-
Photokathodenmaske Die Erfindung betrifft Photokathodenmasken zur
Anwendung in Elektronen-Bildprojektionssystemen.
-
Photokathodenmasken sind bekannt und haben in sehr geringem Umfang
in Elektronen-Bildprojektionssystemen für die Halbleiterbauteil-Herstellung Anwendung
gefunden Diese Photokathodenmasken sind durch ein üblicherweise aus Quarz bestehendes
Substrat gekennzeichnet, auf dessen einer Oberflache eine Musterschicht aus geeignetem
Naskenmaterial und eine Schicht aus einem darüber abgeschiedenen, Photokathodeneigenschaften
aufweisenden Material aufgebracht ist. Das Photokathodenmaterial ist üblicherweise
metallisches Palladium, obwohl auch andere Materialien, z.B. Gold, Chrom und Aluminium,
um nur einige zu nennen, ebenfalls verwendet werden können.
-
Diese Materialien emittieren bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht
Elektronen, deren Energien üblicherweise bei einem Bruchteil von einem eV liegen.
Durch geeignete Wahl der Musterschicht derart, daß diese den Durchtritt von ultraviolettem
Licht verhindert, kann die Photokathodenschicht zur Emittierung von Elektronen entsprechend
dem Muster (dem negativen Muster) der Musterschicht gebracht werden, die im folgenden
als "Maskenschicht" oder "Maskenmaterial" bezeichnet wird, Indem das Substrat von
seiner Rückseite aus, d.h. von der unbeschichteten Seite aus, mit ultraviolettem
Licht bestrahlt wird.
-
Im Stande der Technik wurden verschiedene Materialien als Maskenschicht
verwendet. Diese Materialien haben üblicherweise wenigstens eine von zwei Eigenschaften;
d.h. es sind entweder Materialien, welche auffallende Strahlung reflektieren, wie
z.B. eine Schicht aus metallischem Aluminium, oder es sind Materialien, die wenigstens
auffallende ultraviolette Strahlung absorbieren, wie 1,B, Titanionen enthaltende
Materialien wie Titanoxide.
-
Photokathodenmaxken unterliegen nicht der gleichen Abnutzung und halterung,
wie sie bei den bekannteren photolithographischen Masken beobachtet wird, die bei
Kontaktdruckverfahren in der Halbleiterherstellung Anwendung finden, weil . die
Photokathodenmasken in einem Projektionssystem verwendet werden, wodurch die Maskenoberfläche
nicht mit der Oberfläche des Halbleiterplättchens in Berührung kot. Photokathodenmasken
können deshalb wiederholt verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Photokathodenschicht
und/oder die Maskenschicht nicht versehentlich zerkrat2t oder auf andere Weise-
beschädigt ist, und daß die Photokathodenschicht ein aktiver Photoemitter bleibt.
Charakteristischerweise zeigen die üblichen Photokathodenmaterialien
die
Tendenz, mit der Zeit infolge von Oxidation und Verunreinigung weniger aktiv zu
werden, wodurch die Leistung einer Photokathodenmaske- sich nach und nach verschlechtert.
Das Photokathodsmateriel kann jedoch leicht und billig abgeätzt werden und mittels
üblicher Niederschlagsverfahren kann eine neue Schicht aufgebracht werden, um die
Photokathodenmaske zu überholen, vorausgesetzt, daß die Photcs kathodenschicht ohne
Beeinflussung oder Verschlechterung der Maskenschicht abgeätzt werden kann. Im Stande
der Technik wird für die Maskenschicht Titanoxid verwendet. Eine Titåncxidschicht
wird von den meisten Ätzmitteln relativ wenig an-<egr-iffen und wird in einfacher
Weise durch Niederschlagen einer Titanschicht, Einätzen eines Musters in die Schicht
unter Anwendung bekannter photographischer Verfahren Und der Verwendung von Fluorwasserstoffsäure
als Ätzmittel und anschließendes Warmbehandeln der Maske während eines Zeitraums
: etwa 12 Stunden bei 4500 C zur Umwandlung des Titans in Titanoxid, hergestellt.
In der Praxis hat sich jedoch als sehr schwierig erwiesen, Masken hoher Qualität
mit diesem Verfahren herzustellen, weil Titan das Bestreben hat eine Oxidschicht
u bilden, wenn es der Luft ausgesetzt ist, und insbesondere dann, wenn der Photolack
vor der Belichtung warm behandelt wird. Die vor dem Ätzvorgang entstandene Oxidschicht
schützt das darunter liegende Titan vor dem Ätzmittel, so daß eine gleichmäßige
Ätzung und eine gute Kantenbegrenzung des resultierenden Musters verhindert wird.
-
Es ist daher ersichtlich, daß die Eigenschaften der Maskenschicht
von hauptsächlicher Wichtigkeit für die Bestimmungrr lebensdauer einer Photokathodenmaske
sind, und zwar sowohl hlnsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und
mechanische Verschlechterung, als auch hinsichtlich ihres widerstands gegen Ätzmittel,
die normalerweise zur Entfernung
einer inaktiven Photokathodenschicht
verwendet werden, bevor eine neue Photokathodenschicht aufgebracht wird. Als Eigenschaften
eines guten Maskenmaterials für eine Maskierschicht muß deshalb eine niedrige Porendichte
und die Fähigkeit, ein Muster mit scharfen Kantenbegrenzungen bei Herstellung mittels
normaler Maskenhersteilverfahren gefordert werden. Außerdem muß das Material sehr
hart und widerstandsfähig gegen Abnutzung sein, eine feste Haftung mit dem Substrat
eingehen und die Eigenschaft haben, den Durchtritt von ultraviolettem Licht zu verhindern.
Darüberhinaus muß das Maskenkaterial von Natur aus widerstandsfähig gegen Ätzmittel
sein, die für die Entfernung von inaktiven Photokathodenschichten anwendbar sind
oder angewandt werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photokathodenmaske
für die Verwendung in Elektronen-Bildprojektionssystemen anzugeben, welche die erörterten
Anforderungen erfüllt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein für ultraviolettes
Licht im wesentlichen durchlässiges Substrat; eine entsprechend dem gewünschten
Maskenmuster gemusterte Siliziumschicht auf einer Oberfläche des Substrats und durch
eine die gemusterte Siliziumschicht überdeckende Schicht aus Photokathoden-Material
auf der gleichen Oberfläche des Substrats.
-
Die Maske besteht also aus einem transparentem Substrat, z.S.
-
Quarz, auf dessen einer Seite eine gemusterte Siliziumschicht aufgebracht
ist, die mit einer Photokathodenachicht, beispielsweise aus metallischem Palladium,
belegt ist. Die gemusterte Siliziumschicht wird bei einem bevorzugten Ausführungabeispiel
durch pyrolytische Niederschlagung von Silizium in einer Dicke von etwa 1000 Å auf
der Oberfläche des Substrats erzeugt. Die Siliziumschicht kann, wenn erforderlich,
teilweise in das
Substrat eindiffundiert sein, was zu einer besseren
Haftung der beiden Materialien aufeinander führt..Die Siliiumachicht wird dann mittels
üblicher Photoätzverfahren vom Muster abgeätzt, um so eine extrem genaue, qualitativ
hochwertige, verschleißfeste und gut haftende Maskensc.hic-ht aus Silizium zu bilden,
die für ultraviolettes Lichtim.wesentlichen undurchlassig ist, jedoch für längerwelliges
Licht, beispielsweise für infrarotes und sichtbares Licht im wesentlichen durchlässig
ist. Die Oberfläche des Substrats wird dann mit dem auf ihr vorhandenen Siliziummuster
mit einer Schicht aus geeignetem Photokathodenmatrial beschichtet, beispielsweise
mit metallischem Palladium. Durch Verwendung.on Silizium als Maskenschicht kann
eine qualitativ hochwertige. Photokathodenmaske in einfacher Weise mittels bekannter
Herstellungsverfahren erzeugt werden, und das Photokathodenmaterial kann wiederholt
durch Ätzverfahren entfernt und erneuert wërden, d.h0 die Maske kann wiederbeschichtet
werden, ohne Verschlechterung der Maskenschicht.
-
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Schnittansicht
durch ein transparentes Substrat mit einer Siliziumschicht auf einer seiner Oberflächen;
Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Substrat nach Fig. 1 nach teilweisem Abätzen
der Silizium schicht in einem Muster; und Fig. 3 eine Schnittansicht des Substrats
nach Fig. 2 nach Abscheidung einer Schicht aus Photokathodenmaterrial auf dessen
Obarfläche.
-
Die vorliegende Erfindung ist eine verbesserte Ehotokathodenmaske
für die Anwendung in Elektronen-Bildprojektionssystemen.
-
Die Maske ist physikalisch den bekannten Masken ähnlich und ist gekennzeichnet
durch ein transparentes Substrat d.h.
-
ein Substrat, das wenigstens für ultraviolettes Licht durchlässig
ist, eine gemusterte Schicht aus Maskenmaterial auf einer Oberfläche des Substrats
und einer Schicht aus Photokathodenmaterial über der Maskenschicht. Das neuartige
Maskenschichtmaterial un Art, in welcher die Schicht aufgebracht und behandelt ist,
führt Jedoch zu einer Photokathodenmaske mit hervorragenden Maskeneigenschaften,
wie beispielsweise geringer Porendichte und scharfen Xantengrenzen. Darüberhinaus
weist das Maskenschichtmaterial hervorragende Haftung auf dem Substrat auf, ist
sehr hart und gegen mechanische Abnutzung widerstandsfähig und darüberhinaus von
Natur aus widerstandsfähig gegen für die Entfernung der Photokathodenschicht geeignete
Ätzmittel.
-
Die vorliegende Erfindung Iaat sich am besten erläutern mit Bezug
auf die bei der Herstellung der Photokathodenmaske aufeinanderfolgenden Herstellungsschritte.
Deshalb wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein für ultraviolettes Licht
transparentes Substrat 20, beispielsweise ein Quarzaubatrat, gezeigt ist, auf dessen
einer Oberflache eine Siliziunschicht 22 niedergeschlagen ist. Silizium ist im wesentlichen
undurchlässig für ultraviolettes Licht, wobei es dieses mehr absorbiert als reflektiert,
und ist für Licht im sichtbaren Bereich im wesentlichen durchlässig. Die Sillsiucschlcht
22 kann nach Jedem bekannten Aufbringverfahren niedergeschlagen sein. So kann beispielsweise,
ohne daß dies eine Beschränkung darstellen soll, eine pyrolytische Niederschlagung
von Siliziun durch Erhitzen des Substrats 20 in einer eine beträchtliche Menge Silan
enthaltenden AtmosphXre erfolgt sein. Auf diese Weise erzeugte Siliziumschichten
können
hinsichtlich ihrer Dicke durch die Steuerung der Zeitdauer und der Temperatur des
Abscheidungsprozesses genau gesteuert werden und sie haben charakteristischerweise
eine hohe Gleichmäßigkeit und eine geringe Porendichte. Eine Siliziumschicht 22
im Dickenbereich von 250 bis 4000 St führt zu einer hinreichenden Undurchlässigkeit
für ultraviolettes Licht in der resultierenden Photokathodenmaske, wobei die bevorzugte
Dicke bei etwa 1000 St liegt.
-
Um die Haftung der Siliziumschicht auf dem Quarz substrat zu verbessern,
kann das mit Silizium beschichtete Substrat anschließend in einer inerten Atmosphåre
erhitzt werden, daß das Silizium teilweise in das Substrat eindiffundiert wird.
Dies hat die Auswirkung, daß das Silizium in das Substrat einschmilzt, wobei eine
Haftung erzielt wird, die ebenso stark wie das Material selbst ist, so daß eine
Verschlechterung oder Beschädigung der anschließenden Schicht infolge von Abnutzung
oder Abrieb durch Abnutzung oder Abrieb des Grundmaterials verursacht wird und nicht
durch Trennung der Schicht vom Substrat.
-
Der Erhitzungsvorgang zur teilweisen Eindiffundierung des Siliziums
in das Substrat verbessert ohne Zweifel auch die Harte und Homogenität der Siliziumschicht
selbst, obgleich pyrolytisch niedergeschlagene Siliziumschichten schon von Natur
aus sehr hart und homogen sind.
-
Nach dem Aufbringen der Siliziumschicht 22 und der gewünschtenfalls
teilweisen Eindiffusion in das Substrat 20. wird die Siliziumschicht mittels üblicher
P,hotoätzverfahre1n als Negativ des gewünschten Elektronenbildes in der folgenden
Weise zu einem Muster geätzt: Eine Schicht aus Photolack wird auf der gesamten Siliziumschicht
22 aufgetragen und durch eine geeignete Maske mit einer Lichtquelle
belichtet,
worauf abhängig davon, ob ein negativer oder ein positiver Photolack verwendet worden
ist, entweder die belichteten oder die unbelichteten Abschnitte des Photolacks in
einer geeigneten Entwicklerlösung entfernt werden. Ifiedurch werden Abschnitte der
Siliziumschicht in einem Muster freigelegt, welches das Positiv des gewünschen Elektronenbildes
ist, und die Siliziumschicht in diesen Gebieten wird dann in einer geeigneten Ätzlösung
abgeätzt, wobei die Siliziumschicht nur auf den Flächen stehenbleibt, wo sie vom
Photolack bedeckt ist. Das nach dem Ätzen verbleibende Siliziummuster stellte also
das Negativ des schließlich erforderlichen Elektronenbildes dar.
-
Da die Siliziumschicht eine sehr geringe Porendichte hat und sehr
homogen ist und, weil sie darüberhinaus nur etwa 1000 X dick ist, wird eine sehr
scharfe Kantenbegrenzung in der resultierenden Siliziummaskenschicht erreicht.
-
Nachdem das Silizium zur Form des Musters geätzt und die verbleibende
Photolackschicht weggelöst ist, hat die Maske den in Fig. 2 gezeigten Querschnitt.
Der nächste Verfahrensschritt besteht, wie in Fig. 3 gezeigt ist, in der Abscheidung
der Photokathodenschicht 24 auf der gesamten Oberfläche des Substrats, so daß sowohl
das Substrat zwischen dem Siliziummuster und das Siliziummuster selbst bedeckt ist.
Wenn die Maske dann,von der Rückseite der Maske aus, d.h. bei dem in Fig. 3 gezeigten
Substrat von der Unterseite aus mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, absorbiert
die gemusterte Siliziumschicht 22 das auf sie auffallende ultraviolette Licht, so
daß nur die Abschnitte der Kathodenschicht 24 zwischen den Siliziumschichtabschnitten,
d.h. in den Flächen, in denen die Siliziumschicht weggeätzt ist, dem ultravioletten
Licht ausgesetzt sind und infolgedessen Elektronen
emittieren.
Die Elektronen werden deshalb in einem sehr genauen, das Negativ des Siliziummusters
darstellenden Muster emittiert.
-
In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Maske kann im wesentlichen
jedes Photokathodenmaterial verwendet werden. Im Idealfall sollte das Material hinsichtlich
seiner Widerstandsfähigkeit gegen Umgebungseinflüsse, beispielsweise, gegen Verschmutzung,
Oxidation und Abrieb, hinsichtlich seiner Emission von Elektronen bei niedrigen
Energieniveaus, vorugS,weise'einem Bruchteil von einem eV bei auftreffendem ultraviolettem
Licht und hinsichtlich seiner leichten Abscheidbarkeit und Entfernbarkeit ausgewählt
sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird metallisches Palladium verwendet,
obgleich auch andere Materialien sowohl in Form von Einzelelementen als auch von
Verbindungen verwendet werden können. Die Abscheidung dieses Materials kann nach
Jedem bekannten Verfahren erfolgen, welcheseine gleichmäßige Schicht der gewünschten
Dicke ergibt, obgleich die Abscheidung aus Dampfphase sich als besonders geeignet
für Materialien wie Palladium herausgestellt hat, weil das Verfahren einfach durchzuführen
und zu steuern ist, und weil eine gute Qualität der resultierenden Schicht erhalten
werden kann.
-
Die Vorteile der Verwendung einer Silizium-schicht als Maskenschicht
sind vielfältig. Die Siliziumschicht ist extrem hart, verschleißfest, haftet gut
auf dem Substrat und wird von den für die Entfernung der meisten Photokathodenmaterialien
verwendbaren Ätzmittel im wesentlichen nicht angegriffen. Darüberhinaus ist die
Siliziumschicht eine mit relativ einfachen Verfahrensschritten herstellbare Maskenschicht
hoher Qualität mit hervorragend genauen Kantenbegrenzungen.
-
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gezeigt und beschrieben, jedoch ist ersichtlich, daß in der Ausgestaltung und in
Einzelheiten Abwandlungen im Rahmen des Erfindungsgedankens getroffen werden können.