DE3404673A1

DE3404673A1 - Photolithographic device and magnetic surface memories produced thereby

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Publication number: DE3404673A1
Application number: DE19843404673
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Phys. Dr. 7032 Sindelfingen Elsner; Walter Dipl.-Phys. Dr. 7030 Böblingen Järisch; Hans-Erdmann Dipl.-Phys. 7000 Stuttgart Korth; Günter Dipl.-Phys. 7032 Sindelfingen Makosch
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-14

Abstract

In order to generate large-area, periodic patterns, the substrates (9) covered with a photosensitive layer are brought into the interference field (8) which is produced by four plane, mutually inclined waves. The plane waves are produced by splitting a laser beam (1) in a holographic lattice grating (2) which directs the total incident light energy into the four first diffraction orders. In order to collimate the diffraction beam, use is preferably made of large-area mirror optical systems by means of which the angle of inclination of the plane waves with respect to one another can be varied. It is possible to produce with the aid of the photolithographic device magnetic surface memories having vertical, insular magnetisation domains, or other surfaces which are covered with closely packed, vertical needles. <IMAGE>

Description

Photolithographische Einrichtung und damit hergestelltePhotolithographic device and manufactured therewith

magnetische Oberflächenspeicher Die Erfindung betrifft eine photolithographische Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs; die Erfindung wird bevorzugt zur Herstellung magnetischer Oberflächenspeicher mit vertikal orientierter Magnetisierungsrichtung eingesetzt.magnetic surface memory The invention relates to a photolithographic Device according to the preamble of the main claim; the invention is preferred for the production of magnetic surface memories with a vertically oriented direction of magnetization used.

Moderne photolithographische Verfahren, die insbesondere zur Herstellung integrierter monolithischer Schaltungen verwendet werden, ermöglichen es, Strukturen mit charakteristischen Abmessungen im Mikron- und Submikronbereich zu definieren. Im allgemeinen handelt es sich dabei um relativ kleine Gebiete von weniger als 2 1 cm , die durch Masken belichtet werden. Das Muster der Maske wird dabei entweder als Schattenwurf oder mit Hilfe einer Abbildungsoptik, die im Maßstab 1:1 oder verkleinernd wirkt, abgebildet. Da größere Masken mit der notwendigen Genauigkeit nicht oder nur sehr schwer herzustellen sind, erfolgt die Belichtung größerer Gebiete durch mehrmaliges Verschieben zwischen Maske und dem mit einem photoempfindlichen Lack bedeckten Substrat. Dieser Vorgang erfordert wiederum eine hohe Präzision und einen beträchtlichen Zeitaufwand.Modern photolithographic processes, which are used in particular for the production Integrated monolithic circuits are used, allow structures with characteristic dimensions in the micron and submicron range. In general, these are relatively small areas of less than 2 1 cm exposed through masks. The pattern of the mask is either as a shadow or with the help of imaging optics that are on a scale of 1: 1 or reduced acts, shown. Since larger masks with the necessary accuracy do not or are very difficult to produce, the exposure of larger areas is done through repeated shifting between the mask and the one with a photosensitive varnish covered substrate. This process, in turn, requires high precision and a considerable expenditure of time.

Wenn die zu erzeugenden Mikrostrukturen regelmäßig angeordnet sind, kann in bestimmten Fällen anstelle einer Belichtungsmaske ein Interferenzfeld aus ebenen Lichtwellen verwendet werden. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist in der deutschen Offenlequngsschrift 29 52 607 beschrieben. Dort werden in einem symmetrischen Aufbau drei ebene Lichtwellen auf einer photoempfindlichen Schicht zur Uberlagerung gebracht und erzeugen durch ihre Interferenz periodische llikrostrukturen mit Abmessungen im Bereich von Mikrometern, die beispielsweise als Fliegenaugen-Linsen eingesetzt werden können. Weitere Anwendungsgebiete sind die Herstellung von Mikrosieben, von Druckvorlagen, von optischen Streuscheiben, von Katalysatorflächen, die in der Chemie nützlich sein können, usw. Die Verwendung dieses bekannten Verfahrens zur Herstellung von sehr großflächigen Mikrostrukturreliefs scheitert jedoch an Problemen der Stabilität und insbesondere der Lichtintensität in den interferierenden Wellen, da diese nur einen geringen Bruchteil des einfallenden Lichtes enthalten (um die Kohärenzbedingung für die interferierenden Wellen zu erfüllen, werden drei sehr kleine Lochblenden verwendet, die als Lichtquellen dienen und von einem gemeinsamen Laserstrahl beleuchtet werden).If the microstructures to be produced are arranged regularly, In certain cases, an interference field can be used instead of an exposure mask plane light waves can be used. An example of such a thing procedure is described in the German Offenlequngsschrift 29 52 607. There will be in one symmetrical structure three plane light waves on a photosensitive layer superimposed and generate periodic microstructures through their interference with dimensions in the micrometer range, which are used, for example, as fly-eye lenses can be used. Further areas of application are the production of microsieves, of artwork, of optical diffusers, of catalyst surfaces, which in the Chemistry may be useful, etc. Using this known method for However, the production of very large-area microstructure reliefs fails due to problems the stability and especially the light intensity in the interfering waves, since these contain only a small fraction of the incident light (around the Satisfying the coherence condition for the interfering waves becomes three very used small pinholes that serve as light sources and shared by one Laser beam).

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine photolithographische Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einfachem Aufbau sehr großflächige Felder mit Mikrostrukturen erzeugen kann und insbesondere die wirtschaftliche Herstellung neuartiger, photolithographisch strukturierter magnetischer Oberflächenspeicher ermöglicht.The present invention is therefore the object of a photolithographic Specify device of the type mentioned, the very simple structure Can generate large fields with microstructures and in particular the economic Production of novel, photolithographically structured magnetic surface storage enables.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6 gekennzeichnete Erfindung gelöst; Ausgestaltungen der Erfindung sind in den davon abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.This object is characterized by that in claims 1 and 6 Invention solved; Refinements of the invention are set out in the claims which are dependent thereon marked.

Die hier vorgeschlagene Einrichtung verwendet zur Definition periodisch strukturierter Belichtungsfelder mindestens zwei ebene Lichtwellen mit zueinander geneigten optischen Achsen, die im Bereich eines mit photoempfindlichen Schichten bedeckten Substrats zur Interferenz gebracht werden. Um die erforderlichen Belichtungszeiten der photoempfindlichen Schicht klein zu halten, werden die interferierenden Wellen durch Beugung des Strahlenbündels eines starken Lasers an einem optischen Phasengitter erzeugt, das für ausgewählt Beugungsordnungen einen sehr hohen optischen Wirkungsgrad aufweist. Die Strahlführung für die gebeugten Lichtwellen bis zu deren Wiedervereinigung im Interferenz feld erfolgt vorzugsweise durch katadioptrische Elemente, um Abbildungsfehler (und damit Periodizitätsfehler der erzeugten Struktur) möglichst gering zu halten. Durch Änderung der Strahlführung können die Abmessungen der erzeugten Mikrostrukturen im Bereich von weniger als 1 ß bis zu einigen 100 M geändert werden.The facility proposed here uses periodic for definition structured exposure fields at least two flat light waves with one another inclined optical axes that are in the range of a photosensitive layer covered substrate are brought to interference. To get the required exposure times Keeping the photosensitive layer small will interfere with the waves by diffraction of the beam of a powerful laser on an optical phase grating generates a very high optical efficiency for selected diffraction orders having. The beam guidance for the diffracted light waves up to their reunification In the interference field, catadioptric elements are used to avoid aberrations (and thus periodicity errors of the generated structure) to be kept as low as possible. By changing the beam guidance, the dimensions of the microstructures produced can be changed in the range from less than 1 ß to several 100M.

Durch die Lichtstärke der hier vorgeschlagenen Anordnung ist es möglich, photoempfindliche Schichten mit Abmessungen bis zu ungefähr 0,5 Meter in so kurzen Zeiten zu belichten, daß keine besonderen Vorkehrungen bezüglich der mechanischen Stabilität getroffen werden müssen. Dabei können handelsübliche Laser verwendet werden.Due to the light intensity of the arrangement proposed here, it is possible photosensitive layers with dimensions up to about 0.5 meters in such short Exposure times that no special precautions regarding mechanical Stability must be taken. Commercially available lasers can be used for this will.

Mit der hier vorgeschlagenen photolithographischen Einrichtung wird außerdem ein Herstellverfahren für neuartige magnetische Oberflächen-Schichtspeicher ermöglicht.With the photolithographic device proposed here also a manufacturing process for novel magnetic surface layer memories enables.

Die heute in großem Umfang verwendeten magnetischen Plattenspeicher mit einer Oberflächenschicht aus ferromagnetischen Teilchen in einer Bindemasse benötigen zur magnetischen Speicherung eines einzigen Bits eine relativ große Fläche, da die Magnetisierung in der Ebene der Oberfäche liegt. Höhere Speicherdichten lassen sich erreichen, wenn stattdessen die Magnetisierung senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet wird, was jedoch aewisse Kunstgriffe erfordert, da in dieser Orientierung keine leichte Magnetisierungsrichtung vorliegt und die Speicherung somit instabil ist. Plattenspeicher mit vertikaler Magnetisierungsrichtung erfordern daher schwierig herzustellende magnetisierbare Schichten (z.B. metallische Dünnfilme oder entsprechend ausgerichtete magnetische Partikel in einem Trägermaterial); außerdem treten bei derartigen neuen Schichten häufig Stabilitäts- und Korrosionsprobleme auf.The magnetic disk storage devices that are widely used today with a surface layer of ferromagnetic particles in a binder need to magnetic storage of a single bit one relatively large area because the magnetization lies in the plane of the surface. Higher Storage densities can be achieved if instead the magnetization is perpendicular is aligned to the surface, which however requires certain tricks, since in this orientation is no easy direction of magnetization and the storage thus is unstable. Require disk storage with a vertical direction of magnetization therefore difficult to manufacture magnetizable layers (e.g. metallic thin films or appropriately aligned magnetic particles in a carrier material); aside from that With such new layers, stability and corrosion problems often arise on.

Mit dem hier vorgeschlagenen photolithographischen Herstellverfahren können nun die bekannten und bewährten Eisenoxidschichten so strukturiert werden, daß auch in ihnen eine vertikale Magnetisierung stabil ist. Dazu werden die magnetischen Elementarbereiche als einzelne voneinander getrennte, senkrecht stehende Stäbchen aus Fe203-Partikeln in einem geeigneten Bindermaterial ausgebildet, deren Zwischenräume zur Erhöhung der mechanischen Stabilität mit einem nichtmagnetischen Füllstoff ausgefüllt sind. Die oben beschriebene photolithographische Einrichtung erlaubt es nun, die gesamte Oherfläche einer herkömmlichen Magnetplatte mit einer einzelnen Belichtung so zu strukturieren, daß in einem nachfolgenden (Trocken-)Xtzprozeß die gewünschte Stäbchenstruktur entsteht. Die seit vielen Jahren bewährten Prozesse bei der Herstellung von Magnetplatten einerseits und der Photolithographie andererseits werden somit zu einem neuen Herstellverfahren für Magnetplatten sehr hoher Speicherdichte zusammengeführt.With the photolithographic manufacturing process proposed here the well-known and proven iron oxide layers can now be structured in such a way that that a vertical magnetization is also stable in them. To do this, the magnetic Elementary areas as individual, separate, vertical rods formed from Fe 2 O 3 particles in a suitable binder material, the spaces between them filled with a non-magnetic filler to increase the mechanical stability are. The photolithographic device described above now allows the entire surface of a conventional magnetic disk with a single exposure to be structured in such a way that the desired A rod structure is created. The manufacturing processes that have been tried and tested for many years of magnetic disks on the one hand and photolithography on the other hand are thus merged into a new manufacturing process for magnetic disks with a very high storage density.

Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet der oben beschriebenen photolithographischen Einrichtung betrifft die erstellung hochwirksamer Kühlrippen für integrierte Schaltkreise mit einer sehr hohen Anzahl einzelner, sehr dünner Kühlstifte, durch deren Zwischenräume ein Kühlmittel fließt.Another preferred field of application of the above-described photolithographic Facility concerns the creation of highly effective cooling fins for integrated circuits with a very high number of individual, very thin cooling pins through the spaces between them a coolant flows.

Auch optische Informationsspeichermedien der Art, wie sie in der PCT-Anmeldung WO 83/00943 beschrieben sind, können mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden.Also optical information storage media of the type described in the PCT application WO 83/00943 described can be produced using the method described here will.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der photolithographischen Einrichtung zur Erläuterung des prinzipiellen Strahlenverlaufs; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Erzeugung eines holographischen Phasengitters, das als Strahlteiler in einer Einrichtung nach Fig. 1 verwendet wird; Fig. 3 den schematischen Strahlengang eines zweiten Ausführungsbeispiels der photolithographischen Einrichtung; Fig. 4 einen pyramidenförmigen Spiegel, wie er in in der Einrichtung nach Fig. 3 verwendet wird; Fig. 5 den schematischen Strahlenverlauf in einem geneigten Parabolspiegel, wie er in der Einrichtung nach Fig. 3 verwendet wird; Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht einer aus einzelnen Ferritstäben aufgebauten Magnetschicht mit vertikaler Magnetisierungsrichtung und Fig. 7 die Herstellungsschritte für eine Magnetschicht nach Fig. 6.Embodiments of the invention will now be based on drawings explained in more detail. 1 shows a cross section through a first embodiment the photolithographic device for explaining the basic beam path; 2 shows a schematic representation of the generation of a holographic phase grating, which is used as a beam splitter in a device according to Figure 1; Fig. 3 the schematic beam path of a second embodiment of the photolithographic Facility; Fig. 4 shows a pyramidal mirror as it is in the device is used according to Figure 3; Fig. 5 shows the schematic beam path in an inclined Parabolic mirror as used in the device according to FIG. 3; Fig. 6 is a schematic perspective view of a built up from individual ferrite rods Magnetic layer with vertical direction of magnetization and FIG. 7 the manufacturing steps for a magnetic layer according to FIG. 6.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der photolithographischen Einrichtung mit deren prinzipiellem Strahlengang. Ein kollimiertes Laserlichtbündel 1 trifft von links kommend auf ein optisches Kreuzgitter 2, dessen Aufsicht bei Bezugzeichen 2a dargestellt ist. Das Gitter 2, dessen Herstellung noch im einzelnen besprochen wird, ist so ausgestaltet, daß ein Großteil der im Strahlenbündel 1 eintreffenden Lichtenergie in ausgewählte Beugungsordnungen abgelenkt wird, beispielsweise in die + 1. Beugungsordnungen 3 bzw. 4 mit dem Beugungswinkel d/2. Da die Beugung durch ein Kreuzgitter erfolgt, treten neben den gezeichneten abgelenkten Lichtbündeln noch die beiden vor bzw. hinter der Zeichenebene liegenden ersten Beugungsordnungen auf. Eine Sammellinse 5, die im Abstand ihrer Brennweite fl vom Kreuzgitter 2 angeordnet ist, fokussiert die ausgewählten Beugungsordnungen auf eine Lochblende 6, die im Abstand fl hinter der Linse 5 steht und deren Aufsicht bei Bezugszeichen 6a wiedergegeben ist. Die Lochblende 6 enthält beispielsweise vier symmetrisch angeordnete Öffnungen, die auf die vier ersten Beugungsordnungen ausgerichtet sind, so daß nur diese hindurchtreten können, während alle anderen unerwünschten Beugungsordnungen (z.B. das ungebeugte Licht) abgeblendet bleiben.Fig. 1 shows a cross section through a first embodiment of the photolithographic device with its basic beam path. A collimated Laser light bundle 1 coming from the left hits an optical cross grating 2, the Top view is shown at reference number 2a. The grid 2, which is still being manufactured is discussed in detail, is designed so that a large part of the beam 1 incident light energy is deflected into selected diffraction orders, for example into the + 1st diffraction orders 3 or 4 with the diffraction angle d / 2. Because the diffraction occurs through a cross grating, appear next to the drawn deflected light bundles nor the two first diffraction orders in front of and behind the plane of the drawing on. A converging lens 5 which is arranged at a distance of its focal length f1 from the cross grating 2 is, focuses the selected diffraction orders on a pinhole 6, which is in Distance fl is behind the lens 5 and its top view is reproduced at reference numeral 6a is. The aperture 6 contains, for example, four symmetrically arranged openings, which are aligned with the first four orders of diffraction, so that only these pass through can, while all other unwanted diffraction orders (e.g. the undiffracted Light) remain dimmed.

Die vier Öffnungen der Lochblende wirken somit als vier Strahlungsquellen, die untereinander kohärent sind und interferenzfähige Lichtwellen erzeugen. In einer Sammellinse 7, die im Abstand ihrer Brennweite f2 von der Lochblende 6 angeordnet ist, werden die divergierenden Lichtbündel zu Parallelbündeln umgeformt, die ebene Wellenfronten aufweisen und hinter dem optischen System 7 unter einem Winkel e gegeneinander verlaufen. In dem durch Kreuzschraffur gekennzeichneten Uberlappungsgebiet der parallelen Lichtbündel entsteht ein kreuzgitterartiges Interferenzfeld 8, in das ein Substrat 9 mit einer photoempfindlichen Oberfläche gebracht wird, beispielsweise eine Magnetplatte, Bei dieser Anordnung ist die Gitterkonstante G des Interferenzfeldes 8 in etwa gleich der Gitterkonstanten g des Objektgitters 2. Nach der Beugungstheorie lassen sich nämlich die beiden Gitterkonstanten darstellen als: G- c sin 2 2 sin 2 Aus der Geometrie des Strahlenverlaufs folgt die Beziehung: Für f2 = 2fl und kleinen Winkeln 6, e (bei denen der Tangens ungefähr gleich dem Sinus gesetzt werden kann), ergibt sich durch Einsetzen g X G; andere Verhältnisse g/G können durch entsprechende Wahl der Brennweiten eingestellt werden.The four openings of the pinhole diaphragm thus act as four radiation sources that are coherent with one another and generate light waves capable of interference. In a converging lens 7, which is arranged at a distance of its focal length f2 from the pinhole 6, the diverging light bundles are formed into parallel bundles which have flat wave fronts and run behind the optical system 7 at an angle e to one another. In the overlapping area of the parallel light bundles marked by cross-hatching, a cross-grating-like interference field 8 is created, into which a substrate 9 with a photosensitive surface is placed, for example a magnetic disk.In this arrangement, the grating constant G of the interference field 8 is approximately equal to the grating constant g of the object grating 2 According to the diffraction theory, the two lattice constants can be represented as: G- c sin 2 2 sin 2 The relationship follows from the geometry of the beam path: For f2 = 2fl and small angles 6, e (at which the tangent can be set roughly equal to the sine), substituting g XG; other ratios g / G can be set by selecting the focal lengths accordingly.

Zur Belichtung eines Objekts 9 mit einem Durchmesser von ungefähr 40 cm (entsprechend dem gängigen Durchmes- ser bekannter Magnetplatten) kann ein optisches System mit den folgenden Konstruktionsparametern verwendet werden: Durchmesser des Objektgitters 2: 20 cm, Durchmesser des optischen Systems 5: 42 cm; fl = 30 cm, Durchmesser des optischen Systems 7: 62 cm; f2 = 60 cm.For exposing an object 9 with a diameter of approximately 40 cm (according to the common diameter well-known magnetic disks) an optical system can be used with the following design parameters: Diameter of the object grid 2: 20 cm, diameter of the optical system 5:42 cm; fl = 30 cm, diameter of the optical system 7: 62 cm; f2 = 60 cm.

Als Lichtquelle kann beispielsweise ein leistungsfähiger Excimer-Laser mit einer Ausgangs strahlung im Ultraviolettbereich verwendet werden.A powerful excimer laser, for example, can be used as the light source can be used with an output radiation in the ultraviolet range.

Wenn Interferenz felder 8 mit möglichst idealer Periodizität erzeugt werden sollen, muß die Qualität der verwendeten optischen Bauteile hohen Anforderungen genügen. Dies gilt insbesondere für das kollimierende optische System 7, für das bevorzugt spiegelnde Abbildungselemente ohne Linsensysteme verwendet werden.-Einzelheiten dazu werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert.When interference fields 8 generated with the ideal possible periodicity are to be, the quality of the optical components used must meet high requirements suffice. This applies in particular to the collimating optical system 7 for which preferably reflective imaging elements without lens systems are used. Details these are explained in the second exemplary embodiment.

Zur Herstellung des Objektgitters 2 bieten sich ebenfalls Interferenzverfahren an, da ein hoher Beugungswirkungsgrad für ausgewählte Beugungsordnungen gefordert wird, sowie eine große Oberfläche und eine möglichst kleine Gitterkonstante, um beispielsweise bei der Herstellung von Magnetplatten eine hohe magnetische Speicherdichte zu erzielen. Die im Stand der Technik bekannten, sog. holographischen Phasengitter genügen diesen Anforderungen und können entsprechend Fig. 2 dadurch erzeugt werden, daß ein Photolack, wie er auch in der Halbleiterindustrie verwendet wird, in das Interferenzfeld zweier sich unter Winkeln e schneidender ebener kohärenter Wellen 21, 22 gebracht wird. Bei der anschließenden Entwicklung des Photolacks entsteht eine sinusförmige Reliefstruktur, die dem Gitter ausgezeichnete Beugungseigenschaften vermittelt. Die Gitterkonstante g wird dabei durch die bekannte Interferenzbeziehung # g = 2 sin # bestimmt. Man kann sie durch Unerung des Rinfallswinkels der ebenen Wellen in weiten Grenzen ändern. Gitter mit Gitterkonstanten im Bereich von 1 gm wurden schon hergestellt, so daß in der oben beschriebenen photolithographischen Einrichtung auch großflächige Objekte mit einem periodischen Muster derselben Größenordnung versehen werden können.Interference methods are also suitable for producing the object grating 2 because a high diffraction efficiency is required for selected diffraction orders as well as a large surface area and the smallest possible lattice constant For example, a high magnetic storage density in the manufacture of magnetic disks to achieve. The so-called holographic phase gratings known in the prior art meet these requirements and can be generated according to Fig. 2, that a photoresist, as it is also used in the semiconductor industry, in the Interference field of two plane coherent waves intersecting at angles e 21, 22 is brought. During the subsequent development of the photoresist, it arises one sinusoidal relief structure, which is excellent for the grid Diffraction properties conveyed. The lattice constant g is given by the known Interference relationship # g = 2 sin # is determined. You can do it by not knowing the angle of incidence of the plane waves change within wide limits. Lattice with lattice constants in the area of 1 gm have already been made, so that in the above-described photolithographic Establish large-area objects with a periodic pattern of the same size can be provided.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer photolithographischen Einrichtung, die zur Erzeugung der interferierenden Wellenfelder spiegelnde Abbildungsflächen verwendet. Ein Laser 30 erzeugt ein Ausgangsbündel, das von einer Linse 31 auf eine Lochblende 32 fokussiert wird, die als räumliches Filter zur Aussonderung unerwünschter Strahlanteile dient. Das Laserbündel wird dann über eine abbildende Linse 33 auf ein holographisches Rreuz-Phasengitter 34 der eben besprochenen Art fokussiert, das im wesentlichen die gesamte auftreffende Energie in die ersten Beugungsordnungen ablenkt. Alle vier ersten Beugungsordnungen (von denen B1 und B2 in der Zeichenebene der Fig. 3 liegen, während die beiden weiteren hinter bzw. vor der Zeichenebene verlaufen) werden durch ein optisches System 35 in einem Punkt F fokussiert und anschließend die davon ausgehenden divergenten Bündel an den vier Seiten eines Spiegels reflektiert, der die Form einer (abgeschnittenen) Pyramide aufweist. Eine schematische perspektivische Ansicht dieses Spiegels ist in Fig. 4 wiedergege- ben. Die Mittelfläche des Spieaels kann geschwärzt werden, um Licht zu unterdrücken, das durch Gitter 34 ungebeugt hindurchgegangen ist; stattdessen kann aber auch in der Mittelfläche ein Photoempfänger angebracht werden, der aus dem ungebeugten Licht die gesamte zur Verfügung stehende Lichtmenge mißt und so den Belichtungsvorgang steuert.Fig. 3 shows a further embodiment of a photolithographic Device used to generate the interfering wave fields reflecting imaging surfaces used. A laser 30 generates an output beam that is directed by a lens 31 onto a Pinhole 32 is focused, as a spatial filter for weeding undesirable Beam components is used. The laser beam is then viewed through an imaging lens 33 a holographic cross-phase grating 34 of the type just discussed focuses, that essentially all of the incident energy in the first diffraction orders distracts. All four first orders of diffraction (of which B1 and B2 are in the plane of the drawing of Fig. 3, while the other two are behind or in front of the plane of the drawing run) are focused by an optical system 35 in a point F and then the divergent bundles emanating from it on the four sides of a mirror reflected, which has the shape of a (truncated) pyramid. A schematic perspective view of this mirror is shown in FIG. ben. The middle surface of the mirror can be blackened to suppress light, which passed through grid 34 unbending; instead, you can also use a photoreceiver can be attached to the middle surface, which absorbs the undiffracted light measures the total amount of available light and thus the exposure process controls.

Die vier an den Spiegelflächen reflektierten Bündel gelangen jeweils zu einem von vier Umlenkspiegeln 37 in Form von abgeschnittenen Rotationsparaboloiden, deren Brennpunkte alle in dem Punkt P auf der optischen Achse liegen. Die Schnittlinien von zwei dieser parabolischen Spiegel mit der Zeichenebene von Fig. 3 tragen die Bezugszeichen 37a, 37b (die beiden anderen Spiegel liegen vor bzw. hinter der Zeichenebene). Die Parabolspiegel erzeugen aus den divergierenden Bündeln jeweils Bündel parallelen Lichts (z.B. 38a, 38b) mit ebenen Wellenfronten und Bündelachsen (z.B. 39a, 39b), die mit der optischen Achse des Systems Winkel cx bilden. In dem schraffiert dargestellten räumlichen Überlappungsfeld 40 entsteht dann ein Interferenzfeld, in das eine zu strukturierende Oberfläche 41 gebracht werden kann, die mit einem Photo lack oder einem anderen photoempfindlichen Material bedeckt ist. Im Photolack entsteht dann ein Belichtungsmuster nach Art eines Kreuzgitters, das mit den üblichen lithographischen Techniken ausgeätzt und weiterverarbeitet werden kann. Die Gitterkonstante g dieses Kreuzmusters wird durch Einstellung der Winkel a gewählt, indem Spiegel 36 und die Parabolspiegel 37 entsprechend justiert werden. Die Gitterkonstante g wird durch die Beziehung: g = 2 sie a bestimmt.The four bundles reflected on the mirror surfaces arrive each time to one of four deflection mirrors 37 in the form of cut paraboloids of revolution, whose focal points all lie in the point P on the optical axis. The cutting lines of two of these parabolic mirrors with the plane of the drawing of FIG. 3 carry the Reference symbols 37a, 37b (the other two mirrors are in front of and behind the plane of the drawing). The parabolic mirrors generate parallel bundles from the diverging bundles Light (e.g. 38a, 38b) with plane wave fronts and beam axes (e.g. 39a, 39b), which form angle cx with the optical axis of the system. In the hatched shown spatial overlap field 40 then results in an interference field into which one to structuring surface 41 can be brought with a photo paint or covered with another photosensitive material. Then arises in the photoresist an exposure pattern in the manner of a cross grating, which is made with the usual lithographic Techniques can be etched out and processed. The lattice constant g this Cross pattern is chosen by adjusting the angle a by placing mirror 36 and the Parabolic mirror 37 can be adjusted accordingly. The lattice constant g is given by the relation: g = 2 it determines a.

Der Strahlenverlauf in den schräg zur optischen Achse angeordneten Parabolspiegeln 37 ist in Fiq. 5 zur besseren Darstellung noch einmal schematisch wiedergegeben.The beam path in the oblique to the optical axis Parabolic mirrors 37 are shown in FIG. 5 again schematically for better illustration reproduced.

Anstelle der Paraboloidschalen 37 können auch reflektierende Fresnel-Linsen eingesetzt werden, die in sehr großen Abmessungen (bis zu Quadratmetern) käuflich sind und ebenfalls eine Kollimierung der Beugungsordnungen ermöglichen. Auch ebene Spiegel können die Paraboloidschalen ersetzen, wobei dann allerdings die Gitterkonstante in dem erzeugten Interferenz feld vom jeweils betrachteten Ort abhängt.Instead of the parabolic shells 37, reflective Fresnel lenses can also be used are used, which are commercially available in very large dimensions (up to square meters) and also allow a collimation of the diffraction orders. Also level Mirrors can replace the parabolic shells, but then the lattice constant in the generated interference field depends on the location being viewed.

Durch die mit der photolithographischen Einrichtung nach der Erfindung ermöglichte großflächige Strukturierung von Oberflächen in einem einzigen Belichtungsschritt können magnetische Oberflächen-Schichtspeicher auf wirtschaftliche Weise mit photolithographischen Verfahren hergestellt werden.By using the photolithographic device according to the invention enabled large-scale structuring of surfaces in a single exposure step can use magnetic surface layer memory in an economical way with photolithographic Process are produced.

Fig. 6 zeigt die Struktur eines derartigen Oberflächenspeichers, bei dem aufrechtstehende Ferritstäbe mit 2 einem Querschnitt von einigen m und einer Höhe von ungefähr 10 ßm eng nebeneinander auf einem Substrat angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Ferritstäben sind durch ein nichtmagnetisches Füllmaterial ausgefüllt, um die mechanische Stabilität zu erhöhen. Die für praktische Zwecke erforderliche Fläche mit derar-2 tigen Ferritstäben kann bis zu 0,5 m betragen.Fig. 6 shows the structure of such a surface memory, at the upright ferrite rods with 2 a cross section of a few m and one Height of about 10 µm are arranged closely next to one another on a substrate. the The distances between the ferrite rods are created by a non-magnetic filler material filled in to increase mechanical stability. The for practical purposes The required area with such ferrite rods can be up to 0.5 m.

Fig. 7 zeigt die wesentlichen Herstellungsschritte für eine Magnetschicht nach Fig. 6. Das Substrat 72, beispielsweise eine diamantgedrehte Aluminiumscheibe, wird mit einer Ferritschicht 71 bedeckt, wie sie auch bei den herkömmlichen magnetplatten verwendet wird, deren Magnetisierung in der Oberflächenebene selbst liegt.7 shows the essential manufacturing steps for a magnetic layer according to Fig. 6. The substrate 72, for example a diamond-turned aluminum disc, is covered with a ferrite layer 71, as it is also in the conventional Magnetic disks are used, their magnetization in the surface plane itself lies.

Über der Ferritschicht 71 wird eine Photolackschicht 70 aufgebracht und anschließend das gesamte Substrat in das Interferenz feld nach Fig. 1 oder Fig. 3 gebracht.A photoresist layer 70 is applied over the ferrite layer 71 and then the entire substrate in the interference field according to Fig. 1 or Fig. 3 brought.

Die kreuzgitterartige Intensitätsverteilung in dem Interferenzfeld führt zu entsprechenden Löslichkeitsveränderungen im Photolack, so daß sich nach dessen Entwicklung auf der Ferritschicht 71 regelmäßig angeordnete Photolackinseln ergeben, deren Schnitt Fig. 7B darstellt. In einem nachfolgenden Ätzprozeß wird die Ferritschicht an allen Stellen entfernt, die nicht durch die verbleibenden Photolackbedeckungen geschützt sind. Um Unterätzungen bei den sehr tiefen Atzkanälen zu vermeiden, werden dazu vorzugsweise Trockenätzverfahren eingesetzt, beispielsweise reaktives Ionenätzen.The cross-grating-like intensity distribution in the interference field leads to corresponding changes in solubility in the photoresist, so that after its development on the ferrite layer 71 regularly arranged photoresist islands result, the section of which is shown in FIG. 7B. In a subsequent etching process the ferrite layer is removed in all places that are not covered by the remaining photoresist coverings are protected. In order to avoid undercutting in the very deep etching channels, dry etching processes are preferably used for this purpose, for example reactive ion etching.

Die so hergestellte dichte Anordnung von aufrechtstehenden Ferritstäbchen wird dann mit einem geeigneten Füllmateriai ausgegossen, so daß die in Fig. 7C dargestellte Struktur mit dem nichtmagnetischen Füllmaterial 73 entsteht. Die Oberfläche dieser Magnetschicht kann dann in üblicher Weise geschliffen und poliert werden.The dense arrangement of upright ferrite rods produced in this way is then poured with a suitable filler material so that that shown in Fig. 7C Structure with the non-magnetic filler material 73 is created. The surface of this Magnetic layer can then be ground and polished in the usual way.

Eine weitere Anwendung der hier vorgeschlagenen photolithographischen Einrichtung besteht in der Herstellung von hochwirksamen Kühlkörpern, beispielsweise für integrierte Schaltungen. Dazu wird auf einem geeigneten Material, beispielsweise Silicium, eine Struktur von aufrechtstehenden Nadeln, ähnlich den Ferritstäben nach Fig. 6, erzeugt, deren Zwischenräume jedoch aber offengelassen werden und als Kanäle für eine dort fließende Kühlflüssigkeit dienen. Wird dieser Kühlkörper in Kontakt mit einer integrierten Schaltung gebracht, so kann die dort erzeugte Wärme sehr wirksam abgeführt werden.Another application of the photolithographic proposed here Facility consists in the manufacture of highly effective heat sinks, for example for integrated circuits. This is done on a suitable material, for example Silicon, a structure of upright needles, similar to the ferrite rods Fig. 6, generated, but the spaces between them are left open and as channels serve for a cooling liquid flowing there. Will this heat sink make contact brought with an integrated circuit, the heat generated there can be great be effectively discharged.

Die Anordnung der schlanken Nadeln in einem magnetischen Oberflächenspeicher mit vertikaler Magnetisierung oder bei einem Kühlkörper braucht nicht unbedingt regelmäßig im Sinne einer Matrix zu sein; es genügt, wenn eine ausreichend hohe Nadeldichte vorliegt, selbst wenn die Nadeln selbst nur unregelmäßig verteilt sind.The arrangement of the slim needles in a magnetic surface memory with vertical magnetization or with a heat sink does not necessarily need to be regular in the sense of a matrix; it suffices if it is sufficiently high There is a needle density, even if the needles themselves are only irregularly distributed.

Derartige Nadelschichten lassen sich auf photolithographischem Wege auch ohne ein Interferenzfeld zweier überlagerter ebener Wellen erzeugen. Es genügt dazu, die mit einem Photolack bedeckte Schicht durch einen Laserstrahl zu beleuchten, der aufgrund seiner ihm innewohnenden sehr hohen Kohärenz ein unregelmäßiges Intensitätsmuster erzeugt, das sog. Speckle-Muster. Die Größe der einzelnen Lichtpunkte kann dabei durch die Größe der verwendeten Apertur eingestellt werden.Such needle layers can be photolithographically generate even without an interference field of two superimposed plane waves. It is sufficient to illuminate the layer covered with a photoresist with a laser beam, which due to its inherent very high coherence has an irregular intensity pattern generated, the so-called speckle pattern. The size of the individual points of light can be can be adjusted by the size of the aperture used.

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Claims

P A T E N T A N 5 P R U C H E 1. Photolithographic device for the production of periodic micro structures on a substrate (9) with a photosensitive layer is covered and brought into an interference field (8) becomes more coherent through the superposition of several flat, mutually inclined Waves arises, characterized in that the coherent waves by diffraction a laser beam bundle (1) are generated on a holographic cross grating (2), which is designed as a phase grating and essentially the entire energy of the directs the incident laser beam (1) into the first four orders of diffraction.

2. Device according to claim 1, characterized in that a converging lens (5) at the distance of their focal length fl behind the cross grating or in front of a pinhole (6) is arranged around the four first diffraction orders to four symmetrically arranged To focus openings of the pinhole and that behind the pinhole a collimation optics (7) is arranged at the distance of their focal length f2.

3. Device according to claim 2, characterized in that the Focal lengths of the converging lens (5) and the collimating optics (7) behave as f1: f2 = 1: 2, around the lattice constant (G) of the interference field (8) approximately equal to the lattice constant (g) of the cross lattice (2).

4. Device according to claim 1, characterized in that the four first diffraction orders through a converging lens (35) on a point (F) of the optical Axis are focused so that the divergent bundle of rays emanating from there through the four side surfaces of a pyramid-shaped mirror (36) to form four parabolic mirrors 137), their common focal point (P) on the optical axis lies, and that the pyramidal mirror (36) and the paraboloid mirror (37) are movable.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by their use in the photolithographic manufacture of heat sinks for integrated Circuits made up of a multitude of microscopic cool fingers with in between arranged cooling channels exist.

6. Magnetic surface storage with magnetizable areas, their magnetization vector brought into a stable position perpendicular to the surface can be, characterized in that perpendicular to a substrate (72) a Large number of photolithographically defined, separated, elongated, magnetic Rods (71) with dimensions in the micron range are available in a non-magnetic Filling compound are embedded.

7. Magnetic surface memory according to claim 6, characterized in that that the magnetic rods consist of ferrite particles in a binding compound.

8. Magnetic surface memory according to claim 6 or 7, characterized by its manufacture with a photolithographic device according to one of the Claims 1 to 4.

9. Magnetic surface memory according to claim 6 or 7, characterized characterized in that the speckle pattern for its production as a photolithographic pattern a laser is used and that the size of the individual magnetizable areas is determined by the aperture of the laser beam.