EP4341751A1 - Verfahren zum erzeugen einer dreidimensionalen zielstruktur in einem lithographiematerial mittels einer laserlithographie-vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum erzeugen einer dreidimensionalen zielstruktur in einem lithographiematerial mittels einer laserlithographie-vorrichtung

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EP4341751A1
EP4341751A1 EP22708412.6A EP22708412A EP4341751A1 EP 4341751 A1 EP4341751 A1 EP 4341751A1 EP 22708412 A EP22708412 A EP 22708412A EP 4341751 A1 EP4341751 A1 EP 4341751A1
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EP
European Patent Office
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substrate
writing
laser beam
lithographic material
write
Prior art date
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Pending
Application number
EP22708412.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Blaicher
Jörg Hoffmann
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Nanoscribe Holding GmbH
Original Assignee
Nanoscribe Holding GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Nanoscribe Holding GmbH filed Critical Nanoscribe Holding GmbH
Publication of EP4341751A1 publication Critical patent/EP4341751A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams
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    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • G03F7/7085—Detection arrangement, e.g. detectors of apparatus alignment possibly mounted on wafers, exposure dose, photo-cleaning flux, stray light, thermal load

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a three-dimensional target structure in a lithography material using a laser lithography device.
  • the invention also relates to a laser lithography device adapted and designed for the method.
  • a structure is usually written by first providing a substrate with lithography material arranged thereon and then irradiating an exposure dose into the lithographic material in a focus area of a writing laser beam, thereby locally defining a structure area, for example by Lithography material is locally cured or polymerized.
  • a three-dimensional overall structure can then be produced by shifting the focus area in the lithographic material.
  • the focus area of the writing laser beam can be controlled by means of an optics device within a scanning area with the precision required for structuring.
  • Such a laser lithography method is known, for example, from DE 102017 110 241 A1.
  • 7,893,410 B2 for example, in which the substrate is moved laterally to the optical axis of a writing laser beam by means of a positioning device and a position of the interface between substrate and lithographic material relative to the focus area of a writing laser beam is determined at a plurality of positions is determined.
  • a positioning device for example, a position of the interface between substrate and lithographic material relative to the focus area of a writing laser beam is determined at a plurality of positions is determined.
  • the object of the invention is to produce a three-dimensional structure with high precision in a lithographic material.
  • This object is achieved by a method according to claim 1.
  • This is a laser lithography process, in particular a so-called direct process
  • Laser writing using a laser lithography device in a volume of lithographic material or in a volume filled with lithographic material.
  • a substrate with lithographic material arranged thereon is first provided.
  • the substrate can be displaced in particular by means of a positioning device of the laser lithography device designed for this purpose.
  • the substrate can be displaced in all three spatial directions (x, y, z) by means of the positioning device, more particularly additionally by at least one axis of inclination parallel to a substrate surface (xy plane) can be inclined.
  • a target structure is written or defined in the lithographic material by sequentially defining a plurality of structure regions (hereinafter also referred to as “voxels”) that complement each other to form the target structure (ie with the laser lithography device in the lithographic material”. is written").
  • voxels structure regions
  • a focus area of a writing laser beam is shifted in a controlled manner by means of an optics device within a writing area of a scan area defined by the optics device, in particular laterally to the optical axis of the writing laser beam.
  • the focal region traverses a scan manifold within the scan area.
  • the scan manifold can be a scan curve, but it can also be made more complex.
  • the writing laser beam can be controlled by means of the optics device within the writing area with the precision required for the purpose of structuring.
  • the optics device can comprise beam shaping, beam guiding and/or beam steering devices for the laser beam that are fundamentally known from the prior art.
  • the substrate with the lithographic material is additionally displaced in a controlled manner relative to the writing laser beam by means of the positioning device.
  • a write exposure dose is radiated into the lithographic material in the focus area of the write laser beam, with the lithographic material being locally modified, in particular using multi-photon absorption, and thus a structural area being produced or written.
  • the lithography material is structured locally.
  • the lithographic material is chemically and/or physically changed, for example cured or polymerized, by the irradiation of the writing exposure dose.
  • the exposure dose is in particular a volume dose of radiant energy.
  • the size of the altered structural area ("voxels") in the lithography material depends on the writing exposure dose.
  • the spatial extent of the respective structure region or voxel, in particular a structure height, can thus be changed by varying the writing exposure dose.
  • the displacement of the writing laser beam by means of the optics device and the local radiation of the writing exposure dose takes place in accordance with specified or specifiable writing instructions.
  • the write instructions can be stored or can be stored in a control device of the laser lithography device.
  • the method includes in particular a step in which the writing instructions are specified, in particular before and/or during the actual writing.
  • the write instructions preferably include control instructions on the basis of which the optical devices, in particular a scanning device and/or a beam shaping device of the optics device.
  • the writing instructions also include, in particular, exposure instructions which specify a writing exposure dose to be irradiated for the scan variety, depending on the location.
  • an interface between the lithography material and the substrate is localized, in particular before the structure is actually written.
  • a position of the interface relative to the scanning area is determined. It is also conceivable that the interface is localized additionally or exclusively during the writing of the structure, "online" so to speak.
  • a focus area of a calibration laser beam in particular the focus area of the writing laser beam, sequentially to a plurality of test positions within the writing area of the scanning surface laterally to the optical axis and to locally inject a test exposure dose into the irradiate lithographic material.
  • positional data of the interface are then determined, in particular with the aid of a computer.
  • a position of the interface relative to the focus area of the writing laser beam is determined for a plurality of positions within the scanning area. It is also possible that from the position data determined at the individual test positions an overall position of the interface relative to the scanning area is determined.
  • the focus area of the calibration laser beam is shifted to the test positions by means of the same optical device by means of which the writing laser beam is also shifted for actually defining the structure.
  • the calibration laser beam in particular passes through that beam guiding device and/or scanning device of the optics device, by means of which the write laser beam is deflected to define the structural regions within the scanning area.
  • the displacement of the calibration laser beam to the test positions preferably takes place with the substrate stationary laterally to the optical axis, ie in the x-y plane. In other words, the test positions are not approached by moving the substrate laterally to the optical axis. In particular, the test positions are distributed over the writing area of the scanning surface.
  • At least one writing instruction or the optics device and at least one writing instruction are changed as a function of the determined position data.
  • the writing process is adapted as a function of a determined position of the interface relative to the scanning area.
  • this can be the adaptation of hardware (e.g. an adjustment of the optical means of the optical device) and/or software (e.g. an arithmetic adjustment of write data sets, see below) include.
  • the laser lithography device is then controlled by means of the appropriately adapted optics device or on the basis of the adapted writing instructions in order to write the target structure.
  • Such a method not only makes it possible to detect deviations of the interface or the substrate surface from the ideal shape of a completely flat surface (e.g. a curvature or local unevenness of the substrate or a tilting of the substrate in relation to the scanning surface), but also deviations in the scanning surface from the ideal shape of a plane (e.g. a curvature of the scan surface or a tilting of the scan surface in relation to the substrate). It has been recognized that the scanning surface can also deviate from the ideal shape of a plane that is plane-parallel to the substrate surface, for example due to errors in the optics device, which can lead to structural errors when writing the target structure.
  • the present method it is now possible to detect such a location-dependent change in the position of the focus area relative to the substrate within the scanning area caused by the optics device and thus to determine a location-dependent focus with comparatively high accuracy.
  • a writing process can then be adjusted accordingly on the basis of the determined position data in order to compensate for deviations from an ideal system and thus to generate structures with particularly high dimensional accuracy.
  • the writing area is sequentially displaced and positioned laterally to the optical axis relative to the substrate and the interface between the substrate and the lithographic material is localized in each case in the writing area.
  • the interface is localized as explained above (i.e.
  • the writing area is then shifted laterally to the optical axis relative to the substrate to a new position and there the interface is localized again (i.e. a plurality of test positions are also approached within the newly positioned writing area).
  • a method makes it possible, in particular, to be able to distinguish between a deviation of the substrate from its ideal shape and a deviation of the scan area from its ideal shape, and thus to be able to adapt a writing process particularly precisely.
  • a curvature of the substrate can be detected particularly precisely in this way.
  • the writing area can be shifted, for example, by shifting the substrate and/or by changing the optics device, in particular shifting a lens module of the optics device.
  • An advantageous embodiment of the method is that an optical signal is detected in a spatially resolved manner to determine the position data.
  • the detection radiation can in particular be radiation backscattered by the lithography material and/or the substrate or generated by fluorescence. It is conceivable, for example, that radiation reflected at the interface is detected.
  • the position data can then be determined, in particular, in that detection data collected by the optical measuring device are further processed computationally, for example by means of a control device of the laser lithography device set up for this purpose.
  • the radiation generated by fluorescence can be, for example, fluorescence radiation generated by non-linear excitation (non-linear fluorescence).
  • the position data represent a focus position of the substrate along the optical axis of the calibration laser beam, in which the focus area of the calibration laser beam lies in the interface between the lithography material and the substrate.
  • the position data represent in particular a relative position of the substrate and focus area, at which the scan area intersects the interface.
  • a plurality of laser pulses are radiated into the lithographic material at each test position and, during this, the substrate with the lithographic material is moved along the optical axis of the Calibration laser beam, in particular along a main direction of incidence (z-direction) is moved.
  • a response of the lithographic material and/or the substrate to the test exposure dose can be detected at each test position for a plurality of z positions of the substrate and in this way a dependence of the response of the lithographic material and/or the substrate on a position of the substrate be determined (z-sweep).
  • the focus area is shifted along the main direction of irradiation.
  • the position data can then be determined, in particular by computation.
  • the measurement data can be recorded in a measurement curve and a simulated response of an ideal system can be fitted for evaluation.
  • the position of the boundary surface can be determined particularly precisely relative to the focus area.
  • the laser pulses are, in particular, modulated laser pulses generated by a modulation device, which in turn consist of many intrinsic pulses (e.g. fs laser pulses). For example, a pulse duration can be 1 ps or longer.
  • the laser pulses are therefore in particular not pulses intrinsically generated by the laser source.
  • the lithographic material is within the limits due to the irradiation of the test exposure dose of the calibration measurements is not changed.
  • the total test exposure dose irradiated by the calibration laser beam for each test position is chosen to be so low that no structuring occurs in the lithographic material.
  • a laser intensity is selected which is below the threshold value at which appreciable polymerization of the lithographic material takes place (polymerization threshold). This makes it possible to carry out the calibration measurements several times without negatively influencing a later writing result.
  • the focus area of the calibration laser beam is wobbled laterally, ie orthogonally to an irradiation direction, when irradiating the test exposure dose.
  • wobbling refers to an oscillating movement perpendicular to the optical axis.
  • the calibration laser beam can be a laser beam that is separate from the writing laser beam.
  • the laser lithography device can then include, in particular, a second laser source for emitting a calibration laser beam.
  • a separate calibration laser beam makes it possible to localize the boundary surface “online”, so to speak, even during the actual definition of the structure by the writing laser beam.
  • the calibration laser beam is aligned with the writing laser beam is calibrated. For this purpose it is conceivable, for example, that a response from
  • Lithography material and / or the substrate is detected on a test exposure dose of the writing laser beam and the calibration laser beam, in particular a backscatter or fluorescence signal.
  • a correlation between the writing laser beam and the calibration laser beam can then be determined from a comparison of the detected signals. It is also conceivable that a writing result of the writing laser beam, in particular a structure defined with the writing laser beam, is correlated with a measurement result of the calibration laser beam.
  • the write laser beam itself to be used as the calibration laser beam.
  • the write laser beam is first shifted to the test positions by means of the optics device and a test exposure dose is radiated in there locally before the actual structuring of the lithographic material takes place using the write laser beam.
  • Such a design enables an intrinsic calibration. In particular, an effective surface can thus be measured.
  • An advantageous embodiment of the method can provide, for example, that a local exposure dose is adjusted as a function of the determined position data.
  • a local exposure dose is adjusted as a function of the determined position data.
  • at least for a subset, in particular only for a subset, of the scan points along a local write exposure dose changes in a scan manifold to be traversed by the write laser beam.
  • a write exposure dose is adapted as a function of the location as a function of the determined position data.
  • a configuration of the scan area can also be changed depending on the determined position data.
  • the scanning surface can be aligned relative to the substrate as a function of the determined position data by changing the optical device, for example straightened by beam shaping and/or tilted relative to the substrate.
  • the scanning area is preferably changed as a function of the determined position data in such a way that the scanning area is aligned parallel to a substrate surface of the substrate.
  • a position and/or position of the substrate can be changed as a function of the determined position data of the interface, in particular by means of a positioning device designed for this purpose.
  • a positioning device designed for this purpose.
  • the substrate is aligned horizontally, in particular parallel to the scanning area.
  • the write instructions can be stored or can be stored in at least one write data record.
  • the at least one write data record can preferably be stored in a memory device of the control device Laser lithography device stored or be storable.
  • at least one corrected write data set can then be determined, in particular from the at least one write data set, on the basis of which the laser lithography device is controlled in order to produce the target structure.
  • Such a method can be automated and thus enables a simple and user-friendly calibration.
  • an “ideal write data record” can first be provided, which contains write instructions for an ideal system in which the boundary surface and the scan surface are oriented plane-parallel to one another.
  • This "ideal write data set” can then be adjusted by computation depending on the determined position data in order to compensate for deviations of the real system from the ideal system (e.g. a tilting of the substrate relative to the scan surface and/or a curvature of the scan surface, etc.).
  • the at least one write data record can in particular include control data for controlling the optics device.
  • the at least one write data record preferably includes control data for controlling a scanning device and/or a beam shaping device of the optics device.
  • the control data can specify a scan course within the scan area and/or a beam shape (e.g. a suitable pulse shape) for the writing laser beam in particular.
  • a beam shape e.g. a suitable pulse shape
  • the at least one write data record can in particular also include write exposure data which represent a local exposure dose for each scan point along a scan manifold of the write laser beam through the lithographic material.
  • the write exposure data specify the exposure dose with which radiation is to be applied at a specific position of the scan manifold.
  • the write exposure data can be provided in particular by providing a structure data record (e.g. CAD data, for example) representing the target structure to be generated or storing it in a control device and then using the computer to determine the write exposure data, for example by means of a device set up for this purpose Control device of the laser lithography device.
  • the writing exposure data can be present in the form of gray scale image data representing the target structure, with different gray scales defining different structure heights.
  • the writing exposure data can be visualized as greyscale images.
  • the at least one write data record can include, in particular, a greyscale image data record.
  • the write exposure data are preferably provided by reading a greyscale image file into a control device of the laser lithography device and storing it in a memory.
  • the lithographic material is preferably designed in such a way and the writing laser beam is matched to the lithographic material in such a way that a change in the lithographic material (for example local polymerisation) is only possible by means of the absorption of a plurality of photons.
  • the wavelength of the writing laser beam can be selected (and thus the associated quantum energy can be dimensioned such) that the energy input required for changing the lithographic material is only achieved by simultaneous absorption of two or more quanta.
  • the probability of such a process is not linearly dependent on the intensity and is significantly increased in the focus area compared to the rest of the writing laser beam. From fundamental considerations it follows that the probability of absorption of two or more quanta can depend on the square or a higher power of the radiation intensity. In contrast to this, the probability for linear absorption processes has a different intensity dependence on, in particular with a lower power of the radiation intensity. Since the penetration of the writing laser beam into the lithographic material is attenuated (e.g.
  • lithography material is basically referred to as substances whose chemical and/or physical
  • Material properties can be changed by irradiation with a writing laser beam, for example so-called lithographic lacquers.
  • lithography materials can be divided into so-called negative resists (in which irradiation causes local curing or solubility in a developer medium is reduced) and so-called positive resists (in which the Irradiation increases the solubility locally in a developer medium).
  • the object set at the outset is also achieved by a laser lithography device according to claim 13 .
  • the laser lithography apparatus is for generating a three-dimensional target structure in one
  • the laser lithography device includes a positioning device for displacing and positioning a substrate.
  • the positioning device is designed to displace the substrate in all three spatial directions (X, Y, Z), preferably also to tilt it about at least one axis of inclination parallel to the X-Y plane.
  • the laser lithography device also includes a laser source for emitting a writing laser beam and an optics device.
  • the optics device comprises a beam guiding device, in particular comprising optics means such as lenses, mirrors, etc., for defining a beam path for the writing laser beam from the laser source to the lithographic material.
  • the optics device includes focusing optics, which are designed to focus the writing laser beam in a focus area.
  • the optics device also includes a scanning device.
  • the scanning device can have a deflection device (e.g. comprising deflection mirrors) for changing a position of the focus area of the writing Be laser beam in the lithographic material.
  • the optics device can also include a beam shaping device and/or a modulation device for shaping suitable beam pulses.
  • the laser lithography device also includes a measuring device for detecting radiation emitted by the lithography material and/or the substrate, in particular reflected radiation or radiation generated by fluorescence.
  • the measuring device can in particular comprise measuring optics, which are preferably designed to be confocal to the device (e.g. beam guiding device) that generates the writing laser beam.
  • the measuring device comprises a detection device for detecting radiation which is backscattered by the substrate and/or the lithographic material, reflected or generated by fluorescence.
  • the laser lithography device also includes a control device which is set up to carry out the methods explained above.
  • the control device includes, in particular, a computing unit and a non-volatile memory in which the data sets explained above are or can be stored.
  • FIG. 3 outlined illustration to explain the method for localizing an interface between substrate and lithographic material
  • Fig. 4-7 Sketched representations to explain different procedures for adapting the writing process depending on a determined position of the interface.
  • the laser lithography device 10 includes a laser source 12 for emitting a writing laser beam 14.
  • the laser lithography device 10 also includes an optics device denoted overall by the reference numeral 16.
  • the optics device 16 includes a beam guiding device 18 for defining a beam path 20 for the writing laser beam 14 from the laser source 12 to a lithographic material 22 to be structured.
  • the beam guiding device 18 has a plurality of modules which fulfill optical and/or mechanical functions.
  • the beam path 20 can first run through a beam shaping device 24 for shaping suitable beam pulses.
  • the optics device 16 also includes focusing optics 26 for focusing the writing laser beam 14 in a focus area 28 (cf. also FIG. 2).
  • the focusing optics 26 include, for example, a lens module 30 through which the writing laser beam 14 is radiated into the lithography material 22 .
  • the optics device 16 also includes a scanning device 32, by means of which the focus area 28 of the
  • Writing laser beam 14 can be displaced within a writing region 34 of a scanning area 36 (cf. FIG. 2) relative to the lithography material 22 with a precision required for structuring.
  • the scanning device 32 includes a beam steering module 36 which can include, for example, a galvanometer scanner unit for the controlled deflection of the laser beam 14 .
  • the lithographic material 22 is provided on a substrate surface 38 of a substrate 40 .
  • the substrate 40 is exemplary and preferably by means of a
  • Positioning device 42 relative to the focus area 28 of the writing laser beam 14 positionally displaceable.
  • the figures also show a coordinate system with mutually orthogonal axes x, y, z.
  • Positioning device 42 is preferably designed to displace substrate 40 in all three spatial directions x, y, z, in particular also about a first axis of inclination parallel to the x-axis and/or about a second axis of inclination parallel to the y-axis tilt.
  • the laser lithography device 10 also includes a control device (not shown), which includes a computing unit and a non-volatile memory.
  • the focus area 28 of the laser writing beam 14 is displaced by the optics device 16, in particular by the scanning device 32, through the volume of lithographic material 22 (surrounding the entire structure).
  • a write exposure dose is radiated locally into the lithographic material 22, so that structural areas 46 are defined locally, in particular using multi-photon absorption (cf. FIG. 2). For example, this will Lithographic material 22 polymerized locally and thus structured.
  • the structure 44 can be defined in particular in that the focal area 28 runs through a scan manifold 48 along the scan surface 36 through the lithographic material 22 and in the process emits a sequence of laser pulses with a defined pulse rate and pulse length (in Figs 2, the scanning surface 36 is sketched in sections).
  • the structural areas 46 are similar in shape or identical in shape to one another. The size of a written structure area 46 and thus a structure height is related to the introduced exposure dose.
  • the target structure 44 can be computationally broken down into substructures which together approximate the target structure 44.
  • the substructures can then be written sequentially.
  • FIG. 2 shows an example in which the target structure 44 is broken down into two partial structures 50-1, 50-2 lying laterally next to one another, which in turn are made up of two writing layers 52-1, 52-2 lying one above the other.
  • the left in FIG substructure 50-1 shown can be written by successively defining the writing positions 52-1, 52-2.
  • the substrate 40 is moved downwards (in the negative z-direction) by a corresponding amount, for example after the writing of the first layer 52-1, in order to write the second layer 52-2.
  • the writing area 34 is then displaced laterally to the optical axis (in the x-direction in the example shown in FIG. 2) in order to write the second partial structure 50-2.
  • the writing area 34 can be relocated, for example, by relocating the substrate 40 and/or the lens module 30 .
  • the second partial structure 50 - 2 is then written in an analogous manner.
  • the displacement of the writing laser beam 14 and the location-dependent irradiation of the writing exposure dose within the scanning area 36 takes place according to predetermined writing instructions, which are preferably stored as a writing data record in the control device of the laser lithography device 10 .
  • the write data record includes, by way of example and preferably, write exposure data which represent a location-dependent local write exposure dose for the scan multiplicity 48 .
  • the writing exposure data can be greyscale image data representing the target structure 44, with different greyscales representing different exposure doses.
  • the write data record preferably also includes control data for controlling the optics device 16.
  • the write data record includes control data for controlling the scanning device 32 and/or the beam shaping device 24.
  • an interface 54 between substrate 40 and lithographic material 22 is located (see FIG. 1). Specifically, by way of example and preferably, a position of the substrate 40 along the z-axis is determined, in which the focus area 28 lies within the interface 54 (referred to below as “focus position”).
  • this focus position is identical for all scan points within the scan area 36 .
  • a focus position regularly deviates from each other due to various effects within the scanning area 36 .
  • the substrate 40 is tilted relative to the optical axis.
  • the substrate surface 38 is curved or arched or has local unevenness.
  • the scanning surface 36 can also deviate from the ideal shape of a plane, for example due to optical errors in the optical device 16.
  • Fig. 2 visualizes the exemplary case that the substrate 40 is tilted about the y-axis and additionally the Scanning surface 36 has both a curvature and a tilt about the y-axis.
  • Such deviations from the ideal configuration can result in an actually written structure 46 not exactly corresponding to the desired target structure 44, e.g. being distorted or incompletely manufactured (in the example shown in Fig. 2, for example, the upper right corner of the partial structures is 50 -1, 50-2 not completely filled by a structural area 46).
  • the focus position of the substrate 40 is determined according to the method at a plurality of test positions 56-1 to 56-6 within the writing area 34 of the scanning surface 36 . If the target structure 44, as explained above with reference to FIG. 2, is made up of a plurality of substructures 50-1, 50-2, the focus positions are preferably determined separately for each substructure 50-1, 50-2. In this respect, the focus position is determined again at a plurality of positions within the writing area 34, in particular after the writing area 34 has been shifted to write a further partial structure.
  • the focal area 28 of the writing laser beam 14 is shifted sequentially to different test positions 56 - 1 to 56 - 6 within the scanning area 36 by means of the optics device 16 .
  • a test Exposure dose is radiated into the lithographic material 22 (visualized in FIG. 5 by the oval structures) and a detection radiation emitted by the lithographic material 22 and/or the substrate 40 as a response to the test exposure dose is detected.
  • the laser lithography device 10 can then have a corresponding measuring device 58 (cf. FIG. 1).
  • a plurality of laser pulses are irradiated at each test position 56 - 1 to 56 - 6 and meanwhile the substrate 40 is displaced along the z-axis by means of the positioning device 42 .
  • Lithography material 22 as a function of a z-position of the substrate 40 represents.
  • the detection radiation can in particular be radiation backscattered by the lithographic material 22 and/or the substrate 40 .
  • a focus position of the substrate 40 can then be determined, for example, by detecting a reflection signal of the laser beam 14 at the interface 54, for example as a local intensity maximum. It is also possible for the detection radiation to be radiation generated by fluorescence. A focus position can then be determined, for example, in that a difference in the fluorescence signal at the transition from the, in particular fluorescent, lithographic material 22 and the, in particular non-fluorescent, substrate 40 is detected.
  • the measuring device 58 can in particular have a fluorescence detector.
  • the at least one write data record can then be adjusted accordingly in order to compensate for the deviations from an ideal system.
  • at least one corrected write data record can be determined with the aid of a computer, for example by means of the control device, on the basis of which the laser lithography device 10 is then controlled in order to produce the target structure 44 .
  • a local writing exposure dose is adjusted as a function of the determined position data.
  • Fig. 4 shows a corresponding example in which, compared to the example shown in Figure 2, an exposure dose along the scan manifold 48 was adjusted in a location-dependent manner in order to achieve a better approximation of the structure 46 actually produced to the desired target structure 44 (the respective right-hand upper corner of the partial structures 50-1, 50-2 is now filled out better by structure areas 46).
  • the corrected write data set can then include corrected write exposure data.
  • the corrected write exposure data additionally or alternatively cause a curvature of the substrate surface 38 and/or local Unevenness in the substrate surface 38 can be compensated.
  • target structure 44 it is also conceivable for the target structure 44 to be broken down into newly defined structure areas 46 by means of computation as a function of the determined position data.
  • An example of this is outlined in FIG. 5, in which the substructures 50-1, 50-2 are now made up of four writing layers 52-1 to 52-4 instead of two.
  • FIG. 6 visualizes the exemplary case in which the substrate 40 was aligned horizontally, starting from the configuration shown in FIG. 2 .
  • the lens module 30, or a lens of the lens module 30, can be repositioned relative to the substrate 40, for example tilted, as a function of the determined position data.
  • the corrected write data record can also contain corrected control instructions for a
  • Positioning device (not shown) of the lens module 30 include.
  • the corrected write data record can include corrected control data for the optics device 16, in particular for the beam shaping device 24 and/or the scanning device 32.
  • a scanning device 32 is provided, which is designed to quickly change a Z position of the focus area during scanning and thus adapt a shape of the scanning surface 36 .
  • the scanning device 32 can comprise, for example, adaptive lenses which are designed to quickly shift the focus area along the z-axis.
  • a calibration laser beam that is separate from the write laser beam 14 can also be used to radiate in the test exposure dose.
  • the calibration measurements for determining a focus position are then not carried out with the writing laser beam 14 itself.
  • the laser lithography device can include, in particular, a second laser source (not shown) for emitting the calibration laser beam.
  • the second laser source is in particular designed and arranged in such a way that the calibration laser beam has the same beam path 20 through the optics device 16 as the writing laser beam 14, in particular at least through the
  • Beam shaping device 24 and / or the scanning device 32 runs.
  • the focus position can also be determined by the writing laser beam 14 during the actual writing process.
  • Laser writing beam 14 and calibration laser beam can therefore be used in parallel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur (44) in einem Lithographiematerial (22) mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung, 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 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

Titel : Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Zielstruktur in einem Lithographiematerial mittels einer Laserlithographie-Vorrichtung
Beschreibung
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 102017 110 241 Al 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.
In Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten wird wenigstens eine Schreibanweisung oder die Optikeinrichtung und 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.
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 ps 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.
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: Fig. 1 vereinfachte schematische Darstellung einer Laserlithographie-Vorrichtung;
Fig. 2 skizzierte Darstellung zur Erläuterung eines
Schreibvorgangs mittels der Laserlithographie- Vorrichtung;
Fig. 3 skizzierte Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Lokalisierung einer Grenzfläche zwischen Substrat und Lithographiematerial; und
Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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. Fig. 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 Fig. 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. Figur 2). Beispielsweise wird das Lithographiematerial 22 lokal polymerisiert und somit strukturiert.
Wie in Figur 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 Fig. 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 Figur 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 Figur 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 Fig. 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 Fig. 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. Fig. 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.
Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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. Fig. 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 nicht-fluoreszierenden, 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 Fig. 4 zeigt ein entsprechendes Beispiel, bei welchem gegenüber dem in Figur 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 Fig. 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. Fig. 6 visualisiert den beispielhaften Fall, dass das Substrat 40 ausgehend von der in Fig. 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. Fig. 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.

Claims

Patentansprüche
1. 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, und dass in Abhängigkeit der ermittelten Positionsdaten wenigstens eine Schreibanweisung verändert wird.
2. 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.
3. 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.
4. 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. 5. 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.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Prüf-Belichtungsdosis derart niedrig gewählt wird, dass keine Strukturierung in dem Lithographiematerial (22) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Fokusbereich (28) des Kalibrations-Laserstrahls (14) beim Einstrahlen der Prüf-Belichtungsdosis lateral gewobbelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schreib-Laserstrahl (14) als Kalibrations- Laserstrahl verwendet wird.
9. 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. 10. 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.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der Positionsdaten eine Position und/oder Lage des Substrats (40) verändert wird.
12. 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.
13. 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 12 auszuführen.
14. Laserlithographie-Vorrichtung nach Anspruch 13, außerdem umfassend eine zweite Laserquelle zur Aussendung eines Kalibrations-Laserstrahls.
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