DE2236918C3 - Photokathodenmaske - Google Patents
PhotokathodenmaskeInfo
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- H01J1/34—Photo-emissive cathodes
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- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/20—Masks or mask blanks for imaging by charged particle beam [CPB] radiation, e.g. by electron beam; Preparation thereof
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Description
Die Erfindung betrifft eine Photokathodenmaske mit «inem für ultraviolettes Licht im wesentlichen durchlässigen
Substrat, auf dem eine dem gewünschten Maskenmuster entsprechend gemusterte Schicht aus ultraviolette
Strahlung absorbierendem Material und hiertuf eine bei ultravioletter Bestrahlung photoemittierende
Schicht aufgebracht ist, die im ungemusterten Bereich direkt auf dem Substrat liegt.
Photokathodenmasken sind bekannt und haben in sehr geringem Urrfang in Elektronen-Biidprojektionssystemen
für die Halbleiterbauteile-Herstellung Anwendung gefunden. Diese Photokathodenmasken sind
durch ein üblicherweise aus Quarz bestehendes Substrat gekennzeichnet, auf dessen einer Oberfläche eine
Musterschicht aus geeignetem Maskenmaterial 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 1 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 Material-an
haben üblicherweise wenigstens eine von zwei Eigenschaften; & 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 z. B. Titanionen enthaltende Materialien,
beispielsweise Titanoxide.
So ist eine derartige Photokathodenmaske bekannt (US-PS 3 588 570), bei der ein in einer Quarz-Platte eingeätztes
Maskenmuster dadurch mit Titanoxid ausge-
legt wird, daß die auf der geätzten Seite mit einer Titanoxidschicht belegte Quarz-Trägerplatte bis zur
Quarzplattenoberfläche abgeläppt wird. Dadurch verbleibt das Titanoxid lediglich im eingeätzten Maskenmuster
und absorbiert die bei Ultraviolettbestrahlung aus der anschließend aufgebrachten photoemittierenden
Schicht austretenden Elektronen. Da sichergestellt sein muß. daß die Maskenschicht der fertigen Maske in
hinreichender Dicke nur in dem im Quarz eingeätzten Muster vorhanden und eine perfekte Steuerung des
Läppvorgangs iii der Praxis kaum zu erzielen ist muß
die Ätztiefe im Quarz vorsorglich so bemessen werden, daß das in diesen Vertiefungen vorhandene Titan auch
dann noch hinreichend UV-absorbierend ist wenn beim Läppvorgang auch das Quarzsubstrat angeläppt wird.
Die Notwendigkeit das Muster vorsorglich tiefer einzuätzen.
als an sich von der Schichtdicke her erforderlich wäre, führ: aber zu einer Verschlechterung der
Kantenbegrenzungen, weil beim Ätzen des Quarzes eine Kantenunterschneidung auftritt die mit zunehmender
Ätztiefe größer wird. Außerdem wird die Herstellung der Maske durch den Läppvorgang kompliziert.
Photokathodenmasken unterliegen nicht der gleichen Abnutzung und Alterung, wie sie bei den bekannteren
photolithographischen Masken beobachtet werden, die beim Kontaktkopieren in der Halbleiter-Herstellung
Anwendung finden, weil die Photokathodenmasken in einem Projektionssystem verwendet werden,
wodurch die Maskenoberfläche nicht mit der Oberfläche des Halbleiterplättchens in Berührung kommt Photokathodenmasken
können deshalb wiederholt verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Photokathodenschicht
und/oder die Maskenschicht nicht versehentlich zerkraizt oder auf andere Weise beschädigt ist und daß
die Photokathodenschicht ein aktiver Photoemitter bleibt. Charakteristischerweise zeigen die üblichen
Photokathodenmatenalien 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 Photokathodenmaterial
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 Photokathodenschicht ohne Beeinflussung oder Verschlechterung der Maskenschicht abgeätzt werden
kann. Im Stande der Technik wird für die Maskenschicht vorwiegend Titanoxid verwendet. Eine Titanoxidschicht
wird von den meisten Ätzmitteln relativ wenig angegriffen 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 anschließendem
Warmbehandeln der Maske während eines Zeitraums von etwa 12 Stunden bei 45O0C zur Umwandlung des
Titans in Titanoxid, hergestellt. In der Praxis hat es sich jedoch als sehr schwierig erwiesen, Masken hoher Qua-
45
55
lität mit diesem Verfahren herzustellen, weil Titan das
Bestreben hat, eine Oxidschicht zu 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 darunterliegende Titan vor dem Ätzmittel,
so daß eine gleichmäßige Ätzung und eine gute Kantenbegrenzung des resultierenden Musters verhindert
wird.
Bei transparenten Photomasken für die bekannten photolithographischen Verfahren, bei denen neben der
Transparenz die mechanische AbneofestigKeit der
Maskenschicht wesentlich ist, ist die Verwendung von Silizium für die Maskenschicht bekannt (Feinwerktechnik
75, Heft 1, S. 16, »Transparente Masken, ein bedeutender
Fortschritt in der Photolithographie«, von R. Hoffmann und G. Zinsmeister).
Da bei Photokathodenmasken jedoch keine vergleichbare mechanische Beanspruchung der Maskenschicht
auftritt, zumal sie durch die photoemittierende Schicht geschützt ist, sind die elektrischen Eigenschaften
der Maskenschicht wichtiger als die mechanische Abriebfestigkeit und auch die Transparenz, so daß diesem
Stand der Technik kein Hinweis auf die vorteilhafte Verwendung von Silizium als Maskenschicht für eine
Photokathodenmaske entnehmbar ist, zumal »die UV-Absorbtion bei Silizium dadurch verursacht wird, daß
die Energie der Lichtquanten zur Abspaltung freier Ladungsträger im Halbleiter verwendet wird« (Umschau
1961, Heft 5, S. 147 bis 150, »Halbleiter in der Infrarot optik« von F. R.Keßler). Daher lag für mit Photokathodenmasken
befaßte Fachleute der Schluß nahe, daß an der Siliziumschicht austretende freie Ladungsträger
den gerade zu vermeidenden Effekt auslösen würden, ein Ladungsträgerbild auch an solchen Stellen
entstehen zu lassen, an denen gerade kein Bild entstehen soll.
Es ist daher ersichtlich, daß die Eigenschaften der Maskenschicht unter Berücksichtigung der bei Photokathodenmasken
verlangten speziellen Eigenschaften von hauptsächlicher Wichtigkeit für die Bestimmung
der Lebensdauer einer Photokathodenmaske sind, und zwar nicht hauptsächlich hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit
gegen Abnutzung und mechanischem Abrieb, sondern insbesondere hinsichtlich ihres Wider-Standes
gegen Ätzmittel, die normalerweise zur Entfernung einer inaktiven Photokathodensc^icht verwendet
werden, bevor eine neue PhotokathotK nschicht 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
Maskenherstellverfahren gefordert werden. Außerdem muß das Material eine feste Haftung mit
dem Substrat eingehen und die Eigenschaft haben, den Durchtritt von ultraviolettem Licht zu verhindern, wobei
hohe Härte und Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Abnutzung selbstverständlich ein zusätzlicher
Vorteil ist. Darüber hinaus muß das Maskenmaierial von Natur aus widerstandsfähig gegen Ätzmittel
sein, die für die Entfernung von inaktiven Photokathodenschichten anwendbar sind oder angewandt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Photokathodenmaske für die Verwendung in Elektronen-Biidprojektionssystemen
anzugeben, deren Maskenschicht nicht nur eine sichere Abschirmung der bei Anregung der photoemittierenden Schicht mittels
UV-Strahlung auftretenden Elektronen gewährleistet, sondern auch genaue Muster auf dem Wege der bekannten
Ätzverfahren ermöglicht und darüber hinaus auch die Eigenschaft hat, durch die zum Abätzen einer
inaktiv gewordenen Emissionsschicht verwendeten Ätzmittel nicht angegriffen zu werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ultraviolette Strahlung absorbierende Schicht
aus Silizium besteht. Es hai sich gezeigt, daß bei Verwendung
von Silizium als Maskenschicht eine qualitativ hochwertige Photokathodenmaske in einfacher Weise
mittels bekannter Hersteilungsverfahren erzeugt wird,
und das Photokathodenmaterial wiederholt durch Ätzen entfernt und erneuert werden, d. h. die Maske wieder
beschichtet werden kann, ohne Verschlechterung der Maskenschicht.
Die Maske besteht also aus einem transparenten Substrat, z. B. aus Quarz, auf dessen einer Seite eine
gemusterte Siliziumschicht aufgebracht ist, die mit einer Photokathodenschicht, beispielsweise aus metallischem
Palladium belegt ist.
Die gemusterte Siliziumschicht hat in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 250
bis 4000 Ä, vorzugsweise etwa 1000 A und ist pyroiithisch auf der Oberfläche des Substrats niedergeschlagen.
Die Haftung der Maskenschicht auf dem Substrat wird verbessert, wenn die Siliziumschicht teilweise in
das Substrat eindiffundiert ist.
Das Substrat besteht bevorzugt in an sich bekannter Weise aus Quarz, obwohl auch andere für ultraviolette
Strahlung durchlässige Stoffe verwendet werden können.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der
Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht durch ein transparentes Substrat mit einer Siliziumschicht auf einer seiner
Oberflächen,
F i g. 2 eine Schnittansicht durch das Substrat nach Fig.] nach teilweisem Abätzen der Siliziumschicht in
einem Muster und
F i g. 3 eine Schnittansicht des Substrats nach F i g. 2 nach Abscheidung einer Schicht aus Photokathodenmaterial
auf dessen Oberfläche.
Die vorliegende Erfindung ist eine verbesserte Photokathodenmaske 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 und die Art, in welcher die Schicht aufgebracht und
behandelt ist, führt jedoch zu einer Photokathodenmaske mit hervorragenden Maskeneigenschaften, wie beispielsweise
geringer Porendichte und scharfen Kantengrenzen. Darüber hinaus weist das Maskenschichtmaterial
hervorragende Haftung auf dem Substrat auf, ist sehr hart und gegen mechanische Abnutzung widerstandsfähig
und darüber hinaus von Natur aus widerstandsfähig gegen für die Entfernung der Photokathodenschicht
geeignete Ätzmittel.
Die vorliegende Erfindung läßt sich am besten erläutern mit Bezug auf die bei der Herstellung der Photokathodenmaske
aufeinanderfolgenden Herstellungsschritte. Deshalb wird zunächst auf F i g. 1 Bezug ge-
2
nommen, in der ein für ultraviolettes Licht transparentes
Substrat 20, beispielsweise ein Quarzsubstrat, gezeigt ist, auf dessen einer Oberfläche eine Siliziumschicht
22 niedergeschlagen ist. Silizium ist im wesenilichen undurchlässig für ultraviolettes Licht, wobei es
dieses mehr absorbiert als reflektiert, und ist für Licht im sichtbaren Bereich im wesentlichen durchlässig. Die
Siliziumschicht 22 kann nach jedem bekannten Auf bringverfahren niedergeschlagen sein. So kann beispielsweise,
ohne daß dies eine Beschränkung darstellen soll, eine pyrolytische Niederschlagung von Silizium
durch Erhitzen des Substrats 20 in einer eine beträchtliche Menge Silan enthaltenden Atmosphäre 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 A führt zu einer hinreichenden Undurchlässigkeit für ultraviolettes Licht in der resultierenden
Photokathodenmaske, wobei die bevorzugte Dicke bei etwa 1000 A liegt.
Um die Haftung der Siliziumschicht auf dem Quarzsubstrat zu verbessern, kann das mit Silizium beschichtete
Substrat anschließend in einer inerten Atmosphäre erhitzt werden, so 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 Härte 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 gcwünschtenfalis teilweisen Eindiffusion in das Substrat
20 wird die Siliziumschicht mittels üblicher Photoätzverfahren als Negativ des gewünschten Elektronenbildes
in der folgenden Weise zu einem Muster geätzt:
Eine Schicht aus Phololack 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. Hierdurch werden Abschnitte der Siliziumschicht in
einem Muster freigelegt, welches das Positiv des gewünschten 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 darüber hinaus nur etwa 1000 A 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 F i g. 2 gezeigten Querschnitt. Der nächste Verfahrensschritt besteht, wie in F i g. 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 F i g. 3 gezeigten Substrat von der Unterseite aus mit
ultraviolettem Licht bestrahlt wird, absorbiert die gemusterte Siliziumschicht 22 das auf die 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Photokathodenmaske mit einem für ultraviolettes Licht im wesentlichen durchlässigen Substrat
*uf dem eine dem gewünschten Maskenmuster entsprechend gemusterte Schicht aus ultraviolette
Strahlung absorbierendem Material und hierauf eine bei ultravioletter Bestrahlung photoemittierende
Schicht aufgebracht ist die im ungemusterten Bereich direkt auf dem Substrat liegt dadurch
gekennzeichnet, daß die ultraviolette Strahlung absorbierende Schicht (22) aus Silizium besteht
2. Photokathodenmaske nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet daß die Süiziumschicht (22) eine Dicke von etwa 250 bis 4000Ä hat
3. Photokathodenmaske nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet da'V die Süiziumschicht (22) teilweise in das Substrat (20) eindiffundiert ist
4. Photokathodenmaske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet
daß das Substrat (20) in an sich bekannter Weise aus Quarz besteht.
5. Photokathodenmaske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Photokathodenmaterial in an sich bekannter Weise Palladium ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US17199071A | 1971-08-16 | 1971-08-16 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2236918A1 DE2236918A1 (de) | 1973-03-01 |
DE2236918B2 DE2236918B2 (en) | 1974-11-21 |
DE2236918C3 true DE2236918C3 (de) | 1975-07-10 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
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JP (1) | JPS4831877A (de) |
DE (1) | DE2236918C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS581836B2 (ja) * | 1977-11-24 | 1983-01-13 | 株式会社東芝 | 回数券処理装置 |
JPS61123135A (ja) * | 1984-11-20 | 1986-06-11 | Fujitsu Ltd | 光電子像転写方法 |
-
1972
- 1972-07-27 DE DE2236918A patent/DE2236918C3/de not_active Expired
- 1972-08-16 JP JP47081537A patent/JPS4831877A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS4831877A (de) | 1973-04-26 |
DE2236918A1 (de) | 1973-03-01 |
DE2236918B2 (en) | 1974-11-21 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |