DE3101749A1 - "geschichtetes aufzeichnungsmedium fuer mikrostrukturen - Google Patents
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Description
Geschichtetes Aufzeichnungsmedium für Mikrostrukturen
Die Erfindung betrifft geschichtete Aufzeichnungsmedien für die irreversible Erzeugung von Mikrostrukturen, beispielsweise
zum Speichern digitaler Informationen, zur Herstellung von Schablonen, ßastermaßstäben und optischen
Bauelementen auf der Grundlage von Interferenz und Beugung, zur Erzeugung von Funktionselementen der Mikroelektronik
und der integrierten Optik, zur Programmierung spezieller Halbleiterspeicher durch Unterbrechung
schmelzbarer Mikro-Kontaktbrücken und anderes.
Es sind Anordnungen zur Erzeugung von Mikrostrukturen bekannt, wobei die Strukturen in Form von Inhomogenitäten
durch lokale Einwirkung von Strahlungsenergie auf geeignete Materialien hergestellt werden können. So wird zum
Beispiel aus Metalloberflächen bzw. Metallschichten metallisches Material in Mikrobereichen durch Strahlungsabsorption
verdampft oder es werden durch Bestrahlung fotoempfindlicher bzw. thermoplastischer Materialien
Inhomogenitäten in der Materialstruktur erzeugt und über nachfolgende physikalische und/oder chemische
Hilfsprozesse die gewünschten Mikrostrukturen entwickelt.
Dabei können vor allem bei metallischen Materialien, zum Beispiel auf Grund der hohen Warmeleitung, unerwünschte
Strukturverbreiterungen oder wallartige Aufwerfungen an den Strukturrändern und ein unerwünschtes
"Ausheilen" der erzeugten Mikrostrukturen entstehen oder
vorwiegend bei Substanzen mit relativ kleinem Absorptionskoeffizienten, störende Interferenz-r und Beugungseffekte auftreten. Diese und andere mit der Strahlungseinwirkung verbundene Störeffekte können bei bekannten
technischen Lösungen die reproduzierbare Erzeugung von
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Mikrostrukturen, insbesondere von Strukturer, extrem kleiner
Abmessungen, empfindlich behindern.
Ziel der Erfindung sind Anordnungen, in welchen die Störeffekte, die von der zur Strukturierung verwendeten
Strahlung verursacht werden, verhindert oder zumindest reduziert werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Folge
planparalleler Schichten, die so bemessen sind, daß eine Absorptionsschicht, in welcher die Mikrostrukturierung
erfolgt, trotz nur geringer Schichtdicke eine relativ hohe effektive Absorption aufweist, wodurch eine
hohe Volumendichte der absorbierenden Strahlungsleistung und damit gegenüber bekannten technischen Lösungen
kurze Bestrahlungszeiten oder geringe Strahlungsleistungen sowie, insbesondere bei metallischen Absorptionsschichten,
eine geringe laterale Wärmeleitung ermöglicht werden.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß hinter der Absorptionsschicht eine Interferenzschichtenfolge
mit /Ύ/4-Schichten abwechselnd niedriger
und hoher Brechungszahlen angeordnet ist, was gegenüber
bekannten technischen Lösungen, bei denen die Absorptionsschicht zum Beispiel auf eine Glasunterlage
aufgebracht ist, eine wesentlich verminderte Strahlungsdurchlässigkeit, eine wesentlich verminderte Strahlungsreflexion und damit eine wesentlich erhöhte effektive
Absorption der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung der Wellenlänge A- bewirkt. Die erwünschte geringe
Absorptionsschichtdicke (bei zugleich hoher Absorption) erfordert gemäß der Erfindung angenähert die Erfüllung
der Bedingungen η -1 = k = η und d = /V/4· ΪΓ . nk,
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wobei η, k una d Brechungszahl, Absorptionskoeffizient
und Dicke der Absorptionsschicht sind. Dabei wird der erwünschte Effekt um so besser realisiert, je größer
die Anzahl der nachfolgenden einzelnen Interferenzschichtbrechungszahlen ist. Doch ist auch bei extremer
Reduzierung der Interferenzschichtanzahl immer noch mit einem deutlichen Effekt zu rechnen, so daß
auch die Anwendung stark abgerüsteter Interferenzschicht systeme Gegenstand der Erfindung ist.
Bei Substanzen mit relativ kleinen Absorptionskoeffizien ten ist es zweckmäßig, die Wirkung der Absorptionsschicht und die der ersten Interferenzschicht(en) in
einer Schicht au vereinen. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß die Absorptionsschicht selbst als
m . /\/4-Schicht (m = 1, 2, 3 ...), das heißt mit der
geometrischen Schichtdicke d = m . λ/4-η (η = Brecbungszahl)
ausgebildet wird· Dabei muß, wie nähere Überlegungen zeigen, die Brechzahl-alternierende Interferenzschichtenfolge
bei geraden m mit einer Interferenzschicht niedriger Brechungszahl und bei ungeraden m
mit einer Interferenzscbicht hoher Brechungszahl beginnen. Wie mathematische Überlegungen weiter zeigen,
wird die erwartete Wirkung einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung besonders günstig, wenn der Absorptionskoeffizient k in diesem Fall mit ungefähr /1/2 Y · nd :
2/m T bemessen wird· Bei Substanzen mit Absorptionskoeffizienten unter diesen Werten können die der
gewählten Dicke entsprechenden ungefähren Absorptionskoeffizienten durch geringe Beimengungen einer stärker
absorbierenden Substanz erreicht werden, die so beschaffen ist, daß sich das physikalische und/oder chemische
Verhalten der Grundsubstanz (zum Beispiel bei
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fotolithografischen Prozeßschritten) nicht nachteilig ändert.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren
durch ein Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Eine Metallschicht soll als Träger eingeschriebener Digitalinforraationen, etwa in Form kreisrunder metallfreier
Zonen von 1 ,um Durchmesser, dienen. Die Erzeugung der metallfreien Mikrozonen geschieht durch eine
Laser-Strahlungsquelle mit einer auf einen Strahlungsquerschnitt von 1 ,um konzentrierten Ausgangsleistung
von 10 mW hei /\ = 633 nm.
Die entsprechend Figur 1 auf einen Glasträger 1 aufgebrachte Metallschicht 2, für welche bei der Wellenlänge
Λ = 633 nm eine Brechungszahl η = 2,5 und ein
Äbsorptionskoeffizient k = 2,3 eingesetzt wird, weist maximale Absorption von etwa 53% ab Schichtdicken in
der Größenordnung von 100 nm auf. Die absorbierte Leistungsdichte in der Metallschicht 2 zum Zeitpunkt
des Auftreffens der Strahlung wird damit 0,58 . 10mW/1,um2 . 100 nm = 5,8 . 104M . cm"^. Das
Verhältnis der Randhöhe des erzeugten Loches 3 in der Metallschicht 2 zum Lochdurchmesser beträgt 1 : 10.
Hinterlegt man dagegen entsprechend Figur 2 gemäß der Erfindung eine Metallschicht 4 der gleichen optischen
Konstanten mit beispielsweise vier Paaren niedrig- und hochbrechender Interferenzschichten 5
(Brechungszahlen 1.34 und 2.4) auf einer Glasunterlage
6, so erhält man ein Absorptionsmaximum von etwa 98% mit der Schichtdicke von etwa 10 nm und
damit eine Leistungsdichte 0,98 · 10 mW/1 ,um2 · 10 nm s
9,8 · 10^ MW · cm""3. Das Verhältnis der Randhöhe des
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- sr-
erzeugten Loches 7 in der Metallschicht 4 zum
Lochdurchmesser beträgt jetzt nur noch 1 : 100.
Würde entsprechend Figur 3 die Metallschicht 8 mit der gleichen Schichtdicke von etwa 10 nm unmittelbar
auf die Glasunterlage 9 aufgebracht werden, so erhielte man einen Absorptionsgrad von nur etwa 33%
damit zur Erzeugung der metallfreien Zone 10 eine ab-
sorbierte Leistungsdichte von 0,33 * 10 mW/1/Um · 10 nm
3,3 · 10^ MW · cm~3.
Die erfindungsgemäß entsprechend Figur 2 erzeugte
metallfreie Zone 7 legt die hochreflektierende Unterlage 5 und 6 frei und kann somit bei Abtastung
mit energiearmer Strahlung der gleichen Wellenlänge als Eeflexionssignal gelesen werden.
Der Vorteil der Erfindung bei diesem Ausführungsbeispiel besteht also in der verkürzten Zeit der erforderlichen
Strahlungseinwirkung bis zum Verdampfen der Substanz. Damit ist zugleich eine entsprechend verringerte Wärmeleitung
in die Nachbarschaft der bestrahlten Zone verbunden. Ein weiterer Vorteil besteht in der geringen
Tiefenabmessung der erzeugten Makrostruktur im Verhältnis zu deren Durchmesser. Aus diesen Eigenschaften folgt
eine kontrastreiche Strukturbegrenzung ohne unerwünschte Strukturverbreiterung und ohne störende Beugungseffekte
an den Rändern beim Abtasten mit sichtbarer oder längerwelliger Strahlung.
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Claims (4)
- Patentansprüche 310«* i7) Geschichtetes Aufzeichnungsmedium für Mikrostrukturen, bestehend aus einer absorbierenden Substanz, in welcher mit Hilfe auftreffender und absorbierter elektromagnetischer Strahlung durch lokales Schmelzen und Verdampfen bzw. durch lokale physikalische und/oder chemische Reaktionen der absorbierenden Substanz substanzfreie Zonen bzw. Substanzinhomogenitäten erzeugt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Brechungszahl η und der Absorptionskoeffizient k der absorbierenden Substanz möglichst eng benachbarte Werte besitzen und ihre Dicke einen Wert in der Größenordnung von Λ/4· η · k hat und daß sie durch eine Interferenzschichtenfolge von Λ/4--Schichten mit abwechselnd niedrigen und hohen Brechungszahlen hinterlegt ist.
- 2. Geschichtetes Aufzeichnungsmedium für Mikrostrukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Interferenzschichtenfolge aus nur einer niedrigbrechenden Λ/4-Sehicht auf einer hochreflektierenden Unterlage besteht.
- 3· Geschichtetes Aufzeichnungsmedium für Mikrostrukturen nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die niedrigbrechende Interferenzschicht aus Siliziumdioxid und die hochreflektierende Unterlage aus Silizium besteht.
- 4. Geschichtetes Aufzeichnungsmedium für Mikrostrukturen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktion der Absorptionsschicht und die der ersten Interferenzschicht(en) durch eine einzige absorbierende Schicht der Brechungszahl 5 und des Absorptionskoeffizienten S wahrgenommen wird und daß die Schichtdicke dann mit ungefähr m» Λ/4-η (m s 1, 2, 3 ···) 'JncL der Absorptionskoeffizient entsprechend mit ungefähr /V /ff 2 » 53 zu bemessen ist.We/Thi3580 130064/0512
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