DE2727190C3

DE2727190C3 -

Info

Publication number: DE2727190C3
Application number: DE19772727190
Authority: DE
Inventors: Daniel Meylan Wassong (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-06-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2727190A1; FR2355315B1; JPS52155976A; FR2355315A1; DE2727190B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Photomasken, die mehrere sich wiederholende Elementarmuster enthalten, durch wiederholte Projektion des mit Hilfe einer Maske ausgewählten Bildes eines Elementarmusters mittels eines Objektives auf eine photographische Platte, die auf einem in bezug auf das Objektiv in zwei Koordinatenrichtungen verstellbaren Tisch angebracht ist, der für jede Belichtung in die Stellung gebracht wird, in welcher die Abbildung des Elementarmusters auf der Platte den Platz einnimmt, der ihm in der Photomaske entspricht. Derartige Photomasken werden insbesondere für die Belichtung von Halbleitersubstraten bei der Fertigung von integrierten Schaltungen mit sehr großer Integrationsdichte und großen Abmessungen von mehreren hundert Quadratmillimetern Fläche benötigt.

Ein Verfahren der oben genannten Art ist bereits aus der DE-OS 23 43 600 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren sind die Elementarmuster einfache geometrische Grundelemente, aus denen sich eine Zeichnung für eine integrierte Schaltung zusammensetzt. Durch Zusammen- und Übereinanderkopieren dieser Zeichnungselemente wird die Zeichnung aufgebaut. Dieses Verfahren entspricht also der Arbeitsweise einer Zeichenmaschine, welche die Arbeit eines Zeichners ersetzt oder erleichtert

Es wurden auch bereits Verfahren für die Herstellung

solcher Photomasken vorgeschlagen, bei denen die photographische Verkleinerung einer in großem Maß stab hergestellten Zeichnung des zu erzielenden

Musters angewendet wird.

Bei einem dieser Verfahren wird zunächst eine Zeichnung des Musters in sehr großem Maßstab, beispielsweise im Maßstab 200:1, auf einer Folie aus

ίο einem Material ausgeführt, von dem leicht Teile (beispielsweise die lichtdurchlässigen Teile der endgüligen Maske) entfernt werden können, ohne daß der Zusammenhalt der verbleibenden Teile beeinträchtigt wird.

Nach dem Ausschneiden dieser Teile erfolgt eine erste photographische Verkleinerung, die den Maßstab beispielsweise auf 10:1 bringt Durch eine zweite photographische Verkleinerung und Wiederholung erhält man die Maske mit den wirklichen Abmessungen.

Bei diesem Verfahren treten verschiedene Schwierigkeiten auf, zu denen insbesondere die Abmessungen der ursprünglichen Zeichnung gehören, die immer größer werden, je mehr der Integrationsgrad zunimmt Auf der anderen Seite ist man durch das Bildfeld der photographischen Verkleinerungsoptiken eingeschränkt für die auch ein umso größeres Auflösungsvermögen gefordert wird, je mehr die Dichte der zu reproduzierenden Muster zunimmt Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten geht man bei einem anderen bekannten Verfahren von Zeichnungen in großem Maßstab aus, die nur Teile des Musters wiedergeben, wobei das Muster in Teilflächen zerlegt wird, die anschließend zur Bildung der endgültigen Maske aneinandergefügt werden. Diesem Verfahren steht eine andere Reihe von Schwierigkeiten entgegen, zu denen insbesondere die große Anzahl der herzustellenden photographischen Zwischenklischees gehört; um deren Anzahl richtig einzuschätzen, ist zu bemerken, daß ein Maskensatz aus mehreren übereinanderliegenden Ni veaus gebildet ist; für jedes Niveau muß, je nach Lage des Falles, eine mehr oder weniger große Anzahl von Teilflächen vorgesehen werden, und für eine Maske mit acht Niveaus, die für die Erzielung einer Anordnung von 300 mm² Oberfläche mit sehr großer Integrationsdichte bestimmt ist kann die Gesamtzahl der photographischen Zwischenplatten im Maßstab 10:1 ohne weiteres in der Größenordnung von 100 liegen. Anschließend besteht die Schwierigkeit der richtigen Aneinanderfügung der Teilphotographien infolge von Mängeln,

™ insbesondere von Verzerrungen, die diese an ihrem Umfang aufweisen und die ihrerseits von den Unvollkommenheiten stammen, die den verwendeten optischen Systemen zu eigen sind. Jeder merkliche Fehler an einer der Verbindungsstellen erfordert das Verwerfen der gesamten Anordnung.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden einige dieser Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß die Zeichnungen direkt in einem verhältnismäßig kleinen ersten Maßstab von 10:1 gezeichnet werden,

^bü anstatt im Maßstab 200 :1 bei dem zuvor betrachteten Beispiel; die erforderliche Feinheit der Zeichnung bedingt dann die Verwendung von teuren Maschinen.

Genauere Ausführungen über diesen Stand der Technik findet man in dem Aufsatz »NBS Program in

¹^ Photomask Linewidth Measurements« von Dennis A. Sywt in der Zeitschrift »Solid State Technology«, April 1976, Seiten 55—61, und in dem Aufsatz »By Modem Photomasking Techniques« von Aubray C. To-

bey in der Zeitschrift »Industrial Research«, September 1975. Seiten 66—70.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, durch das die Herstellung von Photomasken wesentlich vereinfacht wird und insbesondere die Anzahl der erforderlichen photographischen Zwischenplatten reduziert wird, ohne daß der Einsatz besonders aufwendiger Präzisionsrnaschinen erforderlich ist

Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Abschnitte des die Photomaske bildenden Gesamtmusters, durch deren Wiederholung und Aneinanderfügung das Gesamtmuster wiederhergestellt werden kann, als Elementarmuster in großem Maßstab gezeichnet werden, daß π mehrere dieser Elementarmuster durch eine erste photographische Verkleinerung auf einer gemeinsamen Zwischenplatte so abgebildet werden, daß sie durch lichtundurchlässige Zwischenräume voneinander getrennt sind, und daß durch eine zweite photographische Verkleinerung jedes der auf der Zwischenplatte befindlichen Elementarmusters unter Abdeckung der übrigen Elementarmuster durch die Maske so oft auf die photographische Platte abgebildet wird, wie es im Gesamtmuster enthalten ist, und dabei der Tisch schrittweise so verschoben wird, daß sich die abgebildeten Elementarmuster aneinanderfügen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für die Herstellung von Photomasken für integrierte Halbleiterschaltungen, die zu einem Teil aus Elementarmustern gebildet sind, von denen sich jedes in dem Gesamtmuster oft wiederholt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der J Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der gesamten herzustellenden Maske und

F i g. 2 eines der Klischees von verschiedenen Teilen der Maske von Fig. 1, die im Verlauf des Verfahrens ausgebildet werden.

F i g. 1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Konfiguration, die auf einem Halbleitersubstrat erhalten werden soll. Bei diesem Beispiel enthält die Konfiguration eine zentrale Matrix M, die durch die Wiederholung eines gleichen Elementes m gebildet wird, das Dioden, Widerstände, Kapazitäten, Transistoren usw. enthalten kann und dessen genaue Ausbildung nicht näher beschrieben wird, da sie für das erläuterte Verfahren ohne Bedeutung ist. Es wird einfach vorausgesetzt, daß die Matrix dadurch gebildet wird, daß das betreffende Element periodisch mit einer vorgegebenen Teilung (d. h. mit einem vorgegebenen Abstand zwischen einander entsprechenden Punkten von zwei aufeinanderfolgenden Elementen) wiederholt wird. Alle diese « einander gleichen Elemente können mit Hilfe einer gleichen Maske gebildet werden; die Zeichnung der Maske wird aus den zuvor angegebenen Gründen nicht näher erläutert. Bei dem Beispiel von F i g. 1 ist die Matrix über den größten Th' Hirer vier Seiten von to Rechtecken A₁ B, C, D eingerahmt, die beispielsweise aus den Verbindungsanordnungen bestehen, die wiederum durch die Wiederholung eines gleichen Grundelements gebildet werden, das für jede der vier Seiten verschieden ist und auch von dem Grundelement der i>^r> Matrix M verschieden ist. Diese zuletzt erwähnten rechteckigen Grundelemente sind mit den Buchstaben a, b. c bzw. d bezeichnet. Schließlich wird bei dem dargestellten Beispiel die Zeichnung durch vier Eckelemente I, II, III, IV vervollständigt, die beispielsweise zum Anschweißen der Anschlußdrähte dienen.

In der Zeichnung des Gesamtmusters wird eine bestimmte Anzahl von Elementarmustern ausgewählt, durch deren Wiederholung und Aneinanderfügung das Gesamtmuster wieder hergestellt werden kann, und man fertigt von diesen Elementarmustern Zeichnungen in einem großen Maßstab, beispielsweise im Maßstab 200 :1 an. Diese Auswahl kann wegen des periodischen Charakters der Struktur mit sehr großer Freizügigkeit erfolgen; sie bestimmt den Teilungsschritt, mit dem die Wiederholung der Elementarmuster durchgeführt werden muß.

Man kann außer den zuvor erwähnten Elementen m, a, b, c d, I, II, III, IV absichtlich auch gemischte Elemente wählen, die ganz oder teilweise aus den verschiedenen Grundelementen gebildet sind, wie die in F i g. 2 dargestellten Elementarmuster (a, m), (b, /njt (III, c, d, m) usw. zeigen.

F i g. 2 zeigt die photographische Zwischenplatte 10, die dadurch erhalten worden ist, daß die ursprünglichen Zeichnungen der Elementarmuster im Verhältnis 1 :20 verkleinert worden sind, damit die Elementarmuster im Maßstab 10:1 erhalten werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens, die auch dem beschriebenen Beispiel entspricht, sind die Photographien der Elementarmuster alle auf einer gemeinsamen Zwischenplatte gebildet, die eines der genormten Formate hat Die Flächenabmessungen der Elementarmuster in diesem Maßstab sind so klein gewählt, daß sie alle auf der gleichen Platte untergebracht werden können und zwischen den Elementarmustern lichtundurchlässige Zwischenräume bestehen; diese Zwischenräume nehmen die in der Zeichnung schraffierte Fläche ein. Die in einem Kreis angeordneten Kreuze stellen Ausrichtmarken dar.

Hinsichtlich der Abmessungen der Zwischenräume ist keine Genauigkeit erforderlich, da diese Zwischenräume nur die Aufgabe haben, die verschiedenen Elementarmuster so voneinander zu trennen, daß mit Hilfe einer Abdeckmaske jeweils das Elementarmuster isoliert werden kann, dessen Reproduktion in der Endphase erfolgen soll.

Die Abmessungen der öffnungen in jeder dieser Abdeckmasken können wegen des Vorhandenseins der lichtundurchlässigen Zwischenräume, die jede der zu photographierenden Elementarflächen umgeben, mit großen Toleranzen gewählt werden.

In der Endphase erfolgt eine erneute photographische Aufzeichnung mit einer Verkleinerung, die bei den zuvor angegebenen Zahlenwerten dem Verhältnis 10:1 entspricht, damit der Maßstab 1 :1 erhalten wird.

Diese photographische Aufzeichnung erfolgt auf einer Platte, die von einem Tisch getragen wird, dem eine Verstellbewegung in zwei zueinander senkrechten Richtungen χ und y erteilt wird. Die zuvor beschrieben Zwischenplatte mit dem Maßstab 10 :1 wird dann in die objektseitige Lage in bezug auf ein photographisches Objektiv gebracht, das die Verkleinerung in dem angegebenen Verhältnis 1:10 vornimmt. Das Objektiv reproduziert jeweils eines der Elementarmuster, während üie übrigen Elementarmuster durch die Abdeckmaske verdeckt sind, und der Tisch wird so oft verstellt, wie dies notwendig ist, um die gewünschte Anzahl der Wiederholungen des betreffenden Elementarmusters zu erhalten. Der gleiche Vorgang wird mit den übrigen Elementarmustern wiederholt, bis das Gesamtmuster

vollständig reproduziert ist.

Die Genauigkeit der Verstellungen des Tisches, die für das richtige Aneinanderfügen der Elementarmuster notwendig ist, überschreitet nicht die Genauigkeit, die gegenwärtig mit den verfügbaren x-y-Kreuztischen durchgeführt wird. Diese Kreuztische werden heir nicht näher beschrieben, da sie keinen Teil der Erfindung bilden.

Der nutzbare Teil des Tisches liegt in der Größenordnung von 100 χ 100 mm, was die Behandlung von runden Siliciumplättchen von 75 mm Durchmesser erlaubt. Auf einem solchen Plättchen wird eine gewisse Anzahl von Gesamtmustern der in F i g. 1 gezeigten Art gebildet.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergeben sich verschiedene Vorteile des beschriebenen Verfahrens gegenüber den bisher bekannten Verfahren, insbesondere die folgenden:

Es ist zu erkennen, daß bei dem beschriebenen Verfahren für jedes Niveau eine einzige Zwischenplatte von einfacher und billiger Ausführung, im allgemeinen im Maßstab 10:1, genügt, um alle dieses Niveau bildenden Elemente zu vereinigen, wie aus Fig.2 zu erkennen ist. Die Anzahl der Elemente, aus denen durch Wiederholung das Gesamtmuster hergestellt werden kann, ist klein; bei dem beschriebenen Beispiel werden neun Elemente benötigt Falls die Anzahl der Elemente zu groß ist, um alle Elemente auf einer einzigen Zwischenplatte unterzubringen, oder wenn das Bildfeld des für die endgültige Verkleinerung verwendeten Objektivs besonders klein ist (was insbesondere bei Objektiven mit sehr großem Auflösungsvermögen der Fall ist), können nacheinander mehrere Zwischenplatten verwendet werden. Dann werden alle diese Zwischenplatten in einer Ebene auf einem gemeinsamen Träger angebracht, und man verstellt den Träger in dieser Ebene in bezug auf das Objektiv, so daß der Reihe nach jede der Zwischenplatten in das Bildfeld des Objektivs gebracht wird. In diesem Fall sind zusätzliche Ausrichtmarkierungen notwendig.

Durch die beschriebene Wiederholung der Elemen

tarmuster in der erforderlichen Anzahl ist es möglich die Abmessungen der Elementarmuster in weiter Grenzen zu wählen, und insbesondere so zu bestimmen daß das Objektiv möglichst gut ausgenutzt wird unc eine Verringerung der Auflösung und Verzerrungen ar den Rändern des Bildfeldes vermieden werden.

Die Verstellungen des Tisches erfolgen nach einen·

ίο einfachen Programm. Die gegenwärtig bei Kreuztischen dieser Art erzielbare Präzision, die üblicherweise in der Größenordnung von einem Zehntel Mikron ir jeder Richtung liegt, erlaubt ein sehr einwandfreie; Aneinanderfügen der Elementarmuster auch bei der feinsten Masken,

Die Dauer der Herstellung einer Maske liegt in dei Größenordnung der Dauer der Anfertigung der gleichen Maske durch die Technik des Elektronenbeschusses, die im allgemeinen als das schnellste Verfahren angesehen wird. Diese Dauer schwank! offensichtlich von einer Maske zur anderen und kann zwischen einem Bruchteil einer Stunde und mehrerer Stunden liegen. Schließlich ist auch nur ein einziger Ausrichtvorgang für jedes Niveau erforderlich.

Die elektronische Technik, die gute Ergebnisse liefert hat den Nachteil, daß sie wegen der Kompliziertheit der erforderlichen Anlagen große Investitionen erfordert; dies ist insbesondere die Folge der Notwendigkeit, im Vakuum mit sehr feinen Elektronenbündeln von einigen Zehnteln Mikron bis zu höchstens einigen Mikron Durchmesser zu arbeiten, wobei im Fall der gegenwärtig angewendeten Halbleiterplättchen mit großer Abmessungen große Ablenkwinkel erforderlich sind.
Schließlich ist noch ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens zu erwähnen: Mit derr gleichen Satz von Zwischenplatten ist es möglich unterschiedliche Anordnungen unter Verwendung des gleichen Elementarmusters herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Photomasken, die mehrere sich wiederholende Elementarmuster enthalten, durch wiederholte Projektion des mit Hilfe einer Maske ausgewählten Bildes eines Elementarmusters mittels eines Objektivs auf eine photographische Platte, die auf einem in bezug auf das Objektiv in zwei Koordinatenrichtungen verstellbaren Tisch angebracht ist, der für jede Belichtung in die Stellung gebracht wird, in welcher die Abbildung des Elementarmusters auf der Platte den Platz einnimmt, der ihm in der Photomaske entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Abschnitte des die Photomaske bildenden Gesamtmusters, durch deren Wiederholung und Aneinanderfügung das Gesamtmuster wiederhergestellt werden kann, als Elementarmuster in großem Maßstab gezeichnet werden, daß mehrere dieser Elementarmuster durch eine erste photographische Verkleinerung auf einer gemeinsamen Zwischenpiatte so abgebildet werden, daß sie durch lichtundurchlässige Zwischenräume voneinander getrennt sind, und daß durch eine zweite photographische Verkleinerung jedes der auf der Zwischenplatte befindlichen Elementarmuster unter Abdekkung der übrigen Elementarmuster durch die Maske so oft auf die photographische Platte abgebildet wird, wie es im Gesamtmuster enthalten ist, und dabei der Tisch schrittweise so verschoben wird, daß sich die abgebildeten Elementarmuster aneinanderfügen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verkleinerung im Verhältnis 1 :10 erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung für die Herstellung einer Photomaskengruppe für Siliziumplättchen von 75 mm Durchmesser.