DE10028426A1

DE10028426A1 - Manufacture of three-dimensional structure using coarse structure with recesses having edges inclined at angle between 0 and 90 degrees

Info

Publication number: DE10028426A1
Application number: DE10028426A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Blaesi; Andreas Gombert
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2001-04-12

Abstract

The method involves exposing a layer of photo-sensitive material so that a fine structure is formed by interference of the exposure beam diffracted and/or diffused at a coarse structure. The coarse structure is formed with recesses having edges whose angle of inclination is less than 90 degrees and greater than 0 degrees. The coarse and fine structures may be formed as volume or surface structures, the fine structure having a structural dimension that is less than the exposure wavelength.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur durch Belichtung einer Schicht photoempfindlichen Materials, die eine räumlich ausgebildete Grobstruktur, mit Strukturdimensionen von mindestens der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung, aufweist und mit nachfolgender, gezielter Entwicklung der Schicht photoempfindlichen Materials, wobei die Belichtung der Schicht photoempfindlichen Materials derart erfolgt, daß sich durch Interferenz der an der Grobstruktur gebeugten und/oder gestreuten Belichtungsstrahlung eine Feinstruktur in Überlagerung zur Grobstruktur ausbildet. The invention relates to a method for producing a three-dimensional Structure by exposure of a layer of photosensitive material, the one spatially trained rough structure, with structural dimensions of at least that Wavelength of the exposure radiation, and with subsequent, more targeted Development of the layer of photosensitive material, the exposure of the Layer of photosensitive material takes place in such a way that by interference on the rough structure diffracted and / or scattered exposure radiation Forms fine structure in superposition to the rough structure.

State of the art

Dreidimensionale Strukturen, die durch Belichtung in einer photoempfindlichen Materialschicht eingebracht sind, können sowohl als Oberflächenschichten als auch als Volumenschichten ausgebildet sein. Das Einbringen von Strukturen in photoempfindliche Materialschichten erfolgt üblicherweise mit Hilfe photolithographischer oder holographischer Verfahren, mit denen es möglich ist, sich periodisch wiederholende oder stochastisch verteilte Strukturen zu erzeugen, deren kleinste Strukturdimensionen in der Größenordnung der halben Wellenlänge des Belichtungslichtes liegen, mit der der Belichtungsvorgang der photoempfindlichen Schicht vorgenommen worden ist. Ein Beispiel für die Durchführung eines holographischen Verfahrens, mit dem die Erzeugung einer Oberflächengitterstruktur in einer Photoresistschicht möglich ist, ist in dem Artikel von Zanke, Gombert, Erdmann und Weiss, "Fine-tuned profile simulation of holographically exposed photoresist gratings", Optics Communications 154, 1998, pages 109-118, beschrieben. Zur Erzeugung des, das Oberflächengitter bildende Hologramms dient kurzwellige Strahlung mit einer Belichtungswellenlänge von 383,8 nm, die zu Gitterperioden von etwa 1 µm führt.Three-dimensional structures by exposure in a photosensitive Material layer are introduced, both as surface layers and be designed as volume layers. The introduction of structures in Photosensitive material layers are usually done with the help photolithographic or holographic processes with which it is possible to to generate periodically repeating or stochastically distributed structures whose smallest structural dimensions in the order of half the wavelength of the Exposure light with which the exposure process of the photosensitive Layer has been made. An example of performing a holographic process with which the creation of a surface lattice structure in a photoresist layer is possible in the article by Zanke, Gombert, Erdmann and Weiss, "Fine-tuned profile simulation of holographically exposed photoresist gratings ", Optics Communications 154, 1998, pages 109-118, described. It is used to generate the hologram forming the surface grid short-wave radiation with an exposure wavelength of 383.8 nm, which too Lattice periods of about 1 µm leads.

Im Bestreben, die Strukturdimensionen weiter zu reduzieren, um zum einen das Antireflexionsvermögen an optischen und technischen Oberflächen zu verbessern und zum anderen sich die Möglichkeit einer neuen Applikation zu eröffnen, nämlich der Schaffung schmutzabweisender, technischer Oberflächen durch feinste Mikrostrukturierung, wie sie aus der Biologie, beispielsweise bei Blütenblätter bekannt ist, werden verstärkte Anstrengungen unternommen, Strukturgrößen, vorzugsweise an Oberflächen, von wenigen µm und darunter, vorzugsweise kleiner als die Belichtungswellenlänge, zu realisieren.In an effort to further reduce the structural dimensions, on the one hand Improve anti-reflectivity on optical and technical surfaces and secondly to open up the possibility of a new application, namely the creation of dirt-repellent, technical surfaces through the finest Microstructuring as used in biology, for example in the case of petals is known, increased efforts are being made to structure sizes, preferably on surfaces of a few microns and below, preferably smaller than the exposure wavelength.

In diesem Zusammenhang wird auf den Beitrag von A. Gombert, B. Bläsi et. al. "Antireflective submicrometer surface-relief gratings for solar applications", Solar Energy Materials & Solar Cells, 54, 1998, Seiten 333-342 hingewiesen, in dem Möglichkeiten und Schwierigkeiten bei der Erzeugung von strukturierten Oberflächen mit lateralen Strukturdimensionen von etwa 200 nm und Strukturtiefen von einigen 100 nm diskutiert werden. Es zeigt sich, daß bei Verwendung herkömmlicher holographischer Belichtungstechniken die strukturierbaren Flächen, aus Gründen überaus hoher Präzisionsanforderungen an die optischen sowie auch mechanischen Anlagenkomponenten, üblicherweise nur in sehr kleinen Größen herstellbar sind, d. h. kleiner 1000 cm² betragen.In this context, the contribution by A. Gombert, B. Bläsi et. al. "Antireflective submicrometer surface-relief gratings for solar applications", Solar Energy Materials & Solar Cells, 54, 1998, pages 333-342, in which possibilities and difficulties in the production of structured surfaces with lateral structure dimensions of approximately 200 nm and structure depths of some 100 nm can be discussed. It can be seen that when conventional holographic exposure techniques are used, the structurable surfaces, for reasons of extremely high precision requirements for the optical and mechanical system components, can usually only be produced in very small sizes, ie less than 1000 cm ² .

Will man derart strukturierte Flächen vergrößern, sind überaus hohe Anstrengungen aus technischer und finanzieller Sicht erforderlich, um die gewünschten Strukturdimensionen zu erhalten.If you want to enlarge areas structured in this way, you have to make great efforts From a technical and financial perspective, required to achieve the desired To maintain structural dimensions.

Neben den vorstehend genannten bekannten Strukturierungstechniken, Photolithographie und Holographie, sind überdies Naßchemische- oder Plasmaätzverfahren bekannt, die unter Verwendung feinst strukturierter Ätzmasken eine gewünschte Oberflächenstruktur auf Substratoberflächen, wie beispielsweise Glas-, Metall- oder Halbleiteroberflächen, schaffen.In addition to the known structuring techniques mentioned above, Photolithography and holography, moreover, are wet chemical or Plasma etching is known using finely structured etching masks a desired surface structure on substrate surfaces, such as Create glass, metal or semiconductor surfaces.

Ebenso ist es möglich, sehr feine Oberflächenstrukturen durch mechanische Verfahren, wie Schleifen oder Läppen, zu erzeugen. Zwar können, ähnlich den Ätzprozessen, sehr klein dimensionierte Strukturelemente hergestellt werden, jedoch zeigen sie oftmals relativ flach und rund verlaufende Strukturprofile, wodurch zumindest die Reflexionseigenschaften nachteilhaft beeinflußt werden.It is also possible to create very fine surface structures using mechanical To produce processes such as grinding or lapping. Although, similar to the Etching processes, very small dimensioned structural elements are made, however they often show relatively flat and round structural profiles at least the reflection properties are adversely affected.

Ebenso lassen sich mittels kontrolliertem Kristallwachstum stochastische Oberflächenstrukturen erzeugen, die beispielsweise durch PVD-Verfahren in säulenförmige Schichtkristallbildungen geformt werden können. Ebenso sind stochastische Oberflächenstrukturen durch galvanisches Schichtwachstum zu erhalten, deren Strukturdimensionen in Abhängigkeit der jeweiligen Prozeßführung individuell einstellbar sind.Likewise, stochastic can be controlled by means of controlled crystal growth Generate surface structures that, for example, by PVD processes in columnar layer crystal formations can be formed. Likewise are stochastic surface structures due to galvanic layer growth receive, their structural dimensions depending on the respective process control are individually adjustable.

Allen bekannten Strukturierungstechniken, gleichwohl ob es sich um die Strukturierung von Oberflächen handelt, wie auch die Strukturierung von Volumenschichten, beispielsweise durch gezielte räumliche Strukturierung des Brechungsindex von optisch transparenten Medien, ist der Aufwand für die Erzeugung möglichst großflächiger bzw. großvolumiger Strukturbereiche mit Strukturelementen, deren Strukturdimension kleiner als 1 µm messen, sehr hoch, wodurch die Herstellung derartig behandelter technischer Oberflächen in großer Stückzahl zu kostspielig ist.All known structuring techniques, regardless of whether it is the Structuring surfaces acts like structuring surfaces Volume layers, for example through targeted spatial structuring of the Refractive index of optically transparent media, is the effort for that Generation of large-area or large-volume structural areas with Structural elements, whose structural dimensions measure less than 1 µm, very high, whereby the production of such treated technical surfaces in large Quantity is too expensive.

In den Druckschriften JP 4-367216 sowie US 5,484,672 ist jeweils ein Belichtungsverfahren für eine lichtempfindliche Schicht beschrieben, die grobstrukturiert und Grobstrukturelemente mit jeweils senkrechten Seitenflanken aufweist, an deren obere Flankenenden weitgehend horizontal verlaufende Flächenabschnitte anschließen, die zusammen mit den senkrechten Flanken scharfe Kantenzüge einschließen. Durch Belichtung der Grobstruktur bilden sich lokal begrenzt um die Kantenzüge Interferenzerscheinungen aus, durch die die lichtempfindliche Schicht zusätzlich belichtet werden. Diese zusätzlichen Belichtungserscheinungen sind jedoch nur von sehr lokaler Ausdehnung um den jeweiligen Kantenbereich herum und bilden in der Schicht eine nur räumlich begrenzte Feinstruktur. Eine derartig begrenzte Feinstruktur ist jedoch im Allgemeinen nicht dafür geeignet das Antireflexionsvermögen positiv zu beeinflussen oder die Ausbildung schmutzabweisender, technischer Oberflächen zu ermöglichen.JP 4-367216 and US 5,484,672 each contain one Exposure method for a photosensitive layer described, the roughly structured and rough structure elements, each with vertical side flanks has, at the upper flank ends largely horizontal Connect surface sections that are sharp together with the vertical flanks Include edge pulls. By exposure of the rough structure to form locally delimits interference phenomena around the edges by which the photosensitive layer are additionally exposed. These additional However, exposure phenomena are only of very local extent around the around the respective edge area and only form a spatial one in the layer limited fine structure. Such a limited fine structure is however in Generally not suitable for positively influencing the anti-reflectivity or to enable the formation of dirt-repellent, technical surfaces.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur durch Belichtung einer Schicht photoempfindlichen Materials, die eine räumlich ausgebildete Grobstruktur, mit Strukturdimensionen von mindestens der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung, aufweist und mit nachfolgender, gezielter Entwicklung der Schicht photoempfindlichen Materials, derart weiterzubilden, daß eine Herstellung von einzelnen Strukturelementen möglich ist, die im µm-Bereich und darunterliegen und vorzugsweise kleiner als die Wellenlänge der Belichtungsstrahlung ist, mit der die photoempfindliche Schicht belichtet wird. Insbesondere soll es möglich sein, möglichst großflächige Bereiche sowohl an der Oberfläche wie auch im Volumen selbst zu strukturieren, ohne dabei einen konstruktiven wie auch finanziellen hohen Aufwand betreiben zu müssen.The invention has for its object a method for producing a three-dimensional structure by exposure of a layer of photosensitive Materials that have a spatially formed rough structure, with structural dimensions of has at least the wavelength of the exposure radiation, and with subsequent, targeted development of the layer of photosensitive material, to further develop such that a production of individual structural elements is possible which are in the µm range and below and preferably smaller than that Wavelength of the exposure radiation with which the photosensitive layer is exposed. In particular, it should be possible to have the largest possible areas to structure both on the surface and in the volume itself, without doing so to have to carry out a constructive and financial effort.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen sowie auch den die Erfindung betreffenden Beschreibungsteilen einschließlich der Zeichnungen enthalten.The object underlying the invention is achieved in claim 1 specified. Advantageous features are in the subclaims as well as the Description parts relating to the invention including the drawings contain.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur durch Belichtung einer Schicht photoempfindlichen Materials, die eine räumlich ausgebildete Grobstruktur, mit Strukturdimensionen von mindestens der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung, aufweist und mit einer nachfolgenden gezielten Entwicklung der Schicht photoempfindlichen Materials, wobei die Belichtung der Schicht photoempfindlichen Materials derart erfolgt, daß sich durch Interferenz der an der Grobstruktur gebeugten und/oder gestreuten Belichtungsstrahlung eine Feinstruktur in Überlagerung zur Grobstruktur ausbildet, derart angegeben, dass die Grobstruktur derart augebildet wird, dass die Grobstruktur Vertiefungen mit Flanken aufweist, deren Neigungswinkel kleiner 90° und größer als 0° betragen.According to the invention is a method for producing a three-dimensional structure by exposing a layer of photosensitive material that is spatially trained rough structure, with structure dimensions of at least the wavelength the exposure radiation, and with a subsequent targeted Development of the layer of photosensitive material, the exposure of the Layer of photosensitive material takes place in such a way that by interference on the rough structure diffracted and / or scattered exposure radiation Forms fine structure in superposition to the coarse structure, specified such that the Coarse structure is formed in such a way that the coarse structure has depressions with flanks has whose angle of inclination is less than 90 ° and greater than 0 °.

Es hat sich gezeigt, dass das Vorsehen von Grobstrukturen, die in Abweichung von bekannten Strukturen, wie etwa in der JP 4-367216 sowie US 5,484,672 keine senkrechten Flanken sondern zur Vertikalen geneigte Flanken vorsehen, zu Inerferenzerscheinungen führt, die sich großflächig über die gesamten Oberfläche der mit Grobstrukturen vorstrukturierten Schicht photoempfindlichen Materials erstrecken. Insbesondere Grobstrukturen, die aus Dreieckgrundkörpern oder aber auch einem Sinusgitter zusammengesetzt sind, führen zu den erwünschten flächig ausgebildeten Interferenzerscheinungen.It has been shown that the provision of rough structures that differ from known structures, such as in JP 4-367216 and US 5,484,672 none vertical flanks but provide flanks inclined to the vertical Inferential phenomena that occur over a large area over the entire surface the layer of photosensitive material pre-structured with coarse structures extend. In particular, rough structures that consist of triangular bodies or also composed of a sine grid lead to the desired area trained interference phenomena.

Der Grund für die Ausbildung der Interferenzerscheinungen ist darin zu sehen, daß die fein zu strukturierende photoempfindliche Schicht, unabhängig davon, ob die Schicht eine Oberflächenschicht oder eine Schicht inmitten eines transparenten Körpers ist, eine Grobstruktur aufweist, deren Strukturgröße und geometrische Ausprägung derart mit der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung abgestimmt ist, so daß die Grobstruktur die Belichtungsstrahlung optisch wirksam reflektiert, bricht und/oder beugt, so daß sich ein Nahfeld ergibt, das sich aus evaneszenten, d. h. nicht selbst ausbreitungsfähigen, und ausbreitungsfähigen Wellen zusammensetzt, die zusammen ein Interferenzfeld mit lokalen Intensitätsüberhöhungen ergeben, durch das die photoempfindliche Schicht in Überlagerung zur Grobstruktur belichtet wird, wodurch zusätzlich zur Grobstruktur der photoempfindlichen Schicht eine Feinstruktur gebildet wird, die durch einen anschließenden Entwicklungsschritt in Erscheinung tritt.The reason for the formation of the interference phenomena is to be seen in the fact that the finely structured photosensitive layer, regardless of whether the Layer a surface layer or a layer in the middle of a transparent Body is a rough structure, the structure size and geometric Specification is matched to the wavelength of the exposure radiation, so that the coarse structure effectively reflects the exposure radiation breaks and / or diffracts, so that there is a near field, which is composed of evanescent, i.e. H. Not even spreadable and spreadable waves that together result in an interference field with local intensity increases, by that the photosensitive layer is exposed in superposition to the coarse structure, whereby in addition to the coarse structure of the photosensitive layer Fine structure is formed by a subsequent development step in Appearance occurs.

Handelt es sich um eine Volumenschicht, so vermag das sich durch Reflexion, Brechung und/oder Beugung ausbildende evaneszente Interferenzfeld, das durch Vielfachinterferenz lokale Intensitätsüberhöhungen aufweist, den Brechungsindex der photoempfindlichen Schicht lokal zu verändern, wodurch sich eine in Überlagerung zu einer in der photoempfindlichen Schicht vorhandenen Grobstruktur zusätzliche Feinstruktur ausbildet. Um auch in einer Volumenschicht eine, im nahezu ganzen Volumen ausgeprägte Feinstruktur zu erhalten, sind zur Erzeugung der Vielfachinterferenzen der Brechungsindex in der Volumenschicht vorzugsweise derart einzustellen, dass sich der Brechungsindex parallel zur der die Volumenschicht begrenzenden Oberfläche, durch die das Belichtungslicht hindurch tritt, räumlich stetig ändert.If it is a volume layer, it can do so by reflection, Refraction and / or diffraction-forming evanescent interference field caused by Multiple interference has local intensity increases, the refractive index to change the photosensitive layer locally, resulting in an in Superimposition on a coarse structure present in the photosensitive layer forms additional fine structure. To even in a volume layer, almost To obtain the entire volume of pronounced fine structure are necessary to produce the Multiple interferences of the refractive index in the bulk layer are preferred so that the refractive index is parallel to that of the Volume-delimiting surface through which the exposure light passes occurs, spatially changes constantly.

Die weitere Beschreibung der Erfindung bezieht sich in nicht abschließender Weise vornehmlich auf die Ausbildung einer Oberflächenschicht. Die hierzu zu ergreifenden Maßnahmen können jedoch in analoger Weise ebenso für die Herstellung einer strukturierten Volumenschicht herangezogen werden.The further description of the invention relates in a non-exhaustive manner primarily on the formation of a surface layer. The ones to be taken However, measures can also be taken in an analogous manner for the production of a structured volume layer can be used.

Die Herstellung einer Grobstruktur, vorzugsweise in einer Photoresistschicht, die auf einer technischen Oberfläche aufgebracht ist, kann mit den bekannten Strukturierungstechniken, wie sie zum Stand der Technik vorstehend kurz skizziert worden sind, durchgeführt werden. Besonders eignet sich hierzu die holographische Belichtung der Photoresistschicht, mit der verhältnismäßig große Flächen mit tiefen und steilen Strukturelementen versehen werden können, die bei weiterer, erfindungsgemäßer Belichtung Teilwellen erzeugen, die zu einem gewünschten, kontrastreichen Interferenzmuster führen. Besonders vorteilhafte Grobstrukturen sind Oberflächengitter, deren Strukturelemente sich in einer regelmäßigen, periodischen Abfolge nebeneinander reihen. Die einzelnen Strukturelemente weisen geneigte Flanken auf, die einen Neigungswinkel 0° < α < 90° vorzugsweise α < 30°. Das Aspektverhältnis des sich aus der Vielzahl der einzelnen Strukturelementen zusammensetzende Oberflächengitter weist wenigstens 0,2 auf. Der Neigungswinkel α entspricht dabei jenem Winkel zwischen der Seitenflanke der Grobstruktur und der gedachten Ebene, entlang der sich die dreidimensionale Struktur innerhalb der photoempfindlichen Schicht erstreckt.The production of a rough structure, preferably in a photoresist layer, based on a technical surface is applied can with the known Structuring techniques as briefly outlined above for the prior art have been carried out. Holographic is particularly suitable for this Exposure of the photoresist layer, with the relatively large areas with deep ones and steep structural elements that can be Exposure according to the invention generate partial waves that lead to a desired result in high-contrast interference patterns. Coarse structures are particularly advantageous Surface grid, the structural elements of which are in a regular, periodic Sequence side by side. The individual structural elements are inclined Flanks that have an inclination angle of 0 ° <α <90 °, preferably α <30 °. The Aspect ratio resulting from the multitude of individual structural elements composite surface grid has at least 0.2. The angle of inclination α corresponds to that angle between the side flank of the rough structure and the imaginary plane along which the three-dimensional structure is located within the extends photosensitive layer.

Durch die im Mikrometerbereich liegenden Strukturdimensionen der einzelnen Strukturelemente, beispielsweise 1 bis 10 µm, wird die auf die Grobstruktur auftreffende Belichtungsstrahlung mit vorzugsweise einer Wellenlänge im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich mit hoher Effizienz gebeugt und/oder reflektiert, wodurch sich im Nahfeld unmittelbar in der Ebene der Grobstruktur ein evaneszentes, interferierendes Wellenfeld ausbildet, das kleinräumige Intensitätsschwankungen vorsieht, durch die die Photoresistschicht zusätzlich mit einer Feinstruktur belichtet wird. Eine nachfolgende Entwicklung der belichteten Photoresistschicht führt zur Freilegung der die Grobstruktur überlagernden ganzflächigen Feinstrukturen, deren Strukturdimensionen in der Größenordnung von bis zu 200 nm liegen. Die Strukturdimension der Feinstruktur hängt vorwiegend von der Wahl der Wellenlänge der Belichtungsstrahlung ab, die als kohärentes Wellenfeld die Grobstruktur bestrahlt.Due to the structural dimensions of the individual in the micrometer range Structural elements, for example 1 to 10 µm, are applied to the rough structure incident exposure radiation with preferably a wavelength in the visible or ultraviolet spectral range diffracted and / or reflected with high efficiency, which in the near field is directly in the plane of the rough structure forms evanescent, interfering wave field, the small-scale Provides fluctuations in intensity, through which the photoresist layer also with exposed to a fine structure. A subsequent development of the exposed Photoresist layer leads to the exposure of those overlying the rough structure all-over fine structures, their structural dimensions in the order of up to 200 nm. The structural dimension of the fine structure mainly depends on the choice of the wavelength of the exposure radiation, which is considered coherent Wave field irradiated the rough structure.

Als besonders geeignete Lichtquellen sind Excimerlaser oder Argon-Ionen-Laser zu nennen, deren Lichtstrahl zur vollständigen Ausleuchtung der mit der Feinstruktur zu strukturierenden Oberfläche aufgeweitet wird, um diese mit einem kohärenten Wellenfeld homogen zu belichten. Excimer lasers or argon ion lasers are particularly suitable light sources name, whose light beam for complete illumination of the with the fine structure structuring surface is expanded to provide this with a coherent Expose wave field homogeneously.

Alternativ zur vorstehend beschriebenen Anwendung der holographischen Belichtungstechnik zur Herstellung der Grobstruktur innerhalb einer Oberflächenphotoresistschicht, kann die Grobstruktur auch auf nicht optische Weise auf einer Substratoberfläche mittels der zum Stand der Technik beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise sei auf die selektive Ätztechnik an dieser Stelle verwiesen, mit der Halbleitersubstrate in Größenordnungen von einigen µm strukturiert werden können. Die auf diese Weise grob strukturierte Halbleiteroberfläche wird in einem nachfolgenden Beschichtungsschritt mit einer, die Oberflächenkontur der Grobstruktur erhaltenden Photoresistschicht überzogen, die in dem erfindungsgemäß weiteren Belichtungsschritt in der vorstehend beschriebenen Weise feinstrukturiert wird.As an alternative to the holographic application described above Exposure technology for the production of the rough structure within one Surface photoresis layer, the rough structure can also in a non-optical way on a substrate surface by means of those described in the prior art Process are made. For example, the selective etching technique is important referred to the semiconductor substrates in the order of magnitude of some µm can be structured. The roughly structured in this way Semiconductor surface is coated in a subsequent coating step with a Surface contour of the coarse structure-containing photoresist layer coated, which in the further exposure step according to the invention in that described above Way is finely structured.

Herstellungsbedingt, nicht zuletzt durch die Anwendung holographischer Belichtungstechniken zur Erzeugung der Grobstruktur, weist die aus der Grobstruktur und Feinstruktur zusammengesetzte Kombinationsstruktur, häufig sogenannte Hinterschnitte, auf, d. h. es bilden sich abgeflachte Konturspitzen aus, die in Projektion die darunter befindlichen Strukturbereiche überragen, wodurch eine Vervielfältigung der Kombinationsstruktur im Wege an sich bekannter Prägeverfahren nicht möglich ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit Hilfe wenigstens eines zusätzlichen anisotropen Ätzprozesses derartige Hinterschnitte abgetragen werden können, so daß die resultierende Kombinationsstruktur auch für Prägungen eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht eine kostengünstige Replikation und Vervielfältigung der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten räumlichen Oberflächenstruktur. Der hierfür vorausgesetzte anisotrope Ätzprozeß, der beispielsweise mittels reaktivem Ionenätzen durchgeführt werden kann, weist eine Ätz-Vorzugsrichtung auf, die mit der Prägerichtung, mit der die Matrize auf eine zu prägende Substratoberfläche geführt wird, übereinstimmt.Production-related, not least through the use of holographic Exposure techniques for the generation of the rough structure, which shows from the rough structure and fine structure composite structure, often so-called Undercuts, on, d. H. flattened contour tips form, which in Projection project beyond the underlying structural areas, creating a Duplication of the combination structure in the way known per se Embossing process is not possible. However, it has been shown that with the help at least one additional anisotropic etching process such undercuts can be removed, so that the resulting combination structure also for Embossing can be used. This enables inexpensive replication and duplication of those produced with the aid of the method according to the invention spatial surface structure. The anisotropic etching process required for this, which can be carried out, for example, by means of reactive ion etching a preferred etching direction, which corresponds to the embossing direction with which the die is placed on a to be embossed substrate surface corresponds.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind folgende Vorteile verbunden:
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von extrem tiefen und feinen Strukturen, deren Größe kleiner als die halbe Bestrahlungswellenlänge ist. The following advantages are associated with the method according to the invention:
The process enables the production of extremely deep and fine structures, the size of which is smaller than half the radiation wavelength.

Als Bedingung für einen guten Kontrast bei der Belichtung der Grobstruktur, d. h. für eine lichtstarke Ausbildung von lokalen Intensitätsmaximas innerhalb des evaneszenten Wellenfeldes existieren lediglich lokale Stabilitätsanforderungen an die Dimension der vorgegebenen Grobstruktur. Aus diesem Grunde ist eine großflächige Herstellung der erfindungsgemäßen Kombinationsstruktur möglich. Die Belichtung erfolgt dabei bevorzugt mit einem nahezu auf die zu belichtende Schichtoberfläche senkrechten Lichteinfall.As a condition for a good contrast in the exposure of the coarse structure, i.e. H. For a high-intensity formation of local intensity maxima within the evanescent wave field there are only local stability requirements for the Dimension of the given rough structure. For this reason it is a large area Production of the combination structure according to the invention possible. The exposure is preferably carried out with an almost on the layer surface to be exposed vertical incidence of light.

Die Form der Feinstruktur wird durch eine entsprechende Wahl der Grobstruktur beeinflußt, wobei die Grobstruktur im Vergleich zur Feinstruktur um wenigstens den Faktor 2 größer dimensioniert ist und die Form und Größe der Feinstruktur hierdurch präzise gesteuert werden kann.The shape of the fine structure is determined by an appropriate choice of the rough structure influenced, the coarse structure compared to the fine structure by at least Factor 2 is larger and the shape and size of the fine structure as a result can be controlled precisely.

Durch nachfolgendes anisotropes Ätzen der durch die Belichtungsvorgänge erhaltenen Kombinationsstruktur können jegliche Hinterschnitte vermieden werden, wodurch die Kombinationsstruktur auch durch Prägeverfahren repliziert werden kann.By subsequent anisotropic etching of the exposure processes combination structure obtained can avoid any undercuts, whereby the combination structure can also be replicated by embossing processes can.

Durch die vorgegebene Grobstruktur, deren Strukturelemente vorzugsweise steile aber geneigte Flanken sowie ein großes Aspektverhältnis aufweisen, kann der Betrag der Amplituden der an der Grobstruktur gebeugten, gebrochenen und/oder reflektierten Teilwellen entscheidend beeinflußt werden, wodurch der Kontrast des sich im Nahfeld ausbildenden Interferenzfeldes gesteuert werden kann. Für Feinstrukturen mit großem Kontrast ist daher dafür Sorge zu tragen, daß die Amplituden der interferierenden Teilwellen im Nahfeld der Kombinationsstruktur so groß wie möglich sind.Due to the given rough structure, the structural elements of which are preferably steep but have inclined flanks and a large aspect ratio, the Amount of the amplitudes of the diffracted, broken and / or bent on the rough structure reflected partial waves are decisively influenced, whereby the contrast of the interference field developing in the near field can be controlled. For Fine structures with high contrast must therefore be ensured that the Amplitudes of the interfering partial waves in the near field of the combination structure are as large as possible.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Kombinationsstruktur, die sich aus der Überlagerung einer vorgegebenen Grobstruktur mit einer sich durch Beugung und Reflexion ausbildenden Feinstruktur zusammensetzt, ist es möglich, die Bandbreite des Reflexionsvermögens an einer derart strukturierten technischen Oberfläche im Vergleich zu herkömmlichen Oberflächenstrukturen erheblich zu vergrößern. Darüber hinaus vermag die zusätzlich in die Grobstruktur eingebrachte Feinstruktur der technischen Oberfläche eine schmutzabweisende Eigenschaft zukommen zu lassen, wie man sie beispielsweise aus der Botanik an den Oberflächen von Blütenblättern her kennt.The combination structure produced with the aid of the method according to the invention, which results from the superimposition of a given rough structure with itself Diffraction and reflection forming fine structure, it is possible the range of reflectivity in such a structured technical Surface compared to conventional surface structures enlarge. In addition, the can also bring in the rough structure Fine structure of the technical surface has a dirt-repellent property how to send them from botany to Knows surfaces from petals.

Brief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention is hereinafter described without limitation of the general The inventive concept based on exemplary embodiments with reference to the Drawing described as an example. Show it:

Fig. 1a bis e Nahaufnahmen zur Darstellung verschieden strukturierter Grobstrukturen. Figs. 1a to e close-up showing different structured coarse structures.

In den Fig. 1a bis c sind Elektkronenstrahlmikroskopaufnahmen gezeigt, die eine hexagonal angeordnete Grobstruktur darstellen, mit einer Periodenweite zwischen zwei benachbarten Strukturelementen in der Größenordnung von etwa 6 µm.In Figs. 1a to c Elektkronenstrahlmikroskopaufnahmen are shown which represent a hexagonally arranged coarse structure, with a period width between two adjacent structure elements in the order of about 6 microns.

Die Fig. 1d und e zeigen die Grobstruktur eines Kreuzgitters, ebenfalls mit einer Periodenweite von 6 µm. Figs. 1d and e show the rough structure of a cross grid, also microns with a period width of 6.

Innerhalb der in den Figuren dargestellten Grobstrukturen wird kohärentes Licht mit Wellenlängen, vorzugsweise im ultravioletten Spektralbereich, gebeugt bzw. reflektiert, so daß durch die sich ausbildende Nahfeldinterferenz Feinstrukturen der grob strukturierten Photoresistschicht ausbilden.Coherent light is emitted within the coarse structures shown in the figures Wavelengths, preferably in the ultraviolet spectral range, diffracted or reflected, so that fine structures of the Form a roughly structured photoresist layer.

In Fig. 1a sind repräsentativ für die übrigen Figuren die Grobstruktur G und die Feinstruktur F mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.In FIG. 1a, the coarse structure G and the fine structure F are identified with corresponding reference numerals for the remaining figures.

Claims

1. A method for producing a three-dimensional structure by exposure of a layer of photosensitive material which has a spatially formed coarse structure, with structural dimensions of at least the wavelength of the exposure radiation, and with subsequent, targeted development of the layer of photosensitive material, the exposure of the layer of photosensitive material in such a way takes place that by interference of the diffracted and / or scattered exposure radiation a fine structure is formed in superposition to the coarse structure, characterized in that the coarse structure is formed in such a way that the coarse structure has depressions with flanks whose angle of inclination is less than 90 ° and greater than 0 °.

2. The method according to claim 1, characterized in that the coarse and fine structure as a volume or Surface structures are formed and the fine structure one Structural dimension smaller than the exposure wavelength.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the spatially formed coarse structure by means of Exposing the layer of photosensitive material and / or subsequent targeted development is produced.

4. The method according to claim 3, characterized in that the exposure of the layer is photosensitive Material is carried out photolithographically or holographically.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the spatially formed coarse structure by means of a Material removal process, coating process, crystal growth process or embossing process, which on a surface of a substrate to be structured is applied, the following contour preservation with the layer photosensitive material is coated, is produced.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the layer of photosensitive material Is photoresist.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the exposure of the layer is photosensitive Material for producing the fine structure with coherent light.

8. The method according to claim 7, characterized in that the rough structure with one or more itself overlying light waves is exposed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the dimensioning of the rough structure as well as the choice the exposure wavelength with which the exposure is used to maintain the fine structure is carried out to be coordinated so that in the near field of Coarse structure Multiple interferences in the exposure light result that are too small Intensity fluctuations in the near field cause the photosensitive In addition, the material is exposed at least almost completely and then corresponding development is finely structured.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the rough structure in the manner of a surface or Volume grid is formed.

11. The method according to claim 10, characterized in that the coarse structure with depressions with steep flanks have an aspect ratio greater than 0.2.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the exposure radiation at wavelengths in the UV Spectral range fine structures with structure dimensions of 200 nm and below forms.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that after formation of the fine structure three-dimensional surface structure subjected to an anisotropic etching process which has a preferred etching direction which is normal to the surface is.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the lateral dimensions of the rough structure are at least twice as large as the fine structure.

15. The method according to one of claims 1 to 14, characterized in that the rough structure has an area share of horizontal running areas of less than 30%.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the rough structure in the manner of a sine lattice or as Pyramid arrangement is formed.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the fine structure covers the entire surface of the rough structure.