RU2350996C1 - Method for manufacture of litographic mask for liga-technology - Google Patents

Method for manufacture of litographic mask for liga-technology Download PDF

Info

Publication number
RU2350996C1
RU2350996C1 RU2007124033/28A RU2007124033A RU2350996C1 RU 2350996 C1 RU2350996 C1 RU 2350996C1 RU 2007124033/28 A RU2007124033/28 A RU 2007124033/28A RU 2007124033 A RU2007124033 A RU 2007124033A RU 2350996 C1 RU2350996 C1 RU 2350996C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
mask
layer
resistive
resist
Prior art date
Application number
RU2007124033/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007124033A (en
Inventor
Александр Николаевич Генцелев (RU)
Александр Николаевич Генцелев
Борис Григорьевич Гольденберг (RU)
Борис Григорьевич Гольденберг
Владимир Иванович Кондратьев (RU)
Владимир Иванович Кондратьев
Екатерина Владимировна Петрова (RU)
Екатерина Владимировна Петрова
Original Assignee
Институт ядерной физики СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт ядерной физики СО РАН filed Critical Институт ядерной физики СО РАН
Priority to RU2007124033/28A priority Critical patent/RU2350996C1/en
Publication of RU2007124033A publication Critical patent/RU2007124033A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2350996C1 publication Critical patent/RU2350996C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: application: for manufacture of lithographic mask. Resistive mask is formed by means of X-ray lithography on working surface of bearing membrane or processed substrate, which are blanks for lithographic mask and are made of materials with low atomic weight, and processes of electroplating metals with high atomic weight via formed resistive mask, at that at first thick layer of X-ray resist is applied on working surface of bearing membrane or processed substrate, and then thin layer of either photo- or highly sensitive electronic resist, in the latter resistive mask is shaped and then masking coating with its help, which serves as stencil for performance of lithography by X-ray radiation of appropriate spectral range for creation of resistive mask in the layer of X-ray resist.
EFFECT: decrease of geometric deformations of topological X-ray absorbing pattern of lithographic mask.
10 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к LIGA-технологии, а точнее к способу изготовления литографической маски (маски для рентгеновской литографии, рентгенолитографической маски, рентгеновского шаблона, рентгеношаблона), используемой для проведения первой стадии LIGA-технологии - глубокой рентгеновской литографии, т.е. для проведения экспонирования толстых (до нескольких миллиметров) слоев рентгенорезиста или рентгеночувствительного материала.The present invention relates to LIGA technology, and more specifically to a method for manufacturing a lithographic mask (mask for X-ray lithography, X-ray lithography mask, X-ray template, X-ray template) used to carry out the first stage of LIGA technology - deep X-ray lithography, i.e. for conducting exposure of thick (up to several millimeters) layers of an X-ray resist or X-ray sensitive material.

Типичная литографическая маска, применяемая в LIGA-технологии, содержит несущую мембрану в виде пленки или пластинки, на рабочей поверхности которой силами адгезии удерживается сформированный методами гальванопластики топологический рентгенопоглощающий рисунок, закрепленную на опорном кольце или, если позволяет ее механическая прочность, непосредственно на маскодержателе (опорной рамке). Основным требованием, предъявляемым к литографической маске, применяемой в LIGA-технологии, является то, что геометрические отклонения ее топологического рентгенопоглощающего рисунка, возникающие в процессе его изготовления, должны находиться в определенных допусках (топологических нормах), величины которых уменьшаются по мере уменьшения минимальных размеров элементов топологии.A typical lithographic mask used in LIGA technology contains a supporting membrane in the form of a film or plate, on the working surface of which a topological X-ray absorbing pattern formed by electroplating methods is held by adhesion forces, mounted on the support ring or, if its mechanical strength allows, directly on the mask holder (support framed). The main requirement for the lithographic mask used in LIGA technology is that the geometric deviations of its topological X-ray absorbing pattern that arise during its manufacture must be within certain tolerances (topological norms), the values of which decrease as the minimum size of the elements decreases topologies.

Первая стадия LIGA-технологии - теневая трафаретная рентгеновская литография характеризуется использованием жесткого экспонирующего излучения (ЭИ) с длиной волны около λ≈1Å и предполагает изготовление топологического рентгенопоглощающего рисунка в виде металлической пленки сравнительно большой (в несколько десятков микрометров) толщины, что требуется для обеспечения необходимой величины контрастности литографической маски. Гальваническое выращивание топологического рисунка столь большой толщины, в свою очередь, предполагает формирование резистивной маски, толщина которой заметно превосходит толщину рентгенопоглощающего слоя.The first stage of LIGA technology - shadow screen X-ray lithography is characterized by the use of hard exposure radiation (EI) with a wavelength of about λ≈1Å and involves the manufacture of a topological x-ray pattern in the form of a metal film of relatively large (several tens of micrometers) thickness, which is required to provide the necessary contrast values of the lithographic mask. The galvanic growth of a topological pattern of such a large thickness, in turn, involves the formation of a resistive mask, the thickness of which noticeably exceeds the thickness of the X-ray absorbing layer.

Формирование толстой резистивной маски, имеющей минимальные геометрические отклонения топологического рисунка, представляет собой некоторую техническую проблему, решение которой является целью предлагаемого изобретения.The formation of a thick resistive mask having minimal geometric deviations of the topological pattern is a technical problem, the solution of which is the aim of the present invention.

В качестве способа-аналога выбран [описанный в работе Артамонова Л.Д., Гаврюшкина Н.И., Гаштольд В.Н., Глуздакова Г.В., Дейс Г.А., Домахина A.M., Коломеец А.Н., Коломеец Т.М., Прокопенко B.C., Черков Г.А. - 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] способ изготовления литографической маски для LIGA-технологии, содержащий следующие этапы:As an analogue method, [described in the work of Artamonov L.D., Gavryushkina N.I., Gashtold V.N., Gluzdakova G.V., Deis G.A., Domakhina AM, Kolomeets AN, Kolomeets T.M., Prokopenko BC, Cherkov G.A. - X-ray patterns for X-ray lithography and LIGA technology. // Report of the Siberian International Center for Synchrotron Radiation for 1991-1992 / Institute of Nuclear Physics. Budker SB RAS. - Novosibirsk, 1993, p.229-231] a method for manufacturing a lithographic mask for LIGA technology, comprising the following steps:

1. изготавливают кремниевый переходной рентгеношаблон, содержащий требуемый топологический рентгенопоглощающий рисунок необходимой контрастности для проведения экспонирования с использованием пучков сравнительно мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с пиком интенсивности рентгеновских квантов, приходящимся на энергию Е≈3 кэВ, что соответствует длине волны около λ≈4Å;1. make a silicon transition x-ray template containing the required topological x-ray absorbing pattern of the required contrast for exposure using relatively soft x-ray beams (MRI) with a peak intensity of x-ray quanta per energy E≈3 keV, which corresponds to a wavelength of about λ≈4Å;

2. наносят адгезивные электропроводящие подслои на кремниевую пластину, легированную со стороны рабочей поверхности бором на глубину около 3 мкм;2. apply adhesive electrically conductive sublayers on a silicon wafer doped with boron from the side of the working surface to a depth of about 3 microns;

3. наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины слой рентгенорезиста и формируют резистивную маску методом теневой трафаретной рентгеновской литографии с использованием переходного рентгеношаблона и пучков МРИ;3. apply a layer of X-ray resist on the working surface of the silicon wafer and form a resistive mask by shadow screen X-ray lithography using a transition X-ray pattern and MRI beams;

4. проводят гальваническое осаждение золотого рентгенопоглощающего рисунка (толщиной до 8 мкм) и удаляют резистивную маску;4. conduct galvanic deposition of a gold X-ray absorption pattern (up to 8 μm thick) and remove the resistive mask;

5. формируют несущую мембрану и производят контроль и устранение дефектов.5. form the supporting membrane and carry out the control and elimination of defects.

Кремниевый переходной рентгеношаблон, используемый в вышеописанном способе изготовления литографической маски, имеет такую же конструкцию, что и литографическая маска, и изготавливается аналогичным способом, отличается лишь толщиной и методом формирования (например, посредством фото- или электронной литографии) резистивной маски, требующейся для гальванического осаждения рентгенопоглощающего рисунка, а также и его толщиной.The silicon transition x-ray pattern used in the above method of manufacturing a lithographic mask has the same design as the lithographic mask, and is made in a similar way, differs only in thickness and the method of formation (for example, by photo or electronic lithography) of the resistive mask required for the galvanic deposition X-ray absorbing pattern, as well as its thickness.

На фиг.1 приведено схематическое изображение переходного рентгеношаблона, применяемого в LIGA-технологии для создания литографической маски, изготовленного вышеописанным способом и содержащего: кремниевое опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки кремния, легированного бором; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.Figure 1 shows a schematic representation of the transition x-ray pattern used in LIGA technology to create a lithographic mask made in the above manner and containing: silicon support ring 1; a supporting membrane 2 in the form of a thin film of silicon doped with boron; X-ray topological pattern 3 made of gold.

В соответствии с законами кристаллографии постоянная кристаллической решетки легированного бором кремния имеет меньший размер по сравнению с постоянной исходного нелегированного кремния. Вследствие этого рентгенолитографический шаблон, изготовленный по ранее описанной технологии, характеризуется достаточно сильно натянутой на опорном кольце несущей мембраной (с внутренним напряжением около 5÷7,5·107 Н/м2). Формирование такой сильно натянутой мембраны методом «утонения» центральной части кремниевой пластины, уже после того как топологический рисунок был на ней сформирован, приводит к деформации самого рентгенопоглощающего рисунка и к деформации опорного кольца, края которого начинают выступать за планарную поверхность, как схематично показано на фиг.1. В результате чего возникает прогиб рабочих поверхностей, изготовленных по данной технологии как переходного рентгено-шаблона, так и литографической маски для LIGA-технологии, и их неплоскостность существенно возрастает.In accordance with the laws of crystallography, the crystal lattice constant of boron-doped silicon has a smaller size than the constant of the original undoped silicon. As a result, an X-ray lithography template manufactured using the previously described technology is characterized by a support membrane that is sufficiently stretched on the support ring (with an internal voltage of about 5 ÷ 7.5 · 10 7 N / m 2 ). The formation of such a strongly stretched membrane by thinning the central part of the silicon wafer, even after the topological pattern was formed on it, leads to deformation of the X-ray absorption pattern itself and to the deformation of the support ring, the edges of which begin to protrude beyond the planar surface, as shown schematically in FIG. .one. As a result, there is a deflection of the working surfaces made using this technology of both the transition x-ray template and the lithographic mask for LIGA technology, and their non-flatness increases significantly.

Недостатками способа-аналога помимо тех, которые присущи также и способу-прототипу и будут перечислены в соответствующем разделе заявки, является то, что и переходной рентгеношаблон, и литографическая маска для LIGA-технологии содержат сильно напряженную несущую мембрану, представляющую собой тонкую пленку (толщиной ~3 мкм) легированного бором кремния, формируемую после создания топологического рентгенопоглощающего рисунка, что влечет за собой существенные деформации как самой формы изделия (края опорного кольца выступают за плоскость, задаваемую рабочей поверхностью несущей мембраны), так и рентгенопоглощающего топологического рисунка.The disadvantages of the analogue method, in addition to those that are also inherent in the prototype method and will be listed in the corresponding section of the application, are that both the transitional X-ray template and the lithographic mask for LIGA technology contain a highly stressed carrier membrane, which is a thin film (thickness ~ 3 μm) boron-doped silicon formed after the creation of a topological X-ray absorption pattern, which entails significant deformations as the shape of the product itself (the edges of the support ring protrude beyond the plane, defined by the working surface of the supporting membrane), and X-ray absorbing topological pattern.

Данные негативные моменты снижают качество изготавливаемой литографической маски для LIGA-технологии, поскольку:These negative aspects reduce the quality of the manufactured lithographic mask for LIGA technology, because:

- не позволяют сделать зазор между рабочими поверхностями переходного рентгеношаблона и кремниевой пластины (являющейся заготовкой изготавливаемой литографической маски) меньше величины неплоскостности переходного рентгеношаблона, что приводит к заметному проявлению дифракционных эффектов при проведении теневой трафаретной рентгеновской литографии с применением ЭИ «мягкого» рентгеновского диапазона;- they do not allow a gap between the working surfaces of the transitional X-ray template and the silicon wafer (which is the blank of the lithographic mask being manufactured) to be less than the non-flatness of the transitional X-ray template, which leads to a noticeable manifestation of diffraction effects during shadow screen X-ray lithography using EI of the "soft" x-ray range;

- способствуют «накоплению» геометрических деформаций ее топологического рисунка, обусловленных внутренними напряжениями несущих мембран как литографической маски, так и переходного рентгеношаблона.- contribute to the "accumulation" of geometric deformations of its topological pattern, due to the internal stresses of the supporting membranes of both the lithographic mask and the transition x-ray pattern.

В качестве способа-прототипа выбран [описанный в работе E.W.Becker, W.Ehrfeld, P.Hagman, A.Maner, D.Munchmeyer. Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography galvanoforming and plastic moulding (LIGA-process). // Microelectronic Engineering, 4, 1 (1986) 35-56] способ изготовления бериллиевой литографической маски для LIGA-технологии (схематическое изображение которой приведено на фиг.2), содержащий следующие этапы:As the prototype method selected [described in the work of E.W. Becker, W. Ehrfeld, P. Hagman, A. Maner, D. Munchmeyer. Fabrication of microstructures with high aspect ratios and great structural heights by synchrotron radiation lithography galvanoforming and plastic molding (LIGA-process). // Microelectronic Engineering, 4, 1 (1986) 35-56] a method of manufacturing a beryllium lithographic mask for LIGA technology (a schematic representation of which is shown in figure 2), containing the following steps:

1. изготовливают полиимидный переходной рентгеношаблон, содержащий требуемый топологический рентгенопоглощающий рисунок необходимой контрастности для проведения экспонирования с использованием пучков МРИ, следующим способом:1. make a polyimide transition x-ray template containing the required topological x-ray absorbing pattern of the necessary contrast for exposure using MRI beams in the following way:

- на стеклянную подложку напыляют металлический адгезивный подслой и наносят слой резиста;- a metal adhesive sublayer is sprayed onto the glass substrate and a resist layer is applied;

- формируют методом фотолитографии резистивную маску;- form a resistive mask by photolithography;

- проводят гальваническое осаждение золотого рентгенопоглощающего рисунка и удаляют резистивную маску;- conduct galvanic deposition of the gold x-ray absorption pattern and remove the resistive mask;

- на стеклянную подложку поверх золотого рисунка наносят центрифугированием слой полиимида и производят его термополимеризацию;- a polyimide layer is applied by centrifugation on a glass substrate over a gold pattern and thermopolymerized;

- в стеклянной подложке путем вытравливания центральной части создают рентгенопрозрачное окно;- in the glass substrate by etching the Central part create an x-ray transparent window;

2. напыляют на бериллиевую фольгу толщиной 25 мкм с двух сторон золотой подслой толщиной 300 Å и фиксируют ее на опорном кольце;2. spray on a beryllium foil 25 microns thick on both sides with a 300 Å gold sublayer and fix it on the support ring;

3. наносят на рабочую поверхность бериллиевой фольги слоя рентгенорезиста толщиной более 20 мкм и формируют методом теневой трафаретной рентгеновской литографии резистивную маску с использованием полиимидного переходного рентгеношаблона и пучков МРИ;3. apply a layer of X-ray resist more than 20 μm thick on the working surface of the beryllium foil and form a resistive mask using the shadow screen X-ray lithography using a polyimide transition X-ray mask and MRI beams;

4. формируют рентгенопоглощающий рисунок (суммарной толщиной 18 мкм) путем гальванического осаждения на бериллиевую фольгу через резистивную маску сначала меди (Cu) толщиной 8 мкм, а затем золота (Au) толщиной 10 мкм;4. form an X-ray absorbing pattern (with a total thickness of 18 μm) by galvanic deposition on a beryllium foil through a resistive mask of copper (Cu) 8 μm thick and then gold (Au) 10 μm thick;

5. удаляют резистивную маску и производят контроль и устранение дефектов.5. remove the resistive mask and carry out the control and elimination of defects.

На фиг.2 приведено схематическое изображение изготовленного в соответствие со способом-прототипом и применяемого в LIGA-технологии переходного рентгеношаблона, который содержит: стеклянное опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки полиимида; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.Figure 2 shows a schematic illustration made in accordance with the prototype method and used in the LIGA technology transition x-ray template, which contains: a glass support ring 1; a carrier membrane 2 in the form of a thin film of polyimide; X-ray topological pattern 3 made of gold.

Недостатком способа-прототипа является использование полиимидного переходного рентгеношаблона для формирования резистивной маски методом теневой трафаретной синхротронной сканирующей рентгеновской литографии при изготовлении литографической маски для LIGA-технологии, поскольку использование переходного рентгеношаблона в теневой рентгенолитографии неизбежно приводит к дополнительным геометрическим деформациям формируемого топологического рентгенопоглощающего рисунка. Дополнительные геометрические деформации возникают как на стадии изготовления переходного рентгеношаблона вследствие возникновения и проявления внутренних напряжений, в частности при проведении операций электроосаждения рентгенопоглощающего металла и термополимеризации полиимида, так и на стадии переноса изображения в слой рентгенорезиста вследствие наличия существенного зазора между рабочими поверхностями переходного рентгеношаблона и слоем рентгенорезиста, нанесенного на несущую бериллиевую мембрану изготавливаемой литографической маски для LIGA-технологии, что приводит к усилению влияния дифракционных эффектов, образованию полутеневого размытия (из-за пространственной протяженности источника ЭИ) и увеличению размеров теневой проекции (из-за использования расходящегося пучка ЭИ). Влияние всех перечисленных эффектов прямо пропорционально величине зазора при проведении экспонирования, что поясняется схемой проведения теневой трафаретной рентгеновской литографии, приведенной на фиг.3. Таким образом, влияние вышеперечисленных нежелательных эффектов будет минимальным при реализации нулевого зазора между рабочей поверхностью переходного рентгеношаблона и слоем рентгенорезиста при формировании в нем скрытого изображения.The disadvantage of the prototype method is the use of a polyimide transition X-ray mask for forming a resistive mask using the shadow screen synchrotron scanning X-ray lithography in the manufacture of a lithographic mask for LIGA technology, since the use of a transition X-ray mask in shadow X-ray lithography inevitably leads to additional geometric deformations of the generated topological X-ray absorption pattern. Additional geometric deformations arise both at the stage of manufacturing the transitional X-ray template due to the occurrence and manifestation of internal stresses, in particular during operations of electrodeposition of the X-ray absorbing metal and thermopolymerization of polyimide, and at the stage of image transfer to the X-ray resist layer due to the presence of a significant gap between the working surfaces of the X-ray transition mask and the X-ray resist layer deposited on the supporting beryllium membrane of the produced lithog aficheskoy mask LIGA-technology, which leads to amplification of diffraction effects, formation penumbral blurring (due to the spatial extent of the EI source) and increase the size of the shadow projection (due to the use of a divergent beam EI). The influence of all these effects is directly proportional to the size of the gap during exposure, which is illustrated by the scheme of shadow screen x-ray lithography shown in figure 3. Thus, the influence of the above undesirable effects will be minimal when implementing a zero gap between the working surface of the transition X-ray template and the layer of the X-ray resist when a latent image is formed in it.

На фиг.3 приведена широко известная схема проведения теневой трафаретной рентгеновской литографии. Рентгеновское излучение 1 от источника 2, проходя через рентгенопрозрачные участки 3 рентгеношаблона 4, содержащего маскирующий топологический рисунок 5, элементы которого выполнены из рентгенопоглощающего материала, экспонирует резист 6, нанесенный на подложку 7.Figure 3 shows the well-known scheme for conducting shadow screen x-ray lithography. X-ray radiation 1 from the source 2, passing through the x-ray transparent sections 3 of the x-ray template 4, containing a masking topological figure 5, the elements of which are made of x-ray absorbing material, exhibits a resist 6 applied to the substrate 7.

Предлагаемый способ, в котором резистивную маску при изготовлении литографической маски для LIGA-технологии формируют без использования переходного рентгеношаблона, свободен от вышеуказанного недостатка.The proposed method, in which a resistive mask in the manufacture of a lithographic mask for LIGA technology is formed without using a transitional x-ray template, is free from the above disadvantage.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение геометрических деформаций топологического рентгенопоглощающего рисунка литографической маски для LIGA-технологии.The aim of the invention is to reduce the geometric deformation of the topological x-ray pattern of a lithographic mask for LIGA technology.

Поставленная цель достигается путем нанесения двухслойного резиста на рабочую поверхность обрабатываемой подложки, являющейся заготовкой изготавливаемой литографической маски для LIGA-технологии, причем слой, непосредственно контактирующий с подложкой, выполнен из рентгенорезиста и имеет толщину, превышающую высоту ее топологического рентгенопоглощающего рисунка, а верхний слой выполнен из фото- или высокочувствительного электронного резиста и имеет толщину, превышающую толщину формируемого рентгенопоглощающего слоя, обеспечивающую требуемую величину контрастности при проведении экспонирования потоком МРИ. При помощи резистивной маски, сформированной в верхнем слое, создают маскирующее покрытие, служащее трафаретом для проведения рентгеновской литографии с использованием пучков МРИ.This goal is achieved by applying a two-layer resist to the working surface of the processed substrate, which is a blank of the manufactured lithographic mask for LIGA technology, the layer directly in contact with the substrate is made of X-ray resist and has a thickness exceeding the height of its topological X-ray absorption pattern, and the top layer is made of photo- or highly sensitive electronic resist and has a thickness exceeding the thickness of the formed x-ray absorbing layer, provide th desired amount of contrast during exposure flow MRI. Using a resistive mask formed in the upper layer, a masking coating is created that serves as a stencil for X-ray lithography using MRI beams.

На фиг.1 приведено схематическое изображение изготовленного в соответствие со способом-аналогом кремниевого переходного рентгеношаблона, содержащего: кремниевое опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки кремния, легированного бором; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.Figure 1 shows a schematic representation of a silicon transition x-ray template manufactured in accordance with an analogous method, comprising: a silicon support ring 1; a supporting membrane 2 in the form of a thin film of silicon doped with boron; X-ray topological pattern 3 made of gold.

На фиг.2 приведено схематическое изображение изготовленного в соответствие со способом-прототипом и применяемого в LIGA-технологии переходного рентгеношаблона, который содержит: стеклянное опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки полиимида; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.Figure 2 shows a schematic illustration made in accordance with the prototype method and used in the LIGA technology transition x-ray template, which contains: a glass support ring 1; a carrier membrane 2 in the form of a thin film of polyimide; X-ray topological pattern 3 made of gold.

На фиг.3 приведена широко известная схема проведения теневой трафаретной рентгеновской литографии. Рентгеновское излучение 4 от источника 5, проходя через рентгенопрозрачные участки рентгеношаблона 6, содержащего маскирующий топологический рисунок 3, экспонирует нанесенный на подложку 7 толстый слой 8 рентгенорезиста.Figure 3 shows the well-known scheme for conducting shadow screen x-ray lithography. X-ray radiation 4 from the source 5, passing through the x-ray transparent sections of the x-ray template 6 containing the masking topological figure 3, exhibits a thick layer 8 of the x-ray resistor deposited on the substrate 7.

На фиг.4 приведено схематическое изображение литографической маски для LIGA-технологии, изготавливаемой без использования переходного рентгеношаблона и прошедшей несколько начальных этапов технологической цепочки, включающих в себя нанесение на рабочую поверхность обрабатываемой подложки 7 толстого слоя 8 рентгенорезиста и тонкого слоя 9 фото- или высокочувствительного электронного резиста и формирование в последнем резистивной маски.Figure 4 shows a schematic representation of a lithographic mask for LIGA technology, manufactured without the use of a transitional X-ray template and having passed several initial stages of the technological chain, including the application of a thick layer 8 of a X-ray resist and a thin layer 9 of a photo or highly sensitive electronic onto the working surface of the processed substrate 7 resist and formation in the last resistive mask.

На фиг.5 приведено схематическое изображение литографической маски для LIGA-технологии, изготавливаемой без использования переходного рентгеношаблона и прошедшей этап формирования методом обратной (взрывной, lift-off) литографии маскирующего слоя 10 из материала с большим атомным весом на поверхности толстого слоя 8 рентгенорезиста.Figure 5 shows a schematic depiction of a lithographic mask for LIGA technology, manufactured without the use of a transitional X-ray pattern and having passed the stage of forming a reverse layer (explosive, lift-off) lithography of a mask layer 10 of material with a large atomic weight on the surface of a thick X-ray resist layer 8.

На фиг.6 приведено схематическое изображение литографической маски для LIGA-технологии еще до удаления с рабочей поверхности подложки 7 резистивного слоя 8 и прошедшей этап формирования методом гальванопластики топологического рентгенопоглощающего рисунка 11.Figure 6 shows a schematic depiction of a lithographic mask for LIGA technology before removing the resistive layer 8 from the working surface of the substrate 7 and having passed the formation step of the topological X-ray absorbing pattern 11 by electroforming.

На фиг.7 приведено схематическое изображение готовой литографической маски для LIGA-технологии после удаления остатков резиста, содержащей подложку 7, на рабочей поверхности которой силами адгезии удерживается топологический рентгенопоглощающий рисунок 11.Figure 7 shows a schematic representation of the finished lithographic mask for LIGA technology after removing the residual resist containing the substrate 7, on the working surface of which the topological X-ray absorbing pattern is held by adhesion forces 11.

На фиг.8 приведен график зависимости рентгенопрозрачности слоя вольфрама толщиной 0,9 мкм для рентгеновских квантов, находящихся в энергетическом интервале E≈1,8÷3,4 кэВ, что соответствует спектральному диапазону λ≈6,8÷3,6Å.Fig. 8 shows a graph of the X-ray transparency of a tungsten layer 0.9 μm thick for X-ray quanta in the energy range E≈1.8 ÷ 3.4 keV, which corresponds to the spectral range λ≈6.8 ÷ 3.6 Å.

На фиг.9 приведен график зависимости рентгенопрозрачности слоя ПММА толщиной 20 мкм для рентгеновских квантов, находящихся в энергетическом интервале Е≈1,8÷3,4 кэВ, что соответствует спектральному диапазону λ≈6,8÷3,6Å.Figure 9 shows a graph of the X-ray transparency of the PMMA layer with a thickness of 20 μm for X-ray quanta in the energy range E≈1.8 ÷ 3.4 keV, which corresponds to the spectral range λ≈6.8 ÷ 3.6 Å.

На фиг.10 приведен график зависимости рентгенопрозрачности слоя урана (U238) толщиной 15 мкм для рентгеновских квантов, находящихся в энергетическом интервале E≈1÷12 кэВ, что соответствует спектральному диапазону λ≈12÷1Å.Figure 10 shows a graph of the X-ray transparency of a uranium layer (U 238 ) with a thickness of 15 μm for X-ray quanta in the energy range E≈1 ÷ 12 keV, which corresponds to the spectral range λ≈12 ÷ 1Å.

Далее подробно описывается пример использования предлагаемого способа изготовления литографической маски конкретной конструкции.The following describes in detail an example of using the proposed method for manufacturing a lithographic mask of a specific design.

В данном конкретном случае литографическая маска для LIGA-технологии имеет конструкцию, которая схематично изображена на фиг.7. Литографическая маска содержит исходную обрабатываемую подложку 7 (несущую мембрану), выполненную из стеклоуглерода и представляющую собой пластинку толщиной 500 мкм и размерами 80×80 мм2, и расположенный на ее рабочей поверхности топологический рентгенопоглощающий рисунок 11, полученный методом электроосаждения металла с большим атомным весом (типа золота, платины, рения, вольфрама, урана и т.п.). Прочность обрабатываемой подложки с указанными параметрами приблизительно такая же, как и у кремниевой пластины аналогичной толщины, и она (подложка) в состоянии выдерживать механические напряжения, возникающие при проведении типичных технологических операций и в ходе ее эксплуатации, поэтому ей не требуется опорное кольцо, как это имело в случаях, приведенных при описании способа-аналога и способа-прототипа, хотя это не является принципиальным отличием.In this particular case, the lithographic mask for LIGA technology has a design that is schematically depicted in Fig.7. The lithographic mask contains the initial processed substrate 7 (supporting membrane) made of glassy carbon and representing a plate with a thickness of 500 μm and dimensions of 80 × 80 mm 2 , and a topological X-ray absorbing pattern 11 located on its working surface obtained by electrodeposition of a metal with a large atomic weight ( such as gold, platinum, rhenium, tungsten, uranium, etc.). The strength of the processed substrate with the indicated parameters is approximately the same as that of a silicon wafer of a similar thickness, and it (the substrate) is able to withstand mechanical stresses that arise during typical technological operations and during its operation, therefore, it does not need a support ring like this had in the cases described in the description of the analogue method and the prototype method, although this is not a fundamental difference.

В соответствии с предлагаемым способом изготовление рентгенопоглощающего рисунка такой литографической маски проводят в два этапа. Результатом проведения первого этапа является получение маскирующего покрытия на поверхности толстого слоя рентгенорезиста, результатом второго этапа - электроосаждение топологического рентгенопоглощающего рисунка на рабочую поверхность обрабатываемой подложки через сформированную в слое рентгенорезиста маску.In accordance with the proposed method, the manufacture of an X-ray absorbing pattern of such a lithographic mask is carried out in two stages. The result of the first stage is to obtain a masking coating on the surface of a thick X-ray resist layer, the result of the second stage is the electrodeposition of a topological X-ray absorbing pattern on the working surface of the processed substrate through a mask formed in the X-ray resist layer.

Можно сказать, что второй этап включает аналогичные операции, которые входят и в способ-аналог, и в способ-прототип вплоть до блока операций, предназначенных для формирования рентгенопрозрачного окна в исходной подложке, что не требуется в предлагаемом способе в силу наличия уже в достаточной степени рентгенопрозрачной стеклоуглеродной пластинки в спектральном диапазоне, применяемом для реализации литографического процесса непосредственно в LIGA-технологии. То есть основные и принципиальные отличия заявляемого способа от способа-аналога и способа-прототипа заключены в первом этапе.We can say that the second stage includes similar operations, which are included both in the analogue method and in the prototype method up to the block of operations designed to form an x-ray transparent window in the initial substrate, which is not required in the proposed method due to the availability X-ray transparent glassy carbon plate in the spectral range used to implement the lithographic process directly in LIGA technology. That is, the main and fundamental differences of the proposed method from the analogue method and the prototype method are enclosed in the first stage.

Последовательность основных технологических операций, обеспечивающих изготовление топологического рентгенопоглощающего рисунка, расположенного на рабочей поверхности стеклоуглеродной пластинки, отображены в порядке их производства на фиг.4, 5, 6 и 7.The sequence of basic technological operations that ensure the manufacture of a topological x-ray absorption pattern located on the working surface of the glassy carbon plate is shown in the order of their production in figures 4, 5, 6 and 7.

Вначале на рабочую поверхность стеклоуглеродной пластинки наносят толстый (около 20 мкм) слой 8 низкочувствительного рентгенорезиста типа ПММА, а затем поверх него сравнительно тонкий слой 9 (толщиной ~1,5 мкм) высокочувствительного электронного резиста или фоторезиста. В верхнем резистивном слое создают скрытое негативное изображение требуемого топологического рисунка и формируют резистивную маску, причем таким образом, чтобы слой 8 при этом не получил никакой или очень малую (например, ≤1%) экспозиционную дозу. Получаемая в результате проведения вышеперечисленных операций обрабатываемая подложка схематично изображена на фиг.4. Затем по сформированной резистивной маске проводят обратную (взрывную, lift-off) литографию, т.е. напыляют поверх резистивной маски слой металла с большим атомным весом, например, вольфрама толщиной около 0,9 мкм и затем смывают соответствующим растворителем верхний резистивный слой. На этом заканчивается первый этап, и получаемая в результате обрабатываемая подложка, содержащая толстый слой рентгенорезиста, на поверхности которого находится маскирующее покрытие 10, представляющее собой негативное изображение формируемого топологического рентгенопоглощающего рисунка, схематично изображена на фиг.5.First, a thick (about 20 μm) layer 8 of a low-sensitivity PMMA-type X-ray resist is applied to the working surface of the glassy carbon plate, and then a relatively thin layer 9 (~ 1.5 μm thick) of a highly sensitive electronic resist or photoresist is applied over it. In the upper resistive layer, a hidden negative image of the desired topological pattern is created and a resistive mask is formed so that layer 8 does not receive any or very small (for example, ≤1%) exposure dose. Obtained as a result of the above operations, the processed substrate is schematically depicted in figure 4. Then, a reverse (explosive, lift-off) lithography is performed on the formed resistive mask, i.e. a metal layer with a large atomic weight is deposited over a resistive mask, for example, tungsten with a thickness of about 0.9 μm, and then the upper resistive layer is washed off with a suitable solvent. This ends the first stage, and the resulting processed substrate containing a thick layer of X-ray resist, on the surface of which there is a masking coating 10, which is a negative image of the formed topological X-ray absorption pattern, is schematically depicted in Fig. 5.

Далее изготовление литографической маски для LIGA-технологии идет по широко известному технологическому маршруту. Проводится рентгеновская литография, т.е. обрабатываемая подложка со стороны маскирующего покрытия облучается потоком МРИ, интенсивность которого сосредоточена в спектральном диапазоне λ≈6,8÷3,6Å, то есть энергия экспонирующих рентгенорезист квантов находится в интервале Е≈1,8÷3,4 кэВ. На фиг.8 и 9 приведены соответственно графики зависимости рентгенопрозрачности слоев вольфрама толщиной 0,9 мкм и ПММА толщиной 20 мкм для рентгеновских квантов, находящихся в указанном спектральному диапазоне. График, приведенный на фиг.8, свидетельствует о том, что слой маскирующего покрытия достаточно контрастен для проведения рентгеновской литографии в спектральном диапазоне λ≈6,8÷3,6Å, а график на фиг.9 иллюстрирует то, что правильным подбором спектрального диапазона ЭИ можно легко добиться ситуации, когда слой ПММА будет проэкспонирован достаточно однородно по всей толщине (т.е. отношение величин экспозиционных доз на разных поверхностях рентгенорезиста не будет превышать 5). Облученный рентгенорезист проявляют и образовавшиеся в резисте окна заполняют металлом с большим атомньм весом (типа золота, платины, рения, вольфрама, урана и пр.), используя метод электроосаждения. Толщина осаждаемого металла ограничена толщиной резистивной маски (около 20 мкм) и равна, например, 15 мкм. Такой толщины рентгенопоглощающего слоя вполне достаточно, чтобы изготавливаемая литографическая маска для LIGA-технологии имела значительную величину контрастности (около 100 и более) в спектральном диапазоне ЭИ вплоть до длины волны λ≈1Å, что и иллюстрирует график, приведенный на фиг.10. Затем удаляют остатки рентгенорезиста вместе с находящимся на его поверхности маскирующим покрытием, в результате чего на стеклоуглеродной пластине остается сформированный электроосаждением топологический рентгенопоглощающий рисунок, что схематично отображено на фиг.7. На этом процесс изготовления литографической маски для LIGA-технологии заканчивается и он не содержит операции - теневой трафаретной рентгеновской литографии с использованием переходного рентгеношаблона, применение которого, как было ранее указано, влечет за собой различные геометрические искажения формируемого топологического рисунка. И хотя в предлагаемом способе резистивная маска для электроосаждения металла формируется с применением рентгеновской литографии, однако, благодаря тому, что маскирующее покрытие находится непосредственно на поверхности слоя рентгенорезиста, величины многих искажений, вклады которых, как это имеет место в способе-прототипе, прямо пропорциональны величине зазора между рабочими поверхностями переходного рентгеношаблона и обрабатываемой подложки, существенно снижаются, поскольку в предлагаемом способе величина зазора между маскирующим покрытием и слоем резиста равна нулю.Further, the manufacture of a lithographic mask for LIGA technology follows a well-known technological route. X-ray lithography, i.e. the treated substrate from the side of the masking coating is irradiated with an MRI flux, the intensity of which is concentrated in the spectral range λ≈6.8 ÷ 3.6 Å, i.e., the energy of the exposure X-ray quanta is in the range E≈1.8 ÷ 3.4 keV. Figures 8 and 9 respectively show graphs of X-ray transparency of tungsten layers with a thickness of 0.9 μm and PMMA with a thickness of 20 μm for x-ray quanta in the specified spectral range. The graph shown in Fig. 8 indicates that the masking coating layer is sufficiently contrasted for X-ray lithography in the spectral range λ≈6.8 ÷ 3.6 Å, and the graph in Fig. 9 illustrates that the correct selection of the spectral range of EI it is easy to achieve a situation where the PMMA layer is sufficiently uniformly exposed over the entire thickness (i.e., the ratio of exposure doses on different surfaces of the X-ray resist will not exceed 5). The irradiated X-ray resist is shown and the windows formed in the resist are filled with metal with a high atomic weight (such as gold, platinum, rhenium, tungsten, uranium, etc.) using the electrodeposition method. The thickness of the deposited metal is limited by the thickness of the resistive mask (about 20 μm) and is, for example, equal to 15 μm. Such a thickness of the X-ray absorbing layer is quite sufficient for the lithographic mask produced for LIGA technology to have a significant contrast value (about 100 or more) in the EI spectral range up to a wavelength of λ≈1 Å, which is illustrated in the graph shown in Fig. 10. Then the remnants of the X-ray resist are removed together with the masking coating located on its surface, as a result of which the topological X-ray absorption pattern formed by electrodeposition remains on the glassy carbon plate, which is shown schematically in Fig. 7. This completes the process of manufacturing a lithographic mask for LIGA technology and it does not contain an operation - shadow screen X-ray lithography using a transition X-ray pattern, the use of which, as previously indicated, entails various geometric distortions of the generated topological pattern. And although in the proposed method a resistive mask for electrodeposition of metal is formed using x-ray lithography, however, due to the fact that the masking coating is located directly on the surface of the X-ray resist layer, many distortions, the contributions of which, as is the case in the prototype method, are directly proportional to the value the gap between the working surfaces of the transition x-ray pattern and the processed substrate, are significantly reduced, since in the proposed method the size of the gap between the masking m coating and the resist layer is zero.

В вышеописанный способ могут быть включены операции по созданию методом напыления на рабочей поверхности обрабатываемой подложки (несущей мембраны) тонких (толщиной 100-300 Å) адгезивных электропроводящих подслоев (например, из металлов Ag, Ni, Cr, Ti или их комбинаций) с последующим их удалением, используя при этом в качестве маски для селективного травления сформированный рентгенопоглощающий рисунок, или без их удаления. Однако наличие или отсутствие этих операций не является принципиальным и не меняет сути заявляемого способа изготовления. Кроме того, маскирующий рисунок, находящийся на поверхности толстого слоя рентгенорезиста, может формироваться не только посредством обратной (взрывной) литографии, но и гальваническим способом через предварительное напыление токопроводящей пленки на поверхность рентгенорезиста, однако это тоже не имеет принципиального значения.The above method can include operations to create thin (100-300 Å thick) adhesive electrically conductive sublayers (for example, from metals Ag, Ni, Cr, Ti or their combinations) by spraying on the working surface of the treated substrate (carrier membrane) removal, using the formed X-ray absorbing pattern as a mask for selective etching, or without removing them. However, the presence or absence of these operations is not fundamental and does not change the essence of the proposed manufacturing method. In addition, a masking pattern located on the surface of a thick X-ray resist layer can be formed not only by reverse (explosive) lithography, but also by a galvanic method through preliminary deposition of a conductive film on the surface of the X-ray resist, but this also does not matter.

Claims (1)

Способ изготовления литографической маски для LIGA-технологии, включающий в себя процессы формирования посредством рентгеновской литографии резистивной маски на рабочей поверхности несущей мембраны или обрабатываемой подложки, являющихся заготовками литографической маски и выполненных из материалов с низким атомным весом, и процессы электроосаждения через сформированную резистивную маску металлов с большим атомным весом, отличающийся тем, что на рабочую поверхность несущей мембраны или обрабатываемой подложки наносят сначала толстый слой рентгенорезиста, а затем тонкий слой либо фото, либо высокочувствительного электронного резиста, в последнем формируют резистивную маску и с ее помощью маскирующее покрытие, служащее трафаретом для проведения литографии рентгеновским излучением соответствующего спектрального диапазона для создания резистивной маски в слое рентгенорезиста. A method of manufacturing a lithographic mask for LIGA technology, including the processes of forming, by X-ray lithography, a resistive mask on the working surface of a carrier membrane or a processed substrate, which are blanks of a lithographic mask made of materials with low atomic weight, and electrodeposition processes through a formed resistive metal mask with large atomic weight, characterized in that on the working surface of the carrier membrane or the processed substrate is first applied th layer x- ray, and then a thin layer of a photo or electron resist high sensitivity, the latter forming the resistive mask and with the help of masking material, which serves for conducting stencil lithography corresponding spectral band X-ray mask to create the resistive layer in an x- ray.
RU2007124033/28A 2007-06-26 2007-06-26 Method for manufacture of litographic mask for liga-technology RU2350996C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124033/28A RU2350996C1 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Method for manufacture of litographic mask for liga-technology

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007124033/28A RU2350996C1 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Method for manufacture of litographic mask for liga-technology

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007124033A RU2007124033A (en) 2009-01-10
RU2350996C1 true RU2350996C1 (en) 2009-03-27

Family

ID=40373609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007124033/28A RU2350996C1 (en) 2007-06-26 2007-06-26 Method for manufacture of litographic mask for liga-technology

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2350996C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548945C2 (en) * 2013-05-06 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing
RU2598153C1 (en) * 2015-05-18 2016-09-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Method of forming contrast x-ray image
RU2760178C2 (en) * 2020-04-13 2021-11-22 Общество с ограниченной ответственностью "ФЛЕКСОНИ" Active lithographic template with micromechanically movable elements, method for obtaining it and method for forming functional structure using active template

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.W.BECKER, W.EHRFELD, P.HAGMAN, A.MANER, D.MUNCHMEYER, FABRICATION OF MICROSTRUCTURES WITH HIGH ASPECT RATIOS AND GREAT STRUCTURAL HEIGHTS BY SYNCHROTRON RADIATION LITHOGRAPHY GALVANOFORMING AND PLASTIC MOULDING (LIGA-PROCESS), MICROELECTRONIC ENGINEERING, 4, 1, 1986, 35-56. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548945C2 (en) * 2013-05-06 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) Microstructural elements selecting electromagnetic emission and method of their manufacturing
RU2598153C1 (en) * 2015-05-18 2016-09-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Method of forming contrast x-ray image
RU2760178C2 (en) * 2020-04-13 2021-11-22 Общество с ограниченной ответственностью "ФЛЕКСОНИ" Active lithographic template with micromechanically movable elements, method for obtaining it and method for forming functional structure using active template

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007124033A (en) 2009-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013104390B4 (en) Process for the production of a lithographic mask
US6093520A (en) High aspect ratio microstructures and methods for manufacturing microstructures
JP5587554B2 (en) LIGA-UV manufacturing method of multilayer metal structure in which adjacent layers do not completely overlap and structure obtained thereby
Schattenburg et al. X-ray/VUV transmission gratings for astrophysical and laboratory applications
US9606459B2 (en) Monolithic EUV transparent membrane and support mesh and method of manufacturing same
US20160349610A1 (en) Pellicle assembly and fabrication methods thereof
RU2350996C1 (en) Method for manufacture of litographic mask for liga-technology
US4329410A (en) Production of X-ray lithograph masks
US5124561A (en) Process for X-ray mask warpage reduction
RU2488910C1 (en) X-ray template and method for its manufacturing
US4101782A (en) Process for making patterns in resist and for making ion absorption masks useful therewith
Schomburg et al. Ti-and Be-X-ray masks with alignment windows for the LIGA process
US5375157A (en) X-ray mask structure and a production method thereof, an exposure method using the X-ray mask structure, and a device fabricated by using the X-ray mask structure
US4349621A (en) Process for X-ray microlithography using thin film eutectic masks
WO2005050719A1 (en) Fabrication method of extreme ultraviolet radiation mask mirror using atomic force microscope lithography
RU2704673C1 (en) Method of making x-ray lithographic pattern
US5770335A (en) Mask and exposure apparatus using the same
EP1842100A1 (en) Exposure method, method for forming projecting and recessed pattern, and method for manufacturing optical element
US20170146902A1 (en) Monolithic euv transparent membrane and support mesh and method of manufacturing same
RU2546989C2 (en) X-ray mask and method of its fabrication
EP0055554A1 (en) Method of fabricating a Fresnel zone plate
US4555460A (en) Mask for the formation of patterns in lacquer layers by means of X-ray lithography and method of manufacturing same
DE102012107757A1 (en) Method for producing a lithographic mask
US4606803A (en) Method of manufacturing a mask for the production of patterns in lacquer layers by means of X-ray lithography
JP2000137319A (en) Forming method of mask and production of device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120627