Спосіб виготовлення позитивного металізованого зображення

Винахід відноситься до способів виготовлення рельєфних зображень на металічних шарах шляхом фотолітографії з використанням як фоторезистів, так і світлочутливих тонкоплівкових структур напівпровідник-метал і може бути використаний в електронній техніці для виготовлення металізованих фотошаблонів та внутрішньосхемних з'єднань, в оптотехніці - для отримання голографічних дифракційних елементів, в оптичному приладобудуванні - для виготовлення високоточних мікрошкал та сіток, в поліграфії - при виготовленні растрів, тест-форм та інше. Прототипом вибрано спосіб отримання металічних плівок заданої конфігурації, оснований на травленні металу нижнього шару через продукти стимульованої взаємодії, які в структурах галогенід металу - метал мають при певних співвідношеннях товщин компонентів пористу структуру. Цей спосіб включає: - нанесення на скляну підкладку шару марганцю; - нанесення фоторезистивної структури метал-напівпровідник, наприклад - експонування через трафарет до повного фоторозчинення шару срібла; хімічне розчинення шару напівпровідника, що не прореагував; - хімічне селективне травлення шару марганцю в засвічених місцях через пористі продукти взаємодії і При необхідності верхній шар можна розчинити селективним травником і отримати одношарову плівку. Недоліками способу-прототипу є низька якість отримуваного зображення, що обумовлено застосуванням малоселективних кислотних травників та низькою світлочутливістю структури і висока собівартість виробу завдяки використанню срібла в фоторезистивній структурі при отриманні зображення на шарі марганцю. Завданням заявленого способу є підвищення якості отримуваного зображення при розширенні класу використовуваних матеріалів шляхом повного фоторозчинення шару міді фоторезистивної структури та використання лужного фероціанідного травника, що знижує собівартість виробу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення позитивного металізованого зображення, що включає нанесення на підкладку основного шару металу, покриття його фоторезистивною структурою, яка складається з послідовно розміщених металевого, бар'єрного шарів та шару неорганічної речовини, здатних взаємодіяти між собою при опроміненні актинічним світлом, експонування, видалення експонованих ділянок, травлення основного шару в вікнах захисної маски, згідно винаходу, як речовину металевого шару фоторезистивної структури використовують мідь товщиною 25 - 35нм, бар'єрного шару - окис міді товщиною компонентів фоторезисітної структури, а травлення основного шару здійснюють через шар пористих продуктів реакції в лужному травнику, крім того товщина галогеніду металу визначається умовою а травлення основного шару проводять через вікна захисної маски, які утворені попереднім механічним видаленням експонованих ділянок. Суть цього винаходу полягає в формуванні якісної захисної маски для основного шару, яка характеризується відповідністю її геометричної форми і розмірів елементів оригіналу та резистивними властивостями її до травника матеріалу основного шару. Спотворення форми і розмірів елементів можуть бути пов'язані лише з дифракційними ефектами, обумовленими якістю оптики використовуваного проекційного обладнання тому, що захисна маска формується селективним фототравленням шару міді в процесі експонування до повної взаємодії компонентів. Для шару міді найкращим встановленим Інтервалом товщин є 25 - 35нм. При товщині шару міді меншій 25нм не забезпечуються резистивні властивості шару міді через дискретність структури плівки. Брати шар міді товщиною більшою 35нм недоцільно, оскільки це призводить до зростання часу експонування. Товщина бар'єрного шару окису міді (2,0 5,0)нм, отриманого окисленням шару міді на повітрі при кімнатній температурі і атмосферному тиску протягом від 30сек до 5 хвилин сприяє запобіганню деградації світлочутливих структур мідь - галогенід металу, не погіршуючи резистивних властивостей шару міді по відношенню до основного шару. Зменшення нижньої межі встановленого інтервалу веде до порушення стабільності фоторезистивної структури внаслідок її деградації при зберіганні, збільшення верхньої межі призводить до зниження світлочутливості структури. Товщина шару галогеніду металу забезпечує повне фоторозчинення шару міді при експонуванні з утворенням продуктів фотостимульованої взаємодії, що мають незначну механічну міцність і слабку адгезію до основного шару, або ж є пористими. Умовою створення пористих продуктів є умова для співвідношення товщин компонентів резистивної структури: де - товщина шару галогеніду металу, товщина шару міді, - товщина окису міді. Пухкі продукти з незначною механічною міцністю та слабкою адгезією до основного шару утворюються тоді, коли товщини шарів компонентів фоторезистивної структури задовольняють умову: 2 - 5нм, шару неорганічної речовини галогенід металу, товщина якого визначається умовою Найкращі результати при застосуванні даного способу отримують тоді, коли як галогенід металу експонування здійснюють до повної взаємодії береться йодид свинцю відміну від інших характеризуються плівки якого, на галогенідів металів, дрібнозернистою полікристалічною структурою і стабільністю властивостей, По своїх світлочутливих параметрах фоторезистивна структура набагато переважає структури та інші структури метал - галогенід металу. Видалення галогеніду металу здійснюється розчиненням його в лужному травнику або навіть в чистій воді, оскільки галогеніди металів є легкорозчинними речовинами. Воно може здійснюватись також одночасно з видаленням продуктів механічним шляхом. Наприкінці процесу хімічним шляхом видаляють захисну маску. Для матеріалів, що часто застосовуються при фотолітографічному гравіруванні (хром, алюміній, молібден, вольфрам) перевагу слід віддати хімічним травникам на основі лужних розчинів, які відрізняються м'якістю травлення та відсутністю газовиділення, що позначається на якості зображення. Використання захисної маски, сформованої в шарі міді, якій властива висока стійкість до лужних розчинів, дозволяє отримувати високоякісні металізовані зображення. Одним з найкращих лужних травників, який характеризується відсутністю газовиділення, м'якістю травлення, можливістю варіювання режимів процесу травлення в широкому інтервалі температур та концентрацій є фероціанідний травник. Він дозволяє з високою якістю здійснювати травлення шарів які широко застосовуються в технології фотолітографії. Відмінні резистивні властивості мідних шарів обумовлені хорошою адгезією до матеріалів основного шару, великою непроникністю. Шар міді починаючи з товщини 25нм стає вже непроникним для лужного фероціанідного травника основного шару, що підтверджується відсутністю дефектів травлення в ньому. Мала товщина захисного шару міді дозволяє реалізувати високу роздільну здатність в способі. Технічна суть запропонованого способу пояснюється кресленнями. На фіг.1 зображено початкове розміщення технологічних шарів на підкладці. На фіг.2 зображено процес експонування вихідної структури через трафарет. На фіг.3 зображено стан структури після експонування. На фіг.4 зображено стан шарів структури після формування захисної маски. На фіг.5 зображено стан структури після травлення основного шару в вікнах захисної маски. На фіг.6 зображено позитивне металізоване зображення. Заявлений спосіб виготовлення позитивного металізованого зображення здійснюється таким чином. На несучу підкладку 1 (фіг.1) в вакуумі ~10-3Па електронно-променевим або термічним випаровуванням послідовно наносять шар 2 основного матеріалу товщиною 100 - 200нм, на якому отримується позитивне зображення оригіналу, та шар міді товщиною 25 - 35нм, далі проводять окислення шару міді на повітрі при атмосферному тиску і кімнатній температурі протягом 0,5 - 5 хвилин з метою отримання бар'єрного шару 4 із товщиною від 2 до 5нм, і при вакуумі ~10-3Па термічним випаровуванням наносять шар галогеніду металу 5 товщиною 40 - 120нм згідно умов (1) або (2). Як речовину шару галогеніду металу використовують На структуру 5 - 4 - 3 (фіг.1), яка є фоторезистом для шару 2, проектують зображення трафарета 6 (фіг.2) і експонують до повної взаємодії компонентів шарів 5 - 4 - 3. Величина експозиції визначається товщиною шарів структури 5 - 4 - 3 і речовиною шару 5. В місцях дії випромінювання після фототравлення шару міді 5 утворюються продукти взаємодії компонентів структури, властивості яких визначаються співвідношенням товщин шарів вихідної структури. У випадку виконання умови (2) ці продукти мають слабку адгезію до основного шару 2 і незначну механічну міцність, що дозволяє видалення їх механічним шляхом. Для цього використовують ультразвукове очищення або відшаровування їх після нанесення тонкої плівки захисного лаку чи липкої стрічки. Видалення шару галогеніду металу на неекспонованих ділянках здійснюється попередньо в воді або лужному розчині, або відбувається одночасно з видаленням продуктів взаємодії. При використанні ультразвукового очищення цю операцію проводять в воді з добавленням 0,2% антиадгезійної речовини, наприклад, синтанолу Д10. Ультразвукову (УЗ) обробку проводять 2 - 3 хвилини при частоті УЗ коливань 20,0 - 400кГц, вихідній потужності 100 - 200ВА і температурі робочої суміші 313 - 323К. Травлення основного шару 2 в вікнах захисної маски 3, 4 (фіг.5) проводять при кімнатній температурі в розчині такого складу: У випадку виконання умови (1) після експонування утворюються пористі продукти взаємодії, що дозволяє здійснювати травлення основного шару без попереднього видалення продуктів взаємодії механічним шляхом. Видалення продуктів взаємодії відбувається внаслідок підтравлювання основного шару під ними. Видалення галогеніду металу на неекспонованих ділянках може здійснюватись попередньо в лужному розчині або в дистильованій воді. Видалення захисної маски проводять хімічним травленням, наприклад, в 20% водному розчині отримуючи позитивне зображення на шарі 2 (фіг.6). Приклад 1. На стандартну скляну заготовку фотошаблона 1 (фіг.1) розмірами 76 ´ 76 ´ 3мм3 термічним випаровуванням в вакуумі 2 × 10-3Па послідовно були нанесені шари хрому 2 і міді 3 товщиною 150 і 30нм відповідно. Після цього камера була розгерметизована і шар міді окислювався при кімнатній температурі і атмосферному тиску на протязі 60сек, внаслідок чого на поверхні шару міді утворився окисний шар 4 товщиною 2,5нм. Потім вакуумна камера знову була відкачана до тиску при якому на підкладку було осаджено шар йодиду свинцю 5 товщиною 50нм. Далі зразок експонували в установці контактного друку ЭМ - 583 через фотошаблон 6 (фіг.2) на протязі 3хв. При цьому внаслідок фотохімічної взаємодії на експонованих ділянках утворились продукти взаємодії 345 (фіг.3) з дуже слабкою адгезією до шару хрому 2. Видалення ділянок 345 (фіг.4) проводили ультразвуковою очисткою в воді з добавленням антиадгезійної поверхнево-активної речовини - синтанолу (0,2% розчин) при температурі 318К. При вихідній потужності 0,25кВт і частоті 20кГц ультразвукової установки УЗУ-0,25 час очистки склав 2 хвилини. При цьому відбувається і розчинення на неекспонованих ділянках. Неекспоновані ділянки утворили захисну маску 3, 4, що відтворює малюнок фотошаблона-оригінала. Крізь вікна цієї маски в фероціанідному лужному розчині вище приведеного складу проводилось травлення відкритих ділянок шару хрома. Час травлення при кімнатній температурі 5 хвилин. Після промивання в проточній воді захисну маску видаляли в 20% водному розчині з подальшим промиванням у воді і сушкою. В результаті на шарі хрому була отримана колія малюнка первинного фотошаблона з розмірами елементів 2 - 3мкм. Порівняння елементів топології оригінала і копії з допомогою мікроскопа БИОЛАМ-М при 600кратному збільшенні свідчить про високоякісне відтворення малюнка: дефекти травлення відсутні, відхилення розмірів елементів в межах допустимих (±0,1мкм). Приклад 2. На стандартну скляну заготовку фотошаблона розмірами 76 ´ 76 ´ 3мм3 в вакуумі 2 × 10-3Па термічним випаровуванням послідовно були нанесені шари і товщинами 100 і 30нм відповідно. Після цього вакуумна камера була розгерметизована на 3хв., внаслідок чого на поверхні шару утворився шар окислу товщиною 4,0мм. Далі вакуумну камеру знову було відкачано до тиску 2 × 10-3Па, при якому на зразок термічним випаровуванням було осаджено шар товщиною 68нм. Потім зразок було проекспоновано в установці контактного друку ЭМ-583 через шаблон. Час експонування склав 5 хв. При цьому, внаслідок фотохімічної взаємодії на експонованих ділянках утворились пористі продукти взаємодії. Травлення шару хрому здійснювали в травнику вказаного вище складу без попереднього видалення шару продуктів. Час травлення при кімнатній температурі 6хв. Після розчинення металу хромового шару видаляється і продукт фотохімічної реакції, який є важкорозчинною речовиною. Далі слідувало промивання в проточній воді, видалення захисної маски в 20% водному розчині з наступним промиванням у воді і просушуванням. В результаті на шарі хрому був отриманий малюнок первинного фотошаблона з розмірами елементів 2 - 3мкм. Порівняння елементів топології і копії з допомогою мікроскопа БИОЛАМ-М при 600кратному збільшенні свідчить про високоякісне відтворення малюнка: дефекти травлення відсутні, відхилення розмірів елементів в межах допустимих (±0,1мкм). Отже цей спосіб дозволяє вилучити операцію механічного зняття продуктів без зниження якості зображення, хоч при цьому має місце поступове "засмічення" травника продуктами фотохімічної реакції, що вимагає його фільтрування після кожного використання. Таким чином, заявлений спосіб дозволяє: отримувати високоякісні позитивні зображення на шарах ряду важливих металів, таких, наприклад, як алюміній, вольфрам, молібден, хром, а також на шарах металокераміки використовувати стандартне технологічне обладнання; реалізувати фотолітографічний процес із застосуванням фоторезистивних структур металнапівпровідник, що не містять срібла. Запропоноване технічне рішення дозволяє налагодити промисловий випуск ряду виробів в різних галузях техніки (електронна техніка, оптотехніка, оптичне приладобудування) без залучення дорогоцінних матеріалів та компонентів.