ФОТОШАБЛОН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G03F1/00 G03C5/00 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и микроэлектронике, а конкретно к разработке и изготовлению высокоразрешающих фотошаблонов для полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен фотошаблон с двухслойным светомаскирующим покрытием на стекле, в котором нижний адгезионный слой покрытия толщиной ≈ 400 выполнен из любого элемента или соединения, входящих в ряд Al, Zn, Ge, Se, Cr, SiO₂ и MgF₂, а верхний слой выполнен из халькогенидного стеклообразного полупроводника (ХСП) системы As - S - Se.

При изготовлении данного фотошаблона оба слоя наносят посредством вакуумного термического напыления на стеклянную подложку, а для получения нужного рисунка используют обычный фотолитографический процесс, для чего поверх двухслойного светомаскирующего покрытия наносят органический фоторезист, который экспонируют и проявляют известными способами.

Такой фотошаблон обладает недостаточно хорошими светомаскирующими свойствами, а также характеризуется низкой разрешающей способностью ( ≈ 500 лин/мм) из-за использования упомянутых элементов и соединений первого слоя, и сложной технологией изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотошаблон, имеющий двухслойное маскирующее покрытие из халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) на стеклянной подложке, причем нижний слой, толщиной ≈4000 , выполнен из какого-либо одного бинарного ХСП ряда AsS, As₂S₃, AsSe, As₂Se₃ или других соединений ХСП и обеспечивает адгезию к подложке, а верхний слой, толщиной ≈2000-3000 , выполнен из ХСП сложного состава, например из соединений типа 2(As₂Se₃˙Tl₂Se₃)˙3(As₂Te˙Tl₂Te), обладающих лучшими маскирующими свойствами, чем ХСП системы As - S - Se.

Способ изготовления описанного фотошаблона включает последовательное вакуумное термическое напыление указанных соединений на стеклянную подложку для образования светомаскирующего покрытия и дополнительное нанесение поверх него слоя органического фоторезиста с последующим проведением фотолитографического процесса для получения заданного позитивного или негативного изображения.

Недостатками описанного фотошаблона и способа его изготовления являются прежде всего невозможность получения как негативного, так и позитивного изображений без изменения типа используемого органического фоторезиста или смены эталонного шаблона; сравнительно низкие разрешающая способность ( ≈ 1000 лин/мм) и износостойкость (выдерживает не более 10 контактов) из-за плохой адгезии к подложке.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности и износостойкости конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном фотошаблоне, содержащем подложку с двухслойным маскирующим покрытием на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников, прилегающий к подложке нижней слой которого выполнен из материала системы As - Se, материал нижнего слоя имеет полимеризованную структуру, а верхний слой выполнен из материала As_1-xSe_x, где 0,45 ≅х ≅ 0,55 с деполимеризованной структурой, причем толщина нижнего слоя h удовлетворяет условию 0,05 ≅h ≅0,2 мкм.

Поставленная цель также достигается тем, что в известном способе, включающем нанесение в вакууме на подложку двухслойного маскирующего покрытия на основе As - Se и формирование рисунка, нанесение нижнего слоя осуществляют ионно-плазменным напылением с энергией конденсируемых частиц Е₁ ≥6,4˙10^-7 Дж, а верхний слой наносят с энергией конденсируемых частиц Е₂ ≅ 3,5˙10^-22 Дж при температуре подложки Т = 321±5^оК, причем формирование рисунка осуществляют путем экспонирования и проявления маскирующего покрытия, а также тем, что проявление маскирующего покрытия проводят в щелочных растворах аминов или в растворах неорганических щелочей.

На фиг. 1 изображена подложка с двухслойным маскирующим покрытием; на фиг. 2 - экспонирование через эталонный шаблон; на фиг. 3 и 4 - фотошаблон после проявления (с позитивным и негативным рисунком) в щелочных растворах аминов и неорганических щелочей.

Принята следующая система обозначений:
1 - подложка, 2 - нижний слой маскирующего покрытия, 3 - верхний слой маскирующего покрытия, 4 - эталонный фотошаблон, 5 - позитивный рисунок, 6 - негативный рисунок.

На фиг. 5 приведена зависимость прироста дефектов Δn от числа контактов N; на фиг. 6 - спектр пропускания фотошаблона.

На первом этапе на стеклянную подложку 1 наносят нижний слой 2 маскирующего покрытия методом высокочастотного ионно-плазменного распыления, поскольку этот метод позволил получать полимеризованную структуру конденсата из указанных соединений вследствие бомбардировки последних ионом инертного газа, например аргона, и облучения УФ-светом, испускаемым самой плазмой. В этих условиях, как показал эксперимент, почти полная полимеризация указанных соединений происходит при энергии частиц Е₁≥ 6,4˙10^-17 Дж. При полимеризации структуры ХСП происходит существенное упрочнение материала и происходит диффузия атомов, составляющих ХСП, в подложку. Эти процессы сопровождаются улучшением адгезии и повышением износостойкости слоев, хотя светочувствительность материала резко снижается.

Верхний слой 3 маскирующего покрытия из материала той же системы наносят на нижний слой 2, причем для обеспечения фоторезистивных свойств слоя нанесение осуществляют методом вакуумного термического испарения, который исключает воздействие УФ-излучения, стимулирующего образование полимерных цепей, и поэтому позволяющий получать деполимеризованную структуру конденсата. Экспериментально было установлено, что полимерные связи в конденсате из указанного материала не образуются при энергии частиц Е₂ ≅ 3,5˙10^-22 Дж и при температуре подложки Т 325±5 К. При наличии деполимеризованной структуры халькогенидные стеклообразные полупроводники обладают способностью изменить структуру при облучении светом благодаря генерации электронно-дырочных пар за счет ионизации, характерных для названных ХСП, так называемых неподеленных электронов, обеспечивающих межатомную связь. При этом связи ослабляются и появляется возможность перехода элементов пленки в новое метастабильное структурное состояние.

Этими свойствами обладают материалы системы As_1-xSe_x при 0,45 ≅х≅ 0,55.

При х < 0,45 покрытие проявляет склонность к кристаллизации, что приводит к снижению разрешающей способности (до значений менее 500 лин/мм), так и к уменьшению износостойкости (до значений менее 15-20 контактов).

При х > 0,55 существенно понижается светочувствительность покрытия, что снижает воспроизводимость параметров и не позволяет получать как негативное, так и позитивное изображение.

Экспонирование требуемого изображения через эталонный шаблон 4 на приготовленный по указанному способу фотошаблон с двухслойным маскирующим покрытием осуществляют обычным способом.

Проявление требуемого рисунка на предлагаемом фотошаблоне можно производить в различных средах. Для получения позитивного изображения 5 проявление ведут в растворах неорганических щелочей, а для получения негативного изображения 6 в щелочных растворах аминов или в растворе бихромата калия.

П р и м е р.

Фотошаблон и способ его изготовления согласно изобретению опробован на материале ХСП состава As₅₀Se₅₀.

Фотошаблон представляет собой стеклянную подложку с нанесенным двухслойным светомаскирующим покрытием из ХСП As₅₀Se₅₀. Нижний прилегающий к подложке слой с полимеризованной структурой имеет толщину h₁ = 0,05 мкм, а верхний слой, нанесенный на нижний, с деполимеризованной структурой имеет толщину h₂ = 1 мкм.

Нижний слой маскирующего покрытия наносили методом высокочастотного ионно-плазменного распыления при давлении аргона 0,13 Па и напряжении на возбуждающих электродах 400 В. При этом энергия конденсируемых частиц Е₁ = 6,4˙10^-17 Дж. Верхний слой маскирующего покрытия наносили методом вакуумного термического испарения из танталового тигля при температуре Т = 170 ±5 К и при давлении остаточных газов Р = 1,3˙10^-3 Па. При температуре подложки Т = 325±5 К и данном режиме напыления энергия конденсируемых частиц Е₂ = 3,5˙10^-22 Дж, что обеспечивает формирование деполимеризованной структуры пленки указанного материала.

После экспонирования светом через эталонный шаблон проводят проявление полученного изображения. Для получения позитивного изображения проявление маскирующего и одновременно фоторезистивного покрытия из As₅₀Se₅₀ вели в 10% -ном растворе КОН, а для получения негативного изображения в растворе бихромата калия.

Разрешающая способность данного фотошаблона превышает значения 2000 лин/мм, так как специальные эксперименты по записи голографических шаблонов показали разрешающую способность более 3000 лин/мм.

Полученный фотошаблон был подвергнут испытанию на износостойкость одновременно с фотошаблоном-прототипом.

Результаты испытаний представлены на фиг. 5, где показана зависимость прироста дефектов в светомаскирующем покрытии Δn от чисел контактов N с полупроводниковой пластиной (7 - износостойкость прототипа, 8 - износостойкость фотошаблона согласно изобретению).

Легко видеть, что на фотошаблоне прототипа прирост дефектов в контролируемом участке достигает большой величины Δn = 25 уже после 10 контактов, в то время как на предлагаемом фотошаблоне после 100 контактов прирост Δn≅ 20.

На фиг. 6 приведена типичная спектральная характеристика пропускания света предлагаемым фотошаблоном, показывающая хорошие маскирующие свойства в указанных областях спектра.

Способ изготовления фотошаблона согласно изобретению значительно упрощает технологию его изготовления. Во-первых, придание покрытию одновременно светомаскирующих и фоторезистивных функций полностью исключает такие сложные и трудоемкие технологические операции, как отдельные нанесения светомаскирующих и фоторезистивных покрытий.

Во-вторых, процесс проявления требуемого рисунка можно осуществлять одним растворителем из-за использования материалов ХСП одной системы, что ранее нельзя было осуществить.

Фотошаблон и способ его изготовления позволяют получать как негативное, так и позитивное изображение одновременно с увеличением разрешающей способности, износостойкости и воспроизводимости параметров, что открывает перспективы его широкого использования в микроэлектронике, а также в полиграфии. (56) Патент Японии N 50-22877, кл. Н 01 L 21/00, 1975.

Патент Японии N 50-23787, кл. Н 01 L 21/00, 1975.

1. Фотошаблон, содержащий подложку с двухслойным маскирующим покрытием на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников, прилегающий к подложке нижний слой которого выполнен из материала системы As - Se, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и износостойкости конструкции материал нижнего слоя имеет полимеризованную структуру, а верхний слой выполнен из материала As_I-xSe_x, где 0,45 ≅ x ≅ 0,55 с деполимеризованной структурой, причем толщина нижнего слоя удовлетворяет условию 0,05 ≅ h ≅ 0,2 мкм. 2. Способ изготовления фотошаблона, включающий нанесение в вакууме на подложку двухслойного маскирующего покрытия на основе As - Se и формирование рисунка, отличающийся тем, что нанесение нижнего слоя осуществляют ионно-плазменным напылением с энергией конденсируемых частиц Е_I ≥ 6,4 · 10^-7 Дж, а верхний слой наносят с энергией конденсируемых частиц Е₂ ≅ 3,5 · 10^-22 Дж при температуре подложки Т = 325 ± 5 К, причем формирование рисунка осуществляют путем экспонирования и проявления маскирующего покрытия. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что проявление маскирующего покрытия проводят в щелочных растворах аминов. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что проявление маскирующего покрытия проводят в растворах неорганических щелочей.