DE10006081A1 - Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Mikrostrukturen in Photolack mittels Mehrphotonen-Prozeß - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Mikrostrukturen in Photolack. Das Verfahren soll dahingehend weitergebildet werden, daß die dreidimensionalen Strukturen mit scharfen Kanten in einfacher Weise erzeugt werden können. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die Belichtung des Fotolacks über Mehrphotonen-Prozesse im Fokus eines Laserstrahles erzielt wird, dessen Wellenlänge oberhalb der spektralen Empfindlichkeit des Photolackes liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren, dreidimensionale Strukturen in Photolack mittels Mehrphotonen-Prozeß im Fokusbereich eines Lasers mit einer Wellenlänge oberhalb der spektralen Empfindlichkeit des Lackes zu erzeugen. Dieses Verfahren macht es möglich, bei der Herstellung von Mikrostrukturen in einem Arbeitsschritt zum einen Strukturen mit hoher Kantensteilheit und zum anderen auch Unterschnitte zu erzeugen.

Bei der Laserlithographie auf Photolack wird der Lack mit einem fokussierten Laserstrahl belichtet, dessen Wellenlänge innerhalb der spektralen Empfindlichkeit des Photolackes liegt. Dabei wird an jedem Punkt der Lack von der Oberfläche bis zu der Tiefe belichtet, ab der die durch Absorption und Aufweitung sinkende Energiedichte des Strahls die aufgenommene Dosis unter die Empfindlichkeit des Lackes fallen läßt. Zur Erzeugung von dreidimensoinalen Mikrostrukturen in Photolack ist dieses Verfahren daher so nicht geeignet, da zum einen die erzeugten Kanten nicht steiler als der Öffnungswinkel des fokussierten Laserstrahls sein können und zum anderen keine Unterschnitte erzeugt werden können. Ziel der Erfindung ist es, mittels eines modifizierten laserlithographischen Verfahrens dreidimensionale Strukturen mit scharfen Kanten in Photolack zu erzeugen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2a und b dargestellten Anwendungsbeispiele näher erläutert, ohne daß insoweit eine Einschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Anordnung zum Einsatz des Verfahrens,

Fig. 2a Erzeugung einer Vertiefung mit scharfen Kanten in Positivlack,

Fig. 2b Erzeugung eines Unterschnittes in Positivlack.

Ein Laser 1 dient als Lichtquelle für den Laserstrahl 2, dessen Position in der Ebene des Substrates (x-y- Ebene, s. Fig. 1) durch das folgende Positioniersystem 3 kontrolliert wird. Das Objektiv 6 fokussiert den im Teleskop 4 aufgeweiteten Strahl in die Lackschicht. Der Durchmesser des Laserstrahls im Fokus ist dabei umgekehrt proportional zum Laserstrahldurchmesser am Objektiv und proportional zur Brennweite des Objektives, und die Steilheit des Intensitätsabfalles nimmt mit abnehmendem Fokusdurchmesser zu. Der Abstand z des Fokuspunktes von der Substratoberfläche wird über die Position des Objektivs geregelt.

Hat der Laserstrahl eine Wellenlänge oberhalb der spektralen Empfindlichkeit des Substrates, so wird das Substrat lediglich dort belichtet, wo die Energiedichte des Laserstrahls ausreicht, um Mehrphotonenprozeße zuzulassen. Bei richtiger Wahl der Energie und des Laserstrahldurchmessers kann dieser Bereich sehr scharf auf ein kleines Volumen im Fokus des Laserstrahls begrenzt werden. Die Wahrscheinlichkeit für das Stattfinden von Zweiphotonenprozessen, die wir für dieses Anwendungsbeispiel ohne Einschränkung der Allgemeinheit als die zur Belichtung führenden Prozesse annehmen wollen, am Ort P = P(x,y,z) ist abhängig vom Quadrat der Energiedichte (Intensität) an diesem Ort. Aus dieser Abhängigkeit und dem exponentiellen Abfall der Intensität vom Fokuspunkt aus ergibt sich eine sehr scharfe Begrenzung des Volumens, innerhalb dessen der Laserstrahl belichtet.

Fig. 2 zeigt zwei Anwendungsbeispiele, die die Eigenschaften der Methode besonders hervorheben. In Fig. 2a ist das Belichten einer einzelnen Säule im Lack illustriert. In Schritt eins wird der Strahl zunächst an der Stelle auf dem Substrat positioniert, an der die Belichtung stattfinden soll. Danach wird in einem zweiten Schritt die Position des Objektives in z gefahren. Handelt es sich um Positivlack, wird nach dem Entwickeln an dieser Stelle ein Loch mit scharfen Kanten zurückbleiben.

In Fig. 2b ist das Belichten eines Unterschnittes dargestellt. Da der Lack nur im Fokus belichtet wird, können mit dem Laserstrahl bei entsprechender Objektiveinstellung Bereiche unterhalb der Oberfläche belichtet werden, ohne den darüber liegenden Bereich zu belichten. Im Beispiel wird zunächst von der Oberfläche aus schichtweise ein Bereich belichtet, der dann ab einer tiefgelegenen Schicht im dritten Bild unter der Substratoberfläche weitergeführt wird. Nach dem Entwickeln ergibt sich so ein Unterschnitt in der erzeugten Struktur. 1 Laser
2 Laserstrahl
3 mikrolithographisches Strahlpositioniersystem
4 Teleskop
5 Spiegel
6 höhenverstellbare Objektivlinse
7 belacktes Substrat
8 Fokus
9 Photolackschicht
10 Substrat
11 belichteter Bereich

Claims (1)

1. Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Mikrostrukturen in Photolack, gekennzeichnet dadurch, daß die Belichtung des Photolackes über Mehrphotonen-Prozesse im Fokus eines Laserstrahles erzielt wird, dessen Wellenlänge oberhalb der spektralen Empfindlichkeit des Photolackes liegt.