СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОШАБЛОННЫХ ЗАГОТОВОК Российский патент 2007 года по МПК H05K3/28 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к фотошаблонным заготовкам, которые используются в фотолитографическом процессе для формирования рисунка микроизображения интегральной схемы.

Известна фотошаблонная заготовка (см. Пат. РФ №2206115), состоящая из стеклянной подложки, маскирующего слоя и слоя резиста. В патенте указаны основные свойства стеклянной подложки и свойства маскирующих слоев. Недостатком этого способа является отсутствие характеристик пленок резистов и, в особенности, свойств, характеризующих прочность связи пленок с маскирующим слоем. Прецизионная фотолитография, широко используемая при создании интегральных схем, связана именно с этим параметром фотошаблонной заготовки. Отсутствие таких характеристик приводит к непредсказуемому браку, что недопустимо в электронике.

Наиболее близким является способ (см. Пат. РФ №2208920, кл. Н05К 3/26) получения фотошаблонной заготовки, включающий механическую обработку стеклянных пластин, обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, контроль качества стекла, нанесение маскирующего слоя, обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, контроль качества маскирующего слоя, нанесение фоторезиста, сушку фоторезиста и окончательный контроль.

Недостатком этого способа является низкая адгезия пленки фоторезиста к маскирующему слою хрома или окиси железа ввиду различного характера свойств поверхности указанных выше маскирующих слоев. В случае хрома - это металлическая поверхность, характеризующаяся высокой тепло- и электропроводностью, отсутствием статического заряда, в случае окиси железа - это диэлектрик с низкой тепло- и электропроводностью, наличием статического заряда. Вследствие этого адгезия пленки резиста к маскирующему слою в значительной степени зависит как от природы резиста, так и от природы маскирующего слоя. Это сказывается в литографическом процессе, и один из важнейших показателей этого процесса: «подтрав» под пленку резиста, колеблется в широких пределах, повышается брак по размерам «критичных» элементов и вследствие этого число отказов ИС и приборов на их основе. Классифицировать или отсортировать подложки по этому показателю в готовой продукции не представляется возможным, так как контроль носит разрушающий характер.

Целью настоящего изобретения является устранение перечисленных выше недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что в резист дополнительно вводят лейкопарафуксин в количестве 1-3 мас.% и после сушки фоторезиста проводят дополнительную термообработку при 110-120°С в течение 10-12 мин, причем используют фоторезист, содержащий светочувствительный компонент на основе нафтохинондиазида, новолачную фенол-формальдегидную смолу и растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

светочувствительный компонент на основе нафтохинондиазида14-18новолачная фенолформальдегидная смола10-15растворительостальное

Сущность способа заключается в том, что лейкопарафуксин, являясь аминным производным трифенилметана, отличается высокой реакционной способностью и, взаимодействуя с компонентами фоторезиста, а также с поверхностью маскирующего слоя, обеспечивает высокую адгезию пленки резиста и снижает «подтрав» под пленку резиста в литографическом процессе до 0,1 мкм. Добавка компонента осуществляется непосредственно перед нанесением резиста с тщательным перемешиванием и фильтрацией его через мембранный фильтр с величиной пор 0,2 мкм. Сам процесс взаимодействия компонентов резиста и лейкопарафуксина происходит при термообработке маскированных пластин с фоторезистом.

Пример. Листовое стекло производства Борского завода (ГОСТ-111-90) толщиной 2,6 мм зеркальное термически полированное разрезали на заготовки размером 127×127 мм с помощью специального устройства групповой резки, обрабатывали на шлифовальных дисках торцы и фаски и подвергали ультразвуковой обработке в 0,1% водном растворе поверхностноактивного вещества для удаления крошки стекла. Для полирования пластин использовали станки одновременной двусторонней обработки, в качестве полировального порошка применяли порошок на основе двуокиси церия марки «Фторопол» (ТУ 334-97) с содержанием рабочей фракции размером 0,6-6,0 мкм 85%. Средний размер основной фракции порошка составил 3 мкм (по прибору «Седиграф-600», США). Из полировального порошка предварительно готовили водную суспензию плотностью 1,18-1,2 г/см³ и фильтровали ее через специальные сита. В качестве полировального полотна на стадии предварительной полировки использовали нетканый материал (ТУ 17-21-40-1-90) на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,25. На стадии финишной полировки в качестве полировального материала использовали «Поливел» (ТУ-17-21-300-96). Полировальные полотна приклеивали водоотталкивающим клеем. Обработку проводили групповым способом, размещая пластины в специальных металлических обоймах с полиэтиленовым вкладышем для избежания механических нарушений стекла. Операцию предварительной полировки проводили в течение 40-50 мин, добиваясь «съема» стекла с каждой стороны пластины 15-20 мкм. Одновременно на одном станке обрабатывали 12 стеклянных пластин размером 127×127 мм. Общий запуск составил 200 шт. После проведения операции предварительной полировки контролировали «съем стекла». В дальнейшем ориентировались в основном на время обработки, изредка на отдельных пластинах контролируя «съем». Давление на стекла на операциях предварительного и финишного полирования устанавливали с помощью пружины на уровне 100-120 г/см² пластины. В дальнейшем давление фиксировали с помощью специального устройства и поддерживали постоянным. После предварительной полировки стеклянные пластины отмывали в трехступечатой линии УЗ отмывки с применением ПАВ для удаления шлака полировки и различных загрязнений, в особенности царапающих примесей и включений, которые не должны попадать на станки финишной полировки. Эти операции проводили на различных станках. При финишной полировке фактически проводили только «доводку» поверхности стекла. Отличительной особенностью этой операции является «съем» стекла 10-12 мкм в течение 10-15 мин с применением более мягкого полировального полотна. Далее пластины в количестве 200 шт. размером 127×127 мм передавали через водяной шлюз в «чистые» помещения для проведения отмывки на многоступенчатой линии отмывки. Пластины по 10 шт. помещали в специальные кассеты из нержавеющей стали с тефлоновыми основаниями и обрабатывали последовательно по 4-5 мин в следующих ваннах: 1-0,7% водный раствор лимонной кислоты с ультразвуком; 2 - деионизованная вода; 3-0,7% водный раствор молочной кислоты с ультразвуком; 4 - деионизованная вода; 5-0,7% водный раствор уксусной кислоты с ультразвуком; 6-7 - каскад деионизованной воды; 8-12 - изопропиловый спирт, причем ванна 11 снабжена ультразвуком, а в ванне 12 изопропиловый спирт находился в состоянии непрерывного кипения и конденсации с автоматизированной системой поддержания этого состояния. В ваннах 1-7 проводили очистку поверхности стеклянных пластин, а в ваннах 8-12 - обезвоживание и сушку. После охлаждения пластины контролировали на наличие различных дефектов в объеме стекла и на его поверхности. Результаты контроля: локальные загрязнения - 12 шт.; точки - 12 шт.; выход годных 176 шт. (88%).

Перед нанесением маскирующего слоя проводили повторную отмывку на этой же или аналогичной линии отмывки, но в укороченном режиме, т.е. использовали ванны 3-7 и 10-12, затем помещали чистые сухие пластины в тех же кассетах, в которых проводили отмывку, в обеспыленный переносной бокс и передавали на операцию нанесения маскирующего слоя. Нанесение маскирующего слоя хрома проводили в помещении в условиях соблюдения требований электронной гигиены по запыленности, влажности и температуре. Операцию нанесения проводили методом термического испарения в специальных установках высокого вакуума. Загрузку стеклянных пластин на подложкодержатель установки проводили в специальном стационарном «чистом» боксе, оснащенном горизонтальным встречным ламинарным потоком очищенного воздуха во избежание попадания загрязнений и пыли на пластины, помещали подложкодержатель в напылительную установку и вакуумировали камеру до остаточного давления 1.10^-6 мм рт.ст. при одновременном нагревании стенок камеры и дверцы до 80°С для наиболее полного удаления остаточных адсорбированных газов. Далее включали нагрев испарителя хрома, подавали газообразный очищенный азот в камеру до повышения давления до значения 1.10^-4 мм рт.ст. и стабилизировали этот процесс, температуру испарителя повышали до 1800°С в течение трех минут, приостанавливали повышение на 30 с, затем вновь повышали температуру до 1900°С с таким расчетом, чтобы скорость конденсации хрома на подложку составляла 150 Å/м. Этот процесс контролировали с помощью специального прибора. Процесс продолжался до тех пор пока оптическая плотность хрома на стеклянной пластине не достигала величины 2,5-2,7 отн. ед., заканчивали нанесение слоя хрома, охлаждали источник, разгерметизировали установку, вынимали подложкодержатель и разгружали пластины в «чистый» бокс, помещая их в межоперационную тару, которую в свою очередь помещали в «чистый» переносной бокс. Далее проводили контроль качества маскирующего слоя: «грязь» под слоем хрома - 2 шт.; проколы - 2 шт.; годных 172 (86%).

После этого пластины с маскирующим слоем подвергали отмывке в течение 5 мин. В 0,7% раствор лимонной кислоты марки «ХЧ» при воздействии ультразвука, в нейтральной водной среде в каскадной ванне, в изопропиловом спирте при комнатной температуре, затем в изопропиловом спирте при комнатной температуре при воздействии ультразвука, в кипящем изопропиловом спирте и после остывания помещали в переносной герметичный бокс и передавали на операцию нанесения резиста. Эту операцию проводили в «чистой» комнате со следующими характеристиками: запыленность в помещении 1-2 пылинки, в боксе нанесения пыль отсутствует, температура в помещении 20-22°С, относительная влажность 45±5%. До проведения этой операции в 1 кг фоторезиста, содержащего 16 мас.% светочувствительного компонента на основе нафтохинондиазида, 25 вес.% новолачной фенолформальдегидной смолы и растворитель, вводили 20 г лейкопарафуксина, тщательно перемешивали смесь до полного растворения, фильтровали через мембранный фильтр с величиной пор 0,2 мкм. После фильтрации фоторезист выдерживали в течение суток в боксе нанесения фоторезиста, затем заправляли дозатор фоторезистом, который автоматически выдавал необходимую порцию фоторезиста на пластину с маскирующим слоем хрома, осуществляя дополнительную фильтрацию фоторезиста непосредственно перед нанесением.

Таблица№№ п/пКонтроль стеклаКонтроль маскирующего слоя хромаКонтроль маскирующего слоя окиси железаКоличество лейкопарафуксинаКоличество фоторезиста, %ТермообработкаКонтрольная фотолитография. Подтрав под пленку резистаВиды бракаВыход годныхВиды бракаВыход годныхВиды бракаВыход годныхгрязь, шт.точки, штшт.%грязь, шт.проколы, шт.шт.%грязь, шт.неоднород., шт.шт.%г%°Сминхромокись железа112121768822172866216482202,597,511511,00,10,121212176882217286621648210298,011010,00,150,231212176882217286621648230397,012012,00,120,15412121768822172866216482151,598,51009,00,120,15512121768822172866216482353,596,513014,00,150,2Прототип668888118686318282--100--0,300,35

Нанесение проводили методом центрифугирования, толщина пленки 0,6-0,7 мкм. Далее пластины с фоторезистом в групповой таре помещали для сушки на 30 мин в термостат, в котором поддерживали температуру 90°С и далее проводили термообработку при температуре 115°С в течение 11 мин. После остывания пластин проводили операцию контрольной фотолитографии. Величина подтрава под пленку фоторезиста составила 0,1 мкм.

Другие опыты сведены в таблицу, в которой для сравнения приведены и данные для прототипа.

Из таблицы видно, что применение лейкопарафуксина позволяет улучшить адгезионные свойства фоторезиста как к металлическим, так и диэлектрическим пленкам. Величина «подтрава» под пленку резиста составляет 0,1 мкм на сторону, тогда как для прототипа эта величина в несколько раз больше.

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к способу получения фотошаблонных заготовок. Для увеличения адгезии фоторезистов к маскирующим слоям хрома и окиси железа в него добавляется 2-3 мас.% лейкопарафуксина (аминопроизводного трифенилметана), что позволяет после соответствующей термообработки улучшить точность воспроизведения критичных элементов интегральной схемы, «подтрав» под пленку резиста не превышает величины 0,1 мкм на сторону, что является техническим результатом изобретения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий резку листового стекла на пластины требуемого размера, механическую обработку стеклянных пластин, по меньшей мере, проведение одной отмывки полированных стеклянных пластин путем их последовательной обработки в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, в нейтральной водной среде, обезвоживания и сушки в парах изопропилового спирта, нанесение маскирующего слоя, еще одну отмывку пластин с маскирующим слоем, и нанесение фоторезиста, отличающийся тем, что при нанесение позитивного фоторезиста на основе нафтохинондиазида в него дополнительно введен лейкопарафуксин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

позитивный фоторезист на основе нафтохинондиазида97-98лейкопарафуксин2-3,

при этом после сушки пластин с нанесением фоторезистом проводят их термообработку при температуре 110-120°С в течение 10-12 мин.

светочувствительный компонент на основе нафтохинондиазида14-18новолачная фенолформальдегидная смола10-15растворительостальное