DE2122617B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von verschiedenen, für die Belichtung eines Gebietes nacheinander verwendeten Masken, von denen jede Bereiche mit jeweils einer von zwei verschiedenen, stark voneinander abweichenden Lichtdurchlässigkeiten aufweist.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen wird in der Regel vom photolithographischen Prozeß Gebrauch gemacht, bei dem die Halbleiteroberfläche mit einer lichtempfindlichen Schicht überzogen wird, die durch eine Maske belichtet wird. Dieser Vorgang kann sich mehrmals mit jeweils verschiedenen Masken wiederholen. Die Masken besitzen gewöhnlich ein Substrat aus Glas oder kunststoff oder werden durch mit entsprechenden Ölinungen versehene Metallfolien dargestellt. Die Masken erlauben den Durchgang von Licht durch diese genau definierten Öffnungen oder durch andere lichtdurchlässige Bereiche. Die spezielle Geometrie jeder Maske bestimmt das Muster des Photolacks, der nach dem Belichten und Entwickeln auf der Halbleiteroberfläche verbleibt und damit auch das Muster einer Diffusion in das Halbleitermaterial oder einer auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Metall- oder Isolierschicht. Da die Lage der einzelnen Diffusionsgebiete untereinander sowie in bezug auf das Muster der Metallbzw. Isolierschichten bei der Herstellung beispielsweise von integrierten Schaltungen kritisch ist, ist es notwendig, einen Vergleich der aufeinanderfolgend benutzten Masken durchzuführen, um somit die gegenseitige Zuordnung der einzelnen durch die Masken gegebenen Muster zu prüfen.

Es ist hierzu bekannt, vergrößerte Kopien der einzelnen Masken aus Kunststoff verschiedenfarbig zu

ίο gestalten, wobei jeder Maske eine bestimmte Farbzusammensetzung zugeordnet ist. Das Prüfen der übereinandergelegten Kopien anhand eines Farbenschlüssels ist sehr aufwendig. Wenn die Maske in der herkömmlichen Weise hergestellt wird, bei der zuerst manuell ein etwa 200fach vergrößertes Abbild der Maske gefertigt wird, dann können die für die Prüfung benötigten Kopien in dem gleichen Maßstab hergestellt werden. Wenn die Masken jedoch automatisch mittels einer programmgesteuerten Vorrichtung erzeugt werden, dann besitzt das zuerst gefertigte Abbild nur etwa die lOfache Größe der eigentlichen Maske. Kopien in dieser Größe lassen sich für das beschriebene Prüfverfahren schlecht verwenden. Um brauchbare Kopien zu erhalten, muß das Muster der Maske auf die 100- bis 200fache Größe der eigentlichen Maske gebracht werden. Der hierfür erforderliche, zusätzliche Aufwand an Zeit und Material macht das Prüfen mit verschiedenfarbigen Kopien sehr umständlich und teuer.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Prüfung von Masken erheblich schneller und weniger aufwendig erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Maske die Bereiche mit gleicher Lichtdurchlässigkeit derart umgeformt werden, daß diese eine von den beiden ursprünglichen abweichende Lichtdurchiässigkeit besitzen und daß eine lichtempfindliche Schicht durch die übereinander angeordneter, und in ihrer Lage entsprechend ihrer Verwendung ausgerichteten Masken zur Erzeugung eines drei Helligkeitsstufen aufweisenden Prüfmusters belichtei wird. Die Ausrichtung der Masken zueinander kann beispielsweise mit einem Gerät erfolgen, welches analog wie ein Gerät zum Ausrichten einer Maske zu einem Maskenrahmen funktioniert, welches in einem Artikel in der Zeitschrift SCP and Solid State Technology, Nov. 1964, S. 27 ff, (siehe insbesondere S. 29 und 30) beschrieben ist und das zum Ausrichten der Maske ein Beobachtungsmikroskop und einen Mikromanipulator aufweist, mittels dessen die Maske bezüglich des Rahmenj gedreht und in der X- und der V-Richtung bewegt werden kann. Vorzugsweise besitzen die Masken lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche und die umgeformten Bereiche eine gegenüber den lichtdurchlässigen verminderte Lichtdurchlässigkeit. Vorteilhaft sind die Masken mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen, wobei die Umformung durch teilweise Belichtung oder durch Bleichen der lichtundurchlässigen Bereiche erfolgen kann.

Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist die Bildung eines für mindestens zwei Masken gültigen Prüfmusters möglich, indem die einzelnen Bereiche jeder Maske unterschieden werden können. Da das Prüfverfahren die Eigenschaften mindestens einer Maske verändert, kann eine Kopie dieser oder beider Masken für das Prüfverfahren benutzt werden. Diese kann gleichgroß

wie die Maske oder gegenüber dieser vergrößert sein. Je nach Bedarf kann eine positive oder eine negative Kopie einer Maske verwendet werden. Die lichtempfindliche Schicht, in der das Prüfmuster erzeugt wird, kann aus einer Silberhalogen-Emulsion bestehen, die auf eine Papierunterlage aufgetragen ist. Die übereinander angeordneten Masken sind beim Prüfvorgang so gegeneinander ausgerichtet, wie dies auch bei der späteren Benutzung bei der Herstellung beispielsweise von integrierten Schaltungen der Fall ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einzelne Verfahrensschritte für drei verschiedene Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung,

Fig.2 die Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Musters auf einer Halbleiteroberfläche und

F i g. 3 einzelne Verfahrensschritte für weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung.

Die F i g. 1 zeigt ein beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf eine Halbleiteroberfläche aufgebrachtes metallisches Verbinduugsmuster, über der eine Schicht aus Siliziumdioxyd gebildet wird. An bestimmten Stellen wird dann die Siliziumdioxydschicht entfernt, um Kontaktlöcher für das Verbindungsmuster zu schaffen. Das Verbindungsmuster und die Koptaktlöcher werden mit den bekannten photolithographischen und Ätzprozessen gebildet. Hierzu wird durch entsprechende Belichtung eines Phoiolackes auf der Halbleiteroberfläche ein Muster erzeugt, durch das an den vom Photolack befreiten Stellen das Metall oder das Siliziumdioxyd geätzt werden. In der Fig. 1 wurde ein metallisierter Bereich 10 durch selektives Ätzen einer Metallschicht auf einem Substrat 11 gebildet. Zwei Kontaktlöcher 12 werden durch Ätzen einer nachfolgend auf die Metallschicht aufgebrachten Siliziumdioxydschicht hergestellt. Die Kontaktlöcher 12 müssen sich innerhalb der Grenzen des Bereiches 10 befinden, damit ein unsauberer Kontakt und/oder ein Kurzschluß vermieden wird. Es ist daher wichtig, die Maske für die Bildung des Metallmusters, die in F i g. 1A gezeigt ist, mit der in Fig. IB dargestellten Maske für die Bildung der Kontaktlöcher zu vergleichen. Auf diese Weise kann man sich vergewissern, daß bei einer aufeinanderfolgenden Anwendung der beiden Masken die kleineren Bereiche 13 in der Maske für die Kontaktlöcher vollständig in den größeren Bereich 14 der Maske für die Metallisierung fallen. Die Fig. IAI und IBl zeigen die beiden Masken im Querschnitt. In diesen Masken sind der Bereich 14, der ein Verbleiben des Metalls auf der Halbleiteroberfläche bewirkt, und die Bereiche 13, die die Bildung der Kontaktlöcher ermöglichen, lichtundurchlässig, während der restliche Teil der Masken lichtdurchlässig ist. Die in den F i g. 1A1 und IBl dargestellten Masken sind bekannte, bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendete Masken. Jede dieser Masken besitzt eine Glasunterlage 15 bzw. 16, die mit Belägen 17 bzw. 18 versehen sind. Diese Beläge bestehen in der Regel aus einer entwickelten Silberhalogen-Emulsion,

Um das Verfahren zum Prüfen der Masken durchzuführen, wird zuerst eine negative Kopie der Metallisierungsmaske hergestellt. Diese ist in Fig. 1A2 gezeigt. Die negative Kopie besitzt im vorliegenden Beispiel ebenfalls ein Glassubstrat, das mit einer photographischen Emulsion bedeckt ist, die durch die in Fig. IAI dargestellte Maake kontaktbelichtet wurde. In dieser negativen Kopie ist der dem lichtundurchlässigen Bereich 14 der eigentlichen Maske entsprechende Bereich 1Θ lichtdurchlässig, wählend der restliche Bereich 20 der Kopie undurchlässig ist. Im nächsten Verfahrensschritt wird die Maske in Fi g. 1A2 chemisch so behandelt, daß der lichtundurchlässige Bereich 20 für Licht halbdurchlässig wird. Dieser Zustand ist in Fig. 1A3 gezeigt. Der halbdurchlässige Bereich 20 läßt nun Licht passieren, die Lichtdurchlässigkeit ist jedoch hier wesentlich geringer als die im Bereich 19. Der Wert der Lichtdurchlässigkeit im Bereich 20 entspricht vorzugsweise etwa dem halben Wert der Lichtdurchlässigkeit im Bereich 19. Die Lichldurchlässigkeit des vorher lichtundurchlässigen Bereiches 20 kann in bekannter Weise, z. B. durch Bleichen, erreicht werden. Beispielsweise kann die Maske in Fig. 1A2 mit der wäßrigen Lösung eines oxydierenden Mittels, wie z. B. Kaliumeisenzyanid, vorzugsweise im Beisein eines Halogensalzes wie Natriumbromid, behandelt werden, wobei der lichtundurchlässige Bereich 20 so gebleicht wird, daß eine gelbe, für Licht halbdvchlässige Schicht entsteht. Es können jedoch auch ancsre bekannte Bleichverfahren durchgeführt werden.

Als nächstes werden die behandelte Maske in Fig. 1A3 und die Kontaktlochmaske in Fig. IBl in der Weise >"'bereinander angeordnet, daß sich die beiden Emulsionsschichten berühren, wie in Fig. 1A4 dargestellt ist. Die beiden Masken werden gegeneinander ausgerichtet, d. h. sie werden in die Lage gebracht, in der sie sich bei der späteren Verwendung bei der Herstellung von integrierten Schaltungen befinden. Da bei diesem Vorgang die Emulsionsschicht auf den Masken beschädigt werden kann, kann anstelle der Kontaktlochmaske selbst auch eine positive Kopie von dieser verwendet werden. Die übereinanderliegenden Masken werden auf eine lichtempfindliche Anordnung 21 gebracht, die aus einem lichtempfindlichen Belag 21' aus Silberhalogen-Emulsion auf einer Kunststoff- oder Papierunterlage 25 besteht. Die Anordnung 2i wird dann durch die beiden übereinander angeordneten Masken belichtet. Die Anordnung 21 kann auch in einem bestimmten Abstand von den beiden Masken angeordnet sein, wobei das durch die Masken hindurchtretende Licht auf diese Anordnung projiziert wird. Der Belag 21' wird anschließend entwickelt und fixiert, wodurch sich das in Fig. 1A5 im Querschnitt und in Fig. 1A6 in der Draufsicht gezeigte Prüfmuster ergibt. Dieses enthält einen dunklen bzw. schwarzen Bereich 22, der dem Bereich 10 der Metallisierung in F i g. 1 entspricht, helle bzw. weiße Bereiche 23, die den Kontaktlöchern 12 in F i g. 1 zugeordnet sind, und einen graugetönten Bereich 24, der dem umgebenden Substrat 11 in Fig.¹ entspricht. Das in Fig. -A6 gezeigte Prüfmuster stellt nur ei..en kleinen Ausschnitt aus dem gesamten Muster dar. Die F i g. 2 enthält einen größeren Ausschnitt dieses Musters. Die Fig. 1A6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem strichpunktiert umrandeten Bereich in F i g. 2.

Das Prüfmuster mit den drei Helligkeitsstufen in Fig, 1A6 erleichtert das Prüfen der Masken auf irgendwelche Fehler oder Ungenauigkeiten, Mit den grauen, schwarzen und weißen Bereichen laß', sioh sehr schnell erkennen, ob die Kontaktlöcher, die den weißen Bereichen 23 entsprechen, innerhalb -ier Grenzen der Metallisierung, der der schwarze Bereich 22 zugeordnet ist, liegen.

Die Herstellung eines Prüfmusters mit drei verschie denen Helligkeitsstufen kann auch in abgewandelter

Form erfolgen. So können anstelle des Bereiches 20 in Fig. IA2 die lichtundurchlässigen Bereiche 13 in Fig. IBl für Licht halbdurchlässig gemacht werden, wie dies in F i g. I B2 gezeigt ist. Hierzu wird selbstverständlich nicht die Kontaktlochmaske selbst, sondern eine positive Kopie davon verwendet. Die Masken aus den Fig. 1B2 und 1A2 werden dann in der in Fig. IB3 gezeigten Weise übereinander angeordnet. Durch diese beiden Masken wird die lichtempfindliche Anordnung 21 belichtet, entwickelt und fixiert, so daß sich das Prüfmuster nach den Fig. I B4 und I B5 ergibt. In diesem Muster entsprechen die grauen Bereiche 26 den Konlaktlöchern, der schwarze Bereich 27 der Metallisierung und der weiße Bereich 28 dem Substrat des Halbleiters.

Eine weitere Möglichkeit ist in den Fig. IC bis IC5 gezeigt. In der Mctallisierungsmaskc wird der lichtundurchlässige Bereich 14 halbdurchlässig gemacht, wodurch sich eine Maske entsprechend l· i g. IL7 ergibt. Wie Fig. IC3 zeigt, werden die Masken aus den F i g. IC2 und 1BI übereinander angeordnet, wobei sich die Emulsionsschichten der beiden Masken berühren. Durch diese beiden Masken hindurch wird durch Kontakt- oder Projektionsbelichtung die lichtempfindliche Anordnung 21 belichtet. Man erhält somit das in den Fig. IC4 und IC5 gezeigte Prüfmuster. Die weißen Bereiche 29 dieses Musters entsprechen den Kontaktlöchern 12, der graue Bereich 30 dem Bereich 10 der Metallisierung und der schwarze Bereich 31 dem umgebenden Sustrat 11.

Neben den drei beschriebenen sind weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung möglich. Wenn in dem Prüfmuster kleinere Bereiche auftreten, die von größeren Bereichen umschlossen sind, wie im vorliegenden Beispiel die den Kontaktlöchern entsprechenden Bereiche vom der Metallisierung entsprechenden Bereich umgeben sind, dann muß beachtet werden, daß Dei den übereinander angeordneten Masken die den umschlossenen Bereichen entsprechenden Gebiete nicht stärker lichtdurchlässig sind als das umgebende Gebiet. Vorzugsweise sind die den umschlossenen Bereichen entsprechenden Gebiete auf den Masken weniger lichtdurchlässig als das Gebiet, das dem die kleinen Bereiche umgebenden Bereich entspricht. Unter diesem Gesichtspunkt sollte ausgewählt werden, ob eine positive oder eine negative Kopie einer Maske verwendet wird und welcher Bereich auf einer Maske halbdurchlässig gemacht wird.

Anhand der Fig. 3, 3A, 3B und 3C werden im folgenden weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben. Hierbei sind bei mindestens einer der ursprünglichen Masken die zu vergleichenden Bereiche lichtdurchlässig. Wie Fig.3 zeigt, soll mit Hilfe der zu prüfenden Masken auch hier die Metallisierung eines Substrats 11 sowie die Bildung von Kontaktlöchern 12 zu dem Metall 10 durchgeführt werden. Der der Metallisierung 10 entsprechende Bereich 32 der Metallisierungsmaske ist lichtdurchlässig, während der umgebende Bereich 33 lichtundurchlässig ist. Diese Metallisierungsmaske ist in den F i g. 3A und 3Al dargestellt. Für die Bildung der Kontaktlöcher soll zuerst die in den Fig.3C und 3Cl abgebildete Maske verwendet werden. Gemäß F i g. 3C2 wird der lichtundurchlässige Bereich 35 dieser Maske in einen halbdurchlässigen Bereich 37 umgewandelt. Die Bereiche 34 bzw. 36 für die Kontaktlöcher bleiben unverändert. Die Masken aus F i g. 3C2 und 3A1 werden in der in Fig.3C3 gezeigten Weise übereinander gebracht. Eine lichtempfindliche Anordnung 38, bestehend aus einem lichtempfindlichen Belag 39 und einer lichtundurchlässigen Unterlage 40 aus Kunststoff, wird durch die beiden übereinanderliegenden Masken belichtet, so daß sich ein Prüfmuster entsprechend den F i g. 3C4 und 3C5 ergibt. Die schwarzen Bereiche 41 in diesem Muster entsprechen den Kontaktlöchern 12, der graue Bereich 42 dem Bereich 10 der Metallisierung und der weiße Bereich 43 dem Substrat 11.

In einer weiteren Ausgestaltung des Prüfverfahrens Si)Il die Kombination der in F i g. 3A und in Fig. 3B gezeigten Masken geprüft werden. Bei der in den Fig. 3B und 3BI dargestellten Maske zur Herstellung der Kontaktlöcher sind die diesen entsprechenden

is Bereiche 44 lichtundurchlässig. Bei einer positiven Kopie der in F i g. 3A1 enthaltenen Metallisierungsmaske wird der lichtundurchlässige Bereich 33 in bekannter Weise halbdurchlässig gemacht, wie dies F i g. 3A2 zeigt. Die Masken, in Fig. JA2 und Fig. 3Bi werden übereinander gebracht. Die Belichtung der lichtempfindlichen Anordnung 38 durch diese beiden Masken ergibt das in den Fig. 3A4 und 3A5 dargestellte Prüfmuster. In diesem entsprechen die weißen Bereiche 45 den Kontaktlöchern 12 in Fig. 3, der schwarze Bereich 46 dem Bereich 10 der Metallisierung und der graue Bereich 47 dem umgebenden Substrat 11.

In einem abgewandelten Verfahren zur Prüfung der Kombination der Masken in den F i g. 3A und 3B werden die lichiundurchlässigen Bereiche der Kontaktlochmaske in Fig. 3B halbdurchlässig gemacht, so daß sich die Maske nach Fig. 3B2 ergiot. Diese Maske und die Metallisierungsmaske in Fig. 3Al werden übereinandergebracht, so daß sich die Anordnung nach Fig. 3B3 ergibt. Durch Belichtung des lichtempfindlichen Belages 39 durch die beiden übereinanderliegenden Masken erhält man das Prüfmuster nach den Fig. 3B4 und 3B5. Dieses Muster weist graue Bereiche 48, die den Kontaktlöchern 12 entsprechen, einen schwarzen Bereich 49. der dem Bereich 10 der

-to Metallisierung entspricht, und einen weißen Bereich 50. der dem Substrat 11 entspricht, auf.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen gegenüber dem bekannten Verfahren besteht darin, daß wesentlich größere Maskenflächen gleichzeitig geprüft werden können. Da bei dem bekannten Verfahren eine starke Vergrößerung der Masken erforderlich ist. können jeweils nur kleine Bereiche überprüft werden, während mit dem Verfahren nach der Erfindung Masken geprüft werden können, die ein ganzes Halbleiterplättchen

so überdecken. Zum Erkennen von Einzelheiten kann das Prüfmuster auch vergrößert abgebildet werden, inüem man die lichtempfindliche Anordnung nicht direkt unter die beiden übereinanderliegenden Masken bringt, sondern in einiger Entfernung von diesen anordnet und das Bild des Musters in der gewünschten Vergrößerung darauf projiziert Da das Prüfmuster nicht farbig ist, sondern nur drei Helligkeitsstufen aufweist, kann es auf einfache Weise elektrisch übertragen werden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigten Masken für die Metallisierung und die Bildung von Kontaktlöchern auf Halbleiterbauelementen. Es ist selbstverständlich, daß auch andere Masken aus der Halbleiterfertigung für dieses Prüfverfahren verwendet werden können, z. B. kann die Kombination der Masken für die Emitter- und die Basisdiffusion geprüft werden. In diesem Fall muß der durch eine Maske gegebene Emitterbereich innerhalb des durch eine weitere Maske gegebenen Basisbereiches liegen. Das Verfahren nach

der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Masken, die bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen benötigt werden. Zum Beispiel kann in der Drucktechnik oder in der Graphik ein Vergleich von aufeinanderfolgend verwendeten photographischen Masken notig sein. Beim Unsenrasierveriahren /. B. kann eine solche Maskenprüfung vorteilhaft sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Prüfen von verschiedenen, für die Belichtung eines Gebietes nacheinander verwendeten Masken, von denen jede Bereiche mit jeweils einer von zwei verschiedenen, stark voneinander abweichenden Lichtdurchlässigkeiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Maske die Bereiche mit gleicher Lichtdurchlässigkeit derart umgeformt werden, daß diese eine von den beiden ursprünglichen abweichende Lichtdurchlässigkeit besitzen und daß eine lichtempfindliche Schicht durch die übereinander angeordneten und in ihrer Lage entsprechend ihrer Verwendung ausgerichteten Masken zur Erzeugung eines drei Helligkeitsstufen aufweisenden Prüfmusters belichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche und die umgeformten Bereiche eine gegenüber den lichtdurchlässigen verminderte Lichtdurchlässigkeit besitzen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen sind und die Umformung durch teilweise Belichtung lichtundurchlässiger Bereiche erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken mit einer lichtempfindlichen Schicht versehen sind und die Umformung durch Bleichen lichtundurchlässiger Bereiche erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, d?.ⁿ zum Prüfen mindestens eine der Masken durch ihre negative Kopie ersetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken für die Belichtung von Photolacken auf der Oberfläche von Halbleitern verwendet werden.