DE19502624A1 - Mask for three-dimensional structuring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Maske zur 3D-Strukturierung, die eine Vielschichtstruktur aufweist, und einem Verfahren zu ihrer Herstellung.The invention is based on a mask for 3D structuring, the one Has multilayer structure, and a method for their production.
Die Entwicklung in den letzten Jahren auf den Gebieten Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik erfordert die Herstellung von 3D-Strukturen mit immer kleineren Abmessungen.The development in recent years in the fields of microelectronics, Micromechanics and micro-optics require the production of 3D structures ever smaller dimensions.
Bei dem 3D-Strukturieren mit Mehrfachmasken, wie in OPTICAL ENGINEERING, Nov. 1994, Vol. 33, No. 11, pp. 3537 beschrieben, bei dem bis zu 32 unterschiedliche, der konkreten Struktur des optischen Bauelements immer weiter angenäherte Maskenniveaus erzeugt werden, erweisen sich die Verfahren für die Maskenherstellung bzw. für die Übertragung der Maskenstruktur in das zu strukturierende Substrat als zum Teil sehr aufwendig und komplex. Weniger aufwendig sind Verfahren, um 3D- Strukturen mit Grautonmasken herzustellen. Zu den Grauton-Masken gehören konventionell photographisch hergestellte Filme oder Diapositive. In APPLIED OPTICS, 1 October 1990, Vol. 29, No. 28, pp. 4260 ist die Herstellung einer Photomaske mit einem stufenähnlichen Muster beschrieben, deren Grauskala transparent bis undurchlässig ist. Bei Chrommasken, die ebenfalls den Grauton-Masken zugeordnet werden, wird die Transparenzänderung durch die Variation von Mikrolöchern und deren konkrete Anordnung erreicht (Proc. of Micro System Technologies, pp. 209, 1994; Microelectronic Engineering 23 (1994), pp. 449). Nachteilig bei den mittels Grautonmasken erzeugten 3D-Strukturen ist die technologisch bedingte untere Auflösungsgrenze (0,5 bis 1 µm) der zu erzeugenden Strukturen und die hohe Oberflächenrauhigkeit (< 20 nm) zu nennen.With 3D structuring with multiple masks, as in OPTICAL ENGINEERING, Nov. 1994, Vol. 33, No. 11, pp. 3537, in which up to 32 different, the concrete structure of the optical component ever closer Mask levels are generated, the methods for mask production prove or for the transfer of the mask structure into the substrate to be structured as sometimes very complex and complex. Processes for 3D Create structures with grayscale masks. The grayscale masks include conventionally photographically produced films or slides. In APPLIED OPTICS, October 1, 1990, Vol. 29, No. 28, pp. 4260 is the manufacture of a Photo mask described with a step-like pattern, its gray scale is transparent to impermeable. For chrome masks, which are also the gray tone masks are assigned, the change in transparency is caused by the variation of Micro holes and their specific arrangement achieved (Proc. Of Micro System Technologies, pp. 209, 1994; Microelectronic Engineering 23 (1994), pp. 449). The disadvantage of the 3D structures generated using gray tone masks is that technological lower resolution limit (0.5 to 1 µm) of those to be generated Structures and the high surface roughness (<20 nm).
In US 4 890 319 ist eine Lithographie-Maske mit einer Schicht für eine π- Phasenverschiebung dargestellt, bei der auf einer Membran ein Dämpfungsgitter - die eigentliche Röntgenstrahlmaske - angeordnet ist und die Phasenverschiebung erzeugt, die einen wesentlich schärferen Intensitätsverlauf als bei bisher üblichen Röntgenstrahlmasken garantiert. Das ermöglicht einerseits einen größeren Abstand zwischen dem Dämpfungsgitter und der Registrierebene bei einer gegebenen minimalen Linienbreite bzw. andererseits bei einem gegebenen Abstand die Erzeugung von kleineren minimalen Linienbreiten. Gleichzeitig ist in o.g. US-Patentschrift in Analogie zu der beschriebenen Lösung eine Maske für optische und UV-Strahlung beschrieben, bei der auf einem transparenten Substrat ein Dämpfungsgifter angeordnet ist, bei dem Material und Dicke des Gitters so auszuwählen sind, daß eine definierte Phasenverschiebung realisierbar ist.US Pat. No. 4,890,319 discloses a lithography mask with a layer for a π- Phase shift shown in which a damping grid on a membrane - the actual X-ray mask - is arranged and generates the phase shift, which have a much sharper course of intensity than in the usual ones X-ray masks guaranteed. On the one hand, this enables a larger distance between the damping grid and the registration level at a given minimum Line width or, on the other hand, the generation of at a given distance smaller minimum line widths. At the same time, in the above US patent in analogy a mask for optical and UV radiation is described for the solution described, in which a damping poison is arranged on a transparent substrate, in which The material and thickness of the grille should be selected so that a defined one Phase shift is realizable.
Die Erfindung geht von dem in IEDM Tech. Digest, 1989, pp. 57 beschriebenen Stand der Technik aus. Danach weist eine Maske eine einfache Vielschichtstruktur auf, bei der ein Photolackgitter phasenverzögernd wirkt, das auf einer Cr-Maske und diese auf einem transparenten Träger angeordnet ist. Die Fläche des die einzelnen Cr-Masken- Punkte bedeckenden Photolacks ist dabei größer als die Flächen dieser Punkte.The invention proceeds from that in IEDM Tech. Digest, 1989, pp. 57 as described of technology. Then a mask has a simple multilayer structure, at which has a photoresist grating with a phase delay, that on a Cr mask and this on a transparent support is arranged. The area of the individual Cr mask Photoresists covering dots are larger than the areas of these dots.
Die Phasenmasken gestatten zwar eine weniger verschliffene Übertragung ihrer Struktur auf das zu strukturierende Substrat, jedoch können mit diesen einfachen Masken keine 3D-Strukturen übertragen werden. Außerdem ist die Größe der zu übertragenden Strukturen mittels Photomasken auf kleine Abmessungen beschränkt, da für die optische Übertragung der Maskenstruktur in das Substrat Kanteneffekte (und in deren Folge Interferenz) maßgeblich sind, die aber bei größeren Strukturen nicht auftreten.The phase masks allow a less smooth transmission of theirs Structure on the substrate to be structured, however, with this simple Masks no 3D structures can be transferred. Besides, the size is too transmitting structures limited to small dimensions by means of photomasks, since for the optical transfer of the mask structure into the substrate edge effects (and in the consequences of which are significant), but not for larger structures occur.
Die Herstellung bekannter Vielschichtstrukturen erfolgt mit Dünnfilmtechniken. Schwierig gestaltet sich hierbei die Kontrolle der optischen Eigenschaften der aufwachsenden Schichten. Deshalb ist es notwendig, geeignete Maßnahmen zur Messung der optischen Eigenschaften der Schichten während des Aufbringens zu ergreifen. In APPLIED OPTICS, Vol. 18, No. 22, pp. 3851 ist eine in situ- Meßmethode beschrieben, mit der die Herstellung einer dielektrischen Vielschichtstruktur überwacht und die optischen Eigenschaften (Transmission) in situ gemessen werden. Auch in Le Vide, le Couches Minces-Suppl´ment au n° 259 (Nov. - Dec. 1991), pp. 44 wird über die genaue Kontrolle der optischen Dicke der Schichten mittels in situ-Meßmethoden während der Herstellung von Vielschichtstrukturen mittels Ionenstrahlsputtern (Ion Beam Sputter Deposition - IBSD) berichtet.Known multilayer structures are manufactured using thin-film techniques. It is difficult to control the optical properties of the growing layers. Therefore, it is necessary to take appropriate measures Measurement of the optical properties of the layers during application seize. In APPLIED OPTICS, Vol. 18, No. 22, pp. 3851 is an in situ Measuring method described with which the production of a dielectric Multi-layer structure monitored and the optical properties (transmission) in situ be measured. Also in Le Vide, le Couches Minces-Suppl´ment au n ° 259 (Nov. - December 1991), pp. 44 is used to precisely control the optical thickness of the layers using in situ measurement methods during the production of multilayer structures reported using ion beam sputter deposition (IBSD).
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine flexibel ihrem Verwendungszweck im Aufbau anpaßbare Maske zur 3D-Strukturierung, die eine weitere Verringerung der Auflösungsgrenze der zu erzeugenden Strukturen gewährleisten soll, und ein Verfahren zu deren Herstellung, das technologisch gut realisierbare und handhabbare Prozeßschritte enthält, anzugeben. It is an object of the invention to flexibly structure its use customizable mask for 3D structuring, which further reduces the To ensure the resolution limit of the structures to be generated, and a method for their manufacture, the technologically feasible and manageable Contains process steps.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß eine Maske zur 3D- Strukturierung der eingangs erwähnten Art als dreidimensionale Amplituden- und/oder Phasenmaske ausgebildet und die Maskenstruktur durch Beeinflussung der Lichtamplitude und/oder der Phase in das zu strukturierende Substrat optisch übertragbar ist.The object of the invention is achieved in that a mask for 3D Structuring of the type mentioned at the beginning as a three-dimensional amplitude and / or Phase mask formed and the mask structure by influencing the Light amplitude and / or the phase into the substrate to be structured optically is transferable.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß auf einem Maskenträger mindestens eine dünne absorptive Schicht und/oder mindestens eine dünne transparente Schicht angeordnet und mindestens die oberste, d. h. die vom Maskenträger entfernteste, Schicht dreidimensional strukturiert ist.In one embodiment it is provided that at least one on a mask carrier thin absorptive layer and / or at least one thin transparent layer arranged and at least the top, d. H. the most distant from the mask wearer, Layer is structured three-dimensionally.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind auf einem Maskenträger eine transparente Schicht und eine dreidimensional strukturierte absorptive Schicht angeordnet, und die Maskenstruktur ist mit nur einer Belichtungswellenlänge durch Beeinflussung sowohl der Lichtamplitude in der absorptiven Schicht als auch der Phase in der transparenten Schicht in das zu strukturierende Substrat optisch übertragbar. Hierbei ist technologisch einfacher realisierbar, die absorptive Schicht auf der auf dem Maskenträger angeordneten transparenten Schicht aufzubringen und zu strukturieren.In one embodiment of the invention, there are transparent ones on a mask carrier Layer and a three-dimensionally structured absorptive layer arranged, and the Mask structure is with only one exposure wavelength by influencing both the light amplitude in the absorptive layer as well as the phase in the transparent Layer optically transferable into the substrate to be structured. Here is technologically easier to implement, the absorptive layer on top of the Applying and structuring the mask carrier arranged transparent layer.
In einer anderen Ausgestaltung ist auf dem Maskenträger eine dreidimensional mikrostrukturierte Schicht angeordnet, und die Maskenstruktur ist mit mindestens zwei unterschiedlichen Belichtungswellenlängen, die die Beeinflussung sowohl der Phase als auch der Amplitude bei Durchgang durch die Schicht garantieren, auf das zu strukturierende Substrat optisch übertragbar. Somit ist die eine Wellenlänge so groß, daß die Schicht für diese Belichtungswellenlänge transparent, und die andere so groß, daß sie für diese absorptiv ist.In another embodiment, one is three-dimensional on the mask carrier arranged microstructured layer, and the mask structure is with at least two different exposure wavelengths that affect both the phase and also guarantee the amplitude when passing through the layer towards that structuring substrate optically transferable. So the one wavelength is so big that the layer is transparent for this exposure wavelength and the other is so large that it is absorptive for this.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß auf einem Maskenträger mehrere absorptive und mehrere transparente Schichten angeordnet sind und die Maskenstruktur durch Beeinflussung sowohl der Lichtamplitude in den absorptiven Schichten als auch der Phase in den transparenten Schichten mit mehreren dem Material der Schichten entsprechenden Belichtungswellenlängen optisch übertragbar ist. Die Verwendung von mehreren Materialien und Wellenlängen gestattet die Schaffung einer Maske mit vielseitigen Optimierungsmöglichkeiten. Die optische Übertragungsfunktion läßt sich zwar auch hier exakt berechnen, diese Rechnungen können aber sehr komplex werden, hinzu kommt der komplizierte Herstellungsprozeß, während dessen der Brechungsindex der Schichten und deren Dicke bei verschiedenen Wellenlängen in situ kontrolliert werden müssen.Another embodiment provides that several absorptive on a mask carrier and several transparent layers are arranged and through the mask structure Influencing both the light amplitude in the absorptive layers and the Phase in transparent layers with several the material of the layers corresponding exposure wavelengths can be transmitted optically. The usage of Multiple materials and wavelengths allowed the creation of a mask with versatile optimization options. The optical transfer function can be calculate exactly here, but these calculations can be very complex, Added to this is the complicated manufacturing process during which the Refractive index of the layers and their thickness at different wavelengths in situ must be checked.
Die erfindungsgemäße Lösung gestattet auch die - besonders hinsichtlich ihrer einfachen Herstellung - vorteilhafte Ausgestaltung der Schichtfolge sowohl als Amplitudenmaske, bei der auf einem Maskenträger eine dreidimensional mikrostrukturierte absorptive Schicht angeordnet und die Struktur der Amplitudenmaske mit einer Belichtungswellenlänge in das zu strukturierende Substrat optisch übertragbar ist, als auch als Phasenmaske, bei der auf einem Maskenträger eine dreidimensional mikrostrukturierte transparente Schicht angeordnet ist, und die optische Übertragung der Maskenstruktur in das Substrat mit einer dafür entsprechenden Belichtungswellenlänge erfolgt.The solution according to the invention also allows the - especially with regard to their simple manufacture - advantageous configuration of the layer sequence both as Amplitude mask, in which on a mask carrier a three-dimensional microstructured absorptive layer arranged and the structure of the Amplitude mask with an exposure wavelength in the substrate to be structured is optically transferable, as well as a phase mask in which a three-dimensional microstructured transparent layer is arranged, and the optical transmission of the mask structure into the substrate with one for it corresponding exposure wavelength.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht erst die 3D-Strukturierung mittels Amplituden-/Phasenmaske und gestattet durch die Möglichkeit der Kombination von absorptiven und transparenten Schichten in der Anordnung einer Amplituden- /Phasenmaske oder einer "reinen" Amplituden- oder Phasenmaske und durch die Wahl und Verwendung von den optischen Eigenschaften der Schichten entsprechenden Belichtungswellenlängen eine effektive Anpassung der Masken und optische Übertragung der Maskenstruktur für einen breiten Anwendungsbereich der mit der erfindungsgemäßen Maske herzustellenden 3D-Strukturen bei gleichzeitiger Verbesserung der unteren Auflösungsgrenze auf kleiner 0,2 µm.The solution according to the invention only enables 3D structuring by means of Amplitude / phase mask and allowed by the possibility of combining absorptive and transparent layers in the arrangement of an amplitude / Phase mask or a "pure" amplitude or phase mask and by choice and use of optical properties corresponding to the layers Exposure wavelengths effective mask and optical adjustment Transfer of the mask structure for a wide range of applications with the 3D structures to be produced according to the invention with simultaneous Improvement of the lower resolution limit to less than 0.2 µm.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Maske zur 3D-Strukturierung beruht auf der Änderung der Amplitude und der Phase beim Durchgang des Lichtes, das zur Übertragung in die photosensitive Schicht auf dem Substrat verwendet wird, durch die absorptiven und/oder transparenten Schichten. Die Belichtungswellenlängen werden in Abhängigkeit sowohl von den benutzten Materialien für die absorptiven und transparenten Schichten als auch vom Material der photosensitiven Schicht, des Substrats und der herzustellenden Strukturgröße gewählt. Um Nanostrukturen übertragen zu können, müssen sehr kurze Wellenlängen (z. B. UV/VUV und Röntgenstrahlung) benutzt werden, da die minimale Strukturgröße, die übertragen werden kann, direkt proportional zur Belichtungswellenlänge ist. Die Transmission der Schichten hängt vom Brechungsindex der Schicht und von deren Dicke ab und kann exakt berechnet werden. The function of the mask for 3D structuring according to the invention is based on the Change in the amplitude and phase when the light passes, which leads to Transfer to the photosensitive layer on the substrate is used by the absorptive and / or transparent layers. The exposure wavelengths are in Dependence on both the materials used for the absorptive and transparent layers as well as the material of the photosensitive layer, the Substrate and the structure size to be selected. About nanostructures To be able to transmit, very short wavelengths (e.g. UV / VUV and X-rays) are used because the minimum structure size that is transmitted can be directly proportional to the exposure wavelength. The transmission of the Layers depend on the refractive index of the layer and its thickness and can can be calculated exactly.
Als absorptive Schichten sind dielektrische Schichten wie TiO₂, SiO₂, SiOx oder auch Halbleiter- und Metallschichten geeignet. Das absorbierende Material soll unempfindlich gegen Reinigungsmaterialien und Umwelteinflüsse und langlebig gegenüber den benutzten Belichtungswellenlängen sein. Der optische Strukturübertragungsprozeß mittels einer Amplitudenmaske liefert in der Substratebene, bedingt durch die Fraunhofersche Beugung an den Kanten, einen recht "verschliffenen" Intensitätsverlauf. Die Übertragungsgüte hängt hier sowohl von der Belichtungswellenlänge und der lateralen Strukturbreite als auch von der Strukturgröße ab. Bei der Phasenmaske wird die Lichtphase so beeinflußt, daß die Intensität in der Substratebene entsprechend der Maskenstruktur moduliert wird. Hierfür wird ein transparentes Maskenmaterial benötigt. Bei gleichem Material wie bei der Amplitudenmaske muß für die Wirkung als Phasenmaske die Belichtungswellenlänge dahingehend geändert werden, daß dieses Material für die konkrete Wellenlänge transparent ist und phasenverzögernd wirkt. Die Phasenverzögerung hängt von dem optischen Wegunterschied zwischen den einzelnen Schichten und der Luft ab. Da der Intensitätsverlauf in der Substratebene weniger "verschliffen" ist als bei der Amplitudenmaske, wird die Übertragungsgüte bei kleinen Strukturgrößen verbessert.Dielectric layers such as TiO₂, SiO₂, SiO x or also semiconductor and metal layers are suitable as absorptive layers. The absorbent material is said to be insensitive to cleaning materials and environmental influences and to be long-lived in relation to the exposure wavelengths used. The optical structure transfer process by means of an amplitude mask provides a rather "smoothed" intensity curve in the substrate plane, due to Fraunhofer diffraction at the edges. The quality of transmission depends here both on the exposure wavelength and the lateral structure width and on the structure size. In the phase mask, the light phase is influenced in such a way that the intensity in the substrate plane is modulated in accordance with the mask structure. A transparent mask material is required for this. For the same material as for the amplitude mask, the exposure wavelength must be changed for the effect as a phase mask in such a way that this material is transparent for the specific wavelength and has a phase-retarding effect. The phase delay depends on the optical path difference between the individual layers and the air. Since the intensity curve in the substrate plane is less "smoothed" than in the amplitude mask, the transmission quality is improved with small structure sizes.
Die flexibelste Maskenstruktur kann durch Kombination von Amplituden- und Phasenmaske realisiert werden, die die Vorteile sowohl der Amplituden- als auch der Phasenmaske in sich vereinigt, und durch die Anordnung - in Material und Schichtdicke - definierter Schichtfolgen auf einem Maskenträger der zu erzeugenden Struktur angepaßt werden.The most flexible mask structure can be achieved by combining amplitude and Phase mask can be realized, which takes advantage of both the amplitude and the Phase mask combined in itself, and by the arrangement - in material and Layer thickness - defined layer sequences on a mask carrier of the ones to be created Structure to be adjusted.
Der Maskenträger weist eine optische Ebenheit von <λ/2 und einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf und kann aus Quarzglas gebildet sein.The mask carrier has an optical flatness of <λ / 2 and a low one thermal expansion coefficient and can be formed from quartz glass.
Die Dicke der absorptiven und transparenten Schichten liegt etwa zwischen 1 nm und 1 µm.The thickness of the absorptive and transparent layers is approximately between 1 nm and 1 µm.
Die Belichtungswellenlänge ist von bereits genannten Faktoren abhängig und zwischen üblichen Wellenlängen der Röntgenstrahlung und 800 nm wählbar.The exposure wavelength depends on factors already mentioned and between usual wavelengths of X-rays and 800 nm selectable.
Die erfindungsgemäße Maske zur 3D-Strukturierung kann sowohl in Projektions- als auch in Kontaktlithographie verwendet werden. Die Funktion der Maske - Änderung der Lichtamplitude und der Phase - ist bei kohärenter und nichtkohärenter Beleuchtung gegeben. Geeignete Materialien für die photosensitive Schicht, die auf dem zu strukturierenden Substrat angeordnet ist, und für das Substrat selbst sowie geeignete Herstellungsprozesse für diese Schichtstruktur und optische Strukturübertragungsprozesse von der Maske in das Substrat sind aus der Mikroelektronik bekannt, wobei die zur Strukturübertragung verwendete Belichtungswellenlänge jeweils den für die Funktion der erfindungsgemäßen Amplituden-/Phasenmaske absorptiven oder transparenten Schichten und der zu übertragenden Strukturgröße angepaßt ist. Nach der Belichtung wird die photosensitive Schicht geätzt oder entwickelt und die Strukturen anschließend mit geeigneten Ätzmethoden, z. B. IBE - Ion Beam Etching -, RIE - Reactive Ion Etching -, in das Substrat übertragen.The mask for 3D structuring according to the invention can be used both in projection and can also be used in contact lithography. The function of the mask - change the light amplitude and phase - is with coherent and non-coherent lighting given. Suitable materials for the photosensitive layer on the to structuring substrate is arranged, and suitable for the substrate itself and Manufacturing processes for this layer structure and optical Structure transfer processes from the mask to the substrate are from the Microelectronics known, the one used for structure transfer Exposure wavelength each for the function of the invention Amplitude / phase mask absorptive or transparent layers and the transferred structure size is adjusted. After exposure, the etched or developed photosensitive layer and then the structures with suitable etching methods, e.g. B. IBE - Ion Beam Etching -, RIE - Reactive Ion Etching - transferred to the substrate.
Die Herstellung der Amplituden-/Phasenmaske zur 3D-Strukturierung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß auf einem Maskenträger mindestens eine dünne absorptive Schicht und/oder mindestens eine dünne transparente Schicht bei gleichzeitiger Messung der Schichtparameter aufgebracht werden und mindestens die oberste Schicht dreidimensional strukturiert wird.The amplitude / phase mask for 3D structuring is produced according to the invention in that at least one thin on a mask carrier absorptive layer and / or at least one thin transparent layer simultaneous measurement of the layer parameters and at least the top layer is structured three-dimensionally.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sehen vor, daß das Aufbringen der absorptiven und transparenten Schichten mittels Sputtern bzw. mittels Aufdampfens erfolgt und während des Aufbringens die Dicke der Schichten gemessen und die Transmission mit Hilfe der Matrizenmethode exakt berechnet wird bzw. die Transmission in situ gemessen wird.Advantageous embodiments provide that the application of the absorptive and transparent layers by means of sputtering or vapor deposition and measured during the application of the thickness of the layers and the transmission with The matrix method is used to precisely calculate the transmission in situ is measured.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt die dreidimensionale Strukturierung mindestens der obersten Schicht mittels Mehrfachmaskenprinzips, bei dem zunächst der Maskenträger mit einem Photolack beschichtet, die Struktur der ersten binären Maske in diesen übertragen und entwickelt wird. Anschließend wird auf die strukturierte Schichtfolge in einem anisotropen Beschichtungsprozeß eine absorptive oder transparente Schicht aufgebracht und der Photolack in einem Lift-off-Prozeß entfernt. Die genannten Verfahrensschritte werden so oft wiederholt, bis die gewünschte Stufenzahl erreicht ist. Der Aufwand für die Herstellung der Maske ist zwar relativ groß, hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit jedoch akzeptabel.In a further embodiment, the three-dimensional structuring takes place at least the top layer using a multiple mask principle, in which the Mask support coated with a photoresist, the structure of the first binary mask is transferred and developed in these. Then the structured Layer sequence in an anisotropic coating process an absorptive or transparent layer applied and the photoresist removed in a lift-off process. The process steps mentioned are repeated until the desired one Number of stages is reached. The effort for the production of the mask is relative large, but acceptable in terms of reusability.
Die Strukturierung mindestens der obersten Schicht kann in einer anderen Ausgestaltung mittels Direktstrukturierungstechniken, z. B. Ionenstrahlschreiben, erfolgen. Bei diesen Techniken entfallen zwar sehr viele Prozeßschritte, jedoch ist die Schreibzeit sehr lang und damit der Herstellungsprozeß entsprechend teuer. Kosten und Aufwand sind daher in jedem konkreten Fall abzuwägen.The structuring of at least the top layer can be in another Design using direct structuring techniques, e.g. B. ion beam writing, respectively. With these techniques a lot of process steps are omitted, but the Write time very long and therefore the manufacturing process correspondingly expensive. costs and effort must therefore be weighed up in each specific case.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, die Herstellung von Amplituden- /Phasenmasken zur 3D-Strukturierung so zu optimieren, daß die Anordnung der absorptiven und transparenten Schichten für die konkrete Funktion der Maske angepaßt werden kann bei gleichzeitiger günstigster - bzgl. des technischen Aufwandes und der Kosten - Kombination der bereits beschriebenen Verfahrensschritte.The method according to the invention allows the production of amplitude / Optimize phase masks for 3D structuring so that the arrangement of the absorptive and transparent layers for the specific function of the mask can be adjusted at the same time cheapest - in terms of technical effort and the cost combination of the process steps already described.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are shown in the drawings and are in following described in more detail.
Es zeigenShow it
Fig. 1 bis 3 schematisch eine Amplitudenmaske und die entsprechenden Feldstärke- und Intensitätsverläufe in der Masken- und Substratebene bei der optischen Übertragung der Maskenstruktur mit einer Belichtungswellenlänge; Fig. 1 shows schematically an amplitude mask to 3, and the corresponding field strength and intensity distributions in the mask and the substrate plane in the optical transfer of the mask pattern with an exposure wavelength;
Fig. 4 bis 6 schematisch eine Phasenmaske und die entsprechenden Feldstärke- und Intensitätsverläufe in der Masken- und Substratebene bei der optischen Übertragung der Maskenstruktur mit einer Belichtungswellenlänge; Figures 4 to 6 schematically shows a phase mask and the corresponding field strength and intensity distributions in the mask and the substrate plane in the optical transfer of the mask pattern with an exposure wavelength.
Fig. 7 bis 9 schematisch eine Amplituden-Phasenmaske aus einem absorptiven und einem transparenten Material und die entsprechenden Feldstärke- und Intensitätsverläufe in der Masken- und Substratebene bei der optischen Übertragung der Maskenstruktur mit einer Belichtungswellenlänge; Figs. 7 through 9 schematically shows an amplitude-phase mask from an absorptive and a transparent material and the corresponding field strength and intensity distributions in the mask and the substrate plane in the optical transfer of the mask pattern with an exposure wavelength;
Fig. 10 bis 12 schematisch eine Amplituden-/Phasenmaske aus einem Material, bei der die Übertragung der Maskenstruktur mit einer ersten Belichtungswellenlänge erfolgt, für die es absorbierend ist, und mit einer zweiten Belichtungswellenlänge, für die das Material transparent ist, und die entsprechende Feldstärke- und Intensitätsverläufe in der Masken- und Substratebene bei der optischen Übertragung der Maskenstruktur; Fig. 10 through 12 schematically shows an amplitude / phase mask from a material, in which the transmission of the mask structure is effected with a first exposure wavelength for which it is absorbent, and a second exposure wavelength for which the material is transparent and the corresponding field strength - and intensity profiles in the mask and substrate plane during the optical transmission of the mask structure;
Fig. 13 den Transmissionsverlauf einer SiOx-Schicht für verschiedene Dicken in Abhängigkeit von der Wellenlänge; Fig. 13 shows the transmission curve of a SiO x layer for various thicknesses depending upon the wavelength;
Fig. 14 schematisch den Herstellungsprozeß einer 3D-Amplitudenmaske, bei dem ein Mehrfachmaskenprinzip angewendet wird. Fig. 14 schematically illustrates the manufacturing process of a 3D-amplitude mask in which a multiple mask principle is applied.
In Fig. 1 ist eine Amplitudenmaske, bestehend aus einem Maskenträger 1 und einer darauf angeordneten strukturierten absorptiven Schicht 2 dargestellt. Beim Durchgang des Lichtes mit der Wellenlänge λ₁ während des Strukturübertragungsprozesses durch die absorptive Schicht 2 wird seine Amplitude geändert. Fig. 2 zeigt den Verlauf der elektrischen Feldstärke E in der Maskenebene und Fig. 3 den Verlauf der Intensität I (I ∼ E²) auf dem zu strukturierenden Substrat.In Fig. 1 an amplitude mask consisting of a mask substrate 1 and disposed thereon a patterned absorptive layer 2 is shown. When passing the light with the wavelength λ₁ during the structure transfer process through the absorptive layer 2 , its amplitude is changed. FIG. 2 shows the course of the electric field strength E in the mask plane and FIG. 3 shows the course of the intensity I (I ∼ E²) on the substrate to be structured.
Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Phasenmaske, bei der auf einem Maskenträger 1 eine strukturierte transparente Schicht 3 angeordnet ist, deren Struktur mit Licht der Wellenlänge λ₂ auf das Substrat übertragen wird, liefert in der Substratebene einen weniger verschliffenen Verlauf der Intensität I - wie aus Fig. 6 ersichtlich - als eine Amplitudenmaske. Durch die bei Durchgang des Lichtes durch die transparente Schicht 3 entstehende Phasenverzögerung kann die elektrische Feldstärke in der Maskenebene auch negative Werte - vgl. Fig. 5 - annehmen.The phase mask shown schematically in Fig. 4, in which a structured transparent layer 3 is arranged on a mask carrier 1 , the structure of which is transmitted to the substrate with light of the wavelength λ₂, provides a less smoothed course of the intensity I - as in the substrate plane Fig. 6 is visible - as an amplitude mask. As a result of the phase delay occurring when the light passes through the transparent layer 3 , the electrical field strength in the mask plane can also have negative values - cf. Fig. 5 - assume.
Beim Übertragen der Amplituden-/Phasenmaske mit einer Belichtungswellenlänge λ₃ müssen mindestens zwei Schichten aus verschiedenen Materialien, d. h. eine transparente Schicht 3 und eine absorptive Schicht 2, auf einem Maskenträger 1 - wie in Fig. 7 dargestellt - angeordnet sein. Durch die Phasenmaske wird die Lichtphase so beeinflußt, daß der in der Substratebene vorhandene Verlauf der Intensität I - vgl. Fig. 9 - die Übertragungsgüte verbessert. Die Amplitudenmaske moduliert die Intensität in der Substratebene entsprechend der Maskenstruktur. Fig. 8 zeigt den entsprechenden Verlauf der elektrischen Feldstärke E in der Maskenebene.When transmitting the amplitude / phase mask with an exposure wavelength λ₃, at least two layers of different materials, ie a transparent layer 3 and an absorptive layer 2 , must be arranged on a mask support 1 - as shown in FIG. 7. The light phase is influenced by the phase mask in such a way that the course of the intensity I present in the substrate plane - cf. Fig. 9 - the transmission quality improved. The amplitude mask modulates the intensity in the substrate plane in accordance with the mask structure. Fig. 8 shows the corresponding course of the electric field strength E in the mask plane.
Ein Vorteil bei der Verwendung von mindestens zwei Wellenlängen λa und λt ist die große Flexibilität beim Belichtungsprozeß. Durch die zweite Wellenlänge kann die optimale Belichtungsintensität sehr flexibel eingestellt werden. Deshalb kann relativ einfach mit einem Bias gearbeitet werden, der über die Wellenlänge und die Intensität eingestellt wird. Außerdem ist in diesem Fall - wie in Fig. 10 dargestellt - notwendigerweise nur eine Schicht 4 auf dem Maskenträger 1 angeordnet, die für λa absorbierend, für λt transparent wirkt. Die entsprechenden Feldstärken- E und Intensitätsverläufe I in der Masken- und Substratebene sind in den Fig. 11 und 12 abgebildet. Die Belichtung mit λa und λt kann gleichzeitig (mit nur einer Lichtquelle) oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten (Übertragungsparameter exakt bestimmbar) erfolgen.An advantage when using at least two wavelengths λ a and λ t is the great flexibility in the exposure process. The optimal wavelength can be set very flexibly using the second wavelength. It is therefore relatively easy to work with a bias that is set via the wavelength and the intensity. 10 as illustrated in Figure - - In addition, in this case. Necessarily only one layer 4 is disposed on the mask support 1, which has an absorbing effect for λ a, λ t for transparent. The corresponding field strengths E and intensity profiles I in the mask and substrate plane are shown in FIGS. 11 and 12. The exposure with λ a and λ t can take place simultaneously (with only one light source) or at different times (transmission parameters can be determined exactly).
Die Transmission T einer geeigneten Maskenschicht - hier SiOx - in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ ist für verschiedene Dicken in Fig. 13 dargestellt. Für kurze Wellenlängen erhält man eine hohe Absorption (Belichtungswellenlänge λa <Schwellwellenlänge λs), d. h. das Material ist in diesem Wellenlängenbereich geeignet für die Amplitudenmaske. Bei λt < λs ist dasselbe Material für eine Phasenmaske geeignet.The transmission T of a suitable mask layer - here SiO x - as a function of the wavelength λ is shown for different thicknesses in FIG. 13. For short wavelengths, a high absorption is obtained (exposure wavelength λ a <threshold wavelength λ s ), ie the material in this wavelength range is suitable for the amplitude mask. If λ t <λ s , the same material is suitable for a phase mask.
Fig. 14 zeigt einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer 3D-Amplitudenmaske mittels Mehrfachmaskenprinzips. Das Profil der gewünschten Maskenstruktur wird mit Hilfe von L-Stufen angenähert. Es werden M computergenerierte elektronenstrahlgeschriebene binäre Masken 6 i (i = 1, . . ., M) benötigt, um LM Stufen zu erzeugen. Fig. 14 shows individual method steps for producing a 3-D amplitude mask by means of multiple mask principle. The profile of the desired mask structure is approximated using L levels. M computer-generated electron beam-written binary masks 6 i (i = 1,..., M) are required to generate L M stages.
Folgende Zustände des Herstellungsprozesses sind dargestellt:The following states of the manufacturing process are shown:
- 1. Der Maskenträger 1 ist mit einer Photolackschicht 5 beschichtet.1. The mask carrier 1 is coated with a photoresist layer 5 .
- 2. Die Struktur der ersten Maske 6₁ wird in die Photolackschicht 5 mittels UV- Belichtung übertragen und anschließend die Schicht 5 entwickelt. Es wird hierbei ein "Image-Reversal"-Prozeß benutzt.2. The structure of the first mask 6 ₁ is transferred to the photoresist layer 5 by means of UV exposure and then developing the layer. 5 An "image reversal" process is used here.
- 3. Die strukturierte Probe ist in einem anisotropen Beschichtungsprozeß - z. B. IBSD - mit einer absorptiven Schicht 2 bedeckt worden. Auswahlkriterium für das Material ist die Wellenlänge, bei der die semitransparente Amplitudenmaske benutzt werden soll.3. The structured sample is in an anisotropic coating process - e.g. B. IBSD - has been covered with an absorptive layer 2 . The selection criterion for the material is the wavelength at which the semi-transparent amplitude mask is to be used.
- 4. Die Photolackschicht ist in einem Lift-off-Prozeß, z. B. in einem Acetonbad, entfernt worden.4. The photoresist layer is in a lift-off process, e.g. B. in an acetone bath, been removed.
Die Prozeßschritte werden wiederholt bis
20. eine 32stufige Struktur vorliegt.The process steps are repeated until
20. There is a 32-step structure.
Claims (15)
Priority Applications (1)
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| DE19502624A DE19502624A1 (en) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | Mask for three-dimensional structuring |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE19502624A DE19502624A1 (en) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | Mask for three-dimensional structuring |
Publications (1)
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| DE19502624A1 true DE19502624A1 (en) | 1996-07-25 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
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1995
- 1995-01-19 DE DE19502624A patent/DE19502624A1/en not_active Withdrawn
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