Фотошаблон и способ его изготовления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 30. 10, 78 (21) 2675175/18-25с присоединением заявки Ре. (51) М. Кл. Н О 1 Е 21/26 3 Ъаударстееый кемтет СССР о деам забретей открытй(54) ФОХОВАБЛОН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к полупроводниковому производству, в частности к фотошаблонам, применяемым для фотолитографической обработки. полупроводниковых пластин, и способам их5 изготовления.Одним из главных путей повышения качества, степени интеграции и снижения себестоимости изготовления интегральных микросхем является повыше-ние качества фотошаблонов, применяемых для получения микроструктур на полупроводниковой пластине.Наряду с обеспечением высокой разрешающей способности и точности выполнения элементов рисунка фотошаблонов основными трудностями при их изготовлении являются повышение контрастности и оптической плотности изображения, уменьшение числа дефек о тов: царапин, проколов, вырывов на непрозрачных участках (особенно высокие требования предъявляются к фо": тошаблонам для твердых схем, где де 2Фект на одном лищь 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. и.).Известен фотошаблон со светочувствительным;-слоем на основе Фотоэмульсионных покрытий, содержащий в качестве светочувствительного компонента соли серебра 1 1.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 - 1 О мкм). Кроме того, качество эмульсионных фотошаблонов в большой степени зависит от чистоты исходных компонентов эмульсии, степени их переме 938338 4шивания и температуры. Оборудование для изготовления эмульсионных фото- шаблонов должно располагаться в затемненной комнате, что также усложняет процесс изготовления Фотошаблонов, Следует также отметить, что эмульсионные Фотошаблоны не позволяют в процессе их совмещения с рисунком, нанесенным на полупроводниковую пластину, осуществлять визуальный 1 о контроль совмещения на всей площади пластины из-за наличия темного поля на фотошаблоне.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 15 фотошаблон, содержащий прозрачную стеклянную подложку с нанесенным на нее маскирующим слоем из металла или окисла металла, в котором выполнена топология 2.26Известен способ изготовления фото- шаблонов, включающий операции нанесения на стеклянную подложку слоя. металла или окисла металла (хром, окись хрома, окись железа и т, д.) с после дующим нанесением на него фоторезистивной пленки, ее экспонирования и проявления, травления металлического слоя 21. Фотошаблоны, изготавливаемые по этому способу, по сравнению с эмульсионными фотошаблонами, обладают более высокой разрешающей способностью, поэтому способ получил широкое распространение в полупроводниковом и оизво ствр д е35Однако фотошаблоны, изготовленные по этому способу, обладают недостаточ-. ной оптицеской плотностью, механической прочностью и химической стойко-.стью, что является их существенным 4 в недостатком, который отрицательно влияет на качество изготавливаемых при помощи этих фотошаблонов микросхем, снижает процент выхода годных изделий и срок службы самих фотошаблонов, Это 45 объясняется наличием большого количества проколов в пленке металла (или окисла металла), которые вскрываются после удаления фоторезистивной пленки. Кроме того, тонкое металлическое 50 покрытие при эксплуатации фотошаблонов легко повреждается, на нем образуются царапины и вырывы, что снижает срок службы Фотошаблонов, Кроме тоГо, недостатком металлостеклянных. 55 Фотошаблонов является паразитное отражение света от поверхности маскирующего покрытия и вследствие этого искажение геометрических размеровэлементов переносимого на полупроводниковую пластину рисунка микросхем. Следует также отметить, цто в процессе контактирования фотошаблона с полупроводниковой пластиной поверхностьметаллического маскирующего слояэлектризуется, а это ведет к осаждению на ней пылинок из окружающей среды, которые в процессе совмещения царапают маскирующее покрытие, Возникновение статического электричества 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. Эта цель достигается тем, что Фотошаблон дополнительно содержит слойлегированного Фоторезиста, нанесенный на маскирующий слой, Кроме того,согласно способу изготовления фотошаблона после операции травления ме"таллического слоя производят закрепление фоторезистивной пленки путемионного легирования, например, ионами бора (ф 1 В+), Фосфора (Р+) илисурьмы ("ЯЬ+), при этом легирование производят ионами с энергией100-200 кэВ, а доза легирования составляет 100-500 мкКл/см2Оптимальные режимы ионного легирования (энергия ионов, доза легирования) выбираются в зависимостиот массы ионов, используемых для легирования, и от толщины пленки Фоторезиста, нанесенной на маскирующийслой стеклянной подложки.Гсли легирование производитсяионами с энергией менее 100 кэВ, тоионы не внедряются на всю глубинуслоя фоторезиста, вследствие этогоне происходит "сшивание" фоторезистас маскирующей пленкой и положительный эффект не достигается.При легировании ионами с энергией более 2 ЬО кэВ происходит разогревание подложки до температуры, прикоторой происходит разрушение фоторезиста,Если доза легирования менее100 мкКл/см , то не достигается оптигмальная оптическая плотность, неполностью затягиваются проколы и,следовательно, цель изобретения недостигается.При дозе легирования. больше500 мкКл/см происходит разогревстеклянной подложки, что отрицательно влияет на качество легированного 1 Офоторезиста, резист разрушается.На чертеже изображен предлагаемыйфотошаблон, разрез,фотошаблон содержит стекляннуюподложку 1 с нанесенным .на нее маскирующим слоем 2 из металла илл окисламеталла (хром, окись хрома, окисьжелеза и т, и.), в котором выполненрисунок (топология) микросхемы, ко"торый должен быть воспроизведен на 20полупроводниковой пластине в процессе фотолитографии. На поверхностьмаскирующего слоя 2 нанесен дополнительный слой 3, из легированногофоторезиста. 25Предлагаемый способ изготовленияфотошаблонов реализуется на серийновыпускаемом оборудовании следующимобразом.На тщательно очищенную стеклянную ЭОподложку методом напыления наносятслой металла или окисла металла,.на 1пример хрома, окиси хрома, окиси железа и т, и толщиной 0,08-0,15 мкм.а напыленный слой металла (окисламеталла) методом центрифугированиянаносят слой фоторезиста толщиной0,3-0,6 мкм. Обязательным условиемпри выполнении этих операций является соблюдение сверхчистых условий,что обеспечивается минимальным разрывом по времени между операциями и хранением подложек в среде. инертного газа. Соблюдение этих условий гарантирует хорошую адгезию фоторезиста кнапыленному слою металла (окисла металла), Затем светочувствительныйслой подвергают экспонированию в течение 10-15 с через маску, на которой имеется рисунок (топология) мик 50росхем, который впоследствии необходимо воспроизводить на полупроводниковых пластинах, После этого производят проявление рисунка в 0,64-номрастворе едкого кали и травление ме 55таллической пленки, Если напылениепленки осуществлялось хромом (окисьюхрома), то травление осуществляют всмеси соляной кислоты и воды в соотношении 1:1, если напыление осуществляют окисью железа, тс травление пропроизаодят в травителе, содержащемоднобромистую медь (три части) и соляную кислоту (1000 мл).После травления фотошаблон подвергают задубливанию при температурео200 С в течение 30 мин и осуществляютзакрепление Фоторезистивной пленки,оставшейся на участках Фотошаблона,не подвергшихся травлению. путем ионного легирования, Ионное легированиепроизводят на серийно выпускаемомоборудовании для ионной имплантации,например на установке "Везувий",Легирование осуществляют ионами, например, бора ( В+), Фосфора ( фР+)или сурьмы (" ЯЬ+) с энергией 1001 аЛ.200 кэВ, а доза легирования составляет 100-500 кмКл/см . В результате2.ионного легирования фоторезистивнаяпленка на оставшихся после травленияметаллизированных участках фотошаблона темнеет, упрочнается и становитсяхимически стойкой по отношению к кис"лотам, щелочам и растворителям. Приэтом происходит затягивание дефектов(прокол, царапин) металлнэированногопокрытия, образующего непрозрачныеучастки Фотошаблона, в результатечего повышается оптическая плотностьФотошаблона, до минимума уменьшаетсяколичество дефектов на Фотошаблонеи повышается его механическая прочность и химическая стойкость, Предла"гаемый способ обеспечивает изготовление иеталлостеклянных фотошаблонов счислом дефектов, не превышающим 1-2от общего числа микроструктур, а товремя как известные. Фотошаблоны имеют7-103 дефектных структур, Испытанияпоказали, что износостойкость Фото"Фшаблонов, изготовленных по предлагаемому способу, выросла в 4-6 раз, за,счет. чего их тиражестойкость увеличилась до 400-600 совмещений. фотошаблоны, изготовленные по существующей технологии, допускают не более100 совмещений,Наличие на металлическом маскирующем слое легированного слоя Фоторе- .зиста снижает отраженную способностьмаскирующего покрытия до 5-73, в товремя как у фотошаблоноа, не имеющихдополнительного Фоторезистивногопокрытия, паразитное отражение светасоставляет 50-603, Это приводит кзначительному повышению качествапереносимого изображения. Кроме того,938338 Формула изобретения Составитель Т. Взнуздаевактор Н. Лазаренко Техред М. Рейвес Корректор А. Фернц Заказ 4474/76 одписноетета СССкрытийнаб д Тираж 761ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и13035, Москва, Ж, Раушск Фипиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,за счет повышения оптической плотности фотошаблона сокращается времяэкспонирования, что позволяет увеличить производительность труда на операции экспонирования полупроводниковых пластин. Ионное легирование Фоторезистивной пленки фотошаблона спо:.собствует снятию статического электричества, что предотвращает осаждение пылинок на поверхности фотошаблона при контактировании его с полупроводниковой пластиной в процессе совмещения. Благодаря этому отпадаетнеобходимость в частой отмывке фотошаблонов, что также способствует 1 Зувеличению срока их службы,201. Фотошаблон, содержащий прозрачную подложку с нанесенным на нее маскирующим слоем из металла или окисла металла, в котором выполнена топология, о т л и.ч а ю щ и й с я тем, 25 что, с целью уменьшения количества дефектов типа "прокол", уменьшения поверхностного статического заряда и отражающей способности маскирующе". го покрытия, а также повышения износостойкости, он дополнительно содержит слой легированного фоторезиста, нанесенный на маскирующий слой,2, Способ изготовления фотошаблона по и. 1, включающий операции нанесения на стеклянную подложку слоя металла или окисла металла с последующим нанесением на него Фоторезистивной пленки, экспонирования и проявления фоторезистивной пленки, травления металлического слоя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что после операции травления металлического слоя производят закрепление фоторезистивной пленки путем ионного легирования, например, ионами бора (В+) фосфораЯ1( Р+) или сурьмы ("БЬ+), при этом легирование производят ионами с энергией 100-200 кэВ, а доза легирования составляет 100-500 мкКл/смИсточники информации принятые во внимание при экспертизе1. Яо 1 Ы Буайе Тесйпо 1 оду, 1972, ч. 11, р. 29-362. Пресс Ф. П. Фотолитография в производстве полупроводниковых приборов. М "Энергия", 1968, с. 159-160(прототип).