DE1772540A1

DE1772540A1 - Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung

Info

Publication number: DE1772540A1
Application number: DE19681772540
Authority: DE
Inventors: Rottmann Hans Ralph
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-06-05
Filing date: 1968-05-31
Publication date: 1971-05-13
Also published as: GB1203856A; US3532038A; FR1572720A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Geseihthaft mbH

Böblingen, 22. Mai 1968 pr-hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:

Docket FI 9-66-026

Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung, insbesondere zur Vielfachabbildung einer Vorlage bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.

Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnungen können für die verschiedensten Zwecke verwendet werden. Beispielsweise können der artige Systeme zur Projektion farbiger Bilder und im Zusammenhang mit verschiedenen Wiedergabeverfahren verwendet werden. Besonders vorteilhaft lassen sie sich indes bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwenden, bei der beispielsweise auf photo graphischem Wege Masken zur Herstellung der einzelnen zu dotierenden Bereiche und der einzelnen Leiterzüge hergestellt werden.

109820/0717

Von besonderer Bedeutung ist die erfindungsgemäße Anordnung bei der Herstellung von miniaturisierten Halbleiterelementen. So werden beispielsweise mehrere tausend einander vollständig gleicher Transistoren auf einem einzigen Halbleiterplättchen von etwa 1 cm Fläche und einer Dicke von 250 u in einem eine große Anzahl von Verfahrensschritten umfassenden Verfahrens gang gleichzeitig hergestellt.

Bei einem bekannten Verfahren wird eine dünne Silizium-Dioxydschicht auf das zu bearbeitende Halbleiterplättchen aufgedampft. Anschließend werden in einer Vielzahl von Verfahrens schritten an bestimmten Stellen der Schicht Ausnehmungen bestimmter Form durch Ätzen erzeugt? die auf diese Weise freigelegten Bereiche des Plättchens durch die Einwirkung von dotierende Substanzen enthaltenden Gasgemischen in gewünschter Weise dotiert, diese Bereiche wieder abgedeckt, neue Ausnehmungen erzeugt, diese Bereiche mit anderen dotierende Substanzen enthaltenden Gasgemischen in Verbindung gebracht, diese Bereiche wieder abgedeckt, neue Ausnehmungen erzeugt, in deuen durch Aufdampfen als Anschlüsse dienende leitende Bereiche erzeugt werden usw. Die einzelnen Ausnehmungen werden in der Weise erzeugt, daß die das Halbleiterplättchen bedeckende dünne Schicht aus Silizium-Dioxyd mit einem photoempfindlichen Lack überzogen wird, der mittels auf photographischem Wege hergestellter Masken belichtet wird. Durch eine anschließende chemische Behandlung werden jeweils nur die belichteten oder die unbelichteten Bereiche ent-

10982070717 bad owginal

fernt und die ganze Anordnung einem. Ätzmittel ausgesetzt, das nur die Silizium-Dioxydschicht nicht aber den auf der Fläche verbliebenen Photolack angreift. Da jeder Transistor aus einer Vielzahl von verschieden dotierten und von verschiedene Leitfähigkeiten aufweisenden Bereichen besteht, ist leicht einzusehen, daß eine Vielzahl der genannten Masken erforderlich ist, da bei den einzelnen Verfahrens schritten jeweils nur ein bestimmter Bereich oder einige Bereiche frei sein dürfen, während (j

die anderen Bereiche durch eine Schutzschicht abgedeckt sein müssen. Es ist leicht einzusehen, daß wegen der außerordentlich kleinen Abmessungen der Transistoren selbst kleinste Abweichungen von der Soll-Lage der einzelnen durch Ausnehmungen in der Silizium-Dioxyds chicht freigelegten Bereiche zur Erzeugung der verschieden dotierten Bereiche und zum Aufbringen leitender, als Elektrottenanschlüsse oder als Verbindungsleitungen dienender leitender Substanzen die elektrischen Eigenschaften der erzeugten Transistoren stark beeinflußt werden. Da aber möglichst ein- -

heitliche elektrische Parameter bei der Massenherstellung von Halbleiterbauelementen außerordentlich wichtig sind, werden an die Güte der zur Herstellung der Masken verwendeten optischen Systeme außerordentlich hohe Anforderungen gestellt.

• „

Eine zur Herstellung derartiger Masken besonders vorteilhafte Linsenanordnung wird beispielsweise in der US-Patentschrift 3 288 045 beschrieben. Die in dieser Literatur stelle beschriebene Anordnung wird als "Flie-

109020/Π717

genaugen-Linse" bezeichnet und besteht aus einer in Matrixform angeordneten großen Anzahl von äußerst kleinen plan-konvexen Linsen. Die Anordnung ist so getroffen, daß ein einzelnes Objekt in eine der Anzahl der einzelnen Linsen entsprechende Anzahl von Abbildungen umgewandelt wird. Derartige Linsensysteme werden beispielsweise durch Pressen hergestellt, wobei ein Kunstharz gegen eine entsprechend geformte Matrize gepresst wird. Die bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Matrizen ebenso wie die bekannten Press- oder Gießverfahren zur Herstellung der oben genannten "Fliegenaugen-Linsen" gestatten es nicht, Linsensysteme der erforderlichen Qualität herzustellen. Da die Entwicklung insbesondere bei der Herstellung von Computern^n Richtung auf immer kleinere integrierte Schaltkreise geht, werden die in Zukunft auftretenden Schwierigkeiten bei der Herstellung der erforderlichen Masken immer größer, da die bis jetzt bekannten Verfahren zur Herstellung von Fliegenaugen-Linsen eine Verkleinerung der Einzellinsen ohne beträchtlichen Qualitätsverlust nicht mehr zulassen. In der Literatur stelle "Ätzgrübchen als optische Linsen" von K, Peter, in "Physikalische Blätter", Januar 1961, Seiten 21 bis 26 wird ein Verfahren zur Herstellung kleiner konkaver Spiegel angegeben, bei dem mittels eines Diamanten kleine Eindrücke in einer Glasfläche erzeugt und anschließend durch Ätzen, beispielsweise durch Ätzen mit Flußsäure zu Ausnehmungen mit der gewünschten konkaven Form erweitert werden.

In einem Artikel von CC. Connolly auf Seite 210 der Physikalischen

■'■■-·' ^:>'^x 109820/Π717

SAD

Blätter, Dezember 1966 wird ein Verfahren zur Herstellung von Quarzplatten mit einer Dicke von 10 u angegeben.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Linsen bestehende Anordnung anzugeben, die bei Anwendung bekannter Verfahren die Herstellung nahezu beliebig kleiner und beliebig dicht nebeneinanderliegender Einzellinsen von guter und ein- J

heitlicher Qualität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine aus mehreren nebeneinander liegenden Linsen bestehende Anordnung, insbesondere zur Vielfachabbildung einer Vorlage bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen gelöst, die gekennzeichnet ist durch mindestens zwei durchsichtige Trägerelemente, deren einander zugekehrte Flächen in einander entsprechenden Bereichen so geformt sind, daß jeweils ein Hohlraum mit der gewünschten Linsenform entsteht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die die Linsenformen aufweisenden Hohlräume durch das Zusammenwirken von mehr als zwei geschichteten Elementen gebildet. Dabei wird vorzugsweise an eine zwischen zwei die Hohlräume bildenden durchsichtigen Schichten liegende, mit die Begrenzung der einzelnen Linsen bildenden Ausnahmen versehene undurchsichtige Schicht gedacht, durch die es möglich

109820/0717

wird, die Begrenzung der einzelnen Linsen durch ein Element zu bewirken, das nach einem nur auf die möglichst regelmäßige und einheitliche Begrenzung ausgerichteten Verfahren hergestellt ist. Da in diesem Verfahren nicht auch die Tiefe und der Krümmungsradius der einzelnen Linsenflächen berücksichtigt wird, ist es auf einfache Weise möglich, sehr genaue und einheitliche Linsen begrenzende Elemente herzustellen.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die in den Bereichen der einzelnen Linsen gebildeten Hohlräume mit einer vorzugsweise flüssigen Substanz geeigneten Brechungsindexes gefüllt sind.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die perspektivische Darstellung einer eine Vielzahl nebeneinanderliegender Linsen aufweisenden Anordnung,

Fig. 2: eine vergrößerte, teilweise im Schnitt dargestellte Wiedergabe eines Ausschnittes der in Fig. 1 dargestellten Anordnung,

Fig. 2A: eine auseinandergezogene Darstellung der in Fig. 2 wiedergegebenen Anordnung,

•AD OWGiNAL

109820/0717

Fig. 3, 4: perspektivische Darstellungen zweier aufeinanderfolgender Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 5A, 5B: perspektivische und Schnittansichten verschiedener Verfahrens schritte für die Herstellung von Vorrichtungen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung

Fig. 6A-6D: aufeinanderfolgende Schritte eines anderen Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 4 dargestellten Anordnung,

Fig. 7A-7F: Darstellungen aufeinanderfolgender Schritte eines Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 7F dargestellten Anordnung,

Fig. 8A-8F: aufeinanderfolgende Schritte eines anderen Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 7F dargestellten Anordnung,

Fig. 9: die Darstellung eines Ausschnittes der in Fig. 7F dargestellten Anordnung,

Fig. 10: die Darstellung der Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Herstellung von Halbleiterelementen,

109820/0717

Fig. 11: die schematische Darstellung der in Fig. 10 dargestellten An

ordnung,

Fig. 12: Darstellungen von Masken zur Verwendung in der in Fig. 10 dargestellten Anordnung,

ψ Fig. 13-13D: verschiedene Verfahrens schritte bei der Herstellung von Halb

leiterbauelementen unter der Verwendung der mittels der erfindungsgemäßen Anordnung hergestellten Masken,

Fig. 14A, 14B: Schnittansichten eines Ausschnittes einer anderen Ausführungsform des Erfindungsgedankens,

Fig. 15: die Schnittansicht eines Teiles eines weiteren Ausführungsbei- ^ spiels der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte schirmartige Linsenanordnung besteht aus dem mehrere Schichten aufweisenden Element 2, das eine Vielzahl von Einzellinsen 3 aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Linsen mit gleichen Abständen in horizontalen Gruppen 4 und vertikalen Gruppen 5 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeiepiel ist der Einfachheit halber eine Anordnung mit einer relativ kleinen Anzahl von Einzellinsen 3 wiedergegeben, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der-

109820/0717

artige Anordnungen ohne weiteres Linsenanzahlen von einigen 100 000

.Linsen je cm ermöglichen. Die Einzellinsen können bei derartigen Anordnungen Krümmungsradien und Durchmesser von 25 u und weniger aufweisen und mit Abständen von 200 u von Mitte zu Mitte angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Einzellinsen mit Abständen 50 u von Mitte zu Mitte anzuordnen. Im allgemeinen wird die Anzahl, die Form, die Größe und der Abstand der Linsen voneinander von den Anforderungen ™

in bezug auf Anzahl der Einzelabbildungen, auf Auflösungsvermögen usw. abhängen, die an die Linsenanordnung im einzelnen Fall gestellt werden. Die einzelnen Schichten, insbesondere die Grundschicht der erfindungsgemäßen Anordnung können aus verschiedensten brechenden Substanzen, wie Glas, Kunststoffe aller Art, Kunstharze usw. hergestellt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Glas am besten für die Herstellung nicht nur der Grundschicht 6 sondern auch für die Herstellung der durchsichtigen Deckschicht 7 <w geeignet ist. Die Möglichkeiten der Ver- ^ wendung von optischen Kunststoffen werden in der Literaturstelle "Applied Optics and Optical Engineering", Vol. 1, Seite 181 von R. Kingslake, Academic Press (1965) New York beschrieben. Für die Zwecke der Erfindung haben sich folgende, für die Herstellung der Grundschicht 6 und der Deckschicht 7 zu verwendende Glaseorten als besonders geeignet erwiesen:

109820/Λ717

17725A0

Optisches Glas gewöhnliches Kronglas Borsilicat Kronglas Fluoritglas gegossener Quarz

Brechungsindex 1.52 1.52 1.43 1.47

Für die meisten Anwendungen kann die Grundschicht 6 und die Deckschicht 7 aus Substanzen mit den gleichen Brechungsindizes bestehen. Die im schirmartigen optischen Element 2 enthaltenen Linsen 3, die für die meisten Anwendungen als Plan-Konvexlinsen ausgebildet sein werden, und die in Hohlräumen untergebracht sind, die zwischen der für die meisten Anwendungsformen ebenen Fläche 10 der Deckschicht 7 und der die Ausnehmungen 9 aufweisenden Fläche Grundschicht 6 liegen, werden jeweils durch eine brechende Flüssigkeit 8 gebildet. Die einzelnen Linsen 3 werden mit Hilfe einer Aperturplatte 11 voneinander getrennt, die im Bereich der einzelnen Linsen Öffnungen 12 aufweist. Die Platte oder Schicht 11 kann aus einem beliebigen undurchsichtigen, mit der verwendeten brechenden Flüssigkeit verträglichen Material, beispielsweise aus Metallen wie Chrom oder aus Kunststoffen bestehen.

Die durch die Schichten 6, 7 und 11 gebildeten Hohlräume werden für die meisten Anwendungen vollständig durch die brechende Flüssigkeit gefüllt.

FI 9-66-026

^09820/0717

Ein Verfahren zum vollständigen Füllen der besagten Hohlräume besteht darin, daß die Ausnehmungen 9 der Schicht 6 so mit Flüssigkeit gefüllt werden, daß sich ein die Schicht meniskusförmig überragender Tropfen bildet, wie aus Fig. TD ersichtlich. Auf diese Weise ist es möglich, für die einzelnen Linsen genügend Flüssigkeit vorzusehen, so daß bei Zusammensetzen der einzelnen Schichten des optischen Elements 2 genügend Flüssigkeit vorhanden ist, die Ausnehmungen in der Schicht 11 und ge- M

gebenenfalls auch Ausnehmungen in der Deckschicht 7 vollständig zu füllen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Schicht 11 etwa 1000 A. Es ist jedoch ohne weiteres einleuchtend, daß die Dicke der Schicht 11 in den meisten Fällen in weiten Grenzen, beispielsweise zwischen 0, 1 und 0,5 u geändert werden kann.

Außer Flüssigkeiten können auch gasförmige Substanzen mit geeigneten Brechungsindizes zum Füllen der Hohlräume verwendet werden. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die verwendeten Substanzen chemisch inert sind und nicht mit den Materialien reagieren, aus denen die Schichten 6, 7 und 11 bestehen. Die Verwendung von gasförmigen brechenden Substanzen wird beispielsweise in der US-Patentschrift 2 174 003 beschrieben. Die verwendeten Flüssigkeiten oder Gase sollten möglichst klar und frei von Farben sein. Es ist aber auch möglich, geeignet gefärbte Flüssigkeiten zu verwenden, wenn gleichzeitig eine Filterwirkung erwünscht ist. Der Brechungsindex der verwendeten Flüssigkeit soll einen anderen Brechungsin-

109820/Π717 BAD ORIGINAL

dex als die Brechungsindizes der Schichten 6 und 7 haben. Im allgemeinen wird der Brechungsindex der Flüssigkeit größer sein als die Brechungsindizes der Schichten 6 und 7. Es ist aber auch möglich, den Brechungsindex der Flüssigkeit kleiner zu wählen als die Brechungsindizes der besagten Schichten. Eine derartige Anordnung wird beispielsweise in der oben genannten Patentschrift angegeben. Für die erfindungsgemäße Anordnung besonders geeignete Flüssigkeiten werden in der untenstehenden, dem Handbuch für Physik und Chemie 1962-1963 entnommenen Aufstellung aufgeführt.

Flüssigkeit N 24 C Brechungsindex

Trimethylenchlorid	1.446
Eucalyptol	1.456
Hexahydrophenol	1.466
Decahydronaphthalin	1.477
I s ofnylphthalat	1.486
Tetrachloräthan	1.492
Pentachloräthane	1.501
T rimethylenbromid	1.513
Chlorbenzol	1. 523
Äthylenbromid + Chlorbenzol	1.533
O-Nitrotoluol	1.544
Xvlidin	1.557

109820/0717

O-Toluidin 1.570

Anilin 1.584

Bromoform 1. 595

Jodbenzol+ Brombenzol 1.603-1.613

Chinolin 1.622

■*- - Chlornaphthalin 1.633

at -Bromnaphthalin +«- Chlor naphthalin 1. 640-1.

<*-Bromnaphthalin + oc -Naphthaliniodid 1.660-1.690

Methyleniodid + Benzoliodid 1. 700-1.

Methyleniodid 1. 738

schwefelhaltiges Methyleniodid 1. 78

Die durchsichtige Grundschicht 6 kann beispielsweise wie oben angegeben oder in jeder beliebigen Weise hergestellt werden. Die Schicht (Fig. 2A) kann beispielsweise aus einer etwa 1/4 mm dicken Schicht

bestehen die aus Kronglas mit einem Brechungsindex von N_n β 1,52/an ihrer Seite 16 mittels eines Diamanten mit kleinen Eindrücken 15 versehen wird, die etwa 1 η tief sind und jeweils im Bereich der herzustellenden Linsen liegen. Das Kerben mittels des Diamanten erfolgt zweckmäßigerweise mit Hilfe eines in X- Y-Richtung bewegbaren Mikrometertisches **~ -fmkgmt, wobei der Diamant mit einem geeigneten Mechanismus nach Art einer Stanzvorrichtung verbunden ist. Mit Hilfe dieser Anordnung wird

BAD ORIGINAL

109820/0717

- 14 -

werden,

die durchsichtige Schicht 6A in die Lage gebracht/ in der die erste Kerbe 15 angebracht werden soll. Durch Drücken des Diamant Stiftes gegen . die Fläche 16 der Schicht 6A wird eine Kerbe oder ein Eindruck der gewünschten Tiefe erzeugt. Durch geeignete Verstellung der Mikrometerschrauben wird die Schicht 6A so verschoben, daß der nächste zur Erzeugung einer Linse vorgesehene Bereich in den Bereich des Diamanten ρ gelangt, so daß durch Betätigung der mit diesem verbundenen Stanzvorrichtung die nächste Vertiefung erzeugt werden kann.

Nachdem auf der Schicht 6A alle Kerben 15 erzeugt worden sind, werden diese einem Ätzvorgang unterzogen. Die Ätzflüssigkeit kann in an sich bekannter Weise aus einer 40% HF-Lösung bestehen, die bei Raumtemperatur einige Minuten zur Einwirkung gebracht wird, so daß die linsenförmigen Ausnehmungen 9 in der Schicht 6 erzeugt werden.

Wie aus Fig. 9 zu ersehen, wird der Krümmungsradius der einzelnen Vertiefungen 9 und die Dicke BT der Schicht 6 so aufeinander abgestimmt, daß die die Tiefe LT aufweisenden Scheitelpunkte der einzelnen linsenförmigen Bereiche die Entfernung FL von der gegenüberliegenden Fläche der Schicht 6 aufweisen, die angenähert gleich der Brennweite dieser Linsen ist.

. In den Fig. 6A bis 6D werden verschiedene Schritte eines anderen Ver-

109820/0717 bad

'!■:■■ ΐι!ΐΊ· ■■:■■■■;;.,:■■■ ι ."'i;;¹"¹¹¹¹

- 15 -

fahrens zur Herstellung der in Fig. 4 dargestellten, die linsenförmigen Ausnehmungen enthaltenen Grundschicht wiedergegeben, wobei an sich bekannte photolithographische Techniken Verwendung finden. Wie in Fig. 6A dargestellt, wird die zu bearbeitende Fläche der durchsichtigen Schicht 6A mit einer aus einem Photolack bestehenden Schicht 18 überzogen und mit einem Lichtmuster belichtet, durch das eine Vielzahl von nichtbelichteten Bereichen 19 gebildet wird. Diese Bereiche entsprechen nach Anzahl M

und Lage der gewünschten Linsenanordnung und werden anschließend durch ein bekanntes photographisches Entwicklungsverfahren entfernt.

Diese Bereiche können durch aufeinanderfolgende Belichtungen in der oben angegebenen Weise mit Hilfe eines in X- Y-Richtung verschiebbaren Mikrometertisches erzeugt werden.

Gemäß eines anderen Verfahrens kann das gewünschte Muster auf der Photolackschicht 18 mit Hilfe einer Schablone, vie in Fig. 5B dargestellt, erzeugt werden. Diese Schablone besteht aus einer beispielsweise aus Glas bestehenden durchsichtigen Schicht 21, die mit einer durchsichtigen Schicht 22 bedeckt ist, die aus einer entwickelten, undurchlässige Bereiche 23 und dazwischenliegende durchsichtige Bereiche 24 aufweisenden entwickelten photographischen Emulsion besteht. Diese Schablone 20 wird dadurch

ti erzeugt, daß die durchsichtige Schicht 21 mit einer sensfvierten photo graphischen Emulsion oder einem Photolack, beispielsweise mit einer sfensitivierten Silberemulsion überzogen wird. Diese Emulsion 25 wird

109820/Π717

in aufeinanderfolgenden Schritten durch kreisförmige Bereiche oder Punkte 27 im Bereich der zu erzeugenden Linsen belichtet. Durch ein bekanntes Entwicklungsverfahren werden diese Bereiche undurchsichtig und bilden die in Fig. 5B dargestellte Schablone, die aus undurchsichtigen Bereichen und aus dazwischenliegenden durchsichtigen Bereichen besteht. Die in Fig. 5B dargestellte Schablone 20 wird auf eine mit einem Photolack überzogene durchsichtige Schicht 28, Fig. 6A, gelegt, die aus einer mit einer Photolackschicht 18 bedeckten durchsichtigen Schicht 6A besteht. Zweckmäßigerweise wird die das Muteter aufweisende Fläche der Schablone 20 in Berührung mit der Photoschicht 18 auf der Schicht 6A gebracht. Anschließend wird die Anordnung durch die Schablone 20 hindurch belichtet. Durch eine geeignete Behandlung der belichteten Photo lacks chi cht werden die nichtbelichteten kreisförmigen Bereiche 19, die durch die undurchsichtigen Bereiche 23 der Schablone abgedeckt waren, entfernt. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist in Fig. 6C dargestellt, wo der nicht entfernte Photolack 30 eine netzartige Anordnung von kreisförmigen öffnungen 31 bildet, die auf der zu bearbeitenden Fläche der durchsichtigen Schicht 6A liegen und eine Ätzmaske für die darunterliegende durchsichtige Schicht 6A bilden.

Durch den Ätzvorgang, der beispielsweise mit Hilfe einer 40% HF-Lösung bei 20 C erfolgt, werden die linsenförmigen Ausnehmungen 9 in

109820/(1717

der durchsichtigen Grundschicht 6 erzeugt. Die Tiefe dieser Ausnehmungen kann durch die Dauer des Ätzvorganges und durch die Konzentration des Ätzmittels bestimmt werden. Nach Beendigung des Ätzvorganges wird die nicht entfernte Photolackschicht 30 entfernt, so daß sich die in Fig. 4 dargestellte, mit linsenförmigen Ausnehmungen 9 versehene Grundschicht 6 ergibt. Die in Fig. 9 dargestellte Aperturplatte oder Aper tür schicht 11 kann ebenfalls nach verschiedenen an sich bekannten ^

photolithographischen Verfahren hergestellt werden. In dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die öffnungen 12 der Aperturplatte kleiner als der Durchmesser LD der linsenförmigen Ausnehmungen 9 in der Grundschicht 6. Auf diese Weise werden für die einzelnen Linsen Begrenzungen zur Verkleinerung von Aberrationsfehlern gebildet, die durch die Randbereiche der Linsen verursacht werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umgibt der Linsenrand konzentrisch die öffnung der Aperturblende, so daß die Randbereiche der Ap^erturblende ^

11 teilweise die konkaven Ausnehmungen in der Schicht 6 abdecken.

In Fig. 7A bis 7F werden verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Aperturplatte 11 wiedergegeben. In diesem Verfahren wird eine undurchsichtige dünne Schicht 32, die aus geeignetem Material, beispielsweise aus einem 2000 A dicken Chromfilm bestehen kann, mit einer Photolackschicht 33 überzogen, die anschließend zur Erzeugung dee latenten Bildes eines Musters belichtet wird, , das aus den Berei-

109820/0717

- 18 -

chen 34 der öffnungen 12 der Aperturplatte 11 besteht. Die Belichtung der Photolackschicht 33 kann in der oben angegebenen Weise, beispielsweise mit Hilfe eines in X- Y-Richtung verschiebbaren Mikrometertisches oder mit Hilfe einer Schablone, wie in Fig. 5B angegeben, erzeugen.

" Die belichtete Anordnung wird dann zur Entfernung der nichtbelichteten

Bereiche 34 entwickelt, so daß sich ein Muster von öffnungen 35 ergibt, die sich über die gesamte Fläche der durchsichtigen Schicht 32 erstrecken. Die mit der aus Photolack bestehenden Maske bedeckte Schicht kann dann in bekannter Weise einem Ätzvorgang unterzogen werden, der beispielsweise mit Hilfe einer Lösung von 5 Teilen konzentrierter Salpetersäure und 2 Teilen Flußsäure bei Raumtemperatur erfolgt. Auf diese Weise werden die Bereiche der undurchsichtigen Schicht 32 enffernt, die innerhalb

^ der öffnungen 35 innerhalb der Photolackschicht 33 liegen, um die gewünschten öffnungen 12 zu erzeugen. Anschließend wird der nicht entfernte Teil der Schicht 33 entfernt, so daß die Aperturplatte Il mit den

öffnungen 12 (Fig. 7C) entsteht. Es ist leicht einzusehen, daß die Durchmesser der öffnungen 12 in einfacher Weise durch die vorhergehenden Verfahrens schritte bestimmt werden können. Insbesondere kann dies durch die Durchmesser oder die Form der zunächst auf der verwendeten Schablone erzeugten undurchsichtigen Bereiche bewirkt werden.

Die Verwendung der Aperturplatte 11 im erfindungsgemäßen optischen

109820/0717

System ist aus Fig. 7D ersichtlich. In diesem Verfahrens schritt werden die Höhlungen 9 der Grundschicht 6 mit einer genau definierten Menge einer, beispielsweise aus Anilin bestehenden Flüssigkeit 8 gefüllt, deren Oberfläche 13 die Form eines Meniskus aufweist, der die obere Seite der Grundschicht 6 überragt. Anschließend wird die Aperturplatte 11 so auf die obere Seite der Grundschicht 6 gelegt, daß die einzelnen Ausnehmungen 12 über den betreffenden Höhlungen 9 liegen.

Bei einer genügend dünnen Aperturplatte reicht die überschüssige Flüssigkeit innerhalb der meniskusförmigen Fläche 13 bei weitem aus, um den durch die Öffnung 12 der Aperturplatte gebildeten Raum auszufüllen. Die über den durch die öffnungen 12 gebildeten Bereichen befindliche überschüssige Flüssigkeit wird in geeigneter Weise entfernt.

Im nächsten Verfahrens schritt (Fig. 7E) wird eine durchsichtige Schicht _Λ

7 aus einem brechenden Material auf die obere Seite der Aperturechicht 11 gelegt, um die einzelnen Linsen, wie in Fig. 7F dargestellt, abzudecken. Anschließend wird die Montage durch Versiegelung der Ränder der Anordnung oder durch ein vorher zwischen die sich berührenden Fläqhen der einzelnen Schichten eingebrachtes Bindemittel vervollständigt.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Systems wird in den Fig. 8A bis 8F dargestellt. In dieser Ausbildungs-

109820/D717

form wird die Deckschicht 7 und die Aperturplatte 11 als ein integrier-

aus tes Element 46 hergestellt. Dazu wird zuerst die brechendem Material bestehende Deckschicht 7 mit einer dünnen undurchsichtigen Schicht 40, beispielsweise einem dünnen Chromfilm, der seinerseits mit einer Photolackschicht 41 überzogen ist, bedeckt. Das so hergestellte, aus zwei Schichten bestehende Element wird anschließend, wie oben im einzelnen näher beschrieben, belichtet, so daß ein latentes Bild der kreuzschraffierten Bereiche 42 der Photolackschicht 41 erzeugt wird. Wie ebenfalls schon beschrieben, wird die belichtete, aus zwei Schichten bestehende Anordnung anschließend entwickelt, um die nichtbelichteten Teile der Photolack schicht in den Bereichen 42 zu entfernen. Auf diese Weise werden Öffnungen 44 in der Photolackschicht 41 erzeugt, die bis zur undurchsichtigen Schicht 40 reichen. Die belichtete Schicht wird anschließend, beispielsweise mit Hilfe einer Lösung aus 20g Ferrizyankalium, 60g Ätznatron und einem Liter Wasser geätzt, um die nicht geschützten Teile der undurchsichtigen Chromschicht zu entfernen und die Aper tür-öffnungen 45 in der undurchsichtigen Schicht 40 zu erzeugen. Anschließend werden die verbliebenen Teile der Photolackschicht 42A entfernt, so daß das in Fig. 8D dargestellte integrierte Element 46 entsteht, das eine Deckschicht 7 und eine öffnungen mit einem gewünschten Durchmesser aufweisende Aperturplatte 40 umfaßt.

Das erfindungsgemäße optische System wird schließlich durch Uberla-

109820/0717

gerung des integrierten Elementes 46 mit der oberen Seite 16 der Grundschicht 6, wie in Fig. 8E dargestellt, erzeugt. Vorher wurden die linsenförmigen Ausnehmungen 9 ese8 zwecks Bildung der

Menisken 13 mit einer brechenden Flüssigkeit/gefüllt. Die zusammengesetzten Teile werden anschließend in geeigneter Weise fest miteinander verbunden.

In Fig. 9 wird schematisch ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen sogenannten "Fliegenaugen-Linse" dargestellt. Die technischen Daten eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung werden in der folgenden Aufstellung wiedergegeben:

Dicke der Grundschicht (BT) 0, 278 mm

Dicke der Deckschicht (CT) 1,0 mm

Entfernung von der unbearbeiteten Fläche M

der Grundschicht bis zum Boden der Höhlung

(FL) 0, 275 mm

Dicke der Aperturplatte (AT) Durchmesser der Aper türöffnung (AD) Durchmesser einer Linseneinheit (LD) Tiefe einer Linseneinheit (LD)

Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier benachbarter Linseneinheiten (LC)

Abstand zwischen den Rändern zweier benachbarter Linseneinheiten (LS)

109820/Π717

o,	²T¹
15	,Ou
24	ι Ο»!
3,	V
40	•V
16_;	,0 u

- 22 -

Mit einer die oben aufgeführten technischen Daten aufweisenden erfindungsgemäßen Linsenanordnung kann eine Vielzahl mikroskopischer Abbildungen eines einzigen Objektes oder eines Musters photographisch auf einefbe-' liebige lichtempfindliche Schicht erzeugt werden. Eine besonders wichtige Anwendungsform derartiger optischer Systeme wird im US-Patent 3 280 045 beschrieben. Eine derartige Anordnung wird in den Fig. 10 und 11 der vorliegenden Anmeldung dargestellt. Sie besteht aus einer Konsole 101 mit einem Beleuchtungsgehäuse 102. Im Beleuchtungsgehäuse 102 sind Lichtquellen 103 in Form einer 4x4 Matrix angeordnet.

Oberhalb des Beleuchtungsgehäuses 102 ist eine viereckige öffnung 104 vorgesehen, in der zwei Glasplatten 105 und 106 untergebracht sind. Zur Stteuung des Lichtes liegt zwischen den beiden Glasplatten eine Schicht 107 aus durchsichtigem Papier. In der Darstellung nach -Fig, IO ist eine Ecke der aus den Glasplatten 105 und 106 und der Papier schicht 107 bestehenden Anordnung abgebrochen.

An der Konsole 101 ist ein zylinderförmiger Ständer 108 befestigt, der an einem Arm 110 den Tisch 109 trägt. Der Tisch 109 befindet sich in der Mitte über dem Beleuchtun^sfiäuse 102. Der Arm 110 enthält in einem Gehäuse 111 ein nicht dargestelltes Zahnrad, das mit der Zahnstange 112 am Ständer 108 zusammenarbeitet. Das Zahnrad wird mit

Fi 9-66-026 109820/0717

Hilfe des Kurbelrades 113 von Hand betätigt und ermöglicht eine vertikale Verstellung des mit dem Tisch 109 verbundenen Armes 110. Der Bereich, in dem der Arm 110 verschoben werden kann, wird durch die Anschläge 114 und 115 des Ständers 108 begrenzt.

Am Ständer 108 ist ferner eine geeignet geeichte Skala 116 vorgesehen,

mit deren Hilfe der Arm 110 auf vorbestimmte Werte eingestellt wer- ä

den kann.

Mit dem Tisch 109 ist über die Scharniere 120 und 121 ein Deckel 119 verbunden, der mittels einer Schraubenfeder 122 in seiner geöffneten, in Fig. 10 dargestellten Stellung gehalten wird. Im Tisch 109 ist ein gemäß der vorliegenden Erfindung, beispielsweise gemäß der Fig. 1 ausgebildetes optisches System befestigt. Der Tisch 109 weist eine Ausnehmung zur Aufnahme des optischen Systems 123 auf. Das optische System 123 wird in diese Ausnehmung so eingeführt, daß die Deckschicht 7 unten liegt und die Grnndschicht 6 mit der oberen Fläche 118 des Tisches 109 abschneidet.

Die in Fig. 10 dargestellte Anordnung wird in einem Dunkelraum unter-

gebracht, und ein Muster oder Objekt 124 auf der Fläche 117 der Konsole 101 in einer bestimmten Lage angeordnet. Die Ausrichtung des Musters 124 erfolgt durch zwei in diesem angeordnete öffnungen, die die Ausrichtstifte 125 und ^26 aufnehmen. Auf die obere Fläche des

109820/0717

lite::.,

Vielfachlinsenelementes 123 wird ein Film oder eine Glasplatte mit einer photographischen Emulsion 140 (Fig. 11) oder ein in geeigneter Weise behandeltes Schaltelement oder Substrat, beispielsweise ein mit Photolack überzogenes Siliconplättchen gelegt. Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen erzeugt das Muster 124 eine Reihe von Mustern, beispielsweise zur Erzeugung einer entsprechenden Anzahl von Masken. Im Verlaufe des Herstellungsverfahrens wird eine Reihe von neuen photographischen Filmen oder Platten 127, wie aus Fig. 10 ersichtlich, auf den Tisch 109 und auf das Vielfachlinsenelement gelegt.

Ist die photographische Schicht bzw. das Element 127 in der richtigen Stellung, so wird der Deckel 119 nach unten geklappt und mit Hilfe der Stifte 131 und 132, die in die Öffnungen 133 und 134 eingreifen, verriegelt. Der Deckel 119 enthält in der Mitte eine Membran 135, die mit Hilfe einer biegsamen Leitung 136 und einer nichtdargestellten Druckluftquelle aufgeblasen werden kann. Auf diese Weise wird auf die Platte 12 7 ein Druck ausgeübt, so daß diese während der Belichtung im engen Kontakt mit der Vielfach-Linsenanordnung 123 gehalten wird.

Durch wiederholtes Belichten von photographischen Platten 127 mit einer Anzahl von Schablonen, entsteht eine Reihe von photographischen Masken, die jeweils aus einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen Bildern bestehen. Diese Bilder sind im wesentlichen Verkleinerungen der bei der Belich-

FI 9-66-026

109820/0717

tung verwendeten Schablone, wobei es sich beispielsweise, wie in Fig. 10 dargestellt, um die Schablone 124 handeln kann. Das Ergebnis dieses Verfahrens wird in Fig. 12 dargestellt, in der eine photographische

142 Maske 141 wiedergegeben wird, die aus einer Matrix/von Abbildungen Mü besteht. Vier der Abbildungen 143 bis 146 die innerhalb des eingezeichneten Vierecks 147 der Matrix 142 liegen, sind im unteren Teil der Fig. 12 vergrößert dargestellt. Bei der Herstellung von Halbleiterelementen wird in den einzelnen Ve rfahr ens schritten jeweils eine Maske von der in Fig. 12 mit 141 bezeichneten Art verwendet. Beispielsweise wird eine photo graphische Maske zur Herstellung von Photolackmustern auf einem Halbleiterplättchen verwendet, um die Diffusion der Basis zu ermöglichen. Eine zweite Maske wird zur Erstellung eines Photolackmusters auf dem Halbleite rplättchen verwendet, um die Diffusion des Emitters zu ermöglichen. Andere Masken werden für die weiteren Schritte des Herstellungsverfahrens verwendet. Die in Fig. 12 mit 141 bezeichnete Maske dient beispielsweise zur Erstellung des Photolackmusters, das für die Diffusion der Basis erforderlich ist. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit sind auf dem in Fig. 13 dargestellten Halbleite rplättchen 152 nur vier durch das Rechteck 151 eingeschlossene Einheitszellen 147 bis 150 dargestellt, die in ihrer Lage den Abbildungen 143 bis 146 der in Fig. 12 dargestellten Photo-Maske 141 entsprechen.

Vor der Durchführung der beschriebenen Verfahrens schritte wird ein

109820/D717

Halbleiterplättchen 152, beispielsweise ein N-Silicium-Plättchen 155, zur Bildung einer Silicium-Dioxydschicht 153 einem Oxydationsprozess unterzogen. Anschließend wird die Silicium-Dioxydschicht 153 mit einer Schicht 154 aus Photolack überzogen (Fig. 13B). Anschließend wird gemäß Fig. 12 die Photolackschicht 154 mit einer photographischen Maske 141 bedeckt und mit ultraviolettem Licht belichtet. Die Photolackschicht wird dann entwickelt, so daß ^ die belichteten Bereiche unlösbar und die nichtbelichteten Bereiche aufgelöst werden. Auf diese Weise werden, wie in Fig. 13C dargestellt, die offenen Bereiche 155a und 156 erzeugt, die den undurchsichtigen Bereichen 157 und 158 der Zellen 143 bis 146 der Maske 141 entsprechen. Das hat zur Folge, daß die entsprechenden Bereiche der Schicht 153 freigelegt werden und bei einem anschließenden, beispielsweise mit Flußsäure durchgeführten Ätzvorgang entfernt werden, was wiederum die Freilegung der Basisbereiche 155a und 156 des Siliciumkörpers zur Folge hat. ■

Die ganze Anordnung wird dann einem Diffusionsverfahren unterzogen, so daß das Silicium des Grundkörpers in den Bereichen 160 und 161 (Fig. 13D) beispielsweise mittels Bor P-dotiert wird. Anschließend

FI 9-66-026

109820/0717

werden weitere Silicium-Dioxydschichten aufgebracht und das gl eiche Verfahren wiederholt. In Fig. 13D ist jedoch der Einfachheit halber die dotierte Anordnung mit entfernter Photolackschicht 154 dargestellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen die Belichtung der die Halbleiter schicht bedeckenden Photolackschicht unmittelbar durch die erfindungsgemäße Anordnung vorzunehmen.

Eine andere Aus füh rungs form des erfindungs gemäßen Vielfachlinsensystems wird in den Fig. 14A und 14B dargestellt. Diese Anordnung unterscheidet sich von den oben beschriebenen Anordnungen dadurch, daß die Aperturplatte HA auf der äußeren Fläche der Deckschicht 7A angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Grundschicht 6A mit linsenförmigen Höhlungen 9A versehen, die mit einer brechenden Flüssigkeit 8A gefüllt sind. Anschließend wird die Deckschicht 7A auf der Grundschicht befestigt und ihrerseits mit einer undurchlässigen Schicht 170, beispielsweise einer aufgedampften Chromschicht 170 überzogen. Diese Schicht wird mit einer Photolackschicht 171 überzogen, die durch Belichtung mit den gewünschten Apertur öffnungen 12A entsprechenden latenten BiI-

wird
dern 172 versehen/ Durch Entwicklung der belichteten Photolackschicht wird die letztere in den Bereichen 172 entfernt und die darunterliegenden Bereiche der Chromschicht weggeätzt. Nach Entfernung der verbliebenen Bereiche der Photo lacks chi cht 171 ergibt sich die in Fig. 14B dargestellte

109820/0717

- 28 -

Anordnung. Es ist aber auch möglich, anstelle der Chromschicht die •belichteten und entwickelten Bereiche der Photo lacks chi cht als Aperturplatte stehen zu lassen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Fig. 15 dargestellt, dessen einzelne Elemente in der oben bes chriebenen Weise hergestellt werden. In diesem Aus führungsbeispiel wird eine Grundschicht 6B, wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, mit einer Apertur platte HB und einer Deckschicht 7B bedeckt, so daß die mit einer brechenden Flüssigkeit 8B gefüllten linsenförmigen Ausnehmungen 9B abgeschlossen werden. Daraufhin wird eine zweite Aperturplatte 7C auf die obere Fläche der Deckschicht 7B gelegt. Auf die sich ergebende Anordnung wird eine zweite Grundschicht 6C mit ihrer die linsenförmigen Ausnehmungen aufweisenden Fläche auf die Aperturplatte 7C gelegt. Auf diese Weise entsteht eine zweite matrixartige Anordnung von linsenförmigen Ausnehmungen 9C, die mit einer brechenden Flüssigkeit gefüllt, eine zweite matrixartige Anordnung von mit der ersten Linsenanordnung verbundenenmatrixartigeriAnordnung von Linsen ergeben. Auf diese Weise können optische Systeme mit verschiedenen Brechungsindizes hergestellt werden, die eine Korrektur optischer Fehler, beispielsweise die Korrektur der Aberration ermöglichen.

109820/0717

Claims

- 29 - Böblingen 22. Mai 1968 pro-hn PATENTANSPRÜCHE

1. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung, insbesondere zur Vielfah^abbildung einer Vorlage bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, gekennzeichnet durch mindestens zwei durchsichtige T rager elemente (6, 7), deren einander zugekehrte Flächen in einander entsprechenden Bereichen so geformt sind, daß jeweils ein Hohlraum mit der gewünschten Linsenform entsteht.

2. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Linsenformen aufweisenden Hohlräume durch eine plan-konvex-linsenförmige Ausnehmungen aufweisende Grundschicht und eine darüberliegende ebene Schicht gebildet werden.

3. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise zwischen zwei die Hohlräume bildenden durchsichtigen Schichten liegende, mit die Begrenzung der einzelnen Linsen bildenden Ausnehmungen versehene, als Aperturblende dienende Schicht (11) vorgesehen ist.

109820/0717

4. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn-; zeichnet, daß die durch die beiden durchsichtigen Schichten und gegebenenfalls durch die als Aperturblende dienende Schicht gebildeten Hohlräume mit einer vorzugsweise flüssigen Substanz geeigneten Brechungsindexes gefüllt sind.

5. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die linsenförmigen Hohlräume einschließenden durchsichtigen Schichten (6, 7) die gleichen Brechungsindizes aufweisen.

6. Aus mehreren nebeneinander liegenden Linsen bestehende Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die

fe Hohlräume einschließenden durchsichtigen Schichten (6, 7) verschiedene Brechungsindizes aufweisen.

7. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr jeweils aus zwei durchsichtigen, linsenförmige Hohlräume einschließenden Schichten und gegebenenfalls aus Aperturblenden bestehende Elemente so miteinander verbunden sind, daß einander

Fi 9-66-026 109820/0717

entsprechende Einzellinsen gemeinsame optische Achsen aufweisen.

8. Aus mehreren nebeneinanderliegenden Linsen bestehende Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die als Aperturblenden dienenden Schichten auf einer die linsenförmigen Ausnehmungen einschließenden Fläche gegenüberliegenden Seite einer durchsichtigen Schicht angeordnet sind.

109820/0717

Leerseite