DE2333787B2 - Fuer weiche roentgenstrahlen durchlaessiges substrat fuer eine maske aus einer weiche roentgenstrahlen absorbierenden schicht - Google Patents
Fuer weiche roentgenstrahlen durchlaessiges substrat fuer eine maske aus einer weiche roentgenstrahlen absorbierenden schichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein für weiche Röntgenstrahlen durchlässiges Substrat für eine Maske aus einer weiche
Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht.
Ein Substrat und dessen Verwendung mit diesen Merkmalen allein sollen vom Patentschutz nicht erfaßt
werden.
Die Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen ergibt ein Auflösungsvermögen, das größer ist als das der
bekannten üblichen Photolithographie und mit dem der hervorragenden Elektronenrastermikroskopie vergleichbar
ist. Die Einfachheit und die niedrigen Kosten der Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen zeigen,
daß diese bei der Herstellung von Einrichtungen ultrahoher Auflösung Bedeutung erlangen kann. Jedoch
wird eine weitverbreitete Anwendung der Lithographie mit weichen Röntgenstrahlen, insbesondere in industriellen
Herstellungsverfahren, teilweise von der Leichtigkeit abhängig, mit der großflächige Masken
hergestellt und mit der zu belichtenden Platte ausgerichtet werden können. Wegen des hohen
Absorptionskoeffizienten aller Feststoffe gegenüber weichen Röntgenstrahlen muß das Substrat der Maske
sehr dünn sein, damit eine ausreichende Transparenz erzielt wird.
Beryllium, der Feststoff, der weiche Röntgenstrahlen am besten durchläßt, ist für das Substrat der Maske als
sehr geeignet anzusehen. Jedoch hatte die im Handel erhältliche dünnste Berylliumfolie eine Dicke von etwa
12μηι. Die Oberfläche dieser Folie war unregelmäßig
und wies zahlreiche Vertiefungen von Ιμΐη auf. Sie war
als Substrat, auf die Maske mit dem submikronen Muster mit hoher Auflösung aus einer absorbierenden
Schicht aufgebaut werden muß, nicht geeignet. Zusätzlich wird Beryllium von den meisten Säuren (schwachen
sowie starken) und alkalischen Lösungen angegriffen, so daß dieser Feststoff hinsichtlich Korrosion und chemischer
Verträglichkeit problematisch i:st. Außerdem ist Berylliumstaub sehr giftig, was sorgfältige Sicherheitsvorkehrungen notwendig macht, wenn das Beryllium-Material
zugeschnitten und maschinell bearbeitet wird.
Die bei Beriyllium auftretenden Probleme legen es nahe, nach einem verfügbaren besseren Material zu
suchen. Jedoch ist jedes andere Material für weiche Röntgenstrahlen weniger durchlässig und müßte als
wesentlich dünnere Schicht vorliegen, welche aber auf Grund ihres eigenen Gewichtes durchhängen würde.
Deshalb benötigt man einen Träger, der diese dünnere Membran hält.
Bei ersten, der Erfindung zugrunde liegenden Versuchen zur Herstellung eines Trägers wurde eine
Aluminiumfolie über eine Metallscheibe geklebt. Dann wurde Aluminium auf Silizium aufgedampft, und in das
Silizium wurde hinauf bis zum Aluminium ein Loch eingeätzt.
In allen Fällen wurden keine flachen Membranen erzielt, sondern es trat ein hoher Yerbiegungsgrad ein.
Das Ausmaß des Durchhängens war aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Aluminium
und dem Trägerrahmen von der Temperatur abhängig. Das Aluminium wurde außerdem von einigen der
mjlcalien angegriffen, die bei späteren Behandlungshritten
eingesetzt wurden.
RPi einem anderen Versuch wurde ein mit Phosphor
reichertes Siliziumplättchen verwendet, auf dem a"^e nitaktische Schicht aus reinem Silir.ium aufgeloht
wurde. Das mit Phosphor angereicherte Siliziumn'chen
wurde teilweise bis zur epitaktischen Schicht eätzt Diese Membranstruktur war chemisch
wef4nt ganz fest und gegenüber Temperaturverai.de-'rtahil
ledoch wies die Membran schlechte
runden SlaUli. J^- ■ , . ,
v rtiefungen auf. Spannungen in der epitaktischen Qrhicht wurden aufgehoben, wenn das mit Phosphor
bereicherte Silizium abgeätzt wurde, so daß sich ein ünnkaver oder konvexer Aufbau ergab. In einigen
Fällen wies die Membran eine Vertiefung von mehr als 10 am auf. Dies war für eine Maske für hohe Auflösung
7 rn Herstellen von einer dünnen Siliziummembran • « aus »The Journal of the Electrochem.^al Society«
Rd 116 (1969) Nr. 9 (Sept.) Seiten 1325/1326 bekannt, in
ner Siliziumscheibe mit einer N-Schicht und einer P Schicht mit Hilfe einer eine Öffnung enthaltenden
Siliziumdioxidschicht die N-Schicht teilweise wegzuät-
' derart daß im Bereich der Öffnung eine Membran
us einem' Stück der dünnen P-Schicht erhalten wird. Wird diese Membran so dünn gemacht, daß sie für
weiche Röntgenstrahlen durchlässig ist, dann hängt sie iedoch durch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für weiche Röntgenstrahlen durchlässiges Substrat für eine
Maske aus einer weiche Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht zu schaffen, bei dem gewährleistet ist, daß
die Membran des Substrats nicht durchhängt, vielmehr gespannt ist und starr bleibt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelost, daß das Substrct aus einem Siliziumplättchen besteht
und einen dicken Trägerteil sowie einen oder mehrere dünne für weiche Röntgenstrahlen durchlässige, von
dem Trägerteil umfaßte und getragene, sowie in dem Trägerteil straff gespannte Membranteile aufweist, und
daß entweder der bzw. die Membranteile mit einem Zusatzstoff versehen sind, dessen Atome einen kleineren
kovalenten Bindungsradius als die Siliziumatome haben und dadurch eine Schrumpfung bewirken, oder
der Träeerteil mit einem Zusatzstoff versehen ist, dessen Atome einen größeren kovalenten Bindungsrariius
als die Siliziumatome haben und dadurch eine Dehnung bewirken, und daß die weiche Röntgenstrahlen
absorbierende Schicht in einem Muster auf dem bzw. den Membranteilen innerhalb des Trägerte.ls angeord-
25
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Einer Weiterbildung der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung e.nes solchen
DasVerhfendas nach einer Weiterbildung der
Erfindung diese Aufgabe löst, besteht darin daß .η ein
Siliziumplättchen an einer ersten Oberflache Bor oder
PhosDhor als Zusatzstoff bis in eine kleine Tiefe eingebracht wird, daß auf die zweite Oberfläche des
sSumplättchens eine ätzfeste Abdecksch.cht aufge- ho
b acht wird, die einen Bereich unbedeckt läßt, der dem an der ersten Oberfläche zu bildenden dünnen
Membranteile gegenüberliegt, daß der^von der ätzfesten
Abdeckschicht unbedeckte Bereich des Siliziumpat chens
mit einem Ätzmittel geätzt wird, das das nicht mit *
Bor bzw. Phosphor versehene Silizium, aber nicht die
dünne mit Bor bzw. Phosphor versehene Sihziumschicht
..nd nicht die ätzfeste Abdeckschicht angreift, so daß in
dem Siliziumplältchen ein Fenster entsteht, das durch
die dünne mit Bor bzw. Phosphor versehene, einen straff gespannten Membranteil bildende Siliziumschjcht verschlossen
ist.
Bei diesem Verfahren wird im Siliziummembranteil eine Spannung erzeugt, welche es straff hält, und eine
derartige Spannung wird in einem Siliziummembranteil hergestellt, das von einem dickeren Siliziumträgerteii
getragen wird, indem das Siliziummen.branteil mit Bor oder Phosphor angereichert wird, dessen Atome einen
geringeren kovalenten Bindungsradius als die Siliziumatome haben, was dazu führt, daß das Membranteil aus
mit Bor oder Phosphor versehenem Silizium gegenüber dem es umgebenden Trägerteil aus nicht mit Bor oder
Phosphor versehenen Silizium schrumpft. Eine derartige Spannung kann aber auch in einer dünnen
Siliziummembran hergestellt werden, die von einem dickeren Siliziumträgerteil getragen wird, welches mit
Arsen, Gallium, Antimon oder Aluminium versehen ist, > dessen Atome je einen größeren kovalenten Bindungsradius als die Siliziumatome aufweisen, was dazu führt,
daß sich das Siliziumträgerteil aus mit Arsen, Gallium, Antimon oder Aluminium versehenen Silizium gegenüber
dem Siliziummembranteil aus nicht mit Arsen, Gallium, Antimon oder Aluminium versehenen Silizium
ausdehnt und das Siliziummembranteil spannt.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Substrats nach der Erfindung und Herstellungsverfahren hierfür werden
im folgenden an den Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 bis 3 zeigen in einer schematischen Seitenansicht drei aufeinanderfolgende Schritte in der Herstellung
eines ersten Beispiels für ein Substrat nach der Erfindung.
Fig.4 ist eine der Fig. 3 gleichartige Seitenansicht
3·; eines fertigen, die Maske tragenden Substrats.
F i g. 5 bis 7 zeigen wie die Fig. 1 bis 3 aufeinanderfolgende
Schritte in der Herstellung eines zweiten Beispiels für ein Substrat nach der Erfindung.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht des fertigen, die Maske
40 tragenden Substrats.
Fig. 9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schematisch ein Substrat rr.it einer Vielzahl von
Membianteilen.
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel kann ein 45 Substrat 6 für eine Maske für weiche Röntgenstrahlen
hergestellt werden, indem (F i g. 1) ein einziges Siliziumplättchen 10 vom N-Leilungstyp oder schwachem
P-Leitungstyp verwendet wird, welches eine Dicke von etwa 200 μίτι hat. Das Siliziumplättchen 10 wird durch
5° Eindiffusion von Bor stark mit Bor durchsetzt, so daß eine Bordiffusionsschicht 12 mit einer Konzentration
von etwa 3 · 10l9cmw3 bis; in eine Tiefe von 3 μΐη von
der Oberfläche aus entsteht.
Dann werden Siliziumdioxidschichten 14 und (F i g. 2), die jeweils etwa 0,1 μτη dick sind, auf der oberen
und unteren Oberfläche des Siliziumplättchens aufgebracht. Diese Siliziumdioxidschichten 14 und
dienen dazu, eine Schutzschicht zu bilden, um einen unerwünschten Angriff auf das Silizium zu verhindern.
Anschließend wird die Maske mit dem gewünschten Muster (F i g. 3) für weiche Röntgenstrahlen in einem
Bereich der Siliziumdioxidschicht 16 hergestellt, wozu bekannte Verfahren, wie die Elektronenstrahl- oder
photolithographische Verfahren eingesetzt werden. Die Maske kann aus Gold oder irgendeinem anderen,
weiche Röntgenstrahlen gut absorbierenden Materia! hergestellt sein. Im Beispiel der F i g. 3 wird eine
Goldschicht 20 mit einer Stärke von 0,3 μτη verwendet,
und es wird eine Zwischenschicht 22 aus Chrom mit einer Dicke von 0,03 μπι Stärke angewendet, um die
Haftung zwischen der Goldschicht 20 und der Siliziumdioxidschicht 16 zu verbessern. Gegenüber dem
Bereich, in dem sich das Maskenmuster befindet, wird j ein Bereich 24 in die Siliziumdioxidschicht 14 eingeätzt,
wozu eine Ätzlösung, wie gepufferte Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, welche die Siliziumdioxidschicht
14, nicht jedoch das Silizium des Siliziumplättchens 10 angreift. Anschließend wird das Siliziumplättchen 10 in
eine warme Lösung von 115° C aus 68 ml Äthylendiamin,
12 g Pyrokatechol und 32 ml Wasser für etwa 1 1/2 Stunden eingetaucht. Die Lösung ätzt das Silizium
unterhalb des Bereiches 24 in der Siliziumdioxidschicht 14 weg und erzeugt im Siliziumplättchen 10 ein Fenster
26 (F i g. 4), welches dem Maskenmuster 18 im Bereich entspricht, das auf der anderen Seite des Siliziumplättchens
10 in der weiche Röntgenstrahlen absorbierenden Goldschicht 20 erzeugt wurde. Die Ätzlösung ist nur in
dem Silizium über der Bordiffusionsschicht 12, aber nicht in dieser wirksam. Außerdem greift die Ätzlösung
nicht die Chrom- oder Goldschichten an. Durch diese Ätzung wird eine Membran 28 aus demjenigen Teil der
Bordiffusionsschicht 12 gebildet, welcher sich über das Fenster 26 erstreckt. Das Membranteil 28 ist relativ
dünn, d. h. etwa 3 μπι dick, und entspricht in seiner
Stärke der Bordiffusionsschicht 12. Demzufolge ist das Membranteil 28 für weiche Röntgenstrahlen völlig
durchlässig, welche dazu dienen, die Maske 18 abzubilden.
Mit diesem Herstellungsverfahren wird durch die Wirkung der Bordotierung im Silizium auch eine
Straffheit des Membranteils 28 herbeigeführt. Eine Spannung entsteht wegen der geringfügigen Verringerung
der Gitterkonstante, die durch die Boranreicherung entsteht, weil die Boratome einen kleineren
kovalenten Bindungsradius als die Siliziumatome haben. Demzufolge schrumpft das Siliziummembranteil 28 und
wird gegenüber dem übrigen Teil, dem Trägerteil des Siliziumsubstrats, der nicht mit Bor angereichert ist,
straff. Wegen dieser Spannung bildet das Siliziummembranteil 28 einen sehr flachen, starren Träger für
die Goldschicht 20 und deren Zwischenschicht 22. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Herstellungsverfahrens besteht
darin, daß die eingesetzte Ätzlösung sehr viel schneller in der Kristallrichtung
<100> als in der Richtung < 1U
> ätzt, so daß bei Verwendung eines Siliziumplättchens 10 auf einer (lOO)-Oberfläche der
Ätzvorgang viel schneller in der Richtung von der Siliziumdioxidschicht 14 weg zur Bordiffusionsschicht
12 hin, als in der hierzu senkrechten Richtung vor sich geht, was dazu führt, daß das Fenster 26 in einem
Bereich unterhalb der öffnung 24 ohne jede ernsthafte Unterschneidung an den Seiten des Fensters 26 unter
den übrigen Teilen der Siliziumdioxidschicht 14 hergestellt wird. Es werden mit diesem Ätzverfahren
tatsächlich schräge Wände 32 und 34 hergestellt, die im Fenster 26 nach innen laufen. Ein Substrat von etwa
6,45 cm2 mit 49 Membranteilen von 5 μιτι Stärke und
jeweils 60 μΐη2 wurde ohne Durchhängen des Membran- do
teils hergestellt.
Die Maske 18 kann jede Art Muster einer Mikro-Miniaturschaltung oder einer elektronischen
Schaltung sein. Das Substrat 6 weist zahlreiche Vorteile auf, denn Silizium ist sehr korrosionsbeständig und, da (<s
die Siliziumherstcllung hochentwickelt ist, so sind Siliziumplättchen hoher Qualität, die Präzisionsanforderungen
erfüllen, leicht erhältlich. Da außerdem das
gesamte Substrat 6 einschließlich des Trägerteils 30 und des Membranteils 28 aus demselben Siliziumkristall
hergestellt sind, besteht kein Haftproplem und Temperaturänderungen
werden das Membranteil 28 nicht zerstören.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel kann ein Substrat 6' als Träger für eine Maske für weiche
Röntgenstrahlen hergestellt werden (Fig.5), indem ein
Siliziumplättchen 10' von etwa 200 μπι Dicke verwendet
wird. Das Siliziumplättchen 10' wird stark mit Arsen bis zu einer Konzentration von etwa 1019 Atomen/cm3
durchsetzt.
Eine epitaktische Schicht 40 von 3 μίτι (F i g. 6) aus
reinem Silizium wird auf einer Oberfläche aufgebracht, und Siliziumnitridschichten 14' und 16' von einer Stärke
von etwa 1/10 μπι werden auf beiden Oberflächen
vorgesehen. Die Siliziumnitridschichten 14' und 16' bilden eine Schutzschicht, die einen unerwünschten
chemischen Angriff auf das Silizium verhindern. Anschließend wird die gewünschte Maske 18' (F i g. 7)
für weiche Röntgenstrahlen in einem Bereich der Siliziumnitridschicht 16' hergestellt, wozu die bekannten
Verfahren der Elektronstrahllithographie oder Photolithographie angewendet werden. Das Maskenmuster 18'
kann aus Gold oder eineim anderen, Röntgenstrahlen gut absorbierenden Material hergestellt werden. Im
Beispiel der Fig.7 wird eine Goldschicht 20' von 3/10 μιτι Stärke angewendet. Gegenüber dem das
Maskenmuster 18' aufweisenden Bereich wird eine Öffnung 24' in die Siliziumnitridschicht 14' eingeätzt,
wozu eine Ätzlösung wie konzentrierte Fluorwasserstoffsäure verwendet wird, welche die Siliziumnitridschicht
14', aber nicht dsis Silizium des Siliziumplättchens
10' angreift.
Anschließend wird das Siliziumplättchen 10' in eine Ätzlösung aus einem Teil Fluorwasserstoffsäure, drei
Teilen Salpetersäure und zehn Teilen Essigsäure für etwa anderthalb Stunden eingetaucht. Diese Ätzlösung
ätzt das mit Arsen angereicherte Silizium unter der öffnung 24' in der Siliziumnitridschicht 14' weg und
erzeugt ein Fenster 26' (F i g. 8) im Siliziumplättchen 10', welches in seiner Ausdehnung dem Maskenmuster 18'
entspricht, das auf der anderen Seite des Siliziumplättchens 10' in der weiche Röntgenstrahlen absorbierenden
Goldschicht 20' hergestellt worden ist. Diese Ätzlösung greift die Goldschicht 20', die Siliziumnitridschichten
14', 16' und die Siliziumschicht 40 nicht an. Somit verbleibt bei dem Ätzverfahren ein Membranteil
28', welches aus der Siliziumschicht 40 gebildet wird, die sich über das Fenster 26' erstreckt. Das Membranteil 28'
ist relativ dünn; es hat eine Stärke von etwa 3 μπι, was
der Stärke der Siliziumschicht 40 entspricht. Folglich ist das Membranteil 28' für die weichen Röntgenstrahlen,
die eingesetzt werden, um die Maske 18' abzubilden, völlig durchlässig.
Dieses Herstellungsverfahren führt aufgrund der Arsenanreicherung des Siliziums auch zu einer Straffheit
des Membranteils 28', denn wegen der leichten Erhöhung der durch die Arsenanreicherung hervorgerufenen
Gitterkonstantc entsteht eine Spannung, weil die Arsenatome einen größeren kovalenten Bindungsradius
als die Siliziumatome haben. Demzufolge dehnt sich das Trägerteil 30' des Substrats 6' gegenüber der Siliziumschicht
40, die nicht mit Arsen angereichert ist, aus, wodurch das Membranteil 28' gestrafft wird. Aufgrund
dieser Spannung bildet das Membranteil 28' einen sehr flachen, starren Träger für die absorbierende Goldschicht
20'.
Vorzugsweise sind auf einem Substrat mehr als ein Maskenmuster und eine entsprechende Zahl Membranteile
vorgesehen. So kann gemäß F i g. 9 das Substrat 6" von etwa 6,45 cm2 vierzig Membranteile 28" (vierzig
Fenster 26") enthalten, von denen jedes etwa. 65 μπι2
groß ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Für weiche Röntgenstrahlen durchlässiges Substrat für eine Maske aus einer weiche Röntgen- >
strahlen absorbierenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Siliziumplättchen
(10) besteht und einen dicken Trägertei! (30) sowie einen oder mehrere dünne, für weiche
Röntgenstrahlen durchlässige, von dem Trägerteil '°
(30) umfaßte und getragene, sowie in dem Trägerteil (30) straff gespannte Membranteile (28) aufweist,
und daß entweder der bzw. die Membranteile (28) mit. einem Zusatzstoff versehen sind, dessen Atome
einen kleineren kovalenten Bindungsradiu:; als die >5
Siliriumatome haben und dadurch eine Schrumpfung bewirken, oder der Trägerteil (30) mit einem
Zusatzstoff versehen ist, dessen Atome einen größeren kovalenten Bindungsradius als die Siliziumatome
haben und dadurch eine Dehnung » bewirken, und daß die weiche Röntgenstrahlen
absorbierende Schicht (20) in einem Muster (18) auf dem bzw. den Membranteilen (28) innerhalb des
Trägerteils (30) angeordnet ist.
2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Membranteile (28) mit Bor
oder Phosphor als Zusatzstoff versehen sind, oder daß der Trägerteil (30) mit Antimon, Gallium, Arsen
oder Aluminium als Zusatzstoff versehen ist.
3. Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ein
Siliziumplättchen (10) an einer ersten Oberfläche (12) Bor oder Phosphor als Zusatzstoff bis in eine
kleine Tiefe eingebracht wird, daß auf die zweite Oberfläche des Siliziumplältchens (10) eine ätzfeste
Abdeckschicht (14) aufgebracht wird, die einen Bereich (24) unbedeckt läßt, der dem an der ersten
Oberfläche (Ϊ2) zu bildenden dünnen Membranteil (28) gegenüberliegt, daß der von der ätzfesten
Abdeckschicht (14) unbedeckte Bereich (24) des Siliziumplättchens (10) mit einem Ätzmittel geätzt
wird, das das nicht mit Bor bzw. Phosphor versehene Silizium, aber nicht die dünne mit Bor bzw. Phosphor
versehene Siliziumschicht (12) und nicht die ätzfeste Abdeckschicht (14) angreift, so daß in dem
Siliziumplättchen (10) ein Fenster (26) entsteht, das
durch die dünne mit Bor bzw. Phosphor versehene, einen straff gespannten Membranteil (28) bildende
Siliziumschicht (12) verschlossen ist.
4. Verfahren zum Herstellen eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Siliziumplättchen (10) mit Antimon, Gallium, Arsen oder Aluminium als Zusatzstoff versehen wird, daß
auf einer ersten Oberfläche des Siliziumplättchens eine dünne Siliziumschicht (40) abgelagert wird, daß
auf die zweite Oberfläche des Siliziumplättchens (10) eine ätzfeste Abdeckschicht (14') aufgebracht wird,
die einen Bereich (24') unbedeckt läßt, der dem an der ersten Oberfläche zu bildenden dünnen Mem
branteil (28') gegenüberliegt, daß der von der ätzfesten Abdeckschicht (14') unbedeckte Bereich
des Siliziumplättchens (10) mit einem Ätzmittel geätzt wird, das das mit Antimon, Gallium, Arsen
bzw. Aluminium versehene Siiiziumpiättchen (iO'), aber nicht die abgelagerte dünne Siliziumschicht (40) (l5
und nicht die ätzfeste Abdeckschicht (14') angreift, so daß in dem Siliziumplättchen (10') ein Fenster
(26') entsteht, das durch die dünne abgelagerte, einen straff gespannten Membranteil (28') bildende Siliziumschicht
(40) verschlossen ist.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |