способ получения фотошаблонных заготовок

Формула изобретения

Способ получения фотошаблонных заготовок, включающий механическую обработку стеклянных пластин с использованием полировального порошка на основе двуокиси церия и полировального полотна, выполненного из нетканого материала, состоящего из рабочего слоя и приклеечного, обработку в водных растворах органических кислот, обработку в нейтральной водной среде, нанесение маскирующего слоя и резиста, отличающийся тем, что дополнительно между рабочим и приклеечным слоями полировального полотна формируют внутренний усиливающий слой при следующем соотношении толщин: приклеечный слой - усиливающий слой - рабочий слой 2,0-2,5:1:1,5-2,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронной промышленности, а именно к фотошаблонным заготовкам, которые до настоящего времени являются основным инструментом переноса рисунка микроизображения интегральной схемы на полупроводниковую пластину.

Известен способ получения фотошаблонных заготовок (Электронная промышленность, 1980 г., №8-9, стр.100-102), включающий механическую обработку стеклянных пластин полировальными порошками на основе двуокиси церия с использованием полировальных полотен на основе нетканых материалов, обработку в водных растворах химических реагентов, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой, нанесение маскирующего слоя и резиста.

Недостатком этого способа является низкий выход годных фотошаблонных заготовок для БИС и СБИС.

Другим недостатком является низкая механическая прочность рабочего слоя, что приводит к сваливаемости или механическим разрушениям материала рабочего слоя. Это приводит к появлению дефектов в виде «натиров», «растравов», светящихся точек и др.

Наиболее близким к предлагаемому является способ (RU 2260873), включающий механическую обработку стеклянных пластин с использованием полировальных порошков на основе двуокиси церия и полировальных полотен на основе нетканых материалов, обработку в водных растворах органических кислот, обработку в нейтральной водной среде с последующим обезвоживанием и сушкой, нанесение маскирующего слоя и резиста.

Недостатком этого способа является низкий выход годных фотошаблонных заготовок для БИС и СБИС, в которых практически не допускаются дефекты, расположенные на стеклянной поверхности, в маскирующем слое и слое резиста размером 1 мкм, а в некоторых случаях и менее. Использование полировального полотна на основе однослойного нетканого материала, выполненного из смеси полиэфирных волокон (ТУ 17-21-40-1-90), не позволяет провести чистовую доводку поверхности стекла до требований технологии БИС и СБИС.

Другим недостатком является низкая стойкость рабочего слоя полировальника ввиду эффекта «сваливаемости» волокон, что приводит к появлению новых дефектов в виде «натиров» и локальных растравов поверхности стекла, светящихся точек.

Следует отметить также недостаток полировальных полотен, заключающийся в наличии в них различных химических компонентов, применяемых при выработке как волокон, так и самого нетканого материала (аппретирующие составы, связующие, наполнители и др.). В процессе полирования эти компоненты могут экстрагироваться моющими и полирующими составами и дополнительно загрязнять технологическую линию, внося загрязнения, являющиеся причиной таких дефектов, как «затеки», «точки» и др.

Предлагается способ, лишенный перечисленных выше недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно между рабочим и приклеечными слоями полировального полотна формируют внутренний усиливающий слой при следующем соотношении толщин: приклеечный слой - усиливающий слой - рабочий слой 2,0-2,5:1:1,5-2,0.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Высокие требования к стеклянной подложке в технологии БИС и СБИС могут быть реализованы в две стадии полирования: предварительной и финишной. Первая обеспечивает удаление основного нарушенного слоя стеклянной поверхности. Это может быть обеспечено обработкой с использованием обычных полировальных полотен из нетканых материалов (например, политана ТУ-17-21-40-1-90) толщиной 2,5-3 мм.

Финишная обработка предполагает окончательную доводку стеклянной поверхности до требований технологии БИС и СБИС, т.е. удаление дефектов микронных и субмикронных размеров. К таким дефектам, в первую очередь, относится остаточный «фон» полирования, обусловленный грубой структурой полировальника на предварительной стадии полирования. Избежать этого на предварительном полировании не удается, т.к. совместить операции доводки и интенсивного съема не представляется возможным. Применение же финишных материалов на предварительной стадии полирования также не приводит к желаемому результату из-за существенного увеличения времени обработки, что приводит к появлению новых дефектов в виде «натиров», «растравов», ухудшению неплоскостности.

Чтобы избежать появления этих дефектов и удалить остаточный «фон» предварительного полирования, операцию финишного полирования проводят на полировальных полотнах более тонкой структуры, например «замше» технического назначения (ТУ 17-21-3/0-85) толщиной 1,5÷2,0 мм, при повышенных давлениях, чтобы обеспечить доводку поверхности стеклянной пластины в кратчайшие сроки до момента появления новых дефектов. Однако большинство таких материалов не выдерживают условий финишного полирования и быстро выходят из строя вследствие быстрого нарушения рабочего слоя, причем полиуретановый слой разрушается механически, на нем появляются белые пятна стертости, которые в дальнейшем приводят к появлению на стеклянной поверхности дефектов в виде «натиров» и появлению «фона», а в случае нетканого материала при полировании в одну стадию верхний слой «сваливается», появляются «катышки», которые также травмируют поверхность стекла.

Наличие промежуточного усиливающего слоя позволяет избежать этих недостатков. Толщина полирующего слоя должна быть минимальной и прочной. Она составляет 1,5-2,0 усиливающего слоя, более тонкий слой быстро изнашивается и плохо удерживает полирующую суспензию, более толстые слои ведут себя как обычный нетканый материал, труднее насыщаются суспензией и эффект полирования снижается, появляются «завалы» по краям пластины, дефекты в виде «натиров», ухудшается неплоскостность. Приклеечный слой обеспечивает сцепление полировального полотна с полировальным диском и составляет 2÷2,5 толщины усиливающего слоя; более тонкие слои приводят к проникновению приклеечной смолы в усиливающий слой и даже полирующий и нарушают процесс обработки, а более толстые приводят к недостаточной пропитке и не обеспечивают сцепление с усиливающим слоем. Разрывные усилия распределяются неравномерно и роль усиливающего слоя сводится на нет.

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 закрепляли на специальных штангах, предназначенных для горизонтального и вертикального реза. Ролики фиксировали на определенном расстоянии друг от друга таким образом, что весь лист раскраивали поочередно в двух направлениях. 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 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 мкм 85%. Средний размер основной фракции порошка составлял 3 мкм (по0 прибору «Седиграф-600», США). В качестве полировального полотна использовали нетканый материал. На стадии финишного полирования использовали полировальное полотно толщиной 2,5 мм, состоящее из рабочего слоя толщиной 0,85 мм, усиливающего - толщиной 0,5 мм и приклеечного слоя - толщиной 1,15 мм. 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 водоотталкивающим составом. Обработку стеклянных пластин проводили групповым методом в кассетах из нержавеющей стали с пластмассовыми вкладышами для исключения травмирования стекла. Полирующую суспензию подавали непрерывно через отверстие в верхнем полировальнике.

Предварительную полировку проводили в течение 40 мин, финишную - 10 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 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 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 при воздействии ультразвука с рабочей частотой 35 кГц. Затем проводили операцию обезвоживания и сушки стеклянных пластин в пяти последовательно расположенных ваннах с изопропиловым спиртом по 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 176 шт., брак 24 шт, в т.ч. царапины 7 шт. (3,5%), ласины 13 шт. (6,5%), фон - 4 шт. (2%), годные для СБИС 96 шт. (48%).

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 одну оснащали ультразвуком (2-ю) и третью поддерживали в режиме постоянного 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 хрома.

Загрузку стеклянных пластин производили 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 получили 150 шт. (85,2%) годных и 26 пластин было забраковано: 16 шт. - проколы и 10 шт. - грязь под слоем.

Отмывку маскирующего слоя хрома проводили на линии отмывки, состоящей из пяти ванн, выдерживая 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, ванна также снабжена ультразвуком. Третью ванну заполняли изопропиловым спиртом, четвертую - также изопропиловым спиртом, дополнительно снабжали ее ультразвуком и пятую ванну также заполняли изопропиловым спиртом, но поддерживали ее в состоянии постоянного кипения.

Далее пластины передавали на операцию нанесения фоторезиста. Нанесение резиста осуществляли методом центрифугирования через дозатор, просматривая предварительно пластины с маскирующим слоем под неактиничным (красным) освещением и отбраковывали пластины с видимыми дефектами. Контроль осуществляли и после нанесения резиста, отбраковывая образцы с «кометами», светящимися точками, неоднородностью слоя резиста, т.е. с дефектами, характерными для процесса нанесения. При контроле 150 пластин получено годных 119 штук (79,3%), забраковано 31 шт., в т.ч. 4 шт. - кометы, 8 шт. - светящиеся точки, неоднородность - 19 шт. (10%). После этого пластины выдерживали в термостате с ламинарным потоком воздуха или азота при 90°С в течение 40 мин. Затем пластины охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в специальную светонепроницаемую ударопрочную тару.

Другие примеры в сравнении с прототипом приведены в таблице.

№№ п/п	Толщина рабочего слоя, мм	Толщина усил. слоя, мм	Толщина прикл. слоя, мм	Виды брака на операции полирования						Выход годных на операции полирования				Выход годных на операции нанесения				Общий выход годных
				Царапины		Ласины		Фон		Общий		Для СБИС		Хрома		Фоторезиста		ФШЗ, %	Для СБИС, %
				шт.	%	шт.	%	шт.	%	шт.	%	шт.	%	шт.	%	шт.	%
1	0,85	0,5	1,15	7	3,5	13	6,5	4	2,0	176	88,0	96	48,0	150	85,2	119	79,3	59,5	32,4
2	1,0	0,5	1,25	7	3,5	10	5,0	12	6,0	171	85,5	93	46,5	148	84,1	115	76,7	55,2	30,0
3	0,75	0,5	1,0	9	4,5	11	5,5	10	5,0	170	85,0	91	45,5	145	82,4	115	76,5	53,7	28,8
4	1,25	0,5	0,75	8	4,0	12	6,0	12	6,0	168	84,0	85	42,5	130	73,8	110	73,3	45,4	23,0
5	0,6	0,5	1,5	15	7,5	10	5,0	20	10	155	77,5	80	40,0	120	68,2	112	74,7	39,5	20,4
Прототип	He - контр. 2,5÷3,5		не контр.	-	8,3	-	3,7	-	6,5	-	82,5	Не конт	-	-	-	-	-	-	Не конт

Из таблицы видно, что трехслойное полировальное полотно со средним усиливающим слоем позволяет улучшить показатели качества не только на стадии механической обработки, но и получить стабильные результаты относительно пластин с маскирующим слоем и слоем резиста для шаблонов сложных схем - БИС и СБИС. При общем выходе ФШЗ 59,5%, выход годных для БИС и СБИС составляет 32,4%.