DE19529656A1

DE19529656A1 - Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen

Info

Publication number: DE19529656A1
Application number: DE1995129656
Authority: DE
Inventors: Roelof Wijnaendts Van Resandt; Christian Buchner; Reinhard Dr Springer; Geb Gruber Schomburg
Original assignee: Heidelberg Instruments Mikrotechnik GmbH
Current assignee: Heidelberg Instruments Mikrotechnik GmbH
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2015-08-12
Also published as: DE19529656B4

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Mikrostruktu ren gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der deutschen Patentschrift DE 41 24 025 C2 ist ein derartiges lithographi sches Verfahren bekannt, gemäß welchem mittels eines fokussierten Strahls, insbesondere eines Laserstrahls, eine fotoempfindliche Schicht belichtbar ist. Bei diesem Verfahren werden durch direktes Schreiben mittels des fokussierten Strahls gemäß einer Punktmatrix vorgegebene Bereiche entsprechend der zu erzeugenden Struktur belichtet bzw. nicht belichtet. Die Positionierung von Strukturkanten wird durch die Belichtungsenergie oder Strahlendosis unter Be achtung der Wirkungsbedingungen des Fotolacks in dem durch die Punktmatrix vorgegebenen Raster durchgeführt. Für den Strukturrand erfolgt eine Randmodu lotion derart, daß von den dort möglichen Punkten bedarfsweise nur ein vor gebbarer Anteil belichtet wird, wobei der Fokusdurchmesser des Strahls um einen vorgegebenen Faktor größer ist als die Größe eines Punktes der Punktmatrix.

Hierdurch wird die Positionierung von Strukturkanten in einem gegenüber der Punktgröße kleineren Raster erreicht.

Zur Herstellung von Strukturen in der Mikroelektronik, Mikrooptik und Mikro mechanik gelangen heute vor allem Laserstrahlschreiber als Patterngenerator zum Einsatz, wobei grundsätzlich mit einem Laserstrahl entsprechender Wellen länge und Fokussierung Strukturelemente bis in den 0,25 Mikrometerbereich erzeugbar sind. Die erreichbaren Minimalstrukturen sind vergleichbar mit den Strukturabmessungen der bekannten optischen Lithographieverfahren, bei denen mit Wafersteppern gearbeitet wird. Laserstrahlschreiber besitzen darüber hinaus bezüglich Apertur, Kohärenz und Bildfeldgröße günstigere technische Voraus setzungen, um die theoretischen Grenzwerte der optischen Lithographie zu erreichen.

Werden für ein Mikrosystem sehr feine Strukturelemente benötigt, beispielsweise 0,5 µm Strukturen, dann sind im allgemeinen auch Strukturen mit größeren Ab messungen vorhanden. Die Abmessungen der größeren Strukturen müssen kein Vielfaches des kleinsten Elementes sein. Das Inkrement der vorkommenden Strukturmaße ist im allgemeinen viel feiner als die Minimalabmessung der klein sten Struktur. In der Mikroelektronik wird beispielsweise für eine 1,0 µm Tech nologie, also eine Technologie mit Minimalstrukturen von 1,0 µm, ein soge nanntes Layout Adress Grid verwendet, das 0,1 µm betragen kann. Damit ist zunächst jede Struktur mit Abmessungen (1,0 + 0,1 N)µm, mit N = 1, 2, 3 . . ., möglich und muß mit dem Laserstrahlschreiber realisiert werden können. Besitzt beispielsweise ein Laserstrahlschreiber einen effektiven Strahldurchmesser von 0,5 µm und ist somit bezüglich der Minimalstruktur für eine 1,0 µm Technologie gut geeignet, dann muß dieser Laserstrahl ein Layout Adress Grid über das gesamte Schreibfeld für alle x,y-Positionen im 0,1 µm Raster schreiben können, um die oben genannten Layout-Bedingungen zu erfüllen.

Der Schreibvorgang eines Laserschreibers erfolgt grundsätzlich derart, daß der Laserstrahl in einer Koordinatenrichtung durch optische, akusto-optische oder elektro-optische Mittel, welche allgemein als "Deflektoren" bezeichnet werden mit hoher Geschwindigkeit über eine bestimmte Weglänge l abgelenkt wird, wäh rend sich unter ihm ein Koordinatentisch, auf dem sich das zu beschreibende Objekt befindet, in der anderen Koordinatenrichtung bewegt. Folglich hängt die mögliche Tischgeschwindigkeit direkt von der Ablenkgeschwindigkeit des Laser strahls und der Anzahl der erforderlichen Scans pro Längeneinheit ab. Im oben genannten Beispiel wäre 1 Scan pro 0,1 µm Tischverschiebung erforderlich. Grundsätzlich kann das zu beschreibende Objekt ortsfest angeordnet sein, wäh rend der Strahl, beispielsweise mittels einer geeigneten Optik oder optischen Elementen orthogonal zur Scanrichtung mit einer vorgebbaren Relativgeschwin digkeit bewegbar ist. Nachfolgend wird daher allgemein von der Relativgeschwin digkeit gesprochen, weiche im Falle der Bewegung eines Koordinatentischs mit dem Objekt der Tischgeschwindigkeit entspricht. Die nachfolgenden Erläuterun gen im Zusammenhang mit einer Tischverschiebung gelten entsprechend allge mein für die Relativbewegungen zwischen Objekt und Laserstrahl. Während in Scanrichtung die Ablenkgeschwindigkeit im allgemeinen nicht durch das Adress Grid bestimmt wird, sondern durch die physikalischen Eigenschaften des Deflek tors, wird die zulässige Relativ- bzw. Tischgeschwindigkeit V_R unmittelbar von der Anzahl der erforderlichen Scans pro Längeneinheit, die vom Layout Adress Grid vorgegeben wird, und der Scangeschwindigkeit begrenzt.

Ausgehend von einer Scan-Geschwindigkeit v_s und einer Streifenlänge bzw. Scan-Länge l gilt somit für die Scan-Zeit

t_s = l /v_s. (1)

Zum Beschreiben einer gesamten Fläche werden durch schrittweise Verschiebung des Tisches in der Scan-Richtung nacheinander mehrere Streifen der Länge l, geschrieben.

Unter Zugrundelegung eines Scan-Grid Δx ergibt sich für eine maximal zulässige Tischgeschwindigkeit

v_R = Δx/t_s. (2)

Abgesehen von der kleinsten herstellbaren Strukturabmessung ist die gesamte Schreibzeit von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die erreichbare Produkti vität. Dies gilt bereits beim Einsatz eines Laserstrahlschreibers zur Herstellung von Maske n und in noch stärkerem Maße für direkte Schreibverfahren, mittels welchen die Strukturierung unmittelbar auf dem Objekt durchgeführt wird. So kann das Beschreiben einer Fläche von 100 mm × 100 mm mit einem Laserstrahl und einem Adress Grid von 0,2 µm mehrere Stunden erfordern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß eine Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit erreicht wird. Der Aufwand zur Durchführung des Verfahrens soll auf ein Minimum reduziert sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Durch das erfindungsgemaße Verfahren wird die gesamte Scan-Zeit reduziert und die Produktivität beim direkten Schreiben verbessert. Die Breite des schrei benden Strahlenbündels, insbesondere der Abstand der Strahlen, und zwar or thogonal zur Scan-Richtung, ist variabel. Der Abstand der wenigstens zwei, vorzugsweise im wesentlichen gleichzeitig, in Scanrichtung schreibenden Strahlen ist vom kleinsten Gridraster, welches durch das Layout Adress Grid bestimmt wird, zu einem maximalen Abstand veränderbar, bei welchem eine noch ausrei chende Überlappung der Strahlen zur durchgehenden Strukturierung bzw. Belich tung gewährleistet ist. Es wird erfindungsgemäß mit einem in seiner Breite or thogonal zur Scan-Richtung variablen Strahlenbündel oder Gesamtstrahl, ins besondere Laserstrich oder Laserstrahl gearbeitet. Darüberhinaus ist in zweck mäßiger Weise die Relativ-Geschwindigkeit, insbesondere die Tischgeschwindig keit, zwischen dem zu beschreibenden Objekt und dem Strahl im wesentlichen orthogonal zur Scan-Richtung dem Scan-Grid, vorzugsweise dem jeweils optima len Scan-Grid, anpaßbar. Aufgrund der vorgeschlagenen Variation der Strahl breite lassen sich insbesondere für eine Leiterbahn-Strukturierung die erforder lichen Strukturbreiten realisieren und ein Laserscan-Raster vorgeben, welches erheblich größer ist als das für ein vorbekanntes Technologieniveau erforderliche Layout Adress Grid. Erfindungsgemäß kann dementsprechend mit einer erhöhten Relativgeschwindigkeit, insbesondere Tischgeschwindigkeit, gearbeitet und eine erhebliche Produktivitätssteigerung erreicht werden.

Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der im Layout-Adress Grid gestuften Strahlabstände und der erzeugbaren Strukturbreiten,

Fig. 2 schematisch einen Layout-Ausschnitt mit Layout Adress Grid und Design Grid,

Fig. 3 diskrete Strukturbreiten, welche in einem Scan mit abstandvariablen Strahlen, insbesondere Laserstrahlen, realisierbar sind.

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Erzeugung von vier Einzelstrahlen mittels eines akustooptischen Modulators,

Fig. 5 eine Strahlbreitenmodulation mit einem akustooptischen Modulator und einer Schlitzblende,

Fig. 6 eine Strahlaufweitung in einer Richtung mittels einer elektrooptischen Zylinderlinse,

Fig. 7 einen Scanvorgang bei Scanbreitenmodulation durch zusätzliche hoch frequente Strahlablenkung senkrecht zur Detektorscanrichtung,

Fig. 8 bzw. 9 eine Strahlbreitenmodulation durch Amplitudenvariation eines hoch frequenten Scans senkrecht zur Schreibscanrichtung des Deflektors mittels eines akustooptischen Modulators bzw. eines elektrooptischen Deflektors,

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Deflektor-Stacks, dessen Elektro den auf einem Substrat angebracht sind,

Fig. 11 eine weitere Anordnung des Deflektor-Stacks, dessen Elektroden direkt auf dem Kristall angeordnet sind.

Zunächst sei festgehalten, daß beim Einsatz mehrerer, parallel arbeitender Strah len die gesamte Scan-Zeit entsprechend der Anzahl N der Strahlen reduziert werden kann. Lediglich der Einfachheit halber soll nachfolgend von Laser strahlen gesprochen werden, doch folgt insoweit keine Einschränkung der Erfin dung, welche Strahlen sonstiger Strahlenquellen umfaßt. Geht man einmal davon aus, daß im Falle eines Adress Grids von 0,1 µm ein Koordinatentisch bei einem einzigen Laserstrahl während eines Scans sich nur um 0,1 µm fortbewegen darf, kann der Koordinatentisch beim Einsatz von vier Laserstrahlen eine Strecke von 0,4 µm zurücklegen. Obgleich heute überwiegend der Koordinatentisch bewegt wird, während die Optik und/oder Strahlquelle ortsfest angeordnet sind, erfolgt auch insoweit keine Einschränkung der Erfindung. Maßgeblich ist die Relativ bewegung zwischen dem Koordinatentisch und der strahlerzeugenden Optik, auch wenn nachfolgend der Einfachheit halber auf die Tischgeschwindigkeit oder Bewegungsrichtung des Tischs bzw. Koordinatentischs Bezug genommen wird.

Ausgehend von der eingangs angegebenen Gleichung (2) gilt allgemein für eine Relativgeschwindigkeit bzw. Tischgeschwindigkeit bei einer Anzahl N von im wesentlichen parallel arbeitenden Strahlen

v_R = N·Δx/t_s. (3)

Zur deutlichen Erhöhung der Schreibgeschwindigkeit wird erfindungsgemäß das Scan-Grid Δx variabel gestaltet. Bei einem Laserstrahlschreiber mit mindestens zwei Strahlen wird der Abstand der Strahlen vom kleinsten Grid-Raster, welches durch das Layout Adress Grid bestimmt ist, bis zu einem Maximalabstand X2 variiert.

Ist beispielsweise gemäß Fig. 1 mit einem ersten Strahl S1, welcher einen vor gegebenen Durchmesser D aufweist, ein X1 erzeugbar und ist ein zweiter Strahl S2 dem gleichen Durchmesser in Einsatz, so kann durch Veränderung des Ab standes der beiden Strahlen S1 und S2 in der Bewegungsrichtung x, insbesondere des Tisches, der Abstand unter Berücksichtigung des kleinsten Gridrasters Δx bis zu einem maximalen Abstand mit einer Gesamtstrahlbreite X2 vorgegeben wer den. Beim Maximalabstand ist eine noch ausreichende Überlappung der beiden Strahlen S1 und S2 zur durchgehenden Strukturierung bzw. Belichtung in der Bewegungsrichtung bzw. orthogonal zur Scan-Richtung gewährleistet.

Weist beispielsweise jeder der Einzelstrahlen S1 und S2 einen effektiven Durch messer von 0,5 µm auf, ist die maximale Strukturbreite X2 somit näherungsweise 1 µm groß, wobei für den hierbei erreichten Maximalabstand von nährungsweise 0,5 µm sich die beiden Strahlen gerade noch berühren. Die beiden Strahlen mit variierendem Strahl abstand ermöglichen somit im gleichzeitigen Scan-Schreib schritt die Erzeugung der minimalen Strukturbreite X1 bis zur maximalen Struk turbreite X2.

Wird ein Strahlschreiber, insbesondere Laserstrahlschreiber, mit mehreren Strah len der Anzahl N vorgesehen, und läßt sich jeder Strahl im Raster des Layout Adress Grids um Gridstufen der Anzahl G verschieben, so gilt für die maximal zulässige Relativ- oder Tischgeschwindigkeit:

v_R = [1 + G·(N - 1)] Δx/t_s. (4)

Zweckmäßig erfolgt in einem Laserstrahlschreiber die Aufspaltung des Laser strahls in mehrere Einzelstrahlen mittels eines akusto-optischen Elements. Hier bei entspricht jedem der N aufgespaltenen Strahlen eine definierte Frequenz f. Durch Veränderung des Frequenzabstandes f_N+1 - f_N können somit die wenigstens zwei Strahlen im Abstand zueinander verschoben werden. Somit wird mit ver gleichsweise geringem Aufwand die Variation der Gesamtstrahlbreite durchge führt und die Erhöhung der Produktivität des Laserstrahlschreibers realisiert.

Die genannten Frequenzverschiebungen zur Strahlaufspaltung können in zweck mäßiger Weise sehr fein gestuft und letztendlich quasi kontinuierlich durchge führt werden. Folglich sind auch schräg zur Scan-Richtung und/oder Bewegungs richtung verlaufende Linien oder Strukturen schreibbar oder grobe Stufungen problemlos interpolierbar.

Wie anhand von Fig. 2 erläutert werden soll, gelangt das Verfahren mit variabler Laserstrahlbreite in besonders zweckmäßiger Weise für Strukturanordnungen zum Einsatz, welche eine Grid Orientierung aufweisen, wie es regelmäßig in der Mikroelektronik der Fall ist. Bedingt durch die für ein bestimmtes Technologie niveau spezifischen Design Rules, welche bei einem Schaltungsentwurf aus Grün den der Bauelementephysik sowie der Herstellungstechnologien eingehalten werden müssen, ergibt sich hierbei regelmäßig ein sogenanntes Design Grid (DG), dessen Raster deutlich größer ist als die Abmessung der für das Technologie niveau charakteristischen Minimalabmessung und des hierfür erforderlichen Layout Adress Grids (LAG). Die vorkommenen Strukturabmessungen innerhalb dieses Grids werden ebenfalls durch die Design Rules bestimmt und sind auf relativ wenige unterschiedliche Abmessungen begrenzt, im Vergleich zu den Möglichkeiten, welche grundsätzlich durch das Layout Adress Grid (LAG) beste hen.

Fig. 2 zeigt beispielhaft einen Layout-Ausschnitt einer Leiterbahn-Ebene eines integrierten Schaltkreises. Die einzelnen Strukturen sind orientiert am Design Grid (DG), welches um einen Faktor 25 größer ist als das Layout Adress Grid LAG. Durch die Design Rules ist die minimale Leitbahnbreite (A), der minimale Leitbahn-Abstand (B) und die erforderliche Überlappung eines Kontaktlochs (C) festgelegt, und hieraus ergeben sich letztendlich nur vier charakteristische Grundmaße für alle Leitbahn-Strukturen.

Wie in Fig. 3 dargestellt, lassen sich für den Fall einer Leitbahn Strukturierung die erforderlichen Strukturbreiten L1 bis L4 durch die erfindungsgemäße Vari ation der Laserstrahlbreite realisieren, und folglich ist das Laserscan-Raster ebenfalls um den Faktor 25 größer als das für das entsprechende Technologie niveau erforderliche Layout Adress Grid (LAG), welches auch als Laser Deflek tor Adress Grid bezeichnet wird. Es kann folglich mit einer entsprechend erhöh ten Relativ- bzw. Tischgeschwindigkeit gearbeitet werden, wodurch eine erheb liche Produktivitätssteigerung des Laserstrahlschreibers erreicht wird.

Wie oben bereits dargelegt, läßt sich beim Einsatz eines akusto-optischen Ele ments zur Aufspaltung eines Laserstrahls in eine Anzahl von Einzelstrahlen mit variablem Abstand die jeweils gewünschte Strukturbreite durch eine diskretes Frequenzspektrum realisieren. Hierbei kommt es für die Maßhaltigkeit der Struk turabmessung im wesentlichen auf einen genauen Intensitätsverlauf der Rand strahlen an. Hingegen darf für den mittleren Bereich der Struktur nur der Min destwert der Strahlendosis oder Strahlenenergie, welche eine sichere Belichtung gewährleistet, nicht unterschritten werden. Desweiteren werden Überbelich tungen nicht stören, solange sie nicht in den Randbereichen auftreten. Dadurch wird die Abstimmung optimaler Frequenzspektren zur Erreichung maßhaltiger Strukturabmessungen wesentlich erleichtert.

Anhand von Fig. 4 soll eine besondere Ausgestaltung zur Erzeugung und Steue rung von Einzelstrahlen mittels eines akustooptischen Modulators 10 erläutert werden. Mittels des akustooptischen Modulators 10 werden hierbei vier Strahlen 11 bis 14 erzeugt. Ferner wird dieser Modulator 10 gleichzeitig zur Strahlmodula tion im Lithographiesystem eingesetzt. Die Wirkungsweise des Modulators 10 beruht auf der bekannten Ausnutzung der Wechselwirkung von elektromagneti scher Strahlung mit Schallwellen, und zwar der kohärente n Streuung von Photo nen an Phononen. Dieser physikalische Effekt wird durch die Theorie der Bragg- Streuung beschrieben, welche unter anderem einen Zusammenhang zwischen Ab lenkwinkel des Lichts und der Wellenlänge/Frequenz der Schallwellen im Mo dulator liefert. Durch Anlegen von vier verschiedenen Frequenzen mit vorgege benem, vorzugsweise konstantem Frequenzabstand an dem Modulator 10, werden vier Strahlen mit unterschiedlichen Ablenkwinkeln erzeugt. Ferner ist die Intensi tät dieser Strahlen 11 bis 14 abhängig von der Amplitude der jeweiligen Frequenz und somit kann jeder einzelne Strahl 11 bis 14 unabhängig von den anderen ein- und ausgeschaltet werden. Die Anordnung enthält die beiden Linsen L1 und L2 mit den Brennweiten F1 bzw. F2. Wesentlich ist bei dieser Anordnung, daß der Modulator 10 außerhalb der gemeinsamen Brennebene 20 der beiden Linsen L1, L2 steht, damit alle vier Strahlen 11 bis 14 räumlich voneinander getrennt von der Linse L2 abgebildet werden. Der akustooptische Modulator 10 ist zwischen der gemeinsamen Brennebene 20 und der Linse L2 angeordnet. Die Variation der Frequenz bzw. des Frequenzabstandes der Einzelstrahlen 11 bis 14 bewirkt die oben erläuterte Änderung des Strahlabstandes in der Objektebene.

Anhand von Fig. 5 wird eine zweckmäßige Ausführungsform zur Durchführung der Belichtung mit einer variablen Breite des Schreibstrahls erläutert. Durch Strahlenaufweitung mittels zwei Zylinderlinsen ZL1, ZL2 wird der Eingangsstrahl 22 in einer Richtung verbreitert. Der verbreiterte Strahl 23 wird durch eine entsprechende Optik L1, L2 auf eine senkrecht zur Verbreitungsrichtung stehen de Schlitzblende 24 abgebildet. Diese ist vorzugsweise derart justiert, daß bei ausgestaltetem Modulator 10 der Lichtstrahl ungehindert passieren kann, wie es mit den gestrichelten Linien 26 angedeutet ist, wobei eine Strahlbreite b2 gege ben ist. Ist der Modulator 10 eingeschaltet, so wird der Strahl entsprechend den durchgehenden Linien 28 abgelenkt und kann nur noch teilweise die Blende 24 passieren. Die somit erzeugte Strahlbreite b1 ist abhängig von dem erzeugten Ablenkwinkel bzw. von der Modulatorfrequenz und ist durch Variation der Fre quenz einstellbar. Durch Amplitudenmodulation wird das An- und Ausschalten der Daten realisiert.

Anhand von Fig. 6 wird eine weitere Möglichkeit zur Vorgabe der Strahlbreite durch Einsatz einer elektrooptischen Zylinderlinse oder eines Zylinderlinsen systems dargestellt. Mittels des akustooptischen Modulators 10 erfolgt eine Inten sitätsmodulation des Strahls, wobei die Optik drei Linsen L1, L2 und L3 enthält. Mittels des zwischen den beiden Linsen L1 und L2 angeordneten Modulators 10 erfolgt die Modulation der Intensität und danach gelangt der Strahl zu einer elektrooptischen Zylinderlinse 30, welche zwischen den beiden Linsen L2 und L3 angeordnet ist. Die Brennweite der Zylinderlinse 10 kann durch eine angelegte Spannung variiert werden, und zwar unter Ausnutzung des linearen elektro optischen Effekts, aufgrund dessen der Brechungsindex eines elektrooptischen Kristalls durch ein angelegtes elektrisches Feld linear veränderbar ist. Die Linse bzw. der Kristall 30 weist zwei gegenüberliegende Elektroden in Form einer Zylinderlinse auf, wobei hier die eine Elektrode 32 angedeutet ist. Ist im Bereich dieser Elektroden ein elektrisches Feld vorhanden, so entsteht dort ein anderer Brechungsindex als im restlichen Teil des Kristalls, so daß im Kristall eine Zylin derlinse vorhanden ist. Die Brennweite dieser Linse ist von der derart erzeugten Differenz der Brechungsindizes sowie der Form der Elektroden abhängig. Somit kann die Strahlbreite wiederum in einer Richtung variiert werden.

Neben den oben beschriebenen Anordnungen zur Strahlmodifikation ist noch eine dritte Variante praktikabel, welche anhand von Fig. 7 erläutert wird. Hierbei wird der Lichtstrahl mit einer sehr hohen Ablenkfrequenz, im folgenden als Strahlbreitenmodulationsfrequenz SMF bezeichnet, senkrecht zur eigentlichen Ablenkrichtung bewegt. Durch Amplitudenmodulation dieser hohen Ablenk frequenz wird so wieder die Strahlbreite eingestellt. Damit die Fläche innerhalb eines Scans vollständig belichtet wird, muß zwischen der Ablenkfrequenz f_D des Deflektors und der SMF f_s folgender Zusammenhang erfüllt sein:

f_s = f_D · (b/D-1) (5)

Dabei ist B die Scanlänge des Deflektors auf dem Objekt und D der Strahldurch messer. Die Scanlänge b des hochfrequenten Scans ist dabei wesentlich kleiner als die des eigentlichen Schreibscans des Deflektors B.

Anhand von Fig. 8 und 9 soll die Realisierung dieser besonderen Strahlbreiten modulation aufgrund einer Amplitudenvariation eines hochfrequenten Scans senkrecht zur Schreibscanrichtung des Deflektors erläutert werden. Gemäß Fig. 8 sind zwei akustooptische Modulatoren 34, 36 mit einer Optik kombiniert, deren Linsen L1, L2 und L3 schematisch angedeutet sind. Gemäß Fig. 9 ist dem akusto optischen Modulator 34 ein elektrooptischer Deflektor 38 nachgeordnet und wiederum mit einer Optik, enthaltend die Linsen L1, L2 und L3, kombiniert. Der elektrooptische Deflektor 38 enthält einen elektrooptischen Kristallstapel 40 mit Elektroden 41, 42. Die hochfrequente Strahlablenkung wird bei Verwendung eines akustooptischen Modulators durch Anlegen eines entsprechenden hoch frequenten Frequenzsweep erreicht. Das heißt, die Wellenlänge der akustischen Welle im akustooptischen Kristall, an welcher das Licht gebeut wird, wird mit der Frequenz f_s moduliert. Die Amplitude dieser Modulation wird dann entsprechend der benötigten Strahlbreite variiert.

Der Einsatz des elektrooptischen Deflektors erfordert einen vergleichsweise geringen elektronischen Aufwand. Hierbei wird der Strahl durch Anlegen einer Wechselspannung einer Frequenz f_s abgelenkt, wobei die Amplitude der Span nung, von welcher als Ablenkamplitude bezeichnet wird, die Strahlbreite b be stimmt. Die Wirkungsweise eines derartigen elektrooptischen Deflektors beruht auf der Ausnutzung des elektrooptischen Effekts zur Ablenkung eines Licht strahls und ist in der Zeitschrift "IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRO- NICS, VOL. QE-9, NO. 8, AUGUST 1973" in dem Artikel "Ultrahigh Resolving Electrooptic Prism Array Light Deflectors" beschrieben. In der bekannten Anord nung wird ein Lichtstrahl in eine polierte Stirnfläche eines flachen elektrooptisch aktiven Kristalls eingekoppelt. Parallel zum Lichtstrahl sind auf einer Ober- und auf einer Unterseite des Kristalls konjugierte prismenförmige Elektroden vor gesehen, welche bei einer angelegten elektrischen Spannung im Kristall ein lokal variierendes Brechungsindexfeld erzeugen. In Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke ändern sich die Brechungsindizes in verschiedenen Richtungen im Kristall. Das Brechungsindexfeld zeigt durch die Form der Elektroden die glei chen Eigenschaften wie ein äquivalentes Glasprisma und ist somit in der Lage, eine Richtungsänderung des aus dem Kristall austretenden Lichtstrahls zu bewir ken. Wird die in dem genannten Artikel beschriebene Form der Elektroden zur Ablenkung eines Lichtstrahls verwendet, ist es zur Realisation der Lichtablen kung ferner notwendig, daß das Vorzeichen der Spannung von benachbarten Elektroden alterniert. Die Größenordnung des Ablenkwinkels wird bei vorgege bener Elektrodenkonfiguration und Kristallgröße durch die Amplitude der Span nung an den Elektroden bestimmt. Als bekannte Kristalle, welche den elektro optischen Effekt aufweisen, seien an dieser Stelle beispielhaft Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Kalium- oder Amoniumdihydrogenphosphat (KDP oder ADP) genannt. Ein wesentlicher Nachteil der vorbekannten Anordnung besteht darin, daß die Dicke des Kristalls klein gehalten werden muß, um die für die Licht ablenkung notwendige Betriebsspannung im technisch realisierbaren Rahmen zu halten. Dadurch erfordert die Strahleinkopplung in den Kristall eine spezielle Zylinderoptik, welche bekannterweise die Strahlqualität beeinträchtigt.

Anhand von Fig. 10 und 11 wird eine zweckmäßige Ausgestaltung des zum Ein satz gelangenden elektrooptischen Deflektors näher erläutert. Fig. 10 zeigt sche matisch einen Deflektor Stack 44, wobei im oberen Teil der Figur die Bestand teile explosionsartig voneinander getrennt dargestellt sind. Es sind zwei flache elektrooptisch aktive Kristalle 46, 47 mit einer Höhe 48 dargestellt, deren Kri stallorientierung bzw. c-Achse mittels Pfeilen 50, 51 angedeutet ist. Jeweils be nachbarte Kristallscheiben weisen alternierende Kristallorientierungen auf. Der Oberseite 52 und der Unterseite 53 des jeweiligen Kristalls 46, 47 sind Elektro den 54, 55 zugeordnet. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um konjugierte, prismenförmige Elektroden, wobei das Vorzeichen der Spannung an benachbar ten Elektroden 54, 55 alterniert. Die Elektroden 54, 55 sind bei dieser Ausgestal tung auf entsprechende Substrate 56, 57 mit hier nicht weiter zu erläuternden Herstellungsverfahren aus der Halbleitertechnologie integriert. Die vordere Stirnfläche 58 und ebenso die hintere Stirnfläche des jeweiligen Kristalls 46, 47 sind in zweckmäßiger Weise poliert.

Die derart ausgebildeten Kristalle 46, 47 sind zusammen mit den Elektroden 54, 55 bzw. Substraten 56, 57 zu dem Deflektor Stack 44 übereinander gestapelt. Die derart geschaffene Ablenkeinheit wird an der Vorderseite 60 mittels eines Licht strahls 62, insbesondere eines Lasers, bestrahlt. Der Lichtstrahl 62 trifft orthogo nal auf die vorderen Stirnflächen 58 der einzelnen scheibenförmigen Kristalle, mittels welchen aufgrund des elektrooptischen Effekts bei anliegender Spannung eine Ablenkung erfolgt, so daß der austretende Lichtstrahl 64 bezüglich des einfallenden Lichtstrahls 62 in der dargestellten Weise abgelenkt ist. Die Anzahl der Kristalle und damit die Höhe 66 des Deflektor Stacks 44 ist auf den Durch messer 68 des Lichtstrahls 62 abgestimmt und zusätzliche optische Mittel sind daher nicht erforderlich.

An der zum Strahlengang des Lichtstrahls 62 im wesentlichen parallelen Seiten fläche 70 sind die vertikalen Verbindungen 72 der Elektroden der einzelnen Kristalle angeordnet. Diese vertikalen Verbindungen 72 werden zweckmäßig ferner zur Kontaktierung und zum Anschluß einer hier nicht weiter dargestellten Steuerungselektronik vorgesehen.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Elektroden 54, 55 durch ein bekanntes Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Sputtern oder Aufdampfen, direkt auf die jeweiligen Kristalle 46, 47 aufgebracht sind. Mittels den Pfeilen 50, 51 ist die alternierende Kristallorientierung benachbarter Kristal le wiederum angedeutet. Entsprechend sind auch an den Seitenflächen Kristalle die Verbindungen der einzelnen Elektroden angeordnet und der derart aufgebau te Deflektor Stack 44 besitzt an der Seitenfläche die vertikalen Verbindungen bzw. Kontaktierungen 72.

Bei einem derart ausgebildeten elektrooptischen Deflektor sind also wenigstens zwei elektrooptisch aktive Kristalle mit alternierender Kristallrichtung zu einem Stapel oder Stack angeordnet. Die Höhe der Anordnung durch Vorgabe der Anzahl derart übereinander angeordneter elektrooptisch aktiver Kristalle ent sprechend dem jeweiligen Anwendungsfall auf den Durchmesser des Lichtstrahls eingestellt werden. Zusätzliche optische Systeme, Linsen oder dergleichen und die hierdurch bedingten Fehler entfallen. Zwischen den jeweils benachbarten Kristallen sind Elektroden vorgesehen, welche nach bekannten Herstellungsver fahren aus der Halbleitertechnologie auf entsprechende Substrate integriert werden oder in bekannten Beschichtungsverfahren auf die Kristalle aufgebracht werden.

Bezugszeichenliste

10 akustooptischer Wandler
11-14 Strahl
20 Brennebene
21 Eingangsstrahl
23 verbreiterter Strahl
24 Schlitzblende
26 gestrichelte Linie
28 durchgehende Linie
30 Zylinderlinse
32 Elektrode
34, 36 akustooptischer Modulator
38 elektrooptischer Deflektor
40 Kristallstapel
41, 42 Elektroden
43 Höhe von 46, 47
44 Deflektor-Stack
46, 47 Kristall
48 Höhe von 46, 47
50, 51 Pfeil
52 Oberseite
53 Unterseite
54, 55 Elektrode
56, 57 Substrat
58 vordere Stirnfläche
60 Vorderseite
62 eintretender Lichtstrahl
64 austretender Lichtstrahl
66 Höhe von 44
68 Durchmesser von 62
70 Seitenfläche
72 vertikale Verbindung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen in einem System zum direk ten Schreiben, wobei mittels eines fokussierten Strahls, insbesondere eines Laser strahls, auf einem Objekt Bereiche zur Erzeugung von Strukturelementen belicht bar sind und wobei der Strahl in eine Scan-Richtung ablenkbar ist und im we sentlichen orthogonal zu dieser eine Relativbewegung zwischen dem Objekt und dem Strahl vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Strahls orthogonal zur Scan-Richtung veränderbar ist und daß die Relativgeschwindigkeit orthogonal zur Scan-Richtung zwischen Objekt und Strahl, vorzugsweise in Abhängigkeit der Strahlbreite vor gebbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativge schwindigkeit, insbesondere die Geschwindigkeit eines zur Aufnahme des Objekts vorgesehenen Tisches, an das jeweils optimale Scan-Grid anpaßbar ist.

3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesamtstrahl aus wenigstens zwei Einzelstrahlen (S1, S2) gebildet wird, wobei die Abstände der Einzelstrahlen (S1, S2), vorzugsweise orthogonal zur Scan-Richtung, untereinander variabel sind oder daß die Breite des Strahls mit tels eines akustooptischen Modulators oder eines elektrooptischen Deflektors vorgebbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Einzelstrahlen (S1, S2) im wesentlichen gleichzeitig und/oder in gleicher Geschwindigkeit und/oder vorzugsweise parallel zueinander in Scan-Richtung ablenkbar sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl mittels eines Deflektors in Teil- oder eine Anzahl Einzelstrahlen (S1, S2 . . .) aufspaltbar ist, und zwar im wesentlichen quer zur Scan-Richtung, und/oder daß mittels des Deflektors Teil- oder Einzelstrahlen (S1, S2 . . .) mit variablem Abstand zueinander vorgebbar sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor als ein akustooptisches Element ausgebildet ist, wobei die Einzelstrahlen durch jeweils eine bestimmte Frequenz vorgebbar sind, und daß durch Veränderung des Frequenzabstandes die Abstände der Einzelstrahlen zueinander vorgebbar sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer vorgegebenen Anzahl variabler Strahlabstände sämtliche diskreten Strukturabmessungen vorgegeben und/oder realisiert werden, welche durch Design Rules einer bestimmten Technologie festgelegt sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßhaltigkeit der Strukturabmessungen im wesentlichen durch die Rand strahlen des Gesamtstrahls vorgegeben werden.

9. Verfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Möglichkeit der Strahlverschiebung zur Interpolation an Struk turstufen, welche durch ein Layout Adress Grid sowie durch Datenkonvertierun gen, insbesondere an Strukturen beliebiger Winkellagen, auftreten können, zur Anwendung gelangt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Scan-Grid des Strahlschreiber an das jeweilige sich durch die Design Rules ergebende Design Grid anpaßbar ist.