Фотошаблон и способ его изготовления Советский патент 1983 года по МПК H01L21/312 G03F1/00 

(54) ФОТОШАБЛОН И СПОСОБ ЕГО .ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к технологии

микроэлектроники, в частности к технологии изготовления фотошаблонов.

. В производстве микросхем широко применяется фотолитография, важнейшим инструментом которой являются фотошаблоны. Создание фотошаблонов - трудоемкий процесс, от их эксплуатационных качеств зависит производительность труда и качество продукции.

Известен фотошаблон, содержащий полированную прозрачную пластину с непрозрачными для ультрафиолетового излучения участками, которые выступают над поверхностью подложки приблизительно на О,1 мкм.

Недостатком такого фотошаблона является его малая разрешающая способность.

Способ изготовления фотошаблона состоит из изготовления полированной прозрачной пластины, нанесения на поверхность пластины фоторезистивной пленки, получения рисунка на поверхности пластины методом фотолитографии, нанесения по

рисунку пасты, непрозрачной для ультрафиолетового излучения, последующего вжи-гения этой пасты на глубину 2,5-3,0 мкм в прозрачную пластину L1J.

Недостатком изготовления такого фотошаблона является сложность контроля и управления высокотемпературным процессом вжигания пасты в пластину, а также невозможность получения вь1сокой разрешающей способности при вжигании пасты.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотошаблон, содержащий полированную стеклянную пластину с непрозрачными для ультрафиолетового излучения участками, расположенными в объеме пластины.

Способ изготоЕпения данного фотошаб лона основан на формировании на поверхности стеклянной пластины защитной маски из фоторезиста, химической обработке незащищенных участков пластины путем травления на глубину, равную толщине непрозрачных участков, заполнение впадин полученного рельефа непрозрачным для 310 ультрпфнолЬтового излучения материаплом . Недостатком известного фотошаблона является его низкая разрешающая способность, обусловленная тем, что формирование рельефа в пластине путем травления приводит к разрушению фоторезиста и растравливанию элементов пластины. Кроме того, фотошаблон обладает недоста точной износостойкостью нз-эа наличия концентраторов напряжений, возникающих на границах контактирующих фаз стекло напаг1нитель (непрозрачный для ультрафиопетового излучения материал), а также из-за образования неровностей в поверхности пластины при травлении Цель изобретения - повыщение разрешающей способности и износостойкости конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в фотошаблоне, содержащем полированную стеклянную пластину с непрозрачными для ультрафиолетового излучения участками, расположенными в объеме пластины, пластина выполнена из ликвируюшего CTeiuia с размерами областей химической неоднородности не более 100 А, а непрозрачные участки выполнены в виде областей пористой структуры, заполненных материалом, поглощающим ультрафиолетовое излучение, В способе изготовления фотошаблона, включакядем формирование на рабочей поверхности стеклянной пластины защитной ,(Г маски из фоторезиста, химическую обра- ботку незащищенных участков пластины получение непрозрачных для ультрафиолетового излучения участков, удаление защитной маски, химическую обработку про водят путем выщелачивания стекла на глу бину 10-20 мкм, а получение непрозрачных участков путем пропитки полученных областей пористой структуры материалом, поглощаюпхим ультрафиолетовое излучение, Процесс выщелачивания отличается от процесса травления тем, что для выщелачивания возможно применение таких кислот, как масляная и винная. Процесс длится 1О-1ОО с. При этом фоторезист не разрушается. Процесс выщелачивания обладает анизотропией; скорость выщелачивания в десятки раз вьпие по нормали к плоскости поверхности, поэтому точност края оказывается существенно вьпие. Искажение края фоторезиста не хуже 0,1 МКроме этого при введении контрастного поглощающего материала возможно по 014 лучение фотошаблона с подавлением дифракции на краю. Для этого подбирается травитель таким образом, что анизотропное выщелачивание уменьшается и пористость от края, дающего дифракцию, возрастает плавно по параболе. Тогда концентрация поглощающего контрастного материала возрастает по параболе и край контрастного элемента практически не дает дифракционных максимумов, подобно мягкой диафрагме. Все это приводит к равномерному распределению светового поля в фотошаблоне и повышению разрешаюшей способности при работе с толстыми слоями фоторезиста. Повышенная износостойкость фотошаблона обусловлена высокой механической прочностью монолитного материала, т.е. химической связью фрагментов структуры стекла (Gi-О-Si связями), а также отсутствием нарушений поверхности стекла при формировании непрозрачных участков. На фиг. 1 изображен предлагаемый фотощаблон; на фиг. 2-4 - схема способа изготовления фотощаблона; на фиг. 2 пластина из отожженного ликвировавшего силикатного стекла; на фиг. 3 - выщелачивание участков тонкого слоя стекла на глубину 10-2О мкм действием кислоты через окна в маске из фоторезиста Hai фиг, 4 - пластина с областями пористой структуры после.удаления маски из фоторезиста и защитного слоя, и заполнения их материалом, поглощающим ультрафио- летовое излучение, Предлагаемый фотошаблон состоит из прозрачной стеклянной пластины 1 и непрозрачных для ультрафиолетового излучения участков в виде областей 2 пористой структуры, заполненных непрозрачным материалом. Пластина 1 покрьгта с одной стороны защитным слйем 3, а с другой (рабочей) - защитной маской 4 из фоторезиста. Выщелачивание участков 5 тонкого слоя стекла производится на глубину 10-20 мкм действием кислоты через окна в маске из фоторезиста.. П р и м е р. Из ликвирукяцего натриевоборисиликатного стекламарки ZlB-l, состав которого N а-О : В2р : St О з. 7: :23:7О, изготавливаются заготовки в виде пластин толщиной 1-2 мкм, затем пластины отжигаются при температуре SSOiS С в течение 24 ч на воздухе отожженные пластины щлифуются и попируются. Состав стекла определяет области химической неоднородности. Области химической неоднородности обладают размерами менее 1ОО А. Больший размер этих областей приводит к значительному рассеянию излучения при экспозиции через фотошаблон, что снижает разрешающую способность фотошаблона. Подготов- ленные таким образом пластины покрываются с одной стороны защитным полимерным слоем, например кислостойким лаком Другая поверхность стеклянной пластины (рабочая) покрывается фоторезистивным слоем. Методом фотолитографии в фото- резистивком слое формируется рисунок будущего шаблона, т, е, защитная маска, через окна которой возможен доступ к поверхности стекла. Через образовавшиеся окна проводится процесс кратковременного выщелачивания стекла путем по- гружения всей пластины в 3 н, раствор кислоты, например соляной. Возможно также выщелачивание стекла в растворах солей или кипящей воде. Процесс выш.елачивания ведут при комнатной температуре. При этом легкорастворимые натриевоборатные компоненты вымываются из стекла и образуется пористый слой, состоящий из Ю. Размеры пор составляют, менее 1ОО А. Комнатная температура выщелачивания стекла обеспечивает образование однородных по размерам пор в стекле. Опытным путем получено, что оптимальная глубина, на которую необходимо выщелачивать стекло, составляет 1О-20 мкм. Большая глубина пористого слоя снижает разрешающую способность фотошаблона. Меньшая глубина снижает поглощение ультрафиолетового излучения. Время выщелачивания выбирается, исходя из толщины пористого слоя. Для получения пористого слоя толщиной 10-20 мкм необходимо проводить выщелачивание в течение 3-4 мин. После выщелачивания пластину промывают в воде, сушат на воздухе, а далее удаляют защитный слой и маску из фоторезиста, В результате образуется пластина, содержащая необходимый рисунок в виде областей пористой структуры толщиной 1О-20 мкм,

Для введения в образовавшиеся области пористой структуры поглощаюшег-о ульрафиолет материала осуществляют пропитку в насыщенном растворе сахара с последующей его карбонизацией при температуре 280-4ООС, После этого в порах образуется черный непрозрачный слой, обеспечиваюший эффективное поглощение активного облучения при экспонировании через фотошаблон.

Таким образом, высокая разрешающая способность полученного фотошаблона обепечивается малой толщиной (от 10 до 2О мкм) слоя,поглощающего актиничное излучение при экспозиции. Износоустойчивость такого шаблона возрастает примерно в 8-10 раз, так как поглощающий слой находится в объеме монолитного материала.

Предлагаемый способ изготовления фотошаблонов в отличие от известных позволяет упростить технологический процесс изготовления фотошаблонов. Формула изобретения

1, Фотошаблон, содержащий полированную стеклянную пластину с-непрозрачными для ультрафиолетового излучения учасками, расположенными в объеме пластины отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и износостойкости фотошаблона, пластина вьтолнена из ликвирующего стекла с размерами областей химической неоднородности не более: 1ОО А, а непрозрачные участки выполнены в виде областей пористой структуры, заполненных материалом, пoглoшaющшvI ультрафиолетовое излучение,

2, Способ изготовления фотошаблона по п, 1, включающий формирование на рабочей поверхности стеклянной пластины защитной маски из фоторезиста, хим11ческую обработку незащищенных участков пластины, получение непрозрачных для ультрафиолетового излучения участков,

удаление защитной маски, о т л и ч а I„

ю ш и и с я тем, что химическую обработку проводят путем выщелачивания стекла на глубину 10-20 мкм, а получение непрозрачных участков путем пропитки полученных областей пористой структуры материалом, поглощающим ультрафиолетовое излучение.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Патент США № 3743417, кл, 355-125, 1973,

2,Патент ФРГ № 270828О,

кл, Н OIL 21/31, 1978 (прототип)..

//

0

X

//

0t/i.f

/

/ ./,

Фш.г

/

//

ф1/г.

У/

01/. 4