DE10127540C1 - Maske zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Maske - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maske (10) zur Verwendung bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Die Maske enthält einen ersten, zur Abbildung auf eine Halbleiterscheibe bestimmten Bereich (12), sowie einen zweiten, nicht zur Abbildung auf die Halbleiterscheibe bestimmten Bereich (11). Der erste Maskenbereich (12) stellt die Strukturen von herzustellenden Chips sowie Hilfs- und Teststrukturen im Ritzrahmen der Halbleiterscheibe dar. Der zweite Bereich (11) enthält eine Replikation der Hilfs- und Teststrukturen des ersten Maskenbereiches. Durch Duplizität dieser Hilfs- und Teststrukturen ist eine Die-to-Die Inspektion, das heißt ein Vergleichen der originalen mit den replizierten Strukturen, möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske zu Herstellung einer Halb­ leitervorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Maske, sowie ein Verfahren zur Überprüfung einer Maske.

Durch die großen Fortschritte in der Mikroelektronik werden die Strukturen integrierter Schaltkreise immer kleiner und die Zahl der auf einem Silizium-Plättchen angeordneten Ele­ mente wie Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren und Leiterbahnen immer größer.

Im fotolithographischen Herstellungverfahren werden solche Strukturen dadurch hergestellt, dass die Oberfläche einer Si­ liziumscheibe mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen ist, und dieser mit Hilfe einer Maske an den Stellen belich­ tet wird, an denen später eingegriffen werden soll. An den belichteten Stellen läßt sich der Fotolack leicht ablösen, wodurch die Siliziumoberfläche zum Ätzen freigegeben wird.

Durch die Verkleinerung der Strukturgrößen können jedoch die Strukturen auf Masken teilweise nicht mehr geprüft werden. Störende Defekte sind oftmals kleiner als die Auflösung der Inspektionsgeräte bzw. als die beim Maskenschreiben entste­ henden systematischen Fehler. Ferner werden zunehmend klein­ ste Hilfsstrukturen systematisch eingesetzt, um Abbildungs­ fehler zu korrigieren. Diese sind in der Regel kleiner als die Auflösung der Inspektionsgeräte. Ein Ausweg wurde durch die Hersteller von Inspektionsgeräten mit der sogenannten "Die-to-Die" Inspektion geschaffen. Dabei werden identische Strukturen auf der Maske verglichen, beim denen die systema­ tischen Fehler und die Hilfsstrukturen gleich, Defekte aber unterschiedlich sein sollten. Hierzu ist es allerdings not­ wendig, dass alle Strukturen mindestens zweimal auf der Maske vorhanden sind. Zu diesem Zweck müssen Strukturen, die anson­ sten nur einmal auf der Maske vorhanden sein müssen, repli­ ziert werden. Diese Replikationen verbrauchen unnötigen Platz auf der Maske und schließlich auch auf dem Wafer. Solche Strukturen sind Beispielsweise optische Alignment-Marken und elektrische Teststrukturen im Ritzrahmen.

Der Ritzrahmen ist jener Bereich auf einer Halbleiterscheibe, der separate Chipstrukturen voneinander abtrennt. Nach Voll­ endung des Belichtungsprozesses können die Chips durch Sägen entlang des Ritzrahmens voneinander getrennt werden. In der Regel werden zwei bis acht separate Chipstrukturen auf einer Maske untergebracht.

Bei manchen Teststrukturen handelt es sich um sehr aufwendige Strukturen, die nur einmal pro Ritzrahmenabschnitt unterge­ bracht werden können. Dies sind insbesondere Strukturen, die zur Kontrolle der Defektdichte im Waferprozess gebraucht wer­ den. Um dieses Problem zu lösen, werden in bekannten Herstel­ lungprozessen breitere Ritzrahmen auf der Halbleiterscheibe in Kauf genommen, um auf der Maske eine Duplizität der auf den Ritzrahmen abzubildenden Hilfs- und Teststrukturen schaf­ fen zu können. Dies hat jedoch zu Folge, dass die nutzbare Bildfläche der Maske reduziert wird. Alternativ dazu wird schlicht und einfach in Kauf genommen, dass lediglich weniger aufwendige Teststrukturen verwendet werden, so dass diese zweifach auf der Maske untergebracht werden können. Dies hat offensichtlich eine eingeschränkte Fehlerfeststellung zur Folge, so dass die Produktkontrolle beeinträchtigt ist.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zumindest abzumindern. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen definierte Erfindung gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteran­ sprüche definiert.

Nach der Erfindung wird eine Maske zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geschaffen, mit einem ersten, zur Ab­ bildung auf eine Halbleiterscheibe bestimmten Bereich, der ein erstes Belichtungsmuster enthält, und einem zweiten, nicht zur Abbildung auf die Halbleiterscheibe bestimmten Be­ reich, der ein zweites Belichtungmuster enthält, das durch Replikation zumindest eines Teils des ersten Belichtungsmu­ ster hergestellt ist. Dem entsprechend kann eine vollständige Replikation der auf den Ritzrahmen abzubildenden Strukturen auf der Maske untergebracht werden, so dass diese für eine Die-to-Die Inspektion zur Verfügung stehen. Da diese Kopie in einem nicht zur Abbildung auf die Halbleiterscheibe bestimm­ ten Bereich abgebildet wird, ist die nutzbare Bildfläche der Maske nicht reduziert. Dadurch können aufwendige und damit platzintensive Test- und Hilfsstrukturen verwendet werden, die nur einmal pro Ritzrahmenabschnitt unterbringbar sind.

Der Erfindung nach wird weiterhin ein Verfahren zur Herstel­ lung einer Maske geschaffen, mit folgenden Schritten: Erzeu­ gung eines ersten Belichtungsmusters in einem ersten, zur Ab­ bildung auf einer Halbleitervorrichtung bestimmten Bereich eines Maskenwerkstückes; und Erzeugung eines zweiten Belich­ tungsmusters durch Replikation zumindest eines Teils des er­ sten Belichtungsmusters in einem zweiten, nicht zur Abbildung auf eine Halbleitervorrichtung bestimmten Bereich des Masken­ werkstückes.

Die beiden Belichtungsmuster werden vorzugsweise in einem Prozessschritt hergestellt.

Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verfahren zur Überprü­ fung einer nach dem obengenannten Verfahren hergestellten Maske geschaffen, mit folgendem Schritt: Vergleichen des zweiten Belichtungsmusters mit dem replizierten Teil des er­ sten Belichtungsmusters. Der Vergleichsschritt kann durch In­ spektionsgeräte durchgeführt werden, die mittels einer Fou­ riertransformation das Frequenzmuster des zweiten sowie des replizierten Teiles des ersten Belichtungsmusters bildet und die Frequenzmuster miteinander vergleicht. Durch Bildung von Frequenzmustern können wesentlich feinere Teststrukuren un­ tersucht werden, als bei einem direkten Vergleich einer auf einer Maske gebildeten Teststruktur mit der entsprechenden, beispielsweise in einer Datenbank gespeicherten Referenz­ struktur möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert, und es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Maske;

Fig. 2 Eine schematische Darstellung einer Blende zur Ver­ wendung während des Belichtungsprozesses bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer lithogra­ phischen Maske 10 nach einer Ausgestaltung der Erfindung. Die Maske 10 kann in bekannter Weise aus einer mit Chrom be­ schichteten Quarzplatte bestehen, mit einem lichtundurchläs­ sigen Bereich 11, sowie teilweise lichtdurchlässigen Berei­ chen 12, in denen die Chrombeschichtung teilweise entfernt ist, um nicht gezeigte Strukturen von sechs identisch großen Chips (Chipabbildungen 13) und einem Ritzrahmen (Ritzrahmen­ abbildung 14) abzubilden. Die Strukturen der Ritzrahmenabbil­ dung 14 bestehen aus optischen Alignment-Marken und elektri­ schen Teststrukturen. Die Ritzrahmenabbildung 14 besteht aus drei in Fig. 1 horizontal liegenden Balken 15a, 15b und 15c, sowie zwei vertikalen Balken 16a und 16b. Weiterhin enthält die Maske 10 einen Barcode 17, der zur Identifikation der Maske 10 dient.

Darüberhinaus weist die Maske 10 in Ihrem in Fig. 1 unten liegenden Randbereich Replikationen 15a', 15b' und 15c' der horizontalen Balken 15a, 15b und 15c, sowie in Ihrem in Fig. 1 rechts liegenden Rahmenbereich Replikationen 16a' und 16b' der vertikalen Balken 16a und 16b auf. Diese Replikationen enthalten eine Replikation, der in der Ritzrahmenabbildung 14 enthaltenen Strukturen auf. Durch Vergleich dieser replizier­ ten mit den Orginalstrukturen kann somit eine Die-to-Die In­ spektion der optischen Alignment-Marken und elektrischen Teststrukturen der Maske 10 durchgeführt werden.

Bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung wird die durch die Maske 10 abgebildete Struktur mittels eines litho­ graphischen Verfahrens auf einen Wafer übertragen. In einem ersten Schritt wird dabei Licht durch die lichtdurchlässigen Bereiche der Maske auf eine lichtempfindliche Beschichtung auf den Wafer geworfen. Dies ist an sich bekannt und deshalb nicht näher erläutert. Gemäß dem geschilderten Ausführungs­ beispiel wird bei der Belichtung der die Replikationen der Ritzrahmenabbildung 14 (und auch den Barcode 17 sowie weite­ re, nicht gezeigte Pre-Alignment-Marken) enthaltende Rand der Maske 10 ausgeblendet. Dieser Rand ist in Fig. 1 durch eine Randlinie 18 angedeutet. Das heißt, das während des Belich­ tungsschrittes nur die innerhalb der Randlinie 18 liegenden Strukturen auf den Wafer abgebildet werden. Durch Unterbrin­ gung der Replikationen in diesem bei der Belichtung auszu­ blendenden Randbereich wird die nutzbare Bildfläche der Maske nicht reduziert.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Blende 20, die während des Be­ lichtungsschrittes zur Ausblendung der außerhalb der Randli­ nie 18 liegenden Strukturen zwischen die Maske 10 und den Wa­ fer eingeführt wird.

Anzumerken ist noch, dass eine Maske des in Fig. 1 gezeigten Typs typischerweise eine Größe von 12,5 × 12,5 cm (5 × 5 in­ ches) aufweist. Die ohne Verzerrungen abbildbare Bildfläche beträgt maximal 10 × 10 cm. Die bei der Belichtung durch Blenden auszublendende Strukturen sind von der nutzbaren Bildfläche mindestens 5 mm entfernt. Die Breite der Balken 15a, 15b und 15c, sowie 16a und 16b beträgt maximal 0,6 mm.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei­ spiel beschränkt, sondern umfasst Modifikationen im Rahmen durch die Ansprüche des definierten Schutzbereiches.

Bezugszeichenliste

10

Maske

11

Lichtundurchlässiger Bereich

12

Lichtdurchlässiger Bereich

13

Chipabbildungen

14

Ritzrahmenabbildung

15

a horizontaler Balken

15

b horizontaler Balken

15

c horizontaler Balken

16

a vertikaler Balken

16

b vertikaler Balken

16

c vertikaler Balken

17

Barcode

18

Randlinie

20

Blende

Claims (19)

1. Maske zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit einem ersten, zur Abbildung auf eine Halbleiterscheibe be­ stimmten Bereich (12), der ein erstes Belichtungsmuster ent­ hält, und einem zweiten, nicht zur Abbildung auf die Halblei­ terscheibe bestimmten Bereich (11), der ein zweites Belich­ tungsmuster enthält, dass durch Replikation zumindest eines Teils des ersten Belichtungsmusters hergestellt ist.

2. Maske nach Anspruch 1, wobei das erste Belichtungsmuster die Struktur der herzustellenden Halbleitervorrichtung ent­ hält.

3. Maske nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Belich­ tungmuster eine elektrische Teststruktur enthält.

4. Maske nach Anspruch 3, wobei dass zweite Belichtungsmu­ ster eine Replikation der elektrischen Teststruktur enthält.

5. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Belichtungsmuster eine optische Hilfsstruktur enthält.

6. Maske nach Anspruch 5, wobei die optische Hilfstruktur eine oder mehrere optische Alignement-Marken aufweist.

7. Maske nach Anspruch 5 oder 6, wobei das zweite Belich­ tungsmuster eine Replikation der optischen Hilfstruktur ent­ hält.

8. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der replizierte Teil des ersten Belichtungsmusters in einem Be­ reich (14) der Maske angeordnet ist, der zur Abbildung auf einen einen Ritzrahmen bildenden Bereich der Halbleiterschei­ be bestimmt ist.

9. Maske nach Anspruch 8, wobei der replizierte Teil des ersten Belichtungsmusters gitterförmig ist.

10. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Belichtungsmuster in ersten und zweiten rechteckförmi­ gen Bereichen enthalten ist, die deren Längsachsen nach im wesentlichen in einem rechten Winkel zueinander verlaufen.

11. Maske nach Ansprüchen 9 und 10, wobei in den ersten und zweiten rechteckförmigen Bereichen jeweils jene zu deren Längsachsen im wesentlichen parallele Anteile des gitterför­ migen replizierten Teiles des ersten Belichtungsmuster ent­ halten sind.

12. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Belichtungsmuster außerhalb der nutzbaren Bildfläche der Maske angeordnet ist.

13. Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Maske eine Vormaske ist.

14. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Maske eine Mustermaske ist.

15. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Maske eine Arbeitsmaske ist.

16. Verfahren zur Herstellung einer Maske, mit folgenden Schritten:
Erzeugung eines ersten Belichtungsmusters in einem ersten, zur Abbildung auf einer Halbleitervorrichtung bestimmten Be­ reich (12) eines Maskenwerkstückes;
Erzeugung eines zweiten Belichtungsmusters durch Replikation zumindest eines Teiles des ersten Belichtungsmusters in einem zweiten, nicht zur Abbildung auf die Halbleitervorrichtung bestimmten Bereich (11) des Maskenwerkstückes.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das erste und das zweite Belichtungsmuster in einem Schritt erzeugt werden.

18. Verfahren zur Überprüfung einer nach dem Verfahren des Anspruches 16 oder 17 hergestellten Maske, mit folgendem Schritt:
Vergleichen des zweiten Belichtungsmusters mit dem replizier­ ten Teil des ersten Belichtungsmusters.

19. Verfahren nach Anspruch 18, mit folgenden zusätzlichen Schnitten:
Bilden des Frequenzmusters des zweiten Belichtungsmusters und des replizierten Teils des ersten Belichtungsmusters; und
Vergleichen der gebildeten Frequenzmuster miteinander.