СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА НА ПОВЕРХНОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СЛОЯ Российский патент 2000 года по МПК G03F7/00 

Изобретение относится к области микролитографии (в частности, к рентгенолитографии) и может быть использовано при изготовлении, например, печатных форм (клише) для высокой печати с субмикронным разрешением структур рисунка, используемых, преимущественно, при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, а также в других областях техники, где необходимо получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур в функциональных слоях изделий.

Известен способ получения рисунка на поверхности функционального слоя при помощи рентгеновского излучения в пленках рентгенорезистов. Общепринятое название этого способа - рентгенолитография (У.Моро, Микролитография, T.I, М.: Мир, 1990 г., с.12, с.466).

Создание рисунка литографическим способом в любом функциональном слое, например, интегральных схем, согласно известной технологии осуществляют в следующей последовательности операций:
- создают на подложке функциональный слой;
- наносят резистивный слой поверх функционального слоя:
- сушат нанесенный резистивный слой;
- экспонируют резистивный слой через шаблон;
- проявляют скрытое изображение, полученное в резистивном слое в результате экспонирования;
- задубливают полученную резистивную маску;
- обрабатывают функциональный слой через резистивную маску (травят, легируют и т.п.).

В случае рентгенолитографии для экспонирования используют рентгеновское излучение. В качестве рентгенорезистов на практике применяют органические полимеры на основе полиметилметакрилата, которые наносят на подложки и проявляют жидкостным способом.

Известны вакуумные рентгенорезисты, которые наносят и проявляют сухим способом, однако в промышленности из-за своей низкой чувствительности они не используются.

Метод рентгенолитографии наиболее производительный по сравнению со всеми другими литографическими методами, позволяющими получать в резистивных слоях субмикронное разрешение.

Однако данный известный способ рентгенолитографии не обеспечивает сохранение регламентируемого посредством полученного маскирующего резистивного слоя субмикронного разрешения непосредственно на функциональном слое при формировании (посредством травления) на нем структур на глубину более 0,5 мкм. Это объясняется тем, что при травлении соответствующих участков функционального слоя на большую глубину происходит подтравливание боковых поверхностей формируемых структур функционального слоя и, как следствие, не только исключается возможность сохранения необходимого субмикронного разрешения сформированных структур, но и механическое ослабление этих структур в зоне их оснований.

Следовательно, данный известный способ рентгенолитографии не может быть использован в технологии изготовления, например, печатных форм для высокой печати (в которых высота сформированных в функциональном слое структур-печатающих и пробельных элементов, достигает 50 мкм и более) как по причине низкой разрешающей способности сформированных структур, так и по причине низкой механической прочности этих структур (печатающих элементов).

Известен способ изготовления печатной формы для высокой печати, включающий создание на металлической подложке фоторезистивного слоя заданной толщины, экспонирование фоторезистивного слоя через фотошаблон посредством электромагнитного излучения, проявление полученного в резистивном слое скрытого изображения жидкостным способом, сушку полученной резистивной маски и последующее формирование печатной формы (патент РФ N 2004918, кл. G 03 F 7/00, 1993 г.).

В данном известном способе формирование структур (печатающих и пробельных элементов рельефа) печатной формы осуществляют непосредственно на поверхности подложки, что исключает необходимость в формировании самостоятельного функционального слоя (т.е. подложка одновременно является и функциональным слоем). Структуры (печатающие и пробельные элементы рельефа) формируют посредством травления пробельных элементов рельефа в два этапа, между которыми осуществляют нанесение защитного слоя на протравленные на первом этапе участки подложки.

Данный способ обеспечивает получение, в частности, печатных форм для высокой печати с пробельными элементами необходимой глубины и печатающими элементами с заданной механической прочностью посредством снижения подтрава боковых стенок в зоне основания печатающих элементов (при глубине пробельного элемента 270 мкм величина подтрава составляет 80 мкм).

Однако, при изготовлении печатных форм для высокой печати при фотолитографической модификации известного способа примерно в 2,5-3 раза снижается разрешение сформированных на подложке структур по отношению к возможной разрешающей способности известных из уровня техники способов фотолитографии, поскольку ширина участков экспонирования резистивного слоя в два или более раза меньше необходимой ширины пробельных элементов печатной формы.

Кроме того следует учитывать, что при фотолитографической модификации этого способа имеются как принципиально непреодолимые ограничения, вызванные наличием дифракционного предела для размеров проецируемого на резистивный слой изображения, так и технические сложности, которые обусловлены необходимостью использования дорогостоящих высококачественных безаберационных оптических систем. Аналогичное снижение разрешения сформированных структур будет наблюдаться и при корпускулярно- лучевой, рентгенографической модификации рассматриваемого известного способа.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого способа формирования рельефа на поверхности функционального слоя (в частности, способа изготовления печатной формы для высокой печати), в котором наряду с обеспечением возможности создания формируемых в функциональном слое структур с заданными (по высоте и/или глубине) геометрическими параметрами, сохранялась бы возможность получения упомянутых структур с разрешением (точностью), аналогичным разрешению (точности) соответствующих структур в рентгенорезистивном слое при его экспонировании рентгеновским излучением в соответствии с известными из уровня техники способами рентгенолитографии.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования рельефа на поверхности функционального слоя, включающем создание на подложке резистивного слоя заданной толщины, экспонирование резистивного слоя через шаблон посредством электромагнитного излучения, проявление полученного в резистивном слое скрытого изображения жидкостным способом посредством растворения и удаления проэкспонированного материала резистивного слоя из зоны экспонирования, а также сушку образованного профильного резистивного слоя и последующее формирование рельефа на поверхности функционального слоя, согласно изобретению резистивный слой создают из рентгенорезиста с толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на поверхности функционального слоя рельефа, в качестве электромагнитного излучения используют рентгеновское излучение, экспонирование резистивного слоя осуществляют через рентгеношаблон, проявление скрытого изображения начинают осуществлять одновременно с экспонированием, формирование рельефа на поверхности функционального слоя осуществляют одновременно с созданием этого слоя, который формируют непосредственно на образованной профильной поверхности рентгенорезистивного слоя, после чего осуществляют разрушение рентгенорезистивного слоя и удаление остатков рентгенорезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя.

Целесообразно в заявленном способе формирования рельефа на поверхности функционального слоя осуществлять проявление полученного в рентгенорезистивном слое скрытого изображения в ламинарном потоке проявителя.

Совершенно очевидно, что каждая операция патентуемого способа в отдельности широко известна из уровня техники. Однако, поставленная задача может быть решена исключительно за счет отраженной в п.1 формулы изобретения совокупности известных операций, реализованных в строго определенной последовательности при соблюдении соответствующих режимных параметров в отношении получения соответствующей геометрии (толщины) рентгенорезистивного слоя.

Следовательно, отраженная в формуле изобретения совокупность известных из уровня техники признаков обеспечивает в патентуемом объекте изобретения синергетический результат за счет определенной взаимосвязи этих признаков и заданных режимных параметров.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками и связями между ними, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а выбранный из перечня выявленных аналогов прототип, как наиболее близкий по совокупности признаков аналог, позволил выявить совокупность существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию патентоспособности новизна по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию критерия патентоспособности изобретательский уровень заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.

В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности изобретательский уровень по действующему законодательству.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для использования в промышленности, а именно в области рентгенолитографии, например при изготовлении печатных форм для высокой печати;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию критерия патентоспособности промышленная применимость по действующему законодательству.

Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя (в частности, способ изготовления печатной формы для высокой печати) согласно изобретению заключается в следующем.

На подложку, выполненную, например, из металла или окисленного кремния одним из известных из уровня техники способов (например, посредством ламинирования, центрифугирования, вытягивания и т.п.) наносят слой рентгенорезиста толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на поверхности функционального слоя рельефа. Применительно к изготовлению печатной формы для высокой печати толщина слоя рентгенорезиста должна быть не менее максимальной высоты печатающего элемента (или, что одно и то же, не менее максимальной глубины пробельного элемента) печатной формы.

В качестве рентгенорезистов могут использоваться органические полимеры на основе полиметилметакрилата, например на основе частично гидролизованного полиметилметакрилата (ПММА) в смешанном растворителе на основе бутилацетата, толуола и этилцеллозольва.

После сушки (по известной из уровня техники технологии) нанесенного на подложку слоя рентгенорезиста осуществляют его экспонирование рентгеновским излучением через рентгеношаблон с одновременным проявлением проэкспонированных участков (скрытого изображения). В процессе проявления происходит послойное удаление рентгенорезиста, в результате чего толщина рентгенорезистивного слоя на проэкспонированных участках непрерывно уменьшается.

В качестве источника рентгеновского излучения может быть использовано, например, синхротронное излучение от накопителя ВЭПП-ЗМ на рентгенолитографическом канале с мощностью падающего на подложку излучения около 1 Вт и диапазоном длин волн 1- или модифицированный вакуумный универсальный пост ВУП-4.

В качестве рентгеношаблона можно использовать, например, никелевую сеточку или рентгеношаблоны с золотым рисунком на кремниевой мембране.

В процессе проявления проэкспонированных участков рентгенорезистивного слоя можно использовать, например, ламинарный поток смеси метилэтилкетон - изопропиловый спирт 1:3.

Учитывая то, что длина волны рентгеновского излучения находится в диапазоне 10^-7 10^-12м и, следовательно, несоизмеримо мала по отношению к образующимся в процессе проявления частицам вещества рентгенорезиста, дифракции рентгеновского излучения на указанных частицах (равно как и в среде проявителя) происходить не будет.

Таким образом, совмещение по времени согласно изобретению операций экспонирования и проявления рентгенорезиста не оказывает какого-либо влияния на разрешающую способность рентгеновских лучей и, соответственно, на разрешение получаемых в рентгенорезистивном слое микроструктур. Кроме того, совмещение по времени согласно изобретению операций экспонирования и проявления рентгенорезиста повышает производительность процесса, т.к. отпадает необходимость многократного прецизионного позиционирования подложки с резистивным слоем относительно исходного положения.

После окончательного проявления скрытого изображения в рентгенорезистивном слое (т.е. после достижения необходимой высоты и/или глубины структур формируемого в этом слое рельефа) осуществляют его сушку по известной из уровня техники технологии.

Более детальное описание операций рентгенолитографии, в частности особенности операций формирования рельефа на рентгенорезисте, экспонирования элементов топологии с требуемой дозой их химической и термической обработки, а также контроля геометрических параметров субмикронных элементов топологии, по мнению заявителей не требуется, поскольку они широко известны из опубликованных источников информации.

Далее осуществляют формирование рельефа на поверхности функционального слоя (в частности, непосредственно печатной формы для высокой печати) посредством создания функционального слоя, который формируют непосредственно на образованной (в процессе проявления) профильной поверхности рентгенорезистивного слоя (резистивной маски), последующего разрушения рентгенорезистивного слоя и удаления остатков рентгенорезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя.

Создание функционального слоя можно осуществлять, например, по известным технологиям напыления и/или электрохимическим осаждением (см., например, А. Хасуй, Техника напыления, М., Машиностроение, 1975 г.).

Разрушение резистивного слоя (т. е. отделение функционального слоя от подложки) и удаление остатков рентгенорезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя можно обеспечивать, например, посредством осуществления взаимодействия рентгенорезиста с диметилформамидом.

Пример конкретной реализации.

На кремниевую подложку был нанесен слой положительного рентгенорезиста на основе частично гидролизованного полиметилметакрилата (ПММА) в смешанном растворителе на основе бутилацетата, толуола и этилцеллозольва толщиной 50 мкм. Методом рентгеновской литографии на модифицированном вакуумном универсальном посту ВУП-4 рентгенорезистивный слой подложки (после его сушки по известной технологии) был проэкспонирован излучением Cu L с длиной волны 1,33 нм в интервале доз 100 - 1000 мДж/см² через полимерный рентгеношаблон с маскирующим покрытием из золота. Время экспонирования соответствовало дозе облучения. Проявление экспонируемых участков рентгенорезиста начинали осуществлять в ламинарном потоке смеси метилэтилкетон - изопропиловый спирт 1:3 (при толщине потока проявителя 0,5 мм) одновременно с началом экспонирования рентгеновским излучением. После проявления и сушки рентгенорезиста по стандартной технологии в нем были сформированы структуры глубиной (высотой) 40 мкм, шириной 13 мкм и разрешением (минимальным расстоянием между смежными одноименными структурами) 13 мкм.

Формирование рельефа на поверхности функционального слоя осуществляли одновременно с созданием этого (функционального) слоя непосредственно на образованной (в процессе проявления) профильной поверхности фоторезистивного слоя посредством напыления порошка никелевого сплава и последующего электрохимического осаждения (на слой никелевого сплава) материала функционального слоя по стандартной (известной) технологии (не являющейся объектом настоящего изобретения, см., например, А.Хасуй, Техника напыления, М., Машиностроение, 1975 г.), до получения толщины функционального слоя, равной 1 мм.

Разрушение резистивного слоя (т.е. отделение функционального слоя от подложки) и удаление остатков рентгенорезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя обеспечивали посредством осуществления взаимодействия рентгенорезиста с диметилформамидом.

Исследование (т.е. измерение геометрических параметров на интерференционном микроскопе МИИ-4) сформированных структур функционального слоя (печатной формы) показали, что отклонение геометрических параметров (высоты, ширины, разрешения) сформированных на функциональном слое структур от соответствующих геометрических параметров структур, сформированных на рентгенорезистивном слое, не превышает 1 мкм. То есть, полученная согласно заявленному изобретению точность формируемых на функциональном слое структур рельефа не превышает регламентированного допуска (3 мкм), например, на изготовление печатных форм для высокой печати, используемых при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, требующих субмикронного разрешения рисунка печатного оттиска.

Таким образом, патентуемый способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя (частным случаем которого является способ изготовления печатной формы для высокой печати) преимущественно, может быть использован при рентгенолитографическом методе изготовления печатных форм (клише) с субмикронным разрешением формируемых структур (печатных и пробельных элементов), используемых, например, при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, а также в других областях техники, где необходимо получение рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур в функциональных слоях изделий. А именно: для изготовления дифракционных решеток, ярких голограмм, полевых эмиттеров, безбликовых поверхностей и т.п.

Способ включает создание на подложке рентгенорезистивного слоя с толщиной не менее максимальной высоты структур рельефа функционального слоя. Экспонирование осуществляют через рентгеношаблон посредством рентгеновского излучения. Проявление скрытого изображения начинают одновременно с экспонированием. Сушат образованный профильный рентгенорезистивный слой. Формируют рельеф на поверхности функционального слоя одновременно с созданием этого слоя, который формируют непосредственно на образованной профильной поверхности рентгенорезистивного слоя. Осуществляют разрушение рентгенорезистивного слоя и удаление остатков рентгенорезиста с функционального слоя. Обеспечивается разрешение структур функционального слоя, соответствующее разрешению структур, сформированных в рентгенорезистивном слое при его экспонировании рентгеновским излучением. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя, включающий создание на подложке резистивного слоя заданной толщины, экспонирование резистивного слоя через шаблон посредством электромагнитного излучения, проявление полученного в резистивном слое скрытого изображения жидкостным способом посредством растворения и удаления проэкспонированного материала резистивного слоя из зоны экспонирования, а также сушку образованного профильного резистивного слоя и последующее формирование рельефа на поверхности функционального слоя, отличающийся тем, что резистивный слой создают из рентгенорезиста с толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на поверхности функционального слоя рельефа, в качестве электромагнитного излучения используют рентгеновское излучение, экспонирование резистивного слоя осуществляют через рентгеношаблон, проявление скрытого изображения начинают осуществлять одновременно с экспонированием, формирование рельефа на поверхности функционального осуществляют одновременно с созданием этого слоя, который формируют непосредственно на образованной профильной поверхности рентгенорезистивного слоя, после чего осуществляют разрушение рентгенорезистивного слоя и удаление остатков рентгенорезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя. 2. Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя по п. 1, отличающийся тем, что проявление полученного в рентгенорезистивном слое скрытого изображения осуществляют в ламинарном потоке проявителя.