DE2143737A1 - PHOTO ETCHING - Google Patents
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- DE2143737A1 DE2143737A1 DE19712143737 DE2143737A DE2143737A1 DE 2143737 A1 DE2143737 A1 DE 2143737A1 DE 19712143737 DE19712143737 DE 19712143737 DE 2143737 A DE2143737 A DE 2143737A DE 2143737 A1 DE2143737 A1 DE 2143737A1
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2022—Multi-step exposure, e.g. hybrid; backside exposure; blanket exposure, e.g. for image reversal; edge exposure, e.g. for edge bead removal; corrective exposure
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
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Description
BobIIngen, den 13. August Li)71 gg-ba/szBobIIngen, August 13th Li) 71 gg-ba / sz
Ai.itLiches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket GE 9 71 006Ai.itLiches reference number: New registration Applicant's file number: Docket GE 9 71 006
PhotoätzverfahrenPhoto-etching process
Die Erfindung betrifft ein Photoät^vertahren, bei dem die Oberfläche eines geeigneten Materials mit Photo Lack beschichtet, der Photolack über eine das Muster enthaltende Photomaske belichtet und entwickelt und anschließend die Ätzung des iJeiterials durchgeführt wird.The invention relates to a Photoät ^ process in which the surface a suitable material coated with photo lacquer, which exposes the photoresist through a photomask containing the pattern and developed and then carried out the etching of the iJeiterial will.
Derartige Photoätzverfahren finden bekanntlich Anwendung in der Photolithograpie. Ein zusätzliches, neueres Anwendungsgebiet ist die Halbleitertechnik.Such photo-etching processes are known to be used in Photolithography. An additional, newer field of application is semiconductor technology.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll besonders im Hinblick auf die Anwendung in der Halbleitertechnik beschrieben werden, ohne daß dadurch eine Beschränkung auf dieses spezielle Anwendungsgebiet beabsichtigt ist.The method according to the invention is to be described particularly with regard to the application in semiconductor technology, without that thereby a restriction to this special field of application is intended.
Sämtliche in der integrierten Schaltungstechnik derzeit üblichen Herstellungsverfahren sind auf die Anwendung der maskierten Ätztechnik ausgerichtet. Dabei wird von lichtempfinlichen, organischen Verbindungen Gebrauch gemacht, die als Photolacke bekannt sind. Im Prinzip werden mittels einer in Verbindung mit dem Pho-All manufacturing processes currently customary in integrated circuit technology are based on the use of masked etching technology aligned. It is made of light-sensitive, organic Made use of compounds known as photoresists. In principle, by means of a
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tolack verwendeten Photomasks auf einem Halbleiterplättchen clLe verschiedenen für Diffusions-MetallisLerungs- und weiteren Prozesse erforderlichen Muster aufgebracht. Die verwendete Photomaske enthält das photographisch auf der Oberfläche eines geeigneten Maskenmaterials zu reproduzierende Bildmuster. Als Materialien koütmen bei den einzelnen Prozessen beispielsweise die Ober fluchen von Halbleitermaterial selbst, und von das Ilalbleitermaterial bedeckenden Oxyd- und Metallschichten in Frage.tolack used photomasks on a semiconductor wafer clLe various for diffusion metallization and other processes required pattern applied. The photomask used contains the photographically on the surface of a suitable one Mask material to be reproduced image patterns. For example, the upper curses could be used as materials in the individual processes of semiconductor material itself, and of covering the semiconductor material Oxide and metal layers in question.
Im wesentlichen enthält das aus der Photolithographic bekannte | Verfahren folgende Einzelschritte.It essentially contains what is known from photolithography | Follow the steps below.
Die betreffende, bei anschließenden Prozessen als Haske zu verwendende Oberfläche eines geeigneten Materials wird zunächst mit dem lichtempfindlichen Photolack beschichtet. Auf diesen Photolack wird eine das gewünschte Bildmuster enthaltende Photomaske aufgebracht und insbesondere auf bereits in vorhergehenden Prozessen verwendete Bildmuster ausgerichtet. Nach geeigneter, durch die Photomaske hindurch erfolgter Belichtung der Photolackschicht wird das Bild der Photomasks in der Photoleickschicht entwickelt. Abhängig von der Verwendung von positivem oder negativem Photolich werden dabei entweder die belichteten oder die nicht belichteten Teile der PhotolackKchicht entfernt. Die verbleibenden TaL-F Ie der Photolackschi.cht werden fixiert, so daß sie von den nachfolgenden Ätz- und ähnlichen Prozessen nicht angegriffen werden. Sie bilden also insbesondere eine Ätzmaske, mit deren Hilfe das durch die verwendete Photomaske vorgegebene Bildmuster in die Oberfläche des darunter angeordneten Materials übertragen werden kann. Dabei findet eine Ätzung des Materials jeweils nur in den Bereichen statt, in denen die Photolackschicht fehlt. Nach Durchführung des Ätzprozessen werden auch die restlichen Teile der Photolackschicht entfernt, so daß das gewünschte Muster für die nachfolgenden Prozesse zur Verfügung steht.The relevant one to be used as a hash in subsequent processes The surface of a suitable material is first coated with the photosensitive photoresist. On this photoresist a photomask containing the desired image pattern is applied and in particular on already in previous processes used image patterns aligned. After more suitable, through After exposure of the photoresist layer has taken place through the photomask, the image of the photomask is developed in the photoresist layer. Depending on the use of positive or negative photolich are either the exposed or the unexposed Parts of the photoresist layer removed. The remaining TaL-F The photoresist layers are fixed so that they can be removed from the following Etching and similar processes are not attacked. In particular, they form an etching mask with the help of which Image patterns predetermined by the photomask used in the Surface of the material arranged underneath can be transferred. The material is only etched in the Areas instead of where the photoresist layer is missing. After the etching process has been carried out, the remaining parts of the Photoresist layer removed so that the desired pattern is available for the subsequent processes.
Das in der Photolackschicht zu bildende Bildmuster kann nicht vollkommener sein als die für die Reproduktion verwendete Photo-The image pattern to be formed in the photoresist layer cannot be more perfect than the photographic pattern used for the reproduction.
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maske. Aus diesem Grunde sind an die Qualität der Photomaske wesentliche
Forderungen zu stellen. Selbstverständlich müssen die
geometrischen Dimensionen des Bildmusters korrekt sein und diese Dimensionen müssen relativ unabhängig von Temperatur- und Feuchtiyskeitseinflüssen
sein. Das Bildmuster muß sowohl in den hellen als auch in den dunklen Bereichen eine gleichförmige Dichte
aufweisen, wobei die Übergänge zwischen hellen und dunklen Bereichen
scharf definiert sein müssen.mask. For this reason, the quality of the photomask is essential. Of course they have to
geometric dimensions of the image pattern must be correct and these dimensions must be relatively independent of temperature and humidity influences. The image pattern must have a uniform density in both the light and dark areas
The transitions between light and dark areas must be sharply defined.
Es hat sich in der Vergangenheit gezeigt, daß konventionelle Photoätztechniken
insbesondere bei ihrer Anwendung in der integrierten Schaltungstechnik nicht in dem Maße perfekt sind, wie es eigentlich
hinsichtlich einer wirtschaftlich vertretbaren Ausbeute an damit herstellbaren integrierten Schaltungen erforderlich wäre.
Um scharfe Linien und Kanten im Bildmuster der herzustellenden Maske zu erzielen, ist man bestrebt, die Dicke der verwendeten
Photomaske ebenso wie die Dicke der Photolackschicht möglichst dünn zu wählen. Es ist aber nicht auszuschließen, daß Unvollkommenheiten
im Material und in der Beschichtung bei dünnen Schichten häufiger auftreten und ebenso belichtet und reproduziert werden
wie das eigentliche Maskenbild. Dabei bestehen Fehler in der Photolackschicht meist darin, daß diese Stellen ohne Photolack
aufweist. Bei Fehlern in der Photomaske ist zunächst zu unterscheiden, ob es sich um positiven oder negativen Photolack handelt,
also um Photolack, bei dem bei der Entwicklung belichteter oder
unbelichteter Photolack entfernt wird. Grundsätzlich sind aber
die Fehlfir in der Photomaske einzuteilen in helle Fehlstellen
in an sich dunklen Bereichen, im folgenden Hell-Fehler genannt,
und in dunkle Fehlstellen in an sich hellen Bereichen, im folgenden Dunkel-Fehler genannt. Sämtlichen, hier betrachteten Fehlstellen
ist gemeinsam, daß sie nur in zufälliger Verteilung auftreten .It has been shown in the past that conventional photo-etching techniques, especially when used in integrated circuit technology, are not as perfect as would actually be necessary with regard to an economically justifiable yield of integrated circuits that can be produced therewith. In order to achieve sharp lines and edges in the image pattern of the mask to be produced, efforts are made to select the thickness of the photomask used and the thickness of the photoresist layer as thin as possible. However, it cannot be ruled out that imperfections in the material and in the coating occur more frequently in thin layers and are just as exposed and reproduced as the actual mask image. In this case, defects in the photoresist layer usually consist in the fact that these areas are without photoresist
having. In the case of defects in the photomask, a distinction must first be made as to whether the photoresist is positive or negative,
So around photoresist, in which exposed or during development
unexposed photoresist is removed. Basically, however
to divide the defects in the photomask into bright defects
in inherently dark areas, hereinafter referred to as light defects,
and in dark flaws in areas that are actually bright, hereinafter referred to as dark flaws. All of the flaws considered here have in common that they only occur in a random distribution.
Aus dem US-Patent 3 317 320 ist bereits ein Photoätzverfahren bekannt, durch das die Auswirkung von Fehlstellen in der Photolackschicht verhindert werden. Dabei wird zunächst eine erste Photo-A photo-etching process is already known from US Pat. No. 3,317,320, which prevents the effects of imperfections in the photoresist layer. First of all, a first photo
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lackschicht über eine erste Maske belichtet, die Photolackschicht entwickelt und die entsprechenden Teile entfernt. Anschließend wird eine zweite Photolackschicht aufgebracht, die über eine zweite Maske belichtet und wiederum entwickelt wird. Dieses Verfahren ist z. Z. nur mit negativem Photolack möglich. Daher hat es den Nachteil, daß sämtliche Hell- Fehler beider Photomasken reproduziert werden, obwohl der Aufwand, den zwei Photolackschichten und zwei Masken mit sich bringen, in Kauf genommen wird. Außerdem bleiben sowohl Hell- als auch Dunkel-Fehler zumindest teilweise erhalten, indem beispielsweise in ihrem Bereich die Dicke der gebildeten Ätzmaske jeweils auf die Hälfte reduziert wird. Aus diesem Grunde wird in dem genannten Patent zusätzlich ange- ' regt, zur Vermeidung der Maskenfehler nach der Belichtung der ersten Photolackschicht keine Entwicklung durchzuführen. Auch durch diese Maßnahme können aber Hell-Fehler nicht, und Dunkel-Fehler nur zum Teil vermieden werden.lacquer layer exposed via a first mask, the photoresist layer developed and the corresponding parts removed. A second photoresist layer is then applied, which is exposed through a second mask and developed again. This method is e.g. Currently only possible with negative photoresist. It therefore has the disadvantage that all of the light defects in both photomasks are reproduced, although the effort involved in the two photoresist layers and two masks is accepted. In addition, both light and dark defects are at least partially retained, in that, for example, the thickness of the etching mask formed is reduced by half in each case in their area. For this reason, in addition reasonable in said patent 'encourages conduct to avoid the mask error after the exposure of the first resist any development. Even with this measure, however, light errors cannot be avoided and dark errors can only be partially avoided.
Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Photoätzverfahren anzugeben, durch das durch in zufälliger Verteilung vorhandene Fehlstellen, sogenannte Hell- und Dunkel-Fehler, in Photomasken bedingte Fehler bei der Photolithographie im allgemeinen und insbesondere bei deren Anwendung in der integrierten Schaltungstechnik vermieden werden.The object on which the invention is based is a photo-etching process due to the random distribution of defects, so-called light and dark defects, in Photomasks caused errors in photolithography in general and in particular in their application in the integrated Circuit technology can be avoided.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Photoätzverfahren zur Herstellung von Masken, bei dem die Oberfläche eines geeigneten Maskenmaterials mit Photolack beschichtet, der Photolack über eine das Muster enthaltende Photomaske belichtet und entwickelt und anschließend die Ätzung des Maskenmaterials durchgeführt wird, dadurch gelöst, daß die Photolackschicht mehrmals nacheinander jeweils unter Verwendung einer gesonderten, aber entsprechend ausgerichteten Photomaske einer für die Entwicklung der Photolackschicht nicht ausreichenden Teilbelichtung ausgesetzt wird und daß die Vollbelichtung durch die Summe der Teilbelichtung herbeigeführt wird.According to the invention, this object is achieved in a photo-etching process for the production of masks, in which the surface of a suitable mask material is coated with photoresist, the photoresist exposed and developed via a photomask containing the pattern, and then the etching of the mask material is carried out is achieved in that the photoresist layer several times in succession each time using a separate, but appropriately aligned photomask exposed to a partial exposure that is insufficient for the development of the photoresist layer and that the full exposure is brought about by the sum of the partial exposure.
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Dieses Verfahren weist insbesondere den Vorteil auf, daß die Auswirkungen sämtlicher möglicher Maskenfehler vermeidbar sind, £;o daß sich insbesondere bei der Anwendung des Verfahrens in der integrierten Schaltungstechnik wirtschaftlich vertretbare Ausbeuten erzielen lassen. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel besteht darin, daß aufeinanderfolgende Photomasken jeweils eine mindestens um die Justiertoleranz vergrößerte Mustergeometrie aufweisen. Dabei wird bei geringfügiger Verringerung der erreichbaren Ausbeute vermieden, daß eine vollkommen exakte Maskenjustage erforderlich ist.This method has the particular advantage that the effects all possible mask errors are avoidable, £; o that especially when using the method in the integrated Circuit technology economically justifiable yields can be achieved. An advantageous embodiment consists in that successive photomasks each have at least one have pattern geometry enlarged by the adjustment tolerance. With a slight reduction in the achievable Yield avoided that a perfectly exact mask adjustment is required is.
Insbesondere besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß bei Anwendung von N .£. 3 Masken und Teilbelichtungen die Teilbelichtungen so gewählt werden, daß jeweils nach der (N - l)ten Teilbelichtung die Vollbelichtung erreicht wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß bei aus regelmäßig angeordnetem Einzelmuster zusammengesetzten Muster einer Photomaske lediglich eine erweiterte Einzelmaske verwendet und die Teilbelichtungen jeweils nach Verschieben dieser Maske bis zur erneuten Deckung des Musters vorgenommen werden.In particular, the inventive method consists in that at Application of N. £. 3 masks and partial exposures the partial exposures be chosen so that the full exposure is achieved in each case after the (N-1) th partial exposure. An advantageous further development consists in the fact that in the case of a pattern of a photomask composed of regularly arranged individual patterns, only one Extended single mask is used and the partial exposures after moving this mask until the pattern is again covered be made.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. IA bis IB jeweils am Ende einzelner VerfahrensschritteFig. IA to IB each at the end of individual process steps
das erfindungsgemäße Verfahren bei Anwendung von zwei Teilbelichtungen,the method according to the invention when using two partial exposures,
Fig. IE den bei Anwendung von zwei Teilbelichtungen erzielten Verlauf der aufgenommenen Lichtenergie,Fig. IE the obtained using two partial exposures Course of the absorbed light energy,
Fig. IF den entsprechenden Verlauf der aufgenommenenFig. IF the corresponding course of the recorded
Lichtenergie, wenn nur relativ schmale Fehlstellen in den Photomasken vorhanden sind,Light energy if there are only relatively narrow imperfections in the photo masks,
Fig. 2A bis 2E jeweils am Ende einzelner Verfahrensschritte Docket GE 971 006 309810/09172A to 2E each at the end of individual process steps Docket GE 971 006 309810/0917
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das erfindungsgemäßa Verfahren bei Anwendung von drei Teilbelichtungen undthe method according to the invention when using three partial exposures and
Fig. 2F den Verlauf der aufgenommenen Lichtenergie beiFig. 2F shows the course of the absorbed light energy
Anwendung von drei Teilbelichtungen.Use of three partial exposures.
Wie bereits erwähnt, soll das erfindungsgemäße Verfahren in seiner Anwendung bei der der integrierten Schaltungstechnik beschrieben werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird von der Tatsache ausgegangen, daß eine komplette Entwicklung eines Bildmusters auf einer Photolackschicht eine Belichtung mit einer festliegenden minimalen Lichtenergie, bezogen auf die Flächeneinheit, voraussetzt. Normalerweise wird diese minimale Lichtenergie während einer einzigen Belichtung erreicht. Es wird nun davon Gebrauch gemacht, daß diese erforderliche minimale Lichtenergie auch durch eine Serie jeweils eine geringere Lichtenergie aufweisender Teilbelichtungen erzielt werden kann. Die Gesamtenergie ergibt sich als Summe der Energien der Teilbelichtungen. Für die einzelnen Teilbelichtungen wird jeweils entweder eine gesonderte Maske mit demselben Bildmuster oder aber, wenn sich das Bildmuster aus regelmäßig angeordneten Einzelmustern zusammensetzt, dieselbe Maske verwendet, die nach jeder Teilbelichtung um jeweils ein Einzelmuster verschoben wird. Zieht man in Betracht, daß die Hell- und Dunkel-Fehler der Photomasken in zufälliger Verteilung auftreten, so kann unterstellt werden, daß Fehlstellen aufeinanderfolgender Photomasken nicht übereinander zu liegen kommen. Das bedeutet, daß im Bereich einer Fehlstelle höchstens eine Teilbelichtung mit reduzierter Lichtenergie erfolgt. Ist die Lichtenergie einer Teilbelichtung gering genug gewählt, so werden die Fehlstelen der betreffenden Photomaske nicht reproduziert.As already mentioned, the method according to the invention should in its Application in which the integrated circuit technology are described. The method according to the invention is based on the fact assumed that a complete development of an image pattern on a photoresist layer involves exposure to a fixed requires minimal light energy in relation to the unit area. Usually this minimum light energy is during achieved in a single exposure. It is now made use of that this required minimum light energy also through a series of partial exposures each having a lower light energy can be achieved. The total energy results as the sum of the energies of the partial exposures. Either a separate mask is used for the individual partial exposures the same image pattern or, if the image pattern is composed of regularly arranged individual patterns, the same mask used that after each partial exposure by a single pattern is moved. If one takes into account that the light and dark defects of the photomasks occur in a random distribution, it can thus be assumed that defects in successive photomasks do not come to lie on top of one another. That means, that in the area of a defect there is at most a partial exposure with reduced light energy. Is the light energy one If partial exposure is chosen low enough, the missing steles will be of the photomask in question is not reproduced.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit lediglich zwei Teilbelichtungen ergibt sich aus den Fign. IA bis IE. Als Anwendungsbeispiel diene die Herstellung einer Diffusionsmaske in der integrierten Schaltungstechnik. Fig. IA zeigt einen Ausschnitt eines Halbleitersubstrats S, dessen Oberfläche durch Oxyidation mit einerThe method according to the invention with only two partial exposures results from FIGS. IA to IE. As an application example serve the production of a diffusion mask in integrated circuit technology. 1A shows a section of a semiconductor substrate S, the surface of which has been oxidized with a
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Oxydschicht M bedeckt ist. Die Oxydschicht M wird am Ende des Prozesses als Diffusionnnaske M1 bzw. M" verwendet. Auf die Oxydschicht M ist eine Photolackschicht PR aufgebracht. Die Photolackschicht PR ist wiedeium mit einer eisten Photomaske Ml bedeckt. Diese Photomaske zeigt beispielsweise helle Bereiche 11 und 12 und einen dunklen Bereich 13. Innerhalb des dunklen Bereiches ist eine einen Hell-Fehler darstellende Fehlstelle Dl angenommen. Innerhalb des hellen Bereiches 12 liegt ein Dunkel-Fehler D2. Diese Fehlstellen bestehen also entweder aus kleinsten lichtdurchlässigen Stellen in an sich lichtundurchlässigen Teilen oder aus licht-undurchlässigen Stellen in an sich lichtdurchlässigen Bereichen der Photomaske. Fig. IA zeigt die Anordnung nach der ersten Teilbelichtung. D. h., unterhalb der lichtdurchlässigen Bereiche 11, Dl und 12 ist die Photolackschicht PR teilbelichtet, was durch die schraffierten Schichtteile 14, 16 und 17 angedeutet ist. Unterhalb der lichtundurchlässigen Bereiche 13 und D2 findet keine Belichtung statt, was durch die punktierten Bereiche 15 und 18 kenntlich gemacht ist. Der Hell-Fehler Dl hat also einen unerwünschten, teilbelichteten Bereich 16 in der Photolackschicht PR zur Folge. Der Dunkel-Fehler D2 bewirkt, daß ein Bereich 18 der Photolackschicht PR unbelichtet ist, der an sich teilbelichtet sein müßte. Die bei dieser ersten Teilbelichtung zugeführte Lichtenergie würde nicht für eine Entwicklung des Photolacks ausreichen. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei einer Vollbelichtung anstelle dieser ersten Teilbelichtung die unterhalb der Fehlstellen Dl und D2 liegenden Schichtbereiche entweder vollbelichtet oder nicht bali eiltet wären. Diese Fehlstellen würden bei der anschließenden Entwicklung zu echten Fehlern werden.Oxide layer M is covered. The oxide layer M is used at the end of the process as a diffusion mask M 1 or M ". A photoresist layer PR is applied to the oxide layer M. The photoresist layer PR is in turn covered with a first photomask M1. This photomask shows, for example, light areas 11 and 12 and a dark area 13. Within the dark area, a flaw D1 representing a light defect is assumed. A dark flaw D2 lies within the light area 12. These flaws therefore consist either of the smallest light-permeable spots in parts that are opaque in themselves or of light- Fig. 1A shows the arrangement after the first partial exposure, i.e. below the transparent areas 11, Dl and 12, the photoresist layer PR is partially exposed, which is indicated by the hatched layer parts 14, 16 and 17. There is no underneath the opaque areas 13 and D2 e exposure takes place, which is indicated by the dotted areas 15 and 18. The light defect D1 thus results in an undesirable, partially exposed area 16 in the photoresist layer PR. The dark error D2 has the effect that an area 18 of the photoresist layer PR is unexposed, which area would have to be partially exposed. The light energy supplied during this first partial exposure would not be sufficient for developing the photoresist. It should be pointed out that in the case of a full exposure, instead of this first partial exposure, the layer areas lying below the defects D1 and D2 would either be fully exposed or not hurriedly. These flaws would become real errors in the subsequent development.
Im nächsten Verfahrensschritt (Fig. IB) wird die erste Maske Ml entfernt und eine zweite, im Muster entsprechende Photomaske M2 aufgebracht. Selbstverständlich muß die zweite Photomaske entsprechend der bereits belichteten Teile exakt justiert werden. Da die angenommenen Fehlstellen nur in zufälliger Verteilung auftreten, kann angenommen werden, daß bei der zweiten PhotomaskeIn the next step (Fig. IB), the first mask Ml removed and a second, corresponding in the pattern photomask M2 applied. Of course, the second photomask must correspond accordingly the parts that have already been exposed can be precisely adjusted. Since the assumed defects occur only in a random distribution, it can be assumed that the second photomask
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M2 die lichtdurchlässigen Bereiche 21 und 22 keine Dunkel-Fehler und der lichtundurchlässige Bereich 23 keinen Hell-Fehler aufweist. Bedingung ist aber nur, daß in beiden Photomasken keine sich überdeckende Fehlstellen vorhanden sind. Die nunmehr durchgeführte zweite Teilbelichtung bewirkt, daß die· Stellen der Photolackschicht PR, die beiden Belichtungen ausgesetzt waren, nunmehr voll belichtet sind, was durch die engschraffierten Bereiche 24 und 27 angedeutet ist. Der bei der ersten Teilbelichtung fälschlicherweise nicht belichtete Bereich 18 stellt sich nunmehr als halbbelichteter Bereich 28 in Fig. IB dar. Der bei der ersten Teilbelichtung fälschlicherweise teilbelichtete Bereich 16 wird der zweiten Teilbelichtung nicht ausgesetzt, so daß er in Fig. IBM2 the translucent areas 21 and 22 do not have dark defects and the opaque area 23 has no light defect. The only condition is that there are no overlapping defects in the two photomasks. The now carried out second partial exposure causes the · locations of the photoresist layer PR, which were exposed to both exposures, are now fully exposed, which is indicated by the narrow hatched areas 24 and 27 is indicated. The area 18 incorrectly not exposed in the first partial exposure now turns out to be half-exposed area 28 in FIG. 1B. The area 16 incorrectly partially exposed in the first partial exposure becomes not exposed to the second partial exposure, so that in Fig. IB
als teilbelichteter Bereich 26 erhalten bleibt. Der bei der ersten Teilbelichtung nicht belichtete Bereich 15 bleibt als nicht belichteter Bereich 25 erhalten. Die Fign. IC und ID zeigen die Anordnung nach der Entwicklung des Photolacks, wobei zu unterscheiden ist, ob positiver oder negativer Photolack verwendet wurde. In der Anordnung gemäß Fig. IC ist die Verwendung von negativem Photolack PR1 angenommen, was bedeutet, daß die unbelichteten oder nur teilbelichteten Bereiche 25, 26 und 28 verschwinden, so daß öffnungen 25" und 28' entstehen, während die belichteten Bereiche 24 und 27 als Bereiche 24' und 27' erhalten bleiben. Fig. ID zeigt die Anordnung bei Verwendung von positivem Photolack PR", bei dem die unbelichteten Bereiche 24" und 27" verschwinden, ψ während die belichteten oder teilbelichteten Bereiche 25", 26" und 28" erhalten bleiben. Bei der hier gewählten Darstellung sind die Grenzen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei Teilbelichtungen ersichtlich. Es zeigt sich nämlich offensichtlich, daß nur der Hell-Fehler Dl zum Verschwinden gebracht wird und nicht zur Wirkung kommt. Dagegen setzt sich der Dunkel-Fehler D2 fort und bleibt als Fehlstelle auch im entwickelten Photolack erhalten. Dies ist durch die Bereiche 28' in Fig. IC und 28" in Fig. ID angedeutet. Die Tatsache, daß bei Anwendung von lediglich zwei Teilbelichtungen nur die eine Art von Fehlerstellen ohne Auswirkung bleibt, ergibt sich auch aus dem Verlauf der aufgenommenen Lichtenergie, die in Fig. IE über der Breite der Gesamtanordnung aufge-is retained as a partially exposed area 26. The area 15 not exposed in the first partial exposure is retained as the unexposed area 25. The FIGS. IC and ID show the arrangement after the development of the photoresist, it being necessary to distinguish whether positive or negative photoresist was used. In the arrangement of Fig. IC is believed the use of a negative photoresist PR 1, which means that the unexposed or only partially exposed areas 25, 26 and 28 disappear, so that openings 25 'and 28' are formed, while the exposed areas 24 and 27 remain as areas 24 '27 and'. Fig. ID shows the arrangement when using a positive photoresist PR ', wherein the unexposed regions 24' and 27 "disappear, ψ while the exposed or partially exposed areas 25", 26 "and 28 ". In the representation chosen here, the limits of the method according to the invention with two partial exposures can be seen. It is evident that only the light error D1 is made to disappear and does not take effect. Defect D2 continues and remains as a defect in the developed photoresist. This is indicated by the areas 28 'in FIG. IC and 28 "in FIG. ID. The fact that when only two partial exposures are used, only one type of defect remains without effect, also results from the course of the light energy recorded, which in FIG. IE is recorded over the width of the overall arrangement.
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zeichnet ist. Dabei entspricht El der Energie der ersten und E2 der Energie der zweiten Teilbelichtung. Die Lichtenergie EO entspricht der für die Entwicklung erforderlichen Mindest-Energiemenge. Der Verlauf e21 entspricht der ersten Teilbelichtung. An keiner Stelle wird die Mindest-Energie erreicht. Nach der zweiten Teilbelichtung wird der Verlauf e22 eingestellt. Auch hier ist zu ersehen, daß im Bereich des Dunkel-Fehlers D2 nur eine halbe Belichtung erzielt wird, die für die Entwicklung nicht ausreicht, so daß die Fehlstelle erhalten bleibt. Aus dem entsprechenden Figurverlauf in Fig. IF wird aber deutlich, daß auch die Dunkel-Fehler D2 größtenteils keine Auswirkung haben, wenn die Fehlstellen relativ kleinflächig sind. Es ist nämlich festzustellen, daß bei der Belichtung infolge des auftretenden Streueffektes auch bei der ersten Teilbelichtung unterhalb des Dunkel-Fehlers D2 eine teilweise Belichtung erfolgt. Damit wird auch im Bereich eines kleinflächigen Dunkel-Fehlers bei der zweiten Teilbelich-' tung die Vollbelichtung erreicht, so daß die Fehlstelle bei der Entwicklung verschwindet. Dies ist durch die entsprechenden Energieverläufe e21' und e22" in Fig. IF dargestellt.is drawn. El corresponds to the energy of the first and E2 the energy of the second partial exposure. The light energy EO corresponds to the minimum amount of energy required for development. The course e21 corresponds to the first partial exposure. The minimum energy is never reached. After the second Partial exposure, the gradient e22 is set. Here, too, it can be seen that in the area of the dark error D2 only one half exposure is achieved, which is insufficient for development, so that the defect remains. From the corresponding The course of the figure in FIG. IF, however, makes it clear that the dark errors D2 also for the most part have no effect when the Defects are relatively small. It should be noted that during the exposure as a result of the scattering effect that occurs a partial exposure also takes place in the first partial exposure below the dark defect D2. This will also apply in the area a small-area dark defect in the second partial exposure reaches the full exposure, so that the defect in the Development disappears. This is shown by the corresponding energy curves e21 'and e22 "in FIG. IF.
Betrachtet man nunmehr wieder die Fign. IC und ID, so ist zu ersehen, daß durch Anwendung eines geeigneten Ätzmittels in den vom Photolack befreiten Bereichen 25' bzw. 24" und 27" die Oxydschicht M entfernt wird und eine entsprechende Diffusionsmaske M1 bzw. M" erhalten bleibt.If one now looks again at FIGS. IC and ID, it can be seen that the oxide layer M is removed by using a suitable etchant in the areas 25 'or 24 "and 27" from which the photoresist has been removed, and a corresponding diffusion mask M 1 or M "is retained.
Bereits bei Anwendung von drei Teilbelichtungen wird erreicht, daß sämtliche möglichen Fehlstellen Dl und D2 mit Sicherheit wirkungslos werden. Die entsprechenden Verfahrensschritte und zugehörigen Überlegungen ergeben sich aus den Fign. 2A bis 2F. Der einzige, wesentliche Unterschied des Verfahrensablaufs gemäß den Fign. 2A bis 2D gegenüber dem Verfahrensablauf gemäß den Figuren IA bis ID besteht also darin, daß die Vollbelichtung durch drei Teilbelichtungen in Verbindung mit drei getrennten Masken herbeigeführt wird. Der Einfachheit halber ist wiederum angenommen, daß die Fehlstellen bereits in der ersten Maske MlAlready when using three partial exposures it is achieved that all possible flaws D1 and D2 will definitely be ineffective. The corresponding process steps and associated Considerations emerge from FIGS. 2A to 2F. The only major difference in the process flow according to the FIGS. 2A to 2D, compared to the process sequence according to FIGS. 1A to ID, consists in the fact that the full exposure is brought about by three partial exposures in conjunction with three separate masks. For the sake of simplicity is again assumed that the defects already in the first mask Ml
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auftreten. Selbstverständlich könnten diese Fehlerstellen auch in einer der beiden folgenden Masken M2 und M3 enthalten sein. Wesentlich ist nur, daß infolge der zufälligen Verteilung der Fehlstellen angenommen werden kann, daß niemals zwei Fehlstellen zweier oder gar sämtlicher Masken nach, der Ausrichtung der Masken zur Deckung kommen.appear. Of course, these fault locations could also be contained in one of the two following masks M2 and M3. It is only essential that, as a result of the random distribution of the flaws, it can be assumed that two flaws of two or even all of the masks never coincide after the alignment of the masks.
Auszugehen ist wiederum von einem Halbleitersubstrat S, dessen Oberfläche durch Oxydation mit einer in eine Diffusionsmaske M1 bzw. M" umzuwandelnde Oxydschicht M bedeckt wird. Auf dieser Oxydschicht ist wiederum die Photolackschicht PR und darüber die erste Photomaske Ml angeordnet. Diese Photomaske weist wiederum lichtdurchlässige Bereiche 11 und 12 und einen, lichtundurchlässigen Bereich. 13 auf. Außerdem ist ein Es.ll-Feh.le?: Dl und ein Dunkelfehler D2 als vorhanden angenommen«, Bai der ersten Teilbelichtung mit einer Lichtenergie El (Fig. 2F) s die einem Drittel der Gesamtenergie bei Vollbelichtung entspricht, werden also die durch weite Schraffur gekennzeichneten, zu einem Drittel teilbelichteten Bereiche 14, 16 und 17 gebildeta ünbelichtet bleiben die Bereiche 15 und 18. Dabei stellen die Bereiche 16 und 18 durch die Fehlstellen Dl und D2 hervorgerufene Fehler dar. Fig. 2B zeigt, die Anordnung nach dem Aufbringen der fehlerfreien zweiten Maske M2 und Durchführung der zweiten Teilbelichtung. Diese zweite Photomaske ist selbstverständlich, auf das bereits belichtete Bildmuster ausgerichtet und weist die lichtdurchlässigen Bereiche 21 und 22 und de,, liehtundurchlässigen Bereich 23 auf. Bei der zweiten Teilbelichtimg werden die Bereich 14 und 27 zu zwei Dritteln teilbalichtet {Summe der Energien El und E2 in Fig. 2F). Dieser Belichtungszustand ist durch die dichtere Schraffur gekennzeichnet, ünbelichtet bleibt weiterhin der nunmehr mit 25 bezeichnete seitherige Bereich 15. Die der Fehlstelle 16 entsprechende Fehlstelle 26 wird von der zweiten Teilbelichtung nicht betroffen. Dagegen erfolgt eine Teilbelichtung der Fehlstelle 18 zu einem Drittel, was durch den weitschraffierten Bereich 28 angedeutet ist. Bei der dritten Teilbelichtung (Fig. 2C) in Verbindung mit der dritten Maske .M3,The starting point is again a semiconductor substrate S, the surface of which is covered by oxidation with an oxide layer M to be converted into a diffusion mask M 1 or M ″ regions 11 and 12 and an opaque region. 13. in addition, a Es.ll-Feh.le ?: Dl and a dark error D2 "assumed to be present, Bai the first partial exposure with a light energy El (Fig. 2F) s one third of the total energy at full exposure corresponds to, so the direction indicated by wide hatch partially exposed to one-third portions 14, 16 and 17 are formed a ünbelichtet remain the regions 15 and 18, 16 and 18. in this case, provide the areas by the voids Dl and D2 caused 2B shows the arrangement after the application of the error-free second mask M2 and implementation of the second Partial exposure. This second photomask is of course aligned with the image pattern that has already been exposed and has the light-permeable areas 21 and 22 and the light-impermeable area 23. During the second partial exposure, two thirds of the areas 14 and 27 are partially exposed (sum of energies E1 and E2 in FIG. 2F). This exposure state is characterized by the denser hatching, the previous area 15, now designated 25, remains unexposed. The defect 26 corresponding to the defect 16 is not affected by the second partial exposure. In contrast, a partial exposure of the defect 18 takes place to a third, which is indicated by the area 28 hatched. In the third partial exposure (Fig. 2C) in conjunction with the third mask .M3,
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die die lichtdurchlässigen Bereiche 31 und 32 und den lichtundurchlässigen Bereich 33 aufweist, werden die Bereich 24 und 27 aus Fig, 2B entsprechend der Summe der drei Lichtenergien El, E2 und E3 (Fig. 2F) vollbelichtet, was durch die enge Schraffur der Bereiche 34 und 37 angedeutet ist. ünbelichtet bleibt der nunmehr mit 35 bezeichnete Bereich 25. Die durch den Hell-Fehler Dl bewirkte Fehlstelle 16, bzw. 26 bleibt weiterhin zu einem Drittel teilbelichtet und ist mit dem Bezugszeichen 36 versehen. Wesentlich ist bei dieser abschließenden dritten Teilbelichtung, daß der bei der zweiten Teilbelichtung noch vorhandene, zu einem Drittel teilbelichtete Bereich 28 (Fig. 2B) nunmehr einer weiteren Teilbelichtung unterworfen wird. Dabei bildet sich der zu zwei Dritteln teilbelichtete Bereich 38. Wie aus der Fig. 2F zu ersehen ist, sind die Energien El, E2 und E3 der Teilbelichtungen so gewählt, daß die Vollbelichtung bereits bei zwei Teilbelichtungen erreicht ist. Der Verlauf e31 der ersten Teilbelichtung verläuft noch unterhalb der für die Vollbelichtung erforderlichen Mindestenergie EO. Bei der zweiten Teilbelichtung (Verlauf e32) wird diese Mindestenergie bereits an sämtlichen, gewünschten Stellen überschritten. Lediglich im Bereich des Dunkel-Fehlers D2 liegt die aufgenommene Lichtenergie entsprechend einer Teilbelichtung noch unterhalb der Mindestenergie. Doch diese Fehlstelle wird bei der dritten Teilbelichtung (Verlauf e33) endgültig behoben. Die Fig. 2D zeigt die Anordnung bei Verwendung eines negativen Photolacks PR1 nach der Entwicklung. Die entwickelte Photolackschicht PR1 bildet nunmehr eine Ätzmaske mit den eine Ätzung verhindernden Bereichen 34*, 37' und 38' und einem Maskenfenster 351, 36". Durch einen Ätzprozeß kann demnach in der Diffusionsmaske M1 ein Maskenfenster 401 erzeugt werden. In Fig. 2E ist die Herstellung einer komplementären Anordnung dargestellt, die durch die Verwendung einer positiven Photolackschicht PR" zustande kommt. Hier bleiben bei der Entwicklung der Photolackschicht der unbelichtete Bereich 35" und der zu einem Drittel teilbelichtete Bereich 36" erhalten, während die vollbelichteten Bereiche 34 und 37 und der zu zwei Dritteln belichtete Bereich 38 entferntwhich has the translucent areas 31 and 32 and the opaque area 33, the areas 24 and 27 from FIG. 2B are fully exposed according to the sum of the three light energies E1, E2 and E3 (FIG. 2F), which is indicated by the narrow hatching of the areas 34 and 37 is indicated. The area 25, now designated by 35, remains unexposed. One third of the defect 16 or 26 caused by the light defect D1 remains partially exposed and is provided with the reference number 36. In this final third partial exposure, it is essential that the area 28 (FIG. 2B) still present in the second partial exposure and partially exposed to one third is now subjected to a further partial exposure. The two-thirds partially exposed area 38 is thereby formed. As can be seen from FIG. 2F, the energies E1, E2 and E3 of the partial exposures are selected so that full exposure is already achieved with two partial exposures. The course e31 of the first partial exposure runs below the minimum energy EO required for full exposure. In the second partial exposure (curve e32), this minimum energy is already exceeded at all desired points. Only in the area of the dark error D2 is the light energy recorded, corresponding to a partial exposure, still below the minimum energy. But this flaw is finally eliminated with the third partial exposure (gradient e33). 2D shows the arrangement when using a negative photoresist PR 1 after development. The developed photoresist layer PR 1 now forms an etching mask with the etching-preventing areas 34 *, 37 'and 38' and a mask window 35 1 , 36 ". Accordingly, a mask window 40 1 can be produced in the diffusion mask M 1 by means of an etching process FIG. 2E shows the production of a complementary arrangement which comes about through the use of a positive photoresist layer PR ″. Here, during the development of the photoresist layer, the unexposed area 35 ″ and the one third partially exposed area 36 ″ are retained, while the fully exposed areas 34 and 37 and the two thirds exposed area 38 are removed
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werden, so daß in der gebildeten Ätzmaske Maskenfenster 34" und 37" bzw. 38" entstehen. Nach Durchführung der Ätzung bleibt demnach der Bereich 40" der Diffusionsmaske M" erhalten.so that mask windows 34 ″ and 37 ″ or 38 ″ arise in the etching mask formed the area 40 "of the diffusion mask M" is obtained.
Es zeigt sich also, daß das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche möglichen Fehlstellen in einer Photomaske, d. h. also Hell-Fehler und Dunkel-Fehler bei negativem und positivem Photolack, nicht zur Auswirkung kommen läßt, wenn mindestens drei Teilbelichtungen durchgeführt werden. Die Teilbelichtungen sind dabei so zu wählen, daß die Summe von zwei Teilbelichtungen bereits die für die Entwicklung erforderliche Belichtung ergibt, während nur eine Teilbelichtung nicht ausreichend ist. Wie im Zusammenhang mit den Fign. IA bis IF dargestellt, werden beim Verfahren mit nur zwei Teilbelichtungen unter Umständen relativ großflächige Dunkel-Fehler nicht beseitigt. Aber schon beim Verfahren mit nur zwei Teilbelichtungen werden in zufälliger Verteilung auftretende Fehler zu einem Großteil vermieden, so daß schon hier mit einer größeren Ausbeute zu rechnen ist. Dies ist eine Folge der insbesondere bei kleinflächigen Fehlstellen auftretenden Lichtstreuung.It can therefore be seen that the method according to the invention eliminates all possible defects in a photomask, i. H. so hell error and dark defects with negative and positive photoresist, does not have an effect if at least three partial exposures be performed. The partial exposures are to be selected so that the sum of two partial exposures is already gives the exposure required for development, while only a partial exposure is insufficient. How related with the FIGS. IA to IF are shown in the procedure with only two partial exposures under certain circumstances relatively large areas Dark bug not eliminated. But even with the method with only two partial exposures, the distribution is random errors that occur are largely avoided, so that a greater yield can be expected here. this is a Consequence of the light scattering that occurs especially with small imperfections.
Um bei manchen Anwendungsfällen unter Abwägung der Wirtschaftlichkeit das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Ausrichten aufeinanderfolgender Photomasken zu vereinfachen, kann bei nur geringer Einbuße an Ausbeute folgende Methode angewandt werden. Betrachtet man beispielsweise das Verfahren mit zwei Teilbelichtungen, so wird die erste Belichtung mittels einer regulären, das Bildmuster in den gewünschten Abmessungen enthaltenden Photomaske durchgeführt. Bei der zweiten Belichtung wird dagegen eine Photomaske verwendet, die eine mindestens um die Justiertoleranz vergrößerte Mustergeometrie aufweist. Da das zu übertragende Bildmuster nur durch die Summe beider Teilbelichtungen in seinen Abmessungen bestimmt wird, ist die Mustergeometrie der ersten Maske maßgeblich. Fehlstellen, die in den durch die vergrößerte Mustergeometrie der zweiten Maske nicht von beiden Masken überdeckten Bereich fallen, werden bei dieserFor some applications, taking into account the economic viability to simplify the alignment of successive photomasks required in the method according to the invention, the following method can be used with only a slight loss of yield. For example, if you look at the process two partial exposures, the first exposure is made using a regular, the image pattern in the desired dimensions containing photomask performed. In the second exposure, on the other hand, a photomask is used that is at least a the adjustment tolerance has enlarged pattern geometry. Because the image pattern to be transferred is only made up of the sum of both partial exposures is determined in its dimensions, the pattern geometry of the first mask is decisive. Defects in the As a result of the enlarged pattern geometry of the second mask, the area not covered by the two masks will fall in this case
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Methode reproduziert und ergeben einen Verlust an Ausbeute. Sämtliche weiteren Fehlstellen werden jedoch weiterhin eliminiert.Method reproduced and resulted in a loss of yield. All however, further imperfections are still eliminated.
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