DE10326223B4 - Verfahren zur Strukturierung dünner Schichten mittels optischer Lithographie und Anordnung zur Durchführung der optischen Lithographie - Google Patents

Verfahren zur Strukturierung dünner Schichten mittels optischer Lithographie und Anordnung zur Durchführung der optischen Lithographie Download PDF

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    • G03F7/70408Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect

Abstract

Verfahren zur Strukturierung dünner Schichten mittels optischer Lithographie, bei dem in der Schicht mittels evaneszenter Felder Bereiche mit einer höheren Löslichkeit des Schichtmaterials erzeugt werden, anschließend die Bereiche entwickelt und herausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur strukturabbildenden Erhöhung der Löslichkeit die dünne Schicht (6) mit einem optischen Element in Kontakt gebracht wird, in dem sichtbares oder ultraviolettes Licht (3) mittels periodischer Totalreflexion (4) oder als einzelne Mode geführt wird, wobei sich in der dünnen Schicht (6) strukturgemäß die evaneszenten Felder (5) ausbilden, die die dünnen Schichten (6) durchdringen, womit eine auf die Ausdehnung des oder der evaneszenten Feldes(er) (5) begrenzte erhöhte Löslichkeit des Schichtmaterials in der dünnen Schicht (6) hervorgerufen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung dünner Schichten mittels optischer Lithographie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung der optischen Lithographie.
  • Mikrostrukturen in dünnen Schichten spielen in der Halbleitertechnik, Mikrosystemtechnik und Sensortechnik eine wichtige Rolle. Zur Strukturierung werden häufig photolithographische Verfahren eingesetzt. Als Photolack bzw. Photoresist haben sich u. a. Polymethylmethacrylate (PMMA) bewährt. Im Fall des Positivresists wird die unterschiedliche Löslichkeit zwischen belichteten und unbelichteten Resists für die Strukturbildung genutzt. Der belichtete Teil des Resists erfährt durch Umwandlung von unpolaren Gruppen in polarere Gruppen eine erhöhte Löslichkeit. Im Gegensatz dazu wird beim Negativresist eine Reduzierung der Löslichkeit des belichteten Teils bewirkt. In beiden Fällen werden die Bereiche mit höherer Löslichkeit durch Entwickler herausgelöst. Die Belichtung des Photoresists mit Licht geschieht üblicherweise über eine spezielle Maske oder maskenlos mit Elektronenstrahlen im Ultrahochvakuum.
  • In der Literatur werden verschiedene Verfahren und Anordnungen zur lithographischen Strukturierung beschrieben. In vielen Fällen beziehen sich die Arbeiten auf die Herstellung geeigneter Masken und auf eine Verbesserung der chemischen Nachbehandlung zur Herausarbeitung der Struktur. Die optische Lithographie mittels Maske wird in dem Journal Vacuum Science Technology B 17 (1999) auf den Seiten 334 bis 344 und im gleichen Journal Bd. 16 (1998) auf den Seiten 3315 bis 3321 beschrieben. Die Herstellung der Maske ist zwar teuer, jedoch lassen sich damit große Stückzahlen strukturierter Schichten schnell und preiswert herstellen. Allerdings wird die Struktur mit der Maske festgelegt. Eine nachträgliche Variation der Struktur ist nicht möglich. Zudem schränken optische Abbildungsfehler und sehr dicke Schichten die Strukturierung ein. In dem Journal Micromechanics and Microengineering 13 (2003) wird auf den Seiten 18 bis 25 ebenfalls ein Verfahren zur maskenlosen optischen Lithographie mittels eines Arrays sehr kleiner, beweglicher Spiegel beschrieben. Mit dem Verfahren werden strukturierte Oberfläche hergestellt, die für eine nachfolgende Anbindung von Proteinen eingesetzt werden können.
  • In den Schriften DE 101 20 675 A1 , DE 100 54 121 A1 und DE 101 20 673 A1 werden Verfahren der optischen Lithographie beschrieben in dem mit speziellen chemischen Modifikationen des Photolacks eine deutliche Verbesserung der Struktureigenschaften erzielt werden können. Die Verfahren nutzen eine Maske zur Belichtung. In der Schrift DE 100 59 836 A1 wird ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung strukturierter dielektrischer Schichten beschrieben. Über eine Maske wird ein Polymer abgeschieden und durch einen nachfolgenden Ätzschritt wird selektiv das Strukturprofil herausgelöst.
  • Die Strukturierung dünner Schichten ohne Maske durch einen Elektronenstrahl wird in dem Journal Microelectronic Engineering 23 (1994) auf den Seiten 287 bis 290 dargestellt. Das Verfahren ist wegen des apparativen Aufwands vergleichsweise teuer und nur für kleine Stückzahlen geeignet. In dem Journal Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 161–163 (2000) wird auf den Seiten 83 bis 89 die Herstellung von Strukturen in dicken Schichten mittels Ionenstrahl lithographie beschrieben. Ein ähnliches Verfahren wird in dem Journal Applied Surface Science 55 (1992) auf den Seiten 105 bis 115 für die Strukturierung von Polyvinylchlorid und PMMA eingesetzt. Obgleich die Ionenstrahllithographie ebenfalls ein maskenloses Verfahren ist, besitzt sie wegen des hohen apparativen Aufwandes und der starken Wechselwirkungen zwischen dem Ionenstrahl und der zu strukturierenden Schicht nur begrenzte Anwendbarkeit.
  • Aus der US 6 569 575 B1 ist ein Verfahren zur optischen Lithographie bekannt, das zur Verbesserung der Feinheit der Struktur eine Wellenlänge unterhalb des verwendeten Lichtes verwendet. Dazu werden spezielle elastomere Masken in denen die zu erzielende Oberflächenstruktur aufgeprägt ist verwendet. Es wird kein Verfahren zur Strukturierung mittels evaneszenten Feldes bzw. zur Erzielung beliebiger Strukturen beschrieben.
  • In der Schrift JP 2000-021770 A wird ein Verfahren zur Strukturierung von dünnen Schichten mittels eines evaneszenten Feldes beschrieben. Für die Einbringung der Struktur wird ein spezielles optisches Mittel, eine sogenannte Belichtungsmaske benötigt, mit der die herzustellende Struktur festlegt wird. Es wird kein Verfahren und keine Anordnung zur Strukturierung einer beliebigen Struktur jeweils mit dem gleichen optischen Element beschrieben.
  • In der US 6 671 034 B1 wird eine Verfahren zur optischen Lithographie beschrieben, mit dem sich zweidimensionale Strukturen herstellen lassen. Erforderlich ist ein spezielles optisch transparentes Mittel (Belichtungsmaske), dass das Licht an die zu strukturierende Stellen führt. Wird die zu strukturierende Schicht mit dem optischen Mittel in Kontakt gebracht oder befinden sie sich in unmittelbarer Nähe dazu, kann dadurch das sich ausbreitende evaneszente Feld eine Struktur in die Schicht eingebracht werden. Damit wird eine Verfahren beschrieben, bei dem die Struktur durch das spezielle optische Mittel festgelegt ist. In der Schrift werden eine Reihe von Ausführungsbeispielen zur Herstellung dieses optischen Mittels angegeben.
  • Die US 6 238 826 B1 behandelt ein Verfahren der optischen Lithographie mittels Belichtung durch optische Nahfelder. Es wird kein Verfahren zur Strukturierung mittels evaneszenten Feldes bzw. zur Erzielung beliebiger Strukturen beschrieben.
  • In der US 2002/0 102 475 A1 wird die Herstellung von photovernetzbaren Filmen mit einer Schichtdicke behandelt, die im Bereich der Eindringtiefe des evaneszenten Feldes liegt. Es wird kein Verfahren zur Strukturierung beschrieben.
  • In der US 2001/0003042 A1 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem sich biochemische Informationen von Arrays durch das evaneszente Feld von in Lichtwellenleitern geführtem Licht lesen lassen. Die Schrift beschreibt kein Verfahren, wie Strukturen in Arrays hergestellt werden können. Das evaneszente Feld dient lediglich dem Informationsabgriff und nicht der Herstellung von Arrays.
  • In der JP 07-106229 A wird ebenfalls ein Verfahren zur optischen Lithographie mittels evaneszenter Felder beschrieben. Das Verfahren nutzt das Nahfeld eines aus einem sehr feinen Lichtwellenleiter austretenden Lichtes. Strukturen werden durch ein Führen des Lichtwellenleiters über der zu strukturierenden Fläche erzeugt. Flächenhafte Strukturen lassen sich nicht durch gleichzeitiges Belichten der Fläche erzeugen. Ebenso sind die Dimensionen der Struktur durch die Geometrie und Durchmesser des Lichtweilenleiters vorgegeben und können nicht verändert werden. Die Strukturierung beruht nicht auf dem evaneszenten Feld von totalreflektiertem Licht.
  • Mikrostrukturierte Schichten, die sich dadurch auszeichnen, dass sehr kleine, meist nur wenige Mikrometer große Gräben oder Poren regelmäßig angeordnet sind, werden vorzugsweise in der biochemischen Sensorik, der Mikrosystemtechnik aber auch als Membran zum Trennen von flüssigen oder gasförmigen Gemischen eingesetzt. Insbesondere für die Herstellung von Bio-Chips sind solche regelmäßig strukturierten Schichten erforderlich. Üblicherweise werden die biorezeptiven Moleküle in Form eines Arrays angeordnet. Dadurch erreicht man eine eindeutige und reproduzierbare Anordnung, die eine exakte Zuordnung der biochemischen Wechselwirkungen zwischen dem Rezeptor und Analyt gewährleistet. Für die arrayhafte Anordnung wurden verschiedene Techniken entwickelt die zum Teil auch breite Anwendung erfahren haben. Bei dem Spotten werden viele Moleküle, z. B. Oligonukleotide und Proteine, auf eine kleine Fläche mit typischerweise 50–200 μm Durchmesser auf Substrate aufgedruckt. Für bestimmte biorezeptive Komponenten ist diese Technik aber nicht geeignet, da durch den Spotter-Prozess die Funktion oder Aktivität der Biomoleküle beeinträchtigt oder gänzlich zerstört wird. Zu dieser Klasse gehören z. B. Ionenkanäle. Ionenkanäle sind transmembrane Proteine, die ausgelöst durch bestimmte Stoffe oder Konzentrationen, einen Ionenstrom über die Zellmembran steuern. Für technische Anwendungen der Ionenkanäle, beispielsweise als Sensor, müssen die Kanäle von einer Lipiddoppelschicht, ähnlich wie in ihrer natürlichen Umgebung der Zellmembran, umgeben sein. Diese Lipiddoppelschicht wird zweckmäßigerweise in Poren einer dünnen Schicht eingespannt. Um die Ausbildung einer stabilen Lipiddoppelschicht zu gewährleisten, müssen die Poren Durchmesser zwischen etwa 1 und 10 μm aufweisen. Für die Herstellung bieten sich insbesondere sehr dünne Polymerschichten an, in die sich lithographisch die Strukturen einbringen lassen. Ein typischer Vertreter ist das PMMA, in das üblicherweise mittels optischer oder Elektronenstrahllithographie Strukturen eingebracht werden. Für die optische Lithographie sind Masken erforderlich die eine Beleuchtung der nicht abzutragenden Gebiete des Polymers verhindern. Dieses Verfahren ist in der Durchführung einfach. Nachteilig sind hingehen die hohen Kosten für die Herstellung der Maske und die damit verbundene Festlegung auf eine Struktur. Im Unterschied hierzu bieten maskenlose Verfahren wie die Elektronenstrahllithographie den Vorteil einer hohen Variabilität. Im Ultrahochvakuum wird die Polymerschicht mit einem fein fokusierten Elektronenstrahl bestrahlt. Die Struktur kann durch eine elektromagnetische Ablenkung des Elektronenstrahls frei gewählt werden. Nachteilig sind der hohe Aufwand und lange Strukturierungszeiten. Weiterhin zeigte sich, dass Polymerschichten auf dünnen Metallfilmen sich mit der Elektronenstrahllithographie nur unzureichend strukturieren lassen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, womit die Strukturierung einer Schicht mittels optischer Lithographie erfolgen kann und sich eine regelmäßige Ausbildung von Poren und Gräben in dünnen Schichten, insbesondere einer dünnen Polymer- oder Resistschicht, erzeugen lässt.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass zur Erhöhung der Löslichkeit die dünne Schicht mit einem optischen Element in Kontakt gebracht wird, in dem sichtbares oder ultraviolettes Licht mittels periodischer Totalreflexion oder als einzelne Mode geführt wird, wobei sich in der dünnen Schicht strukturgemäß evaneszente Felder ausbilden, die die dünne Schicht durchdringen, womit eine auf die Ausdehnung des evaneszenten Feldes begrenzte erhöhte Löslichkeit in der dünnen Schicht hervorgerufen wird.
  • Gemäß dem Verfahren durchdringt das evaneszente Feld in einem abgegrenzten Bereich das optische dünnere Medium. Damit lässt sich eine maskenlose Strukturierung regelmäßig angeordneter Strukturelemente wie zum Beispiel Poren und Gräben in optisch strukturierbaren Schichten erzielen. Voraussetzung ist, dass die zu strukturierende Schicht sehr dünn ist und unmittelbaren Kontakt zu dem evaneszenten Feld aufweist. Das evaneszente Feld fällt sehr stark mit zunehmendem Abstand von der optischen Grenzfläche ab. Die Eindringtiefe des evaneszenten Feldes ist definiert als der 1/e-Abfall der Feldstärke. Für kurzwelliges Licht mit einer Wellenlänge von 300 nm, nahe dem Grenzwinkel der Totalreflexion beträgt die Eindringtiefe dein ≈ 260 nm. Damit lassen sich zum Beispiel dünne Polymerfilme strukturieren.
  • Die laterale Ausdehnung (D) des evaneszenten Feldes und damit der Strukturen lässt sich je nach Einfallswinkel des Lichtes zwischen 1 und 5 μm wählen.
  • Vorteilhaft wird als optisches Element ein optischer Wellenleiter verwendet, dessen Orte der Totalreflexion evaneszente Felder in einer Reihe auf der dünnen Schicht erzeugen. Bei einer Verwendung von mehreren optischen Wellenleitern erzeugen die Orte der Totalreflexion evaneszente Felder in einem Raster auf der dünnen Schicht.
  • Es kann auch von Vorteil sein, als optisches Element einen optischen Wellenleiter zu verwenden, der nur eine einzelne Mode führt, so dass sich um den Wellenleiter kontinuierlich das evaneszente Feld ausbildet und entlang des Wellenleiters eine durchgehende erhöhte Löslichkeit erreicht wird. Damit lassen sich Gräben in der dünnen Schicht erzeugen.
  • Als optisches Element kann auch ein optisches Mittel verwendet werden, welches nur einen Ort der Totalreflexion aufweist, so dass nur an einer Stelle die dünne Schicht von einem evaneszenten Feld durchdrungen wird. Um eine strukturgemäße erhöhte Löslichkeit in der Schicht zu erzeugen, wird die Schicht mit dem optischen Mittel abgetastet.
  • Die erhöhte Löslichkeit in der Schicht wird durch eine Parameterwahl, bezüglich Wellenlänge und Intensität des Lichtes oder durch die Zeit der Beleuchtung beeinflusst.
  • Durch das nachfolgende Herauslösen der Bereiche mittels chemischer Entwickler wird schließlich die dreidimensionale Struktur freigelegt.
  • Die Elemente der dreidimensionalen Struktur wie Poren und/oder Gräben weisen Abmessungen von einigen hundert Nanometern bis wenigen Mikrometern auf. Der Abstand zwischen den Poren und/oder Gräben liegt zwischen 10 und 500 Mikrometer.
  • Vorteilhaft wird beim in Kontakt bringen der dünnen Schicht mit dem optischen Wellenleiter die dünne Schicht durch eine funktionale Schicht und/oder einen Träger gehalten, so dass die Handhabung der dünnen Schicht erleichtert wird.
  • In den optischen Wellenleiter wird Licht in Form eines feinen, parallelen Lichtstrahls eingekoppelt. Vorteilhaft wird von beiden Endflächen des optischen Wellenleiters gleichzeitig Licht mit dem gleichen oder einem unterschiedlichen Einkoppelwinkel in den optischen Wellenleiter eingekoppelt.
  • Weiterhin vorteilhaft wird ein optischer Wellenleiter verwendet, der mit einer 5 bis 20 Nanometer dicken, für das Licht transparenten Metallschicht überzogen ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Anordnung in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 10 genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass entlang der optisch wirksamen Grenzfläche des optischen Elementes wenigstens eine Auflagefläche vorgesehen ist, mit der die dünne Schicht flächig kontaktiert wird.
  • Als optisches Element werden optische Wellenleiter in einer Ebene regelmäßig und fest zu einander angeordnet. In den einzelnen optischen Wellenleitem kann sichtbares oder ultraviolettes Licht mittels periodischer Totalreflexion und/oder als einzelne Mode geführt werden. Damit lassen sich Poren neben Gräben in beliebigen Kombinationen erzeugen.
  • Die Anordnung der optischen Wellenleiter erfolgt in Abständen von 5 bis 500 μm unter Ausbildung einer ebenen Oberfläche.
  • Von Vorteil ist die Verwendung des optischen Wellenleiters in Form eines rechteckigen oder elliptischen Profils, so dass das Licht an den planen Seiten durch periodische Totalreflexion geführt wird. Die Wellenleiter bestehen aus hochbrechendem optisch transparentem Material und sind chemisch und physikalisch beständig.
  • Vorteilhaft ist der Winkel zur Einkopplung des Lichtes in den optischen Wellenleiter einstellbar, womit die Anzahl der Totalreflexionen und der Abstand zwischen den Punkten der Totalreflexionen veränderbar ist. Damit lässt sich beispielsweise der Abstand der Poren in einer Reihe festlegen.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung lassen sich die optischen Wellenleiter zur Einkopplung des Lichtes einzeln ansteuern. Eine andere Möglichkeit besteht durch Anordnung von Mitteln zur Einstellung der Abstände zwischen den Wellenleitern. Auf diese Weise wird beispielsweise der Abstand zwischen den Reihe festgelegt.
  • Für die Herstellung eines Grabens wird ein optischer Wellenleiter verwendet, der einen Durchmesser zwischen 10 und 20 μm aufweist, so dass nur noch eine Mode geführt werden kann und dass sich um den Wellenleiter ausbreitende evaneszente Feld die dünne Schicht in der späteren Form des Grabens durchdringt.
  • Von Vorteil ist es, wenn entlang der Mantelfläche des optischen Wellenleiters zwei gegenüberliegende von den Wellenleitem getrennte Auflageflächen zur Kontaktierung mit jeweils einer dünnen Schicht vorgesehen sind. Damit lässt sich die Effektivität des Verfahrens deutlich steigern.
  • Es ist auf die Verwendung von optischen Elementen möglich, bei denen nur eine Totalreflexion auftritt. Durch ein Bewegen des optischen Elementes und/oder der Schicht lassen sich beliebige Strukturen erzielen. Als vorteilhafte Ausführung können optische Objektive für die evaneszent Feld Anregung von Fluoreszenzlicht eingesetzt werden. Der feine Lichtstrahl wird über eine Linse in den Halbzylinder eingekoppelt. Die Schicht hat unmittelbaren Kontakt zu der planen Fläche des Halbzylinders, so dass das evaneszente Feld die Schicht durchdringen kann.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass dünne Schichten ohne Maske mittels optischer Lithographie strukturiert werden können. Ein optisch-abbildendes System ist nicht erforderlich. Weiterhin ist die Variation der Abstände zwischen den Strukturelementen einfach und ohne Hilfsmittel wählbar.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • 2 einen Detailausschnitt der Totalreflexion (4) des im Wellenleiter (1) geführten Lichtes (3)
  • 3 eine schematische Darstellung, wie mit einem unterschiedlichen Einkoppelwinkel die Abstände zwischen den Orten der Totalreflexion verändert werden können
  • 4 eine erfindungsgemäße Ausführung
  • 5 eine erfindungsgemäße Ausführung zur Herstellung von kanalartigen Strukturen
  • 6 eine erfindungsgemäße Ausführung zur Herstellung beliebiger Strukturen
  • In der 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung schematisch dargestellt, in der gezeigt wird wie die Wellenleiter 1 zueinander und zu der Schicht 6 angeordnet sind. Das von der Lichtquelle 8 erzeugte Licht wird in geeigneter Weise mit Hilfe von Linsen und einer Blende 9 zu einem feinen, parallelen Lichtstrahl gebündelt und an den Endflächen der Wellenleiter 1 eingekoppelt. Es ist möglich, gleichzeitig von beiden Seiten Licht 3 einzukoppeln. Das kann mit dem gleichen Winkel oder mit unterschiedlichen Winkeln geschehen. Durch den schrägen Anschliff der Wellenleiter 1 wird der feine Lichtstrahl 3 nahezu senkrecht eingekoppelt, wodurch nur geringe Verluste durch Reflexion entstehen. Die Wellenleiter 1 haben eine Dicke von mindestens 0,2 mm, so dass das Licht 3 durch periodische Totalreflexion 4 geführt wird. Jeder Wellenleiter 1 dient zum Strukturieren einer Zeile der arrayhaften Mikrostruktur in der Schicht 6.
  • 2 zeigt einen Detailausschnitt, der die Totalreflexion des im Wellenleiter 1 geführten Lichtes 3 und die Ausbildung des evaneszenten Feldes 5 darstellt. Das Licht 3 trifft unter den Bedingungen der Totalreflexion mit dem Winkel β auf die Schicht 6, so dass sich das evaneszente Feld 5 mit der Strecke D in dieser Schicht ausbreitet. Das evaneszente Feld 5 ist entlang der Wellenleiteroberfläche in seiner Ausdehnung begrenzt. Senkrecht zu der optischen Grenzfläche fällt die Intensität des Feldes sehr rasch ab. Die zu strukturierende Schicht 6 muss besser sollte? deshalb so dünn sein, dass sie vollständig von dem evaneszenten Feld 5 durchdrungen werden kann.
  • 3 zeigt schematisch, wie mit einem unterschiedlichen Einkoppelwinkel die Anzahl der Totalreflexionen 4 und damit die Abstände der zur Strukturierung der Schicht 6 erforderlichen evaneszenten Felder 5 verändert werden können. Je flacher das geführte Licht 3 einfällt, um so weniger Totalreflexionen 5 treten in dem Wellenleiter 1 auf. Dadurch wird der Abstand zwischen den einzelnen Mikrostrukturen vergrößert. Steilere Einfallswinkel des geführten Lichtes 3 führen andererseits zu kürzeren Abständen zwischen den Mikrostrukturen. Dies kann auch erreicht werden, indem von beiden Seiten Licht 3 mit unterschiedlichen Winkeln in die Wellenleiter 1 eingekoppelt wird.
  • 4 gibt eine erfindungsgemäße Ausführung wieder, wobei optische Fasern als Wellenleiter 1 zusammen mit einer Matrix 2 zu einer einheitlichen Fläche zusammen gebracht wurden, mit der sich in der Schicht 6 Arraystrukturen einbringen lassen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der einfachen Herstellung. Dafür können herkömmliche optische Fasern eingesetzt werden. Die Fasern werden in geeigneter Weise zusammen gebracht und nachträglich einer Oberflächenbearbeitung unterzogen. Dadurch entsteht eine einheitliche und ebene Oberfläche, wobei die Fasern ein elliptisches Querschnittsprofil aufweisen.
  • In der 5 ist eine erfindungsgemäße Ausführung zur Herstellung von kanalartigen Strukturen dargestellt, wobei die Wellenleiter 1 einen so kleinen Durchmesser aufweisen, dass nur noch eine Lichtmode geführt. Das sich um den Wellenleiter ausbreitende evaneszente Feld 5 der geführten Mode durchdringt die Schicht 6 in ähnlicher Weise wie bei der Totalreflexion. Damit lassen sich Kanäle hervorbringen, die der Richtung der Monomodefaser folgen.
  • In der 6 ist eine erfindungsgemäße Ausführung dargestellt, wobei eine nur eine Totalreflexion in dem optischen Element auftritt. Das Licht 3 wird als feiner Strahl über eine Linse 11 in das den Halbzylinder 10 eingekoppelt. Der Vorteil dieser Anordnung besteht in der Erzielung einer variablen Struktur, durch ein Bewegen des optischen Elements über der Schicht 6. Damit lassen sich sowohl einzelne Poren als auch Gräben und Kanäle hervorbringen.
  • 1
    optischer Wellenleiter
    2
    Matrix
    3
    geführtes Licht
    4
    Totalreflexion des Lichtes
    5
    evaneszentes Feld
    6
    dünne Schicht
    7
    Träger
    8
    Lichtquelle
    9
    Blende
    10
    Halbzylinder
    11
    Linse

Claims (19)

  1. Verfahren zur Strukturierung dünner Schichten mittels optischer Lithographie, bei dem in der Schicht mittels evaneszenter Felder Bereiche mit einer höheren Löslichkeit des Schichtmaterials erzeugt werden, anschließend die Bereiche entwickelt und herausgelöst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur strukturabbildenden Erhöhung der Löslichkeit die dünne Schicht (6) mit einem optischen Element in Kontakt gebracht wird, in dem sichtbares oder ultraviolettes Licht (3) mittels periodischer Totalreflexion (4) oder als einzelne Mode geführt wird, wobei sich in der dünnen Schicht (6) strukturgemäß die evaneszenten Felder (5) ausbilden, die die dünnen Schichten (6) durchdringen, womit eine auf die Ausdehnung des oder der evaneszenten Feldes(er) (5) begrenzte erhöhte Löslichkeit des Schichtmaterials in der dünnen Schicht (6) hervorgerufen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Element ein optischer Wellenleiter (1) verwendet wird, dessen Orte der Totalreflexion (4) evaneszente Felder (5) in einer Reihe auf der dünnen Schicht (6) erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere optische Wellenleiter (1) verwendet werden, deren Orte der Totalreflexion (4) evaneszente Felder (5) in einem Raster auf der dünnen Schicht (6) erzeugen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Element ein optischer Wellenleiter (1) verwendet wird, der eine einzelne Mode führt, so dass sich um den Wellenleiter kontinuierlich das evaneszente Feld (5) ausbildet und entlang des Wellenleiters zu einer durchgehenden erhöhten Löslichkeit des Schichtmaterials in der dünnen Schicht (6) führt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erhöhte Löslichkeit in der dünnen Schicht (6) durch eine Parameterwahl, bezüglich Wellenlänge und Intensität des Lichtes oder durch die Zeit der Beleuchtung beeinflusst wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das nachfolgende Herauslösen der Bereiche mittels chemischer Entwickler eine dreidimensionale Struktur freigelegt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente der Struktur wie Poren und/oder Gräben Abmessungen von einigen hundert Nanometern bis wenigen Mikrometern aufweisen und der Abstand zwischen den Poren und/oder Gräben zwischen 10 und 500 Mikrometer liegt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim in Kontakt bringen der dünnen Schicht (6) mit dem optischen Element die dünnen Schichten (6) durch eine funktionale Schicht und/oder einen Träger (7) gehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Endflächen des optischen Wellenleiters (1) gleichzeitig Licht mit dem gleichen oder einem unterschiedlichen Einkoppelwinkel in den optischen Wellenleiter eingekoppelt wird.
  10. Anordnung zur Durchführung der optischen Lithographie zur Erzeugung einer Struktur in Schichten, bestehend aus einem optischen Element und Einkoppelmitteln, mit denen sichtbares oder ultraviolettes Licht in das optische Element eingekoppelt wird, wobei das Licht im optischen Element mittels periodischer Totalreflexion (4) oder als einzelne Mode geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der optische wirksamen Grenzfläche des optischen Elementes wenigstens eine Auflagefläche vorgesehen ist, mit der die dünne Schicht (6) flächig kontaktiert wird.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Element mehrere optische Wellenleiter (1) vorgesehen sind, die in einer Ebene regelmäßig und fest zu einander angeordnet sind.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Wellenleiter (1) in Abständen von 5 bis 500 μm angeordnet sind.
  13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Wellenleiter (1) ein rechteckiges oder elliptisches Querschnittsprofil aufweisen.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter (1) aus hochbrechendem optisch transparentem Material bestehen.
  15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zur Einkopplung des Lichtes (3) in den optischen Wellenleiter (1) einstellbar ist.
  16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Wellenleiter (1) zur Einkopplung des Lichtes (3) einzeln ansteuerbar sind und/oder Einstellmittel zur Einstellung der Abstände zwischen den optischen Wellenleitern (1) vorgesehen sind.
  17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenleiter einen Durchmesser von zwischen 10 und 20 μm aufweisen, so dass nur noch eine Mode geführt werden kann und das sich um den Wellenleiter ausbreitende evaneszente Feld (5) die dünne Schicht (6) in Form eines Kanals durchdringt.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wellenleiter mit einer 5 bis 20 Nanometer dicken, für das Licht transparenten Metallschicht überzogen ist.
  19. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Mantelfläche des optischen Wellenleiters (1) zwei gegenüberliegende von den Wellenleitern getrennte Auflageflächen zur Kontaktierung mit jeweils einer dünnen Schicht vorgesehen sind.
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