Патент на изобретение №2308179

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОШАБЛОННЫХ ЗАГОТОВОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изготовлению фотошаблонных заготовок, предназначенных для формирования интегральных схем. Техническим результатом изобретения является улучшение качества поверхности заготовок при интенсификацияи процесса очистки поверхности стеклянных и маскированных пластин. Способ получения фотошаблонных заготовок содержит операции предварительной и финишной обработки пластин, а также операцию обработки маскированных пластин в нейтральной водной среде, которые осуществляются при ламинарном потоке деионизированной воды с числом Рейнольдса 500-1100, при температуре 15-25°С, в течение 4-6 минут, при воздейстии ультразвука в частотном диапазоне 20-50 кГц. Расход потока воды при проведении очистки стеклянных и маскированных пластин сокращается в 2,5-3 раза. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

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.

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 м³/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.

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.