способ получения фотошаблонных заготовок

Формула изобретения

1. Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий резку листового стекла на пластины требуемого размера, шлифование, полирование стеклянных пластин на полировальном полотне, предварительную обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, контроль качества стекла, финишную обработку в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, нанесение маскирующего слоя, контроль качества пластин с маскирующим слоем, обработку маскированных пластин в водных растворах органических кислот при воздействии ультразвука, обработку в нейтральной водной среде, обезвоживание и сушку в парах изопропилового спирта, нанесение и сушку фоторезиста, контроль, отличающийся тем, что предварительную и финишную обработку стеклянных пластин и обработку маскированных пластин в нейтральной водной среде проводят в ламинарном потоке деионизованной воды с числом Рейнольдса 500-1100 при температуре 15-25°С в течение 4-6 мин при воздействии ультразвука.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют ультразвук с рабочей частотой 20-50 кГц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроэлектронике, а, именно к фотошаблонным заготовкам, которые предназначены для формирования отдельных фрагментов интегральных схем с последующим переносом их на полупроводниковую пластину.

Известен способ получения фотошаблонных заготовок (см. Электронная промышленность, 1980 г., №8-9, стр.100), связанный с механическом обработкой стеклянных пластин, обработкой в водных растворах химических реагентов, обработкой в высококачественной проточной деионизованной воде, нанесением маскирующего слоя и слоя резиста.

Недостатком этого метода является большой расход деионизованной воды, связанный с высокими требованиями по чистоте поверхности стеклянных пластин перед нанесением маскирующего слоя. В настоящее время размеры критичных элементов БИС и СБИС лежат в субмикронной области, что предопределяет и степень контроля. В работе отмечается также, что для достижения электронной степени чистоты общее число ванн по всему технологическому циклу достигает 40-45. После ванн с химическими реагентами следуют ванны с деионизованной водой. Опыт показывает, что расход деонизованной воды в таком производстве достигает 4-5 м³/час.

Наиболее близким является способ (см. RU 2208920), включающий механическую обработку стеклянных пластин, обработку в водных растворах органических кислот с показателем кислотности рКа=3,12-3,13 с последующим увеличением рКа от раствора к раствору с рКа=0,7-1,05 с использованием ультразвука с рабочей частотой 20-25 кГц в первом растворе с последующим увеличением частоты до 40-45 кГц при температуре 50-60°С, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой в парах изопропилового спирта, нанесение маскирующего слоя и резиста.

Недостатком этого способа является большой расход деионизованной воды. В этом способе проведена оптимизация процесса отмывки, упорядочены составы моющих компонентов и тем самым облегчен процесс отмывки в нейтральной водной среде. Однако, расход деионизованной воды достигает 3-4 м³/час. Такой расход объясняется отсутствием в технологическом цикле инструментальной интенсификации отмывки.

Другим недостатком является турбулентность потока воды, не позволяющая провести такую интенсификацию, например, ультразвуком.

Предлагается способ, лишенный отмеченных выше недостатков. Положительный эффект достигается тем, что обработку в нейтральной водной среде (обычно это деионизованная вода) проводят в ламинарном потоке с числом Рейнольдса 500-1100 при температуре 15-25°С в течение 4-6 мин при воздействии ультразвука с рабочей частотой 20-50 кГц.

Сущность способа заключается в интенсификации процесса обработки в нейтральной водной среде за счет ультразвукового воздействия. Образование «стоячих» волн инициирует появление эффекта кавитации: образование и схлопывание пузырьков воздуха на поверхности стеклянных пластин.

Интенсивное перемешивание, турбулентность мешают этому процессу и «кавитация» резко падает. Отмывка затрудняется. Образование кавитационных пузырьков происходит главным образом на выступах поверхности (как при кипении воды в чайнике), в том числе на загрязнениях, при схлопывании пузырьков развивается огромное давление и частицы отрываются от поверхности, а наличие ламинарного течения воды позволяет удалить загрязнения из сферы действия ультразвука. При числе Рейнольдса менее 500 удаление частиц замедляется и требуется больше времени для отмывки, что нетехнологично, при числе Рейнольдса больше 1100 уже наблюдается нестабильность стоящих волн в объеме ванны и отмывка затрудняется или происходит неравномерно в объеме ванны, что также недопустимо. Оптимальным временем пребывания отмываемых пластин при групповом способе отмывки составляет 5 мин. Уменьшение времени отмывки до 4 мин приводит к неполному удалению загрязнений и появлению брака в виде светящихся точек, увеличение времени выше 6 мин нежелательно с точки зрения потери производительности, тем более, что качество при этом не улучшается.

Пример.

Листовое натрийкальциевое стекло размером 1200×600 мм, толщиной 3-0,5 мм подвергали раскрою на специальном столе на заготовки размером 127×127 мм, при этом режущие ролики закреплены на специальных штангах, предназначенных для горизонтального и вертикального реза. Ролики фиксировали на определенном расстоянии таким образом, что весь лист раскраивали одновременно. Далее проводили операцию шлифования кромок и торцов стеклянных пластин на специальных кругах со связанным алмазным абразивом таким образом, чтобы все торцевые поверхности и фаски были заматованы. Затем для удаления крошки проводили отмывку стеклянных пластин в специальных кассетах групповым методом в 3-ступенчатой линии в деионизованной воде с добавлением поверхностно-активного вещества при воздействии ультразвука в течение 4-х минут и последовательно выдерживали в двух ваннах с проточной умягченной водой в течение 4-х минут.

После этого проводили операции предварительного и финишного полирования на станках одновременной двусторонней полировки. В качестве полировального порошка применяли порошок на основе двуокиси церия «Фторопол» (ТУ 334-97) с содержанием рабочей фракции 0,6-6,0 мксм 85%. Средний размер основной фракции порошка составил 3 мкм (по прибору «Седиграф-600»). В качестве полировального полотна использовали нетканый материал типа «Политан» (ТУ 17-21-40-1-90) на основе синтетических волокон диаметром 8-10 мкм при объемной плотности 0,75 г/см³. Из полировального порошка предварительно готовили водную суспензию плотностью 1,2 г/см³ и фильтровали ее через специальные сита или капроновую сетку. Полировальное полотно приклеивали специальным водоотталктвающим составом. Обработку стеклянных пластин проводили групповым методом в кассетах из нержавеющей стали с пластмассовыми вкладышами для исключения травмирования стекла. Полирующую суспензию подавали периодически по 80-100 мл через отверстие в верхнем полировальнике.

Предварительную полировку проводили в течение 30-40 мин, финишную 15-20 мин. Основным критерием процесса полирования является величина «съема» стекла, которая подбирается опытным путем и в принципе должна быть равна величине нарушенного слоя стекла. После финишного полирования пластины обрабатывали в 3-ступенчатой линии отмывки последовательно в ванне с деионизованной водой с добавкой поверхностно-активных веществ при воздействии ультразвука в течение 5 мин и двух ваннах с умягченной водой, снабженных душевой установкой.

Далее пластины подвергали обработке на предварительной линии отмывки в 10-ти ваннах по 5 мин. В первой ванне проводили обработку стеклянных пластин в 0,7% растворе лимонной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, во второй ванне в проточной деионизованной воде с числом Рейнольдса 800 при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц, в третьей ванне в 0,7% растворе молочной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, в четвертой - в проточной деионизованной воде с числом Рейнольдса 800 при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц, в пятой - в 0,7% растворе уксусной кислоты в деионизованной воде при воздействии ультразвука, в шестой - в проточной деионизованной воде с числом Рейнольдса 800 при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц. Затем проводили операцию обезвоживания и сушки стеклянных пластин в пяти последовательно расположенных ваннах с изопропиловым спиртом в течение 5 мин, причем в четвертой ванне при воздействии ультразвука, а в пятой в парах постоянно кипящего изопропилового спирта.

После операции предварительной отмывки стеклянных пластин проводили контроль на наличие дефектов стекла. Контроль проводили на темном фоне при освещенности 50-60 тыс.люкс. Результаты контроля - 200 образцов: годных 178 шт., брак 22 шт., в т.ч. локальные загрязнения - 12 шт., светящиеся точки - 10 шт.

После предварительной отмывки пластины перед операцией нанесения маскирующего слоя подвергали финишной отмывке в пяти последовательно расположенных ваннах, в каждой из которых выдержка составляла 5 мин. В первой ванне обработку проводили в 0,7% растворе уксусной кислоты в деионизованной воде, ванна снабжена ультразвуком. Во вторую ванну заливали деионизованную воду, устанавливали проток и включали ультразвук (рабочая частота 50-54 кГц). Из трех ванн с изопропиловым спиртом одна оснащена ультразвуком (2-я) и третья поддерживалась в режиме кипения изопропилового спирта. Очищенные таким образом пластины уже не контролировали во избежание возможных загрязнений и передавали в чистом герметичном боксе на операцию нанесения маскирующего слоя.

Загрузку стеклянных пластин производят в специальном обеспыленном боксе, помещая их предварительно на подложкодержатель в количестве 27 шт., одна из которых являлась контрольной. Затем осторожно переносили подложкодержатель в вакуумную камеру напылительной установки. Навеску хрома, предназначенную для напыления, предварительно очищали переплавкой в вольфрамовой лодочке при температуре 2000-2100°С в атмосфере аргона при остаточном давлении 400 мм рт.ст. В испаритель из молибдена помещали очищенный образец хрома, а сам испаритель устанавливали в вакуумной камере. Стенки камеры изолировали алюминиевой фольгой для облегчения последующей очистки камеры. Перед напылением проводили вакуумирование камеры до остаточного давления 1.10^-6 мм рт.ст., нагревали стенки камеры до 80°С и выдерживали в таких условиях 30 мин. Затем стенки камеры охлаждали до комнатной температуры, устанавливали равномерный ток азота с таким расчетом, чтобы давление в камере поддерживалось на уровне 1.10 ^-4 мм рт.ст., включали нагревание испарителя и вращение подложкодержателя и равномерно повышали температуру испарителя до 1800°С в течение трех минут, после чего повышение температуры приостанавливали на 30 сек и повышали далее температуру источника до 1900°С с таким расчетом, чтобы скорость конденсации хрома на стеклянные пластины была постоянной, примерно, 150 Å/мин. Процесс продолжали до достижения оптической плотности 2,8 отн.ед. Контроль скорости конденсации хрома и увеличение оптической плотности пленки хрома на пластинах осуществляли по специальным приборам и датчикам, вмонтированным в систему. После этого, не отключая нагреватель, постепенно снижали температуру источника в течение трех минут и отключали нагреватель окончательно, выдерживали установку еще в течение 15 мин, проводили разгерметизацию вакуумной камеры и переносили подложкодержатель с пластинами в чистый бокс, в котором перегружали маскированные пластины в межоперационную тару и передавали на операцию контроля и отмывки маскирующего слоя. Из проконтролированных пластин получены 174 шт. годных и 4 пластины забракованы: 2 шт. - проколы и 2 шт. - грязь под слоем.

Отмывку маскирующего слоя хрома проводили на линии отмывки, состоящей из пяти ванн, выдерживали в каждой из них по 4 мин. Первая ванна содержала 0,7% раствор уксусной кислоты в деионизованной воде, ванна снабжена ультразвуком. Вторая ванна заполнялась деионизованной водой и устанавливали проток с расходом 120 л/час (число Re=800), ванна также снабжена ультразвуком с рабочей частотой 50-54 кГц. Кассету с пластинами далее помещали в третью ванну, заполненную изопропиловым спиртом (марки ХЧ), четвертую с изопропиловым спиртом, но снабженную также и ультразвуком (рабочая частота 50-54 кГц) и затем в пятую ванну, содержащую изопропиловый спирт в состоянии постоянного кипения и снабженную системой конденсации и рециркуляции изопропилового спирта.

Далее пластины передавали на операцию нанесения резиста (фоторезист или электронорезист). Нанесение резиста осуществляли методом центрифугирования через дозатор, просматривая предварительно пластины с маскирующим слоем под неактиничным (красным) светом и отбраковывали пластины с видимыми дефектами. Контроль осуществляли также после нанесения резиста, отбраковывая образцы с «кометами», светящимися точками, неоднородностью слоя резиста и другими характерными дефектами. При контроле 174 пластин получено годных 170 штук, забраковано 4 штуки, в т.ч. 2 штуки - кометы, 2 штуки - светящиеся точки. После этого пластины выдерживали в термостате с ламинарным потоком воздуха или азота. Затем пластины охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в специальную светонепроницаемую ударопрочную тару.

Другие примеры в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Таблица
№№ п/п	Предварительная отмывка									Финишная отмывка
	Число Рейнольдса	Рабочая частота ультразвука, кГц	Время выдержки, мин	Температура, °С	Расход деионизованной воды, л/час	Выход годных стеклян. пластин		Виды брака		Число Рейнольдса	Рабочая частота ультразвука, кГц	Время выдержки, мин	Температура, °С	Расход деионизованной воды, л/час
						Запуск, шт.	Годные, шт.	Лок. загрязн., шт.	Светлые точки, шт.
1	800	35	5	20	360	200	178	12	10	800	35	5	20	360
2	500	20	4	15	450	200	176	12	12	500	20	4	15	450
3	1100	50	6	25	480	200	176	10	14	1100	50	6	25	480
4	1300	15	3	10	720	200	170	16	14	1300	15	3	10	720
5	300	60	7	30	270	200	170	12	12	300	60	7	30	270
Прототип	-	-	4	Не контрол.	1000	200	176	12	12	-	-	4	Не контрол	1000

Таблица (продолжение)
№№ п/п	Финишная отмывка				Отмывка маскированных пластин									Общий выход годных		Общий расход деионизованной воды, л/час
	Выход годных маскир. пластин		Виды брака		Число Рейнольдса	Рабочая частота ультразвука, кГц	Время выдержки, мин	Температура, °С	Расход деионизованной воды, л/час	Выход годных на операции нанесения фоторезиста		Виды брака
	Запуск, шт.	Годные, шт.	Грязь под слоем, шт.	Проколы, шт.						Запуск, шт.	Годные, шт.	Кометы, шт.	Точки, шт.	шт.	%
1	178	174	2	2	800	35	5	20	360	174	170	2	2	170	85	1080
2	176	170	2	4	500	20	4	15	450	170	164	3	3	164	82	1350
3	176	168	4	4	1100	50	6	25	480	168	160	6	2	160	80	1440
4	170	156	6	8	1300	15	3	10	720	156	150	4	2	150	75	2160
5	170	170	4	2	300	60	2	30	270	170	160	5	5	160	80	1080
Прототип	176	172	2	2	-	-	4	Не кон.	1000	172	168	1	3	168	84	3000

Из таблицы видно, что при сохранении общего выхода годных пластин на уровне 84-85%, расход деионизованной воды снизился с 3,0 м³/час до 1,08 м ³/час, т.е. примерно, в три раза. Это свидетельствует об эффективности воздействия ультразвука при отмывке стеклянных и маскированных пластин при достаточно малых расходах деионизованной воды.