Свободная маска для напыления пленочных элементов и способ ее изготовления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН За), С 2 С 13/02; Н 05 К 3/1 СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРО ккер 1 ЛЕНИЯЕЕ ИЗ напыле ержаща тину с сполож ем, о т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП(56) 1. Патент СНА Иф 3342706кл. 204-11, 1976.2, Патент США У 3573012,кл, 156-3, 1977 (прототип).(54) СВОБОдндя ИАСКА дЛЯ НдППЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СПОСОБГОТОВЛЕНИЯ(57) 1. Свободная маска для, ния пленочных элементов, содбазовую диэлектрическую плассквозными отверстиями и с раным на ней металлическим сло л и ц а ю щ а я с я тем, цто, с целью повышения технологичности и улучшения эксплуатационных характеристик маски, базовая пластина выполнена из сухого пленочного фоторезиста, а металлицеский слой выполнен из ферромагнитного материала.2. Способ изготовления свободной маски по и. 1, внлючающий формирование о; верстий в базовой пластине и нанесение на поверхность базовой пластины металлического слоя, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что отверстия Формируют путем экспонирования базовой пластины через фотошаблвн и проявления, а перед нанесением Я металлицеского слоя проводят термообработку базовой пластины при 200-300 С в течение 15-30 мин и бомбардировку ионами в тлеющем разряде.гзсбре ени(-; относится к ми.розле(тро 1 ке и может быть использовано при из 1 отовлении интегральнцх схем и ; и р ид 1 ь 1 х и 11 т е г ра л ь н ц х м и .Г) О с Об О РОКИзвестна свободная маска и способ ее изготовления, Маска состоит из ме таллической рамки, к которой 1 рлсоединена тонкая металлческая гласти .1 г на. ц Огненнав из Гого же металла, -,; Г) И с. СОДЕР)а 1 БЯ СКВСЗНЦЕ"г.н"4 ИГура 1 ИЯ КОтОрЬГХ СООБГ С; 1 О.,ф 111 ура 14 И (1 ГГ)МГуЕМЬХ :.Егея;.ас:; ПЛЕ 1-1 ОЧНЦХ 3 Р 48 ТС)Б1 Д,сНв 1 СТВ: (с)МИ ТБКОИ Маг Ю 4 51 Г 5 ЮТ Я1ВЦС.:,(с.1 Т РУДО.;МКОСТ Ь 513 Г (ГГОБЛЕНИЯ И 1.",Зкс)в НадеЖНОСТ 11 БВИД малой 4 еха н 4 ескОЙ и Рочности тОнкОЙ метс.лличес кой пластнц а также наруение конфИГУра,ИИ (1)ОВ 14 ИПуЕМЬГХ 18 рЕЗ МсСКу о п,пеноч 1 цх злементов Вследствие проБисанил мас 1(и Гри на 1-реве из-эа боль")О 4 ра з 111 цы температургцх коз(1)физио ГОВ Л 4 Н ЕЙНОГО РасИ;8 НИЯ МсСК:1 И ПОД" ПОККИ.г";г;( ОГ; згптов гения да 11-1 ои с 5(и; гИЗКК ЕХНИЧЕСК 1114 Г)ЕИЕНИс 1 глвгГРгтлн Ц Явг 1 ЯЕТСЯ 1 аска ДГЯ НВПЦЛ 81-ИЯ Гг 1( НОс 1 Ы)( ЗЛЕЕН-СБ И СГОСОО ЕЕ ИЗГО 1.В.1 ач 1 Я,45Мвск( состоит из ме ГБГл 14 чес(ой 14 пи керамлческой базовой Г 15 астинц Голциной 1 мкм, Б которой БЬГолнень сквоз Ныс: ОТБЕРС ИЯ И ТОНКОГО СЛОЯ НИКЕЛЯ , рисоединенного к поверхности пластины Г 1 осредством тонкой пленки з 03 ста, Слои 1 ил(Р 5 я 1 )1 иной 1 мм плена ЗОЛО Га СОДс Ожа Г ГРЕ и ЗИОгНЬ 8 СКОЗНЬ 18 отверст;:я конфигурадия которых соот- БСТСБУ 8 т Конф 4 УРсЦИИ ПЛЕНОЧНЬХ ЗЛЕ мен.ГОВ, Гричем упомянутые сквозные55 отверстия расположены над сквознымиотверстиями, Выполненными в базовои плас т ине 1Недстатками известнои маски513.,-ю; с 51 ее Высокая стоимость слож ность и Высокая тръдоемкость изготовлс 4 ия, а также сложность обеспечения г-ЛотНОГО КОНтаКта МаСКИ С ПОДЛОжКОй, так как топалова базовой пластинь1,50 мкмне обеспечивает требуемой ДЛЯ -ЛОтНОГО контаКта жЕСтКОСтИ 4 аСки 1 ри механлческом коеплении маски к подложке, а Величина упругой дефориасИИ баЗОБОЙ 1 ЛВСТИНЫ ИЗ МЕТБЛЛак" РМ И -РРПЯ-;тВУЕт П 5"ТНО 4 Уон 1-.1(т, маски к подложке Гри ВОЗдейств 1 и Вневнего магнитного поля, Недостатком мас Ол является также ее 5 зк=1адеж".ость Вследствие малой , ,ЕХ Н 1,СВСКОЙ ПООЧНО ТИ НависаЮсИХКрал 4 И ОтБЕрСтий баЗОВОй Глаетиу-.асгков тон(ого СЛОЯ НИкЕЛя, таК как Оазмерь отверст;4 й В базовом слое (.Г, Ь,Л", сЕ 4 ) ЗМРрЬ 1 ОТБЕрС тий В ТОНКОМг й 1 КсСг(сгб чз (товления таксй маски ВКГКЧВЕ Оса;1 Г 1.-.:"-:,:Е На ПОВЕрХНОСтЬ базовой г 5 астиьц лз металла или кератонкои пген(и золота и слоя никепя, нанесен:, на -оверхность слоя 1 КЕ Л).:,а 114 тгой ПЛЕНКИ. ггОБМИрвваН 48 На друг.ой ПОБЕПХНОСтИ баЗОВОЙ ПЛБСтИ.г 11 БКТНОЙ фотОРЕЗИСтИВНОЙ МаСКИ отдерст 1 я 4 Иконфигурация которыхтв(ет требуемой конфигурации г;Гвеп;т;.Й В базовой пластине, вцтравливание Открьтьх 5 частков базовойГяаст:нь ДО ПЛЕНКИ Золота УДаЛЕНИЕ а 111 "1 Р "Г)ЯГСБРГХНОС г ПОЯ НИПЯ и .аЕС. - ,1. . За 1 ИТНО О СлЯг -хос ь:;БЗОВОЙ пластины.(орми,.-Га 41.г: На ГСБЕРХНОСТ. СЛОЯ НИКЕЛЯ х - . - ,В,тнгй (ьторез 4 стиГноЙ маски,ГЯ 1 . -Ы -ТВРСг 4 й(О- ТР;1 -, (;,г:г У ОБДИИ РЗ 1 СРаМ Г.гЕНСЧ Ь) ЗЛЕМЕНтОВ, ВЫСтРаВ. ЛИВБ НИР 0 ГКРЬ 1" ЫХ-В СТ КСВ СЛОЯ НИК 8 - ) ГЕНКИ:-г)Г От а, УДа ПВНИЕ фОтОРЕзс С 14 с сг 1,ТНОГО СЛОЯ фНегос 1 атк=",и .:Звестного способаявл 5 отся высокая трудоемкость и сложность изготов 5;ения масок. Этот способгкаЛО ПРОИЗВОДИГЕЛЕН, таК КВКНЕ СО- ответствует ,"тегрально-групповой тех. :Олог;11 . Бьзцвает загрязнение окружа 1 сЦЕЙ СРЕД 1 ПРОДУКтаМИ тРавЛЕНИЯ. ИС" Г 1ль зование травл 8 ния для изготовле" -ия отверстий в базовом слое не аббес" лечив-ет высоко 4 точности отверстий 4 з-;а изотропности траьления используемого ма,сриала базовой пластинымета лГ;.а и пи керамики .3 1019елью изобретения является повышение технологичности и улучшение экеплуатационных характеристик маски.Поставленная цель достигается тем, что в свободной маскедля напыления5 пленочных элементов, содержащей базовую диэлектрическую пластину со сквозными отверстиями и с располооженным на ней металлическим слоем, базовая пластина выполнена из сухого пленоч- о ного Фоторезлста, а металлический слой выполнен из Ферромагнитного материала.А также тем, что согласно способу изготовления свободной маски для на 5 пыления пленочных элементов, включаю" щему Формирование отверстий в базовой пластине и нанесение на поверхность базовой пластины металлического слоя, отверстия Формируют путем экспониро 20 вания базовой пластины через Фотошаб" лон и проявления, а перед нанесением металлического слоя проводят термообработку базовой пластинпри 200- 300 С в течение 15-30 мин и бомбар 25 дировку ионам в тлеющем разряде.Такое выполнсние свободной маски обеспечивает ее высокуг технологичность, так как маску изготавливают на оборудовании, применяемом в производстве интегральных схем и гибридных интегральных микросборок с использованием технолс 1 гическ 1 х процессов интегрально-групповой обработки, причем операции термообработки, ионной бомбардировки и нанесения слоя Ферромагнитного материала выполняют в едином технологическом цикле, Жесткость базовой пластины из СПФ достаточна для сохраненя конФигурации Выполненньх В ней скВОзных отверстий 4 О а величина ос 1 аточных упр;нагих деФормаций незначительна и обеспечивает плотньй контакт маски с подложкой при взаимодействии тонкого металлического слояиз Ферромагнитного материала, сФормированного на поверхности базовой пластины с внешним магнитйым полем.На фиг. 1 представлен Фрагмент свободной маски, Вид сверху, на Фиг, 2 " сечение А-А на Фиг, 1; на Фиг, 3 - базовая пластина, расположенная между тонкой, прозрачной для ультраФиолетового света лавсаиновои пленкой и защитной полиэтиле новой пленкой; на Фиг. ч - базовые пластины из СПФ, соединенные с тоннкои лавсановой пленкой и содержа 017 4щие сквозные прецизионные отверстия; на фиг, 5 - базовые пластилиныиз СПФ с нанесенным металлическимслоем; на Фиг. 6 - свободная маска,выполненная предложенным способом,содержащая базовую пластину из СПФ,металлический слой из Ферромагнитного материала и имеющая прецизион"ные отверстия, как в базовой пластине, так и в металлическом слое,На Фиг. 1-6 показаны базоваяпластина 1 из сухого пленочного Фоторезиста СПФс прецизионными от"верстиями 2 и металлическим слоем 3,лавсановая пленка , защитная полиэтиленовая пленка 5, базовую пластину 1 экспонируют через Фотошаблон 6,содержащий рисунок пленочнь 1 х элемен"тов 7 и конФигурации маски 8,П р и и е р. На базовую пластину 1 из СПФ марки СПФ 2-О, состоящуюиз окрашенной в синий цвет органическои светочувствительной основы тол"шиной ч 0 мкм, расположенной между тон"кой лавсановой пленкойи защитнойполиэтиленовой пленкой 5, устанавливают Фотошаблон 6 со сформировднньВ: ндего поверхности рисунком пленочных,элементов схем и конФигурацией маски.Фотошаблон может содержать несколькорисунков, размноженных посредствоммультипликации. Фотошаблон 6 и базовую пластину 1 из СПФ помещают в вакуумную копировальную раму установкиэкспонирования и производят экспонирование заготовки из СПФ, обеспечивая плотную Фиксацию Фотошаблона 6на поверхности заготовки, После экспонирования базовую пластину выдерживают в темноте при 20-25 ОС в течение 20-30 мин, Затем отделяют отбазовой пластиныиз СПФ защитнуюполиэтиленовую пленку 5, оставляялавсановую пленку Ч, которую на последующих технологических операцияхгрупповой обработки используют вкачестве подложки.Проявление рисунка Фотошаблона 6производят в метилхлороФорме на установке струйного проявления, растворяя незасвеченные участки базовойпластины 1 из СПФ и Формируя такимобразом конФигурацию маски. Затеибазовые пластиныиз СПФ промываютв дистиллированной воде и сушат при80"90 ВС в течение 10-20 мин,После сушки базовые пластины,сФормированные из слоя органическойсветочувствительной основы на поверх 10190НОСти ЛаВСаНОВОй ПОДЛОЖКИ Чл, УСтаНаВ.ливают в установку вакуумного напыления тига УВНМи откачивают еедо давления 10 1 О мм рт.ст., после чего г,роиэводят термообработку ба.зовых пластин 1 пои 200-250 С в те"чение 15-30 мин. В результате термообработки происходит термолиз - "сшивание" макромолекул светочувствительной основы, чем Обеспечивается высокая химическая устойчивость базовыхгластин 1,. Затем температуру снижаЯот до 50-бС С, напускают в колпак установки вакуум ого напыления черезнатекатель аргон, Обеспечивая давлеие Б колпаке 10 - 0 мм рт ст,и производят бомбардировку базовыхппастин 1 ионами аргона в тлеющем разп-,ге в тецение 15-20 минут, использ".я ;ля этого устройство ионнойОчистки установки вакуумного напыле", ия, Такая обработка также способствует повьшению химической устойчивости базовых пластин 1, а также увеЛИИЕНИЮ .Х МЕХаНИЧРСКОЙ ПРОЧНОСТИ Иадгезии металлических пленок к поверх-ости базовых пластин 1 Затем уст;,Ойство ИО ной Очистки отключают, откачивают установку до давления 10-51(1 "мл 1 рт,ст,последовательно прозаизводят напыление тонкой пленки нихрома 300-500 Д ) и пленки никелятолщиной 10000-20000 А, Затем в колак установки напускают атмосФерныйв :.Оздух, послеего извлекают лавсаноаую подложку Ч с базовыми пластина- Э 5на поверхности которых напыленс пой, Феррома Гнитного материала никеля и Отделяют их От лавсановой подложки 1 получая таким образом готовые к использованию свободные маски ф,;иг. о ),Выбор указанного диапазона режимаФтермообработки определяется следующичи Факторами: при температуре термоабработки ниже 200 С термолиз СПФ 45происходит не полностью, и химическая устойчивость такой базовой пластины будет недостаточна, что сокращает срок службы маски ввиду ее разрушения травящими растворами в про Оцессе удаления напыленных на маскупленок," при температуре термообработки свышс 360 С при отсутствии предварительной обработки СПФ путем ионной бомбардировки ) возможно частичное выгорание компонентов СПФ, приводящее к нарушению конФигусэциимаски, а также оплавление лавсановойподложки. 17 6Выбор конкретного режима термообработки зависит также от толщины СПФ и материала прозрачной для ультраФиолетового света пленки, используемой в качестве подложки при изготовлении базовых пластин. Пленка может быть лавсановой, теФлоновой, май- ЛдРОВОЙ И Т.П,Ионная бомбардировка базовых пластин иэ СПФ способствует образованию поперечных связей в макромолекулах СПФ, что наряду с повышением химической устойчивости СПФ Позволяет повысить его термическую устойчивость примерно до ч 00 С и увеличивает адгезию тонкой металлической пленки к поверхности базовой пластины из СПФ.Толщина слоя СПЙ, используемого для изготовления базовых пластин, составляет 20-100 мкм. При толщине базовой пластины менее 20 мкм жесткостьи механическая прочность маски недостаточны, и имеет место коробление при ее нагреве вследствие разности ТКР пленки Ферромагнитного материала и сухого пленочного Фоторезиста. При толщине базовой пластины свыше 100 мкм не удается обеспечить высокой разрешающей способности и четкости рисунка маски вследствие низкой разрешающей способности слоя сухого плеючного Фоторезиста толщиной свыше 100 мкм.Толщина металлического слоя иэ Фер ромагнитного материала составляет 1-2 мкм, так как слой такой толщины обеспечивает надежную Фиксацию маски на подложке при приложении внешнего магнитного поля, создаваемого, например, маскодержателем. Такой слой легко деФормируется напылением в ваууме. Увеличение толщины металличес. кого слоя например путем гальванического наращивания, приводит к иска нению отверстий маски вследствие их "эарастания" гальванически осаждаемым металлом,Предложенные свободная маска и способ ее изготовления обеспечиваютизготовление прецизионных масок методами интегральной технологии, сокращают длительность технологического цикла изготовления масок, резко снижают расход деФицитных материалов, исклюают загрязнение окружающей среды. Ферромагнитный слой, сФормированьый на поверхности базовой пластины7 10из СПФ, обеспечивает плотный контакт всей поверхности маски с подложкой при ,взаимодействии с внешним магнитнымполем, создаваемым, например, маскодержателем, выполненным из меррита, и повышает точность изготовления пле 19017 8ночных структур. Иаеки изготавливаютна технологическом оборудовании и потехнологии, используемых при производстве интегральных схем, что исключает применение специализированногооборудования.Реоа Зака а Т ор С. Некмо е б., д, л. Про на Филиал П ор О. ПоловЯ 11 ггВНИИПпо1130 Я тавитель В. Милоре В.Далекорей Тираж 956Государственного комитделам изобретений и открМосква Ж- РаушскаяП "Патент", г. Ужгород,лавскаяКозырек Подпис та СССР