DE102021113189A1

DE102021113189A1 - Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102021113189A1
Application number: DE102021113189.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias BLAICHER; Jörg Hoffmann
Original assignee: Nanoscribe Holding GmbH
Current assignee: Nanoscribe Holding GmbH
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-11-24
Also published as: JP2024520257A; EP4341751A1; WO2022242920A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur (44) in einem Lithographiematerial (22) mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung (10), wobei ein Substrat (40) mit darauf angeordnetem Lithographiematerial bereitgestellt wird, wobei eine Grenzfläche (54) zwischen Lithographiematerial und Substrat lokalisiert wird, wobei die Zielstruktur dadurch definiert wird, dass gemäß vorgegebener Schreibanweisungen ein Fokusbereich (28) eines Schreib-Laserstrahls (14) mittels einer Optikeinrichtung (16) innerhalb eines Schreibbereichs (34) einer Scanfläche (36) verlagert wird, wobei in dem Fokusbereich des Schreib-Laserstrahls eine Schreib-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial eingestrahlt wird und ein Strukturbereich (46) definiert wird, wobei zum Lokalisieren der Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial ein Fokusbereich eines Kalibrations-Laserstrahls mittels der Optikeinrichtung sequentiell zu einer Mehrzahl von Prüfpositionen innerhalb des Schreibbereichs der Scanfläche verlagert wird, wobei an jeder Prüfposition eine Prüf-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial eingestrahlt wird und aus einer Antwort des Lithographiematerials und/oder des Substrats auf die Prüf-Belichtungsdosis Positionsdaten der Grenzfläche (54) ermittelt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Laserlithographie-Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine für das Verfahren angepasste und ausgebildete Laserlithographie-Vorrichtung.
Die genannten Techniken finden insbesondere Verwendung bei der Erzeugung von Mikro- oder Nanostrukturen in Bereichen, in welchen hohe Präzision und gleichzeitig Gestaltungsfreiheit für die zu erzeugende Struktur erwünscht sind. Bei solchen Laserlithographie-Verfahren erfolgt das Schreiben einer Struktur üblicherweise dadurch, dass zunächst ein Substrat mit darauf angeordnetem Lithographiematerial bereitgestellt wird und dann in einem Fokusbereich eines Schreib-Laserstrahls eine Belichtungsdosis in das Lithographiematerial eingestrahlt wird, wodurch lokal ein Strukturbereich definiert wird, beispielsweise indem das Lithographiematerial lokal ausgehärtet oder polymerisiert wird. Durch Verlagerung des Fokusbereiches in dem Lithographiematerial kann dann eine dreidimensionale Gesamtstruktur erzeugt werden. Zu diesem Zweck kann der Fokusbereich des Schreib-Laserstrahls mittels einer Optikeinrichtung innerhalb einer Scanfläche mit der zur Strukturierung erforderlichen Präzision steuerbar sein. Ein solches Laserlithographie-Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2017 110 241 A1 bekannt.
Um unter Verwendung eines derartigen Laserlithographie-Verfahrens Strukturen mit hoher Genauigkeit erzeugen zu können, ist es erforderlich, einen möglichst präzisen Bezug zwischen dem Fokusbereich bzw. der Scanfläche des Schreib-Laserstrahls und einer Substratoberfläche, auf welcher die Struktur aufgebaut werden soll, herzustellen. Insbesondere ist es wichtig, eine Lage der Substratoberfläche relativ zu dem Fokusbereich bzw. der Scanfläche möglichst exakt zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist es grundsätzlich bekannt, vor dem eigentlichen Schreiben der Struktur eine Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial zu lokalisieren und somit einen Fokus zu bestimmen.
Aus der US 7893410 B2 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem das Substrat mittels einer Positioniereinrichtung lateral zur optischen Achse eines Schreib-Laserstrahls verfahren wird und an einer Mehrzahl von Positionen eine Lage der Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial relativ zu dem Fokusbereich eines Schreib-Laserstrahls ermittelt wird. Mit einem solchen Verfahren ist es beispielsweise möglich, eine Verkippung des Substrats relativ zu der Scanfläche zu detektieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dreidimensionale Struktur mit hoher Präzision in einem Lithographiematerial zu erzeugen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Hierbei handelt es sich um ein Laserlithographie-Verfahren, insbesondere sogenanntes direktes Laserschreiben, mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung in einem Volumen an Lithographiematerial bzw. in einem mit Lithographiematerial ausgefüllten Volumen.
Gemäß dem Verfahren wird zunächst ein Substrat mit darauf angeordnetem Lithographiematerial bereitgestellt. Das Substrat ist insbesondere mittels einer dazu ausgebildeten Positioniereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung verlagerbar. Insbesondere ist das Substrat mittels der Positioniereinrichtung in alle drei Raumrichtungen (x, y, z) verlagerbar, weiter insbesondere zusätzlich um wenigstens eine zu einer Substratoberfläche (x-y-Ebene) parallele Neigungsachse neigbar.
Gemäß dem Verfahren wird eine Zielstruktur in dem Lithographiematerial dadurch geschrieben, bzw. definiert, dass sequenziell eine Mehrzahl von sich insgesamt zu der Zielstruktur ergänzenden Strukturbereichen (im Folgenden auch „Voxel“ genannt) definiert wird (d.h. mit der Laserlithographie-Vorrichtung in das Lithographiematerial „geschrieben“ wird). Zum Schreiben der Strukturbereiche und somit der Zielstruktur wird ein Fokusbereich eines Schreib-Laserstrahls mittels einer Optikeinrichtung innerhalb eines Schreibbereichs einer durch die Optikeinrichtung definierten Scanfläche kontrolliert verlagert, insbesondere lateral zur optischen Achse des Schreib-Laserstrahls. Insbesondere durchläuft der Fokusbereich eine Scan-Mannigfaltigkeit innerhalb der Scanfläche. Die Scan-Mannigfaltigkeit kann im einfachen Fall eine Scankurve sein, jedoch auch komplexer ausgeführt sein. Der Schreib-Laserstrahl ist hierzu mittels der Optikeinrichtung innerhalb des Schreibbereichs mit der für die zum Zwecke der Strukturierung erforderlichen Präzision steuerbar. Zu diesem Zweck kann die Optikeinrichtung aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Strahlformungs-, Strahlführungs- und/oder Strahllenkungseinrichtungen für den Laserstrahl umfassen. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass zum Definieren der Zielstruktur zusätzlich das Substrat mit dem Lithographiematerial mittels der Positioniereinrichtung kontrolliert relativ zu dem Schreib-Laserstrahl verlagert wird.
In dem Fokusbereich des Schreib-Laserstrahls wird eine Schreib-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial eingestrahlt, wobei, insbesondere unter Ausnutzung von Multi-Photonen-Absorption, das Lithographiematerial lokal verändert und somit ein Strukturbereich erzeugt bzw. geschrieben wird. Das Lithographiematerial wird insofern lokal strukturiert. Insbesondere wird das Lithographiematerial durch das Einstrahlen der Schreib-Belichtungsdosis chemisch und/oder physikalisch verändert, beispielsweise ausgehärtet oder polymerisiert. Die Belichtungsdosis ist insbesondere eine Volumendosis an Strahlungsenergie. Die Größe des veränderten Strukturbereichs („Voxels“) im Lithographiematerial hängt von der Schreib-Belichtungsdosis ab. Durch Variation der Schreib-Belichtungsdosis kann somit die räumliche Ausdehnung des jeweiligen Strukturbereichs bzw. Voxels, insbesondere eine Strukturhöhe, verändert werden.
Die Verlagerung des Schreib-Laserstrahls mittels der Optikeinrichtung und das lokale Einstrahlen der Schreib-Belichtungsdosis erfolgt dabei gemäß vorgegebener oder vorgebbarer Schreibanweisungen. Insbesondere können die Schreibanweisungen in einer Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung hinterlegt oder hinterlegbar sein. Das Verfahren beinhaltet insofern insbesondere einen Schritt, in dem die Schreibanweisungen, insbesondere vor und/oder während dem eigentlichen Schreiben, vorgegeben werden. Vorzugsweise umfassen die Schreibanweisungen Steueranweisungen, auf Basis derer die Optikeinrichtungen, insbesondere eine Scan-Einrichtung und/oder eine Strahlformungseinrichtung der Optikeinrichtung, steuerbar ist. Die Schreibanweisungen umfassen insbesondere auch Belichtungsanweisungen, welche für die Scan-Mannigfaltigkeit ortsabhängig eine einzustrahlende Schreib-Belichtungsdosis vorgeben.
Gemäß dem Verfahren wird, insbesondere vor dem eigentlichen Schreiben der Struktur, eine Grenzfläche zwischen Lithographiematerial und Substrat lokalisiert. Insbesondere wird eine Lage der Grenzfläche relativ zu der Scanfläche ermittelt. Es ist zudem denkbar, dass die Grenzfläche zusätzlich oder ausschließlich während des Schreibens der Struktur, sozusagen „online“, lokalisiert wird.
Zum Lokalisieren der Grenzfläche wird vorgeschlagen, einen Fokusbereich eines Kalibrations-Laserstrahls, insbesondere den Fokusbereich des Schreib-Laserstrahls, sequentiell zu einer Mehrzahl von Prüfpositionen innerhalb des Schreibbereichs der Scanfläche lateral zur optischen Achse zu verlagern und an jeder Prüfposition lokal eine Prüf-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial einzustrahlen. Aus einer Antwort des Lithographiematerials und/oder des Substrats auf diese Prüf-Belichtungsdosis werden dann Positionsdaten der Grenzfläche, insbesondere rechnergestützt, ermittelt. Insbesondere wird eine Lage der Grenzfläche relativ zu dem Fokusbereich des Schreib-Laserstrahls für eine Mehrzahl von Positionen innerhalb der Scanfläche ermittelt. Es ist zudem möglich, dass aus den an den einzelnen Prüfpositionen ermittelten Positionsdaten eine Gesamtlage der Grenzfläche relativ zu der Scanfläche ermittelt wird.
Das Verlagern des Fokusbereiches des Kalibration-Laserstrahls zu den Prüf-Positionen erfolgt gemäß dem Verfahren mittels derselben Optikeinrichtung, mittels welcher auch der Schreib-Laserstrahls zum eigentlichen Definieren der Struktur verlagert wird. Insofern durchläuft der Kalibrations-Laserstrahl insbesondere diejenige Strahlführungseinrichtung und/oder Scan-Einrichtung der Optikeinrichtung, mittels welcher der Schreib-Laserstrahl zum Definieren der Strukturbereiche innerhalb der Scanfläche abgelenkt wird. Das Verlagern des Kalibrations-Laserstrahls zu den Prüfpositionen erfolgt dabei vorzugsweise bei lateral zur optischen Achse, also in x-y-Ebene, feststehendem Substrat. Mit anderen Worten werden die Prüfpositionen also nicht dadurch angefahren, dass das Substrat lateral zur optischen Achse verfahren wird. Insbesondere sind die Prüfpositionen über den Schreibbereich der Scanfläche verteilt angeordnet.
Ein solches Verfahren ermöglicht es, nicht nur Abweichungen der Grenzfläche bzw. der Substratoberfläche von der Idealform einer vollständig ebenen Fläche zu detektieren (bspw. eine Wölbung oder lokale Unebenheit des Substrats oder eine Verkippung des Substrats gegenüber der Scanfläche), sondern zusätzlich auch Abweichungen der Scanfläche von der Idealform einer Ebene zu detektieren (bspw. eine Krümmung der Scanfläche oder eine Verkippung der Scanfläche gegenüber dem Substrat). Es wurde nämlich erkannt, dass auch die Scanfläche, bspw. aufgrund von Fehlern in der Optikeinrichtung, von der Idealform einer zu der Substratoberfläche planparallelen Ebene abweichen kann, was zu Strukturfehlern beim Schreiben der Zielstruktur führen kann. Mit dem vorliegenden Verfahren ist es nun möglich, eine solche durch die Optikeinrichtung verursachte ortsabhängige Veränderung der Lage des Fokusbereichs relativ zu dem Substrat innerhalb der Scanfläche zu detektieren und somit einen Fokus ortsabhängig mit vergleichsweise hoher Genauigkeit zu bestimmen. Auf Basis der ermittelten Positionsdaten kann dann ein Schreibprozess entsprechend angepasst werden, um Abweichungen von einem Idealsystem auszugleichen und somit Strukturen mit besonders hoher Formgenauigkeit zu erzeugen.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Schreibbereich sequentiell lateral zur optischen Achse relativ zu dem Substrat verlagert und positioniert wird und jeweils in dem Schreibbereich die Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial lokalisiert wird. Insofern wird insbesondere an einer ersten Position des Schreibbereichs relativ zu dem Substrat die Grenzfläche wie vorstehend erläutert lokalisiert (also eine Mehrzahl von Prüfpositionen innerhalb des Schreibbereichs angefahren), im Anschluss der Schreibbereich lateral zur optischen Achse relativ zu dem Substrat zu einer neuen Position verlagert und dort erneut die Grenzfläche lokalisiert (also innerhalb des neu positionierten Schreibbereichs ebenfalls eine Mehrzahl von Prüfpositionen angefahren). Ein solches Verfahren ermöglicht es insbesondere zwischen einer Abweichung des Substrats von seiner Idealform und einer Abweichung der Scanfläche von ihrer Idealform unterscheiden zu können und somit einen Schreibprozess besonders genau anpassen zu können. Darüber hinaus kann auf diese Weise eine Krümmung des Substrats besonders genau detektiert werden. Das Verlagern des Schreibbereichs kann bspw. durch Verlagern des Substrats und/oder durch Veränderung der Optikeinrichtung, insbesondere Verlagern eines Objektiv-Moduls der Optikeinrichtung, erfolgen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass zur Ermittlung der Positionsdaten ein optisches Signal ortsaufgelöst detektiert wird. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, eine von dem Lithographiematerial und/oder dem Substrat als Antwort auf die Prüf-Belichtungsdosis abgegebene Detektionsstrahlung mittels einer optischen Messeinrichtung ortsaufgelöst zu detektieren. Bei der Detektionsstrahlung kann es sich insbesondere um eine von dem Lithographiematerial und/oder dem Substrat rückgestreute oder durch Fluoreszenz erzeugte Strahlung handeln. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine an der Grenzfläche reflektierte Strahlung detektiert wird. Die Positionsdaten können dann insbesondere ermittelt werden, indem von der optischen Messeinrichtung erhobene Detektionsdaten rechentechnisch weiterverarbeitet werden, bspw. mittels einer dazu eingerichteten Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung. Bei der durch Fluoreszenz erzeugten Strahlung kann es sich beispielsweise um solche Fluoreszenzstrahlung handeln, die durch nicht-lineare Anregung erzeugt wird (nicht-lineare Fluoreszenz).
Insbesondere repräsentieren die Positionsdaten eine Fokusposition des Substrats entlang der optischen Achse des Kalibrations-Laserstrahls, bei welcher der Fokusbereich des Kalibrations-Laserstrahls in der Grenzfläche zwischen Lithographiematerial und Substrat liegt. Insofern repräsentieren die Positionsdaten insbesondere eine Relativposition von Substrat und Fokusbereich, bei welcher die Scanfläche die Grenzfläche schneidet.
Für eine besonders genaue Positionsbestimmung kann es vorteilhaft sein, wenn an jeder Prüfposition eine Mehrzahl von Laserpulsen in das Lithographiematerial eingestrahlt wird und währenddessen das Substrat mit dem Lithographiematerial entlang der optischen Achse des Kalibrations-Laserstrahls, insbesondere entlang einer Haupteinstrahlrichtung (z-Richtung), verfahren wird. Insofern kann an jeder Prüfposition für eine Mehrzahl von z-Positionen des Substrats eine Antwort des Lithographiematerials und/oder des Substrats auf die Prüf-Belichtungsdosis detektiert werden und auf diese Weise eine Abhängigkeit der Antwort des Lithographiematerials und/oder des Substrats von einer Position des Substrats ermittelt werden (z-sweep). Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass der Fokusbereich entlang der Haupteinstrahlrichtung verlagert wird. Aus den hieraus erhaltenen Messdaten, bspw. Reflexions- oder Fluoreszenzdaten einer optischen Messeinrichtung, können dann die Positionsdaten, insbesondere rechentechnisch, ermittelt werden. Beispielsweise können die Messdaten in einer Messkurve festgehalten werden und zur Auswertung eine simulierte Antwort eines Idealsystems gefittet werden. Auf diese Weise kann eine besonders genaue Positionsbestimmung der Grenzfläche relativ zu dem Fokusbereich erfolgen. Bei den Laserpulsen handelt es sich insbesondere um durch eine Modulationseinrichtung erzeugte modulierte Laserpulse, welche ihrerseits wieder aus vielen intrisischen Pulsen (bspw. fs-Laserpulsen) bestehen. Beispielsweise kann eine Pulsdauer 1 µs oder länger betragen. Es handelt sich bei den Laserpulsen also insbesondere nicht um durch die Laserquelle intrinsisch erzeugte Pulse.
Um Strukturartefakte durch die Kalibrationsmessungen zu vermeiden, ist es bevorzugt, wenn das Lithographiematerial durch das Einstrahlen der Prüf-Belichtungsdosis im Rahmen der Kalibiermessungen nicht verändert wird. Zu diesem Zweck kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die von dem Kalibrations-Laserstrahl je Prüfposition insgesamt eingestrahlte Prüf-Belichtungsdosis derart niedrig gewählt wird, dass keine Strukturierung in dem Lithographiematerial erfolgt. Insbesondere wird eine Laserintensität gewählt, die unterhalb des Schwellwerts liegt, bei dem eine nennenswerte Polymerisation des Lithographiematerials erfolgt (Polymerisationsthreshold). Dies ermöglicht es, die Kalibrationsmessungen auch mehrfach durchzuführen, ohne ein späteres Schreibergebnis negativ zu beeinflussen.
Um während der Kalibrationsmessungen ein Photobleichen in dem Lithographiematerial zu vermeiden, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Fokusbereich des Kalibrations-Laserstrahls beim Einstrahlen der Prüf-Belichtungsdosis lateral, also orthogonal zu einer Einstrahlrichtung, gewobbelt wird. Das Wobbeln bezeichnet insbesondere eine oszillierende Bewegung senkrecht zur optischen Achse.
Bei dem Kalibrations-Laserstrahl kann es sich um einen von dem Schreib-Laserstrahl separaten Laserstrahl handeln. Dann kann die Laserlithographie-Vorrichtung insbesondere eine zweite Laserquelle zur Aussendung eines Kalibrations-Laserstrahls umfassen. Eine solche Ausgestaltung mit separatem Kalibrations-Laserstrahl ermöglicht es, die Grenzfläche auch während des eigentlichen Definierens der Struktur durch den Schreib-Laserstrahl, sozusagen „online“, zu lokalisieren. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Kalibrations-Laserstrahl auf den Schreib-Laserstrahl kalibriert wird. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise denkbar, dass nacheinander eine Antwort des Lithographiematerials und/oder des Substrats auf eine Prüf-Belichtungsdosis des Schreib-Laserstrahls und des Kalibrations-Laserstrahls detektiert wird, insbesondere ein Rückstreu- oder Fluoreszenzsignal. Aus einem Vergleich der detektierten Signale kann dann eine Korrelation zwischen Schreib-Laserstrahl und Kalibrations-Laserstrahl ermittelt werden. Es ist auch denkbar, dass ein Schreibergebnis des Schreib-Laserstrahls, insbesondere eine mit dem Schreib-Laserstrahl definierte Struktur, mit einem Messergebnis des Kalibrations-Laserstrahls korreliert wird.
Im Rahmen einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass der Schreib-Laserstrahl selbst als Kalibrations-Laserstrahl verwendet wird. Insofern wird der Schreib-Laserstrahl mittels der Optikeinrichtung zunächst zu den Prüfpositionen verlagert und dort lokal eine Prüf-Belichtungsdosis eingestrahlt, bevor die eigentliche Strukturierung des Lithographiematerials mittels des Schreib-Laserstrahls erfolgt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine intrinsische Kalibrierung. Insbesondere kann somit eine effektive Oberfläche gemessen werden.
Vorzugsweise wird in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten die Optikeinrichtung und/oder wenigstens eine Schreibanweisung verändert. Insbesondere wird der Schreibprozess in Abhängigkeit einer ermittelten Lage der Grenzfläche relativ zu der Scanfläche angepasst. Dies kann grundsätzlich die Anpassung von Hardware (bspw. eine Justage von Optikmitteln der Optikeinrichtung) und/oder Software (bspw. eine rechentechnische Anpassung von Schreibdatensätzen, s.u.) umfassen. Insbesondere wird die Laserlithographie-Vorrichtung dann mittels der entsprechend angepassten Optikeinrichtung bzw. auf Basis der angepassten Schreibanweisungen gesteuert, um die Zielstruktur zu schreiben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorsehen, dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten eine lokale Belichtungsdosis angepasst wird. Insbesondere werden in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten zumindest für eine Teilmenge, insbesondere nur für eine Teilmenge, der Scanpunkte entlang einer von dem Schreib-Laserstrahl zu durchlaufenden Scan-Mannigfaltigkeit eine lokale Schreib-Belichtungsdosis verändert. Mit anderen Worten wird also in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten ortsabhängig eine Schreib-Belichtungsdosis angepasst.
Alternativ oder ergänzend kann in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten auch eine Konfiguration der Scanfläche verändert werden. Insbesondere kann die Scanfläche in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten durch Veränderung der Optikeinrichtung relativ zu dem Substrat ausgerichtet werden, beispielsweise durch Strahlformung begradigt und/oder relativ zu dem Substrat verkippt werden. Vorzugsweise wird die Scanfläche in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten derart verändert, dass die Scanfläche parallel zu einer Substratoberfläche des Substrats ausgerichtet ist.
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten der Grenzfläche eine Position und/oder Lage des Substrats verändert wird, insbesondere mittels einer dazu ausgebildeten Positioniereinrichtung. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Substrat horizontal, insbesondere parallel zu der Scanfläche, ausgerichtet wird.
Die Schreibanweisungen können insbesondere in wenigstens einem Schreibdatensatz hinterlegt oder hinterlegbar sein. Der wenigstens eine Schreibdatensatz kann vorzugsweise in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung gespeichert oder speicherbar sein. In Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten der Grenzfläche kann dann, insbesondere aus dem wenigstens einen Schreibdatensatz, wenigstens ein korrigierter Schreibdatensatz ermittelt werden, auf Basis dessen die Laserlithographie-Vorrichtung gesteuert wird, um die Zielstruktur zu erzeugen. Ein solches Verfahren lässt sich automatisieren und ermöglicht somit eine einfache und bedienungsfreundliche Kalibrierung. Beispielsweise kann zunächst ein „Ideal-Schreibdatensatz“ bereitgestellt werden, welcher Schreibanweisungen für ein Idealsystem enthält, in welchem Grenzfläche und Scanfläche planparallel zueinander orientiert sind. Dieser „Ideal-Schreibdatensatz“ kann dann in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten rechentechnisch angepasst werden, um Abweichungen des realen Systems von dem Idealsystem (bspw. eine Verkippung des Substrats relativ zu der Scanfläche und/oder eine Krümmung der Scanfläche, etc.) auszugleichen.
Der wenigstens eine Schreibdatensatz kann insbesondere Steuerungsdaten zur Steuerung der Optikeinrichtung umfassen. Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Schreibdatensatz Steuerungsdaten zur Steuerung einer Scan-Einrichtung und/oder einer Strahlformungseinrichtung der Optikeinrichtung. Insofern können die Steuerungsdaten insbesondere für den Schreib-Laserstrahl einen eine Scanverlauf innerhalb der Scanfläche und/oder eine Strahlform (bspw. eine geeignete Pulsform) vorgeben. Es kann beispielsweise vorteilhaft sein, insbesondere bei einer Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem der Schreib-Laserstrahl als Kalibrations-Laserstrahl verwendet wird, wenn der Kalibrations-Laserstrahl über eine Strahlformung geändert wird, bspw. eine Verkippung des Fokus durch halbseitige Abschattung. Dies ermöglicht eine besonders präzise Messung.
Der wenigstens eine Schreibdatensatz kann insbesondere auch Schreib-Belichtungsdaten umfassen, welche für jeden Scanpunkt entlang einer Scan-Mannigfaltigkeit des Schreib-Laserstrahls durch das Lithographiematerial eine lokale Belichtungsdosis repräsentieren. Die Schreib-Belichtungsdaten geben insofern vor, mit welcher Belichtungsdosis an einer bestimmten Position der Scan-Mannigfaltigkeit eingestrahlt werden soll. Das Bereitstellen der Schreib-Belichtungsdaten kann insbesondere dadurch erfolgen, dass ein die zu erzeugende Zielstruktur repräsentierender Strukturdatensatzes (z.B. Beispiel CAD-Daten) bereitgestellt bzw. in einer Steuereinrichtung hinterlegt wird und anschließend daraus die Schreib-Belichtungsdaten rechnergestützt ermittelt werden, beispielsweise mittels einer dazu eingerichteten Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Schreib-Belichtungsdaten in Form von die Zielstruktur repräsentierenden Graustufen-Bilddaten vorliegen, wobei verschiedene Graustufen verschiedene Strukturhöhen definieren. Die Schreib-Belichtungsdaten sind insofern als Graustufen-Bilder visualisierbar. Insofern kann der wenigstens eine Schreibdatensatz insbesondere einen Graustufen-Bilddatensatz umfassen. Insbesondere wird die Laserlithographie-Vorrichtung gemäß den Graustufen-Bilddaten gesteuert. Vorzugsweise werden die Schreib-Belichtungsdaten dadurch bereitgestellt, dass eine Graustufen-Bilddatei in einer Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung eingelesen und in einem Speicher hinterlegt wird.
Bei der vorliegend angewandten Art des 3D-Laserschreibens kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das Einbringen der Belichtungsdosis mittels Multi-Photonen-Absorption erfolgt. Hierzu ist das Lithographiematerial vorzugsweise derart ausgebildet und der Schreib-Laserstrahl derart auf das Lithographiematerial abgestimmt, dass eine Veränderung des Lithographiematerials (zum Beispiel lokale Polymerisation) nur mittels Absorption mehrerer Photonen möglich ist. Hierzu kann beispielsweise die Wellenlänge des Schreib-Laserstrahl derart gewählt (und damit die zugeordnete Quantenenergie derart bemessen sein), dass der für die Veränderung des Lithographiematerials erforderliche Energieeintrag nur durch gleichzeitige Absorption zweier oder mehrerer Quanten erreicht wird. Die Wahrscheinlichkeit für einen solchen Prozess ist nichtlinear intensitätsabhängig und im Fokusbereich gegenüber dem übrigen Schreib-Laserstrahl deutlich erhöht. Aus grundsätzlichen Überlegungen ergibt sich, dass die Wahrscheinlichkeit zur Absorption von zwei oder mehr Quanten vom Quadrat oder einer höheren Potenz der Strahlungsintensität abhängen kann. Im Gegensatz hierzu weist die Wahrscheinlichkeit für lineare Absorptionsprozesse eine andere Intensitätsabhängigkeit auf, insbesondere mit einer geringeren Potenz der Strahlungsintensität. Da beim Eindringen des Schreib-Laserstrahls in das Lithographiematerial eine Dämpfung erfolgt (zum Beispiel gemäß dem Beer'schen Gesetz), wäre ein Schreiben im Fokusbereich unter Ausnutzung linearer Absorptionsprozesse tief unter der Flüssigkeitsoberfläche des Lithographiematerials problematisch, da aufgrund der Dämpfung selbst bei einer Fokussierung unterhalb der Oberfläche in dem Fokusbereich nicht zwingend die höchste Absorptionswahrscheinlichkeit vorliegt. Der Mechanismus der Multi-Photonen-Absorption ermöglicht es hingegen, auch im Inneren eines Volumens aus Lithographiematerial, also auch vergleichsweise tief unter der Flüssigkeitsoberfläche, die gewünschte Belichtungsdosis einzubringen und das Lithographiematerial lokal zu verändern. Vorrichtungen zum schrittweisen Absenken einer Trägerstruktur in einem Bad aus Lithographiematerial, wie es im Stand der Technik bekannt ist, ist somit nicht erforderlich.
Als Lithographiematerial werden im vorliegenden Zusammenhang grundsätzlich solche Substanzen bezeichnet, deren chemische und/oder physikalische Materialeigenschaften durch die Bestrahlung mit einem Schreib-Laserstrahl veränderbar sind, beispielsweise sogenannte Lithographielacke. Je nach Art der durch den Schreibstrahl induzierten Veränderungen können Lithographiematerialien in sogenannte Negativlacke (bei welchem durch Bestrahlung eine lokale Aushärtung erfolgt oder die Löslichkeit in einem Entwicklermedium verringert wird) und in sogenannte Positivlacke (bei welchem durch die Bestrahlung lokal die Löslichkeit in einem Entwicklermedium erhöht wird) unterschieden werden.
Die eingangsgestellte Aufgabe wird auch durch eine Laserlithographie-Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Die Laserlithographie-Vorrichtung ist zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial ausgebildet. Die Laserlithographie-Vorrichtung umfasst eine Positioniereinrichtung zum Verlagern und Positionieren eines Substrats. Insbesondere ist die Positioniereinrichtung dazu ausgebildet, das Substrat in allen drei Raumrichtungen (X, Y, Z) zu verlagern, vorzugsweise zusätzlich auch um wenigstens eine zur X-Y-Ebene parallele Neigungsachse zu neigen (tilt).
Die Laserlithographie-Vorrichtung umfasst außerdem eine Laserquelle zur Aussendung eines Schreib-Laserstrahls und eine Optikeinrichtung. Die Optikeinrichtung umfasst eine Strahlführungseinrichtung, insbesondere umfassend Optikmittel wie Linsen, Spiegel, etc., zur Definition eines Strahlengangs für den Schreib-Laserstrahl von der Laserquelle zu dem Lithographiematerial. Außerdem umfasst die Optikeinrichtung eine Fokussieroptik, welche dazu ausgebildet ist, den Schreib-Laserstrahl in einen Fokusbereich zu fokussieren. Zur Verlagerung des Fokusbereiches des Schreib-Laserstrahls relativ zu dem Lithographiematerial umfasst die Optikeinrichtung außerdem eine Scan-Einrichtung. Die Scan-Einrichtung kann eine Ablenkeinrichtung (z.B. umfassend Ablenkspiegel) zur Veränderung einer Position des Fokusbereichs des Schreib-Laserstrahls in dem Lithographiematerial sein. Die Optikeinrichtung kann außerdem eine Strahlformungseinrichtung und/oder eine Modulationseinrichtung zur Formung von geeigneten Strahlpulsen umfassen.
Die Laserlithographie-Vorrichtung umfasst außerdem eine Messeinrichtung zur Detektion einer von dem Lithographiematerial und/oder dem Substrat ausgesendeten, insbesondere reflektierten oder durch Fluoreszenz erzeugten, Strahlung. Die Messeinrichtung kann insbesondere eine Messoptik umfassen, welche vorzugsweise konfokal zu der den Schreib-Laserstrahl erzeugenden Einrichtung (z.B. Strahlführungseinrichtung) ausgebildet ist. Insbesondere umfasst die Messeinrichtung eine Detektionseinrichtung zur Detektion von Strahlung, welche von dem Substrat und/oder dem Lithographiematerial rückgestreut, reflektiert oder durch Fluoreszenz erzeugt wurde.
Die Laserlithographie-Vorrichtung umfasst außerdem eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die vorstehend erläuterten Verfahren durchzuführen. Die Steuereinrichtung umfasst insbesondere eine Recheneinheit und einen nichtflüchtigen Speicher, in dem die vorstehend erläuterten Datensätze hinterlegt oder hinterlegbar sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 vereinfachte schematische Darstellung einer Laserlithographie-Vorrichtung;
2 skizzierte Darstellung zur Erläuterung eines Schreibvorgangs mittels der Laserlithographie-Vorrichtung;
3 skizzierte Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Lokalisierung einer Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial; und
4-7 skizzierte Darstellungen zur Erläuterung verschiedener Vorgehensweisen zur Anpassung des Schreibvorgangs in Abhängigkeit einer ermittelten Position der Grenzfläche.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Laserlithographie-Vorrichtung, welche insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Laserlithographie-Vorrichtung 10 umfasst eine Laserquelle 12 zur Aussendung eines Schreib-Laserstrahls 14. Die Laserlithographie-Vorrichtung 10 umfasst außerdem eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnete Optikeinrichtung.
Die Optikeinrichtung 16 umfasst eine Strahlführungseinrichtung 18 zur Definition eines Strahlengangs 20 für den Schreib-Laserstrahl 14 von der Laserquelle 12 zu einem zu strukturierenden Lithographiematerial 22. Die Strahlführungseinrichtung 18 weist in dem dargestellten Beispiel mehrere Module auf, welche optische und/oder mechanische Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann der Strahlengang 20 zunächst durch eine Strahlformungseinrichtung 24 zur Formung von geeigneten Strahlpulsen verlaufen.
Die Optikeinrichtung 16 umfasst außerdem eine Fokussieroptik 26 zur Fokussierung des Schreib-Laserstrahls 14 in einem Fokusbereich 28 (vgl. auch 2). Die Fokussieroptik 26 umfasst beispielhaft ein Objektiv-Modul 30, durch welches der Schreib-Laserstrahl 14 in das Lithographiematerial 22 eingestrahlt wird.
Die Optikeinrichtung 16 umfasst außerdem eine Scan-Einrichtung 32, mittels derer der Fokusbereich 28 des Schreib-Laserstrahls 14 innerhalb eines Schreibbereichs 34 einer Scanfläche 36 (vgl. 2) mit einer zur Strukturierung erforderlichen Präzision relativ zu dem Lithographiematerial 22 verlagert werden kann. In dem dargestellten Beispiel umfasst die Scan-Einrichtung 32 ein Strahllenkungsmodul 36, welches beispielsweise eine Galvanometer-Scanner-Einheit zur kontrollierten Auslenkung des Laserstrahls 14 umfassen kann.
Wie in 1 skizziert dargestellt, ist das Lithographiematerial 22 auf einer Substratoberfläche 38 eines Substrats 40 bereitgestellt. Das Substrat 40 ist beispielhaft und bevorzugt mittels einer Positioniereinrichtung 42 relativ zu dem Fokusbereich 28 des Schreib-Laserstrahls 14 positionsgenau verlagerbar. In den Figuren ist auch ein Koordinatensystem dargestellt mit zueinander orthogonalen Achsen x, y, z. Die Positioniereinrichtung 42 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, das Substrat 40 in allen drei Raumrichtungen x, y, z zu verlagern, insbesondere zusätzlich auch um eine zu der x-Achse parallele erste Neigungsachse und/oder um eine zu der y-Achse parallele zweite Neigungsachse zu verkippen.
Die Laserlithographie-Vorrichtung 10 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt), welche eine Recheneinheit und einen nichtflüchtigen Speicher umfasst.
Zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur 44 in dem Lithographiematerial 22 wird der Fokusbereich 28 des Laser-Schreibstrahls 14 mittels der Optikeinrichtung 16, insbesondere mittels der Scan-Einrichtung 32, durch das Volumen an Lithographiematerial 22 (umgebend die gesamte Struktur) verlagert. In dem Fokusbereich 28 des Laser-Schreibstrahls 14 wird dabei lokal eine Schreib-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial 22 eingestrahlt, sodass lokal, insbesondere unter Ausnutzung von Multi-Photonen-Absorption, Strukturbereiche 46 definiert werden (vgl. 2). Beispielsweise wird das Lithographiematerial 22 lokal polymerisiert und somit strukturiert.
Wie in 2 skizziert, kann die Struktur 44 insbesondere dadurch definiert werden, dass der Fokusbereich 28 eine Scan-Mannigfaltigkeit 48 entlang der Scanfläche 36 durch das Lithographiematerial 22 durchläuft und dabei eine Folge von Laserpulsen mit einer definierten Pulsrate und Pulslänge abgibt (in den 2 ist die Scanfläche 36 jeweils abschnittsweise skizziert). Dadurch wird entlang der Scan-Mannigfaltigkeit 48 eine Reihe von Strukturbereichen 46 (Voxeln) definiert, welche die Zielstruktur 44 (in 2 strichliniert dargestellt) annähern. Die Strukturbereiche 46 sind untereinander formähnlich oder formidentisch. Die Größe eines geschriebenen Strukturbereichs 46 und somit eine Strukturhöhe hängt dabei mit der eingebrachten Belichtungsdosis zusammen.
Ist die gewünschte Zielstruktur 44 größer als der maximale Schreibbereich 34 Laserlithographie-Vorrichtung 10, kann die Zielstruktur 44 rechentechnisch in Teilstrukturen zerlegt werden, welche zusammen die Zielstruktur 44 annähern. Die Teilstrukturen können dann sequentiell geschrieben werden. Die 2 zeigt ein Beispiel, bei dem die Zielstruktur 44 in zwei lateral nebeneinander liegende Teilstrukturen 50-1, 50-2 zerlegt ist, welche ihrerseits wieder aus zwei übereinander liegenden Schreiblagen 52-1, 52-2 aufgebaut sind. Zum Schreiben der Zielstruktur 44 kann dann beispielsweise zunächst die in 2 links dargestellte Teilstruktur 50-1 geschrieben werden, in dem nacheinander die Schreiblagen 52-1, 52-2 definiert werden. Zu diesem Zweck wird das Substrat 40 beispielsweise nach dem Schreiben der ersten Lage 52-1 um einen entsprechenden Betrag nach unten (in negative z-Richtung) gefahren, um die zweite Lage 52-2 zu schreiben. Nachdem die erste Teilstruktur 50-1 definiert ist, wird dann der Schreibbereich 34 lateral zur optischen Achse (in dem in 2 gezeigten Beispiel in x-Richtung) verlagert, um die zweite Teilstruktur 50-2 zu schreiben. Das Verlagern des Schreibbereichs 34 kann bspw. durch Verlagern des Substrats 40 und/oder des Objektiv-Moduls 30 erfolgen. Im Anschluss wird dann die zweite Teilstruktur 50-2 in analoger Weise geschrieben.
Die Verlagerung des Schreib-Laserstrahls 14 und das ortsabhängige Einstrahlen der Schreib-Belichtungsdosis innerhalb der Scanfläche 36 erfolgt gemäß vorgegebener Schreibanweisungen, welche vorzugsweise als Schreibdatensatz in der Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung 10 hinterlegt sind. Der Schreibdatensatz umfasst beispielhaft und bevorzugt Schreib-Belichtungsdaten, welche für die Scan-Mannigfaltigkeit 48 ortsabhängig eine lokale Schreib-Belichtungsdosis repräsentieren. Insbesondere kann es sich bei den Schreib-Belichtungsdaten um die Zielstruktur 44 repräsentierende Graustufen-Bilddaten handeln, wobei verschiedene Graustufen verschiedene Belichtungsdosen repräsentieren. Beispielsweise ist es möglich, dass in der Steuereinrichtung der Laserlithographie-Vorrichtung 10 eine Graustufen-Bilddatei eingelesen wird. Der Schreibdatensatz umfasst vorzugsweise außerdem Steuerungsdaten zur Steuerung der Optikeinrichtung 16. Insbesondere umfasst der Schreibdatensatz Steuerdaten zur Steuerung der Scan-Einrichtung 32 und/oder der Strahlformungseinrichtung 24.
Vor dem eigentlichen Definieren der Struktur wird gemäß dem Verfahren eine Grenzfläche 54 zwischen Substrat 40 und Lithographiematerial 22 lokalisiert (vgl. 1). Im Konkreten wird beispielhaft und bevorzugt eine Position des Substrats 40 entlang der z-Achse ermittelt, bei welcher der Fokusbereich 28 innerhalb der Grenzfläche 54 liegt (im Folgenden „Fokusposition“ genannt).
In einem idealen System, in welchem die Substratoberfläche 38 und die Scanfläche 36 planparallel verlaufen, ist diese Fokusposition für alle Scanpunkte innerhalb der Scanfläche 36 identisch. In einem realen System weicht eine Fokusposition jedoch aufgrund von verschiedenen Effekten innerhalb der Scanfläche 36 regelmäßig voneinander ab. Beispielsweise kann es vorkommen, dass das Substrat 40 relativ zu der optischen Achse verkippt ist. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorkommen, dass die Substratoberfläche 38 gekrümmt bzw. gewölbt ist oder lokale Unebenheiten aufweist. Zudem wurde erkannt, dass auch die Scanfläche 36 von der Idealform einer Ebene abweichen kann, bspw. aufgrund von Optikfehler in der Optikeinrichtung 16.
2 visualisiert den beispielhaften Fall, dass das Substrat 40 um die y-Achse verkippt ist und zusätzlich die Scanfläche 36 sowohl eine Krümmung als auch eine Verkippung um die y-Achse aufweist. Solche Abweichungen von der Idealkonfiguration können dazu führen, dass eine tatsächlich geschriebene Struktur 46 nicht exakt der gewünschten Zielstruktur 44 entspricht, bspw. verzerrt oder unvollständig hergestellt wird (bei dem in 2 dargestellten Beispiel ist bspw. die jeweils rechte obere Ecke der Teilstrukturen 50-1, 50-2 nicht vollständig durch einen Strukturbereich 46 ausgefüllt).
Um solche Abweichungen des Substrats 40 und/oder der Scanfläche 36 von der Idealkonfiguration detektieren und ausgleichen zu können, wird gemäß dem Verfahren an einer Mehrzahl von Prüfpositionen 56-1 bis 56-6 innerhalb des Schreibbereichs 34 der Scanfläche 36 die Fokusposition des Substrats 40 bestimmt. Ist die Zielstruktur 44, wie vorstehend in Bezug auf 2 erläutert, aus einer Mehrzahl von Teilstrukturen 50-1, 50-2 aufgebaut, erfolgt das Ermitteln der Fokuspositionen vorzugsweise für jede Teilstruktur 50-1, 50-2 gesondert. Insofern wird insbesondere nachdem der Schreibbereich 34 zum Schreiben einer weiteren Teilstruktur verlagert wurde, erneut an einer Mehrzahl von Positionen innerhalb des Schreibbereichs 34 die Fokusposition bestimmt.
Gemäß dem Verfahren wird hierzu der Fokusbereich 28 des Schreib-Laserstrahls 14 mittels der Optikeinrichtung 16 sequentiell zu verschiedenen Prüfpositionen 56-1 bis 56-6 innerhalb der Scanfläche 36 verlagert. An jeder Prüfposition 56-1 bis 56-6 wird dann lokal eine Prüf-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial 22 eingestrahlt (in 5 durch die ovalen Strukturen visualisiert) und eine von dem Lithographiematerial 22 und/oder dem Substrat 40 als Antwort auf die Prüf-Belichtungsdosis abgegebene Detektionsstrahlung detektiert. Zu diesem Zweck kann dann die Laserlithographie-Vorrichtung 10 eine entsprechende Messeinrichtung 58 (vgl. 1) aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden an jeder Prüfposition 56-1 bis 56-6 eine Mehrzahl von Laserpulsen eingestrahlt und währenddessen das Substrat 40 mittels der Positioniereinrichtung 42 entlang der z-Achse verlagert. Auf diese Weise kann eine Messkurve erhalten werden, welche eine Antwort des Substrats 40 bzw. des Lithographiematerials 22 in Abhängigkeit einer z-Position des Substrats 40 repräsentiert.
Bei der Detektionsstrahlung kann es sich insbesondere um von dem Lithographiematerial 22 und/oder dem Substrat 40 rückgestreute Strahlung handeln. Dann kann eine Fokusposition des Substrats 40 beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass ein Reflexionssignal des Laserstrahls 14 an der Grenzfläche 54 detektiert wird, bspw. als lokales Intensitätsmaximum. Es ist auch möglich, dass es sich bei der Detektionsstrahlung um durch Fluoreszenz erzeugte Strahlung handelt. Eine Fokusposition kann dann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass ein Unterschied in dem Fluoreszenzsignal beim Übergang von dem, insbesondere fluoreszierenden, Lithographiematerial 22 und dem, insbesondere nichtfluoreszierenden, Substrat 40 detektiert wird. Zu diesem Zweck kann die Messeinrichtung 58 insbesondere einen Fluoreszenzdetektor aufweisen.
Auf Basis der ermittelten Fokuspositionen an den jeweiligen Prüfpositionen 56-1 bis 56-6 kann dann der wenigstens eine Schreibdatensatz entsprechend angepasst werden, um die Abweichungen von einem idealen System auszugleichen. Insbesondere kann wenigstens ein korrigierter Schreibdatensatz rechnergestützt, bspw. mittels der Steuereinrichtung, ermittelt werden, auf Basis dessen dann die Laserlithographie-Vorrichtung 10 gesteuert wird, um die Zielstruktur 44 zu erzeugen.
Beispielsweise ist es denkbar, dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten eine lokale Schreib-Belichtungsdosis angepasst wird. Die 4 zeigt ein entsprechendes Beispiel, bei welchem gegenüber dem in 2 dargestellten Beispiel eine Belichtungsdosis entlang der Scan-Mannigfaltigkeit 48 ortsabhängig angepasst wurde, um eine bessere Annäherung der tatsächlich erzeugten Struktur 46 an die gewünschte Zielstruktur 44 zu erzielen (die jeweils rechte oberen Ecke der Teilstrukturen 50-1, 50-2 ist nun durch Strukturbereiche 46 besser ausgefüllt). In einem solchen Fall kann dann der korrigierte Schreibdatensatz korrigierte Schreib-Belichtungsdaten umfassen. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es auch möglich, dass durch die korrigierten Schreibbelichtungsdaten zusätzlich oder alternativ eine Krümmung der Substratoberfläche 38 und/oder lokale Unebenheiten in der Substratoberfläche 38 ausgeglichen werden.
Es ist auch denkbar, dass die Zielstruktur 44 in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten rechentechnisch in neu definierte Strukturbereiche 46 zerlegt wird. Ein Beispiel hierfür ist in 5 skizziert, bei welchem die Teilstrukturen 50-1, 50-2 nun durch vier Schreiblagen 52-1 bis 52-4 anstatt zwei aufgebaut sind.
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten das Substrat 40 neu positioniert wird. Dann kann der korrigierte Schreibdatensatz auch korrigierte Steueranweisungen für die Positioniereinrichtung 42 umfassen. 6 visualisiert den beispielhaften Fall, dass das Substrat 40 ausgehend von der in 2 dargestellten Konfiguration horizontal ausgerichtet wurde.
Alternativ oder ergänzend ist es zudem möglich, dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten das Objektiv-Modul 30, bzw. ein Objektiv des Objektiv-Moduls 30, relativ zu dem Substrat 40 neu positioniert wird, bspw. verkippt wird. Dann kann der korrigierte Schreibdatensatz auch korrigierte Steueranweisungen für eine Positioniereinrichtung (nicht dargestellt) des Objektiv-Moduls 30 umfassen.
Alternativ oder ergänzend ist es zudem möglich, dass eine Form der Scanfläche 36 durch Strahlformung oder durch die Scan-Einrichtung 32 angepasst wird. 7 zeigt skizziert den beispielhaften Fall, dass die Scanfläche 36 begradigt und parallel zu der Substratoberfläche 38 ausgerichtet wurde. In diesem Fall kann der korrigierte Schreibdatensatz korrigierte Steuerdaten für die Optikeinrichtung 16, insbesondere für die Strahlformungseinrichtung 24 und/oder die Scan-Einrichtung 32, umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass eine Scan-Einrichtung 32 vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, eine Z-Position des Fokusbereichs während des Scannens schnell zu verändern und somit eine Form der Scanfläche 36 anzupassen. Zu diesem Zweck kann die Scan-Einrichtung 32 beispielsweise adaptive Linsen umfassen, welche dazu ausgebildet sind, den Fokusbereich schnell entlang der z-Achse zu verlagern.
Im Rahmen einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann auch ein von dem Schreib-Laserstrahl 14 separater Kalibrations-Laserstrahl verwendet werden, um die Prüf-Belichtungsdosis einzustrahlen. Die Kalibrationsmessungen zur Bestimmung einer Fokusposition werden dann also nicht mit dem Schreib-Laserstrahl 14 selbst durchgeführt. Bei einer solchen Ausgestaltung kann die Laserlithographie-Vorrichtung insbesondere eine zweite Laserquelle (nicht dargestellt) zur Aussendung des Kalibrations-Laserstrahls umfassen. Die zweite Laserquelle ist insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass der Kalibrations-Laserstrahl denselben Strahlengang 20 durch die Optikeinrichtung 16 wie der Schreib-Laserstrahl 14 aufweist, insbesondere zumindest durch die Strahlformungseinrichtung 24 und/oder die Scan-Einrichtung 32 verläuft. Bei einer solchen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Bestimmen der Fokusposition auch während des eigentlichen Schreibvorgangs durch den Schreib-Laserstrahl 14 erfolgen. Laser-Schreibstrahl 14 und Kalibrations-Laserstrahl können also parallel eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017110241 A1 [0002]
US 7893410 B2 [0004]

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur (44) in einem Lithographiematerial (22) mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung (10), wobei ein Substrat (40) mit darauf angeordnetem Lithographiematerial (22) bereitgestellt wird, wobei eine Grenzfläche (54) zwischen Lithographiematerial (22) und Substrat (40) lokalisiert wird, wobei die Zielstruktur (44) dadurch definiert wird, dass gemäß vorgegebener Schreibanweisungen ein Fokusbereich (28) eines Schreib-Laserstrahls (14) mittels einer Optikeinrichtung (16) innerhalb eines Schreibbereichs (34) einer Scanfläche (36) verlagert wird, wobei in dem Fokusbereich (28) des Schreib-Laserstrahls (14) eine Schreib-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial (22) eingestrahlt wird und lokal ein Strukturbereich (46) definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lokalisieren der Grenzfläche (54) zwischen Substrat (40) und Lithographiematerial (22) ein Fokusbereich (28) eines Kalibrations-Laserstrahls (14) mittels der Optikeinrichtung (16) sequentiell zu einer Mehrzahl von Prüfpositionen (56-1 bis 56-6) innerhalb des Schreibbereichs (34) der Scanfläche (36) verlagert wird, wobei an jeder Prüfposition (56-1 bis 56-6) eine Prüf-Belichtungsdosis in das Lithographiematerial (22) eingestrahlt wird und aus einer Antwort des Lithographiematerials (22) und/oder des Substrats (40) auf die Prüf-Belichtungsdosis Positionsdaten der Grenzfläche (54) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schreibbereich (34) sequentiell lateral zur optischen Achse (z) relativ zu dem Substrat (40) verlagert und positioniert wird, und wobei jeweils in dem Schreibbereich (34) die Grenzfläche (54) zwischen Substrat (40) und Lithographiematerial (22) lokalisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine von dem Lithographiematerial (22) und/oder dem Substrat (40) rückgestreute oder durch Fluoreszenz erzeugte Strahlung mittels einer optischen Messeinrichtung (58) detektiert wird, um die Positionsdaten zu ermitteln.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Positionsdaten eine Fokusposition des Substrats (40) entlang der optischen Achse (z) repräsentieren, bei welcher der Fokusbereich (28) des Kalibrations-Laserstrahls (14) in der Grenzfläche (54) zwischen Lithographiematerial (22) und Substrat (40) liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei an jeder Prüfposition (56-1 bis 56-6) eine Mehrzahl von Laserpulsen eingestrahlt wird und wobei währenddessen das Substrat (40) entlang der optischen Achse (z) des Kalibrations-Laserstrahls (14) verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Prüf-Belichtungsdosis derart niedrig gewählt wird, dass keine Strukturierung in dem Lithographiematerial (22) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Fokusbereich (28) des Kalibrations-Laserstrahls (14) beim Einstrahlen der Prüf-Belichtungsdosis lateral gewobbelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schreib-Laserstrahl (14) als Kalibrations-Laserstrahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten die Optikeinrichtung (16) und/oder wenigstens eine Schreibanweisung verändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schreib-Laserstrahl (14) zum Definieren der Zielstruktur (44) eine Scan-Mannigfaltigkeit (48) innerhalb des Schreibbereiches (34) durchläuft, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten zumindest für eine Teilmenge der Scanpunkte der Scan-Mannigfaltigkeit (48) eine lokale Schreib-Belichtungsdosis verändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten eine Konfiguration der Scanfläche (36) verändert wird, insbesondere die Scanfläche (36) durch Veränderung der Optikeinrichtung (16) relativ zu dem Substrat (40) ausgerichtet wird, weiter insbesondere begradigt und/oder relativ zu dem Substrat (40) verkippt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der Positionsdaten eine Position und/oder Lage des Substrats (40) verändert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schreibanweisungen in wenigstens einem Schreibdatensatz hinterlegt sind, wobei auf Basis der ermittelten Positionsdaten der Grenzfläche (54) wenigstens ein korrigierter Schreibdatensatz ermittelt wird, wobei die Laserlithographie-Vorrichtung (10) gemäß dem wenigstens einen korrigierten Schreibdatensatz gesteuert wird, insbesondere wobei der Schreibdatensatz Steuerungsdaten zur Steuerung der Optikeinrichtung (16) und/oder Schreib-Belichtungsdaten, welche für jeden Scanpunkt ortsabhängig eine lokale Belichtungsdosis repräsentieren, umfasst.
Laserlithographie-Vorrichtung (10) zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur (44) in einem Lithographiematerial (22), umfassend - eine Positioniereinrichtung (42) zum Verlagern und Positionieren eines Substrats (40); - eine Laserquelle (12) zur Aussendung eines Schreib-Laserstrahls (14); - eine Optikeinrichtung (16) umfassend o eine Strahlführungseinrichtung (18) zur Definition eines Strahlengangs (20) für den Schreib-Laserstrahl (14) von der Laserquelle (12) zu dem Lithographiematerial (22), o eine Fokussieroptik (26) zur Fokussierung des Schreib-Laserstrahls (14) in einem Fokusbereich (28), o eine Scan-Einrichtung (32) zur Verlagerung des Fokusbereiches (28) des Schreib-Laserstrahls (14) innerhalb einer Scanfläche (36) relativ zu dem Lithographiematerial (22), gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung (58) zur Detektion einer von dem Lithographiematerial (22) und/oder dem Substrat (40) ausgesendeten, insb. reflektierten oder durch Fluoreszenz erzeugten, Strahlung und durch eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Laserlithographie-Vorrichtung nach Anspruch 14, außerdem umfassend eine zweite Laserquelle zur Aussendung eines Kalibrations-Laserstrahls.