DE68902591T2 - Roentgenstrahl-absorptionsmittel fuer roentgenstrahllithographie und herstellung durch zerstaeubung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Maske für die Anwendung in der Röntgenstrahl-Litographie und auf eine Methode deren Herstellung und insbesondere auf einen Röntgenstrahl- Absorber für die Anwendung bei Röntgenstrahl-Masken deren Oberfläche glatt ist und in denen die während der Herstellung durch Spannung entstandene Verformung vermindert ist.
• Als die Formgebung der Halbleiteranordnung feiner wurde, erreichte die für ihre Herstellung verwendete photolitographische Methode ihre Grenze der Auflösung, die durch die Wellenlänge des Lichtes bestimmt ist. Um noch feinere Auflösung zu erzielen, kommt die Röntgenstrahl-Litographie anstatt der Photolitographie in Anwendung, die kürzere Wellenlänge der Röntgenstrahlen im Vergleich zu der des Lichtes zunutzen machend. Die Röntgenstrahl-Litographie wird darum eine wichtige Herstellungstechnik der nächsten Generation der Halbleitermittel.
• In einer Röntgenstrahl-Maske nach dem Stand der Technik werden Wolfram, Gold oder Tantal als Röntgenstrahl-Absorber verwendet. Fig. 1 zeigt den schematischen Querschnitt eines Beispiels der Röntgenstrahl-Maske. In der Abbildung bezeichnet die Referenznummer 1 einen beispielweise aus Keramik hergestellten Rahmen, der ein beispielweise aus Silizium hergestelltes Substrat trägt. 3 ist ein für die Röntgenstrahlen durchsichtiger Trägerfilm. Der Trägerfilm ist beispielweise aus Siliziumcarbid (SiC) hergestellt. Ein Röntgenstrahl- Absorptionsfilm 4 ist über dem Trägerfilm 3 gebildet und dem herzustellenden Mittel entsprechend geformt.
• Ein Verfahren für die Herstellung einer solchen Röntgenstrahl-Maske wird mit Bezugnahme auf Fig. 2 kurz beschrieben. Zuerst wird, wie in Fig. 2(a) gezeigt, ein röntgenstrahldurchsichtiger SiC Film 3, etwa 2 µm dick auf eine Fläche eines Substrates 2 aus Silizium (Si) abgeschieden, um den Trägerfilm 3 zu bilden. Dieses Abscheiden erfolgt z.B. mittels chemischer Dampfabscheidung (CVD). Dann wird, wie in Fig. 2(b) gezeigt, ein Trägerrahmen, 1 etwa ein Trägerrahmen, etwa 5 mm dick, an die Rückseite des Siliziumsubstrates 2 geklebt, z.B. mit Epoxydharz. Das Si- Substrat 2 wird von seiner Rückseite abgeätzt wie in Fig. 2(c) gezeigt. Es kann gewöhnliches nasses Ätzen z.B. mit Anwendung eines Gemisches von Fluorwasserstoffsäure (HF), Salpetersäure (HNO&sub3;) und Essigsäure (CH&sub3;COOH) für dieses Ätzen verwendet werden. Dann wird, wie in Fig. 2(d) gezeigt, ein Film aus dem Röntgenstrahlabsorber 4 etwa 1 µm dick und nach einem vorherbestimmten Muster geformt über den Film deponiert. In der Regel wird Elektronstrahl-Litographie für diese feine Musterung verwendet. Der Röntgenstrahl- Absorptionsfilm kann Mittels CVD oder Sputtern geformt werden. Da es jedoch in der Technik bekannt ist, daß die Dichte von mittels CVD geformter Filmen niedrig ist, ihre Röntgenstrahl-Absorptionswirkung schwach ist, wird der Röntgenstrahl-Absorptionsfilm in der Regel mittels Sputtern geformt.
• Auf diese Weise wird die Röntgenstrahl-Maske hergestellt. Ein aus Wolfram (W) und Titan (Ti) hergestellter Röntgenstrahl-Absorber ist in "Low distortion X-ray mask with W-Ti absorber" von N. Yoshioka et al beschrieben, SPIE (Symposium über Photon-, Ion-, Elektronstrahl-Technologie), abgehalten am 2-4 März 1988 in Santa Clara, Kalifornien, USA; Band 923 Electron-beam, X-ray and Ion-beam Technology: Submicrometer Lithographies VII (1988).
• Solche Röntgenstrahl-Masken nach dem Stand der Technik, deren Röntgenstrahl-Absorber aus einem Schwermetall oder dessen Mischung hergestellt wird, haben den Nachteil, daß ihre Oberfläche nicht glatt ist und das Muster verzerrt wird. Die Verzerrung wird durch Spannungen verursacht, die im Röntgenstrahl-Absorptionsfilm während dessen Herstellung entstehen und durch den Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Röntgenstrahl-Absorptionsfilm 4 und dem Trägerfilm 3. Solche Spannungen können nicht durch Ausheilen entfernt werden und so ist der Trägerfilm verzerrt und das Muster ist oft deformiert.
• Es ist in der Technik bekannt das die Spannung in einem gesputterten Film vom Gasdruck in der zur Bildung des Films verwendeten Sputterkammer abhängt. Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Änderung der entstandenen Spannung in einem mittels Sputtern von reinem Ta unter verschiedenen Drücken von Argon- Gas (Ar) gebildeten Ta-Film. Die Ordinate zeigt die Spannung die auf den Trägerfilm durch den auf ihm gebildeten Ta-Film ausgeübt wird, und die Abszisse zeigt den Druck des Argon- Gases in der Sputterkammer in welcher der Ta-Film gesputtert wird. Die Spannung auf der positiven Seite bezeichnet eine Zugspannung während die Spannung auf der negativen Seite eine Druckspannung bezeichnet, die auf der Trägerfilm ausgeübt wird.
• Wie in Fig. 3 gezeigt, gibt es einen Schnittpunkt A bei dem die Spannung Null wird. Jedoch ist die Kurve der Spannung als Funktion des Druckes bei diesem Punkt sehr steil und deswegen verursacht eine kleine Abweichung des Druckes vom Punkt A eine große Spannung. Nach dem Stand der Technik ist es schwer, den Druck genau bei diesem Punkt zu halten. So ist es unmöglich, die Spannung auf einen kleineren Wert als 1 x 10&sup8; dyne/cm² zu vermindern, was vom Standpunkt der Verzerrung der Röntgenstrahlmaske her ein zulässiger Wert der verbleibenden Spannung ist.
• Wie aus der Kurve in Fig. 3 ersichtlich gibt es im Druckbereich höher als 30 m Torr ein verhältnismäßig flaches Spannungsgebiet wo die Spannung sehr klein wird. Es scheint praktisch, so einen Druckbereich für das Formen des Röntgenstrahl-Absorptionsfilms zu wählen. Die Oberfläche des bei einem so hohen Gasdruck (mehr als 30 m Torr) wird aber rauh. Die Beobachtung mittels Elektronenmikroskopie zeigte, daß die Oberfläche des in einem niedrigen Druckgebiet nahe zum Punkt A in Fig. 3 geformten Films sehr flach und glatt ist. Aber je höher der Gasdruck, desto rauher wird die Oberfläche des gesputterten Films. Im Querschnitt eines bei hohem Druck von mehr als 30 m Torr geformten Ta-Films, wurde eine säulenartige Struktur der Ta-Kristalle beobachtet. Kleine Ta-Kristalle, ungefähr 1 µm lang und 0,1 - 0,2 µm im Durchmesser wurden senkrecht zur Oberfläche des Trägerfilms und parallel zueinander gewachse. Durch solche Ta-Kristalle wird die Oberfläche des Films rauh und der Kontrast der Röntgenstrahlmaske wird vermindert.
• Daher wird das Sputtern praktisch bei einem Punkt B der Kurve in Fig. 3 durchgeführt. Es besteht ein Kompromiß zwischen der Verminderung der Spannung und dem Bewahren der Oberflächenglätte der Maske, in der Regel ist aber die Glätte immer noch unzureichend.
• Wie die Spannung im Röntgenstrahl-Absorptionsfilm vermindert werden soll, ist daher eine wichtiges Problem bei der Herstellung einer Röntgenstrahlmaske. Vor kurzen wurde die Anwendung von Schwermetallnitriden als Röntgenstrahlabsorber vorgeschlagen. Es wird angenommen daß der in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre geformte Schwermetallfilm amorph wird und die Spannung vermindert. Mehr Einzelheiten über die Verwendung von Wolframnitrid und Tantalnitrid für Röntgenstrahlabsorber gibt das offen gelegte japanische Patent No. 63-76325 von T. Kanayama et al.
• Ein Nitridfilm wird in der Regel mittels Sputtern eines aus Nitrid hergestellten Zieles oder mittels Sputtern eines reinen Metalls in einer Stickstoffatmosphäre. Die letztere Methode wird weit verwendet, da in der ersterwähnten Methode das aus Nitrid hergestellte Ziel porös ist und geneigt ist Verunreinigungen zu enthalten. Dennoch verbleibt die Spannung sogar im Nitridfilm.
• Die Stabilität des Films ist ein weiterer wichtiger Faktor für eine Röntgenstrahlmaske. Die Spannung ändert sich, wenn die Temperatur geändert wird, weil die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Röntgenstrahl-Absorptionsfilms und seines Trägerfilms verschieden sind. Außerdem ändert sich die Spannung wenn der gesputterte Film Gas aus der Umgebung, Sauerstoff oder insbesondere in der Luft enthaltene Feuchtigkeit absorbiert. Deshalb muß die Röntgenstrahlmaske sehr vorsichtig behandelt werden und die Bedingungen der Anwendung und der Aufbewahrung der Maske sind sehr kritisch.
• Es ist deshalb ein allgemeines Ziel dieser Erfindung ein Röntgenstrahl-Absorptionsmaterial zu liefern, dessen gesputterter Film stabil ist und eine geringe Spannung in einem Röntgenstrahlabsorber hat.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Röntgenstrahlmaske vorzusehen, die stabil ist und eine im wesentlichen verzerrungsfreie glatte Oberfläche hat.
• Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine geeignete Sputtermethode für die Herstellung des Röntgenstrahl-Absorptionsfilms zu liefern.
• Die Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß wenn eine begrenzte Menge von einem oder mehreren von Aluminium (Al), Titan (Ti), Silizium (Si) und Molybdän (Mo) als Zusatzelement(e) in einem Röntgenstrahl-Absorptionsfilm aus Tantal (Ta) als Basismaterial enthalten ist, dadurch die Spannung im gesputterten Film vermindert wird. Insbesondere ist eine Verbindung von Ta als Basismetall mit Al als Zusatzelement sehr gut. Als andere Schwermetalle wie Wolfram oder Gold als Basismaterial verwendet wurden, zeigten sie diese eine spannungvermindernde Wirkung.
• Aufgrund dieser Entdeckung liefert die Erfindung einen Röntgenstrahl-Absorptionsfilm, der die in Anspruch 1 festgelegten Merkmale hat.
• Die Erfindung liefert auch eine Röntgenstrahlmaske, die den Röntgenstrahl-Absorptionsfilm der Erfindung auf einem Trägerfilm z.B. aus Siliziumkarbid getragen beinhaltet.
• Eine Methode der Herstellung des Films durch Sputtern wird in Anspruch 7 beansprucht.
• Nach einem anderen Aspekt der Erfindung kann der Film nitriert werden, so daß die im Film befindlichen Metalle als Nitride anwesend sind. Ein solcher Film kann durch Sputtern des Metalls in einer Atmosphäre von Stickstoff und Argon hergestellt werden, wie es in Anspruch 9 ausdrücklicher dargelegt ist.
• Bei Änderung des Gehaltes von Stickstoff (N&sub2;) in Argon- Gas (Ar) und Änderung des gemischten Gases in der Sputterkammer ändert sich die Spannung im gesputterten Film auf verschiedene Weise. Der beste Film wird mit einem Basismetall erzielt, das aus Ta und 1 Gewichtsprozent Al als Zusatzelement besteht und indem diese in einem aus Ar und 10 Volumprozent Stickstoff gebildeten Gasgemisch gesputtert werden.
• Ein Merkmal der Sputtermethode dieser Erfindung ist in der Bildung des Zieles oder Targets. Das Basismetall und das Zusatzelement werden nicht miteinander gemischt oder legiert, weil es oft schwer ist ein gleichmäßig gemischtes oder legiertes Material dieser Metalle herzustellen. In dieser Erfindung wird deshalb ein zusammengesetztes Ziel aus dem Basismetall und dem Zusatzelement gebildet, in dem ein Zusatzelement wie Al in die Oberfläche des Zieles aus reinem Basismetall eingebettet wird. Erst wird eine Zielplatte aus dem Basismetall, zum Beispiel Ta hergestellt. Eine Vielzahl von Löchern wird dann in die Oberfläche des Zieles gebohrt. Dies Löcher sind gleichmäßig auf der Oberfläche des Zieles verteilt. Das Zusatzmaterial, zum Beispiel Al wird als Stifte mit dem gleichen Durchmesser wie die Löcher geformt und in jedes dieser Löcher eingebettet. Der Durchmesser der Stifte und ihre Dichte auf der Fläche des Zieles sind nicht ausschlaggebend.
• Das Verhältnis des Zusatzelementes im gesputterten Film wird durch die Änderung der Zahl der Stifte auf dem Ziel geändert. Es ist nicht immer proportional zum Verhältnis der Gesamtfläche der Stifte auf dem Ziel zu der übrigen Fläche des Zieles weil die Sputtergeschwindigkeit für jedes dieser Materialien verschieden ist. Die Wirkung der Änderung der Zahl und des Durchmessers der Stifte wird durch quantitative Analyse des gesputterten Films festgestellt. Dies scheint recht mühsam zu sein, aber wenn einmal die Anzahl der Löcher und ihr Durchmesser durch Versuche festgestellt ist, ist die Reproduzierbarkeit sehr gut. Diese Methode kann für Materiale verwendet werden, die schwer miteinander zu mischen oder zu legieren sind.
• Es werden jetzt einige Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft mit Hinweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 ein schematischer Querschnitt einer Beispiels einer Röntgenstrahlmaske ist,
• Fig. 2(a) bis 2(d) schematisch die Hauptstufen der Herstellung einer Röntgenstrahlmaske illustrieren.
• Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Änderung der Spannung in einem Ta-Film zeigt der durch Sputtern unter verschiedenen Drücken von Argon-Gas hergestellt wurde,
• Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Wirkung verschiedener, im Ta-Film enthaltenen Arten von Zusatzmaterial durch Vergleichen der Änderung der Spannung in Ta-Filmen illustriert, die unter verschiedenen Drücken von Argon-Gas gesputtert wurden,
• Fig. 5 schematisch eine Sputteranlage die für diese Erfindung verwendet illustriert,
• Fig. 6 schematisch die Oberflächenstruktur des in dieser Erfindung verwendeten Zieles illustriert,
• Fig. 7 die Wirkung von Al illustriert, das einem Ta Basismetall zugesetzt wird, durch Vergleichen der Änderung der Spannung mit den Argon-Gasdrücken unter denen die verschiedenen, unterschiedliche Verhältnisse von Al enthaltenden Ta-Filme gesputtert wurden,
• Fig. 8 die Wirkung des Stickstoffgehaltes des Argon-Gases in der Sputterkammer zeigt, und vergleicht die Änderung der Spannung in 1 % Al beinhaltenden Ta-Filmen, die unter verschiedenen Drücken von Gas mit verschiedenen Verhältnissen von Argon in Stickstoff gesputtert wurden, zeigt,
• Fig. 9 vergleicht die Nitrierwirkung verschiedener Zusatzelemente im Ta Basismetall, das unter verschiedenen Drücken von Argon-Gas mit 10 % Stickstoffgehalt gesputtert wurde, zeigt.
• Wie schon erläutert, kann mit Schwermetallen oder deren Legierungen die Spannung im gesputterten Film eines Röntgenstrahlabsorbers nicht genügend herabgesetzt werden. Um die Spannung im Film zu vermindern, versuchten die Erfinder verschiedene Materiale dem Basismetall des Röntgenstrahlabsorbers zuzusetzen und fanden, daß einige Materiale die kleinere Atomdurchmesser im Vergleich zu dem des Basismetalls besitzen, wirksam in der Verminderung der Spannung sind, und einer Form der Erfindung entsprechend wurde eine Mischung von Ta als Basismetall mit wenigstens einem von Al, Ti, Si oder Mo als Zusatzelement gewählt.
• Fig. 4 zeigt wie sich die Spannung in verschiedenen Filmen ändert, wenn der Gasdruck in der Sputterkammer zum Formen des Films geändert wird. In der Abbildung zeigt die Ordinate die im gesputterten Film entstehende Spannung und die Abszisse den Druck des Argon-Gases in der Sputterkammer beim Sputtern des Films. Vier Kurven zeigen die Änderung der Spannung im gesputterten Film aus reinem Ta bzw. 0,9 Gewichtsprozent Al enthaltendem Ta, 0,8 Gewichtsprozent Ti enthaltendem Ta und 1,4 Gewichtsprozent Si enthaltendem Ta.
• Die Spannung wird aus der Krümmung eines Siliziumsubstrates mit der Struktur gemäß Fig. 2(a) gemessen, auf welches diese Filme gesputtert werden. Der SiC Trägerfilm 3 ist sehr dünn (etwa 2 µm), und verursacht nie ein Krümmen des Si- Substrates. Wenn man aber z.B. einen Ta-Film auf den Film 3 sputtert, wird das Substrat 2 gekrümmt. Die Krümmung des Si Substrats 2 kann darum als Folge der Spannung im gesputterten Film betrachtet werden.
• Im Vergleich mit der Kurve von reinem Ta ist die Spannung von Ta-Al kleiner als die von reinem Ta und die Ta-Al Kurve hat eine sanftere Steigung auf der rechten Flanke der Kurve. Das bedeutet, daß Ta-Al bei einem kleineren Druck als reines Ta gesputtert werden kann, z.B. bei 25 m Torr. So wird eine glattere Oberfläche erzielt. Die Ta-Ti Kurve hat einen Nullschnittpunkt bei etwa 18 m Torr und die Neigung der Kurve bei diesem Punkt ist viel sanfter als beim Nullschnittpunkt von reinem Ta. Darum ist das Regeln des Druckes, um ihn bei diesem Punkt zu halten, leichter als um den Druck bei Punkt A in Fig. 3 zu halten. Die Ta-Si Kurve scheint im Vergleich zu reinem Ta eine längere und höhere Flanke auf der rechten Seite zu haben, aber es wurde gefunden, daß der gesputterte Film so gar bei einem Druck von 40 m Torr eine glatte Oberfläche hat. Wie oben beschrieben, zeigten diese Filme aus kleine Mengen von Al, Ti oder Si als Zusatzelement beinhaltendem Ta bessere charakteristische Eigenschaften als Röntgenstrahlabsorber für Röntgenstrahlmasken im Vergleich zu reinem Ta.
• Die Wirkung der Zusatzelemente Al, Ti, Si oder Mo erscheint, wenn diese dem Ta Basismetall in Mengen von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent zugesetzt werden, aber der Bereich von 1-3 Gewichtsprozent ist erwünscht. Die Dichte des Films ist von 13,5 bis 16,5, was der eines reinem Ta-Films fast gleich ist, so daß die Maskenwirkung für Röntgenstrahlen fast der einer Ta Maske gleich ist. Bei Gehalten von weniger als 1% ist die Wirkung der obenbeschriebenen Zusatzelemente schwach. Übermäßige Zusätze (mehr als 10%) dieser Metalle sind auch unerwünscht weil die Dichte der Maske vermindert wird und die Maskenwirkung für Röntgenstrahlen sinkt.
• Zur Beurteilung eines Films als Röntgenstrahl-Maske muß die Stabilität des Films geprüft werden. Die Stabilität eines Films kann als die Spannungsänderung ausgedrückt werden, wenn der Film unter verschiedenen Verhältnissen gehalten wird. Die folgende Tabelle zeigt die größte Spannungsänderung in verschiedenen gesputterten Filmen, wenn sie einen Tag lang in einer Umgebung von freier Luft bei 200 ºC gehalten werden. Filme Spannungsänderung (dyne/cm²)
• Je kleiner die Spannungsänderung, desto besser. Das Minuszeichen vor der Änderung bedeutet eine Änderung in der Richtung des Zusammenschrumpfens des Substrats.
• In der Tabelle werden reines Ta und Gold zum Vergleich angeführt. Wie aus der Tabelle ersichtlich, erhöht die Zugabe der Zusatzelemente die Stabilität des Films, wobei die Kombination Ta-Al die beste ist.
• Die gemäß der Erfindung verwendeten Zusatzelemente haben vom Standpunkt der Maskenherstellung auch dem Vorteil, daß der Film mit Anwendung der gewöhnlichen Halbleitertechnologie auch geätzt werden können und daß das Basismetall wie auch das Zusatzelement im gleichen Ätzverfahren geätzt werden kann. Diese Erfordernisse werden bei Gold, Blei oder Wolfram nicht erfüllt.
• Jetzt wird die Methode des Sputterns des Gemisches der Basis und der Zusatzelemente beschrieben. Die in dieser Erfindung angewandte Sputteranlage ist eine herkömmliche, die in verschiedenen Verfahren für die Herstellung von Halbleitermitteln verwendet wird: es ist nicht nötig, diese Anlage zu ändern. Fig. 5 zeigt schematisch die Hauptteile einer für diese Erfindung verwendeten Sputteranlage. Es ist ein Beispiel eines in weiten Kreisen benutzten Magnetron-Sputterapparates. In einer Sputterkammer 11 werden ein Ziel 12 und ein Objekt 13, auf dem der gesputterte Film erzeugt werden soll, einander gegenübergestellt. Das Objekt 13 ist das Substrat wie in Fig. 2(c) gezeigt, und wird durch eine Stütze 14 gehalten. Das Ziel 12 ist eine aus dem zu sputternden Material hergestellte Scheibe und wird durch einen Zielhalter 15 gehalten. Die Einzelheiten der Struktur des Zieles werden später beschrieben.
• Die Sputterkammer 11 wird durch eine Pumpe 16 evakuiert, deren Absauggeschwindigkeit durch ein Ventil mit veränderlicher Impedanz 17 geregelt wird. Inertgas zum Beispiel Argon wird durch ein Regelventil 18 in die Sputterkammer 11 eingeführt und der Gasdruck in der Sputterkammer wird bei einem vorherbestimmten Wert gehalten. Das Objekt 13 ist elektrisch mit der Sputterkammer 11 verbunden und geerdet, der Zielhalter 15 und das Ziel 12 hingegen sind von der Erde elektrisch isoliert und ein elektrisches Potential wird durch eine Spannungsquelle 19 angelegt. In der Sputterkammer wird durch die angewandte Spannung eine Plasmaentladung erzeugt und das Ziel 12 wird mit den durch die Plasmaentladung erzeugten Ionen bombardiert und auf das Objekt 13 gesputtert. Der Zielhalter 15 ist wassergekühlt und mit einer Vielzahl von permanenten Magneten 20 versehen, um die Ionen auf die Fläche des Ziels zu konzentrieren und den Wirkungsgrad des Sputterns zu erhöhen. Die Kennzeichen des Apparates und der Methode sind alle herkömmlich und in weiten Kreisen verwendet, daher entfällt einfachheitshalber eine weitere Beschreibung.
• Üblicherweise wird zum Sputtern eines Gemisches von Elementen das Ziel aus einem Gemisch oder einer Legierung der Grundstoffe hergestellt oder es werden zwei, aus den entsprechenden Elementen hergestellte Ziele verwendet. Es ist jedoch oft schwierig eine gleichmäßige Mischung oder Legierung dieser Arten von Material zu machen und bei der Anwendung von zwei Zielen ist die Regelung des Sputterns kritisch und die Reproduzierbarkeit ist nicht gut.
• In dieser Erfindung wird das Zusatzelement mit dem Basismetall weder gemischt noch legiert, hingegen wird ein zusammengesetztes Ziel aus diesem Basismetall und dem Zusatzelement hergestellt. Das Zusatzelement wird zu Stiften geformt und in auf der Oberfläche des aus dem Basismetall hergestellten Ziels gebildete Löcher eingebettet. Diese Stifte sind im wesentlichen gleichmäßig über die Fläche des Ziels verteilt. Fig. 6 illustriert ein Beispiel der Oberflächenanordnung eines für diese Erfindung verwendeten Ziels. Eine Scheibe 5 mit einem Durchmesser zum Beispiel 20 cm ist aus reinem Ta- Blech zum Beispiel 6 mm dick. Eine Vielzahl von Löchern 6, die einen Durchmesser von 5 mm und eine Tiefe von zum Beispiel 4 mm haben, werden auf der ganzen Oberfläche der Scheibe gebohrt. Diese Löcher sind fast gleichmäßig auf der Oberfläche des Ziels verteilt. In der Ausführung von Fig. 8 sind die Löcher 6 in vier konzentrische Kreise 7-1, 7-2, 7-3 und 7-4 angeordnet, deren Durchmesser 18 cm, 15 cm, 12 cm bzw. 9 cm ist. Auf jedem dieser Kreise sind die Löcher mit etwa 1 cm Abstand voneinander angeordnet und die Stifte sind in jedes dieser Löcher eingebettet. Im Inneren des Kreises 7-4 ist kein Loch und daher ist auch kein Stift eingebettet, weil es empirisch bekannt ist, daß der mittlere Teil des Ziels in der in dieser Erfindung verwendeten Sputteranlage fast gar nicht gesputtert wird. Es gibt daher keinen Grund die Scheibe in ihrem mittleren Teil innerhalb des Kreises 7-4 mit Stiften zu versehen.
• Die Anordnung der Löcher 6 auf dem Ziel ist nicht sehr kritisch. Deshalb sind auch viele andere Anordnungen möglich, falls die Verteilung der Löcher im wesentlichen gleichmäßig ist. Zum Beispiel wäre eine rechteckige Gitteranordnung mit einem Loch in jedem Gitterpunkt möglich. Jedes Loch kann einen Boden haben oder sie können durch die Scheibe dringen. Die Form und die Größe des Ziels kann abhängig von der Sputteranlage untersiedlich sein. Um das Basismetall zu wechseln wird eine aus dem anderen Basismetall hergestellte Scheibe verwendet.
• Das Zusatzelement, zum Beispiel Al, wird als Stab mit dem gleichen Durchmesser (zum Beispiel 5 mm) wie der des Loches 6 geformt und in Stifte geschnitten, die eine Höhe gleich der Tiefe der Löcher haben. Mit Anwendung einer solchen Scheibe als Ziel wird das Sputtern des gemischten Materials in einem einzigen Sputterverfahren durchgeführt. Die Regelung des Sputterns wird sehr leicht und die Reproduzierbarkeit des gesputterten Films ist sehr gut.
• Der Inhalt von Zusatzelement im gesputterten Film wird durch Änderung der Zahl der in die Scheibe eingebetteten Stifte geändert. Der Inhalt von Zusatzelement ist nicht immer gleich dem Verhältnis der von den Stiften eingenommenen Gesamtfläche und der Restfläche der Scheibe, weil die Sputtergeschwindigkeit der verschiedenen Stoffe unterschiedlich ist und auch von der Sputteranlage abhängt. In der Praxis wird für eine kleine Änderung des Inhalts die Lochverteilung nicht notwendigerweise neu angeordnet. Zum Beispiel ist die in Fig. 6 gezeigte Lochanordnung eine zum Bilden eines Films aus Ta mit 1,2 Gewichtsprozent Al, was einer der besten Filme ist, die durch diese Erfindung erzielt werden. Um den Gehalt an Al auf zum Beispiel 1,0 Gewichtsprozent zu vermindern genügt es einfach, 20% der Stifte herauszuziehen, darauf achtend daß die Verteilung der Stifte im wesentlichen gleichmäßig bleibt.
• Auf diese Weise ist die Regelung des Inhaltes sehr einfach und eine feine Regelung kann erzielt werden. Der Inhalt des Films muß durch Experiment aus den Ergebnissen von quantitativen Analysen des gesputterten Films bestimmt werden. Das scheint schwierig zu sein, aber das ist ein Schritt den man auch bei jeder anderen Methode unternehmen muß. Wenn einmal der erwünschte Zustand auf diese Weise festgestellt ist, ist die Reproduzierbarkeit sehr gut.
• Gold, Wolfram und Blei wurden auch als Basismetall auf diese Weise geprüft, sie zeigten aber keine guten Ergebnisse im Vergleich zu den mit Ta Basismetall erreichten. Außerdem können diese Metalle nicht mit den in der Halbleiterindustrie verwendeten gewöhnlichen Ätzverfahren geätzt werden.
• Fig. 7 zeigt die Ergebnisse aus Versuchen in denen der Gehalt an Al in Ta Basismetall geändert wurde. Die Änderung der Spannung als Funktion des Sputterdruckes von Ar wurde für verschiedene gesputterte Filme mit unterschiedlichem Al- Gehalt gemessen. Die Kurven in Fig. 7 entsprechen Filmen die Al mit Konzentrationen von 3, 1 bzw. 0,7 Gewichtsprozent enthalten. Die Werte der Gewichtsprozente sind für jede Kurve in Klammern angedeutet. Auch eine Kurve für reines Ta ist zum Vergleich angeführt. Wie aus der Abbildung ersichtlich, ist die rechte Seite aller Kurven der kleine Mengen von Al enthaltenden Filme niedriger als die von reinem Ta. Das bedeutet, daß die Spannung in diesen Filmen kleiner ist als die von reinem Ta oder daß diese Filme bei einem niedrigeren Druck gesputtert werden können als reines Ta und so eine glattere Fläche erzielt wird. Der Film aus 1 Gewichtsprozent Al enthaltendem Ta ist besonders gut. Die Spannung wird bis hinauf zu einem Druck von 25 m Torr fast Null.
• In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung werden die Ta als Basismetall und ein Zusatzmetall enthaltenden verbesserten Filme nitriert. Um diese Filme zu nitrieren, wurden Gemische von Argon-Gas mit verschiedenen Verhältnissen von Stickstoff verwendet. Die Ergebnisse zeigen die Wirkung auf die Spannungen durch den Stickstoff, der dem zum Sputtern verwendeten Argon-Gas beigemischt wurde. Der Vergleich wurde am besten Film durchgeführt, der in der ersten Ausführungsform erzielt wurde. So wurde 1 Gewichtsprozent Al enthaltendes Ta in gemischtem Gas gesputtert, das 5, 10 und 30 Volumprozent Stickstoff in Argon enthielt.
• In Fig. 8 zeigen die Zahlen in Klammern den Stickstoffgehalt in Volumprozent. Die mit Referenzbuchstaben Ta-Al-N bezeichneten drei unteren Kurven zeigen die Charakteristiken der Spannung als Funktion des Druckes für den in einem Argon- Stickstoff Gasgemisch gesputterten Film. Die beiden oberen, mit pure Ta und Ta-Al bezeichneten Kurven zeigen die Spannungen in reinem Ta bzw. in 1 Gewichtsprozent Al beinhaltendem Ta, beide in reinem Ar gesputtert. Diese sind der Abbildung zum Vergleich beigefügt.
• Wie in Fig. 8 zu sehen ist, wird die Spannung in jedem nitrierten Film im Vergleich zu der in nicht nitrierten Filmen (reines Ta oder Ta-Al) vermindert. Die Neigungen der Kurven an der rechten Flanke wurden sanfter und besonders im Film, der in Argon mit 30 Gewichtsprozent Stickstoffgehalt gesputtert wurde, ist die Spannung für einen weiten Druckbereich sehr klein. Auch die Neigung der Kurve beim Nullschnittpunkt ist sehr sanft. So kann bei Anwendung von diesem Material und dieser Gaszusammensetzung die Spannung auf fast Null vermindert werden. Die Oberfläche ist glatt weil das Sputtern in einem niedrigen Druckbereich durchgeführt werden kann. Die Dichte des Films ist hoch (12.5 bis 16.0), so kann eine hohe Maskenwirkung für Röntgenstrahlen erzielt werden. Außerdem wird es offenbar, daß die Regelung der Sputtering-Verhältnisse sehr leicht ist.
• Diese Wirkung von Nitrid erscheint, wenn das Stickstoff- Gas mit dem Argon-Gas in einem Verhältnis von 5 bis 40 Volumprozent gemischt wird. Ein zu hohes Verhältnis ist unerwünscht weil wenn zu viel Stickstoff hinzugegeben wird, zum Beispiel mehr als 50%, wird der gesputterte Film sehr rauh.
• So sinkt die Maskenwirkung für Röntgenstrahlen und der Kontrast des Films.
• Ähnliche Prüfungen wurden für andere Zusatzelemente wie Ti, Si und Mo für Ta Basismetall durchgeführt und haben ähnliche Wirkungen ergeben. Fig. 9 zeigt die Wirkung des Nitrierens an einigen der in Fig. 4 gezeigten Filme angewendet. Das Nitrieren wurde durch Sputtern dieser Filme in einem Gemisch von Ar mit 10 Volumprozent Stickstoff. Die Filme wurden verglichen: 0.9 Gewichtsprozent enthaltendes Ta, 0.8 Gewichtsprozent Ti enthaltendes Ta und reines Ta. Die Wirkung des Nitrierens war offensichtlich. Die Spitzenwerte der Spannung auf der positiven Seite wurden vermindert. Aber die beste Wirkung wurde mit der Kombination von Ta und Al erreicht, in der die Spannung für einen weiten Druckbereich sehr klein ist.
• Wie oben erläutert wurde, wird durch Zugabe von einigen Prozent der Zusatzelemente wie Al, Ti, Si oder Mo zu einem Basismetall aus Ta die Spannung im gesputterten Film klein und die Oberfläche des gesputterten Films wird glatt und stabil. Wenn diese Filme in Stickstoff enthaltendem Gas gesputtert werden, wird die Spannung weiter vermindert und das Sputtern kann bei niedrigerem Gasdruck durchgeführt werden. Das erleichtert die Regelung des Gases und die Reproduzierbarkeit des gesputterten Films als Röntgenstrahlabsorber wird höher.
• Die Kennzeichen und Vorteile dieser Erfindung werden aus der bisherigen Beschreibung offensichtlich in denen diese dargelegten Ausführungsformen in jeder Beziehung als illustrativ und nicht als restriktiv in Betracht zu ziehen sind.

Claims (9)

1. Röntgenstrahl-Absorptionsfilm aus einem Material, welches Tantal (Ta) als Basismaterial zusammen mit einem oder mehreren von Aluminium (Al), Titan (Ti), Silizium (Si) und Molybdän (Mo) als Zusatzelement (E) in einem Gesamtbetrag von 0,5 bis 10 Gewichtsprozent des Materials umfaßt.

2. Röntgenstrahl-Absorptionsfilm nach Anspruch 1, bei dem die Gesamtmenge von Al, Ti, Si und Mo von 1 bis 3 Gewichtsprozent beträgt.

3. Röntgenstrahl-Absobtionsfilm nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Ta, Al, ti, Si und Mo in Nitrid-Form vorliegen.

4. Röntgenstrahl-Maske mit einem Röntgenstrahl-Absorptionsfilm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der auf einem Trägerfilm getragen wird.

5. Röntgenstrahl-Maske nach Anspruch 5, bei dem der Trägerfilm aus Siliziumcarbid hergestellt ist.

6. Röntgenstrahl-Absorptionsfilm oder -Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Absorptionsfilm ein gesputterter Film ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Films oder einer Maske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches das Sputtern einer Mischung eines Basismaterials und des Zusatzelementes oder der Zusatzelemente von einem Verbindungsziel auf ein Substrat in einer Sputter-Kammer umfaßt, welche ein Gas enthält, welches Ziel aus dem genannten Basismaterial besteht und eine Vielzahl von Löchern hat, die in ihm und über seiner Oberfläche gleichmäßig verteilt sind, in welcher Stifte des bzw. der genannten Zusatzelemente eingebettet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Gas ein Argon-Gas ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Gas eine Mischung aus Argon und Stickstoff ist, welche 5 bis 40 Volumenprozent Stickstoff enthält.