RU2704673C1 - Method of making x-ray lithographic pattern - Google Patents
Method of making x-ray lithographic pattern Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704673C1 RU2704673C1 RU2019105045A RU2019105045A RU2704673C1 RU 2704673 C1 RU2704673 C1 RU 2704673C1 RU 2019105045 A RU2019105045 A RU 2019105045A RU 2019105045 A RU2019105045 A RU 2019105045A RU 2704673 C1 RU2704673 C1 RU 2704673C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- silicon
- mask
- etching
- template
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу изготовления рентгенолитографического шаблона (маски для рентгеновской литографии, рентгенолитографической маски, рентгеновского шаблона, рентгеношаблона), применяемого для формирования резистивной маски или скрытого изображения в рентгеночувствительных материалах способом трафаретной рентгеновской литографии.The invention relates to a method for manufacturing an x-ray lithography template (mask for x-ray lithography, x-ray mask, x-ray template, x-ray template) used to form a resistive mask or latent image in x-ray sensitive materials using screen x-ray lithography.
В качестве аналога выбран способ изготовления рентгеношаблона с полимерной мембраной [описанный в работах: [1] Flanders D.C., Smith H.I. Polyimide membrane X-ray lithography masks fabrication and distortion measurements // J. Vac. Sci. Technol., 1978, V. 15, №3, P. 995; [2] Feder R., Romankiw L.T., Spiller E., Topalian J.C. Polyimide substrates for X-ray lithography // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, № 11B; [3] Grispell P.I., Garbarino P.L., Zielinski L.B. Polyimide process for fabrication X-ray marks // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, №10]. Механическая прочность многих полимерных пленок такова, что позволяет, в частности из майлара, изготавливать несущую мембрану рентгеношаблона толщиной около 1 мкм. Рентгеношаблоны с такими мембранами, обладая достаточно высокой механической прочность, имеют низкое поглощение рентгеновского излучения и оптически прозрачны. Был предложен способ формирования тонких, с идеальной рабочей поверхностью бездефектных полимерных пленок, выполняющих функцию несущей мембраны рентгеношаблона. Согласно описаниям в вышеприведенных работах [1-3], пленки формируют непосредственно в процессе изготовления рентгеношаблона, для чего на подложку из стекла, сапфира, кварца или другого материала, способного выдержать температуру 400°С и имеющего гладкую, отполированную поверхность, наносят тонкий слой полимера и производят полимеризацию. Затем поверх этого слоя наносят (напыляют) рентгенопоглощающий слой «тяжелого» металла, в котором литографическим способом с последующим травлением создают топологический рентгенопоглощающий рисунок. Спецификой данного процесса является тот факт, что полимерная мембрана находится в контакте с подложкой в течение всего времени формирования рентгенопоглощающего рисунка и лишь после его создания подложка стравливается, а мембрана остается прикрепленной к опорному кольцу. Опорное кольцо из стали, алюминия или другого материала прикрепляется к мембране перед стравливанием подложки [1], или перед отделением мембраны от подложки [2], или опорное кольцо изготавливается из самого материала подложки [3].As an analogue, a method of manufacturing an X-ray template with a polymer membrane [described in: [1] Flanders D.C., Smith H.I. Polyimide membrane X-ray lithography masks fabrication and distortion measurements // J. Vac. Sci. Technol., 1978, V. 15, No. 3, P. 995; [2] Feder R., Romankiw L.T., Spiller E., Topalian J.C. Polyimide substrates for X-ray lithography // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, No. 11B; [3] Grispell P.I., Garbarino P.L., Zielinski L.B. Polyimide process for fabrication X-ray marks // IBM Technical Disc. Bull., 1978, v. 20, No. 10]. The mechanical strength of many polymer films is such that, in particular, from Mylar, it is possible to produce a supporting membrane of an X-ray template with a thickness of about 1 μm. X-ray templates with such membranes, having a sufficiently high mechanical strength, have low x-ray absorption and are optically transparent. A method has been proposed for the formation of thin, with an ideal working surface, defect-free polymer films that perform the function of the supporting membrane of the X-ray template. According to the descriptions in the above papers [1-3], films are formed directly during the manufacturing of an X-ray template, for which a thin layer of polymer is applied to a substrate of glass, sapphire, quartz or other material capable of withstanding temperatures of 400 ° C and having a smooth, polished surface and produce polymerization. Then, an X-ray absorbing layer of a “heavy” metal is applied (sprayed) over this layer, in which a topological X-ray absorption pattern is created by lithographic method with subsequent etching. A specificity of this process is the fact that the polymer membrane is in contact with the substrate during the entire formation of the X-ray absorbing pattern and only after its creation the substrate is etched and the membrane remains attached to the support ring. The support ring of steel, aluminum or other material is attached to the membrane before etching the substrate [1], or before separating the membrane from the substrate [2], or the support ring is made of the substrate material [3].
Таким образом, последовательность основных операций, характеризующих способ изготовления, может быть, согласно работе [1], записана следующим образом:Thus, the sequence of basic operations characterizing the manufacturing method can be, according to [1], written as follows:
1) наносят на поверхность подложки тонкий слой полимера и формируют полиимидную пленку, толщиной ~ 1 мкм;1) a thin layer of polymer is applied to the surface of the substrate and a polyimide film is formed with a thickness of ~ 1 μm;
2) формируют известным литографическим способом на поверхности полиимидной пленки рентгенопоглощающий рисунок из золота, толщиной 0,03÷0,5 мкм;2) form a known lithographic method on the surface of the polyimide film x-ray pattern of gold, a thickness of 0.03 ÷ 0.5 microns;
3) изготавливают опорное кольцо и приклеивают его к полиимидной пленке;3) make a support ring and stick it to the polyimide film;
4) удаляют (стравливают) подложку;4) remove (bleed) the substrate;
На фиг. 1 схематично изображена конструкция рентгеношаблона, изготавливаемого способом-аналогом, где к опорному кольцу 1, прикреплена играющая роль несущей мембраны полимерная (полиимидная) пленка 2, на поверхности которой сформированы элементы 3 рентгенопоглощающего рисунка.In FIG. 1 schematically shows the design of an x-ray template manufactured by the analogous method, where a polymer (polyimide)
К недостаткам шаблонов данной конструкции можно отнести следующие моменты:The disadvantages of the templates of this design include the following points:
- крепления опорного кольца к мембране вносит в нее дополнительные напряжения, что может привести к некоторым геометрическим деформациям топологического рисунка, поэтому операция крепления кольца должна проводиться очень аккуратно и тщательно;- fastening the support ring to the membrane introduces additional stresses into it, which can lead to some geometric deformations of the topological pattern, therefore, the ring fastening operation must be carried out very carefully and carefully;
- полимерные пленки взаимодействуют с атмосферной влагой и меняют свои физические свойства в зависимости от степени влажности окружающей среды, поэтому их эксплуатация и хранение должны проводиться в стабильных по данному параметру условиях;- polymer films interact with atmospheric moisture and change their physical properties depending on the degree of humidity of the environment, so their operation and storage should be carried out under conditions stable for this parameter;
- в полимерных пленках под действием рентгеновского излучения происходят многочисленные акты «разрывов» и «сшивки» высокоатомных молекулярных цепей, в результате чего свойства полимерной несущей мембраны изменяются в процессе эксплуатации рентгеношаблона, т.е. имеет место процесс деградации мембраны и связанные с ним геометрические искажения рентгенопоглощающего топологического рисунка шаблона.- in polymer films under the action of x-ray radiation, numerous acts of “breaks” and “cross-linking” of highly atomic molecular chains occur, as a result of which the properties of the polymer carrier membrane change during operation of the x-ray template, i.e. there is a process of membrane degradation and the associated geometric distortions of the x-ray absorbing topological pattern of the template.
В качестве прототипа выбран способ изготовления кремниевых рентгенолитографических шаблонов [описанный в работах: [4] Артамонова Л.Д., Глускин Е.С., Красноперова А.А., Кулипанов Г.Н., Назьмов В.П., Пиндюрин В.Ф., Скринский А.Н., Черков Г.А., Чесноков В.В., Шелюхин Ю.Г. Эксперименты по рентгеновской литографии с использованием синхротронного излучения накопителя ВЭПП-2М // В сб. докладов: Всесоюзное совещание по использованию синхротронного излучения СИ-82. Новосибирск, 1982, С. 260-277 и [5] 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 гг. Ин-т ядерной физики им. Будкера СО РАН // Новосибирск, 1993, С. 229-231], рентгенопоглощающий топологический рисунок которых сформирован на несущей мембране, представляющей собой тонкую (толщиной ~ 2 мкм) пленку легированного бором кремния.As a prototype, a method for manufacturing silicon X-ray lithographic templates [described in: [4] Artamonova LD, Gluskin ES, Krasnoperova AA, Kulipanov GN, Nazmov VP, Pindyurin V. F., Skrinsky A.N., Cherkov G.A., Chesnokov V.V., Shelyukhin Yu.G. X-ray lithography experiments using synchrotron radiation from a VEPP-2M storage ring // In Sb. of reports: All-Union meeting on the use of synchrotron radiation SI-82. Novosibirsk, 1982, S. 260-277 and [5] Artamonova L. D., Gavryushkina N. I., Gashtold V. N., Gluzdakova G. V., Deis G. A., Domakhina AM, Kolomeets A. N. ., Kolomeets T.M., Prokopenko VS, 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, S. 229-231], the X-ray absorbing topological pattern of which is formed on a supporting membrane, which is a thin (~ 2 μm thick) film doped with silicon boron.
На фиг. 2 приведено схематическое изображение кремниевого рентгенолитографического шаблона. Суть технологии его изготовления, в общих чертах, сводится к следующим основным операциям. Кремниевую подложку с обеих сторон легируют методом термической диффузии бором (объемная концентрация примеси бора ~1019÷1020 см-3) на глубину ~ 2 мкм, в результате чего на рабочей поверхности образуется легированный слой, который в последующем будет выполнять роль несущей мембраны 4 рентгенолитографического шаблона. Затем на рабочую поверхность напыляют металлические адгезивные подслои титана и никеля толщиной несколько сотен ангстрем (на схеме не отражены), а поверх них формируют резистивную маску, в окнах которой методом электролиза выращивают топологический рентгенопоглощающий рисунок 3 из золота. На последних этапах удаляют резистивную маску и центральную часть подложки, путем жидкостного селективного травления подложки с ее тыльной стороны, формируя в ней рентгенопрозрачное окно и соответственно опорное кольцо 5.In FIG. 2 is a schematic representation of a silicon X-ray lithography template. The essence of the technology of its manufacture, in general terms, boils down to the following basic operations. The silicon substrate is doped on both sides by thermal diffusion by boron (the volume concentration of boron impurities is ~ 10 19 ÷ 10 20 cm -3 ) to a depth of ~ 2 μm, as a result of which a doped layer forms on the working surface, which subsequently will play the role of a supporting
Вышеизложенный способ изготовления рентгеношаблона содержит следующие основные операции:The above method of manufacturing an x-ray template contains the following basic operations:
1) предварительно формируют границы кремниевой несущей мембраны, путем создания стоп-слоя для селективного травления, что достигается путем термического легирования кремниевой пластины с обеих сторон бором на глубину ~ 2 мкм;1) preliminarily form the boundaries of the silicon carrier membrane by creating a stop layer for selective etching, which is achieved by thermal doping of the silicon wafer on both sides with boron to a depth of ~ 2 μm;
2) наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины адгезивные электропроводящие подслои титана (Ti) и никеля (Ni);2) apply adhesive electrically conductive sublayers of titanium (Ti) and nickel (Ni) to the working surface of the silicon wafer;
3) формируют любым известным литографическим способом на рабочей поверхности кремниевой пластины резистивную маску;3) form a resistive mask by any known lithographic method on the working surface of the silicon wafer;
4) проводят гальваническое осаждение золотого маскирующего слоя (рентгенопоглощающего рисунка) через окна в резистивной маске;4) conduct a galvanic deposition of a gold masking layer (X-ray absorption pattern) through windows in a resistive mask;
5) удаляют остатки резистивной маски;5) remove the remnants of the resistive mask;
6) наносят защитные слои (полностью на рабочую поверхность пластины и в виде кольца на ее тыльную поверхность) для последующего селективного жидкостного травления кремния;6) apply protective layers (completely on the working surface of the plate and in the form of a ring on its back surface) for subsequent selective liquid etching of silicon;
7) формируют несущую мембрану, путем удаления центральной части кремниевой пластины селективным жидкостным травлением с тыльной стороны до стоп-слоя;7) form the supporting membrane by removing the central part of the silicon wafer by selective liquid etching from the back to the stop layer;
8) удаляют защитные слои с кремниевой пластины.8) remove the protective layers from the silicon wafer.
Основными достоинствами кремниевых шаблонов являются высокая химическая и радиационная стойкость несущей мембраны, ее высокая рентгенопрозрачность, а также универсальность технологии их изготовления, поскольку она в основном содержит хорошо известные процессы, используемые в полупроводниковом производстве. Их недостатками являлись высокая себестоимость, хрупкость несущей мембраны и также сложность многооперационной технология изготовления. В частности, несущую мембрану формируют на одном из последних этапов изготовления рентгеношаблона путем удаления центральной части пластины посредством жидкостного селективного травления с тыльной стороны до стоп-слоя, что требует создания нескольких защитных слоев (для топологического рисунка, расположенного на рабочей поверхности шаблона, а также в виде кольца на тыльной стороне пластины) и последующего их удаления после формирования несущей мембраны. Это существенно усложняет технологию изготовления шаблона, увеличивает его себестоимость и нередко приводит к необратимым изменениям (порывам) несущей мембраны, вследствие ее сравнительно малой прочности.The main advantages of silicon patterns are the high chemical and radiation resistance of the supporting membrane, its high X-ray transparency, and the versatility of their manufacturing technology, since it mainly contains well-known processes used in semiconductor manufacturing. Their disadvantages were the high cost, fragility of the supporting membrane and also the complexity of multioperational manufacturing technology. In particular, the supporting membrane is formed at one of the last stages of the manufacture of the X-ray template by removing the central part of the plate by liquid selective etching from the back to the stop layer, which requires the creation of several protective layers (for the topological pattern located on the working surface of the template, as well as ring on the back of the plate) and their subsequent removal after the formation of the supporting membrane. This significantly complicates the manufacturing technology of the template, increases its cost and often leads to irreversible changes (gusts) of the supporting membrane, due to its relatively low strength.
Предлагаемый способ существенно упрощает технологию изготовления рентгеношаблона, снижая его себестоимость, позволяет увеличить прочность несущей мембраны, а также обеспечивает возможность формирования многослойных несущих мембран путем комбинации слоев различных материалов разной толщины.The proposed method greatly simplifies the manufacturing technology of the x-ray template, reducing its cost, allows you to increase the strength of the supporting membrane, and also provides the ability to form multilayer supporting membranes by combining layers of different materials of different thicknesses.
Данный способ содержит следующие основные операции:This method contains the following basic operations:
1) наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины посредством магнетронного напыления слои несущей мембраны из сравнительно легких металлов: алюминия (Al), титана (Ti), допустимо напыление таких металлов, как бериллий (Be), скандий (Sc), ванадий (V) и др.;1) apply layers of a comparative membrane of relatively light metals: aluminum (Al), titanium (Ti) to the working surface of the silicon wafer by magnetron sputtering, sputtering of metals such as beryllium (Be), scandium (Sc), vanadium (V) and others;
2) наносят на рабочую поверхность кремниевой пластины посредством магнетронного напыления адгезивный электропроводящий подслой никеля (Ni);2) an adhesive electrically conductive nickel (Ni) sublayer is applied to the working surface of the silicon wafer by magnetron sputtering;
3) формируют известным литографическим способом на рабочей поверхности кремниевой пластины резистивную маску;3) form a known lithographic method on the working surface of the silicon wafer resistive mask;
4) проводят гальваническое осаждение золотого рентгенопоглощающего рисунка через резистивную маску (через окна в резистивной маске);4) conduct a galvanic deposition of a gold X-ray absorption pattern through a resistive mask (through windows in a resistive mask);
5) удаляют остатки резистивной маски,5) remove the remnants of the resistive mask,
6) формируют несущую мембрану, путем удаления центральной части кремниевой пластины посредством плазмохимического травления с тыльной. Травление может осуществляться в двух вариантах: а) как до стоп-слоя, в качестве которого выступает слой алюминия, б) так и на определенную заранее заданную глубину кремния.6) form a supporting membrane by removing the central part of the silicon wafer by plasma-chemical etching from the back. Etching can be carried out in two versions: a) both to the stop layer, which is an aluminum layer, b) and to a certain predetermined silicon depth.
Далее описан пример конкретного исполнения рентгеношаблона в двух вариантах, где в качестве исходной заготовки использовалась кремниевая пластина (ориентацией (100), ∅76 мм). Была проведена следующая последовательность операций:The following describes an example of a specific design of the X-ray template in two versions, where a silicon wafer (orientation (100), ∅76 mm) was used as the initial blank. The following sequence of operations was carried out:
1. Последовательное магнетронное напыление на рабочую поверхность Si пластин слоев: Al (толщиной ~5 мкм), Ti (~1 мкм) и Ni (~0,02 мкм). Напыление Ti производилось с подачей на пластины постоянного отрицательного напряжения -100 В для снижения внутренних напряжений титанового слоя, как это рекомендовано в работе [W. Ehrfeld, W. Glashauser, D. Muenchmeyer at al. // Microelect. Eng., 5(1-4), 1986, P. 463].1. Successive magnetron sputtering on the working surface of Si wafer layers: Al (~ 5 μm thick), Ti (~ 1 μm) and Ni (~ 0.02 μm). Ti was sprayed with a constant negative voltage of -100 V applied to the plates to reduce the internal stresses of the titanium layer, as recommended in [W. Ehrfeld, W. Glashauser, D. Muenchmeyer at al. // Microelect. Eng., 5 (1-4), 1986, P. 463].
2. Формирование посредством контактной фотолитографии при помощи установки совмещения и экспонирования ЭМ-5006 (в режиме вакуумный контакт) резистивной маски из позитивного резиста SPR220-7.0, толщиной ~14 мкм.2. Formation by means of contact photolithography using an EM-5006 alignment and exposure unit (in vacuum contact mode) a resistive mask of a positive resist SPR220-7.0 with a thickness of ~ 14 μm.
3. Гальваническое осаждение золота, толщиной ~12 мкм, на рабочую поверхность пластины через резистивную маску.3. Galvanic deposition of gold, ~ 12 μm thick, on the working surface of the plate through a resistive mask.
4. Жидкостное удаление резистивной маски.4. Liquid removal of the resistive mask.
5. Формирование рентгенопрозрачных окон, путем удаления участка (или нескольких участков) кремниевой пластины в центральной ее части методом плазмохимического травления с тыльной стороны: а) полное удаление до алюминиевого стоп-слоя (Фиг. 3); б) остановка травления в непосредственной близости от стоп-слоя, в результате чего остается слой кремния заранее определенной толщины, например, ~1 мкм (Фиг. 4).5. The formation of x-ray transparent windows, by removing a portion (or several sections) of the silicon wafer in its central part by plasma-chemical etching from the back: a) complete removal to the aluminum stop layer (Fig. 3); b) stopping the etching in the immediate vicinity of the stop layer, as a result of which a silicon layer remains of a predetermined thickness, for example, ~ 1 μm (Fig. 4).
Форма рентгенопрозрачных окон задавалась специально изготовленным трафаретом (через него производилось травление, см. Фиг. 5): в первом случае трафарет содержал 4 окна диаметром 17 мм, а во втором - одно окно в виде квадрата 40×40 мм2 со скругленными углами. Материалом для трафарета может служить дюралюминий, нержавеющая сталь и иные материалы, скорость плазмохимического травления которых в нижеописанной плазме по сравнению со скоростью травления кремния незначительна (меньше в 10 и более раз).The shape of the X-ray transparent windows was set by a specially made stencil (etching was performed through it, see Fig. 5): in the first case, the stencil contained 4 windows with a diameter of 17 mm, and in the second one window in the form of a square 40 × 40 mm 2 with rounded corners. The material for the stencil can be duralumin, stainless steel, and other materials, the plasma-chemical etching rate of which in the plasma described below is insignificant compared to the etching rate of silicon (less than 10 times or more).
Операция плазмохимического травления кремния производилась на установке Plas-malab 80 Plus (см. Фиг. 5) с источником индуктивно-связанной плазмы (ICP) в циклическом режиме, путем многократного (~175 раз) повторения двух стадий: травление - 48 сек и охлаждение - 2 мин. Травление осуществлялось при следующих параметрах: давление р=30 mTorr; скорости подачи газов: SF6 - 50 см3/мин, Ar - 5 см3/мин; подводимые мощности: RF=70 Вт, ICP=500 Вт. Отвод тепла от образца (т.е. его охлаждение) происходило двумя путями: через теплоотвод к охлаждаемому столику (поскольку образец имеет механический контакт со столиком) и через процессы теплопереноса в среде газа аргона (на стадии охлаждения поток активных газов перекрывается и существенно (в 10 раз) увеличивается поток аргона до 50 см3/мин). Температура столика контролировали соответствующим датчиком, при этом исходная температура старта цикла была ~ Т=5°С (поскольку во время травления к образцу подводится мощность ~ 570 Вт, то образец греется и соответственно поднимается температура столика, которая затем снижается на стадии охлаждения до ~ Т=5°С).The operation of plasma-chemical etching of silicon was performed on a Plas-malab 80 Plus installation (see Fig. 5) with a source of inductively coupled plasma (ICP) in a cyclic mode by repeated (~ 175 times) repetition of two stages: etching - 48 sec and cooling - 2 minutes. Etching was carried out with the following parameters: pressure p = 30 mTorr; gas feed rates: SF 6 - 50 cm 3 / min, Ar - 5 cm 3 / min; input powers: RF = 70 W, ICP = 500 W. Heat was removed from the sample (i.e., it was cooled) in two ways: through the heat sink to the cooled stage (since the sample has mechanical contact with the stage) and through heat transfer processes in the argon gas medium (at the cooling stage, the flow of active gases is blocked and substantially (in 10 times) increases the flow of argon to 50 cm 3 / min). The temperature of the stage was controlled by the corresponding sensor, while the initial temperature of the start of the cycle was ~ T = 5 ° C (since ~ 570 W was applied to the sample during etching, the sample heats up and, accordingly, the temperature of the stage rises, which then decreases to ~ T during the cooling stage) = 5 ° C).
Скорость травления кремния (т.е. толщина слоя, удаляемого за один цикл) ~ 2 мкм/цикл. Поскольку исходная толщина пластины и скорость травления пластины известны, а процесс может быть оставлен (ориентируясь на расчеты) в любой момент, то это позволяет получать заданную толщину несущей мембраны шаблона без стоп-слоя с точностью ±0,1 мкм. Установка, на которой производилась отработка режимов формирования несущей мембраны рентгеношаблона, не была оснащена интерферометрическим датчиком, позволяющим отслеживать процесс травления в режиме «in-situ», но такая опция для данного типа установок существует и в этом случае процесс может контролироваться по показаниям такого датчика. В итоге были получены два образца шаблонов различающиеся количеством слоев несущей мембраны и формами рентгенопрозрачных окон. Следует отметить, что при формировании таким способом окон величина подтрава не имела для нас принципиального значения, но она не превышала толщины кремниевой пластины, т.е. была не более 0,35 мм. Однако, в случае если стоит задача формирования окон с точными габаритными размерами, то необходимо перейти с плазмохимического травления на ионно-лучевое и формировать защитную алюминиевую маску (выполняющую роль трафарета) литографическим способом непосредственно на тыльной стороне кремниевой пластины. Таким образом, допустимо формирование любым литографическим способом защитной маски из алюминия на тыльной стороне кремниевой подложки для проведения плазмохимического травления (толщина маски ~ 1 мкм обеспечит травление кремниевой пластины на глубину ~ 500 мкм).The etching rate of silicon (i.e., the thickness of the layer removed in one cycle) is ~ 2 μm / cycle. Since the initial plate thickness and the etching rate of the plate are known, and the process can be left (focusing on calculations) at any time, this allows one to obtain a given thickness of the template supporting membrane without a stop layer with an accuracy of ± 0.1 μm. The installation at which the modes of forming the X-ray carrier membrane were tested was not equipped with an interferometric sensor that allows tracking the etching process in the in-situ mode, but such an option exists for this type of installation and in this case the process can be controlled by the readings of such a sensor. As a result, two sample patterns were obtained that differ in the number of layers of the supporting membrane and the forms of X-ray transparent windows. It should be noted that during the formation of windows in this way, the size of the ghost did not matter to us, but it did not exceed the thickness of the silicon wafer, i.e. was not more than 0.35 mm. However, in case the task is to form windows with exact overall dimensions, it is necessary to switch from plasma-chemical etching to ion-beam etching and form a protective aluminum mask (acting as a stencil) by lithographic method directly on the back side of the silicon wafer. Thus, it is permissible to use any lithographic method to form a protective mask made of aluminum on the back side of the silicon substrate for plasma-chemical etching (a mask thickness of ~ 1 μm will ensure etching of the silicon wafer to a depth of ~ 500 μm).
На фигуре 1 схематично изображена конструкция рентгеношаблона, изготавливаемого способом-аналогом, где к опорному кольцу 1, прикреплена играющая роль несущей мембраны полимерная (полиимидная) пленка 2, на поверхности которой сформированы элементы 3 рентгенопоглощающего рисунка.The figure 1 schematically shows the design of the x-ray template manufactured by the analogous method, where a polymer (polyimide)
На фигуре 2 приведено схематическое изображение кремниевого рентгеношаблона, изготавливаемого способом-прототипом, где топологический рентгенопоглощающий рисунок из золота 3, расположен на поверхности несущей мембраны в виде пленки легированного бором кремния 4, крепящейся своими краями к опорному кольцу 5, выполненному из кремниевой пластины путем удаления центральной ее части на одном из последних этапов изготовления шаблона.The figure 2 shows a schematic representation of a silicon x-ray template manufactured by the prototype method, where the topological x-ray pattern of
На фигуре 3 приведено схематическое изображение рентгеношаблона, изготавливаемого заявляемым способом, где топологический рентгенопоглощающий рисунок из золота 3, расположен на поверхности многослойной несущей мембраны, крепящейся своими краями к опорному кольцу 5. Несущая мембрана содержит напыленные слои алюминия 6 и титана 7. Центральной часть кремниевой пластины удалена на последнем этапе изготовления шаблона путем ее плазменного травления с тыльной стороны.The figure 3 shows a schematic representation of an x-ray template made by the claimed method, where a topological x-ray pattern of
На фигуре 4 приведено схематическое изображение рентгеношаблона, изготавливаемого заявляемым способом, где топологический рентгенопоглощающий рисунок из золота 3, расположен на поверхности многослойной несущей мембраны, крепящейся своими краями к опорному кольцу 5. Несущая мембрана содержит напыленные слои алюминия 6 и титана 7. На последнем этапе изготовления шаблона путем плазменного травления кремниевой пластины с тыльной стороны частично удалена ее центральной часть и оставлен тонкий слой кремния 8.The figure 4 shows a schematic representation of an x-ray template made by the claimed method, where a topological x-ray pattern of
На фигуре 5 приведена схема, иллюстрирующая процесс формирования рентгенопрозрачных окон посредством плазмохимического травления, где кремниевая пластина - 9 с напыленными слоями - 7, 8 и сформированной из золота рентгенопоглощающей топологией - 3 располагается на охлаждаемом столике - 10 в посадочном месте дюралюминиевого трафарета - 11 и подвергается воздействию потока ионов 12 с ее тыльной стороны.Figure 5 is a diagram illustrating the process of forming X-ray transparent windows by plasma-chemical etching, where a silicon wafer - 9 with sprayed layers - 7, 8 and a X-ray absorbing topology - 3 formed of gold is located on a cooled table - 10 in the seat of the duralumin stencil - 11 and exposed the influence of the
Следует отметить, что в случае проведения экспонирования пучком синхротронного излучения (СИ) через рентгеношаблон любой конструкции его температура повышается, так как часть энергии пучка поглощается непосредственно в нем. Повышение температуры несущей мембраны, если она состоит из двух слоев разных материалов, приведет к ее прогибу (изгибу), в следствии различия коэффициентов литейного теплового расширения (эффект биметаллической пластинки, далее биметаллический эффект) материалов слоев, составляющих многослойную несущую мембрану. Величина прогиба, главным образом, будет зависеть от величины изменения температуры несущей мембраны и от разницы величин коэффициентов литейного теплового расширения материалов слоев, из которых состоит мембрана. Величину прогиба можно существенно уменьшить путем формирования многослойной несущей мембраны, состоящей из трех слоев (см. Фиг. 4), где в середине находится слой с максимальным коэффициентом литейного теплового расширения, как в описанном примере конкретного исполнения. Например, можно напылить на подложку сначала слой титана толщиной 0,5 мкм, затем слой алюминия толщиной 3 мкм, а в конце опять слой титана толщиной 0,6 мкм, в результате чего слои титана будут взаимно компенсировать вызванное тепловым расширением влияние друг друга. Толщины слоев могут быть рассчитаны, исходя из спектра и плотности мощности применяемого для экспонирования пучка СИ. Установка напыления с двумя магнетронами позволяет напылить многослойную структуру с любым количеством чередующихся слоев произвольной толщины и тем самым минимизировать биметаллический эффект.It should be noted that in the case of exposure to a beam of synchrotron radiation (SI) through an x-ray template of any design, its temperature rises, since part of the beam energy is absorbed directly in it. An increase in the temperature of the supporting membrane, if it consists of two layers of different materials, will lead to its deflection (bending), due to the difference in the casting thermal expansion coefficients (the effect of the bimetallic plate, hereinafter the bimetallic effect) of the materials of the layers that make up the multilayer supporting membrane. The magnitude of the deflection will mainly depend on the magnitude of the change in temperature of the carrier membrane and on the difference in the values of the casting coefficient of thermal expansion of the materials of the layers of which the membrane consists. The magnitude of the deflection can be significantly reduced by the formation of a multilayer carrier membrane consisting of three layers (see Fig. 4), where in the middle there is a layer with a maximum coefficient of casting thermal expansion, as in the described example of a specific embodiment. For example, it is possible to spray a titanium layer 0.5 μm thick first, then an
Кроме того, компенсация биметаллического эффекта может быть достигнута и путем оставления тонкого слоя кремния при травлении подложки. Если описать более подробно этот случай, то в середине находится слой алюминия (Al, с коэффициентом литейного теплового расширения, равным ~ 23⋅10-6 град-1) толщиной (~5 мкм), а по краям слои, толщиной ~1 мкм, кремния (Si) и титана (Ti), с коэффициентами литейного теплового расширения, равными ~ 2,3⋅10-6 град-1 и 8⋅10-6 град-1, соответственно. В результате, при проведении экспонирования через данный рентгеношаблон, мы имеем ситуацию, когда первым по ходу распространения пучка СИ, а соответственно и более нагреваемым им является слой кремния с минимальным коэффициентом литейного теплового расширения, в середине находится слой алюминия с максимальным коэффициентом литейного теплового расширения, и последним слоем является титан с промежуточным по сравнению с двумя другими слоями коэффициентом литейного теплового расширения. В данной ситуации слои кремния и титана в плане тепловых расширений частично взаимно компенсируют влияние друг друга, что приводит к уменьшению величины прогиба несущей мембраны рентгеношаблона, а следовательно, минимизирует деформации реплицируемого рентгенолитографией топологического рисунка.In addition, compensation for the bimetallic effect can be achieved by leaving a thin layer of silicon during etching of the substrate. If we describe this case in more detail, then in the middle is a layer of aluminum (Al, with a casting coefficient of thermal expansion equal to ~ 23⋅10 -6 deg -1 ) with a thickness (~ 5 μm), and at the edges layers with a thickness of ~ 1 μm, silicon (Si) and titanium (Ti), with foundry thermal expansion coefficients equal to ~ 2.3⋅10 -6 deg -1 and 8⋅10 -6 deg -1 , respectively. As a result, when conducting exposure through this X-ray pattern, we have a situation when the first in the direction of propagation of the SR beam and, accordingly, the more heated it is a silicon layer with a minimum casting thermal expansion coefficient, in the middle is an aluminum layer with a maximum casting thermal expansion coefficient, and the last layer is titanium with an intermediate casting thermal expansion coefficient compared to the other two layers. In this situation, the layers of silicon and titanium in terms of thermal expansions partially cancel each other out, which leads to a decrease in the deflection of the supporting membrane of the X-ray template, and therefore, minimizes the deformation of the topological pattern replicated by X-ray lithography.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105045A RU2704673C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method of making x-ray lithographic pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105045A RU2704673C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method of making x-ray lithographic pattern |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2704673C1 true RU2704673C1 (en) | 2019-10-30 |
Family
ID=68500635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019105045A RU2704673C1 (en) | 2019-02-22 | 2019-02-22 | Method of making x-ray lithographic pattern |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2704673C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759387C1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) | Method for producing a self-supporting x-ray mask |
| 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 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4634643A (en) * | 1984-04-18 | 1987-01-06 | Nec | X-ray mask and method of manufacturing the same |
| US5096791A (en) * | 1988-12-30 | 1992-03-17 | Technion Research And Development Foundation, Ltd. | Method for preparation of mask for x-ray lithography |
| US20020021781A1 (en) * | 1996-05-17 | 2002-02-21 | Keiko Chiba | X-ray mask, and exposure method and apparatus using the same |
| JP2006163177A (en) * | 2004-12-09 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | X-ray mask and method for manufacturing the same |
| RU2469369C2 (en) * | 2010-07-28 | 2012-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | X-ray lithographic template and method for production thereof |
| RU2546989C2 (en) * | 2013-08-01 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | X-ray mask and method of its fabrication |
-
2019
- 2019-02-22 RU RU2019105045A patent/RU2704673C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4634643A (en) * | 1984-04-18 | 1987-01-06 | Nec | X-ray mask and method of manufacturing the same |
| US5096791A (en) * | 1988-12-30 | 1992-03-17 | Technion Research And Development Foundation, Ltd. | Method for preparation of mask for x-ray lithography |
| US20020021781A1 (en) * | 1996-05-17 | 2002-02-21 | Keiko Chiba | X-ray mask, and exposure method and apparatus using the same |
| JP2006163177A (en) * | 2004-12-09 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | X-ray mask and method for manufacturing the same |
| RU2469369C2 (en) * | 2010-07-28 | 2012-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | X-ray lithographic template and method for production thereof |
| RU2546989C2 (en) * | 2013-08-01 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ СО РАН) | X-ray mask and method of its fabrication |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Артамонова Л.Д. и др. Эксперименты по рентгеновской литографии с использованием синхротронного излучения накопителя ВЭПП-2М // В сб. докладов: Всесоюзное совещание по использованию синхротронного излучения СИ-82. Новосибирск, 1982, с. 260-277. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2759387C1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук (ИЯФ СО РАН) | Method for producing a self-supporting x-ray mask |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2704673C1 (en) | Method of making x-ray lithographic pattern | |
| KR20130074066A (en) | Euv pellicle and manufacturing method of the same | |
| JPH08190190A (en) | Mask having low-stress multilayered film and process for controlling stress of multilayered film | |
| Schattenburg et al. | Fabrication of high-energy x-ray transmission gratings for the Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF) | |
| US20160349610A1 (en) | Pellicle assembly and fabrication methods thereof | |
| JP4930964B2 (en) | Method for manufacturing phase shift mask blank and method for manufacturing phase shift mask | |
| RU2488910C1 (en) | X-ray template and method for its manufacturing | |
| RU2716858C1 (en) | Method of making a silicon x-ray image | |
| RU2469369C2 (en) | X-ray lithographic template and method for production thereof | |
| JP2001109129A (en) | PHASE SHIFT MASK USING CrAlON AS PHASE SHIFT MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME | |
| JP2001100395A (en) | Mask for exposure and method for manufacturing the same | |
| US7867403B2 (en) | Temperature control method for photolithographic substrate | |
| EP0119310B1 (en) | Method of fabricating a pellicle cover for projection printing system | |
| JP5343378B2 (en) | Stencil mask and manufacturing method thereof | |
| KR102008057B1 (en) | Method for manufacturing pellicle | |
| RU2350996C1 (en) | Method for manufacture of litographic mask for liga-technology | |
| RU2546989C2 (en) | X-ray mask and method of its fabrication | |
| Louis et al. | High reflectance multilayers for EUVL HVM-projection optics | |
| JP3833274B2 (en) | X-ray mask manufacturing method | |
| Visser et al. | A new silicon nitride mask technology for synchrotron radiation X-ray lithography: First results | |
| JPH0684764A (en) | Manufacture of x-ray mask and instrument for measuring stress of x-ray mask | |
| JPH0430737B2 (en) | ||
| RU2339067C1 (en) | X-ray lithographic template and method for its production | |
| US20240203797A1 (en) | Three-dimensional multiple location compressing bonded arm-poisedon 4 and poisedon 5 advanced integration | |
| JPH0745499A (en) | Reflective mask |