Способ получения фотошаблонных заготовок

Способ получения фотошаблонных заготовок

Реферат

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к фотошаблонным заготовкам (ФШЗ), предназначенным для послойного формирования рисунка микроизображения интегральной схемы с последующим переносом его на полупроводниковую пластину.

Известен способ получения ФШЗ (см. Обзоры по электронной технике, сер.6. Материалы №4, 1985 г., стр.15-18), связанный с многоступенчатой механической обработкой стеклянных пластин с применением полировальных порошков на основе двуокиси церия и полировальных полотен на основе нетканых материалов.

Недостатком этого способа является многоступенчатость и, связанная с этим, большая трудоемкость и материалоемкость процесса. Это приводит к высокой себестоимости конечного продукта и низкой конкурентоспособности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ФШЗ (см. Пат. РФ 2208920 С1, опубл. 20.07.2003 г.), включающий механическую обработку стеклянных пластин с использованием порошков на основе двуокиси церия и полировальных полотен на основе нетканых материалов, обработку в водных растворах органических кислот с применением ультразвука, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта, нанесение маскирующего слоя и слоя резиста.

Недостатком этого способа является низкий выход на операции полирования, который не превышает 88%, а основными видами брака являются «грязь» и «точки». Суммарная величина этого брака выше 12%. Тщательный анализ годной продукции показывает, что доля пластин, пригодных для использования в технологии БИС и СБИС (большие и сверхбольшие интегральные схемы), невелика и не превышает 7-8%. Причиной этого является недостаточное качество поверхности стеклянных пластин, чтобы сформировать бездефектные маскирующие слои на основе хрома, толщина которых составляет 0,1-0,2 мкм. По ГОСТ 11141-84 («Чистота поверхностей оптических деталей») проводится контроль «царапин» и «точек» в лучшем случае (класс чистоты 1-10), размером 2 и 4 мкм соответственно. Из приведенных данных следует, что для достижения чистоты «электронного» качества требуется дополнительная тщательная доводка поверхности стеклянных пластин.

Технический результат достигается тем, что получение фотошаблонных заготовок проводят путем резки листового стекла на заготовки требуемого размера, шлифования и двухстадийного полирования стеклянных пластин, причем первую стадию предварительного полирования проводят на перфорированном полировальном полотне на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,25 г/ см³, причем отверстия перфорации располагают в шахматном порядке при отношении перфорированной площади к неперфорированной 0,08-0,09:1 при воздействии ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 30-50 мин при температуре 20-40°С и скорости «съема» 0,6-1,0 мкм/мин, после чего проводят контроль «съема» стекла и отмывку пластин в 3-ступенчатой линии УЗ отмывки с применением ПАВ, а затем проводят вторую стадию финишного полирования, на которой осуществляют «съем» стекла 10-12 мкм в течение 10-15 мин с применением более мягкого полировального полотна с последующей обработкой в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука с промежуточной обработкой в нейтральной водной среде, обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта, контролем качества полированных стеклянных пластин, обработкой в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука с промежуточной обработкой в нейтральной водной среде, обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта, нанесением маскирующего слоя хрома, контролем качества маскированных пластин, обработкой в водном растворе органической кислоты при воздействии ультразвука, обработкой в нейтральной водной среде, обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта, нанесением и сушкой фоторезиста и окончательным контролем.

Сущность изобретения заключается в том, что:

1) наличие перфорации позволяет ускорить насыщение полировальника полирующей суспензией и поддерживать это состояние в течение всего цикла полирования, образуя микроемкости, из которых непрерывно подается суспензия на поверхность стекла;

2) наличие перфорации на полировальнике позволяет избавиться от воздействия царапающих примесей, которые локализуются в ячейках перфорации и выводятся из технологического процесса;

3) перфорацию проводят в шахматном порядке. В процессе непрерывного полирования и непрерывной подачи в рабочую зону полирующей суспензии происходит накапливание царапающих примесей, которые за счет планетарного движения стеклянных пластин скапливаются преимущественно в средней части полировальника и на его периферии с тенденцией увеличения их числа в направлении от центра к периферии. Этот факт устраняют увеличением соотношения перфорированной площади полировальника к неперфорированной в направлении от центра к периферии или проводят перфорацию только на внешней трети полировальника. Технический эффект достигают быстрой локализацией царапающих примесей в ячейках перфорации с последующим удалением их тщательной промывкой в межоперационный период. Необоснованное увеличение диаметра и более частое расположение отверстий приводит к ослаблению прочности полировальника, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик;

4) процесс полирования интенсифицируется за счет применения ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 30-50 мин и при температуре 20-40°С, что позволяет не только ускорить процесс полирования, но и сделать его более равномерным и однородным с точки зрения воздействия полировального порошка и полировального полотна на поверхность стекла. Чрезмерная интенсификация процесса полирования по времени и температуре приводит к ухудшению геометрии стекла и растраву поверхности;

5) после предварительного полирования проводят отмывку в 3-степенчатой линии УЗ отмывки, чтобы избежать попадания загрязнений на станки финишного полирования, на которых осуществляют «съем» стекла 10-12 мкм в течение 10-15 мин с применением более мягкого полировального полотна.

Пример 1. Листовое стекло производства Борского завода (ГОСТ 111-90, «Стекло листовое») 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 поверхностно-активного 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 первой стадии (предварительного) полирования использовали полировальное полотно из нетканого материала (ТУ 17-21-40-1-90) на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,25 г/см³, на котором предварительно проводили перфорацию, в виде круглых отверстий диаметром 2 мм на расстоянии 5 мм в шахматном порядке при отношении перфорированной площади к неперфорированной, равном 0,085:1. На второй стадии (финишного) полирования в качестве полировального полотна использовали «Поливел» (ТУ-17-21-300-96). Полировальные полотна приклеивали водоотталкивающим клеем. Обработку проводили групповым способом, размещая пластины в специальных металлических обоймах с полиэтиленовыми вкладышами для предотвращения механических нарушений стекла. Операцию первой стадии полирования проводили в течение 40 мин, добиваясь скорости «съема» 0,8 мкм/мин при температуре 30°С при воздействии ультразвука с частотой 35 кГц. Одновременно на одном станке обрабатывали 12 стеклянных пластин размером 127×127 мм. Общий запуск составил 216 шт.После проведения операции предварительного полирования контролировали «съем» стекла, который составил 40 мкм. 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. При финишном полировании 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 216 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 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 также снабжена ультразвуком, а в ванне 12 изопропиловый спирт поддерживали в состоянии непрерывного кипения и конденсации с помощью автоматизированной системы поддержания температуры и возврата конденсата. 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: «грязь» - 3 шт.(1,4%), «точки» - 2 шт.(0,9%), ласины - 8 шт.(3,7%), «фон» - 10 шт.(4,6%), выход годных 193 шт.(89,3%).

Перед нанесением маскирующего слоя проводили повторную отмывку на этой же или аналогичной линии отмывки, но в сокращенном режиме, т.е. использовали ванны 3-7 и 10-12, затем помещали чистые сухие пластины в тех же кассетах 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/мин. Этот процесс контролировали с помощью специального прибора. Процесс продолжали 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 - 3 шт.; проколы - 8 шт.; годных 182 шт.(94,3%). Контроль для СБИС проводили в усиленном режиме (дефекты менее 1 мкм). Выход годных - 92 шт.(47,7%).

После этого пластины с маскирующим слоем подвергали отмывке в течение 5 мин в 0,7% растворе 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 одном литре воздуха, в боксе нанесения резиста пыль отсутствует, температура в помещении 20-22°С, относительная влажность 45±5%. До нанесения 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 непосредственно перед нанесением. 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. После остывания пластин проводили контроль: «кометы» - 5 шт.(2,7%), «неоднородность» - 3 шт.(1,6%), «точки» - 6 шт.(3,3%). Выход годных - 168 шт.(92,3%). 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 интенсификация процесса полирования позволяет улучшить качество поверхности стекла при технологически приемлемых режимах обработки. При этом сквозной выход годных составил 77,8%, в т.ч. для СБИС - 39,4%. Усиленный контроль продукции по прототиту показал, что выход ФШЗ для СБИС не превышает 7-8% и носит случайный характер.

Таблица
№№ п/п	Полирование	Полировальное полотно	Условия полирования	Контроль качества стекла (серийный)
Первая стадия	Вторая стадия	Диаметр волокна, мкм	Плотность, г/см3	Отношен. перфор. и неперфор. площадей	УЗ, кГц	Время, мин	Т-ра, °С	«Съем» мкм/ мин	«грязь»	«точки»
шт.	%	шт.	%
1.	+	+	8-10	0,25	0,085:1	35	40	30	0,8	3	1,4	2	0,9
2.	+	+	8-10	0,25	0,08:1	20	30	40	0,6	5	2,3	3	1,4
3.	+	+	8-10	0,25	0,09:1	50	50	20	1,0	5	2,3	2	0,9
4.	+	+	8-10	0,25	0,07:1	15	20	15	0,4	6	2,8	4	1,9
5.	+	+	8-10	0,25	0,095:1	60	60	50	1,2	7	3,2	4	1,9
Прототип	+	-	Не конт.	Не конт.	-	-	30	Не конт.	-	6	6,0	6	6,0

Продолжение таблицы
№№ п/п	Контроль качества стекла (дополнительно для СБИС)	Выход годных на операции полирования	Выход годных на операции маскирования	Выход годных на операции нанесения фоторезиста	Общий выход годных ФШЗ, %
«ласины»	«фон»	шт.	%	штуки	проценты	штуки	проценты	Серийн.	Для СБИС
шт.	%	шт.	%			Общий	Для СБИС	Общий	Для СБИС	Общий	Для СБИС
1.	8	3,7	10	4,6	193	89,3	182	92	94,3	47,7	168	85	92,3	77,8	39,4
2.	10	4,6	9	4,2	189	87,5	175	85	92,6	45,0	160	78	91,5	74,1	36,1
3.	8	3,7	11	5,1	188	87,0	177	84	94,1	46,7	162	82	91,5	75,0	37,9
4.	11	5,1	12	5,6	183	84,7	170	75	93,9	41,0	152	67	89,4	70,4	31,0
5.	12	5,6	12	5,6	185	85,6	171	62	92,4	33,5	151	43	88,3	70,0	19,9
Прототип	-	-	-	-	88	88,0	86	-	86,0	-	-	-	-	-	-

Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий резку листового стекла на пластины требуемого размера, шлифование, полирование стеклянных пластин на полировальном полотне, обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука с промежуточной обработкой в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, контроль качества стекла, обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука с промежуточной обработкой в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, нанесение маскирующего слоя, контроль качества пластин с маскирующим слоем, обработку в водном растворе органической кислоты при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, нанесение и сушку фоторезиста, контроль, отличающийся тем, что полирование проводят в две стадии, первую стадию предварительного полирования проводят с использованием перфорированного полировального полотна на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,25 г/см³, причем отверстия перфорации расположены в шахматном порядке, при отношении перфорированной площади к неперфорированной 0,08-0,09:1 при воздействии ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 30-50 мин при температуре 20-40°С и скорости «съема» 0,6-1,0 мкм/мин, после чего проводят контроль съема стекла и отмывку пластин в 3-х ступенчатой линии УЗ отмывки с применением ПАВ, а затем проводят вторую стадию финишного полирования, на которой осуществляют «съем» стекла 10-12 мкм в течение 10-15 мин с применением более мягкого полировального полотна.