DE3045964A1

DE3045964A1 - Roentgenlithographische maske und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3045964A1
Application number: DE19803045964
Authority: DE
Inventors: W.Derek 06612 Easton Conn. Buckley
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1981-09-03
Also published as: JPS5694351A; US4329410A; JPH0142134B2; DE3045964C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Röntgenlithographieraaske und ein Verfahren zu ihrer Herstellung; sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Verwendung in der Röntgenlithographie und das dabei erhaltene Produkt,

In der Mikroelektronikindustrie wendet man sich neuerdings der Röntgenlithographie (XRL) zu zur Erzeugung von Mustern auf Mikroplättchen (Wafern) mit Zeichen bzw. Merkmalen (Features) von ninimalen Abmessungen, die unterhalb der Anwendbarkeit von optischen Verfahren liegen. So ist es beispielsweise erwünscht, Zeichen bzw. Merkmale (Features) einer Größe; von weniger als 1 um genau wiederzugeben. Die vorliegende; Erfindung befaßt sich nun mit einem Verfahren zur Herste]lung von röntgenlithographischen Masken mit solchen Zeichen bzw. Merkmalen (Features) im Submikronbereich.

Es ist erwünscht, auf einer Maskenmembran ein Röntgenabsorber-Muster mit einer minimalen Musterdimension von etwa 0,5 um abzuscheiden. Außerdem muß die Dicke des Absorbers, bei dem es sich beispielsweise um Gold handeln kann, ausreichen, um mindestens einen Rontgenkontrast von 5:1 zu ergeben. Dies ist das Verhältnis zwischen der Transmissicn durch die Membran allein und der Transmission durch den Absorber. Wenn der Absorber aus Gold ist, bedeutet dies, laß die minimale Absorberdicke etwa 500 pn betragen muß.

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Das einzige derzeit verfügbare Verfahren zur Erzeugung von Zeichen (Features) im Submikronbereich mit der Möglichkeit der Erzeugung von Zeichen (Features), die nur 0,25 um groß sind, ist die Elektronenstrahl-Lithographie. Zur Erzielung praktikabler Belichtungs- bzw. Bestrahlungszeiten über große Bereiche ist es erforderlich, ein empfindliches Resistmaterial, wie z.B. Poly(buten-l-sulfon) (PBS), zu verwenden. Die Elektronenstreuungsgrenzen der Dicke eines solchen Resistmaterial betragen jedoch etwa 200 bis etwa 300 nm. Es wäre daher erwünscht, die Fähigkeit der Elektronenstrahl-Lithographie zur Erzeugung von feinen Linien in dünnen Resistschichten auf dikkere Resistschichten zu übertragen.

Da 500 nm 0,5 um entsprechen, ergibt sich daraus, daß ein weiteres Problem bei der Herstellung solcher Massen darin besteht, daß dafür Muster mit Aspektverhältnissen von Breite zu Dicke von etwa 1:1 erforderlich sind. Aus verschiedenen technischen Gründen, die dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt sind, sind die bekannten Unterätzungsverfahren zur Abscheidung von Gold in solchen Dimensionen durch Verdampfen und Abheben nicht zufriedenstellend.

Ein weiteres Problem, das bei derart hohen Aspektverhältnissen des Absorbermusters auftritt, resultiert aus der Tatsache, daß das Maskenmuster auf dem Mikroplättchen (Wafer) mittels einer punktförmigen Röntgenstrahlungsquelle bestrahlt wird. Diejenigen Teile der Maske, die nicht axial ausgerichtet sind auf die punktförmige Röntgenstrahlungsquelle) führen zu einer unerwünschten Schat-

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tenbildung, die vorzugsweise eliminiert werden sollte.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer röntgenlithographischen Maske mit minimalen Zeichen- bzw. Merkmal sabraessungen (feature sizes) von weniger als 1 yum zu entwickeln. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem das Absorbermuster auf der Maske zu einem Minimum an unerwünschter Schattenbildung durch die Röntgenstrahlungsquelle führt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den vorstehenden Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Gegenstand der Erfindung ist einVerfahren zum Abscheiden von Röntgenstrahlungs-Absorbermustern auf einer Maskenmembran zur Erzielung minimaler Muster-Zeichendimensionen von weniger als 1 um. Die Membran wird mit einem für ultraviolette Strahlung empfindlichen Photoresistmaterial, das einen dünnen Metallfilm trägt, bedeckt. Auf den Metall film wird ein Überzug aus einem Elektronenstrahl· resistmaterial aufgebracht. Das Elektronenstrahl-Resistmaterial wird unter Verwendung eines Elektronenstrahls in den gewünschten Muster bestrahlt. Nach dem Entwickeln wird der Metallfilm durch das verbleibende Elektronenstrahl-Resistmaterial hindurch geätzt. Dadurch entsteht eine Schablone (Matrize), die über der unteren UV-Photoresistmaterialschicht liegt, die dann mit einer UV- oder weich-m Röntgenstrahlungsquelle bestrahlt wird. Nach

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dem Entwickeln wird ein RÖntgenabsorber, wie z.B. Gold, auf der Membran abgeschieden. Die abschließende Bestrahlungsstufe kann unter Verwendung einer punktförmigen Strahlungsquelle durchgeführt werden. Die Röntgenabsorber weisen dann schräge Wände auf, um ein Schattenwerfen durch die Röntgenstrahlungsquelle zu vermeiden.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Maske für die Verwendung in der Röntgenlithographie wird eine dünne Schicht aus einem Photoresistmaterial auf eine Maskenmembran auf gebracht; auf das Photoresistmaterial wird ein dünner Metallfilm aufgebracht; und auf den Metallfilm wird ein Film aus einem Elektronenstrahl-Photoresistmaterial aufgebracht. Dann wird das Elektronenstrahl-Photoresistmaterial mit einem Elektronenstrahl bestrahlt (belichtet) zur Erzeugung eines vorgegebenen Strahlungsmusters darin. Das Elektronenstrahl-Photoresistmaterial wird dann entwickelt zur Entfernung des Strahlungsmusters und zur selektiven Freilegung des Metallfilms, der dann geätzt wird, um das Strahlungsmuster darin wiederzugeben. Das restliche Elektronenstrahl -Photoresistmaterial wird dann entfernt und die darunterliegende Photoresistmaterialschicht wird durch das reproduzierte Muster hindurch mittels einer Strahlungsquelle bestrahlt (belichtet). Die Photoresistmaterial-Unterlage wird dann entwickelt, um die Membran selektiv freizulegen, und auf dem auf diese Weise freigelegten Membranabschnitt wird das gewünschte Röntgenstrahlung absorbierende Material abgeschieden.

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Die Erfindung wird nadfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 (a) bis (e) stark vergrößerte Querschnitte einer Maskenmembran, welche die aufeinanderfolgenden Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern;

Fig. 2 (a) und (b) die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise, daß keine schattenwerfende Maskenmuster entstehen;

Fig. 3 in schematischer Form das Röntgenstrahlungs-Schattenverfungsproblem, das bei hohen Aspektverhältnis-Maskenmuster-Kennzeichen auftritt; und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der gemäß Fig. 3, welche die Art erläutert, in der das Problem des Röntgenstrahlung -Schattenwerfens gelöst wird.

In der Fig. 1 (a) ist ein Teil einer Maskenmembran 10 dargestellt. Da sie für die Verwendung in der Röntgenlithographie bestimmt ist, braucht sie nicht optisch transparent zu sein, sondern kann aus einem Metall, wie Titan, besteben. Alternativ kann es sich dabei um einen Film aus einem Kunststoff, wie z.B. einen Polyimidfilm, handeln. Die Dicke der Membran hängt von dem Material, aus dem sie besteht, sowie von anderen Faktoren ab. Sie kann beispielsweise innerhalb des Bereiches von 0,75 um für Titan bis 15 um für Polyimid liegen. Ihr Durchmesser kann etwa 7,62 cm (3 inches) betragen. Auf die Oberfläche der Membran 10

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ist eine Schicht 12 aus einem konventionellen UV-Photoresistmaterial oder einem Photoresistmaterial, das für tiefes Ultraviolett (Wellenlänge von weniger als 300 nm) empfindlich ist, wie z.B. Polymethylmethacrylat (PMMA.) , aufgebracht. Das PMMA. hat eine längere Bestrahlungs- bzw. Belichtungszeit als konventionelles Photoresistmaterial. Es hat jedoch den Vorteil, daß damit durch Bestrahlung (Belichtung) und Entwicklung hohe Aspektverhältnis-Kennzeichen erzielbar sind. Ein geeignetes PMMA-Photoresistraaterial wurde hergestellt aus dem von der Firma Esschem. Inc. gelieferten Pulver mit einem Molekulargewicht von 950 000. Es wurde in Trichlorethylen bis zu einer Konzentration von 3,74 Gew.-% PMMA aufgelöst. Die Photoresistschicht 12 wird auf konventionelle Weise aufgebracht,beispielsweise durch Spinnen,und sie kann eine Dicke von etwa 0,5 bis etwa 3 um aufweisen. Die freiliegende Oberfläche der Photoresistschicht 12 wird mit einer dünnen Schicht 14 aus einem UV-undurchlässigen Material überzogen. Zu Beispielen für solche Materialien gehören Metalle, wie Aluminium, Chrom oder Silber, die durch Aufdampfen oder Aufspritzen bis zu einer Dicke von etwa 0,1 jum aufgebracht werden können. Als UV-undurchlässiges Material kann auf PMMA auch AZ 1350 Photoresist aufgebracht werden. Schließlich wird eine Schicht 16 aus einem Elektronenstrahl-Photoresistmaterial aufgebracht. Ein geeignetes Elektronenstrahl-Photoresistmaterial ist PBS, das eine Auflösung von 0,5 um aufweist. Die Dicke der Schicht 16

kann etwa 0,3 um betragen. Andere verwendbare Elektronenstrahl-Resistmaterialiea sind PMMA, GMG und AZ 1350. Wenn kleinere Zeichen als 0,5 um erforderlich sind, kann an-

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stelle von PBS ein Elektronenstrahl-Resistmaterial mit einer höheren Auflösung, wie z.B. PMMA₁ verwendet werden.

Zur Herstellung der Maske wird das gewünschte Muster unter Anwendung der Elektronenstrahl-Lithographie in der beschriebenen Weise auf die Oberfläche der Elektronenstrahl-Photoresistschicht 16 aufgebracht. Beim Entwickeln des Elektronenstrahl-Photoresistmaterials werden die bestrahlten bzw. belichteten Bereiche entfernt, wie in Fig. l(b) dargestellt, um die Abschnitte 14a der Metallschicht 14 freizulegen. Das bestrahlte Metall wird entfernt durch konventionelles nasses oder trockenes Ätzen, um die Abschnitte 12a der Photoresistschicht 12 freizulegen. Dann wird der Rest der Elektronenstrahl-Photoresistschicht 16 entfernt.

Aus den vorstehenden Angaben ist zu ersehen, daß als Ergebnis der bisher beschriebenen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens tatsächlich eine dünne Schablone (Matrize) 14 gebildet wird, die direkt auf der darunterliegenden Photoiesistschicht 12 ruht. Unter Verwendung des geätzten Musters in der Metall-Schablonen- bzw.-Matrizenschicht 14 als Maske wird die Photoresistschicht 12 mit tief-ultravioletter Strahlung aus einer punktförmigen Strahlungsquelle, beispielsweise einer Quecksilberlampe mit einer Hülle aus geschmolzenem Quarz, bestrahlt. Eine geeignete Quelle ist eine 200 Watt-Gleichstromlampe mit einer effektiven Lichtbogengröße von 0,5 χ 1,5 mm in einem Abstand von etwa 7,5 cm von der Schablone (Matrize). Die sich daran anschließende Entwicklung führt dazu, daß die Abschnit-

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te 10a der Membran 10 freigelegt werden (der hier verwendete Ausdruck "ultraviolett" umfaßt diejenigen Wellenlängen in dem Röntgenspektrum, die gewöhnlich als "weiche" Röntgenstrahlen bezeichnet werden). Bas gleiche Ergebnis kann erzielt werden beim Ersatz der Quecksilberlampe durch eine punktförmige Röntgenstrahlungsquelle. In diesem Falle muß die Schicht 12 aus einem Röntgen-Photoresistmaterial, wie z.B. PMMA, bestehen. Außerdem ist eine langwellige Röntgenstrahlungsquelle, wie z.B. Kohlenstoff, (4,4 nm) bevorzugt, so daß bei Verwendung einer dünnen Schicht 14 ein guter Kontrast erzielt werden kann. Danach wird ein Rontgenabsorber, wie z.B. Gold, durch Elektroplattierung (Galvanisierung) oder stromlose Abscheidung aufgebracht (zu anderen geeigneten Absorbern gehören Erbium, Kupfer Hafnium, Wolfram Tantal und Platin). Nach der Entfernung des verbleibenden (restlichen) Photoresistmaterials bleibt ein Röntgenabsorber 18 in dem gewünschten Muster zurück.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, scheinen die Wände des Absorbers 18 vertikal zu sein. Dies resultiert aus der Tatsache, daß die punktförmige UV-Strahlungsquelle im wesentlichen auf das gezeigte Mustermerkmal aisgerichtet war. Ein wichtiges Merkmal, das aus der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung resultiert, besteht jedoch darin, daß die Wände des Absorbers nicht wirklich vertikal sind, sondern schräg sind,ausgerichtet auf die punktförmige Lichtquelle.

Dies ist in den Fig. 2 (a) und 2(b) dargestellt, die das

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erfindungsgemäße Verfahren erläutern, wenn es sich auf einen Bereich bezieht, der gegenüber dem Mittelpunkt der Membran 10 verschoben ist. Wie aus der Fig. 2(a) ersichtlich, passiert die ultraviolette Strahlung R aus der punktförmigen UV-Strahlungsquelle die Schablone (Matrize) 14 und bestrahlt das Photoresistmaterial 12 in einer nicht-vertikalen Konfiguration. Diese Konfiguration wird dann in dem Röntgenabsorber 18 wiedergegeben, wie in der Fig. 2 (b) dargestellt. Dies ist ein sehr wichtiges Merkmal der Herstellung von Masken, die für die Röntgenlithographie verwendet werden sollen, sofern auch Röntgenstrahlen von einer punktförmigen Strahlungsquelle ausgehen. Der Grund dafür ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Die Fig. 3 erläutert eine konventionelle Maskenmembran 20 mit einem darauf aufgebrachten Muster aus Röntgenabsorbern 22 mit vertikalen Seitenwänden, das von einer punktförmigen Strahlungsquelle 24 bestrahlt wird. Wie aus der Darstellung hervorgeht, hängt der maximale Grad des Schattenwerfens χ von dem Maskenradius r, der Absorberdicke t und demAbstand D zwischen der Strahlungsquelle und der Maske ab. Xn einem typischen Röntgenlithographie-System betragen D 15 cm und r etwa 3,5 cm. Wenn die Dicke t des Absorbers 500 nm, das Minimum für Gold, beträgt, beträgt der maximale Schatten.wurf χ etwa 125 nm oder 1/8 um. Bei einer Linienbreite von 0,5 um, wie sie erfindungsgemäß in Betracht gezogen wird, entspricht dies 1/4 der Linienbreite. Das Problem wird eliminiert, wenn die AbsorberSeitenwände aufweisen, die in Richtung der punktförmigen Strahlungsquelle abgeschrägt sind.Das istin der Fig. 4 erläu-

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tert, in der die Maske erfindungsgemäß hergestellt wurde unter Verwendung einer punktförmigen UV-Strahlungsquelle bei der Herstellung, so daß die Absorber 18 geneigte (schräge) Wände aufweisen. Wenn die Röntgenstrahlungsquelle 24 dann in dem gleichen Abstand von der Maske wie die UV-Strahlungsquelle angeordnet wird, wird die Schattenbildung praktisch eliminiert. Es sei darauf hingewiesen, daß der tatsächliche Abstand D, der zu einer gegebenen angulären Divergenz führt, ein anderer sein kann, wenn zwischen der punktförmigen Strahlungsquelle und der fertigen Maske optische Einrichtungen angeordnet werden.

Wie weiter oben angegeben, ist eine Methode zur Abscheidung des Röntgenabsorbers die Elektroplattierung (Galvanisierung). Wenn die Maskenmembran 10 aus einem Metall besteht, ist dies problemlos. Wenn jedoch die Membran aus einem Nichtmetall besteht und deshalb tiicht-leitend ist, kann es erforderlich sein, vor dem Aufbringen der Photoresistschicht 12 eine sehr dünne leitende Schicht aufzubringen. Dies kann beispielsweise ein aufgedampfter Chromoder Goldfilm einer Dicke von etwa 20 nm sein.

Die vorliegende Erfindung und die damit erzielbaren technischen Vorteile wurden vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt sind,sondern daß diese in vielfacher Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

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5. Dezember 1980 P 15 713 - 60/hö

PERKIN-ELMER CORPORATION

Main Avenue Norwalk, Connecticut 06856

USA·

Röntgenlithographische Maske und Verfahren zu
ihrer Herstellung

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Maske für die Verwendung in der Röntgenlithographie, dadurch gekennzeichnet, daß

auf eine Maskenmembran aus einem für Röntgenstrahlung im wesentlichen durchlässigen Material eine Schicht aus einem UV-Photoresistmaterial aufgebracht wird,
auf die Photoresistschicht ein dünner Film aus einem UV-undurchlässigen Material aufgebracht wird,
auf den UV-undurchlässigen Film ein Film aus einem Elektronenstrahl-Photoresistmaterial aufgebracht wird,
der Film aus dem Elektronenstrahl-Photoresistmaterial mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird zur Erzeugung eines

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TELEFON (O8O) S

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TELEKOPIERER

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ausgewählten Bestrahlungsmusters darin, das Elektronenstrahl-Photoresistmaterial entwickelt wird zur Entfernung des Bestrahlungsmusters und zur selektiven Freilegung des UV-undurchlässigen Films, der UV-undurchlässige Film dort, wo er freigelegt wird, entfernt wird, zur Wiedergabe des Bestrahlungsmusters darin, das UV-Photoresisttnaterial durch das Wiedergabemuster hindurch aus einer Strahlungsquelle bestrahlt wird, das bestrahlte UV-Photoresistmaterial entwickelt wird zur selektiven Freilegung der Membran in dem Bestrahlungsmuster und

auf den freiliegenden Teilender Membran ein Röntgenstrahlung absorbierendes Material abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem UV-undurchlässigen Material um ein Metall handelt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch Ätzen entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Chrom handelt.

5. Veifahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Metall um Aluminium handelt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei. dem Metall um Silber handelt.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem UV-undurchlässigen Material um AZ 1350 Photoresist handelt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus dem UV-Photoresistmaterial eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,5 bis etwa 3 ium hat.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche.1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem UV-Photoresisttnaterial um Polymethylmethacrylat handelt.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Elektronenstrahl-Photoresistmaterial um Poly(buten-l-:mlfon) handelt.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Strahlungsquelle im wesentlichen um eine punktförraige Strahlungsquelle handelt, die in einem Abstand von der Membran angeordnet ist, der im wesentlichen gleich dem vorgegebenen Abstand der fertigen Maske von einer Röntgenstrahlungsquelle ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das nach dem Entwickeln verbleibende UV-Photoresistmaterial schräge Seitenwände hat, die im wesentlichen auf

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die punktförmige Strahlungsquelle ausgerichtet sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeschiedene,Röntgenstrahlung absorbierende Material Seitenwände aufweist, die an die schrägen Seitenwände des UV-Photoresistmaterials angrenzen.

14. Röntgenlithographiemaske, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1Tis 13 hergestellt worden ist.

15. Röntgenlithographiemaske nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Röntgenstrahlung absorbierenden Material um Gold handelt.

16. Maske für die Verwendung in der Lithographie, gekennzeichnet durch

eine Substratmembran (10), die für einen vorgebenen WeI-lenlängenbjreich des elektromagnetischen Spektrums im wesentlichen durchlässig (transparent) ist, und ein ar) der Membran haftendes Material (18), das mindestens einen Teil der Strahlung in dem vorgebenen Wellenlängenbereich absorbieren kann, wobei das absorbierende Material (18) ain erhabenesMuster auf der Membran 0.0) bildet, das Seitenwände umfaßt, die sich von der Membran (10) ausgehend nach außen erstrecken und die auf einen im wesentlichen gemeinsamen Punkt in einem Abstand von der Membran (10) ausgerichtet sind.

17. M£,ske nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

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es sich bei dem Wellenlängenbereich um den Köntgenbereich handelt.

18. Maske nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem absorbierenden Material um Gold handelt.

19. Maske nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Material
und der im Abstand davon angeordnete ge-meinsame Punkt
auf der gleichen Seite der Membran angeordnet sind.

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