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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur räumlich periodischen Modifikation
einer Oberfläche
eines Substrates in einer Probenebene, insbesondere durch Laserablation,
wobei die Substratoberfläche mit
einem der einzubringenden Struktur entsprechenden Beleuchtungsmuster
einer Energiedichte oberhalb einer Prozessschwelle der Substratoberfläche bestrahlt
wird.
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Derartige
Verfahren, die typischerweise unter Verwendung kurzpulsiger Excimer-Laser
z. B. zur Strukturierung von Halbleitern, Metallen, Dielektrika etc.
eingesetzt werden, sind bekannt.
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In
der
DE 100 17 614
A1 wird im Rahmen der Diskussion des Standes der Technik
darauf verwiesen, dass zur Ausbildung des Beleuchtungsmusters üblicherweise
ein Laserstrahl durch eine entsprechende Maske auf die Substratoberfläche gelenkt wird,
wobei die Maske verkleinert auf der Oberfläche abgebildet wird. Die Verkleinerung
der Abbildung durch geeignete optische Elemente führt zu einer
Erhöhung
der Energiedichte, sodass die Prozessschwelle der Substratoberfläche zum
Zwecke der Oberflächenbearbeitung überschritten
werden kann, während
die im Strahlengang befindliche Maske selbst unbeschädigt bleibt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die durch die Verkleinerung
bedingte räumliche
Begrenzung des bearbeitbaren Gebietes auf der Substratoberfläche. Die
Oberflächenbearbeitung
kann beispielsweise durch Laserablation, Umwandlung der Kristallstruktur,
wie etwa Aufschmelzen, durch Deposition oder ähnliche, ein Überschreiten
einer Prozessschwelle erfordernde Verfahren erfolgen. Unter dem
Begriff der ”Prozessschwelle” wird im
Rahmen dieser Beschreibung die zur gewünschten Bearbeitung erforderliche
Minimalenergiedichte verstanden.
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Weiter
ist es bekannt, zur Strukturierung der Substratoberfläche diese
mit einem fokussierten Laserstrahl entsprechend dem gewünschten
Strukturmuster abzurastern. Dieses Verfahren stellt sehr hohe Anforderungen
an die räumliche
Steuerung des Laserstrahls und ist zudem bei großen, flächendeckenden Strukturen sehr
zeitaufwendig.
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Aus
dem Bereich der lithographischen Verfahren ist es bekannt, ein Beleuchtungsmuster
niedriger Energiedichte auf der mit einem Photoresist beschichteten
Substratoberfläche
zu erzeugen, indem ein diffraktives Element, wie z. B. ein Phasengitter,
in den Beleuchtungsstrahlengang eingebracht wird und die sich ergebenden
Teilstrahlen auf der Substratoberfläche zu interferierender Überlagerung
gebracht werden. Nach Belichtung wird der Photoresist bereichsweise
entfernt und die gewünschte
Struktur durch einen oder mehrere Nass- oder Trockenätzschritte
in die Substratoberfläche
eingebracht.
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Hierbei
hat sich unter anderem die Verwendung eines sog. Gitter-Interferometers,
wie beispielsweise beschrieben in Hershey, R. R.; Leith, E. N.: ”Grating
interferometers for producing large holographic gratings”, Applied
Optics, Vol. 29, No. 7 (1990), bewährt. Unter einem Gitter-Interferometer
sei im Rahmen dieser Anmeldung eine Vorrichtung mit wenigstens zwei
parallel zueinander und senkrecht zu einer optischen Achse ausgerichteten,
optischen Gittern verstanden, wobei der Abstand d zwischen jeweils
zwei benachbarten Gittern gleich dem Abstand zwischen dem in Strahlrichtung
letzten Gitter und einer weiter strahlabwärts angeordneten Probenebene P
ist. Die Gitterperioden der Gitter stehen zueinander in einem besonderen
Verhältnis,
das die Ordnungen der sich in P interferierend überlagernden, nutzbaren Teilstrahlen
bestimmt. Für
die in der Praxis besonders relevante Ausführungsform des Gitter-Interferometers
als Zwei-Gitter-Interferometer mit zwei Gittern G1 und G2 mit jeweiligen
Gitterperioden p1 bzw. p2 gilt allgemein: Sollen die durch Beugung
an G1 entstandenen Teilstrahlen der Ordnung n1 an G2 erneut gebeugt
und die resultierenden Teilstrahlen der Ordnung n2 in P zur interferierenden Überlagerung
gebracht werden, ist das Verhältnis
der Gitterperioden p2/p1 = n2/(2·n1) zu wählen. Die Verallgemeinerung auf
Gitter-Interferometer mit mehr als zwei Gittern ist dem Fachmann
geläufig.
In 1 ist der Strahlengang eines solchen Zwei-Gitter-Interferometers
mit n1 = 1 und n2 = 2, d. h. p1 = p2, dargestellt. Zur Auswahl der
korrekten Teilstrahlen sind geeignete Strahlselektionsmittel vorgesehen,
die im Beispiel von 1 als Blenden ausgebildet sind.
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Ein
bedeutender Vorteil des Gitter-Interferometers ist seine Eigenschaft,
das Interferenzmuster unabhängig
von räumlicher
und zeitlicher Kohärenz, Wellenlänge und
Einfallswinkel des Eingangsstrahls auszubilden. In der Praxis wird
es schwer sein, die Bedingungen bzgl. Abständen und Gitterperioden vollständig zu
erreichen; aber auch unter den in der Praxis erzielbaren Umständen gilt
die vorgenannte Unabhängigkeit
von Parametern des Eingangsstrahl zumindest in relevantem Maße.
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Zur
Erleichterung der Strahlseparation im Gitter-Interferometer ist es aus dem vorgenannten Artikel
bekannt, einen derart konvergierenden Eingangsstrahl zu verwenden,
dass seine Teilstrahlen eine Strahltaille im Bereich eines der Gitter
ausbilden. Insbesondere offenbart der Artikel das Beispiel eines
Zwei-Gitter-Interferometers, bei dem die an G1 gebeugten Teilstrahlen
eine Strahltaille im Bereich von G2 bilden. Eine derartige Anordnung
ist in 2 skizziert. Neben der Verbesserung der Strahlseparation
wird auch eine Reduzierung der ausgeleuchteten Fläche von
G2 erreicht, was die Anforderungen an dessen Perfektion reduziert.
Allerdings wird hierdurch auch die Anzahl von Gitterlinien reduziert,
die zur Ausbildung der sich in P überlagernden Teilstrahlen beitragen,
was sich nachteilig auf die Musterschärfe auswirkt. Die Vor- und
Nachteile eines konvergierenden Eingangsstrahls werden in dem vorgenannten
Artikel ausführlich
diskutiert, wobei insgesamt die Nachteile als überwiegend dargestellt werden.
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Keine
der bekannten Gitter-Interferometeranordnungen, wie insbesondere
in den 1 und 2 dargestellt, ist generell
zur Oberflächenmodifikation
durch prozessschwellenabhängige Verfahren geeignet.
Der in der Probenebene P beleuchtete Bereich ist jeweils zu groß, als dass
eine zur Überschreitung
der Prozessschwelle ausreichende Energiedichte realisiert werden
könnte.
Steigerte man die Intensität
des Eingangsstrahls so, dass die Prozessschwelle zur Bearbeitung
der Substratoberfläche überschritten
würde,
würde man,
insbesondere bei Verwendung eines konvergierenden Eingangsstrahls gemäß 2,
auch riskieren, die Zerstörschwelle des
Gitters G2 zu überschreiten.
Umgekehrt würde man
bei Beachtung der Zerstörschwelle
des Gitters G2 die Auswahl der zu bearbeitenden Materialien stark
einschränken.
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Die
Gitter-Interferometeranordnung bleibt somit im Stand der Technik
lithographischen Verfahren vorbehalten. Diese Verfahren werden unter
dem Bergriff der achromatischen Interferenzlithographie zusammengefasst,
wobei sich der Begriff ”achromatisch” hier auf
die oben erläuterte
Wellenlängenunabhängigkeit
der mit Hilfe von Gitter-Interferometeranordnungen,
insbesondere Zwei-Gitter-Interferometeranordnungen,
erzeugten Interferenz- bzw. Beleuchtungsmuster bezieht. Entsprechende
Vorrichtungen und Verfahren sind in der
US 2006/0109532 A1 sowie
der
US 6,882,477 B1 offenbart.
Lithographische Verfahren müssen
jedoch aufgrund der Vielzahl erforderlicher Verfahrensschritte und
wegen des notwendigen Chemikalieneinsatzes als nachteilig angesehen
werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Oberflächenmodifikation
so zu verbessern, dass größere Bearbeitungsbereiche
realisiert werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines
derart verbesserten Verfahrens anzugeben.
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Die
erstgenannte Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1 dadurch gelöst,
dass das Beleuchtungsmuster mittels Beugung eines konvergierenden
Eingangsstrahls und Überlagerung
resultierender, gebeugter Teilstrahlen in einem Gitter-Interferometer erzeugt
wird, wobei vor dem Gitter-Interferometer angeordnete Strahlformungsmittel
den Eingangsstrahl derart konvergieren lassen, dass wenigstens eine Komponente
seiner gebeugten Teilstrahlen in der Nachbarschaft der Probenebene
eine Strahltaille aufweist.
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Die
zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12, nämlich durch
eine Vorrichtung zur Beleuchtung einer Probenebene mit einem periodischen
Beleuchtungsmuster, wobei das Beleuchtungsmuster mittels Beugung
eines konvergierenden Eingangsstrahls und Überlagerung resultierender, gebeugter
Teilstrahlen in einem Gitter-Interferometer erzeugbar ist, und wobei
sich die Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass
vor dem Gitter-Interferometer Strahlformungsmittel angeordnet sind,
die den Eingangsstrahl so konvergieren lassen, dass dessen gebeugte
Teilstrahlen in der Nachbarschaft der Probenebene eine Strahltaille
aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
sollen mit ihren Merkmalen, Wirkungen und Vorteilen nachfolgend
gemeinsam beschrieben werden.
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Im
Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass ein konvergierender Eingangsstrahl
durch ein Gitter-Interferometer
auf eine in der Probenebene angeordnete Substratoberfläche gelenkt
wird, um dort unter Überschreitung
der Prozessschwelle die gewünschte
Oberflächenstrukturierung
zu erzeugen. Der Eingangsstrahl konvergiert dabei jedoch im Gegensatz
zu bekannten Anordnungen so, dass die Strahltaillen der aus der
Beugung resultierenden Teilstrahlen nicht im Bereich eines der Gitter,
sondern vielmehr im Bereich der Probenebene P, d. h. in geringem
Abstand davor oder dahinter oder in P selbst liegen. Hierdurch wird
eine Verkleinerung des auf der Substratoberfläche erzeugten Gesamtbeleuchtungsbereichs
erzielt, sodass es möglich
ist, die erforderliche Energiedichte oberhalb der Prozessschwelle
des Substratmaterials zu erreichen, wobei die Teilstrahlen in der
Ebene jedes Gitters noch deutlich weiter ausgedehnt sind, sodass
hier keine Beschädigungsgefahr
besteht.
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Diese
Verkleinerung wirkt nur scheinbar der oben angegebenen Aufgabe,
nämlich
eine Vergrößerung des
Bearbeitungsbereichs zu realisieren, entgegen. Wie erwähnt, ist
es nämlich
eine Eigenschaft des Gitter-Interferometers, das Interferenzmuster weitgehend
unabhängig
vom Einfallswinkel des Eingangsstrahls auszubilden, wobei sich jedoch
der Ort der höchsten
Beleuchtungsintensität
des Musters in der Probenebene mit dem Einfallswinkel ändert. Durch
Verschwenken und/oder Verschieben des Eingangsstrahls kann daher
ein sehr großer
Bereich der Substratoberfläche
bearbeitet, d. h. mit einem kontinuierlich fortgesetzten Muster
strukturiert werden. Das Verschwenken bzw. Verschieben des Eingangsstrahls
kann vor oder hinter den erfindungsgemäßen Strahlformungsmitteln oder
auch unter Verwendung der Strahlformungsmittel erfolgen. Beispielsweise können vor
oder hinter den Strahlformungsmitteln Lichtleitelemente wie z. B.
bewegbare Spiegel oder andere Optiken vorgesehen sein; andererseits
kann der Eingangsstrahl auch durch ein Verschwenken oder verschieben
der Strahlformungsmittel selbst abgelenkt werden. Kombinationen
der vorgenannten Maßnahmen
sind ebenfalls möglich.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber umfassend von einem Verschwenken
oder Verschieben des Eingangsstrahls gesprochen.
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Man
beachte, dass hier ein wesentlicher Unterschied zu einer Verschwenkung
und/oder Verschiebung des Eingangsstrahls bei herkömmlichen prozessschwellenabhängigen Oberflächenmodifikationsverfahren,
bei denen eine Maske verkleinert auf das Substrat abgebildet wird,
vorliegt. Bei diesen führt
eine Verschwenkung des Eingangsstrahls zu einer Verzerrung des ausgebildeten
Musters, sodass der mögliche
Verschwenkungsbereich äußerst gering
ist. Zur Bearbeitung einer ausgedehnten Substratoberfläche mit
einem fortgesetzten Muster, etwa durch Versetzung des Substrats
oder der Abbildungsoptik, müsste
andererseits die Steuerung der Versetzung sehr exakt auf die Periodizität des Musters
abgestimmt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen führt die
Verschwenkung des Eingangsstrahls nur zu einer sich ändernden Ausleuchtung
eines festen Musters, sodass die mechanischen Anforderungen an die
Strahlsteuerung wesentlich geringer sind. Insbesondere erübrigt sich auch
die Versetzung des Substrates bzw. der Optik. Wie weiter unten anhand
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung näher erläutert, ist
es ausreichend, wenn nur eine Komponente der gebeugten Teilstrahlen
in der erfindungsgemäßen Weise
konvergiert.
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Der
Fachmann kann in Kenntnis der hier offenbarten Lehre geeignete Strahlformungsmittel
finden und diese erfindungsgemäß einrichten.
Insbesondere sind hierfür
konvergierende Linsen- oder Spiegeloptiken, die vor dem Gitter-Interferometer
in den Eingangsstrahl einzubringen sind, geeignet.
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Besonders
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Wie
erwähnt
wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
möglich,
durch Verschwenken und/oder Verschieben des Eingangsstrahls unterschiedliche
Bereiche der Substratoberfläche
auszuleuchten. Dies ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
denn auch realisiert. Da die Bestrahlung der Substratoberfläche in der
Regel gepulst erfolgen wird, ist es günstig, die Verschwenkung und/oder
Verschiebung des Eingangsstrahls zwischen einzelnen Pulsen oder
Gruppen von Pulsen vorzunehmen. Entsprechend sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Strahlsteuermittel zur Verschwenkung und Verschiebung des Eingangsstrahls
vorgesehen. Diese können
insbesondere als motorisch oder manuell bewegbare optische Elemente,
wie Linsen oder Spiegel ausgebildet sein. Auch eine motorische oder
manuelle Einstellung der Strahlformungsmittel ist möglich.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahltaille der gebeugten
Teilstrahlen in einer Fokalebene F mit geringem Abstand vor der
Probenebene P liegt. Diese Variante hat den Vorteil, dass es eine
Ebene GE gibt, die sich im Raum vor den Strahlformungsmitteln befindet
und die zugleich eine Gegenstandsebene ist, die scharf auf die Probenebene
P abgebildet wird. Hierdurch wird es möglich, wie bei einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, eine Maske in der Gegenstandsebene GE
anzuordnen, die einen äußeren Begrenzungsrand
des Beleuchtungsmusters definiert. Auf diese Weise kann ein klar umrissener
Bereich der Substratoberfläche
strukturiert werden, ohne dass durch ein oben beschriebenes Verschwenken
und/oder Verschieben des Eingangsstrahls benachbarte Bereiche der
Substratoberfläche,
die keine Strukturierung erhalten sollen, beeinträchtigt würden.
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Alternativ
kann auch vorgesehen sein, dass die Strahltaille der gebeugten Teilstrahlen
in der Fokalebene F mit geringem Abstand hinter der Probenebene
liegt. Man beachte die rein theoretische Natur dieser Angabe. In
der Praxis, in der eine lichtabsorbierende Probe bzw. Substratoberfläche in der Probenebene
P angeordnet ist, wird keine reale Strahltaille ausgebildet. Die
obige Angabe ist daher rein strahlengeometrisch zu verstehen. Der
Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt darin, dass gerade keine
reale Strahltaille ausgebildet wird. Somit werden Bereiche extrem
hoher Energiedichte, die zu Ionisationseffekten der Luft führen könnten, vermieden.
Bei dieser Ausgestaltung ist es daher nicht notwendig, den Raum
vor der Probenebene zu evakuieren oder mit einem Schutzgas zu begasen,
wie dies in dem zuvor geschilderten Fall der Strahltaillenausbildung
vor der Probenebene zweckmäßig sein
kann.
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Insbesondere
bei stark divergierenden Lichtquellen kann es vorteilhaft sein,
die Fokalebene in die Probenebene zu legen, d. h. den Eingangsstrahl
so konvergierend zu lassen, dass die Strahltaille der wenigstens
einen Komponente der gebeugten Teilstrahlen in der Probenebene liegt.
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Als
Gitter des Gitter-Interferometers können vorzugsweise zwei gleich
ausgerichtete Lineargitter Verwendung finden. Andererseits ist auch
die Verwendung von Kreuzgittern, die ebenfalls gleich auszurichten
sind, sowie von Ringgittern oder anderen periodischen Strukturen
möglich.
Als Gitter können sowohl
Phasen- als auch Amplitudengitter zum Einsatz kommen.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die allerdings auf die Verwendung von Lineargittern
im Gitter-Interferometer beschränkt
ist, umfassen die Strahlformungsmittel eine Zylinderoptik, deren
Zylinderachse senkrecht zur Ausrichtung der Gitterlinien der Lineargitter
steht. Dies hat den Vorteil der unterschiedlichen Behandlung zweier
senkrechter Komponenten des Lichtes. Eine erste, hier als Beugungskomponente
bezeichnete Teilstrahlkomponente, die sich in einer Ansicht auf
die Vorrichtung mit Blickrichtung entlang der Gitterlinien, d. h.
in einer Ansicht auf die Beugungsebene der Gitter, zeigt, wird durch
die Strahlformungsmittel nicht signifikant beeinflusst, sondern
erfährt
lediglich eine Beugung an den Gittern. Die Konvergenz dieser gebeugten
Komponente der Teilstrahlen entspricht im Wesentlichen derjenigen
des Eingangsstrahls, d. h. es handelt sich vorzugsweise um parallele
Lichtbündel.
Dies führt
zu besonders hohen Toleranzen der Apparatur gegen nicht-optimale
Eigenschaften der optischen Quelle, insbesondere im Hinblick auf
Kohärenz,
Wellenlänge
und Einfallswinkel des Eingangsstrahls. Das bedeutet einen besonders großen möglichen
Verschwenkungswinkel des Eingangsstrahls und somit die Realisierung
einer besonders großen
Ausleuchtungsfläche in
der Probenebene P. Die zweite, hier als Brechungskomponente bezeichnete
Teilstrahlkomponente hingegen, die sich in einer Ansicht der Vorrichtung
mit Blickrichtung senkrecht zu den Gitterlinien, d. h. in einer
Ansicht auf die Brechungsebene der Zylinderlinse, zeigt, ist ein
konvergierender Strahl, der eine Strahltaille in der Nähe der Probenebene
P bzw. in der Probenebene P aufweist. Diese Brechungskomponente
unterliegt im Wesentlichen nur der Brechung durch die Zylinderlinse
und wird von den Gittern nicht signifikant beeinflusst. Dies führt zu der
notwendigen, lokalen Energiedichtenerhöhung zur Überschreitung der Prozessschwelle
des Substrates. Zur Realisierung einer großflächigen Bearbeitung erfolgt
bevorzugt das Verschwenken des Eingangsstrahls senkrecht zur Beugungsebene.
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Die
Verwendung eines kollimierten Eingangsstrahls vor den Strahlformungsmitteln,
die zu seiner erfindungsgemäßen Konvergenz
genutzt werden, ist auch für
andere Ausführungsformen
als die zuletzt erläuterte
günstig.
Insbesondere können
die Strahlformungsmittel vergleichsweise einfach ausgestaltet werden,
wenn sie als Eingangsstrahl einen kollimierten Strahl, insbesondere
einen Laserstrahl erhalten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung
und den beigefügten
Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft
veranschaulicht sind.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Zwei-Gitterinterferometers mit
kollimiertem Eingangsstrahl gemäß dem Stand
der Technik.
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2:
eine schematische Darstellung eines Zwei-Gitter-Interferometers mit konvergierendem Eingangsstrahl
gemäß dem Stand
der Technik.
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3:
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zwei-Gitter-Interferometers.
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4:
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Zwei-Gitter-Interformeters.
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5:
eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zwei-Gitter-Interferometers
in Ansicht entlang der Gitterlinien.
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6:
eine schematische Darstellung des Zwei-Gitter-Interferometers von 5 in
Ansicht senkrecht zu den Gitterlinien.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines klassischen Zwei-Gitter-Interferometers,
wobei der Strahlengang für
einen kollimierten Eingangsstrahl 10 in 1 eingezeichnet
ist. Das Zwei-Gitter-Interferometer besteht aus einem ersten Gitter
G1 und einem zweiten Gitter G2, die in Richtung einer optischen
Achse, die durch den kollimierten Eingangsstrahl 10 definiert
wird, im Abstand d voneinander positioniert sind. Im gleichen Abstand
d vom Gitter G2 in Fortsetzung der optischen Achse ist eine Probenebene
P angeordnet. Die Probenebene wird typischerweise durch einen Probenhalter
realisiert, der ein Substrat so fixiert, dass dessen zu beleuchtende
Oberfläche
in P positioniert ist. Bei der gezeigten Ausführungsform von 1 ist
die Gitterperiode p1 des ersten Gitters G1 gleich der Gitterperiode
p2 des zweiten Gitters G2, d. h. das zweite Gitter G2 ist genauso
fein gerastert, wie das erste Gitter G1. Am ersten Gitter G1 wird
der kollimierte Eingangsstrahl 10 in Teilstrahlen verschiedener
Ordnungen gebeugt. Der Teilstrahl nullter Ordnung 110 wird
von einer Blende 20 abgeblockt oder anderweitig abgelenkt,
so dass er am zweiten Gitter G2 keine weitere Beugung erfährt. Genutzt
werden vielmehr die Teilstrahlen erster Ordnung 111, die
am zweiten Gitter G2 eine weitere Beugung erfahren. Die durch die
Beugung am zweiten Gitter G2 erzeugten Teilstrahlen nullter Ordnung 120 sowie
die Teilstrahlen erster Ordnung 121 werden abgelenkt und/oder
durch Blenden 22 blockiert. Genutzt werden lediglich die
Teilstrahlen zweiter Ordnung 122, die im Bereich 30 der
Probenebene einander interferierend überlagern. In diesem Bereich
wird ein periodisches Beugungsmuster ausgebildet.
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Wie
bereits erwähnt
ist es bekannt, dass eine derartige Anordnung die Eigenschaft aufweist,
dass das in P entstehende Interferenzmuster unabhängig ist
von der zeitlichen und räumlichen
Kohärenz
des Eingangsstrahls 10, von dessen Wellenlänge und von
dessen Einfallswinkel. Dabei ist zu beachten, dass aufgrund unvermeidbarer
Imperfektionen jede praktische Realisierung keine vollständige Unabhängigkeit
von den vorgenannten Parametern aufweist, je nach Qualität des Aufbaus
jedoch eine weitgehende Unabhängigkeit
zeigen kann.
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2 zeigt
einen im Wesentlichen gleichen Aufbau wie 1 mit dem
Unterschied, dass der Eingangsstrahl 10 konvergiert. Die
Konvergenz des Eingangsstrahls 10 ist so eingerichtet,
dass die Teilstrahlen erster Ordnung 111 eine Strahltaille
in der Nähe des
zweiten Gitters G2, in 2 insbesondere in der Ebene
des zweiten Gitters G2, aufweisen. Diese ebenfalls bekannte Anordnung
wird benutzt, um einen kleineren Bereich des zweiten Gitters G2
auszuleuchten und somit eine geringere Abhängigkeit von der Gitterqualität zu erreichen.
Ein weiteres Ziel der bekannten Anordnung ist es, den Bereich 30 der Musterbildung
zu vergrößern. Die
bekannten Beleuchtungsvorrichtungen gemäß 1 und 2 werden
für bekannte
lithographische Verfahren verwendet, bei denen in der Probenebene
P ein mit einem Photoresist beschichtetes Substrat angeordnet ist.
Nach Belichtung des Photoresist mit dem Beleuchtungsmuster wird
die gewünschte
Struktur durch bekannte Trocken- oder Nassätztechniken in die Substratoberfläche eingebracht.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zwei-Gitter-Anordnung,
die zur direkten Durchführung
einer prozessschwellenabhängigen
Oberflächenmodifikation
zur Strukturierung einer Substratoberfläche geeignet ist. Der Klarheit
der Darstellung halber sind die Teilstrahlen nicht genutzter Ordnungen
sowie die Blenden zum Ausblenden dieser Teilstrahlen in 3 nicht
dargestellt. Im Übrigen
entsprechen die verwendeten Bezugszeichen denjenigen in den 1 und 2.
Auch bei der Ausführungsform
von 3 wird ein konvergierender Eingangsstrahl 10 verwendet.
Hierzu werden Strahlformungsmittel 40, beispielsweise eine
Linsen- oder Spiegeloptik verwendet. Im Unterschied zu den Anordnungen
der 1 und 2 weisen die gebeugten Teilstrahlen
des Eingangsstrahls 10 eine Strahltaille in der Nähe der Probenebene
P auf und zwar bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform
vor der Probenebene P. Die Fokalebene, in der diese Strahltaillen
liegen, ist in 3 mit F bezeichnet. Durch diese
erfindungsgemäße Anordnung
wird im Gegensatz zu den Anordnungen der 1 und 2 eine
Strukturierung eines in der Probenebene P positionierten Substrates
durch direkte, prozessschwellenabhängige Oberflächenmodifikation
ermöglicht.
Der Musterbereich 30 ist deutlich kleiner als bei den bekannten
Anordnungen, was gleichbedeutend ist mit einer erheblichen Erhöhung der
Energiedichte. Auf diese Weise kann ohne besondere Steigerung der
Gesamtlaserleistung die Prozessschwelle der Substratoberfläche überschritten
und das Substrat bearbeitet werden. In der Ebene des zweiten Gitters
G2 hingegen, ist die Energiedichte deutlich geringer als etwa bei
der Ausführungsform
gemäß 2,
so dass hier keine Zerstörung
des Gitters zu befürchten
ist. Die Verringerung des Bereichs 30 der Musterbildung
in der Probenebene P ist dank der Verwendung des prinzipiellen Gitter-Interferometeraufbaus
kein Nachteil, da, wie durch die Pfeile 42 bzw. 44 angedeutet,
durch Verschwenken und/oder Verschieben des Eingangsstrahls 10 das
in der Probenebene P grundsätzlich
gebildete Muster in einem weiten Bereich ausgeleuchtet werden kann.
Wie erwähnt
ist nämlich
die Gitter-Interferometeranordnung insbesondere auch weitgehend unabhängig gegen den
Einfallswinkel des Eingangsstrahls 10, so dass eine Verschwenkung
und/oder Verschiebung nicht zu einer Verzerrung des Musters in P
sondern lediglich zu einer Änderung
der Ausleuchtung des Musters führt.
Auf diese Weise kann ohne großen
Aufwand an mechanischer Positionierungs- und Justierungstechnik
in P ein deutlich größerer Bereich
strukturiert werden, als dies bei prozessschwellenabhängigen Verfahren
nach dem Stand der Technik möglich
ist, die eine direkte, verkleinernde Abbildung einer Maske auf die
Substratoberfläche
nutzen.
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4 zeigt
eine ähnliche
Anordnung wie 3, jedoch mit dem Unterschied,
dass sich die Fokalebene F hinter der Probenebene P befindet. Man beachte,
dass die Darstellung von 4 lediglich die strahlenoptische
Geometrie wiedergibt. In der Praxis, in der in P ein Substrat positioniert
ist, wird die Strahlenergie von dem Substrat absorbiert und durchdringt das
Substrat nicht, so dass sich in der in 4 gezeigten
Fokalebene F keine reale Strahitaille bildet. Dies bedeutet, dass
die Ausführungsform
gemäß 4 im
Gegensatz zur Ausführungsform
von 3 keinen Ort einer realen Strahltaille aufweist,
so dass keine Gefahr von Ionisationseffekten eines Atomsphärengases
besteht. Entsprechend brauchen keine Gegenmaßnahmen, wie Evakuierung oder
Begasung mit einem Schutzgas vorgenommen zu werden.
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Die 5 und 6 zeigen
eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung.
Die 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung ähnlich der
Vorrichtung gemäß 3 in
Seitenansicht (5) und in Draufsicht (6),
wobei ”Seitenansicht” hier eine
Ansicht längs
der Ausrichtung der linearen Gitterlinien der als Lineargitter G1
und G2 ausgebildeten Gitter bezeichnet, d. h. eine Ansicht auf die
Beugungsebene. Als ”Draufsicht” ist eine Ansicht
senkrecht zu diesen Gitterlinien bezeichnet, d. h. eine Ansicht
auf eine als Brechungsebene bezeichnete Ebene. Das besondere der
Ausführungsform
gemäß 5 und 6 ist
die Verwendung einer Zylinderoptik 40', deren Zylinderachse senkrecht zu
den Gitterlinien der Gitter G1 und G2 ausgerichtet ist. Hierdurch
wird die in den 5 und 6 veranschaulichte
Aufspaltung des Eingangsstrahls 10 in eine Beugungskomponente
und eine Brechungskomponente erreicht. Die Beugungskomponente verhält sich
wie in der bekannten Vorrichtung gemäß 1, unterliegt
also im Wesentlichen nur der Beugung an den Gittern G1 und G2. Die
Brechungskomponente, die in 6 dargestellt
ist, wird hingegen im Wesentlichen nur von der Zylinderoptik 40' beeinflusst
und durchläuft
die Anordnung als konvergierendes Lichtbündel mit Strahltaille in der
Nachbarschaft zur Probenebene P (in 6 in der
Fokalebene F). Hierdurch wird zum einen der oben genannte Vorteil
der Erhöhung
der Energiedichte in P ohne Zerstörung des Gitters G2 erreicht
und andererseits der Verschwenkungs/Verschiebungs-Freiheitsgrad und
somit die Größe des ausleuchtbaren
Bereichs 30 erhöht,
da die kollimierte Beugungskomponente näher an der idealtypischen Anordnung
des Zwei-Gitter-Interferometers gemäß 1 ist, als
die Verwendung eines in zwei Komponenten konvergierenden Strahls,
so dass eine größere Toleranz
gegenüber anderen
Abweichungen von der idealtypischen Anordnung, insbesondere vom
Einfallswinkel des Eingangsstrahls 10, erreicht wird.
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Natürlich stellen
die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren
veranschaulichten Ausführungsformen
nur illustrative Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere ist der Fachmann nicht
auf die speziell beschriebene Kombination von Gitterperioden und verwendeten
Teilstrahlordnungen angewiesen. Vielmehr kann er sich an der im
allgemeinen Teil der Beschreibung angegebenen Formel des Zusammenhangs
dieser Parameter orientieren. Auch im Hinblick auf die zu verwendenden
Substrat-Materialien, Laser-Wellenlangen, Lasertypen und Pulslängen und -zahlen
kann der Fachmann in weiten Bereichen und entsprechend den Anforderungen
der speziellen Anwendung variieren.