DE2122617C3 - - 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 öffnungen 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 s 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 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 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. 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 Rahmens 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

F i g. 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. t zeigt ein beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen auf eine Halbleiteroberfläche aufgebrachtes metallisches Verbindungsmuster, über der eine Schicht aus Siliziumdioxyd gebildet wird. An bestimmten Stellen wird dann die Siliziumdioxyd- 2s schicht entfernt, um Kontaktlöcher für das Verbtndungsmuster zu schaffen. Das Verbindungsmuster und die Koptaktlöcher werden mit den bekannten photolithographischen und Ätzprozessen gebildet Hierzu wird durch entsprechende Belichtung eines Photolackes 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 Auen 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. IA gezeigt ist, mit der in Fig. IB dargestellten Maske für die Bildung der Kontaktlöcher zu vergleichen. A jf 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. IAl 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. 1 Al und IBl dargestellten Masken sind bekannte, bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendete Masken. Jede dieser Maskei: besitzt eine Glasunterlage 15 bzw. 16, die mit Belägen 17 bzw. 18 versehen sind Diese Beläge bestehen in der Regel aus einer eo 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 MasKe kontaktbelichtet wurde. In dieser negativen Kopie ist der dem lichtundurchlässigen Bereich 14 der eigentlichen Maske entsprechende Bereich 19 lichtdurchlässig, während der restliche Bereich 20 der Kopie undurchlässig ist Im nächsten Verfahrensschritt wird die Maske in F i g. 1A2 chemisch so behandelt, daß der lichtundurchlässige Bereich 20 für Licht halbdurchlässig wird. Dieser Zustand ist in F i g. 1 A3 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 Lichtdurchlässigkeit 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 halbdurchlässige Schicht entsteht. Es können jedoch auch andere bekannte Bleichverfahren durchgeführt werden.

Als nächstes werden die behandelte Maske in F i g. 1 A3 und die Kontaktlochmaske in F i g. 1 Bl in der Weise übereinander angeordnet, daß sich die beiden Emulsionsschichten berühren, wie in Fig. 1 A4 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 IY aus Silberhalogen-Emulsion auf einer Kunststoff- oder Papierunterlage 25 besteht. Die Anordnung 21 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 entw ekelt 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 Fi g. 1 zugeordnet sind, und einen graugetönten Bereich 24, der dem umgebenden Substrat 11 in Fig. 1 entspricht. Das in Fig. 1A6 gezeigte Prüfmuster stellt nur einen 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 bngenauigkeiten. Mit den grauen, schwarzen und weißen Bereichen läßt sich sehr schnell erkennen, ob die Kontaktlöcher, die den weißen Bereichen 23 entsprechen, innerhalb der Grenzen der tvietallisierung, der der schwarze Bereich 22 zugeordnet ist, liegen.

Die Herstellung eines Prüfmusters mit drei verschiedenen Helligkeitsstufen kann auch in abgewandelter

Form erfolgen. So können anstelle des Bereiches 20 in Fig. 1A2 die lichtundurchlässigen Bereiche 13 in F i g. 1 Bl für Licht halbdurchlässig gemacht werden, wie dies in F i g. 1B2 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. 1B3 gezeigten Weise übereinander angeordnet. Durch diese beiden Masken wird die lichtempfindliche Anordnung 21 belichtet, entwickelt und fixiert, so daß sich das Prüfmuster nach den F i g. 1B4 und 1B5 ergibt. In diesem Muster entsprechen die grauen Bereiche 26 den Kontaktlöchern, der schwarze Bereich 27 der Metallisierung und der weiße Bereich 28 dem Substrat des Halbleiters.

Eine weitere Möglichkeit ist in den Fig. IC bis 1C5 gezeigt. In der Metallisierungsmaske wird der lichtundurchlässige Bereich 14 halbdurchlässig gemacht, wodurch sich eine Maske entsprechend Fig. 1C2 ergibt. Wie Fig. 1C3 zeigt, werden die Masken aus den Fig. IC2 und IBl 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. 1C4 und 1C5 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 bei 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 Verfahrens beschrieben. Hierbei sind bei mindestens einer der ursprünglichen Masken die zu vergleichenden Bereiche lichtdurchlässig. Wie F i g. 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 F i g. 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 3Al werden in der in Fig.3C3 gezeigten Weise übereinander gebracht. Eine lichtempfindliche Anordnung 38, bestehend aus einem lichtempfindlichen Belag 39 und einei lichtundurchlässigen Unterlage 40 aus Kunststoff, wire durch die beiden übereinanderliegenden Masken belich tet, so daß sich ein Prüfmuster entsprechend der Fig.3C4 und 3C5 ergibt. Die schwarzen Bereiche 41 ir diesem Muster entsprechen den Kontaktlöchern 12, det graue Bereich42dem Bereich !Oder Metallisierung und der weiße Bereich 43 dem Substrat 11.

ίο In einer weiteren Ausgestaltung des Prüfverfitirer; soll die Kombination der in Fig.3A und in Fig. 3t gezeigten Masken geprüft werden. Bei der in der Fig.3B und 3B1 dargestellten Maske zur Herstellung der Kontaktlöcher sind die diesen entsprechender Bereiche 44 lichtundurchlässig. Bei einer positiver Kopie der in F i g. 3A i enthaltenen Metaliisierungsmas ke wird der lichtundurchlässige Bereich 33 in bekannte: Weise halbdurchlässig gemacht, wie dies F i g. 3A2 zeigt Die Masken in Fig.3A2 und Fig.3Bl werder übereinander gebracht. Die Belichtung der lichtemp findlichen Anordnung 38 durch diese beiden Masker ergibt das in den Fig.3A4 und 3A5 dargestellte Prüfmuster. In diesem entsprechen die weißen Bereicht 45 den Kontaktlöchern 12 in Fig. 3, der schwarze Bereich 46 dem Bereich 10 der Metallisierung und dei graue Bereich 47 dem umgebenden Substrat 11.

In einem abgewandelten Verfahren zur Prüfung dei Kombination der Masken in den Fig.3A und 3E werden die lichtundurchlässigen Bereiche der Kontakt lochmaske in Fig.3B halbdurchlässig gemacht, so daf. sich die Maske nach F i g. 3B2 ergibt. Diese Maske unc 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 der Fig.3B4 und 3B5. Dieses Muster weist graue Bereiche 48, die den Kontaktlöchern 12 entsprechen, einer schwarzen Bereich 49, der dem Bereich 10 dei Metallisierung entspricht, und einen weißen Bereich 50 der dem Substrat 11 entspricht, auf.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen gegenüber derr bekannten Verfahren besteht darin, daß wesentlich größere Maskenflächen gleichzeitig geprüft werder können. Da bei dem bekannten Verfahren eine starke Vergrößerung der Masken erforderlich ist, könner jeweils nur kleine Bereiche überprüft werden, währenc mit dem Verfahren nach der Erfindung Masken geprüft werden können, die ein ganzes Halbleiterplättcher überdecken. Zum Erkennen von Einzelheiten kann da; Prüfmuster auch vergrößert abgebildet werden, indeir man die ischicir.pfindüche Anordnung nicht direkt antes die beiden übereinanderliegenden Masken bringt sondern in einiger Entfernung von diesen anordnet unc das Bild des Musters in der gewünschten Vergrößerung darauf projiziert Da das Prüfmuster nicht farbig ist sondern nur drei Helligkeitsstufen aufweist, kann es aul einfache Weise elektrisch übertragen werden.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigter Masken für die Metallisierung und die Bildung vor Kontaktlöchern auf Halbleiterbauelementen. Es is selbstverständlich, daß auch andere Masken aus dei Halbleiterfertigung für dieses Prüfverfahren verwendei werden können, z. B. kann die Kombination der Masker 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 nacr

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 nötig sein. Beim Linsenrasterverfahren z. 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 iichtundurchlässige 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 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß 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.