，第二光刻膠層112衰減曝光輻射，從而使得投射到第二光刻膠層112上的曝光輻 射被部分吸收且僅有一部分曝光輻射到達(dá)第一光刻膠層108。因此，對第一光刻膠層和第二 光刻膠層的曝光強度是不同的。具體地，對第一光刻膠層108的曝光強度小于對第二光刻 膠層112的曝光強度。在這種情況下，第一和第二光刻膠層的曝光閾值可選擇為相同或不 同。在另一個實例中，第一光刻膠層108的厚度介于約20nm和約60nm之間。在另一個實 例中，第二光刻膠層112的厚度介于約20nm和約40nm之間。
[0083] 在另一個實施例中，在第一光刻膠層和第二光刻膠層之間形成材料層110。在這一 實施例中，兩個光刻膠層在組成上可以相同或不同。材料層110插入到它們之間以發(fā)揮一 種或多種功能。在一個實例中，如果兩個光刻膠層相互可溶，則材料層110將第一光刻膠層 和第二光刻膠層彼此分離開。在另一個實例中，材料層110發(fā)揮吸收曝光輻射的功能，從而 使投射到第二光刻膠層112的曝光輻射被部分地吸收且只有一部分曝光輻射到達(dá)第一光 刻膠層108。因此，對第一光刻膠層108的曝光強度小于對第二光刻膠層112的曝光強度。 在另一個實例中，在隨后的操作期間材料層110用作硬掩模以圖案化介電材料層104。在涂 布第二光刻膠層112之前，在第一光刻膠層108上形成材料層110。
[0084] 材料層110包括諸如氧化鋁（A1203)、氧化硅（Si0 2)、氮化硅（SiN)、氧化鈦（TiO)的 或其他合適的材料的介電材料。通過不會損害下面的光刻膠層108的旋涂或低溫沉積形成 材料層110。例如，通過旋涂來沉積氧化鋁的材料層110。在另一個實例中，通過低溫沉積 (諸如低溫CVD)形成二氧化硅、氮化硅或氧化鈦的材料層110。在一個實例中，材料層110 的厚度介于約l〇nm和約20nm之間。
[0085] 在另一個實施例中，在介電材料層104和第一光刻膠層108之間形成第二材料層 106。在本實施例中，在隨后的操作期間第二材料層106用作硬掩模層以圖案化介電材料層 104。材料層106可以與材料層110不同或可選地相同。例如，材料層106可包括氧化鋁。 在涂布第一光刻膠層108之前，在介電材料層104上形成第二材料層106。第二材料層106 可包括一層或多層膜以增強圖案化介電材料層104的操作。
[0086] 參考圖9,使用掩模10實施光刻曝光工藝以同時曝光第一和第二光刻膠層，從而 在相應(yīng)的光刻膠層上形成潛在圖案。在光刻曝光工藝期間，限定在掩模10中的1C圖案被 成像至第二光刻膠層112和第一光刻膠層108。在第一光刻膠層108中形成第一潛在圖案 40,并且在第二光刻膠層112中形成第二潛在圖案42。潛在圖案指光刻膠層中已曝光但未 顯影部分。如結(jié)合圖1至圖7的以上描述，由于曝光強度不同、曝光閾值不同或兩者皆不同， 第一和第二潛在圖案彼此不同。然而，由于第一和第二潛在圖案都是限定在掩模10上的相 同1C圖案的圖像，所以第一和第二潛在圖案是相關(guān)的。在本實例中，第一潛在圖案40包括 與限定在掩模10中的通孔部件18相關(guān)的第一潛在部件48,并且第二潛在圖案42包括與限 定在掩模10中的線部件20相關(guān)的第二潛在部件46?？稍诠饪唐毓夤に囍髮嵤┲T如曝光 后烘焙（PEB)的其他操作。
[0087] 參考圖10,通過相應(yīng)的顯影劑對第二光刻膠層112進(jìn)行顯影。在本實施例中，第 一和第二光刻膠層都是正性的。在顯影劑中去除第二光刻膠層112的曝光部分(潛在部件 46)，從而形成具有與第二潛在部件46相關(guān)的開口 118的圖案化的第二光刻膠層。可在光 刻曝光工藝之后實施諸如硬烘焙的其他操作。
[0088] 參考圖11，應(yīng)用蝕刻工藝以選擇性地蝕刻材料層110并去除材料層110在開口 118內(nèi)對準(zhǔn)的部分。適當(dāng)?shù)剡x擇蝕刻工藝和蝕刻劑以在不損害光刻膠的情況下選擇性地蝕 刻。
[0089] 參考圖12,通過相應(yīng)的顯影劑對第一光刻膠層108進(jìn)行顯影。在本實施例中，第一 光刻膠層是正性的。在顯影劑中去除曝光部分(第一潛在部件48)，從而形成具有與第一潛 在部件48相關(guān)的開口 120的圖案化的第一光刻膠層。可在光刻曝光工藝之后實施諸如硬 烘焙的其他操作。
[0090] 參考圖13,應(yīng)用另一個蝕刻工藝以選擇性蝕刻第二材料層106,以去除開口 120內(nèi) 的部分。
[0091] 參考圖14,可通過諸如濕法剝離或等離子體灰化的合適工藝去除第二光刻膠層 112。
[0092] 應(yīng)用其他操作以將開口 118和120轉(zhuǎn)印至相應(yīng)的材料層。下面將進(jìn)一步描述一個 實施例。
[0093] 參考圖15,應(yīng)用蝕刻工藝以在開口 120內(nèi)選擇性地蝕刻第二ILD材料層104B，從 而在第二ILD材料層104B中形成溝槽122。蝕刻工藝在蝕刻停止層104C上停止。適當(dāng)?shù)?選擇蝕刻工藝以形成溝槽122。例如，可應(yīng)用干蝕刻、濕蝕刻或它們的組合以將開口 120轉(zhuǎn) 印至第二ILD材料層104B，從而形成溝槽122。
[0094] 參考圖16,使用合適的蝕刻技術(shù)和蝕刻劑，應(yīng)用另一個蝕刻工藝以在溝槽122內(nèi) 選擇性地蝕刻蝕刻停止層104C。在一個實施例中，可應(yīng)用濕蝕刻以打開蝕刻停止層104C。 例如，蝕刻停止層104C包括二氧化硅，可將氫氟酸（HF)用作蝕刻劑以蝕刻蝕刻停止層 104C。
[0095] 參考圖17,應(yīng)用修剪工藝以修剪第一光刻膠層108,從而將開口 118從材料層110 轉(zhuǎn)印至第一光刻膠層108。通過修剪工藝去除第一光刻膠層108中未被覆蓋部分。在一個 實施例中，修剪工藝類似于光刻膠剝離工藝。例如，修剪工藝實施濕法剝離。
[0096] 參考圖18,應(yīng)用蝕刻工藝應(yīng)以在開口 118內(nèi)蝕刻材料層106,從而將開口 118轉(zhuǎn)印 至材料層106。在一個實施例中，材料層106和材料層110包括相同的材料(諸如氧化鋁)， 蝕刻工藝打開材料層106并同樣去除材料層110。
[0097] 參考圖19,將材料層106用作蝕刻掩模，應(yīng)用另一個蝕刻工藝以選擇性地蝕刻第 一 ILD材料層104A和第二ILD材料層104B，從而在第一 ILD材料層104A中形成第一溝槽 124以用于通孔部件，并且在第二ILD材料層104B中形成第二溝槽126以用于金屬線。在 本實施例中，第一和第二ILD材料層包括相同的介電材料。蝕刻工藝對第一和第二ILD材 料層進(jìn)行凹進(jìn)。適當(dāng)?shù)剡x擇蝕刻工藝以用于選擇性蝕刻。例如，可應(yīng)用干蝕刻以在相應(yīng)的 ILD材料層中形成通孔溝槽124和金屬線溝槽126。
[0098] 在一些實施例中，另一個蝕刻停止層被設(shè)置在襯底102和第一 ILD材料層104A之 間，從而使得蝕刻工藝適當(dāng)?shù)赝Ｖ乖谖g刻停止層上。在這種情況下，隨后可通過另一個蝕刻 打開蝕刻停止層以用于合適的電連接。在另一個實施例中，在第一 ILD材料層下方形成下 層金屬層且通孔溝槽126與下層金屬線適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)以用于電連接。隨后可實施其他操作。 例如，可通過濕法剝離或等離子體灰化去除第一光刻膠層108。
[0099] 雖然根據(jù)一個或多個實施例，在上面提供了形成通孔溝槽124和金屬線溝槽126 的步驟，但是使用圖案化的第一和第二光刻膠層，可以可選地應(yīng)用其他步驟以形成通孔溝 槽124和金屬線溝槽126。
[0100] 在不存在材料層110的另一個實施例中，省去應(yīng)用于材料層110的各個蝕刻操作。
[0101] 參考圖20,通過合適的步驟形成通孔部件128和金屬線130。在一個實施例中，通 過諸如物理汽相沉積（PVD)的沉積、鍍或它們的組合將諸如金屬或金屬合金的導(dǎo)電材料填 充在通孔溝槽124和金屬線溝槽126 (圖19)中。應(yīng)用化學(xué)機械拋光（CMP)工藝以去除過 量的導(dǎo)電材料且平坦化頂面。
[0102] 在另一個實施例中，材料層106可用作拋光停止層且可在CMP工藝之后通過蝕刻 工藝去除。在一個特定實例中，將銅用作導(dǎo)電材料。進(jìn)一步說明這個實例，通過PVD形成銅 晶種層。此后，通過鍍將塊狀銅填充在溝槽124和126中。隨后應(yīng)用CMP工藝以去除過量 的銅且平坦化頂面。在又一個實施例中，在以導(dǎo)電材料填充溝槽之前，在通孔溝槽124和金 屬線溝槽126的側(cè)壁上形成諸如氮化鈦的襯墊材料。通過諸如PVD或CVD的合適的技術(shù)沉 積襯墊層。襯墊層可用作擴(kuò)散阻擋層和粘合層以使互連結(jié)構(gòu)完整。
[0103] 雖然未示出，但是可存在其他處理操作以形成諸如源極區(qū)和漏極區(qū)的各個摻雜區(qū) 和/或諸如柵電極的器件部件。在一個實例中，襯底可以可選地包括將通過公開的方法被 圖案化的其他材料層(諸如另一個圖案化的金屬層)。在另一個實例中，額外的圖案化步驟 可應(yīng)用于襯底以形成柵極堆疊件。在另一個實例中，通過諸如離子注入的傳統(tǒng)摻雜工藝形 成具有η型摻雜劑或p型摻雜劑的源極和漏極部件。
[0104] 圖21是根據(jù)一個或多個實施例的各個方面構(gòu)造的通過單次光刻曝光工藝將兩個 光刻膠層曝光為具有相應(yīng)的潛在圖案的方法200的流程圖。方法200開始于202,提供諸如 半導(dǎo)體晶圓的襯底。襯底還可包括一個或多個材料層，諸如一個或多個圖案化的層或?qū)⒈?圖案化的一個或多個層。
[0105] 在操作204中，在襯底上形成第一光刻膠層。第一光刻膠層的形成包括通過諸如 旋涂的合適技術(shù)在襯底上涂布第一光刻膠層。諸如烘焙的其他制造步驟可進(jìn)一步應(yīng)用于第 一光刻膠層。
[0106] 在操作206中，在第一光刻膠層上形成第二光刻膠層。第二光刻膠層的形成包括 通過諸如旋涂的合適技術(shù)在襯底上涂布第二光刻膠層。諸如烘焙的其他制造步驟可進(jìn)一步 應(yīng)用于第二光刻膠層。
[0107] 第一光刻膠層和第二光刻膠層在組成上可以相同或不同。在一個實施例中，第二 光刻膠層在曝光閾值上與第一光刻膠層不同。在另一個實施例中，由于第一光刻膠層和第 二光刻膠層相互不溶，所以第二光刻膠層與第一光刻膠層不同。在另一個實施例中，材料層 插入到第一光刻膠層和第二光刻膠層之間以用于隔離、衰減和/或蝕刻掩模。
[0108] 方法200繼續(xù)進(jìn)行操作208,使用具有三種狀態(tài)的掩模10實施光刻曝光工藝以同 時曝光第一和第二光刻膠層，從而在第一光刻膠層中形成第一潛在圖案和在第二光刻膠層 中形成第二潛在圖案。第一圖案和第二圖案彼此不同且限定將被轉(zhuǎn)印在不同材料層中的相 應(yīng)圖案。
[0109] 根據(jù)使用的具有三種狀態(tài)的掩模10,光刻曝光工藝對兩個光刻膠層曝光。三種狀 態(tài)S1、S2和S3被構(gòu)造為根據(jù)兩層圖案限定各個部件。特別地，限定在掩模10中的1C圖案 包括用于第一層圖案的多個第一部件和用于第二層圖案的多個第二部件。多個第一部件限 定在掩模10的第一狀態(tài)S1中且多個第二部件限定在掩模10中的第二狀態(tài)S2中。
[0110] 在掩模10中，根據(jù)曝光閾值和對曝光強度的衰減，設(shè)計各個狀態(tài)的透射率以及第 一層圖案和第二層圖案的尺寸，從而使第一層圖案中的部件和第二層圖案中的部件分別成 像至第一光刻膠層和第二光刻膠層，以形成具有合適尺寸的相應(yīng)的潛在圖案?？蓤?zhí)行其他 步驟。在一個實施例中，在光刻曝光工藝之后，曝光后烘烤工藝可應(yīng)用于第一和第二光刻膠 層。
[0111] 方法200繼續(xù)進(jìn)行操作210,顯影第二光刻膠層以形成圖案化的第二光刻膠層。從 而將具有第二潛在圖案的第二光刻膠層轉(zhuǎn)化為具有多個開口的圖案化的第二光刻膠層。在 一個實施例中，第二光刻膠層是正性的，且通過相應(yīng)的顯影劑去除第二光刻膠層中與第二 潛在圖案相關(guān)的部分，從而在第二光刻膠層（具有由第二潛在圖案轉(zhuǎn)化來的第二圖案的第 二光刻膠層）中形成開口。
[0112] 方法200繼續(xù)進(jìn)行操作212,顯影第一光刻膠層以形成圖案化的第一光刻膠層。具 有第一潛在圖案的第一光刻膠層被轉(zhuǎn)化為具有多個開口的圖案化的第一光刻膠層。在一個 實施例中，第一光刻膠層是正性的，且通過相應(yīng)的顯影劑去除第一光刻膠層中與第一潛在 圖案相關(guān)的部分，從而在第一光刻膠層中形成開口。此后，可實施其他步驟。在一個實施例 中，一個或多個烘焙工藝可共同地或分別地應(yīng)用于第一和第二光刻膠層。
[0113] 方法200繼續(xù)進(jìn)行操作214,將第一圖案和第二圖案轉(zhuǎn)印至襯底或襯底上的下層 材料層。操作214可包括一個或多個蝕刻工藝，諸如與圖8至圖20相關(guān)的那些多個實施例。 在一個實施例中，在相應(yīng)的ILD材料層中形成通孔溝槽和金屬線溝槽。在方法200之前、期 間或之后，可執(zhí)行其他制造操作。在一個實施例中，之后實施包括金屬沉積和CMP的步驟以 形成重疊且對準(zhǔn)的通孔部件(或接觸部件）和金屬線。
[0114] 本發(fā)明還提供了產(chǎn)生用于掩模(諸如掩模10)制造的下線數(shù)據(jù)（tape-out data)的 方法。圖22是產(chǎn)生下線數(shù)據(jù)的方法250的流程圖，其中下線數(shù)據(jù)限定其上的1C圖案且用 于制造具有三種狀態(tài)的掩模(本實施例中的圖1中的掩模10)。
[0115] 方法250開始于操作252,接收包括第一層圖案和第二層圖案的1C設(shè)計布局。第 一層圖案被設(shè)計為通過光刻曝光工藝曝光第一光刻膠層，并且進(jìn)一步形成在襯底(諸如半 導(dǎo)體晶圓）上的第一材料層中，且第二層圖案被設(shè)計為通過光刻曝光工藝曝光第二光刻膠 層，并且進(jìn)一步形成在覆蓋第一材料層的第二材料層中。在用于說明的一個實施例中，第一 層圖案包括具有通孔部件(或多個通孔部件）的通孔圖案，且第二層圖案是具有一條金屬線 (或多條金屬線）的金屬線圖案。
[0116] 方法250繼續(xù)進(jìn)行操作254,根據(jù)第一偏差調(diào)節(jié)第一層圖案的第一部件。選擇第一 偏差從而使第一光刻膠層被曝光以形成具有合適尺寸的第一部件(本實例中的通孔部件） 的第一潛在圖案。第一偏差可包括第一強度偏差(通過調(diào)節(jié)第一透射率）和第一尺寸偏差 (通過調(diào)節(jié)第一部件的尺寸)。第一部件的調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)掩模10的第一狀態(tài)中的第一透射 率S1 (由于S1用于限定掩模10中的第一部件，所以S1與第一部件相關(guān)）和調(diào)節(jié)第一部件 的尺寸。當(dāng)在光刻曝光工藝期間形成在半導(dǎo)體晶圓上時，第一部件的透射率和尺寸共同地 確定第一部件的臨界尺寸。當(dāng)?shù)谝粚訄D案包括多個部件時，以同樣的方式調(diào)整每一個部件 直到調(diào)節(jié)完第一層圖案中的所有部件。
[0117] 方法250繼續(xù)進(jìn)行操作256,根據(jù)第二偏差調(diào)節(jié)第二層圖案的第二部件。選擇第 二偏差從而使第二光刻膠層被曝光以形成具有合適尺寸的第二部件(本實例中的金屬線部 件）的第二潛在圖案。第二偏差可包括第二強度偏差(通過調(diào)節(jié)第二透射率）和第二尺寸偏 差(通過調(diào)節(jié)第二部件的尺寸)。第二部件的調(diào)節(jié)包括調(diào)節(jié)掩模10的第二狀態(tài)中的第二透 射率S2 (由于S2用于限定掩模10中的第二部件，所以S2與第二部件相關(guān)）和調(diào)節(jié)第二部 件的尺寸。當(dāng)在光刻曝光工藝期間形成在半導(dǎo)體晶圓上時，第二部件的透射率和尺寸共同 地確定第二部件的臨界尺寸。當(dāng)?shù)诙訄D案包括多個部件時，以同樣的方式調(diào)節(jié)每一個部 件直到調(diào)節(jié)完第二層圖案中的所有部件。
[0118] 第一偏差和第二偏差彼此不同以區(qū)別開曝光強度和在兩個光刻膠層上形成不同 的潛在圖案。
[0119] 在一個實施例中，根據(jù)各個因素確定用于掩模10的掩模材料層(諸如MoSi和Cr)， 調(diào)節(jié)第一部件和第二部件包括分別調(diào)節(jié)掩模材料層的厚度以及第一部件與第二部件的尺 寸。在另一個實施例中，掩模10的掩模材料層(諸如MoSi和Cr)被確定為具有相應(yīng)的組成 和厚度，第一部件和第二部件的調(diào)節(jié)包括分別調(diào)節(jié)第一部件和第二部件的尺寸。
[0120] 通過用于第一層圖案和第二層圖案的不同偏差，實現(xiàn)了第一層圖案和第二層圖案 之間的曝光輻射強度差異。如圖5所示的一個實例，由于偏差不同，因此與第一層圖案相關(guān) 的強度1 3不同于(具體地，大于）與第二層圖案相關(guān)的強度14。由于這一強度差異，在光刻 曝光工藝期間，第一層圖案可被選擇性地成像至第一光刻膠層，而第二層圖案未被成像至 第一光刻膠層(諸如通過選擇不同的曝光閾值和/或衰減)。
[0121] 方法250繼續(xù)進(jìn)行操作258,對調(diào)節(jié)(用不同的透射率并且還可能用尺寸調(diào)節(jié)）的 第一和第二層圖案進(jìn)行組合以形成組合1C圖案。組合1C圖案是與相應(yīng)透射率相關(guān)的調(diào)節(jié) 的第一和第二層圖案的總和。如圖1所示，調(diào)節(jié)的第一層圖案包括具有第一透射率S1且可 能具有第一尺寸偏差的第一部件(通孔部件)18。調(diào)節(jié)的第二層圖案包括具有第二透射率S2 的金屬線20。當(dāng)形成在襯底上時，根據(jù)空間位置關(guān)系(通孔圖案和金屬線圖案之間的空間關(guān) 系)對調(diào)節(jié)的第一和第二層圖案進(jìn)行組合。在圖1示出的實施例中，當(dāng)在襯底中形成通孔部 件18與金屬線20時，在頂視圖中，通孔部件18與金屬線20對準(zhǔn)且重疊。在本實例中，由 于第一偏差與第二偏差不同，在組合1C圖案中，通孔部件18具有尺寸Vx，且金屬線20具有 大于Vx的尺寸Lx。
[0122] 方法250繼續(xù)進(jìn)行操作260,根據(jù)組合1C圖案產(chǎn)生用于掩模制造的下線數(shù)據(jù)。以 合適的格式構(gòu)造限定各個部件和與相應(yīng)的部件相關(guān)的各個狀態(tài)的下線數(shù)據(jù)。特別地，限定 在下線數(shù)據(jù)中的組合1C圖案包括三種狀態(tài)且限定具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的各個部件。特別地，以第 一狀態(tài)S1限定第一層圖案，以第二狀態(tài)S2限定第二層圖案且以狀態(tài)S3限定場。為了進(jìn)一 步說明本實施例，第一層圖案中的第一部件18限定在第一狀態(tài)S1中，第二層圖案中的第二 部件20限定在第二狀態(tài)S2中，以及場限定在第三狀態(tài)S3中。以諸如GDS格式的合適的數(shù) 據(jù)格式限定下線數(shù)據(jù)。
[0123] 方法250可繼續(xù)進(jìn)行操作262,根據(jù)限定具有不同狀態(tài)的組合1C圖案的下線數(shù)據(jù) 制造掩模(本實施例中的掩模10)。上面在圖1和圖2中描述了根據(jù)下線數(shù)據(jù)制造掩模10 的方法。第一掩模材料層14和第二掩模材料層16被沉積在掩模襯底12上且分別根據(jù)限 定在下線數(shù)據(jù)中的第一層圖案和第二層圖案被圖案化。
[0124] 在本實施例中，通過結(jié)合于此的專利申請(客戶編號：2013-0782/20461. 2605)中 公開的方法形成掩模10。在這一方法中，兩個光刻膠層被涂布在掩模材料層上且通過使用 電子束的單次曝光工藝曝光。特別地，限定在下線數(shù)據(jù)中的1C圖案用作用于電子束光刻曝 光工藝的劑量圖以圖案化兩個光刻膠層。在電子束光刻曝光工藝期間，限定在下線數(shù)據(jù)中 的1C圖案的各個狀態(tài)（Sl，S2和S3)代表各個劑量水平(分別為Dl、D2和D3)。為了進(jìn)一 步說明該實施例，第一劑量D1大于第二劑量D2,且第二劑量D2大于第三劑量D3。在本實 例中，第三劑量D3約為零。
[0125] 在一個可選實施例中，在操作256之后，根據(jù)第一層圖案產(chǎn)生第一下線數(shù)據(jù)，并且 根據(jù)第二層圖案產(chǎn)生第二下線數(shù)據(jù)。第一下線數(shù)據(jù)和第二下線數(shù)據(jù)用于通過相應(yīng)的電子束 光刻曝光工藝圖案化第一和第二掩模材料層。各個蝕刻工藝還應(yīng)用于第一和第二材料層以 分別將第一和第二層圖案從第一和第二光刻膠層轉(zhuǎn)印至第一和第二掩模材料層，從而形成 掩模10。
[0126] 下面提供了具有三種狀態(tài)的掩模的另一個實施例。圖23是具有三種狀態(tài)且限定 具有第一部件18的第一層圖案、具有第二部件20的第二層圖案和場22的掩模300的頂視 圖。在本實施例中，第一層圖案、第二層圖案和場具有諸如不同透射率的不同狀態(tài)。具體地， 第一層圖案處于具有第一透射率S1的第一狀態(tài)，第二層圖案處于具有小于S1的第二透射 率S2的第二狀態(tài)，且場處于具有小于S2的第三透射率S3的第三狀態(tài)。類似地，掩模300 包括透射率分別為S1、S2和S3的掩模襯底、第一掩模材料層和第二掩模材料層。在一個實 例中，第一掩模材料層包括MoSi，且第二掩模材料層包括Cr。此外，圖案化第一掩模材料層 以限定第一層圖案，圖案化第二掩模材料層以限定第二層圖案。在目前情況下，第一部件18 在X方向上跨越第一尺寸，且第二部件20在X方向上跨越小于第一尺寸的第二尺寸。
[0127] 圖24示意性地示出了在使用掩模300的光刻曝光工藝中同時圖案化具有相應(yīng)圖 案的第一光刻膠層和第二光刻膠層的曝光強度輪廓310。在本實例中，曝光強度輪廓310是 第二光刻膠層的曝光強度輪廓。第一光刻膠層的曝光強度輪廓類似于曝光強度輪廓310。
[0128] 圖25共同地示出了通過使用掩模300的光刻曝光工藝的相應(yīng)光刻膠層中的潛在 光刻膠圖案的頂視圖。更具體地，在第一光刻膠層中形成的第一潛在圖案包括與第一部件 18相關(guān)的第一潛在部件48,并且在第二光刻膠層中形成的第二潛在圖案包括與第二部件 20相關(guān)的第二潛在部件46。
[0129] 在這一實施例中，第一和第二層圖案的第一和第二偏差與圖1和圖2中的第一和 第二偏差不同。因此，與第一潛在部件48對準(zhǔn)的第二潛在部件46在用于更多對準(zhǔn)窗口的 重疊部分中具有沿X方向的大尺寸。
[0130] 本發(fā)明的不同實施例中具有不同優(yōu)勢。在一個實施例中，具有三種狀態(tài)的掩模10 可用于通過單次光刻曝光工藝同時圖案化具有相應(yīng)的潛在圖案的兩個光刻膠層。在另一個 實施例中，第一層圖案和第二層圖案的調(diào)節(jié)具有更多的自由度(包括透射率調(diào)節(jié)和尺寸調(diào) 節(jié))。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明 的精神和范圍的情況下，他們可對本發(fā)明作出各種變化、替代和改變。例如，掩模10可包括 每一狀態(tài)都具有相應(yīng)的透射率的三種以上的狀態(tài)。為了進(jìn)一步說明該實施例，分別沉積且 圖案化具有相應(yīng)的透射率的三個掩模材料層以分別限定來自三層圖案的部件。在另一個實 施例中，掩模10可被設(shè)計為反射掩模以用于極紫外（EUV)光刻。在這一,清況下，掩模襯底 12包括低熱膨脹材料（LTEM)襯底且第一掩模材料層14包括多個反射層，諸如設(shè)計多對Mo 和Si層以反射EUV輻射。
[0131] 因此，本發(fā)明提供了用于光刻曝光工藝的掩模的一個實施例。該掩模包括：掩模襯 底；第一掩模材料層，被圖案化以具有限定第一層圖案的多個第一開口；以及第二掩模材 料層，被圖案化以具有限定第二層圖案的多個第二開口。
[0132] 本發(fā)明還提供了一種方法的實施例，該方法包括：在半導(dǎo)體襯底上形成第一光刻 膠層；在第一光刻膠層上方形成第二光刻膠層；以及使用三狀態(tài)掩模對第一光刻膠層和第 二光刻膠層實施光刻曝光工藝，從而在第一光刻膠層中形成第一潛在圖案以及在第二光刻 膠層中形成第二潛在圖案。
[0133] 本發(fā)明還提供了一種方法的實施例，該方法包括：接收具有第一層圖案和第二層 圖案的集成電路（1C)設(shè)計結(jié)構(gòu)，其中，第一層圖案限定將被形成在襯底上的第一材料層中 的至少一個第一部件，第二層圖案限定將被形成在第二材料層中的至少一個第二部件，其 中第二材料層設(shè)置在第一材料層上；根據(jù)第一偏差調(diào)節(jié)第一部件；根據(jù)與第一偏差不同的 第二偏差調(diào)節(jié)第二部件；此后，組合第一部件和第二部件以形成組合1C圖案；以及產(chǎn)生限 定組合1C圖案的下線數(shù)據(jù)以用于制造掩模。
[0134] 本發(fā)明提供了用于光刻曝光工藝的掩模的另一個實施例。該掩模包括掩模襯底； 第一掩模材料層，設(shè)置在掩模襯底上；以及第二掩模材料層，設(shè)置在第一掩模材料層上，其 中，第一掩模材料層和第二掩模材料層被圖案化以限定彼此不同的三種狀態(tài)，分別限定第 一層圖案、第二層圖案和場區(qū)。
[0135] 在掩模的一個實施例中，掩模襯底對光刻曝光工藝的曝光福射具有第一透射率； 第一掩模材料層具有小于第一透射率的第二透射率；以及第二掩模材料層具有小于第二透 射率的第三透射率。在另一個實施例中，三種狀態(tài)包括具有第一透射率的第一狀態(tài)、具有第 二透射率的第二狀態(tài)和具有第三透射率的第三狀態(tài)。在一個實例中，第一透射率為100%; 第三透射率為0 ;以及第二透射率介于約20%和約80%之間。在又一個實施例中，第一層 圖案包括限定在第一掩模材料層的第一開口中的第一部件；以及第二層圖案包括限定在 第二掩模材料層的第二開口中的第二部件。在又一個實施例中，第一掩模材料層包括鑰硅 (MoSi);以及第二掩模材料層包括鉻（Cr)。
[0136] 上面概述了若干實施例的特征。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地 使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)，來設(shè)計或改進(jìn)用于實現(xiàn)與本發(fā)明所介紹的實施例相同的目的和/或 獲得相同的優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)該理解，這種等效構(gòu)造不背 離本發(fā)明的精神和范圍，且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，他們可對本發(fā)明作出 各種變化、替代和改變。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于光刻曝光工藝的掩模，包括： 掩模襯底； 第一掩模材料層，被圖案化以具有限定第一層圖案的多個第一開口；以及 第二掩模材料層，被圖案化以具有限定第二層圖案的多個第二開口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩模，其中： 所述第一層圖案和所述第二層圖案是集成電路的一部分，并且被設(shè)計為形成于半導(dǎo)體 襯底上的相應(yīng)材料層；以及 所述掩模具有彼此不同的三種狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的掩模，其中： 所述掩模襯底對所述光刻曝光工藝的曝光福射具有第一透射率； 所述第一掩模材料層具有小于所述第一透射率的第二透射率；以及 所述第二掩模材料層具有小于所述第二透射率的第三透射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的掩模，其中，所述三種狀態(tài)包括具有所述第一透射率的第一 狀態(tài)、具有所述第二透射率的第二狀態(tài)和具有所述第三透射率的第三狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的掩模，其中： 所述第一層圖案處于所述第一狀態(tài)； 所述第二層圖案處于所述第二狀態(tài)；以及 場處于所述第三狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的掩模，其中： 所述第三透射率小于所述第一透射率的6% ;以及 所述第二透射率介于所述第一透射率的約20%和約80%之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩模，其中： 所述第一層圖案包括限定在所述第一掩模材料層的第一開口中的第一部件；以及 所述第二層圖案包括限定在所述第二掩模材料層的第二開口中的第二部件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的掩模，其中，所述第二開口與所述第一開口對準(zhǔn)。
9. 一種方法，包括： 在半導(dǎo)體襯底上形成第一光刻膠層； 在所述第一光刻膠層上方形成第二光刻膠層；以及 使用三狀態(tài)掩模對所述第一光刻膠層和所述第二光刻膠層實施光刻曝光工藝，從而在 所述第一光刻膠層中形成第一潛在圖案以及在所述第二光刻膠層中形成第二潛在圖案。
10. -種方法，包括： 接收具有第一層圖案和第二層圖案的集成電路（1C)設(shè)計結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層圖案 限定將被形成在襯底上的第一材料層中的至少一個第一部件，且所述第二層圖案限定將被 形成在第二材料層中的至少一個第二部件，其中，所述第二材料層設(shè)置在所述第一材料層 上； 根據(jù)第一偏差調(diào)節(jié)所述第一部件； 根據(jù)與所述第一偏差不同的第二偏差調(diào)節(jié)所述第二部件； 然后，組合所述第一部件和所述第二部件以形成組合1C圖案；以及 產(chǎn)生限定所述組合1C圖案的下線數(shù)據(jù)以用于制造掩模。
【文檔編號】G03F7/20GK104155844SQ201310705815
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月14日
【發(fā)明者】盧彥丞, 石志聰, 游信勝, 陳政宏, 嚴(yán)濤南 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司