DE2047316B2

DE2047316B2 -

Info

Publication number: DE2047316B2
Application number: DE2047316A
Authority: DE
Inventors: David Leslie Bassersdorf Greenaway (Schweiz)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2047316A1; JPS5310429B1; FR2062602A5; US3615449A; DE2047316C3; NL7014102A; GB1307257A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Speicherelektrode, bei dem mit Hilfe bekannter photolithographischer Prozesse auf einer mit einer Photolackschicht versehenen Trägerfläche eine Anordnung diskreter Bereiche erzeugt wird, die durch eine aufbelichtete Photomaske vorgegeben werden.

Bei der Herstellung von Speicherelektroden von Bildaufnahmeröhren oder Siliziumdioden-Speicherelektroden von Vidikons, wie sie in der US-PS 34 19 746 beschrieben sind, ist es erforderlich, Anordnungen hoher Flächendichte mit Auflösungen in der Größenordnung von 4 bis 200 Linien pro Zentimeter durch Photoätzung herzustellen. Eine derartige Silizium-Speicherelektrode enthält eine monokristalline Trägerscheibe aus η-Silizium mit einer Anordnung von diskreten p-Zonen auf der einen Seite. Jede dieser p-Zonen bildet mit dem η-leitenden Substrat einen pn-übergang und damit eine einzelne Diode einer Matrix von Dioden. Zwischen den p-Zonen ist die Substratoberfläche von einer Isolierschicht aus Siliziumdioxid überzogen. Mit jeder p-Zone macht ein Fleck aus polykristallinem Silizium Kontakt, der die Isolierschicht um die betreffende p-Zone etwas überlappt

Bei Vidikons für professionelle Fernsehzwecke besteht eine wesentliche Bedingung für eine solche Silizium-Speicherelektrode darin, daß die Signale von den einzelnen Dioden bei der Wiedergabe des von der Speicherelektrode gewonnenen Signals für das Auge nicht wahrnehmbar sird. Die Flächendichte der Dioden soll daher in der Größenordnung von 500 000 oder mehr Dioden pro Quadratzentimeter Elektrodenoberfläche

liegen. Das Hauptproblem bei der Herstellung von Speicherelektroden mit einer so hohen Flächendichte besteht in der Bildung eines entsprechend dichten Musters aus photoempfindlichem Material, wie Photolack, das als Abdeckschicht für die Begrenzung der diskreten Diodenbereiche der Speicherelektrode dient. Wenn einmal eine Abdeckschicht aus Photolack mit einer genügend kleinen Anzahl an Fehlern und einer ausreichenden Flächendichte auf der Speicherplatte gebildet worden ist, kann die Weiterbearbeitung der Speicherelektrode durch die öffnungen in der Photolackschicht durch bewährte Verfahren erfolgen.

Die Photolackmuster werden bei der US-PS 3419 746 durch Kontaktkopieren hergestellt. Das Kontaktkopieren hat jedoch seine Probleme. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß selbst kleine, isolierte Fehler in der Photomaske, die im allgemeinen kleiner als eine Einheit der Anordnung sind, wie fehlende Punkte oder Quadrate oder unerwünschte undurchlässige Bereiche zwischen den Punkten oder Quadraten im Photolackmuster reproduziert werden. Bei jeder Berührung der Photomaske mit dem Photolack besteht außerdem die Gefahr, daß die Photomaske beschädigt wird, z. B. durch Kratzer oder anhaftende, lichtundurchlässige Fremdkörper. Solche Fehler in der Photomaske ₂ ^r> haben gewöhnlich fehlerhafte Dioden in der fertigen Speicherelektrode zur Folge, die in einem von der Speicherelektrode abgenommenen Signal recht gut wahrnehmbar sind. Sie erscheinen je nach der Art des Fehlers als helle oder dunkle Punkte oder Linien. Die «> Anhäufung von Fehlern in einer Photomaske begrenzt deren nutzbare Lebensdauer erheblich und der Ersatz der fehlerhaften feingerasterten Masken trägt erheblich zu den Produktionskosten der Silizium-Vidikonspeicherelektroden bei. j5

Eine weitere Schwierigkeit, die bei den bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Speicherelektroden auftritt, besteht darin, daß die erwähnten Flecken, die durch eine entsprechende »Fleckenmaske« definiert werden, sich genau mit den durch die »Punktmaske« definierten Punktöffnungen decken müssen. Wenn sich die Flecken in gewissen Bereichen der Elektrode nicht genau mit den zugehörigen Punkten decken, liegen sie exzentrisch zu den entsprechenden p-Zonen oder sie machen mit mehr als einer p-Zone Kontakt. Das Ergebnis ist in beiden Fällen eine Ungleichförmigkeit in dem von der Speicherelektrode abgenommenen Signal. Die Flecken können mit den p-Zonen offensichtlich nur dann zur Deckung gebracht werden, wenn die Periodizitäten oder Teilungen der Flecken-Photomaske und der Punkt-Photomaske in deren ganzen wirksamen Bereichen gleich sind. Mit den bekannten Verfahren ist es sehr schwierig und kostspielig, Flecken- und Punkt-Photomasken herzustellen, die im wesentlichen fehlerfrei sind und im wesentlichen die gleiche sowie γ, eine ausreichend hohe Flächendichte haben, wie sie für die Herstellung von Silizium-Speicherelektroden für professionelle Fernsehzwecke Bedingung sind.

Es ist ferner aus der US-PS 24 78 443 ein Verfahren zum Herstellen von Halbtontastern für photolithogra- bo phische Zwecke bekannt, bei denen das Schattenbild einer Maske und nicht deren Beugungsbild für die Belichtung einer Photolackschicht u.dgl. verwendet wird. Bei den bekannten Schattenwurfverfahren erhält man keine Redundanz, solange man nicht eine Vielzahl t,^r> von Lichtquellen verwendet, die in genau einjustierten Abständen angeordnet sein müssen. Die Schattenwurfverfahren eignen sich außerdem nur zur Herstellung von Rastern verhältnismäßig kleiner Flächendichte, bei denen die Beugungseffekte minimal sind. Bei Schattenwurfverfahren sind ja Beugungseffekte im allgemeinen unerwünscht, da sie das belichtete Muster beeinträchtigen. Diese grundsätzlich bei jeder Projektionsabbildung auftretenden Beugungserscheinungen sind zwar auch erwähnt, werden jedoch nicht ausgenutzt, sondern eher als störend (Verringerung der Randschärfe) empfunden. Vielmehr werden gemäß der US-Patentschrift die geometrischen Verhältnisse einer Projektionsabbildung berechnet und ausgenutzt. Die öffnungen bzw. Lichtquellen werden so gewählt, daß eine Viervielfachung der Abbildung und eine gleichmäßige Ausleuchtung erreicht werden.

Die Beugungserscheinungen (mit entsprechenden Gleichungen) sind in der US-PS 24 78 443 im Zusammenhang mit einer Optimierung der Ergebnisse erwähnt, jedoch sind diese Effekte in keiner Weise vorherrschend und insbesondere nicht verantwortlich für die beabsichtigte Vervielfältigung. Wenn weiterhin von Lichtfilterung die Rede ist, dann nur zum Zweck einer Einschränkung des Lichtes auf einen brauchbaren Teil des Spektrums, nicht jedoch, um etwa Kohärenz oder Monochromatismus zu erreichen. Stark nichtkohärentes Licht ergibt aber keine genügend genau definierten Beugungsbildebenen.

Die optischen Verhältnisse bei Schattenwurfprojektion und bei Beugungserscheinungen sind dem Fachmann aus der einschlägigen Literatur (beispielsweise Lehrbuch der Physik von R. W. P ο h 1, »Einführung in die Optik«, Springer-Verlag, 1948, Seiten 83, 84, 90 bis 92) bekannt. Die in den Lehrbüchern angegebenen Beziehungen für die Abbildung von Beugungsgittern werden jedoch der technischen Wirklichkeit nicht gerecht, da sie von idealisierten Voraussetzungen ausgehen, die in der Praxis nicht ohne weiteres anzutreffen sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe von Maßnahmen, welche es gestatten, die theoretisch bekannten Verfahren zur Beugungsabbildung für die Praxis zur Herstellung einer Speicherelektrode, wie sie beispielsweise aus der US-PS 34 19 746 bekannt ist, anwendbar zu machen. Dadurch sollen die vorstehend erörterten Nachteile der bekannten Kontaktkopierverfahren, wie Beschädigung von Maske oder Halbleiterplättchen, und bekannter .Schattenwurfverfahren, wie mangelhafte Redundanz, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Speicherelektrode, bei dem mit Hilfe bekannter photolithographischer Prozesse auf einer mit einer Photolackschicht versehenen Trägerfläche eine Anordnung diskreter Bereiche erzeugt wird, die durch eine aufbelichtete Photomaske vorgegeben werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Belichtung der Photolackschicht ausschließlich mit einem Beugungsbiid der Gitterstruktur der Photomaske unter Verwendung von monochromatischem und kohärentem oder höchsten schwach inkohärentem Licht erfolgt, wobei die Photolackschicht während der Belichtungsdauer mindestens einmal in einer Richtung senkrecht zur Photolackschichtebene um eine Strecke, die ungefähr gleich einem Viertel der Wellenlänge des verwendeten kohärenten Lichtes ist, hin- und herbewegt wird.

Die Erfindung benutzt eine reine Beugungsbildtechnik, bei welcher sich infolge der Redundanz Maskenfehler durch Kratzer oder Staubteilchen nicht mehr auswirken. Die mit dem Beugungsbild der Gitterstruktur der Photomaske belichteten Teile der Photolack-

schicht können durch einen Entwicklungsprozeß entfernt werden, bei dem ein Muster aus den unbelichteten Teilen zurückbleibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die unbelichteten Teile der Photolackschicht zu entfernen, so daß dann eine Anordnung aus dem ^r> belichteten Material zurückbleibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet, auf die hiermit Bezug genommen wird.

Es ist nicht erforderlich, daß die zur Belichtung dienende Lichtquelle vollständig kohärentes Licht liefert. Wenn eine hohe Auflösung erreicht und eine Anordnung hoher Flächendichte hergestellt werden sollen, dürfte jedoch kohärentes Licht bessere Resultate liefern, vor allem wegen der großen Intensität des i> monochromatischen Lichtes, das mit Lichtquellen wie Lasern erzeugt werden kann.

Andererseits hat die Verwendung von nichtkohärentem monochromatischem Licht, z. B. von einer Quecksilberhochdrucklampe, den Vorteil, daß während der Belichtung der Speicherelektrode keine Schwingungen erforderlich sind, weil die Kohärenz einer solchen Lichtquelle zum Erzeugen von Interferenzstreifen auf der Elektrode nicht ausreicht.

Das Verfahren, die belichtete Fläche während der Belichtung um eine viertel Wellenlänge des bei der Belichtung verwendeten Lichtes schwingen zu lassen, hat auch den besonderen Vorteil, daß es die Verwendung von leicht erhältlichen Materialien erlaubt, ohne daß dadurch Schwankungen im endgültigen jo Muster infolge von Qualitätsdefekten in den Komponenten auftreten, Zum Beispiel sind Siliziumscheiben, die innerhalb eines Genauigkeitsbereiches von ±5 μιτι eben sind, leicht erhältlich. Ohne die Anwendung von Schwingungen müßte man mit dem höchsten Grad von r> Ebenheit der Oberflächen der Gitterglasscheibe und des Siliziumsubstrats arbeiten, die erreichbar ist. Die Forderung nach einer so hochgradigen Ebenheit widerspricht praktischen Erfordernissen und würde natürlich das Produkt außerordentlich verteuern. Selbst mit den ebensten Oberflächen, die man herstellen kann, würden ohne die Anwendung von Schwingungen während der Belichtung immer noch einige Interferenzstreifen auftreten. Wenn der Photolack nur für Licht in einem engen, z.B. 10 nm oder weniger breiten 4-, Wellenlängenbereich empfindlich ist, kann man eine breitbandige, also nicht monochromatische Lichtquelle ohne zusätzliche optische Filter verwenden. Der Photolack wirkt unter diesen Umständen als schmalbandiges Filter für das Licht und ermöglicht eine qualitativ hochwertige Beugungsabbildung. Es gibt andererseits auch Fälle, bei denen die Wirkungen der Photolackempfindlichkeit, der Emissionscharakteristik der Lichtquelle und die Absorptionscharakteristika der verwendeten optischen Komponenten zusammen die gleiche Funktion ausüben wie ein schmalbandiges Filter. Bei jedem System, das mit polychromatischem Licht arbeitet, spielt die effektive Größe der Emissionsfläche der Lichtquelle eine wichtige Rolle. Wenn diese effektive Fläche zu groß ist, läßt sich bei der Beugungsabbildung nur eine wi begrenzte Auflösung erreichen. Die effektive Größe einer polychromatischen Lichtquelle läßt sich durch geeignete Wahl der Kollimatoroptik kontrollieren.

Es gibt eine große Anzahl von Photomaskenmustern, die ein Beugungsbild liefern. Die Grundbedingung für b^r> die Selbstabbildung ist eine hochgradige Periodizität des Photomaskenmusters. Bei jedem Photomaskenmuster läßt sich das erhaltene Beugungsbild ändern, indem man den Abstand zwischen der Photomaske und der Photolackschicht verändert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines speziellen Photomaskenmusters beschränkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das nachfolgend in Verbindung mit einer kollimierten Lichtquelle und ebenen Masken- und Photolackoberflächen beschrieben wird, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Wenn man die Photomaske krümmt und entsprechend divergentes Licht verwendet, kann man ein Beugungsbild erzeugen, das in einer gekrümmten Fläche im Raum liegt und nicht in einer ebenen Fläche. Wenn es auch verhältnismäßig kompliziert ist, kann man also durch Beugungsabbildung grundsätzlich auch eine gleichförmige oder ungleichförmige Anordnung auf einer gekrümmten Fläche erzeugen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht eines optischen Beugungsgitters, die zur Erläuterung des Prinzips der Selbstabbildung dient, welche eintritt, wenn kollimiertes monochromatisches Licht durch das Gitter fällt,

F i g. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer Diodenanordnung für eine Silizium-Speicherelektrode einer Vidikon-Fernsehaufnahmeröhre, welche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde,

F i g. 3 eine vergrößerte Draufsicht eines Teiles der die Dioden enthaltenden Oberfläche der Speicherelektrode gemäß F i g. 2,

Fig.4 eine Schnittansicht einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

F i g. 5 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teiles einer piezoelektrischen Wandlers der Einrichtung gemäß F i g. 4.

F i g. 1 zeigt, wie durch kollimiertes monochromatisches Licht der Wellenlänge λ, das durch eir Beugungsgitter fällt, ein Beugungsbild erzeugt wird. Ir der Zeichnung sind eine Anzahl von Ebenen /', I\ usw dargestellt, in denen die gebeugten Strahlen der positiven und negativen ersten Ordnung von der schmalen transparenten Linien des Gitters die ungebeugten Strahlen nullter Ordnung schneiden. Die Ebern /j ist die Ebene der ersten Selbstabbildung erstei Ordnung des Musters und die Ebene I\ ist die Ebene dei zweiten Selbstabbildung erster Ordnung des Musters Diese Selbstabbildungen, die hier als »Beugungsbilden bezeichnet werden sollen, sind reelle Bilder und könner durch ein in der entsprechenden Ebene angeordnete; geeignetes photoempfindliches Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden. Für die vom Gitter gebeuter Strahlen der positiven und negativen zweiten Ordnung gibt es ebenfalls eine Folge von Ebenen, in denen diese Strahlen die ungebeugten Strahlen nullter Ordnung schneiden. In diesen Ebenen liegen das ersten, zweite dritte usw. Beugungsbild für die zweite Ordnung und di< können dementsprechend mit zunehmender Entfernunj von der Gitterebene mit I], 1], I] usw. bezeichne werden. Diese Ebenen sind jedoch in der Zeichnunj nicht dargestellt, um diese nicht unnötig unUbersichtlicl zu machen. Der Abstand SS, des m-ten Beugungsbilde Im für die Strahlen 77-ten Ordnung von der Gitterebeni beträgt

md²
11 /.

η²;.²

(I)

Dabei ist d die Abmessung der Gittereinheit (Gitterlinienabstand) und m sowie η sind immer ganzzahlig. Für den Fall daß d> >λ und η eine kleine ganze Zahl ist, reduziert sich dieser Ausdruck zu

(2)

Hieraus ist ersichtlich, daß alle Beugungsbilder, für die ι » m/n konstant ist, in derselben Ebene liegen und sich verstärken. Es ist ferner ersichtlich, daß im Falle eines Gitters, das mehr als ein Liniensystem, z. B. zwei sich unter einem rechten Winkel schneidende Liniensysteme hat, scharfe Beugungsbilder beider Liniensysteme gleichzeitig erhalten können, selbst wenn die Abmessung d für die beiden Systeme verschieden ist. Es ist lediglich erforderlich, das Verhältnis der beiden Werte für d so zu wählen, daß die Gleichung (2) mit verschiedenen Werten für m/n für jeden der beiden Werte von t/erfüllt ist.

Ein weiteres wichtiges Merkmal besteht darin, daß jeder einzelne Punkt eines Beugungsbildes Beiträge von Strahlen enthält, welche von einer Anzahl verschiedener Punkte auf der Gitterfläche ausgehen. Dies beruht 2^r> auf den verschiedenen Ordnungen der gebeugten Strahlen, die sich generell in jedem Beugungsbild vereinigen. Die Beugungsbilder höherer Ordnung entsprechend größeren Werten von m werden durch gebeugte Strahlen erzeugt, die von weiter voneinander jo entfernten Punkten auf der Oberfläche des Musters oder Gitters ausgehen als Strahlen, die Beugungsbilder niedrigerer Ordnung mit kleineren Werten von m bilden. Hierdurch ergibt sich in den Beugungsbildern eine Redundanz, durch die der Einfluß von Störungen aus der Umgebung, z. B. Staub und Kratzer auf der Gitteroberfläche bei der Beugungsabbildung weitestgehend verringert, ja für praktische Zwecke sogar vollständig beseitigt wird. Die Redundanz bewirkt auch, daß kleine Defekte im Gitter selbst durch das Verfahren unwirksam gemacht werden und nicht im entdgültigen Bild erscheinen. Das ist ein ganz wesentlicher Vorteil, wenn ein vorgegebenes Muster über eine große Fläche vollkommen fehlerfrei reproduziert werden muß.

Bei dem als Ausführungsbeispiel erläuterten Verfahren wird das Selbstabbildungsprinzip zur Herstellung einer Speicherelektrode 10 (Fig.2 und 3) verwendet Die Speicherelektrode 10 ist in bekannter Weise aufgebaut und enthält ein monokristallines Substrat 12 aus η-Silizium, eine Punktrasteranordnung aus p-Siliziumzonen 14 im Substrat 12, eine zwischen den p-Zonen 14 auf dem Substrat 12 angeordnete isolierende Abdeckschicht 16 aus Siliziumdioxid und quadratische Siliziumflecke 18, die auf den p-Zonen angeordnet sind und den angrenzenden Teil der Abdeckschicht 16 überlappen.

Eine Einrichtung 20 zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist in Fig.4 dargestellt. Die Einrichtung stellt im wesentlichen einen Spezialfall einer optischen Bank mit m> einem Maskenrahmen 22 und einem Elektrodenrahmen 24 dar. Die Rahmen 22 und 24 dienen dazu, eine in den Maskenrahmen eingesetzte Photomaske 26 genau parallel zu einem ebenen, überzogenen Speicherelektrodensubstrat 28, das im Elektrodenrahmen 24 gehaltert ist, auszurichten. Die ganze Einrichtung 20 befindet sich vorzugsweise in einer relativ staubfreien Umgebung.

Die Photomaske 26 enthält eine dünne Glasscheibe 30, auf deren einer Seite sich ein Kreuzgitter 32 aus lichtundurchlässigen Indiumquadraten befindet, die durch etwa 3,2 μηι breite Öffnungen getrennt sind. Die Photomaske 26 enthält etwa 72 Quadrate pro Millimeter (1839 Quadrate pro Zoll) auf der Photomaske 26 und jedes Quadrat ist mehrere zehn nm dick. Das Gitter 32 auf der Photomaske bildet eine periodische Anordnung von lichtdurchlässigen Bereichen.

Das Substrat 28, welches sich in einem Abstand von etwa 1,2 mm vom Gitter 32 der Photomaske 26 befindet, ist eine übliche monokristalline Siliziumscheibe, deren Dicke etwa 0,13 mm und deren Durchmesser etwa 22 mm betragen. Die Abweichungen der der Photomaske 26 gegenüberliegenden Fläche der Substratscheibe von einer genau ebenen Fläche sind kleiner als 5 um. Die der Photomaske 26 zugewandte Oberfläche des Substrats 28 ist mit einer Isolierschicht 34 aus Siliziumdioxid überzogen. Die Isolierschicht 34 ist ihrerseits mit einer Photolackschicht 36 überzogen, die aus einem handelsüblichen Photolack, der eine hohe Auflösung zuläßt, bestehen kann. An die dem Gitter abgewandte, freie Oberfläche der Photomaske 26 ist mittels einer Schicht optischen Öls 40 ein optisches 45°-Glasprisma 38 angesetzt Die Brechungsindizes der Glasscheibe 30 der Photomaske, des optischen Öls 40 und des Prismas 38 sind wenigstens annähernd gleich.

Die Belichtung der Photolackschicht 36 mit dem gewünschten Muster erfolgt auf die folgende Weise: Man läßt monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge von 457,9 nm von einem nicht dargestellten 1-W-Argonlaser durch ein zur Vergrößerung des Bündelquerschnitts dienendes Objektiv, z. B. ein normales lOfaches Mikroskopobjektiv und anschließend durch ein Kollimatorobjektiv mit einer Brennweite von 75 cm und einem Durchmesser von 10 cm fallen. Das Kollimatorobjektiv ist für Bildfehler dritter Ordnung korrigiert und mit einem Antireflexbelag versehen. Das kollimierte Licht 42 von der nicht dargestellten Kollimatoroptik tritt dann in das Prisma 38 ein, wird an dessen Hypothenusenfläche 44 reflektiert und fällt dann durch die zur Anpassung der Brechungsindizes dienende Ölschicht 40, die Glasscheibe 30 und die öffnungen des Gitters 32. Selbstverständlich kann das kollimierte Licht zur Beleuchtung des Gitters auch mittels einer anderen als der beschriebenen Kollimatoroptik erzeugt werden. Das durch die Photomaske 26 fallende monochromatische Licht 42 bildet eine Reihe von Bildern in Ebenen, deren Abstände vom Gitter durch die obige Gleichung (2) gegeben sind. Für Licht mit einer Wellenlänge von 457,9 nm tritt ungefähr alle 400 μπι vom Gitter 32 eine Bildebene auf.

Die Einjustierung des Substrats 28 in eine Bildebene läßt sich leichter durchführen, wenn man das Substrat 28 zeitweilig durch eine ebene Beobachtungsglasplatte ersetzt, auf deren der Photomaske zugewandten Seite sich irgendwelche willkürliche Information hoher Auflösung befindet. Die Beobachtungsplatte ermöglicht es, das Beugungsbild durch ein Mikroskop visuell zu betrachten, mit dem die die Information enthaltende Oberfläche der Beobachtungsplatte durch deren freie Oberfläche hindurch betrachtet wird. Die optimale parallele Einstellung des Elektrodenrahmens in die Bildebene ist dann erreicht, wenn die auf der informationstragenden Oberfläche der Beobachtungsplatte erscheinenden Interferenzstreifen die größtmögliche Symmetrie aufweisen. Die Interferenzstreifen sind mit dem unbewaffneten Auge wahrnehmbar. Auf das

Entstehen dieser Interferenzstreifen wird später noch eingegangen. Der optimale lineare Abstand von der Photomaske wird eingestellt, nachdem der Elektrodenrahmen 24 parallel zur Photomaske 26 einjustiert worden ist. Die Einjustierung erfolgt durch drei 5 Mikrometerschrauben 46, die auf dem Elektrodenrahmen 24 montiert sind. Um die Zeichnung nicht unnötig unübersichtlich zu machen, sind in Fig.4 nur zwei dieser Mikrometerschrauben 46 dargestellt. Die lineare Einjustierung erfolgt dadurch, daß das Beugungsbild auf der informationstragenden Oberfläche der Beobachtungsplatte durch das Mikroskop betrachtet wird und alle drei Mikrometerschrauben 46 um gleiche Beträge verstellt werden, bis das gewünschte Beugungsbild und die willkürliche Information hoher Auflösung gleichzeitig scharf erscheinen.

Für eine vorgegebene geometrische Anordnung der Elemente im Photomaskengitter 32 ist es möglich, eine Anzahl verschiedener geometrischer Anordnungen von Mustern im Beugungsbild zu erhalten, indem man den linearen Abstand des Substrats 28 von der Photomaske 26 geringfügig so ändert, daß sich die Photolackschicht 36 nicht mehr genau in der Bildebene befindet Der Abstand wird insbesondere so eingestellt, daß eine Anordnung heller Punkte, die kleiner sind als die Quadrate des Gitters 32, auf einem dunklen Untergrund erscheint. Der richtige Abstand für solche Punkte läßt sich leicht durch Einjustieren der Mikrometerschrauben 46 bei gleichzeitiger Beobachtung des Bildes durch das Mikroskop einstellen. jo

Nachdem der Abstand des Elektrodenrahmens 24 einjustiert worden ist, wird die Photolackschicht 36 mit der Punktanordnung belichtet. Man verdunkelt hierzu die Lichtquelle, ersetzt die Beobachtungsplatte durch das Substrat 28, gibt die Lichtquelle kurzzeitig wieder & frei und entnimmt dann das Substrat 28 aus dem Rahmen.

Zur Weiterverarbeitung des Substrats 28 wird dann die belichtete Photolackschicht 36 entwickelt, um eine Anordnung von diskreten Oberflächenbereichen der isolierenden Siliziumdioxidschicht 34 freizulegen, die freigelegten Bereiche der Schicht 34 werden geätzt, um öffnungen zu bilden, in denen entsprechende Teile der Oberfläche des Substrats 28 freiliegen, die unbelichteten Teile der Photolackschicht 36 werden entfernt und die v> Isolierschicht 34 sowie die freigelegten Teile der Oberfläche des Substrats 28 in den öffnungen werden mit einer dotierten Siliziumschicht überzogen. Das Substrat 28 wird anschließend in bekannter Weise behandelt, um die in F i g. 2 dargestellten diffundierten w p-Zonen 14 entsprechend dem Punktmuster des Beugungsbildes zu erzeugen.

Es hat sich gezeigt daß örtliche Schwankungen in der Helligkeit des Beugungsbildes durch isolierte kleine Fehler in der Photomaske 26 normalerweise durch die Photolackschicht 36 nicht wiedergegeben werden, da Photolack im allgemeinen für solche kleinen Helligkeitsunterschiede unempfindlich ist.

Die dotierte Siliziumschicht der Speicherelektrode wird als nächstes mit einer Photolackschicht überzogen t>o und diese wird mit einem Beugungsbild einer Anordnung von Rechtecken oder Quadraten unter Verwendung im wesentlichen desselben Verfahrens wie es oben für die Belichtung des Punktmusters beschrieben wurde, belichtet mit der Ausnahme, daß der lineare Abstand so t>5 gewählt ist, daß die Photolackschicht sich genau in der Bildebene befindet. Nach der Belichtung wird der Photolack in üblicher Weise entwickelt und durch Abätzen der freigelegten Teile der Siliziumschicht wird die Anordnung von Siliziumflecken 18 erzeugt, welche in einem Stück mit den p-Zonen verbunden sind, welche vorher durch die Diffusion von Dotierungsstoff aus der dotierten Siliziumschicht in die Oberfläche des Substrats 14 gebildet worden waren. Anschließend wird die Photolackschicht auf den Flecken 18 entfernt.

Sowohl die p-Zonen 14 als auch die Flecken 18 sind völlig frei von Fehlern durch isolierte kleine Fehler in der Photomaske 26. Die Flecken 18 decken sich genau mit den p-Zonen 14, da beide mit der gleichen Photomaske 26 hergestellt worden sind. Es ist keinerlei Berührung der empfindlichen Gitterteilung auf der Photomaske 26 erforderlich. Die Photolackschicht wird in der Nähe der dritten Bildebene angeordnet, deren Abstand vom Gitter der Photomaske etwa 1200 μπι beträgt.

Bei den bekannten Verfahren werden isolierte kleine Fehler in der Photomaske in der mit ihr hergestellten periodischen Anordnung aus dem photoempfindlichen Material reproduziert. Im Gegensatz dazu werden solche kleine isolierte Fehler bei dem vorliegenden Verfahren in der mit der Photomaske hergestellten Anordnung kaum oder gar nicht reproduziert. Die naturgegebene Redundanz des für die Belichtung des photoempfindlichen Materials verwendeten Beugungsbildes reduziert oder beseitigt solche Fehler.

Bei den bekannten Verfahren können außerdem die optimalen Ergebnisse nur dann erzielt werden, wenn sich die Photomaske in körperlicher Berührung mit dem photoempfindlichen Material befindet. Dies ist jedoch bei dem vorliegenden Verfahren nicht erforderlich und es tritt daher auch keine Abnutzung der Photomaske ein.

Die Schärfentiefe des ebenen Beugungsbildes beträgt etwa +5 μπι. Es ist dementsprechend eine sehr genaue Einjustierung der Photolackschicht 36 erforderlich, um eine einwandfreie Parallelität mit dem Gitter 32 zu gewährleisten. Die genaue Parallelstellung wird durch Beobachtung von Interferenzstreifen in der oben beschriebenen Weise erreicht. Bei den handelsüblichen Substraten verbleiben jedoch immer noch Reste von Interferenzstreifen, da der Abstand zwischen dem Substrat und der Photomaske über die Oberfläche des Substrats etwas ungleichförmig ist. Bei den Interferenzstreifen handelt es sich um Interferenzen gleicher Dicke aufgrund der endlichen Abweichungen der Oberflächen der Photomaske 26 und der Photolackschicht 36 von einer idealen Ebene. Das Auftreten von Interferenzstreifen in der belichteten Photolackschicht kann dadurch völlig vermieden werden, daß man die Photolackschicht 36 während der Belichtung mehrmals um eine Strecke von etwa einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes senkrecht zur Oberfläche der Photolackschicht 36 bewegt. Durch eine solche Schwingungsbewegung werden Ebenheitsfehler der Oberflächen der Photolackschicht 36 und der Photomaske 26 kompensiert, indem sie in jedem Elementarbereich der Oberflächen integriert werden und die Belichtung dadurch für alle Teile der Oberfläche der Photolackschicht 36 im wesentlichen vergleichmäßigt wird.

Zur Erzeugung dieser Schwingungsbewegung wird unter dem Bolzen jeder Mikrometerschraube 46 vor deren Einjustierung ein piezoelektrischer Wandler 48 angeordnet, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. F i g. 5 zeigt den Aufbau eines solchen Wandlers 48. Jeder Wandler enthält einen Stapel aus den folgenden Teilen: Eine dünne piezoelektrische Scheibe 52 aus einem handelsüb-

lichen Bleizirkonattitanat, die etwa 1,3 mm dick ist, einen Durchmesser von etwa 20 mm hat und auf beiden Seiten mit einer zum elektrischen Anschluß dienenden dünnen Silberschicht 54 versehen ist, zwei dünne Messingscheiben 56, die mit den Silberschichten durch eine sehr dünne Schicht 58 aus leitendem Epoxyharzkleber verbunden sind und Isolatorscheiben 60, die die Außenseiten der Messingscheiben 56 bedecken. Mit den Messingscheiben 56 sind elektrische Anschlußdrähte verbunden, die durch die Epoxyharzkleberschicht 58 elektrisch mit den Silberschichten 54 verbunden sind. Die Drähte 62 sind mit einer Wechselspannungsquelle 64 verbunden, die z. B. 115 Volt mit einer Frequenz von 60 Hz liefert und einen Regeltransformator enthält, der an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Die piezoelektrischen Scheiben 52 sind Dickenschwinger, deren Dicke sich entsprechend der an den Silberschichten 54 liegenden Spannung ändert.

Für einen vorgegebenen Wandler 48 wird die Wechselspannung von der Quelle 64 so bemessen, daß die Schwingungsamplitude des Wandlers 48 im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge des Lichtes ist, das für die Belichtung der Photolackschicht 36 verwendet wird. Bei Verwendung eines Regeltransformators können die meisten verfügbaren Wechselspannungsquellen zur Speisung der Wandler 48 verwendet werden. Die Frequenz der Schwingung ist im allgemeinen nicht wesentlich, solange während der Belichtungszeit der Photolackschicht mindestens eine halbe Periode auftritt und solange sie niedrig genug ist, um den Wandler 48 die gewünschten Dickenänderungen mitmachen zu lassen. Vorzugsweise sollen während der Belichtungsdauer einige oder mehrere Schwingungen auftreten, um die Wirkungen von Fehlern in der Schwingungsamplitude möglichst klein zu halten. Die Schwingungsform der Wechselspannung ist ebenfalls verhältnismäßig unwesentlich, in machen Fällen ei hält man jedoch mit einer Sinusschwingung bessere Ergebnisse als mit einer Rechteckschwingung. Die Gesamtmasse des schwingenden Teiles der Einrichtung 20 soll nicht zu groß sein, damit keine Überhitzung der

ίο Wandler 48 durch die sonst erforderlichen hohen Ströme eintritt.

Zur Änderung des gewünschten Abstandes zwischen den Rahmen 22 und 24 können auch andere Vorrichtung verwendet werden. Es lassen sich ohne Schwierigkeiten mechanische oder magnetische Vorrichtungen angeben, die wie die in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebene piezoelektrische Anordnung verwendet werden können, um das Beugungsbild bezüglich der photoempfindlichen Schicht schwin- gen zu lassen.

Die Entwicklung des Photolacks hängt vom Typ des verwendeten Photolacks ab. Bei der Entwicklung positiv arbeitender Photolacke werden die belichteten Teile entfernt, während bei der Entwicklung negativ arbeiten-

2^r) der Photolacke die unbelichteten Teile entfernt werden. Wenn ein spezielles, mit positiv arbeitendem Photolack gebildetes Muster mit negativ arbeitendem Photolack gebildet werden soll muß die Photomaske durch eine andere ersetzt werden, welche das negative Gegenstück

so der ursprünglichen Photomaske ist und dort Licht durchläßt, wo die ursprüngliche Photomaske lichtundurchlässig war.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Speicherelektrode, bei dem mit Hilfe bekannter photolithographischer Prozesse auf einer mit einer Photolackschicht versehenen Trägerfläche eine Anordnung diskreter Bereiche erzeugt wird, die durch eine aufbelichtete Photomaske vorgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Beiichtung der Photolackschicht ausschließlich mit einem Beugungsbild der Gitterstruktur der Photomaske unter Verwendung von monochromatischem und kohärentem oder höchsten schwach inkohärentem Licht erfolgt, wobei die Photolackschicht während der Belichtungsdauer mindestens einmal in einer Richtung senkrecht zur Photolackschichtebene um eine Strecke, die ungefähr gleich einem Vierte! der Wellenlänge des verwendeten kohärenten Lichtes ist, hin- und herbewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Photomaske eine periodische Anordnung von durchlässigen Flächen aufweist

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Photomaske verwendet wird, die zwei Gruppen von gleichförmig beabstandeten, senkrecht zueinander verlaufenden Linien (32) aufweist, wobei der Abstand zwischen den Linien der einen Gruppe gleich oder verschieden von dem jo Abstand zwischen den Linien der anderen Gruppe ist, und daß die Beugungsbildebene für jede Gruppe von Linien die gleiche oder eine verschiedene Beugungsbildebene ist

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- r> zeichnet daß die Photolackschicht (36) während ihrer Belichtung nicht genau in der Ebene des Beugungsbildes so angeordnet ist, daß auf der Photolackschicht ein Beugungsbild aus einer Anordnung von Punkten entsteht

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photolackschicht während der Belichtung genau in der Ebene des Beugungsbildes so angeordnet ist, daß auf der Photolackschicht ein Beugungsbild aus einer Anordnung von Rechtecken 4^r> oder Quadraten entsteht

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß bei der Herstellung einer Anordnung von Halbleiterdioden, die jeweils eine diffundierte p-Zone (14) in der Oberfläche einer n-leitenden Siliziumsubstratscheibe (12) enthalten und mit ihren diffundierten Zonen jeweils mit einer eigenen fleckförmigen Schicht (18) aus p-Silizium verbunden sind, die sich durch entsprechende öffnungen in einer die Scheibenoberfläche bedeckenden Siliziumdioxidschicht (16) erstrecken, die Siliziumdioxidschicht in bekannter Weise als Trägerfläche für die Photolackschicht verwendet und die öffnungen durch Entfernen von freigelegten Teilen der Siliziumdioxidschicht in den diskreten Bereichen mi gebildet werden, die Photolackschicht während der Belichtung etwas außerhalb der Ebene des Beugungsbildes derart angeordnet wird, daß die Belichtung der Photolackschicht durch ein Beugungsbild aus einer Anordnung von Punkten erfolgt. t>5

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die fleckförmigen Bereiche aus p-Silizium in bekannter Weise photographisch aus einer p-leitenden Siliziumschicht auf der Dioxidschicht mittels einer zweiten Photolackschicht auf der Siliziumschicht hergestellt werden, wobei die zweite Photolackschicht bei der Belichtung genau in der Ebene des Beugungsbildes angeordnet ist, um diese Schicht mit einem Beugungsbild zu belichten, das aus einer Anordnung von Rechtecken oder Quadraten besteht

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die verwendete Photolackschicht nur für Licht eines schmalen Wellenlängenbereiches empfindlich ist und ihre Belichtung mit einer nicht monochromatischen Lichtquelle erfolgt die jedoch den Wellenlängenbereich in ihrem Spektrum enthalten muß, für den die Photolackschicht empfindlich ist

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Quelle für ein kohärentes, kollimiertes Lichtbündel, einem im Strahlengang des Lichtbündels senkrecht zu diesem angeordneten ersten Rahmen zur Halterung einer Photomaske und einem zweiten Rahmen, der die Photolackschicht in nahem Abstand von der Photomaske halten, gekennzeichnet durch eine Schwingvorrichtung (48) zur periodischen Änderung des Abstandes zwischen den beiden Rahmen um einen Betrag, der wenigstens annähernd gleich einer viertel Wellenlänge des zur Belichtung der Photoiackschicht verwendeten Lichtes (42) ist

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die Schwingvorrichtung mindestens einen elektrisch gesteuerten Wandler (48) mit einem piezoelektrischen Kristall (52) enthält.