JP2019525249A - 非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）によって、フォトレジスト（１００）を露光させることにより、非平面初期構造（０１０）上にターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成する方法および装置を提供する。本方法は、ａ）非平面初期構造（０１０）の表面のトポグラフィ（０２０）を検出するステップ、ｂ）リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つのテストパラメータを使用し、リソグラフィビーム（０６０）の、初期構造（０１０）、リソグラフィビーム（０６０）におけるこうして生じる変化および／または生成されるターゲット構造（０３０）との相互作用を測定するステップ、ｃ）リソグラフィビーム（０６０）の初期構造（０１０）との相互作用によって引き起こされる、リソグラフィビーム（０６０）および／または生成されるターゲット構造（０３０）の変化が減少するように、リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの補正パラメータを決定するステップ、およびｄ）リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの補正パラメータを使用して、少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）によってフォトレジスト（１００）を露光させることにより、所望のターゲット構造（０３０）を初期構造（０１０）上に生成するステップを含む。本方法および装置は、既に存在する非平面初期構造（０１０）上に、高精度で、高解像度の三次元ターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成することを可能にする。

Description

本発明は、直接描画光リソグラフィ（direct writing optical lithography）の分野に属し、非平面初期構造上のターゲット構造のリソグラフィ生成のための方法および装置に関する。この場合、非平面初期構造は、空間のすべての三次元に拡張され、直接描画光リソグラフィにより生成可能な追加のターゲット構造に対する支持体として機能するトポグラフィ（topography）を有する表面を持つ三次元構造を意味すると理解される。初期構造は、特には、非平面構造の表面または、代替的にまたは付加的に別個のマイクロ技術またはマイクロ光学部品の配列であり得る。また、本発明の方法の間に生成される構造はまた、同様にさらなるターゲット構造のための初期構造の一部であってもよく、特には以前の平面構造を非平面初期構造に再成形することができる。

従来技術は、非平面初期構造上のターゲット構造のリソグラフィ生成のための装置および方法を開示している。この場合、通常、本明細書において以下「リソグラフィビーム」と呼ばれる、リソグラフィに使用される光線が初期構造と相互作用するという効果が観測可能である。第１に、これは、初期構造の透明部分領域が、リソグラフィビームの波面の変化に寄与し、ひいてはリソグラフィビームのビームプロファイルの変形に寄与し得るという事実により、または、初期構造の不透明部分領域が、リソグラフィビームの部分的な遮光（shading）をもたらし得るという事実により、リソグラフィビームの影響、ひいてはターゲット構造の変化をもたらし得る。説明した効果は、第１に、リソグラフィビームが高い開口数を有する場合に生じ得る。第２に、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、また、初期構造の光学的に誘起された局所的な変化をももたらし得る。初期構造と同様に、既に生成されたターゲット構造の部分領域それ自身が、また、リソグラフィビームと相互作用し、ターゲット構造の部分領域が、特に、既に生成された部分領域に隣接している場合は、それに応じて、リソグラフィビームに影響を与え得る。

説明した影響は、特に、三次元の高解像度パターニング方法において、特に、単光子ＵＶリソグラフィにおいて、または、たとえば、二光子リソグラフィなどの多光子効果を利用する方法で観察することができる。これらのパターニング方法は、「ボクセル（voxels）」とも呼ばれ、長半軸の短半軸に対する可能な限り低いアスペクト比を有する楕円形状の三次元体積要素を生成するために、軸方向および横方向の焦点において狭く限定される、最大強度を有するリソグラフィビームを使用する。この目的のために、収束リソグラフィビームによって示される円錐が、露光光学ユニットと焦点との間の全体積を実質的に充填するように、出力側に、高い開口数を有する露光光学ユニットが使用され、それによって、リソグラフィビームは、上記体積に位置する初期構造の部分領域と相互作用する場合がある。同時に、多光子重合により生成された体積要素の形状、大きさ、および位置は、リソグラフィビームの焦点での強度分布の変化に対して敏感であるので、初期構造との相互作用の結果として生成されるビームプロファイルの変化に対しても敏感である。また、多光子方法は、通常は光源としてパルスレーザを使用してのみ達成される高い光パワーを必要とする。リソグラフィビームを受ける初期構造の部分領域は、結果として、さらに影響を受ける場合がある。これはまた、紫外放射領域のリソグラフィにも適用することができ、そのために連続放射レーザーも使用される場合があり、ビームは、同様に初期構造と相互作用する場合がある。

特許文献１は、積層構造により三次元構造を生成するための方法を開示しており、光硬化樹脂の平坦面が照射され、既に露光された構造は、変位テーブルによって樹脂浴内で底部に移動させられる。しかし、ここでターゲット構造のリソグラフィ生成は常に光硬化樹脂の平坦面上で起こる。さらに平坦面上にターゲット構造をリソグラフィ生成するためのさらなる方法は、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、または特許文献６に開示されている。さらに特許文献が、たる形または円筒状の平面初期構造上にターゲット構造を生成する方法を開示している。

特許文献７は、グレースケールリソグラフィによって非平面状マイクロ構造の表面上にターゲット構造を生成するための方法を開示している。この目的のために、リソグラフィビームは、フォトレジストの表面上に所望の露光量を得るために変調され、またはリソグラフィビームは、非平面表面上に再集束される。これの欠点は、グレースケールリソグラフィの使用が、傾斜面を有する平面構造を生成することを可能にするだけということである。

特許文献８は、フォトレジスト内の部分領域の生成方法を開示しており、部分領域の屈折率は、フォトレジストの他の部分領域とは異なっている。しかしながら、ここでは部分領域の生成中に起こりえるリソグラフィビームの遮光（shading）や遮断（blocking）などの効果は完全に無視される。

特許文献９は、熱偏光によりターゲット構造を生成するための方法を開示していて、隣接する体積要素の逐次露光は、レーザビームによって行われる。この目的のために、ビームの観察は、特には、可能な限り理想的には体積要素の形状を保つために、レンズの上流で実行される。

特許文献１０は、平面および非平面光学ならびにフォトニックターゲット構造を生成する方法を開示している。これには、互いに対する相対的な位置合わせを改善するために、同じ方法ステップにおいて、異なる機能を有する異なる部品を生成することが含まれる。この目的のために、好ましくは可視または赤外スペクトル範囲で、二光子吸収によって第１レーザー光を使用して、非平面ターゲット構造を生成するために、および、好ましくは紫外スペクトル範囲で、単光子吸収によって別途の第２レーザー光を使用して、平面ターゲット構造を生成するために、ハイブリッド直接描画法が用いられる。

非特許文献１には、人工複眼用レンズ構造を生成するために丸い、凹凸表面へのレーザーリソグラフィが記載されている。この目的のために、露光された構造の変形を避けるために、リソグラフィビームは、書き込まれるべき表面に対して常に垂直であり、露光時のリソグラフィビームのビーム経路は常に同じであることを保証する、位置決めシステムが使用される。これにより、リソグラフィビームが、初期構造に影響することを回避することができる。しかしながら、これの欠点は、これに用いられる六軸システムへのアクセス可能な角度の制限であって、一般的に±１０°を超えることができない。

非特許文献２には、ターゲット構造、たとえば、回折フレネル構造を非平面表面、たとえば、凸レンズ素子の表面上に、リソグラフィ生成するための方法および対応する装置が記載され、レンズ素子は、それぞれの場合に、フォトレジストで被覆され、フォトレジストは、次いで、適切に集束されて案内されたレーザビームによってパターン化されるように露光される。この場合、露光は、露光およびパターン化されるレンズ素子の表面が移動可能な露光プラットフォームによって永続的に再調整され、したがって描画ビームに対して常に垂直に完全に配向される。この目的のために、レンズ素子のトポグラフィと輪郭が前もって検出されるか、またはモデル・データ・セットとして存在している必要がある。

非特許文献３には、後のエッチングステップにおいてＳｉＯ₂の凸レンズ素子に転写されるマイクロフレネルレンズ素子の構造を生成するための初期構造としての、ＳｉＯ₂の凸レンズ素子へのレーザーリソグラフィが記載されている。この目的のために、０．５の小さい開口数を有するレンズが、２〜３μｍの直径を有する体積要素を描画するために使用される。しかしながら、ＳｉＯ₂の凸レンズ素子の大きな曲率半径２００〜４００μｍにより、リソグラフィビームは、実質的に初期構造の影響を受けないままである。

非特許文献４には、基板のエッジ近傍の透明基板内の導波路の光学的パターニング中に発生する収差を補正する方法が記載されている。これらの収差は、レンズからの透明材料中へのビームコーン入射が、特には高い開口数のレンズの使用で基板エッジ付近において分離されるという事実によって生じる。非特許文献４に記載された方法は、専ら光学的品質を有する２つの相互に垂直な面を持つ固体の透明ガラス基板の内部への導波路のパターニングの応用に関する。位相面の収差補正が、生成される導波路の各点に対して個別に算出される必要があり、また比較的遅い空間光変調器（ＳＬＭ）を使用して設定されなければならないので、この方法では、描画速度に関して制限されている。したがって、０．５μｍ／秒の描画速度が記載されており、高スループット直接描画リソグラフィ方法のために必要とされる値をはるかに下回る。

欧州特許第２０６７６１０号明細書 国際公開第０１／９６９５９５号 独国特許出願公開第１０２００８０５４５８２号明細書 国際公開第２００９／００９２０８号 国際公開第２００９／１３４７６２号 米国特許出願公開第２０１０／０００３６１９号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１７５８６０号明細書 国際公開第２００６／１３８５８７号 米国特許第８，８４６，１６０号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０３１５５３０号明細書

D. Radtke et al., Laser lithographic fabrication and characterization of a spherical artificial compound eye, Optics Express 3067, March 2007 D. Radtke et al., Laser lithography on non-planar surfaces, Optics Express, Vol., 15, No. 3, pages 1167-1174, February 2007 H. Nishiyama et al., SiO2-based nonplanar structures fabricated using femtosecond laser lithography, Optics Express 17288, October 2008 Salter et al., Focussing over the edge: Adaptive subsurface laser fabrication up to the sample face; Opt. Express 20, 19978, August 2012

この背景に対して、本発明の目的は、上記した従来技術の欠点および制限を少なくとも部分的に克服する、非平面初期構造上のターゲット構造をリソグラフィ生成するための方法および装置を提供することである。

非平面初期構造に高精度で高解像度の三次元ターゲット構造のリソグラフィ生成を可能にするために、特に、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用の不利な影響が、最大限可能な程度に減らされるか、または完全に回避されるように意図される。この場合、その趣旨は、特に高い描画速度を可能にし、ひいては工業的生産に適切なスループットを可能にすることである。

この目的は、方法および独立請求項の特徴を有する非平面初期構造上のターゲット構造のリソグラフィ生成のための装置によって達成される。個々にまたは任意の組み合わせで実現することができる有利な展開は、従属請求項に記載されている。

以下、「有する（have）」、「包含する（encompass）」、「備える（comprise）」または「含む（include）」という用語、または、それらからの任意の文法的変形は、非排他的に使用される。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入される特徴の他に、さらなる特徴が存在しない状況、または、１つまたは複数のさらなる特徴が存在する状況のいずれかを指し得る。一例として、「ＡはＢを有する（A has B）」、「ＡはＢを包含する（A encompasses B）」、「ＡはＢを備える（A comprises B）」および「ＡはＢを含む（A includes B）」という表現は、Ｂの他に他のエレメントがＡ中に存在しない状況（すなわち、Ａは専らＢからなる状況）、または、Ｂに加えて、エレメントＣ、またはエレメントＣおよびＤ、またはさらなるエレメントなどの、１つまたは複数のさらなるエレメントが、Ａに存在する状況のいずれかを指し得る。

さらに、「少なくとも１つ（at least one）」、「１つまたは複数（one or more）」という用語、およびそれらの用語の文法的変形は、それらが１つまたは複数のエレメントまたは特徴に関連して使用され、およびエレメントまたは特徴が単数でまたは複数で提供され得るという事実を表現することが意図される場合、一般的には、一度のみ、たとえば特徴またはエレメントが初めて導入されるときに用いられる。特徴またはエレメントが再度続いて記述されるとき、対応する用語「少なくとも１つ（at least one）」または「１つまたは複数（one or more）」は、一般的には、特徴またはエレメントが単数でまたは複数で提供され得る可能性を制限することなしに、もはや用いられない。

さらに、以下、用語「好ましくは（preferably）」、「優先的には（with preference）」、「特に（in particular）」、「たとえば（for example）」という用語、または、類似の用語は、代替の実施形態がそれらによって制限されることなく用いられる。これに関連して、これらの用語によって導入される特徴は、任意の機能であり、特許請求の範囲を、特に独立請求項の範囲は、これらの機能によって限定するように意図されるものではない。これに関連して、本発明はまた、当業者が認識するであろうように、他の構成を用いて実施され得る。同様に、「本発明の一実施形態では」、または、「本発明の例示的な一実施形態では」によって導入される特徴は、代替の構成または独立請求項の範囲がそれらによって制限されることなく、任意の機能として理解される。さらに、これらの導入表現によって導入される特徴を任意の特徴または非任意の特徴である他の特徴、と組み合わせるすべての可能性は、これらの導入表現によって影響を受けないことが意図される。

第１の態様において、本発明は、非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成するための方法に関する。

この場合、「リソグラフィ生成」は、リソグラフィ用ビームにより、または「リソグラフィビーム束」とも呼ばれる、複数のリソグラフィビームによって、少なくとも１つの露光ステップと少なくとも１つの後の現像ステップにおいて、フォトレジストを露光することによってターゲット構造を生成することを指す。本発明に関連して、「リソグラフィビーム」は、「リソグラフィ」とも呼ばれる方法において、現像ステップが実行された後に、所望のターゲット構造が現像されたフォトレジストに得られるように、フォトレジストが変化するような方法で、露光ステップ中に、フォトレジストと相互作用するために使用される光線を意味する。この場合、用語「相互作用」とは、リソグラフィビームのフォトレジスト上への相互の作用を意味し、逆もまた同様であり、それによって、それぞれの特性を変化させることができる。例として、リソグラフィビームは、フォトレジストの体積要素内のフォトレジストの溶解度を変化させることができ、他方、フォトレジストは、リソグラフィビームのパラメータに影響を与えることができる。

「フォトレジスト」は、感光性材料、好ましくはポリマー、特にはアクリル酸エステル、メタクリル酸メチルまたはＯＲＭＯＣＥＲを含む。選択された感光性材料の吸収特性によって、フォトレジストの露光は、電磁スペクトルの少なくとも１つのスペクトル領域、好ましくは、可視、赤外または紫外スペクトル領域の波長で実行されてもよい。この場合には、リソグラフィビームによるフォトレジストの露光は、感光性材料の特性の変化、特には、フォトレジストの光学特性の変化、好ましくはフォトレジストの屈折率の変化または感光性材料の露光部分領域の溶解度の変化をもたらすことができ、フォトレジストの選択された材料によって、溶解度が減少（いわゆる「ネガ型フォトレジスト」）または増加（いわゆる「ポジ型フォトレジスト」）し得る。変化のタイプによって、少なくとも１つの露光ステップに続く現像ステップにおいて、ポジ型フォトレジストにおける感光性材料の露光部分領域またはネガ型フォトレジストにおける感光材料の未露光部分領域は、このように溶解して除去することができ、これにより、ターゲット構造を得ることができる。

ここで、いわゆる「マスクベースのリソグラフィ方法」において、フォトレジストの表面の少なくとも一部は、平面状態で一緒に露光されてもよく、フォトレジストの表面に当たるビーム経路に導入される１つまたは複数のマスクによって、未露光部分領域が得られてもよい。しかしながら、本発明は、前述のマスクベースのリソグラフィ方法に関するものではなく、むしろ「直接描画リソグラフィ方法」に関し、１つのリソグラフィビームまたは複数の分離されたリソグラフィビームが、体積要素内の感光性材料の所望の特性、特に、その溶解度が少なくとも１つのリソグラフィビームにより体積要素を露光する結果として変化するように、フォトレジストの体積内の少なくとも１つの体積要素に向けられる。この場合、いわゆる「単光子リソグラフィ」によって、単光子の感光性材料との相互作用は、すでに所望の特性を変化させるのに十分であってもよい。しかしながら、これとは対照的に、本発明のさらなる構成では、いわゆる「二光子リソグラフィ」または「多光子リソグラフィ」における２個以上の光子の感光性材料との相互作用が、所望の特性を変化させるために使用されてもよい。多光子リソグラフィの場合には、２つ以上の光子が反応に関与し得ること保証するのに十分である、強度に比例する光子密度が生成される。この効果は、２つの光子の相互作用の特定の場合の「二光子リソグラフィ」、複数の光子の一般的な場合の「多光子リソグラフィ」と呼ばれる。好ましい構成では、そのために必要とされる強度は、「ボクセル」とも呼ばれ、結果的にフォトレジストに生成される体積要素が、好ましくは、長半軸の短半軸との可能な限り一番小さいアスペクト比を有するように構成される楕円形状をとるように、高度に集束された、パルスレーザによって生成されてもよい。代替的に、少なくとも２つのリソグラフィビームは、リソグラフィビームが軸方向および横方向の両方において、共通の焦点で狭く限られた最大強度値を有するように位置合わせされてもよい。この構成はまた、「ステレオリソグラフィ」とも呼ばれ、または、複数の光線の一般的な場合では「マルチビームリソグラフィ」と呼ばれ、用語「ステレオリソグラフィ」または「マルチビームリソグラフィ」は、単光子プロセスおよび多光子プロセスの両方を指すことができる。

本発明の関連において、用語「初期構造」は、トポグラフィを有し、リソグラフィ方法を実行するために、ある量のフォトレジストを少なくとも部分的に備える、既存の表面を意味する。これに対して、用語「ターゲット構造」は、リソグラフィ方法の適用によって生成されることを意図する構造または構造の部分領域を意味する。本発明に関して、さらに、好ましくは、本発明の方法によって既に生成されたターゲット構造の部分領域は、ターゲット構造のその後の部分領域を生成するための初期構造としても理解され得る。したがって、用語「初期構造」は、一般的に、本方法の実施の開始時に存在する構造を含むだけならず、本方法により既に部分的に生成されたターゲット構造にも関連し得る。これは、ターゲット構造の部分領域が徐々に生成される場合に、特に有利であり得る。同様に、完成されたターゲット構造は、今度は、本方法の更なる実施の場合における初期構造として機能してもよい。

本発明の方法は、特には、屈折光学素子、回折光学素子、反射光学素子、光導波路、またはこれらの組み合わせを含む群から選択される光学素子の形態でターゲット構造を生成することを可能にする。しかしながら、ターゲット構造のさらなるタイプも考えられる。

本発明に関して、「上（on）」という用語は、所望のターゲット構造の少なくとも１つの部分領域が初期構造の少なくとも１つの部分領域に隣接するという事実をいい、それによって、以下により詳細に説明するように、初期構造に隣接するターゲット構造の少なくとも１つの部分領域の生成が、それに隣接する初期構造の少なくとも部分領域に影響を与えてもよい。この場合、「上（on）」という用語は、特にビーム方向の表面に配置される初期構造の部分領域に適用されるターゲット構造の一部の領域を意味する。代替的にまたは付加的に、「上（on）」という用語は、特にビーム方向において初期構造の部分領域に対して横方向に生成されるターゲット構造の部分領域をも意味してもよい。他の構成、たとえばアンダーカットの生成も考えられる。

既に述べたように、提案された方法は、非平面初期構造上のターゲット構造の生成に関する。空間の二次元的にのみ拡張されるトポグラフィを有する表面である「平面構造」とは対照的に、用語「非平面」初期構造は、ターゲット構造に対する担体として機能するトポグラフィの形態で空間の三次元すべてに広がりを有する表面を持つ三次元構造を意味する。初期構造は、特には、非平面のパターニングされた表面、または代替的にまたは付加的に、別個のマイクロエンジニアリングまたはマイクロ光学の部品の配列であってもよい。また、同様に、本方法において生成された構造は、さらなるターゲット構造の初期構造を形成してもよい。平面初期構造の場合に、影響を与えることなく、全リソグラフィビームが平面初期構造の平坦な表面に衝突してもよく、非平面初期構造への少なくとも１つのリソグラフィビームの衝突は、少なくとも１つのリソグラフィビームまたはその部分領域の、非平面初期構造との相互作用となってもよい。導入部で説明したように、この場合、初期構造の透明な部分領域は、リソグラフィビーム束またはその部分領域の波面の変化に影響するので、リソグラフィビームのビームプロファイルまたは初期構造の非透明な部分領域の変形が、リソグラフィビームの部分の遮光をもたらすことがある。代替的にまたは付加的に、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、また、初期構造またはターゲット構造の部分領域における光学的に誘起される局所的な変化をもたらすことがある。

少なくとも１つのリソグラフィビームの非平面初期構造への衝突は、特には、リソグラフィビームが、高い開口数を有する場合に、少なくとも１つのリソグラフィビームの非平面初期構造とのもはや無視できない相互作用をもたらすことある。「ＮＡ」と略記される「開口数」とは、光学素子の集束特性に関する無次元数である。二光子リソグラフィ用のリソグラフィレンズにおいて、浸液が使用される場合、またはフォトレジスト自体が浸液として機能する場合、物体側ＮＡは、好ましくは０．５を超え、特に好ましくは０．８を超え、所々１を超える。これは、集束リソグラフィジェットによって描かれるコーンが、露光光学ユニットとリソグラフィビームの焦点との間の領域全体を実質的に埋めることができ、したがって、その領域に位置する初期構造のすべての領域部分と相互作用することができるという効果を有することができる。

非平面初期構造上のターゲット構造のリソグラフィ生成のための方法は、好ましくは、ステップａ）で始まって、ステップｄ）で終わる、表示された順序で行われる以下のステップを含み、ここで、１つまたは複数の、特には連続したステップも、少なくとも部分的に同時に実行することができる：
ａ）非平面初期構造の表面のトポグラフィを検出するステップ；
ｂ）リソグラフィビームに対する少なくとも１つのテストパラメータを使用し、リソグラフィビームの初期構造との相互作用と、リソグラフィビームおよび／または結果として生じる生成されるべきターゲット構造の変化とを決定するステップ；
ｃ）リソグラフィビームの初期構造との相互作用によって生じる、リソグラフィビームおよび／または生成されるべきターゲット構造の変化が減少するように、リソグラフィビームに対する少なくとも１つの補正パラメータを決定するステップ；および
ｄ）リソグラフィビームに対する少なくとも１つの補正パラメータを使用し、少なくとも１つのリソグラフィビームによってフォトレジストを露光することにより、所望のターゲット構造を初期構造上に生成するステップ。

ステップａ）により、非平面初期構造の表面のトポグラフィが検出される。既に述べたように、この場合、既存の表面のトポグラフィを検出することができる。代替的にまたは付加的に、この場合には、好ましくは、本方法により既に生成されたターゲット構造の部分領域は、特には、ターゲット構造の部分領域が時間とともに次々と生成される場合は、ターゲット構造のその後の部分領域を生成するための初期構造として検出することができる。この場合、用語「トポグラフィを検出する」は、三次元座標系における、好ましくは直交座標系における表面の幾何学的データを決定することを指してもよい。しかしながら、異なる座標系、特には、円筒座標系または極座標系を使用することは、表面の幾何学的構成の種類に応じて有利であり得る。

好ましい一実施形態において、初期構造のモデルからの既知のデータ、特にＣＡＤデータなどの設計データが、非平面初期構造のトポグラフィを検出するために使用されてもよい。代替的にまたは付加的に、非平面初期構造のトポグラフィが、この目的に適切な１つまたは複数の測定方法により、度量衡学的に決定されてもよい。好ましくは、光学測定装置をこの目的のために用いることができ、関連する光学測定ユニットは、リソグラフィユニットと一体化されるように、またはそれとは別に構成されてもよい。測定ユニットおよびリソグラフィユニットに使用される各座標系を可能な限り正確に参照することがこの場合に特に有利であり得る。光学的測定法の場合には、表面トポグラフィの検出は、好ましくは、浸液を用いて実行されてもよく、ターゲット構造の生成のために設けられるフォトレジストは、好ましくは、浸液として同時に機能してもよい。しかしながら、浸液の使用を省くことも同様に可能である。初期構造のトポグラフィを光学的に検出するために、好ましくは、集合的に、共焦点測定法、干渉測定法、三辺測量、三角測量またはストリップ投影に基づく測定法、または光学コヒーレンス断層撮影法、またはそれらの組み合わせを含む群から選択される光学測定方法を使用することができる。代替的にまたは付加的に、このカメラをこの目的のために使用することができる。

ステップｂ）により、リソグラフィビームの初期構造相互作用との相互作用によって結果として生じる生成されるべきターゲット構造の変化を決定するために、リソグラフィビームに対する少なくとも１つのテストパラメータが使用される。この場合、用語「テストパラメータ」は、リソグラフィビームに対する予め設定された値を意味し、その値は当業者によく知られた考察に起因してもよい。特に、比較可能な初期構造およびターゲット構造に基づいて、当業者は、結果として、ターゲット構造が可能な限り所望の方法で初期構造上に形成されるように、リソグラフィビームに対するテストパラメータの値を定めることができる。例として、特に、ターゲット構造に対して可能な限り高い解像度を達成するために、リソグラフィビームの強度は、わずかにフォトレジストの破壊閾値未満となるように、しかしフォトレジストの変化した閾値を超えるように選択してもよい。しかしながら、リソグラフィビームの初期構造またはターゲット構造の既に描画された部分領域との相互作用を当業者に望まれる大きさに設定することを可能にするために、リソグラフィビームが設定され得る多数のテストパラメータに基づいて、大きな自由度がこの場合にもたらさる。

リソグラフィビームに対する少なくとも１つのテストパラメータの使用は、テストの形式で実行され、その際にリソグラフィビームがテストパラメータに設定される露光ステップ中に行われてもよく、リソグラフィビームは、「テストビーム」とも呼ばれことがあり、フォトレジストに衝突する。特には、できるだけフォトレジストの変化が発生しないように、テストパラメータ、好ましくは、光パワー、パルス持続時間、波長、デューティ比または描画速度が設定されてもよい。露光ステップが実行されると、リソグラフィビームの三次元初期構造との相互作用は、たとえば、初期構造で散乱または初期構造で反射される光の全体的または空間的に分解された検出によって、度量衡学的に検出することができる。

それに対する代替または追加として、リソグラフィビームの初期構造との相互作用および結果として生じるリソグラフィビームの変化は、特に、光学的焦点の近傍からのルミネセンス放射の検出に基づく間接的な方法によって決定することができるものであり、ルミネセンス放射は、テストビームによって光学的に励起される。ルミネセンス放射は、特にテストビームのフォトレジストとの単光子または多光子相互作用によって誘起されるフォトレジストにおける蛍光プロセスによって生じてもよい。ルミネセンス放射を検出するために、非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成する装置は、ルミネセンス放射を検出するためのユニットを有してもよく、その装置は、以下でより詳細に説明され、「リソグラフィシステム」とも呼ばれるが、この目的のためにルミネセンス放射を検出するためのユニットを有していてもよく、「ルミネセンス検出ユニット」とも呼ばれる。用語「ルミネセンス放射」は、本明細書において以下では、テストビームの焦点の近傍からのテストビームとの相互作用によって、特に、蛍光放射またはプラズマ発光の形式でもたらされる、光の放射を示す。この場合、用語、ルミネセンス放射を「検出する」ことは、ルミネセンスパワーの定量的測定を含み、絶対測定値の形式で示されてもよいか、または乱れのないリソグラフィビームのルミネセンスパワーに関連して示されてもよい。

ルミネセンス放射を励起するために使用されるテストビームは、好ましくは、リソグラフィにも使用されるものと同じ光源とビーム形成ユニットによって生成することができ、ここで、フォトレジストにおいて架橋反応が起こらないように、たとえばパルスパワー、パルス持続時間または描画速度などの露光パラメータが選択されてもよい。代替的に、専用の光源およびルミネセンス放射を励起するために関連し得るビーム成形ユニットによって生成された別途のテストビームを使用することができる。この場合、テストビームは、パターニングなどに使用されるリソグラフィビームと同じまたは非常に類似した形状を有してもよく、または既知の方法におけるリソグラフィビームの形状からずれていてもよく、それによって、テストビームによって生成されたルミネセンス信号から、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用を推測することができる。この場合、さらに、特定の体積要素のテスト露光中に、たとえば、テストビームのパワー、振幅および位相分布または波長などの特定のパラメータを変更することができ、その間ルミネセンスパワーを測定することができる。このように、テストビームの三次元初期構造との相互作用が起こる空間領域についての情報を決定することができる。リソグラフィビームの初期構造との補正されるべき相互作用を間接的に決定するために、ターゲット構造の完全または部分的なテスト露光を行うことができる。代替的にまたは付加的に、テストビームによりターゲット構造内またはターゲット構造外の選択された支持点までのみ移動することが可能であって、その助けを借りてリソグラフィビームの初期構造との位置依存性の相互作用を、内挿法および／または外挿法によって推定することができる。

本明細書に記載される方法では、かかるルミネセンスプロセスは、多光子プロセスによる励起に基づくものであって、第１に、放出されたルミネセンスパワーが非常に局所的に発生し、第２に、リソグラフィビームの焦点近傍における強度分布の変形によって逆に非常に強く影響を受けるので、特に適切にすることができる。したがって、フォトレジストにおける多光子プロセスに関連する多光子吸収を直接決定することが可能になる。ルミネセンス放射の検出は、多かれ少なかれ焦点の近傍に局所的に限定され、好ましくは、カメラによって、または共焦点顕微鏡法による空間的選択的検出法によって実行され得る。代替的にまたは付加的に、リソグラフィビームに沿って生じるルミネセンスパワー全体を一体的に検出することも可能である。これは、たとえば、本発明の特定の１つの構成において、ビームスプリッタによってリソグラフィシステムのビーム経路から光を取り除くルミネセンス検出ユニットによって実行され得る。他の実施形態が、たとえば、リソグラフィビーム経路から完全に分離された光路を介して供給することができるルミネセンス検出ユニットの形で考えられ得る。ルミネセンス放射の検出は、スペクトル全体にわたって、分光スペクトル分解の形式で、スペクトル的に選択的または一体的に実行され得る。この目的のために、ルミネセンス検出ユニットは、ルミネセンスを励起する放射から、特に、ルミネセンス放射を分離することができる分光計または選択フィルタを含み得る。１つの特定の構成では、ルミネセンス放射は、好ましくは光開始剤の多光子励起により直接もたらされ得る。光開始剤のルミネセンスは、通常望ましくないが、放射エネルギーがもはや重合のために利用可能ではないので、多くの場合、フルオレンまたはベンゾフェノンに基づく慣用の光開始剤の残留ルミネセンスは、不可避であって、検出のために十分である場合がある。さらなる構成では、特にそれぞれのアプリケーションに適切なルミネセンス特性を有する物質が、測定結果を改善するために付加的に追加されてもよい。かかる物質は、別の１つの特定の構成では、スクアレンまたは他の多環式芳香族炭化水素化合物のクラスに属し得る着色剤または光学活性物質であってもよい。代替的にまたは付加的に、テスト露光は、フォトレジストとは異なり、適切なルミネセンス特性を有し得るが、ターゲット構造のリソグラフィ生成の前に想定されるフォトレジストに交換され得るテスト媒体を用いて最初に実施することができる。

リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用がリソグラフィビームの焦点領域からのルミネセンス放射を検出することによって間接的に決定される場合に、ステップａ）において提供される非平面初期構造のトポグラフィの検出は、大幅に簡略化され、好ましくは、リソグラフィシステムの座標系における三次元初期構造の全体的な位置を決定することを単に含むだけである。

ルミネセンス放射を検出するための上記のテスト露光およびそれに基づく補正パラメータの決定は、また、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用によって生成されるターゲット構造の変化をますます低減するように反復的な形式で繰り返すことができる。１つの特定の構成において、第１テストビームを用いる第１テスト露光に基づいて、まず、好ましくは、ルミネセンスパワーの空間的に一定の放出に適合される、第１の補正パラメータまたはテストビームに対する第１セットの補正パラメータを決定することができる。次に、補正パラメータまたは補正パラメータセットは、さらなるテスト露光のために使用することができ、それによって、ルミネセンスパワーの残りの変更を決定することができ、第２補正パラメータまたは第２セットの補正パラメータを決定するために使用され得る。このステップの反復的な繰返しによって、好ましくは、テストビームおよびリソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用の影響がますます減少され得る。

代替的にまたは付加的に、ルミネセンス信号の観察からリソグラフィビームに対するできるだけ正確な補正パラメータまたは補正パラメータのセットを決定するために、リソグラフィビームの伝搬とルミネセンス信号の伝播との差を考慮することにより、テスト露光から補正パラメータを決定することができる。

それに対する代替として、または付加的に、初期構造またはターゲット構造の既に作成された部分のモデルおよび所望のターゲット構造のモデルの両方が、特にＣＡＤデータなどの設計データの形態で、存在している場合、リソグラフィシステムの既知のパラメータに基づいて、対応するシミュレーションまたは推定が実行され得る。シミュレーションを実行することにより、特に、主にリソグラフィビームの初期構造との相互作用によって生成されるターゲット構造の変化をますます減少させるために、ステップｂ）およびｃ）を反復形式で繰り返すことが可能になる。

特に、ステップａ）で検出された非平面初期構造のトポグラフィと比較することにより、リソグラフィビームの、初期構造との相互作用またはターゲット構造の既に生成された部分領域との相互作用を考慮してリソグラフィビームに発生する変化をステップｂ）中で決定することが可能である。これに関連して、リソグラフィビームの初期構造との相互作用がまた実際にターゲット構造をどの程度変化させるかを決定することが、代替的にまたは付加的に有利であり得る。リソグラフィビームの部分的な遮光の場合、たとえば、リソグラフィビームの断面のどの部分が遮られるのかを決定するので十分であり得る。この場合、用語「リソグラフィビームの変化」は、リソグラフィビームの、初期構造との相互作用またはターゲット構造の既に生成された部分領域との相互作用により発生するリソグラフィシステムの少なくとも１つのパラメータの少なくとも１つの観察可能な変化をいう。一般原則を制限することなく、この場合、リソグラフィビームの変化は、特には、初期構造またはターゲット構造の既に生成された部分領域におけるリソグラフィビームの遮光または反射の結果として、または初期構造またはターゲット構造の既に生成された部分領域におけるリソグラフィビームのプラズモン振幅の結果として発生し得る。この変化は、リソグラフィビームによって生成されたターゲット構造の機能的に関連する変化をもたらし得るが、もたらさなくてもよい。

好ましい１つの構成では、少なくとも１つのリソグラフィビームまたは結果として生じる想定されるターゲット構造の変化を決定することは、露光されるべきターゲット構造の各体積要素に対して個別に行うことができる。代替的には、リソグラフィビームの同じまたは非常に類似した欠陥を受ける体積要素のグループを考慮することができる。この構成では、この変化は、好ましくは、体積要素の中点の１つまたは複数の座標の関数として説明することができる。最初の場合では、これは、リソグラフィビームに対して不透明であり、リソグラフィビームの焦点での強度の低下、ひいてはそれがエッジからの距離によって焦点近傍における強度分布の変形をもたらす遮光を引き起こすエッジに対して適用することができる。別の場合では、これは、リソグラフィビームの歪み、ひいてはリソグラフィビームの焦点における強度の低下、そのために近傍での強度分布の変形が発生する、初期構造の透明な部分領域に適用することができる。さらに、リソグラフィビームの幾何学的焦点に対する露光された体積要素の中心点の変位が、焦点における強度の低下および焦点の近傍での強度分布の変形に加えて起こる。

ステップｃ）によって、少なくとも１つのリソグラフィビームに対する少なくとも１つの補正パラメータが決定される。この場合、用語「補正パラメータ」は、リソグラフィビームおよび／または生成されるべきターゲット構造の変化をもたらす少なくとも１つのリソグラフィビームの初期構造との相互作用によって、特に少なくとも１つのリソグラフィビームのステップｂ）中の変化に基づいて測定される少なくとも１つのリソグラフィビームに対する変更されたパラメータを意味する。好ましくは、リソグラフィビームに対する補正パラメータを決定することは、ターゲット構造の露光される各体積要素に対して個別に実行され得る。代替的には、リソグラフィビームの同じまたは非常に類似した欠陥を受ける体積要素のグループを考慮することができる。この場合、少なくとも１つの補正パラメータは、既存の初期構造および／または少なくとも１つのターゲット構造の既に生成された部分領域によるリソグラフィビームの欠陥を少なくとも部分的に、好ましくは完全に、補償することができるように、初期構造との相互作用を考慮したリソグラフィビームの変化が低減されるような方法で決定される。

１つの好ましい構成において、少なくとも１つの補正パラメータは、リソグラフィビームの少なくとも１つの調整が実行されるという事実によって決定され、好ましくは、少なくとも１つの補正パラメータは、リソグラフィビームの、すなわち、全リソグラフィビーム束またはその選択された領域のみのうちの、少なくとも１つの領域の
− 光パワー、
− 少なくとも１つの波長、
− 描画速度、
− 断面、
− 振幅プロファイル、
− 位相プロファイル、および／または
− 位置
の調整を含む群から選択から選択され得る。１つの好ましい構成において、以下により詳細に説明する、リソグラフィビームが横断したビーム成形ユニットの調整によって、リソグラフィビームに対する少なくとも１つの補正パラメータの設定が実行される。

１つの好ましい構成において、リソグラフィビームの光パワーの調整を実行することができる。結果として、特には、リソグラフィビームの部分的な歪みおよび／または部分的な遮光の影響が、少なくとも部分的に補償され得る。例示により、リソグラフィビームのパワーは、たとえリソグラフィビームが少なくとも部分的に遮られ、および／または歪められた場合であっても、リソグラフィビームのパワーが、わずかにフォトレジストの破壊閾値未満であるが、フォトレジストの変化した閾値を超えて留まるように調整され得る。例示により、リソグラフィビームと相互作用する透明または非透明のエッジの影響は、リソグラフィビームがエッジに近づいたとき、リソグラフィビームの光パワーを増大させることによって補償され得る。パルスリソグラフィビームが使用される場合には、それに対して使用される光学パルスのデューティ比、繰返し率、形状および／または持続時間を選択することによって、リソグラフィビームの光パワーを調整することが可能である。かかる種類の調整は、使用される光学パルスのピークパワーに非常に敏感に依存する多光子プロセスにおいて特に有利であり得る。

さらなる好ましい構成では、リソグラフィビームがフォトレジストを横方向に掃引する描画速度の調整が実行され得る。特に、フォトレジストにおけるリソグラフィビームの焦点の移動速度を調整することによって、一定の光パワーで、フォトレジストにおいてリソグラフィビームにより堆積される照射量が、速度の低下につれて増加することができる。

さらなる好ましい構成では、リソグラフィビームの断面の調整が実行され得る。多くの場合、たとえば、リソグラフィ波長での強い放射の結果である初期構造への損傷を防止するために、または、リソグラフィビームの乱れのない部分と初期構造によって変更されるリソグラフィビームの領域との間の干渉の結果であるフォトレジスト中の重合プロセスの変化を回避するために、初期構造のトポグラフィによって変更されるビーム経路の領域を遮ることが望ましい場合がある。これは、光学的に高屈折率、高吸収または高反射率のたとえば金属である初期構造の要素が、リソグラフィビームと相互作用する場合に特に有利であり得る。この場合、電界の局所的な増加の結果として、または吸収誘起加熱の結果として、フォトレジストの分解が起こり、それが膨張（blistering）またはマイクロ爆発につながり、それによりターゲット構造および／または初期構造を使用不能にする。同様に、リソグラフィビームの断面の減少は、リソグラフィビームの部分的なシャドウイングを引き起こす可能性があり、リソグラフィ波長で反射する部分領域を有する初期構造により引き起こされる干渉の影響を減衰または回避することに寄与し得る。この目的のために、例示により、リソグラフィビームの形状は、入射リソグラフィビームと反射部分領域によって生成されたリソグラフィビームとの間に、可能な限り空間的な重なりが無いか、または空間的な重なりがせいぜい小さくしか生じ得ないように変更され得る。

さらなる好ましい構成では、フォトレジスト内の構造に対するリソグラフィビームの位置の調整が実行され得る。リソグラフィビームの初期構造との相互作用は、ビーム経路の歪み、ひいてはフォトレジストにおいて乱れることなく伝搬する仮想リソグラフィビームの基準焦点からの歪んだリソグラフィビームの焦点の偏差につながり得る。この偏差は、たとえば、仮想の乱れのないリソグラフィビームに属する基準焦点の位置が、リソグラフィビームの振幅または位相分布に影響を与えるように構成されているビーム成形ユニットを駆動することによって補正することができる。代替的には、フォトレジストにおいて乱れることなく伝搬する仮想リソグラフィビームの基準焦点からの歪んだリソグラフィビームの焦点の偏差は、リソグラフィシステムの走査ミラーによるビーム位置の対応する調整によって補償することができる。

さらなる好ましい構成において、少なくとも１つのリソグラフィ波長の調整が実行され得る。既に説明したように、入射光と反射光との間の望ましくない干渉が、リソグラフィ波長λ₁において高反射性の部分領域を有する初期構造の場合に起こり得る。結果として生じるこれらの露光構造の変化は、リソグラフィ波長λ₁の１つの動的な調整により、または追加のリソグラフィ波長λ₂、λ₃の使用により減衰されるか、または防止され得る。例示により、初期構造による反射が起こらないか、またはごくわずかであるように、露光ステップ中に、リソグラフィ波長λ₁を調整することが可能である。誘電体層積層体の場合は、層積層体を貫通するので、わずかな反射のみを有するように、リソグラフィ波長λ₁が選択され得る。初期構造による反射が無いか、またはごく少ない反射の実績がある第２波長λ₂場合も同様の効果を得ることができる。代替的にまたは付加的に、第１リソグラフィ波長λ₁に比べて、位相シフトの形式で反射されるような波長λ₃も選択することができる。結果として達成できることは、第１リソグラフィ波長λ₁での干渉の結果として発生する強度の空間的変化が、部分的に、または完全に補償されるということである。この場合、さらなる波長が、リソグラフィ方法の過程に亘って、動的および可変的に、または静的に、のいずれかで用いられ得る。

さらなる好ましい構成では、調整は、リソグラフィビームの部分領域にのみ関連し得る。リソグラフィビームの初期構造との相互作用の結果としての、体積素子内の強度分布の変化は、リソグラフィビームまたはリソグラフィビームの領域の変化、特に、歪みによって完全にまたは部分的に補償され得る。この目的のために、ビーム成形ユニットは、各体積要素または体積要素の選択されたグループに予想される変化に対して調整される、空間的に可変の振幅変調および／または位相変調を描画ビームに与えることができる。代替的または付加的に、この場合、リソグラフィビームの部分領域も完全に遮断することができる。

調整は、個々の測定またはそれらの組み合わせが関係し得る。リソグラフィビームの変化、および焦点における強度分布の結果として生じる変化を定量化するために、表面トポグラフィの他にも、この目的のために、たとえばリソグラフィビームに影響を与える可能性がある初期構造の部分領域の組成および光学的特性に関する更なる情報を使用することができる。既に説明したように、各体積要素に対して、または、同様の欠陥を受けた体積要素のグループ全体に対して補正パラメータを決定し、設定することができる。体積要素のグループに対する補正パラメータの決定および設定は、特に、体積要素の露光に匹敵するか、またはそれよりもはるかに時間がかかる場合に役立つことができる。この場合、各体積要素に対する補正パラメータの個別調整は、必然的に、描画速度、ひいてはスループットの大きな減少をもたらし得る。これは、好ましくは、応答時間が体積要素の露光時間に匹敵するか、または体積要素の露光時間より非常に長い空間光変調器（ＳＬＭ）を用いて補正パラメータが設定される場合に適用されてもよい。本発明に係る補正方法の実施において、補正戦略および特に補正パラメータの単一の値によって扱われる体積要素のグループは、描画速度が好ましくは０．１ｍｍ／ｓを超え、特に好ましくは１ｍｍ／ｓを超え、さらに特に好ましくは１０ｍｍ／ｓを超える。

１つの特定の構成において、２つの補正パラメータを、同時に変更することもでき、第１補正パラメータに対しては、個々の調整が各体積要素のために行われ、第２補正パラメータの値は体積要素のグループに対して維持される。これは、第１補正パラメータの設定が迅速に行うことができ、第２の補正パラメータの設定により多くの時間がかかる場合に役立つことができる。１つの好ましい構成において、好ましくは、迅速に設定可能な第１補正パラメータを用いて、リソグラフィパワーの連続的な変更を行うことができ、ゆっくりと設定可能な第２補正パラメータを用いて、ビームの断面における振幅分布および／または位相分布の調整を行うことができ、いかなる変更もなく、体積要素のグループ全体に適用することができる。この構成は、特に、光源の変調によって、または外部光変調器によって、ビーム断面の断面成形に対するＳＬＭとリソグラフィパワーの迅速な調整との組み合わせを可能にする。

さらなる特定の構成において、特に大きな体積を有するターゲット構造の場合、ターゲット構造は、内側部分領域および近表面部分領域に分けることができ、内側部分領域および近表面部分領域に異なる補正パラメータを使用することができる。この場合、近表面部分領域に対して、補正パラメータは、構造の最大寸法精度と表面品質の条件で決定することができ、したがって、そのために有利な体積要素の形状に対して選択し、最適化することができ、一方、高速の描画速度、可能な限り均質な重合および／または低いアルゴリズムの複雑性などの条件がターゲット構造の内側部分領域に適用される。

１つの特定の構成において、特に、可能な限り有利な補正パラメータに対する反復近似を達成するために、ステップｂ）およびｃ）が複数回繰り返されてもよい。このように、初期構造との相互作用によるリソグラフィビームの変化のより良好な補償を達成することができる。

ステップｄ）により、フォトレジストの露光が少なくとも１つの補正パラメータを用いて少なくとも１つのリソグラフィビームによって行われ、それによって、初期構造の上に所望のターゲット構造が生成される。この場合、位置に依存するリソグラフィパラメータの追跡は、非平面初期構造に対するリソグラフィビームの移動と共に連続的に、または代替的に、体積要素のグループが同じ補正パラメータを使用して露光されるようなセクションにおいて実行され得る。

１つの好ましい構成において、非平面初期構造によって変化するリソグラフィビームの一部、部分、または部分領域をビーム成形ユニットの設定により修正すること、および同時に、生成されるべき体積要素の領域における所望の幾何学的性質が結果として生じるように非平面初期構造領域により変化しないリソグラフィビームの一部、部分、または部分領域に影響を与えることが有利である。この場合、少なくとも１つの補正パラメータは、好ましくは、以下のサブステップｉ）〜iii）によって決定され得る。
ｉ）リソグラフィビームが、リソグラフィビームの非平面初期構造と相互作用することなしに体積要素の中心点に到達する、ビームリソグラフィの第１領域を決定するステップ
ii）リソグラフィビームが、体積要素の中心への経路で非平面初期構造と相互作用する、ビームリソグラフィの第２領域を決定するステップ、および
iii）ビーム成形ユニットの少なくとも１つの部分領域の設定により、リソグラフィビームの第１領域または第２領域を修正するステップ

１つの好ましい実施形態では、ビーム成形ユニットの第２部分領域の設定により、リソグラフィビームの第２領域を遮断するステップと、リソグラフィビームの第１領域の所望の強度分布が、体積要素の中心点の近傍において発生するように、ビーム成形ユニットの第１部分領域の設定を決定するステップとの両方を備え得る。

特には、サブステップiii）中に、ビーム成形ユニットの少なくとも１つの部分領域の設定を決定することは、幾何学的特性、特にはテスト測量の形態での品質基準が、体積要素の領域に確立された強度分布に対して定められるように実行され得る。この場合、所望の幾何学的特性は、使用されるリソグラフィプロセスに依存することがあるし、体積要素の中心点付近の定められた種類の強度最大の空間的範囲、たとえば、体積要素の半値全幅を提供し得る。関連するビーム成形ユニットの設定は、その後に、たとえば適切なモデルに基づいて数値的に決定されてもよい。この目的のために、例示により、実数によって所定の幾何学的特性を評価する品質基準を定めることができ、品質基準は、適切な直接的または反復的な方法により最適化されてもよい。二光子重合に基づく方法の場合には、たとえば、３つのすべての空間方向において可能な限り高いピーク強度と、可能な限り低い空間的広がりを有する、できるだけ空間的に集中された強度分布を得ることが望ましい。この目的のために、たとえば、最小化され得る可変ターゲットとして、強度分布の二次中心モーメントの和を使用することができる。

代替の構成では、特にリソグラフィビームの第２領域で発生する変化を知ることにより、サブステップiii）は、変更を補償するビーム成形ユニットの第２部分領域の設定が行われるように実行されてもよい。この場合、第２部分領域の正確な設定は、同様に、体積要素の幾何学的特性に由来する品質基準を最適化することと連動されてもよい。段階iiiの一部）の知識と、ビーム成形ユニットの第２の部分の補償調整の変更が行われるように第２の部分の正確な設定は、同様に、体積要素の品質基準の幾何学的特性のシャフトの最適化に由来する目的とすることができる。したがって、最適化も、その後にリソグラフィビームの断面全体にわたっても拡張することができ、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用の効果が適切なモデルにより考慮される。ビーム成形ユニットの適切な設計では、さらに、光パワーをリソグラフィビームの第１領域から第２領域へシフトさせることも可能である。

サブステップｉ）〜iii）のすべてにおいて、さらなる補正パラメータが、ビーム成形ユニットの設定に加えて、決定されてもよい。これに関して、ビーム成形ユニットの設定とリソグラフィビームの光パワーの調整とを組み合わせることが有利であり得て、この調整は、これらの設定と、またはパルス持続時間またはデューティ比と組み合わされる。

サブステップｉ）〜iii）により、各体積要素に対する別個のビーム成形ユニット、または代替的に、体積要素のグループに対するビーム成形ユニットを決定することが可能である。第２領域を決定するために、後者の場合には、リソグラフィビームの第２領域は、体積要素の影響を受けたグループのいずれの体積要素に対しても非平面初期構造と相互作用しないことを確保することが有利である。これは、たとえば、ターゲット構造がほぼ同一の立体角依存性プロファイルを有する大きな領域を持つか、または個々の堆積要素の露光期間が、光学ビーム成形ユニットの再配置をするのに必要な時間よりも非常に少ない場合に適切である。後者は、典型的には、リソグラフィビームの横方向の位置決めが、サブミリ秒の範囲で応答時間を有するミラーベースのビームスキャナによって実行され、たとえば空間光変調器（ＳＬＭ）のような、ビーム成形に使用される要素がミリ秒の範囲の応答時間を有する場合であってもよい。

さらなる態様において、本発明は、別の局面において、本発明の方法による少なくとも１つのリソグラフィビームを用いてフォトレジストを露光させることによって非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成するための装置であり、「リソグラフィシステム」とも呼ばれるに装置に関する。この場合、装置は、
− フォトレジスト内で、リソグラフィビームを発生させ、リソグラフィビームを位置決めするためのリソグラフィユニット、
− リソグラフィビームの振幅および／または位相分布に影響を与えるように構成されたビーム成形ユニット、および
− リソグラフィユニットとビーム成形ユニットを駆動するように構成されたデータ処理ユニットであって、生成されるべきターゲット構造の構造データと、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用によって生じるリソグラフィビームの変化を補正するためのデータとを保存するようにさらに構成されたデータ処理ユニット
を、少なくとも備える。

リソグラフィユニットは、このように浸液として同時に使用され得るフォトレジスト内で、リソグラフィビームを発生させ、リソグラフィビームを位置決めするために用いられる。この場合、リソグラフィビームの位置決めは、リソグラフィビームの移動によって、たとえばビームスキャナによって実行されてもよい。代替的にまたは付加的に、初期構造の変位は、変位ユニットによって、特には初期構造が配置される変位テーブルによって実行されてもよい。リソグラフィユニットは、制御可能な出力電力を有する光源、たとえば、一定の出力電力と下流側光変調器とを有する光源を備えることができる。この場合、リソグラフィビームの動作とビーム内に導かれた光パワーの調整とを同期することができる場合に有利であり得る。これは、たとえば焦点がリソグラフィビームを変化させる非平面初期構造のエッジに近づくときに、エッジに近づくとリソグラフィビームにおける光パワーを増加させることを可能にする。

用語「ビーム成形ユニット」は、リソグラフィビームの振幅および位相分布を設定するように構成された光学システムを示す。ビーム成形ユニットは、短い応答時間が存在する場合、好ましくはビームの動作に同期して駆動され得る。代替的に、ビーム成形ユニットの同じ設定がターゲット構造の部分領域に対して使用されるように操作されてもよい。ビーム成形ユニットは、好ましくは、特には、空間光変調器（ＳＬＭ）、マイクロミラーアレイ、液晶アレイ、可変ミラーまたは制御可能なダイヤフラムを含む群から選択される少なくとも１つの制御可能な光学素子を含んでいてもよい。また、ビーム成形ユニットは、たとえばレンズ素子、ミラー、回折格子、回折光学素子またはホログラムなどの制御可能か、または非制御可能な光学部品を有する他の光学系を含んでいてもよい。この場合、光学要素は、反射または透過において作用し得る。１つの好ましい構成では、ビーム成形ユニットは、空間的にリソグラフィレンズの上流に取付けられ、リソグラフィビームの断面における振幅および位相の変調を許容する空間光変調器からなってもよい。代替的に、ビーム変調ユニットは、リソグラフィビームのビーム成形ユニットとの相互作用がリソグラフィビームの移動によって影響を受けないままであるように、空間的に光学スキャナの上流に取付けられてもよい。

データ処理ユニットは、光学リソグラフィユニットおよびビーム成形ユニットを駆動するように構成される。この目的のために、データ処理ユニットは、データメモリを有し、その中に、生成されるべきターゲット構造のデータ、およびリソグラフィビームの三次元出力初期構造との相互作用によってもたらされる乱れを補正するための補正データが保存される。データ処理ユニットの保存容量と計算能力により、完全なターゲット構造に対する構造データと補正データを保存することが可能であるか、あるいは、代替的には、構造データおよび／または補正データは、ターゲット構造のそれぞれの部分セクションに対してのみ保存され、外部のデータ処理ユニットからの要求に応じて再度読み込まれる。

補正データは、光学リソグラフィユニットおよび／またはビーム成形ユニットの制御データとして直接保存されてもよい。好ましくは、この目的のために、補正データは、ステップｃ）にしたがって決定された補正パラメータを含む。リソグラフィシステムのモデルとともに非平面初期構造を検出することは、リソグラフィシステムのデータ処理ユニットにより、および／または外部のデータ処理ユニットにより実行されてもよい。代替的にまたは付加的に、構造データおよび／または補正データは、データメモリに保存されてもよく、そこからデータ処理ユニットは、光学リソグラフィユニットおよび／またはビーム成形ユニットに対する制御データを生成することができる。

ステップａ）に記載されたような非平面初期構造のトポグラフィの検出の手順を実行するための初期構造のモデル、特にＣＡＤデータなどの設計データから既知のデータの処理のために、データ処理ユニットおよび／または外部のデータ処理ユニットを使用することが可能である。その代替手段として、度量衡学的方法も使用することができる。この目的のために、リソグラフィシステムは、光学測定ユニットを付加的に有することができる。この場合、光学測定ユニットは、好ましくは、共焦点顕微鏡法、光コヒーレンストモグラフィー、三角測量、ストリップ投影、干渉測定法または光伝搬時間測定の原理に基づくことができる。代替的にまたは付加的に、光学測定ユニットは、カメラを含むことができる。さらに、また、三次元の初期構造の表面トポグラフィを度量衡学的に検出するために、また、ターゲット構造のリソグラフィ生成のために使用される、少なくとも部分的に同一の光学素子を使用することが可能である。したがって、有利な方法では、リソグラフィシステムの光学ユニットおよび／または光学測定ユニットの収差の撮像が少なくとも部分的に補償され得る。

本装置に関するさらなる詳細については、本発明の方法の記載が参照される。

本発明は、従来技術から公知の非平面初期構造上のターゲット構造のリソグラフィ生成のための方法および装置に対して、多くの利点を有している。本発明が基づいている目的は、高精度および寸法精度を有する既存の初期構造上に非平面高解像度ターゲット構造が、製造されることを意図するいかなる場合にも生じる。マイクロおよびナノテクノロジーの分野での用途に加えて、たとえば組み立て式の非平面初期構造上へのレーザー金属蒸着など、レーザー材料処理の広い範囲での適用も想定することができる。

本発明の方法は、特に、その意図が集積光学チップの垂直平坦面に直接隣接しているフォトニックワイヤボンドを実現しようとする場合には、米国特許第８，９０３，２０５号明細書または米国特許第９，０３４，２２２号明細書にしたがって、フォトニックワイヤボンドの生成に使用され得る。これは、たとえば面発光レーザー、または半導体増幅器、またはシリコンフォトニクスチップをチップエッジに対応して用意された結合位置と結合する場合である。

フォトニックワイヤボンドを半導体ベースの集積光学チップの垂直平坦面に結合する際に、発生するものと同様の問題も、たとえば、レンズ素子などの、リソグラフィ波長で光学的に透明な、光ファイバとガラスベースのチップの垂直平坦面と、または本体（body）の平面、非平面、特には湾曲した側面との結合の場合に発生する。しかしながら、リソグラフィビームの関連する部分領域は、透明な非平面初期構造を進むことができるので、ここでは、非平面初期構造領域と相互作用するリソグラフィビームの領域の完全な遮光は必ずしも発生しない。リソグラフィビームと相互作用する非平面初期構造の部分領域の材料は、通常浸液として使用されるフォトレジストとは屈折率において異なり、リソグラフィビームの領域における位相面の乱れをもたらし、ひいてはリソグラフィビームの焦点の近傍において強度分布の変形をもたらし得る。

本発明の方法は、フォトニックワイヤボンドの生成においてだけでなく、たとえば、平坦面発光集積光学チップなどの、三次元初期構造上のマイクロレンズのリソグラフィ生成にも使用することができる。マイクロ流体経路およびシステムの特性に影響を与えることを可能にするために、さらに、これら非平面構造の表面を改質するのが有用であり得る。リソグラフィビームの部分的な障害をもたらし得るが、上述の手段により減衰または補償され得る。

さらなる応用分野が、リソグラフィプロセス中に生成されるターゲット構造が後のプロセスに対する初期構造として提供されるという事実から生じ得る。このことは、特に液状のフォトレジストを使用する場合に有利である。この場合、加工されるべき構造は、リソグラフィプロセス中にできるだけ早く、好ましくは自己支持型となるように、すなわち、新たに描画される構造が、部分領域の位置ずれを防止するために、初期構造または既に書き込まれたターゲット構造の部分領域に隣接するように設計され得る。したがって、複雑な構造は、多くの場合、切り取られて構成することができないが、むしろ、ターゲット構造の他の部分の前に本発明の方法によってステップごとに加工されるので、同時にターゲット構造の将来の部分に対する初期構造を形成し得る。

本発明のさらなる詳細および特徴は、以下の好ましい例示的な実施形態の記載から、特に従属請求項に関連して、明らかになるであろう。この場合、それぞれの特徴はそれ自身で、または複数の特徴が組み合わされて実現され得る。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。

例示的な実施形態を模式的に以下の図に示す。この場合、図中の同様の参照番号は、同一のまたは機能的に同一の要素または機能が互いに対応する要素を示す。図において、特に以下の通りである。

二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、本発明の目的を示す。 二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ターゲット構造の部分領域の段階的な生成を示す。 二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ビーム断面の調整による本発明の解決策の例示的な一実施形態を示す。 非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、本発明の目的を示す。 非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、重合に使用する光学スペクトルの調整による、本発明の解決策の例示的な一実施形態を示す。 非平面初期構造の高反射部分領域上の二光子重合を用いた直接描画光リソグラフィ方法の模式図であり、ビームプロファイルの調整による本発明の解決策のさらなる実施形態を示す。 非平面初期構造上にターゲット構造をリソグラフィ生成するための本発明に係る装置（リソグラフィシステム）の例示的な一実施形態の模式図である。 集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、生成方法の第１構成の模式図を示す。 集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、本発明により生成された構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の記録を示す。 集積光学チップの垂直平坦面に隣接するフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明に係る方法の好ましい例示的な一実施形態の模式図であり、生成方法のさらなる構成の模式図を示す。 リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、モデルシステムの模式図を示す。 リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、焦点におけるリソグラフィビームの強度プロファイルを示す。 リソグラフィビームへの遮光エッジの影響に対するシミュレーションの模式図であり、リソグラフィビームがエッジに近づくときの、焦点近傍におけるそれぞれの強度分布を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバ平坦面からの距離の関数としてのリソグラフィビームの強度のプロファイルを示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、基準焦点とファイバ平坦面との間の距離の関数としての最大強度点の変位プロファイルを示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、焦点におけるリソグラフィビームの強度のプロファイルを示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、単一モードファイバの平坦面上の導波路テーパの電子顕微鏡の記録を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、フォトニックワイヤボンドの電子顕微鏡の記録を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバ平坦面の近傍におけるターゲット構造を生成するための方法の模式図を示す。 導光性光ファイバの平坦面近傍におけるターゲット構造の生成の模式図を含むさらなる例示的な実施形態であり、ファイバの模式図を示す。 たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、マイクロ光学レンズ素子を生成する方法の模式図を示す。 たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、本発明により生成されたマイクロ光学レンズ素子の電子顕微鏡の記録を示す。 たとえば平坦面発光集積光学チップなどの、非平面初期構造上のマイクロ光学レンズ素子をリソグラフィ生成するためのさらなる例示的な実施形態であり、本発明により生成されたマイクロ光学レンズ素子の電子顕微鏡の記録を示す。 マイクロ流体の非平面初期構造上にマイクロ構造を生成するためのさらなる例示的な実施形態を示す。 既に生成されたターゲット構造が、その後のターゲット構造の露光中にリソグラフィビームの領域と相互作用する比較例であり、ターゲット構造を生成するための方法の模式図を示す。 既に生成されたターゲット構造が、その後のターゲット構造の露光中にリソグラフィビームの領域と相互作用する比較例であり、本発明により生成されなかったターゲット構造の電子顕微鏡の記録であり、既に生成されたターゲット構造が、所望のターゲット構造が得られないようにリソグラフィビームに影響を与えていることを示す。 ターゲット構造を非平面初期構造上にリソグラフィ生成するための本発明に係る装置（リソグラフィシステム）の例示的な一実施形態の模式図を示し、テストビームの焦点付近からのルミネセンス放射を検出するように構成されたルミネセンス検出ユニットを含んでいる。 例示的な比較例を示し、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射を検出することにより検出することができ：ａ）は、励起テストビームのパワーの補正なしに、ファイバ平坦面の近傍において検出されたルミネセンスパワー、ｂ）は、リソグラフィビームのパワーを補正することなくテスト構造をリソグラフィ生成した結果である。 例示的な実施形態を示し、リソグラフィビームの非平面初期構造との相互作用は、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射を検出することにより検出することができ：ｃ）は、励起テストビームのパワーの補正を用いてファイバ平坦面の近傍において検出されたルミネセンスパワー、ｄ）は、リソグラフィビームのパワーを補正してテスト構造をリソグラフィ加工した結果である。

図１は、二光子重合に基づく直接描画光学リソグラフィ法の例に基づいて本発明の基礎をなす目的を達成するための本発明に係る解決策を模式的に示す。

図１ａ）に示すように、非平面初期構造０１０上にフォトレジスト１００で構成されるターゲット構造０３０を生成するために、高い開口率を有する高集束リソグラフィビーム０６０が使用され、フォトレジスト１００は、好ましくは、同時に浸液として使用することができる。この場合、リソグラフィビーム０６０の領域０７０は、非平面初期構造０１０の部分領域０１１に衝突し、後者と相互作用する。これにより最初にリソグラフィビーム０６０の焦点０６５における強度分布の変化が生じ、ひいては生成されたターゲット構造０３０の変化をもたらし得る。次にリソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用は、初期構造０１０の部分領域０１１の局所的な、光学的に誘起された変化をもたらし得る。

図１ｂ）に示すように、非平面初期構造０１０と同様に、ターゲット構造０３０の既に生成された部分領域０３５の部分０１４も、特にリソグラフィビーム０６０がターゲット構造０３０の既に生成された部分領域０３５とつながっている場合に、リソグラフィビーム０６０と相互作用し、後者を変化させ得る。この場合、ターゲット構造０３０の既に生成された部分領域０３５は、後のターゲット構造０３０の部分領域０３５の生成のための非平面初期構造０１０として理解され得る。

図１ｃ）に模式的に示す本発明による解決策は、それによって非平面初期構造０１０との相互作用によって引き起こされる変化が低減されるか、または完全に回避されるように、リソグラフィビーム０６０のパラメータの動的に調整することを提供する。第１の実施形態では、調整は、非平面初期構造０１０との相互作用に起因する、焦点０６５でのリソグラフィビーム０６０の強度の低下を補償するリソグラフィビーム０６０の光パワーの変更によって実行され得る。また、リソグラフィビーム０６０の断面形状は、非平面初期構造０１０との相互作用が回避されるか、または、かかる相互作用に起因するリソグラフィビーム０６０の変更が全体的または部分的に補償されるように調整され得る。これは、好ましくは、リソグラフィビーム０６０のビーム経路内に付加的に導入されるビーム成形ユニット１１０により達成され得る。非平面初期構造０１０内のリソグラフィビーム０６０の位置に依存するようにビーム成形ユニット１１０を駆動することにより、好ましくは初期構造０１０と相互作用するリソグラフィビーム０６０の領域０７０を完全に暗くすることが可能になる。これは、特に、領域０７０と相互作用する初期構造０１０の部分領域０１１における光学的に誘起された修正がこのように回避され得る場合に有用であり得る。

代替的に、ビーム成形ユニット１１０の部分領域１１３において、部分領域０１１との相互作用によってもたらされる変化を少なくとも部分的に補償し得る振幅および／または位相分布が、リソグラフィビーム０６０の領域０７０に加えられ得る。これは、たとえば、部分領域０１１が、リソグラフィ波長に対して透明であって、屈折率において浸液として同時に使用されるフォトレジスト１００と異なるので、透過光の位相の変化を引き起こす材料を含む場合に有用である。かかる相の変化は、特に、リソグラフィビーム０６０の変化した領域０７０と初期構造０１０のトポグラフィ０２０によって変化しないリソグラフィビーム０６０の領域０８０との間に干渉が生じ、リソグラフィビーム０６０の焦点０６５における強度分布の二次極大の形成、ひいては露光された体積要素０４０の制御されない変形となり得る影響を有し得る。

初期構造０１０のトポグラフィ０２０によって損なわれないリソグラフィビーム０６０の領域０８０に関して、特定の一実施形態において、振幅または位相変調することなく、部分領域１１２における光の通過を許容するビーム成形ユニット１１０の中間的な設定を選択することが可能である。代替的に、露光されるべき体積要素０４０における所望の強度分布をもたらす、空間的に可変の振幅および／または位相変調を生成することができる。たとえば、ビーム成形ユニット１１０の光パワーまたは設定などの変化を補償するために使用されるビームパラメータは、露光されるべき各体積要素０４０に対して個別に決定することができるか、代替的に、完全な部分構造の露光と同じ設定が使用される。リソグラフィシステム０９０の、および／または非平面初期構造０１０の対応するモデルが、好ましくは、各パラメータの決定のために用いられてもよい。

本発明のさらなる実施形態では、リソグラフィビームの振幅分布および／または位相分布の修正およびリソグラフィビームの総パワーの変化の両方は、ビーム成形ユニット１１０によって行われ得る。１つの技術的な実施形態では、このような状況において、たとえば、ＳＬＭに基づく、振幅分布および／または位相分布の修正の設定が、体積要素の露光時間に匹敵するか、または著しく長い応答時間でしか比較的ゆっくりと行われ得ないという課題がしばしば生じるが、総パワーの変化は、体積要素の露光より著しく速く行うことができる。この課題は、リソグラフィパワーの連続的な変化を組み合わることにより解決することができ、この変化は、複数のセクションにおいて一定の、ビーム断面での振幅分布および／または位相分布のより遅い調整により、各体積要素について個別に決定され、変更することなく、体積要素のグループ全体に適用され得る。この実施形態では、特に複数のセクションにおいてビーム断面を成形するためのＳＬＭを変調器によるリソグラフィパワーの迅速な調整と組み合わせることを可能にする。

図２は、高反射性初期構造０１０上に干渉が発生する場合に対する本発明の方法を示す。

これに関して、図２ａ）は、関連する対象を模式的に示している。初期構造０１０の表面近傍の部分領域０２５がリソグラフィ波長において高反射性であるように構成された特定の一実施形態において、入射および反射リソグラフィビーム０６０との間の干渉、ひいては少なくとも部分的な光の定常波が発生し得る。この場合、初期構造０１０の表面の近傍で最小限の強度が生じ、最小限の強度では、もはやフォトレジスト１００の重合に必要な強度閾値を達成できない。これは、垂直座標ｚの関数として強度Ｉのサイン形状のプロファイルによって、ここでは例示的に示されている。このように策定された対象は、たとえば、面発光レーザー（垂直キャビティ面発光レーザー、ＶＣＳＥＬ）の発光平坦面での３Ｄ構造のリソグラフィ生成において生じ得る。

図２ｂ）は、重合に使用される光学スペクトルの調整によってこの目的を達成するための本発明による解決策を模式的に記載している。この目的のために、追加のリソグラフィ波長λ₂および／またはλ₃が使用され、これらは、波長λ₂に関して示されているように、反射されないか、またはλ₃の例に基づいて説明されているように、第１リソグラフィ波長λ₁に比べて大きな位相シフトで反射される。この場合、さらなる波長の使用が、動的に、およびリソグラフィ法の過程において、可変的にまたは静的に実施され得る。

図２ｃ）に模式的に示されるように、代替的または付加的に、課題は、本発明のビームプロファイルの調整によって解決され得る。リソグラフィビーム０６０は、弱め合う干渉部により影響を受けた部分領域０２５が大きさにおいて減少するか、または完全に消去されるように、ビーム成形ユニット１１０によって変更され得る。これは、好ましくは、初期構造０１０上へのリソグラフィビーム０６０の斜め入射がリソグラフィビーム０６０の部分的な遮光によって生成され得るという事実により達成され得る。

図３は、以下にリソグラフィシステム０９０とも称される、非平面初期構造０１０上にターゲット構造０３０をリソグラフィ生成するための本発明に係る装置の特に好ましい一実施形態の図を模式的に示す。
この場合、リソグラフィシステム０９０は、この好ましい実施形態では浸液として同時に使用されるフォトレジスト１００内において、高度で正確に、リソグラフィビーム０６０を形成し、リソグラフィビーム０６０を位置決めするための光学リソグラフィユニット６００を備える。この場合、リソグラフィビーム０６０の位置決めは、リソグラフィビーム０６０の移動により、好ましくは、ビームスキャナによるか、代替的に可能な限りの高精度を有する変位テーブル０６０によって局所的に固定されたリソグラフィビーム０６０を用いて初期構造０１０を移動させることによって行われ得る。これらの実施形態の組み合わせが考えられる。

加えて、リソグラフィシステム０９０は、リソグラフィビーム０６０の振幅および／または位相分布を変更するように構成されたビーム成形ユニット１１０、また光学リソグラフィユニット６００およびビーム成形ユニット１１０を駆動するように構成されたデータ処理ユニット７００を備える。データ処理ユニット７００は、好ましくは、生成されるべきターゲット構造０３０の構造データ７７０およびリソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用によってもたらされる変化を補正するための補正データ７９０の両方を保存するデータメモリ７５０を有していてもよい。データ処理ユニット７００の保存容量および計算能力に応じて、構造データ７７０および／または補正データ７９０は、データメモリ７５０内に全ターゲット構造０３０のために保存されるか、代替的にデータメモリ７５０内にターゲット構造０３０の部分セクションために保存され、必要に応じて、任意の第２データ処理ユニット８００によって再度読み込まれ得る。

図４は、米国特許第８，９０３，２０５号明細書または米国特許第９，０３４，２２２号明細書によるフォトニックワイヤボンドを生成するための本発明の好ましい一方法を示し、ここではフォトニックワイヤボンドは、集積光学チップの垂直平坦面に直接接続することができる。これは、たとえば、平坦面発光レーザー、または半導体増幅器、またはシリコンフォトニックチップをチップエッジにおいて対応して準備された結合位置で接続するときに起こり得る。

図４ａ）は、これに関連する対象の模式図を示す。ターゲット構造０３０は、ここでは、部品ホルダ０１５、光ファイバ０１６および集積光学チップ０１７を備える非平面初期構造０１０に接続される、いわゆるフォトニックワイヤボンド３００として構成される。この場合、「フォトニックワイヤボンド」３００は、２つの光導波路の間の、例示的な本実施形態では、集積光学チップ０１７上に生成された導波路０１９と、ここで例としてグラスファイバにより構成される光ファイバ０１６の導波路コア０１８との間の、横方向の単一またはマルチモードの光接続を可能にする構造であると理解される。この目的のために、フォトニックワイヤボンド３００は、光ファイバ０１６の垂直導波路端面、および集積光学チップ０１７の垂直な導波路の平坦面に直接接続される。生成のために、二光子重合に基づいた光液浸リソグラフィ法が使用され、ここではフォトレジストは浸液として使用される。リソグラフィビーム０６０の焦点０６５の位置に応じて、リソグラフィ光学ユニット１６０の高開口数に関連した、リソグラフィビーム０６０のワイドオープンビームコーンが、集積光学チップ０１７または光ファイバ０１６の部分領域０１１、０１２と相互作用する。これは、リソグラフィビーム０６０の領域０７０、０７１の変化をもたらし、ひいては生成されるべきターゲット構造０３０の露光された各体積要素０４０の強度分布の変化をもたらす。

光ファイバ０１６は、リソグラフィ波長で透明であって、その屈折率がフォトレジスト１００の屈折率と異なる材料を含む。したがって、図４ａ）に示されるリソグラフィビーム０６０の領域０７１は、光ファイバ０１６とフォトレジスト１００との間の界面における部分反射によって、および光位相波面の変化によって損なわれ、一方、リソグラフィ波長で非透明である集積光学チップ０１７上において衝突するリソグラフィビーム０６０の領域０７０は、界面での反射および／または部分領域０１１の体積における吸収によって完全に遮光されることを想定することができる。これは、入射光パワーのほぼ半分が集積光学チップ０１７によって遮光され、結果的に、多くの場合、リソグラフィビーム０６０の焦点０６５での二光子重合に対する閾値がもはや達成され得ないので、集積光学チップ０１７の平坦面近傍に配置される体積要素０４０に対して特に深刻な結果をもたらす。これは、フォトニックワイヤボンド３００が集積光学チップ０１７の導波路の平坦面に直接接続できないという結果となることがあり、高い挿入損失にもたらし得る。

しかしながら、本発明の方法は、リソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用と、減少するかまたは完全に回避されるべき初期構造０１０の望ましくない光学的に誘起される変化とにも起因する、ターゲット構造０３０の変化を許容する。図４ｂ）は、本発明の方法により生成されたテスト構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の記録を示す。この目的に使用される非平面初期構造０１０は、集積光学チップ０１７によるリソグラフィビーム０６０の遮光のみが、フォトニックワイヤボンド３００の平坦面近傍領域のリソグラフィ生成中に生じるよう構成される。リソグラフィビーム０６０の焦点０６５での強度分布に与える影響は、描画されるべき体積要素０４０の位置に依存するリソグラフィパラメータの調整によって、本発明にしたがって変更される。本発明の例示的な実施形態では、リソグラフィビーム０６０の光パワーの増大が用いられ、これは、ビーム軸に垂直な平面に投影された焦点０６５と遮光領域０７０との間の距離０５０の関数としての良好な近似に定義することができる。したがって、平坦面近傍領域においてさえ、二光子重合に対する閾値を達成することが可能であるので、導波路の平坦面に直接接続するフォトニックワイヤボンド３００を連続して生成することが可能である。しかしながら、平坦面近傍のリソグラフィパワーの増加は、焦点０６５がエッジ０５２に近づくにつれて、集積光学チップ０１７の金属化表面と相互作用する光パワーが連続して増加するという影響を有する。これは、金属化表面での光場の反射と局所的な増幅により、フォトレジスト中での望ましくない重合反応と光学的に誘起された微小爆発につながる可能性があり、リソグラフィビームと相互作用する集積光学チップ０１７の表面のこれらの部分領域における初期構造の変化０１３の生成、または平坦面近傍におけるターゲット構造０３０の完全な破壊につながり得る。

図４ｃ）は、リソグラフィビーム０６０の領域０７０、０７１、０８０を変更し得る付加的なビーム成形ユニット１１０で追加されたリソグラフィシステム０９０によって、リソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用がどのように付加的に減少させられ得るかを、模式的に示す。好ましい例示的な一実施形態では、初期構造０１０の非透明部分領域０１１と相互作用するリソグラフィビームの領域０７０が、好ましくはゼロ伝達に切り替えられるビーム成形ユニット０１０の関連する部分１１３によって、このように完全に遮られ得る。したがって、図４ｂ）に示される影響が完全に回避される。初期構造１１０の透明部分領域０１２と相互作用するリソグラフィビーム０６０の領域０７１に同様の手順が採用され得る。様々な実施形態がこの目的に適している。

第１の実施形態では、この目的のために、初期構造０１０の透明部分０１２との相互作用の結果として位相に関して変更されたリソグラフィビーム０６０の領域０７１からの光と、初期構造０１０のトポグラフィ０２０によって損なわれないリソグラフィビーム０６０の領域０８０からの光との干渉を防止するために、リソグラフィビーム０６０の領域０７１は完全に遮られ得る。かかる干渉は、強度分布の２次極大の形成、ひいては露光された体積要素０４０の変形が、リソグラフィビーム０６０の焦点０６５で生じるという影響をもたらし得る（図６および関連説明を参照）。

リソグラフィビーム０６０の領域０７１の完全な遮断の代替手段として、適切に構成されたビーム成形ユニット１１０を用いるさらなる実施形態では、リソグラフィビーム０６０の透明な領域０７１との相互作用により導入される変化を補償するか、または上記変化と連携して、露光されるべき体積要素０４０における所望の強度分布につながり得る、リソグラフィビーム０６０の振幅および／または位相の空間的に可変な変更を実行することが可能である。初期構造０１０のトポグラフィ０２０で変化しないリソグラフィビーム０６０の領域０８０に関し、一実施形態では、振幅または位相変調することなく、部分領域１１２における光の通過を許容するビーム成形ユニット１１０の中間設定を選択することができる。別の実施形態では、露光されるべき体積要素０４０における所望の強度分布をもたらし得る空間的に可変な振幅および／または位相変調を生成することができる。

図５は、リソグラフィビーム０６０に対する遮光エッジ０５２の効果を示すシミュレーションを模式的に示す。

これに関して、図５ａ）は、ＩＩＩ−Ｖ半導体ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓＰに基づく端面発光レーザーを有するレーザチップを備えるモデルシステムを模式的に示す。ここで使用される材料は、リソグラフィ波長を有する光に対して非透明であるが、同時に、部品は、入射する光を反射することができる金属接点をその表面に有している。したがって、レーザチップと相互作用する光がリソグラフィビーム０６０の焦点０６５近傍での強度に寄与しないと想定することができる。

図５ｂ）の図は、リソグラフィビーム０６０の遮光が、焦点０６５がレーザチップの端面に近づくにつれて、リソグラフィビーム０６０の焦点０６５の近傍において観察され得る最大強度の減少につながることを示している。この場合、変数ｄは、損なわれていないリソグラフィビーム０６０の焦点０６５と遮光の原因となるチップ平坦面との間の距離を示し、縦軸にプロットされた正規化強度Ｉは、限定的なケースｄ→∞において生じる乱れのないリソグラフィビーム０６０の最大強度に対する焦点０６５の近傍の所定の距離ｄで測定された最大強度の比率を示す。正規化強度Ｉは、遮光および強度分布の結果として生じる変形による距離ｄの減少とともに減少する。シミュレーションは、損なわれていないリソグラフィビーム０６０の焦点０６５がレーザチップの活性領域のレベル、すなわちリソグラフィビーム０６０の遮光領域０７１を画定するエッジ０５２下の２．６μｍに配置されている例示的な実施形態に対して行われた。

図５ｃ）は、リソグラフィビーム０６０を遮光するエッジ０５２に近づくことが、図５ｂ）において認識されるポイント１、２および３の強度分布によって示されるように、最大強度の減少のみならず、焦点０６５の近傍における強度分布の変形をももたらすことを示している。強度の図は、断面エリアにおいてそれぞれ生じる最大の正規化値を示す。
座標系の原点（０，０）は、浸液として使用されるフォトレジスト１００において十分に伝搬する、乱れのないリソグラフィビーム０６０に対して生じる焦点０６５を示す。大きな距離（ポイント３参照）の場合では、リソグラフィビーム０６０は影響を受けず、そのため平面ｘ＝０に対して対称である。より小さな距離では、焦点０６５の近傍における強度分布の傾斜（tilting）および関連する非対称（ポイント１および２参照）が、図５ｂ）に図示された強度の低下に加えて付加的に起こる。傾斜は生成された体積要素０４０の変形をもたらす可能性があり、変形は、好ましくは、露光ステップにおいて考慮され得る。加えて、最大強度の点における、乱れのないリソグラフィビーム０６０の仮想焦点からのシフトが起こり得るが、これは図５ｂ）ではあまり顕著ではなく、好ましくは、リソグラフィビーム０６０の位置の補正により補償され得る。

図６は、ファイバ平坦面近傍にターゲット構造０３０を生成することに関する他の例示的な実施形態を示す。図４および図５に示すような、フォトニックワイヤボンド３００の半導体ベースの集積光学チップ０１７の垂直平坦面への結合とは対照的に、光ファイバまたはガラスベースのチップの垂直平坦面への結合の場合には、非平面初期構造０１０の関連する部分領域０１２がリソグラフィ波長で透明な材料を含むので、非平面初期構造０１０と相互作用するリソグラフィビーム０６０の領域０７１の完全な遮光は発生しない。しかしながら、透明材料は、通常浸液として用いられるフォトレジスト１００とは異なる値の屈折率を有し、リソグラフィビーム０６０の領域０７１での位相波面の変化をもたらし、ひいてはリソグラフィビームの焦点０６５の近傍における強度分布の変形をもたらす。

図６ａ）、図６ｂ）、図６ｃ）および図６ｈ）は、ファイバ平坦面近傍におけてターゲット構造を生成するための例示的なシミュレーションを示す。図６ｈ）に応じて、この例示的な実施形態における非平面初期構造０１０は、浸液として機能するフォトレジスト１００に埋設されたガラス繊維を含む。光ファイバの影響を分析するために、図６ｈ）の場合、クラッディング用の光学的に均質な円筒体０１０によって、７８０ｎｍのリソグラフィ波長において１．４５３７の屈折率が想定される。例示的な本実施形態では、シミュレーション時間とメモリ要求を低減するために、ガラス繊維の寸法が実際に減少してきた。しかしながら、例示的な本実施形態は、本質的な影響を既に定性分析することを可能にしおり、定量パラメータのみが光ファイバへの遷移時に変化する。１．３の開口数を有するリソグラフィビーム０６０の焦点０６５は、リソグラフィビーム０６０の領域０７１がシリンダと相互作用するように、シリンダの長手方向軸に沿ってその端面に案内される。
リソグラフィビーム０６０の焦点０６５の近傍における強度分布への影響は、シリンダの端面からの距離ｄおよびシリンダの半径ｒに依存する。

図６ａ）は、シミュレーションによってリソグラフィビーム０６０における具体的な光パワーに対して算出された最大強度を示し、最大強度は、ファイバの半径ｒに正規化された距離ｄの関数としての電場｜Ｅ｜²の振幅の二乗に比例し、強度値は、ファイバ平坦面から遠く離れて発生する最大値に正規化されている（ｄ／ｒ＝２）。これに使用される有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）アルゴリズムの計算時間を低減するために、１５μｍまでの小さなファイバ半径のみが分析された。非常に小さなファイバ半径（ｒ=７．５μｍ）に関して、平坦面に近づくときに、正規化強度の連続的な低下がもたらされ、一方、より大きなファイバ半径（ｒ≧１０．５μｍ）に対しては、正規化強度は、ｄ／ｒ＝０．１３の距離で約０．４３の最小に到達する。

図６ｃ）は、この観察についての説明を提供する。初期構造０１０のトポグラフィ０２０によって損なわれていないリソグラフィビーム０６０の領域０８０からの光の、非平面初期構造０１０との相互作用による位相に関して変更されるリソグラフィビーム０６０の領域０７１からの光との重ね合わせ（superimposition）は、干渉をもたらし、ひいてはリソグラフィビームの焦点０６５の近傍における強度分布の２次極大をもたらす。２次極大は、ファイバ端面からの距離ｄを減少させることに対して１次極大に近づき、最終的に、ｄ→０に対して１次極大と融合し、強度の増加をもたらす。同様の効果は、また、従来の単一モードの実用的に関連する直径に関しても発生する可能性がある。

グラスファイバの端面に接近する際のビーム断面におけるピーク強度の減少は、少なくとも１つの補正パラメータによって、特にリソグラフィビーム０６０における光パワーの調整を用いて、本発明により補償され得る。この種類の補償は、図６ｄ）に示されるように、標準的な単一モードファイバの平坦端面に直接接続する導波路テーパの形で、左から右に円錐形に先鋭になるターゲット構造０３０を生成するために使用された。この例示的な実施形態では、大きいファイバ半径に対する図６ａ）によるシミュレーションによって算出された、正規化強度Ｉの逆数を近似的に反映する区分線形関数に応じて、焦点０６５がファイバ平坦面に近づくにつれて、リソグラフィビーム０６０における光パワーＰは増加している。光ファイバの導波路コア（約１０μｍのモードフィールド径）とフォトニックワイヤボンド（モードフィールド径＜５μｍ）との間の可能な限りの最小損失を有する光学遷移を生成するために、同様の方法が、また、図６ｅ）および６ｆ）においてグラスファイバの平坦面に取付けられるフォトニックワイヤボンドを生成するために使用された。

リソグラフィビーム０６０の焦点０６５の近傍において発生する最大強度の変化に加えて、非平面初期構造０１０との相互作用は、最大強度のポイントの空間的シフトを引き起こし得る。これに関して、例示により、高開口数を有するリソグラフィビーム０６０の焦点０６５の、フォトレジスト１１０（ｎ＝１．５２）に埋設されたグラスファイバの端面への接近は（ガラスファイバのクラッディング：ｎ１＝１．４５３７、および、ガラスファイバのコアｎ₀≒１．４５８９）、最大強度のポイントがリソグラフィレンズに向かってわずかに移動するという影響を有する。これは、図６ｃ）から明らかである。ｄ＝０．５の距離に関して、リソグラフィレンズの方向への移動に対応する、ｚ＝０からｚの負の値へ最大強度のポイントがシフトする。この場合、浸液として機能するフォトレジスト１００において乱れることなくリソグラフィビーム０６０が伝搬し得る場合に、ｚ＝０が焦点０６５の基準位置に対応するように座標系が選択される。

図６ｂ）は、基準焦点０６５と平坦面との間の距離の関数としての最大強度のポイントにおけるシフトΔｚの定量分析を示す。シミュレーションは、石英ガラスで構成されたｒ＝１５μｍの半径を有する単純なモデル円筒体に基づいて行われた。このモデルは、基準焦点０６５と平坦面との間の１．７μｍの横方向の距離に対して、リソグラフィレンズの方向に１．５のシフトΔｚとなった。図６ｇ）から明らかなように、これは、生成されたターゲット構造０３０の幾何学的形状において、偏差３１０をもたらし、リソグラフィビーム０６０の位置の補正により、本発明によって低減され、回避され得る。

図６ｈ）の例によって示されるように、ビーム成形ユニット１１０によるリソグラフィビーム０６０のパワーおよび位置の調整に対する代替手段として、または付加的に、非平面初期構造０１０により生じるリソグラフィビーム０６０の変化へのビームプロファイルの調整が可能である。ビーム成形ユニットの設定は、非平面初期構造０１０の既知のトポグラフィ０２０に基づいて算出される。露光されるべき所定の体積要素０４０に関して、この場合、まず、非平面初期構造０１０とそれぞれ相互作用する、および、相互作用しない、リソグラフィビーム０６０の領域０７１および０８０が算出される。

これは、図６ｈ）および６ｉ）によれば、好ましくは、体積要素０４０の中心点０４１から生じる非平面初期構造０１０のトポグラフィ０２０の投影により達成され得る。特定の一実施形態では、この目的のために、非平面初期構造０１０と相互作用するリソグラフィビーム０６０の領域０７１は、ビーム成形ユニット１１０の関連する部分領域１１１の対応する設定によって遮られる。対照的に、非平面初期構造０１０と相互作用しないリソグラフィビーム０６０の領域０８０に対して、空間的にできるだけ集中され、可能な限り最高のピーク強度と、すべての３つの空間方向に可能な最小範囲を有する強度分布を導くように、ビーム成形ユニット１１０の関連する部分領域１１２の設定が決定される。このような状況において、例示により、強度分布の二次中心モーメントの和が、数値的に最小化されるべき品質基準として使用されてもよい。ビーム成形ユニット１１０の設定は、各体積要素０４０に対して個別に、または代替的に、体積要素０４０のグループに対して決定されてもよい。後者の場合、リソグラフィビーム０６０の領域０８０を決定するために、好ましくは、リソグラフィビーム０６０の領域０８０が、選択されたグループからの体積要素０４０に対して非平面初期構造０１０と相互作用しないことが保証される。

図７は、平坦面発光集積光学チップなどの非平面初期構造上にマイクロ光学レンズ素子４００をリソグラフィ生成するための本方法のさらなる例示的な実施形態を示す。

図７ａ）は、平坦面近傍の体積要素０４０の生成を模式的に示し、リソグラフィビーム０６０の領域０７０は集積光学チップの形態である初期構造０１０と相互作用し、平坦面上で、マイクロ光学レンズ素子４００が、本発明に係るリソグラフィパラメータの調整が有利であるような方法で生成される。第１の例示的な実施形態では、焦点０６５の近傍で生じたピーク強度の低下は、当該低下はチップとの相互作用によって影響を受けているが、少なくともおおよそリソグラフィパワーを増加させることによって補償することができ、図７ｂ）および７ｃ）に図示されるマイクロ光学レンズ素子４００が得られた。非平面初期構造によって変化するリソグラフィビーム０６０の領域０７０による干渉の結果としての強度分布の変化を回避するために、対応するビーム形成ユニット１１０の部分領域１１１の調整によって、リソグラフィビーム０６０を遮ることができる。代替的にまたは付加的に、好ましくは、空間的に可能な限り集中され、可能な限り最高のピーク強度と、３つの空間方向すべてに可能な最小範囲を有する強度分布となるように、リソグラフィビーム０６０の不変領域０８０に割り当てられるビーム成形ユニットの領域１１２が設定され得る。ビーム成形ユニット１１０の設定は、各体積要素０４０に対して別々に、または代替的に、体積要素０４０のグループに対して決定されてよい。非平面初期構造０１０により導入されるリソグラフィビーム０６０の領域０８０の変化の正確な情報がある場合には、当該変化もまた、対応するビーム成形ユニット１１０の部分領域１１１の設定によって補償され得る。

図８は、マイクロ構造５００の形態での非平面マイクロ流体初期構造０１０上のターゲット構造０３０の生成を模式的に示す。この場合、マイクロ構造５００は、二光子リソグラフィによる三次元マイクロ流体構造の側壁上に生成される。これは、リソグラフィビーム０６０の部分的変化につながり、その影響は、その他の例示的な実施形態で説明した方法によって全体的にまたは部分的に補償され得る。

図９ａ）は、既に生成されたターゲット構造０３０が、その後のさらなるターゲット構造０３１の露光中に、リソグラフィビーム０６０の領域０７０と相互作用する、さらなる実施形態の図を模式的に示す。このように既に描画されたターゲット構造０３０は、さらなるターゲット構造０３１を生成するためのその後の露光ステップに対する非平面初期構造０１０とみなすことができる。多くの場合、かかる配置は、一連の露光ステップの選択により少なくとも部分的に回避され得てもよいが、例示的な本実施形態では、ターゲット構造０３０の大きさにより可能ではない。ここでは、ターゲット構造０３０、０３１の各々は、リソグラフィシステムの専用描画フィールドを占めており、そのため、特に異なる描画フィールド間での変更が不利であるので、好ましくは、単一の作業操作で生成される。

図９ｂ）は、本発明の補正パラメータを適用せずに、直接描画リソグラフィにより生成されたターゲット構造０３０、０３１の電子顕微鏡の記録を示す。この例では、既に生成されたターゲット構造０３０のエッジ０５２がさらなるターゲット構造０３１のその後の生成中にリソグラフィビーム０６０が変化することで、既に生成されたターゲット構造０３０の左のターゲット構造０３１が部分領域０５３において露光されていない。本発明によれば、図９ａ）に示されるビーム成形ユニット１１０を用いて、部分領域０５３においてさらなるターゲット構造０３１を正しく露光するために、リソグラフィビーム０６０の不変領域０８０が、これに対応して調整され得る。

図１０は、非平面初期構造０１０上にターゲット構造０３０をリソグラフィ生成するための本発明による装置０９０の例示的な実施形態の模式図を示し、装置は、図３に関連して説明した構成要素に加えて、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射９４０を検出するように構成され、データ処理ユニット７００によって制御されるルミネセンス検出ユニット９６０を含む。単純な実施形態では、テストビームは、同時に液浸媒体として機能するフォトレジスト１００におけるターゲット構造０３０のリソグラフィパターニングのためにも使用される同じ光源およびビーム成形ユニットによって生成され得る。この目的のために、図１０において部分的に透過するミラーとして模式的に示されたビームスプリッタ９５０は、リソグラフィシステムのビーム経路に導入することができ、ビームスプリッタは、テストビームの焦点の近傍において生成されるルミネセンス放射９４０を少なくとも部分的に検出し、それをルミネセンス検出ユニット９６０に送ることができる。ビームスプリッタ９５０は、ビーム経路における任意の位置に配置されてもよく、図１０に模式的に示されるように、必ずしもビーム成形ユニット１１０の上流に設置されなくてもよい。さらに、ビームスプリッタは、必ずしも部分的に透過するミラーとして設計される必要はない。代替的な実施形態では、光学的に広帯域であるか、またはダイクロイック特性、光サーキュレータまたは回折格子を有し得る、ファイバベースまたは一体化された光パワーディバイダーを備えることができる。さらに、ルミネセンス検出ユニット９６０は、ルミネセンス放射９４０を検出するためのビーム経路が空間的に完全にテストビームおよび／またはリソグラフィビームの経路から分離され得るように、およびパワーディバイダーがそのために必要ないように設計されてもよい。ルミネセンス検出ユニット９６０は、この例示的な実施形態のように、光検出器９８０と、さらには付加的な光学フィルタ９７０とを備えることができる。付加的な光学フィルタ９７０は、テストビーム自体の後方散乱光を抑制しつつ、好ましくは、テストビームの焦点の近傍に由来するルミネセンス放射９４０を通過させることができるカラーフィルタとして設計され得る。低ルミネセンスパワーでも信頼性の高い結果を可能にするために、光検出器９８０は、光電子増倍器（ＰＭ）として設計され得る。上記の構成要素に加えて、ルミネセンス検出ユニット９６０は、たとえば、光ファイバ、ダイヤフラム、レンズ要素、または他の光学、光電子または光機械部品、回折格子、分光計モジュールやカメラなどのさらなる構成要素を備えることができる。特定の実施形態では、これらの構成要素は、特に共焦点顕微鏡の原理で、ルミネセンスパワーの空間的で選択的な検出を達成することを可能にし得る。代替手段として、またはこれに加えて、回折格子またはスペクトロメータモジュールの使用は、ルミネセンス放射９４０のスペクトル分析を可能にする。カメラは、ルミネセンスパワーの空間分布が検出されることを可能にする。これらの構成要素は、ルミネセンス放射を検出するために排他的に使用される必要はないが、リソグラフィシステム内のさらなる機能を同時に実行され得る。特定の実施形態では、ルミネセンス放射９４０は、好ましくは、リソグラフィシステム内にいずれにせよ存在し、リソグラフィシステムの座標系における非平面初期構造０１０の位置を検出するように機能するカメラにより検出され得る。したがって、ルミネセンス検出ユニット９６０は、必ずしも物理的に限定されたアセンブリとして存在している必要はないが、リソグラフィシステムにおいて、むしろ付加的に、またはいずれにせよ設置され、フォトレジスト１１０またはテスト媒体とのテストビームの相互作用に起因するルミネセンス放射９４０を検出することができるようにその全体が構成されている、構成要素を少なくとも部分的に備えていてもよい。代替的にまたは付加的に、ルミネセンス検出ユニット９６０は、フォトレジスト１１０またはテスト媒体においてルミネセンス放射９４０を励起するために使用され得るテストビーム９４５を生成するために機能することもできる。ここでまた、ルミネセンス検出ユニット９６０は、必ずしも物理的に限定されたアセンブリとして存在している必要はないが、むしろ付加的に、またはいずれにせよ、リソグラフィシステムにおいて設置される構成要素を備えていてもよい。

図１１は、例示的な実施形態および比較例を示し、リソグラフィビーム０６０の非平面初期構造０１０との相互作用は、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射９４０の検出により検出され得て、ひいてはリソグラフィパワーの位置依存補正のために使用され得る。図１１（ｂ）および図１１（ｄ）に示されるように、この配置は、部品ホルダ０１５上に固定された光ファイバ０１６を備え得る非平面初期構造０１０を含むことができ、光ファイバのファセット０２１には、ファセット０２１全体にわたって垂直に延びる平行六面体の形態のターゲット構造０３０が製造されることを意図している。の構成では、図６ａ）に対応するシミュレーション結果に応じて、ビームプロファイルの乱れ、さらにはリソグラフィビーム０６０の焦点０６５の強度の低下が、リソグラフィビーム０６０の光ファイバ０１６との相互作用により生じることが予想され得る。この場合、リソグラフィビーム０６０の焦点０６５がファイバ平坦面０２１および部品ホルダ０１５により近くなれば、当該相互作用および焦点０６５における強度において結果として生じる低下が一層大きくなることが証明されることが期待できる。対照的に、図６ａに応じて、強度の増加がファイバ平坦面にかなり近くで予想され得る。

本発明によれば、これらの影響は、ルミネセンス検出の方法により度量衡学的に直接検出され得る。この目的のために、まず、ファイバ平坦面０２１の上流に位置する空間的領域が、テストビームを用いて走査され得て、テストビーム９４５の焦点の近傍で発生したルミネセンス放射が度量衡学的に検出され得る。この目的のために、リソグラフィシステムは、好ましくは、ルミネセンス検出ユニット９６０によって補完される。特定の一実施形態では、当該ルミネセンス検出ユニットは、共焦点顕微鏡の原理に基づく構成を備えることができ、その構成によって、テストビームの焦点の近傍からのルミネセンス放射９４０が空間的に選択的に検出され得る。加えて、光ショートパスフィルタ９７０が使用され得て、これによりテストビームおよびルミネセンス放射９４０の励起放射が、互いにスペクトル分離さえ得る。リソグラフィビーム０６０自体はテストビームとして使用され得て、ルミネセンス放射９４０は見えるが、依然として架橋反応がフォトレジスト１１０において生じないようにパワーが選択され得る。例示的な本実施形態では、フォトレジスト１１０に対して多光子リソグラフィで使用するのに適した商業的に使用可能なアクリレートが使用され、ＵＶ励起下で強い蛍光性を有するフルオレン基を含む光開始剤がアクリレートと混合された。テストビームは、好ましくは、５０〜２５０フェムト秒、好ましくは約１００フェムト秒のパルス持続時間、５０〜２５０ＭＨｚ、好ましくは約１００ＭＨｚの繰り返し周波数、および７５０〜８００ｎｍ、好ましくは約７８０ｎｍの中心波長を有する一連のショートレーザパルスを含み得る。しかしながら、他の種類のテストビームが可能である。フォトレジストにおける架橋反応の開始のように、光開始剤のフルオレン基によるルミネセンス放射の放出の励起は、多光子プロセスのみによって可能であってもよく、これは、テスト露光中に得られた蛍光信号とリソグラフィプロセスにおいて予想されたフォトレジスト１１０の架橋の程度との間の強い相関の予想を可能にする。テストビームの焦点の近傍に放出されたルミネセンス放射は、約４６０から５４０ｎｍに延在し、ひいては少なくとも１つの光学ショートパスフィルタ９７０によってテストビームの後方散乱光パワーから容易に分離さえ得る広範な光学スペクトルを有していた。

図１１ａ）および図１１ｃ）はそれぞれ、光ファイバ０１６の長手軸を含み、部品キャリア０１５の表面に垂直な平面における測定された蛍光パワーの空間分布を示す。

図１１ａ）では、ファイバ平坦面０２１の近傍でのテストビームのパワーの補正は行われなかった。予想されるように、この場合、図６ａ）に係るシミュレーションによって予測されるように、ファイバ平坦面０２１に非常に近くでの増加を除いて、テストビームがファイバ平坦面０２１および部品キャリア０１５の表面にますます近づくにつれて、蛍光パワーが、テストビームの非平面初期構造０１０との相互作用により低下する。したがって、さらなる補正措置なしに行われるターゲット構造０３０のリソグラフィパターニングもまた、たとえば図１１ｂ）から明らかなように、特にターゲット構造０３０の下部においてフォトレジスト１１０の架橋が達成されないという、不十分な結果をもたらす。

測定された蛍光パワーの空間分布に基づいて、パターニングに必要な光パワーの補正がさらなるステップにおいて達成され得る。この目的のために、テストビームのパワーに対する補正係数により空間的に一定の蛍光パワーをまず達成する手順に従うことが可能であり、補正係数は焦点の位置に依存する。フォトレジスト１１０における架橋反応速度および放射される蛍光パワーが、同一の非線形関係によってリソグラフィビーム０６０のパワーまたはテストビームに依存するとすれば、フォトレジスト１１０の空間的に均一な架橋もまた、リソグラフィパワーの同じ空間補正の仕様を使用して達成され得る。例示的な本実施形態では、以下の補正係数による単純な乗算でパワーの位置依存補正を達成することが可能である。

Ｐ_FI（ｒ）は関連する位置ｒにおいて測定された蛍光とパワーを表し、Ｐ_FI,0は、ファイバ平坦面０２１からの遠く離れた測定に関する蛍光パワーを表し、その場合テストビームの乱れが予想されず、ｑは、蛍光放射および／または架橋をもたらす吸収プロセスの非線形特性を示す指数である。ここで考量される二光子吸収の場合、ｑ＝２が成り立つ。

図１１ｃ）は、テストビームのパワーの補正の結果を示し、これは測定された蛍光パワーの空間的に均一な分布をもたらし得る。同じ補正係数をリソグラフィビームのパワーに適用することにより、予想されるように、たとえば、図１１ｄ）から明らかなように、ファイバ平坦面の全高にわたってテスト構造０３０の均一な架橋を達成することができる。

本実施例で用いられるような式（１）に係る補正仕様は、実施例を通して理解されるべきであり、好ましくは、ルミネセンス放射のテストビームのパワーへの非線形依存性が、架橋反応速度のリソグラフィビーム０６０のパワーへの非線形依存性と必ずしも同じ指数を有するとは限らないという事実を考慮して、同様に他の用途に拡張され得る。したがって、多くの場合、パワー補正もまた、もはや補正係数による単純な乗算によって達成されるものではないが、むしろ好ましくは、より複雑な関係、好ましくは、空間的および／または時間的に非局所的な関係に基づいて行われ得る。
部分的に不透明な初期構造０１０によるリソグラフィビーム０６０の部分的な遮光の場合、したがって、焦点近傍の強度分布に関する影響をルミネセンス検出ユニット９６０の集束効率の影響から分離するために、異なるパラメータで複数の測定を行うことが特に有利であり得る。

０１０ 非平面初期構造
０１１、０１２ リソグラフィビームと相互作用する初期構造の部分領域
０１３ リソグラフィビームと相互作用する部分領域内の初期構造の変化
０１４ リソグラフィビームと相互作用する、既に生成されたターゲット構造の部分領域
０１５ 部品ホルダ
０１６ 光ファイバ
０１７ 集積光学チップ
０１８ 集積光導波路
０１９ ガラス繊維の導波路コア
０２０ 非平面初期構造のトポグラフィ
０２１ 光学部品の発光平坦面
０２５ リソグラフィ波長における高反射初期構造の部分領域
０３０、０３１ ターゲット構造
０３５ 次の部分領域の露光中にリソグラフィビームと相互作用する、既に生成されたターゲット構造体の部分領域
０３７ ターゲット構造の内側部分領域
０３８ ターゲット構造の近表面部分領域
０４０ ターゲット構造の体積要素
０４１ 体積要素の中心点
０５０ 体積要素の中心点とリソグラフィビームを変化させるエッジとの間の距離
０５２ リソグラフィビームを変化させるエッジ
０５３ リソグラフィビームの変化に起因して正しく露光されない部分領域
０６０ リソグラフィビーム
０６５ リソグラフィビームの焦点（フォーカス）
０７０、０７１ 初期構造のトポグラフィにより変化させられるリソグラフィビームの（第２）領域
０８０ 初期構造のトポグラフィにより変化させられるリソグラフィビームの（第１）領域
０９０ 非平面初期構造（リソグラフィシステム）上に非平面初期構造を生成するための装置
１００ フォトレジスト
１１０ ビーム成形ユニット
１１１、１１２、１１３ リソグラフィビームの領域を変更するためのビーム成形ユニットの部分領域
１６０ 露光光学ユニット
２１０ 初期構造のトポグラフィを検出するための測定ユニット
３００ フォトニックワイヤボンド
３１０ リソグラフィビームの初期構造との相互作用の結果生じるフォトニックワイヤボンドの幾何学形状の変化
４００ マイクロ光学レンズ素子
５００ マイクロまたはナノスケールの構造
６００ リソグラフィユニット
６２０ 変位テーブル
７００ データ処理ユニット
７５０ データメモリ
７７０ ターゲット構造を記述するデータ
７９０ 初期構造との相互作用の結果生じるリソグラフィビームの変化を補正するためのデータ
８００ さらなるデータ処理ユニット
９００ 光学測定ユニット
９４０ ルミネセンス放射
９４５ テストビーム
９５０ ビームスプリッタ
９６０ ルミネセンス検出ユニット
９７０ 光ショートパスフィルタ
９８０ 光検出器

Claims (18)

1. 少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）を用いてフォトレジスト（１００）を露光することにより、非平面初期構造（０１０）上にターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成する方法であって、
   ａ）非平面初期構造（０１０）の表面のトポグラフィ（０２０）を検出するステップ、
   ｂ）前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つのテストパラメータを使用し、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記初期構造（０１０）との相互作用と、結果として生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化および／または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の変化とを決定するステップ、
   ｃ）前記リソグラフィビーム（０６０）の前記初期構造（０１０）との相互作用によって生じる、前記リソグラフィビーム（０６０）および／または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の変化が減少するように、前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの補正パラメータを決定するステップ、および
   ｄ）前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータを使用して、前記少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）によって前記フォトレジスト（１００）を露光することにより、前記所望のターゲット構造（０３０）を前記初期構造（０１０）上に生成するステップ、を含む方法。
2. 方法のステップｂ）およびｃ）は、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記初期構造（０１０）との前記相互作用により生成される前記ターゲット構造（０３０）の前記変化が結果として次第に低減されるように反復的に実行される、請求項１記載の方法。
3. 前記非平面初期構造（０１０）の前記表面の前記トポグラフィ（０２０）を検出することが、前記非平面初期構造（０１０）のモデルに既知のデータを用いて、または前記表面の前記トポグラフィ（０２０）を決定するように構成された測定方法またはカメラを用いて実行される、請求項１または２記載の方法。
4. 前記リソグラフィビーム（０６０）の前記初期構造（０１０）との相互作用と、ステップｂ）中に、結果として生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化および／または生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）とを決定することが、ルミネセンス放射（９４０）を検出することによって実行され、前記ルミネセンス放射（９４０）は、前記テストパラメータで設定された前記リソグラフィビーム（０６０）により生成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ルミネセンス放射（９４０）のパワーが、前記フォトレジスト（１００）における前記リソグラフィビーム（０６０）の焦点（０６５）での強度に非直線的に依存する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記リソグラフィビーム（０６０）に対する少なくとも１つの前記補正パラメータが、前記リソグラフィビーム（０６０）のうちの少なくとも１つの領域（０７０、０７１）の
   − 光パワー
   − 少なくとも１つの波長
   − 描画速度
   − 断面
   − 振幅プロファイル
   − 位相プロファイル、および／または
   − 位置
   の調整を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータは、前記リソグラフィビーム（０６０）に通過される、ビーム成形ユニット（１１０）の調整を含み、それにより前記リソグラフィビーム（０６０）の振幅および／または位相分布の調整が実行される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 露光されるべき各体積要素（０４０）への個々の調整が少なくとも１つの第１補正パラメータに対して行われ、第２補正パラメータに対しては、選択されたグループ内の複数の堆積要素（０４０）に対して同じ値が維持されるように少なくとも２つの補正パラメータが変更される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記非平面初期構造（０１０）が、前記リソグラフィビーム（０６０）と相互作用するエッジ（０５２）を有し、前記リソグラフィビーム（０６０）が前記エッジ（０５２）に接近するにつれて、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記光パワーを増加させることによって、前記エッジ（０５２）の影響が少なくとも部分的に補償される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記フォトレジスト（１００）が、リソグラフィレンズに対する液浸媒体として同時に機能する液体から選択される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つの補正パラメータは、以下のサブステップ、
    ｉ）前記リソグラフィビーム（０６０）が、前記リソグラフィビーム（０６５）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用なしに体積要素（０４０）の中心点（０４１）に到達する、前記リソグラフィビーム（０６０）の第１領域（０８０）を決定するステップ、
    ii）前記リソグラフィビーム（０６０）が、前記体積要素（０４０）の前記中心点（０４１）への経路で前記非平面初期構造（０１０）と相互作用する、前記リソグラフィビーム（０６０）の第２領域（０７１）を決定するステップ、および
    iii）前記ビーム成形ユニット（１１０）の少なくとも１つの部分領域（１１１、１１２）の設定によって前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第１領域（０７０）または前記第２領域（０７１）を修正するステップ
    により決定される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. サブステップiii）が、前記ビーム成形ユニット（１１０）の第２部分領域（１１２）の設定により、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第２領域（０７１）を遮るステップと、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記第１領域（０７０）の所望の強度分布が、前記体積要素（０４０）の前記中心点（０４１）の近傍において発生するように、前記ビーム成形ユニット（１１０）の第１部分領域（１１１）の設定を決定するステップと、を含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記ターゲット構造（０３０）が、内側部分領域（０３７）および近表面部分領域（０３８）に分解され、前記リソグラフィビーム（０６０）に対する前記少なくとも１つの補正パラメータを決定することが、前記近表面部分領域および前記内側部分領域（０３７）に対して相互に異なる補正パラメータが決定されるように実行される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 生成される前記ターゲット構造（０３０）が、その屈折光学素子、回折光学素子、光導波路またはこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの光学素子を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記非平面初期構造（０１０）が、少なくとも１つの導光性コアを有する光ファイバ、端面放射型集積光チップ、半導体レーザーまたはこれらの組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの光学素子を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法により、少なくとも１つのリソグラフィビーム（０６０）を用いてフォトレジスト（１００）を露光させることによって非平面初期構造（０１０）上にターゲット構造（０３０）をリソグラフィ生成するための装置であって、
    − フォトレジスト（１００）内で、前記リソグラフィビーム（０６０）を発生させ、前記リソグラフィビーム（０６０）を位置決めするためのリソグラフィユニット（６００）、
    − 前記リソグラフィビーム（０６０）の振幅および／または位相分布に影響を与えるように構成されたビーム成形ユニット（１１０）、および
    − 前記リソグラフィユニット（６００）と前記ビーム成形ユニット（１１０）を駆動するように構成されたデータ処理ユニット（６１０）であって、生成されるべき前記ターゲット構造（０３０）の構造データと、前記リソグラフィビーム（０６０）の前記非平面初期構造（０１０）との相互作用によって生じる前記リソグラフィビーム（０６０）の変化を補正するためのデータとを保存するようにさらに構成されたデータ処理ユニット（６１０）
    を少なくとも備える、装置。
17. − 前記非平面初期構造（０１０）の前記トポグラフィ（０２０）を検出するように構成された光学測定ユニット（９００）、および／または
    − 前記フォトレジスト（１１０）からのルミネセンス放射（９４０）を検出するように構成されたルミネセンス検出ユニット（９６０）
    をさらに備える請求項１６記載の装置。
18. 前記ビーム成形ユニット（１１０）は、次のユニット：
    − 空間光変調器（ＳＬＭ）
    − 液晶ベースの変調器
    − 音響−光学変調器（ＡＯＭ）
    − 電気光学変調器（ＥＯＭ）
    − 駆動可能なダイヤフラム、および／または
    − マイクロミラーアレイ
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６または１７記載の装置。

Images