СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА НА ПОВЕРХНОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СЛОЯ Российский патент 2001 года по МПК G03F7/00 

Изобретение относится к области микролитографии (в частности, фотолитографии) и может быть промышленно реализовано, например, при изготовлении печатных форм (клише) для высокой печати с субмикронным разрешением структур сформированного по заданной программе рельефа; эти формы могут быть промышленно реализованы, преимущественно, при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, а также и в других областях техники, где необходимо получение в функциональном слое изделия рисунка заданной глубины с субмикронным разрешением его структур.

Известен способ получения рисунка на поверхности функционального слоя изделия (в пленках /слоях/ рентгенорезистов). Общепринятое название этого способа - рентгенолитография (У.Моро, Микролитография, т.1, М., изд-во Мир, 1990 г., с.12, с.466).

Создание рисунка литографическим способом в любом функциональном слое (например, в функциональном слое интегральных микросхем) 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, преимущественно, органические полимеры на основе полиметилметакрилата, которые наносят на подложки и проявляют жидкостным методом.

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

Метод рентгенолитографии является наиболее производительным 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) разрешения непосредственно на функциональном слое при формировании на нем (посредством травления) структур рельефа 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 в функциональном слое структур (по отношению к структурам, сформированным в рентгенорезисте), но и механическое ослабление структур функционального слоя 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/или пробельных элементов/ достигает 50 мкм и более) как по причине низкой разрешающей способности сформированных в функциональном слое структур, так и по причине низкой механической прочности этих структур (печатающих и/или пробельных 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 (посредством экспонирования) в резистивном слое скрытого изображения жидкостным методом: сушку полученной резистивной маски и последующее формирование печатной формы на функциональном слое изделия (по известной из уровня техники технологии) посредством полученной резистивной маски (РФ, N 2004918, кл. G 03 F 7/00, 1993 г.).

В данном известном из уровня техники способе формирование микроструктур (печатающих и/или 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) печатной формы формируют посредством травления пробельных элементов рельефа резистивного слоя в два этапа, между которыми осуществляют нанесение защитного слоя на протравленные (на первом этапе) участки подложки.

Данный способ обеспечивает получение 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 (согласно известному способу) должна быть в два и более раз меньше необходимой ширины пробельных элементов печатной формы.

Кроме того, следует учитывать, что при фотолитографической модификации рассматриваемого (известного из уровня техники) способа имеются:
- как принципиально непреодолимые (с точки зрения современных физических концепций /теорий/) ограничения, вызванные, в частности, наличием дифракционного предела для размеров проецируемого на резистивный слой изображения;
- так и технические сложности, которые обусловлены необходимостью использования дорогостоящих высококачественных безаберрационных оптических систем.

Аналогичное снижение разрешения сформированных (в функциональном слое изделия) структур будет наблюдаться и при корпускулярно-лучевой и/или рентгенолитографической модификации рассматриваемого известного способа.

Кроме того, к недостаткам данного (известного из уровня техники способа) следует отнести низкое качество проецируемого на резистивный слой изображения за счет влияния дифракционных и аберрационных эффектов, возникающих, например, при использовании некогерентных источников экспонирующего излучения.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого способа формирования рельефа на поверхности функционального слоя, 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 (функционального слоя) с разрешением (точностью), аналогичным разрешению (точности) соответствующих структур в фоторезистивном слое при его экспонировании лазерным излучением в соответствии с известными из уровня техники методами микролитографии.

Поставленная задача достигается посредством того, что в способе формирования рельефа на поверхности функционального слоя, включающем создание на подложке фоторезистивного слоя заданной толщины; экспонирование фоторезистивного слоя посредством электромагнитного излучения; проявление полученного в фоторезистивном слое скрытого изображения жидкостным методом (посредством растворения и удаления проэкспонированного материала фоторезиста из зоны экспонирования), а также сушку образованного профильного фоторезистивного слоя и формирование рельефа на поверхности функционального слоя, согласно изобретению в качестве функционального слоя используют непосредственно фоторезистивный слой, который создают с толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на его поверхности рельефа; в качестве электромагнитного излучения используют дискретные импульсы лазерного излучения, которые генерируют с периодом времени между последовательными импульсами, не меньшим периода времени, необходимого для удаления проэкспонированного (посредством одного импульса) материала фоторезиста из зоны экспонирования в процессе проявления скрытого изображения, который (процесс проявления) начинают осуществлять одновременно с вышеупомянутым экспонированием.

Целесообразно в заявленном способе формирования рельефа на поверхности функционального слоя осуществлять проявление дискретно получаемого в фоторезистивном слое скрытого изображения в ламинарном потоке проявителя.

Совершенно очевидно, что практически каждая операция патентуемого способа, а также средства для реализации упомянутых операции в отдельности широко известны из "уровня техники" (в том числе и используемого заявителем в материалах настоящей заявки). Однако поставленная задача может быть решена исключительно за счет отраженной в основном пункте (п.1) формулы изобретения совокупности известных операций, реализованных в соответствующей последовательности и с использованием соответствующих средств реализации этих операций, а также при строгом соблюдении соответствующих режимных параметров в отношении геометрии (толщины) резистивного слоя и в отношении периода времени между последовательными импульсами лазерного излучения.

Следовательно, отраженная в формуле изобретения совокупность известных из уровня техники признаков обеспечивает в патентуемом объекте изобретения синергетический (сверхсуммарный) результат за счет определенной (необходимой и достаточной для реализации поставленной задачи) взаимосвязи изложенных в п. 1 формулы изобретения признаков.

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 фотолитографии;
- для заявленного объекта изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и/или известных из уровня техники 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 (на основе которого может быть построен, в частности, и способ изготовления печатной формы для высокой печати) согласно изобретению заключается в следующем.

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

В качестве фоторезистов могут использоваться стандартные фоторезисты, например фоторезист марки ФП-25.

После сушки (по известной из уровня техники технологии) нанесенного на подложку слоя фоторезиста осуществляют его экспонирование импульсами лазерного излучения (например, через фотошаблон, или в схеме интерференции двух плоских волн когерентного лазерного излучения, или узконаправленным лазерным лучом, совершающим относительное перемещение /сканирование/ по заданной траектории в зоне поверхности экспонируемого фоторезиста) с одновременным проявлением проэкспонированных участков (скрытого изображения), преимущественно, в ламинарном потоке проявителя, обеспечивающем минимальное искажение светового пучка (луча, генерируемого источником лазерного излучения) при его прохождении через слой проявителя.

Для исключения рассеивания лазерного излучения на образующихся в процессе проявления частицах фоторезиста период времени между последовательными импульсами экспонирующего (лазерного) излучения должен быть не менее, чем период времени, необходимый для полного удаления проэкспонированного (посредством одного импульса экспонирования) материала фоторезиста из зоны экспонирования в процессе проявления скрытого изображения.

Таким образом, в процессе проявления фоторезистивного слоя происходит послойное (т. е. на проэкспонированную за время одного импульса излучения глубину) удаление последнего (фоторезистивного материала) на соответствующих участках этого слоя.

В качестве источника лазерного излучения может быть использовано, например, излучение третьей гармоники неодимового лазера с длиной волны, равной 355 нм.

В процессе проявления проэкспонированных участков функционального фоторезистивного слоя можно использовать, например, ламинарный поток водного раствора "КОН".

Таким образом, совмещение по времени (согласно изобретению) операций экспонирования и проявления функционального фоторезистивного слоя обеспечивает:
- во-первых, повышение производительности патентуемого процесса формирования рельефа, поскольку отпадает необходимость многократного суперпрецизионного позиционирования подложки с резистивным слоем относительно исходного положения;
- во-вторых, вследствие определенной регламентации периода времени между импульсами экспонирующего излучения практически исключается возможность рассеивания потока (пучка) светового излучения (например, узконаправленного лазерного луча) и, соответственно, вышеописанное негативное влияние такого широко известного из уровня техники физического эффекта (т.е. рассеивание светового потока) на разрешение (и качество) формируемых поверхностей, получаемых в фоторезистивном слое микроструктур (посредством экспонирования).

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

Более детальное описание операций фотолитографии, в частности:
- особенности операций формирования рельефа на поверхности фоторезиста;
- экспонирование элементов топологии с требуемой дозой их физико-химической и термической обработки;
- контроль геометрических параметров субмикронных элементов топологии;
по мнению "Заявителя" не требуется, поскольку они широко известны из уровня техники и не являются объектами настоящего изобретения.

Совершенно очевидно, что после завершения вышеописанных операций заявленного способа можно осуществить однократное копирование (без искажений) подученного в функциональном фоторезистивном слое микрорисунка (в частности, для получения металлической рабочей /функциональной/ поверхности печатной формы для высокой печати). Для этого непосредственно на образованной в процессе окончательной обработки (т.е. экспонирования, проявления и сушки и/или задубливания) рельефной поверхности функционального фоторезистивного слоя формируют дополнительный металлический функциональный слой с получением микроструктур рельефа заданной формы и профиля.

Создание дополнительного металлического функционального слоя можно осуществлять, например, по известным из уровня техники технологиям напыления и электрохимического осаждения (см. А.Хасуй, Техника напыления", М., Машиностроение, 1975 г.).

В этом случае после создания вышеописанного дополнительного металлического функционального слоя с необходимой (заданной) прочностью сформированных на нем микроструктур заданного профиля и геометрии (в плане) осуществляют разрушение вышеупомянутого функционального резистивного (на данном этапе - профильного) слоя и удаление остатков фоторезиста со сформированной профильной поверхности дополнительного металлического функционального слоя.

Разрушение резистивного слоя (т.е. отделение сформированного функционального слоя от подложки, в качестве которой на данной стадии патентуемого способа используется ранее полученная профильная поверхность фоторезистивного слоя) и удаление остатков фоторезиста со сформированной профильной поверхности функционального слоя можно обеспечить, например, посредством взаимодействия фоторезиста с одним из известных (из уровня техники) растворителей фоторезистивных материалов, например, с диметилкетоном - CH₃COCH₃ (ацетон).

Таким образом, на основе заявленного способа формирования рельефа на поверхности функционального слоя может быть сформирован (в зависимости от метода промышленной реализации в части создания функционального слоя) как функциональный слой с односторонней рельефной поверхностью, так и дополнительный металлический функциональный слой с рельефом (соответственно - позитивным и негативным) на двух опозитно расположенных поверхностях этого дополнительного функционального слоя.

Пример конкретной реализации патентуемого способа формирования рельефа на поверхности функционального слоя.

На подложку из стекла с геометрическими параметрами 30 х 30 мм² был нанесен функциональный слой фоторезиста (в данном примере - положительного) толщиной 50 мкм.

Методом микрофотолитографии функциональный фоторезистивный слой (после его сушки на подложке по известной технологии) был проэкспонирован в схеме интерференционной картины двух плоских волн, генерируемых посредством излучения одномодового одночастотного "Nd"- лазера с длиной волны 355 нм и плотностью энергии излучения на экспонируемом объекте - 5 х 10^-2 Дж/см².

Продолжительность каждого импульса экспонирующего излучения составляло - 10^-8 секунды. Временной период между импульсами экспонирования составлял 30 секунд. Было осуществлено 80 импульсов фотоэкспонирования.

Проявление экспонируемых участков фоторезиста (в процессе каждого импульса источника излучения) осуществлялось в ламинарном потоке 0,6%-ного раствора "КОН" (при толщине потока 0,5 - 1 мм) одновременно с началом экспонирования лазерным излучением.

После проявления и сушки сформированного (профилированного) фоторезистивного слоя по известной из уровня техники технологии в нем были сформированы микроструктуры заданной геометрии (по трем координатам) глубиной (высотой) - 40 мкм, шириной - 13 мкм и разрешением (минимальным расстоянием между смежными одноименными структурами) - 13 мкм.

Исследования (т.е. измерение геометрических /технологических/ параметров на интерференционном микроскопе ММИ - 4) сформированных структур функционального фоторезистивного слоя показали, что технологические отклонения геометрических параметров (высоты, ширины, разрешения сформированных структур) на фоторезистивном слое не превышают 2 мкм.

То есть полученная согласно заявленному изобретению точность формируемых на функциональном слое структур рельефа находится ниже технологически регламентируемого допуска (3 мкм) на изготовление, например, печатных форм для высокой печати, используемых при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, требующих субмикронного разрешения рисунка, формируемого посредством соответствующей печатной формы (клише) печатного оттиска.

Таким образом, патентуемый способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя преимущественно может быть использован при фотолитографическом методе изготовления печатных форм (клише) с субмикронным разрешением формируемых на рабочей поверхности упомянутых форм профильных (геометрически разнотипных) структур (т.е. структур печатных и пробельных элементов). То есть заявленное изобретение может найти широкое применение при изготовлении денежных знаков и иных ценных бумаг, а также в иных областях техники, где необходимо обеспечить получение на функциональной поверхности изделия рисунка с субмикронным разрешением его функциональных структур (например, при изготовлении дифракционных решеток, средств для получения ярких голограмм, полевых эмиттеров, безбликовых поверхностей и т.п. ).

Изобретение относится к области микролитографии, в частности к фотолитографии. Предложенный способ заключается в следующем. На подложке создают функциональный фоторезистивный слой с толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на поверхности этого функционального слоя рельефа. Далее обеспечивают экспонирование по заданной программе упомянутого слоя посредством электромагнитного излучения с одновременным проявлением проэкспонированных участков фоторезиста. В качестве источника электромагнитного излучения используют импульсный генератор лазерного излучения с периодом времени, необходимого для удаления проэкспонированного посредством одного импульса материала фоторезиста из зоны экспонирования в процессе проявления скрытого изображения. После окончательного завершения проявления фоторезистивного слоя осуществляют сушку полученной рельефной поверхности этого слоя. В результате обеспечивается создание структур с заданными параметрами, повышается точность их получения. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ формирования рельефа на поверхности функционального слоя, включающий создание на подложке фоторезистивного слоя заданной толщины, экспонирование фоторезистивного слоя посредством электромагнитного излучения, проявление полученного в фоторезистивном слое скрытого изображения жидкостным методом посредством растворения и удаления проэкспонированного материала фоторезиста из зоны экспонирования, а также сушку образованного профильного фоторезистивного слоя и формирование рельефа на поверхности функционального слоя, отличающийся тем, что в качестве функционального слоя используют непосредственно фоторезистивный слой, который создают с толщиной не менее максимальной высоты структур формируемого на его поверхности рельефа, в качестве электромагнитного излучения используют импульсы лазерного излучения, которые генерируют с периодом времени между последовательными импульсами не меньшим периода времени, необходимого для удаления проэкспонированного (посредством одного импульса) материала фоторезиста из зоны экспонирования в процессе проявления скрытого изображения, при этом процесс проявления начинают осуществлять одновременно с экспонированием. 2. Способ формирования рельефа по п.1, отличающийся тем, что проявление полученного в функциональном фоторезистивном слое скрытого изображения осуществляют в ламинарном потоке проявителя.