Рентгеношаблон и способ его изготовления

Изобретение относится к изготовлению рентгеношаблонов, преимущественно для «мягкой» литографии. Сущность изобретения: в рентгеношаблоне, представляющем собой рентгенопоглощающую структуру, сформированную на полимерной пленке, закрепленной на опорном кольце, опорное кольцо выполнено из двух и более колец, образующих собой пяльца, в которых зафиксирована полимерная пленка, а рентгенопоглощающая структура выполнена сложносоставной, и одним из ее элементов является резистивная маска. В способе изготовления рентгеношаблона, включающем формирование литографическими способами на используемой в качестве несущей мембраны полимерной пленке резистивной маски и рентгенопоглощающей структуры и фиксацию несущей мембраны на опорном кольце, фиксацию производят до формирования рентгенопоглощающей структуры, которая включает составным элементом резистивную маску. Изобретение обеспечивает минимизацию геометрических искажений рентгенопоглощающей структуры шаблона и уменьшение себестоимости его изготовления. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления рентгеношаблонов, преимущественно для «мягкой» рентгенолитографии (где основная часть применяемого экспонирующего излучения характеризуется квантами с длинами волн - λ≥5Å).

Известны различные конструкции используемых в вышеуказанном спектральном диапазоне рентгеношаблонов, содержащих, как правило, выполненную из тяжелых металлов рентгенопоглощающую структуру, крепящуюся силами адгезии к тонкой несущей мембране (в виде органической или неорганической пленки), фиксирующейся на опорном кольце, различающихся как материалами, из которых выполнены три вышеперечисленные основные элемента шаблона, так и видами связей между ними.

В качестве аналога выбраны конструкция и способ изготовления рентгеношаблона, описанные в работе Артамонова Л.Д., Гаврюшкина Н.И., Гаштольд В.Н. и др. - Рентгеновские шаблоны для рентгенолитографии и LIGA-технологии // Отчет Сибирского международного центра синхротронного излучения за 1991-1992 г. / Ин-т ядерной физики им.Будкера СО РАН. - Новосибирск, 1993, с.229-231.

Конструкция-аналог, схематическое изображение которой приведено на фиг.1, содержит следующие основные элементы: несущую мембрану 1 в виде тонкой пленки легированного бором кремния; выполненные из золота элементы 2 рентгенопоглощающей структуры; кремниевое опорное кольцо 3.

Способ-аналог изготовления рентгеношаблона содержит следующие операции:

- формируют границу несущей мембраны путем создания стоп-слоя (например, методом термического легирования кремниевой пластины со стороны ее рабочей поверхности бором на глубину ~2÷3 мкм) для селективного травления;

- напыляют на кремниевую пластину адгезивные электропроводящие подслои;

- наносят на рабочую поверхность пластины толстый (≥10 мкм) слой рентгенорезиста и формируют методом рентгеновской литографии резистивную маску;

- производят гальваническое осаждение золотой рентгенопоглощающей структуры;

- удаляют остаточную резистивную маску и формируют (стравливая центральную часть кремниевой пластины до «стоп-слоя») несущую мембрану.

Выбранная в качестве аналога конструкция рентгеношаблона характеризуется низкой прочностью несущей мембраны, требует очень аккуратного обращения и наличия некоторого зазора между шаблоном и подложкой в процессе экспонирования (теневая печать), что приводит к деформациям рисунка при его переносе вследствие дифракционных эффектов. Кроме того, реализуемое на последнем этапе изготовления шаблона формирование несущей мембраны приводит к перераспределению его внутренних напряжений и к искажению геометрии рентгенопоглощающей структуры.

Способ-аналог характеризуется большим количеством высокотехнологичных операций и низким процентом выхода годных изделий, что, в конечном результате, приводит к значительной себестоимости изготавливаемых рентгеношаблонов.

В качестве прототипа выбраны конструкция и способ, описанные в работе Flanders D.C., Smith H.I. Polyimide membrane X-ray lithography masks fabrication and distortion measurements. - J. Vac. Sci. Technol., 1978, V.15, №3. - P.995.

Конструкция-прототип, схематически изображенная на фиг.2, содержит следующие основные элементы: несущую мембрану 1 в виде тонкой (толщиной 0,5÷1 мкм) пленки майлара (лавсана, полиэтилентерефталата), элементы 2 рентгенопоглощающей структуры (топологического рисунка шаблона); металлическое опорное кольцо 3.

Способ-прототип изготовления рентгеношаблона содержит следующие операции:

- наносят тонкий слой полимера (полиэтилентерефталата) на подложку из стекла (сапфира, кварца или другого материала, способного выдержать температуру 400°C и имеющего хорошо подготовленную поверхность);

- производят высокотемпературную (при температуре 400°C) полимеризацию слоя;

- наносят рентгенопоглощающий слой «тяжелого» металла поверх полимерного слоя,

- формируют защитную резистивную маску методами литографии;

- формируют рентгенопоглощающую структуру (топологический рисунок) шаблона путем травления «тяжелого» металла через резистивную маску;

- удаляют остаточную резистивную маску;

- прикрепляет (приклеивают) к полимерной мембране опорное кольцо (из стали, алюминия или другого материала);

- удаляют подложку (проводят селективное травление подложки).

Выбранная в качестве прототипа конструкция рентгеношаблона характеризуется высокой прочностью несущей мембраны, вследствие чего она может находиться в непосредственном контакте с резистивным слоем, нанесенным на рабочую поверхность обрабатываемой подложки. В результате влияние дифракции экспонирующего излучения на разрешающую способность рентгенолитографического процесса может быть сведено к минимуму, поскольку зазор между рабочими поверхностями шаблона и подложки может быть установлен практически равным нулю. Однако производимое уже после формирования топологии рентгенопоглощающей структуры крепление (приклеивание) опорного кольца к мембране вносит дополнительные внутренние напряжения, что приводит к деформациям геометрии структуры.

Способ-прототип характеризуется большим количеством высокотехнологичных операций, что ведет к значительной себестоимости изготавливаемых рентгеношаблонов.

Предлагаемым конструкции и способу изготовления рентгеношаблона не свойственны недостатки, присущие прототипу.

С целью минимизации геометрических искажений рентгенопоглощающей структуры шаблона и уменьшения себестоимости его изготовления предлагается формировать рентгенопоглощающую структуру на уже зафиксированной в металлических пяльцах (играющих роль опорного кольца) промышленно-выпускаемой полимерной пленке, выполняющей функцию несущей мембраны, а в качестве одной из частей рентгенопоглощающей структуры (которая может быть сложносоставной) используется толстая резистивная маска, что схематически проиллюстрировано на фиг.3.

Предлагаемый способ изготовления рентгеношаблона характеризуется простотой и выглядит следующим образом:

1) фиксируют в специальных пяльцах (играющих роль опорного кольца) промышленно-выпускаемую полимерную пленку (выполняющую функцию несущей мембраны);

2) на рабочую поверхность полимерной пленки наносят толстый (обеспечивающий требуемую контрастность при дальнейшей эксплуатации готового шаблона) слой резиста и формируют методами литографии резистивную маску.

Предлагаемая конструкция рентгеношаблона, схематически изображенная на фиг.3, содержит следующие основные элементы: несущую мембрану 1 в виде тонкой полимерной пленки; выполненные из резиста элементы 2 рентгенопоглощающей структуры; составное опорное кольцо в виде пялец из двух колец 3а и 3б.

Конструкция пялец для реализации равномерного и регулируемого натяжения полимерной пленки может быть более сложной и состоять из более чем двух колец. Для снятия внутренних напряжений в пленке может проводиться ее высокотемпературный отжиг в сборе с пяльцами (на первом этапе до нанесения не нее каких-либо слоев).

Предлагаемые конструкция и способ изготовления рентгеношаблона с применением составного в виде пялец опорного кольца, а в качестве рентгенопоглощающей структуры резистивной маски достаточно просты и легко реализуемы, причем рентгенопоглощающая структура создается на уже «сформированной» несущей мембране (на уже зафиксированной в пяльцах полимерной пленке), что исключает внесение дополнительных деформаций геометрии рентгенопоглощающей структуры, связанных с фиксацией (приклейкой) мембраны к кольцу, как это имеет место в прототипе. Для использования в качестве несущей мембраны может быть выбрана промышленно-выпускаемая радиационно-стойкая полимерная пленка (например, из материала ПЭЭК - полиэфирэфиркетона), что позволит увеличить срок эксплуатации изготовленного таким образом рентгеношаблона.

С целью повышения контрастности рентгеношаблона предлагаемой конструкции могут быть дополнительно произведены следующие действия (операции):

- рентгенопоглощающая топологическая структура может быть сформирована

- с предварительным нанесением (напылением) на рабочую поверхность пленки тонкого слоя тяжелого металла и последующим (на финальных стадиях) его травлением через сформированную резистивную маску;

- с обеих сторон несущей мембраны (т.е. двусторонний рентгеношаблон);

- из сенсибилизированного металлами (входящими в его химическую формулу и/или добавленными в виде наночастиц) резиста;

- (в тех случаях, когда позволяет топология рентгенопоглощающей структуры) полимерная пленка может быть удалена на рентгенопрозрачных участках рентгеношаблона (т.е. шаблон выполняется в «перфорированном» варианте).

Пример конкретного исполнения. Для реализации предлагаемых конструкции рентгеношаблона и способа его изготовления, в наиболее сложном варианте исполнения: «перфорированный» двусторонний шаблон с металлическими подслоями с резистивной маской из сенсибилизированного резиста (например, из позитивного рентгенорезиста CuMA-MA - сополимера метакриловой кислоты и медной соли метакриловой кислоты, характеризующийся содержанием меди ~5,2% [описанный в работе Александров Ю.М., Валиев К.А., Беликов Л.В. и др. Механизм плазмохимического травления полимеров // Микроэлектроника. - 1983. - Т.12, вып.1. - С.10]), изготавливают пяльца, содержащие три кольца из органического стекла и две прокладки из силиконовой резины (толщина пялец в сборе ~10 мм, внутренний диаметр меньшего кольца ~40 мм), с помощью которых зажимается лавсановая пленка толщиной ~2,5 мкм, причем ее натяжение может регулироваться путем стягивания крайних колец между собой посредством фиксирующих винтов.

На фиг.4 схематически изображены следующие основные элементы рентгеношаблона предлагаемой конструкции: несущая мембрана 1 в виде тонкой лавсановой пленки толщиной ~2,5 мкм; элементы 2 рентгенопоглощающей структуры; опорное кольцо в виде пялец с обеспечивающим регулируемое натяжение несущей мембраны механизмом, содержащее кольца 3а, 3б, 3в (где 3а - внутреннее кольцо, 3б и 3в - крайние кольца, крепящиеся к внутреннему через резиновые прокладки); резиновые прокладки 4; фиксирующие винты 5.

Проводят отжиг внутренних напряжений лавсановой пленки (1 час при температуре ~70°C), с последующим напылением на обе ее стороны тонких (толщиной ~0,2 мкм) слоев серебра, поверх которых наносят (на центрифуге с помощью специальных приспособлений или другим способом) толстые (≥50 мкм) слои вышеуказанного резиста. Затем при помощи рентгенолучевого генератора изображений [описанного в работе Петрова Е.В., Гольденберг Б.Г., Кондратьев В.И. и др. Создание рентгеношаблонов на толстой подложке для глубокой рентгеновской литографии // Поверхность: Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2007. - №6. - С.14-19]), используя пучок сравнительно жесткого синхротронного излучения (λ≈1Å), формируют в обоих слоях резиста скрытое изображение (производят экспонирование резиста по заданной программе). После чего, проявляя резист, формируют резистивную маску и через нее травят (в водном растворе азотной кислоты) серебряные подслои, в результате получается сформированная на полимерной пленке рентгенопоглощающая структура, содержащая расположенные с разных сторон несущей мембраны идентичные слои из серебра 2а и рентгенорезиста 2б, что схематично представлено на фиг.4.

Контрастность такого шаблона при экспонировании монохроматическим излучением с длиной волны λ=5Å составит ≥45 и будет возрастать по мере ее увеличения. Для увеличения контрастности шаблона следует увеличивать толщину элементов рентгенопоглощающей структуры, а также, если позволяет ее топология, можно удалять полимерную пленку с рентгенопрозрачных участков шаблона, что достигается путем экспонирования шаблона рентгеновским излучением, до набора пленкой на открытых участках требуемой экспозиционной дозы и травления ее в водном растворе щелочи (гидроксида натрия).

1. Рентгеношаблон, представляющий собой рентгенопоглощающую структуру, сформированную на полимерной пленке, закрепленной на опорном кольце, отличающийся тем, что опорное кольцо выполнено из двух и более колец, образующих собой пяльца, в которых зафиксирована полимерная пленка, а рентгенопоглощающая структура выполнена сложносоставной и одним из ее элементов является резистивная маска.

2. Способ изготовления рентгеношаблона, включающий в себя формирование литографическими способами на используемой в качестве несущей мембраны полимерной пленке резистивной маски и рентгенопоглощающей структуры и фиксацию несущей мембраны на опорном кольце, отличающийся тем, что фиксацию производят до формирования рентгенопоглощающей структуры, которая включает в себя составным элементом резистивную маску.

3. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что опорное кольцо, выполненное из колец, образующих собой пяльца, содержит механизм, позволяющий регулировать натяжение полимерной пленки (например, путем стягивания крайних колец фиксирующими винтами).

4. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что несущая мембрана выполнена из радиационно-стойкой полимерной пленки.

5. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что для формирования резистивной маски используется сенсибилизированный металлами (входящими в его химическую формулу и/или добавленными в виде наночастиц) рентгенорезист.

6. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что его рентгенопоглощающая структура дополнительно содержит тонкие металлические слои.

7. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что рентгенопоглощающая топологическая структура сформирована с обеих сторон несущей мембраны.

8. Рентгеношаблон по п.1, отличающийся тем, что (в тех случаях, когда позволяет топология рентгенопоглощающей структуры) полимерная пленка отсутствует на рентгенопрозрачных участках шаблона (т.е. он выполняется в «перфорированном» варианте).

9. Способ изготовления рентгеношаблона по п.2, отличающийся тем, что до этапа нанесения слоев на зафиксированную в пяльцах полимерную пленку, проводят ее (в сборе с пяльцами) высокотемпературный отжиг (режимы которого зависят от типа применяемого полимера).

10. Способ изготовления рентгеношаблона по п.2, отличающийся тем, что на пленку предварительно напыляют тонкий слой тяжелого металла, травление которого производят через сформированную резистивную маску.

11. Способ изготовления рентгеношаблона по п.2, отличающийся тем, что (в тех случаях, когда позволяет топология рентгенопоглощающей структуры) полимерную пленку удаляют на рентгенопрозрачных участках шаблона (т.е. он выполняется в «перфорированном» варианте).