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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Photoresiststruktur als Röntgenprismenlinse oder als Röntgengitter und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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Stand der Technik
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Für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise in der medizinischen Diagnostik oder der Materialanalyse, wird Röntgenstrahlung eingesetzt. Hierbei kommen Röntgengitter oder Röntgenprismenlinsen zum Einsatz, an deren Struktur und insbesondere an deren Aspektverhältnis besondere Anforderungen gestellt werden, da die Qualität der mit der Röntgenstrahlung erzeugten Abbildungen entscheidend von der Höhe der optischen Gitterstrukturen abhängt. Unter dem Begriff des „Aspektverhältnisses” wird hierbei ein Quotient zwischen einer Höhe von in der Photoresiststruktur vorhandenen Gitterstrukturen in Form von Mikrostrukturen zu einer Breite der Mikrostrukturen verstanden.
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Um insbesondere für die genannten Anwendungen einen möglichst hohen Kontrast zur erzielen, sollte eine Absorption des in Stegspalten in der Photoresiststruktur abgeschiedenen absorbierenden Materials, üblicherweise Gold, im Bereich oberhalb von 80% liegen. Bei röntgentomographischen Untersuchungen mit Röntgenröhren liegen Röntgenenergien, für welche der tomografische Aufbau optimal ausgelegt ist und in der Fachsprache auch als „Designenergien” bezeichnet werden, je nach Anwendung im Bereich von 20 keV bis 60 keV, wobei durch polychromatische Strahlung der Röntgenröhre auch Energien bis zu etwa 10 keV oberhalb der Designenergie vorhanden sind. Hieraus ergibt sich, dass die Dicke des absorbierenden Materials mindestens 100 μm und damit auch die Höhe der Photoresiststruktur möglichst über 100 μm betragen sollte.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Reihe von Verfahren bekannt, um Photoresiststrukturen insbesondere mit Höhen von mehreren hundert Mikrometern und einem hohen Aspektverhältnis herzustellen. Derartige Photoresiststrukturen lassen sich vorzugsweise röntgentiefenlithographisch durch Belichtung in einem für diesen Zweck eingerichteten Photoresistmaterial fertigen. Bei der Herstellung der hierbei in der Photoresiststruktur erzeugten Mikrostrukturen, welche über einen geringen Durchmesser, eine große Strukturhöhe und somit ein hohes Aspektverhältnis verfügen, kann es während des Herstellungsverfahrens, insbesondere während eines hierbei vorzugsweise ausgeführten nasschemischem Entwicklungsprozesses des Photoresistmaterials, zu einem Verbiegen oder sogar zu einem Brechen einzelner oder mehrere Stege in den Mikrostrukturen kommen. Als Ursache hierfür können asymmetrisch an den Mikrostrukturen auftretende Kräfte, welchen die Mikrostrukturen aufgrund ihrer geringen Biegesteifigkeit nicht standhalten können, angenommen werden.
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In E. Reznikova et al., Soft X-ray lithography of high aspect ratio SU8 submicron structures, Micro Syst. Techn. (2008) wird ein Verfahren beschrieben, welches die Herstellung derartiger Strukturen erlaubt. Hierbei wird aber auch deutlich, dass es insbesondere bei Strukturhöhen oberhalb von 60 μm zu einer Verbiegung der unterschiedlich lang gewählten Stege kommt, wodurch das Aspektverhältnis begrenzt wird.
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J. Kenntner et al., Front- and backside structuring of gratings for Phase contrast imaging with x-ray tubes, Proc. SPIE, Vol. 7804, 780408 (2010), zeigen Photoresiststrukturen, bei welchen versucht wurde, das Problem der Verbiegung der Gitterstege dadurch zu lösen, dass die Stege durch Füllbalken miteinander verbunden werden. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die Stege immer wieder durch, von den Füllbalken ausgebildete quasi-transparente Bereiche unterbrochen werden.
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Die
DE 10 2010 49 994 B3 offenbart eine Photoresiststruktur, welche eine Vielzahl von Stegen, Stegspalten und Stützstrukturen umfasst, wobei die Stützstrukturen in Form von Balken vorliegen, welche die Stege stabilisieren. Hierbei sind die Stege und die Stützstrukturen insbesondere derart auf einem Substrat angeordnet, dass die Stege einen ersten Winkel und die Balken einen zweiten Winkel in Bezug auf das Substrat annehmen, wobei sich der zweite Winkel und der erste Winkel voneinander unterscheiden. Nachteilig hieran sind jedoch für die Herstellung benötigte aufwändige Maskensätze sowie ein Mindestwert für die Dicke der Stützstrukturen. Außerdem ist hierbei stets eine zweifache Bestrahlung des Photoresistmaterials erforderlich, was ebenfalls aufwändig ist und durch Neigung der zweiten Bestrahlung eine höhere, zu durchstrahlende Dicke des Photoresistmaterials erforderlich macht.
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Weitere Photoresiststrukturen, welche eine Vielzahl von Stegen und Stegspalten umfasst, werden in der
WO 2010/036801 A2 offenbart, wobei in den Stegspalten herstellungsbedingt Stützstrukturen stehen bleiben können. Die
DE 197 29 596 A1 offenbart dagegen eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützstruktur, wobei die Löcher mit einem absorbierenden Material wie Blei gefüllt sind.
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Die
DE 601 23 634 T2 offenbart einen reibungskontrollierten Gegenstand zur Verwendung in Sport- medizinischen, Haushalts-, Transport- militärische und industriellen Anwendungen, welcher an seiner Oberfläche über Mikrokanäle zwischen aufrecht stehenden Stielen verfügt, wobei eine absorptionsfähige Schicht zwischen die Stiele eingebracht ist.
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Die
US 2007/0269647 A1 offenbart einen polymeren Kompositschaum, welcher mit behandelten Füllpartikeln gefüllt ist, für die Verwendung in Verpackungen oder Konsumprodukten. Der Schaum wird herbei insbesondere dazu eingesetzt, um Eigenschaften der Füllpartikel in dem Kompositschaum, insbesondere Delamination, Interkalation oder Abblätterung der Füllpartikel, zu verbessern.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Photoresiststruktur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung bereitzustellen, welche die aufgeführten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll das Herstellungsverfahren einen möglichst geringen Aufwand erfordern. Schließlich soll die Photoresiststruktur über eine möglichst hohe Fokussierungsfähigkeit verfügen und sich daher insbesondere für den Einsatz als Röntgenprismenlinse oder als Röntgengitter eignen. Insbesondere soll die Stützstruktur dazu eingerichtet sein, um Kapillarkräfte, welche in Folge der Trocknung nach der nasschemischen Entwicklung der Mikrostrukturen auftreten, aufnehmen zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Photoresiststruktur, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
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Im Folgenden werden die Begriffe ”haben”, ”aufweisen”, ”umfassen” oder ”einschließen” oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck ”A hat B”, ”A weist B auf”, ”A umfasst B” oder ”A schließt B ein” sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d. h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
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Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein” und „ein oder mehrere” sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, das das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein” oder ”ein oder mehrere” in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
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Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise”, „insbesondere”, „beispielsweise” oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung” oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung” eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch die einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
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In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Photoresiststruktur. Die vorgeschlagene Photoresiststruktur umfasst hierbei eine Vielzahl von Mikrostrukturen, welche aus einem ausgehärteten Photoresistmaterial gebildet sind und jeweils durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, und mindestens eine in den Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen eingebrachte Stützstruktur. Der Begriff „Photoresiststruktur” oder „Fotolackstruktur” bezeichnet hierbei eine dreidimensionale Struktur, welche in ein Photoresistmaterial eingebracht sind, vorzugsweise durch ein erfolgtes Aushärten des Photoresistmaterials. Das Aushärten des Photoresistmaterials erfolgt hierbei insbesondere durch eine Bestrahlung des Photoresistmaterials, bevorzugt durch hochenergetische Strahlung, insbesondere ultraviolette Strahlung oder Röntgenstrahlen, besonders bevorzugt mittels Röntgentiefenlithographie unter Verwendung mindestens einer Maske, welche in einen Strahlengang zwischen einer Strahlenquelle und dem Photoresistmaterial eingebracht ist. Im Falle eines wie hier bevorzugt verwendeten negativen Photoresistmaterials wird das so belichtete Photoresistmaterial weitgehend unlöslich, so dass das nicht belichtete Photoresistmaterial anschließend durch ein geeignetes Verfahren, insbesondere durch einen nasschemischen Entwicklungsprozess, entfernt werden kann, so dass ausschließlich die belichteten Bereiche stehen bleiben und auf diese Weise die gewünschte dreidimensionale Struktur ausbilden. Als negatives Photoresistmaterial eignen sich insbesondere Methylmethacrylate oder Epoxidharze, wie zum Beispiel SU8.
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Die dreidimensionale Struktur liegt hier in Form einer Vielzahl von Mikrostrukturen vor, wobei deren Breite und Abstände durch die Wahl der Form der Maske entsprechend vorgegebenen sind. Die unter den Begriff der „Mikrostrukturen” fallenden dreidimensionalen Strukturen weisen hierbei zumindest in einer räumlichen Richtung Strukturdimensionen in einem Bereich von 0,1 μm bis 1000 μm, insbesondere von 1 mm bis 100 μm auf. Einzelne Strukturdimensionen können hierbei jedoch auch unterhalb des angegebenen Bereichs, d. h. im Nanobereich, oder oberhalb des angegebenen Bereichs, d. h. im makroskopischen Bereich, liegen.
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Bevorzugt ist die Vielzahl der Mikrostrukturen in Form einer Vielzahl von Stegen ausgestaltet, welche vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind und jeweils durch Stegspalten als Zwischenraum voneinander getrennt sind. Die Stege können insbesondere einen runden, ovalen, quadratischen, rechteckigen oder sonstigen Querschnitt aufweisen. Hierbei verfügen die Stege vorzugsweise über eine Höhe und eine Breite und weisen jeweils einen Abstand voneinander auf. Insbesondere für den Einsatz als Röntgengitter oder als Röntgenprismenlinse ist es besonders vorteilhaft, wenn die Höhen, Breiten und Abstände der einzelnen Stege möglichst einheitlich über die gesamte Photoresiststruktur oder größere Teile davon ausgestaltet sind, um eine möglichst gute Fokussierungsfähigkeit der dreidimensionalen Struktur zu erzielen. Bevorzugte Werte für die Breite und die Abstände der Stege liegen in einem Bereich von 0,1 μm bis 100 μm, bevorzugt von 0,5 μm bis 10 μm, während bevorzugte Werte für die Höhe der Stege in einem Bereich von 10 μm bis 10000 μm, bevorzugt von 100 μm bis 10000 μm, liegen.
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Eine in diesem Zusammenhang besonders wichtige Größe ist das so genannte „Aspektverhältnis”, welche den Quotienten der Höhe der Mikrostrukturen zu der Breite der Mikrostrukturen in der Photoresiststruktur, d. h. insbesondere den Quotienten zwischen der Höhe der Stege zum Durchmesser der Stege, beschreibt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es insbesondere, Mikrostrukturen mit dem Aspektverhältnis von 10 oder höher, vorzugsweise von 50 oder höher, besonders bevorzugt von 100 oder höher, bereitzustellen, welche möglichst vollständig unbeschädigt sind, so dass über großes Volumina in der Photoresiststruktur weder verbogene noch gebrochene Stege aufgefunden werden können.
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Die vorgeschlagene Photoresiststruktur verfügt weiterhin über eine Stützstruktur, welche in den Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen eingebracht ist. Unter dem Begriff der „Stützstruktur” wird hierbei eine dreidimensionale Struktur in dem Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen verstanden, welche dazu eingerichtet ist, damit die Mikrostrukturen möglichst ihre Form beibehalten, um so eine Abstandsänderung der Mikrostrukturen zueinander und/oder einen Kollaps der Mikrostrukturen möglichst weitgehend verhindern.
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Die Stützstruktur ist hierzu insbesondere dazu eingerichtet, um Kapillarkräfte, welche in Folge der Trocknung nach der nasschemischen Entwicklung der Mikrostrukturen auftreten, aufnehmen zu können.
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Erfindungsgemäß nimmt die Stützstruktur in der Photoresiststruktur hierbei die Form einer statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur an. Hierunter wird eine Anordnung verstanden, in welcher die Stützstruktur filigrane Stützelemente mit im Vergleich zur Breite und Abständen der Mikrostrukturen geringen Dicken aufweist, welche über Poren mit dünnen Wänden verfügt, wobei die Poren in ungleichmäßiger Weise über den Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen verteilt ist. Damit unterscheidet sich die vorliegende Stützstruktur insbesondere von der Offenbarung aus J. Kenntner et al. oder der
DE 10 2010 49 994 B3 , da sie weder in einer räumlich gleichmäßig angeordneten Form auftritt noch massive Stützelemente wie Füllbalken oder Stützbalken erforderlich macht.
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Erfindungsgemäß weist die Stützstruktur eine offenporige Schwammstruktur auf, welche über zur Umgebung offene Poren verfügt, wobei jeweils eine Anzahl der Poren derart zusammengefügt sind, dass sie ein Gerüst ausbilden, wobei sich das Gerüst in dem Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen befindet. Das Gerüst mit der offenporigen Schwammstruktur weist somit eine Wandstärke auf, welche sowohl geringer ist als die Breite der Stege als auch als der Abstand der Stege in dem Zwischenraum. Vorzugsweise verfügt die in der offenporigen Schwammstruktur vorhandene Vielzahl an Poren über eine Größenverteilung über einen Bereich mit unterschiedlichen Größen. Auf diese Weise kann ein statistischer Abstand der Wände der Poren, welche als Stützelemente dienen, in dem Zwischenraum der Photoresiststruktur erzielt werden.
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Vorzugsweise eignen sich Polyurethanschäume, Kohlenstoffschäume oder Aerogele als Materialien für die offenporige Schwammstruktur in der Stützstruktur für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Photoresiststruktur. Weitere Materialien sind jedoch denkbar.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Photoresiststruktur, die einerseits eine Vielzahl von Mikrostrukturen, welche jeweils durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, und andererseits eine in den Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen eingebrachte Stützstruktur aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst das vorliegende Verfahren hierbei die folgenden Schritte, welche vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, beginnend mit Schritt a) und endend mit Schritt e), durchgeführt werden, wobei ein oder mehrere, insbesondere aufeinanderfolgende Schritte, auch zumindest teilweise auch gleichzeitig ausgeführt werden können. Die Schritte sind im Einzelnen:
- a) Bereitstellen einer offenporigen Schwammstruktur;
- b) Einbringen eines mit einem Lösungsmittel versehenen, flüssigen Photoresistmaterials in die offenporige Schwammstruktur;
- c) Austreiben des Lösungsmittels aus dem flüssigen Photoresistmaterial, wodurch ein festes, aber lösbares Photoresistmaterial erhalten wird;
- d) Bestahlen von Bereichen des festen, aber lösbaren Photoresistmaterials, wodurch in den bestrahlten Bereichen das Photoresistmaterial unter Wärmebehandlung derart aushärtet, dass sich eine Photoresiststruktur ausbildet, welche eine Stützstruktur aufweist, die in Form einer statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur vorliegt; und
- e) Entfernen der nicht bestrahlten Bereiche des Photoresistmaterials durch nasschemische Entwicklung.
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Gemäß Schritt a) wird eine oben beschriebene offenporige Schwammstruktur bereitgestellt. Als Materialien hierfür eignen sich insbesondere Polyurethanschäume, Kohlenstoffschäume oder Aerogele.
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Gemäß Schritt b) wird ein mit einem Lösungsmittel versehenes, flüssiges Photoresistmaterial in die offenporige Schwammstruktur eingebracht. Hierbei erfolgt das Einbringen des flüssigen, mit dem Lösungsmittel versehenen Photoresistmaterials in die offenporige Schwammstruktur vorzugsweise unter Vakuum oder unter Druck, insbesondere um eine möglichst blasenfreie Befüllung und Tränkung der offenporigen Schwammstruktur mit dem flüssigen Material zu erzielen. Als Photoresistmaterial eignen sich insbesondere Methylmethacrylate oder Epoxidharze, wie zum Beispiel SU8; als Lösungsmittel dient insbesondere γ-Butyrolacton. Andere geeignete Materialien sind jedoch denkbar.
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Gemäß Schritt c) wird das in das Lösungsmittel, in welches das Photoresistmaterial zuvor eingebracht worden war, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus dem flüssigen Photoresistmaterial ausgetrieben, insbesondere durch Anwendung einer thermischen Behandlung. Hierdurch wird das Photoresistmaterial zwar fest, bleibt aber lösbar, vorzugsweise leicht lösbar.
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Gemäß Schritt d) werden mittels mindestens einer Maske, welche in einen Strahlengang zwischen einer Strahlenquelle und dem Photoresistmaterial eingebracht ist, ausgewählte Bereiche des festen, aber lösbaren Photoresistmaterials mit hochenergetischer Strahlung, vorzugsweise mit ultravioletter Strahlung oder mit Röntgenstrahlung, beaufschlagt. Diese Art der aus dem Stand der Technik bekannten Bestrahlung wird auch als „Röntgentiefenlithographie” bezeichnet. Durch die Beaufschlagung mit der hochenergetischen Strahlung wird das negative Photoresistmaterial unter Wärmebehandlung in den bestrahlten Bereichen derart ausgehärtet, dass sich die gewünschte Photoresiststruktur, welche über eine Vielzahl von durch einen Zwischenraum getrennte Mikrostrukturen verfügt, ausbildet. Gleichzeitig bleibt in dem nicht belichteten Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen die offenporige Schwammstruktur erhalten, welche nun in Form einer statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur vorliegt, die als Stützstruktur für die Mikrostrukturen dient.
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Gemäß Schritt e) erfolgt ein Entfernen der nicht bestrahlten Bereiche des negativen Photoresistmaterials durch nasschemische Entwicklung des nicht beaufschlagten und daher nicht ausgehärteten Photoresistmaterials. Die nasschemische Entwicklung kann hierbei, je nach gewähltem Photoresistmaterial, durch Anwendung einer für diesen Zweck bekannten Entwicklerlösung erfolgen.
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Nach der nasschemischen Entwicklung kann eine Trocknung der erhaltenen Photoresiststruktur erfolgen. Die Trocknung kann insbesondere durch Stehenlassen der Photoresiststruktur erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorzugsweise eine gesonderte thermische Behandlung der Photoresiststruktur vorgenommen werden. Unabhängig von der Art der Trocknung der Photoresiststruktur stützt hierbei die Stützstruktur mit ihren Stützelementen, welche in Form der statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur vorliegen, die Wände der Mikrostrukturen während des Trocknungsvorgangs derart, dass hierbei ansonsten möglicherweise entstehende Schäden an den Mikrostrukturen, etwa ein Verbiegen oder ein Brechen einzelner oder mehrerer Mikrostrukturen in der Photoresiststruktur, möglichst weitgehend vermieden werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann, insbesondere nach der erfolgten Trocknung der beschriebenen Photoresiststruktur, die Stützstruktur vorzugsweise trockenchemisch ganz oder teilweise aus dem Zwischenraum zwischen den Mikrostrukturen entfernt werden. Auf diese Weise lassen sich somit etwaige Einflüsse der Stützstruktur auf die verbleibende Photoresiststruktur in noch höherem Maße ausschließen. Dieser zusätzliche Verfahrensschritt kann insbesondere dann vorgenommen werden, wenn die Mikrostrukturen nach dem Trocknungsvorgang derart stabil sind, dass hierbei kein Auftreten von Schäden an den Mikrostrukturen mehr zu befürchten ist.
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Für weitere Einzelheiten in Bezug auf das vorliegende Verfahren wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
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Die vorgeschlagene Photoresiststruktur eignet sich aufgrund ihres hohen Aspektverhältnisses und ihrer hohen Formtreue, sowohl mit als auch ohne Stützstruktur, insbesondere für eine Verwendung als Röntgenprismenlinse oder als Röntgengitter.
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Vorteile der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Photoresiststrukturen und zugehörigen Herstellungsverfahren auf.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Stützstruktur kann aufgrund ihrer statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur die Funktion der Mikrostrukturen in der Photoresiststruktur höchstens geringfügig beeinträchtigen. Die statistische Verteilung der Stützelemente ist somit unabhängig von der Anordnung der Mikrostrukturen. Auf diese Weise lässt sich das Layout der Mikrostruktur unabhängig von der Stützstruktur ändern; eine zusätzliche Anpassung des Layouts der Stützstruktur, wie in J. Kenntner et al. oder der
DE 10 2010 49 994 B3 erforderlich, entfällt hierbei vollständig. Darüber hinaus wird hier die Photoresiststruktur nur geringfügig von der Stützstruktur gestört, da die vorgeschlagenen Stützelemente dünnwandig und leicht sind und daher nur über eine sehr geringe Masse verfügen. Schließlich können die Mikrostrukturen und die Stützstruktur in einem einzigen Belichtungsschritt hergestellt werden; eine Doppel- oder Schrägbelichtung kann entfallen. Zusätzlich kann die Stützstruktur im Anschluss an die Herstellung der vorliegenden Photoresiststruktur trockenchemisch entfernt werden, wodurch lediglich die Mikrostrukturen erhalten bleiben.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, insbesondere in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die Ausführungsbeispiele sind schematisch in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
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Im Einzelnen zeigen:
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1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Photoresiststruktur, welche über eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Stützstruktur verfügt, welche in einem Zwischenraum zwischen Mikrostrukturen der Photoresiststruktur angeordnet ist;
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Photoresiststruktur in Form von Querschnitten; und
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3 Aufnahmen der Stützstrukturen in einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Photoresiststruktur mittels Rasterelektronenmikroskopie (3a) bzw. Mikro-Computertomographie (3b) sowie eine dreidimensionale Rekonstruktion der Aufnahme aus 3b (3c).
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Photoresiststruktur 110. Die Photoresiststruktur 110 verfügt über eine Vielzahl von Mikrostrukturen 112, welche auf einem Substrat 114 angeordnet sind. Die Mikrostrukturen 112 sind aus einem ausgehärteten Photoresistmaterial 116 gebildet und jeweils durch einen Zwischenraum 118 voneinander getrennt.
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In diesem Ausführungsbeispiel liegen die Mikrostrukturen 112 in Form von Stegen 120 vor, welche jeweils durch Stegspalten 122 voneinander getrennt sind. Die Stege 120 weisen hier einen runden Querschnitt 124 auf, wobei auch ein ovaler, quadratischer, rechteckiger oder sonstiger Querschnitt 124 möglich ist. Die Stege 120 verfügen über eine Höhe h und eine Breite b und sind durch einen Abstand a voneinander getrennt. Der Quotient aus der Höhe h und der Breite b wird auch als Aspektverhältnis A h/b bezeichnet. Vorzugsweise nimmt das Aspektverhältnis A einen Wert von mindestens 10, bevorzugt von mindestens 50, besonders bevorzugt von mindestens 100 an.
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In dem Zwischenraum 118 zwischen den Mikrostrukturen 112 ist eine Stützstruktur 126 eingebracht. Erfindungsgemäß liegt hierbei die Stützstruktur 126 in Form einer statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur 128 vor. Vorzugsweise nimmt hierbei die Stützstruktur die Form einer offenporigen Schwammstruktur 130 an. Die offenporige Schwammstruktur 130 weist hier eine Vielzahl an Poren auf, wobei die Poren eine Größenverteilung über einen Bereich mit unterschiedlichen Größen der Poren aufweist. Vorzugsweise umfasst die offenporige Schwammstruktur 130 einen Polyurethanschaum, einen Kohlenstoffschaum oder ein Aerogel. Andere geeignete Materialien sind jedoch denkbar. Die offenporige Schwammstruktur 130 verfügt hierbei über Poren, welche eine Wandstärke aufweisen, die sowohl geringer ist die Breite b als auch der Abstand a der Stege 120.
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In 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung der vorgeschlagenen Photoresiststruktur 110 dargestellt. Hierzu wird jeweils ein Querschnitt durch die eingesetzten Strukturen dargestellt.
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2a) zeigt schematisch das Bereitstellen einer offenporigen Schwammstruktur 130 gemäß Schritt a) des vorliegenden Verfahrens. Wie bereits erwähnt, wird hierzu vorzugsweise ein Polyurethanschaum, ein Kohlenstoffschaum oder ein Aerogel eingesetzt. Die offenporige Schwammstruktur 130 ist vorzugsweise auf ein Substrat 114 aufgebracht.
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2b) zeigt schematisch das Einbringen eines in einem Lösungsmittel versehenen, flüssigen Photoresistmaterials 132 in die offenporige Schwammstruktur 130 gemäß Schritt b) des vorliegenden Verfahrens. Vorzugsweise erfolgt hierbei das Einbringen des flüssigen Photoresistmaterials 132 in die offenporige Schwammstruktur 130 unter Anwendung eines Vakuums oder von Druck, insbesondere um eine möglichst blasenfreie Befüllung und Tränkung der offenporigen Schwammstruktur 130 mit dem flüssigen Photoresistmaterial 132 zu erreichen. Als negatives Photoresistmaterial können Methylmethacrylate oder Epoxidharze, wie zum Beispiel SU8, eingesetzt werden; als Lösungsmittel dient hierbei insbesondere γ-Butyrolacton.
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2c) zeigt schematisch das Austrieben des Lösungsmittels aus dem flüssigen Photoresistmaterial 132 gemäß Schritt c) des vorliegenden Verfahrens. Hierbei wird, insbesondere durch Anwendung einer thermischen Behandlung 134, das Lösungsmittel zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus dem flüssigen Photoresistmaterial 132 ausgetrieben. Hierdurch wird ein zwar festes, aber lösbares, vorzugsweise leicht lösbares, Photoresistmaterial 136 erhalten.
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2d) zeigt schematisch das Bestahlen von Bereichen, in welchen die die offenporige Schwammstruktur 130 mit dem festen, aber lösbaren Photoresistmaterial 136 getränkt ist, gemäß Schritt d) des vorliegenden Verfahrens. Das Bestrahlen erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels Röntgenstrahlung 138, welche durch eine Maske 140 hindurch die mit dem festen, aber lösbaren Photoresistmaterial 136 getränkte offenporige Schwammstruktur 130 beaufschlagt.
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Wie aus 2e) hervorgeht, wird in den so bestrahlten Bereichen das Photoresistmaterial unter Wärmebehandlung derart ausgehärtet, dass die Mikrostrukturen 112 derart erzeugt werden, dass sich in den Zwischenräumen 118 zwischen den Mikrostrukturen 112 die Stützstruktur 126 ausbildet, welche in Form der statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur 128, insbesondere als offenporige Schwammstruktur 130, vorliegt. Die nicht bestrahlten Bereiche des Photoresistmaterials werden gemäß Schritt e) des vorliegenden Verfahrens durch nasschemische Entwicklung 142 entfernt.
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Nach der nasschemischen Entwicklung 142 kann ein Trocknungsvorgang 144 der erhaltenen Photoresiststruktur 110 erfolgen. Der Trocknungsvorgang 144 kann vorzugsweise durch einfaches Stehenlassen der Photoresiststruktur 110 erzielt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine gesonderte thermische Behandlung der Photoresiststruktur 110 vorgenommen werden. Unabhängig von der Art des Trocknungsvorgangs 144 stützt hierbei die Stützstruktur 126, welche in Form der statistisch verteilten, dünnwandigen Struktur 128, insbesondere als offenporige Schwammstruktur 130, vorliegt, die Wände der Mikrostrukturen 112 während des Trocknungsvorgangs 144 derart, dass möglichst keine Schäden an den Mikrostrukturen 112, etwa durch Verbiegen oder Brechen einzelner oder mehrerer Mikrostrukturen 112 in der Photoresiststruktur 110, auftreten.
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Erste durchgeführte Versuche konnten die Funktionsweise des vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens bestätigen. Hierbei konnten Photoresiststrukturen 110, welche über Mikrostrukturen 112 mit einer Breite b = 30 μm und einer Höhe h = 3000 μm verfügen, gefertigt werden, welche nach dem Trocknungsvorgang 144 weitgehend unbeschädigt waren. Die genannten Werte entsprechen hierbei einem Aspektverhältnis A = b/h = 100. Die auf diese Weise hergestellten Mikrostrukturen 112 konnten in den Aufnahmen in 3, welche mittels Rasterelektronenmikroskopie (3a) bzw. Mikro-Computertomographie (3b) vorgenommen wurde, beobachtet werden. In 3a sind Fingerstrukturen innerhalb der offenporigen Schwammstruktur 130 zu erkennen, welche jeweils in einem benachbarten Feld als Negativ abgebildet sind. 3c zeigt schließlich eine dreidimensionale Rekonstruktion der Mikro-Computertomographie-Aufnahme aus 3b.
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Die in den 1 und 2e) dargestellte Photoresiststruktur 110 eignet sich aufgrund ihres hohen Aspektverhältnisses A = h/b und ihrer hohen Formtreue insbesondere für eine Verwendung als Röntgenprismenlinse oder als Röntgengitter.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Photoresiststruktur
- 112
- Mikrostruktur
- 114
- Substrat
- 116
- ausgehärtetes Photoresistmaterial
- 118
- Zwischenraum
- 120
- Steg
- 122
- Stegspalte
- 124
- Querschnitt
- 126
- Stützstruktur
- 128
- statistisch verteilte, dünnwandige Struktur
- 130
- offenporige Schwammstruktur
- 132
- flüssiges Photoresistmaterial
- 134
- thermische Behandlung
- 136
- festes, aber lösbares Photoresistmaterial
- 138
- Röntgenstrahlung
- 140
- Maske
- 142
- nasschemische Entwicklung
- 144
- Trocknungsvorgang
