JP2024520257A - レーザーリソグラフィ装置によってリソグラフィ材料に三次元の目標構造を生成する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザーリソグラフィ装置によってリソグラフィ材料（２２）に三次元の目標構造（４４）を生成する方法に関し、リソグラフィ材料が上に配置された基板（４０）が準備され、リソグラフィ材料と前記基板との間の境界面（５４）が位置特定され、所定の書き込み指示に即して書き込みレーザー（１４）の焦点領域（２８）が光学デバイス（１６）によりスキャン面（３６）の書き込み領域（３４）の内部で変位することによって目標構造が定義され、書き込みレーザービームの焦点領域で書き込み露光線量がリソグラフィ材料に照射されて、構造領域（４６）が定義され、基板とリソグラフィ材料との間の境界面を位置特定するためにキャリブレーションレーザービームの焦点領域がスキャン面の書き込み領域の内部の複数の検査位置へと光学デバイスによりシーケンシャルに変位し、各々の検査位置で検査露光線量がリソグラフィ材料に照射され、検査露光線量に対するリソグラフィ材料及び／又は前記基板の応答から境界面（５４）の位置データが判定される。本発明は、レーザーリソグラフィ装置にも関する。

Description

本発明は、レーザーリソグラフィ装置によってリソグラフィ材料に三次元の目標構造を生成する方法に関する。本発明は、前記方法のために適合化されて構成されたレーザーリソグラフィ装置にも関する。

上述した技術は、特に、生成されるべき構造について高い精度と同時に構成自由度が所望される分野で、ミクロ構造又はナノ構造を生成するときに適用される。このようなレーザーリソグラフィ法では、構造の書き込みは、通常、まずリソグラフィ材料が上に配置された基板が準備され、次いで、書き込みレーザービームの焦点領域内で露光線量がリソグラフィ材料に照射されることによって行われ、それにより、たとえばリソグラフィ材料が局所的に硬化又は重合されることによって、局所的に構造領域が定義される。次いで、リソグラフィ材料に焦点領域を変位させることで、三次元の全体構造を生成することができる。この目的のために、書き込みレーザービームの焦点領域を光学デバイスによりスキャン面の内部で、構造化のために必要な精度をもって制御可能であってよい。このようなレーザーリソグラフィ法は、たとえばドイツ特許出願公開第１０２０１７１１０２４１Ａ１号明細書から公知である。

このような種類のレーザーリソグラフィ法を適用して高い精度で構造を生成できるようにするには、書き込みレーザービームの焦点領域ないしスキャン面と、構造が上で形成されるべき基板表面との間で、可能な限り正確な関係を成立させることが必要である。特に、焦点領域ないしスキャン面に対して相対的な基板表面の姿勢を、可能な限り正確に決定することが重要である。この目的のために、構造の本来の書き込みの前に、基板とレーザーリソグラフィ材料との間の境界面を位置特定し、そのようにして焦点を決定することが基本的に知られている。

米国特許第７８９３４１０Ｂ２号明細書より、基板が位置決めデバイスによって書き込みレーザービームの光学軸に対して横向きに移動し、複数の位置で、書き込みレーザービームの焦点領域に対して相対的に、基板とリソグラフィ材料との間の境界面の姿勢が判定される方法が公知である。このような方法により、たとえばスキャン面に対して相対的な基板の傾きを検知することが可能である。

本発明の課題は、リソグラフィ材料に三次元の構造を高い精度で生成することにある。

この課題は請求項１に記載の方法によって解決される。ここで対象とするのは、レーザーリソグラフィ材料の容積部での、ないしはレーザーリソグラフィ材料によって充填された容積部での、レーザーリソグラフィ装置によるレーザーリソグラフィ法、特にいわゆるダイレクトレーザー書き込みである。

前記方法によると、まず、リソグラフィ材料が上に配置された基板が準備される。前記基板は、特にそのために構成される、レーザーリソグラフィ装置の位置決めデバイスによって変位可能である。特に、前記基板は位置決めデバイスによって３つすべての空間方向（ｘ，ｙ，ｚ）へ変位可能であり、さらには特に、これに加えて基板表面（ｘ－ｙ平面）と平行な少なくとも１つの傾動軸を中心として傾動可能である。

前記方法によるとリソグラフィ材料の目標構造は、全体として目標構造をなすように補完し合う複数の構造領域（以下において「ボクセル」とも呼ぶ）がシーケンシャルに定義されることによって書き込まれ、ないしは定義される（すなわち、レーザーリソグラフィ装置によってリソグラフィ材料に「書き込まれる」）。各構造領域及びこれに伴って目標構造を書き込むために、書き込みレーザービームの焦点領域が光学デバイスにより、この光学デバイスによって定義されるスキャン面の書き込み領域の内部でコントロールされながら、特に書き込みレーザービームの光学軸に対して横向きに変位する。特に、焦点領域はスキャン面の内部でスキャン多様体を通過する。スキャン多様体は、単純なケースではスキャン曲線であり得るが、それよりも複雑に構成されていてもよい。そのために、書き込みレーザービームは光学デバイスによって書き込み領域の内部で、構造化の目的のために必要な精度をもって制御可能である。この目的のために光学デバイスは、従来技術から基本的に知られるレーザービームのためのビームフォーミングデバイス、ビーム案内デバイス、及び／又はビーム誘導デバイスを含んでいてよい。原則として、目標構造を定義するために、追加的に、位置決めデバイスによって基板がリソグラフィ材料とともにコントロールされながら書き込みレーザービームに対して相対的に変位することも考えられる。

書き込みレーザービームの焦点領域で、書き込み露光線量がリソグラフィ材料に照射され、特に多光子吸収を利用したうえで、リソグラフィ材料が局所的に改変され、それに伴って構造領域が生成され、ないしは書き込まれる。その意味において、リソグラフィ材料は局所的に構造化される。特にリソグラフィ材料は、書き込み露光線量の照射によって化学的及び／又は物理的に改変され、たとえば硬化又は重合される。露光線量は、特に放射エネルギーの容積線量である。リソグラフィ材料で改変される構造領域（「ボクセル」）の大きさは、書き込み露光線量に依存して決まる。したがって書き込み露光線量を変えることで、それぞれの構造領域ないしボクセルの空間的な広がりを、特に構造高さを、変更することができる。

このとき光学デバイスによる書き込みレーザービームの変位、及び、書き込み露光線量の局所的な照射は、設定された、又は設定可能な、書き込み指示に即して行われる。特に書き込み指示は、レーザーリソグラフィ装置の制御デバイスに保存されているか、又は保存可能であってよい。その意味において前記方法は、特に、書き込み指示が特に本来の書き込みの前及び／又は途中に設定される工程を含む。書き込み指示は、これをベースとして光学デバイスを、特に光学デバイスのスキャンデバイス及び／又はビームフォーミングデバイスを、制御可能である書き込み指示を含むのが好ましい。書き込み指示は、特に、スキャン多様体に対して照射されるべき書き込み露光線量を位置依存的に設定する露光指示も含む

前記方法では、特に構造の本来の書き込みの前に、リソグラフィ材料と基板との間の境界面が位置特定される。特に、スキャン面に対して相対的な前記境界面の姿勢が判定される。さらに、追加的又は排他的に構造の書き込み中に、前記境界面がいわば「オンライン式に」位置特定されることが考えられる。

前記境界面を位置特定するために、キャリブレーションレーザービームの焦点領域を、特に書き込みレーザービームの焦点領域を、スキャン面の書き込み領域の内部の複数の検査位置へと光学軸に対して横向きにシーケンシャルに変位させ、各々の検査位置で局所的に検査露光線量をリソグラフィ材料に照射することが提案される。そして、このような検査露光線量に対するリソグラフィ材料及び／又は基板の応答から、前記境界面の位置データが特にコンピュータ支援式に判定される。特に、書き込みレーザービームの焦点領域に対して相対的な前記境界面の姿勢が、スキャン面の内部の複数の位置について判定される。さらに、個々の検査位置で判定された位置データから、スキャン面に対して相対的な前記境界面の全体的姿勢が判定されることが可能である。

検査位置に対するキャリブレーションレーザービームの焦点領域の変位は、前記方法によると、構造の本来の定義のための書き込みレーザービームを変位させるのと同一の光学デバイスによって行われる。その意味においてキャリブレーションレーザービームは、特に、スキャン面の内部で構造領域を定義するために書き込みレーザービームを偏向させる光学デバイスのビーム案内デバイス及び／又はスキャンデバイスを通過する。このとき検査位置に対するキャリブレーションレーザービームの変位は、光学軸に対して横向きに、すなわちｘ－ｙ平面で、定置の基板のもとで行われるのが好ましい。すなわち換言すると検査位置は、基板が光学軸に対して横向きに移動することによって到達されるのではない。特に、検査位置はスキャン面の書き込み領域にわたって分散されて配置される。

判定された位置データに依存して、少なくとも１つの書き込み指示が、又は光学デバイスと少なくとも１つの書き込み指示とが、変更される。特に、スキャン面に対して相対的に判定された前記境界面の姿勢に依存して書き込みプロセスが適合化される。このことは基本的に、ハードウェア（たとえば光学デバイスの光学手段の調節）及び／又はソフトウェア（たとえば書き込みデータセットのコンピュータ支援式の適合化）の適合化を含んでいてよい。そして、特にレーザーリソグラフィ装置が、相応に適合化された光学デバイスによって、ないしは適合化された書き込み指示をベースとしたうえで、目標構造を書き込むために制御される。

このような方法は、完全に平坦な面の理想形状からの、前記境界面ないし基板表面の誤差を検知するだけでなく（たとえば基板の湾曲や局所的な起伏、スキャン面に対する基板の傾きなど）、これに加えて、平面の理想形状からのスキャン面の誤差も検知することを可能にする（たとえばスキャン面の湾曲、基板に対するスキャン面の傾きなど）。すなわち、たとえば光学デバイスにおける誤差に基づいてスキャン面も、基板表面に対して平面平行の平面の理想形状とは相違する場合があることが見出されており、このことは目標構造を書き込むときの構造誤差につながり得る。本件の前記方法により、光学デバイスによって引き起こされる、スキャン面の内部での基板に対して相対的な焦点領域の姿勢のこのような位置依存的な変化を検知し、そのようにして、焦点を比較的高い精度で位置依存的に決定することが可能となる。そして、判定された位置データをベースとしたうえで、理想系からの誤差を補正し、そのようにして構造を特別に高い形状精度で生成するために、書き込みプロセスを相応に適合化することができる。

書き込み領域が光学軸に対して横向きに基板に対して相対的にシーケンシャルに変位して位置決めされ、そのつど書き込み領域で基板とリソグラフィ材料との間の境界面が位置特定されると、特別に好ましい場合があり得る。その意味において、特に書き込み領域の第１の位置で基板に対して相対的に前記境界面が上で説明したように位置特定され（すなわち、書き込み領域の内部で複数の検査位置に到達され）、引き続き、書き込み領域が光学軸に対して横向きに基板に対して相対的に新たな位置へと変位し、そこであらためて前記境界面が位置特定される（すなわち、新たに位置決めされた書き込み領域の内部で同じく複数の検査位置に到達される）。このような方法は、特に、理想形状からの基板の誤差と、理想形状からのスキャン面の誤差との間で区別を行えるようにし、そのようにして、書き込みプロセスを特別に正確に適合化できるようにすることを可能にする。それに加えて、このような方式により基板の湾曲を特別に正確に検知することができる。書き込み領域の変位は、たとえば基板の変位によって、及び／又は光学デバイスの変更によって、特に光学デバイスの対物レンズモジュールの変位によって、行うことができる。

前記方法の１つの好ましい実施形態は、位置データの判定のために光学信号が位置解像式に検知されることにある。特に、検査露光線量に対する応答としてリソグラフィ材料及び／又は基板から発せられる検知放射を、光学式の測定デバイスによって位置解像式に検知するのが好ましい場合があり得る。この検知放射は、特に、リソグラフィ材料及び／又は基板から後方散乱される、又は蛍光によって生成される、放射であり得る。たとえば、前記境界面で反射された放射が検知されることが考えられる。そして特に、光学式の測定デバイスにより収集された検知データが、たとえばそのためにセットアップされるレーザーリソグラフィ装置の制御デバイスにより、計算工学式にさらに処理されることによって位置データを判定することができる。蛍光によって生成される放射は、たとえば非線形励起によって生成される蛍光放射であってよい（非線形蛍光）。

特に位置データは、キャリブレーションレーザービームの焦点領域がリソグラフィ装置と基板との間の境界面に位置するときの、キャリブレーションレーザービームの光学軸に沿った基板の焦点位置を表す。その意味において位置データは、特に、スキャン面が前記境界面と交差するときの、基板と焦点領域の相対位置を表す。

特別に正確な位置決定のために、各々の検査位置で複数のレーザーパルスがリソグラフィ材料に照射され、その間に基板がリソグラフィ材料とともにキャリブレーションレーザービームの光学軸に沿って、特に主照射方向（ｚ方向）に沿って、移動すると好ましい場合があり得る。その意味において、各々の位置で基板の複数のｚ位置について、検査露光線量に対するリソグラフィ材料及び／又は基板の応答を検知することができ、そのようにして、リソグラフィ材料及び／又は基板の応答の、基板の位置への依存性を判定することができる（ｚスイープ）。焦点領域を主照射方向に沿って変位させることも原則として考えられる。そして、そこから得られる測定データから、たとえば光学測定デバイスの反射データ又は蛍光データから、位置データを特に計算工学式に判定することができる。たとえば測定－データを測定曲線に記録しておき、評価のために、理想系のシミュレートされた応答をフィッティングすることができる。このようにして焦点領域に対して相対的に、前記境界面の特別に正確な位置決定を行うことができる。レーザーパルスは、特に、変調デバイスによって生成される変調されたレーザーパルスであり、これがさらに多数の固有のパルス（たとえばｆｓレーザーパルス）で構成される。たとえばパルス持続時間は１μｓ以上であってよい。すなわちこのレーザーパルスは、特に、レーザー源によって固有に生成されるパルスではない。

キャリブレーション測定による構造アーティファクトを回避するために、キャリブレーション測定の枠内における検査露光線量照射によってリソグラフィ材料が改変されないと好ましい。この目的のために、特に、キャリブレーションレーザービームから検査位置ごとに全体として照射される検査露光線量が、リソグラフィ材料で構造化が起こらないように低く選択されると好ましいことがあり得る。特に、リソグラフィ材料の有意な重合が起こる閾値を下回るレーザー強度が選択される（重合閾値）。このことは、後の書き込み結果にネガティブな影響を及ぼすことなく、キャリブレーション測定を複数回でも実行できることを可能にする。

さらに、キャリブレーション測定中にリソグラフィ材料での光ブリーチを回避するために、検査露光線量の照射のときにキャリブレーションレーザービームの焦点領域が横向きに、すなわち照射方向に対して直交するように、ウォブリングされると好ましい場合があり得る。ウォブリングは、特に、光学軸に対して垂直の振動性の運動を表す。

キャリブレーションレーザービームは、書き込みレーザービームとは別個のレーザービームであってよい。その場合、レーザーリソグラフィ装置は、特にキャリブレーションレーザービームを発信するための第２の光源を含んでいてよい。このような別個のキャリブレーションレーザービームを有する実施形態は、書き込みレーザービームによる本来の定義中であっても、いわば「オンライン式に」前記境界面を位置特定することを可能にする。このケースでは、キャリブレーションレーザービームが書き込みレーザービームに合わせてキャリブレーションされると好ましい。この目的のために、たとえば書き込みレーザービームとキャリブレーションレーザービームの検査露光線量に対するリソグラフィ材料及び／又は基板の応答が、特に後方散乱信号又は蛍光信号が、順次検知されることが考えられる。そして検知された信号の比較から、書き込みレーザービームとキャリブレーションレーザービームとの間の相関を判定することができる。書き込みレーザービームの書き込み結果が、特に書き込みレーザービームによって定義された構造が、キャリブレーションレーザービームの測定結果と相関づけられることも考えられる。

代替的な実施形態の枠内では、書き込みレーザービームそのものがキャリブレーションレーザービームとして利用されることも可能である。その意味においては、書き込みレーザービームが光学デバイスによってまず検査位置へと変位し、そこで局所的に検査露光線量が照射されてから、リソグラフィ材料の本来の構造化が書き込みレーザービームによって行われる。このような実施形態は内部キャリブレーションを可能にする。特に、それに伴って有効表面を測定することができる。

前記方法の１つの好ましい実施形態は、たとえば、判定された位置データに依存して局所的な露光線量が適合化されることを意図していてよい。特に、判定された位置データに依存して、書き込みレーザービームによって通過されるべきスキャン多様体に沿ったスキャン点の少なくとも１つの部分集合について、特に１つの部分集合についてのみ、局所的な書き込み露光線量が変更される。つまり換言すると、判定された位置データに依存して書き込み露光線量が位置依存的に適合化される。

その代替又は追加として、判定された位置データに依存してスキャン面のコンフィグレーションが変更されてもよい。特に、判定された位置データに依存して、基板に対して相対的に光学デバイスを変更することでスキャン面をアライメントすることができ、たとえばビームフォーミングによって直線化することができ、及び／又は基板に対して相対的に傾けることができる。スキャン面は、判定された位置データに依存して、スキャン面が基板の基板表面と平行にアライメントされるように変更されるのが好ましい。

その代替又は補足として、判定された前記境界面の位置データに依存して基板の位置及び／又は姿勢が、特にそのために構成される位置決めデバイスによって、変更されることも可能である。たとえば、基板が水平方向に、特にスキャン面と平行に、アライメントされることが考えられる。

書き込み指示は、特に、少なくとも１つの書き込みデータセットに保存されていてよく、又は保存可能であってよい。少なくとも１つの書き込みデータセットは、好ましくはレーザーリソグラフィ装置の制御デバイスの記憶デバイスに記憶されていてよく、又は記憶可能であってよい。そして、判定された前記境界面の位置データに依存して、特に少なくとも１つの書き込みデータセットから修正された書き込みデータセットを判定することができ、これをベースとして、目標構造を生成するためにレーザーリソグラフィ装置が制御される。このような方法は自動化することができ、それに伴い、簡易で操作しやすいキャリブレーションを可能にする。たとえば、前記境界面とスキャン面とが互いに平面平行に向く理想系についての書き込み指示を含む「理想書き込みデータセット」を、まず準備することができる。そしてこの「理想書き込みデータセット」を、判定された位置データに依存して計算工学式に適合化し、理想系からの実際の系の誤差（たとえばスキャン面に対して相対的な基板の傾き、及び／又はスキャン面の湾曲など）を補正することができる。

少なくとも１つの書き込みデータセットは、特に、光学デバイスを制御するための制御データを含んでいてよい。少なくとも１つの書き込みデータセットは、光学デバイスのスキャンデバイス及び／又はビームフォーミングデバイスを制御するための制御データを含むのが好ましい。その意味において制御データは、特に書き込みレーザービームについて、スキャン面の内部のスキャン推移及び／又はビーム形状（たとえば適切なパルス形状）を設定することができる。たとえば、特に書き込みレーザービームがキャリブレーションレーザービームとして利用される前記方法の実施形態では、キャリブレーションレーザービームがビームフォーミングを通じて、たとえば片側でのシェーディングによる焦点の傾きを通じて、変更されると好ましい場合があり得る。このことは、特別に正確な測定を可能にする。

少なくとも１つの書き込みデータセットは、特に、リソグラフィ材料を通る書き込みレーザービームのスキャン多様体に沿った各々のスキャン点について局所的な露光線量を表す書き込み露光データも含んでいてよい。その意味において書き込み露光データは、スキャン多様体の特定の位置でどれだけの露光線量で照射がなされるべきかを設定する。書き込み露光データの準備は、特に、生成されるべき目標構造を表す構造データセット（たとえばＣＡＤデータ）が準備され、ないしは制御デバイスに保存され、次いで、そこから書き込み露光データがコンピュータ支援式に、たとえばそのためにセットアップされるレーザーリソグラフィ装置の制御ユニットによって、判定されることによって行うことができる。１つの好ましい発展形態では、書き込み露光データは、目標構造を表すグレースケール画像データの形態で存在することができ、異なるグレースケールが異なる構造高さを定義する。その意味において、書き込み露光データをグレースケール画像として視覚化可能である。その意味において少なくとも１つの書き込みデータセットは、特にグレースケール画像データセットを含んでいてよい。特に、グレースケール画像データに基づいてレーザーリソグラフィ装置が制御される。書き込み露光データは、レーザーリソグラフィ装置の制御ユニットにグレースケール画像ファイルが読み込まれ、メモリに保存されることによって準備されるのが好ましい。

本件で適用される種類の３Ｄレーザー書き込みでは、露光線量の注入が多光子吸収によって行われると、特別に好ましい場合があり得る。そのために、リソグラフィ材料の変化（たとえば局所的な重合）が複数の光子の吸収によって可能であるようにリソグラフィ材料が構成され、書き込みレーザービームがリソグラフィ材料に合わせて順応されるのが好ましい。そのために、たとえばリソグラフィ材料の変化のために必要なエネルギー注入が、２つ又はそれ以上の量子の同時の吸収によってのみ実現されるように、書き込みレーザービームの波長を選択することができる（それに伴い、割り当てられる量子エネルギーがそのように設定されていてよい）。このようなプロセスが起こる確率は非線形に強度依存的であり、焦点領域ではその他の書き込みレーザービームに比べて明らかに高くなる。２つ又はそれ以上の量子が吸収される確率は、放射強度の２乗又はこれよりも高次の累乗に依存し得ることが基本的な考察から明らかとなる。これとは対照的に線形の吸収プロセスが起こる確率は、特に放射強度のさらに低次の累乗をもって、異なる強度依存性を有する。リソグラフィ材料へ書き込みレーザービームが侵入するときに蒸発が起こるので（たとえばベールの法則に基づく）、リソグラフィ材料の液体表面の下方深くでの、線形の吸収プロセスを利用した焦点領域での書き込みには問題がある。蒸発に基づき、焦点領域で表面よりも下方に焦点合わせされた場合でさえ、必ずしも最大の吸収確率が生じるわけではないからである。それに対して多光子吸収のメカニズムは、リソグラフィ材料からなる容積の内部でも、すなわち液体表面の下の比較的深くでも、所望の露光線量を注入してリソグラフィ材料を局所的に改変することを可能にする。したがって従来技術で知られるような、リソグラフィ材料からなる浴の中で支持構造を段階的に下降させる装置は必要ない。

本件の関連においてリソグラフィ材料と呼ぶのは、基本的に、書き込みレーザーの照射によって化学的及び／物理的な材料特性が可変である物質、たとえばいわゆるリソグラフィレジストである。書き込みビームによって誘起される改変の種類に応じて、リソグラフィ材料は、いわゆるネガレジスト（照射によって局所的な硬化が起こる、又は、現像媒体での溶解度が低くなる）と、いわゆるポジレジスト（照射によって局所的に現像媒体での溶解度が高くなる）とに下位区分することができる。

冒頭部分で述べた課題は、請求項１３に記載のレーザーリソグラフィ装置によっても解決される。前記レーザーリソグラフィ装置は、リソグラフィ材料に三次元の目標構造を生成するために構成される。前記レーザーリソグラフィ装置は、基板の変位と位置決めをするための位置決めデバイスを含む。特に前記位置決めデバイスは、３つすべての空間方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）へ基板を変位させるために、好ましくはその追加としてＸ－Ｙ平面と平行な少なくとも１つの傾動軸を中心として傾動させる（ｔｉｌｔ）ために、構成される。

さらに前記レーザーリソグラフィ装置は、書き込みレーザービームを発信するためのレーザー源と、光学デバイスとを含む。前記光学デバイスは、特にレーザー源からリソグラフィ材料までの書き込みレーザービームの光路を定義するためのレンズ、ミラーなどの光学手段を含む、ビーム案内デバイスを含む。さらに前記光学デバイスは、書き込みレーザービームを焦点領域に焦点合わせするために構成される焦点合わせ光学系を含む。リソグラフィ材料に対して相対的に書き込みレーザービームの焦点領域を変位させるために、前記光学デバイスはスキャンデバイスをさらに含む。前記スキャンデバイスは、リソグラフィ材料での書き込みレーザービームの焦点領域の位置を変更するための偏向デバイス（たとえば偏向ミラーを含む）であってよい。さらに前記光学デバイスは、適切なビームパルスをフォーミングするためのビームフォーミングデバイス及び／又は変調デバイスを含んでいてよい。

さらに前記レーザーリソグラフィ装置は、リソグラフィ材料及び／又は基板から発信される、特に反射される、又は蛍光によって生成される、放射を検知するための測定デバイスを含む。前記測定デバイスは、特に、書き込みレーザービームを生成するデバイス（たとえばビーム案内デバイス）と好ましくは共焦点に構成される測定光学系を含んでいてよい。特に前記測定デバイスは、基板及び／又はリソグラフィ材料から後方散乱される、反射される、又は蛍光によって生成される、放射を検知するための検知デバイスを含む。

さらに前記レーザーリソグラフィ装置は、上で説明した前記方法を実施するためにセットアップされた制御ユニットを含む。前記制御ユニットは、特に、計算ユニットと、上で説明したデータセットが保存されている、又は保存可能である、不揮発性メモリとを含む。

次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。

図面は次のものを示す。

図１は、レーザーリソグラフィ装置を示す簡略化した模式図である。 図２は、レーザーリソグラフィ装置による書き込みプロセスを説明するための略図である。 図３は、基板とリソグラフィ材料との間の境界面を位置特定する方法を説明するための略図である。 図４は、判定された前記境界面の位置に依存して書き込みプロセスを適合化するさまざまな方式を説明するための略図である。 図５は、判定された前記境界面の位置に依存して書き込みプロセスを適合化するさまざまな方式を説明するための略図である。 図６は、判定された前記境界面の位置に依存して書き込みプロセスを適合化するさまざまな方式を説明するための略図である。 図７は、判定された前記境界面の位置に依存して書き込みプロセスを適合化するさまざまな方式を説明するための略図である。

以下の記述及び図面では、同一又は互いに対応する構成要件にはそれぞれ同一の符号が使われている。

図１は、全体として符号１０が付されたレーザーリソグラフィ装置を模式図で示している。レーザーリソグラフィ装置１０は、書き込みレーザービーム１４を発信するためのレーザー源１２を含んでいる。さらにレーザーリソグラフィ装置１０は、全体として符号１６が付された光学デバイスを含んでいる。

光学デバイス１６は、レーザー源１２から、構造化されるべきリソグラフィ材料２２までの書き込みレーザービーム１４の光路２０を定義するためのビーム案内デバイス１８を含んでいる。ビーム案内デバイス１８は、図示した例では、光学的及び／又は機械的な機能を果たす複数のモジュールを有しているマイクロ。たとえば光路２０は、まず、適当なビームパルスをフォーミングするためのビームフォーミングデバイス２４を通って進む。

さらに光学デバイス１６は、書き込みレーザービーム１４を焦点領域２８で焦点合わせするための焦点合わせ光学系２６を含んでいる（図２も参照）。焦点合わせ光学系２６は例示として対物レンズモジュール３０を含んでいて、これによって書き込みレーザービーム１４がリソグラフィ材料２２に照射される。

さらに光学デバイス１６はスキャンデバイス３２を含んでいて、これによって書き込みレーザービーム１４の焦点領域２８をスキャン面３６（図２参照）の書き込み領域３４の内部で、構造化のために必要な精度をもって、リソグラフィ材料２２に対して相対的に変位させることができる。図示した例では、スキャンデバイス３２は、たとえばレーザービーム１４のコントロールされた偏向のための検流計・スキャナ・ユニットを含んでいてよいビーム誘導モジュール３６を含んでいる。

図１に略示するように、リソグラフィ材料２２は基板４０の基板表面３８の上で準備される。基板４０は例示として、かつ好ましくは、位置決めデバイス４２によって書き込みレーザービーム１４の焦点領域２８に対して相対的に正確な位置へ変位可能である。各図面には、互いに直交する軸ｘ、ｙ、ｚを有する座標系も示されている。位置決めデバイス４２は、基板４０を３つすべての空間方向ｘ、ｙ、ｚへ変位させるために構成され、特にこれに加えて、ｘ軸と平行の第１の傾動軸及び／又はｙ軸と平行の第２の傾動軸を中心として傾動させるためにも、構成されるのが好ましい。

さらにレーザーリソグラフィ装置１０は、計算ユニットと不揮発性メモリとを含む制御ユニット（図示せず）を含んでいる。

リソグラフィ材料２２で三次元の目標構造４４を生成するために、レーザー書き込みビーム１４の焦点領域２８が光学デバイス１６によって、特にスキャンデバイス３２によって、リソグラフィ材料２２の容積を通るように（構造全体を囲むように）変位する。このときレーザー書き込みビーム１４の焦点領域２８では、局所的に書き込み露光線量がリソグラフィ材料２２に照射され、それにより局所的に、特に多光子吸収を利用して、構造領域４６が定義される（図２参照）。たとえばリソグラフィ材料２２が局所的に重合し、それに伴って構造化される。

図２に略示するように、構造４４は特に、焦点領域２８がスキャン面３６に沿ってリソグラフィ材料２２を通るようにスキャン多様体４８を通過し、その際に、定義されたパルス繰返し数とパルス長とを有するレーザーパルスのシーケンスが放出されることによって、定義することができる（図２では、スキャン面３６がそれぞれ区域的に略示されている）。それによりスキャン多様体４８に沿って、目標構造４４（図２に破線で示す）に近似する一列の構造領域４６（ボクセル）が定義される。これらの構造領域４６は相互に類似形状であり、又は同一形状である。このとき書き込まれる構造領域４６の大きさ、及びこれに伴う構造高さは、注入される露光線量と関連する。

所望の目標構造４４が、レーザーリソグラフィ装置１０の最大の書き込み領域３４よりも大きいときは、目標構造４４を計算工学的に部分構造へと分解することができ、これらが共同で目標構造４４を近似する。そして、これらの部分構造をシーケンシャルに書き込むことができる。図２は、横向きに相並んで位置する２つの部分構造５０－１，５０－２に目標構造４４が分解された例を示しており、さらにこれらの部分構造が、相上下して位置する２つの書き込み層５２－１，５２－２で構成される。そして目標構造４４を書き込むために、たとえばまず図２の左側に示す部分構造５０－１を書き込むことができ、そこで書き込み層５２－１，５２－２が順次定義される。この目的のために、たとえば第１の層５２－１の書き込みの後に第２の層５２－２を書き込むために、基板４０が下方に向かって（負のｚ方向へ）相応の値だけ移動する。第１の部分構造５０－１が定義された後に、第２の部分構造５０－２を書き込むために、書き込み領域３４が光学軸に対して横向きに（図に示す例ではｘ方向に）変位する。書き込み領域３４の変位は、たとえば基板４０及び／又は対物レンズモジュール３０の変位によって行うことができる。そして引き続き、第２の部分構造５０－２が同様の方式で書き込まれる。

書き込みレーザービーム１４の変位、及び、スキャン面３６の内部での書き込み露光線量の位置依存的な照射は、レーザーリソグラフィ装置１０の制御ユニットに好ましくは書き込みデータセットとして保存される、所定の書き込み指示に即して行われる。書き込みデータセットは例示として、かつ好ましくは、スキャン多様体４８について局所的な書き込み露光線量を位置依存的に表す書き込み露光データを含む。特に、書き込み露光データは目標構造４４を表すグレースケール画像データであり、異なるグレースケールが異なる露光線量を表す。たとえば、レーザーリソグラフィ装置１０の制御ユニットにグレースケール画像ファイルが読み込まれることが可能である。書き込みデータセットは、光学デバイス１６を制御するための制御データをさらに含むのが好ましい。特に、書き込みデータセットはスキャンデバイス３２及び／又はビームフォーミングデバイス２４を制御するための制御データを含む。

構造の本来の定義の前に、前記方法によると、基板４０とリソグラフィ材料２２との間の境界面５４が位置特定される（図１参照）。具体的には、例示として、かつ好ましくは、焦点領域２８が境界面５４の内部に位置するときの、ｚ軸に沿った基板４０の位置が判定される（以下、「焦点位置」と呼ぶ）。

基板表面３８とスキャン面３６とが平面平行に延びる理想系では、この焦点位置はスキャン面３６の内部のすべてのスキャン点について同一である。しかし実際の系では、さまざまな要因に基づいて、スキャン面３６の内部で焦点位置が通常は互いに相違する。たとえば、基板４０が光学軸に対して傾いていることが起こり得る。その追加又は代替として、基板表面３８が撓曲ないし湾曲していたり、局所的な起伏を有していることも起こり得る。さらにはスキャン面３６も、たとえば光学デバイス１６における光学誤差に基づき、平面の理想形状とは相違し得ることが見出されている。

図２は、基板４０がｙ軸を中心として傾いており、これに加えてスキャン面３６が湾曲だけでなくｙ軸を中心とする傾きも有している、例示としてのケースを視覚化したものである理想コンフィグレーションからのこのような誤差は、実際に書き込まれる構造４６が所望の目標構造４４に正確に対応せず、たとえば歪んだり不完全に製作されたりすることにつながり得る（図２に示す例では、例示として、部分構造５０－１，５０－２のそれぞれ右上の角が構造領域４６で完全には充填されていない）。

基板４０及び／又はスキャン面３６の理想コンフィグレーションからのこのような誤差を検知して補正できるようにするために、前記方法によると、スキャン面３６の書き込み領域３４の内部の複数の検査位置５６－１から５６－６で基板４０の焦点位置が決定される。図２を参照して上で説明したように目標構造４４が複数の部分構造５０－１，５０－２で構成されている場合、焦点位置の判定は、各々の部分構造５０－１，５０－２について別個に行われるのが好ましい。その意味において、特に他の部分構造の書き込みのために書き込み領域３４が変位した後に、書き込み領域３４の内部の複数の位置で焦点位置が決定される。

そのために前記方法では、書き込みレーザービーム１４の焦点領域２８が光学デバイス１６によって、スキャン面３６の内部のさまざまな検査位置５６－１から５６－６へとシーケンシャルに変位する。そして各々の検査位置５６－１から５６－６で、検査露光線量がリソグラフィ材料２２へ局所的に照射され（図５では楕円形の構造によって視覚化されている）、検査露光線量に対する応答としてリソグラフィ材料２２及び／又は基板４０から放出される検知放射が検知される。この目的のために、レーザーリソグラフィ装置１０は相応の測定デバイス５８（図１参照）を有していてよい。

１つの好ましい実施形態では、各々の検査位置５６－１から５６－６で複数のレーザーパルスが照射され、その間に基板４０が位置決めデバイス４２によりｚ軸に沿って変位する。このようにして、基板４０のｚ位置に依存して、基板４０ないしリソグラフィ材料２２の応答を表す測定曲線を得ることができる。

検知放射は、特に、リソグラフィ材料２２及び／又は基板４０から後方散乱される放射であってよい。その場合、基板４０の焦点位置は、たとえば境界面５４に当たったレーザービーム１４の反射信号がたとえば局所的な強度最大値として検知されることによって判定することができる。検知放射が蛍光により生成される放射であることも可能である。その場合には焦点位置は、たとえば特に蛍光を発するリソグラフィ材料２２から、特に蛍光を発しない基板４０へと移行するときの蛍光信号における差異が検知されることによって決定することができる。この目的のために測定デバイス５８は、特に蛍光検知器を有していてよい。

そして、それぞれの検査位置５６－１から５６－６で判定された焦点位置をベースとして、理想系からの誤差を補正するために、少なくとも１つの書き込みデータセットを相応に適合化することができる。特に、少なくとも１つの修正された書き込みデータセットをコンピュータ支援式にたとえば制御ユニットによって判定することができ、そして、これをベースとして目標構造４４を生成するためにレーザーリソグラフィ装置１０が制御される。

たとえば判定された位置データに依存して、局所的な書き込み露光線量が適合化されることが考えられる。図４は、図２に示す例に比べたとき、実際に生成される構造４６が所望の目標構造４４にいっそう良好に近似することを実現するために、露光線量がスキャン多様体４８に沿って位置依存的に適合化されている相応の例を示している（部分構造５０－１，５０－２のそれぞれ右上の角が、構造領域４６によっていっそう良好に充填されている）。そしてこのようなケースでは、修正された書き込みデータセットは、修正された書き込み露光データを含んでいてよい。図示しない実施形態では、修正された書き込み露光データによって、追加的又代替的に、基板表面３８の湾曲及び／又は基板表面３８の局所的な起伏が補正されることも可能である。

判定された位置データに依存して、新たに定義される構造領域４６へと目標構造４４が計算工学的に分解されることも考えられる。その例が図５に略示されており、この例では部分構造５０－１，５０－２が２つではなく４つの書き込み層５２－１，５２－４によって構成されている。

その代替又は補足として、判定された位置データに依存して基板４０が新たに位置決めされることも可能である。その場合、修正された書き込みデータは、位置決めデバイス４２に対する修正された制御指示も含んでいてよい。図６は、図２に示すコンフィグレーションを前提としたうえで基板４０が水平方向にアライメントされている、例示のケースを視覚化している。

その代替又は補足として、さらに、判定された位置データに依存して、対物レンズモジュール３０ないし対物レンズモジュール３０の対物レンズが基板４０に対して相対的に新たに位置決めされ、たとえば傾動されることも可能である。その場合、修正された書き込みデータセットは、対物レンズモジュール３０の位置決めデバイス（図示せず）に対する修正された制御指示も含んでいてよい。

その代替又は補足として、さらに、ビームフォーミング又はスキャンデバイス３２によってスキャン面３６の形状が適合化されることも可能である。図７は、スキャン面３６が直線化されて基板表面３８と平行にアライメントされている、例示のケースを略示している。このケースでは、修正された書き込みデータセットは、光学デバイス１６について、特にビームフォーミングデバイス２４及び／又はスキャンデバイス３２について、修正された制御データを含んでいてよい。たとえば、焦点領域のＺ位置をスキャン中に変更し、それに伴ってスキャン面３６の形状を適合化するために構成される、スキャンデバイス３２が設けられることが考えられる。この目的のためにスキャンデバイス３２は、たとえば焦点領域をｚ軸に沿って迅速に変位させるために構成されたアダプティブレンズを含んでいてよい。

前記方法の１つの代替的な実施形態の枠内では、検査露光線量を照射するために、書き込みレーザービーム１４とは別個のキャリブレーションレーザービームを利用してもよい。すなわちその場合、焦点位置を決定するためのキャリブレーション測定は、書き込みレーザービーム１４そのものを用いて実行されるのではない。このような実施形態では、レーザーリソグラフィ装置は、特にキャリブレーションレーザービームを発信するための第２のレーザー源（図示せず）を含んでいてよい。第２のレーザー源は、特に、キャリブレーションレーザービームが光学デバイス１６を通って、特に少なくともビームフォーミングデバイス２４及び／又はスキャンデバイス３２を通って、書き込みレーザービーム１４と同一の光路２０を進むように構成されて配置される。前記方法のこのような実施形態では、書き込みレーザービーム１４による本来の書き込みプロセス中にも焦点位置の決定を行うことができる。すなわち、レーザー書き込みビーム１４とキャリブレーションレーザービームを並行して利用することができる。

Claims (14)

1. レーザーリソグラフィ装置（１０）によってリソグラフィ材料（２２）に三次元の目標構造（４４）を生成する方法であって、
   前記リソグラフィ材料（２２）が上に配置された基板（４０）が準備され、
   前記リソグラフィ材料（２２）と前記基板（４０）との間の境界面（５４）が位置特定され、
   所定の書き込み指示に即して書き込みレーザー（１４）の焦点領域（２８）が光学デバイス（１６）によりスキャン面（３６）の書き込み領域（３４）の内部で変位することによって前記目標構造（４４）が定義され、
   前記書き込みレーザービーム（１４）の前記焦点領域（２８）で書き込み露光線量が前記リソグラフィ材料（２２）に照射されて、局所的に構造領域（４６）が定義される、方法において、
   前記基板（４０）と前記リソグラフィ材料（２２）との間の前記境界面（５４）を位置特定するためにキャリブレーションレーザービーム（１４）の焦点領域（２８）が前記スキャン面（３６）の前記書き込み領域（３４）の内部の複数の検査位置（５６－１～５６－６）へと前記光学デバイス（１６）によりシーケンシャルに変位し、各々の前記検査位置（５６－１～５６－６）で検査露光線量が前記リソグラフィ材料（２２）に照射され、前記検査露光線量に対する前記リソグラフィ材料（２２）及び／又は前記基板（４０）の応答から前記境界面（５４）の位置データが判定され、判定された前記位置データに依存して少なくとも１つの書き込み指示が変更されることを特徴とする、方法。
2. 前記書き込み領域（３４）が光学軸（ｚ）に対して横向きに前記基板（４０）に対して相対的にシーケンシャルに変位して位置決めされ、そのつど前記書き込み領域（３４）で前記基板（４０）と前記リソグラフィ材料（２２）との間の前記境界面（５４）が位置特定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記リソグラフィ材料（２２）及び／又は前記基板（４０）から後方散乱される、又は蛍光により生成される、放射が、位置データを判定するために光学式の測定デバイス（５８）によって検知される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記位置データは、キャリブレーションレーザービーム（１４）の焦点領域（２８）が前記リソグラフィ材料（２２）と前記基板（４０）との間の前記境界面（５４）に位置するときの前記基板（４０）の焦点位置を光学軸（ｚ）に沿って表す、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 各々の前記検査位置（５６－１から５６－６）で複数のレーザーパルスが照射され、その間に前記基板（４０）がキャリブレーションレーザービーム（１４）の光学軸（ｚ）に沿って移動する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 検査露光線量は前記リソグラフィ材料（２２）で構造化が起こらない程度に低く選択される、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記キャリブレーションレーザービーム（１４）の焦点領域（２８）が検査露光線量の照射時に横向きにウォブリングされる、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記書き込みレーザービーム（１４）がキャリブレーションレーザービームとして利用される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 目標構造（４４）を定義するための書き込みレーザービーム（１４）が前記書き込み領域（３４）の内部でスキャン多様体（４８）を通過し、判定された位置データに依存して少なくとも前記スキャン多様体（４８）のスキャン点の部分集合について局所的な書き込み露光線量が変更される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 判定された位置データに依存して前記スキャン面（３６）のコンフィグレーションが変更され、特に前記スキャン面（３６）が前記光学デバイス（１６）の変更によって前記基板（４０）に対して相対的にアライメントされ、さらには特に直線化され、及び／又は前記基板（４０）に対して相対的に傾動する、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記位置データに依存して前記基板（４０）の位置及び／又は姿勢が変更される、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記書き込み指示が少なくとも１つの書き込みデータセットに保存され、前記境界面（５４）の判定された位置データをベースとして少なくとも１つの修正された書き込みデータセットが判定され、少なくとも１つの修正された前記書き込みデータセットに基づいて前記レーザーリソグラフィ装置（１０）が制御され、
    特に、前記書き込みデータセットは前記光学デバイス（１６）を制御するための制御データを含み、及び／又は各々のスキャン点について位置依存的に局所的な露光線量を表す書き込み露光データを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. リソグラフィ材料（２２）に三次元の目標構造（４４）を生成するためのレーザーリソグラフィ装置（１０）において、
    基板（４０）の変位と位置決めをするための位置決めデバイス（４２）と、
    書き込みレーザービーム（１４）を発信するためのレーザー源（１２）と、
    光学デバイス（１６）と、を含み、前記光学デバイス（１６）は、
    前記レーザー源（１２）から前記リソグラフィ材料（２２）までの前記書き込みレーザービーム（１４）の光路（２０）を定義するためのビーム案内デバイス（１８）と、
    焦点領域（２８）で前記書き込みレーザービーム（１４）を焦点合わせするための焦点合わせ光学系（２６）と、
    スキャン面（３６）の内部で前記書き込みレーザービーム（１４）の前記焦点領域（２８）を前記リソグラフィ材料（２２）に対して相対的に変位させるためのスキャンデバイス（３２）と、を含む、レーザーリソグラフィ装置において、
    前記リソグラフィ材料（２２）及び／又は前記基板（４０）から発信される、特に反射される、又は蛍光によって生成される、放射を検知するための測定デバイス（５８）と、
    請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法を実施するためにセットアップされた制御ユニットと、を有することを特徴とする、レーザーリソグラフィ装置。
14. キャリブレーションレーザービームを発信するための第２のレーザー源をさらに含む、請求項１３に記載のレーザーリソグラフィ装置。