JPH11505602A - 薄い放射線透過性窓の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は放射線透過性窓の製造方法を提供する。放射線、特に長波Ｘ線の場合に、適当な放射線の透過を達成するには、窓を炭素および水素のような光素子のみを含有する材料から製造する。この材料を金属基板または半導体基板、例えば、シリコン基板の上に堆積させ、その後この窓材料に該材料がガラス状炭素に転化するような線量のイオン衝撃を照射する。この炭素の変性は極めて薄い層で実現することができ、かつ化学的抵抗性が極めて大きいので、変性された炭素は基板材料（の一部分）をエッチング除去する際のエッチング停止材として極めて良好に作用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 薄い放射線透過性窓の製造方法 本発明は、エッチング可能な基板の上に主として炭素と水素とからなる層を堆 積させ、前記層を有する前記基板にエッチング操作を施し、該エッチング操作中 に前記基板の材料を前記層の表面の少なくとも一部分にわたってエッチング除去 することにより、小さい原子数を有する材料からなる薄い放射線透過性窓を製造 する方法に関するものである。 また、本発明は、上述のような方法によって製造された放射線透過性窓、およ び上述のような方法によって製造された放射線透過性窓を備える放射−光学分析 装置に関するものである。 この種の方法は米国特許ＵＳ第５，０９０，０４６号から既知である。この文 献には、主として炭素および水素からなる重合体、例えば、ポリイミドからなる 厚さ０．５μｍのＸ線透過性層を備える軟Ｘ線用Ｘ線検出器の窓の製造が開示さ れている。このＸ線透過性層が設けられる基板は、銅合金のような金属板によっ て形成される。製造プロセスの過程において、前記金属板はマスクパターンに従 って部分的にエッチング除去されて、Ｘ線透過性重合体層用支持グリッドを形成 する。 このエッチング処理のために、基板材料およびエッチング剤を注意して選択し て、Ｘ線透過性薄膜を侵食することなく、適当なエッチング作用を達成する必要 がある。しかも、この重合体薄膜は、窓製造プロセス中に必要となる高温に耐え ることができない。 本発明の目的は、種々のエッチング剤の作用を受ける程度が実質的に小さく、 高温に耐えることができるＸ線透過性層を、窓に設けることができる、上述の種 類の方法を提供することにある。 このために、本発明方法は、前記層に、該層の炭素様層がガラス状炭素形態で 残るような線量の粒子放射を照射することを特徴とする。 本発明においては、上述のようなガラス状炭素が実際上すべてのエッチング剤 に対して抵抗性を有すること、また上述のようなガラス状炭素が温度４００℃に 加熱された場合にのみ空気中で崩壊するような化学的抵抗性を有すること、を確 かめた。 本発明の一例においては、前記被照射層はホトレジストからなる。この材料は 薄層の形成に極めて適しているので、Ｘ線透過性層の厚さを製造プロセスによっ て正確に制御することができる。 本発明の他の例においては、粒子放射はイオン放射である。本発明においては 、特に、１０〜１００キロボルトオーダーのエネルギーを有するイオン放射が、 所望の特性を示すガラス状炭素を形成するのに有効である、ことを確かめた。 Ｘ線用ガス放電検出器に放射線透過性窓を使用するようないくつかの用途では 、窓を所定の程度まで導電性にして検出器における放電パルスによって窓の帯電 を防止するのが望ましい。このために、本発明の他の例の窓は、前記層に、該層 の炭素様層がガラス状炭素形態で残るような第１線量のイオン放射および前記ガ ラス状炭素形態の前記炭素様層の前記放射を受けた部分に前記ガラス状炭素形態 の前記炭素様層の残部の表面電気抵抗より小さい表面電気抵抗を与えるような第 ２線量の低エネルギーイオン放射を照射することを特徴とする。この窓について 行った試験から、第２線量の低エネルギーイオン放射のために、前記層の一部分 が所望の導電性を示すことが分かった。この層の表面の上には、幾分グラファイ ト様の性質を有する小さい領域が生じるが、全表面がグラファイトとして挙動し 始めることはない、と説明することができる。 本発明のさらに他の例においては、基板は＜１１０＞表面を有するシリコンウ エハからなる。表面の上にエッチングすべきパターンを適当に選択した場合には 、シリコン表面に対して垂直方向のエッチングを選択的エッチングによって容易 に実現することができるので、残りのシリコン部分はＸ線透過性層の支持部材と しての正しい形状を正確に有する。 本発明を以下に記載する例について詳述する。 図面において、 図１は、本発明の一例のＸ線透過性窓を備えるガス充填Ｘ線検出器の断面図で あり； 図２は、本発明の一例のＸ線透過性窓を備えるＸ線検出器を設けた分析装置の 要部を示す斜視図であり； 図３ａは、本発明の一例の放射線透過性窓に使用される窓構造体の断面図であ り； 図３ｂは、本発明の一例の放射線透過性窓に用いられる支持部材用のマスクパ ターンが設けられているシリコーンウエハの全体を示す平面図であり； 図３ｃは、図３ｂに示すシリコーンウエハから切り取った窓切片の平面図であ る。 図１はＸ線検出器を示し、このＸ線検出器には本発明のＸ線透過性窓を使用す ることができる。このＸ線検出器は入口窓２が設けられているハウジング４を備 える。ハウジング４はガスを収容する空間６を包囲し、空間６内にはさらに検出 器構成部品、例えば、陽極ワイヤ８が収容され、陽極ワイヤ８は金属ハウジング ４から絶縁体１０によって絶縁されている。入射Ｘ線１２は検出器ガス６をイオ ン化させるので、電荷パルスが陽極ワイヤ８によって発生し、この電荷パルスは 出力部１４に接続されている処理装置（図示せず）によってさらに処理される。 入口窓２は、Ｘ線吸収が最小になるようにできる限り薄くする必要があるが、変 動する温度および圧力のような動作条件が変化しても適当な気密シールが形成さ れるのに充分な厚さにする必要があるので、窓材料およびその支持体の強度に関 し厳しい要件が課せられている。 図２は、本発明の分析装置の要部を示す。Ｘ線源２６はＸ線ビーム１２を発生 し、Ｘ線ビーム１２は分析すべき試験片２８に入射する。試験片２８におけるＸ 線蛍光はＸ線を励起し、次いでこの励起されたＸ線は第１ビームリミッタ１６お よび第２コリメータ１８を経て分析結晶体２０に入射する。励起されたＸ線の波 長の選択がこの結晶体内で行われる。選択された波長のＸ線は最後にＸ線検出器 ４によって検出される。放射線は、窓２を経てＸ線検出器４に入る前に、第２ビ ームリミッタ２２および第２コリメータ２４を通過する。第２コリメータ２４は Ｘ線窓２に対向して配置されている。このコリメータ２４はソーラー(Soller)タ イプである。すなわち、Ｘ線を通過させて平行にすることができる所定の間隔（ 図２参照）で複数個の板を互いに平行に積み重ねたものである。 図３ａはＸ線透過性窓２の断面図である。窓２はガラス状炭素からなる炭素様 層３０とシリコンからなる支持部材３２とからなる。透過させる放射線は支持部 材３２の間で炭素様層３０に垂直に入射する。窓を製造するには、エッチングに よって完全または部分的に除去することができる基板材料の層を使用する。この 点に関し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）によってエッチングすることができる多数 の材料、例えば、金属材料、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化 インジウム（ＩｎＰ）およびヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）のような半導体材料を使 用することができ、また、スパッタ−エッチングによって除去することができる チタンカーバイド（ＴｉＣ）または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、あるいはフ ッ化水素（ＨＦ）によって除去することができるガラスのような他の材料を使用 することができる。集積半導体回路の製造に使用されるような厚さ０．２ｍｍの シリコンウエハを使用するのが好ましい。この種のウエハ３４を図３ｂに示す。 このウエハが＜１１０＞シリコンウエハである場合には、垂直方向の選択的エッ チングが可能になる。このような（円形）シリコンウエハは常にその周囲に直線 部分３６を有し、この直線部分３６はシリコンウエハにおける結晶方位の基準と して作用する基準端縁すなわちオリエンテーション・フラット｛１１０｝である 。選択的エッチングを行うために、複数個の細長い支持部材４０を有するマスク パターン３８を設ける。これらの支持部材４０を基準端縁３６に関して３５．３ °の角度（１１１方向と１１０方向との間の角度）で設けた場合には、エッチン グパターンの選択性のために、エッチングはウエハ表面に垂直に生じる。集積半 導体回路の製造において一般的に知られているように、エッチング処理は、ウエ ハ表面に垂直な方向および支持部材の長手方向におけるエッチングに対して選択 性を示すが、支持部材に垂直な方向では遅いエッチング速度でエッチングが生じ るにすぎない。 シリコンウエハ３４の上に１つの層を設ける。この層に対しては組成に関して 多くの可能性があるが、この層はほとんど光素子のみからなる必要がある。シリ コンウエハの上に所望の厚さで堆積させることができる限り、任意の炭化水素を このために使用することができる。堆積は、この材料を回転させることにより、 あるいは所望の材料を入れた溶液からその板を引き出すことにより、あるいはス パッタリングにより、実施することができる。ＩＣ技術分野において普通に行わ れているように、ホトレジストを使用するのが好ましい。この層は回転法により 所望の厚さで堆積させることができ、厚さは２μｍとするのが好ましい。本発明 においては、イオン衝撃後に当初の層厚の約５０％が残っているので、この例で は、１μｍの層が残る。可能な最も薄い層の厚さは１０ｎｍオーダーの厚さであ り、この場合には照射すべき層に対していわゆる「ｅ−ビームレジスト」を使用 する。最大厚さは５μｍオーダーの厚さであり、これより厚い場合には層内に内 部応力が生じ、破壊し易くなる危険がある。 電子、中性子またはイオンのような種々の粒子によって衝撃を行うことができ る。イオン衝撃を使用するのが好ましい。イオンの種類は重要でなく、例えば、 窒素（Ｎ₂）、ホウ素（Ｂ）またはネオン（Ｎｅ）を使用することができる。「 ガラス状炭素」を生成する放射線量は実験的に容易に求めることができ；本発明 においては、所望のガラス状炭素形態は１０¹⁴〜１０¹⁷個／ｃｍ²のイオン、好 ましくは１０¹⁵〜１０¹⁶個／ｃｍ²のイオンの線量の場合に得られる、ことを確 かめた。また、イオン加速電圧も実験的に容易に求めることができ；この電圧は 加速すべきイオンの種類によって決まる。経験的に、ホウ素によって衝撃を与え る場合には、１．３μｍの層厚（衝撃前）において３００ｋＶの加速電圧を必要 とする、と言うことができる。おおよそ、ｎ倍厚い厚さの層の場合には加速電圧 をｎ倍大きくする必要があり、またｎ倍重いイオンの場合には加速電圧をｎ倍大 きくする必要がある。 導電性のＸ線透過性層を必要とする用途では、第１イオン放射線量より実質的 に小さいエネルギーを有する第２イオン放射線量を使用する。ホウ素イオンを使 用する上述の例では、第２照射を３０ｋＶの加速電圧で行う。この線量は、照射 されている層の照射中の抵抗を測定することによって、容易に求めることができ る。 イオン照射後に、シリコンウエハの他の側面に、薄いＸ線透過性層のための支 持グリッドが形成するよう、マスクパターンを設ける。このマスクパターンは従 来のホトレジストによって設けることができる。ホトレジストとシリコンウエハ との間でシリコンウエハの上に厚さ５０ｎｍのＳｉＯ₂層を熱堆積法により設け 、この層の上に厚さ１２０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄層を低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）法に よって堆積させる。このようにして形成したパターンによってレジスト層に開口 を形成し、その後下側のＳｉ₃Ｎ₄層を乾式エッチングによって除去し、次いで下 側のＳｉＯ₂層を湿式エッチングによって除去する。その後、残りのレジストを 除去し、次いでシリコンをＫＯＨによってエッチング除去する。これはＩＣ技術 分野における普通の技術である。 図３ｃは、図３ｂに示すシリコンウエハ３４から製造された完成した放射線透 過性窓を示す。この放射線透過性窓をシリコン部分４４と一緒に、切断ライン４ ２に沿ってシリコンウエハ３４から切り取ると、放射線透過性窓は取り扱うこと ができるようになる。この窓内に、細長い支持部材４０からなる支持グリッドを 認めることができ、この支持グリッドの上には放射線透過性層が設けられている 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポリティーク ヤリフ オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エッチング可能な基板の上に主として炭素と水素とからなる層を堆積させ、 前記層を有する前記基板にエッチング操作を施し、該エッチング操作中に前 記基板の材料を前記層の表面の少なくとも一部分にわたってエッチング除去する ことにより、 小さい原子数を有する材料からなる薄い放射線透過性窓を製造するに当り、 前記層に、該層の炭素様層がガラス状炭素形態で残るような線量の粒子放射 を照射することを特徴とする薄い放射線透過性窓の製造方法。 ２．前記被照射層がホトレジストからなることを特徴とする請求項１記載の方法 。 ３．前記粒子放射がイオン放射であることを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．前記層に、該層の炭素様層がガラス状炭素形態で残るような第１線量のイオ ン放射、および前記ガラス状炭素形態の前記炭素様層の前記放射を受けた部分に 前記ガラス状炭素形態の前記炭素様層の残部の表面電気抵抗より小さい表面電気 抵抗を与えるような第２線量の低エネルギーイオン放射を照射することを特徴と する請求項３記載の方法。 ５．前記基板が＜１１０＞表面を有するシリコンウエハからなることを特徴とす る請求項１記載の方法。 ６．前記層は照射前に１０ｎｍ〜５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項 １記載の方法。 ７．小さい原子数を有する材料の層が基板の上に設けられている放射線透過性窓 において、 前記材料の層がガラス状炭素からなることを特徴とする放射線透過性窓。 ８．前記基板がシリコンウエハから作られており、該ウエハの前記層に面する側 面が＜１１０＞表面であることを特徴とする請求項７記載の放射線透過性窓。 ９．請求項７または８記載の放射線透過性窓を備えることを特徴とする放射−光 学分析装置。