1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2026-31-2-143-157PICDBJ539.216.2:539.61Технологические процессыInvestigation of the adhesion strength of functional layers of photomasks and photomask blanks with design standards of 90–65 nmИсследование адгезионной прочности функциональных слоев фотошаблонов и фотошаблонных заготовок с проектными нормами 90–65 нм03032026Том. 31 №2143157http://ivuz-e.ru/issues/Том 31 №2/issledovanie_adgezionnoy_prochnosti_funktsionalnykh_sloev_fotoshablonov_i_fotoshablonnykh_zagotovok_/http://ivuz-e.ru#

The indispensable prerequisite for development of reproducible technology of photomasks with design standards of 90–65 nm is the adhesion strength of functional layers. Thus the consideration of causes responsible for the adhesion of films and the effect of various factors on adhesion strength is an important task. In this work, the adhesion of the masking photoresist and thin-film functional layers (Cr, MoSiN, MoSiN/Cr) of photomasks and photomask blanks with design standards of 90–65 nm is investigated. A procedure for measuring the adhesion strength of films was developed. The studies were carried out on imported photomasks-prototypes and photomask blanks, on which functional layers were formed by magnetron sputtering. It has been established that the adhesion strength of all functional layers on the photomasks and photomask blanks differs insignificantly, while the adhesion profiles on their surfaces are similar. The adhesion strength of the Cr, MoSiN, MoSiN/Cr layers formed by magnetron sputtering on quartz substrates from different manufacturers is no less than 1800 g/mm2, but in some cases cohesive destruction of quartz is observed with a tear-off force of about 1400 g/mm2. When considering the adhesion mechanisms of the functional layers, it was found that the adhesion strength is determined mainly by the Van der Waals forces. During functional layers adhesion strength measuring, in 60 % of cases there was a cohesive destruction of the quartz substrate. Cohesive destruction of the Si–O covalent bonds occurred at a quartz substrate depth of more than 150 nm. The investigation results have demonstrated high adhesion strength values of the formed functional layers of photomasks and photomask blanks.

Необходимым условием для создания воспроизводимой технологии фотошаблонов является адгезионная прочность функциональных слоев. Поэтому важно рассмотрение причин, обусловливающих адгезию пленок и влияние различных факторов на адгезионную прочность. В работе исследована адгезия фоторезистивной маски и тонкопленочных функциональных слоев Cr, MoSiN, MoSiN/Cr фотошаблонов и фотошаблонных заготовок с проектными нормами 90–65 нм. Разработана методика измерения адгезионной прочности пленок. Исследования проведены на фотошаблонах-прототипах и фотошаблонных заготовках, на которых магнетронным напылением сформированы функциональные слои. Установлено, что значения адгезионной прочности функциональных слоев на фотошаблонах и фотошаблонных заготовках различаются незначительно, при этом профили значений адгезии по их поверхности имеют схожий характер. Адгезионная прочность слоев Cr, MoSiN, MoSiN/Cr, сформированных магнетронным напылением на кварцевых подложках разных производителей, составляет не менее 1800 г/мм2, однако в некоторых случаях наблюдается когезионное разрушение кварца при усилии отрыва порядка 1400 г/мм2. При рассмотрении механизмов адгезии функциональных слоев установлено, что адгезионная прочность определяется в основном силами Ван-дер-Ваальса. В процессе измерения адгезионной прочности функциональных слоев в 60 % случаев имеет место когезионное разрушение кварцевой подложки. Когезионное разрушение ковалентных связей Si–O происходит на глубине кварцевой подложки более 150 нм. Результаты исследований показали высокие значения адгезионной прочности сформированных функциональных слоев фотошаблонов и фотошаблонных заготовок.

фотошаблонфункциональные пленочные слоиадгезионная прочностьмеханизмы адгезииphotomaskfunctional film layersadhesion strengthadhesion mechanismsработа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания (Соглашение FSMR-2024-0013). Mittal K. L., Ahsan T. Adhesion in microelectronics. Beverly, MA: Wiley-Scrivener; 2014. 368 p.Зимон А. Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Химия; 1977. 352 с.Zimon A. D. Adhesion of films and coatings. Moscow: Khimiya Publ.; 1977. 352 p. (In Russ.).Кинлок Э. Адгезия и адгезивы: наука и технология. Пер. с англ. А. Б. Зильбермана. Под ред. Л. М. Притыкина. М.: Мир; 1991. 484 с.Kinloch A. J. Adhesion and adhesives: Science and technology. Dordrecht: Springer; 1987. xii, 442 p. https://doi.org/10.1007/978-94-015-7764-9Tang H., Foran B., Martin D. C. Quantitative measurement of adhesion between polypropylene blends and paints by tensile mechanical testing. Polym. Eng. Sci. 2001;41(3):440–448. https://doi.org/10.1002/pen.10741Bhushan B. Adhesion and stiction: Mechanisms, measurement techniques, and methods for reduction. J. Vac. Sci. Technol. B. 2003;21(6):2262–2296. https://doi.org/10.1116/1.1627336Моррисон С. Р. Химическая физика поверхности твердого тела. Пер. с англ. А. Я. Шульмана. М.: Мир; 1980. 488 с.Morrison S. R. The chemical physics of surfaces. New York: Plenum; 1977. xviii, 416 p.Штерн М. Ю., Шерченков А. А., Штерн Ю. И., Рогачев М. С., Корчагин Е. П. Подготовка поверхности термоэлементов и исследование омических пленочных контактов, сформированных на ней различными способами. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2023;(11):33–43. https://doi.org/10.31857/S1028096023110183. EDN: WGPHRM.Shtern M. Yu., Sherchenkov A. A., Shtern Yu. I., Rogachev M. S., Korchagin E. P. Preparation of the thermoelement surfaces and investigation of ohmic film contacts formed on them by different methods. J. Surf. Investig. 2023;17(6):1207–1216. https://doi.org/10.1134/S1027451023060186Mittal K. L. (ed.). Adhesion measurement of films and coatings. Vol. 1. Boca Raton, FL: CRC Press; 1995. 456 p.Thouless M. D. Fracture mechanics for thin-film adhesion. IBM J. Res. Dev. 1994;38(4):367–377. https://doi.org/10.1147/rd.384.0367Kandula S. S. V., Tran P., Geubelle P. H., Sottos N. R. Dynamic delamination of patterned thin films. Appl. Phys. Lett. 2008;93(26):261902. https://doi.org/10.1063/1.3056639Mittal K. L. Adhesion measurement of thin films. Active and Passive Electronic Components. 1976;3(1):21–42. https://doi.org/10.1155/APEC.3.21Дерягин Б. В., Кротова Н. А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. М.: Наука; 1973. 279 с.Deryagin B. V., Krotova N. A., Smilga V. P. Adhesion of solids. Moscow: Nauka Publ.; 1973. 279 p. (In Russ.).Shtern M., Rogachev M., Shtern Yu., Gromov D., Kozlov A., Karavaev I. Thin-film contact systems for thermocouples operating in a wide temperature range. J. Alloys Compd. 2021;852:156889. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156889Штерн М. Ю., Козлов А. О., Штерн Ю. И., Рогачев М. С., Корчагин Е. П., Мустафоев Б. Р., Дедкова А. А. Получение и исследование омических контактов с высокой адгезией к термоэлементам. ФТП. 2021;55(12):1097–1104. https://doi.org/10.21883/FTP.2021.12.51689.01. EDN: QXOYON.Shtern M. Yu., Kozlov A. O., Shtern Yu. I., Rogachev M. S., Korchagin E. P., Mustafoev B. R., Dedkova A. A. Obtaining and investigation of ohmic contacts with high adhesion to thermoelements. Semiconductors. 2022;(14):2091–2097. https://doi.org/10.21883/SC.2022.14.53846.01Штерн Ю. И., Боженарь Д. А. Технология получения омических контактов к термоэлементам с высокой адгезионной прочностью. Изв. вузов. Электроника. 2001;(1):34–38.Stern Y. I., Bogenar D. A. Technology of obtaining ohmic contacts for thermoelectric materials. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics. 2001;(1):34–38. (In Russ.).Рейсман А., Роуз К. (ред.). Технология толстых и тонких пленок. Пер. с англ. Предисл. А. К. Катмана. М.: Мир; 1972. 174 с.Reisman A. (guest ed.), Rose K. (ed.) Thick and thin films for electronic applications. Proc. IEEE. 1971;59(10):1388–1544.Корчагин Е. П., Штерн Ю. И., Петухов И. Н., Штерн М. Ю., Рогачев М. С., Шерченков А. А. и др. Получение контактов химическим осаждением Ni и Co на каталитически активной поверхности термоэлектрических материалов. Неорганические материалы. 2024;60(6):689–697. https://doi.org/10.31857/S0002337X24060054. EDN: MSRGSQ.Korchagin E. P., Shtern Yu. I., Petukhov I. N., Shtern M. Yu., Rogachev M. S., Sherchenkov A. A. et al. Chemical solution deposition of nickel and cobalt contacts on catalytically active surfaces of thermoelectric materials. Inorg. Mater. 2024;60(10):1189–1196. https://doi.org/10.1134/S0020168524701565Шугуров А. Р., Панин А. В. Механизмы возникновения напряжений в тонких пленках и покрытиях. ЖТФ. 2020;90(12):1971–1994. https://doi.org/10.21883/JTF.2020.12.50112.38-20. EDN: VBXWWO.Shugurov A. R., Panin A. V. Mechanisms of stress generation in thin films and coatings. Tech. Phys. 2020;65(12):1881–1904. https://doi.org/10.1134/S1063784220120257Sharma P. A., Brumbach M., Adams D. P., Ihlefeld J. F., Lima-Sharma A. L., Chou S. et al. Electrical contact uniformity and surface oxidation of ternary chalcogenide alloys. AIP Advances. 2019;9(1):015125. https://doi.org/10.1063/1.5081818Sakamoto T., Taguchi Y., Kutsuwa T., Ichimi K., Kasatani S., Inada M. Investigation of barrier-layer materials for Mg2Si/Ni interfaces. J. Electron. Mater. 2016;45:1321–1327. https://doi.org/10.1007/s11664-015-4022-zJoshi G., Mitchell D., Ruedin J., Hoover K., Guzman R., McAleer M. et al. Pulsed-light surface annealing for low contact resistance interfaces between metal electrodes and bismuth telluride thermoelectric materials. J. Mater. Chem. C. 2019;7(3):479–483. https://doi.org/10.1039/C8TC03147AKashi S., Keshavarz M. K., Vasilevskiy D., Masut R. A., Turenne S. Effect of surface preparation on mechanical properties of Ni contacts on polycrystalline (Bi1−xSbx)2(Te1−ySey)3alloys. J. Electron. Mater. 2012;41:1227–1231. https://doi.org/10.1007/s11664-011-1895-3Chuang T.-H., Yeh W.-T., Chuang C.-H., Hwang J.-D. Improvement of bonding strength of a (Pb, Sn) Te–Cu contact manufactured in a low temperature SLID-bonding process. J. Alloys Compd. 2014;613:46–54. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.020Okolo B., Lamparter P., Welzel U., Wagner T., Mittemeijer E. J. The effect of deposition parameters and substrate surface condition on texture, morphology and stress in magnetron-sputter-deposited Cu thin films. Thin Solid Films. 2005;474(1–2):50–63. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2004.08.006Lide D. R. (ed.). CRC handbook of chemistry and physics. 85th ed. Boca Raton, FL: CRC Press; 2004. 2656 p.Глушко В. П. (ред.). Термические константы веществ: справочник. Вып. 6. Ч. 1. М.: ВИНИТИ; 1972. 369 с.Glushko V. P. (ed.). Thermal constants of matters. Iss. 6. Pt. 1. Moscow: VINITI Publ.; 1972. 369 p. (In Russ.).