DD283424A5 - Anordnung zur galvanischen herstellung duenner metallstrukturen homogener dicke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur galvanischen Herstellung duenner Metallstrukturen homogener Dicke auf einem Substrat, vorzugsweise fuer die Herstellung von Metallmasken mit von Stuetzgittern getragenen Flaechenmustern zur Verwendung bei x:1 projizierenden Abbildungsverfahren mit hochenergetischen Teilchen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, duenne Metallstrukturen auf einem Substrat mit einer durchgaengigen Dickenhomogenitaet besser 1% galvanisch zu erzeugen. Im wesentlichen besteht die erfindungsgemaesze Anordnung darin, dasz in einem Galvanikbad die Oberflaeche eines als Katode geschalteten kreisfoermigen Substrats aus halbleitendem Material zumindest teilweise mit einer elektrischen Schicht ueberzogen und rueckseitig ohmig in einer speziell gestalteten Halterung mit einer Stromzufuehrung kontaktiert ist. Die galvanische Metallabscheidung erfolgt in eine auf der Substratoberseite mikrolithografisch strukturierte Reliefschicht, zu der parallel darueber eine Anode in einem doppelwandigen Anstroemrohr angeordnet ist, durch dessen Mantel der Elektrolyt den Substratrand konzentrisch anstroemt. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur galvanischen Herstellung dünner Metallstrukturen homogener Dicke auf einem Substrat. Vorzugsweise sollen damit von feinsten Stützgittern getragene Flächenmuster hergestellt werden, die bei x: 1 projizierenden Abbildungsverfahren mit hochenergetischen Teilchen als Maske zur Erzeugung von mikroelektrischen Bauelementestrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich zum Einsatz gelangen. Sie können aber auch als Beschleunigungsgitter in Teilchenbeschleunigern oder als optische Amplitudenfilter in Bildverarbeitungsanlagen verwendet werden. Weiterhin ist mit dieser Anordnung die Herstellung von Plattenspeichern möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für den Aufbau von dünnen Metallstrukturen, insbesondere von Gittern, durch galvanische Abscheidung eines Metalls oder einen metallischen Legierung auf einem Substrat sind bereits mehrere Verfahren bekannt (DE-OS 25 12 086, DE-OS 27 27 646, EP 6459). Danach können Schichtdicken der Folie von 2 bis 5pm bei lateralen Strukturabmessungen bis 1 pm realisiert werden. Wegen der hohen thermicchen Belastung beim Einsatz galvanisch erzeugter Metallstrukturen in korpuskularstrahloptischen Anlagen ist eine homogene Schichtdicke dieser unerläßlich. So werden beispielsweise bei Beschüß mit leichten Ionen auf solchen Metallmasken etwa 300W/m² in Wärme umgewandelt, so daß nichtlineare Verzerrungen einzelner Maskengebiete auftreten. Bei üblichen Maskendicken um 2 pm, Stegbreiten des Stützgitters für das Flächenmuster um 1 pm und einer Gitterkonstanten um 5pm sowie beispielsweise Nickel als Maskenmaterial erwärmt sich die Maske von Raumtemperatur auf etwa 120⁰C.

Die Wärmeabfuhr erfolgt nun durch Wärmeleitung über die dünnen Metallgitterstege zum Maskenrand sowie durch Wärmestrahlung der Oberfläche gegen die Anlagenwand.

Mit den bisher bekannten galvanischen Metallabscheideverfahren für die Herstellung von Maskenstrukturen auf einem Substrat erfolgt eine Konzentration der elektrischen Feldlinien im Galvanikbad am Umfang des Substrates derart, daß die zu bildenden Metallstrukturen am Randbereich dicker sind als im Flächenmusterbereioh. So wie diese Schichtdicke inhomogen ist, schwankt im gleichem Maße die durch Wärmeleitung abgeführte Wärme, so daß beim späteren Einsatz unter hoher Strahlbelastung eine Erhöhung der nichtlinearen Verzerrungen die Folge ist. Da die nicht korrigierbaren nichtlinearen Verzerrungen zu fehlerhaften Abbildungen führen, sind so hergestellte Maskenstrukturen für die Projektion in Korpuskularstrahlanlagen mit hoher Strahlenergie ungeeignet.

Gemäß DE-OS 3408897 ist eine Vorrichtung zum galvanischen Niederschlagen einer homogenen dicken Metallschicht auf der Oberfläche eines nahezu flachen Substrates -vorzugsweise für die Herstellung von Informationsträgem - bekannt, wobei eine Anode und das Substrat als Katcde einander gegenüber in einem Elektrolytraum angeordnet sind. Zwischen der Anode und der Katode befindet sich ein Abschirmkörper mit Zylinderform, dessen Achse senkrecht zur Katode steht. Zwischen der Katode und dem Abschirmkörper bleibt zur Förderung der Homogenität der Dicke der zu erhaltenden Metallschicht nur eine spaltförmige Öffnung frei. Diese Anordnung ermöglicht nur eine homogene Schichtabscheidung auf dem inneren Bereich der Substratoberfläche, da der Substratrand nachteiligerweise völlig abgeschattet wird. Diese erzielbare Homogenität wäre bei der Erzeugung von feinsten Metallgitterstrukturen nicht ausreichend, da sie die oben bereits beschriebenen Nachteile nicht beseitigen würde. Außerdem kann sich eine nach DE-OS 3408897 hergestellte Maskenstruktur bei nachfolgenden Prozeßschritten leicht vom Substrat lösen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist der galvanische Aufbau dünner Metallstrukturen auf einem Substrat, dio bis zum Substratrand homogene Schichtdicke aufweisen und so insbesondere bei der späteren Verwendung zur Strukturübertragung in Korpuskularstrahlprojektionsanlagen nur solche minimalen nichtlinearen Verzerrungen erlauben, daß auch Submikrometerstrukturen fehlerfrei abgebildet werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Anordnung zur galvanischen Herstellung dünner Metallstrukturen auf dinem al? Katode geschalteten Substrat zu entwickeln, die eine durchgängige homogene Schichtabscheidung besser 1 % bei Schichtdicken von etwa 1,5 bis 5pm und Substratdurchmessern um 150mm gewährleistet und gleichzeitig ein Umwachsen des Substratrandes mit Metall ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Oberfläche des im Galvanikbad als Katode geschalteten kreisförmigen Substrates aus vorzugsweise halbleitendem Material zumindest teilweise mit einer plektrisch leitfähigen Schicht, beispielsweise aus Polysilizium, Metall oder Metallsilzid, überzogen ist und rückseitig ohmig in einer Halterung mit einer Stromzuführung kontaktiert ist. Durch die rückseitige Kontaktierung bildet sich auf der Substratoberseite ein gleichmäßiges elektrisches Potentialfeld als wesentliche Voraussetzung für eine homogene Schichtdicke des abzuscheidenden Metalls oder der Metallegierung aus.

Die becherförmige Halterung für das kreisrunde Substrat ist klammerartig so ausgeführt, daß die Seitenwände im Durchmesser minimal größer sind als das Substrat. An der Substratoberseite sind sie etwa im Abstand der gewählten seitlichen Spaltbreite bis zum Substratrand zurückgezogen. Die Auflagefläche der Halterung ist ebenfalls mit dieser Spaltbreite etwas über den Substratrand hinaus freigespart. Diese Form der Halterung aus elektrisch isolierendem Material läßt eine ausreichende Elektrolytumspülung am Substratrand zu. Außerdem wird dadurch eine erhöhte turbulente Strömung am Katodenrand erzielt, die eine verstärkte Metallabscheidung am Substratumfang vermeidet. Parallel über der mit einer Reliefschicht versehenen elektrisch leitfähigen Substratoberfläche ist eine Anode in einem doppelwandigen Anströmrohr aus elektrisch isolierendem Material mit Zylindergeometrie angeordnet, durch dessen Mantel der Elektrolyt laminar den Substratrand anströmt. Die Reliefschicht kann eine Oxid-, Lack- oder Mehrlagenschicht sein. Diese Gesamtanordnung bewirkt eine gleichmäßige Potentialfeldverteilung des als Katode geschalteten Substrates und eine laminare, am Ort dos Substrates turbulente Anströmung mit Elektrolyt, wodurch die gewünschte Schichtdickenhomogenität von besser 1 % bis zum Substratrand erreichbar ist. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß das als Katode geschaltete Substrat aus η-dotiertem Halbleitermaterial besteht. In diesem Falle ist nur auf die Substratrückseite eine elektrisch leitfähige Schicht aufzubringen. Das Metall kann direkt auf der Substratvorderseite in die mikrolithografisch strukturierten Zwischenräume der Reliefschicht galvanisch abgeschieden worden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einen Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist die erfindungsgemäße Anordnung zur galvanischen Herstellung dünner Metallstrukturen homogener Dicke schematisch dargestellt.

Als Trägermaterial für das als Katode geschaltete Substrat 1 wird beispielsweise eine einkristalline Siliziumscheibe verwendet, deren Oberfläche mit einer 0,5-1 um dicken elektriooh leitfähigen Schicht 2 aus Polysilizium überzogen ist. Auf der Oberseite dieses Substrates 1 ist eine Reliefschicht 3 aus 1,5-3pm dicken Siliziumdioxid aufgebracht, in deren mikrolithografisch strukturierte Zwischenräume die galvanische Metailabscheidunq erfolgt. Das so vorbehandelte Substrat! ist mit der SiO₂-freien Rückseite ohmig in einer becherförmigen Halterung 4 aus elektrisch nichtleitendem Material mit einer Stromzuführung 5 kontaktiert und als Katode im Galvanikbad 6 angeordnet. Die Seitenwände 10 der Halterung 4 sind im Durchmesser minimal größer als der Substratdurchmesser, so daß bei einer Freisparung der Auflagefläche etwas über den Substratrand hinaus dieser noch ausreichend mit Elektrolyt umspült werden kann, wobei ein selbständiges Lösen der.galvanisch erzeugten Metallstrukturen in nachfolgenden Prozeßschritten nicht möglich ist. An der Substratoberseite sind die Seitenwände der Halterung 4 klammerartig etwa bis zum Substratrand zurückgezogen. Diese Form gewährleistet einerseits eine ungehinderte Anströmung des Substrates 1 mit Elektrolyt und andererseits eine Turbulenzerhöhung unmittelbar am Substratrand. Parallel über dem als Katode geschalteten Substrat 1 befindet sich in einem doppelwandigen Anströmrohr 8 mit Zylindergeometrie die Anode 7. Zur Erzeugung eines homogenen Potentialfeldes ist das zylindrische Anströmrohr 8 ebenfalls aus nichtleitendem Material und in einem Abstand von 5 bis 8cm über dem Substrat 1 im Galvanikbad 6 angeordnet. Liegt an den Elektroden 5,7 ein elektrisches Potential an und wird der Elektrolyt durch die Wandung 9 des Anströmrohres 8 gepumpt, so bildet sich zwischen Anode 7 und Katode ein homogenes elektrisches Feld aus. Die Homogenität wird lediglich durch den Rand der Katode leicht gestört, so daß sich hier mehr Metall abscheiden möchte. Dieses Abschoidebestreben infolge leichter Feldlinienverdichtung wird durch die örtliche, turbulente Bewegung des Elektrolyten gestört und es kommt somit zu einer homogenen Schichtabscheidung bis zum Substratrand.

Claims (4)

1. Anordnung zur galvanischen Herstellung dünner Metallstrukturen homogener Dicke auf einem Substrat, wobei sich in einem Galvanikbad eine Anode und das Substrat als Katode einander gegenüber befinden, gekennzeichnet dadurch, daß zur galvanischen Metallabscheidung in die mikrolithografisch strukturierten Zwischenräume einer Reliefschicht (3) die Oberfläche des im Galvanikbad (6) als Katode geschalteten kreisförmigen Substrates (1) aus vorzugsweise halbleitendem Material zumindest teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (2) überzogen und rückseitig ohmig in einer Halterung (4) mit einer Stromzuführung (5) kontaktiert ist, wobei die klammerartigen Seitenwände (10) der becherförmigen Halterung (4) eine ausreichende Elektrolytumspülung mit erhöhter Turbulenz am Substratrand gestatten, daß weiterhin parallel über der mit der Reliefschicht (3) versehenen elektrisch leitfähigen Substratoberfläche eine Anode (7) in einem doppelwandigen Anströmrohr (8) mit Zylindergeometrie angeordnet ist, durch dessen Mantel (9) der Elektrolyt den Substratrand konzentrisch anströmt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Halterung (4) und das Anströmrohr (8) aus elektrisch isolierendem Material bestehen.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das als Katode geschaltete Substrat (1) aus η-dotiertem Halbleitermaterial besteht, wobei nur auf dessen Rückseite eine elektrisch leitfähige Schicht (2) aufgebracht ist, hingegen die Reliefschicht (3) direkt auf der Oberseite dieses Substrates (1) mikrolithografisch strukturiert ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die elektrisch leitfähige Schicht (2) zur Kontaktierung eine Polysiliziu*^Λ , Metall- oder Metallsilizidschicht ist.