DE602004005210T2

DE602004005210T2 - Verfahren zur herstellung von mustern mit geneigten flanken mittels fotolithographie

Info

Publication number: DE602004005210T2
Application number: DE602004005210T
Authority: DE
Inventors: Marc Rabarot; Mathieu Kipp; Christophe Kopp
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Mimotec SA
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: FR2858694B1; JP2007501951A; US20070003839A1; EP1652009A2; WO2005017623A2; WO2005017623A3; DE602004005210D1; FR2858694A1; EP1652009B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fotolithographieverfahren mit kontrolliertem Einfallwinkel zur Herstellung von Mikrokomponenten oder Mikrosystemen sowie eine Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens.
Die Fotolithographie wird bei der Herstellung von integrierten Schaltungen benutzt und sie ist auch die Basistechnik, die die Herstellung von Mikrostrukturen des Typs MEMS (Abkürzung für "Micro Electro Mechanical Systems", also elektromechanische Mikrosysteme). Sie besteht darin, vordefinierte Muster auf einem geeigneten Substrat (zum Beispiel einer Siliciumscheibe) herzustellen, um die Eigenschaften dieses Substrats lokal modifizieren zu können (was zum Beispiel ermöglicht, Transistoren zu realisieren), oder an bestimmten Stellen des Substrats Metall abzuscheiden, um zum Beispiel Mikromaschinen zu realisieren.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise arbeitet ein Fotolithographieverfahren mittels Normalenwinkel (das heißt, dass eine zu fotostrukturierende Resistschicht üblicherweise senkrecht zu der Hauptrichtung eines Lichtstrahlenbündels ist, mit dem man es belichtet). Man scheidet während eines ersten Schrittes auf einem Substrat 100 eine Fotoresistschicht 101 ab (zum Beispiel ungefähr 100 μm Polyimid) (1A). Anschließend belichtet man diese Fotoresistschicht 101, um in ihr Muster zu realisieren, mit Hilfe eines Lichtstrahlenbündels 102 (generell mit einer Wellenlänge im UV-Bereich) senkrecht zur Hauptebene der Resistschicht 101 durch eine Maske 103 hindurch, die für die Strahlen 102 opake Teile 104 (zum Beispiel aus Metall) sowie transparente Teile 105 (zum Beispiel aus Siliciumdioxid) umfasst, wobei die transparenten Teile 105 auch Löcher sein können. Die transparenten Teile 105 sind gemäß den Mustern angeordnet, die man realisieren will. Nun wird das Bild der Maske 103 auf die Fotoresistschicht 101 projiziert. Bestimmte Teile der Resistschicht 101 sind in diesem Moment den UV-Strahlen ausgesetzt, während andere intakt bleiben. Die Resistschicht 101 umfasst also belichtete Zonen 106 und unbelichtete Zonen 107, die den Teilen der Resistschicht 101 entsprechen, die durch die Maske 103 geschützt wurden (1B). Schließlich entfernt man die Maske 103; dann wird die Resistschicht 101 mit chemischen Produkten entwickelt, zum Beispiel einer starken Base, die im Falle eines Resists des positiven Typs die belichteten Zonen 106 der Resistschicht 101 beseitigt und die unbelichteten Zonen stehen lässt (1C).
Heute im Zeitalter der Mikrotechniken ist man bestrebt, Mikrostrukturen mit immer komplexeren Formen zu realisieren. Dazu muss man manchmal bei den Fotolithographieverfahren in einer Fotoresistschicht Resistmuster mit schrägen Flanken realisieren. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Realisierung von Resistmustern mit schrägen Flanken besteht zuerst darin, auf einem Substrat 100 eine Fotoresistschicht 101 abzuscheiden, wie dargestellt in der 1A. Die Fotoresistschicht 101 hat einen Brechungsindex bzw. eine Brechzahl N₂. Man deckt die Resistschicht 101 mit einer Maske 103 ab. Die Maske 103 besitzt opake Teile 104, zum Beispiel aus Chrom, und transparente Teile 105, zum Beispiel aus Silicium mit der Brechzahl N₁. Anschließend bilden das Substrat 100, die Resistschicht 101 und die Maske 103 eine Einheit, die man unter einem UV-Strahlenbündel 102 der Hauptrichtung d →₁ neigt. Das Lichtstrahlenbündel 102 durchquert eine Luftschicht mit der Brechzahl N₀ gleich ungefähr 1 und bildet auf der Maske 103 mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 100 einen Einfallwinkel I ^₁, ehe es die transparenten Teile 105 der Maske 103 durchquert. Das Lichtstrahlenbündel 102 wird anschließend gebeugt, wenn es in die transparenten Teile 105 der Maske 103 eindringt. Die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 102 wird dabei abgelenkt und bildet auf der Resistschicht 101 mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 100 einen Einfallwinkel R ^₁, und dies in dem Moment, wo das Bündel sich anschickt, die Fotoresistschicht 101 zu durchqueren. Der Eintrittswinkel R ^₁ in die Resistschicht 101 ist kleiner als der Einfallwinkel I ^₁ auf der Maske 103, da das Bündel aus der Luft in ein stärker brechendes Medium eintritt (N₁>N₂). Das Lichtstrahlenbündel 102 durchquert anschließend die Fotoresistschicht 101 mit der Brechzahl N₂. Das Bündel 102 wird dann wieder gebeugt. In der Resistschicht 101 bildet die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 102 mit der Normalen n → einen resultierenden Belichtungswinkel R₂, abhängig von dem Einfallwinkel R₁, von N₂ und N₁ (2A). Die Fotoresistschicht 101 wird also durch ein schräges Bündel 102 belichtet, das mit der Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 100 einen resultierenden Belichtungswinkel R₂ bildet.
Anschließend wird die Maske 103 von der Resistschicht 101 entfernt. Dann wird die Resistschicht 101 entwickelt, zum Beispiel mit Hilfe einer starken Base. Nach der Entwicklung hat man Resistmuster 200 mit schrägen Flanken 201 (2B). Die schrägen Flanken 201 der Muster 200 bilden mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 100 einen Winkel θ ungefähr gleich dem resultierenden Belichtungswinkel R ^₂.
Bei diesem Verfahren zur Realisierung von Resistmustern mit schrägen Flanken 201 ist der Winkel θ der Flanken 201 der Muster 200 stark begrenzt. Während des Belichtungsschritts durchquert das Lichtstrahlenbündel 102 nämlich zunächst unvermeidlich eine Luftschicht mit der Brechzahl N₀, dann eine Maske mit zum Beispiel der Brechzahl N₁ gleich ungefähr 1,45 für eine Siliciumoxidmaske, dann eine Fotoresistschicht 101 mit einer Brechzahl von ungefähr 1,6 (1,67 bei einer Resistschicht des Typs SU-8). Der große Brechzahlunterschied zwischen der Luftschicht und der Maske 103 und der Brechzahlunterschied zwischen der Maske 103 und der Fotoresistschicht 101 führt zu einem Unterschied zwischen dem Einfallwinkel I ^₁ in die Maske 103 und dem resultierenden Belichtungswinkel R₂. Selbst wenn man die Resistschicht 101 mit einem großen Einfallwinkel I ^₁ in die Maske 103 beichtet, bleibt der resultierende Belichtungswinkel R₂ klein. Außerdem, ab einem bestimmten Wert von I ^₁, treten zudem Probleme der Reflexion des Bündels 102 auf der Maske 103 auf.
Nach dem Entwickeln der Fotoresistschicht 101 ist der Winkel θ der Flanken 201 des Musters 200 (ungefähr gleich R ^₂), den die schrägen Flanken 20 der Resistmuster 200 mit der Normalen n → bilden, also auch begrenzt.
Die Begrenzung des Winkels θ der Resistmuster 200 ist sehr nachteilig. Sie behindert die Herstellung zahlreicher Mikrostrukturen. Zum Beispiel ist die Realisierung von Mikroprismen mit 45°-Winkeln mit einem solchen Verfahren unmöglich.
Zusätzlich zu der Begrenzung des Winkels θ der Resistmuster 200 treten bei dem in der 2A veranschaulichten Beispiel weitere Probleme auf. Zunächst das der Fresnel-Reflexionen zwischen der Maske 103 und der Resistschicht 101. Die Fresnel-Reflexionen beruhen auf einer dünnen Luftschicht, die zwischen der Maske 103 und der Resistschicht 101 unvermeidbar ist. Sie können vor allem nach dem Entwicklungsschritt zu einer schlechten Auflösung bzw. Konturenschärfe der Resistmuster 200 führen.
Eine Lösung, die ermöglicht, die Fresnel-Reflexionen zu verringern, ist in dem Dokument [1] beschrieben, dessen Referenzen am Ende der vorliegenden Beschreibung angegeben sind.
Bei dem in der 3A veranschaulichten Schritt wird zuerst ein mit einer Fotoresistschicht 101 bedecktes Substrat 100 um einen Winkel α geneigt und dann mit einem UV-Strahlenbündel 102 der Hauptrichtung d →₁ bestrahlt, und dies mit Hilfe einer neigbaren Platte 300, auf der das Substrat 100 ruht. Die Resistschicht 101 wird durch zwei direkt in die Resistschicht 101 integrierte Masken 301, 302 hindurch belichtet. Die Resistschicht besteht aus einer Basisteilschicht 303a mit der Brechzahl N₂, die auf dem Substrat 100 ruht, und einer Zwischenteilschicht 303b, die auf der Basisteilschicht 303a ruht und die Brechzahl N₁ gleich N₂ hat. Jede der Masken 301, 302 wird durch eine Metallschicht aus Titan oder Aluminium gebildet, getrennt durch die Resistzwischenteilschicht 303b. Die Maske 301 umfasst Öffnungen 304. Die Maske 302 umfasst Öffnungen 305, die gleich groß aber leicht seitlich versetzt sind in Bezug auf die Öffnungen 304 der Maske 301. Die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 102 bildet mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 100 auf der Maske 301 einen Einfallwinkel α, ehe dieses die Resistschicht 101 durchquert. Wenn das Bündel 102 in die Resistschicht 101 eindringt, wird es gebeugt, und seine Hauptrichtung d →₁ bildet mit der Normalen zur Hauptebene des Substrats 100 einen resultierenden Belichtungswinkel R ^₂. Die Resistschicht 101 wird also gemäß einem resultierenden Belichtungswinkel R₂ belichtet.
In diesem Beispiel, in dem die Masken 301, 302 in die Resistschicht 101 integriert sind, werden Störreflexionen wie zum Beispiel die Fresnel-Reflexionen vermieden, da es zwischen Maske und Resist keine Luftschicht mehr gibt.
Die Tatsache, die Masken 302, 303 direkt in die Resistschicht 101 zu integrieren, ermöglich also, Muster mit einer besseren Auflösung bzw. Konturenschärfe zu erhalten als mit dem Verfahren der 2A.
Das durch die 3A veranschaulichte Verfahren zur Realisierung von Mustern mit schrägen Flanken weist aber noch mehrere Nachteile auf.
Zunächst impliziert die Realisierungsart der Masken 302, 303, dass dieses Verfahren sich nur für einfache und relativ große Muster (in der Größenordnung von ungefähr 10 μm) eignet, und außerdem sind zusätzliche Fotolithographieschritte notwendig, um die in die Resistschicht 101 integrierten Masken 302, 303 zu realisieren.
Zudem weist die Realisierungstechnik von Mustern mit schrägen Flanken, veranschaulicht in der 3A, immer noch den Nachteil auf, dass der Neigungswinkel θ der schrägen Flanken der Resistmuster noch immer begrenzt ist.
Ein weiteres Problem der durch die 2A und 3A veranschaulichten Verfahren ist die Belichtung. Sie ist mit Reflexionen des Lichtstrahlenbündels 102 auf dem Substrat 100 verbunden. Nachdem es nämlich die Resistschicht 101 durchquert hat, kann ein Teil des Lichtstrahlenbündels 102 auf dem Substrat 100 reflektiert werden und somit Störbelichtungszonen 307 außerhalb der gewünschten Belichtungszonen 308 bilden (3B). Die Störbelichtungszonen 307 können folglich zusätzlich zu den gewünschten Resistmustern zur Ausbildung von unerwünschten Störbelichtungsmustern 333 führen (3C).
Das Dokument [2], dessen Referenzen am Ende der vorliegenden Beschreibung angegeben sind, schlägt eine Methode zur Reduzierung der Reflexionen auf dem Substrat 100 vor. Vor dem Abscheidungsschritt der Resistschicht 101 wird das Substrat 100 einer Sandbestrahlung mit SiC-Körnern unter einem Druck von 300 bis 500 kPa ausgesetzt. Dieser Sandstrahl dient dazu, die Oberfläche 400 des Substrats 100 rau zu machen. Dies hat zur Folge, dass während der Belichtungsphase der Resistschicht 101 die Reflexionen des Lichtstrahlenbündels 102 auf dem Substrat 100 ungleichmäßig sind, was zu einer Abnahme der Störbelichtungszonen führt (4). Jedoch hat diese Methode den Nachteil, dass sie die Störreflexionen nicht total beseitigt, da sie die Belichtungszeit der Resistschicht in den Störbelichtungszonen reduziert, indem sie die reflektierten Lichtstrahlen nach sehr unterschiedliche Richtungen orientiert.
Das Dokument [3], dessen Referenzen am Ende der vorliegenden Beschreibung angegeben sind, schlägt ein anderes Verfahren vor, in dem eine Methode zur Reduktion der Reflexionsprobleme auf dem Substrat vorgeschlagen wird. Diese Methode besteht darin, mehrere Polarisationsfilter mit einer Lichtquelle zu koppeln, um mit Hilfe eines Lichtstrahls eine Fotoresistschicht zu belichten, die auf einem Substrat ruht, wobei dieser Lichtstrahl geneigt ist in Bezug auf das Substrat. Die Verwendung eines Zirkularpolarisationsfilters gekoppelt mit einem Linearpolarisationsfilter ermöglicht, die Reflexionsprobleme auf dem Substrat deutlich zu reduzieren.
Das Dokument [3] präsentiert auch eine Methode (nicht dargestellt) zur Realisierung von gekrümmten Resistmustern dank der Verwendung einer "shadow mask" (oder "Schattenmaske"). Die "Schattenmaske" ist eine Maske mit opaken Teilen und transparenten Teilen. Die transparenten Teile der Schattenmaske haben die Besonderheit, Polymerhügel aufzuweisen. Es sind diese Polymerhügel auf den transparenten Teilen der Maske, die ermöglichen, gekrümmte Resistmuster zu erhalten. Das Dokument [3] macht auch bekannt mit einer Glyzerinschicht zwischen der "Schattenmaske" und dem mit Resist bedeckten Substrat, um die Luftschicht zu ersetzen, die sich unvermeidbar zwischen der Schattenmaske und der Resistschicht befindet. Die Glyzerinschicht dient folglich als Brechzahlanpassungsschicht zwischen der Maske und der Resistschicht.
Das in dem Dokument [3] beschriebene Verfahren ermöglicht also, das Problem der Reflexionen auf dem Substrat und "Fresnel-Reflexionen" zu lösen, die bei Fotolithographieverfahren mit schräg einfallendem Lichtstrahlen auftreten. Hingegen liefert es keine Lösung bezüglich der Begrenzung des Winkels der herzustellenden Resistmuster.
Das Dokument US 2001/008741 beschreibt die Belichtung durch das Substrat hindurch, wobei ein optisches System benutzt wird, das ermöglicht, eine Standardvorrichtung zur Schrägbelichtung für die Herstellung von Mikrokomponenten zu verwenden.
Es ist bekannt, dass man zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mit schrägen Flanken eine Fotolithographietechnik auf der Basis von Röntgenstrahlen benutzen kann. Zum Beispiel besteht die LIGA-Technik (LIGA für "Lithographie, Galvanisierung und Abformung") darin, eine Fotoresistschicht, zum Beispiel aus einem Polymer des Typs PMMA (PMMA für "Polymethylmethacrylat") mit Hilfe von Röntgenstrahlen zu belichten, die aus einem Synchrotron stammen. Die Resistschicht wird anschließend entwickelt. Es bilden sich Resistmuster mit guter Auflösung bzw. Konturenschärfe aus. Diese in der 5 veranschaulichte Methode besteht darin, ein Substrat 100, bedeckt von einer Resistschicht 101 und einer Maske 501 mehreren Belichtungen zu unterziehen, wobei die Einheit aus Maske 501 und Substrat 100 geneigt ist in Bezug auf ein einfallendes Röntgenstrahlenbündel 500, das von einem Synchrotron (nicht dargestellt) stammt. Im Gegensatz zu den UV-Strahlen werden die Röntgenstrahlen nur sehr wenig gebeugt, wenn sie in die Fotoresistschicht 101 eindringen. Die Röntgenstrahlen ermöglichen also, Resistmuster zu erhalten, deren Neigungswinkel in Bezug auf eine Normale zu einer Hauptebene des Substrats größer ist als derjenige, den man durch die klassischen Techniken mit den ultravioletten Strahlen erhält. Aber die Röntgenstrahlen-Fotolithographie umfasst nichtsdestotrotz große Nachteile. Ein erster Nachteil, verbunden mit der Anwendung dieser Technik, besteht darin, dass die Röntgenstrahlenquellen (Synchrotrone) zur Realisierung der Röntgenstrahlen-Fotolithographie sehr teuer und sehr groß sind. Die in der Röntgenstrahlen-Fotolithographie benutzten Masken sind ebenfalls sehr teuer. Die Röntgenstrahlen-Fotolithographie wird also wegen ihrer Kosten und ihrer Anwendungsschwierigkeiten gegenwärtig nicht auf industriellem Niveau für die Herstellungsverfahren von integrierten Schaltkreisen eingesetzt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Mustern durch Fotolithographie sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens vorzuschlagen. Das Verfahren sowie die Vorrichtung sind einfach und kostengünstig im Gegensatz zu den Techniken der Röntgenstrahlenlithographie. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, Fotolithographie-Resistmuster mit schrägen Flanken zu realisieren, deren Neigungswinkel deutlich größer als derjenige ist, den man nach dem Stand der Technik realisieren kann. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung sowie ein Verfahren, die ermöglichen, sich frei zu machen von den Problemen der bei einigen klassischen Fotolithographieverfahren mit schräg einfallenden Lichtstrahlenbündeln auftretenden Störreflexionen.
Um diese Aufgabe zu lösen, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von einem oder mehreren Mustern mittels Fotolithographie, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Abscheiden einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:
b) Belichten der Fotoresistschicht mittels eines Lichtstrahlenbündels mit einer Hauptrichtung durch eine Maske hindurch, wobei das Lichtstrahlenbündel vorher ein optisches System durchquert hat, das die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen Ablenkwinkel ablenkt, der vorher so festgelegt wird, dass – wenn das Lichtstrahlenbündel die Maske durchquert -, die Hauptrichtung auf der Maske mit einer Normalen zur Hauptebene des Substrats einen Nichtnull-Einfallwinkel bildet,
c) Entfernen bzw. Rückätzen der Maske,
d) Entwickeln der Fotoresistschicht, um Muster mit Flanken herzustellen, die in Abhängigkeit von dem vorher festgelegten Ablenkwinkel geneigt sind in Bezug auf eine Normale zur Hauptebene des Substrats.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von einem oder mehreren Mustern mittels Fotolithographie mit den folgenden Schritten:

a) Abscheiden einer Fotoresistschicht auf einem Substrat, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:
b) Belichten der Fotoresistschicht mittels eines Lichtstrahlenbündels mit einer Hauptrichtung durch eine Maske hindurch, die mit der genannten Fotoresistschicht oder mit einer mit der genannten Fotoresistschicht verbundenen Brechzahlanpassungsschicht verbunden ist, wobei das Lichtstrahlenbündel vorher ein optisches System durchquert hat, das mit der genannten Maske oder mit einer mit der genannten Maske verbunden Brechzahlanpassungsschicht verbunden ist, welche die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen Ablenkwinkel ablenkt, der vorher so festgelegt wird, dass – wenn das Lichtstrahlenbündel die Maske durchquert -, die Hauptrichtung auf der Maske mit einer Normalen zur Hauptebene des Substrats einen Nichtnull-Einfallwinkel bildet,
c) Entfernen bzw. Rückätzen der Maske,
d) Entwickeln der Fotoresistschicht, um Muster mit Flanken herzustellen, die in Abhängigkeit von dem vorher festgelegten Ablenkwinkel geneigt sind in Bezug auf eine Normale zur Hauptebene des Substrats.

Nach eine besonders vorteilhaften Charakteristik des Verfahrens kann dem Schritt zur Abscheidung der Fotoresistschicht ein Schritt zur Abscheidung von wenigstens einer Absorptionsschicht der Lichtstrahlen vorausgehen. Indem man also eine Absorptionsschicht direkt vor der Resistschicht abscheidet, kann man die Reflexionen des Lichtstrahlenbündels auf dem Substrat begrenzen und so eine Störbelichtung der Resistschicht vermeiden.
Nach einer besonders nützlichen Charakteristik des Verfahrens kann man nach dem Fotoresistabscheidungsschritt a) auf der Fotoresistschicht eine Brechzahlanpassungsschicht abscheiden.
Man kann also zwischen der Resistschicht und der Maske, zum Beispiel aus Siliciumdioxid, eine Brechzahlanpassungsschicht generell in Form einer Flüssigkeit oder eines Gels einfügen, in Abhängigkeit von dem Brechzahlsprung zwischen der Maske und der Fotoresistschicht. Die Brechzahlanpassungsschicht hat eine Brechzahl höher als die der Luft und vorzugsweise enthalten zwischen der Brechzahl der Maske und der Brechzahl der Resistschicht. Diese Anpassungsschicht ermöglicht also, die Fresnel-Reflexionen zwischen der Maske und der Resistschicht zu unterdrücken und in Schritt d) Neigungswinkel der Flanken der Resistmuster zu erhalten, die größer als die sind, die man nach dem Stand der Technik erzielen kann.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik des Verfahrens bringt man vor dem Belichtungsschritt der Fotoresistschicht zwischen dem optischen System und der Maske eine Brechzahlanpassungsschicht an.
Ebenso wie man zwischen der Resistschicht und der Maske eine Brechzahlanpassungsschicht abscheidet, kann man also vor dem Belichtungsschritt zwischen der Maske und dem optischen System eine Brechzahlanpassungsschicht anbringen. Diese zweite Anpassungsschicht kann zum Beispiel durch ein Gel oder eine Flüssigkeit gebildet werden, abgeschieden auf der Maske, wo es sich durch Kapillarwirkung zwischen dem optischen System und der Maske verteilt.
Diese Anpassungsschicht ermöglicht also, die Fresnel-Reflexionen zwischen dem optischen System und der Maske zu unterdrücken und in Schritt d) Neigungswinkel der Flanken der Resistmuster zu erhalten, die größer als die sind, die man nach dem Stand der Technik erzielen kann.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik des Verfahrens kann das optische System ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Mikroprismengitter oder einen optischen Diffusor umfassen.
Also sind ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Mikroprismengitter oder ein optischen Diffusor optische Systeme, die fähig sind, während der Belichtungsphase die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen festgelegten Ablenkwinkel abzulenken, so dass der Einfallwinkel in die Maske, den es mit einer zur Hauptebene senkrechten Normalen bildet, nicht null ist, wenn es in die Maske eindringt.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik des Verfahrens kann während des Belichtungsschritts der Einfallwinkel in die Maske variieren.
Indem man also zum Beispiel die Neigung des optischen Systems in Bezug auf die Hauptrichtung des Bündels variiert, kann man den Einfallwinkel in die Maske variieren, den die Hauptrichtung des Bündels mit einer Normalen zur Hauptebene des Substrats bildet. Auf diese Weise kann man den resultierenden Belichtungswinkel der Resistschicht variieren und so nach dem Entwickeln Resistmuster mit Flanken erhalten, deren Neigungswinkel variabel ist.
Nach einer besonders nützlichen Charakteristik des Verfahrens können während des Belichtungsschritts b) einerseits das optische System und andererseits das Substrat in gegenseitige Relativbewegungen versetzt werden, wobei die Maske entweder mit dem optischen System oder mit dem Substrat verbunden ist.
Auf diese Weise kann das optische System, zum Beispiel ein Prisma, stationär sein, während eine Einheit, gebildet durch das Substrat, die Resistschicht und die Maske, sich um sich selbst dreht. Dies kann ermöglichen, Resistmuster mit in verschiedenen Richtungen geneigten Flanken zu erhalten. Das optische System, zum Beispiel ein Beugungsgitter, kann sich um sich selbst drehen, während eine Einheit, gebildet durch die Maske, das Substrat und die Resistschicht, stationär ist. Indem man das optische System und/oder die Maske in Bezug auf das Substrat in Drehung versetzt, kann man Resistmuster mit Flanken erhalten, die nicht notwendigerweise eben und in verschiedenen Richtungen geneigt sind.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik des Verfahrens kann während des Belichtungsschritts b) eine durch das optische System, die Maske und das Substrat gebildete Einheit in eine Relativbewegung in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel versetzt werden.
Eine Einheit, gebildet durch das optische System, zum Beispiel ein Prisma, durch das Substrat und durch die Resistschicht, kann also stationär sein, während die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels variiert. Dies kann ermöglichen, Resistmuster mit variablen Neigungen herzustellen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von einem oder mehreren schrägen Mustern durch Fotolithographie, die ein Substrat umfasst, auf dem eine Fotoresistschicht, eine Maske und Einrichtungen zum Belichten der Fotoresistschicht mit Hilfe eines Lichtstrahlenbündels mit einer Hauptrichtung umfasst, wobei das Lichtstrahlenbündel ein optischen System durchquert, das fähig ist, die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen vorher so festgelegten Ablenkwinkel abzulenken, dass in dem Moment, wo das Lichtstrahlenbündel in die Maske eindringt, seine Hauptrichtung auf der Maske mit einer Normalen zur Hauptebene des Substrats einen Nichtnull-Einfallwinkel bildet.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung von einem oder von mehreren geneigten Mustern mittels Fotolithographie, die ein Substrat umfasst, auf dem eine Fotoresistschicht ruht, wobei die Vorrichtung außerdem eine Maske mit einer Brechzahl, verbunden mit der genannten Fotoresistschicht oder mit einer auf der genannten Fotoresistschicht ruhenden Brechzahlanpassungsschicht, ein optisches System, verbunden mit der Maske oder mit einer auf der Maske ruhenden Brechzahlanpassungsschicht und Einrichtungen zum Belichten der Fotoresistschicht mit Hilfe eines Lichtstrahlenbündels mit der Hauptrichtung umfasst, wobei das optische System fähig ist, die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen vorher so festgelegten Ablenkwinkel abzulenken, dass in dem Moment, wo das Lichtstrahlenbündel in die Maske eindringt, die Hauptrichtung auf der Maske mit einer Normalen zur Hauptebene des Substrats einen Nichtnull-Einfallwinkel bildet.
Die Maske der Vorrichtung weist eine oder mehrere Öffnungen auf. Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung können das optische System und die Öffnungen der Maske ähnliche Brechindizes haben.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung können das optische System und die Öffnungen der Maske in dem gleichen Material realisiert sein.
So versucht man, den Brechzahlsprung zwischen dem optischen System und der Maske zu begrenzen und folglich die Ablenkung des Bündels zu begrenzen, wenn das Bündel das optische System verlässt und in die Maske eindringt.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung ist die Maske in die Fotoresistschicht integriert.
So kann die Maske durch eine geätzte Metallschicht gebildet werden, die so in die Resistschicht integriert ist, dass es zu keiner Beugung kommt, wenn das Lichtstrahlenbündel aus der Maske in die Resistschicht eintritt. Zudem werden auf diese Weise die Fresnel-Reflexionen zwischen der Maske und der Resistschicht unterdrückt.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung kann das optische System ein Prisma, ein Beugungsgitter, ein Mikroprismengitter oder einen optischen Diffusor umfassen, wobei das Mikroprismengitter ermöglicht, eine auf einem Substrat ruhende, zu fotostrukturierende Resistschicht mit Hilfe eines Lichtstrahlenbündel zu belichten, das in Bezug auf eine zur Hauptebene des Substrats senkrechte Normale geneigt ist, auch wenn das Strahlenbündel das Prima, das Beugungsgitter, das Mikroprismengitter oder den optischen Diffusor mit Normaleneintrittswinkel durchquert.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung kann die Vorrichtung eine Brechzahlanpassungsschicht zwischen der Fotoresistschicht und der Maske umfassen.
Eine Brechzahlanpassungsschicht zwischen der Resistschicht und der Maske ermöglicht, eine dünne Luftschicht zu ersetzen, die sich unvermeidbar in der Grenzschicht zwischen der Resistschicht und der Maske befindet, und begrenzt so die Fresnel-Reflexionen in der Grenzschicht zwischen der Resistschicht und der Maske.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Brechzahlanpassungsschicht zwischen der Maske und dem optischen System.
Eine Brechzahlanpassungsschicht zwischen der Maske und dem optischen System ermöglicht, eine dünne Luftschicht zu ersetzen, die sich unvermeidbar in der Grenzschicht zwischen der Maske und dem optischen System befindet, und begrenzt so die Fresnel-Reflexionen in der Grenzschicht zwischen der Maske und dem optischen System.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung kann die Anpassungsschicht zwischen der Fotoresistschicht und der Maske und/oder die Anpassungsschicht zwischen dem optischen System und der Maske eine Flüssigkeit wie etwa Wasser oder ein fetthaltiges Fluid sein.
Nach einer besonders vorteilhaften Charakteristik der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung zwischen dem Substrat und der Fotoresistschicht eine Lichtstrahlenabsorptionsschicht.
Eine UV-Strahlenabsorptionsschicht, die sich direkt unter der zu fotostrukturierenden Resistschicht befindet, ermöglicht also, während der Belichtung die Störreflexionen auf einer Schicht zu vermeiden, die sich unter der Resistschicht befindet. Diese Störreflexionen treten auf, wenn das in das Resist eintretende Lichtstrahlenbündel schräg ist in Bezug auf eine Normale zur Hauptebene des Substrats. Die Störreflexionen erzeugen dann Störbelichtungszonen in der Resistschicht und können nach der Entwicklung der Resistschicht Störbelichtungsmuster bilden.
Nach einer besonders nützlichen Charakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das optische System in Bezug auf das Substrat beweglich, wobei die Maske entweder mit dem optischen System oder mit dem Substrat verbunden ist.
So kann eine Platte, auf der sich das Substrat befindet, sich bewegen und folglich zum Beispiel ermöglichen, dass sich eine Einheit um sich selbst herum dreht, die gebildet wird durch das Substrat, die Resistschicht und die Maske, während das optische System unbeweglich ist.
Nach einer besonders nützlichen Charakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese eine in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel drehbare Grundplatte umfassen, auf der das Substrat ruht.
Nach einer besonders profitablen Charakteristik der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese eine in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel neigbare Grundplatte umfassen, auf der das Substrat ruht.
Selbstverständlich kann man die Bewegungen der Platte kombinieren und die Neigung der Platte variieren, während sie sich dreht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung besser verständlich durch die Lektüre der nachfolgenden rein erläuternden und keinesfalls einschränkenden Beschreibung bestimmter Realisierungsarten, bezogen auf folgende Figuren der beigefügten Zeichnungen:
die schon beschriebenen 1A–1C, die Beispiele von Fotolithographieverfahren nach dem Stand der Technik darstellen;
die schon beschriebenen 2A–2B, 3A–3C, 4, 5, die ein Beispiel eines Fotolithographieverfahrens nach dem Stand der Technik darstellen, das die Realisierung von Fotolithographie-Resistmustern mit schrägen Flanken ermöglicht;
die 6A–6C, 7, 8,9, 10A, 10B, 11A, 11B, 12, die Beispiele von erfindungsgemäßen Fotolithographieverfahren zur Realisierung von einem oder mehreren Resistmustern mit schrägen Flanken darstellen;
die 13A–13E, die Beispiele von erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Realisierung von einem oder mehreren Resistmustern mit schrägen Flanken mittels Fotolithographie darstellen.
Gleiche, ähnliche oder äquivalente Teile der verschiedenen Figuren tragen dieselben Bezugszeichen, um den Übergang von einer Figur zur andern zu erleichtern.
Die verschiedenen in den Figuren dargestellten Teile weisen, um die Figuren besser lesbar zu machen – nicht immer denselben Maßstab auf.
DETAILLIERTE DARSTELLUNG SPEZIELLER REALISIERUNGSARTEN
Ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Realisierungsverfahrens von einem oder mehreren Fotolithographie-Resistmustern mit schrägen Flanken veranschaulichen die 6A–6C.
Der erste Schritt dieses Verfahrens, dargestellt in der 6A, besteht darin, auf einem Substrat 600 eine Fotoresistschicht 601 abzuscheiden. Die Resistschicht 601, zum Beispiel eine Negativresistschicht auf Exoxidbasis wie die durch die Firma Micro-Chemical Corporation und der Bezeichnung "SU-8" vertriebene, wird durch ein klassisches Verfahren abgeschieden und besitzt eine Dicke von zum Beispiel ungefähr 100 μm. Das Substrat 600 ist zum Beispiel aus Glas, aus Silicium, usw.
Anschließend, wie dargestellt in der 6B, realisiert man auf der Schicht 601 eine Fotoresistmaske 603, dann realisiert man auf der Maske 603 ein optisches System 606 mit der Brechzahl N. die Maske 603 umfasst opake oder lichtundurchlässige Zonen 604, zum Beispiel aus Metall, und lichtdurchlässige oder transparente Zonen 605, zum Beispiel aus Siliciumoxid. Anschließend belichtet man die Resistschicht 601 mit der Brechzahl N₂ durch die Maske 603 mit der Brechzahl N₁ hindurch. Die Belichtung erfolgt mit dem Lichtstrahlenbündel 602, das zum Beispiel aus einer UV-Strahlenquelle stammt (in der Figur nicht dargestellt), die um die Wellenlänge 365 nm herum abstrahlt. Das Strahlenbündel 602 hat eine Hauptrichtung d →₁ und trifft mit Normalenwinkel auf die Maske 603 und dringt dann in das an die Maske angefügte optische System 606 der Brechzahl N ein. Das optische System 606 lenkt die Hauptrichtung d →₁ des Strahlenbündels 60 um einen Ablenkwinkel D ab. Der Ablenkwinkel D ist gemäß den geometrischen und/oder physikalischen Eigenschaften des optischen Systems 606 festgelegt. Am Ausgang des optischen Systems 606 bildet die Hauptrichtung des Bündels mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 600 auf der Maske 603 einen Eintrittswinkel I ^₁. Anschließend durchquert das Bündel 602 die Maske 603 und seine Hauptrichtung d →₁ wird wieder abgelenkt und bildet auf der Resistschicht 601 mit der Normalen zur Hauptebene des Substrats 600 einen Eintrittswinkel R₁. Anschließend dringt das Bündel 602 in die Resistschicht 601 ein und seine Hauptrichtung d →₁ wird dann wieder abgelenkt und bildet mit der Normalen zur Hauptebene des Substrats 600 einen resultierenden Belichtungswinkel R₂. Die Resistschicht 601 umfasst folglich Belichtungszonen 609, die schräg sind in Bezug auf die Normale zur Hauptebene des Substrats 600.
Die Einführung des optischen Systems 606, das fähig ist die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 602 abzulenken, ermöglicht, die Differenz zwischen dem Einfallwinkel I ^₁ auf die Maske 603 und dem resultierenden Belichtungswinkel R₂ zu reduzieren. Das optische System 606 ermöglicht also, die Resistschicht 601 gemäß einem größeren resultierenden Belichtungswinkel R₂ zu belichten, als die mit den Verfahren nach dem Stand der Technik möglich war.
Das optische System 606 kann vorteilhafterweise aus einem Material sein, dessen Brechzahl derjenigen der Maske 603 nahe kommt, so dass die Brechzahl N des optischen Systems 606 ungefähr der Brechzahl N₁ der Maske 603 entspricht. In diesem Fall ist der Eintrittswinkel R₁ in die Resistschicht 601 quasi gleich dem Eintrittswinkel I ^₁ in die Maske 603 und die Hauptrichtung dddd des Bündels 602 verändert sich nicht, wenn es das optische System 606 und dann die Maske 603 durchquert. Indem man ein optisches System 606 und eine Maske 603 aus dem gleichen Material verwendet, kann man also die Differenz zwischen dem Eintrittswinkel I ^₁ und dem resultierenden Belichtungswinkel R₂ reduzieren, so dass eine Belichtung der Resistschicht mit einem noch größeren resultierenden Belichtungswinkel R₂ möglich ist.
Nach dem Belichtungsschritt entfernt man die Maske 603 und das optische System 606 der Resistschicht 601. Anschließend entwickelt man die Resistschicht 601, um Resistmuster 607 mit schrägen Flanken 608 zu erhalten. Die schrägen Flanken 608 der Muster 607 bilden mit der Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 600 einen Winkel θ (6C). Der Winkel Θ ist quasi gleich dem resultierenden Belichtungswinkel R₂. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, Resistmuster 607 mit einem Winkel θ der Flanken 608 der Muster 607 herzustellen, der abhängig ist von der durch das optische System 606 festgelegten Ablenkung D. Zudem kann der Winkel θ der Flanken 608 der Muster 607 größer als derjenige sein, den man mit den Verfahren nach dem Stand der Technik erzielen kann.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, vor dem Abscheidungsschritt der Resistschicht 601, dargestellt in der 6A, auf dem Substrat 600 eine Lichtabsorptionsschicht 700 abzuscheiden. Auf das Abscheiden der Absorptionsschicht 700 kann das Abscheiden einer Schutzschicht 701 folgen, die verhindert, dass die Absorptionsschicht 700 aufgelöst wird durch Lösungsmittel des Resists 601 des Substrats 600, wenn das Substrat 600 großen Beanspruchungen ausgesetzt ist (7). Die Lichtabsorptionsschicht 700 verhindert im Falle einer Belichtung mittels UV-Strahlen die Reflexion von UV-Strahlen auf dem Substrat 600. Die Absorptionsschicht kann zum Beispiel eine dünne organische Schicht des Typs BARC (Abkürzung für "Bottom Anti Reflective Coating" (Antireflexions-Grundschicht)) sein. Ihre Dicke kann zum Beispiel ungefähr 80 nm betragen. Als Variante kann diese Lichtabsorptionsschicht 700 ein Harz oder ein Polymer sein, gemischt mit einem Kohlenstoffpulver, oder kann auch eine anorganische Schicht sein, etwa eine Schicht mit wenigstens einem SiO₂/TiO₂-Stapel. Die Schicht 701 kann zum Beispiel ein Polymer aus der Gruppe der Elastomere umfassen.
Eine andere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, vor der in der 6B dargestellten Belichtungsphase auf der Resistschicht 601 eine Brechzahlanpassungsschicht 800 abzuscheiden. Diese Brechzahlanpassungsschicht 800 hat eine Brechzahl N₃ und befindet sich zwischen der Resistschicht 601 und der darauf befindlichen Maske 603. Die Brechzahl N₃ entspricht ungefähr der Brechzahl N₁ der Maske 603 und der Brechzahl N₂ der Resistschicht 601, zwischen denen die Brechzahlanpassungsschicht 800 angeordnet ist, um die Fresnel-Reflexionen in der Grenzschicht zwischen der Maske 603 und der Resistschicht 601 zu minimieren. Die Fresnel-Reflexionen werden nämlich durch eine dünne Luftschicht verursacht, die sich unvermeidbar zwischen der Maske 603 und der Resistschicht 601 befindet. Die Brechzahlanpassungsschicht 800 ermöglicht dann, die dünne Luftschicht mit N gleich ∼1 durch einen stärker brechenden Stoff zu ersetzen. Man begrenzt also den durch die dünne Luftschicht verursachten Brechzahlsprung, indem man sie durch die Brechzahlanpassungsschicht 800 mit der Brechzahl N₃ ersetzt, die höher als 1 ist und zwischen N₁ und N₂ enthalten ist. Die Brechzahlanpassungsschicht 800 kann durch Gel oder eine Flüssigkeit wie Wasser gebildet werden. Man kann sie mit Hilfe von zum Beispiel einer Mikropipette auf der Resistschicht abscheiden. Wasser hat eine Brechzahl von ungefähr 1,33, enthalten zwischen N₁ und N₂, und verteilt sich durch Kapillarwirkung zwischen der Resistschicht 601 und der Maske 603, die man darauf setzt, um die Brechzahlanpassungsschicht 800 zu formen (8). Die Brechzahlanpassungsschicht 800 kann auch auf der Basis von Glyzerin mit einer Brechzahl von ungefähr 1,47, enthalten zwischen N₁ und N₂, oder einer fetthaltigen Flüssigkeit gebildet werden.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, nachdem man die Brechzahlanpassungsschicht 800 und die Maske 603 abgeschieden hat, eine weitere bzw. andere Brechzahlanpassungsschicht 900 abzuscheiden, auf der Maske 603, vor dem in der 6B dargestellten Belichtungsschritt. Diese andere Brechzahlanpassungsschicht 900 wird eingefügt zwischen der Maske 603 und dem optischen System 606, das man anschließend darauf setzt. Unvermeidbar befindet sich eine dünne Luftschicht zwischen der Maske 603 und dem optischen System 606. Die andere Brechzahlanpassungsschicht 900 hat eine Brechzahl N₄, vorzugsweise enthalten zwischen der Brechzahl N des optischen Systems 606 und der Brechzahl N₂ der Resistschicht 601. Sie ermöglicht, die dünne Luftschicht mit der Brechzahl ∼1 durch einen stärker brechenden Stoff zu ersetzen. Die andere Brechzahlanpassungsschicht 900 verhindert also die Fresnel-Reflexionen zwischen der Maske 603 und dem optischen System 606, indem sie den Brechzahlsprung zwischen dem optischen System 606 und der Maske 603 verringert. Die andere Brechzahlanpassungsschicht 900 kann zum Beispiel gebildet werden durch eine Flüssigkeit wie Wasser oder vorteilhafterweise ein Gel auf der Basis von Glyzerin oder eine fetthaltigen Flüssigkeit, abgeschieden auf der Maske 603. Das Glyzerin hat außerdem den Vorteil, dem optischen System 606 zu ermöglichen, sich in Bezug auf die Maske 603 zu verschieben und dabei die Brechzahlanpassung zwischen diesen beiden Elementen zu gewährleisten.
Das Fluid oder die Flüssigkeit, das bzw. die man auf der Maske 603 abscheidet, wird durch das optische System verdichtet, das man daraus setzt. Das Fluid diffundiert dann durch Kapillarwirkung zwischen der Maske 603 und dem optischen System 606, um die andere Brechzahlanpassungsschicht zu bilden (9).
Nach einer in der 10A dargestellten Variante des Verfahrens kann das während der in der 6B dargestellten Belichtungsphase benutzte optische System 606 durch ein Prisma 1000 gebildet werden. Das Prisma 1000 hat eine Brechzahl N und umfasst eine Spitze mit einem Winkel A ^, was ihm ermöglicht, das Lichtstrahlenbündel 602 um einen festgelegten Ablenkwinkel D abzulenken, der abhängig ist von der Brechzahl der Luft N₀, seiner Brechzahl N und seinem Spitzenwinkel A ^.
Das Strahlenbündel 602 hat eine Hauptrichtung d →₁ und dringt unter irgendeinem Winkel in das Prisma 1000 auf der Maske 603 ein. Das Prisma 1000 lenkt dann die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 602 um den Ablenkwinkel D ab. Am Ausgang des Prismas 1000 bildet die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 602 mit einer Normalen n zur Hauptrichtung des Substrats 600 einen Eintrittswinkel I ^₁ in die Maske 603. Anschließend durchquert das Bündel 602 die Maske 603, und ihre Hauptrichtung d→₁ wird wieder abgelenkt und bildet dann auf der Resistschicht 601 mit einer Normalen n → zur Hauptebene des Substrats 600 einen Eintrittswinkel R₁. Anschließend dringt das Bündel 602 in die Resistschicht 601 ein und die Hauptrichtung d →₁ des Bündels 602 wird wieder abgelenkt. Die Hauptrichtung d →₁ bildet dann mit der Normalen n → zur Hauptrichtung des Substrats 600 einen resultierenden Belichtungswinkel R ^₂.
Das Prisma 1000 kann durch ein mineralisches bzw. anorganisches Material oder zum Beispiel ein Polymer gebildet werden. Zudem kann das Prisma vorteilhafterweise aus einem Material sein, dessen Brechzahl derjenigen der Maske 603 ähnlich ist, also nahe bei N₁ liegt. Das Prisma 1000 ermöglicht, die Hauptrichtung d →₁ des Strahlenbündels 602 abzulenken, unabhängig vom Einfallwinkel des Strahlenbündel 602. Dies bedeutet, dass es bei einem solchen Verfahren nicht notwendig ist, das Substrat 600 zu neigen, um die Fotoresistschicht 601 mit einem schrägen Strahlenbündel zu belichten.
Nach einer Variante des durch die 10A veranschaulichten Verfahrensbeispiels variiert die Richtung d →₁ des Bündels im Laufe des Belichtungsschritts, was zu einer Veränderung des Eintrittswinkels in die Maske 603 führt. Auf diese Weise kann man den resultierenden Belichtungswinkel R₂ der Resistschicht 601 während des Belichtungsschritts variieren. Den resultierenden Belichtungswinkel R₂ der Resistschicht 601 während des Belichtungsschritts variieren zu können, ermöglicht, Fotolithographie-Resistmuster zu realisieren, die schräge und unebene Flanken besitzen.
Die 10B ist ein Diagramm, das die C₁-Entwicklungskurve eines Winkels θ der Flanken 608 von Mustern 607 darstellt, realisiert mit Hilfe eines Verfahrens, für dessen Anwendung die Vorrichtung der 10A benutzt wurde. Das optische System umfasst ein Prisma 1000 der Brechzahl N gleich 1,46 in Abhängigkeit von der Veränderung des Eintrittswinkels I ^₁ in die Maske 603. Die benutzte Fotoresistschicht hat ein Brechzahl N₂ gleich 1,67. Die 10B zeigt auch eine Entwicklungskurve C₂ des Winkels θ der Flanken 608 der Muster 607 in Abhängigkeit von der Veränderung des Eintrittswinkels I ^₁ in die Maske 603, die entsprechend einem Verfahren realisiert wurden, das dem Verfahren aus dem Stand der Technik ähnlich ist, das die 6B–6C – aber ohne das optische System – veranschaulichen. Für einen Eintrittswinkel I ^₁ in die Maske von ungefähr 50° beträgt der Winkel θ der Flanken 608 der Muster 607 zum Beispiel auf C₂ ungefähr 28° und auf C₁ ungefähr 42°. Dann, für einen von 50° bis 80° variierenden Eintrittswinkel I ^₁, steigen die Kurven an und erreichen den I ^₁-Grenzwert 80°. Für den I ^₁-Grenzwert 80° beträgt der Winkel θ der Flanken 608 der Muster 607 auf der Kurve C₂ ungefähr 38° und auf der Kurve C₁ ungefähr 60°. Die 10B zeigt also, dass das durch die 10A veranschaulichte Verfahren, das als optisches System ein Prisma benutzt, ermöglicht, Fotolithographie-Resistmuster herzustellen, deren Flanken einen Winkel θ der Flanken 608 der Muster 607 aufweisen, der deutlich größer ist als derjenige, den man mit den Verfahren ohne optisches System erzielen kann und der 38° nicht überschreitet.
Nach einer in der 11A dargestellten Variante des anhand der 6B beschriebenen Verfahrensbeispiels kann das benutzte optische System 606 durch ein Beugungsgitter 1100 in Form einer Platte, zum Beispiel aus Glas, gebildet werden, die gleichmäßig angeordnete geätzte parallele Strukturen 1101 der Breite a aufweist, wobei a für ein Strahlenbündel mit der Wellenlänge von ungefähr 365 nm zum Beispiel ungefähr 0,3 μm beträgt.
Das Beugungsgitter 1100 ermöglicht, die Hauptrichtung d₁ des Strahlenbündels 602 um einen Ablenkwinkel D abzulenken, der abhängig ist von der Wellenlänge des Bündels 602 und von a. Das Beugungsgitter 1100 ermöglicht, die Resistschicht unter resultierenden Belichtungswinkeln R₂ und -R₂ zu belichten, abhängig von dem Ablenkwinkel D.
Zudem unterscheidet sich die in der 11A veranschaulichte Variante von dem Verfahren der 6B dadurch, dass sich das der Maske 603 zugeordnete Beugungsgitter 1100 während der Belichtungsphase um sich selbst dreht, während die Resistschicht 601 und das Substrat 600 sich nicht bewegen.
Nach einer in der 11B dargestellten Variante des durch die 6B veranschaulichten Beispiels kann das benutzte optische System ein Mikroprismengitter 1111 umfassen. Ein Mikroprismengitter kann sich in Form einer für das Strahlenbündel transparenten Platte, überzogen mit gleichmäßig auf dieser Platte verteilten Mikroprismen. Das Mikroprismengitter 1111 kann aus einem Material wie zum Beispiel Glas, Siliciumdioxid oder einem Polymer sein. Das Mikroprismengitter hat eine ähnliche Funktion wie das in der 11A dargestellte Beugungsgitter. Das Mikroprismengitter 1111 ermöglicht nämlich, die Hauptrichtung d →₁ des Strahlenbündels 602 um einen Ablenkwinkel D abzulenken. Das Mikroprismengitter 1111 ermöglicht infolgedessen, die Resistschicht unter einem resultierenden Belichtungswinkel R₂ zu belichten, der von dem Ablenkwinkel D abhängig ist.
Zudem unterscheidet sich die in der 11B dargestellte Variante von dem Verfahren der 6B dadurch, dass die der Resistschicht 601 und dem Substrat 600 zugeordnete Maske 603 sich um sich selbst dreht, während das Mikroprismengitter 1111 sich während des Belichtungsschritts nicht bewegt.
Nach einer in der 12 dargestellten Variante des Beispielss der Belichtungsphase des durch die 6B veranschaulichten Verfahrens, kann das benutzte optische System 606 ersetzt werden durch einen optischen Diffusor mit der Brechzahl N, was ermöglicht, das Strahlenbündel 602 um einen festgelegten von N abhängigen Anlenkwinkel D abzulenken. Der optische Diffusor 1200 hat den Vorteil, eben und folglich leicht in eine Fotolithographievorrichtung integrierbar zu sein, was ermöglicht, die Resistschicht unter einem resultierenden Belichtungswinkel R₂ zu belichten, der von dem Ablenkwinkel D abhängig ist.
Der optische Diffusor 1200 kann ein einfaches Glasplättchen sein.
Die 13A zeigt ein Beispiel einer Realisierungsvorrichtung von Mustern mit schrägen Flanken durch Fotolithographie. Die Vorrichtung umfasst ein Substrat 600 mit einer Resistschicht 601 der Brechzahl N₂, einer Maske 693 der Brechzahl N₁, angefügt an die Resistschicht 601, ein optisches System 606 der Brechzahl N, angefügt an die Maske 603.
Die Vorrichtung umfasst auch ein Lichtstrahlenbündel 602 mit der Hauptrichtung d →₁, das dazu dient, die Fotoresistschicht 601 durch die Maske 603 hindurch zu belichten. Die Vorrichtung umfasst auch eine Platte 1300, fähig um einen variablen Neigungswinkel α zu schwenken und sich eventuell um sich selbst zu drehen, auf der ein Substrat 600 ruht. Das optische System 606 ist fähig, die Hauptrichtung d →₁ um einen festgelegten Ablenkwinkel D abzulenken unabhängig davon, welche Richtung d →₁ das Strahlenbündel hat, von dem es durchquert wird, so dass die Hauptrichtung d →₁ im Moment des Eindringens in die Resistschicht 601 geneigt sein kann in Bezug auf eine Normale n → zur Hauptebene des Substrats 600. Das Strahlenbündel 602 stammt von einer Lichtquelle (nicht dargestellt in der 13A, zum Beispiel einer UV-Strahlenquelle. Das optische System ist aus einem für die Wellenlänge der Quelle transparenten Material. Das optische System wird zum Beispiel aus einem Material auf der Basis von Siliciumdioxid oder der Basis von einem Polymer. Die Maske 603 kann auch aus einem Material auf der Basis von Siliciumdioxid oder der Basis von einem Polymer sein.
Die 13B zeigt ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das sich von dem Beispiel der 13A dadurch unterscheidet, dass das optische System ein Prisma 1000 mit einem Winkel A ^ ist. Das Prisma 1000 ist stationär in Bezug auf eine Einheit 1301, gebildet durch die Maske 603, die Resistschicht 601, das Substrat 600 und die Platte 1300. Die Platte 1300 kann um einen im Wesentlichen dem Winkel A ^ entsprechenden Winkel α geschwenkt werden und sich um sich selbst drehen, so dass sich mit ihr auch die Einheit 1301 um sich selbst dreht. Wenn man die Platte 1300 um einen Winkel α schwenkt, der im Wesentlichen gleich dem Winkel A ^ ist, ermöglicht, ein Strahlenbündel 602 senkrecht in das Prisma 1000 einfallen zu lassen und die Resistschicht 601 mit der maximalen Lichtstärke zu belichten. Das Prisma 1000 ist aus dem gleichen Material wie die Maske 603, zum Beispiel einem Material auf Polymerbasis, und ist an die Maske 603 angefügt. Das Prisma hat eine Brechzahl N gleich der Brechzahl N₁ der Maske. Zudem weist das Prisma einen Winkel A ^ auf, der ermöglicht, das Bündel 602 um einen festgelegten Ablenkwinkel abzulenken, der abhängig ist von der Brechzahl der Luft N₀, von der Brechzahl des Prismas N und von dem Winkel A ^. Andererseits unterscheidet sich die Vorrichtung der 13B auch insofern von derjenigen der 13A, als sie eine erste Brechzahlanpassungsschicht 800 umfasst, die sich zwischen der Resistschicht 601 und der Maske 603 befindet und eine Brechzahl N₃ hat. Die erste Brechzahlanpassungsschicht 800 ist zum Beispiel aus Wasser oder fetthaltigen Flüssigkeit wie Glyzerin, deren Brechzahl N₃ ähnlich groß ist wie N₁ der Maske und N₂ der Fotoresistschicht 601. Diese erste Brechzahlanpassungsschicht 800 ermöglicht, die Fresnel-Reflexionen zwischen der Maske 603 und der Resistschicht 601 zu minimieren. Die Vorrichtung der 13B unterscheidet sich von derjenigen der 13A auch dadurch, dass sie außerdem eine zweite Brechzahlanpassungsschicht 900 mit einer Brechzahl N₄ umfasst. Die zweite Brechzahlanpassungsschicht 900 ist zum Beispiel aus Wasser oder einer fetthaltigen Flüssigkeit. Die zweite Brechzahlanpassungsschicht 900 befindet sich zwischen der Maske 603 und dem optischen System 606. Die zweite Brechzahlanpassungsschicht 900 hat eine Brechzahl N₄ nahe der Brechzahl N des optischen Systems 606 und der Brechzahl N₁ der Maske 603.
Das Hinzufügen der Brechzahlanpassungsschichten 800 und 900 ermöglicht, indem das Vorhandensein von Luft zwischen einerseits dem optischen System 606 und der Maske 603 und andererseits zwischen der Maske 603 und der Resistschicht 601 minimiert wird, Neigungswinkel der Flanken der Resistmuster zu erzielen, die größer sind als die aus dem Stand der Technik.
Die Vorrichtung der 13B unterscheidet sich von derjenigen der 13A schließlich noch dadurch, dass sie eine Lichtabsorptionsschicht 700 umfasst, die sich zwischen dem Substrat 600 und der Resistschicht 601 befindet. Die Absorptionsschicht 700 dient dazu, die Reflexion von Strahlen 602 auf dem Substrat zu verhindern, wenn diese Strahlen aus einer UV-Strahlenquelle stammen. Die Absorptionsschicht 700 kann durch eine einzige Schicht oder einen Stapel von Teilschichten gebildet werden. Die Absorptionsschicht 700 kann zum Beispiel aus einem mit Kohlenstoffpigmenten gemischten Harz sein.
Die 13C stellt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung dar, die sich von derjenigen der 13B dadurch unterscheidet, dass das optische System ein Beugungsgitter 1100 ist. Zudem ist das Beugungsgitter 1100 beweglich in Bezug auf die erste Einheit, gebildet durch die Maske 603, die Resistschicht 601, das Substrat 600 und die Platte 1300. Schließlich hat die Platte 1300 einen Neigungswinkel α gleich null. Sie ist fähig, sich um sich selbst zu drehen.
Die 13D zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, die sich von derjenigen der 13A dadurch unterscheidet, dass das optische System ein optischer Diffusor 1200 ist. Der optische Diffusor 1200, die Maske 603, die Resistschicht 601, das Substrat 600 und die Platte 1300 bilden eine zweite Einheit 1302 fähig sich um sich selbst zu drehen und beweglich in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel 602.
Die Vorrichtung unterscheidet sich auch dadurch, dass die Maske 603, zum Beispiel eine geätzte Chromschicht, direkt in die Resistschicht 601 integriert ist. In diesem Fall ist die Brechzahl N₁ der Maske gleich derjenigen des Resists N₂. Die Vorrichtung umfasst auch eine Lichtabsorptionsschicht 700, die sich zwischen dem Substrat 600 und der Resistschicht 601 befindet, und eine Brechzahlanpassungsschicht 900, die eine Brechzahl N₄ hat; und schließlich hat die Platte 1300 einen Neigungswinkel gleich null bzw. keine Neigung.
Die 13E zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, die sich von derjenigen der 13A dadurch unterscheidet, dass das optische System ein Mikroprismengitter 1111 ist. Das Mikroprismengitter 1111 und die Maske 603 bilden eine dritte Einheit 1303 fähig sich um sich selbst zu drehen in Bezug auf die Resistschicht 601, das Substrat 600 und die Platte 1300. Die dritte Einheit 1303 ist ebenfalls beweglich in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel 602; und schließlich hat die Platte 1300 einen Neigungswinkel α gleich null bzw. keine Neigung.
Genannte Dokumente

[1]: "Microfabrication of 3D Multidirectional Inclined Structures by UV Lithography and Electroplating"; C. Beuret, G.-A. Racine, J. Gobet, R. Luthier, N.F. de Rooij; asulab S.A. Neuchatel Schweiz; 1994 IEEE ©
[2]: "Procédé de fabrication de micro éléments de connexion de forme conique (Verfahren zur Herstellung von Verbindungselementen von konischer Form)"; T, IEE Japan Band 12-E Nr.2; 13.09.2002.
[3]: "Application of Shadow Mask and Polarized Inclined-Exposure for Curved SU-8 Structures on Inclined Surface"; Kuo-Yung Hung, Fan-Gang Tseng from the Department of Engineering ans System Science of Tsing Hua University in Taiwan, präsentiert während der Konferenz HAMST 2003 in Monerey, Kalifornien, USA, 15.–17. Juni 2003.
[4]: "Sloped irradiation Techniques in Deep X-Ray Lithography for 3-D shaping of Microstructures"; Gregor Feiertag, Wolfgang Ehrfeld, Heinz Lehr, Martin Schmidt; Institute of Microtechnology Mainz GmbH, Carl-Zeiss-Straße 55219 Mainz, Germany, © 1997 SPIE.
[5]: "Multi-level Micro-structures and Mold Inserts Fabricated with Planar and Oblique X-ray Lithography of SU-8 Negative Photoresist; Linke Jian, Yohanes M.Desta, Jost Goettert; Louisiana State University Center for Advanced Micro-structures and Devices; © 2001 SPIE.

Claims

Verfahren zur Herstellung von einem oder mehreren Mustern mittels Fotolithographie, das die folgenden Schritte umfasst: a) Abscheiden einer Fotoresistschicht (601) auf einem Substrat (600), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: b) Belichten der Fotoresistschicht (601) mittels eines Lichtstrahlenbündels (602) mit einer Hauptrichtung (d 1) durch eine Maske (603) hindurch, die mit der genannten Fotoresistschicht oder mit einer mit der genannten Fotoresistschicht verbundenen Indexanpassungsschicht verbunden ist, wobei das Lichtstrahlenbündel (602) vorher ein optisches System (606) durchquert hat, das mit der genannten Maske oder mit einer mit der genannten Maske verbunden Indexanpassungsschicht verbunden ist, welche die Hauptrichtung (d 1) des Lichtstrahlenbündels (602) um einen Ablenkwinkel (D ^) ablenkt, der vorher so festgelegt wird, dass – wenn das Lichtstrahlenbündel- (602) die Maske (603) durchquert -, die Hauptrichtung (d 1) auf der Maske (603) mit einer Normalen (n ^) zur Hauptebene des Substrats (600) einen Nichtnull-Einfallwinkel (I ^₁) bildet, c) Entfernen bzw. Rückätzen der Maske (603), d) Entwickeln der Fotoresistschicht (601), um Muster mit Flanken herzustellen, die in Abhängigkeit von dem vorher festgelegten Ablenkwinkel (D ^)geneigt sind in Bezug auf eine Normale (n ^) zur Hauptebene des Substrats (600).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schritt zur Abscheidung der Fotoresistschicht (601) ein Schritt zur Abscheidung von wenigstens einer Absorptionsschicht (700) der Lichtstrahlen vorausgeht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt a) zum Abscheiden der Fotoresistschicht (601) auf der Fotoresistschicht (601) eine Indexanpassungsschicht (800) abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Belichtungsschritt der Fotoresistschicht (601) zwischen dem optischen System (606) und der Maske (603) eine Indexanpassungsschicht (900) realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (606) ein Prisma (1000), ein Beugungsgitter (1100), einen optischen Diffusor (1200) oder ein Mikroprismengitter (1111) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Belichtungsschritts b) der Einfalfwinkel (I ^₁) auf die Maske (603) variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Belichtungsschritts b) einerseits das optische System (606) und andererseits das Substrat (600) in gegenseitige Relativbewegungen versetzt werden, wobei die Maske (603) entweder mit dem optischen System (606) oder mit dem Substrat (600) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Belichtungsschritts b) eine durch das optische System (606), die Maske (603) und das Substrat (600) gebildete Einheit in eine Relativbewegung in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel (602) versetzt wird.
Vorrichtung zur Herstellung von einem oder von mehreren geneigten Mustern mittels Fotolithographie, ein Substrat (600) umfassend, auf dem eine Fotoresistschicht (601) mit einem Brechindex (N₂) ruht, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Maske (603) mit Brechindex (N₁), verbunden mit der genannten Fotoresistschicht oder mit einer auf der genannten Fotoresistschicht ruhenden Indexanpassungsschicht, ein optisches System (606), verbunden mit der Maske oder mit einer auf der Maske ruhenden Indexanpassungsschicht und Einrichtungen zum Belichten der Fotoresistschicht (601) mit Hilfe eines Lichtstrahlenbündels (602) mit der Hauptrichtung (d 1) umfasst, wobei das optische System (606) fähig ist, die Hauptrichtung des Lichtstrahlenbündels um einen vorher so festgelegten Ablenkwinkel (D ^) abzulenken, dass in dem Moment, wo das Lichtstrahlenbündel (602) in die Maske (603) eindringt, die Hauptrichtung (d 1) auf der Maske (603) mit einer Normalen (n ^) zur Hauptebene des Substrats (600) einen Nichtnull-Einfallwinkel (I ^₁) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Maske (603) eine oder mehrere Öffnungen (605) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (606) und die Öffnungen (605) der Maske (603) ähnliche Brechindizes haben.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Maske (603) eine oder mehrere Öffnungen (605) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (606) und die Öffnungen (605) der Maske (603) in dem gleichen Material realisiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (603) in die Fotoresistschicht (601) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (606) ein Prisma (1000), ein Beugungsgitter (1100), ein Mikroprismengitter (1111) oder einen optischen Diffusor (1200) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Indexanpassungsschicht (800) zwischen der Fotoresistschicht (601) und der Maske (603) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Indexanpassungsschicht (900) zwischen dem optischen System (606) und der Maske (603) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschicht (800) zwischen der Fotoresistschicht (601) und der Maske (603) und/oder die Anpassungsschicht (900) zwischen dem optischen System (606) und der Maske (603) eine Flüssigkeit wie Wasser oder ein fettes Fluid ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lichtstrahlen absorbierende Schicht (700) zwischen dem Substrat (600) und der Fotoresistschicht (601) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (606) in Bezug auf das Substrat (600) beweglich ist, wobei die Maske (603) entweder mit dem optischen System (606) oder dem Substrat (600) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel (602) drehbare Grundplatte (1300) umfasst, auf der das Substrat (600) ruht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine in Bezug auf das Lichtstrahlenbündel (602) neigbare Grundplatte (1300) umfasst, auf der das Substrat (600) ruht.