Фотошаблон и способ его изготовления Советский патент 1982 года по МПК G03F7/26 H01L21/265 

(5) ФОТОШАБЛОН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к полупроводниковому производству, в частности к фотошаблонам, применяемым для фотолитографической обработки полупроводниковых пластин, и способам их изготовления.

Одним из главных путей повышения качества, степени интеграции и снижения себестоимости изготовления интегральных микросхем является повыше-,Q ние качества фотошаблонов, применяемых для получения микроструктур на полупроводниковой пластине.

Наряду с обеспечением высокой разрешающей способности и точности вы- 5 полнения элементов рисунка фотошабло нов основными трудностями при их из-. готовлении являются повышение контрастности и оптической плотности изображения, уменьшение числа дефек- 20 тов: царапин, проколов, вырывов -на непрозрачных участках (особенно высокие требования предъявляются к фог. тошаблонам для твердых схем, где да- .

фект на одном лишь элементе - а чис- ло их достигает 200 - приводит к выходу из строя всех схемы), обеспечение устойчивости к истиранию и воздействию химических реактивов (кислот , щелочей и т. п.).

Известен фотошаблон со светочувствительным; :слоем на основе фотоэмульсионных покрытий, содержащий в качестве светочувствительного компонента соли серебра р.

Недостатками этого фотошаблона являются низкая разрешающая способность и невысокая механическая прочность эмульсионного слоя, обусловленные тем, что в качестве светочувствительного материала используются дорогостоящие галогены серебра, при этом толщина эмульсионного слоя получается сравнительно большой (5 10 мкм). Кроме того, качество эмульсионных фотошаблонов в большой степени зависит от чистоты-исходных компонентов эмульсии, степени их переме3-9шивания и температуры. Оборудование для изготовления эмульсионных фотошаблонов должно располагаться в.затемненной комнате, что также усложняет процесс изготовления фотошаблонов. Следует также отметить-, что эмульсионные фотошаблоны не позволяйт в процессе их совмещения с рисунком, нанесённым на полупроводниковую пластину, осуществлять визуальный контроль совмещения на всей площади пластийы из-за наличия темного поjMi на фотошаблоне. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотошаблон, содержащий прозрачную стеклянную подложку с нанесенным на нее маскирующим слоем из металла или топология 23, Известен способ изготовления фотошаблонов, включающий операции нанесения на стеклянную подложку слоя метал ла или окисла металла (хром, окись хрома, окись железа и т. д.) с последующим нанесением на него фоторезистивной пленки, ее экспонирования и проявления, травления металлического слоя 2. Фотошаблоны, изготавлива мые по этому способу, по сравнению с эмульсионными фотошаблонами,обладают более высокой разрешающей способ ностью, поэтому способ получил широкое распространение в полупроводниковом производстве. Однако фотошаблоны, изготовленные по этому способу, обладают недостато ной оптической плотностью, механичес кой прочностью и химической стойко-, стью, что является их существенным недостатком, который отрицательно вл яет на качество изготавливаемых при помощи этих фотошаблонов микросхем, снижает процент выхода годных издели и срок службь самих фотошаблонов. Эт объясняется наличием большого количе ства 1роколов в пленке металла (или окисла металла), которые вскрываются после удаления фоторезистивной пленки. Кроме того, тонкое металлическое покрытие при эксплуатации фотошаблонов легко повреждается, на нем образуются царапины и вырывы, что снижает срок службы фотошаблонов. Кроме .того, недостатком металлостеклянных. фото.шаблонов является паразитное отражение света от поверхности маскирующего покрытия и вследствие этого искажение геометрических размеров элементов переносимого на полупроводниковую пластину рисунка микросхем. Следует также отметить, что в процессе контактирования фотошаблона с полупроводниковой пластиной поверхность металлического маскирующего слоя электризуется, а это ведет к осаждению на ней пылинок из окружающей среды, которые в процессе совмещения царапают маскирующее покрытие. Возникновение статического электричест- . ва в зоне контактирования фотошаблона и полупроводниковой пластины является также основной причиной переноса частиц фоторезиста с полупроводниковой пластины на фотошаблон, что приводит к слипанию фотошаблона .и полупроводниковой пластины. Цель изобретения - уменьшение количества дефектов типа прокол уменьшение поверхностного статического заряда и отражающей способности маскирующего покрытия, а также повышения износостойкости. Зта цель достигается тем, что фотошаблон дополнительно содержит слой легированного фоторезиста, нанесенный на маскирующий слой. Кроме того, согласно способу изготовления фотошаблона после операции травления металлического слоя производят за.крепление фоторезистивной пленки путем ионного легирования, например, ионами бора (6+), фосфора (Р+) или сурьмы (), при этом легирование производят ионами с энергией 100-200 кэВ, а доза легирования составляет 100-500 мкКл/см. Оптимальные режимы ионного легирования (энергия ионов, доза легирования) выбираются в зависимости от массы ионов, используемых для легирования, и от толщины пленки фоторезиста, нанесенной на маскирующий слой стеклянной подложки. Если легирование производится ионами с энергией менее 100 кэВ, то ионы не внедряются на всю глубину слоя фоторезиста, вследствие этого не происходит сшивание фоторезиста с маскирующей пленкой-и положительный эффект не достигается. При легировании, ионами с энергией более 2t)0 кэВ происходит разогревание подложки до температуры, при которой, происходит разрушение фоторезиста. Если доза легирования менее 100 мкКл/см, то не достигается опт мальная оптическая плотность, не полностью затягиваются проколы и, следовательно, цель изобретения не достигается. При дозе легирования, больше 500 мкКл/см происходит разогрев стеклянной подложки, что отрицатель но влияет на качество легированного фоторезиста, резист разрушается. На чертеже изображен предлагаемый фотошаблон, разрез. Фотошаблон содержит стеклянную подложку t с нанесенным-на нее маски рующим слоем 2 из металла или окисла металла (хром, окись хрома, окись железа и т. п.), в котором выполнен рисунок (топология) микросхемы, который должен быть воспроизведен на полупроводниковой пластине -в процессе фотолитографии. На поверхность маскирующего слоя 2 нанесен дополнительный слой 3. из легированного фоторезиста. Предлагаемый способ изготовления фотошаблонов реализуется на серийно выпускаемом оборудовании следуодим образом. ; На тщательно очищенную стеклянную Iподложку методом напыления накосят |слой металла или окисла металла, на|пример хрома, окиси хрома, окиси железа и т. п., толщиной 0,08-0,15 мкм На напыленный слой металла (окисла металла) методом центрифугирования наносят слой фоторезиста толщиной 0,3-0,6 мкм. Обязательным условием при выполнении этих операций является соблюдение сверхчистых условий, что обеспечивается минимальным разры вом по времени меищу операциями и хр нением подложек в среде.инертного га за. Соблюдение этих условий гарантирует хорошую адгезию фоторезиста к напыленному слою металла (окисла металла) . Затем светочувствительный слой подвергают экспонированию в течение 10-15 с через маску, на которой имеется рисунок (топология) микросхем, который впоследствии необходимо воспроизводить на полупроводниковых пластинах. После этого производят проявление рисунка в 0,6%-ном растворе едкого кали и травление металлической пленки. Если напыление пленки осуществлялось хромом (окисью хрома), то травление осуществляют в смеси соляной кислоты и воды в соот38 6 ношении 1:1, если напыление осуществляют окисью железа, тс травление пропроизводят в травителе, содержащем однобромистую медь (три части) и соляную кислоту (1000 мл). После травления фотошаблон подвергают задубливанию при температуре 200 С в течение 30 мин и осуществляют закрепление фоторезистивной пленки, оставшейся на участках фотошаблона, не подвергшихся травлению, путем ионного легирования. Ионное легирование производят на серийно выпускаемом оборудовании для ионной имплантации, например на установке Везувий-2. Легирование осуществляют ионами, например, бора (В+), фосфора (Р+) или сурьмы ( Sb--) с энергией кэВ, а доза легирования составляет 100-500 кмКл/см . В результате ионного легирования фоторезистивная пленка на оставшихся после травления металлизированных участках фотошаблона темнеет, упрочнается и становится химически стойкой по отношению к кислотам, щелочам и растворителям. При этом происходит затягивание дефектов (прокол, царапин) металлизированного покрытия, образующего непрозрачные участки фотошаблона, в результате чего повышается оптическая плотность фотошаблона, до минимума уменьшается количество дефектов на фотошаблоне и повышается его механическая прочность м химическая стойкость. Предла-. гаемый способ обеспечивает изготовление металлостеклянных фотошаблонов с числом дефектов, не превышающим 1-2 от общего числа микроструктур, в то время как известные.фотошаблоны имеют 7-10 дефектных структур. Испытания показали, что износостойкость фотошаблонов, изготовленных по предлагаемому способу, выросла в -6 раз, за счет.чего их тиражестойкость увеличилась до 00-600 совмещений. Фотошаблоны, изготовленные по существующей технологии, допускают не более 100 совмещений. Наличие на металлическом маскирующем слое легированного слоя фоторе- зиста снижает отраженную способность маскирующего покрытия до , в то время как у фотошаблонов, не имеющих дополнительного фоторезистивного покрытия, паразитное отражение света составляет 50-60. Это приводит к значительному повышению качества nepCHOcj Moro изображения. Кроме того. 79 за смет повышения оптической плотности фотошаблона сокращается время экспонирования, что позволяет увеличить производительность труда на опе рации экспонирования полупроводниковых пластин. Ионное легирование фото резистивной пленки фотошаблона спог собствует снятию статического электричества, что предотвращает осаждение пылинок на поверхности фотошабло на при контактировании его с полупро водниковой пластиной в процессе совмещения. Благодаря этому отпадает необходимость в частой отмывке фотошаблонов, что также способствует увеличению срока их службы Формула изобретения 1. Фотошаблон, содержащий прозрач ную подложку с нанесенным на нее мас кирующим слоем из металла или окисла металла, в котором выполнена топология, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества дефектов типа прокол, уменьшения поверхностного статического заряда и отражающей способности маскирующег 8 го покрытия, а также повышения износостойкости, он дополнительно содержит слой легированного фоторезиста, нанесенный на маскирующий слой. 2. Способ изготовления фотошаблона по п. 1, включающий операции нанесения настеклянную подложку слоя металла или окисла металла с последующим нанесением на него фоторезистивной пленки, экспонирования и проявления фотОрезистивнойпленки, травления металлического слоя, отличающийся тем, что после one- рации травления металлического слоя производят закрепление фоторезистивной пленки путем ионного легирования, например, ионами бора (В+), фосфора ( Р+) или сурьмы (), при этом легирование производят ионами с энергией 100-200 кэВ, а доза легирования составляет 100-500 мкКл/см . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Solid State Technology, 1972, . V, 115, p. 29-36. 2.Пресс Ф. П. Фотолитография в производстве полупроводниковых приборов. М., Энергия, 1968, с. 159-160 (прототип).