DE102011081247A1

DE102011081247A1 - Exposure system and method for the structured exposure of a photosensitive layer

Info

Publication number: DE102011081247A1
Application number: DE201110081247
Authority: DE
Inventors: Damian Fiolka; Jürgen Baier; Michael Totzeck
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-02-21
Also published as: CN103890565B; JP2014526152A; WO2013026750A1; CN103890565A; KR20140056346A; JP6086503B2; KR101986394B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsanlage (5) zur strukturierten Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht (1), umfassend: eine Erzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen (3), wobei jeder Belichtungsstrahl (3) einem Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht (1) zugeordnet ist, eine Bewegungseinrichtung (13) zum insbesondere scannenden Bewegen der Belichtungsstrahlen (3) über den bzw. relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich, sowie eine vor der lichtempfindlichen Schicht (1) angeordnete Nahfeld-Optik (15) zur Umwandlung eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) in eine evaneszente Welle (17) zur Erzeugung eines Lichtspots auf der lichtempfindlichen Schicht (1), dessen Ausdehnung kleiner ist als die Ausdehnung eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) vor der Nahfeld-Optik (15). Die Erfindung betrifft auch ein zugehöriges Belichtungsverfahren.The invention relates to an exposure system (5) for the structured exposure of a photosensitive layer (1), comprising: generating means (7) for producing a plurality of in particular parallel exposure beams (3), each exposure beam (3) forming a portion of the photosensitive layer (1 ), a movement device (13) for scanning, in particular, the exposure beams (3) over or relative to the respectively assigned subarea, and a near-field optical system (15) arranged in front of the photosensitive layer (1) for converting a respective exposure beam ( 3) in an evanescent wave (17) for generating a light spot on the photosensitive layer (1) whose extent is smaller than the extent of a respective exposure beam (3) in front of the near-field optical system (15). The invention also relates to an associated exposure method.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung betrifft eine Belichtungsanlage zur strukturierten Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht sowie ein zugeordnetes Belichtungsverfahren.The invention relates to an exposure system for the structured exposure of a photosensitive layer and to an associated exposure method.

Belichtungsanlagen für die Mikrolithographie können Strukturen mit hoher Präzision in eine an einem Substrat gebildete lichtempfindliche Schicht einbelichten. Solche Belichtungsanlagen bestehen in der Regel aus einer Lichtquelle, einem das von der Lichtquelle emittierte Licht zu Beleuchtungslicht verarbeitendem Beleuchtungssystem, einem zu projizierenden Objekt, im Allgemeinen Retikel oder Maske genannt, sowie einem Projektionsobjektiv, welches ein Objektfeld auf ein Bildfeld abbildet. Die Maske oder zumindest ein Teil der Maske befindet sich im Objektfeld und das Substrat (im Folgenden auch Wafer genannt) oder zumindest ein Teil des Substrats befindet sich im Bildfeld des Projektionsobjektivs.Exposure systems for microlithography can imprint structures with high precision in a photosensitive layer formed on a substrate. Such exposure systems generally consist of a light source, a light emitted by the light source to illuminating light processing illumination system, an object to be projected, generally called reticle or mask, and a projection lens, which images an object field on an image field. The mask or at least a part of the mask is located in the object field and the substrate (also referred to below as wafer) or at least part of the substrate is located in the image field of the projection objective.

Befindet sich die Maske vollständig in dem Bereich des Objektfeldes und der Wafer wird ohne eine Relativbewegung von Wafer und Bildfeld belichtet, so wird die Lithographieanlage im Allgemeinen als Wafer-Stepper bezeichnet. Befindet sich nur ein Teil der Maske im Bereich des Objektfeldes und der Wafer wird während einer relativen Bewegung von Wafer und Bildfeld belichtet, so wird die Lithographieanlage im Allgemeinen als Wafer-Scanner bezeichnet. Die durch die Relativbewegung von Retikel und Wafer definierte räumliche Dimension wird im Allgemeinen als Scanrichtung bezeichnet. Eine Belichtungsanlage zur Nahfeld-Lithographie, welche auf dem Prinzip der Step-and-Repeat-Belichtung beruht, ist in dem Artikel „Near-Field Lithography as Prototype Nano-Fabrication Tool”, Microelectronic Engineering 84 (2007) 705–710 von Yasuhisa Inao et al. beschrieben.If the mask is located completely in the region of the object field and the wafer is exposed without a relative movement of the wafer and the image field, the lithography system is generally referred to as a wafer stepper. If only a part of the mask is located in the region of the object field and the wafer is exposed during a relative movement of the wafer and the image field, the lithography system is generally referred to as a wafer scanner. The spatial dimension defined by the relative movement of reticle and wafer is generally referred to as scan direction. An exposure apparatus for near-field lithography, which is based on the principle of step-and-repeat exposure, is in the article "Near-Field Lithography as Prototype Nano-Fabrication Tool", Microelectronic Engineering 84 (2007) 705-710 by Yasuhisa Inao et al. described.

Neben Belichtungsanlagen, bei denen eine fest vorgegebene Struktur auf einer Maske auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet wird, existieren auch Belichtungsanlagen, die auf dem Prinzip des Raster-Scannens basieren und bei denen eine Mehrzahl von typischer Weise parallelen, voneinander beabstandeten Belichtungsstrahlen erzeugt wird, die in Abhängigkeit von einer auf der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugenden Struktur moduliert werden. Die lichtempfindliche Schicht kann hierbei quer zu den Belichtungsstrahlen verschoben werden, so dass die gesamte zu belichtende Fläche strukturiert werden kann. Als Belichtungsstrahlung wird hierbei typsicher Weise Elektronenstrahlung verwendet, wie dies z. B. bei dem in der US 7425713 B2 beschriebenen System dargestellt ist.In addition to exposure systems in which a fixed structure is mapped on a mask on a photosensitive layer, there are also exposure systems based on the principle of raster scanning and in which a plurality of typically parallel, spaced-apart exposure beams are generated in Dependence on a structure to be generated on the photosensitive layer to be modulated. In this case, the photosensitive layer can be displaced transversely to the exposure beams, so that the entire surface to be exposed can be patterned. As exposure radiation in this case type safe way electron beam is used, as z. B. in the in the US 7425713 B2 described system is shown.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, Belichtungsanlagen und zugehörige Belichtungsverfahren anzugeben, welche eine strukturierte Belichtung eines lichtempfindlichen Substrats mit hoher Auflösung ermöglichen.The object of the invention is to specify exposure systems and associated exposure methods which enable a structured exposure of a photosensitive substrate with high resolution.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Belichtungsanlage zur strukturierten Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht, umfassend: eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen, wobei jeder Belichtungsstrahl einem Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht zugeordnet ist, eine Bewegungseinrichtung zum insbesondere scannenden Bewegen der Belichtungsstrahlen über den bzw. relativ zu dem jeweils zugeordneten Teilbereich, sowie eine vor der lichtempfindlichen Schicht angeordnete Nahfeld-Optik zur Umwandlung eines jeweiligen Belichtungsstrahls in eine evaneszente Welle zur Erzeugung eines Lichtspots auf der lichtempfindlichen Schicht, dessen Ausdehnung kleiner ist als die Ausdehnung eines jeweiligen Belichtungsstrahls vor der Nahfeld-Optik.According to a first aspect, the invention relates to an exposure system for structured exposure of a photosensitive layer, comprising: generating means for generating a plurality of in particular parallel exposure beams, each exposure beam being associated with a portion of the photosensitive layer, moving means for scanning the exposure beams in particular over the camera or relative to the respective associated subarea, and a near field optics arranged in front of the photosensitive layer for converting a respective exposure beam into an evanescent wave for generating a light spot on the photosensitive layer whose extent is smaller than the extent of a respective exposure beam in front of the near field optics.

Bei einer solchen Belichtungsanlage wird die zu belichtende Fläche der lichtempfindlichen Schicht bzw. des Wafers in eine Mehrzahl von Teilbereichen unterteilt, in denen die Belichtung simultan mit einem jeweiligen Belichtungsstrahl erfolgt, d. h. jedem Teilbereich ist ein Belichtungsstrahl zugeordnet. Die Belichtungsstrahlen gehen typischer Weise von einem zweidimensionalen Raster aus und verlaufen parallel, so dass ein durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der einzelnen Belichtungsstrahlen erzeugtes Muster auf die lichtempfindliche Schicht übertragen wird, d. h. eine auf der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugende Struktur wird durch das Muster der Belichtungsstrahlen festgelegt.In such an exposure apparatus, the area of the photosensitive layer or the wafer to be exposed is subdivided into a plurality of subregions in which the exposure takes place simultaneously with a respective exposure beam, ie. H. Each subarea is assigned an exposure beam. The exposure beams typically start from a two-dimensional grid and are parallel, so that a pattern generated by activating or deactivating the individual exposure beams is transferred to the photosensitive layer, i. H. a structure to be formed on the photosensitive layer is determined by the pattern of exposure beams.

Der Vorgang der Übertragung des Musters der Belichtungsstrahlen auf die lichtempfindliche Schicht wird mehrmals durchgeführt, wobei zwischen aufeinander folgenden Übertragungsschritten die Belichtungsstrahlen als Ganzes jeweils bezüglich der lichtempfindlichen Schicht verschoben werden, so dass sukzessive ein jeweiliger Belichtungsstrahl an jeden Ort in dem jeweiligen Teilbereich gelangt und auf diese Weise die gesamte zu belichtende Fläche mikrostrukturiert wird. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck die Belichtungsstrahlen unabhängig voneinander manipuliert werden, d. h. insbesondere unabhängig voneinander ein- oder ausgeschaltet werden.The operation of transferring the pattern of the exposure beams to the photosensitive layer is performed a plurality of times, and between successive transfer steps, the exposure beams as a whole are shifted with respect to the photosensitive layer, so that a respective exposure beam successively reaches each location in the respective area and onto them Way the entire surface to be exposed is microstructured. It is understood that for this purpose the exposure beams are manipulated independently of each other, i. H. in particular independently switched on or off.

Die Ausdehnung der Teilbereiche auf der lichtempfindlichen Schicht liegt hierbei typischer Weise in der Größenordnung (d. h. beim ca. 1 bis 10-fachen) eines Beugungsscheibchens (Airy-Scheibchens), welchen der jeweilige Belichtungsstrahl auf der lichtempfindlichen Schicht erzeugt. Die Größe bzw. der Durchmesser des Beugungsscheibchens wird hierbei durch den kleinsten Blendendurchmesser der Belichtungsanlage (bzw. eines dort verwendeten Projektionsobjektivs) bestimmt, da dieser das Auflösungsvermögen der Belichtungsanlage begrenzt. Im Rahmen dieser Erfindung werden Techniken beschrieben, welche es ermöglichen, die Strukturierung der lichtempfindlichen Schicht mit einer gegenüber dieser so genannten Beugungsgrenze erhöhten Auflösung vorzunehmen, d. h. es werden Techniken beschrieben, bei denen nur ein Teil der Ausdehnung eines jeweiligen Beugungsscheibchens zur Belichtung beiträgt.The extent of the subregions on the photosensitive layer is more typical here On the order of magnitude (ie about 1 to 10 times) of a diffraction disk (Airy disk) which the respective exposure beam produces on the photosensitive layer. The size or the diameter of the diffraction disk is determined by the smallest aperture diameter of the exposure system (or a projection objective used there), since this limits the resolution of the exposure system. In the context of this invention, techniques are described which make it possible to carry out the structuring of the photosensitive layer with an increased resolution compared with this so-called diffraction limit, ie techniques are described in which only part of the extent of a respective diffraction disk contributes to the exposure.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass eine Nahfeld-Optik unmittelbar vor der lichtempfindlichen Schicht angeordnet ist, welche es ermöglicht, die Ausdehnung der Belichtungsstrahlen zu reduzieren, so dass auf dem lichtempfindlichen Substrat ein Lichtspot erzeugt wird, dessen Ausdehnung bzw. Durchmesser deutlich geringer ist als die Ausdehnung des Beugungs-Scheibchens, welches ein in die Nahfeld-Optik eintretender Belichtungsstrahl aufweist.According to a first aspect of the invention, this is achieved in that a near-field optical system is arranged immediately in front of the photosensitive layer, which makes it possible to reduce the expansion of the exposure beams, so that a light spot is generated on the photosensitive substrate whose extent or Diameter is significantly less than the extension of the diffraction disk, which has an entering into the near field optical exposure beam.

Bei einer Ausführungsform ist eine der lichtempfindlichen Schicht zugewandte Seite der Nahfeld-Optik in einem Abstand zur lichtempfindlichen Schicht angeordnet, der kleiner ist als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlen. Dies ist günstig, da die Intensität der an der Nahfeld-Optik gebildeten evaneszenten Welle mit dem Abstand vom Ort der Erzeugung der evaneszenten Welle exponentiell abnimmt. Die verwendete Wellenlänge der Belichtungsstrahlung kann hierbei im nahen UV-Bereich, z. B. bei 193 nm, liegen. Es ist aber auch möglich, Belichtungsstrahlung zu verwenden, deren Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich liegt. Auch die Verwendung eines Immersionsfluids ist möglich.In one embodiment, a side of the near field optics facing the photosensitive layer is spaced apart from the photosensitive layer by less than the wavelength of the exposure beams. This is favorable because the intensity of the evanescent wave formed at the near-field optics decreases exponentially with the distance from the place of generation of the evanescent wave. The wavelength of the exposure radiation used can be in the near UV range, z. At 193 nm. But it is also possible to use exposure radiation whose wavelength is in the visible wavelength range. The use of an immersion fluid is possible.

Falls die lichtempfindliche Schicht (Resist) genügend robust ist, kann die Nahfeld-Optik ggf. die lichtempfindliche Schicht zumindest teilweise berühren. Auch kann eine Dosis- und/oder Fokuskontrolle (siehe unten) vorgesehen sein, um die starke Abstandsabhängigkeit der ins Nahfeld übergekoppelten Intensität der Belichtungsstrahlen zu berücksichtigen, da diese ggf. zu einer inhomogenen Ausleuchtung der lichtempfindlichen Schicht führen kann.If the photosensitive layer (resist) is sufficiently robust, the near field optics may possibly at least partially touch the photosensitive layer. A dose and / or focus control (see below) may also be provided in order to take into account the strong distance dependence of the intensity of the exposure beams coupled into the near field, since this may possibly lead to an inhomogeneous illumination of the photosensitive layer.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Belichtungsanlage zusätzlich eine Detektoreinrichtung zur Detektion der Intensität der an der Nahfeld-Optik reflektierten Belichtungsstrahlen. Die Intensität des reflektierten Lichts kann durch eine geeignete ortsauflösende Detektoreinrichtung (CCD-Kamera oder dergleichen) kanalweise, d. h. für jeden Belichtungsstrahl einzeln, gemessen werden. Auf diese Weise kann typischer Weise indirekt der Energieeintrag eines jeweiligen Belichtungsstrahls bzw. der von diesem erzeugten evaneszenten Welle in der lichtempfindlichen Schicht gemessen werden. Je weniger Energie in die lichtempfindliche Schicht eingebracht wird, desto mehr Energie wird reflektiert und umgekehrt. Durch Kopplung der Detektoreinrichtung an die Lichterzeugungseinrichtung (oder eine Filtereinrichtung, siehe unten) kann die Intensität der einzelnen Belichtungsstrahlen unabhängig voneinander so eingestellt werden, dass die lichtempfindliche Schicht (nahezu) uniform belichtet wird.In a further embodiment, the exposure system additionally comprises a detector device for detecting the intensity of the exposure beams reflected at the near-field optical system. The intensity of the reflected light can be measured channel by channel, i.e. by a suitable spatially resolving detector device (CCD camera or the like). H. individually for each exposure beam. In this way, typically the energy input of a respective exposure beam or the evanescent wave generated thereby in the photosensitive layer can be measured indirectly. The less energy is introduced into the photosensitive layer, the more energy is reflected and vice versa. By coupling the detector device to the light-generating device (or a filter device, see below), the intensity of the individual exposure beams can be adjusted independently of each other so that the photosensitive layer is exposed (nearly) uniformly.

Bei einer Weiterbildung umfasst die Belichtungsanlage eine Abstandsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines Abstands und bevorzugt einer Verkippung zwischen der Nahfeld-Optik und der lichtempfindlichen Schicht, insbesondere anhand der detektierten Intensität. Anhand der kanalweise detektierten Intensität kann auf die in die lichtempfindliche Schicht eingebrachte Energie und damit lokal auf den Abstand zwischen der Nahfeld-Optik und der lichtempfindlichen Schicht geschlossen werden. Durch die Bestimmung des Abstandes zwischen Nahfeld-Optik und lichtempfindlicher Schicht an mehreren Orten kann zusätzlich die Ausrichtung bzw. die Verkippung der Nahfeld-Optik relativ zur lichtempfindlichen Schicht bestimmt werden. Die Verkippung kann ggf. durch an der Nahfeld-Optik vorgesehene Manipulatoren (z. B. in Form von Piezo-Aktoren) korrigiert werden. Manipulatoren können auch verwendet werden, um den Abstand zwischen der Nahfeld-Optik und der lichtempfindlichen Schicht auf einen gewünschten Sollwert einzustellen bzw. zu regeln (Fokuskontrolle bzw. Fokusregelung). Gegebenenfalls kann die Abstandsbestimmungseinrichtung auch ausgebildet sein, eine kapazitive oder ellipsometrische Bestimmung des Abstandes zwischen Nahfeld-Optik und lichtempfindlichen Substrat vorzunehmen.In a further development, the exposure system comprises a distance determination device for determining a distance and preferably a tilt between the near-field optical system and the photosensitive layer, in particular based on the detected intensity. On the basis of the channel-detected intensity can be concluded that the energy introduced into the photosensitive layer and thus locally to the distance between the near field optics and the photosensitive layer. By determining the distance between the near-field optical system and the photosensitive layer at a plurality of locations, it is additionally possible to determine the orientation or the tilting of the near-field optical system relative to the photosensitive layer. If necessary, the tilt can be corrected by manipulators provided at the near field optics (eg in the form of piezo actuators). Manipulators may also be used to adjust the distance between the near-field optic and the photosensitive layer to a desired target value (focus control). If appropriate, the distance determination device can also be designed to carry out a capacitive or ellipsometric determination of the distance between the near-field optical system and the photosensitive substrate.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Belichtungsanlage eine vor der Nahfeld-Optik angeordnete Filtereinrichtung zur Beeinflussung der Intensität und/oder der Polarisation eines jeweiligen Belichtungsstrahls. Die Filtereinrichtung kann z. B. als Graufilter oder als Polarisationsfilter ausgebildet sein, welcher eine z. B. durch Anlegen einer Spannung ortsabhängig veränderbare Transmission bzw. Beeinflussung der Polarisation bewirkt. Falls der Abstand zwischen der Nahfeld-Optik und der lichtempfindlichen Schicht ortsabhängig variiert, kann die dadurch entstehende Inhomogenität der Lichtverteilung auf der lichtempfindlichen Schicht durch eine geeignete Beeinflussung der Intensitätsverteilung vor der Nahfeld-Optik kompensiert werden. Die einzelnen Belichtungsstrahlen können hierbei z. B. durch Grau- oder Polarisationsfilter in ihrer Intensität geeignet moduliert werden.In a further embodiment, the exposure system comprises a filter device arranged in front of the near-field optical system for influencing the intensity and / or the polarization of a respective exposure beam. The filter device can, for. B. be designed as a gray filter or as a polarizing filter, which has a z. B. effected by applying a voltage location-dependent variable transmission or influencing the polarization. If the distance between the near-field optical system and the photosensitive layer varies in a location-dependent manner, the resulting inhomogeneity of the light distribution on the photosensitive layer can be compensated by a suitable influencing of the intensity distribution in front of the near-field optical system. The individual exposure beams can here z. B. be suitably modulated by gray or polarizing filter in intensity.

In einer Weiterbildung umfasst die Beleuchtungsanlage zusätzlich eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung der Filtereinrichtung in Abhängigkeit vom der mittels der Detektoreinrichtung detektierten Intensität. Die Steuereinrichtung kann dazu verwendet werden, die Intensität und die Phase (sowie ggf. auch die Belichtungsdauer) der einzelnen Belichtungsstrahlen in Abhängigkeit von den gemessenen bzw. detektierten Größen einzustellen, so dass diese an der lichtempfindlichen Schicht bzw. beim Auftreffen auf die Nahfeld-Optik eine gewünschte Eigenschaft aufweisen. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung auch dazu verwendet werden, die Intensitätsunterschiede zwischen den einzelnen auf die lichtempfindliche Schicht auftreffenden Belichtungsstrahlen möglichst klein zu halten, d. h. eine Intensitätsverteilung auf der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugen, die möglichst uniform ist. In a further development, the lighting system additionally comprises a control device for controlling the filter device as a function of the intensity detected by means of the detector device. The control device can be used to adjust the intensity and the phase (and optionally also the exposure time) of the individual exposure beams as a function of the measured or detected variables, so that they are applied to the photosensitive layer or when hitting the near field optics have a desired property. In particular, the control device can also be used to minimize the intensity differences between the individual exposure beams incident on the photosensitive layer, ie to produce an intensity distribution on the photosensitive layer which is as uniform as possible.

Bei einer Ausführungsform weist die Nahfeld-Optik eine Lochmaske mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen auf, deren Durchmesser bevorzugt kleiner ist als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlen. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Auflösung stellt die Verwendung einer Lochmaske dar, die nur innerhalb der Durchtrittsöffnungen für die Belichtungsstrahlen transparent ist. Der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen ist hierbei in der Regel geringer als der Durchmesser der Beugungsscheibchen der Belichtungsstrahlen, d. h. die Ausdehnung der Durchtrittsöffnungen quer zur Lichtausbreitungsrichtung der Belichtungsstrahlen ist kleiner als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung. Auch der Abstand zwischen der Lochmaske und der lichtempfindlichen Schicht ist hierbei in der Regel kleiner als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung (siehe oben), damit die Belichtungsstrahlung als so genannte evaneszente Welle (entsprechend dem quantenmechanischen Tunnel-Effekt) in die lichtempfindliche Schicht am Ort der Durchtrittsöffnung eintreten und die lichtempfindliche Schicht belichten kann („kontaktloser Nano-Imprint”).In one embodiment, the near-field optical system has a shadow mask with a plurality of passage openings whose diameter is preferably smaller than the wavelength of the exposure beams. One possibility for increasing the resolution is the use of a shadow mask, which is transparent only within the passage openings for the exposure beams. The diameter of the passage openings is in this case usually smaller than the diameter of the diffraction disks of the exposure beams, d. H. the extent of the passage openings transversely to the light propagation direction of the exposure beams is smaller than the wavelength of the exposure radiation. The distance between the shadow mask and the photosensitive layer is usually smaller than the wavelength of the exposure radiation (see above), so that the exposure radiation as a so-called evanescent wave (corresponding to the quantum mechanical tunnel effect) in the photosensitive layer at the location of the passage opening enter and the photosensitive layer can expose ("contactless nanoimprint").

Bei einer Weiterbildung weist die Lochmaske ein für die Belichtungsstrahlen transparentes Substrat sowie eine dem lichtempfindlichen Substrat zugewandte Sperrschicht auf, an der die Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen gebildet ist. Die Sperrschicht mit den Durchtrittsöffnungen ist in diesem Fall auf dem als Träger dienenden transparenten Substrat aufgebracht. Als Sperrschicht kann beispielsweise bei der Verwendung von Strahlung im nahen UV-Bereich, z. B. bei ca. 193 nm, eine Chromschicht dienen, die ab einer Dicke von ca. 50–80 nm für Belichtungsstrahlen bei dieser Wellenlänge nicht mehr durchlässig ist.In a development, the shadow mask has a substrate that is transparent to the exposure beams and a barrier layer facing the photosensitive substrate, on which the plurality of passage openings is formed. The barrier layer with the passage openings is applied in this case on the carrier serving as a transparent substrate. As a barrier layer, for example, in the use of radiation in the near UV range, for. B. at about 193 nm, serve a chromium layer, which is no longer permeable at a wavelength of about 50-80 nm for exposure beams at this wavelength.

Bei einer Weiterbildung ist das transparente Substrat an seiner der lichtempfindlichen Schicht zugewandten Seite strukturiert und weist insbesondere spitz zulaufende Strukturen auf. Die Strukturierung des transparenten Substrats dient als Mikrooptik, wobei sich insbesondere spitz zulaufende, kegelförmige Strukturen als besonders günstig erwiesen haben. Die Durchtrittsöffnungen in der Sperrschicht befinden sich hierbei an den Kegelspitzen, die typischer Weise in einem Abstand zur lichtempfindlichen Schicht angeordnet sind, der kleiner ist als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung.In a development, the transparent substrate is structured on its side facing the photosensitive layer and in particular has tapered structures. The structuring of the transparent substrate serves as a micro-optic, with pointed, cone-shaped structures in particular having proven to be particularly favorable. The passage openings in the barrier layer are in this case at the cone tips, which are typically arranged at a distance from the photosensitive layer, which is smaller than the wavelength of the exposure radiation.

Bei einer weiteren Ausführungsform verläuft die Lichtausbreitungsrichtung der Belichtungsstrahlen unter einem Winkel zur Nahfeld-Optik (und damit zur lichtempfindlichen Schicht), wobei die Nahfeld-Optik ein dielektrisches Substrat mit einer Mehrzahl von in das dielektrische Substrat eingebetteten, spitz zulaufenden metallischen Strukturen aufweist. In diesem Fall dient die einfallende Belichtungsstrahlung zur Anregung von Oberflächen-Plasmonen in den spitz zulaufenden metallischen Strukturen. Diese induzieren ein elektrisches Wechselfeld innerhalb der Strukturen, welches an den Spitzen maximal verdichtet als evaneszente Welle heraustritt und exponentiell in Abhängigkeit vom Abstand zur lichtempfindlichen Schicht gedämpft wird. Bei kleinem Abstand zwischen einer jeweiligen Spitze und der lichtempfindlichen Schicht (typischer Weise kleiner als die Wellenlänge der verwendeten Belichtungsstrahlen) genügt die Intensität der evaneszenten Welle, die lichtempfindliche Schicht in einem sehr kleinen Bereich um die Spitze herum zu belichten.In another embodiment, the light propagation direction of the exposure beams is at an angle to the near-field optic (and hence the photosensitive layer), the near field optic having a dielectric substrate having a plurality of tapered metallic structures embedded in the dielectric substrate. In this case, the incident exposure radiation serves to excite surface plasmons in the pointed metallic structures. These induce an alternating electric field within the structures, which emerges at the tips as a maximum compression as an evanescent wave and is attenuated exponentially as a function of the distance to the photosensitive layer. With a small distance between each tip and the photosensitive layer (typically smaller than the wavelength of the exposure beams used), the intensity of the evanescent wave will suffice to expose the photosensitive layer in a very small area around the tip.

Um die Oberflächen-Plasmonen in den metallischen Spitzen anzuregen, ist es erforderlich, p-polarisierte Beleuchtungsstrahlung zu verwenden, d. h. die Lichtausbreitungsrichtung muss unter einem Winkel zur Nahfeld-Optik erfolgen, damit eine Einfallsebene (und damit die p-Polarisation) überhaupt definiert ist. Um die Oberflächen-Plasmonen anzuregen muss zusätzlich die Wellenzahl der verwendeten Belichtungsstrahlung an die Plasmafrequenz des Metalls angepasst werden, was über das Dielektrikum möglich ist, vgl. insbesondere „ http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon ” für nähere Erläuterungen zur Erzeugung von Oberflächen-Plasmonen. Bei Verwendung von Belichtungsstrahlen mit einer Wellenlänge von ca. 193 nm kann hierbei insbesondere Aluminium als Plasmonen-Quelle dienen. Falls die mechanische Beständigkeit der lichtempfindlichen Schicht dies zulässt, können die metallischen Spitzen hierbei auch in direktem Kontakt mit der lichtempfindlichen Schicht stehen.In order to excite the surface plasmons in the metallic tips, it is necessary to use p-polarized illumination radiation, ie, the direction of light propagation must be at an angle to the near-field optics so that one plane of incidence (and hence p-polarization) is even defined. In order to excite the surface plasmons, in addition, the wave number of the exposure radiation used must be adapted to the plasma frequency of the metal, which is possible via the dielectric, cf. especially " http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon "For more details on the generation of surface plasmons. When using exposure beams having a wavelength of about 193 nm, in particular aluminum can serve as plasmon source here. In this case, if the mechanical resistance of the photosensitive layer permits, the metallic tips may also be in direct contact with the photosensitive layer.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Belichtungsanlage eine Superlinse zur Abbildung von aus der Nahfeld-Optik austretenden evaneszenten Wellen auf das lichtempfindliche Substrat. Als so genannte Superlinse wird eine Anordnung bezeichnet, welche es ermöglicht, evaneszente Wellen (nahezu) ungedämpft zu transportieren und ggf. sogar zu verstärken. Dies ist möglich, da die Superlinse eine für die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung negative Brechzahl aufweist.In a further embodiment, the exposure system comprises a super-lens for imaging evanescent waves emerging from the near field optics onto the photosensitive substrate. As a so-called super-lens, an arrangement is called, which makes it possible to transport evanescent waves (almost) unattenuated and possibly even to reinforce. This is possible because the super lens has a negative refractive index for the wavelength of the exposure radiation.

Auch bei der Superlinse werden Oberflächen-Plasmonen angeregt. Die Superlinse weist hierbei im einfachsten Fall einen Schichtstapel aus einem ersten Dielektrikum, einer metallischen Schicht sowie einem zweiten Dielektrikum auf. Die Dicken der (planen) Schichten liegen hierbei typischer Weise in der Größenordnung der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung. Eine solche Superlinse, bei welcher Silber als metallische Schicht dient, ist in dem Artikel „Super-resolution near-field lithography using planar silver lenses” von David O. S. Melville et al. (Invited Poster, MNE-2005 ID 00709, „http://www.mne05.org/3-c_01.pdf”) dargestellt. Bei Wellenlängen im nahen UV-Bereich, z. B. um ca. 193 nm, hat sich die Verwendung einer Aluminium-Schicht als günstig erwiesen. Als Dielektrikum kann bei solchen Wellenlängen Quarzglas verwendet werden. Die Superlinse kann einteilig mit der Nahfeld-Optik ausgebildet sein.Even with the super lens surface plasmons are excited. In the simplest case, the superliner here has a layer stack comprising a first dielectric, a metallic layer and a second dielectric. The thicknesses of the (planar) layers are typically on the order of the wavelength of the exposure radiation. Such a super lens, in which silver serves as a metallic layer, is in the article "Super-resolution near-field lithography using planar silver lenses" by David OS Melville et al. (Invited Poster, MNE-2005 ID 00709, "http://www.mne05.org/3-c_01.pdf") shown. At wavelengths in the near UV range, eg. B. by about 193 nm, the use of an aluminum layer has been found to be favorable. As a dielectric quartz glass can be used at such wavelengths. The super lens may be integrally formed with the near field optic.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Belichtungsanlage, umfassend: ein Substrat mit einer lichtempfindlichen Schicht, eine Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen mit (mindestens) einer Beleuchtungswellenlänge, wobei jeder Belichtungsstrahl einem Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht zugeordnet ist und die Erzeugungseinrichtung ausgebildet ist, Belichtungsstrahlen mit einer maximalen Intensität zu erzeugen, die über einem Intensitäts-Schwellwert zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht von einem zweiten Zustand in einen ersten Zustand liegt, eine Bewegungseinrichtung zum insbesondere scannenden Bewegen der Belichtungsstrahlen über den bzw. relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich, sowie eine Anregungs-Lichtquelle zur Erzeugung von Anregungsstrahlung mit (mindestens einer) Anregungs-Wellenlänge zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand.A further aspect of the invention relates to an exposure apparatus, comprising: a substrate having a photosensitive layer, generating means for producing a plurality of in particular parallel exposure beams having (at least) one illumination wavelength, each exposure beam being associated with a portion of the photosensitive layer and the generator being formed To generate exposure beams having a maximum intensity which is above an intensity threshold value for transferring the photosensitive layer from a second state to a first state, a movement device for scanning the exposure beams in particular via the relative to the respectively associated partial region, and a Excitation light source for generating excitation radiation having (at least one) excitation wavelength for transferring the photosensitive layer from the first state to the second state.

Bei diesem Aspekt der Erfindung wird zur Erhöhung der Auflösung ausgenützt, dass die lichtempfindliche Schicht bei einem Intensitäts-Schwellwert zwischen dem zweiten und dem ersten Zustand wechselt, der unterhalb der maximalen Intensität des Belichtungsstrahls liegt, die typischer Weise im Zentrum eines jeweiligen Belichtungsstrahls erreicht wird. Bei einem reversiblen Zustandsübergang kann hierdurch erreicht werden, dass die lichtempfindliche Schicht außer in einem zur Strukturierung vorgesehenen Teilbereich, der einen Subbereich des (beugungsbegrenzten) Bereichs darstellt, den ein auf die lichtempfindliche Schicht auftreffender Belichtungsstrahl überdeckt, von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand übergeführt wird, so dass die Strukturierung nur in dem hierfür vorgesehenen Teilbereich erfolgen kann.In this aspect of the invention, it is utilized to increase the resolution that the photosensitive layer changes at an intensity threshold between the second and the first state, which is below the maximum intensity of the exposure beam, which is typically achieved in the center of a respective exposure beam. In the case of a reversible state transition, it can thereby be achieved that the photosensitive layer is converted from the second state into the first state, except in a partial area provided for structuring, which represents a subregion of the (diffraction-limited) region which covers an exposure beam incident on the photosensitive layer is, so that the structuring can be done only in the space provided for this purpose.

Mittels der Anregungslichtquelle kann die lichtempfindliche Schicht von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand übergeführt werden. Die Belichtungsstrahlen haben hingegen den umgekehrten Effekt, d. h. sie dienen der Überführung der lichtempfindlichen Schicht vom zweiten in den ersten Zustand. Die Anregung kann vor oder während der Belichtung erfolgen. Es versteht sich, dass sowohl die Anregungsstrahlung als auch die Belichtungsstrahlung nicht nur eine einzige Wellenlänge aufweisen müssen, sondern ggf. einen jeweiligen Wellenlängenbereich überdecken können. Da sowohl die Anregungslichtquelle als auch die Licht-Erzeugungseinrichtung in der Regel eine Laser-Lichtquelle aufweisen, weist die von diesen erzeugte Strahlung aber in guter Näherung nur eine einzige Wellenlänge auf.By means of the excitation light source, the photosensitive layer can be converted from the first state to the second state. The exposure beams, on the other hand, have the opposite effect, i. H. they serve to transfer the photosensitive layer from the second to the first state. The excitation can take place before or during the exposure. It is understood that both the excitation radiation and the exposure radiation need not only have a single wavelength, but may possibly cover a respective wavelength range. Since both the excitation light source and the light-generating device usually have a laser light source, but the radiation generated by these to a good approximation only a single wavelength.

Bei einer Ausführungsform ist der Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand reversibel und die lichtempfindliche Schicht ist nur im zweiten Zustand in einen dauerhaft veränderten chemischen Zustand überführbar. Da der Übergang zwischen den beiden Zuständen reversibel ist, kann die Anregung der lichtempfindlichen Schicht vor dem Belichten erfolgen, wobei die lichtempfindliche Schicht insbesondere homogen mit der Anregungsstrahlung beaufschlagt werden kann. In diesem Fall kann beispielsweise ein Belichtungsverfahren durchgeführt werden, wie es in der US 2006/0044985 A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht wird. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird die lichtempfindliche Schicht nach der Anregung mit Hilfe von Belichtungsstrahlung von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand übergeführt, wobei ein eng begrenzter Bereich ausgespart wird, d. h. nicht von der Belichtungsstrahlung getroffen wird bzw. die Intensität der Belichtungsstrahlung dort minimal ist, so dass die lichtempfindliche Schicht dort im zweiten Zustand verbleibt, da die Intensität der Belichtungsstrahlen dort unterhalb der Intensitäts-Schwelle verbleibt.In one embodiment, the transition from the first state to the second state is reversible and the photosensitive layer can only be converted into a permanently changed chemical state in the second state. Since the transition between the two states is reversible, the excitation of the photosensitive layer can take place before the exposure, wherein the photosensitive layer can in particular be homogeneously charged with the excitation radiation. In this case, for example, an exposure method may be performed as described in US Pat US 2006/0044985 A1 which is incorporated herein by reference in its entirety. In the method described there, the photosensitive layer is converted after the excitation by means of exposure radiation from the second state to the first state, wherein a narrow range is recessed, that is not hit by the exposure radiation or the intensity of the exposure radiation is minimal there so that the photosensitive layer remains there in the second state, since the intensity of the exposure rays remains there below the intensity threshold.

Bei einer weiteren Ausführungsform überlappen sich die Teilbereiche, denen die jeweiligen Belichtungsstrahlen zugeordnet sind, zumindest teilweise. Um außerhalb des oben beschriebenen, eng begrenzten Bereichs minimaler Intensität eine Intensität zu erhalten, die sicher oberhalb der Intensitäts-Schwelle liegt, ist es günstig, wenn benachbarte Teilbereiche, denen jeweils ein Belichtungsstrahl zugeordnet ist, sich teilweise überlappen, so dass sich auch die Intensitätsverteilungen benachbarter Belichtungsstrahlen in ihren Außenbereichen überlappen und sich dort zu einer Gesamtintensität überlagern, welche oberhalb der Intensitäts-Schwelle liegt.In a further embodiment, the subareas to which the respective exposure beams are assigned at least partially overlap. In order to obtain an intensity which is safely above the intensity threshold outside the narrow range of minimum intensity described above, it is favorable if adjacent subregions, to which an exposure beam is assigned in each case, partially overlap, so that the intensity distributions also overlap overlap adjacent exposure beams in their outer areas and superimpose there to a total intensity, which is above the intensity threshold.

Bei einer Weiterbildung weist die Belichtungsanlage eine Fixierungs-Lichtquelle zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht von dem zweiten Zustand in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand auf. Die lichtempfindliche Schicht kann hierbei durch die Fixierungs-Lichtquelle in dem Bereich, in dem sie sich im zweiten Zustand befindet, in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand übergeführt und auf diese Weise strukturiert werden. Ein einmal in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand übergeführter Bereich der lichtempfindlichen Schicht reagiert nicht mehr auf die Anregungsstrahlung bzw. die Belichtungsstrahlen nachfolgender Belichtungen.In a development, the exposure system has a fixing light source for transferring the photosensitive layer from the second state to the permanently modified chemical State on. In this case, the photosensitive layer can be converted into the permanently changed chemical state by the fixing light source in the region in which it is in the second state, and structured in this way. Once a region of the photosensitive layer has been converted into the permanently altered chemical state, it no longer reacts to the excitation radiation or the exposure beams of subsequent exposures.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Anregungslichtquelle ausgebildet, Anregungsstrahlung mit einem ortsabhängig variierenden Intensitätsprofil auf der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugen, wobei die Anregungsstrahlung bevorzugt zwischen zwei benachbart auf das lichtempfindliche Substrat auftreffenden Belichtungsstrahlen eine maximale Intensität aufweist. Durch die Erzeugung eines ortsabhängigen Intensitätsprofils der Anregungsstrahlung können die Belichtungsstrahlen so mit der Anregungsstrahlung überlagert werden, dass sich analog zu einem STED(„Stimulated Emission Depletion”)-Mikroskop in einem eng begrenzten Bereich ein Maximum der Intensität ausbildet, welches die lichtempfindliche Schicht in den ersten Zustand überführt.In a further embodiment, the excitation light source is designed to generate excitation radiation having a location-dependent varying intensity profile on the photosensitive layer, the excitation radiation preferably having a maximum intensity between two exposure beams impinging on the photosensitive substrate. By generating a location-dependent intensity profile of the excitation radiation, the exposure beams can be superimposed on the excitation radiation such that a maximum of the intensity forms in a narrowly limited area corresponding to an STED ("Stimulated Emission Depletion") microscope, which forms the photosensitive layer in the first condition transferred.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Übergang von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand irreversibel, d. h. der zweite Zustand stellt bereits einen Zustand mit dauerhaft veränderten chemischen Eigenschaften dar. Eine lichtempfindliche Schicht mit solchen Eigenschaften kann insbesondere bei der oben beschriebenen simultanen Verwendung von Anregungsstrahlung und Belichtungsstrahlung zum Einsatz kommen. Liegt die kombinierte Intensität von Anregungs- und Belichtungsstrahlung in diesem Fall über dem Intensitäts-Schwellwert, wird die lichtempfindliche Schicht in dem zugehörigen Bereich in den ersten, dauerhaft veränderten chemischen Zustand.In a further embodiment, the transition from the second state to the first state is irreversible, i. H. the second state already represents a state with permanently changed chemical properties. A photosensitive layer having such properties can be used in particular in the case of the above-described simultaneous use of excitation radiation and exposure radiation. In this case, if the combined intensity of excitation and exposure radiation is above the intensity threshold, the photosensitive layer in the associated region becomes the first, permanently altered, chemical state.

Alternativ kann gegebenenfalls auch vollständig auf die Verwendung von Anregungsstrahlung verzichtet werden, d. h. es kann eine lichtempfindliche Schicht (Resist) verwendet werden, bei welcher der Intensitäts-Schwellwert so hoch ist (z. B. bei 80% oder 90% der Maximal-Intensität der Belichtungsstrahlen), dass die lichtempfindliche Schicht nur in einem kleinen Subbereich der Intensitätsverteilung irreversibel von dem zweiten in den ersten Zustand übergeführt wird, der z. B. bei 30% oder weniger der von einem jeweiligen Belichtungsstrahl überdeckten Fläche liegt. Hierbei sollte der Resist in dem Bereich, in dem der Schwellwert der Intensität nicht überschritten wurde, die Belichtung möglichst schnell „vergessen”, d. h. es sollte ein so genannter Alzheimer-Resist verwendet werden. Derartige Resists werden z. B. für wiederbeschreibbare DVDs verwendet und können z. B. als Chalkogenide ausgebildet sein, bei denen der Übergang zwischen den zwei Zuständen insbesondere thermisch zwischen einer amorphen und einer kristallinen Phase erfolgt.Alternatively, it may be possible to completely dispense with the use of excitation radiation, i. E. H. a photosensitive layer (resist) in which the intensity threshold is so high (e.g., at 80% or 90% of the maximum intensity of the exposure rays) that the photosensitive layer is only in a small subrange of the intensity distribution can be used irreversibly transferred from the second to the first state, the z. B. at 30% or less of the area covered by a respective exposure beam. In this case, the resist in the area in which the intensity threshold was not exceeded should "forget" the exposure as quickly as possible, ie. H. A so-called Alzheimer's Resist should be used. Such resists are z. B. used for rewritable DVDs and z. B. be formed as a chalcogenide, in which the transition between the two states in particular takes place thermally between an amorphous and a crystalline phase.

Mit anderen Worten kann der Oberflächenbereich, welcher strukturiert werden soll, entweder im Zentrum eines jeweiligen Belichtungsstrahls liegen, wenn dort der Intensitäts-Schwellwert überschritten wird, oder alternativ im Zentrum eines Bereichs, in dem (nahezu) keine Belichtungsstrahlung auf die lichtempfindliche Schicht trifft, d. h. im Bereich eines Minimums der Intensitätsverteilung auf der lichtempfindlichen Schicht. Um den jeweiligen Oberflächenbereich möglichst klein und damit die Auflösung möglichst groß zu machen, ist ggf. eine erhebliche maximale Intensität der Belichtungsstrahlung erforderlich.In other words, the surface area to be patterned may either be in the center of a respective exposure beam when the intensity threshold is exceeded, or alternatively at the center of a region where (almost) no exposure radiation strikes the photosensitive layer, i , H. in the range of a minimum of the intensity distribution on the photosensitive layer. In order to make the respective surface area as small as possible and thus the resolution as large as possible, a considerable maximum intensity of the exposure radiation may be necessary.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die lichtempfindliche Schicht einen schaltbaren organischen Farbstoff oder ein schaltbares Chalcogenid auf. Schaltbare organische Farbstoffe weisen Farbstoff-Moleküle auf, welche mit Hilfe von Licht von einem zweiten Zustand in einen ersten Zustand (und umgekehrt) schaltbar sind. Wie weiter oben dargestellt, erfolgt bei Chalcogeniden der Übergang zwischen den beiden Zuständen typischer Weise durch thermische Anregung, und zwar zwischen einer amorphen und kristallinen Phase.In another embodiment, the photosensitive layer comprises a switchable organic dye or a switchable chalcogenide. Switchable organic dyes have dye molecules which are switchable by means of light from a second state to a first state (and vice versa). As discussed above, in chalcogenides, the transition between the two states typically occurs by thermal excitation between an amorphous and a crystalline phase.

Bei einer Weiterbildung ist der zweite Zustand des schaltbaren organischen Farbstoffs durch stimulierte Emission in den ersten Zustand des schaltbaren organischen Farbstoffs überführbar. Der Farbstoff kann hierbei wie bei der STED-Mikroskopie mit Hilfe von Anregungsstrahlung von einem ersten, energetisch niedrigeren Zustand in einen zweiten, energetisch höheren Zustand übergeführt werden und von diesem durch stimulierte Emission mit Hilfe von Belichtungsstrahlen in einem geeigneten Wellenlängenbereich in den ersten Zustand zurückgeführt werden. Typischer Weise unterscheiden sich hierbei die Wellenlängen, die zur Anregung des Farbstoffs in den zweiten Zustand und zur Anregung der stimulierten Emission in den Grundzustand benötigt werden.In a development, the second state of the switchable organic dye can be converted by stimulated emission into the first state of the switchable organic dye. As in STED microscopy, the dye can be converted from a first energetically lower state into a second, energetically higher state by means of excitation radiation and returned to the first state by stimulated emission with the aid of exposure beams in a suitable wavelength range , Typically, the wavelengths needed to excite the dye into the second state and to stimulate stimulated emission to the ground state differ.

Der erste und der zweite Zustand können auch unterschiedliche Strukturisomerie-Zustände des schaltbaren organischen Farbstoffs sein, beispielsweise zwei Isomerie-Zustände, welche einen Cis-Trans-Übergang der jeweiligen Farbstoff-Moleküle darstellen, wie dies beispielsweise in der oben genannten US 2006/0044985 A1 beschrieben ist. Während die Farbstoff-Moleküle im ersten Zustand (z. B. Trans-Zustand) durch Bestrahlung mit Fixierlicht in einen dauerhaft veränderten chemischen Zustand überführbar sind, ist dies beim zweiten Zustand (z. B. Cis-Zustand) nicht möglich.The first and second states may also be different structural isomeric states of the switchable organic dye, for example, two isomeric states representing a cis-trans transition of the respective dye molecules, as in, for example, the above US 2006/0044985 A1 is described. While the dye molecules in the first state (eg trans state) can be converted into a permanently changed chemical state by irradiation with fixation light, this is not possible in the second state (eg cis state).

Neben der Verwendung von Fluoreszenz-Farbstoffen, bei denen durch stimulierte Emission ein Übergang von einem energetisch angeregten Zustand in den Grundzustand stattfinden kann, können selbstverständlich auch lichtempfindliche Schichten mit anderen Arten von (reversiblen) Zustands-Übergängen in der Belichtungsanlage verwendet werden, z. B. die oben erwähnten Chalcogenide, bei denen der Übergang zwischen amorpher und kristalliner Phase thermisch (z. B. angeregt durch einen Belichtungspuls) erfolgt.In addition to the use of fluorescent dyes in which stimulated emission Of course, light-sensitive layers with other types of (reversible) state transitions in the exposure system can be used, for example, a transition from an energetically excited state to the ground state. For example, the above-mentioned chalcogenides in which the transition between amorphous and crystalline phase is thermal (eg, excited by an exposure pulse).

In einer weiteren Ausführungsform weist die Erzeugungseinrichtung eine Rasteranordnung mit einer Mehrzahl von schaltbaren Rasterelementen zum Ein- oder Ausschalten eines jeweiligen Belichtungsstrahls in Abhängigkeit von einer an der lichtempfindlichen Schicht zu erzeugenden Struktur auf. Mit Hilfe der Rasteranordnung kann auf der lichtempfindlichen Schicht ein den aktivierten, d. h. eingeschalteten Rasterelementen entsprechendes Muster von Lichtspots erzeugt werden.In a further embodiment, the generating device has a raster arrangement with a plurality of switchable raster elements for switching on or off a respective exposure beam as a function of a structure to be produced on the photosensitive layer. With the aid of the grid arrangement, an activated, d. H. switched grid elements corresponding pattern of light spots are generated.

In einer Weiterbildung sind die Rasterelemente der Rasteranordnung als schaltbare Blenden für einen jeweiligen Belichtungsstrahl ausgebildet. Die Rasteranordnung transmittiert in diesem Fall Belichtungsstrahlung nur in denjenigen Bereichen, in denen die Rasterelemente aktiviert sind, d. h. in denen diese nicht als Blenden wirken. Die Beleuchtungsstrahlung wird hingegen in den Bereichen blockiert, in denen die Rasterelemente ausgeschaltet sind.In a development, the raster elements of the raster arrangement are designed as switchable diaphragms for a respective exposure beam. The raster arrangement transmits in this case exposure radiation only in those areas in which the raster elements are activated, d. H. in which these do not act as screens. The illumination radiation, however, is blocked in the areas where the grid elements are turned off.

In einer Weiterbildung ist die Rasteranordnung als LCD-Array, als Laserdioden-Array oder als OLED-Array ausgebildet. Im ersten Fall wird eine Beleuchtungseinrichtung benötigt, welche das LCD-Array auf seiner dem lichtempfindlichen Substrat abgewandten Seite beleuchtet. Bei der Verwendung eines Laserdioden-Arrays oder eines OLED-Arrays weist jedes Rasterelement eine eigene Lichtquelle auf, die zur Erzeugung eines jeweiligen Belichtungsstrahls einzeln aktiviert werden kann. Es sind sowohl LCD-Arrays als auch Laserdioden- bzw. OLED-Arrays am Markt verfügbar, bei denen die Raserelemente ausreichend klein sind, um eine sehr hohe Auflösung zu erreichen. Insbesondere die Schaltzeiten von am Markt verfügbaren OLED-Arrays sind ausreichend klein, um einen hohen Durchsatz bei der Belichtung sicherzustellen.In one development, the grid arrangement is designed as an LCD array, as a laser diode array or as an OLED array. In the first case, a lighting device is needed, which illuminates the LCD array on its side facing away from the photosensitive substrate. When using a laser diode array or an OLED array, each raster element has its own light source, which can be activated individually to produce a respective exposure beam. There are both LCD arrays and laser diode or OLED arrays available in the market, in which the Raserelemente are sufficiently small to achieve a very high resolution. In particular, the switching times of commercially available OLED arrays are sufficiently small to ensure a high throughput in the exposure.

In einer alternativen Ausführungsform sind die Rasterelemente als schaltbare Reflektoren für einen jeweiligen Belichtungsstrahl ausgebildet. Die Rasterelemente können hierbei in einer ersten, aktiven Schaltstellung die Belichtungsstrahlung auf die lichtempfindliche Schicht umlenken, wohingegen sie in einer zweiten, deaktivierten Schaltstellung die Belichtungsstrahlung nicht auf die lichtempfindliche Schicht sondern in einen anderen Raumbereich umlenken.In an alternative embodiment, the raster elements are designed as switchable reflectors for a respective exposure beam. The raster elements can in this case deflect the exposure radiation onto the photosensitive layer in a first, active switching position, whereas in a second, deactivated switching position they do not deflect the exposure radiation onto the photosensitive layer but into another spatial area.

Bei einer Weiterbildung ist die Rasteranordnung als Micro-Mirror-Array (MMA) ausgebildet. Die Rasterelemente von MMAs sind sehr klein und weisen ausreichend geringe Schaltzeiten der schaltbaren Reflektoren auf, um einen hohen Durchsatz bei der Belichtung zu ermöglichen.In a further development, the grid arrangement is designed as a micro-mirror array (MMA). The raster elements of MMAs are very small and have sufficiently short switching times of the switchable reflectors to allow a high throughput in the exposure.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Bewegungseinrichtung mindestens eine Verschiebeeinheit zur Verschiebung der Rasteranordnung relativ zur lichtempfindlichen Schicht, bevorzugt synchron zur Nahfeld-Optik, auf. Um die Belichtungsstrahlen in den jeweiligen Teilbereichen zu verschieben, ist es günstig, die Rasteranordnung in einer Ebene parallel zur lichtempfindlichen Schicht zu verschieben. Die Bewegungseinrichtung kann zu diesem Zweck zwei Linearverschiebeeinheiten aufweisen, welche die Rasteranordnung in zwei bevorzugt zueinander senkrechten Richtungen in dieser Ebene verschieben. Auf diese Weise kann ein Abrastern (Scannen) der Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht erfolgen, um diese vollflächig zu strukturieren. Es versteht sich, dass alternativ ggf. die Rasteranordnung ortsfest bleiben und die lichtempfindliche Schicht bzw. das Substrat verschoben werden kann. Selbstverständlich ist auch eine gleichzeitige, ggf. gegenläufige Bewegung von Substrat und Rasteranordnung möglich.In a further embodiment, the movement device has at least one displacement unit for displacing the grid arrangement relative to the photosensitive layer, preferably in synchronism with the near-field optical system. In order to shift the exposure beams in the respective partial areas, it is favorable to displace the grid arrangement in a plane parallel to the photosensitive layer. For this purpose, the movement device can have two linear displacement units which displace the grid arrangement in two directions which are preferably perpendicular to one another in this plane. In this way, scanning of the partial area of the photosensitive layer can take place in order to structure it over the entire area. It is understood that alternatively, if necessary, the grid arrangement remain stationary and the photosensitive layer or the substrate can be moved. Of course, a simultaneous, possibly opposite movement of substrate and grid arrangement is possible.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Erzeugungseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung zur insbesondere homogenen Beleuchtung der Rasteranordnung auf. Die Rasteranordnung wird hierbei vollflächig von der Beleuchtungsstrahlung getroffen und die einzelnen Belichtungsstrahlen werden an den Rasterelementen der Rasteranordnung erzeugt, die in einen aktiven Zustand geschaltet sind, während sie von den anderen (deaktivierten) Rasterelementen nicht zur lichtempfindlichen Schicht durchgelassen werden.In a further embodiment, the generating device has a lighting device for, in particular, homogeneous illumination of the grid arrangement. In this case, the grid arrangement is struck completely by the illumination radiation and the individual exposure beams are generated on the grid elements of the grid arrangement, which are switched to an active state, while they are not transmitted to the photosensitive layer by the other (deactivated) grid elements.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Belichtungsanlage ein Objektiv zur verkleinernden Abbildung der Rasteranordnung auf die lichtempfindliche Schicht oder auf die Nahfeld-Optik auf. Die verkleinernde Abbildung, z. B. um einen Faktor 10, erhöht die Auflösung bei der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht. Sofern die Belichtungsanlage eine Nahfeld-Optik aufweist, erfolgt die Abbildung typischer Weise auf diese bzw. auf deren der lichtempfindlichen Schicht abgewandte Seite, d. h. diese bildet die Bildebene des Objektivs.In a further embodiment, the exposure system has an objective for reducing the size of the raster arrangement to the photosensitive layer or to the near-field optical system. The shrinking image, z. By a factor of 10, increases the resolution in the exposure of the photosensitive layer. If the exposure system has near-field optics, the image typically takes place on this or on the side facing away from the photosensitive layer, ie. H. this forms the image plane of the lens.

Die Erfindung betrifft auch ein dem ersten Aspekt zugehöriges Verfahren zum strukturierten Belichten einer lichtempfindlichen Schicht, umfassend: Erzeugen einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen, wobei jeder Belichtungsstrahl einem Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht zugeordnet ist, Bewegen der Belichtungsstrahlen über den bzw. relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich, sowie Anordnen einer Nahfeld-Optik vor der lichtempfindlichen Schicht zum Umwandeln eines jeweiligen Belichtungsstrahls in eine evaneszente Welle zur Erzeugung eines Lichtspots auf der lichtempfindlichen Schicht, dessen Ausdehnung kleiner ist als die Ausdehnung des Belichtungsstrahls vor der Nahfeld-Optik.The invention also relates to a method for the structured exposure of a photosensitive layer which is associated with the first aspect, comprising: generating a plurality of in particular parallel exposure beams, each exposure beam being associated with a partial area of the photosensitive layer; Exposing beams above and relative to the respective associated portion, and arranging near field optics in front of the photosensitive layer for converting a respective exposure beam into an evanescent wave for generating a light spot on the photosensitive layer whose extent is smaller than the extent of the exposure beam before Near-field optics.

Wie oben dargestellt wird die Belichtung der lichtempfindlichen Schicht so weit als möglich parallelisiert, indem eine Vielzahl von Belichtungsstrahlen simultan auf die zu belichtende Schicht ausgesandt wird, die jeweils in einem Teilbereich auf die lichtempfindliche Schicht auftreffen, welcher in der Größenordnung eines Beugungsscheibchens liegt. Die Nahfeld-Optik dient der Erhöhung der Auflösung über die Beugungsgrenze hinaus, d. h. der Belichtungsstrahl wird auf einen Lichtspot verkleinert, dessen Ausdehnung z. B. eine Größenordnung unterhalb der Beugungsgrenze liegen kann, so dass zur Strukturierung der gesamten lichtempfindlichen Schicht die Belichtungsstrahlen insbesondere scannend über die lichtempfindliche Schicht bzw. den entsprechenden Teilbereich geführt werden.As described above, the exposure of the photosensitive layer is parallelized as much as possible by simultaneously emitting a plurality of exposing beams to the layer to be exposed, each of which has a partial area incident on the photosensitive layer which is on the order of a diffraction disk. The near field optics serve to increase the resolution beyond the diffraction limit, ie. H. the exposure beam is reduced to a light spot whose extent z. B. may be an order of magnitude below the diffraction limit, so that the structuring of the entire photosensitive layer, the exposure beams are in particular scanned over the photosensitive layer or the corresponding portion.

Ein dem zweiten Aspekt zugeordnetes Verfahren zum strukturierten Belichten einer lichtempfindlichen Schicht umfasst: Erzeugen einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen, wobei jeder Belichtungsstrahl einem Teilbereich der lichtempfindlichen Schicht zugeordnet ist, sowie Bewegen der Belichtungsstrahlen über den bzw. relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich, wobei die Belichtungsstrahlen mit einer maximalen Intensität erzeugt werden, die größer ist als Intensitäts-Schwellwert zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht von einem zweiten Zustand in einen ersten Zustand, Anregen der lichtempfindlichen Schicht mit Anregungsstrahlung zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand, sowie Zurückführender lichtempfindlichen Schicht vom zweiten Zustand in den ersten Zustand in einem nicht zur Strukturierung vorgesehenen Bereich.A method for the structured exposure of a photosensitive layer assigned to the second aspect comprises: generating a plurality of in particular parallel exposure beams, each exposure beam being associated with a partial area of the photosensitive layer, and moving the exposure beams over the respective associated partial area, the exposure beams be generated with a maximum intensity which is greater than the intensity threshold for transferring the photosensitive layer from a second state to a first state, exciting the photosensitive layer with excitation radiation to transfer the photosensitive layer from the first state to the second state, and recycling Photosensitive layer from the second state to the first state in a non-structuring intended area.

Wie weiter oben dargestellt wird bei dem zweiten Aspekt eine lichtempfindliche Schicht mit einer definierten Intensitäts-Schaltschwelle genutzt, so dass bei geeigneter Wahl der Intensität der Belichtungsstrahlen die Auflösung über die Beugungsgrenze hinaus gesteigert werden kann. Hierbei kann durch die Anregungsstrahlung die lichtempfindliche Schicht reversibel von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand übergeführt und mittels der Belichtungsstrahlen in einem nicht zur Strukturierung vorgesehenen Bereich in den ersten Zustand zurückgeführt werden. Lediglich in dem zu strukturierenden Bereich, in welchem die Belichtungsstrahlung ein Minimum (oder ein Maximum, siehe oben) aufweist, wird die lichtempfindliche Schicht nicht in den ersten Zustand übergeführt und kann daher z. B. unter Verwendung von Fixierstrahlung in einen dauerhaft chemisch veränderten Zustand übergeführt werden.As described above, in the second aspect, a photosensitive layer having a defined intensity switching threshold is used, so that, with a suitable choice of the intensity of the exposure beams, the resolution can be increased beyond the diffraction limit. In this case, the photosensitive layer can be converted reversibly from the first state into the second state by the excitation radiation and returned to the first state by means of the exposure beams in an area not intended for structuring. Only in the region to be structured, in which the exposure radiation has a minimum (or a maximum, see above), the photosensitive layer is not converted to the first state and can therefore z. B. be converted using fixed radiation in a permanently chemically altered state.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigtEmbodiments are illustrated in the schematic drawing and will be explained in the following description. It shows

1 ein Detail einer lichtempfindlichen Schicht mit einer Mehrzahl von Teilbereichen, denen jeweils ein Belichtungsstrahl zugeordnet ist, 1 a detail of a photosensitive layer having a plurality of partial areas, to each of which an exposure beam is assigned,

2 eine schematische Darstellung einer Belichtungsanlage zur simultanen Erzeugung einer Mehrzahl von Belichtungsstrahlen sowie mit einer Nahfeld-Optik. 2 a schematic representation of an exposure system for the simultaneous generation of a plurality of exposure beams and with a near field optics.

3a–d schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele einer Nahfeld-Optik, 3a D schematic representations of different embodiments of a near-field optics,

4 eine schematische Darstellung einer Belichtungsanlage mit einer Rasteranordnung in Form eines LCD-Arrays, 4 a schematic representation of an exposure system with a grid arrangement in the form of an LCD array,

5 eine schematische Darstellung einer Belichtungsanlage mit einer Rasteranordnung in Form eines Leuchtdioden-Arrays, 5 a schematic representation of an exposure system with a grid arrangement in the form of a light-emitting diode array,

6 eine schematische Darstellung einer ortsabhängigen Intensitätsverteilung der Belichtungsstrahlung sowie einer Intensitäts-Schwelle der lichtempfindlichen Schicht, 6 a schematic representation of a location-dependent intensity distribution of the exposure radiation and an intensity threshold of the photosensitive layer,

7 eine Darstellung analog 6 mit einem Intensitätsminimum unterhalb der Intensitäts-Schwelle, 7 a representation analog 6 with an intensity minimum below the intensity threshold,

8 eine schematische Darstellung einer durch Überlagerung der Belichtungsstrahlung mit Anregungsstrahlung erzeugten Intensitätsverteilung, 8th a schematic representation of a generated by superimposition of the exposure radiation with excitation radiation intensity distribution,

9 eine schematische Darstellung einer Belichtungsanlage mit einer Anregungslichtquelle und einer Fixierlichtquelle sowie einem LED-Array, und 9 a schematic representation of an exposure system with an excitation light source and a Fixierlichtquelle and a LED array, and

10 eine schematische Darstellung analog 9 mit einem OLED-Array und einem Beleuchtungssystem. 10 a schematic representation analog 9 with an OLED array and a lighting system.

In 1 ist schematisch eine Detail einer lichtempfindlichen Schicht 1 gezeigt, welche eine Mehrzahl von quadratischen Teilbereichen 2a–h aufweist, denen jeweils ein Belichtungsstrahl 3 zugeordnet ist. Wie in 1 zu erkennen ist, liegt die Ausdehnung eines jeweiligen Teilbereichs 2a–h in der Größenordnung der durch einen gestrichelten Kreis dargestellten Ausdehnung 4 eines jeweiligen Belichtungsstrahls 3, d. h. ist im vorliegenden Fall ca. zehn Mal so groß wie die Ausdehnung 4 eines Belichtungsstrahls 3. Die lichtempfindliche Schicht 1 wird mit mehreren Belichtungsstrahlen 3 simultan belichtet, die in Abhängigkeit von einer auf dem lichtempfindlichen Substrat 1 zu erzeugenden Struktur einzeln an- oder abgeschaltet werden, wie nachfolgend anhand von 2 erläutert wird.In 1 is schematically a detail of a photosensitive layer 1 shown having a plurality of quadratic subareas 2a Each having an exposure beam 3 assigned. As in 1 can be seen, lies the extent of a particular subarea 2a -H in the order of the extent represented by a dashed circle 4 of a respective exposure beam 3 , ie in the present case about ten times as large as the extent 4 an exposure beam 3 , The photosensitive layer 1 comes with several exposure beams 3 simultaneously exposed, depending on one on the photosensitive substrate 1 to be generated structure individually on or off, as described below with reference to 2 is explained.

2 zeigt eine Belichtungsanlage 5 zur Belichtung der lichtempfindlichen Schicht 1, die auf einem Substrat 6 (Wafer) angebracht ist. Die Belichtungsanlage 5 weist eine Licht-Erzeugungseinrichtung 7 auf. Diese umfasst eine Lichtquelle 7a in Form eines Lasers zur Erzeugung von Belichtungsstrahlung mit einer Wellenlänge von z. B. 193 nm oder 157 nm. Die Lichtquelle 7a dient der vollflächigen Beleuchtung einer Rasteranordnung 8, welche als Mikro-Mirror-Array (MMA) ausgebildet ist. Das Mikro-Mirror-Array weist eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Rasterelementen 9 in Form von Spiegelelementen auf. Das Mikro-Mirror-Array 8 kann hierbei z. B. eine Matrix-Anordnung von ca. 4000 × 2000 Rasterelementen 9 aufweisen, wobei ein Rasterelement 9 (im Folgenden: Einzelspiegel), z. B. eine Fläche von ca. 16 μm × 16 μm aufweisen kann. Am Markt verfügbare MMAs weisen Schaltfrequenzen im Bereich von ca. 5 kHz auf, um einen Einzelspiegel 9 aus einer (aktiven) Grundstellung, bei welcher der Einzelspiegel 9 in einer Ebene 10 parallel zur Ebene der lichtempfindlichen Schicht 1 angeordnet ist, in eine verkippte Stellung zu bewegen, die in 2 zur Vereinfachung nur bei einem einzigen Einzelspiegel 9 gezeigt ist. Der Durchsatz der zu belichtenden Wafer 6 liegt bei einer Schaltfrequenz von ca. 5 kHz bei ca. 100 Wafern pro Stunde. 2 shows an exposure system 5 for exposure of the photosensitive layer 1 on a substrate 6 (Wafer) is attached. The exposure system 5 has a light-generating device 7 on. This includes a light source 7a in the form of a laser for generating exposure radiation having a wavelength of e.g. B. 193 nm or 157 nm. The light source 7a serves the full-surface illumination of a grid arrangement 8th , which is designed as a micro-mirror array (MMA). The micro-mirror array has a plurality of individually controllable raster elements 9 in the form of mirror elements. The micro-mirror array 8th can hereby z. B. a matrix arrangement of about 4000 × 2000 raster elements 9 having a raster element 9 ('individual mirror'), eg B. may have an area of about 16 microns × 16 microns. MMAs available on the market have switching frequencies in the range of about 5 kHz to a single mirror 9 from an (active) basic position, in which the individual mirror 9 in a plane 10 parallel to the plane of the photosensitive layer 1 is arranged to move into a tilted position in 2 to simplify only a single mirror 9 is shown. The throughput of the wafers to be exposed 6 is at a switching frequency of about 5 kHz at about 100 wafers per hour.

Da die Einzelspiegel 9 des MMAs 8 jeweils durch nicht reflektierende Bereiche voneinander getrennt sind, entsteht an dem MMA 8 eine Vielzahl von Belichtungsstrahlen 3, welche je nach Stellung eines jeweiligen Einzelspiegels 9 zur lichtempfindlichen Schicht 1 oder in einen Raumbereich neben dieser umgelenkt werden. Die jeweilige Schaltstellung der Einzelspiegel 9 und damit das von dem MMA 8 erzeugte Muster hängen von der auf der lichtempfindlichen Schicht 1 zu erzeugenden Struktur ab. Eine Steuerungseinrichtung 11 dient der Ansteuerung des MMAs 8 in Abhängigkeit von der vorgegebenen, an der lichtempfindlichen Schicht 1 zu erzeugenden Struktur.Because the individual mirror 9 of the MMA 8th are separated from each other by non-reflective areas, arises at the MMA 8th a variety of exposure beams 3 , which depending on the position of each individual mirror 9 to the photosensitive layer 1 or be redirected to a room area next to it. The respective switching position of the individual mirrors 9 and that from the MMA 8th generated patterns depend on that on the photosensitive layer 1 structure to be generated. A control device 11 is used to control the MMA 8th depending on the given, on the photosensitive layer 1 structure to be generated.

Die Belichtungsstrahlen 3, welche an dem MMA 8 zur lichtempfindlichen Schicht 1 umgelenkt werden, sind parallel zueinander ausgerichtet und deren Ausbreitungsrichtung verläuft senkrecht zur lichtempfindlichen Schicht 1. Ein Objektiv 12 dient der verkleinernden Abbildung (z. B. um Faktor 10) der Belichtungsstrahlen 3 bzw. der Ebene 10 mit dem MMA 8 auf die lichtempfindliche Schicht 1.The exposure beams 3 , which at the MMA 8th to the photosensitive layer 1 are deflected parallel to each other and their propagation direction is perpendicular to the photosensitive layer 1 , A lens 12 is used to reduce the size of the exposure rays (eg by a factor of 10) 3 or the level 10 with the MMA 8th on the photosensitive layer 1 ,

Wie in 1 zu erkennen ist, überdeckt ein jeweiliger Belichtungsstrahl 3 nur einen Teil der Oberfläche eines ihm zugeordneten Teilbereichs 2a–2h. Zur vollflächigen Strukturierung der lichtempfindlichen Schicht 1 in einem zu strukturierenden Bereich weist die Belichtungsanlage 5 daher eine Bewegungseinrichtung 13 auf, welche eine Linearbewegungseinheit 14 zum Verschieben des MMAs 8 entlang der X-Richtung eines in 2 gezeigten XYZ-Koordinatensystems aufweist. Eine entsprechende (nicht gezeigte) Linearbewegungseinheit dient der Verschiebung des MMAs in Y-Richtung. Mit Hilfe der Bewegungseinrichtung 13 kann der MMA 8 in X-Richtung und in Y-Richtung über eine Strecke verschoben werden, die ungefähr der Kantenlänge eines jeweiligen Teilbereichs 2a–2h entspricht, um die gesamte lichtempfindliche Schicht 1 in einem gewünschten Bereich zu strukturieren. Die Steuereinrichtung 11 ist hierbei mit der Linearbewegungseinheit 14 gekoppelt, um deren Auslenkung in X-Richtung (sowie der weiteren Linearbewegungseinheit in Y-Richtung) zu steuern. Es versteht sich, dass an dem Wafer 6 eine Vielzahl von benachbarten Bereichen gebildet sind, die auf die oben beschriebene Weise strukturiert werden können, indem die Bewegungseinrichtung 13 die Bewegung des MMAs 8 (und ggf. des Wafers 6) geeignet steuert.As in 1 can be seen, covers a respective exposure beam 3 only a part of the surface of a subarea assigned to it 2a - 2h , For full-surface structuring of the photosensitive layer 1 in an area to be structured has the exposure system 5 therefore a movement device 13 on which a linear motion unit 14 to move the MMA 8th along the X direction of an in 2 having shown XYZ coordinate system. A corresponding (not shown) linear motion unit is used for the displacement of the MMA in the Y direction. With the help of the movement device 13 can the MMA 8th in the X direction and in the Y direction over a distance which is approximately the edge length of a respective subarea 2a - 2h corresponds to the entire photosensitive layer 1 to structure in a desired area. The control device 11 is here with the linear motion unit 14 coupled to control their deflection in the X direction (as well as the other linear motion unit in the Y direction). It is understood that on the wafer 6 a plurality of adjacent areas are formed, which can be structured in the manner described above by the moving means 13 the movement of the MMA 8th (and possibly the wafer 6 ) controls suitably.

Die Belichtungsanlage 5 weist zusätzlich eine Nahfeld-Optik 15 auf, welche in unmittelbarer Nähe zur lichtempfindlichen Schicht 1 angeordnet ist. Eine weitere Linearbewegungseinheit 14a ist mit der Steuereinrichtung 11 gekoppelt, um diese synchron mit dem MMA 8 in X-Richtung zu verschieben. Eine entsprechende Kopplung besteht auch mit einer weiteren, nicht gezeigten Linearverschiebeeinheit zur Verschiebung der Nahfeld-Optik 15 in Y-Richtung.The exposure system 5 also has near field optics 15 which is in close proximity to the photosensitive layer 1 is arranged. Another linear motion unit 14a is with the control device 11 coupled to these in sync with the MMA 8th to move in the X direction. A corresponding coupling also exists with a further linear displacement unit (not shown) for shifting the near-field optical system 15 in the Y direction.

Die Nahfeld-Optik 15 dient der Umwandlung eines jeweiligen Belichtungsstrahls 3 in eine evaneszente Welle. Auf diese Weise kann die Ausdehnung des Belichtungsstrahle 3 auf die Größe eines Lichtspots 16 (vgl. 1) reduziert werden, welcher deutlich kleiner ist als die (beugungsbegrenzte) Ausdehnung 4 des Belichtungsstrahls 3 vor der Nahfeld-Optik 15. Durch die Nahfeld-Optik 15 kann somit die Auflösung der Belichtungsanlage 5 über die Beugungsgrenze hinaus erhöht werden.The near field optics 15 serves to convert a respective exposure beam 3 into an evanescent wave. In this way, the expansion of the exposure beams 3 to the size of a light spot 16 (see. 1 ), which is significantly smaller than the (diffraction-limited) extent 4 of the exposure beam 3 in front of the near field optics 15 , Through the near field optics 15 can thus the Resolution of the exposure system 5 be increased beyond the diffraction limit.

Mehrere Ausführungsbeispiele für die Nahfeld-Optik 15 werden nachfolgend anhand der 3a–d näher beschrieben. Den dort gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, das ein Abstand a zwischen der Seite der Nahfeld-Optik 15, an welcher die evaneszente Welle austritt, in der Größenordnung der Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahlung liegt und in 3a–c kleiner als diese Wellenlänge λ_B ist.Several embodiments for the near field optics 15 will be described below on the basis of 3a -D described in more detail. The embodiments shown there are common, that is a distance a between the side of the near field optics 15 at which the evanescent wave emerges is on the order of the wavelength λ _{B of} the exposure radiation and in 3a -C is smaller than this wavelength λ _B.

Dies ist günstig, da die Intensität einer jeweils aus der Nahfeld-Optik 15 austretenden evaneszenten Welle 17 exponentiell mit dem Abstand „a” vom Austritt abnimmt, d. h. es gilt: I(a) = I₀ × Exp(–k·a), wobei I₀ die Intensität beim Austritt und k eine Proportionalitätskonstante bezeichnen. Ist die Nahfeld-Optik 15 daher zu weit von der lichtempfindlichen Schicht 1 entfernt, ist die Intensität der evaneszenten Welle zu gering, um die lichtempfindliche Schicht 1 zu belichten.This is favorable, since the intensity of each one from the near-field optics 15 escaping evanescent wave 17 exponentially with the distance "a" from the exit, ie: I (a) = I ₀ × Exp (-k · a), where I ₀ denotes the intensity at the exit and k a proportionality constant. Is the near field optics 15 therefore too far from the photosensitive layer 1 removed, the intensity of the evanescent wave is too low to the photosensitive layer 1 to expose.

Bei dem in 3a gezeigten Beispiel ist die Nahfeld-Optik 15 als Lochmaske ausgebildet und weist ein für die Belichtungsstrahlen 3 transparentes Substrat 18 als Träger sowie eine dem lichtempfindlichen Substrat 1 zugewandte, plane Sperrschicht 19 aus Chrom mit einer Mehrzahl von Durchrittsöffnungen 20 auf, deren Durchmesser D geringer ist als die verwendete Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahlen 3. Die Sperrschicht 19 weist eine Dicke von ca. 80 nm auf und ist bei der verwendeten Wellenlänge λ_B von 193 nm für die Belichtungsstrahlen 3 nicht mehr durchlässig. Die durch das Objektiv 12 bedingte, beugungsbegrenzte Ausdehnung (Airy-Scheibchen) 4 der Belichtungsstrahlen 3 beim Eintritt in die Nahfeld-Optik 15 wird mittels der Sperrschicht 19 bzw. der Durchtrittsöffnungen 20 auf die in 1 dargestellte Ausdehnung des Lichtspots 16 reduziert.At the in 3a example shown is the near field optics 15 formed as a shadow mask and has a for the exposure beams 3 transparent substrate 18 as a support and a photosensitive substrate 1 facing, plane barrier layer 19 made of chrome with a plurality of openings 20 whose diameter D is less than the used wavelength λ _{B of} the exposure beams 3 , The barrier layer 19 has a thickness of about 80 nm and is at the used wavelength λ _B of 193 nm for the exposure beams 3 no longer permeable. The through the lens 12 conditional, diffraction-limited extent (Airy slices) 4 the exposure beams 3 when entering the near field optics 15 is by means of the barrier layer 19 or the passage openings 20 on the in 1 illustrated extent of the light spot 16 reduced.

3b zeigt ein Ausführungsbeispiel der Nahfeld-Optik 15, bei welcher das transparente Substrat 19 eine Oberflächenstruktur in Form von kegelförmigen Spitzen 21 aufweist, welche als Mikrooptik dienen. Die Durchtrittsöffnungen 20 in der Sperrschicht 19 befinden sich hierbei am äußersten Ende der kegelförmigen Spitzen 21, welches in einem Abstand a zur lichtempfindlichen Schicht 1 angeordnet ist, der kleiner ist als die Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahlung. 3b shows an embodiment of the near field optics 15 in which the transparent substrate 19 a surface structure in the form of conical tips 21 which serve as a micro-optic. The passages 20 in the barrier layer 19 are here at the extreme end of the conical tips 21 which is at a distance a from the photosensitive layer 1 is arranged, which is smaller than the wavelength λ _{B of} the exposure radiation.

Bei zwei in 3c, d gezeigten Beispielen verläuft die Lichtausbreitungsrichtung der Belichtungsstrahlen 3 unter einem Winkel α zur Nahfeld-Optik 15 bzw. zum lichtempfindlichen Substrat 1. Dies kann z. B. bei der Belichtungsanlage 5 von 2 erreicht werden, indem von der parallelen Ausrichtung des MMAs 8 zur lichtempfindlichen Schicht 1 abgewichen wird. Die Belichtungsstrahlen 3 sind hierbei parallel zur Einfallsebene polarisiert, welche der Zeichenebene entspricht. Die Polarisation der Belichtungsstrahlen 3 kann durch geeignete Polarisationsfilter (nicht gezeigt) erfolgen. Da die Laser-Lichtquelle 7 (vgl. 2) typischer Weise ohnehin linear polarisierte Belichtungsstrahlung erzeugt, kann bei geeigneter Ausrichtung der Laser-Lichtquelle 7 relativ zur lichtempfindlichen Schicht 1 ggf. auf einen Polarisationsfilter verzichtet werden.At two in 3c In the examples shown, the light propagation direction of the exposure rays is 3 at an angle α to the near field optics 15 or to the photosensitive substrate 1 , This can be z. B. in the exposure system 5 from 2 be achieved by the parallel orientation of the MMA 8th to the photosensitive layer 1 is deviated. The exposure beams 3 are polarized parallel to the plane of incidence, which corresponds to the plane of the drawing. The polarization of the exposure beams 3 can be done by suitable polarizing filters (not shown). Because the laser light source 7 (see. 2 ) typically generates linearly polarized exposure radiation anyway, can, with appropriate alignment of the laser light source 7 relative to the photosensitive layer 1 if necessary, to dispense with a polarizing filter.

Bei dem in 3c gezeigten Beispiel weist die Nahfeld-Optik ein dielektrisches Substrat 22 mit einer Mehrzahl von in das dielektrische Substrat 22 eingebetteten Metallspitzen 23 auf, die voneinander elektrisch isoliert sind. Hierbei dienen die einfallenden Belichtungsstrahlen 3 zur Anregung von Oberflächen-Plasmonen in einer jeweiligen Metallspitze 23 und induzieren dort ein elektrisches Wechselfeld, welches am spitz zulaufenden Ende der Metallspitzen 23 maximal verdichtet ist und als evaneszente Welle 17 aus diesen austritt. Bei kleinem Abstand a zwischen einer jeweiligen Spitze 23 und der lichtempfindlichen Schicht 1 ist die Intensität der evaneszenten Welle 17 ausreichend, um die lichtempfindliche Schicht 1 in einem sehr kleinen Bereich um die Metallspitze 23 herum zu belichten. Falls die mechanische Beständigkeit der lichtempfindlichen Schicht 1 dies zulässt, können die metallischen Spitzen 23 auch in direktem Kontakt mit dieser stehen.At the in 3c As shown, the near-field optic has a dielectric substrate 22 with a plurality of in the dielectric substrate 22 embedded metal tips 23 on, which are electrically isolated from each other. Here are the incident exposure beams 3 for excitation of surface plasmons in a respective metal tip 23 and induce there an alternating electric field, which at the tapered end of the metal tips 23 is maximally compressed and as an evanescent wave 17 emerges from these. At a small distance a between a respective tip 23 and the photosensitive layer 1 is the intensity of the evanescent wave 17 sufficient to the photosensitive layer 1 in a very small area around the metal tip 23 to illuminate around. If the mechanical resistance of the photosensitive layer 1 This allows the metallic tips 23 also be in direct contact with this.

Um die Oberflächen-Plasmonen anzuregen, muss zusätzlich die Wellenzahl der verwendeten Belichtungsstrahlen 3 an die Plasmafrequenz des verwendeten Metalls angepasst werden, was über das dielektrische Substrat 22 erfolgen kann. Im vorliegenden Beispiel, bei dem die Belichtungsstrahlen 3 eine Wellenlänge λ_B von ca. 193 nm aufweisen, eignet sich z. B. Aluminium als Material für die metallischen Spitzen 23.In addition, to excite the surface plasmons, the wavenumber of the exposure beams used must be 3 be adapted to the plasma frequency of the metal used, which is via the dielectric substrate 22 can be done. In the present example, where the exposure beams 3 have a wavelength λ _B of about 193 nm, z. As aluminum as a material for the metallic tips 23 ,

Bei dem in 3d gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Nahfeld-Optik 15 von 3c um eine so genannte Superlinse 24 erweitert. Die Superlinse 24 ist an der der lichtempfindlichen Schicht 1 zugewandten Seite der Nahfeld-Optik 15 angebracht und besteht aus einer ersten dielektrischen Schicht 24a und einer zweiten dielektrischen Schicht 24c, zwischen denen eine metallische Schicht 24b angeordnet ist. Auch bei der Superlinse 24 werden Oberflächen-Plasmonen angeregt. Diese ermöglichen eine Abbildung der aus der Nahfeld-Optik 15 austretenden evaneszenten Wellen 17 auf das lichtempfindliche Substrat 1, wobei die evaneszenten Wellen 17 nahezu ungedämpft transportiert werden. Dies ist möglich, da die Superlinse 24 eine für die Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahen 3 negative Brechzahl aufweist. Die Dicken der (planen) Schichten 24a–c liegen hierbei typischer Weise in der Größenordnung der Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahlen 3. Im vorliegenden Beispiel einer Wellenlänge λ_B von ca. 193 nm hat sich die Verwendung einer metallischen Schicht 24b aus Aluminium als günstig erwiesen. Als dielektrische Schichten 24a, c können hierbei z. B. Quarzglasschichten verwendet werden. Wie in 3d ebenfalls zu erkennen ist, kann der Abstand a zwischen dem Austritt der evaneszenten Wellen 17 und dem lichtempfindlichen Substrat 1 größer gewählt werden als bei den in 3a–c beschriebenen Beispielen. Es versteht sich, dass eine Superlinse 24 auch bei den in 3a–c gezeigten Nahfeld-Optiken verwendet werden kann.At the in 3d shown embodiment, the near field optics 15 from 3c around a so-called super lens 24 extended. The super lens 24 is at the photosensitive layer 1 facing side of the near field optics 15 attached and consists of a first dielectric layer 24a and a second dielectric layer 24c , between which a metallic layer 24b is arranged. Also with the super lens 24 surface plasmons are excited. These allow a mapping of the near-field optics 15 escaping evanescent waves 17 on the photosensitive substrate 1 , where the evanescent waves 17 be transported almost undamped. This is possible because the super lens 24 one for the wavelength λ _{B of} the exposure 3 has negative refractive index. The thicknesses of the (plan) layers 24a -C are typically on the order of the wavelength λ _{B of} the exposure beams 3 , In the present example, a wavelength λ _B of about 193 nm, the use of a metallic layer 24b Made of aluminum proved favorable. As dielectric layers 24a , c can hereby z. B. quartz glass layers are used. As in 3d can also be seen, the distance a between the exit of the evanescent waves 17 and the photosensitive substrate 1 be chosen larger than the in 3a -C described examples. It is understood that a super lens 24 also at the in 3a -C shown near-field optics can be used.

Wie in 3c gezeigt ist, kann die Belichtungsanlage 5 zusätzlich eine Detektoreinrichtung 25 zur ortsaufgelösten Detektion der Intensität der an dem dielektrischen Substrat 22 der Nahfeld-Optik 15 reflektierten Belichtungsstrahlen 3 aufweisen. Die Intensität des reflektierten Lichts kann durch eine solche ortsauflösende Detektoreinrichtung 25, z. B. in Form einer CCD-Kamera oder dergleichen, kanalweise, d. h. für jeden Belichtungsstrahl 3 einzeln, gemessen werden. Auf diese Weise kann indirekt der Energieeintrag eines jeweiligen Belichtungsstrahls 3 bzw. der von diesem erzeugten evaneszenten Welle 17 in der lichtempfindlichen Schicht 1 gemessen werden, denn je weniger Energie in die lichtempfindliche Schicht 1 eingebracht wird, desto mehr Energie wird reflektiert und umgekehrt.As in 3c Shown is the exposure system 5 additionally a detector device 25 for spatially resolved detection of the intensity of the at the dielectric substrate 22 the near field optics 15 reflected exposure rays 3 exhibit. The intensity of the reflected light can be determined by such a spatially resolving detector device 25 , z. B. in the form of a CCD camera or the like, channel by channel, ie for each exposure beam 3 individually, be measured. In this way can indirectly the energy input of a respective exposure beam 3 or the evanescent wave generated by this 17 in the photosensitive layer 1 be measured, because the less energy in the photosensitive layer 1 is introduced, the more energy is reflected and vice versa.

Im Gegensatz zu den in 3a, b gezeigten Nahfeld-Optiken 15 in Form von Lochmasken ist bei der Anregung von Oberflächen-Plasmonen der Energieübertrag effizienter, weil die Plasmonen die Lichtenergie „großflächig” Aufnehmen und diese im Wesentlichen über die metallischen Spitzen 23 wieder abgeben können. Bei den in 3a, b beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das geometrische Verhältnis zwischen dem Durchmesser D der Durchtrittsöffnungen 20 und der Gesamtfläche der Lochmaske entscheidend.Unlike the in 3a , b shown near-field optics 15 in the form of shadow masks, the energy transfer is more efficient in the excitation of surface plasons, because the plasmon absorbs the light energy "large area" and this essentially on the metallic tips 23 can give away again. At the in 3a , B described embodiments, the geometric relationship between the diameter D of the passage openings 20 and the total area of the shadow mask crucial.

Da die im Nahfeld in die lichtempfindliche Schicht 1 übergekoppelte Intensität stark abstandsabhängig ist, kann, wie in 3c gezeigt, eine Abstandsbestimmungseinrichtung 26 zur Abstandsbestimmung zwischen der Nahfeld-Optik 15 und dem lichtempfindlichen Substrat 1 in der Belichtungsanlage 5 angeordnet sein. Die Abstandsbestimmungseinrichtung 26 kann den lokalen Abstand a und insbesondere eine ggf. erfolgende Verkippung der Nahfeld-Optik 15 bezüglich des lichtempfindlichen Substrats 1 anhand der von der Detektoreinrichtung 25 aufgenommenen Intensität bestimmen. Durch die Bestimmung des Abstandes a an mehreren Orten kann auf eine Verkippung der Nahfeld-Optik 15 geschlossen werden, welche ggf. mittels (nicht gezeigter) Manipulatoren, z. B. in Form von Piezo-Aktoren, kompensiert werden kann. Der mit Hilfe der Abstandsbestimmungseinrichtung 26 bestimmte Abstand a kann auf einen gewünschten Abstand eingestellt bzw. geregelt werden, um eine Fokuskontrolle bzw. eine Fokuslagenregelung zu ermöglichen.Since the near field in the photosensitive layer 1 coupled intensity is highly distance dependent, can, as in 3c shown a distance determination device 26 for determining the distance between the near field optics 15 and the photosensitive substrate 1 in the exposure system 5 be arranged. The distance determination device 26 can the local distance a and in particular a possibly occurring tilting of the near field optics 15 with respect to the photosensitive substrate 1 on the basis of the detector device 25 determine recorded intensity. By determining the distance a at a plurality of locations, tilting of the near-field optics can take place 15 closed, which if necessary by means of manipulators (not shown), for. B. in the form of piezo actuators can be compensated. The with the aid of the distance determination device 26 certain distance a can be adjusted or regulated to a desired distance to allow a focus control or a focus position control.

Falls der Abstand a zwischen den Kegelspitzen 21 und der lichtempfindlichen Schicht 1 lokal unterschiedlich variiert, kann die exponentielle Abhängigkeit der Tunneleffizienz vom Abstand a ausgenutzt werden, um die dadurch entstehende Inhomogenität der Lichtverteilung auf der lichtempfindlichen Schicht 1 durch eine geeignete Beeinflussung der Intensitätsverteilung vor der Nahfeld-Optik 15 zu kompensieren.If the distance a between the cone tips 21 and the photosensitive layer 1 varies locally varies, the exponential dependence of the tunneling efficiency of the distance a can be exploited to the resulting inhomogeneity of the light distribution on the photosensitive layer 1 by a suitable influencing of the intensity distribution in front of the near field optics 15 to compensate.

Zu diesem Zweck sind die Detektoreinrichtung 25 und ggf. auch die Abstandsbestimmungseinrichtung 26 mit der Steuerungseinrichtung 11 (vgl. 2) verbunden, welche die detektierten bzw. gemessenen Daten auswertet und in Abhängigkeit von diesen einen vor dem Objektiv 12 angeordneten Graufilter 27 ansteuert, der eine kanalweise, d. h. individuelle Modulation der Intensität jedes einzelnen Belichtungsstrahls 3 erlaubt. Die Steuerungseinrichtung 11 moduliert hierbei die Intensität der Belichtungsstrahlen 3 derart, dass eine möglichst uniforme Intensität der Belichtungsstrahlen 3 auf der lichtempfindlichen Schicht 1 erhalten wird. Es versteht sich, dass zusätzlich oder alternativ zur Einstellung der Intensität auch weitere Maßnahmen zur Modulation der Belichtungsstrahlen 3 vorgesehen werden können, z. B. eine Beeinflussung der Polarisation der Belichtungsstrahlen 3 mit Hilfe von kanalweise, d. h. individuell modulierenden Polarisatoreinrichtungen.For this purpose, the detector device 25 and optionally also the distance determination device 26 with the control device 11 (see. 2 ), which evaluates the detected or measured data and in dependence on these one in front of the lens 12 arranged gray filter 27 which controls a channel-wise, ie individual modulation of the intensity of each individual exposure beam 3 allowed. The control device 11 modulates the intensity of the exposure beams 3 such that the most uniform possible intensity of the exposure beams 3 on the photosensitive layer 1 is obtained. It is understood that additionally or alternatively to the adjustment of the intensity, further measures for the modulation of the exposure beams 3 can be provided, for. B. an influence on the polarization of the exposure beams 3 with the help of channel-wise, ie individually modulating polarizer devices.

4 und 5 zeigen zwei weitere Beispiele von Belichtungsanlagen 5, bei denen die Licht-Erzeugungseinrichtung 7 sich jeweils von der in 2 gezeigten unterscheidet. Die Licht-Erzeugungseinrichtung 7 von 4 weist ein Beleuchtungssystem 7b auf, welches die von der Laser-Strahlquelle 7a ausgehende Laserstrahlung aufweitet und eine Matrixanordnung in Form eines LCD-Arrays 8a homogen ausleuchtet. Die einzelnen Rasterelemente 9a (Pixel) des LCD-Arrays 8a können in Abhängigkeit von der an der lichtempfindlichen Schicht 1 zu erzeugenden Struktur an- oder ausgeschaltet werden, so dass eine gewünschtes Muster von Belichtungsstrahlen 3 erhalten wird. Die Rasterelemente 9a können hierbei z. B. eine Ausdehnung von 2,9 μm × 2,9 μm bei einer Größe von 100 mm × 100 mm aufweisen, wie dies z. B. bei dem unter „ http://www.lgblog.de/2009/06/15/kleinstes-lcd-display-der-welt-mit-vga-auflosung/ ” beschriebenen LCD-Array mit VGA-Auflösung der Fall ist. 4 and 5 show two more examples of exposure equipment 5 in which the light-generating device 7 each of the in 2 shown differs. The light-generating device 7 from 4 has a lighting system 7b on which the from the laser beam source 7a outgoing laser radiation expands and a matrix arrangement in the form of an LCD array 8a illuminated homogeneously. The individual grid elements 9a (Pixels) of the LCD array 8a depending on the photosensitive layer 1 be turned on or off to be generated structure, so that a desired pattern of exposure beams 3 is obtained. The raster elements 9a can hereby z. B. have an extension of 2.9 microns × 2.9 microns at a size of 100 mm × 100 mm, as z. B. in the under " http://www.lgblog.de/2009/06/15/kleinstes-lcd-display-der-welt-mit-vga-auflosung/ "Described VGA resolution LCD array is the case.

Die von dem LCD-Array 8a erzeugte Lichtverteilung der Belichtungsstrahlen 3 wird von dem Objektiv 12, welches wie in 2 eine numerische Apertur NA = 1 aufweist, auf die Bildebene mit der lichtempfindlichen Schicht 1 mindestens um einen Faktor 10 verkleinert übertragen, so dass auf dieser ein Abbild des Musters der aktiven Rasterelemente 9a des LCD-Arrays 8a z. B. mit einer Größe von 10 mm × 10 mm entsteht. Die Ausdehnung eines jeden Belichtungsstrahls 3 auf der lichtempfindlichen Schicht 1 entspricht hierbei der Auflösung (nach Abbe) des verwendeten Objektivs 12.The from the LCD array 8a generated light distribution of the exposure beams 3 gets from the lens 12 which is like in 2 has a numerical aperture NA = 1 on the image plane with the photosensitive layer 1 at least reduced by a factor of 10, so that on this one Image of the pattern of the active grid elements 9a of the LCD array 8a z. B. with a size of 10 mm × 10 mm is formed. The extent of each exposure beam 3 on the photosensitive layer 1 This corresponds to the resolution (after Abbe) of the lens used 12 ,

Wenn man für das Objektiv 12 eine numerische Apertur NA = 1, einen k-Faktor von 0,5 (beispielsweise erzeugt durch eine Annulus-Blende in der Pupillenebene des Objektivs 12), sowie eine Wellenlänge λ_B der Belichtungsstrahlen 3 von 193 nm annimmt, so ergibt die Formel für den noch möglichen auflösbaren Abstand zwischen zwei Lichtpunkten (d = k × λ_B/NA) d = 0,5 × 193 nm/1, d. h. ungefähr 100 nm. Setzt man die durch geeignete Maßnahmen (siehe oben bzw. unten) tatsächlich erreichte Auflösung zu 10 nm an, so muss die an der lichtempfindlichen Schicht 1 von einem auftreffenden Belichtungsstrahl 3 gebildete Fläche von 100 nm × 100 nm in mindestens 20 × 20 = 400 Teilschritten abgerastert werden.When looking for the lens 12 a numerical aperture NA = 1, a k-factor of 0.5 (for example, generated by an annulus aperture in the pupil plane of the objective 12 ), and a wavelength λ _{B of} the exposure beams 3 of 193 nm, the formula for the still possible resolvable distance between two light points (d = k × λ _B / NA) gives d = 0.5 × 193 nm / 1, ie approximately 100 nm. If this is done by appropriate measures (see above or below) actually achieved resolution to 10 nm, so on the photosensitive layer 1 from an incident exposure beam 3 The recorded area of 100 nm × 100 nm should be scanned in at least 20 × 20 = 400 sub-steps.

Zu diesem Zweck kann das LCD-Array 8a mit Hilfe der Bewegungseinrichtung 13 bzw. einer Linearbewegungseinheit 14 schrittweise in 5 nm-Schritten oder kontinuierlich (mit konstanter Geschwindigkeit) in Z-Richtung verfahren werden, wobei die Bewegung mit der Belichtung synchronisiert ist, d. h. die schaltbaren Rasterelemente 9a werden in Abhängigkeit von der jeweils zu erzeugenden Struktur an- bzw. abgeschaltet. Es versteht sich, dass eine zweite (nicht gezeigte) Linearverschiebeeinheit der Verschiebung des LCD-Arrays 8a in Y-Richtung dient. Es versteht sich weiterhin, dass zusätzlich oder alternativ auch der Wafer 6 mittels geeigneter Verschiebeeinrichtungen in der Ebene, in welcher die lichtempfindliche Schicht 1 angeordnet ist, verschoben werden kann.For this purpose, the LCD array 8a with the help of the movement device 13 or a linear motion unit 14 in steps of 5 nm or continuously (at constant speed) in the Z-direction, the movement being synchronized with the exposure, ie the switchable raster elements 9a are switched on or off depending on the structure to be generated. It is understood that a second (not shown) linear displacement unit of the displacement of the LCD array 8a in the Y direction. It is further understood that additionally or alternatively, the wafer 6 by means of suitable displacement devices in the plane in which the photosensitive layer 1 is arranged, can be moved.

Wenn man annimmt, dass das LCD-Array 8a mit einer Schaltfrequenz von 500 Hz arbeitet, kann das 10 mm × 10 mm-Feld auf dem Wafer 6 in ca. 0,8 Sekunden belichtet werden. Ein handelsüblicher Wafer 6 weist ca. 700 solcher 10 mm × 10 mm-Zellen auf und könnte daher nach ca. 560 Sekunden belichtet werden, woraus sich ein Durchsatz von ca. 8 Wafern pro Stunde ergibt. Limitierend für die Belichtungsgeschwindigkeit wirkt hierbei hauptsächlich die Schaltfrequenz der Rasterelemente 9a (Pixel) des LCD-Arrays 8a (Schaltzeit ca. 2 ns). Es versteht sich, dass bei LCD-Arrays, die zukünftig entwickelt werden, ggf. eine Erhöhung der Schaltfrequenzen erfolgt bzw. durch die Anpassung von LCD-Arrays an die vorliegende Anwendung (nur Ein/Aus) die Schaltzeiten gesteigert werden können, so dass der mit der in 4 gezeigten Belichtungsanlage 5 erreichbare Durchsatz gesteigert werden kann.Assuming that the LCD array 8a operating at a switching frequency of 500 Hz, the 10 mm × 10 mm field on the wafer can 6 be exposed in about 0.8 seconds. A commercial wafer 6 has about 700 such 10 mm × 10 mm cells and could therefore be exposed after about 560 seconds, resulting in a throughput of about 8 wafers per hour. The limiting factor for the exposure speed is mainly the switching frequency of the raster elements 9a (Pixels) of the LCD array 8a (Switching time approx. 2 ns). It is understood that with LCD arrays, which are developed in the future, possibly an increase in the switching frequencies takes place or by adapting LCD arrays to the present application (only on / off), the switching times can be increased, so that the with the in 4 shown exposure system 5 achievable throughput can be increased.

Eine deutliche Reduzierung der Schaltzeiten ist bei der in 5 gezeigten Belichtungsanlage 5 möglich, bei welcher die Licht-Erzeugungseinheit 7 eine Rasteranordnung in Form eines Laserdioden-Arrays 8b mit einer Mehrzahl von schaltbaren Laser-Dioden 9b als Lichtquellen aufweist, deren Anzahl im Wesentlichen mit derjenigen des in 4 gezeigten LCD-Arrays 8a übereinstimmt. Bei einem solchen Laserdioden-Array 8b können die Schaltzeiten um ca. einen Faktor 2000 geringer ausfallen, so dass ein theoretischer Durchsatz von ca. 16000 Wafern möglich ist, d. h. die Schaltzeiten wirken hierbei nicht limitierend, sofern ausreichend Belichtungsstrahlung vorhanden ist. An Stelle der Laserdioden 9b können auch OLEDs verwendet werden, diese erzeugen aber nur eine Leistung von ca. 10 mW/cm² auf dem lichtempfindlichen Substrat 1, während die mit einem herkömmlichen 193 nm-Laser erzeugbare Leistung bei ca. 100 W/cm² liegt, d. h. ca. 10000 mal größer ist. Aufgrund der geringen zur Verfügung stehenden Lichtintensität können mit einem OLED-Array ggf. ebenfalls nur ca. 5 Wafer pro Stunde belichtet werden. Auch arbeiten OLEDs mit sichtbarem Licht, so dass die Ausdehnung der jeweils auf die lichtempfindliche Schicht 1 auftreffenden Belichtungsstrahlen 3 verhältnismäßig groß ist.A significant reduction in the switching times is in the case of 5 shown exposure system 5 possible, in which the light-generating unit 7 a raster arrangement in the form of a laser diode array 8b with a plurality of switchable laser diodes 9b as light sources, the number of which substantially coincides with that of in 4 shown LCD arrays 8a matches. In such a laser diode array 8b The switching times can be smaller by about a factor of 2000, so that a theoretical throughput of about 16000 wafers is possible, ie the switching times do not have a limiting effect, provided that sufficient exposure radiation is present. In place of the laser diodes 9b It is also possible to use OLEDs, but they only produce a power of about 10 mW / cm ² on the photosensitive substrate 1 while the power that can be generated with a conventional 193 nm laser is about 100 W / cm ² , ie about 10,000 times greater. Due to the low available light intensity, only about 5 wafers per hour may possibly be exposed with an OLED array. Also, OLEDs work with visible light, allowing the extension of each onto the photosensitive layer 1 incident exposure beams 3 is relatively large.

Die in 4 und 5 gezeigten Belichtungsanlagen 5 können mit der in 2 bzw. in 3a–d gezeigten Nahfeld-Optik 15 kombiniert werden, um die gewünschte Erhöhung der Auflösung zu erreichen. An Stelle der oben beschriebenen Verwendung einer Nahfeld-Optik 15 zur Erhöhung der Auflösung ist es auch möglich, die Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht 1 zu nutzen, um eine Erhöhung der Auflösung zu erreichen.In the 4 and 5 shown exposure systems 5 can with the in 2 or in 3a -D shown near field optics 15 combined to achieve the desired increase in resolution. Instead of the use of near-field optics described above 15 it is also possible to increase the resolution of the photosensitive layer 1 to use to increase the resolution.

Zur Erklärung dieses Vorgehens zeigt 6 die auf der lichtempfindlichen Schicht 1 in Abhängigkeit von der Position P (in X-Richtung) auftreffende Intensität I von drei benachbarten Belichtungsstrahlen 3, welche jeweils ein zentrales Intensitätsmaximum I_MAX aufweisen. Die lichtempfindliche Schicht 1 weist einen Intensitäts-Schwellwert I_S auf, der im vorliegenden Fall bei ca. 10% der maximalen Intensität I_MAX liegt. Der Intensitäts-Schwellwert I_S definiert hierbei diejenige Intensität, bei welcher die lichtempfindliche Schicht 1 von einem zweiten Zustand B in einen ersten Zustand A übergeht. Der zweite Zustand B wird hierbei angenommen, sofern die Intensität I unterhalb des Schwellwerts I_S liegt, der erste Zustand A wird angenommen, sofern die Intensität I oberhalb des Schwellwerts I_S liegt. Die maximale Intensität I_MAX der Belichtungsstrahlen 3 wurde hierbei so gewählt, dass diese oberhalb des Intensitäts-Schwellwerts I_S liegt.To explain this procedure shows 6 on the photosensitive layer 1 depending on the position P (in the X direction) incident intensity I of three adjacent exposure beams 3 , which each have a central intensity maximum I _MAX . The photosensitive layer 1 has an intensity threshold I _S , which in the present case is approximately 10% of the maximum intensity I _MAX . The intensity threshold I _S defines the intensity at which the photosensitive layer 1 from a second state B to a first state A. The second state B is assumed here if the intensity I is below the threshold value I _S , the first state A is assumed, provided that the intensity I is above the threshold value I _S. The maximum intensity I _{MAX of} the exposure beams 3 was chosen to be above the intensity threshold I _S.

Bezüglich der zwei Zustände A, B der lichtempfindlichen Schicht 1 bestehen verschiedene Möglichkeiten: Beispielsweise kann der Übergang vom zweiten Zustand B in den ersten Zustand A irreversibel sein. In diesem Fall kann die lichtempfindliche Schicht 1 nach dem Überschreiten des Intensitäts-Schwellwerts I_S nicht mehr in den zweiten Zustand B zurückkehren und verbleibt in dem dauerhaft chemisch veränderten Zustand A bzw. wird beim nachfolgenden Fixieren in einen weiteren, dauerhaft chemisch veränderten Zustand überführt (sog. Alzheimer-Resist). Gegebenenfalls ist es bei einem solchen Resist erforderlich, zwischen zwei aufeinander folgenden Belichtungen eine thermische Behandlung durchzuführen, die eine Art „Debelichtung” der zuvor schwach belichteten Bereiche herbeiführt. Insbesondere können als lichtempfindliche Schichten in diesem Fall stark nichtlinear auf die Belichtung reagierende Resists verwendet werden.Regarding the two states A, B of the photosensitive layer 1 For example, the transition from the second state B to the first state A can be irreversible. In this case, the photosensitive layer 1 after exceeding the intensity threshold I _S no longer return to the second state B and remains in the permanently chemically altered state A or is transferred during subsequent fixation in a further, permanently chemically altered state (so-called Alzheimer's Resist). Optionally, in such a resist, it is necessary to perform a thermal treatment between two consecutive exposures, which causes a kind of "debeltering" of the previously poorly exposed areas. In particular, as the photosensitive layers in this case, highly non-linear exposure-responsive resists can be used.

Bei der Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht (Resist) mit einem solchen irreversiblen Übergang wird typischer Weise die Intensität der Belichtungsstrahlen 3 abweichend von dem in 6 dargestellten Fall so gewählt, dass der Intensitäts-Schwellwert I_S verhältnismäßig dicht beim Intensitätsmaximum I_MAX liegt, z. B. kann I_S = 0,9 × I_MAX gewählt werden. Auf diese Weise wird die lichtempfindliche Schicht nur in einem verhältnismäßig kleinen Oberflächenbereich 16 (vgl. 1) von z. B. weniger als 20% oder weniger als 10% des Oberflächenbereichs 4 eines jeweils auftreffenden Belichtungsstrahls 3 von dem zweiten Zustand B in den ersten Zustand A überführt, wodurch die gewünschte Erhöhung der Auflösung realisiert werden kann.When using a photosensitive layer (resist) having such an irreversible transition, the intensity of the exposure rays typically becomes 3 different from the one in 6 illustrated case selected so that the intensity threshold I _{S is} relatively close to the intensity maximum I _MAX , z. For example, I _S = 0.9 × I _MAX can be selected. In this way, the photosensitive layer becomes only in a relatively small surface area 16 (see. 1 ) from Z. Less than 20% or less than 10% of the surface area 4 a respective incident exposure beam 3 from the second state B to the first state A, whereby the desired increase in the resolution can be realized.

Alternativ zur Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht 1, die mittels der Belichtungsstrahlen 3 irreversibel von einem zweiten Zustand B in einen ersten Zustand A geschaltet werden kann, ist es auch möglich, eine lichtempfindliche Schicht 1 zu verwenden, bei welcher der Übergang von dem zweiten Zustand B in den ersten Zustand A (und umgekehrt) reversibel erfolgt. Die lichtempfindliche Schicht 1 kann hierbei so ausgebildet sein, dass sie nur im zweiten Zustand B, nicht aber im ersten Zustand A in einen dauerhaft veränderten chemischen Zustand übergeführt werden kann.Alternatively to the use of a photosensitive layer 1 , which by means of the exposure beams 3 It is also possible to switch a photosensitive layer irreversibly from a second state B to a first state A. 1 in which the transition from the second state B to the first state A (and vice versa) is reversible. The photosensitive layer 1 In this case, it can be designed so that it can be converted into a permanently changed chemical state only in the second state B, but not in the first state A.

Eine lichtempfindliche Schicht 1 mit solchen Eigenschaften kann durch bestimmte schaltbare Moleküle, insbesondere in Form von schaltbaren organischen Farbstoffen realisiert werden. Das Schalten der Moleküle zwischen den beiden Zuständen A, B lässt sich hierbei durch Licht herbeiführen, wobei die Wellenlänge des Lichts, welches zum Schalten vom zweiten Zustand B in den ersten Zustand A dient, sich von der Wellenlänge des Lichts unterscheidet, welches zum Schalten vom ersten Zustand A in den zweiten Zustand B verwendet wird. Bei fluoreszierenden organischen Farbstoffen kann der Übergang vom zweiten, angeregten Zustand B in den ersten Zustand A z. B. durch stimulierte Emission erfolgen.A photosensitive layer 1 with such properties can be realized by certain switchable molecules, in particular in the form of switchable organic dyes. The switching of the molecules between the two states A, B can in this case be caused by light, wherein the wavelength of the light which is used for switching from the second state B to the first state A, differs from the wavelength of the light which is used for switching from first state A in the second state B is used. In fluorescent organic dyes, the transition from the second, excited state B in the first state A z. B. done by stimulated emission.

Wird zunächst die gesamte lichtempfindliche Schicht vom ersten Zustand A in den zweiten Zustand B überführt und nachfolgend die lichtempfindliche Schicht 1 auf die in 6 gezeigte Weise inhomogen beleuchtet, so verbleibt diese nur in einem verhältnismäßig schmalen Intensitätsbereich im zweiten Zustand B und kann von diesem in einen dauerhaft chemisch veränderten Zustand C übergeführt werden. Auf diese Weise kann ebenfalls die Auflösung bei der Belichtung erhöht werden.First, the entire photosensitive layer is transferred from the first state A to the second state B, and subsequently the photosensitive layer 1 on the in 6 shown inhomogeneously illuminated, it remains only in a relatively narrow intensity range in the second state B and can be converted by this in a permanently chemically altered state C. In this way, the resolution during exposure can also be increased.

Eine Belichtungsanlage 5, welche zu diesem Zweck ausgelegt ist, ist in 9 dargestellt. Die Belichtungsanlage 5 entspricht derjenigen von 4 und ist um eine zusätzliche Lichterzeugungs-Einrichtung 30 ergänzt, welche eine Anregungs-Lichtquelle 31 zur Erzeugung von Anregungsstrahlung 32 sowie eine Fixierungs-Lichtquelle 34 zur Erzeugung von Fixierungs-Strahlung 33 zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht 1 von dem zweiten Zustand B in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand C umfasst.An exposure system 5 which is designed for this purpose is in 9 shown. The exposure system 5 corresponds to that of 4 and is an additional light-generating device 30 complements which an excitation light source 31 for generating excitation radiation 32 and a fixation light source 34 for generating fixation radiation 33 to transfer the photosensitive layer 1 from the second state B to the permanently altered chemical state C.

Bei der Belichtung mit der Belichtungsanlage 5 wird zunächst die lichtempfindliche Schicht 1 großflächig und homogen mit der Anregungsstrahlung 32 bestrahlt, wozu ein teildurchlässiger Spiegel 36 verwendet wird, welcher die Anregungsstrahlung 32 auf die lichtempfindliche Schicht 1 umlenkt. Die Anregungsstrahlung 32 weist hierbei eine Anregungs-Wellenlänge λ_A auf, die im vorliegenden Beispiel, bei dem die lichtempfindliche Schicht 1 aus einem organischen Farbstoff (z. B. RH414) gebildet ist, im Bereich zwischen 400 nm und 650 nm liegen kann und z. B. bei einer Wellenlänge von λ_A = ca. 500 nm liegen kann. Die lichtempfindliche Schicht 1 wird durch die Anregungsstrahlung 32 vom ersten Zustand A in den zweiten Zustand B überführt. In einem darauf folgenden Schritt wird die Licht-Erzeugungseinheit 7 verwendet, um die Belichtungsstrahlen 3 auf die lichtempfindliche Schicht 1 einzustrahlen, deren Wellenlänge im vorliegenden Fall bei λ_B = 745 nm liegt.During exposure with the exposure system 5 First, the photosensitive layer 1 large area and homogeneous with the excitation radiation 32 irradiated, including a partially transparent mirror 36 is used, which the excitation radiation 32 on the photosensitive layer 1 deflects. The excitation radiation 32 in this case has an excitation wavelength λ _A , in the present example, in which the photosensitive layer 1 is formed from an organic dye (eg RH414), can be in the range between 400 nm and 650 nm and z. B. at a wavelength of λ _A = about 500 nm. The photosensitive layer 1 is due to the excitation radiation 32 transferred from the first state A in the second state B. In a subsequent step, the light-generating unit 7 used the exposure beams 3 on the photosensitive layer 1 to be irradiated whose wavelength in the present case at λ _B = 745 nm.

Die Belichtungsstrahlen 3 erzeugen an der lichtempfindlichen Schicht 1 ein Intensitätsprofil, das z. B. wie in 7 gezeigt ausgebildet sein kann. Die einzelnen Belichtungsstrahlen 3 überlappen sich hierbei und überlagern sich zu einer im Wesentlichen homogenen Intensität I_HOM, die nur in einem kleinen Bereich 37 unterbrochen ist und dort fast bis auf Null abfällt. Der dem ausgesparten Bereich 37 zugehörige Belichtungsstrahl 3 beziehungsweise ein zugehöriges Rasterelement 9a ist hierbei ausgeschaltet. Die Intensität I_HOM außerhalb des ausgesparten Bereichs 37 ist größer als die Intensitäts-Schwelle I_S und reicht somit aus, um die lichtempfindliche Schicht 1 vom zweiten Zustand B in den ersten Zustand A zu überführen.The exposure beams 3 generate at the photosensitive layer 1 an intensity profile, the z. B. as in 7 can be shown shown. The individual exposure beams 3 overlap and overlap to a substantially homogeneous intensity I _HOM , which only in a small area 37 is interrupted and drops almost to zero. The recessed area 37 associated exposure beam 3 or an associated grid element 9a is turned off. The intensity I _HOM outside the recessed area 37 is greater than the intensity threshold I _S and thus sufficient to the photosensitive layer 1 from the second state B to the first state A.

Lediglich in dem ausgesparten Bereich 37 bleibt die Intensität I entlang einer Distanz d_min unterhalb der Intensitäts-Schaltschwelle I_S, so dass die lichtempfindliche Schicht 1 entlang dieser Strecke im zweiten Zustand B verbleibt. Wird in einem nachfolgenden Schritt mit Hilfe der Fixierungs-Lichtquelle 34 Fixierungsstrahlung 33 großflächig auf die lichtempfindliche Schicht 1 aufgebracht, so wird diese lediglich in dem ausgesparten Bereich 37 in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand C überführt. Wie in 7 ebenfalls zu erkennen ist, ist die Distanz d_min kleiner als der Abstand d, welcher der Ausdehnung eines Belichtungsstrahls 3 entspricht, so dass durch die oben beschriebenen Maßnahmen die Auflösung der Belichtungsanlage 5 ebenfalls über die Beugungsgrenze bzw. den maximal auflösbaren Abstand d hinaus gesteigert werden kann. Only in the recessed area 37 the intensity I remains along a distance d _min below the intensity switching threshold I _S , so that the photosensitive layer 1 remains in the second state B along this route. Will in a subsequent step using the fixation light source 34 fixing radiation 33 large area on the photosensitive layer 1 Applied, this is only in the recessed area 37 converted into the permanently altered chemical state C. As in 7 can also be seen, the distance d _{min is} smaller than the distance d, which is the extension of an exposure beam 3 corresponds so that by the measures described above, the resolution of the exposure system 5 can also be increased beyond the diffraction limit or the maximum resolvable distance d addition.

Bei Verwendung einer Wellenlänge λ_B von ca. 500 nm, einem k-Faktor von 0,5 und einer numerischen Apertur NA = 1 beträgt der maximal auflösbare Abstand d = 0,5 × 500 nm/1 = 250 nm. Setzt man demgegenüber die Auflösung d_min als 10 nm an, muss der entsprechende Teilbereich von ca. 250 nm × 250 nm mindestens in 25 × 25 = 625 Schritten abgerastert werden, wobei auch in diesem Fall an Stelle einer Mehrzahl von diskreten Schritten ggf. eine kontinuierliche Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit vorgenommen werden kann. Die drei aufeinander folgenden Schritte Anregen, Belichten und Fixieren müssen hierbei von der Steuereinrichtung 11 mit der jeweiligen Verschiebung koordiniert werden.When using a wavelength λ _B of about 500 nm, a k-factor of 0.5 and a numerical aperture NA = 1, the maximum resolvable distance d = 0.5 × 500 nm / 1 = 250 nm. Substituting the contrast Resolution d _min than 10 nm, the corresponding subregion of about 250 nm × 250 nm must be scanned at least in 25 × 25 = 625 steps, in which case, instead of a plurality of discrete steps, if necessary, a continuous movement with constant Speed can be made. The three consecutive steps of stimulating, exposing and fixing must be done by the control device 11 be coordinated with the respective shift.

Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel der Belichtungsanlage 5 ist wie in 4 der Durchsatz durch die Schaltgeschwindigkeit des LCD-Arrays 8a von ca. 500 Hz begrenzt, so dass ein Durchsatz von ca. vier Wafern pro Stunde möglich ist. Alternativ kann eine Belichtungsanlage 5 analog zu 5 verwendet werden, wie sie in 10 dargestellt ist. Die Belichtungsanlage 5 von 10 unterscheidet sich von derjenigen von 5 zunächst dadurch, dass an Stelle eines Laserdioden-Arrays ein OLED-Array 8c mit einer Mehrzahl von OLEDs 9c verwendet wird. Die Anregungs-Lichtquelle 31 sowie die Fixier-Lichtquelle 34 sind hierbei wie in 9 ausgebildet und die Anregung, Belichtung und Fixierung, die in jedem Schritt des Abrasterns vorgenommen werden muss, wird ebenfalls mittels der Steuereinrichtung 11 koordiniert bzw. synchronisiert.At the in 9 shown embodiment of the exposure system 5 is like in 4 the throughput through the switching speed of the LCD array 8a limited by about 500 Hz, so that a throughput of about four wafers per hour is possible. Alternatively, an exposure system 5 analogous to 5 used as they are in 10 is shown. The exposure system 5 from 10 is different from that of 5 initially by the fact that instead of a laser diode array an OLED array 8c with a plurality of OLEDs 9c is used. The excitation light source 31 as well as the fixing light source 34 are here as in 9 trained and the excitation, exposure and fixation that must be made in each step of the scanning is also by means of the control device 11 coordinated or synchronized.

Bei der Verwendung des OLED-Arrays 8c kann wie oben im Zusammenhang mit 5 beschrieben die Schaltgeschwindigkeit um ca. einen Faktor 2000 erhöht werden. Entsprechend wäre ein Durchsatz von ca. 8000 Wafern pro Stunde möglich. Die Anregungs-Lichtquelle 31 und die Fixier-Lichtquelle 34 sollten hierbei im MHz-Bereich arbeiten, was aber bei der Verwendung von Laser-Lichtquellen mit Wellenlängen λ_A, λ_F im sichtbaren Bereich problemlos möglich ist. Das OLED-Array 8c kann hierbei mittels der Bewegungseinrichtung 13 mit einer konstanten synchronisierten Geschwindigkeit von z. B. ca. 0,1 m/sec verschoben werden.When using the OLED array 8c can be related as above 5 described the switching speed increased by about a factor of 2000. Accordingly, a throughput of about 8000 wafers per hour would be possible. The excitation light source 31 and the fixing light source 34 should work in the MHz range, but this is easily possible when using laser light sources with wavelengths λ _A , λ _F in the visible range. The OLED array 8c can in this case by means of the movement device 13 with a constant synchronized speed of z. B. be moved about 0.1 m / sec.

Das oben beschriebene Vorgehen, bei dem das Minimum der jeweiligen Belichtungsstrahlen als „Schreibsignal” verwendet wird, ermöglicht eine besonders hohe Auflösung, da hier keine abbildungsrelevante Sekundärstrahlung durch Fluoreszenz-Photonen stattfindet.The procedure described above, in which the minimum of the respective exposure beams is used as a "write signal", enables a particularly high resolution, since no image-relevant secondary radiation by fluorescence photons takes place here.

Alternativ zum oben beschriebenen Vorgehen ist es auch möglich, mit Hilfe der in 9 und 10 gezeigten Belichtungsanlagen 5 eine Belichtung durchzuführen, bei der die Anregungsstrahlung 32 nicht homogen auf die lichtempfindliche Schicht 1 trifft, z. B. indem die Anregungs-Lichtquelle 31 mit einem geeigneten Beleuchtungssystem und ggf. einer (nicht gezeigten) weiteren Rasteranordnung oder einem (Grau-)filter versehen wird. Trifft die Anregungsstrahlung 32 mit einer ortsabhängigen Intensität I_A simultan mit den Belichtungsstrahlen 3 mit einer ebenfalls ortsabhängigen Intensität I_B auf die lichtempfindliche Schicht 1, so ergibt sich bei der Überlagerung der beiden Intensitätsverteilungen – wie aus der STED-Mikroskopie bekannt – eine Intensitätsverteilung I_AB = I_A × Exp(–I_B) (vgl. 8), welche im Gegensatz zu der in 7 gezeigten Intensitätsverteilung statt eines auf einen sehr kleinen Raumbereich beschränkten Minimums ein auf einen sehr kleinen Raumbereich begrenztes Maximum (Peak mit Ausdehnung im nm-Bereich) aufweist.As an alternative to the procedure described above, it is also possible with the help of the in 9 and 10 shown exposure systems 5 to perform an exposure at which the excitation radiation 32 not homogeneous on the photosensitive layer 1 meets, z. B. by the excitation light source 31 is provided with a suitable illumination system and, if appropriate, a further grid arrangement (not shown) or a (gray) filter. Hits the excitation radiation 32 with a location-dependent intensity I _A simultaneously with the exposure beams 3 with a location-dependent intensity I _B on the photosensitive layer 1 , as is known from STED microscopy, an intensity distribution I _AB = I _A × Exp (-I _B ) results in the superimposition of the two intensity distributions (cf. 8th ), which in contrast to in 7 shown intensity distribution instead of a limited to a very small space area minimum has a limited to a very small space area maximum (peak with extension in the nm range).

Um das Intensitätsprofil I_AB von 8 mit dem ausgeprägten Peak zu erhalten, weist ist die Intensität der Anregungsstrahlung 32 so gewählt, dass diese zwischen zwei benachbarten Belichtungsstrahlen 3 ein Maximum I_MAX aufweist, an welchem auch die Gesamtintensität I_AB maximal wird. Wie bei den in Zusammenhang mit 6 und 7 beschriebenen Belichtungsvorgängen bewirkt die Anregungsstrahlung 32 einen Übergang von einem ersten Zustand A in einen zweiten Zustand B, wohingegen die Belichtungsstrahlen 3 den umgekehrten Effekt hervorrufen, d. h. einen Übergang vom zweiten Zustand B in den ersten Zustand A durch stimulierte Emission. Nur im Bereich des Peaks verbleibt die lichtempfindliche Schicht 1 in dem zweiten Zustand B und kann mit Hilfe der Fixierlichtquelle 34 in einen dauerhaft veränderten chemischen Zustand C übergeführt werden. Es versteht sich, dass auf die Verwendung von Fixierlicht verzichtet werden kann, falls der Übergang zwischen dem ersten Zustand A und dem zweiten Zustand B irreversibel ist.To the intensity profile I _AB of 8th with the pronounced peak, shows is the intensity of the excitation radiation 32 chosen so that this between two adjacent exposure beams 3 has a maximum I _MAX , at which the total intensity I _AB becomes maximum. As with the related 6 and 7 Exposure processes described causes the excitation radiation 32 a transition from a first state A to a second state B, whereas the exposure beams 3 cause the reverse effect, ie a transition from the second state B in the first state A by stimulated emission. Only in the region of the peak remains the photosensitive layer 1 in the second state B and can by means of Fixierlichtquelle 34 be converted into a permanently altered chemical state C. It is understood that the use of fixation light can be dispensed with if the transition between the first state A and the second state B is irreversible.

Das im Zusammenhang mit 8 beschriebene Vorgehen stellt hierbei die Übertragung des Prinzips der STED-Mikroskopie auf die Lithographie dar. Bei der Verwendung von organischen Farbstoffen als lichtempfindliche Schicht 1 bleiben diese lediglich im Bereich des Peaks angeregt und können z. B. über den Förster-Resonanzenergietransfer (Dipol-Dipol-Wechselwirkung) oder über den Dexter-Energietransfer (Austausch von Elektronen) die Nachbarmoleküle der lichtempfindlichen Schicht 1 chemisch umwandeln und so fixieren. Eine „Sekundärabstrahlung” durch Fluoreszenzphotonen, welche zur Aufweitung führen würde, findet auch in diesem Fall nicht statt.That related to 8th The procedure described here represents the transfer of the principle of STED microscopy to lithography. When using organic Dyes as photosensitive layer 1 These remain excited only in the region of the peak and can, for. B. via the Förster resonance energy transfer (dipole-dipole interaction) or via the Dexter energy transfer (exchange of electrons) the neighboring molecules of the photosensitive layer 1 chemically transform and fix it. A "secondary radiation" by fluorescence photons, which would lead to expansion, also does not take place in this case.

Bei der STED-Mikroskopie wird typischer Weise eine lichtempfindliche Schicht 1 verwendet, welche aus einem schaltbaren organischen Farbstoff besteht, wobei der zweite, fluoreszierende Zustand B durch stimulierte Emission in den ersten Zustand A des schaltbaren organischen Farbstoffs zurückgeführt werden kann. Farbstoffe, die für diesen Zweck verwendbar sind, gibt es in großer Zahl, vgl. z. B. „ http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED_Dyes.html ”. Es können falls nötig ggf. auch neue organische Farbstoffe hergestellt werden, welche im Hinblick auf die jeweils erforderlichen chemischen Eigenschaften optimiert sind.STED microscopy typically becomes a photosensitive layer 1 used, which consists of a switchable organic dye, wherein the second fluorescent state B can be returned by stimulated emission in the first state A of the switchable organic dye. Dyes which can be used for this purpose are available in large numbers, cf. z. B. " http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED_Dyes.html ". If necessary, it is also possible to prepare new organic dyes which are optimized with regard to the respective required chemical properties.

Es versteht sich, dass die oben beschriebene Belichtung nicht auf die Verwendung von fluoreszierenden Farbstoffen beschränkt ist, bei denen die Rückführung vom zweiten Zustand B in den ersten Zustand A auf Grundlage von stimulierter Emission erfolgt. Es kann sich vielmehr bei den beiden Zuständen z. B. auch um unterschiedliche Strukturisomerie-Zustände (z. B. Cis-Trans-Isomere) eines schaltbaren organischen Farbstoffs handeln, von denen ein erster Zustand ein fluoreszenzfähiger Zustand ist, während dies beim zweiten Zustand nicht der Fall ist. Dieses Prinzip wird beispielsweise in der so genannten RESOLFT(Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions)-Mikroskopie verwendet, wobei dort neben organischen Farbstoffen z. B. auch schaltbare Proteine zum Einsatz kommen können. Die Verwendung solcher Materialien für die lichtempfindliche Schicht hat den Vorteil, dass die Intensität, die zur Überwindung der Intensitäts-Schwelle erforderlich ist, geringer ist als dies typischer Weise bei Übergängen durch stimulierte Emission der Fall ist.It will be understood that the exposure described above is not limited to the use of fluorescent dyes in which the feedback from the second state B to the first state A is based on stimulated emission. It can rather be in the two states z. Also, for example, they may be different structural isomerism states (eg, cis-trans isomers) of a switchable organic dye, a first state of which is a fluorescent state, while the second state is not. This principle is used, for example, in the so-called RESOLFT (Reversible Saturable Optical Fluorescence Transitions) microscopy, where in addition to organic dyes z. B. also switchable proteins can be used. The use of such materials for the photosensitive layer has the advantage that the intensity required to overcome the intensity threshold is less than is typically the case for stimulated emission transitions.

Auch andere Arten von lichtempfindlichen Schichten können ggf. für die hier beschriebenen Belichtungsprozesse verwendet werden. Wesentlich ist hierbei lediglich, dass die lichtempfindliche Schicht Moleküle mit mindestens zwei Zuständen aufweist, zwischen denen reversibel umgeschaltet werden kann.Other types of photosensitive layers may also be used for the exposure processes described herein. It is essential here only that the photosensitive layer has molecules with at least two states, between which reversible can be switched.

Zusammenfassend kann auf die oben beschriebene Weise eine parallele Belichtung eines Wafers in einer Mehrzahl von Teilbereichen erfolgen, deren Ausdehnung jeweils in der Größenordnung der Beugungsgrenze liegt. Durch die oben beschriebenen Maßnahmen kann die Auflösung über die Beugungsgrenze hinaus gesteigert werden, so dass eine Strukturierung innerhalb der jeweiligen Teilbereiche durch scannendes Belichten möglich wird. Auf diese Weise kann eine effektive und kostengünstige Belichtung von lichtempfindlichen Schichten mit hoher Auflösung erreicht werden.In summary, in the manner described above, a parallel exposure of a wafer can take place in a plurality of partial regions whose extent is in each case of the order of magnitude of the diffraction limit. As a result of the measures described above, the resolution can be increased beyond the diffraction limit so that structuring within the respective subareas is possible by scanning exposure. In this way, an effective and inexpensive exposure of photosensitive layers with high resolution can be achieved.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7425713 B2 [0004] US 7425713 B2 [0004]
US 2006/0044985 A1 [0027, 0036] US 2006/0044985 A1 [0027, 0036]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

„Near-Field Lithography as Prototype Nano-Fabrication Tool”, Microelectronic Engineering 84 (2007) 705–710 von Yasuhisa Inao et al. [0003] "Near-Field Lithography as Prototype Nano-Fabrication Tool", Microelectronic Engineering 84 (2007) 705-710 by Yasuhisa Inao et al. [0003]
http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon [0021] http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_Plasmon [0021]
„Super-resolution near-field lithography using planar silver lenses” von David O. S. Melville et al. (Invited Poster, MNE-2005 ID 00709, „http://www.mne05.org/3-c_01.pdf”) [0023] "Super-resolution near-field lithography using planar silver lenses" by David OS Melville et al. (Invited Poster, MNE-2005 ID 00709, "http://www.mne05.org/3-c_01.pdf") [0023]
http://www.lgblog.de/2009/06/15/kleinstes-lcd-display-der-welt-mit-vga-auflosung/ [0082] http://www.lgblog.de/2009/06/15/kleinstes-lcd-display-der-welt-mit-vga-auflosung/ [0082]
http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED_Dyes.html [0106] http://www.mpibpc.mpg.de/groups/hell/STED_Dyes.html [0106]

Claims

Belichtungsanlage (5) zur strukturierten Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht (1), umfassend: eine Erzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Belichtungsstrahlen (3), wobei jeder Belichtungsstrahl (3) einem Teilbereich (2a–2h) der lichtempfindlichen Schicht (1) zugeordnet ist, eine Bewegungseinrichtung (13) zum Bewegen der Belichtungsstrahlen (3) relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich (2a–2h), sowie eine vor der lichtempfindlichen Schicht (1) angeordnete Nahfeld-Optik (15) zur Erzeugung eines Lichtspots (16) auf der lichtempfindlichen Schicht (1), dessen Ausdehnung kleiner ist als die Ausdehnung (4) eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) vor der Nahfeld-Optik (15).Exposure system ( 5 ) for structured exposure of a photosensitive layer ( 1 ), comprising: a generating device ( 7 ) for generating a plurality of exposure beams ( 3 ), each exposure beam ( 3 ) a subarea ( 2a - 2h ) of the photosensitive layer ( 1 ), a movement device ( 13 ) for moving the exposure beams ( 3 ) relative to the respectively assigned subregion ( 2a - 2h ), and one in front of the photosensitive layer ( 1 ) arranged near field optics ( 15 ) for generating a light spot ( 16 ) on the photosensitive layer ( 1 ) whose extent is smaller than the extent ( 4 ) of a respective exposure beam ( 3 ) in front of the near field optics ( 15 ).

Belichtungsanlage nach Anspruch 1, bei welcher eine der lichtempfindlichen Schicht (1) zugewandte Seite der Nahfeld-Optik (15) in einem Abstand (a) von der lichtempfindlichen Schicht (1) angeordnet ist, der kleiner ist als die Wellenlänge (λ_B) der Belichtungsstrahlen (3).Exposure plant according to Claim 1, in which one of the photosensitive layers ( 1 ) facing side of the near field optics ( 15 ) at a distance (a) from the photosensitive layer ( 1 ) which is smaller than the wavelength (λ _B ) of the exposure beams (FIG. 3 ).

Belichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Detektoreinrichtung (25) zur Detektion der Intensität der an der Nahfeld-Optik (15) reflektierten Belichtungsstrahlen (3).Exposure system according to one of the preceding claims, further comprising: a detector device ( 25 ) for detecting the intensity of the near field optics ( 15 ) reflected exposure beams ( 3 ).

Belichtungsanlage nach Anspruch 3, weiter umfassend: eine Abstandsbestimmungseinrichtung (26) zur Bestimmung des Abstands (a) zwischen der Nahfeld-Optik (15) und der lichtempfindlichen Schicht (1) anhand der detektierten Intensität.An exposure apparatus according to claim 3, further comprising: distance determining means (10); 26 ) for determining the distance (a) between the near field optics ( 15 ) and the photosensitive layer ( 1 ) based on the detected intensity.

Belichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine vor der Nahfeld-Optik (15) angeordnete Filtereinrichtung (27) zur Beeinflussung der Intensität und/oder der Polarisation eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3).Exposure system according to one of the preceding claims, further comprising: one in front of the near field optics ( 15 ) arranged filter device ( 27 ) for influencing the intensity and / or the polarization of a respective exposure beam ( 3 ).

Belichtungsanlage nach Anspruch 5, weiter umfassend: eine Steuerungseinrichtung (11) zur Ansteuerung der Filtereinrichtung (27) in Abhängigkeit vom der mittels der Detektoreinrichtung (25) detektierten Intensität.Exposure system according to claim 5, further comprising: a control device ( 11 ) for controlling the filter device ( 27 ) in dependence on the by means of the detector device ( 25 ) detected intensity.

Belichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nahfeld-Optik (15) eine Lochmaske (18, 19) mit einer Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen (20) aufweist, deren Durchmesser (D) bevorzugt kleiner ist als die Wellenlänge (λ_B) der Belichtungsstrahlen (3).Exposure system according to one of the preceding claims, in which the near-field optical system ( 15 ) a shadow mask ( 18 . 19 ) with a plurality of passage openings ( 20 ) whose diameter (D) is preferably smaller than the wavelength (λ _B ) of the exposure beams ( 3 ).

Belichtungsanlage nach Anspruch 7, bei der die Lochmaske ein für die Belichtungsstrahlen (3) transparentes Substrat (18) sowie eine der lichtempfindlichen Schicht (1) zugewandte Sperrschicht (19) aufweist, an der die Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen (20) gebildet ist.Exposure plant according to Claim 7, in which the shadow mask is exposed for the exposure beams ( 3 ) transparent substrate ( 18 ) and one of the photosensitive layers ( 1 ) facing barrier layer ( 19 ), at which the plurality of passage openings ( 20 ) is formed.

Belichtungsanlage nach Anspruch 8, bei welcher das transparente Substrat (18) an seiner der lichtempfindlichen Schicht (1) zugewandten Seite strukturiert ist.Exposure plant according to Claim 8, in which the transparent substrate ( 18 ) at its photosensitive layer ( 1 ) facing side is structured.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Lichtausbreitungsrichtung der Belichtungsstrahlen (3) unter einem Winkel (α) zur Nahfeld-Optik (15) verläuft, und bei der die Nahfeld-Optik (15) ein dielektrisches Substrat (22) mit einer Mehrzahl von in das dielektrische Substrat (22) eingebetteten, spitz zulaufenden metallischen Strukturen (23) aufweist.Exposure plant according to one of Claims 1 to 6, in which the light propagation direction of the exposure beams ( 3 ) at an angle (α) to the near-field optic ( 15 ) and in which the near field optics ( 15 ) a dielectric substrate ( 22 ) with a plurality of in the dielectric substrate ( 22 ) embedded, tapered metallic structures ( 23 ) having.

Belichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Superlinse (24) zum Abbildung von aus der Nahfeld-Optik (15) austretenden evaneszenten Wellen (17) auf die lichtempfindliche Schicht (1).Exposure system according to one of the preceding claims, further comprising: a super-lens ( 24 ) for mapping from near-field optics ( 15 ) evanescent waves ( 17 ) on the photosensitive layer ( 1 ).

Belichtungsanlage (5), umfassend: ein Substrat (6) mit einer lichtempfindlichen Schicht (1), eine Erzeugungseinrichtung (7) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Belichtungsstrahlen (3) mit einer Belichtungs-Wellenlänge (λ_B), wobei jeder Belichtungsstrahl (3) einem Teilbereich (2a–2h) der lichtempfindlichen Schicht (1) zugeordnet ist und die Erzeugungseinrichtung (7) ausgebildet ist, Belichtungsstrahlen (3) mit einer maximalen Intensität (I_MAX) zu erzeugen, die über einem Intensitäts-Schwellwert (I_S) zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht (1) von einem zweiten Zustand (B) in einen ersten Zustand (A) liegt, eine Bewegungseinrichtung (13) zum Bewegen der Belichtungsstrahlen (3) relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich (2a–2f), sowie eine Anregungs-Lichtquelle (31) zur Erzeugung von Anregungsstrahlung (32) mit einer Anregungs-Wellenlänge (λ_A) zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht (1) von dem ersten Zustand (A) in den zweiten Zustand (B).Exposure system ( 5 ) comprising: a substrate ( 6 ) with a photosensitive layer ( 1 ), a generation facility ( 7 ) for generating a plurality of exposure beams ( 3 ) with an exposure wavelength (λ _B ), each exposure beam ( 3 ) a subarea ( 2a - 2h ) of the photosensitive layer ( 1 ) and the generating device ( 7 ), exposure beams ( 3 ) with a maximum intensity (I _MAX ) which exceeds an intensity threshold value (I _S ) for transferring the photosensitive layer ( 1 ) from a second state (B) to a first state (A), a movement device ( 13 ) for moving the exposure beams ( 3 ) relative to the respectively assigned subregion ( 2a - 2f ), as well as an excitation light source ( 31 ) for generating excitation radiation ( 32 ) with an excitation wavelength (λ _A ) for transferring the photosensitive layer ( 1 ) from the first state (A) to the second state (B).

Belichtungsanlage nach Anspruch 12, bei welcher der Übergang vom ersten Zustand (A) in den zweiten Zustand (B) reversibel ist und die lichtempfindliche Schicht (1) nur im zweiten Zustand (B) in einen dauerhaft veränderten chemischen Zustand (C) überführbar ist.Exposure system according to claim 12, in which the transition from the first state (A) to the second state (B) is reversible and the photosensitive layer ( 1 ) can only be converted into a permanently changed chemical state (C) in the second state (B).

Belichtungsanlage nach Anspruch 13, weiter umfassend: eine Fixierungs-Lichtquelle (34) zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht (1) von dem zweiten Zustand (B) in den dauerhaft veränderten chemischen Zustand (C).An exposure apparatus according to claim 13, further comprising: a fixation light source ( 34 ) for transferring the photosensitive layer ( 1 ) from the second state (B) to the permanently altered chemical state (C).

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die Teilbereiche (2a–2h), denen die jeweiligen Belichtungsstrahlen (3) zugeordnet sind, sich zumindest teilweise überlappen. Exposure plant according to one of Claims 12 to 14, in which the subareas ( 2a - 2h ) to which the respective exposure beams ( 3 ), at least partially overlap.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei welcher die Anregungslichtquelle (30) ausgebildet ist, Anregungsstrahlung (32) mit einem ortsabhängig variierenden Intensitätsprofil (I_A) auf der lichtempfindlichen Schicht (1) zu erzeugen, wobei die Anregungsstrahlung (32) bevorzugt zwischen zwei benachbart auf das lichtempfindliche Substrat auftreffenden Belichtungsstrahlen (3) eine maximale Intensität (I_MAX) aufweist.Exposure system according to one of Claims 12 to 15, in which the excitation light source ( 30 ), excitation radiation ( 32 ) with a location-dependent varying intensity profile (I _A ) on the light-sensitive layer ( 1 ), the excitation radiation ( 32 ) preferably between two adjacent exposure to the photosensitive substrate exposure beams ( 3 ) has a maximum intensity (I _MAX ).

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welcher der Übergang vom zweiten Zustand (B) in den ersten Zustand (A) irreversibel ist.An exposure apparatus according to any one of claims 12 to 16, wherein the transition from the second state (B) to the first state (A) is irreversible.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei welcher die lichtempfindliche Schicht (1) einen schaltbaren organischen Farbstoff oder ein schaltbares Chalcogenid aufweist.Exposure plant according to one of Claims 12 to 17, in which the photosensitive layer ( 1 ) has a switchable organic dye or a switchable chalcogenide.

Belichtungsanlage nach Anspruch 18, bei welcher der zweite Zustand (B) des schaltbaren organischen Farbstoffs durch stimulierte Emission in den ersten Zustand (A) des schaltbaren organischen Farbstoffs überführbar ist.An exposure apparatus according to claim 18, wherein the second state (B) of the switchable organic dye is stimulated by emission to the first state (A) of the switchable organic dye.

Belichtungsanlage nach Anspruch 18 oder 19, bei welcher der erste und zweite Zustand (A, B) unterschiedliche Strukturisomerie-Zustände des schaltbaren organischen Farbstoffs sind.An exposure apparatus according to claim 18 or 19, wherein the first and second states (A, B) are different structural isomerism states of the switchable organic dye.

Belichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (7) ein Rasteranordnung (8, 8a–8c) mit einer Mehrzahl von schaltbaren Rasterelementen (9, 9a–9c) aufweist, die zum Ein- oder Ausschalten eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) in Abhängigkeit von einer an der lichtempfindlichen Schicht (1) zu erzeugenden Struktur ausgebildet ist.Exposure plant according to one of the preceding claims, in which the generating device ( 7 ) a grid arrangement ( 8th . 8a - 8c ) with a plurality of switchable raster elements ( 9 . 9a - 9c ) for switching on or off a respective exposure beam ( 3 ) depending on one on the photosensitive layer ( 1 ) is formed to be generated structure.

Belichtungsanlage nach Anspruch 21, bei welcher die Rasterelemente (8a–8c) der Rasteranordnung (9a–9c) als schaltbare Blenden für einen jeweiligen Belichtungsstrahl (3) ausgebildet sind.Exposure plant according to Claim 21, in which the raster elements ( 8a - 8c ) of the grid arrangement ( 9a - 9c ) as switchable diaphragms for a respective exposure beam ( 3 ) are formed.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 21 oder 22, bei welcher die Rasteranordnung als LCD-Array (9a), als Laserdioden-Array (9b) oder als OLED-Array (9c) ausgebildet ist.Exposure system according to one of Claims 21 or 22, in which the raster arrangement is in the form of a LCD array ( 9a ), as a laser diode array ( 9b ) or as an OLED array ( 9c ) is trained.

Belichtungsanlage nach Anspruch 21, bei welcher die Rasterelemente als schaltbare Reflektoren (9) für einen jeweiligen Belichtungsstrahl (3) ausgebildet sind.Exposure system according to Claim 21, in which the raster elements are in the form of switchable reflectors ( 9 ) for a respective exposure beam ( 3 ) are formed.

Belichtungsanlage nach Anspruch 24, bei welcher die Rasteranordnung als Micro-Mirror-Array (8) ausgebildet ist.Exposure system according to Claim 24, in which the raster arrangement is in the form of a micro-mirror array ( 8th ) is trained.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei welcher die Bewegungseinrichtung (13) mindestens eine Verschiebeeinheit (14) zur Verschiebung der Rasteranordnung (8, 8a–8c) relativ zur lichtempfindlichen Schicht (1), bevorzugt synchron mit der Nahfeld-Optik (15), aufweist.Exposure plant according to one of Claims 21 to 25, in which the movement device ( 13 ) at least one displacement unit ( 14 ) for shifting the grid arrangement ( 8th . 8a - 8c ) relative to the photosensitive layer ( 1 ), preferably in synchronism with the near field optics ( 15 ), having.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 26, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (7) eine Beleuchtungseinrichtung (7b) zur Beleuchtung der Rasteranordnung (8a) aufweist.Exposure plant according to one of Claims 21 to 26, in which the generating device ( 7 ) a lighting device ( 7b ) for illuminating the grid arrangement ( 8a ) having.

Belichtungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 27, weiter umfassend: ein Objektiv (12) zur verkleinernden Abbildung der Rasteranordnung (8, 8a–c) auf die lichtempfindliche Schicht (1) oder auf die Nahfeld-Optik (15).An exposure apparatus according to any of claims 21 to 27, further comprising: an objective ( 12 ) for reducing the size of the grid arrangement ( 8th . 8a C) on the photosensitive layer ( 1 ) or on the near field optics ( 15 ).

Verfahren zum strukturierten Belichten einer lichtempfindlichen Schicht (1), umfassend: Erzeugen einer Mehrzahl von insbesondere parallelen Belichtungsstrahlen (3), wobei jeder Belichtungsstrahl (3) einem Teilbereich (2a–2h) der lichtempfindlichen Schicht (1) zugeordnet ist, Bewegen der Belichtungsstrahlen (3) relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich (2a–2h), sowie Anordnen einer Nahfeld-Optik (15) vor der lichtempfindlichen Schicht (1) zum Umwandeln eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) in eine evaneszente Welle (17) zur Erzeugung eines Lichtspots (16) auf der lichtempfindlichen Schicht (1), dessen Ausdehnung kleiner ist als die Ausdehnung eines jeweiligen Belichtungsstrahls (3) vor der Nahfeld-Optik (15).Process for the structured exposure of a photosensitive layer ( 1 ), comprising: generating a plurality of in particular parallel exposure beams ( 3 ), each exposure beam ( 3 ) a subarea ( 2a - 2h ) of the photosensitive layer ( 1 ), moving the exposure beams ( 3 ) relative to the respectively assigned subregion ( 2a - 2h ), and arranging a near-field optical system ( 15 ) in front of the photosensitive layer ( 1 ) for converting a respective exposure beam ( 3 ) into an evanescent wave ( 17 ) for generating a light spot ( 16 ) on the photosensitive layer ( 1 ) whose extent is smaller than the extent of a respective exposure beam ( 3 ) in front of the near field optics ( 15 ).

Verfahren zum strukturierten Belichten einer lichtempfindlichen Schicht (1), umfassend: Erzeugen einer Mehrzahl von Belichtungsstrahlen (3), wobei jeder Belichtungsstrahl (3) einem Teilbereich (2a–2h) der lichtempfindlichen Schicht (1) zugeordnet ist, sowie Bewegen der Belichtungsstrahlen (3) relativ zum jeweils zugeordneten Teilbereich (2a–2h), wobei die Belichtungsstrahlen (3) mit einer maximalen Intensität (I_MAX) erzeugt werden, die größer ist als ein Intensitäts-Schwellwert (I_S) zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht (1) von einem zweiten Zustand (B) in einen ersten Zustand (A), Anregen der lichtempfindlichen Schicht mit Anregungsstrahlung (32) zur Überführung der lichtempfindlichen Schicht (1) von dem ersten Zustand (A) in den zweiten Zustand (B), sowie Zurückführen der lichtempfindlichen Schicht (1) vom zweiten Zustand (B) in den ersten Zustand (A) in einem nicht zur Strukturierung vorgesehenen Bereich.Process for the structured exposure of a photosensitive layer ( 1 ) comprising: generating a plurality of exposure beams ( 3 ), each exposure beam ( 3 ) a subarea ( 2a - 2h ) of the photosensitive layer ( 1 ) and moving the exposure beams ( 3 ) relative to the respectively assigned subregion ( 2a - 2h ), the exposure beams ( 3 ) with a maximum intensity (I _MAX ) which is greater than an intensity threshold value (I _S ) for transferring the photosensitive layer ( 1 ) from a second state (B) to a first state (A), exciting the photosensitive layer with excitation radiation ( 32 ) for transferring the photosensitive layer ( 1 ) from the first state (A) to the second state (B), and recycling the photosensitive layer (FIG. 1 ) from the second state (B) to the first state (A) in a non-patterned area.