DE69500941T2

DE69500941T2 - Herstellungsverfahren für Röntgenstrahlenfenster

Info

Publication number: DE69500941T2
Application number: DE69500941T
Authority: DE
Inventors: Paul Raymond Chalker
Original assignee: AEA Technology PLC
Current assignee: Accentus Medical PLC
Priority date: 1994-04-09
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2015-03-25
Also published as: JPH07294700A; GB9407073D0; EP0676772A1; DE69500941D1; EP0676772B1

Description

Die Erfindung betrifft Röntgenstrahlenfenster und insbesondere aus Diamant hergestellte Fenster dieser Art.
Wie bereits der Name sagt, sind Röntgenstrahlenfenster dünne Schichten von weniger als 10 µm, genauer weniger als 1 µm, die für Röntgenstrahlen durchlässig sind und Teil eines Röntgenapparates sind. Wie z.B. im Zusammenhang mit Röntgenstrahlenspektrometern müssen sie oft Druckunterschieden von einer Atmosphäre oder mehr standhalten. Ein Material, das sich besonders zur Verwendung als Röntgenfenster eignet, ist Diamant. Allerdings ist er als dünne Schicht mechanisch schwach und muß auf einem Substrat geträgert sein. Es ist gängige Praxis, den Diamanten aus der Dampfphase auf einem verhältnismäßig dicken Siliciumsubstrat zu züchten. Leider absorbiert Silicium Röntgenstrahlen ziemlich stark, so daß Diamanten auf Siliciumröntgenfenstern nur eine geringe Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen aufweisen.
Die Beschreibung von EP 0 476 827 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgenfensters, das aus einer Diamantschicht mit einer Trägerstruktur aus einer Anordnung von auf der Oberfläche der Diamantschicht ausgebildeten Diamantrippen besteht. Die Rippen werden dadurch hergestellt, daß man eine Diamantschicht auf ein Siliciumsubstrat abscheidet, auf der freiliegenden Oberfläche der Diamantschicht eine gemusterte Metallmaske bildet, auf die Maske und freiliegende Bereiche der Diamantschicht weiteren Diamant abscheidet, die Maske entfernt und schließlich das Siliciumsubstrat entfernt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Substrat und die ursprüngliche Diamantschicht aus der Vakuumkammer, in der die Diamantabscheidung erfolgt, entfernt werden müssen, damit die Maske auf das beschichtete Substrat abgeschieden werden kann, ehe man sie zur Abscheidung von weiterem Diamant wieder in die Vakuumkammer einbringt. Das ist nicht nur zeitaufwendig, es gibt auch keine Garantie, daß der zusätzlich abgeschiedene Diamant mit der ursprünglichen Diamantschicht epitaxial ist. Somit besteht die Gefahr, daß die Trägerrippen nicht ganz mit der ursprünglichen Diamantschicht übereinstimmen, was eine Schwächequelle für das fertige Röntgenfenster sein kann. Auch ist Diamant ein Material, das sich nur schwer ätzen läßt, so daß die Entfernung der Maske ohne Beeinträchtigung der Diamantrippen eine schwierige Prozedur ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Röntgenfensters aus Diamant zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß zur Verfügung gestellt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgenfensters mit einer eine Anordnung integraler Stützrippen aufweisenden Diamantmembran unter Einschluß der Maßnahmen, daß man
a) eine Diamantschicht (1) auf ein Substratmaterial abscheidet;
b) Material aus ausgewählten Bereichen (4) der freiliegenden Oberfläche (3) der Diamantschicht (1) entfernt, um die Anordnung integraler Stützrippen (5) zur Verfügung zu stellen und
c) das Substratmaterial entfernt, um die Diamantmembran mit einer Anordnung integraler Stützrippen zur Verfügung zu stellen.
Diamant kann durch ein chemisches Ätzverfahren, Ionenstrahlverdünnung oder durch Abtragung von den ausgewählten Bereichen der freiliegenden Oberfläche der Diamantschicht entfernt werden. In letzterem Fall kann die Abtragung mittels eines Lasers erfolgen, der eine Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 190 bis 250 nm, wo Diamant stark absorbiert, zur Verfügung stellt.
Vorzugsweise besteht das Substrat aus Silicium.
Selbstverständlich umfaßt für die Zwecke der Erfindung das Wort Diamant auch die als diamantähnlichen Kohlenstoff bekannte Substanz, die viele der Eigenschaften von Diamant aufweist, aber nicht die regelmäßige kristalline Struktur von Diamant hat.
Die Erfindung wird nun anhand der Begleitzeichnungen beschrieben.
Darin zeigt Fig. 1 eine dreidimensionale Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Röntgenfensters.
Fig. 2 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Diamantfensters.
In Fig. 1 der Zeichnung besteht ein erfindungsgemäßes Röntgenfenster aus einer kreisförmigen Membran 1 aus Diamant. Die Membran 1 hat eine ebene Oberfläche 2 und eine zweite Oberfläche 3, in der eine Anordnung hexagonaler Vertiefungen 4 ausgebildet ist. Die Stege zwischen den Vertiefungen 4 bilden eine Reihe von Rippen 5 zwischen den Vertiefungen 4. Im Ergebnis wird eine relativ dünne Membran zur Verfügung gestellt, die integral mit einer Anordnung von Stützrippen ist. Um das Aufbringen des Röntgenfensters zu erleichtern, läßt man einen Ring 6 um die Kante der Membran 1 stehen.
Die Vertiefungen können auch andere als hexagonale Formen haben, z.B. quadratisch sein.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgenfensters wie in Fig. 1 gezeigt, das folgende Schritte umfaßt:
1) Ausbildung einer Oxidschicht auf der rückwärtigen Oberfläche eines Siliciumplättchens von der Art, wie man sie für die Herstellung mikroelektronischer Vorrichtungen verwendet.
2) Selektive Entfernung der Oxidschicht von einer ebenen Oberfläche des Mikroplättchens, um einen Ring zu bilden.
3) Präparation der freiliegenden Siliciumoberfläche des Mikroplättchens, um keimbildende Stellen für die Züchtung einer Diamantschicht auf dieser Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Dies kann durch mechanisches oder Ultraschallabschleifen der freiliegenden Oberfläche des Mikroplättchens unter Verwendung eines Diamantschleifmittels von < 1 µm erfolgen.
4) Reinigen der präparierten Oberfläche des Siliciummikroplättchens mit in der Halbleitertechnik allgemein bekannten Verfahren.
5) Einbringen des Siliciummikroplättchens in eine Abscheidungskammer auf eine solche Art, daß die präparierte Oberfläche der Einwirkung eines aus Wasserstoff und Methan bestehenden gasförmigen reaktiven Mediums ausgesetzt ist.
6) Evakuieren der Reaktionskammer auf einen Druck von etwa 10&supmin;&sup6; Torr,
Einströmenlassen einer Mischung aus Wasserstoff und Methan in die Kammer, wobei die Methankonzentration im Bereich von 0,5 bis 1,5 Vol.-% liegt,
Überführen des Gemischs im reaktiven Medium in ein Plasma mittels Mikrowellenstrahlung, wobei eine Frequenz von 2,45 GHz ausreicht,
Aufrechterhalten des Gesamtgasdrucks in der Reaktionskammer im Bereich von 20 bis 50 mbar und
Ablaufenlassen der Reaktion, bis sich eine typischerweise 10 µm dicke Diamantschicht auf der freiliegenden Oberfläche des Siliciummikroplättchens gebildet hat.
Während des Ablagerungsverfahrens wird die Temperatur des Mikroplättchens konstant zwischen 850 und 900ºC gehalten, obwohl auch Temperaturen zwischen 500 und 950ºC möglich sind.
7) Das Mikroplättchen wird aus der Reaktionskammer entfernt und mittels photolitographischer Standardtechniken ein Ring aus Siliciumoxidnitrid um die Kanten des Siliciummikroplättchens ausgebildet.
8) Das Mikroplättchen und die Diamantbeschichtung werden auf einen Träger geklammert und die Oberfläche der Diamantschicht durch eine Übertragungs maske, welche eine der Anordnung der in der Diamantmembran zu bildenden Vertiefungen 4 entsprechende Anordnung von Löchern aufweist, mit Laser bestrahlt. Die Laserstrahlung hat eine solche Frequenz, daß sie vom Diamanten absorbiert wird. Dadurch wird dieser graphitisiert/abgetragen. Das Ätzen des Diamanten wird fortgesetzt, bis sich die Dicke der Diamantschicht auf etwa 1 µm verringert hat. ArF (193 µm) oder KrF (248 µm) sind geeignete Laser für das Ätzverfahren
9) Das Siliciummikroplättchen wird dann mittels chemischer Standardätztechniken von der Diamantmembran entfernt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Röntgenfensters mit einer eine Anordnung integraler Stützrippen aufweisenden Diamantmembran unter Einschluß der Maßnahmen, daß man

a) eine Diamantschicht (1) auf ein Substratmaterial abscheidet;

b) Material aus ausgewählten Bereichen (4) der freiliegenden Oberfläche (3) der Diamantschicht (1) entfernt, um die Anordnung integraler Stützrippen (5) zur Verfügung zu stellen und

c) das Substratmaterial entfernt, um die Diamantmembran mit einer Anordnung Integraler Stützrippen zur Verfügung zu stellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man zwischen die freiliegende Oberfläche (3) der Diamantschicht (1) und eine Laserstrahlenquelle eine Schutzmaske legt, welche so ausgelegt ist, daß sie die Bereiche (4) der freiliegenden Oberfläche (3) der Diamantschicht (1), von denen Material entfernt werden soll, abgrenzt, und die Diamantschicht (1) bestrahlt, bis die Dicke der Diamantschicht in den gewählten Bereichen auf einen vorher festgelegten Wert verringert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Laserstrahlung durch einen Argonfluorid- oder Kryptonfluoridlaser erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei. dem der Diamant dadurch abgeschieden wird, daß man eine Oberfläche des Substrats präpariert, um das Diamantwachstum auf der Oberfläche des Substrats erleichternde Keimbildungsstellen zur Verfügung zu stellen, die Reaktionskammer evakuiert, eine Mischung aus Wasserstoff und Methan in die Reaktionskammer einleitet, wobei die Methankonzentration im Wasserstoff im Bereich von 0,5 bis 1,5 Vol-% auf Basis der Fließgeschwindigkeit liegt, das Gemisch aus Wasserstoff und Methan in der Reaktionskammer in ein Plasma überführt, den Gasgesamtdruck in der Reaktionskammer im Bereich von 20 bis 50 mbar und die Temperatur des Substrats im Bereich von 500 bis 900ºC konstant hält hält und die Reaktion dann beendet, wenn der Diamant bis zu einer vorher festgelegten Dicke abgeschieden wurde.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die anfängliche Dicke der Diamantschicht (1) annäherungsweise 10 µm und die Enddicke in den ausgewählten Bereichen (4) der Diamantschicht annäherungsweise 1 µm beträgt.