DE4315240A1

DE4315240A1 - Verstärkungsstruktur für dünne Filme und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4315240A1
Application number: DE4315240A
Authority: DE
Inventors: Veli-Pekka Viitanen
Original assignee: Outokumpu Instruments Oy
Current assignee: Outokumpu Instruments Oy
Priority date: 1992-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1993-11-11
Also published as: FI922060A0; FI922060A; GB2266787B; GB9309399D0; FR2691011A1; FI93680C; GB2266787A; US5578360A; FR2691011B1; FI93680B

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkungsstruktur für einen dünnen Film, insbesondere einen ultradünnen Film, der für Röntgen- und Ultraviolettstrahlung durchlässig ist, und ein Verfahren zur Herstellung der Verstärkungsstruktur eines photosensitiven Materials.

Ultradünne Filme mit einer Dicke im Bereich zwischen 10 Nanome ter bis 5 Micrometer, welche für Röntgenstrahlung durchlässig sind, können beispielsweise aus Kunststoff wie z. B. Polyimid hergestellt werden. Dieser aus Polyimid hergestellte Film ist beispielsweise aus den U.S. Patenten 4,119,234 und 5,090,046 bekannt. In diesen Publikationen werden die ultradünnen Filme verwendet, um dünne Detektorfenster für Röntgendetektoren her zustellen. Die als Detektorfenster für Röntgenmeßgeräte verwen deten ultradünnen Filme werden normalerweise nur an ihren Ecken mittels eines Befestigungsteils zwischen dem Film und der Wand des Röntgendetektors angebracht und gleichzeitig getragen. Dar aus resultierend ist die Handhabung der dünnen Filme z. B. wäh rend des Transports lästig, weil leicht Spannungen in den Fil men aufgrund der unelastischen Befestigung auftreten und diese Spannungen den Film, welcher ja nur an seinen Ecken getragen ist, zum Reißen bringen können. Filme, die an ihren Kanten ab gestützt sind, haben normalerweise eine kleine Fläche, welche wiederum die Verwendbarkeit dieser ultradünnen Filme beein trächtigt, weil ein Teil der erwünschten Strahlungsinformation außerhalb des Detektorfensters gestreut wird.

Die Verwendbarkeit ultradünner Filme wurde dadurch verbessert, daß der Film mit einer Verstärkungsstruktur aus Silizium oder Metall z. B. versehen worden ist. So eine Siliziumverstärkung ist im U.S. Patent 5,039,203 gezeigt. Diese führt zu einer Vergrößerung der Filmfläche, jedoch verhindert die strahlungs undurchlässige Verstärkungsstruktur weiterhin ein Auftreffen der gewünschten Strahlungsinformation auf den Film.

Aus der japanischen Anmeldung 4-21852 ist es bekannt, photosen sitives Material zum Ausbalancieren der Röntgentransmissionfluktuationen aufgrund der Unebenheit einer Beryllium-Membran zu verwenden. Jedoch bildet das photosensitive Material in diesem Fall nicht eine vorbestimmte gleichförmige Struktur auf der Oberfläche der Beryllium-Membran und daher bildet das photosensitive Material keine Verstärkungsstruktur der Beryllium-Membran.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einige der Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, und eine Ver stärkungsstruktur für einen ultradünnen Film zu schaffen, die eine verbesserte und weitreichendere Anwendung von ultradünnen Filmen gestattet.

Diese Aufgabe wird durch eine Verstärkungsstruktur gemäß An spruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung der Struktur ist Gegenstand des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Durch die Erfindung wird eine verbesserte und weitreichendere Verwendung der ultradünnen Filme, die für Röntgenstrahlen und Ultraviolettstrahlen durchlässig sind, geschaffen, denn der Film ist nicht nur an seinen Kanten, sondern über seine gesamte Fläche mit einer Verstärkungsstruktur aus photosensitivem Mate rial versehen. Die Verstärkungsstruktur des ultradünnen Films ist vorzugsweise aus einem photosensitiven Polymer hergestellt, welches im Laufe des Herstellungsverfahrens chemisch stabili siert und verstärkt worden ist und welches seine Photosensiti vität dabei verliert. Vorzugsweise wird als photosensitives Polymer für die Herstellung der Verstärkungsstruktur gemäß der Erfindung z. B. ein Polyimidlack verwendet, der unter dem kommerziellen Namen PYRALIN PI 2732 vertrieben wird.

Die Filmverstärkungsstruktur gemäß der Erfindung wird auf der Oberseite eines vorgefertigten Ultradünnfilms aufgebracht. Die ser ultradünne Film kann z. B. aus einem bekannten Polyimidlack unter dem kommerziellen Namen PYRALIN PI 2610 hergestellt sein, welcher als dünne Lage auf der Oberfläche eines gleichförmigen Substrats aufgebracht und durch Erhitzung im Vakuum zwischen einer halben und einer Stunde bei einer Temperatur von 400°C polymerisiert wird. Das bei der Herstellung dieses Films ver wendete Substrat kann z. B. aus Silizium oder Metall wie z. B. Kupfer oder Nickel bestehen.

Erfindungsgemäß wird auf der Oberfläche des ultradünnen Films eine Lage photosensitiven Polyimidlacks aufgebracht, der zwi schen einer halben Stunde und einer Stunde in Luft bei einer Temperatur zwischen 50 und 100°C vorgeheizt wird. Auf der Ober seite des vorgebackenen oder vorgeheizten Verstärkungsmaterials wird dann eine negative Belichtungsmaske der herzustellenden Verstärkungsstruktur angeordnet, die z. B. eine gitterartige Form hat. Die Belichtungsmaske kann entsprechend dem Material der Verstärkungsstruktur auch eine Positivmaske sein. Nach dem Setzen der Belichtungsmaske wird das photosensitive Material der Verstärkungsstruktur vorzugsweise einer Ultraviolettstrah lung durch die Maske ausgesetzt. Nach Belichtung und Entfernung der Maske wird das Material der Verstärkungsstruktur gebildet und das unbelichtete Material wird von der Oberfläche des ul tradünnen Films entfernt. Dann wird die in der gewünschten Form auf der Oberfläche des ultradünnen Films gebildete Verstär kungsstruktur in einer zumindest einstufigen Heizbehandlung polymerisiert. Die Heizbehandlung wird bei einer Temperatur von 500°C bei einer Heizzeit von einer Stunde durchgeführt. Nun ist das Material der Verstärkungsstruktur chemisch stabil und fest und hat seine Photosensitivität verloren.

Um die Verstärkungsstruktur der Erfindung und den damit verbun denen Film benützen zu können, muß das auf der Rückseite des Films vorgesehene Substrat zuerst z. B. durch Naßätzen entweder ganz oder so entfernt werden, daß das Substrat einen Stützring an den Kanten des ultradünnen Films bildet. Der Film kann auch von dem Substrat entfernt werden, indem man die Ätzlösung auf den Film und dessen Kanten fließen läßt. Vorzugsweise ist die Ätzlösung entweder eine Mischung aus wäßriger Flußsäure und Salpetersäure für ein Siliziumsubstrat oder lediglich Salpetersäure für ein metallisches Substrat.

Nach der Entfernung des Substrats wird der ultradünne Film zu sammen mit der erfindungsgemäßen Verstärkungsstruktur gewa schen, vorzugsweise mit einer leicht wäßrigen Natriumhydroxid lösung. Nach dem Waschen kann die erfindungsgemäße Verstär kungsstruktur falls notwendig einer weiteren Heizbehandlung in gleicher Weise wie oben unterworfen werden, um vorzugsweise Spannungen zu eliminieren und die Festigkeit zu erhöhen.

Der mit der erfindungsgemäßen Verstärkungsstruktur versehene ultradünne Film kann neben der Anwendung als Röntenstrahlungs- und Ultraviolett-strahlungsdurchlässiges Fenster auch in Infra rotfiltern angewendet werden, um so deren vorteilhafte Eigen schaften und Möglichkeiten auf dem Gebiet der Infrarotstrahlung auszunutzen. Nach Bedarf kann der erfindungsgemäß mit der Ver stärkungsstruktur versehene ultradünne Film als Diffusionsfilm bei der Trennung von Gasen wie z. B. Wasserstoff und Helium ver wendet werden.

Etliche Vorteile werden mit der erfindungsgemäßen Verstärkungs struktur im Vergleich mit dem Stand der Technik erzielt: Die vorteilhafte Adhäsion zwischen dem ultradünnen Film und der Verstärkungsstruktur wird ohne einen zusätzlichen Verbindungs schritt erreicht. Nach Bedarf ist die Verstärkungsstruktur durchlässig für weiche Röntgenstrahlung, so daß z. B. aus dem Raum emittierte weiche Röntgenstrahlung über die gesamte Ober fläche des Films empfangen werden kann, ohne daß der Empfang durch die Verstärkungsstruktur gestört oder geschwächt wird. Darüber hinaus verursacht keiner der Schritte in dem erfin dungsgemäßen Verfahren irgendwelche Schäden an dem zu verstär kenden Film. Die Anlagen und Produktionskosten sind gering. Weiterhin kann bei der Herstellung der Verstärkungsstruktur eine erhöhte Präzision erreicht werden, und weil die Verstär kungsstruktur elastisch ist, bricht sie nicht leicht, sondern verträgt sehr gut z. B. mögliche Spannungswechsel beim Transport.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Filmverstärkungsstruktur netz- oder gitterförmig, so daß die Löcher in dem Netz oder in dem Gitter im wesentlichen rund oder polygonal sind. Die Ab stände der die Verstärkungsstruktur bildenden Stege liegen vorzugsweise im Bereich von 5 bis 50 µm. In Abhängigkeit von der Größe des dünnen Films liegt die durch die Verstärkungsstruktur unbedeckte offene Fläche des Films im Bereich von 50 bis 95% der gesamten strahlungsdurchlässigen Fläche des Dünnfilms.

Claims

1. Verstärkungsstruktur für einen Dünnfilm, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Films eine Verstärkungsstruktur aus einem photosensitiven Material gebildet ist.

2. Verstärkungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur gitterförmig ist.

3. Verstärkungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur netzförmig ist.

4. Verstärkungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur aus einem Polymer besteht.

5. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur aus Polyimid besteht.

6. Verstärkungsstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen röntgenstrahlungs- und ultraviolettstrah lungsdurchlässigen Dünnfilm mit einer Dicke von weniger als 5 µm vorgesehen ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Verstärkungsstruktur für einen Dünnfilm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) das Material der Verstärkungsstruktur wird auf eine Oberfläche aufgebracht, die aus einem ultradünnen Film und einem Substrat gebildet ist, und wird vorgeheizt
b) auf der Oberseite des vorgeheizten Materials der Verstärkungsstruktur wird eine Belichtungsmaske mit der Form der herzustellenden Verstärkungsstruktur aufgebracht und das Material der Verstärkungsstruk tur wird belichtet;
c) das belichtete Material der Verstärkungsstruktur wird entwickelt und die in der gewünschten Form gebildete Verstärkungsstruktur wird polymerisiert in einem zumindest einstufigen Heizvorgang;
d) das auf der Rückseite des ultradünnen Films be findliche Substrat wird durch Ätzen entfernt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur in einem einstufigen Heizschritt bei einer Temperatur von 400°C polymerisiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstruktur in einem zweistufigen Heizschritt bei einer Temperatur von 400°C polymerisiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Siliziumstück verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Metallstück verwendet wird.