СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОШАБЛОННЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 2006 года по МПК H01L21/302 

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к фотошаблонным заготовкам (ФШЗ), предназначенным для формирования рисунка микроизображения при изготовлении интегральных схем.

Известен способ получения ФШЗ, связанный с испарением и конденсацией паров хрома вакуумно-термическим способом путем дискретно-ступенчатого нагревания источника испарения до температуры 1100-1500°С (авт. св. СССР №688009).

Недостатком этого метода является высокая дефектность маскирующего слоя. Современные требования к ФШЗ возросли в значительной степени, а для большинства изделий микроэлектроники требуются ФШЗ с низкой дефектностью.

Наиболее близким к предлагаемому является способ (Электронная промышленность, 1980 г., вып.8-9, стр.100, 121) получения ФШЗ, связанный с тщательной подготовкой поверхности стеклянной пластины с применением высокоактивных моющих средств, ультразвукового воздействия и качественной деионизованной воды, прошедшей дополнительную бактерицидную очистку, и сушкой в парах изопропилового спирта или фреона. Отмечается, что на таких подложках получены маскирующие слои хрома с дефектностью до 0,01 см^-2 при контроле «проколов» размером 1,5 мкм и более.

Недостатком этого метода является повышенная дефектность маскирующего слоя при контроле дефектов размером 1,0 мкм и более. Современные требования к ФШЗ для больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших ИС (СБИС) характеризуются необходимостью контроля дефектов размером менее 1,5 мкм, что обусловлено размерами критичных элементов упомянутых схем, размеры которых не превышают 1-2 мкм, а зачастую лежат в субмикронной области. При контроле микронных дефектов они возрастают до 0,5 см^-2.

Другим недостатком является отсутствие характеристики отражательной способности поверхности хрома.

Применение фреона также недопустимо по экологическим соображениям.

Предлагается способ получения ФШЗ, лишенный отмеченных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно до нанесения маскирующего слоя проводят очистку хрома путем переплавки его при температуре 2000-2100°С и остаточном давлении 400-450 мм рт.ст. в атмосфере аргона, охлаждают камеру до комнатной температуры, нагревают испаритель со скоростью 500-700°С в мин до температуры 1750-1850°С, выдерживают в течение 25-35 сек, нагревают испаритель до 1860-1950°С и напыляют хром со скоростью 140-160 Å в мин до достижения требуемой оптической плотности.

Сущность способа заключается в многократной очистке хрома за счет удаления растворенных газов путем переплавки в инертной атмосфере и создания условий реиспарения и рекристаллизации хрома за счет нагревания испарителя и приостановки этого процесса, что позволяет не только осуществить конденсацию и реиспарение кристаллов хрома в самом испарителе, но и создать условия рекристаллизации атомов хрома на стеклянных подложках в самый начальный момент их конденсации. Проведение процесса напыления из «оптически плотного» испарителя способствует этому механизму.

Известно, что («Технология тонких пленок», М.: «Соврадио», 1977 г., стр.41) начальный момент формирования тонких пленок металлов является определяющим с точки зрения формирования потенциальных дефектов и проявления их в дальнейшем в маскирующем слое в целом. Это в особенной степени касается дефектов микронных и субмикронных размеров. В процессе же «чистого» взрывного испарения происходит «маскирование» этих дефектов, хотя эта стадия тоже является необходимой с точки зрения формирования равномерной мелкокристаллической пленки, отличающейся равномерностью свойств на всей площади пластины и от пластины к пластине. Стадия рекристаллизации и реиспарения обеспечивается режимом нагревания испарителя и выдержкой в течение 25-35 сек после нагрева испарителя до 1750-1850°С и последующим нагреванием испарителя до 1860-1950°С при постоянной скорости напыления 140-160 Å/мин. Такая технология позволяет сформировать пленку хрома с меньшим числом дефектов не только 1,5-микронных, но и субмикронных размеров.

Другим требованием технологии СБИС является требование по отражательной способности поверхности маскирующей пленки, что объясняется необходимостью точного совмещения комплекта шаблонов из 15-20 слоев. При этом сбои и помехи в оптической системе совмещения инициируются отраженными от поверхности хрома лучами. В международном стандарте SEMI предусмотрено три категории ФШЗ с разной отражающей способностью поверхности хрома: 1) более 40%; 2) 25-40% и 3) менее 25%.

Проведение процесса напыления хрома в атмосфере азота при остаточном давлении (0,5-1,5)·10^-4 мм рт.ст. и (1,5-2,5)·10^-5 мм рт.ст. позволяет сформировать маскирующие слои с коэффициентом отражения 25-40% и более 40% соответственно, а при наличии дополнительного слоя окиси хрома толщиной 200-300 Å коэффициент отражения составляет менее 25%.

Таким образом, все категории маскирующих слоев по отражающей способности могут быть получены в соответствии с предлагаемым способом получения ФШЗ.

Пример. Стеклянные пластины размером 127×127 мм обрабатывают на станках одновременной двусторонней обработки. В качестве полировального порошка применяют порошок на основе двуокиси церия «Фторопол» (ТУ 334-97) с содержанием рабочей фракции размером 0,6-6,0 мкм 85% и содержанием суммы окислов неодима и празеодима 10% и окиси железа 5%. В качестве полировального полотна используют нетканый материал (ТУ 17-21-40-1-90) на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,75 г/см³. На основе полировального порошка и деионизованной воды готовят полировальную суспензию с плотностью 1,2-1,3 г/см³. Полировальное полотно приклеивают к полировальнику водоотталкивающим клеем. Обработку проводят групповым методом в специальных металлических устройствах с пластмассовыми вкладышами для предотвращения травмирования стекла с периодической подачей суспензии в зону обработки. По окончании процесса полирования определяют «съем» стекла с поверхности и проводят обработку в водных растворах органических кислот, в деионизованной воде с последующим обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта. Далее пластины подвергают тщательному контролю в интенсивном пучке света при освещенности 60 тыс. люкс на расстоянии 15-20 см до поверхности стекла. Стеклянные пластины, не имеющие дефектов поверхности в виде царапин, ласин, точек, недополировки и др., направляют на повторную отмывку и формируют партии для нанесения маскирующего слоя хрома в условиях соблюдения требований электронно-вакуумной гигиены по запыленности, температуре и влажности в помещении, где расположены вакуумно-напылительные установки.

Загрузку стеклянных пластин производят в специальном чистом боксе на подложкодержатель, который затем помещают в вакуумную камеру. Подготовку хрома проводят переплавкой его в вольфрамовой лодочке при температуре 2000-2100°С в атмосфере аргона при остаточном давлении 400 мм рт.ст. В испаритель из молибдена помещают очищенный образец хрома, а сам испаритель устанавливают в вакуумной камере. Стенки камеры футеруют алюминиевой фольгой для облегчения последующей чистки. Перед напылением проводят вакуумирование камеры до остаточного давления 1·10^-6 мм рт.ст., нагревают стенки камеры до 80°С и выдерживают в таких условиях 30 мин. Затем стенки камеры охлаждают до комнатной температуры, устанавливают равномерный ток азота с таким расчетом, чтобы давление в камере было 1·10^-4 мм рт.ст., включают нагревание испарителя, равномерно повышают температуру испарителя до 1800°С в течение трех минут, после чего повышение температуры приостанавливают на 30 сек, повышают далее температуру источника до 1900°С с таким расчетом, чтобы скорость конденсации хрома на стеклянных пластинах была постоянной и равной 150 Å/мин, процесс продолжают до достижения оптической плотности на пластинах требуемой величины (обычно, 2,5-2,8 отн.ед.). Контроль скорости конденсации хрома и увеличение оптической плотности осуществляют по специальным приборам и датчикам, вмонтированным в систему. После этого, не отключая нагреватель, постепенно снижают температуру источника в течение трех минут и отключают нагреватель, выдерживают установку в течение 15 мин, проводят разгерметизацию вакуумной камеры и выгружают пластины. По контрольным пластинам проводят контроль дефектности и других параметров. Дефектность при контроле проколов размером 1,0 мкм и более составила 0,08 деф./см², а коэффициент отражения поверхности хрома - 30%.

Другие данные в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при контроле дефектов от 1,0 мкм и более дефектность пластин, полученных предлагаемым способом, ниже более чем в три раза, а коэффициент отражения фиксируется в требуемом интервале: <25% - низкий, 25-40% - средний, >40% - высокий.

Использование: в электронной технике для получения фотошаблонных заготовок. Сущность изобретения: способ получения фотошаблонных заготовок включает механическую и химическую обработку стеклянных пластин, размещение их в вакуумной камере и нанесение маскирующего слоя хрома путем нагрева испарителя с хромом в атмосфере азота до достижения требуемой оптической плотности, отмывку пластин, нанесение резиста и контроль. До нанесения маскирующего слоя проводят очистку хрома путем переплавки его при температуре 2000-2100°С и остаточном давлении 400-450 мм рт.ст. в атмосфере аргона, охлаждают камеру до комнатной температуры, нагревают испаритель со скоростью 500-700°С в минуту до температуры 1750-1850°С, выдерживают в течение 25-35 секунд, нагревают испаритель до 1860-1950°С и напыляют хром со скоростью 140-160 Å в минуту до достижения требуемой оптической плотности. Техническим результатом изобретения является снижение дефектности маскирующего слоя, получение маскирующего слоя с разной отражающей способностью, повышение экологичности способа. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий механическую обработку стеклянных пластин, обработку в водных растворах химических реагентов при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта (ИПС), размещение стеклянных пластин на подложкодержателе в вакуумной камере, монтаж испарителя, вакуумирование камеры при нагревании ее стенок, нанесение маскирующего слоя хрома путем нагрева испарителя с хромом в атмосфере азота до достижения требуемой оптической плотности, охлаждение камеры и развакуумирование ее, отмывка хромированных пластин, нанесение резиста и контроль, отличающийся тем, что дополнительно до нанесения маскирующего слоя проводят очистку хрома путем переплавки его при температуре 2000-2100°С и остаточном давлении 400-450 мм рт.ст. в атмосфере аргона, охлаждают камеру до комнатной температуры, нагревают испаритель со скоростью 500-700°С в мин до температуры 1750-1850°С, выдерживают в течение 25-35 с, нагревают испаритель до 1860-1950°С и напыляют хром со скоростью 140-160 Å в мин до достижения требуемой оптической плотности.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыление хрома проводят при остаточном давлении (0,5-1,5)·10^-4 мм рт.ст.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыление хрома проводят при остаточном давлении (1,5-2,5)·10^-5 мм рт.ст.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после достижения требуемой оптической плотности маскирующего слоя дополнительно наносят слой окиси хрома толщиной 200-300 Å.