ЛИТОГРАФИЧЕСКАЯ МАСКА ДЛЯ LIGA-ТЕХНОЛОГИИ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G03F7/00 

Предлагаемое изобретение относится к LIGA-технологии, а точнее к конструкции и 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.

Глубокая рентгеновская литография предполагает использование в качестве экспонирующего излучения (ЭИ) жесткого рентгеновского излучения с длиной волны около λ≈1Å. А поскольку основой большинства рентгенорезистов являются углеводородные полимеры, которые слабо поглощают рентгеновское излучение этого спектрального диапазона, то для достижения приемлемых времен экспозиций, особенно при работе с позитивными слабочувствительными рентгенорезистами, практически все LIGA-станции используют в качестве экспонирующего излучения мощные пучки (по сравнению с пучками, генерируемыми рентгеновскими трубками) синхротронного излучения (СИ).

Типичная литографическая маска, применяемая в LIGA-технологии, содержит закрепленную на опорном кольце или на маскодержателе (опорной рамке) несущую мембрану в виде пленки или пластинки, на рабочей поверхности которой силами адгезии удерживается сформированный методами гальванопластики рентгенопоглощающий рисунок.

Хотя первая стадия LIGA-технологии - рентгеновская литография - схожа по многим признакам с известным методом теневой трафаретной синхротронной рентгеновской литографии, однако имеет ряд существенных отличий, а именно:

- поскольку процесс экспонирования проводится жестким рентгеновским излучением (с длиной волны около λ≈1Å), то для обеспечения требуемой величины контрастности литографическая маска должна содержать толстые слои рентгенопоглощающего металла, что, в свою очередь, предполагает наличие прочной и, следовательно, достаточно толстой (около десятка и более микрон) несущей мембраны;

- наличие толстого резистивного слоя на обрабатываемой подложке, имеющего весьма низкий коэффициент теплопроводности (теплопроводность многих углеводородных полимеров и теплопроводность гелия близки по величинам и находятся в диапазоне 1,4÷2,6·10^-3 Вт·(см·град)^-1), приводит к тому, что широко используемый в теневой трафаретной синхротронной рентгеновской литографии способ охлаждения литографической маски [описанный в работе Grobman W. D. Synchrotron radiation X-ray lithography. Research Report RC 8220 (#351360) 2/1/80 Engineering Technology 42p. IBM Thomas J. Watson Research Center Yorktown Heights, New York], заключающийся в организации теплового потока от маски к обрабатываемой подложке, находящейся в хорошем тепловом контакте с массивным и охлаждаемым подложкодержателем, путем установления минимально возможного зазора между их рабочими поверхностями работает не столь эффективно, в результате чего температура литографической маски с тонкой несущей мембраной (прочность которой не позволяет организовать интенсивные конвекционные потоки рабочего газа в камере экспонирования) в процессе облучения потоками СИ (с типичной мощностью ≥1 Вт/см²) может возрастать в зависимости от теплопроводности материала мембраны и ее толщины на несколько десятков градусов.

Основным требованием, предъявляемым к применяемой в LIGA-технологии литографической маске, является то, что геометрические деформации ее рентге-нопоглощающего рисунка, как исходные, так и возникающие в процессе облучения, должны находиться в определенных допусках, величина которых уменьшается по мере уменьшения минимальных размеров элементов топологического рисунка.

Для минимизации геометрических деформаций топологического рисунка литографической маски предписывается следующий стандартный набор приемов, в соответствии с которыми следует стремиться к тому, чтобы:

- изначальные напряжения в металлических рентгенопоглощающих слоях, сформированных электролизом, были минимальны;

- соотношение q=E_mt_m/E_at_a (где Е_m и Е_а, t_m и t_a соответственно модули упругости материалов несущей мембраны и рентгенопоглощающего слоя и их толщины) было по возможности наибольшим;

- амплитуда температурных колебаний рентгенопоглощающего рисунка литографической маски в процессе ее эксплуатации, была минимальной;

- коэффициенты термического расширения (КТР) материалов несущей мембраны и рентгенопоглощающего слоя были близки.

В качестве аналога выбраны [описанные 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] конструкция литографической маски (схематическое изображение которой приведено на фигуре 1) и способ ее изготовления, содержащий следующие этапы:

- нанесение адгезивных электропроводящих подслоев на кремниевую пластину, легированную со стороны рабочей поверхности бором на глубину около 3 мкм (толщина мембраны);

- нанесение на рабочую поверхность кремниевой пластины слоя рентгенорезиста и формирование методом рентгеновской литографии резистивной маски;

- гальваническое осаждение золотого рентгенопоглощающего рисунка (толщиной от 0,3 до 8 мкм) и удаление резистивной маски;

- формирование несущей мембраны, контроль и устранение дефектов.

На фигуре 1 приведено схематическое изображение применяемой в LIGA-технологии кремниевой литографической маски, изготовленной вышеописанным способом, которая содержит: кремниевое опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки кремния, легированного бором; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.

Недостатком конструкции аналога является то, что несущая мембрана в виде тонкой кремниевой пленки толщиной 3 мкм не в состоянии:

- обеспечить проведения через себя значительных тепловых потоков от облучаемой зоны, в результате чего происходит ее разогрев;

- противостоять увеличению размеров золотого рентгенопоглощающего рисунка толщиной 8 мкм (соотношение q=E_mt_m/E_at_a при этом приблизительно равно 0,5), которое возникает вследствие роста температуры в зоне облучения СИ, в результате чего имеют место как дополнительные геометрические деформации топологического рисунка, так и плоскостные деформации рабочей поверхности литографической маски.

Проведенные расчеты показывают, что вследствие увеличения зазора между рабочими поверхностями литографической маски и обрабатываемой подложки до 1 мм и более, температура литографической маски в зоне облучения в случае если тепловые потоки, идущие через несущую мембрану из-за ее малой толщины, пренебрежительно малы и при отсутствии принудительных конвекционных потоков с целью ее охлаждения, может при типичных плотностях падающей мощности СИ около 1 Вт/см² возрасти приблизительно на 50°С, что приводит к недопустимо большому (на несколько десятков микрометров) увеличению габаритных размеров топологического рисунка при характерных размерах облучаемой зоны порядка 6×1 см².

Кроме того, толщина рентгенопоглощающих элементов, изготавливаемых способом, выбранным в качестве аналога, находится в пределах 0,3-8 мкм, что явно недостаточно с точки зрения достижения требуемой контрастности в случае использования такой литографической маски при проведении экспонирования жестким рентгеновским излучением с длиной волны около λ≈1Å.

Для проведения литографии с использованием в качестве экспонирующего излучения СИ вышеуказанного спектрального диапазона требуется [как показано в работе Петрова Е.В., Гольденберг Б.Г., Кондратьев В.И., Мезенцева Л.А., Пиндюрин В.Ф., Генцелев А.Н, Елисеев B.C., Лях В.В. Создание рентгеношаблона на толстой подложке для глубокой рентгеновской литографии. - Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007 г., №6, с.1-6], чтобы величина усредненной контрастности литографической маски, представляющая собой отношение поглощаемых мощностей (или поглощенных доз) в приповерхностном слое рентгенорезиста под рентгенопрозрачным и под рентгенонепрозрачным участками при облучении СИ была ≥50, что предполагает формирование из тяжелых металлов (типа золота, вольфрама, рения и т.п.) рентгенопоглощающих элементов толщиной более 20 мкм.

Таким образом, для обеспечения проведения качественной литографии требуется наличие литографической маски, геометрические деформации которой находятся в определенных литографическими нормами пределах как на начальной стадии, так и в течение всего процесса экспонирования. Однако решение этой задачи осложняется тем, что толстые металлические пленки рентгенопоглощающего рисунка, полученные методом гальванопластики, как правило, характеризуются большой величиной внутреннего напряжения, увеличивающейся с ростом температуры, что приводит в случае использования тонких (толщиной несколько микрон) несущих мембран к сильным искажениям геометрии топологического рисунка в силу того, что тонкая мембрана плохо проводит тепло и не в состоянии противостоять упругим напряжениям элементов рентгенопоглощающего рисунка. Одним из решений данной проблемы является использование в качестве несущей мембраны толстой (толщиной несколько сотен микрометров) пластинки из неорганического материала, состоящего в основном из «легких» атомов и имеющего значительные величины модуля упругости и коэффициента теплопроводности.

Набор технологических материалов, удовлетворяющих данным требованиям, не так велик и среди них такой материал, как стеклоуглерод, который на 99,9% состоит из углерода, величина его модуля упругости находится в диапазоне 2,53·10⁴÷2,88·10⁶ МПа, а значение коэффициента теплопроводности (при температуре 20°С) в интервале 3,7÷4,1 Вт/(м·°С), указанные величины соответствуют характеристикам промышленно выпускаемого стеклоуглерода марки СУ-1300.

В качестве прототипа выбрана стеклоуглеродная литографическая маска [описанная в работе Петрова Е.В., Гольденберг Б.Г., Кондратьев В.И., Мезенцева Л.А., Пиндюрин В.Ф., Генцелев А.Н., Елисеев B.C., Лях В.В. Создание рентгеношаблона на толстой подложке для глубокой рентгеновской литографии. - Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007 г., №6, с.1-6], в которой в качестве несущей мембраны используется пластинка стеклоуглерода толщиной 500÷700 мкм. Прочность такой пластинки достаточна для прохождения ею всех технологических операций без дополнительной технологической оснастки, и поэтому она не имеет опорного кольца, а по окончании изготовления крепится к рамке маскодержателя. Получаемая в итоге литографическая маска схематически изображена на фигуре 2, где на рабочей поверхности несущей мембраны 2, в качестве которой используется стеклоуглеродная пластинка, силами адгезии удерживаются элементы 3 рентгенопоглощающего рисунка, выполненные из металла с большим атомным номером. Таким образом, литографическая маска, выбранная в качестве прототипа, состоит практически из двух материалов: «тяжелого» металла и стеклоуглерода.

Изготавливается она следующим образом: на рабочую поверхность плоскопараллельной стеклоуглеродной пластинки толщиной, например, 500 микрометров наносится слой ренгенорезиста толщиной около 30 мкм, экспонирование которого проводится рентгенолучевым генератором изображения путем последовательного облучения площади рабочей поверхности «световым» пятном, форма которого задается диафрагмой. На следующей стадии производятся операции по формированию резистивной маски, включающие в себя проявление резиста и его температурные обработки. Затем стеклоуглеродная пластинка со сформированной на рабочей поверхности резистивной маской и с защищенной тыльной стороной помещается в гальваническую ванну, где производится электроосаждение «тяжелого» металла - золота (или других типа платины, рения, вольфрама) толщиной около 20 мкм. После удаления с рабочей поверхности остатков резиста производится контроль геометрических размеров и качества изготовленного рентгенопоглощающего рисунка и решается вопрос о годности литографической маски для дальнейшего использования в LIGA-технологии. Соотношение q=E_mt_m/E_at_a для такой литографической маски (модуль упругости стеклоуглерода находится в интервале 2,53·10⁴÷2,88·10⁶ МПа, его толщина 500 мкм; модуль упругости золота равен 81 ГПа и его толщина 20 мкм) находится в диапазоне 7,8÷890, что в достаточной степени гарантирует стабильность геометрии рентгенопоглощающего рисунка в плоскости рабочей поверхности маски.

Недостатком прототипа является создание толстой металлической рентгенопоглощающей пленки только с одной обращенной во время проведения экспонирования к обрабатываемой подложке стороны несущей мембраны (стеклоуглеродной пластинки), что,

1) во-первых, приводит к образованию не самых оптимальных условий теплоотвода от самого нагреваемого синхротронным излучением элемента системы - рентгенопоглощающей пленки, поскольку она находится в слабо продуваемом конвекционными потоками зазоре между двумя плохо проводящими тепло и сравнительно толстыми (толщиной сотни микрометров) слоями рентгенорезиста и стеклоуглерода;

2) а во-вторых, поскольку металлическая пленка формируется методом гальванического осаждения, то она характеризуется значительной напряженностью, величина которой существенно меняется с ростом температуры (в том числе может изменить и свой знак), по причине различия КТР материалов, входящих в состав маски, в результате это приводит:

- в случае сильного заполнения маскирующим покрытием рабочей поверхности литографической маски к ее прогибу (в том числе и знакопеременному в процессе эксплуатации), как это имеет место в широкоизвестных биметаллических пластинках, что влечет за собой существенные геометрические деформации топологического рисунка;

- к локальным отрывам элементов от поверхности мембраны, если величина внутренних напряжений превышает силы адгезии контактирующих материалов или прочность одного из них, причем вероятность таких отрывов возрастает в случае изготовления высокоаспектных (когда их высота превосходит один из размеров их основания) рентгенопоглощающих элементов, а также по мере продолжительности эксплуатации литографической маски.

Следует отметить, что максимальные сдвиговые усилия, возникающие на границе раздела несущей мембраны и рентгенопоглощающих элементов, вследствие их напряженности, имеют место на краях топологического рисунка, в результате чего вероятность отрыва элементов в этих местах наибольшая. Наличие локальных отрывов изначально напряженных элементов рентгенопоглощающего рисунка от поверхности мембраны приводит к их «скручиванию», из-за чего данная литографическая маска уже не может быть использована по своему прямому назначению.

Величина напряжения в пленке гальванически осажденного золота, которое наиболее часто используется в качестве рентгенопоглотителя, сильно зависит от условий проведения электролиза, в частности, от температуры электролита и составляет в частном случае [по данным, приведенным в работе Muller K.H., Tisher P., Windbracke W. // J. Vac. Sci. Technol. - 1986. - V.B(4). - P.230-234] около σ=3·10⁷ Н/м², и хотя она может быть уменьшена путем применения высокотемпературного отжига, однако само использование этого метода, при наличии высокоаспектных и достаточно протяженных (имеющих большую длину) рентгенопоглощающих элементов, остается под вопросом, поскольку предполагает наличие хорошей адгезии между ними и рабочей поверхностью несущей мембраны, в противном случае, само проведение данной процедуры явится причиной локальных отрывов элементов от поверхности мембраны.

Также следует отметить, что отрыв элементов рентгенопоглощающего рисунка имеет вероятностный характер, что связано с качеством рабочей поверхности несущей мембраны, а также с условиями проведения всех технологических операций, и может произойти как на стадии изготовления, так и в процессе эксплуатации, поскольку внутреннее напряжение рентгенопоглощающих элементов с ростом их температуры, который имеет место при облучении литографической маски мощными потоками синхротронного излучения, заметно возрастает и меняет свой знак, в результате чего литографическая маска постоянно в процессе своего использования претерпевает знакопеременные локальные (вследствие того, что площадь зоны облучения может быть заметно меньше рабочей площади маски) прогибы своей рабочей поверхности, что приводит к образованию микротрещин и частичному отслоению рентгенопоглощающих элементов.

Расчеты показывают, что амплитуда колебаний температуры стеклоуглеродной литографической маски, имеющей конструкцию, выбранную в качестве прототипа с рентгенопоглощающими элементами, выполненными из золота, в процессе облучения потоками СИ с типичной мощностью ≥1 Вт/см² и в случае организации конвекционных потоков, движущихся со скоростью около 1 м/сек, рабочего газа - гелия, находящегося в камере экспонирования при атмосферном давлении, составит около десяти градусов, что приводит к прогибам рабочей поверхности маски в сотни микрометров (в зависимости от размеров рабочей поверхности маски и степени заполненности ее рабочей зоны маскирующим покрытием) и, соответственно, к возникновению дополнительной напряженности элементов рентгенопоглощающего рисунка.

Таким образом, приходим к выводу, что чем лучше организовано отведение тепла от литографической маски во время экспонирования и чем лучше взаимно скомпенсированы ее внутренние напряжения, тем меньше неплоскостность маски как изначальная, так и имеющая место при ее облучении мощными потоками СИ, в результате чего уменьшаются геометрические деформации топологического рисунка и возрастает как процент выхода годных при изготовлении литографических масок, так и срок их службы (продолжительность эксплуатации).

Хотя путем существенного уменьшения плотности мощности потоков СИ при проведении экспонирования можно исключить все негативные моменты, связанные с разогревом литографической маски, однако данный подход неприемлем, поскольку ведет к увеличению времени набора экспозиционной дозы и, соответственно, к снижению производительности литографического процесса.

Предлагаемая конструкция литографической маски, в которой структуры топологического рисунка из рентненопоглощающего металла равной толщины формируются на обеих сторонах несущей мембраны, свободна от вышеуказанного недостатка.

Целью предлагаемого изобретения является:

- снижение амплитуды колебаний температуры рентгенопоглощающего рисунка литографической маски в процессе экспонирования;

- элиминация предпосылок к прогибу рабочей поверхности литографической маски как изначального, так и возникающего при ее облучении мощными потоками СИ, что приводит к существенному уменьшению геометрических деформаций топологического рентненопоглощающего рисунка;

- повышение процента выхода годных при изготовлении литографических масок, особенно в случае, когда они содержат значительное количество высокоаспектных рентгенопоглощающих элементов;

- увеличение срока эксплуатации литографической маски при проведении экспонирования мощными потоками СИ, поскольку отсутствие периодически возникающих прогибов резко снижает вероятность возникновения микротрещин в местах крепления рентненопоглощающего рисунка к рабочей поверхности несущей мембраны;

- увеличение производительности литографического оборудования, предназначенного для создания скрытого изображения в слое рентгенорезиста, поскольку возникает предпосылка для заметного увеличения (зависит от степени заполненности рабочей поверхности несущей мембраны рентгенопоглощающими структурами и от их толщины при двустороннем формировании) плотности мощности СИ вследствие увеличения теплопроводности литографической маски.

Поставленная цель достигается путем формирования методом гальванопластики с обеих сторон несущей мембраны литографической маски идентичных пространственно совмещенных рентгенопоглощающих топологических структур одинаковой толщины в виде пленки из металла (сплава металлов или комбинации металлов) с большим атомным номером и такой же пленки также с двух сторон на периферии мембраны, не занятой топологическим рисунком, а также использованием соответствующего способа крепления литографической маски к маскодержателю, находящемуся при постоянной температуре, обеспечивающего хороший тепловой контакт с пленкой, выращенной на тыльной стороне мембраны, в результате чего уменьшаются по сравнению с прототипом (когда структуры рентгенопоглощающего рисунка формируются с одной стороны мембраны):

- температурные деформации рентгенопоглощающего топологического рисунка литографической маски, поскольку амплитуда колебаний его температуры в процессе экспонирования становится существенно меньше;

- как изначальные, так и возникающие вследствие облучения маски геометрические деформации рентгенопоглощающего топологического рисунка, обусловленные неплоскостностью несущей мембраны, поскольку изгибающие ее моменты взаимно компенсируются,

кроме того, предлагаемое конструктивное решение имеет дополнительные преимущества, а именно:

1) в случае если толщина формируемых структур примерно равна половинной по сравнению с прототипом, начальные и дополнительно возникающие при облучении маски экспонирующим излучением величины сдвиговых напряжений на границе материалов рентгенопоглотителя и мембраны снижаются приблизительно в 2 раза, что способствует повышению выхода годных литографических масок с высокоаспектным рентгенопоглощающим рисунком при их изготовлении; и, кроме того, существенно упрощаются процессы формирования резистивной маски и гальванопластики рентгенопоглощающего рисунка, поскольку аспектные отношения, характеризующие их топологию, снижаются так же примерно в 2 раза;

2) а в случае, если толщины формируемых рентгенопоглощающих структур - предлагаемые и прототипа - примерно равны, существенно увеличиваются контрастность литографической маски и ее теплопроводность, что является предпосылкой для увеличения производительности на стадии экспонирования рентгеночувствительных слоев путем увеличения плотности мощности потоков СИ и, соответственно, уменьшения времени экспозиции.

Уменьшение амплитуды колебаний температуры рентгенопоглощающего рисунка в процессе экспонирования происходит вследствие того, что в предлагаемой конструкции литографической маски, как это явствует из поясняющей схемы, приведенной на фигуре 3, самым нагреваемым элементом является не несущая мембрана 2 и не металлическая пленка 3, выращенная на рабочей поверхности мембраны и находящаяся между двумя слоями плохо проводящих тепло материалов - рентгенорезиста и стеклоуглерода, и к тому же в слабо продуваемом принудительными конвекционными потоками зазоре между рабочими поверхностями литографической маски и поверхностью резистивного слоя, как это имеет место в прототипе, а металлическая пленка 4, выращенная на тыльной стороне мембраны, включающая в себя как непосредственно топологический рисунок, так и аналогичную пленку, расположенную на периферии несущей мембраны и примыкающую к границе топологического рисунка, имеющая хороший тепловой контакт с металлическим маскодержателем 5 и находящаяся на открытом пространстве, что способствует улучшению оттока тепла с поверхности маски как в объем маскодержателя 5, так и в газовые конвекционные потоки (схематично показанные на фигуре 3 пунктирными линиями), которые принудительно организованы в камере экспонирования LIGA-станции (в качестве рабочего газа используется гелий при атмосферном давлении, характеризующийся высокой теплоемкостью и теплопроводностью по сравнению с другими газами). В соответствии с технологией проведения экспонирования, СИ, проходя апертурную диафрагму 6, падает на литографическую маску и далее, проникая через ее рентгенопрозрачные участки, углубляется в слой рентгенорезиста 7, нанесенный на обрабатываемую подложку 8, закрепленную на подложкодержателе 9.

К сведению, золото по теплопроводности приблизительно в 80 раз превосходит стеклоуглерод и, следовательно, слой золота толщиной в 10 мкм эквивалентен по обеспечению теплопотока стеклоуглеродной пластинке толщиной 800 микрон. С целью сближения величин КТР материалов несущей мембраны и рентгенопоглощающего слоя последний может быть выполнен из сплава так же методом электроосаждения.

На фигуре 1 приведено схематическое изображение выбранной в качестве аналога и применяемой в LIGA-технологии кремниевой литографической маски, которая содержит: кремниевое опорное кольцо 1; несущую мембрану 2 в виде тонкой пленки кремния, легированного бором; рентгенопоглощающий топологический рисунок 3, выполненный из золота.

На фигуре 2 приведено схематическое изображение выбранной в качестве прототипа и применяемой в LIGA-технологии стеклоуглеродной литографической маски, которая содержит: несущую мембрану 2 в виде стеклоуглеродной пластинки, на рабочей поверхности которой силами адгезии удерживаются элементы 3 рентгенопоглощающего рисунка, выполненные из металла с большим атомным номером, например, золота.

На фигуре 3 приведено схематическое изображение литографической схемы, применяемой в синхротронной LIGA-технологии, где литографическая маска, выполненная в виде несущей стеклоуглеродной мембраны 2, на обеих поверхностях которой сформированы металлические пленки 3 (на рабочей поверхности) и 4 (на тыльной поверхности), содержащие идентичные рентгенопоглощающие топологические рисунки. Маска закреплена с обеспечением хорошего теплового контакта на маскодержателе 5. СИ, проходя апертурную диафрагму 6, падает на литографическую маску и далее проникает через ее рентгенопрозрачные участки, углубляется в слой рентгенорезиста 7, нанесенный на обрабатываемую подложку 8, закрепленную на подложкодержателе 9.

На фигуре 4 приведено схематическое изображение (крупным планом) литографической маски заявляемой конструкции. К несущей мембране 2, представляющей собой пластинку из стеклоуглерода, на обеих поверхностях которой сформированы металлические пленки, содержащие топологические рентгенопоглощающие рисунки, а именно: металлическая пленка 3 крепится к рабочей поверхности несущей мембраны, а пленка 4 - к противоположной ее стороне.

Далее подробно описываются примеры предлагаемых конструкций литографической маски и способа ее изготовления.

Заявляемая литографическая маска, конструкция которой схематично изображена на фигуре 4, содержит несущую мембрану 2, выполненную из стеклоуглерода и представляющую собой пластинку толщиной 500 мкм и размерами 80×80 мм², и две расположенные на обеих поверхностях мембраны и содержащие топологические рисунки идентичные металлические пленки 3 и 4, гальванически выращенные из золота и имеющие суммарную толщину (рассмотрим 2 случая):

- в первом случае 20 мкм, так что толщина рентгенопоглощающих элементов каждого из рисунков в 2 раза меньше, чем у прототипа (рентгенопоглощающие элементы которого распложены только на одной стороне);

- во втором случае 40 мкм, при этом толщина рентгенопоглощающих элементов каждого из рисунков равна 20 мкм, то есть такая же, как и толщина аналогичных элементов прототипа.

Изготовление рентгенопоглощающего рисунка такой литографической маски может проводиться как способом параллельного (одновременного) формирования скрытого изображения в резистивных слоях, находящихся на противоположных сторонах мембраны, так и способом последовательного формирования.

При изготовлении рентгенопоглощающего рисунка способом параллельного (одновременного) формирования берется, например, исходная стеклоуглеродная пластинка с вышеуказанными размерами (0,5×80×80 мм³), обе поверхности которой очищаются, в том числе и с использованием методов плазмохимического травления. На следующей стадии также на обе эти поверхности наносятся слои рентгенорезиста толщиной порядка 12÷15 мкм и затем производится посредством пучка рентгенолучевого генератора изображения, имеющего заданные размеры «светового» пятна, работающего в жестком спектральном диапазоне (λ≈1Å), сквозное экспонирование обоих резистивных слоев. В результате проведения процедуры проявления проэкспонированных резистивных пленок с обеих сторон несущей мембраны образуются резистивные маски, топологические рисунки которых идеально пространственно совмещены друг с другом. Затем стеклоуглеродную пластинку с двухсторонней резистивной маской помещают в симметричную двуханодную гальваническую ванну и проводят электроосаждение рентгенопоглощающего слоя, например, выращивают золотое покрытие толщиной 10 мкм с каждой стороны. В результате изготавливаемая литографическая маска имеет такую же контрастность, что и прототип (поскольку толщина пленки золота на каждой из сторон должна быть с хорошей точностью равна половине толщины рентгенопоглощающего слоя прототипа, которая равна 20 мкм). После удаления остатков резиста получаем литографическую маску, на обеих поверхностях несущей мембраны которой созданы равнотолщинные пространственно совмещенные топологические структуры рентгенопоглощающего рисунка, а поскольку они формировались в одинаковых условиях, то мы вправе ожидать, что их внутренние напряжения равны и взаимно компенсируют друг друга, в том числе и при любых изменениях температуры. Следует отметить, что перепад температур на противоположных поверхностях стеклоуглеродной несущей мембраны толщиной 500 мкм, даже если, например, вся величина падающей мощности ЭИ около W≈1 Вт/см² поглощается на поверхности, обращенной к источнику излучения, что имеет место в случае значительной заполненности рабочего поля литографической маски рентгенопоглощающими структурами, незначителен и составляет около 1°С, что приводит также к очень незначительному, величиной в несколько сотых долей микрометра на базе 60 мм, различию геометрий топологических рисунков, находящихся по разные стороны несущей мембраны.

Амплитуда температурных колебаний рабочей зоны литографической маски при такой мощности падающего потока СИ при прочих равных условиях примерно в 2 раза меньше, чем у прототипа, что в сочетании с отсутствием предпочтительных направлений изгиба, в результате наличия идентичных рентгенопоглощающих структур на обеих поверхностях несущей мембраны, приводит к практически полному его отсутствию и соответственно к существенному уменьшению напряженности элементов топологических рисунков.

Если возникает необходимость в повышении контрастности литографической маски, то толщина рентгенопоглощающего слоя может быть увеличена путем формирования более толстой резистивной маски и увеличения толщины пленки электроосаждаемого золота, что автоматически приводит к увеличению совокупной теплопроводности литографической маски, и, следовательно, к уменьшению амплитуды температурных колебаний зоны облучения и к уменьшению геометрических деформаций топологического рисунка. Например, литографическая маска, представляющая собой стеклоуглеродную пластинку толщиной 500 мкм с двусторонним золотым рисунком высокой степени заполненности толщиной 20 мкм каждый, по совокупной теплопроводности эквивалентна стеклоуглеродной пластинке толщиной примерно 3,5 мм, в то время как для прототипа эта величина составляет около 2 мм. То есть отток тепла из зоны облучения только благодаря увеличению теплопроводности маски, вследствие реализации предлагаемой конструкции, улучшается приблизительно в 1,7 раза по сравнению с прототипом и в 7 раз на периферии несущей мембраны по сравнению со случаем, когда там отсутствует металлическое покрытие.

В вышеописанный способ могут быть включены операции по созданию методом напыления на обеих поверхностях несущей мембраны тонких (толщиной 100÷200 Å) адгезивных электропроводящих подслоев (например, из металлов Ag, Ni, Cr, Ti или их комбинаций) с последующим их удалением с использованием в качестве маски для травления сформированный золотой рентгенопоглощающий рисунок. Однако наличие или отсутствие этих операций не является принципиальным и не меняет сути заявляемого метода изготовления.

Для изготовления топологического рентгенопоглощающего рисунка субмикронных размеров может быть использован способ последовательного формирования скрытого изображения в резистивных слоях, расположенных с разных сторон мембраны, включающий технологии по формированию многослойных резистивных масок и электронно-лучевой генератор изображения, последовательно экспонирующий верхний электронно-резистивный слой при формировании многослойной резистивной маски, содержащей топологические рисунки. Пространственная совмещенность топологических рисунков, расположенных с разных сторон несущей мембраны по отношению друг к другу, достигается благодаря привязке к реперным меткам, изготовленным на предыдущей стадии при помощи рентгенолучевого генератора изображения, путем одновременного сквозного экспонирования резистивных слоев, находящихся по разные стороны мембраны. То есть вследствие проведения указанной операции (одновременного сквозного экспонирования резистивных слоев рентгенолучевым генератором изображения) удается осуществить идеальную привязку реперных меток, находящихся по разные стороны мембраны, друг к другу, а через привязку к ним достигается пространственная совмещенность топологических рисунков, расположенных с разных сторон несущей мембраны.

Использование: для изготовления литографической маски. Сущность: формируют на рабочей поверхности несущей мембраны топологический рентгенопоглощающий рисунок, при этом идентичный топологический рентгенопоглощающий рисунок из того же материала (или комбинации материалов), такой же толщины и пространственно совмещенный с первым формируют также и на противоположной стороне несущей мембраны. Технический результат: минимизация геометрической деформации литографической маски как изначальной, так и в процессе экспонирования. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Литографическая маска для использования в LIGA-технолгии, содержащая несущую мембрану со сформированным на ее рабочей поверхности топологическим рентгенопоглощающим рисунком, отличающаяся тем, что идентичный топологический рентгенопоглощающий рисунок из того же материала (или комбинации материалов), такой же толщины и пространственно совмещенный с первым, сформирован также и на противоположной стороне несущей мембраны.2. Литографическая маска по п.1, отличающееся тем, что топологические координатносопряженные рентгенопоглощающие структуры, формируемые с обеих сторон несущей мембраны, представляют собой комбинации идентичных слоев различных химических элементов, при выполнении условия, что совокупный КТР рентгенопоглощающиего слоя равен или максимально близок по значению КТР материала несущей мембраны.3. Литографическая маска по п.1, отличающееся тем, что вся площадь обеих поверхностей несущей мембраны литографической маски, не занятая непосредственно топологическим рисунком, покрыта пленкой рентгенопоглощающего металла (или комбинации металлов), из которого изготовлен топологический рисунок.4. Способ изготовления литографической маски, включающий в себя процессы формирования резистивной маски и процессы электроосаждения металлов, отличающийся тем, что резистивные слои предварительно наносят на обе поверхности несущей мембраны и производят формирование в них скрытого изображения путем сквозного экспонирования с применением рентгенолучевого генератора изображения, либо всего топологического рисунка при параллельном (одновременном) способе формирования скрытого изображения в резистивных слоях, либо только реперных меток.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что формирование методом электроосаждения металлов топологических рентгенопоглощающих рисунков, расположенных с разных сторон несущей мембраны, производят одновременно с максимальным соблюдением принципа симметрии при проведении всех технологических операций.