DE7227861U

DE7227861U - Photokathodenmaske

Info

Publication number: DE7227861U
Application number: DE7227861U
Authority: DE
Original assignee: Radiant Energy Systems Inc
Current assignee: Radiant Energy Systems Inc
Priority date: 1971-08-16
Publication date: 1975-10-30

Description

RADIANT ENERGY SYSTEMS, INC., 1500 Lawrence Drive, Newbury Park, Kalifornien, V.St.A.

Photokathodenmaske

Die Erfindung betrifft Photokathodenmasken zur Anwendung In Elektronen-Bildprojektionssystemen.

Photokathodenmasken sind bekannt und haben in sehr geringem umfang in Elektronen- Bl Idpro j ektionssy steinen für die Halblelterbautel!-Herstellung Anwendung gefunden-Diese Photokathodenmasken sind durch ein üblicherweise aus Quarz bestehendes Substrat gekennzeichnet, auf dessen einer Oberfläche eine Musterschicht aus geeignetes» 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, Chrora und Aluminium,, um nur einige zu nennen, ebenfalls verwendet werden können.

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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 denn Huster (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

I] £* 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 aind 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 wie Titanoxide.

Photokathodenmasken unterliegen nicht der gleichen Abnutzung C und Alterung, wie sie bei den bekannteren photolithographischen Masken beobachtet wird, die bei Kontaktdruckverfahren in der Halbleiterherstellung Anwendung finden, weil die Photok&thoderunasken 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 Photoltathodenschicht und/oder die Maskenschicht nicht versehentlich zerkratzt oder auf andere Weise beschädigt 1st, und daß die Photokathodenschicht ein aktiver Photoemitter bleibt. Charakteristischerweise zeigen die üblichen Photoka-

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thodenmaterialien 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 Photokathodenra ater iel kann jedoch leicht und billig abgeätzt werden und mittels- üblicher--Niedarschlagsverfahretn kann eine neue Schicht aufgebracht werden^ um die Photoka&hodenmaske zu Überhelen, vorausgesetzt, daß- die Photokaifchodemtschicht ohne Beeinflussung oder Verschlechterung der MflLskensdhicht abgeätzt werden kann« Im Stande der Technik wird für die Maskenschicht Titanoxid verwendest* Eine Titanoxidschicht wird von den meisten Ätzmitteln relativ wenig angegriffen und wird in einfacher Weise durch Niederschlagen einer Titanschicht, Elnätzen eine» Muster-s in die Schicht" unter Anwendung bekannter photografjhischer Verfahren und der Verwendung von Fluorwasserstoffsäure als" Ätzmittel und anschließendes Warmbehandeln der Maske während eines Zeitraums von etwa 12 Stunden bei 450° 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 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 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 Bestimmung der Lebensdauer einer Photokathodenmaske sind, -und zwar sowohl hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und mechanische Verschlechterung, als auch hinsichtlich ihres Widerstands gegen Ätzmittel, die normalerweise zur Entfernung

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einer inaktiven Photokathodenschicht verwendet werden, bevor eine neue Photokathodenschicht aufgebracht wird..Als Eigenschaften eines guten Haskenmaterials für eine Maskierschicht muß deshalb eine niedrige Porendichte und.die· Fähigkeit, ein Muster mit schaffen Kantenbegrenzungen bei Herstellung mittels normaler Maskenherstellverfahren gefordert werden. Außerdem muß das Material sehr hart und widerstandsfähig gegen Abnutzung sein, eine feste Haftung mit dem Substrat eingehen und die Eigenschaft haben, d<*n Durchtritt von ultraviolettem Licht zu verhindern. Darüberhinaüs muß das Maskenmaterial 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 Photdkathodeh-" maske für die Verwenducg in Elektröhen-BlldpröjektlonssYs'-emen anzugeben, welche die erörterten Anforderungen erfüllt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein 'für ultraviolettes Licht im wesentlichem durchlässiges Substrat; eine entsprechend dem gewünschten Miaskenmuster gemusterte Siliziumschicht auf einer Oberfläche dies Substrats und durch eine die gemusterte Siliziuraschicht überdeckende Schicht aus Photokathoden-Material auf der gleichen Oberfläche des Substrats. Die Maske besteht, also aus einem transparentem Substrat, z.B. Quarss, auf dessen einer Seite eine gemusterte Siliziumschicht aufgebracht ist, die mit einer Photokathodenschicht, beispielsweise aus metallischem Palladium, belegt ist. Die gemusterte Siliziumschicht wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durch pyrolytische Niederschlagung von Silizium in einer Dicke von etwa 1000 8 auf der Oberfläche des Substrats erzeugt. Die Siliziumschicht kann, wenn erforderlich, teilweise in das

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Substrat eindiffundiert sein, was- zu einer besseren Haftung der beiden Materialien aufeinander führt. Die Suizid schient wird dann mittels üblicher Photoätzverfahren vom Muster abgeätzt, um so eine extrem genaue, qualitativ hochwertige, verschleißfeste und gut haftende Maskenjachicht aus Silizium zu bilden, die für ultraviolettes Licht im wesentlichen undurchlässig 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 Siliziuramuster mit einer Schicht aus geeignetem Photokathodetmtaterial beschichtet, beispielsweise mit metallischem Palladium. Durch Verwendung von Silizium als Maskenschicht kann eine qualitativ hochwertige Photokarthodenmaske in einfacher Weise mittels bekannter Herstellungsverfahren erzeugt werden, und das Photokathodenmaterial kann wiederholt durch Ätzverfahren entfernt und erneuert werden, d.h. 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 Siliziuroschicht auf einer seiner Oberflächen;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Substrat nach Fig. 1 nach teilweisem Abätzen der Siliziumschicht in einem Muster; und

Fig. 3 eine Schnittansicht des Substrats nach Fig. 2 nach Abscheidung einer Schicht aus Photokatho.'eniuaterial auf dessen Oberfläche.

Die vorliegende Erfindung ist eine verbesserte Photokathodenmaske für die Anwendung in Elektronen-Bildpro j ekizionssy steinen.

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Die Maske 1st physikalisch den bekannten Masken Ähnlich und ist gekennsseichnet durch ein transparentes Substrat, d.h. ein Substrat, das wenigstens für ultraviolettes Licht durchlässig ist, eine gemusterte Schicht aus Maskenreaterial auf einer Oberfläche des Substrats und einer Schicht aus Photokathodenmaterial Ober der Maskenschicht. Das neuartige Masken-

die
Schichtmaterial und Art, in welcher die Schicht aufgebracht und behandelt ist, führt jedoch zu einer Photokathodenmaske mit hervorragenden Maskeneigenschaften, wie beispielsweise geringer Porendichte und scharfen Kantengrenzen· Darüberhinaus weist das Maskenschichtmaterlal hervorragende Haftung auf dem Substrat auf, ist sehr hart und gegen mechanische Abnutzung widerstandsfähig und dsarüber 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 Fig. 1 Bezug genommen, 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 wesentlichen 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 Aufbringverfahren 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 Sllan enthaltenden Atmosphäre erfolgt sein. Auf diese Weise erzeugte Siliziumschichten

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können hinsichtlich Ihrer Dicke durch die Steuerung der Zeitdauer und der Temperatur des Abscheidungsprozesaes genau ge* steuert werden und sie haben charakteristischerweise eine hohe Gleichmäßigkeit und eine geringe Porendichte· Eine Slliziumschicht 22 in Olekenbereich von 250 bis 4000 % fuhrt zu einer hinreichenden UndurchlässigJceit für ultraviolettes Licht in der resultierenden Photokathodenmaske, wobei die bevorzugte Dicke bei etwa 1000 8 liegt«

C Un die Haftung der Siliziumschicht auf dem Qu^rzsubstrat zu verbessern, kann das mit Silizium beschichtete Substrat anschließend in einer Inerten Atmosphäre «erhitzt werden,rsö daß das Silizium teilweise In das Substrat eindiffundiert wird. Diets 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 öder Abrieb des Grundiaaterials 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 Sillziumschichten schon von Natur aus sehr hart und homogen sind·

Nach dem Aufbringen der Siliziumschicht 22 und der gewQnschtenfalls teilweisen Eindiffusion in das Substrat 20 wird die Siliziümschicht mittels üblicher Photoätzverfahren als Negativ des gewünschten Elektronenbildes in der folgenden Weise zu einem Muster geätzt:

Eine Schicht «us Photolack wird auf der gesamten SilizJ.umschicht 22 aufgetragen und durch eine geeignete Maske mit einer Licht-

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quelle belichtetι 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 Entwiefclerlösung entfernt werden· Hierdurch werden Abschnitte der Siliziumschicht in einem Muster freigelegt, welches das Positiv des gewünschten Elektronenbildes ist, und die Siliasiumschicht in diesen Gebieten wird dann in einer geeigneten Xtzlösung abgeltet, wobei die Siliziumschicht nur auf den Flächen \J stehenbleibt, wo sie vom Photolack bedeckt ist. Das nach dem Xtzen verbleibende Siliziummuster stellte &}.so 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 Ä dick ist, wird eine sehr scharfe Kantenbegrenzung in der resultierenden Siliziummaskenschicht erreicht·

Nachdem das Silizium zur Form des Husters geätzt und die verbleibende Photolackschicht weggelöst ist, hat die Maske den in Fig. 2 gezeigten Querschnitt. Der nächste Verfahrensschritt besteht, wie in FIg₀ 3 gezeigt 1st, 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

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emittieren» Die Elektronen werden deshalb In einem sehr genauen, das Negativ des Slllzlununusters darstallenden 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, vorzugsweise 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, welches eine gleichmäßige Schicht der gewünschten Dicke ergibt, obgleich die Abscheidung aus Dampfphase sich als besonders reeignet 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 Siliziiimschicht als Maskenschicht sind vielfältig. Die Siliaiumschicht 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. Darüber hinaus ist die Siliziumschicht eine asit relativ einfachen Verfahrenssehritten herstellbare Maskenschicht hoher Qualität mit hervorragend genauen Kantenbegrenzungen.

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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführung sbeispiel gezeigt und beschrieben, jedoch ist ersichtlich, daß in der Ausgestaltung und in Einzelheiten Abwandlungen im Rahmen des Erfindungsgedankens getroffen werden können.

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Claims

Ansprüche

1. Photokathodenmaske gekennzeichnet durch ein für ultraviolettes Licht im wesentlichen durchlassiges Substrat (20);.

mt eine entsprechend den gewünschten Maskenmuster gemusterte Siliziumschicht (22) auf einer Oberflache des Substrats (20); und durch eine auch die gemusterte Siliziumschicht (22) überdeckende Schicht (24) aus Photokathoden-Material auf der Oberfläche des Substrats (2o).

2. Photokathodenmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) aus Quarz besteht.

3. Photokathodenmäske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dme die Siliziumschicht (22) eine Dicke von etwa 250 bis 4000 2 hat.

4· Photokathodenmaske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dad die Siliziumschicht (22) teilweise in das Substrat (20) eindiffundiert ist.

5. Photokathodenniaske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Photokathodenmaterial Palladium 1st.

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