Спосіб виготовлення просвітлювальних (транспарентних) масок для фотошаблонів

Винахід відноситься до технології формування масок при виготовленні фотошаблонів для оптичної проекційної літографії і може бути використаний в мікроелектроніці. Робочі фотошаблони і проміжні фотооригінали використовують безпосередньо для проведення фотолітографічних процесів в різних шарах при формуванні структур інтегральних схем. Як правило, для робочих фотошаблонів використовують фотоемульсійні копії з еталонного (базового) металізованого шаблона. Проте слабка механічна стійкість емульсійних фотошаблонів викликає високу дефектність емульсії і низьку зносостійкість та роздільну здатність робочого фотошаблону. Цей факт зумовив багаточисельні пошуки нових матеріалів і методів для формування маскуючого і екрануючого шару фотошаблонів контактної літографії та проміжного фотооригіналу для проекційної літографії. Тому в виробництво інтегральних схем були впроваджені хромові фотошаблони на підкладках із оптичного скла, технологія виготовлення яких була створена на базі вакуумної металізації розплавненого хрому на скляних підложках під відповідний розмір кремнієвих пластин. Зарубіжні публікації спеціалістів фірм "Bell", "Corning Glass" і "Balzers" показали, що хромова плівка є достатньо хорошим матеріалом для екрануючої маски фотошаблону. Висока міцність плівки хрому, її корозійна стійкість в різних травниках, а також хороша адгезія до скла та висока оптична густина при товщинах 0,1...0,25мкм в значній мірі визначили вибір цього матеріалу. Проте наявність пористості плівок через її зернистість, дуже велика її відбивна здатність, що призводить до появи стоячих світлових хвиль і додаткового засвічення плівки резисту із-за дифракційно-інтерференційних явищ, а також непрозорість в видимій області оптичного спектру, що утруднює суміщення шарів при візуальному оптичному контролі, вимагають пошуків нових матеріалів і методів формування металізованих робочих фотошаблонів та проміжних фотооригіналів для відтворення топології структур інтегральних схем на кремнієвих підкладках. З'явилось ряд робіт по отриманню напівпрозорих для видимої частини спектру плівок на основі оксидів різних металів (заліза, ванадію, танталу) в ролі екрануючої маски. Властивості таких плівок мають обмежену зносостійкість, роздільну здатність та високу дефектність (~3%) через їх зернистість, що обмежує їх використання в субмікронній технології [1]. Тому аналогом (найбільш близьким до запропонованого винаходу) є спосіб виготовлення напівпрозорих (транспарентних) фотошаблонів, де в ролі екрануючої маски використовується плівка Fе2О3, отримана методом реактивного розпилення залізовмісної мішені [2]. Із спектральної характеристики даної маски видно, що в області видимого спектру плівка має хороше пропускання (від 50 до 70%), а в області коротких хвиль менше 490нм пропускання практично рівне нулю. Це дозволяє здійснювати суміщення топології робочих пластин і фотошаблонів в процесі фотолітографічної обробки при контактній фотолітографії. Проте травлення такої маски Fе2О3 в вікнах резисту є нерівномірним, а це не може забезпечити її високої роздільної здатності для відтворення субмікронних топологічних розмірів, менших 1мкм, а спектральна характеристика обмежена довжиною хвилі 450нм. Для зміщення спектральної характеристики до 425нм використовують легування плівки оксидами інших металів (ванадію, міді, нікеля, свинцю, хрому). Нанесення цих металів у вигляді їх оксидів здійснюють реактивним розпиленням (в атмосфері кисню), де в ролі мішені використовують електроди, які представляють собою залізні штирі та штирі легованого металу (V, Ni, Cu, Cr) в співвідношенні таким чином, щоб відношення їх площ електродів забезпечувало процентний вміст металу в плівці (1,5-3%). В ролі газу, за допомогою якого формується киснева плазма, використовують суміш кисню і аргону в співвідношенні 1:1. Недоліками даного процесу є: невисока рівномірність нанесення плівки на скляні заготовки ±10%; складність в виготовленні циліндричних штирів і їх паралельної орієнтації до поверхні скляних пластин; висока температура реактивного плазмового розпилення 250-350°С; висока дефектність плівок 2-5см-2; покриття можна використовувати тільки для контактної літографії з роздільною здатністю 1,5-2мкм. В ролі прототипу запропоновано метод формування екрануючої маски фотошаблону з використанням методу піролізу різних хімічних сполук, що містять залізо при атмосферному тиску. Тут розрізняють декілька способів осадження тонких плівок оксиду заліза на оптичні скляні підкладки: - хімічне осадження за рахунок розкладу в газовій фазі пентакарбонілу заліза Fe(CO)5; - розклад металоорганічних сполук, наприклад полівінілфероцену. Перший процес проводять при Т>180°С, а другий - при температурі Т>400°С, що обмежує їх практичне використання. Крім цього, дані процеси не дозволяють управляти спектральними характеристиками таких плівок в процесі формування для їх зміщення в коротку ультрафіолетову область менше 450нм. Висока температура нанесення плівки створює високі термічні напруження, що є причиною високої їх дефектності. В основу даного винаходу поставлене завдання розробити технологічний процес формування просвітлюючої плівки оксиду заліза з високою продуктивністю із забезпеченням високих оптичних властивостей, високій швидкості формування, однорідності і адгезії плівки. Поставлене завдання вирішується тим, що значне збільшення швидкості осадження просвітлюючих плівок оксиду заліза, її однорідності та більш короткохвильового спектру досягається за рахунок низькотемпературного осадження в реакторі пониженого тиску шляхом формування самопоширюваного фронту ланцюгової хімічної реакції в гомогенній газовій суміші, яка вміщує сполуки заліза, наприклад, пентакарбоніл заліза або полівінілфероцену і воднево-кисневу суміш (45-50% Н2 і 50-46% О2), а процес формування плівки ведуть при тиску 60±10мм.рт.ст., температурі 20-100°С в режимі горіння воднево-кисневої суміші протягом 0,01-1с. Для зміни оптичної густини або коефіцієнту пропускання просвітлюючої плівки оксиду в процесі осадження плівки Fе2О3 легують тугоплавкими рідкісноземельними металами (наприклад ТаСl5, ТiСl4, Yсl3, LаСl3, НоСl3, Nо(СО3,5), W(CO5,3)) використанням газових сумішей цих металів в аргоні. Необхідну товщину плівки отримують шляхом багаторазового проходження фронту реакції на скляних підкладках (2-5 разів). Приклад конкретного використання. В кварцовому реакторі (або із нержавіючої сталі) установки типу "Ізотрон" з розміщеними в ньому після хімічної обробки скляних оптичних заготовок із скла К-8 проводять відкачку зниження тиску до значення 10мм.рт.ст. Після цього вводять газову суміш, яка складається з 3-5% пентакарбонілу заліза, 45% водню і 50-52% кисню, потім створюють тиск 40-70мм.рт.ст. і проводять підпал утвореної суміші електроімпульсним розрядом. Отримана таким чином легована плівка оксиду заліза мала товщину 150-250 A з нерівномірністю ±30% на скляних підкладках розміром 127х127мм. Оптична густина таких просвітлюючих покрить складала 1,5±0,1 при зміщенні спектра пропускання УФ променів менше 350нм, що забезпечує хороше пропускання в області видимого спектру на рівні 75-80%. Спектр і оптична густина просвітлюючої плівки оксиду заліза регулюється ступенню її легування тугоплавкими і рідкісноземельними металами (Та, Ті, W, Mo, La, Ho, Y). Відпадає необхідність у використанні адгезива гексаметилдисалазану. Література: 1. “Фотолитография и оптика” под ред. Д.А.Федотова и Г.Поля, М.Сов. радио, Б, Техника 1974, сс.273-275 2. В.Н.Черняев, Технология производства интегральних схем и микропроцессоров, М., “Радио и связь” 1987, сс.234-336