DE69511356T2

DE69511356T2 - Photolithographisches Verfahren zur Herstellung von kreisförmigen Strukturen mit hoher Dichte

Info

Publication number: DE69511356T2
Application number: DE69511356T
Authority: DE
Inventors: Jean-Frederic Clerc; Denis Randet
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2015-10-13
Also published as: US5776644A; EP0709741B1; DE69511356D1; JPH08241856A; FR2726098A1; EP0709741A1; FR2726098B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung. Sie bezieht sich näherhin auf ein Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen kleinen Durchmessers in einer Ätzschicht, die eine hohe Dichte der Strukturen bzw. Motive aufweisen soll.
Herkömmlicherweise besteht die Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen darin, daß man auf der zu ätzenden Schicht eine Schicht aus einem üblicherweise als Photoresist-Kunstharz bezeichneten lichtempfindlichen Material aufbringt bzw. abscheidet, daß man diese Kunstharzschicht mittels einer Maske belichtet und sodann ätzt. Diese Technik ist nicht mehr anwendbar oder wird übermäßig teuer, wenn man Strukturen sehr kleinen Durchmessers mit hoher Dichte auf großflächigen Schichten herstellen möchte.
Derartige Probleme stellen sich beispielsweise bei der Herstellung fein perforierter Membranen, bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen oder dergleichen.
Als Beispiel wird mit näheren Einzelheiten speziell die Anwendung eines Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung für die Herstellung von Mikrospitzen einer Kathode eines flach-ebenen Anzeige- bzw. Displayschirms beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines flach-ebenen Bildschirms mit Mikrospitzen. Ein derartiger Mikrospitzen-Bildschirm besteht im wesentlichen aus einer Kathode 1 mit Mikrospitzen 2 und einem Gitter 3, das mit den jeweiligen Stellen der Mikrospitzen 2 entsprechenden Löchern bzw. Öffnungen 4 versehen ist. Die Kathode 1 wird in Ausrichtung gegenüber einer Kathodolumineszenz-Anode 5 angeordnet, deren Glassubstrat 6 die Bildschirmoberfläche bildet.
Die prinzipielle Wirkungsweise und der detaillierte Aufbau als Beispiel eines derartigen Mikrospitzen-Bildschirms sind in der Europäischen Patentschrift EP-A-0 316 214 des Commissariat a l'Energie Atomique beschrieben.
Die Kathode 1 ist in Spalten geordnet und besteht auf einem Glassubstrat 10 aus Kathoden-Leitern, die, ausgehend von einer leitenden Schicht, maschen- bzw. netzwerkartig geordnet sind. Die Mikrospitzen 2 sind auf einer über den Kathoden-Leitern abgeschiedenen Widerstandsschicht 11 ausgebildet und jeweils im Inneren der durch die Kathoden- Leiter definierten Netzmaschen angeordnet. Fig. 1 zeigt in Teilansicht das Innere einer Netzwerkmasche, wobei die Kathoden-Leiter in dieser Figur nicht erscheinen. Die Kathode 1 ist dem Gitter 3 zugeordnet, das seinerseits in Zeilen geordnet ist. Die Überschneidung einer Zeile des Gitters 3 und einer Spalte der Kathode 1 definiert ein Pixel.
Bei dieser Vorrichtung dient das zwischen der Anode 5 und der Kathode 1 erzeugte elektrische Feld dazu, Elektronen von den Mikrospitzen 2 zu einer Kathodolumineszenz-Schicht 7 der Anode 5 abzuziehen, unter der Steuerwirkung des Gitters 3. Im Falle eines Farb-Bildschirms nach Art des in Fig. 1 dargestellten ist die Anode 5 mit alternierenden Bändern bzw. Streifen von Leuchtstoffelementen 7 versehen, die jeweils einer Farbe (Blau, Rot, Grün) entsprechen. Die Bandstreifen sind voneinander durch ein Isoliermaterial 8 getrennt. Die Leuchtstoffelemente 7 sind auf Elektroden 9 abgeschieden, welche aus entsprechenden Bandstreifen einer durchsichtigen Leiterschicht, beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO), bestehen. Die Gruppen von blauen, roten, grünen Streifen werden alternierend bezüglich der Kathode 1 vorgespannt, derart daß die aus den Mikrospitzen 2 eines Pixels des Kathoden-/Gitter-Aggregats abgezogenen Elektronen alternierend zu den jeweils gegenüberstehenden Leuchtstoffelementen 7 der jeweiligen Farben gelenkt werden.
Die Figg. 2A bis 2D zeigen ein Beispiel eines Aufbaus dieses Typs, wobei die Figg. 2B und 2D jeweils entsprechende Vergrößerungen von Teilen der Figg. 2A bzw. 2C darstellen. In jeder durch die Kathoden-Leiter 13 (Fig. 2B) definierten Netzwerkmasche bzw. -zelle 12 sind jeweils mehrere Mikrospitzen 2, beispielsweise sechzehn, vorgesehen. Die Schnittstelle zwischen einer Zeile 14 des Gitters 3 und einer Spalte 15 der Kathode 1 entspricht hier beispielsweise vierundsechzig Maschen bzw. Zellen 12 eines Kathoden-Pixels (Fig. 2A).
Die Kathode 1 besteht allgemein aus aufeinanderfolgend auf das Glassubstrat 10 aufgebrachten Schichten. Die Figg. 2C und 2D zeigen eine Teilschnittansicht im Schnitt längs der Linie A-A' aus Fig. 2B. Auf dem Substrat 10 ist eine Leiterschicht 13, die beispielsweise aus Niob besteht, aufgebracht. Diese Schicht 13 wird gemäß einem Muster bzw. einer Struktur von Spalten 15 geätzt, wobei jeweils jede Spalte Netzwerkmaschen bzw. -zellen 12 aufweist, die von Kathoden- Leitern 13 umgeben sind. Sodann wird über diesen Kathoden- Leitern 13 eine Widerstandsschicht 11 aufgebracht. Diese Widerstandsschicht 11, die beispielsweise aus mit Phosphor dotiertem amorphem Silizium besteht, hat den Zweck, die einzelnen Mikro spitzen 2 jeweils gegen einen übermäßigen Strom bei Erregung einer Mikrospitze 2 zu schützen. Die Anbringung einer der artigen Widerstandsschicht 11 bezweckt eine Homogenisierung der Elektronenemission der Mikrospitzen 2 eines Pixels der Kathode 1 und damit eine Verlängerung ihrer Lebensdauer. Über der Widerstandsschicht 11 ist eine Isolierschicht 16, beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO&sub2;), aufgebracht, zur Isolierung der Kathoden-Leiter 13 gegenüber dem Gitter 3 (Fig. 2D). Das Gitter 3 ist aus einer leitenden Schicht, beispielsweise aus Niob, hergestellt. In den Schichten 3 bzw. 16 sind Löcher bzw. Öffnungen 4 und Schächte 17 zur Aufnahme der Mikrospitzen 2, die beispielsweise aus Molybdän bestehen, ausgespart.
Die Herstellung der Kathode 1 mit Mikrospitzen 2 erfordert somit die Ausbildung von kreisförmigen Löchern bzw. Öffnungen 4 und von zylindrischen Schächten 17 in dem Gitter 3 und in der Isolierschicht 16. Die Herstellung dieser Löcher 4 und Schächte 17 verlangt nach einem Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen. Man bringt hierzu auf die Gitterschicht 3 ein lichtempfindliches Harz auf, das nach partieller Maskierung zur Bestimmung der Lage der Löcher 4 und damit der Mikrospitzen 2 einer Belichtung bzw. Bestrahlung unterzogen wird.
Herkömmlicherweise hat der Durchmesser eines Schachts 17 eine Größe zwischen 1 und 2 um, bei einem Gitterabstand (Gitterkonstante) in der Größenordnung von 2 bis 10 um, und die Anzahl von Mikrospitzen beträgt mehrere Tausend je Bildschirm-Pixel.
Infolge dieser Abmessungsbedingungen ergeben sich mit den derzeit bekannten Lichtdruckgravur- bzw. -ätzverfahren Begrenzungen hinsichtlich der realisierbaren Fläche der flach-ebenen Bildschirme.
Das Dokument GB-A-2 253 925 beschreibt ein anderes Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen kleinen Durchmessers in einer zu ätzenden Schicht; dieses Verfahren besteht darin, daß man diese Schicht durch undurchsichtige Quecksilberkugeln hindurch belichtet, die auf der zu ätzenden Schicht angebracht werden.
Durch die vorliegende Erfindung soll den Nachteilen bzw. Unzulänglichkeiten der derzeit bekannten Verfahren abgeholfen werden, und zwar durch ein Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, das die Erzielung eines regelmäßigen Durchmessers der kreisförmigen Strukturen und einer regelmäßigen Dichte der Strukturen gewährleistet, und dies unabhängig von der Größe der Fläche der zu ätzenden Schicht.
Zur Erreichung dieses Ziels sieht die vorliegende Erfindung vor ein Verfahren zur Lichtdruckgravur- bzw. -ätzung gleichartiger kreisförmiger Strukturen mit hoher Dichte und kleinem Durchmesser in einer Schicht, wobei das Verfahren die Aufbringung bzw. Abscheidung einer Harzschicht auf der genannten Schicht und eine Belichtung dieser Harzschicht umfaßt, wobei vor einem Belichtungs-Verfahrensschritt eine Aufbringung bzw. Abscheidung von für die Belichtungsstrahlung undurchlässigen kalibrierten Mikrokugeln erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Mikrokugeln einen gegebenen Durchmesser mit einem Betrag im Bereich zwischen 1 und 5 pni aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verfahrensschritt der Belichtung mit einem quasiparallelen UV-Strahlungsbündel ausgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln darin besteht, daß man auf der Harzschicht ein Lösungsmittel auf alkoholischer Basis aufsprüht, dem zuvor die Mikrokugeln beigemengt wurden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln darin besteht, daß man die Harzschicht in einem Mikrokugeln in Suspension enthaltenden Bad eintaucht und die Mikrokugeln sich unter Schwerkraftwirkung auf der Harzschicht absetzen läßt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Belichtungsverfahrensschritt mittels einer Belichtungsvorrichtung mit zu einer gegebenen Achse quasiparallelem Strahlungsbündel erfolgt, und daß die Harzschicht unter einem vorgegebenem Winkel bezüglich dieser Achse angeordnet ist und zur Drehung um diese angetrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verfahren vor dem Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln eine Verfahrensstufe der Vorbelichtung der Harzschicht durch eine Maske vorbestimmter Oberflächenbereiche, in welchen die kreisförmigen Strukturen graviert bzw. geätzt werden sollen, umfaßt.
Die Erfindung betrifft auch die Anwendung eines derartigen Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen auf die Herstellung einer Kathode eines Mikrospitzen-Bild- bzw. Anzeigeschirms, wobei die Harzschicht auf einen Schichtstapel aufgebracht wird, welcher ausgehend von einem Substrat in Aufeinanderfolge eine Schicht von Kathoden-Leitern, welche in mit Maschenzellen versehenen Spalten organisiert sind, eine Widerstandsschicht, eine Isolierschicht und eine leitende Gitterschicht umfaßt, und wobei die kreisförmigen Strukturen in der Gitterschicht und der Isolierschicht Stellen für Löcher und Schächte zur Aufnahme der Mikrospitzen definieren.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß vor der Verfahrensstufe der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln eine Verfahrensstufe der Vorbelichtung durch eine Maske von Oberflächenbereichen, die maximal den durch die Kathoden-Leiter definierten Maschenzellen entsprechen, erfolgt.
Diese und weitere Ziele, Zwecksetzungen, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung spezieller, nicht einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren im einzelnen erläutert; in dieser zeigen:
die bereits beschriebenen Figg. 1 und 2A bis 2D dienen zur Erläuterung des Standes der Technik und der Problemstellung bei einer besonderen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figg. 3A bis 3D schematisch eine zu ätzende Schicht in verschiedenen Stadien bzw. Stufen des Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Figg. 4A und 4B eine Ausführungsvariante des Verfahrensschritts der Beleuchtung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 5 ein Beispiel der Durchführung des Verfahrensschritts der Abscheidung bzw. Aufbringung von Mikrokugeln bei dem Verfahren gemäß der Erfindung,
Fig. 6 eine Ausführungsvariante des Verfahrensschritts der Abscheidung bzw. Aufbringung von Mikrokugeln bei dem Verfahren gemäß der Erfindung, sowie
Figg. 7A bis 7C ein Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Kathode mit Mikrospitzen.
Aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit sind die Darstellungen in den Figuren nicht maßstabsgetreu.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß bei Anwendung eines Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Motive des Typs, auf welchen sich die Erfindung bezieht, es wichtig ist, daß die Strukturen regelmäßige Abmessungen aufweisen. Demgegenüber ist es häufig nicht notwendig, daß diese Strukturen gleiche Abstände voneinander aufweisen, sondern daß eine konstante mittlere Dichte der Strukturen ausreicht.
In einer ersten Stufe eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie in Fig. 3A veranschaulicht, wird eine Schicht aus einem negativ arbeitenden lichtempfindlichen Harz 18 auf eine zu ätzende Schicht 19 aufgebracht.
In einer zweiten Verfahrensstufe (Fig. 3B) werden Mikrokugeln 20 auf die Harzschicht 18 aufgebracht. Diese Mikrokugeln 20 sind beispielsweise Mikrokugeln aus Glas oder Kunststoff. Sie sind undurchlässig für die Belichtungsstrahlung, um einen maximalen Maskierungseffekt der Zonen, über welchen sie aufgebracht wurden, zu erzielen. Die Verteilung der Mikrokugeln 20 auf der Harzschicht 18 ist zufallsartig. Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, für welche im wesentlichen eine Regelmäßigkeit im Durchmesser der Strukturen und in-der Dichte der Strukturen über die gesamte Schicht hin angestrebt wird.
Für die Maskierung der Stellen der Strukturen in der Harzschicht 18 verwendet man daher Mikrokugeln 20 mit kleinem, von einer Mikrokugel zur anderen regelmäßigem Durchmesser, beispielsweise mit einem gegebenen Wert zwischen 1 und 2 um, mit einer Genauigkeit von besser als 10%.
Wie weiter oben gesehen, ist die Verteilung der Mikrokugeln 20 zufallsartig. Jedoch ist es wichtig zu gewährleisten, daß die Dichte der auf die Schicht 18 aufgebrachten Mikrokugeln 20 hinreichend groß und regelmäßig ist. Zu diesem Zweck können erfindungsgemäß mehrere Methoden der Aufbringung der Mikrokugeln 20 angewandt werden, die weiter unten mit Bezug auf die Figg. 5 und 6 beschrieben werden.
Nach Aufbringung der Mikrokugeln 20 auf der Harzschicht 18 wir diese Harzschicht in einer dritten Verfahrensstufe (Fig. 3C) mittels einer Bestrahlungsvorrichtung 21 mit quasiparallelem Licht bestrahlt. Die Wellenlänge der Bestrahlungs- bzw. Belichtungsquelle 21 wird in Abhängigkeit von dem angewandten Harz und der angestrebten Genauigkeit gewählt, beispielsweise im UV-Bereich. Die Mikrokugeln 20 werden sodann im Verlauf einer (nicht dargestellten) vierten Verfahrensstufe von der Harzschicht 18 entfernt.
In einer fünften Verfahrensstufe (Fig. 3D) wird das Harz nach einem herkömmlichen Verfahren unter mit dem verwendeten Harztyp verträglichen Bedingungen entwickelt. In der Harzschicht 18 werden so an den jeweiligen Stellen der Mikrokugeln 20 kreisförmige Strukturen 22 gebildet, die sodann zum Ätzen der entsprechenden Strukturen in der Schicht 19 dienen.
Eine Abwandlung der Belichtungsstufe (dritte Verfahrensstufe) ist in den Figg. 4A und 4B wiedergegeben. Diese Variante besteht darin, daß man die Harzschicht 18, wiederum mittels einer Belichtungsvorrichtung 21 mit quasiparallelem Licht, belichtet, jedoch unter Neigung der Schicht 18 relativ bezüglich der Strahlungsbündelachse Y, und unter gleichzeitiger Drehung der Schicht um diese Achse Y. Zu diesem Zweck bringt man beispielsweise die zu gravierende bzw. zu ätzende Schicht 19, nach Überziehen mit der Harzschicht 18, auf welcher die Mikrokugeln 20 aufgebracht wurden, auf einem Drehgestell 23 an, das unter einem gegebenen Winkel a bezüglich der Belichtungsbündelachse Y geneigt ist. Auf diese Weise ist, wie in Fig. 4B gezeigt, der effektiv belichtete Durchmesser d unter den einzelnen Mikrokugeln 20 kleiner als der Durchmesser der Mikrokugeln 20. Man erhält so Strukturen 22 mit einem Durchmesser d, der kleiner als der Durchmesser der Mikrokugeln 20 ist. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Mikrokugeln 20 und dem Durchmesser d der erhaltenen Strukturen 22 hängt von dem Neinungswinkel a des Trägers 23 relativ bezüglich der Achse Y des quasiparallelen Strahlungsbündels der Belichtungsquelle 21 ab. Diese Variante verbessert noch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Auflösung. Man kann so Mikrokugeln 20 größerer Abmessungen verwenden, die eine bessere Gleichförmigkeit untereinander aufweisen. So kann man beispielsweise Strukturen 22 mit einem Durchmesser von 2 um mit Hilfe von Mikrokugeln 20 mit einem Durchmesser von 5 um herstellen.
Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figg. 5 und 6 Methoden zur Anwendung beim Aufbringen der Mikrokugeln 20 in zufallsartiger Weise und mit hoher Dichte auf der Harzschicht 18 beschrieben.
Ein erstes Verfahren (Fig. 5) besteht darin, daß man die mit der Harzschicht 18 überzogene zu gravierende bzw. zu ätzende Schicht 19 in ein Bad 24 eintaucht, welches Mikrokugeln 20 in Suspension enthält. Die Dichte der Mikrokugeln 20 in dem Bad wird in Abhängigkeit von der gewünschten Dichte der Strukturen 22 bestimmt. Die Aufbringung der Mikrokugeln 20 erfolgt mittels Dekantieren, wobei die verwendeten Mikrokugeln in diesem Fall aus Glas bestehen. Dabei ist es ferner möglich, die Belichtungsstufe durch das Bad 24 hindurch vorzunehmen, sobald die Mikrokugeln 20 dekantiert sind, was die Durchführung des Verfahrens beschleunigt. Die Entfernung der Mikrokugeln 20 nach der Belichtung erfolgt hierbei einfach durch Entnahme der zu gravierenden bzw. zu ätzenden Schicht 19 und ihres eventuellen Trägers aus dem Bad 24.
Ein zweites Verfahren (Fig. 6) besteht darin, daß man auf die Harzschicht 18 ein in einem Behälter 26 befindliches Gemisch aus Lösungsmittel 25 und Mikrokugeln 20 aufsprüht. Das Lösungsmittel 25 ist auf alkoholischer Basis, was dessen Verdampfung während des Aufsprühens gestattet. Die Verteilung der Mikrokugeln 20 auf der Harzschicht 18 weist eine gute Homogenität auf, die Dichte der Mikrokugeln 20 wird durch die Dauer des Aufsprühvorgangs bestimmt. In diesem Falle haften die Mikrokugeln 20 auf der Harzschicht 18 durch einen elektrostatischen Effekt, als Folge von Ladungen, welche die Mikrokugeln bei dem Durchsetzen der Luft zwischen einer Düse 27 der Sprühvorrichtung und der Harzschicht 18 aufnehmen. Die Entfernung der Mikrokugeln 20 nach der Belichtung kann mittels Blasen oder auf jede andere Weise erfolgen. Ein Vorteil dieser Technik besteht darin, daß sich zwischen den Mikrokugeln infolge ihrer Ladung eine Abstoßungskraft bildet, die im Sinne einer Verbesserung der Regelmäßigkeit ihrer Verteilung wirkt.
Eine andere (nicht dargestellte) Ausführungsvariante der Erfindung besteht darin, daß man Mikrokugeln 20 in einem viskosen Material, beispielsweise Polyvinylalkohol, einbettet. Man bedeckt die Harzschicht 18 mit einer Schicht · dieses Materials, beispielsweise im Rakel- oder Streichverfahren, oder mittels unstrukturiertem Siebdruck. Sodann wird der Polyvinylalkohol getrocknet und die Belichtung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt. Danach wird der Polyvinylalkohol herausgelöst, beispielsweise in Wasser, und die Mikrokugeln 20 werden gleichzeitig entfernt.
Die Figg. 7A bis 7C veranschaulichen ein Beispiel einer Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung kreisförmiger Strukturen zur Definierung der Stellen der Mikrospitzen in einer Mikrospitzen-Kathode eines flachebenen Anzeige- bzw. Displayschirms.
Fig. 7A zeigt einen Schichtstapel, der eine Mikrospitzen- Kathode 1 vor der Ausführung des erfindungsgemäßen Lichtdruckgravur- bzw. -ätzverfahrens aufweist. Wie bereits in Verbindung mit den Figg. 2A und 2D beschrieben wurde, wird auf einem Substrat 10 eine Leiterschicht, beispielsweise auf Niob-Basis, aufgebracht. Diese Leiterschicht wird sodann zur Bildung der Kathoden-Leiter 13 geätzt. Die Leiter 13 sind in mit Netzmaschen bzw. Zellen 12 versehenen Spalten geordnet, wobei jeweils jede Netzmasche bzw. Zelle 12 eine Zone zur Aufnahme von Mikrokugeln 2 definiert und jede Spalte eine der Breite eines Bildschirm-Pixels entsprechende Breite besitzt. Über den Kathoden-Leitern 13 wird sodann eine Widerstandsschicht 11 aufgebracht. Sodann bringt man eine Isolierschicht 16, beispielsweise aus Siliziumoxid (SiO&sub2;), auf, welche die Kathoden-Leiter 13 gegen eine Gitterschicht 3, beispielsweise auf Niob-Basis, welche den Schichtstapel abschließt, isoliert.
Die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gravierende bzw. zu ätzende Schicht 19 besteht hier aus den beiden Schichten Gitterschicht 3 und Isolierschicht 16, in welchen Löcher 4 und Zylinderschächte 17 zur Aufnahme der Mikrospitzen 2 gebildet werden sollen.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung wird durch die Tatsache ermöglicht, daß man feststellen konnte, daß die Qualität eines Bildschirms an die Regelmäßigkeit der Dichte der Mikrospitzen 2 von einem Bildschirm-Pixel zu einem anderen und an die Regelmäßigkeit des Durchmessers der Mikrospitzen 2 geknüpft ist. Demgegenüber hat der Abstand zwischen zwei Mikrospitzen 2 keinen Einfluß auf die Bildschirmqualität, eine hohe Dichte der Mikrospitzen vorausgesetzt. Somit hat die zufallsartige Verteilung der Strukturen 22 in der Schicht 19 keine Konsequenz für die Bildschirmqualität. So hat man festgestellt, daß man einen Flach-Bildschirm guter Qualität mit einer Anzahl und einem Durchmesser kreisförmiger Strukturen 22 in jedem Bildschirm-Pixel erhält, die bis auf 5% gleich sind, bei einer hohen Dichte der Strukturen 22 eines Pixels, um die Helligkeit bzw. Brillanz des Bildschirms nicht zu beeinträchtigen. Dieses Ergebnis läßt sich durch Aufbringen kalibrierter Mikrokugeln 20 mit einem gegebenen Durchmesser im Bereich zwischen 1 und 5 um, mit einer Toleranz von 10% für den Durchmesser der Mikrokugeln 20, erreichen.
Demgegenüber ist es vorzuziehen, die Abstände zwischen den Gruppen von Mikrospitzen 2 von zwei benachbarten Netzmaschen bzw. Zellen 12, d. h. die von Mikrospitzen 2 freien Intervalle unter den Kathoden-Leitern 13 (vgl. Figg. 2B bis 2D), zu respektieren.
Hierzu wendet man eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Diese Variante besteht in einer doppelten Belichtung der Harzschicht 18, indem man vor der Verfahrensstufe der Aufbringung der Mikrokugeln 20 eine Vorbelichtungsstufe vorsieht.
Im Verlaufe dieser Zwischenstufe (Fig. 7B) nimmt man eine Vorbelichtung der Harzschicht 18 durch eine herkömmliche Maske 28 zur Abdeckung von Flächenbereichen 29 vor, die in den durch die Kathoden-Leiter 13 definierten Netzmaschen bzw. Zellen 12 enthalten sind. Die Verwendung einer herkömmlichen Maske 28 ist hierbei ausreichend, sofern die Intervalle zwischen den Gruppen von Mikrospitzen 2 eine ausreichende Entfernung (in der Größenordnung von 10 bis 20 um) für die Auflösungen dieses Maskentyps aufweisen, wobei die Netzmaschen bzw. Zellen 12 an ihrem Umfang von Mikrospitzen 2 frei sind. Des weiteren gestattet dieser Abstand eine gewisse Toleranz in der Maske 28. Sodann fährt man mit der Durchführung des Verfahrens, wie zuvor anhand der Figg. 3B bis 3D beschrieben, fort. Während der zweiten Verfahrensstufe (Fig. 3B) werden die Mikrokugeln 20 nach einem der vorstehend anhand der Figg. 5 und 6 beschriebenen Verfahren aufgebracht. Sodann wird die Belichtung der dritten Verfahrensstufe (Fig. 3C oder 4A) vorgenommen. Diese Belichtung ist nur in den Flächenbereichen 29 wirksam, die bei der Zwischenstufe der Vorbelichtung maskiert waren, d. h. in Richtung zur Mitte der Netzmaschen bzw. Zellen 12. Auf diese Weise erhält man bei der Entwicklung des Harzes mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens (Fig. 7C) Strukturen 22 in der Harzschicht 18 nur jeweils in dem zentralen Flächenbereich 29 der Netzmaschen bzw. Zellen 12. Die Anwendung einer derartigen Verfahrensvariante gestattet die Positionierung der Zonen von Mikrospitzen 2 der Kathode 1 in der Mitte der Maschen bzw. Zellen 12, unter Begrenzung der Er zeugung der Strukturen 22 auf Flächenbereiche 29 des Bildschirms, welche den Zonen entsprechen, die Mikrospitzen 2 erhalten sollen. In der Verfahrensstufe der Vorbelichtung werden vorzugsweise Oberflächenbereiche 29 maskiert, die bezüglich der Oberflächen der Maschen bzw. Zellen 12 reduziert sind. Dies dient zur Erhaltung einer Homogenität des in den Mikrospitzen 2 über die Widerstandsschicht 11 fließenden Stroms, wobei vermieden wird, daß sich am Umfang der Netzmaschen bzw. Zellen 12 Strukturen 22 bilden. In Fig. 7C ist die Begrenzung der Netzmaschen bzw. Zellen 12 in Ausrichtung mit den Kathoden-Leitern 13 strichpunktiert dargestellt, die der vorbelichteten Oberflächenbereiche 29 gestrichelt bzw. punktiert.
Im weiteren Verlauf erfolgt die Herstellung der Löcher 4 und der Schächte 17 in der Gitterschicht 3 bzw. der Isolierschicht 16 in herkömmlicher Weise, wie dies in der weiter oben beschriebenen Veröffentlichung aus dem Stande der Technik angegeben ist.
Die vorliegende Erfindung gestattet selbstverständlich verschiedene Abwandlungen und Modifizierungen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Insbesondere erfolgte die vorliegende Beschreibung mit Bezug auf ein Anwendungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Mikrospitzen-Kathode, jedoch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung für die Herstellung anderer Elemente, bei welchen kreisförmige Strukturen in einem Lichtdruckgravur- bzw. -ätzverfahren benötigt werden.
Ebenso wurden die Bestandteile und der Aufbau der verschiedenen Schichten als Beispiel angegeben, jedoch eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für jeden Schichttyp, vorausgesetzt, daß seine Bestandteile mit den Verfahrensstufen und der gewünschten Anwendung kompatibel sind. Insbesondere ist UV-Strahlung für ein UV-empfindliches, negativ arbeitendes lichtempfindliches Harz herkömmlicher Art geeignet. Jedoch können in Abhängigkeit von dem jeweils gewählten Harz andere Strahlungsarten Anwendung finden.

Claims

1. Verfahren zur Lichtdruckgravur- bzw. -ätzung gleichartiger kreisförmiger Strukturen mit hoher Dichte und kleinem Durchmesser in einer Schicht (19), wobei das Verfahren die Aufbringung bzw. Abscheidung einer Harzschicht (18) auf der genannten Schicht (19) und eine Belichtung dieser Harzschicht (18) umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

vor einem Belichtungs-Verfahrensschritt eine Aufbringung bzw. Abscheidung von für die Belichtungsstrahlung undurchlässigen kalibrierten Mikrokugeln (20) erfolgt.

2. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokugeln (20) zufallartig unregelmäßig angeordnet sind.

3. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokugeln (20) einen gegebenen Durchmesser mit einem Betrag im Bereich zwischen 1 und 5 um aufweisen.

4. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Belichtung mit einem quasiparallelen Strahlungsbündel ausgeführt wird.

5. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln (20) darin besteht, daß man auf der Harzschicht (18) ein Lösungsmittel (25) auf alkoholischer Basis aufsprüht, dem zuvor die Mikrokugeln (20) beigemengt wurden.

6. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln (20) darin besteht, daß man die Harzschicht (18) in einem Mikrokugeln (20) in Suspension enthaltenden Bad eintaucht und die Mikrokugeln (20) sich unter Schwerkraftwirkung auf der Harzschicht absetzen läßt.

7. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Belichtungsverfahrensschritt mittels einer Belichtungsvorrichtung (21) mit zu einer gegebenen Achse (Y) quasiparallelem Strahlungsbündel erfolgt, und daß die Harzschicht (18) unter einem vorgegebenem Winkel (a) bezüglich dieser Achse (Y) angeordnet ist und zur Drehung um diese angetrieben wird.

8. Verfahren zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Verfahrensschritt der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln (20) eine Verfahrensstufe der Vorbelichtung der Harzschicht (18) durch eine Maske (28) vorbestimmter Oberflächenbereiche (29), in welchen die kreisförmigen Strukturen graviert bzw. geätzt werden sollen, umfaßt.

9. Anwendung des Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, auf die Herstellung einer Kathode (1) eines Mikrospitzen- Bild- bzw. Anzeigeschirms (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht (18) auf einen Schichtstapel aufgebracht wird, welcher ausgehend von einem Substrat (10) in Aufeinanderfolge eine Schicht von Kathodenleitern (13), welche in mit Maschenzellen (12) versehenen Spalten (15) organisiert sind, eine Widerstandsschicht (11), eine Isolierschicht (16) und eine leitende Gitterschicht (3) umfaßt, und daß die kreisförmigen Strukturen (22) in der Gitterschicht (3) und der Isolierschicht (16) Stellen für Löcher (4) und Schächte (17) zur Aufnahme der Mikrospitzen definieren.

10. Anwendung des Verfahrens zur Lichtdruckgravur bzw. -ätzung kreisförmiger Strukturen, nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verfahrensstufe der Aufbringung bzw. Abscheidung der Mikrokugeln (20) eine Verfahrensstufe der Vorbelichtung durch eine Maske (28) von Oberflächenbereichen (29), die maximal den durch die Kathodenleiter (13) definierten Maschenzellen (12) entsprechen, erfolgt.