DE102012109130A1 - Method for manufacturing three-dimensional structure used for optic element, involves moving portion of pattern of high-energy region relative to photo-sensitive material, to write structure into photo-sensitive material - Google Patents

Method for manufacturing three-dimensional structure used for optic element, involves moving portion of pattern of high-energy region relative to photo-sensitive material, to write structure into photo-sensitive material Download PDF

Info

Publication number
DE102012109130A1
DE102012109130A1 DE201210109130 DE102012109130A DE102012109130A1 DE 102012109130 A1 DE102012109130 A1 DE 102012109130A1 DE 201210109130 DE201210109130 DE 201210109130 DE 102012109130 A DE102012109130 A DE 102012109130A DE 102012109130 A1 DE102012109130 A1 DE 102012109130A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mask
photosensitive material
regions
pattern
moving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE201210109130
Other languages
German (de)
Other versions
DE102012109130B4 (en
Inventor
Jacqueline Maass
Alexandre Gatto
Oliver Sandfuchs
Robert Brunner
Daniel Thomae
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jenoptik AG
Original Assignee
ERNST ABBE FACHHOCHSCHULE JENA
ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA
Carl Zeiss Jena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ERNST ABBE FACHHOCHSCHULE JENA, ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA, Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical ERNST ABBE FACHHOCHSCHULE JENA
Priority to DE201210109130 priority Critical patent/DE102012109130B4/en
Publication of DE102012109130A1 publication Critical patent/DE102012109130A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102012109130B4 publication Critical patent/DE102012109130B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0037Production of three-dimensional images
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/201Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image characterised by an oblique exposure; characterised by the use of plural sources; characterised by the rotation of the optical device; characterised by a relative movement of the optical device, the light source, the sensitive system or the mask
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/704162.5D lithography

Abstract

The method involves irradiating (20) a mask (15) for producing pattern of high-energy region (16). One portion of pattern of high-energy region is moved (21) relative to the photo-sensitive material (17), in order to write a structure into the photo-sensitive material. The photosensitive material is then developed (22) by using suitable chemicals to create a three-dimensional structure. An independent claim is included for device for manufacturing three-dimensional structure.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung dreidimensionaler Strukturen, insbesondere die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen mittels Belichtung eines fotosensitiven Materials. The present invention relates to the production of three-dimensional structures, in particular the production of microstructures and nanostructures by exposure of a photosensitive material.

Die Herstellung von dreidimensionalen Strukturen mit Strukturgrößen insbesondere im Mikrometerbereich oder gar im Nanometerbereich ist für eine Vielzahl von Anwendungen interessant. Beispielsweise können durch eine derartige dreidimensionale Strukturierung optische Elemente wie beispielsweise optische Kristalle, optische Gitter oder Polarisationsfilter hergestellt werden. The production of three-dimensional structures with structure sizes, in particular in the micrometer range or even in the nanometer range, is interesting for a large number of applications. For example, such three-dimensional structuring can produce optical elements such as optical crystals, optical gratings or polarizing filters.

Eine Möglichkeit zur Herstellung derartiger Strukturen besteht darin, ein fotosensitives Material, auch als Resist bezeichnet, entsprechend zu belichten und zu entwickeln, wobei beim Entwickeln beispielsweise belichtete Teile aufgelöst werden, so dass nur unbelichtete Teile zurückbleiben. One way of making such structures is to appropriately expose and develop a photosensitive material, also referred to as a resist, which upon development, for example, exposes exposed parts to leave only unexposed portions.

Eine Möglichkeit hierfür ist die so genannte Talbot-Lithografie. Bei der Talbot-Lithografie wird ein fotosensitives Volumenmaterial durch eine entsprechend ausgestaltete Maske belichtet, wobei üblicherweise keine optischen Elemente zwischen Maske und Volumenmaterial angeordnet sind. Ein Intensitätsprofil der Maske wird dabei in einem spezifischen Abstand von der Maske, dem so genannten Talbot-Abstand, durch entsprechende Superposition der Fourier-Moden wieder abgebildet. Hierdurch können beispielsweise dreidimensionale Volumengitter hergestellt werden, wie dies in Seokwoo Jeon; Fabrication complex three-dimensional nanostructures with high-resolution conformable phase masks; PNAS, Vol. 101, No. 34, p. 12428–12433; 2004, Seokwoo Jeon; Three-dimensional Nanofabrication with rubber stamps and conformable Photomasks; Advanced Materials, Vol. 16, No. 14, p. 1369–1373; 2004 oder Seokwoo Jeon; Fabrication three dimensional nanstructures using two photon lithography in a single exposure step; Optics Express, Vol. 14, No. 6, p. 2300–2308; 2006 beschrieben ist. One possibility for this is the so-called Talbot lithography. In Talbot lithography, a photosensitive bulk material is exposed through a suitably designed mask, with usually no optical elements being arranged between mask and bulk material. An intensity profile of the mask is reproduced at a specific distance from the mask, the so-called Talbot distance, by corresponding superposition of the Fourier modes. As a result, for example, three-dimensional volume lattices can be produced, as described in Seokwoo Jeon; Fabrication complex three-dimensional nanostructures with high-resolution conformable phase masks; PNAS, Vol. 101, no. 34, p. 12,428 to 12,433; 2004, Seokwoo Jeon; Three-dimensional nanofabrication with rubber stamps and conformable photomasks; Advanced Materials, Vol. 16, no. 14, p. 1369-1373; 2004 or Seokwoo Jeon; Fabrication of three dimensional nanostructures using two photon lithographs in a single exposure step; Optics Express, Vol. 14, no. 6, p. 2300-2308; 2006 is described.

Hiermit ist es möglich, großflächig Substrate zu strukturieren, wobei nur ein Belichtungsschritt nötig ist. Bei der zu erstellenden Struktur kann durch entsprechende Anpassung der verwendeten Maske eine Form der entstehenden dreidimensionalen Struktur beeinflusst werden. Allerdings ist die Herstellung unsymmetrischer Formen mittels dieser Talbot-Lithografie relativ aufwändig und erfordert beispielsweise ein Beleuchten der Maske aus verschiedenen Winkeln. This makes it possible to structure substrates over a large area, with only one exposure step is necessary. In the structure to be created, a form of the resulting three-dimensional structure can be influenced by appropriate adaptation of the mask used. However, the production of asymmetrical shapes by means of this Talbot lithography is relatively complicated and requires, for example, a lighting of the mask from different angles.

Eine Möglichkeit, praktisch beliebige Formen zu erzeugen, ist die 3D-Laserstrahllithografie. Hier wird ein fotosensitives Volumenmaterial mittels eines Laserstrahls belichtet, wobei Zweiphotonenprozesse benutzt werden können. Die 3D-Laserstrahllithografie ist beispielsweise in Justyna K. Gansel; Gold helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer; Science, Vol. 325, p. 1513–1515; 2009 , M. S. Rill; Photonic Metamaterial Structures by 3D Laser Writing; OSA/FiO/LS/META/OF&T; 2008 , Alexandra Boltasseva; Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook; Metamaterials, Vol. 2, p.1–17; 2008 oder Yong-Lai Zhang; Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing; Nanotoday, Vol. 5, p. 435–448; 2010 beschrieben. One way to create virtually any shape is 3D laser beam lithography. Here, a photosensitive bulk material is exposed by means of a laser beam, whereby two-photon processes can be used. The 3D laser beam lithography is, for example, in Justyna K. Gansel; Gold helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer; Science, Vol. 325, p. 1513-1515; 2009 . MS Rill; Photonic Metamaterial Structures by 3D Laser Writing; OSA / FiO / LS / META / OF &T; 2008 . Alexandra Boltasseva; Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook; Metamaterials, Vol. 2, p.1-17; 2008 or Yong-Lai Zhang; Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing; Nanotoday, Vol. 5, p. 435-448; 2010 described.

Hierbei wird ein fokussierter Laserstrahl als einziger „Schreibkopf“, auch als Voxel (Volumenelement) bezeichnet, verwendet. Daher ist bei der 3D-Laserstrahllithografie die Herstellung größerer Strukturen und die Prozessierung großflächiger Substrate zeitaufwändig, da der „Schreibkopf“ die gesamte Struktur schreiben muss, was beispielsweise eine Herstellungseffizienz entsprechender Produkte verringert. In this case, a focused laser beam is used as the only "write head", also referred to as a voxel (volume element). Therefore, in 3D laser beam lithography, fabricating larger structures and processing large area substrates is time consuming because the "write head" must write the entire structure, reducing, for example, manufacturing efficiency of corresponding products.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen bereitzustellen, mit welchen einerseits eine Herstellung großer Strukturen zeiteffizienter als bei der 3D-Laserstrahllithografie möglich ist und andererseits eine größere Flexibilität hinsichtlich der Form der Strukturen besteht als bei der 3D-Talbot-Lithografie. It is therefore an object of the present invention to provide methods and devices for producing three-dimensional structures, with which, on the one hand, it is possible to produce large structures more time-efficiently than in 3D laser beam lithography and, on the other hand, provides greater flexibility with regard to the shape of the structures than in the case of Talbot lithography.

Diesbezüglich wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele. In this regard, a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 13 are provided. The subclaims define further embodiments.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen einer dreidimensionalen Struktur bereitgestellt, umfassend:
Bestrahlen einer Maske zum Erzeugen eines Musters von Bereichen, deren Leistungsdichte über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und
According to one aspect of the invention, there is provided a method of generating a three-dimensional structure, comprising:
Irradiating a mask to generate a pattern of regions whose power density is above a predetermined threshold, and

Bewegen zumindest eines Teils des Musters von Bereichen in einem fotosensitiven Material relativ zu dem fotosensitiven Material, um ein Muster in das fotosensitive Material zu schreiben. Moving at least a portion of the pattern of areas in a photosensitive material relative to the photosensitive material to write a pattern in the photosensitive material.

Es wird also gleichsam mittels der Maske ein Muster aus Bereichen erzeugt, welche als „Schreibköpfe“, d.h. Voxel dienen, und mit diesen mehreren Schreibköpfen wird dann ein gewünschtes Muster entsprechend einer gewünschten dreidimensionalen Struktur in das fotosensitive Material geschrieben. Es wird also mit mehreren Schreibköpfen parallel geschrieben, was eine höhere Geschwindigkeit bei der Bearbeitung großflächiger Substrate ermöglicht als z.B. Laserstrahllithografie, bei welcher nur ein Schreibkopf verwendet wird. Dass zumindest ein Teil des Musters in dem fotosensitiven Material bewegt wird, ist dahingehend zu verstehen, das ein anderer Teil des Musters, d.h. manche Bereiche, bei der Bewegung auch außerhalb des fotosensitiven Materials liegen können, so dass dann nur die innerhalb des fotosensitiven Materials liegenden Bereiche des Musters als Schreibköpfe dienen.Thus, as it were, by means of the mask, a pattern is generated from regions which serve as "write heads", ie voxels, and with these multiple write heads a desired pattern corresponding to a desired three-dimensional structure is then written into the photosensitive material. It is thus written in parallel with multiple write heads, which allows a higher speed in the processing of large-area substrates such as laser beam lithography, in which only one Stylus is used. The fact that at least a part of the pattern is moved in the photosensitive material is to be understood as meaning that another part of the pattern, ie some areas, may also be outside of the photosensitive material during movement so that only those within the photosensitive material lie Areas of the pattern serve as writing heads.

Zu bemerken ist, dass die Definition der Bereiche mit einer Leistungsdichte über dem Schwellenwert nicht bedeutet, dass außerhalb der Bereiche keine Prozesse in dem fotosensitiven Material durch das Beleuchten ausgelöst werden, sondern lediglich angibt, dass Bereiche hoher Energie (Energie über dem Schwellenwert) existieren. Der Schwellenwert kann dabei beispielsweise als halbe maximale Leistungsdichte angesetzt sein und von einer Leistungsdichte vor der Maske bzw. Leistungsdichte einer verwendeten Lichtquelle abhängen. It should be noted that the definition of areas having a power density above the threshold does not mean that outside the areas, no processes in the photosensitive material are triggered by lighting, but merely indicates that high energy areas (energy above the threshold) exist. The threshold value can be set, for example, as half the maximum power density and depend on a power density before the mask or power density of a light source used.

Bei derartigen Verfahren wird insbesondere keine Optik zwischen der Maske und dem fotosensitiven Material benötigt. In particular, in such methods, no optics is needed between the mask and the photosensitive material.

Das Bewegen des Musters von Bereichen durch das fotosensitive Material kann dabei grundsätzlich sowohl durch eine Bewegung des fotosensitiven Materials als auch durch eine Bewegung des Musters vonstatten gehen. The movement of the pattern of areas through the photosensitive material may in principle take place both by a movement of the photosensitive material and by a movement of the pattern.

Die Maske kann insbesondere eine Amplitudenmaske oder Phasenmaske sein, zum Beispiel eine Sinusmaske. Die Bereiche können insbesondere in einer Talbot-Ebene und/oder einer fraktionellen Talbot-Ebene liegen. The mask may in particular be an amplitude mask or phase mask, for example a sinus mask. In particular, the regions may lie in a Talbot plane and / or a fractional Talbot plane.

Das Bewegen des Musters von Bereichen relativ zu dem fotosensitiven Material kann dabei bei manchen Ausführungsbeispielen ein Bewegen in einer Ebene parallel zu der Maske umfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Bewegen auch ein dreidimensionales Bewegen umfassen. Moving the pattern of regions relative to the photosensitive material may, in some embodiments, include moving in a plane parallel to the mask. In other embodiments, the moving may also include three-dimensional moving.

Die Bereiche können dabei insbesondere eine Halbwertsbreite kleiner als 5 µm, bevorzugt kleiner als 1 µm, aufweisen, wobei die maximale Leistungsdichte innerhalb der Bereiche bevorzugt größer als 1/10 der Leistungsdichte einer auf die Maske treffenden Eingangswellenfront, noch bevorzugter größer als 0,5× oder 1× die Leistungsdichte der Eingangswellenfront ist. The regions may in particular have a half-width of less than 5 μm, preferably less than 1 μm, the maximum power density within the regions preferably being greater than 1/10 of the power density of an input wavefront hitting the mask, more preferably greater than 0.5 × or 1 × the power density of the input wavefront.

Eine Wellenlänge einer verwendeten Strahlung kann dabei derart gewählt werden, dass es bei dem Schreiben zu Zwei- oder Mehrphotonenprozessen kommt, was die Halbwertsbreite der Bereiche verringert und somit eine mögliche Auflösung erhöht. In this case, a wavelength of a radiation used can be chosen such that two or more photon processes occur during writing, which reduces the half-width of the regions and thus increases a possible resolution.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
eine Strahlungsquellenanordnung, insbesondere mit einer Lichtquelle,
eine Maske, welche zum Erzeugen eines Musters von Bereichen, deren Leistungsdichte über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wenn sie mit Strahlung von der Strahlungsquelle bestrahlt ist, ausgestaltet ist,
eine Aufnahme zur Aufnahme eines fotosensitiven Materials, und
eine Steuerung zum Steuern einer Relativbewegung zwischen dem Muster und einem auf der Aufnahme befindlichen fotosensitiven Material, um eine Struktur in das fotosensitive Material zu schreiben.
According to another embodiment, there is provided a corresponding apparatus comprising:
a radiation source arrangement, in particular with a light source,
a mask configured to generate a pattern of regions whose power density is above a predetermined threshold when irradiated with radiation from the radiation source;
a receptacle for receiving a photosensitive material, and
a controller for controlling a relative movement between the pattern and a photosensitive material on the photograph to write a pattern in the photosensitive material.

Die Lichtquelle kann dabei einen Laser, insbesondere einen Femtosekunden-Kurzpulslaser, umfassen.The light source may comprise a laser, in particular a femtosecond short-pulse laser.

Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Maske und/oder der Steuerung eingerichtet sein, eines oder mehrere der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen. By way of example, such a device can be set up by appropriate design of the mask and / or the controller to carry out one or more of the methods described above.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to exemplary embodiments. Show it:

1 ein Schemadiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 1 3 is a schematic diagram of a device according to an embodiment of the present invention;

2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2 a flowchart illustrating a method according to an embodiment of the invention,

3 ein Beispiel für eine bei Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendbare Maske, 3 an example of a mask usable in embodiments of the invention,

4A bis 4Q Beispiele für Intensitätsverteilungen bei Ausführungsbeispielen der Erfindung, 4A to 4Q Examples of intensity distributions in embodiments of the invention,

5 Beispiele für Muster von hochenergetischen Bereichen, 5 Examples of patterns of high-energy areas,

6 Beispiele für das Schreiben einer Struktur in einer Ebene, und 6 Examples of writing a structure in a plane, and

7 ein Beispiel für ein Schreiben einer dreidimensionalen Struktur. 7 an example of writing a three-dimensional structure.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung und sind nicht als einschränkend auszulegen, da die Erfindung auch anders als dargestellt implementiert sein kann. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. These embodiments serve only the Illustrative of the invention and is not to be construed as limiting, as the invention may be implemented otherwise than illustrated.

Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Auf der anderen Seite ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Durchführung der Erfindung notwendig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale aufweisen können. Features of various embodiments may be combined with each other unless otherwise specified. On the other hand, a description of an embodiment having a plurality of features is not to be construed as requiring all of these features to practice the invention, as other embodiments may have fewer features and / or alternative features.

In 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung dreidimensionaler Strukturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst eine Strahlungsquelle, in diesem Fall eine Lichtquelle 11, welche eine Optik 13 zur Erzeugung ebener Wellenfronten 14 mit Lichtstrahlen 12 beleuchtet. Der Begriff „Lichtstrahlen“ ist hier nicht auf sichtbares Licht eingeschränkt auszulegen. Die Lichtstrahlen können insbesondere Lichtstrahlen im sichtbaren Spektrum, in infraroten Spektrum und/oder im ultravioletten Spektrum umfassen. Die Lichtquelle 11 kann beispielsweise eine Laserlichtquelle umfassen, wobei ein erzeugter Laserstrahl dann aufgeweitet wird. Zur Erzeugung hoher Leistungsdichten kann die Laserlichtquelle dabei insbesondere einen Kurzpulslaser, beispielsweise einen Femtosekundenlaser, umfassen. Während die Optik 13 in 1 als einzelne Linse repräsentiert ist, ist dies lediglich symbolisch zu verstehen, und die Optik 13 kann jede geeignete Kombination von Linsen und/oder anderen optischen Elementen umfassen, um die ebenen Wellenfronten 14 zu erzeugen. In 1 is a device 10 for producing three-dimensional structures according to an embodiment of the present invention. The illustrated embodiment includes a radiation source, in this case a light source 11 which is an optic 13 for generating plane wavefronts 14 with light rays 12 illuminated. The term "light rays" here is not interpreted to be limited to visible light. The light rays may in particular comprise light rays in the visible spectrum, in the infrared spectrum and / or in the ultraviolet spectrum. The light source 11 may for example comprise a laser light source, wherein a generated laser beam is then expanded. To generate high power densities, the laser light source may in particular comprise a short-pulse laser, for example a femtosecond laser. While the optics 13 in 1 is represented as a single lens, this is merely symbolic to understand, and the optics 13 may include any suitable combination of lenses and / or other optical elements, around the planar wavefronts 14 to create.

Derartige Anordnungen zum Erzeugen ebener Wellenfronten sind für sich genommen dem Fachmann geläufig und werden daher nicht näher erläutert. Such arrangements for generating planar wavefronts are in themselves familiar to the expert and are therefore not explained in detail.

Die Vorrichtung 10 der 1 umfasst weiterhin eine Maske 15, welche bei dem dargestellten Beispiel planparallel zur ebenen Wellenfront 14 justiert ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Beleuchtung der Maske auch aus einem oder mehreren anderen Winkeln als dargestellt erfolgen. Die Maske 15 kann beispielsweise eine Amplitudenmaske oder eine Phasenmaske sein und erzeugt aus der ebenen Wellenfront 14 ein Muster hochenergetischer Bereiche 16, d.h. ein Muster von Bereichen, deren Leistungsdichte oberhalb einem vorgegebenen Schwellenwert, welcher sich insbesondere zum Schreiben in einem fotosensitiven Material eignet, liegt, wobei grundsätzlich nicht ausgeschlossen ist, dass auch außerhalb der Bereiche Prozesse in dem fotosensitiven Material ausgelöst werden können. Die hochenergetischen Bereiche 16 liegen dabei insbesondere in Ebenen in einem Talbot-Abstand zu der Maske 15 oder einem ganzzahligen Bruchteil des Talbot-Abstands, beispielsweise eines halben Talbot-Abstands oder eines viertel Talbot-Abstands, oder Vielfachen hiervon, d.h. in Talbot-Ebenen und/oder fraktionellen Talbot-Ebenen. The device 10 of the 1 further includes a mask 15 , which in the illustrated example plane parallel to the planar wavefront 14 adjusted. In other embodiments, the illumination of the mask can also be done from one or more other angles than shown. The mask 15 may for example be an amplitude mask or a phase mask and generated from the plane wavefront 14 a pattern of high-energy areas 16 ie, a pattern of regions whose power density is above a predetermined threshold, which is suitable in particular for writing in a photosensitive material, wherein it is fundamentally not excluded that processes in the photosensitive material can also be triggered outside of the regions. The high energy areas 16 lie in particular in planes in a Talbot distance to the mask 15 or an integer fraction of the Talbot distance, for example, half a Talbot distance or one-quarter Talbot distance, or multiples thereof, ie, Talbot levels and / or fractional Talbot levels.

In 1 ist weiterhin ein fotosensitives Material 17 auf einem Substrat 18 bereitgestellt, welches mittels einer geeigneten Aufnahme 111 wie durch Pfeile 19 dargestellt in drei Raumrichtungen beweglich ist, beispielsweise durch eine dreiachsige Aktorik. Ein derartiges fotosensitives Material wird auch als Fotolack oder Resist bezeichnet. Durch entsprechende Belichtung kann das fotosensitive Material 17 derart verändert werden, dass beispielsweise im Falle eines sogenannten Positivlacks belichtete Bereiche in einem nachfolgenden Entwicklungsschritt herausgelöst werden oder im Falle eines sogenannten Negativlacks nicht belichtete Bereiche herausgelöst werden. Durch ein derartiges Belichten, im Folgenden auch als Schreiben bezeichnet, kann beispielsweise ein Polymerisieren des fotosensitiven Materials erfolgen. In 1 is still a photosensitive material 17 on a substrate 18 provided, which by means of a suitable recording 111 as by arrows 19 shown in three spatial directions is movable, for example by a three-axis actuators. Such a photosensitive material is also referred to as a photoresist or resist. By appropriate exposure, the photosensitive material 17 be changed so that, for example, in the case of a so-called positive resist exposed areas are dissolved out in a subsequent development step or in the case of a so-called negative varnish unexposed areas are dissolved out. By such an exposure, hereinafter also referred to as writing, for example, a polymerization of the photosensitive material can take place.

Eine derartige Bewegung wie durch Pfeile 19 symbolisiert kann durch eine Steuerung 110 gesteuert werden, so dass bei der Bewegung die Bereiche 16, welche sich innerhalb des fotosensitiven Materials 17 befinden, entsprechende Strukturen in das fotosensitive Material 17 schreiben, wodurch nach entsprechender Entwicklung dann dreidimensionale Strukturen gebildet werden können. Zu beachten ist, dass bei anderen Ausführungsbeispielen eine Bewegung auch beispielsweise nur in der x-y-Ebene, d.h. parallel zu der Maske 15 bzw. den Wellenfronten 14 oder in Form einer in anderer Weise eingeschränkten Bewegung gegenüber einer vollen dreidimensionalen Bewegung erfolgen kann, falls dies zur Herstellung gewünschter Strukturen ausreichend ist. Vor dem Belichten kann dabei eine Justage erfolgen, welche beispielsweise bezüglich der Aktorik der Aufnahme 111 erfolgen kann. Dabei wird bevorzugt eine möglicherweise vorhandene Verkippung des fotosensitiven Materials 17 und/oder der Maske 15 auf eine x-y-Ebene der Aktorik ausgerichtet, und die Wellenfront 14 wird dann entsprechend auf die Maske 15 und das fotosensitive Material 17 und somit ebenso auf die Aktorik der Aufnahme 111 ausgerichtet.Such a movement as by arrows 19 symbolized by a controller 110 be controlled so that when moving the areas 16 which are within the photosensitive material 17 located corresponding structures in the photosensitive material 17 write, so that after appropriate development then three-dimensional structures can be formed. It should be noted that in other embodiments, a movement, for example, only in the xy plane, ie parallel to the mask 15 or the wavefronts 14 or in the form of otherwise limited movement relative to a full three-dimensional movement, if sufficient to produce desired structures. Before the exposure can be made an adjustment, which, for example, with respect to the actuator of the recording 111 can be done. In this case, a possibly present tilting of the photosensitive material is preferred 17 and / or the mask 15 aligned to an xy plane of the actuators, and the wavefront 14 then apply accordingly to the mask 15 and the photosensitive material 17 and thus also on the actuators of the recording 111 aligned.

Zu bemerken ist, dass es grundsätzlich auch möglich ist, statt oder zusätzlich zu der Bewegung des fotosensitiven Materials 17 eine Bewegung der Bereiche 16, beispielsweise durch eine Bewegung der Lichtquelle 11, der Optik 12 und der Maske 15, durchzuführen. Ist die Ausdehnung der Wellenfront 14 größer als die Ausdehnung der Maske 15, kann auch nur die Maske 15 bewegt werden.It should be noted that in principle it is also possible, instead of or in addition to the movement of the photosensitive material 17 a movement of the areas 16 For example, by a movement of the light source 11 , the optics 12 and the mask 15 to perform. Is the extension of the wavefront 14 greater than the extent of the mask 15 , just the mask 15 to be moved.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist eine Oberfläche des fotosensitiven Materials 17 ebenfalls parallel zu den Wellenfronten 14 justiert, wobei je nach Art und Lage der gewünschten Strukturen auch eine andere Justierung erfolgen kann. In the embodiment of the 1 is a surface of the photosensitive material 17 also parallel to the wavefronts 14 adjusted, and depending on the nature and location of the desired structures, a different adjustment can be made.

Bei einer derartigen Vorrichtung 10 werden gleichsam eine Vielzahl der Bereiche 16 gleichzeitig als „Schreibköpfe“ benutzt, um parallel durch die Bewegung des fotosensitiven Materials 17 eine Struktur in das fotosensitive Material 17 zu schreiben und somit letztendlich (nach dem Entwickeln) eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen. Durch die Steuerung der Bewegung des fotosensitiven Materials ist eine große Flexibilität hinsichtlich der Form der Strukturen gegeben, während durch die Vielzahl von Bereichen und das damit verbundene parallele Schreiben auch die Bearbeitung größerer Werkstücke, d.h. größerer Volumina von fotosensitivem Material, in akzeptabler Zeit möglich ist. In such a device 10 become, as it were, a multitude of areas 16 used simultaneously as "write heads" to move parallel through the movement of the photosensitive material 17 a structure in the photosensitive material 17 to write and thus ultimately (after developing) to create a three-dimensional structure. By controlling the movement of the photosensitive material, there is great flexibility in terms of the shape of the structures, while the large number of areas and the parallel writing associated therewith also makes it possible to process larger workpieces, ie larger volumes of photosensitive material, in an acceptable time.

Somit können mit der Vorrichtung 10 effizient dreidimensionale Strukturen geschrieben werden. Thus, with the device 10 efficiently writing three-dimensional structures.

In 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Das Verfahren der 2 kann insbesondere unter Verwendung der Vorrichtung 10 der 1 durchgeführt werden, kann jedoch auch unabhängig hiervon verwendet werden. In 2 a flowchart of a method according to an embodiment of the invention is shown schematically. The procedure of 2 in particular using the device 10 of the 1 however, it may be used independently.

In Schritt 20 wird eine Maske, beispielsweise eine Amplitudenmaske oder eine Phasenmaske, zur Erzeugung eines Musters hochenergetischer Bereiche, d.h. Bereiche mit einer Beleuchtungsintensität über einem vorgegebenen Schwellenwert, beleuchtet. In Schritt 21 werden diese hochenergetischen Bereiche (oder manche der Bereiche) dann in einem fotosensitiven Material bewegt, beispielsweise zweidimensional oder dreidimensional bewegt, um eine Struktur in das fotosensitive Material zu schreiben. In Schritt 22 wird das fotosensitive Material dann beispielsweise mittels geeigneter Chemikalien entwickelt, um eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen. Beispielsweise können bei dem Entwickeln in Schritt 21 durch die Bewegung der hochenergetischen Bereiche belichtete (bei Positivlacken) oder unbelichtete (bei Negativlacken) Teile des fotosensitiven Materials aufgelöst werden, um so die gewünschte dreidimensionale Struktur zu erhalten. In step 20 For example, a mask, such as an amplitude mask or a phase mask, is illuminated to generate a pattern of high-energy regions, ie, regions having an illumination intensity above a predetermined threshold. In step 21 For example, these high-energy regions (or some of the regions) are then moved in a photosensitive material, for example, two-dimensionally or three-dimensionally moved to write a structure in the photosensitive material. In step 22 For example, the photosensitive material is then developed, for example, by means of suitable chemicals to produce a three-dimensional structure. For example, when developing in step 21 exposed by the movement of the high-energy areas (in the case of positive coatings) or unexposed (in the case of negative coatings) parts of the photosensitive material, so as to obtain the desired three-dimensional structure.

Bei diesem Belichten können, wie später näher erläutert werden wird, insbesondere Zweiphotoneneffekte ausgenutzt werden, um einen höheren Kontrast der räumlichen Energieverteilung zu erzielen. In this exposure, as will be explained in more detail later, in particular two-photon effects can be exploited in order to achieve a higher contrast of the spatial energy distribution.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 manche Merkmale der Ausführungsbeispiele der 1 und 2, insbesondere das Beleuchten einer Maske zur Erzeugung hochenergetischer Bereiche und das Bewegen der hochenergetischen Bereiche im fotosensitiven Material anhand von Beispielen näher erläutert, wobei diese Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen. The following are with reference to the 3 to 7 some features of the embodiments of the 1 and 2 , in particular illuminating a mask for generating high-energy regions and moving the high-energy regions in the photosensitive material by way of examples, these examples being given by way of illustration only.

Wie bereits erwähnt, können als geeignete Masken zur Erzeugung der hochenergetischen Bereiche beispielsweise Amplitudenmasken oder Phasenmasken verwendet werden. Dabei können beispielsweise Linienmasken, auch als Gitter bezeichnet, verwendet werden, welche für die nachfolgenden Simulationsbeispiele hauptsächlich verwendet werden, da die Darstellung übersichtlicher ist. Es sind jedoch auch Masken möglich, welche sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung variieren, wobei die x-y-Ebene wie in 1 die Maskenebene bezeichnet, während mit z die Richtung senkrecht hierzu bezeichnet wird. In 3 ist als Beispiel für eine derartige Maske eine Übertragungsfunktion U einer sinusförmigen Amplitudenmaske mit einer Periode von 10 µm sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung dargestellt, welche beispielsweise zur Erzeugung hochenergetischer Bereiche dienen kann. As already mentioned, amplitude masks or phase masks, for example, can be used as suitable masks for generating the high-energy regions. In this case, for example, line masks, also referred to as grids, can be used, which are mainly used for the following simulation examples, since the representation is clearer. However, masks are also possible which vary both in the x-direction and in the y-direction, the xy-plane as in 1 denotes the mask plane, while z denotes the direction perpendicular thereto. In 3 As an example of such a mask, a transfer function U of a sinusoidal amplitude mask with a period of 10 .mu.m is shown both in the x-direction and in the y-direction, which can serve, for example, for generating high-energy regions.

Die Erzeugung hochenergetischer Bereiche wird dann gemäß dem Talbot-Effekt vorgenommen, gemäß dem in einem vorgegebenen Abstand, dem Talbot-Abstand, das Intensitätsprofil der Maske wieder abgebildet wird. In so genannten fraktionellen Talbot-Ebenen, beispielsweise beim halben Talbot-Abstand, viertel Talbot-Abstand, drittel Talbot-Abstand und dergleichen ergeben sich Intensitätsmaxima mit höherer Periode, wobei diese Maxima ebenfalls als hochenergetische Bereiche (Spots) dienen können. The generation of high-energy regions is then carried out according to the Talbot effect, according to which the intensity profile of the mask is imaged again at a predetermined distance, the Talbot distance. In so-called fractional Talbot planes, for example at half Talbot distance, quarter Talbot distance, third Talbot distance and the like, intensity maxima with a higher period result, these maxima also serving as high energy areas (spots).

Für die Herstellung von Volumenkörpern ergeben sich dabei Anforderungen, dass eine Intensitätsverteilung in zum Schreiben benutzten Ebenen sehr hoch sein muss und ein Abstand zu benachbarten Maxima entlang der Propagationsrichtung z so groß sein soll, dass derartige Nebenmaxima nicht im fotosensitiven Material liegen, es sei denn es wird gewünscht, in mehreren Ebenen zu schreiben. For the production of solids, there are requirements that an intensity distribution in the planes used for writing must be very high and a distance to adjacent maxima along the propagation direction z should be so large that such secondary maxima are not in the photosensitive material, unless it is desired to write in multiple levels.

Als Beispiel werden nunmehr Simulationsergebnisse für eine sinusförmige Phasenmaske mit einer Periode von 10 µm und einer Wellenlänge eines verwendeten Lichts für ein Einphotonenanregen von 450 nm diskutiert. Bei den folgenden Simulationsbeispielen wird zudem allgemein von einer auf die Maske einfallenden Beleuchtungsintensität von 1 W/cm2 ausgegangen. Hierbei kann es bei einem geeigneten fotosensitiven Material und geeigneter Anregungswellenlänge zu Zweiphotonenanregungen kommen, bei welchen Elektronen von Atomen des fotosensitiven Materials Photonen absorbieren und das Energieniveau der Elektronen dadurch in eine verbotene Zone angehoben wird. In diesem Energiezustand verweilen die Elektronen nur wenige Femtosekunden, bevor das Photon wieder emittiert wird. Wenn nun aber in diesem Zeitfenster von Femtosekunden ein weiteres Photon von dem angeregten Elektron absorbiert wird, wird das Elektron in einen höheren erlaubten Zustand angehoben, und hierdurch wird die doppelte Energie eines einzelnen Photons absorbiert, was einer Intensitätserhöhung entspricht. Die Anregungswellenlänge ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass die Energie eines Photons die Hälfte der Energie beträgt, welche für die Anregung in den höheren erlaubten Zustand nötig ist, und liegt für typische fotosensitive Materialien z.B. im Bereich von 300 nm–1000 nm. Wird beispielsweise für eine Einphotonenanregung eine Wellenlänge von 450 nm benötigt, wäre die entsprechende Wellenlänge für eine Zweiphotonenanregung 900 nm. Eine hinreichend hohe Wahrscheinlichkeit für einen derartigen Zweiphotonenprozess wird durch entsprechende Beleuchtungsintensitäten erreicht, welche beispielsweise im Terawattbereich liegen können. Derartige Beleuchtungsintensitäten können beispielsweise durch Kurzpulslaser, z.B. Femtosekundenlaser, erreicht werden.As an example, simulation results for a sinusoidal phase mask having a period of 10 μm and a wavelength of a light used for one-photon excitation of 450 nm will now be discussed. In addition, the following simulation examples generally assume an illumination intensity of 1 W / cm 2 incident on the mask. In this case, with a suitable photosensitive material and suitable excitation wavelength, two-photon excitations can occur in which electrons of atoms of the photosensitive material absorb photons and the energy level of the electrons is thereby raised into a forbidden zone. In this energy state, the electrons dwell only a few Femtoseconds before the photon is emitted again. But if in this femtosecond time window another photon is absorbed by the excited electron, the electron is raised to a higher allowed state, and this absorbs twice the energy of a single photon, which corresponds to an increase in intensity. The excitation wavelength is preferably chosen such that the energy of a photon is half of the energy that is necessary for the excitation in the higher allowable state, and is for typical photosensitive materials, for example in the range of 300 nm-1000 nm If a one-photon excitation requires a wavelength of 450 nm, the corresponding wavelength for a two-photon excitation would be 900 nm. A sufficiently high probability for such a two-photon process is achieved by corresponding illumination intensities, which may be in the terawatt range, for example. Such illumination intensities can be achieved, for example, by short-pulse lasers, for example femtosecond lasers.

Für das obige Beispiel ergeben sich bei einer Einphotonenabsorption hochenergetische Bereiche mit einer maximalen Beleuchtungsintensität von 5,2 W/cm2 und einer Halbwertsbreite von 0,565 µm. Bei einer Zweiphotonenabsorption beträgt die maximale Intensität 27,2 W2/cm4 bei einer Halbwertsbreite von 0,4 µm. Es können somit sehr kleine hochenergetische Bereiche mit hohen Intensitäten erzeugt werden, welche dann als Schreibköpfe zum Schreiben in einem geeigneten fotosensitiven Material dienen können. For the above example, single-photon absorption results in high-energy regions with a maximum illumination intensity of 5.2 W / cm 2 and a half-width of 0.565 μm. In the case of two-photon absorption, the maximum intensity is 27.2 W 2 / cm 4 with a half-width of 0.4 μm. It can thus be generated very small high energy areas with high intensities, which can then serve as write heads for writing in a suitable photosensitive material.

In den 4A und 4B ist eine räumliche Verteilung der Intensität hinter einer sinusförmigen Phasenmaske mit einer Periode von 10 µm, eine Phasenhöhe von 7π und einer Belichtungswellenlänge von 450 nm dargestellt. z bezeichnet dabei den Abstand zur Maske, die x-Richtung liegt in der Maskenebene, entsprechend dem Koordinatensystem der 1. Für die Schwarz- Weiß-Darstellung der 4A wurde ein Schwellenwert von 2,6 W/cm2 entsprechend der halben maximalen Intensität verwendet, d.h. Bereiche mit einer Intensität oberhalb dieses Schwellenwerts erscheinen weiß, andere Bereiche erscheinen schwarz. Die zeigt ein Schnittbild in einem Abstand von 332 µm von der Maske (z = 332 µm in 4A). Es sind deutlich starke Intensitätsspitzen mit einer maximalen Intensität größer als 5 W/cm2 erkennbar. Diese Bereiche in einem Abstand von 332 µm zur Maske sind die Bereiche mit der höchsten Energie, wobei sich das dargestellte Intensitätsprofil mit dem Talbot-Abstand als Periode im Wesentlichen wiederholt. Somit ist es möglich, innerhalb der Periode in x-Richtung (d.h. innerhalb des Abstands der Bereiche zueinander) verschiedene Muster in der Ebene beliebig in das fotosensitive Material hineinzuschreiben und auch beliebige Muster im dreidimensionalen Raum bis zur maximalen Dicke des fotosensitiven Materials oder bis zum nächsten entsprechenden Bereich zu schreiben. In the 4A and 4B is a spatial distribution of the intensity shown behind a sinusoidal phase mask with a period of 10 microns, a phase height of 7π and an exposure wavelength of 450 nm. z denotes the distance to the mask, the x-direction lies in the mask plane, corresponding to the coordinate system of 1 , For the black and white representation of the 4A A threshold of 2.6 W / cm 2 corresponding to half maximum intensity was used, ie areas with an intensity above this threshold appear white, other areas appear black. The shows a sectional image at a distance of 332 microns from the mask (z = 332 microns in 4A ). There are clearly strong intensity peaks with a maximum intensity greater than 5 W / cm 2 recognizable. These regions at a distance of 332 μm from the mask are the regions with the highest energy, with the illustrated intensity profile essentially repeating with the Talbot distance as the period. Thus, within the period in the x-direction (ie within the distance of the regions to each other), it is possible to arbitrarily write various patterns in the plane into the photosensitive material and also any patterns in the three-dimensional space up to the maximum thickness of the photosensitive material or to the next to write appropriate area.

Wird zum Belichten des fotosensitiven Materials eine Zweiphotonenabsorption benutzt, wird sich der Kontrast verstärken. zeigt zur Veranschaulichung das Quadrat der räumlichen Intensitätsverteilung, was ein Maß für eine Wahrscheinlichkeit einer Zweiphotonenabsorption ist mit einem Schwellenwert von (13 W/cm2)2 entsprechend etwa der halben maximalen quadratischen Intensität und zeigt die Intensitätsverteilung wiederum im Abstand von 332 µm, wobei wiederum die gleiche Maske wie bei den 4A und 4B verwendet wurde. Wie zu sehen ist, ergibt sich hier eine geringere Halbwertsbreite sowie eine geringere Anzahl von Bereichen über dem gewählten Schwellenwert als bei einem Einphotonenprozess, wobei zu beachten ist, dass bei einer Zweiphotonenabsorption die Anregungswellenlänge der halben Energie des anzuregenden Übergangs entspricht, so dass insbesondere ein passender Fotolack auszuwählen ist. Ein entsprechendes Beispiel wird später erörtert. If two-photon absorption is used to expose the photosensitive material, the contrast will increase. Figure 3 shows, by way of illustration, the square of the spatial intensity distribution, which is a measure of a probability of two-photon absorption, with a threshold of (13 W / cm 2 ) 2 corresponding to about half the maximum square intensity and shows the intensity distribution again at a distance of 332 microns, again with the same mask as in the 4A and 4B has been used. As can be seen, this results in a lower half-width and a smaller number of areas above the selected threshold than in a one-photon process, it being noted that in a two-photon absorption, the excitation wavelength of half the energy of the junction to be excited corresponds, so that in particular a suitable Photoresist is to be selected. A corresponding example will be discussed later.

Mit den bisher diskutierten Masken können insbesondere beliebige Strukturen geschrieben werden. In particular, arbitrary structures can be written with the masks discussed so far.

Eine Anwendung derartiger Schreibvorgänge ist die Herstellung von Volumengittern. Hier besteht eine Anforderung an eine verwendete Maske, dass die Abstände der hochenergetischen Bereiche, d.h. der entsprechenden Maxima der Intensität, gleichmäßig voneinander entfernt sind und die Muster gleich sind, um möglichst homogene Volumengitter herstellen zu können. Bei der folgenden Simulation wird von einer Phasenmaske als Belichtungsmaske ausgegangen. Grundsätzlich sind für derartige Anwendungen sowohl Phasenmasken als auch Amplitudenmasken verwendbar, wobei bei kleinen Perioden von beispielsweise 3 µm die sich bildenden Maxima bei Amplitudenmasken tendenziell höher sind als bei Phasenmasken, während bei Phasenmasken die Halbwertsbreiten tendenziell kleiner sind und somit feinere Strukturen erstellt werden können. One application of such writes is the production of bulk gratings. Here, there is a requirement for a mask used that the distances of the high energy regions, i. the corresponding maxima of the intensity are uniformly spaced from each other and the patterns are the same in order to produce volume grids as homogeneous as possible. The following simulation assumes a phase mask as the exposure mask. In principle, both phase masks and amplitude masks can be used for such applications, with small periods of, for example, 3 .mu.m the forming maxima in amplitude masks tend to be higher than in phase masks, while in phase masks, the half-widths tend to be smaller and thus finer structures can be created.

In 4E und 4J ist die räumliche Intensitätsverteilung hinter einer sinusförmigen Phasenmaske mit einer Periode von 3 µm für eine Beleuchtungswellenlänge von 450 nm gezeigt, wobei 4E ähnlich den 4A und 4C eine Intensitätsverteilung in x- und z-Richtung unter Verwendung eines Schwellenwerts zeigt, wobei der Schwellenwert wiederum der halben maximalen Intensität, im vorliegenden Fall 0,32 W/cm2, entspricht. Die zeigt die Intensitätsverteilung in einem Abstand von 48,6 µm zur Maske. In 4E and 4J For example, the spatial intensity distribution is shown behind a sinusoidal phase mask with a period of 3 μm for an illumination wavelength of 450 nm, where 4E similar to the 4A and 4C shows an intensity distribution in the x and z directions using a threshold, the threshold again corresponding to half the maximum intensity, in the present case 0.32 W / cm 2 . The shows the intensity distribution at a distance of 48.6 μm to the mask.

Wie insbesondere in 4E zu sehen ist, gibt es Hauptmaxima (breitere Bereiche) und verschiedene Nebenmaxima, wobei sowohl Hauptmaxima als auch Nebenmaxima in einander entsprechenden Dreiecksmustern angeordnet sind. Durch eine derartige Maske können ineinander gesetzte Gitter unterschiedlicher Stegbreite erzeugt werden. As in particular in 4E As can be seen, there are major maxima (broader ranges) and various minor maxima, with both major maxima and minor maxima arranged in corresponding triangular patterns. Through such a mask nested grids of different web width can be generated.

Wird eine Zweiphotonenabsorption mit einer Phasenmaske mit einer Periode von 3 µm verwendet, ergeben sich die in den 4G und 4H dargestellten Intensitätsverteilungen, wobei in 4G wiederum eine Darstellung in der x-z-Ebene mit einem Schwellenwert entsprechenden der halben maximalen quadratischen Intensität und 4H die Intensität2 in einem Abstand von 48,6 µm zeigt. In diesem Fall liegen nur die Hauptmaxima der 4E in 4G noch über dem Schwellenwert, was einem sehr hohen Kontrast entspricht. Es können hier auch tiefere Strukturen in das fotosensitive Material geschrieben werden. If a two-photon absorption is used with a phase mask with a period of 3 microns, resulting in the 4G and 4H shown intensity distributions, wherein in 4G in turn, a representation in the xz plane with a threshold corresponding to half the maximum square intensity and 4H shows the intensity 2 at a distance of 48.6 microns. In this case, only the main maxima of the 4E in 4G still above the threshold, which corresponds to a very high contrast. It is also possible here to write deeper structures in the photosensitive material.

In 4I ist die Darstellung der 4G nochmals dargestellt, wobei hier verglichen mit der 4G für die x-Achse und die z-Achse der gleiche Maßstab gezeigt wurde. Allerdings wurden die Simulationen für ein Propagation in Luft berechnet. Für die Propagation in fotosensitivem Material ergibt sich eine Streckung entlang der z-Richtung, wodurch die Bereiche hoher Energie in z-Richtung verlängert werden. Typische Brechungsindizes von fotosensitiven Material liegen beispielsweise im Bereich von 1,5. In 4I is the representation of 4G shown again, here compared with the 4G the same scale was shown for the x-axis and the z-axis. However, the simulations were calculated for propagation in air. Propagation in the photosensitive material results in stretching along the z-direction, extending the high energy regions in the z-direction. Typical refractive indices of photosensitive material are, for example, in the range of 1.5.

Bei den Beispielen der 4E4I ergibt sich also bei Einphotonenabsorption für das simulierte Beispiel eine maximale Intensität von 0,64 W/cm2 bei einer Halbwertsbreite von 0,57 µm, für eine Zweiphotonenabsorption eine maximale Intensität von 0,42 W2/cm4 bei einer Halbwertsbreite von 0,40 µm. In the examples of 4E - 4I Thus, with single-photon absorption for the simulated example, a maximum intensity of 0.64 W / cm 2 results with a half-width of 0.57 μm, for a two-photon absorption a maximum intensity of 0.42 W 2 / cm 4 with a half width of 0, 40 μm.

Um die unter Bezugnahme auf 4E bis 4I diskutierten Phasenmasken zur Herstellung von Volumengittern mit einer entsprechenden Amplitudenmaske vergleichen zu können, ist in 4J ein Intensitätsprofil für eine Amplitudenmaske mit einer Periode von 3 µm in der Talbot-Ebene, d.h. in einem Abstand von 20 µm, dargestellt. Da das Intensitätsprofil hier die gleiche Energie wie eine eintreffende Welle hat, ist die maximale Intensität hier höher als die Intensität bei den Phasenmasken. Jedoch ist die Halbwertsbreite für eine Einphotonenabsorption mit 1 µm deutlich höher als für die dargestellten Phasenmasken. Die 4K zeigt die Energieverteilung mit einem Maßstab entsprechend der 4I, welche für einen Schwellenwert von 0,5 W/cm2 mit dem gleichen Maßstab wie 4I für eine Zweiphotonenabsorption simuliert wurde. Wie zu sehen ist, ergeben sich hier deutlich größere hochenergetische Bereiche, welche zum Schreiben verwendbar sind, was die Flexibilität bei der Herstellung komplexer dreidimensionaler Strukturen verringert. To refer to 4E to 4I To be able to compare the discussed phase masks for the production of volume gratings with a corresponding amplitude mask is in 4J an intensity profile for an amplitude mask with a period of 3 microns in the Talbot plane, ie at a distance of 20 microns shown. Since the intensity profile here has the same energy as an incoming wave, the maximum intensity here is higher than the intensity in the phase masks. However, for a one-photon absorption of 1 μm, the half-width is significantly higher than for the phase masks shown. The 4K shows the energy distribution with a scale according to the 4I , which for a threshold of 0.5 W / cm 2 with the same scale as 4I was simulated for a two-photon absorption. As can be seen, this results in significantly larger high-energy areas, which are usable for writing, which reduces the flexibility in the production of complex three-dimensional structures.

In den 4A bis 4K sind also verschiedene Intensitätsprofile gezeigt, bei welchen maximale Intensitäten bei Einphotonenabsorption größer als 0,25 W/cm2, insbesondere größer als 20,5 W/cm, sind, wobei Halbwertsbreiten der Bereiche hoher Intensität kleiner als 5 µm, insbesondere kleiner als 1 µm, sind.In the 4A to 4K Thus, different intensity profiles are shown in which maximum intensities in the case of single-photon absorption are greater than 0.25 W / cm 2 , in particular greater than 20.5 W / cm, whereby half-widths of the high-intensity regions are less than 5 μm, in particular less than 1 μm , are.

Auch wenn obenstehend Beispiele für Einphotonenabsorption und Zweiphotonenabsorption erläutert wurden, können bei anderen Ausführungsbeispielen auch Mehrphotonenanregungen mit mehr als zwei Photonen genutzt werden, z.B. durch entsprechende Wahl einer Anregungswellenlänge.Although examples of one-photon absorption and two-photon absorption have been explained above, in other embodiments, multiphoton excitations with more than two photons may also be used, e.g. by appropriate choice of an excitation wavelength.

Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 4L bis 4Q die Verwendung einer Zweiphotonenabsorption zum Schreiben von Strukturen in ein fotosensitives Material weiter veranschaulicht. Wie vorstehend erläutert, wird mit einer Zweiphotonenabsorption ein Übergang angeregt, welcher die doppelte Energie wie ein einzelnes Photon des anregenden Lichts aufweist. Die Wahrscheinlichkeit einer derartigen Zweiphotonenabsorption hängt dabei von dem Quadrat der Beleuchtungsintensität ab, wie ebenfalls bereits erläutert. Zum effizienten Nutzen der Zweiphotonenabsorption ist es dabei bevorzugt, eine Anregungswellenlänge zu verwenden, bei welcher das fotosensitive Material zumindest größtenteils transparent ist, so dass beispielsweise möglichst wenig Lichtintensität durch andere Prozesse als die gewünschte Zweiphotonenabsorption verloren geht. Now, referring to 4L to 4Q further illustrates the use of two-photon absorption to write structures in a photosensitive material. As explained above, two-photon absorption excites a transition which is twice the energy of a single photon of the exciting light. The probability of such a two-photon absorption depends on the square of the illumination intensity, as also already explained. For efficient use of the two-photon absorption, it is preferred to use an excitation wavelength at which the photosensitive material is at least largely transparent, so that, for example, as little light intensity as possible is lost by processes other than the desired two-photon absorption.

Ein Beispiel für ein fotosensitives Material, welches für eine Zweiphotonenabsorption geeignet ist, wird im Folgenden ein SU8-3000 Fotolack verwendet. Hier kann mit einer Anregungswellenlänge von 800 nm ein Übergang mittels einer Zweiphotonenabsorption angeregt werden (welcher dann einer Energie eines Photons einer Wellenlänge von 400 nm entspricht), wobei dieser Fotolack bei 800 nm näherungsweise vollständig transparent ist. An example of a photosensitive material suitable for two-photon absorption is hereinafter used as an SU8-3000 photoresist. Here, with an excitation wavelength of 800 nm, a transition can be excited by means of a two-photon absorption (which then corresponds to an energy of a photon having a wavelength of 400 nm), this photoresist being approximately completely transparent at 800 nm.

Als Maske für die nachfolgenden Simulationen wurde eine Phasenmaske mit einer Periode von 3 µm und einem Phasenhub von 7 π verwendet. As a mask for the following simulations, a phase mask with a period of 3 μm and a phase deviation of 7 π was used.

4L und 4M zeigen die räumliche Verteilung der Intensität in Luft, wobei die 4L eine Darstellung entsprechend der 4A zeigt, wobei z die Proportionsrichtung und x eine in der Maskenebene liegende Richtung ist, und wobei hell dargestellte Bereiche über einer halben maximalen Intensität liegen, während dunkel dargestellte Bereiche unterhalb der halben maximalen Intensität liegen. 4L and 4M show the spatial distribution of intensity in air, the 4L a representation according to the 4A where z is the direction of proportion and x is a direction in the mask plane, and where areas shown in light are above one half maximum intensity, while dark areas are below half maximum intensity.

Die 4M zeigt einen Schnitt in einer Talbot-Ebene für z = 5,25 µm. The 4M shows a section in a Talbot plane for z = 5.25 microns.

Die 4N und 4O zeigen Darstellungen entsprechend der 4L bzw. 4M für eine Propagation innerhalb des Fotolacks SU8-3000, d.h. unter Berücksichtigung des Brechungsindex dieses Mediums. Der von der Wellenlänge λ abhängige Brechungsindex n(λ) des fotosensitiven Mate rials wurde dabei mittels der Cauchy-Gleichung n(λ) = A + B/λ2 + C/λ4 mit A = 1,5525; B = 0,00629 und C = 0,0004 berechnet. Dabei verschiebt sich durch das Medium die Position der Talbot-Ebenen, so dass in diesem Fall 4O einen Schnitt z = 8,55 µm zeigt. The 4N and 4O show representations according to the 4L respectively. 4M for a propagation within the photoresist SU8-3000, ie taking into account the refractive index of this medium. The refractive index n (λ) of the photosensitive material dependent on the wavelength λ was determined by the Cauchy equation n (λ) = A + B / λ 2 + C / λ 4 where A = 1.5525; B = 0.00629 and C = 0.0004. In doing so, the position of the Talbot planes shifts through the medium, so that in this case 4O shows a section z = 8.55 microns.

Die und 4Q zeigen schließlich die räumliche Verteilung der quadratischen Intensität in dem fotosensitiven Material, was einem Maß für eine Wahrscheinlichkeit von Zweiphotonenabsorption entspricht. 4Q zeigt dabei wiederum einen Schnitt für z = 8,55 µm, entsprechend der Distanz der Talbot-Ebene der 4O. Da der Fotolack SU8-3000 wie erläutert für die verwendete Beleuchtungswellenlänge von 800 nm praktisch transparent ist, finden praktisch keine Einphotonenabsorption statt. 4P zeigt somit die Absorptionswahrscheinlichkeit einer Energie entsprechend einer Wellenlänge von 400 nm durch eine Zweiphotonenabsorption in dem fotosensitiven Material. Wie wiederum aus 4Q ersichtlich, kann ein hoher Kontrast entsprechend einer geringen Halbwertsbreite erreicht werden. The and 4Q finally show the spatial distribution of the square intensity in the photosensitive material, which corresponds to a measure of a probability of two-photon absorption. 4Q again shows a section for z = 8.55 μm, corresponding to the distance of the Talbot plane of the 4O , Since the photoresist SU8-3000 is practically transparent as explained for the illumination wavelength used of 800 nm, practically no single-photon absorption takes place. 4P thus shows the absorption probability of energy corresponding to a wavelength of 400 nm by two-photon absorption in the photosensitive material. As turn out 4Q As can be seen, a high contrast can be achieved in accordance with a small half width.

In 5 sind verschiedene durch Masken wie oben besprochen erzeugbare Muster in einer Ebene parallel zur Maske (d.h. in einer x-y-Ebene) dargestellt. Beispielsweise können Quadrat- oder Rechteckmuster (a), Dreiecksmuster (b) oder Wabenmuster (c) erzeugt werden. Diese Muster sind Beispiele für reguläre Parkettierungen, und es können auch andere reguläre Parkettierungen oder andere Muster erzeugt werden. Somit ist aus dem Vorstehenden ersichtlich, dass mittels Masken, insbesondere Amplitudenmasken oder Phasenmasken, hochenergetische Bereiche in verschiedenen Musteranordnungen erzeugt werden können, insbesondere in einer Talbot-Ebene oder einer fraktionellen Talbot-Ebene, welche dann zum Schreiben von Strukturen in fotosensitivem Material verwendet werden können. In 5 For example, various patterns generated by masks as discussed above are shown in a plane parallel to the mask (ie, in an xy plane). For example, square or rectangular patterns (a), triangular patterns (b) or honeycomb patterns (c) may be generated. These patterns are examples of regular tiling, and other regular tilings or other patterns can be created. Thus, it can be seen from the foregoing that by means of masks, in particular amplitude masks or phase masks, high-energy regions can be generated in different pattern arrangements, in particular in a Talbot plane or a Talbot fractional plane, which can then be used to write structures in photosensitive material ,

Nunmehr sollen unter Bezugnahme auf die 6 und 7 Beispiele für Schreibvorgänge erläutert werden. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 6 ein Schreibverfahren erläutert, bei welchem eine Bewegung des fotosensitiven Materials relativ zu den hochenergetischen Bereichen nur in einer Ebene senkrecht zur Propagationsrichtung, d.h. in der x-y-Ebene, erfolgt, so dass Strukturen beispielsweise innerhalb von Talbot-Ebenen geschrieben werden. Als Beispiel hierfür zeigt 6 ein Schreiben von Dreieckstrukturen in einer Talbot-Ebene. Dabei werden wie bei (a) gezeigt quadratisch angeordnete hochenergetische Bereiche verwendet. In einem ersten Schritt kann dann das fotosensitive Material relativ zu den hochenergetischen Bereichen wie durch einen Pfeil 60 dargestellt bewegt werden, wodurch Striche geschrieben werden. Als zweites erfolgt wie in (c) gezeigt eine weitere Bewegung wie entsprechend einem Pfeil 61, und schließlich erfolgt bei (d) eine letzte Bewegung entsprechend einem Pfeil 62, wodurch die Dreieckstrukturen vervollständigt werden. In diesem Fall wird also durch nur drei Bewegungen eine Dreieckstruktur im fotosensitiven Material ausgebildet. Now, with reference to the 6 and 7 Examples of writes are explained. First, referring to 6 describes a writing method in which a movement of the photosensitive material relative to the high-energy regions takes place only in a plane perpendicular to the propagation direction, ie in the xy plane, so that structures are written, for example, within Talbot planes. As an example of this shows 6 a writing of triangular structures in a Talbot plane. As shown in (a), quadratic high-energy regions are used. In a first step, the photosensitive material can then relative to the high-energy areas as by an arrow 60 can be moved, whereby strokes are written. Second, as shown in (c), another movement is made as indicated by an arrow 61 , and finally, at (d), a final movement is made according to an arrow 62 , thereby completing the triangular structures. In this case, therefore, a triangular structure is formed in the photosensitive material by only three movements.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf 7 ein Beispiel für ein dreidimensionales Schreiben mit Relativbewegung von fotosensitivem Material zu hochenergetischen Bereichen in drei Raumrichtungen erläutert werden. Dabei soll ausgehend von einer bei (a) dargestellten Dreiecksstruktur eine tetragonale Struktur ähnlich einer Kristallstruktur ausgebildet werden. Wie bei (b) dargestellt, sind die dargestellten hochenergetischen Bereiche dabei in einer Talbot-Ebene 70 und in einer halben Talbot-Ebene 71 angeordnet, wobei sich diese Struktur entsprechend fortsetzt, so dass in 7 nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Next, referring to 7 an example of a three-dimensional writing with relative movement of photosensitive material to high-energy areas in three spatial directions will be explained. In this case, starting from a triangular structure shown at (a), a tetragonal structure similar to a crystal structure is to be formed. As shown in (b), the high-energy regions shown are in a Talbot plane 70 and in half a Talbot level 71 arranged, this structure continues accordingly, so that in 7 only a section is shown.

Bei (c) wird eine erste Bewegung entsprechend einem Pfeil 72 durchgeführt, wodurch die beiden Ebenen 70, 71 verbunden werden. Bei (d) wird die nächste Bewegung entsprechend einem Pfeil 73 durchgeführt, dann bei (e) eine weitere Bewegung entsprechend einem Pfeil 74, bei (f) die nächste Bewegung entsprechend einem Pfeil 75 und bei (g) eine fünfte Bewegung entsprechend einem Pfeil 76 durchgeführt. Diese Bewegungen können ohne Absetzen durchgeführt werden, wobei die Struktur dann noch mit einer letzten Bewegung entsprechend einem Pfeil 77 vervollständigt wird, wozu ein „Absetzen“ erfolgt, beispielsweise durch kurzzeitiges Abdunkeln der Lichtquelle. At (c), a first movement corresponding to an arrow 72 performed, reducing the two levels 70 . 71 get connected. At (d), the next movement will be according to an arrow 73 performed, then at (e) another movement according to an arrow 74 , at (f) the next movement according to an arrow 75 and at (g) a fifth movement corresponding to an arrow 76 carried out. These movements can be performed without settling, the structure then still with a final movement corresponding to an arrow 77 is completed, what a "settling" takes place, for example, by briefly darkening the light source.

Es können somit komplexe Volumengitter, welche beispielsweise eine Kristallstruktur nachahmen, mit Strukturgrößen im Mikrometerbereich geschrieben werden. It is thus possible to write complex volume gratings which mimic a crystal structure, for example, with feature sizes in the micrometer range.

Die in 6 und 7 dargestellten Schreibvorgänge sind lediglich als Beispiel zu sehen, und je nach Art der gewünschten Strukturen können im Wesentlichen beliebige Schreibvorgänge durchgeführt werden. In the 6 and 7 Write operations shown are merely illustrative, and depending on the nature of the desired structures, essentially any arbitrary write operation can be performed.

Mittels derartiger Schreibvorgänge können beispielsweise Strahlformer mit neuen Eigenschaften hergestellt werden, beispielsweise mikrooptische Komponenten, Subwellenlängenstrukturen wie Mottenaugen oder Polarisationsfilter für zirkular polarisiertes Licht. Auch können Schichten für Objektive oder Strahlformer zur Lichthomogenisierung hergestellt werden. By means of such writing processes, it is possible, for example, to produce beam shapers with novel properties, for example micro-optical components, sub-wavelength structures such as moth eyes or polarization filters for circularly polarized light. Also can layers for lenses or beamformer for Lichthomogenisierung be prepared.

Wie bereits aus der obigen Diskussion von Modifikationen und Abwandlungen ersichtlich, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiel begrenzt. As already apparent from the above discussion of modifications and variations, the scope of the present invention is not limited to the illustrated embodiment.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • PNAS, Vol. 101, No. 34, p. 12428–12433; 2004, Seokwoo Jeon; Three-dimensional Nanofabrication with rubber stamps and conformable Photomasks; Advanced Materials, Vol. 16, No. 14, p. 1369–1373; 2004 [0004] PNAS, Vol. 101, no. 34, p. 12,428 to 12,433; 2004, Seokwoo Jeon; Three-dimensional nanofabrication with rubber stamps and conformable photomasks; Advanced Materials, Vol. 16, no. 14, p. 1369-1373; 2004 [0004]
  • Seokwoo Jeon; Fabrication three dimensional nanstructures using two photon lithography in a single exposure step; Optics Express, Vol. 14, No. 6, p. 2300–2308; 2006 [0004] Seokwoo Jeon; Fabrication of three dimensional nanostructures using two photon lithographs in a single exposure step; Optics Express, Vol. 14, no. 6, p. 2300-2308; 2006 [0004]
  • Justyna K. Gansel; Gold helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer; Science, Vol. 325, p. 1513–1515; 2009 [0006] Justyna K. Gansel; Gold helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer; Science, Vol. 325, p. 1513-1515; 2009 [0006]
  • M. S. Rill; Photonic Metamaterial Structures by 3D Laser Writing; OSA/FiO/LS/META/OF&T; 2008 [0006] MS Rill; Photonic Metamaterial Structures by 3D Laser Writing; OSA / FiO / LS / META / OF &T; 2008 [0006]
  • Alexandra Boltasseva; Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook; Metamaterials, Vol. 2, p.1–17; 2008 [0006] Alexandra Boltasseva; Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook; Metamaterials, Vol. 2, p.1-17; 2008 [0006]
  • Yong-Lai Zhang; Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing; Nanotoday, Vol. 5, p. 435–448; 2010 [0006] Yong-Lai Zhang; Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing; Nanotoday, Vol. 5, p. 435-448; 2010 [0006]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen, umfassend: Bestrahlen einer Maske (15) zum Erzeugen eines Musters von Bereichen, wobei in den Bereichen eine Leistungsdichte über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, und Bewegen zumindest eines Teils des Musters von Bereichen in einem fotosensitiven Material relativ zu dem fotosensitiven Material (17), um eine Struktur in das fotosensitive Material zu schreiben. A method of fabricating three-dimensional structures, comprising: irradiating a mask ( 15 ) for generating a pattern of regions, wherein in the regions a power density is above a predetermined threshold, and moving at least a portion of the pattern of regions in a photosensitive material relative to the photosensitive material ( 17 ) to write a structure in the photosensitive material. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (15) eine Phasenmaske oder eine Amplitudenmaske umfasst. Method according to claim 1, wherein the mask ( 15 ) comprises a phase mask or an amplitude mask. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bereiche in einer Talbot-Ebene oder einer fraktionellen Talbot-Ebene liegen. The method of claim 1 or 2, wherein said regions are in a Talbot plane or a Talbot fractional plane. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das relative Bewegen nur ein Bewegen in einer Ebene parallel zu einer Maskenebene umfasst. The method of any of claims 1-3, wherein the relative moving comprises only moving in a plane parallel to a mask plane. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das relative Bewegen ein dreidimensionales Bewegen umfasst. The method of any of claims 1-3, wherein the relative moving comprises three-dimensional moving. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei eine Halbwertsbreite der Bereiche kleiner als 5 µm, bevorzugt kleiner als 1 µm, ist. Method according to one of claims 1-5, wherein a half-width of the regions is less than 5 microns, preferably less than 1 micron, is. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei eine maximale Leistungsdichte in den Bereichen mindestens 0,1×, bevorzugt mindestens 0,5× einer Leistungsdichte einer auf die Maske fallenden Wellenfront, beträgt. The method of any one of claims 1-6, wherein a maximum power density in the regions is at least 0.1 x, preferably at least 0.5 x a power density of a wavefront incident on the mask. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Bereiche in einer Ebene parallel zu einer Ebene der Maske eine reguläre Parkettierung, bevorzugt ein Rechteckmuster, ein Dreieckmuster oder ein Wabenmuster bilden. Method according to one of claims 1-7, wherein the regions in a plane parallel to a plane of the mask form a regular tiling, preferably a rectangular pattern, a triangular pattern or a honeycomb pattern. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, weiter umfassend ein Entwickeln des fotosensitiven Materials (17). The method of any of claims 1-8, further comprising developing the photosensitive material ( 17 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, wobei das Schreiben der Struktur ein Anregen eines Mehrphotonenprozesses umfasst. The method of any one of claims 1-9, wherein writing the structure comprises exciting a multiphoton process. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Photonenenergie einer zum Bestrahlen verwendeten Strahlung einer halben Anregungsenergie des fotosensitiven Materials entspricht.The method of claim 10, wherein a photon energy of a radiation used for irradiation corresponds to half the excitation energy of the photosensitive material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, wobei das Bewegen des Musters relativ zu dem fotosensitiven Material ein Bewegen der Maske (15) und/oder ein Bewegen des fotosensitiven Materials (17) umfasst. The method of any one of claims 1-11, wherein moving the pattern relative to the photosensitive material comprises moving the mask ( 15 ) and / or moving the photosensitive material ( 17 ). Vorrichtung zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen, umfassend: eine Strahlungsquellenanordnung (11, 12) zum Beleuchten einer Maske (15) derart, dass ein Muster aus Bereichen (16) erzeugt wird, deren Beleuchtungsintensität oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, eine Aufnahme (111) zur Aufnahme eines fotosensitiven Materials (17), wobei die Aufnahme (111) zumindest in einer Richtung parallel zu einer Maskenebene bewegbar ist, und eine Steuerung zum Bewegen der Aufnahme derart, dass durch die Bereiche (16) eine Struktur in ein auf der Aufnahme (111) befindliches fotosensitives Material (17) schreibbar ist. A device for producing three-dimensional structures, comprising: a radiation source arrangement ( 11 . 12 ) for illuminating a mask ( 15 ) such that a pattern of areas ( 16 ) whose illumination intensity is above a predetermined threshold value, a recording ( 111 ) for receiving a photosensitive material ( 17 ), the recording ( 111 ) is movable in at least one direction parallel to a mask plane, and a control for moving the photograph such that through the regions ( 16 ) a structure in a on the recording ( 111 ) located photosensitive material ( 17 ) is writable. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Strahlungsquellenanordnung einen Kurzpulslaser umfasst. The device of claim 13, wherein the radiation source assembly comprises a short pulse laser. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–12 ausgestaltet ist. Apparatus according to claim 13 or 14, wherein the apparatus is designed for carrying out the method according to any one of claims 1-12.
DE201210109130 2012-09-27 2012-09-27 Methods and apparatus for producing three-dimensional structures Active DE102012109130B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210109130 DE102012109130B4 (en) 2012-09-27 2012-09-27 Methods and apparatus for producing three-dimensional structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210109130 DE102012109130B4 (en) 2012-09-27 2012-09-27 Methods and apparatus for producing three-dimensional structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012109130A1 true DE102012109130A1 (en) 2014-03-27
DE102012109130B4 DE102012109130B4 (en) 2014-12-11

Family

ID=50235111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210109130 Active DE102012109130B4 (en) 2012-09-27 2012-09-27 Methods and apparatus for producing three-dimensional structures

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012109130B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10732507B2 (en) 2015-10-26 2020-08-04 Esko-Graphics Imaging Gmbh Process and apparatus for controlled exposure of flexographic printing plates and adjusting the floor thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040012872A1 (en) * 2001-06-14 2004-01-22 Fleming Patrick R Multiphoton absorption method using patterned light

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040012872A1 (en) * 2001-06-14 2004-01-22 Fleming Patrick R Multiphoton absorption method using patterned light

Non-Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Alexandra Boltasseva; Fabrication of optical negative-index metamaterials: Recent advances and outlook; Metamaterials, Vol. 2, p.1-17; 2008
Hirai, Y. et al.: "Moving Mask UV lithography for three-dimensional structuring", J. Micromech. Microeng. 17 (2007), S.199-S.206 *
Hirai, Y. et al.: „Moving Mask UV lithography for three-dimensional structuring", J. Micromech. Microeng. 17 (2007), S.199-S.206
Justyna K. Gansel; Gold helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer; Science, Vol. 325, p. 1513-1515; 2009
M. S. Rill; Photonic Metamaterial Structures by 3D Laser Writing; OSA/FiO/LS/META/OF&T; 2008
PNAS, Vol. 101, No. 34, p. 12428-12433; 2004, Seokwoo Jeon; Three-dimensional Nanofabrication with rubber stamps and conformable Photomasks; Advanced Materials, Vol. 16, No. 14, p. 1369-1373; 2004
Seokwoo Jeon; Fabrication three dimensional nanstructures using two photon lithography in a single exposure step; Optics Express, Vol. 14, No. 6, p. 2300-2308; 2006
Solak, H.H. et al.: "Displacement Talbot lithography: a new method for high-resolution patterning of large areas", OPTICS EXPRESS Vol.19, No.11 (2011), S.10686-S.10691 *
Solak, H.H. et al.: „Displacement Talbot lithography: a new method for high-resolution patterning of large areas", OPTICS EXPRESS Vol.19, No.11 (2011), S.10686-S.10691
Sugiyama, S. et al.: "Novel shaped microstructures processed by deep x ray lithography", TRANSDUCERS '01 - EUROSENSORS, The 11th Int. Conf. on Solid State Sensors and Actuators XV (2001) *
Sugiyama, S. et al.: "Plain-pattern to cross-section transfer (PCT) technique for deep x ray lithography and applications", J. Micromech. Microeng. 14 (2004), S.1399-S.1404 *
Sugiyama, S. et al.: „Novel shaped microstructures processed by deep x ray lithography", TRANSDUCERS ’01 – EUROSENSORS, The 11th Int. Conf. on Solid State Sensors and Actuators XV (2001)
Sugiyama, S. et al.: „Plain-pattern to cross-section transfer (PCT) technique for deep x ray lithography and applications", J. Micromech. Microeng. 14 (2004), S.1399-S.1404
Yong-Lai Zhang; Designable 3D nanofabrication by femtosecond laser direct writing; Nanotoday, Vol. 5, p. 435-448; 2010

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10732507B2 (en) 2015-10-26 2020-08-04 Esko-Graphics Imaging Gmbh Process and apparatus for controlled exposure of flexographic printing plates and adjusting the floor thereof
US11333980B2 (en) 2015-10-26 2022-05-17 Esko-Graphics Imaging Gmbh Method and apparatus for exposure of flexographic printing plates using light emitting diode (LED) radiation sources

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012109130B4 (en) 2014-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60004146T2 (en) Method and arrangement for producing a photonic crystal
DE102006019964B4 (en) Device and method for producing a three-dimensional object by means of mask exposure
EP3022044B1 (en) Method and device for producing a three-dimensional object and exposure mask generating apparatus
DE102016214606B3 (en) Method and device for the lithographic production of a target structure at a non-planar starting structure
EP3970900B1 (en) Method for producing a 3d structure by means of laser lithography with altered exposure dose at edge sections, and corresponding computer program product
EP3012688B1 (en) Method for producing a three-dimensional structure
EP4032688B1 (en) Method and device for producing a three-dimensional object in an optically reactive starting material
EP3093123B1 (en) Method for producing a three-dimensional structure
EP3266594A1 (en) Method and apparatus for lithography-based generative production of three-dimensional articles
DE102012011343A1 (en) Apparatus and method for interference structuring of samples and samples structured in this way
EP3022045B1 (en) Method and device for producing a three-dimensional object and exposure mask generation device
DE102007047663A1 (en) Method and apparatus for producing periodic patterns by interference lithography by stepwise alignment
DE102020105540A1 (en) Optical punching of micro-holes in thin glass
EP3141961B1 (en) Exposure unit and device for lithographic exposure
DE102012109130B4 (en) Methods and apparatus for producing three-dimensional structures
WO2005098544A2 (en) Device and method for producing resist profiled elements
EP1784670B1 (en) Method for producing photonic crystals
DE102008043324B4 (en) Optical arrangement for the three-dimensional structuring of a material layer
DE202014010855U1 (en) Digital coding of rubber articles
Moebius et al. Direct laser writing of 3D gratings and diffraction optics
EP4163083B1 (en) Method and device for lithography-based generative production of a three-dimensional component
DE102005028232B4 (en) A method of generating a sub-wavelength latent grating structure in a resist layer
DE102020124546B4 (en) 3D printing process and device for producing a 3D component
DE202014011007U1 (en) Digital coding of rubber articles
EP4043186A1 (en) Method and device for controlling a lithography-based additive manufacturing device

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: CARL ZEISS JENA GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNERS: CARL ZEISS JENA GMBH, 07745 JENA, DE; ERNST-ABBE-FACHHOCHSCHULE JENA, 07745 JENA, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KRAUS & WEISERT PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE