DD221201A1 - Verfahren zur maskenlosen herstellung von kohlenstoffschichten auf substraten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maskenlosen Herstellung von Kohlenstoffschichten auf Substraten, wobei ein Elektronenstrahl innerhalb einer gasdicht geschlossenen Kammer relativ zur Substratoberflaeche gefuehrt wird, beispielsweise zur Herstellung von Bausteinen der Mikroelektronik und Optik sowie von verschleissfesten bzw. harten Oberflaechen. Ziel ist ein Verfahren, das gegenueber den bekannten Verfahren einen geringeren Aufwand und einen erweiterten Anwendungsbereich aufweist. Hierzu sollen die bekannten Verfahren zur maskenlosen Herstellung von Kohlenstoffschichten derart veraendert werden, dass nur noch eine Strahlenquelle, erforderlich ist, keine Einschraenkungen hinsichtlich der Leitfaehigkeit von Schicht und Substrat bestehen und eine Beeinflussung der nicht zu beschichtenden Oberflaechenbereiche vermieden wird. Erfindungsgemaess erfolgt die Einwirkung des Elektronenstrahles auf die Substratoberflaeche in Anwesenheit von mindestens einer Kohlenstoff im Molekuel enthaltenden chemischen Verbindung. Diese wird bzw. werden bis in die Naehe der Substratoberflaeche geleitet. An der Substratoberflaeche herrscht ein Gasdruck zwischen 1,3 10 4 Pa und 1,3 kPa. Fig. 1

Description

!Titel der Erfindung

Verfahren zur maskenlosen Herstellung von Kohlenstoffschichten auf Substraten . :

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maskehlosen Herstellung von Kohlensto ff schichten auf Substraten, vorzugsweise in Form von Mistern, Markierungen oder Dekorationen, wobei ein Elektronenstrahl innerhalb einer gas dicht geschlossenen Kammer mittels Ablenkeinheiten und Linsen relativ zur Substrat oberfläche geführt wird, beispielsweise sur Herstellung von Bausteinen der löLkroelektronik: und Optik sowie von verschleißfesten bzw. harten Oberflächen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Uin den hohen Aufwand der Verfahren zur Herstellung von KohIelistof f schicht en auf Substraten mit Hilfe von Masken zu verringern hat man bereits Verfahren entwickelt, bei denen das 'auf der Substrat ob er fläche gewünschte Muster der kohlenstoff ablagerung durch das gleichzeitige Beschießen des Substrates mit Ionenstrom und Elektronenstrom erreicht wird.

So werden gemäß einer solchen Lösung (US-PS 4 086 108) bei der Herstellung dotierter Kristalloberflächen Mister dadurch erzielt, daß während der großflächigen Einwirkung von Ionenströmen auf das Substrat ein fokussierter Elektronenstrahl entsprechend dem erforderlichen Mister über die Substrat-

Oberfläche geführt wird. Dabei treten Ablagerungen nur dort auf, wo der Elektronenstrahl die Ionen nicht neutralisiert.

Bei einem anderen maskenlosen Verfahren zur Erzeugung leitender Strukturen durch Ionenimplantation (ISD-PS 145 444) werden die zu strukturierenden Bereiche eines Halbleiters gleichzeitig mit einem Ionenstrahl und einem Laserstrahl behandelt» Dabei können Ionen- und Laserstrahl synchron über die Halbleiterfläche geführt sein oder ein intensitätsmodulierter laserstrahl verwendet werden.

lachteilig an diesen Verfahren wipkt sich aus, daß außer dem Elektronen- bzw· li$$ßX-s\i'Telui.]n^^ätn&\!b.ea.(mäßxe. Ionenquelle 'notwendig-..ist«;..';";,; :' /,;. -'.-.-/..y-^..-:'. ; - :\r: '' ;'...:-.. ~ ' .: - _; :.. . '-·..'.

Bei einem weiteren Verfahren (DE-OS 1 765 417) werden auf einem isolierenden Substrat Mister dadurch hergestellt, daß durch einen Elektronenstrahl Bereiche des Substrates negativ aufgeladen werden, und nur auf diesen Bereichen die Ablagerung der positiven Ionen des lonenstromes erfolgt, indem die durch Elektronenbeschuß negativ aufgeladenen Bereiche des Substrates den positiv geladenen;ΐeilchen des aufzudampfenden Materials ausgesetzt .weTden· - '.-'Γ-V^";'' '· :'ν . Wahrend auf der ejLnen Seite der Elektronenstrahl gleichzeitig der positiven Ionisierung des Aufdampfmaterials dient, wird andererseits innerhalb der Vakuumkammer eine zusätzliche SLnrichtung zur Erzeugung eines Äterialstrome s benötigt. Außerdem ist die Anwendung dieses Ve rf all re ns auf die Herstellung von elektrisch leitenden Strukturen auf isolierendem Material beschränkt, ;

Bei allen drei Verfahren wird der erzeugte Ionenstrom nicht vollständig zur Herstellung der.fester ausgenutzt sondern nur an den Oberfläohenbereichen, auf die der Elektronen- bzw, Laserstrahl auftrifft. Dadurch geht die zur Erzeugung des lonenstromes aufgebrachte Energie zu einem großen Teil ungenutzt verloren, so daß bei diesen Ve rf ahi^en zur Erzeugung einer genügend hohen lonendichte verhältnismäßig große Ionenquellen verwendet werden müssen. Dies vergrößert den gerätetechnischen Aufwand zusätzlich«

Weiterhin ist von Wach teil, daß der Jonenstrara auch auf dpi. e nicht mit dem Elektronen- bzw. Laserstrahl su behandelnden Oberflächenbereiche auftrifft und dort unerwünschte, toils nicht behebbare 'Mate rial ve rand er -unge-n hervorruft ν Dadurch ist die Anwendung dieser Verfahren eingeschränkt, bzw· ist ein zusätzlicher Aufwand zur Beseitigung der unerwünscht en lüaterialveränderungen erforderlich. :

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur maskenlosen Herst ellung von Kohlenstoff schi chten auf Substrat en zu entwickeln, das gegenüber den " ekannten Verfahren einen geringeren Aufwand und einen erwei . erten Anwendungsbereich aufweist··

Darlegung des Wesens der Ea indung \

Der Erfindung liegt die Aui :abe zugrunde, die bekannten Verfahren zur maskenlosen Hert ellung von Kohlenstoffschichten, vorzugsweise in Eorm von Mustern* l/Iarkierungen oder Dekorationen auf Substraten, dereirt zu verändern, daß nur noch eine Strahlenquelle, insbesondere nur noch eine Elektronenstrahlquelle erforderlich ist, keine Einschränkungen hinsichtlich der Leitfähigkeit von Schicht und Substrat bestehen und eine Beeinflussung der nicht zu beschichtenden Oberflächenbereiche vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Eiiiwirkung des Elektron en strahl es auf die Substratoberfläche in Anwesenheit von mindestens einer Kohlenstoff im Molekül enthalt enden chemischen Verbindung erfolgt. Djtee chemische Verbindung bzw. chemischen.Verbindungen werden bis in die Nähe der Substrat oberfläche geleitet. Ah der Substrat oberfläche herrscht ein Gasdruck dieser Kohlenstoff im Molekül enthaltenden chemischen Verbindung bzw. Verbindungen zwischen 1,3 > 10"⁴ Pa und 1,3 kPa.

Zum Schutz der den Elektronenstrahl erzeugenden Einrichtungen kann die Vakuumkammer durch ein gasdichtes Fenster unterteilt

sein, wobei in dem Bereich, in dem der Elektronenstrahl erzeugt wirdjein geringerer Gasdruck als in dem Bereich,in dem sich das Substrat befindet, vorherrscht ,·

Eine besondere Ausige staltung der S rf in dung sieht vor, daß die Einwirkung des Elektronenstrahls auf die Sub st ratöberfläche bei einer Elektrohenstromdichte von 1 · Ip A/m bis 1 · 10⁸ A/m und bei einer Beschleunigungsspannung von 5 kV bis 150. kV erfolgt.; Λ ·, . ;\ ' ' _;V.' ;;"''W. V_;U.l: . ;.. ...../; ·.:. ; ·

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß gegenüber den bekannt en Verfahren eine gesonderte Hilfsquelle zur Eraeugung von Ionen nicht mehr erforderlich ist. Pern er bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Leitfähigkeit von Substrat bzw. ScMchi. Unerwünschte Veränderungen der nicht beschichteten Oberflächenbereiche treten nicht ein. Mit Hilfe der e:rf in dungsgemäß en Lösung ist es auch möglich, großflächige Kohlensto ff ab^ Scheidungen au erreichen. _{: ;} ·' -^:" .;;... -^: -.. ,·.-. c.'... '. '-^:: :.'. , /'" '; j - ' -ν

'Ausfuh.rungsbeis.piel · ·;. , '^'.\-'^: / '" -' :^:-^ .'; "'..-.-' ^:.'^:-:· ' ·^:.''- -. -" Das V/esen der Erfindung soll nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele naher er laut ert werden* In der zugehörigen Zeichnung zeigen " \-';'^:/' '·, V- .-.;: - ; ...; .· .^{; ;}...';.-.;/' , ^: ._r.. ·.

Pig. 1: die Erzeugung einer Kohl en st of fs ch ic ht auf einem_;

' ' ' Stahlsubstrat, ' '. ':.''' :-- :';';. - ..-" '-.' \ ". '·' : ;'.' ' ' ,.. ' ' ;

' Pig* ^: 2: di e Erzeugung eine r Kohlen st Of f s chicht auf e irier ., Kupfer folie und/. / · '. . . .'; . '.' / '; ' ' ..';; ·\ . ·> . ;.' '.,.·: ;· V :. .'. ^:r

Pig. 3v die Erzeugung einer Kohlenstoffs client auf einer: . SiIi zium scheibe. :' ·'. ' : ".'^: ..';' '".W-; '' ;^:·'.' '.,' " ^:'.::' '->:/],,

Gemäß Pig. 1 sind in einem ersten.Au^^isf üh rung sb ei spiel in einer Vakuumkanmer 1 eine Kathode 2 und eine Anode 3 zur Ei^- zeugung eines Elektronenstrahls 4 ang;eordnet. An einem Stut zen 5 wird eine Vakuumerzeugungsapparatur bekannter Bauart angeschlossen. Das Substrat besteht aus einem Stahlteil 6 und ist auf einer Halterung 7 befestigt. Damit kann

das Substrat elektrisch leitend geerdet werden« IiLn ,aus Pro-·- pan bestehender Gasstrom wird mittels eines Einleitungsroh- res 8 in die Habe der Substrat oberfläche geleitel;· Dabei; wird, V mit Hilfe eines Pe invent ils 9 der Aiasstrojii so reguliert, daß · in der Nähe der Substrat ob er fläche eih Gasdruck von 1,3 · 10 ^ Pa herrscht. Die zwischen der Ka tli ode 2 und.der Anode 3 erzeu$-

te Beschleunigungsspannung v/ird auf 2[V kV eingestellt. Bei .· - ' . L ? ' ·

einer Elektronenstromdichte von 1 · 10- A/m wird unter Einleitung des Prop an-Gas stromes der 351 ek tr on en strahl 4 auf das Substrat gericht et. lach 5 liinut en ist -eine 0,-01'^m dicke Kohl enst offs ch ic ht auf der Oberfläche des Stahlteiles £ abge-;; schieden. . - , :' " -..-:.' . ^i;. ·^:-·-·. ; ^: " " '' ;' .. " ' '.· ' ' _::·:^:': :.·^;;

Bei einem zweiten iu sfüh rung sb ei spiel . ."wi'rd ebenfalls von einer Vakuumkanmer 1 , einer Kathode 2 und; einer Anode 3 sur Erzeugung eines Elektronenstrahles 4 sö-wi.e von der Einordnung eines Stutzens 5 für den Anschluß eines Vakuumerzeuguiigsapparates und eines Einleitungsrohres 8 iirr Anschluß ah ein Feinventil 9 _: fur den Gasstrom ausgegangen. Der erzeugte Elektronenstrahl 4 wird durch eine elektronenoptische Pokussierlinse 10 auf das Substrat gerichtet. Als Substrat dient hier eine ICüpferf olie TI₅ die durch Abwickeln von einer Vorratsspule 12und Aufwickeln auf eine Auf wick el spule 13 unt er dem Elektronenstrahl 4 hindurchgeführt wird. Das Einleitimgsrohr 8 ist über das 2?einvent il 9 mit einem temperierten Vorratsgefäß 14 verbunden, das mit Benzen gefüllt ist. Durch Begulieren des Peinven-? tils 9 wird über dem Kupferblech ein Benzen·*Gasdruck von 1,3 · 10 Pa eingestellt und bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV und einer Elektronenstrom dichte von 1 · 10^ A/m eine Kohlenstoffschicht erzeugt. Durch die iüulvstratbewegung hat diese Kohl en st of fs chic ht die.Form einer Linie, deren Breite von der 3?okussieim:ng durch die elekbronenoptische Fo küss ie rl in se 10 und von dem Durchmesser einer oberhalb des Substrats angeordneten Xo ch blende 15 bestimmt wird., . . : .. ' \ / _; ^: . ' .' . :

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem wieder von der Valoiumkammer 1 mit Kathode: 2, Anode 3, Stutzen 5 .für den Vaku-

· 6

um erzeugungsapparat, erzeugt ein Sielet ionenstrahl 4, elelctro-nenoptischer Fokussierlinse 10 und lochblende 15 sowie Feinventil 9 und Sinleitungsrolii» 8 ausgegangen wird, besteht. das Substrat aus einer SiXiziumscheibe 16.;:^uoh\ liier ist das >pubstrat auf der Halterung 7 befestigt. i)ie: Löchblende 15 ist/ so gestalt et, daß sie den unteren Teil der 'Vakuumkammer 1 gegen den oberen Seil ab grenzt. JJin Gasaustaüsch ist dabei nur durch eine Bohrung 17 der 3Jochbleri4e 15 möglich· Der untere Teil der Vakuumkammer 1 , in dem sich das Substrat befindet, ist über einen weiteren Stutzeh 18 Mt: einem zweiten Vakuumerzeugungsapparat verbunden.-Dadurch ist es möglich_t in beiden Teilen der Vakuumkammer 1 unt erschiedliehe ^Drücke axtfrechtzuerhalten. Durch das Kiinleitungsrohr 8 gelangt ein mit Tetralin gesättigter Argonstrom unter dsm Brück von 1,3 · 10 - Pa auf die Oberfläche des Substrates. Bei einer Beschleunigungsspannung von 25 kV und einer ELektronenstroriidichte von 1 · 10^ A/m wird auf dem Substrat eine Kohlenstoff schicht in Form eines beliebigen jvksters erzeugt, inder/s der Elektronenstrahl 4 mit Hilfä einer Ablenkeinheit 19 entsprechend dem gewünschten Muster über'das Substrat geführt wird. ^:' .. ' '; .' ', - /^;' : --'^. .. ' /.- " 'r' ^:C""'. ^: '·" '"' ' : '' , .:: '

Claims (3)

jßrfindungsanspruch :

1. Verfahren ζur maskenlosen Blei· st ellung γοη_; Kohleristoff r schichten auf Substraten, vorzugsweise in Porm yon Mistern, Markierungen oder Dekorationen, wob ei ein Elektronenstrahl innerhalb einer gasdicht gesohlossenen Kammer mittels Ablenke inhe it en und Linsen relativ zur Subs trat oberfläche geführt wird, beispielsweise zur Herstellung von Bausteinen der Mikroelektronik und Optik sowie von Werkstoffen mit verschleißfesten bzw» harten Oberflächen, gekennzeichnet dadurch, daß die Einwirkung des 13 le let ro neust rallies (4) auf die Substratoberflache in Anwesenheit von mindestens

'einer Kohlenstoff im Molekül enthaltenden chemischen Verb in dung e rf öl gt, di e bi s in d ie Weh e de r Su bs tr at ob er fläche geleitet wird bzw. werden, wobei an der Sub strat oberfläche ein Gasdruck dieser Kohlenstoff im Molekül enthaltenden chemischen Verbindung bzw. Verbindungen zwischen 1,3 · 10""⁴ Pa und 1,3 KPa besteht. /.-V ''.

2. Verfahren nach Punkt' 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasdruck im Bereich der Substratoberfläche größer ist ale im Bereich der den Elektronenstrahl (4) erzeugenden Einrichtung· : . . . · ; ; . ..

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß

die Einwirkung des-ELektronenstrahles (4) auf die Subst'ra.t-

.' '·'. ' ρ . ο

oberfläche bei einer Elektronenstromdichte von 1*10" A/m'"

f> O ...-.· ·-. \

bis 1 · 10 A/m und bei einer Besohleunigungsspaimung von 5 kV bis 150 kV erfolgt. ; ^ .

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