WO2018024872A1 - Verfahren und vorrichtung zur lithographischen erzeugung einer zielstruktur an einer nicht-planaren ausgangsstruktur - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur lithographischen erzeugung einer zielstruktur an einer nicht-planaren ausgangsstruktur Download PDF

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WO2018024872A1
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lithography
lithography beam
planar
optical
photoresist
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PCT/EP2017/069764
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Tobias Hoose
Philipp-Immanuel Dietrich
Matthias Blaicher
Maria Laura Gödecke
Nicole Lindenmann
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Karlsruher Institut für Technologie
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    • G03F7/70383—Direct write, i.e. pattern is written directly without the use of a mask by one or multiple beams

Definitions

  • the present invention is in the field of direct write optical lithography and relates to a method and apparatus for lithographically generating a target structure at a non-planar output structure.
  • the nonplanar starting structure is here understood to mean a three-dimensional structure which has a surface which has a topography extended in all three dimensions of the space, which serves as a support for an additional target structure which can be generated by direct-writing optical lithography.
  • the starting structure may be, in particular, a non-planar structured surface or, alternatively or additionally, an arrangement of discrete microtechnical or micro-optical components.
  • structures generated during the present process may also be part of the starting structure for other target structures and, in particular, may transform a previously planar structure into a non-planar starting structure.
  • lithography beam a light beam used for lithography
  • the starting structure which on the one hand can influence the lithography beam and thus alter the target structure transparent subregions of the initial structure contribute to a change of a wavefront of the lithographic beam and thus to a deformation of a beam profile of the lithography beam or by non-transparent subregions of the initial structure can lead to shading of parts of the lithography beam
  • the interaction of the lithographic beam with the non-planar starting structure can also lead to an optically induced local change in the initial structure f .
  • Hear In a manner similar to the initial structure and portions of the target structure already formed even in interaction with the lithography can The phyto jet occur and influence it accordingly, in particular if a subarea of the target structure adjoins an already generated subarea.
  • the effects described can be applied in particular in the case of three-dimensionally high-resolution structuring methods, in particular single-photon UV lithography, or of methods which make use of multi-photon effects, such as e.g. of two-photon lithography.
  • lithography beams with intensity maxima which are narrowly focused in the axial and lateral directions, which are used to generate ellipsoidal three-dimensional volume elements, which are also called "voxels", and which have the lowest possible aspect ratios of long to short semiaxis
  • exposure optics are used which have a high numerical aperture on the output side so that a cone described by the convergent lithography beam essentially fills a complete volume between the exposure optics and the focal point, whereby the lithography beam can interact with all subregions of the output structure located in this volume
  • the shape, size and position of the multi-photon polymerized volume element are sensitive to a change in intensity distribution at the focal point of the lithographic beam s and thus also with respect to changes in the beam profile, which are generated by interactions with the initial structure.
  • multi- photon methods require high optical power, which as a rule can only be achieved with pulsed lasers as light sources.
  • pulsed lasers as light sources.
  • partial regions of the initial structure which are exposed to the lithography beam can furthermore be influenced.
  • This can also apply to lithography in the ultraviolet radiation range, for which also continuously emitting laser can be used, whose rays can also interact with the starting structure.
  • EP 2 067 610 B1 discloses a method for producing three-dimensional structures by a layered construction, wherein a planar surface of a light-curing resin is illuminated and already exposed structures are moved downwards by means of a displacement table within the resin bath.
  • the lithographic generation of the target structure always takes place here on the planar surface of the light-curing resin.
  • Further processes for the lithographic production of the target structure on a planar surface are disclosed in WO 01/96959 A2, DE 10 2008 054 582 A1, WO 2009/009208 A2, WO 2009/134762 A2 or US 2010/0003619 A1.
  • DE 10 2012 010 635 A1 discloses a method for producing target structures on cylindrical or cylindrical planar starting structures.
  • US 2007/0175860 Al discloses a method for producing target structures on non-planar microstructured surfaces by means of gray-scale lithography.
  • the lithography beam is modulated to obtain the desired exposure dose on the surface of the photoresist, or the lithography beam is refocussed onto the non-planar surface.
  • the disadvantage of this is that the use of gray-tone lithography only allows the production of planar structures with bevelled surfaces.
  • WO 2006/138587 A2 discloses a method for producing partial regions in a photoresist, wherein the refractive index in the partial regions differs from other partial regions of the photoresist.
  • effects such as possible shadowing or blocking of the lithographic beam during the generation of the subregions remain completely unnoticed here.
  • No. 8,846,160 B2 discloses a method for producing target structures by means of thermal polarization, wherein a sequential exposure of adjacent volume elements takes place by means of a laser beam. For this purpose, a beam observation is performed in front of the lens, in particular in order to keep the shape of the volume elements as ideal as possible.
  • US 2013/0315530 A1 discloses a method for producing planar and non-planar optical and photonic target structures. In this case, different components with different functions are produced in the same process step in order to improve their relative alignment with one another.
  • a hybrid direct writing method is used to non-planar target structures with a first laser beam by two-photon absorption, preferably in the visible or infrared spectral range, and the planar target structures with a separate second laser beam by means of one-phono absorption , preferably in the ultraviolet spectral range, to produce.
  • the method described therein relates exclusively to the application of a waveguide structure inside a solid transparent glass substrate, which has two mutually perpendicular surfaces with optical quality.
  • This method is limited in writing speed, since the aberration correction of the phase fronts must be determined individually for each point of the waveguide to be generated and set using a comparatively slow spatial light modulator (SLM). Therefore, writing speeds of 0.5 ⁇ / s are called, which are substantially below the values required for high-throughput direct writing lithography process.
  • SLM spatial light modulator
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus for the lithographic production of a target structure on a non-planar starting structure, which at least partially overcomes the disadvantages and limitations of the prior art.
  • disadvantageous effects of the interaction of the lithography beam with the non-planar starting structure should be reduced or avoided as far as possible so as to enable the lithographic production of high-resolution, three-dimensional target structures with high precision at non-planar starting structures.
  • a high writing speed and thus a throughput suitable for industrial production should be made possible.
  • the terms “having”, “having”, “including” or “including” or any grammatical variations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, there are no other features or to situations in which one or more other features are present.
  • the present invention relates to a process for the lithographic generation of a target structure at a non-planar starting structure.
  • the term “lithographic generation” refers to the formation of the target structure by exposing a photoresist in at least one exposure step by means of a lithography beam or by a plurality of lithography beams, which may also be referred to as a "lithography beam”, and at least one subsequent development step.
  • the "lithography beam” refers to a beam of light which, in the process also referred to as “lithography”, is used to interact with the photoresist during the exposure step such that the photoresist is altered in a manner in that, after the development step has been carried out, the desired target structure is obtained in the developed photoresist.
  • the lithography beam may change the solubility of the photoresist within a bulk element of the photoresist, the photoresist, on the other hand, affecting a parameter of the lithography beam can exercise.
  • the "photoresist”, which may also be referred to as a “photoresist”, comprises a photosensitive material, preferably a polymer, in particular an acrylate, a methyl methacrylate or an Ormocer.
  • the exposure of the photoresist may be at a wavelength in at least one spectral region of the electromagnetic spectrum, preferably the visible, infrared or ultraviolet spectral region.
  • the exposure of the photoresist to the lithographic beam may cause a change in a property of the photosensitive material, in particular a change in the optical properties of the photoresist, preferably the refractive index of the photoresist or a solubility of exposed portions of the photosensitive material, which, depending on the selected material for the photoresist, the solubility reduce (so-called "negative photoresist") or increase (so-called "positive photoresist”) can.
  • the solubility reduce so-called "negative photoresist”
  • positive photoresist the solubility reduce
  • positive photoresist unexposed portions of the photosensitive material in the negative photoresist
  • mask-based lithography processes at least part of the surface of the photoresist can be exposed in a planar manner, the unexposed parts being obtained by introducing one or more masks into a beam path of the light impinging on the surface of the photoresist however, does not refer to the aforementioned mask-based lithography methods, but deals with a so-called “direct writing lithography method” in which a lithography beam or several separated lithography beams are focused in such a way directed on at least one volume element within the volume of the photoresist that by the exposure of the volume element with the at least one lithography beam, the desired property of the photosensitive material, in particular its solubility, is changed within the volume element.
  • the interaction of a single photon with the photosensitive material may already be sufficient to alter the desired property by so-called “one-photon lithography.”
  • the interaction of two or more photons can be used with the photosensitive material in a so-called “two-photon lithography” or “multi-photon lithography” to change the desired property
  • multi-photon lithography a photon density becomes proportional to the intensity , which is sufficient for two or more photons to be involved in a reaction, in the special case of an interaction of two photons. This effect is referred to as "two-photon lithography", in the general case of multiple photons as “multi-photon lithography”.
  • the intensity required for this purpose can be generated by a highly focused, pulsed laser, so that the volume elements thus generated in the photoresist, which are also referred to as "voxels", generally assume an ellipsoidal shape, which preferably Alternatively, at least two lithography beams may be aligned such that they have narrowly limited intensity maxima in a common focal point both in the axial and in the lateral direction is also referred to as “stereo lithography” or, in the general case of multiple light beams, “multi-beam lithography”, where the terms “stereo lithography” or “multi-beam lithography” refer to both a single-photon process and more
  • starting structure refers to an already existing surface having a topography, which is at least partially provided with a volume of a photoresist for carrying out a lithographic process.
  • target structure refers to a structure or partial region of a structure which is to be produced by applying the lithographic process
  • starting structure thus generally does not only encompass the structure present at the beginning of the implementation of the present method, but may also relate to a target structure already partly produced by the present method , This can be particularly advantageous if subareas of the target structure are produced successively.
  • a finished target structure in turn serve as a starting structure in a further implementation of the present method.
  • the present method makes it possible to produce a target structure in the form of an optical element selected from the group comprising a refractive optical element, a diffractive optical element, a reflective optical element, an optical waveguide or a combination thereof.
  • a target structure in the form of an optical element selected from the group comprising a refractive optical element, a diffractive optical element, a reflective optical element, an optical waveguide or a combination thereof.
  • other types of target structures are conceivable.
  • the term “on” in connection with the present invention denotes that at least a portion of the desired target structure is connected to at least a portion of the
  • the generation of at least the subarea of the target structure adjoining the starting structure can influence at least the subregion of the starting structure adjacent thereto.
  • the term “on” can in particular designate a partial region of the target structure which is applied to a subregion of the starting structure located on the surface in the beam direction
  • the term “an” can also refer in particular to a subregion of the target structure which laterally projects in the beam direction is generated with respect to a portion of the initial structure.
  • Other embodiments are conceivable, such as the creation of an undercut.
  • nonplanar initial structure unlike a "planar structure” whose surface has a topography extended only in two dimensions of space, designates a three-dimensional structure that has a surface that extends across all three Dimensions of the space in the form of a topography, which serves as a carrier for the target structure.
  • the starting structure may in particular be a non-planar structured surface or, alternatively or additionally, an arrangement of discrete microtechnical or micro-optical components.
  • structures generated during the present process may also form the starting structure for other target structures.
  • the application of the at least one lithography beam to the non-planar starting structure may result in an interaction of the at least one lithography beam or a portion thereof lead the non-planar starting structure.
  • transparent subregions of the starting structure can cause a change in a wavefront of the lithography beam or a subregion thereof and thus a deformation of the beam profile of the lithography beam or intransparent subregions of the initial structure can cause shading of parts of the lithography beam.
  • the interaction of the lithography beam with the non-planar starting structure can also lead to an optically induced local change of the starting structure or of subregions of the already produced target structure.
  • the application of the at least one lithography beam to the non-planar starting structure can in particular lead to a no longer negligible interaction of the at least one lithography beam with the non-planar starting structure if the lithography beam has a high numerical aperture.
  • the "Numerical aperture”, abbreviated "NA”, is a dimensionless number which refers to a focusing property of an optical element.
  • the object-side NA is preferably more than 0.5, more preferably more than 0.8, in particular more than 1, when an immersion liquid is used or when the photoresist itself serves as an immersion liquid. This can lead to a cone described by the convergent lithography beam being able to fill substantially a complete area between the exposure optics and the focal point of the lithography beam and thus to be able to interact with all the subregions of the output structure located in the area.
  • the present process for the lithographic production of a target structure at a non-planar starting structure comprises the following steps, which are preferably carried out in the order given, starting with step a) and ending with step d), one or more, in particular successive, steps can also be executed at least partially simultaneously:
  • the topography of the surface of the non-planar starting structure is detected.
  • the topography of an already existing surface can be captured.
  • a subarea of the target structure which is preferably already generated by the present method, can be detected as the starting structure for the generation of a subsequent subarea of the target structure, in particular if subareas of the target structure are produced one behind the other.
  • the term "detecting the topography” here denotes a determination of geometric data of the surface in a three-dimensional coordinate system, preferably a Cartesian coordinate system Coordinate system, in particular a cylindrical coordinate system or a polar coordinate system, however, may be advantageous depending on the type of geometric configuration of the surface.
  • known data from a model of the starting structure in particular design data such as CAD data, can be used for detecting the topography of the non-planar output structure.
  • the topography of the non-planar initial structure can be determined metrologically by one or more measuring methods suitable for this purpose.
  • an optical measuring method can be used for this purpose, it being possible for an associated optical measuring unit to be integrated into the lithographic unit or to be configured separately therefrom. Particularly advantageous here can be the most accurate possible referencing of the respective coordinate systems used for the measuring unit and the lithographic unit.
  • the detection of the surface topography may preferably be performed using an immersion liquid, and the photoresist provided for the formation of the target structure may preferably serve as the immersion liquid at the same time.
  • a waiver of the use of the immersion liquid is also possible.
  • an optical measuring method selected from the group consisting of confocal measuring methods, interferometric measuring methods, measuring methods based on trilateration, triangulation or fringe projection, or methods of optical coherence tomography or combinations thereof can be used.
  • a camera can be used for this purpose.
  • step b) at least one test parameter for the lithography beam is used in order to determine a change in the target structure to be generated as a result of an interaction of the lithography beam with the starting structure.
  • the term "test parameter" designates preset values for the lithography beam, the values being able to result from expertly familiar considerations
  • the skilled worker can determine the values for the test parameters for the lithography beam on the basis of comparable starting structures and target structures
  • the intensity of the lithography beam may be chosen to be slightly below the photoresist destruct threshold, but above the photoresist threshold, in particular to maximize resolution for the target structure Due to a large number of test parameters according to which the lithography beam can be adjusted, however, there are in this case so great degrees of freedom that the interaction of the lithography Beam with the initial structure or the already written portions of the target structure to be able to adjust to the size desired by the expert.
  • the use of the at least one test parameter for the lithography beam may be performed during a test-wise performed exposure step during which the lithography beam set with the test parameters, which may also be referred to as a "test beam", acts on the photoresist During the exposure step, the interactions of the lithographic beam with the three-dimensional starting structure can be detected metrologically, for example by the global or spatially resolved detection of the photoresist. In addition or in addition to this, the interaction of the lithographic beam with the starting structure and the hereby ch induced changes of the lithography beam are determined by indirect methods, which are based in particular on a detection of optically excited by a test beam luminescence radiation from an environment of the focal point.
  • the luminescence radiation can be produced by fluorescence processes in the photoresist, which are triggered by single or multiphoton interactions of the test beam with the photoresist.
  • the device described below in more detail below also referred to as the “lithography system”
  • the device described below in more detail below also referred to as the “lithography system”
  • the device described below in more detail below also referred to as the “lithography system”
  • the device described below in more detail below also referred to as the “lithography system”
  • a unit for detecting the luminescence radiation which is also referred to as "luminescence Detection Unit "may be designated.
  • luminescence radiation in the following describes a light emission caused by interaction with the test beam from an environment of the focus of the test beam, in particular in the form of fluorescence radiation or plasma emission Measure the luminescence performance, which can be given in the form of absolute measurements or relative to the luminescence performance of an undisturbed lithography beam refer.
  • the test beam used to excite the luminescence radiation can preferably be generated by the same light source and beamforming unit, which is also used for lithography, wherein the exposure parameters, such as pulse power, pulse duration or write speed, can be chosen so that it does not lead to a crosslinking reaction in the photoresist comes.
  • a special derter test beam are used, which is generated by a separate light source and an optionally associated beam shaping unit for exciting the luminescence radiation.
  • the test beam may have the same or a very similar shape as the lithography beam used for patterning or deviate in a known manner from the shape of the lithography beam, so that it is possible of luminescence signals generated by the test beam on the interaction of the lithography beam with the
  • certain parameters, such as the power, the amplitude and phase distribution or the wavelength, of the test beam can be varied during the test exposure of a particular volume element, during which a luminescence power can be measured. In this way, information can be determined as to which regions of the space the test beam interacts with the three-dimensional initial structure.
  • a complete or partial test exposure of the target structure can be carried out.
  • only selected interpolation points within or outside the target structure can be approached with the test beam, with the aid of which the location-dependent interaction of the lithography beam with the initial structure can be estimated by interpolation methods and / or extrapolation methods.
  • those luminescence processes may be suitable which are based on an excitation by multiphoton processes and in which the emitted luminescence power on the one hand appears very localized and on the other hand very strongly by a deformation of the intensity distribution in the vicinity of the focal point of the lithography beam is impaired.
  • the detection of the luminescence radiation can locally be more or less restricted to the surroundings of the focal point and preferably be effected by means of a camera or by means of a spatially selective detection method according to the principle of confocal microscopy.
  • a luminescence detection unit which picks up a particular embodiment of the present invention, for example by a beam splitter light from the beam path of the lithography system.
  • Other embodiments are conceivable, for example in the form of a luminescence detection unit, to which the luminescence radiation can be supplied via a light path which is completely separated from the lithography beam path.
  • the detection of the luminescence radiation can be spectrally resolved, spectrally selective or integral over the entire spectrum.
  • the luminescence detection unit may contain a spectrometer or selective filters, with which in particular the luminescence radiation can be separated from the luminescence exciting radiation.
  • the luminescence radiation can preferably be produced directly by multiphoton excitation of a photoinitiator.
  • a luminescence of the photoinitiator is generally undesirable because the radiated energy is no longer available for the polymerization, but in many cases, the already inevitable residual luminescence of conventional photoinitiators based on fluorene or benzophenone sufficient for detection.
  • the photoresist may additionally be supplemented with substances which have luminescent properties which are suitable in particular for the particular application.
  • test exposure can first be carried out with a different test medium from the photoresist, which can have suitable luminescence properties, but which can be replaced by the intended photoresist before the lithographic production of the target structure.
  • the detection of the topography of the non-planar starting structure provided in step a) can be greatly simplified, and preferably only comprise a determination of a global position of the three-dimensional starting structure in a coordinate system of the lithography system.
  • first a first correction parameter or a first set of correction parameters for the test beam can be determined, which preferably aims at a spatially constant emission of luminescence power.
  • the correction parameter or the set of correction parameters can then be used for a further test exposure, with which remaining variations of the luminescence power can be determined and used to determine a second correction parameter or a second set of correction parameters.
  • this Process step may preferably increasingly reduce the influences of the interaction of the test beam and the lithography beam with the non-planar output structure.
  • the correction parameter from the test exposure can be determined by taking into account differences in the propagation of the lithography beam and the propagation of the luminescence signal to determine from observation of the luminescence signal as correct as possible correction parameter or set of correction parameters for the lithographic beam can.
  • simulations or estimates based on known parameters of Lithography system makes it possible, in particular, to repeat steps b) and c) several times, preferably in iterative form, above all in order to increasingly reduce the change in the target structure to be generated due to the interaction of the lithography beam with the starting structure.
  • changes in the lithography beam occurring during step b) can be determined on account of the interaction of the lithography beam with the starting structure or with the already generated partial regions of the target structure.
  • alteration of the lithography beam refers to at least one observable change of at least one parameter of the lithography system which occurs as a result of the interaction of the lithography beam with the output structure or with the already generated partial regions of the target structure
  • the alteration of the lithography beam takes place, in particular, by shadowing or reflection of the lithography beam at the output structures or the already generated partial regions of the target structure or by plasmonic amplification of the lithography beam at metallic regions at the output structures or at the already generated partial regions of the target structure.
  • Changes of the lithography beam may, but does not have to lead to a functionally relevant change in the target structure generated with this lithography beam.
  • a determination of the changes in the at least one lithography beam or the changes to the expected target structure caused thereby can be made individually for each volume element of the target structure to be exposed.
  • the changes may preferably be described as a function of one or more coordinates of a midpoint of a volume element.
  • this may apply to an edge which is opaque to the lithography beam and which causes such shadowing to cause a drop in the intensity at the focal point of the lithography beam and thus a deformation of the intensity distribution in an environment of the focal point as a function of the distance from the edge
  • this may apply to an environment of a transparent portion of the output structure in which a distortion of the lithography beam, consequently a decrease in the intensity in the focal point of the lithography beam and thus a deformation of the intensity distribution in the environment occurs.
  • a shift of the center of the exposed volume element relative to the geometric focus of the lithography beam may occur.
  • step c) at least one correction parameter for the at least one lithography beam is determined.
  • correction parameter here denotes changed parameters for the at least one lithography beam, which are determined in particular on the basis of the changes of the at least one lithography beam detected during step b) due to its interaction with the output structure, which changes the lithography beam and / or
  • the determination of the correction parameter for the lithographic beam may be made individually for each volume element of the target structure to be exposed Alternatively, a group of voxels subjected to the same or very similar degradation of the lithography beam may be considered
  • the correction parameter is determined in such a way that the change in the lithography beam due to its interaction with the starting structure is reduced in order to impair the lithograph iestrahls through the already existing initial structure and / or at least one already generated partial structure. Area of the target structure at least partially, preferably completely, to be able to compensate.
  • the at least one correction parameter is determined by performing at least one adaptation of the lithography beam, wherein the at least one correction parameter can preferably be selected from the group comprising the adaptation
  • phase profile and / or
  • the setting of the at least one correction parameter for the lithography beam is effected by the adaptation of a beam-shaping unit traversed by the lithography beam, which is described in greater detail below.
  • an adaptation of the optical power of the lithography beam can take place.
  • the effects of partial distortion and / or partial shading of the lithography beam can be at least partially compensated for in this way.
  • the power of the lithography beam may be adjusted to be slightly below the photoresist destruct threshold, but above the photoresist threshold, even if the lithography beam is at least partially shaded and / or distorted.
  • the effects of a transparent or non-transparent edge interacting with the lithography beam can be compensated by increasing the optical power of the lithography beam as the lithography beam approaches the edge.
  • a pulsed lithography beam it is possible to adjust the optical power of the lithography beam by choosing a duty cycle, a repetition rate, a shape and / or a duration of the optical pulses used for this purpose.
  • Such a manner of adaptation may be advantageous in particular in the case of multi-photon processes, which very sensitively depend on a peak power of the optical pulses used.
  • an adaptation of the writing speed with which the lithography beam passes over the photoresist in the lateral direction can take place.
  • the dose deposited by the lithographic beam in the photoresist may increase at a decreasing rate with constant optical power.
  • an adaptation of the cross section of the lithography beam can take place.
  • it may be desirable to shade an area of the beam path modified by the topography of the output structure for example to prevent damage to the output structure by strong irradiation at a lithographic wavelength or to changes in the polymerization process in the photoresist due to interference of the undisturbed area of the lithography beam to avoid the area of the lithography beam changed by the starting structure.
  • This can be advantageous in particular if optically high-index, strongly absorbing or stak-reflecting, for example metallic, elements of the starting structure interact with the lithography beam.
  • lithography beam can be changed in such a way that as little or no spatial overlap as possible between the incident lithography beam and a lithography beam generated by the reflective subregions can occur.
  • an adaptation of a positioning of the lithography beam with respect to a structure in the photoresist can take place.
  • the interaction of the lithography beam with the output structure can lead to a distortion of the beam path and thus to a deviation of the focal point of the distorted lithography beam from a nominal focal point of a fictitious lithography beam propagating undisturbed in the photoresist.
  • This deviation can be compensated, for example, by the position of the nominal focal point belonging to the fictitious undisturbed lithography beam being controlled by a control of a beam shaping unit, which influences an amplitude or phase distribution of the lithography beam. Beam is set up, can be corrected.
  • the deviation of the focal point of the distorted lithographic beam from the nominal focus of a fictitious lithographic beam propagating undisturbed in the photoresist can be compensated by a corresponding adjustment of the beam position by scanning mirrors of the lithography system.
  • an adaptation of at least one lithography wavelength can be carried out.
  • undesirable interferences between incident and reflected light can occur in the case of an initial structure which has partial regions which strongly reflect at the lithography wavelength ⁇ .
  • These resulting changes in the exposed structure can be attenuated or prevented by the dynamic adaptation of the lithographic wavelength ⁇ or by the use of additional lithographic wavelengths ⁇ 2 , ⁇ 3 ,....
  • the lithographic wavelength ⁇ can be selected such that it penetrates the layer stack and thus has only a small reflection.
  • a similar effect can be achieved if a second wavelength ⁇ 2 is used which experiences no or only a very small reflection through the output structure.
  • a wavelength ⁇ 3 can also be chosen such that it is reflected strongly out of phase in comparison with the first lithographic wavelength ⁇ . It can thereby be achieved that the spatial changes in intensity resulting from the interferences in the first lithographic wavelength ⁇ are partially or completely compensated.
  • the use of further wavelengths can be carried out either dynamically and variably or statically in the course of the lithography process.
  • the adaptation can relate only to a partial area of the lithography beam.
  • the change in the intensity distribution in a volume element due to the interaction of the lithography beam with the output structure can be compensated in full or in part by a change, in particular a distortion, of the lithography beam or of a region of the lithography beam.
  • the beam-shaping unit can impose a spatially variable amplitude modulation and / or phase modulation on the writing beam, which is adapted to the changes expected for the respective volume element or the selected group of volume elements.
  • a partial region of the lithography beam can also be completely blocked in this case.
  • the adaptation may relate to individual measures or combinations thereof.
  • the correction parameter can be determined and adjusted separately for each volume element or for a whole group of volume elements which are subjected to similar impairments.
  • the determination and adjustment of the correction parameter for groups of volume elements may be particularly appropriate if the adjustment of the correction parameter takes comparatively much or more time than the exposure of a volume element. In this case, customizing the correction parameter for each volume element may inevitably result in a large reduction in write speed and hence throughput.
  • the correction parameter is adjusted by means of a spatial modulator for light (SLM) whose response times are comparable or substantially greater than the exposure times of a volume element.
  • SLM spatial modulator for light
  • the correction strategy and in particular the groups of the volume elements addressed by a single value of the correction parameter can be selected so that the writing speed is preferably more than 0.1 mm / s, more preferably more than 1 mm s, and most preferably more than 10 mm / s.
  • two correction parameters may also be varied simultaneously, with individual adjustments being made for each individual volume element for a first correction parameter, while maintaining the values for a second correction parameter for a group of volume elements.
  • This can be useful if the setting of the first correction parameter can be carried out quickly, while the setting of the second correction parameter takes more time.
  • a continuous variation of the lithography power can preferably be carried out with the first, quickly adjustable correction parameter, while with the second, slowly adjustable correction parameter, a sectionally constant adaptation of an amplitude distribution and / or a phase distribution in the beam cross section and without change --ung on a whole group of volume elements can be applied.
  • This embodiment can in particular the combination of an SLM for sectionally shaping the beam cross-section with a rapid adaptation of the lithography performance via the modulation of the light source or via an external optical modulator.
  • the target structure in particular in the case of target structures with large volumes, can be decomposed into an inner subarea and into a subarea near subarea, wherein different correction parameters are used for the inner subarea and the near subarea.
  • the correction parameter can be determined under the proviso of the greatest possible dimensional accuracy and surface quality of the structure and can therefore be selected and optimized with regard to an advantageous form of the volume element, while for the inner subregion of the target structure the stipulation of a high Writing speed, as homogeneous as possible polymerization and / or a low algorithmic effort is applied.
  • steps b) and c) can be repeated several times, in particular in order to achieve an iterative approach to preferably advantageous correction parameters. In this way, a better compensation of the changes in the lithography beam due to the interaction with the starting structure can be achieved.
  • step d) the photoresist is exposed by means of the at least one lithography beam using the at least one correction parameter for the lithography beam, whereby the desired target structure is produced at the output structure.
  • a tracking of the location-dependent lithography parameters can in this case be carried out continuously together with the movement of the lithography beam relative to the non-planar initial structure or, alternatively, in sections so that groups of volume elements are exposed using the same correction parameters.
  • the at least one correction parameter can preferably be determined according to the following substeps i) to iii): i) determining a first region of the lithography beam in which the lithography beam reaches a midpoint of the volume element without interacting with the non-planar source structure;
  • sub-step iii) may both block the second region of the lithography beam by adjusting a second sub-region of the beam-shaping unit and determine a setting for the first sub-region of the beam-shaping device such that an intensity maximum of the second region of the lithography beam is at the center of the volume element occurs.
  • the determination of an adjustment of the at least one subarea of the beam-shaping unit during sub-step iii) can take place such that a geometric property, in particular a quality criterion in the form of a test metric, is determined for the intensity distribution which occurs in the area of the volume element.
  • the desired geometric property may in this case depend on the lithography method used and may provide a fixed type of spatial expansion of the intensity maximum around the center of the volume element, for example a half-width of the volume element.
  • the associated setting of the beam shaping unit can then be adjusted e.g. Determine numerically based on a suitable model.
  • a quality criterion can be defined which evaluates a given geometric property by a real number, wherein the quality criterion can be optimized by suitable direct or iterative methods.
  • the quality criterion can be optimized by suitable direct or iterative methods.
  • sub-step iii) can be carried out in such a way that a change-compensating adjustment of the second sub-region of the beam-shaping unit is undertaken.
  • the exact setting of the second subregion can likewise be based on the optimization of the geometric eigenvalue aimed at the volume element derived quality criterion. Accordingly, the optimization can then extend over the entire cross section of the lithography beam, taking into account the effect of the interaction of the lithography beam with the non-planar starting structure by a suitable model.
  • the beam shaping unit it is furthermore possible to displace optical power from the first area into the second area of the lithography beam.
  • the setting of the beam-shaping unit can be determined separately for each volume element or, alternatively, for a group of volume elements.
  • the second region it is advantageous to ensure that the second region of the lithography beam for none of the volume elements from the relevant group of the volume elements interacts with the non-planar starting structure. This is useful, for example, when the target structure has large areas with almost identical profiles dependent on the spatial angle or the exposure time for individual volume elements is substantially less than the time required for reconfiguring the optical beam shaping unit.
  • the latter may typically be the case when the lateral positioning of the lithography beam is performed by a mirror-based beam scanner with sub-millisecond response times, while the elements used for beamforming, e.g. a spatial modulator for light (SLM), have response times in the millisecond range.
  • SLM spatial modulator for light
  • the present invention relates to a device, also referred to as a "lithography system", for lithographically producing a target structure on a non-planar starting structure by exposing a photoresist by means of at least one lithography beam in accordance with a method according to the invention.
  • a lithographic unit for producing a lithography beam and for positioning the lithography beam within a photoresist
  • a beam shaping unit which is set up to influence an amplitude and / or phase distribution of the lithography beam
  • a data processing unit which is set up to drive the lithography unit and the beam shaping unit, wherein the data processing unit is further configured to store structure data of the target structure to be generated and correction data for correcting the caused by an interaction of the lithography beam with the non-planar output structure change of the lithography beam.
  • the lithography unit thus serves to generate the lithography beam and to position the lithography beam within the photoresist, which can also be used as an immersion liquid at the same time.
  • the positioning of the lithography beam may be effected by the movement of the lithographic beam, e.g. by means of beam scanners.
  • a displacement of the output structure by means of a displacement device, in particular a displacement table, on which the output structure is arranged are made.
  • the lithographic unit may comprise an optical light source with controllable output power, e.g. a source of constant output power and a downstream optical modulator. It may be advantageous here if the movement of the lithography beam and the adaptation of the optical power guided in the beam can be synchronized. This makes it possible, for example, to increase the optical power in the lithography beam when approaching the edge when approaching the focal point to a lithography beam changing edge of the non-planar output structure.
  • the term “beamforming unit” refers to an optical system that is set up to adjust the amplitude and phase distribution of the lithography beam, and the beamforming unit may be driven in synchronism with the beam motion provided that correspondingly short response times are present
  • the beam shaping unit may preferably comprise at least one controllable optical element, in particular selected from the group comprising spatial light modulator (SLM) modulators, micromirror arrays, liquid crystal arrays, deformable mirrors.
  • SLM spatial light modulator
  • micromirror arrays micromirror arrays
  • liquid crystal arrays deformable mirrors
  • deformable mirrors deformable mirrors
  • it may have other optical systems with controllable or non-controllable optical components, such as lenses, mirrors, diffraction gratings, diffractive optical elements or holograms Table elements can be operated in reflection or transmission.
  • the beam shaping unit can consist of a spatial light modulator, which is mounted in front of the lithography objective and permits a modulation of amplitude and phase in the cross section of the lithography beam.
  • the beam modification unit can be spatially mounted in front of an optical scanner, so that the Interaction of the lithography beam with the beam shaping unit remains unaffected by movement of the lithography beam.
  • the data processing unit is configured to control the optical lithography unit and the beam shaping unit.
  • the data processing unit has a data memory in which structure data of the target structure to be generated and correction data for correction of the disturbances caused by the interaction of the lithography beam with the three-dimensional output structure are stored.
  • the structure data and the correction data for the complete target structure can be stored or, alternatively, the structure data and / or the correction data are stored for only a subsections of the target structure and reloaded from an external data processing unit as needed.
  • the correction data can be stored directly as control data for the optical lithography unit and / or for the beam shaping unit.
  • the correction data preferably include the correction parameters determined according to step c).
  • the detection of the non-planar output structure in conjunction with a model of the lithography system can be carried out by the data processing unit of the lithography system and / or by the external data processing unit.
  • the structure data and / or correction data can be stored in a data memory, from which the data processing unit can generate control data for the optical lithography unit and / or for the beam shaping unit.
  • the data processing unit and / or the external data processing unit can be used.
  • metrological methods can also be used.
  • the lithography system may additionally have an optical measuring unit.
  • the optical measuring unit can preferably be based on the principle of confocal microscopy, optical coherence tomography, triangulation, fringe projection, interferometry or optical transit time measurement.
  • the optical measuring unit may comprise a camera.
  • the present invention has a number of advantages over the prior art methods and apparatus for lithographically generating a target structure at a non-planar starting structure.
  • the problem underlying the invention occurs wherever non-planar, high-resolution target structures are to be produced with high precision and dimensional accuracy on existing starting structures.
  • Processes according to the invention can be used, for example, in the production of photonic web-based funds according to US Pat. No. 8,903,205 B2 or US Pat. No. 9,034,222 B2, in particular if a photonic wirebond is to be realized which directly adjoins the vertical facet of an integrated optical chip. This is the case, for example, in the connection of facet-emitting lasers or semiconductor amplifiers or of silicon-photonic chips with suitably prepared coupling sites on the chip edge.
  • the material of the lithographic beam-interacting portion of the nonplanar starting structure generally differs in refractive index from the photoresist most commonly used as the immersion liquid, resulting in disruption of phase fronts in the region of the lithographic beam and hence deformation of the intensity distribution in the vicinity of the focal point of the lithographic beam.
  • Processes according to the invention can be used not only in the production of photonic lattices, but also for the lithographic production of microlenses on three-dimensional starting structures, such as, for example, facet-emitting integrated-optical chips. In order to be able to influence the properties of microfluidic channels and systems, it may also be useful to modify the surface of these non-planar structures.
  • the structures to be produced can be designed such that they are preferably already self-supporting during the lithography process, ie, newly written structures preferably follow the initial structure or already written subregions of the target structure in order to prevent a shift of partial areas.
  • complex structures can not be constructed slice-by-slice, but instead can be fabricated step-by-step before other parts of the target structure using the present method, thus simultaneously forming the starting point for future parts of the target structure.
  • Figure 1 is a schematic representation of a direct writing optical lithography process using two-photon polymerization: a) object of the invention; b) Presentation of a successive production of Subareas of the target structure; and c) an exemplary embodiment of a solution according to the invention by adaptation of the beam cross-section; a schematic representation of a direct writing optical lithography process using two-photon polymerization on highly reflective portions of a non-planar starting structure: a) object of the invention; b) an embodiment of a solution according to the invention by adaptation of an optical spectrum used for the polymerization; c) a further embodiment of a solution according to the invention by an adaptation of the beam profile; a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention (lithography system) for the lithographic production of a target structure at a non-planar output structure; a schematic representation of a preferred embodiment of a method according to the invention for producing a photonic wirebond, which directly adjoins a vertical facet of an integrated optical chip: a
  • FIG. 7 shows a further embodiment for the lithographic production of micro-optical lenses on non-planar output structures, such as e.g. facet-emitting integrated-optical chips: a) schematic representation of the method for producing the micro-optical lenses, b) and c) electron micrographs of micro-optical lenses produced according to the invention;
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment for the lithographic production of microstructures on a non-planar microfluidic output structure;
  • FIG. 9 shows a comparative example in which an already generated target structure during
  • Exposure of a subsequent target structure in interaction with a region of the lithographic beam occurs: a) schematic representation of the method for generating the target structure, b) electron micrographs of a target structure not according to the invention, wherein the already generated target structure influences the lithography beam such that the desired target structure not received;
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention (lithography system) for the lithographic generation of a target structure at a non-planar output structure, which contains a luminescence detection unit which detects luminescence radiation from an environment of a focal point of a test beam is set up; and
  • FIG. 11 shows an embodiment and comparative example, in which the interaction of the lithography beam with a non-planar output structure can be detected by detecting the luminescence radiation from an environment of the focus of a test beam: a) Detected luminescence power in an environment of a fiber facet without Correction of the performance of the stimulating test beam; b) result of a lithographic fabrication of a test structure without correction of the power of the lithography beam; c) detected luminescence power in an environment of a fiber facet with a correction of the power of the exciting test beam; d) Result of a lithographic fabrication of a test structure with correction of the power of the lithography beam.
  • FIG. 1 schematically shows a solution according to the invention of the underlying task using the example of a direct-writing optical lithography method based on two-photon polymerization.
  • a strongly focused lithography beam 060 with a high numerical aperture is used, wherein the photoresist 100 can preferably be used simultaneously as an immersion liquid ,
  • a region 070 of the lithography beam 060 in this case strikes a partial region 011 of the non-planar output structure 010 and interacts with it.
  • this can lead to a change in the intensity distribution at a focal point 065 of the lithography beam 060 and thus to a change in the target structure 030 thus generated.
  • the interaction of the lithography beam 060 with the non-planar output structure 010 can lead to a local, optically induced change of the subregion 011 of the initial structure 010.
  • FIG. 1 b) shows, similarly to the nonplanar starting structure 010, parts 014 of already generated subregions 035 of the target structure 030 can interact with the lithography beam 060 and change it, in particular if the lithography beam 060 adjoins an already generated subregion 035 of the target structure 030 is connected.
  • the already generated subarea 035 of the target structure 030 can be understood as a non-planar initial structure 010 for the production of a subsequent subarea 035 of the target structure 030.
  • the solution according to the invention shown schematically in FIG. 1 c) provides for a dynamic adaptation of the parameters of the lithography beam 060 so that the changes caused by the interaction with the non-planar output structure 010 are reduced or completely avoided.
  • the adjustment may be by changing an optical power in the lithography beam 060 which compensates for a drop in the intensity of the lithography beam 060 at focus 065 caused by the interaction with the nonplanar output structure 010.
  • a cross-sectional shape of the lithography beam 060 can be adapted to avoid interaction with the nonplanar output structure 010 or to compensate, in whole or in part, for variations in the lithography beam 060 resulting from such interaction.
  • te beam forming unit 110 reach.
  • the beam shaping unit 110 By actuating the beam shaping unit 110 in dependence on a position of the lithography beam 060 within the non-planar output structure 010, it is preferably possible to completely darken the region 070 of the lithography beam 060 that interacts with the output structure 010. This may be useful, in particular, if it is thus possible to avoid optically induced modifications in the subregion 01 of the initial structure 010 which interacts with the region 070.
  • an amplitude and / or phase distribution can be imposed on the region 070 of the lithography beam 060, which can at least partially compensate the changes caused by the interaction with the subregion 011.
  • This may be useful, for example, if the subarea 011 has a material which is transparent for the lithography wavelength and which differs in refractive index from the photoresist 100 simultaneously used as immersion liquid and therefore causes a change in a phase of the transmitted light.
  • a neutral setting of the beam shaping unit 110 can be selected which allows the light to pass in the partial area 112 without amplitude modulation or phase modulation.
  • a spatially variable amplitude and / or phase modulation can be generated which leads to a desired intensity distribution in the volume element 040 to be exposed.
  • the beam parameters used to compensate for the changes, such as the optical power or the settings of the beam shaping unit 110, can either be determined separately for each volume element 040 to be exposed or, alternatively, the same settings are used for the exposure of a complete substructure.
  • a corresponding model of the lithography system 090 and / or the non-planar output structure 010 can preferably be used.
  • the beam-shaping unit 110 can carry out both a modification of an amplitude distribution and / or a phase distribution of the lithography beam and a variation of a total power of the lithography beam.
  • the challenge frequently arises in this context that the adjustment of the modification of the amplitude distribution and / or the phase distribution based, for example, on an SLM can only be carried out comparatively slowly with response times which are comparable or substantially greater than the exposure times a volume element, while the variation of the total power can be done much faster than the exposure of a volume element.
  • This challenge can be solved by combining a continuous, for each volume element individually determined variation of the lithography performance with a slower, sectionwise constant adjustment of the amplitude distribution and / or the phase distribution in the beam cross section, which without change to a whole group of volume elements can be applied.
  • This embodiment can in particular enable a combination of an SLM for sectionally shaping the beam cross section with and a rapid adaptation of the lithography power via a modulator.
  • FIG. 2 shows the method according to the invention for the case of the occurrence of interferences on highly reflective output structures 010.
  • FIG. 2 a schematically illustrates the associated task.
  • near-surface partial areas 025 of the initial structure 010 are highly reflective in the lithographic wavelength
  • interference of the incident and reflected lithography beams 060 and thus at least partially stationary optical waves occur.
  • intensity minima can form, in which a required for the polymerization of the photoresist 100 intensity threshold can not be achieved.
  • This is exemplified here by a sin 2- shaped course of the intensity I as a function of a vertical coordinate z.
  • Such a task can occur, for example, in the lithographic production of 3D structures on emission facets of Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs).
  • VCSELs Vertical Cavity Surface Emitting Lasers
  • FIG. 2 b outlines a solution according to the invention to this task by adapting the optical spectrum used for the polymerization.
  • additional lithographic wavelengths ⁇ 2 and / or ⁇ 3 are used which either do not reflect, as illustrated for the wavelength ⁇ 2 or, as explained for the example of the wavelength ⁇ 3 , in comparison to the first lithographic wavelength ⁇ with a strong phase shift be reflected.
  • the use of further wavelengths can be carried out either dynamically and variably or statically in the course of the lithography process.
  • the problem can alternatively or additionally be solved by an adaptation according to the invention of the beam profile.
  • the beam shaping unit 110 By means of the beam shaping unit 110, the lithography beam 060 can be changed in such a way that the subregions 025 affected by destructive interference are reduced or completely eliminated. This can preferably be achieved by an oblique incidence of the lithography beam 060 on the output structure 010 being able to be generated by partial shading of the lithography beam 060.
  • FIG. 3 schematically shows a representation of a particularly preferred embodiment of a device according to the invention for the lithographic generation of the target structure 030 on a non-planar output structure 010, which is also referred to below as the lithography system 090.
  • the lithography system 090 here comprises an optical lithography unit 600 for generating the lithography beam 060 and for highly accurate positioning of the lithography beam 060 within the photoresist 100, which, in this preferred embodiment, can be used simultaneously as immersion fluid.
  • the positioning of the lithography beam 060 can be effected either by a movement of the lithography beam 060, preferably by means of beam scanners, or, alternatively, by a displacement of the output structure 010 with a locally stationary lithography beam 060 by means of a displacement table 620 which is as highly accurate as possible. Combinations of these designs are conceivable.
  • the lithography system 090 includes the beamforming unit 110 configured to vary the amplitude and / or phase distribution of the lithography beam 060, and a data processing unit 700 configured to include the optical lithography unit 600 and the beamforming unit 110 to drive.
  • the data processing unit 700 may preferably have a data memory 750 in which both structure data 770 of the target structure 030 to be generated and correction data 790 are stored for a correction of the changes caused by the interaction of the lithography beam 060 with the non-planar output structure 010.
  • the structure data 770 and / or the correction data 790 can either be stored in the data memory 750 for the entire target structure 030 or, alternatively, stored for sections of the target structure 030 in the data memory 750 and if required be recharged by an optional second data processing unit 800.
  • FIG. 4 shows a preferred method according to the invention for the production of a photonic wirebond according to US Pat. No.
  • the photonic wirebond can connect directly to a vertical facet of an integrated optical chip. This can occur, for example, in the case of a connection of facet-emitting lasers or semiconductor amplifiers or of silicon-photonic chips with appropriately prepared coupling points on the chip edge.
  • FIG 4 a shows a schematic representation of the associated task.
  • the target structure 030 is configured here as a so-called photonic wirebond 300, which is connected to a non-planar output structure 010 comprising a component holder 015, an optical fiber 016 and an integrated-optical chip 017.
  • the term "photonic wirebond" 300 is here understood to mean a structure which permits a laterally single- or multi-mode optical connection between two optical waveguides, in the present exemplary embodiment between a waveguide 019 generated on the integrated optical chip 017 and a waveguide core 018 of the optical fiber
  • the photonic wirebond 300 is connected directly to vertical waveguide facets of the optical fiber 016 and of the integrated optical chip 017.
  • an optical immersion lithography method based on the two-photon laser is used.
  • the wide beam cone of the lithography beam 060 associated with the high numerical aperture of the lithography optical system 160 alternates This results in a change of the regions 070, 071 of the lithography beam 060 and thus to a change in the intensity distribution in the respectively exposed volume element 040 of the target structure 030 to be generated.
  • the optical fiber 016 comprises a material which is transparent in the lithographic wavelength and whose refractive index differs from the refractive index of the photoresist 100. Therefore, it can be considered that the region 071 of the lithography beam 060 shown in FIG. 4 a) is affected by a partial reflection at an interface between the optical fiber 016 and the photoresist 100, as well as a change in the optical phase fronts, while the laser beam is irradiated in the case of the length of the lithographic wavelength intransparent integrated-optical chip 017 impinging region 070 of the lithography beam 060 is completely shadowed by reflection at the interface and / or by absorption in the volume of the partial region 011.
  • FIG. 4 b shows a scanning electron microscope (SEM) image of a test structure which was produced by the method according to the invention.
  • the nonplanar output structure 010 used for this purpose is such that only the shading of the lithography beam 060 by the integrated optical chip 017 occurs in the lithographic generation of the facet-near regions of the photonic moving-net 300.
  • the effects on the intensity distribution at the focal point 065 of the lithography beam 060 were changed according to the invention by an adjustment of the lithography parameters which depends on the position of the volume element 040 to be written.
  • an increase in the optical power of the lithography beam 060 was used, which can be defined in good approximation as a function of the distance 050 of the focal point 065 projected in a plane perpendicular to the beam axis from the edge 052 defining the shaded region 070. This makes it possible to achieve the threshold for two-photon polymerization even in areas close to the facets, and thus to continuously generate the photonic wire bonds 300 which connect directly to the waveguide facet.
  • FIG. 4 c) shows schematically how, in addition, the interaction of the lithography beam 060 with the non-planar output structure 010 can be reduced by graphie system 090 is supplemented by an additional beam-forming unit 110, with the areas 0.70, 071, 080 of the lithography beam 060 can be changed.
  • the regions 070 of the lithography beam that interact with an intransparent subarea 011 of the output structure 010 can thus be completely blocked by the associated subarea 113 of the beamforming unit 110 being switched to zero transmission.
  • the effects shown in Figure 4 b) can be completely avoided.
  • Various embodiments are suitable for this purpose.
  • the area 071 of the lithography beam 060 can be completely blocked in order to prevent interference of the light from the region 080 of the lithography beam 060, which is not affected by the topography 020 of the output structure 010, with light from the region 071 of the lithography beam 060, which has been changed in phase by the interaction with the transparent portion 012 of the output structure 010.
  • Such an interference can lead to the formation of secondary maxima of the intensity distribution and thus to an uncontrolled deformation of the exposed volume element 040 at the focal point 065 of the lithography beam 060 (see FIG. 6 and the associated description).
  • a spatially variable change of the amplitude and / or the phase of the lithography beam 060 can be made, which changes through the interaction with the transparent region 071 the change in the lithography beam 060 either compensated or, in conjunction with this change, can lead to a desired intensity distribution in the exposed volume element 040.
  • a neutral setting of the beam shaping unit 110 can be selected which allows light to pass in the partial region 112 without amplitude modulation or phase modulation.
  • a spatially variable amplitude and / or phase modulation can be generated, which can lead to a desired intensity distribution in the volume element 040 to be exposed.
  • FIG. 5 schematically shows a simulation for illustrating an effect of a shading edge 052 on the lithography beam 060.
  • FIG. 5 a shows schematically a model system which comprises a laser chip with an edge emitting laser based on III-V semiconductors InP or InGaAsP.
  • the materials used herein are non-transparent to the light of the lithographic wavelength, but at the same time the device has metal contacts on the surface that can reflect incident light. It can thus be assumed that the light interacting with the laser chip does not contribute to the intensity in the vicinity of the focal point 065 of the lithography beam 060.
  • the shading of the lithography beam 060 leads to a decrease in the maximum intensity observable in the vicinity of the focal point 065 of the lithography beam 060 as the focal point 065 approaches the facet of the laser chip.
  • the quantity d here denotes a distance of the focal point 065 of the undisturbed lithography beam 060 from the chip facet causing the shading, while the normalized intensity I plotted on the vertical axis indicates a ratio of the maximum intensity determined for a given distance d in the vicinity of the focus 065 to the maximum intensity of the undisturbed lithography beam 060, which results in the limiting case d oo.
  • the normalized intensity I decreases as a result of the shading and the resulting deformation of the intensity distribution with decreasing distance d.
  • the simulations were carried out for an exemplary embodiment in which the focus 065 of the unimpaired lithography beam 060 is at the level of the active zone of the laser chip, ie 2.6 ⁇ m below the shadowed area 071 of the lithography beam 060 defining edge 052.
  • FIG. 5 c) proves that, in addition to a decrease in the maximum intensity, an approximation to an edge 052 shading the lithography beam 060 also occurs a deformation of the intensity distribution in the vicinity of the focal point 065, such as the intensity distribution of the points 1, 2 marked in FIG. 5 b) and 3 shows.
  • the representations of the intensity show normalized values, which are related to the maximum occurring in the cross-sectional area.
  • the origin (0,0) of the coordinate system designates the focal point 065 which results for the undisturbed lithography beam 060 propagating completely in the photoresist 100 used as immersion liquid.
  • there is additionally a tilt and an associated asymmetry of the intensity distribution in the vicinity of the focal point 065 see points 1 and 2).
  • the tilt can lead to a deformation of the generated volume element 040, which is preferably in a Beiich- can be taken into account.
  • a shift of the maximum intensity point from the fictitious focal point of the undisturbed lithography beam 060, which is barely noticeable in FIG. 5 b) can preferably be compensated by correcting the positioning of the lithography beam 060.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment relating to the generation of the target structure 030 in the vicinity of a fiber facet.
  • the photonic wirebonds 300 to vertical facets of semiconductor-based integrated-optical chips 017 shown in FIGS. 4 and 5
  • coupling to optical fibers or vertical facets of glass-based chips does not result in complete shadowing of the non-planar output structure 010 interacting region 071 of the lithography beam 060, because the associated portion 012 of the nonplanar output structure 010 comprises a material transparent to the lithographic wavelength.
  • FIGS. 6 a), b), c) and h) show exemplary simulations for the generation of a target structure in the vicinity of a fiber facet.
  • the non-planar output structure 010 in this exemplary embodiment comprises a glass fiber embedded in the photoresist 100 serving as immersion liquid.
  • a refractive index of 1.4537 at a lithographic wavelength of 780 nm is assumed for these by optically homogeneous cylindrical body 010 for the cladding.
  • the dimensions of the glass fiber were reduced in order to reduce simulation times and memory requirements.
  • this embodiment already allows the qualitative analysis of the essential effects; When changing to a real glass fiber, only the quantitative parameters change.
  • the focal point 065 of the lithography beam 060 with a numerical aperture of 1.3 is introduced along the longitudinal axis of the cylinder at its end face, so that a region 071 of the lithography beam 060 interacts with the cylinder.
  • the effects on the intensity distribution in the vicinity of the focus 065 of the lithography beam 060 depend on the distance d from the face of the cylinder and on the radius r of the cylinder.
  • FIG. 6 a shows the maximum intensity determined by simulation for a specific optical power in the lithography beam 060 which is proportional to the amplitude square of the electric field
  • 2 as a function of the distance d normalized to the fiber radius r, the intensity values being normalized to the maximum value occurring far away from the fiber facet (d / r 2).
  • FDTD finite difference time domain
  • the decrease in the peak intensity in the beam cross section when approaching the end face of a glass fiber can be compensated according to the invention by at least one correction parameter, in particular by an adaptation of the optical power in the lithography beam 060.
  • This type of compensation was used to produce the target structure 030 tapered from left to right in FIG. 6 d) in the form of a waveguide tapers, which adjoins directly the end facet of a standard single-mode fiber.
  • the optical power P in the lithography beam has been increased as focus 065 is approached to the fiber facet according to a piecewise linear function approximately reflecting the reciprocal values of the simulated normalized intensity I of Figure 6 (a) for large fiber radii.
  • the interaction with the non-magnetic field planar output structure 010 also cause a spatial shift of the point of maximum intensity.
  • Figure 6b shows a quantitative analysis of the shift ⁇ of the maximum intensity point as a function of the nominal focal spot distance 065 from the facet.
  • r 15 ⁇ m from quartz glass.
  • adaptation of the beam profile to the changes in the lithography beam 060 caused by the non-planar output structure 010 can be achieved to let.
  • the settings of the beamforming unit are determined on the basis of the known topography 020 of the non-planar output structure 010. For a given volume element 040 to be exposed, first the regions 071 and 080 of the lithography beam 060 are determined, which interact with the non-planar output structure 110 or do not interact with one another.
  • FIGS. 6 h) and i) can preferably be achieved according to FIGS. 6 h) and i) by means of a projection of the topography 020 of the non-planar output structure 010 emanating from the midpoint 041 of the volume element 040.
  • the region 071 of the lithography beam 060 which interacts with the non-planar output structure 010 is blocked by a corresponding adjustment of the associated partial region 11 1 of the beam shaping unit 110.
  • an adjustment of the associated subarea 1 12 of the beamforming unit 110 is determined, which leads to a spatially concentrated intensity distribution with the highest possible peak intensity and the lowest possible extent in all three spatial directions.
  • the sum of the second-order central moments of the intensity distribution can be used as the quality criterion to be minimized numerically.
  • the setting of the beam shaping unit 110 can be determined either separately for each volume element 040 or, alternatively, for a group of volume elements 040; In the latter case, to determine the area 080 of the lithography beam 060, it is preferably ensured that the area 080 of the lithography beam 060 for no volume element 040 from the selected group interacts with the non-planar output structure 010.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the present method for the lithographic production of microoptical lenses 400 at non-planar output structures, such as e.g. facet-emitting integrated-optical chips, shown.
  • FIG. 7 a shows schematically the production of surface-near volume elements 040, wherein a region 070 of the lithography beam 060 interacts with the output structure 010 in the form of an integrated-optical chip on the facet of which the micro-optical lens 400 is produced Adjusting the lithography parameters according to the present invention is advantageous.
  • the drop in the peak intensity occurring in the vicinity of the focus point 065 as a result of the interaction with the chip can be at least approximately compensated for by an increase in the lithography power, the micro-optical circuits shown in FIGS. 7 b) and c) Lenses 400 were obtained.
  • the lithography beam 060 can be blocked by a corresponding adjustment of the subregion 111 of the beam shaping unit 110.
  • the region 112 of the beam shaping unit assigned to the unchanged region 080 of the lithography beam 060 can be adjusted such that preferably a spatially concentrated intensity distribution with the highest possible peak intensity and the smallest possible extension in all three spatial directions results.
  • the setting of the beam shaping unit 110 can be determined either separately for each volume element 040 or, alternatively, for a group of volume elements 040. Given accurate knowledge of the changes introduced by the nonplanar output structure 010 of the area 080 of the lithography beam 060 These can also be compensated by a corresponding adjustment of the subregion 111 of the beam shaping unit 110.
  • FIG. 8 schematically shows the production of target structures 030 in the form of microstructures 500 on non-planar microfluidic output structures 010.
  • the microstructures 500 are hereby produced on the sidewalls of a three-dimensional microfluidic structure by two-photon lithography. This results in a partial change of the lithography beam 060, the effects of which can be completely or partially compensated by the measures described in the other exemplary embodiments.
  • FIG. 9 a shows schematically the representation of a further exemplary embodiment in which an already generated target structure 030 interacts with a region 070 of the lithography beam 060 when a subsequent further target structure 031 is exposed.
  • the already-written target structure 030 can thus be understood as a non-planar output structure 010 for a subsequent exposure step for generating the further target structure 031.
  • such a constellation can be avoided at least in part by selecting a sequence of the exposure steps, which is not possible in the present exemplary embodiment due to the size of the target structures 030.
  • Each of the target structures 030, 031 here fills a separate writing field of the lithography system and is therefore preferably generated in a single operation, in particular since a change between different writing fields is disadvantageous.
  • FIG. 9 b shows an electron micrograph of target structures 030, 031 produced by direct-writing lithography without the use of the inventive correction parameters.
  • the edge 052 of the target structure 030 already generated alters the lithography beam 060 during subsequent generation of the further target structure 031 in that the target structure 031 to the left of the already generated structure 030 is not correctly exposed in a subarea 053.
  • the beam shaping unit 110 shown in FIG. 9 a) the unaltered area 080 of the lithography beam 060 according to the invention can be correspondingly adapted in order to also correctly expose the further target structure 031 in the area 053.
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a device 090 according to the invention for the lithographic generation of a target structure 030 on a non-planar output structure 010, wherein the device additionally contains a luminescence detection unit 960 in addition to the components described in connection with FIG. which is used to detect luminescent radiation 940 an environment of the focus of a test beam is set and which is controlled by the data processing unit 700.
  • the test beam can be generated by the same light source and beam shaping unit which is also used for the lithographic structuring of the target structure 030 in the photoresist 100, which is also used as an immersion medium.
  • the beam splitter 950 can be located at any position in the beam path and does not necessarily have to be installed in front of the beam shaping unit 110, as sketched in FIG. In addition, the beam splitter does not necessarily have to be designed as a partially transmissive mirror.
  • Alternative implementations may include fiber-based or integrated-optical power dividers, which are either optically broadband or may have dichroic characteristics, optical circulators or even diffraction gratings.
  • the luminescence detection unit 960 can also be designed such that a beam path for detecting the luminescence radiation 940 can be spatially completely separated from the path of the test beam and / or the lithography beam, and thus no power divider is necessary.
  • the luminescence detection unit 960 may, as in the present embodiment, a photodetector 980 and an optional optical filter 970 have.
  • the optional optical filter 970 may preferably be designed as a color filter which can pass the luminescent radiation 940 originating from the vicinity of the focus of the test beam, while backscattered light of the test beam itself is suppressed.
  • the photodetector 980 can be designed as a photomultiplier (PM).
  • the luminescence detection unit 960 can have further components, such as optical fibers, diaphragms, lenses or other optical, optoelectronic or optomechanical components, diffraction gratings, spectrometer modules or cameras.
  • spatially selective detection of the luminescence power in particular according to the principle of confocal microscopy, can be achieved with these components.
  • use of diffraction gratings or spectrometer modules may allow spectral analysis of the luminescent radiation 940.
  • Cameras may allow to detect a spatial distribution of the luminescence power.
  • the luminescence radiation 940 can preferably be deposited by means of a lithography system. nehin detect existing camera, which can additionally serve to detect the position of the non-planar output structure 010 in the coordinate system of the lithographic system.
  • the luminescence detection unit 960 therefore does not always have to be present as a physically delimited assembly, but may at least partially comprise in the lithography system in any case or additionally installed components, which in their entirety are set up to detect the luminescence radiation 940, which results from the interaction of a test beam with the photoresist 110 or with a test medium.
  • the luminescence detection unit 960 can also be used to generate a test beam 945, with which luminescent radiation 940 can be excited in the photoresist 110 or in the test medium.
  • the luminescence detection unit 940 does not necessarily have to be present as a physically demarcated assembly, but may include components installed in the lithography system anyway or in addition.
  • FIG. 11 shows an embodiment and comparative example in which the interaction of the lithography beam 060 with the non-planar output structure 010 is detected by the detection of luminescence radiation 940 from an environment of the focus of a test beam and thus used for the location-dependent correction of the lithography power can.
  • the assembly may have a nonplanar output structure which may include an optical fiber 016 mounted on a component holder 015, on whose facet 021 is a target structure 030 in the form of a perpendicular over the entire facet 021 extending cuboid body to be manufactured.
  • a nonplanar output structure which may include an optical fiber 016 mounted on a component holder 015, on whose facet 021 is a target structure 030 in the form of a perpendicular over the entire facet 021 extending cuboid body to be manufactured.
  • very close to the fiber facet according to FIG. 6a, an increase in intensity can be expected.
  • these effects can be measured directly by the method of luminescence detection.
  • the spatial region located in front of the fiber facet 021 can be scanned with a test beam and the luminescence radiation generated in an environment of the focal point of a test beam 945 can be detected by measurement.
  • the lithography system is preferably supplemented by a luminescence detection unit 960.
  • this arrangement can have an arrangement based on the principle of confocal microscopy, with which luminescence radiation 940 from an environment of the focal point of the test beam can be spatially selectively detected.
  • an optical short-pass filter 970 can be used with which the exciting radiation of the test beam and the luminescence radiation 940 can be spectrally separated from one another.
  • the lithography beam 060 itself can be used, whereby the power can be selected such that the luminescence radiation 940 is visible, but still no crosslinking reaction occurs in the photoresist 110.
  • the test beam may preferably be a series of short laser pulses having a pulse duration of 50 fs to 250 fs, preferably of about 100 fs, a repetition rate of 50 MHz to 250 MHz, preferably of about 100 MHz, and a center wavelength of 750 nm to 800 nm , preferably of about 780 nm.
  • Other types of test beams are possible.
  • the excitation of the emission of fluorescence radiation by the fluorene group of the photonitor as well as the initiation of the crosslinking reaction in the photoresist can only be possible by multiphoton processes, which shows a strong correlation between the fluorescence signal obtained during the test exposure and the degree of crosslinking expected in the lithography process of photoresist 110.
  • the fluorescence radiation emitted in the vicinity of the focus of the test beam had a broad optical spectrum which extends from approximately 460 nm to 540 nm and which can thus be easily separated from the backscattered optical power of the test beam by at least one short-pass optical filter 970.
  • FIGS. 11 (a) and (c) each show a spatial distribution of the measured fluorescence power in a plane which comprises the longitudinal axis of the optical fiber 016 and which is perpendicular to a surface of the component carrier 015.
  • a correction of the optical power necessary for the structuring can be achieved in a further step.
  • a correction factor for the power of the test beam which is dependent on the position of the focal point.
  • öcorr (r) ( P Fl (r)) (1), where P F i ( r ) represents the fluorescence power measured at the respective location r and P Fl 0 represents the fluorescence power for a measurement far from the fiber facet 021 in which no disturbance of the test beam is to be expected.
  • FIG. 11 (c) shows the result of the correction of the power of the test beam, which can lead to a spatially homogeneous distribution of the measured fluorescence power.
  • the correction rule according to equation (1) used in the present example is to be understood as an example and can be extended accordingly for other applications, preferably in view of the fact that a non-linear dependence of the luminescence emission on the power of the test beam does not necessarily have the same exponent Therefore, in many cases, the power correction can no longer be achieved by simple multiplication with a correction factor, but can preferably be based on a more complex relationship, such as the non-linear dependence of the rate of crosslinking reactions on the lithography beam 060. preferably a spatially and / or temporally not local relationship, take place.
  • structure 010 may be particularly advantageous for structure 010 to perform multiple measurements with different parameters in order to be able to separate effects with respect to intensity distributions in the vicinity of the focal point from the effects of the collection efficiency of the luminescence detection unit 960.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur (030) an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur (010) durch Belichten eines Photoresists (100) mittels mindestens eines Lithographiestrahls (060). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Erfassen einer Topographie (020) einer Oberfläche einer nicht-planaren Ausgangsstruktur (010); b) Verwenden mindestens eines Test-Parameters für den Lithographiestrahl (060) und Ermitteln einer Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) sowie der hierdurch hervorgerufenen Veränderung des Lithographiestrahls (060) und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur (030); c) Bestimmen mindestens eines Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl (060) derart, dass die durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) verursachte Veränderung des Lithographiestrahls (060) und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur (030) verringert wird; und d) Erzeugen der gewünschten Zielstruktur (030) an der Ausgangsstruktur (010) durch Belichten des Photoresists (100) mittels des mindestens einen Lithographiestrahls (060) unter Verwendung des mindestens einen Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl (060). Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen die lithographische Erzeugung von hochaufgelösten, dreidimensionalen Zielstrukturen (030) mit hoher Präzision an bereits bestehenden nicht-planaren Ausgangsstrukturen (010).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung
einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der direktschreibenden optischen Lithographie und betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur. Unter der nicht-planaren Ausgangsstruktur wird hierbei eine dreidimensionalen Struktur verstanden, welche über eine Oberfläche verfügt, die eine in allen drei Dimensionen des Raums ausgedehnte Topographie aufweist, welche als Träger für eine zusätzliche, durch direktschreibende optische Lithographie erzeugbare Zielstruktur dient. Bei der Ausgangsstruktur kann es sich insbe- sondere um eine nicht-planar strukturierte Oberfläche oder, alternativ oder zusätzlich, um eine Anordnung aus diskreten mikrotechnischen oder mikrooptischen Bauteilen handeln. Darüber hinaus können während des vorliegenden Verfahrens erzeugte Strukturen ebenfalls Teil der Ausgangsstruktur für weitere Zielstrukturen sein und können insbesondere eine zuvor planare Struktur in eine nicht-planare Ausgangsstruktur umformen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur bekannt. Hierbei ist in der Regel ein Effekt beobachtbar, dass ein für die Lithographie eingesetzter Lichtstrahl, welcher im Folgenden als„Lithographiestrahl" bezeichnet wird, in eine Wechselwirkung mit der Ausgangsstruktur tritt. Dies kann einerseits zu einer Beeinflussung des Lithographiestrahls und damit zu einer Veränderung der Zielstruktur führen, indem transparente Teilbereiche der Ausgangsstruktur zu einer Veränderung einer Wellenfront des Lithogra- phiestrahls und damit zu einer Deformation eines Strahlprofils des Lithographiestrahls beitragen oder indem intransparente Teilbereiche der Ausgangsstruktur zu einer Abschattung von Teilen des Lithographiestrahls führen können. Die beschriebenen Auswirkungen können vor allem dann auftreten, wenn der Lithographiestrahl eine hohe numerische Apertur aufweist. Andererseits kann die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur auch zu einer optisch induzierten lokalen Veränderung der Ausgangsstruktur führen. In ähnlicher Weise wie die Ausgangsstruktur können auch Teilbereiche der bereits erzeugten Zielstruktur selbst in Wechselwirkung mit dem Lithogra- phiestrahl treten und diesen entsprechend beeinflussen, insbesondere wenn ein Teilbereich der Zielstruktur an einen bereits erzeugten Teilbereich angrenzt.
Die beschriebenen Auswirkungen können insbesondere bei dreidimensional hochauflösen- den Strukturierungsverfahren, insbesondere der Ein-Photonen UV-Lithographie, oder von Verfahren, welche von Multi-Photonen-Effekten Gebrauch machen, wie z.B. der Zwei- Photonen-Lithographie, beobachtet werden. Diese Strukturierungsverfahren nutzen Lithographiestrahlen mit im Brennpunkt in axialer und lateraler Richtung eng begrenzten Inten- sitätsmaxima, welche zur Erzeugung von ellipsoidalen dreidimensionalen Volumenele- menten, welche auch als„Voxel" bezeichnet werden und die über möglichst geringe Aspektverhältnisse von langer zu kurzer Halbachse verfügen. Hierzu werden Belichtungsoptiken eingesetzt, welche ausgangsseitig eine hohe numerische Apertur aufweisen, so dass ein vom konvergierenden Lithographiestrahl beschriebener Kegel im Wesentlichen ein komplettes Volumen zwischen der Belichtungsoptik und dem Brennpunkt ausfüllt, wodurch der Lithographiestrahl mit allen sich in diesem Volumen befindlichen Teilbereichen der Ausgangsstruktur in Wechselwirkung treten kann. Gleichzeitig sind Form, Größe und Position des mit Multi-Photonen-Polymerisation erzeugten Volumenelements empfindlich in Bezug auf eine Veränderung einer Intensitätsverteilung im Brennpunkt des Lithographiestrahls und damit auch in Bezug auf Veränderungen des Strahlprofils, welche durch Wechselwirkungen mit der Ausgangsstruktur erzeugt werden. Zudem erfordern Mul- ti-Photonen- Verfahren eine hohe optische Leistung, welche in der Regel nur mit gepulsten Lasern als Lichtquellen erreicht werden. Hierdurch können weiterhin Teilbereiche der Ausgangsstruktur, welche dem Lithographiestrahl ausgesetzt sind, beeinflusst werden. Dieses kann auch für die Lithographie im ultravioletten Strahlungsbereich zutreffen, wofür auch kontinuierlich abstrahlende Laser verwendet werden können, deren Strahlen ebenfalls in Wechselwirkung mit der Ausgangsstruktur treten können.
EP 2 067 610 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen durch einen schichtweisen Aufbau, wobei eine planare Oberfläche eines lichthärtenden Harzes beleuchtet und bereits belichtete Strukturen mit Hilfe eines Verschiebetisches innerhalb des Harzbades nach unten bewegt werden. Die lithographische Erzeugung der Zielstruktur findet hier jedoch stets auf der planaren Oberfläche des lichthärtenden Harzes statt. Weitere Verfahren zur lithographischen Erzeugung der Zielstruktur auf einer planaren Oberfläche werden in WO 01/96959 A2, DE 10 2008 054 582 AI, WO 2009/009208 A2, WO 2009/134762 A2 oder US 2010/0003619 AI offenbart. Darüber hinaus offenbart DE 10 2012 010 635 AI ein Verfahren zur Erzeugung von Zielstrukturen auf walzen- oder zylinderförmigen planaren Ausgangsstrukturen. US 2007/0175860 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Zielstrukturen auf nicht-planaren mikrostrukturierten Oberflächen mittels Grautonlithographie. Hierzu wird der Lithographiestrahl moduliert, um die gewünschte Belichtungsdosis auf der Oberfläche des Photoresists zu erhalten, oder der Lithographiestrahl wird auf die nicht-planare Ober- fläche refokussiert. Nachteilig hieran ist, dass der Einsatz von Grautonlithographie nur eine Herstellung von planaren Strukturen mit abgeschrägten Flächen ermöglicht.
WO 2006/138587 A2 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung von Teilbereichen in einem Photoresist, wobei sich der Brechungsindex in den Teilbereichen von anderen Teilberei- chen des Photoresists unterscheidet. Effekte wie eine mögliche Abschattung oder Blockierung des Lithographiestrahls bei der Erzeugung der Teilbereiche bleiben hier jedoch völlig unbeachtet.
US 8,846,160 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Zielstrukturen mittels ther- mischer Polarisation, wobei eine sequentielle Belichtung von benachbarten Volumenelementen mittels eines Laserstrahls erfolgt. Hierzu wird vor dem Objektiv eine Strahlbeobachtung durchgeführt, insbesondere um die Form der Volumenelemente möglichst ideal zu halten. US 2013/0315530 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung von planaren und nicht- planaren optischen und photonischen Zielstrukturen. Hierbei werden verschiedene Komponenten mit unterschiedlicher Funktion im selben Verfahrensschritt hergestellt, um deren relative Ausrichtung zueinander zu verbessern. Hierzu wird ein hybrides direktschreibendes Verfahren eingesetzt, um die nicht-planaren Zielstrukturen mit einem ersten Laser- strahl mittels Zwei-Photonen- Absorption, bevorzugt im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich, und die planaren Zielstrukturen mit einem separaten zweiten Laserstrahl mittels Ein-Pho ton- Absorption, bevorzugt im ultravioletten Spektralbereich, herzustellen.
In D. Radtke et al., Laser lithographic fabrication and characterization of a spherical arti- ficial Compound eye, Optics Express 3067, March 2007, wird Laserlithographie auf runden, konkaven und konvexen Oberflächen zur Herstellung von Linsenstrukturen für künstliche Facettenaugen beschrieben. Hierzu wird ein Positioniersystem eingesetzt, welches dafür sorgt, dass der Lithographiestrahl stets senkrecht auf der zu beschreibenden Oberfläche steht und der optische Weg des Lithographiestrahls während der Belichtung stets gleich ist, um Verformungen in der belichteten Struktur zu vermeiden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Lithographiestrahl die Ausgangsstruktur beeinflusst. Nachteilig hieran ist jedoch eine Einschränkung auf zugängliche Winkel eines hierfür verwendeten Sechs- Achsen Systems, die typischerweise ±10° nicht übersteigen können. D. Radtke et al., Laser lithography on non-planar surfaces, Optics Express, Vol. 15, No. 3, S. 1 167-1174, Februar 2007, beschreiben Verfahren und entsprechende Vorrichtungen zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur, z.B. einer diffraktiven Fresnel-Struktur, auf einer nicht-planaren Oberflache, z.B. der Oberflache einer konvexen Linse, wobei die Lin- se jeweils mit einem Photoresist beschichtet ist und dieser dann mittels eines geeignet fo- kussierten und geführten Laserstrahls strukturiert belichtet wird. Hierbei erfolgt die Belichtung, indem die Oberfläche der zu belichtenden bzw. zu strukturierenden Linse mittels einer beweglichen Belichtungsplattform permanent neu ausgerichtet und so immer perfekt senkrecht zum Schreibstrahl orientiert ist. Hierzu ist es erforderlich, dass Topographie und Konturen der Linse vorher erfasst wurden oder als Modell-Datensatz vorliegen.
H. Nisiyama et al, Si02-based nonplanar structures fabricated using femtosecond laser lithography, Optics Express 17288, October 2008, beschreiben Laserlithographie auf konvexen Si02-Linsen als Ausgangsstruktur zur Herstellung von Strukturen für Mikro- Fresnel-Linsen, welche in einem anschließenden Ätzprozess auf die konvexen Si02-Linsen übertragen werden. Hierzu wird ein Objektiv mit einer geringen numerischen Apertur von 0,5 eingesetzt, um Volumenelemente mit einem Durchmesser von 2-3 μιη zu schreiben. Aufgrund des großen Krümmungsradius der Si02-Linsen von 200-400 μιη bleibt der Lithographiestrahl von der Ausgangsstruktur jedoch im Wesentlichen unbeeinflusst.
Salter et al, Focussing over the edge: Adaptive subsurface laser fabrication up to the sample face; Opt. Express 20, 19978, August 2012, beschreiben ein Verfahren zur Korrektur von Aberrationen, die bei der optischen Strukturierung von Wellenleitern in transparenten Substraten nahe der Substratkante auftreten. Diese Aberrationen werden dadurch verur- sacht, dass es in der Nähe der Substratkante insbesondere bei der Verwendung von Objektiven mit hoher numerischer Apertur zu einer Aufspaltung des vom Objektiv in das transparente Material einfallenden Strahlkegels kommt. Das darin beschriebene Verfahren bezieht sich ausschließlich auf den Anwendungsfall einer Wellenleiterstrukturierung im Innern eines festen transparenten Glassubstrates, das über zwei aufeinander senkrecht ste- hende Flächen mit optischer Qualität verfügt. Dieses Verfahren ist im Hinblick auf die Schreibgeschwindigkeit beschränkt, da die Aberrationskorrektur der Phasenfronten für jeden Punkt des zu erzeugenden Wellenleiters individuell ermittelt und mit Hilfe eines vergleichsweise langsamen räumlichen Lichtmodulators (engl. Spatial Light Modulator; SLM) eingestellt werden muss. Daher werden Schreibgeschwindigkeiten von 0.5 μηι/s genannt, die wesentlich unter den Werten liegen, die für durchsatzstarke direktschreibende Lithographieverfahren benötigt werden.
Aufgabe der Erfindung Ausgehend hiervon, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht- planaren Ausgangsstruktur bereitzustellen, welche die aufgeführten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden.
Insbesondere sollen nachteilige Auswirkungen der Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur möglichst weitgehend verringert oder vollständig vermieden werden, um so die lithographische Erzeugung von hochaufgelösten, dreidimensionalen Zielstrukturen mit hoher Präzision an nicht-planaren Ausgangsstruktu- ren zu ermöglichen. Hierbei sollen insbesondere eine hohe Schreibgeschwindigkeit und damit ein für eine industrielle Fertigung geeigneter Durchsatz ermöglicht werden.
Offenbarung der Erfindung Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe "haben", "aufweisen", "umfassen" oder "einschließen" oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck "A hat B", "A weist B auf, "A umfasst B" oder "A schließt B ein" sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„mindestens ein" und„ein oder mehrere" sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammen- hang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, das das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff„mindestens ein" oder„ein oder mehrere" in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe„bevorzugt",„vorzugsweise",„insbesondere",„beispielsweise" oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und ins- besondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch„in einer Ausführungsform der Erfindung" oder durch„in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung" eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nichtoptionale Merkmale, unangetastet bleiben. In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur.
Der Begriff der„lithographischen Erzeugung" bezeichnet hierbei die Erzeugung der Zielstruktur durch Belichten eines Photoresists in mindestens einem Belichtungsschritt mittels eines Lithographiestrahls oder mittels mehrerer Lithographiestrahlen, welche auch als „Lithographiestrahlenbündel" bezeichnet werden können, und mindestens einem anschließenden Entwicklungsschritt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bezeichnet der„Lithographiestrahl" einen Lichtstrahl, welcher in dem auch als„Lithographie" bezeichneten Verfahren dazu eingesetzt wird, um während des Belichtungsschritts derart in eine Wechselwirkung mit dem Photoresist zu treten, dass der Photoresist in einer Weise verändert wird, dass nach erfolgter Durchführung des Entwicklungsschritts die gewünschte Zielstruktur in dem entwickelten Photoresist erhalten wird. Der Begriff der„Wechselwirkung" bezeichnet hierbei ein gegenseitiges Einwirken des Lithographiestrahl auf den Photoresist und umgekehrt, wodurch deren jeweilige Eigenschaften geändert werden können. Beispielsweise kann der Lithographiestrahl die Löslichkeit des Photoresists innerhalb einem Volumenelements des Photoresists ändern, wobei der Photoresist andererseits Einfluss auf einen Parameter des Lithographiestrahls ausüben kann. Der„Photoresist", welcher auch als„Fotolack" bezeichnet werden kann, umfasst ein lichtempfindliches Material, vorzugsweise ein Polymer, insbesondere ein Acrylat, ein Methyl- methacrylat oder ein Ormocer. Abhängig von Absorptionseigenschaften des ausgewählten lichtempfindlichen Materials kann die Belichtung des Photoresists mit einer Wellenlänge in mindestens einem Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums, vorzugsweise dem sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Spektralbereich erfolgen. Die Belichtung des Photoresists mit dem Lithographiestrahl kann hierbei eine Veränderung einer Eigenschaft des lichtempfindlichen Materials hervorrufen, insbesondere eine Veränderung der optischen Eigenschaften des Photoresists, bevorzugt des Brechungsindex des Photoresists oder eine Löslichkeit von belichteten Teilbereichen des lichtempfindlichen Materials, wobei sich, je nach ausgewähltem Material für den Photoresist, die Löslichkeit verringern (sog. „negativer Photoresist") oder erhöhen (sog.„positiver Photoresist") kann. Je nach Art der Änderung lassen sich somit in dem an den mindestens einen Belichtungsschritt anschließenden Entwicklungsschritt die belichteten Teilbereiche des lichtempfindlichen Materials in dem positiver Photoresist bzw. die unbelichteten Teilbereiche des lichtempfindlichen Materials in dem negativen Photoresist herauslösen, wodurch die Zielstruktur erhalten werden kann.
In sog. „maskenbasierten Lithographieverfahren" kann hierbei zumindest ein Teil der Oberfläche des Photoresists gemeinsam flächig belichtet werden, wobei die unbelichteten Teilbereiche dadurch erhalten werden, dass eine oder mehrere Masken in einen Strahlengang des die Oberfläche des Photoresists beaufschlagenden Lichts eingebracht sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch nicht auf die genannten maskenbasierten Lithographieverfahren, sondern befasst sich mit einem sog.„direktschreibenden Lithographie- verfahren", in dem ein Lithographiestrahl oder mehrere vereinzelte Lithographiestrahlen derart fokussiert auf mindestens ein Volumenelement innerhalb des Volumens des Photoresists gerichtet werden, dass durch die Belichtung des Volumenelements mit dem mindestens einen Lithographiestrahl die gewünschte Eigenschaft des lichtempfindlichen Materials, insbesondere dessen Löslichkeit, innerhalb des Volumenelements verändert wird. Hierbei kann durch sog.„Ein-Photon-Lithographie" bereits die Wechselwirkung eines einzigen Photons mit dem lichtempfindlichen Material genügen, um die gewünschte Eigenschaft zu verändern. Im Unterschied hierzu kann in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung jedoch die Wechselwirkung von zwei oder mehreren Photonen mit dem lichtempfindlichen Material im Rahmen einer sog. „Zwei-Photonen-Lithographie" oder„Mehr-Photonen-Lithographie" eingesetzt werden, um die gewünschte Eigenschaft zu verändern. Bei der Mehr-Photonen-Lithographie wird eine Photonendichte, die proportional zur Intensität ist, erzeugt, welche ausreichend ist, dass zwei oder mehrere Photonen an einer Reaktion beteiligt sein können. Im Spezialfall einer Wechselwirkung zweier Photo- nen wird dieser Effekt als„Zwei-Photonen Lithographie", im allgemeinem Fall von mehreren Photonen als„Mehr-Photonen Lithographie" bezeichnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die hierfür erforderliche Intensität durch einen stark fokussierten, gepulsten Laser erzeugt werden, so dass die hierdurch in dem Photoresist erzeugten Volumenelemen- te, die auch als„Voxel" bezeichnet werden, in der Regel eine ellipsoidale Form annehmen, welche vorzugsweise derart ausgestaltet sind, dass sie ein möglichst geringes Aspektverhältnis von langer zu kurzer Halbachse aufweisen. Alternativ können mindestens zwei Lithographiestrahlen derart ausgerichtet werden, dass sie in einem gemeinsamen Brennpunkt sowohl in axialer als auch in lateraler Richtung über eng begrenzte Intensitätsmaxima ver- fügen. Diese Ausgestaltung wird auch als„Stereo-Lithographie" oder, im allgemeinen Fall von mehreren Lichtstrahlen, als„Mehrstrahl-Lithographie" bezeichnet, wobei sich die Begriffe „Stereo-Lithographie" oder „Mehrstrahl-Lithographie" sowohl auf einen Ein- Photonenprozess als auch auf Mehr-Photonenprozesse beziehen können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff der„Ausgangstruktur" eine bereits bestehende, eine Topographie aufweisende Oberfläche, welche zur Durchführung eines lithographischen Verfahrens zumindest teilweise mit einem Volumen eines Photore- sists versehen wird. Der Begriff der„Zielstruktur" bezeichnet dagegen eine Struktur oder einen Teilbereich einer Struktur, welche durch Anwendung des lithographischen Verfah- rens erzeugt werden sollen. In Bezug auf die vorliegende Erfindung kann zusätzlich ein vorzugsweise mit dem vorliegenden Verfahren bereits erzeugter Teilbereich der Zielstruktur somit auch als Ausgangsstruktur für die Erzeugung eines nachfolgenden Teilbereichs der Zielstruktur verstanden werden. Der Begriff der„Ausgangstruktur" umfasst somit im Allgemeinen nicht nur die zu Beginn der Durchführung des vorliegenden Verfahrens vor- handene Struktur, sondern kann auch eine mit dem vorliegenden Verfahren bereits teilweise hergestellte Zielstruktur betreffen. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn Teilbereiche der Zielstruktur sukzessive hergestellt werden. Ebenso kann eine fertiggestellte Zielstruktur in bei einer weiteren Durchführung des vorliegenden Verfahrens wiederum als Ausgangsstruktur dienen.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung einer Zielstruktur in Form eines optischen Elements, welches aus der Gruppe, umfassend ein refraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element, ein reflektierendes optisches Element, einen optischen Wellenleiter oder eine Kombination hiervon, ausgewählt wird. Weitere Arten von Zielstrukturen sind jedoch denkbar.
Der Begriff„an" bezeichnet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass zumindest ein Teilbereich der gewünschten Zielstruktur an zumindest einen Teilbereich der Ausgangsstruktur angrenzt, wodurch, wie unten näher erläutert wird, die Erzeugung zumindest des Teilbereichs der an die Ausgangsstruktur angrenzenden Zielstruktur zumindest den hierzu benachbarten Teilbereich der Ausgangsstruktur beeinflussen kann. Der Begriff „an" kann hierbei insbesondere einen Teilbereich der Zielstruktur bezeichnen, welcher auf einen in Strahlrichtung auf der Oberfläche gelegenen Teilbereich der Ausgangsstruktur aufgebracht wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Begriff„an" auch insbesondere einen Teilbereich der Zielstruktur bezeichnen, welcher in Strahlrichtung seitlich bezüglich eines Teilbereichs der Ausgangsstruktur erzeugt wird. Andere Ausgestaltungen sind denkbar, etwa die Erzeugung eines Hinterschnitts.
Wie bereits erwähnt, bezieht sich das vorgestellte Verfahren auf die Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur. Der Begriff der„nicht-planaren" Ausgangsstruktur bezeichnet im Unterschied zu einer„planaren Struktur", deren Oberfläche eine nur in zwei Dimensionen des Raums ausgedehnte Topographie besitzt, eine dreidi- mensionale Struktur, welche eine Oberfläche aufweist, die über eine Ausdehnung in allen drei Dimensionen des Raums in Form einer Topographie verfügt, welche als Träger für die Zielstruktur dient. Bei der Ausgangsstruktur kann es sich insbesondere um eine nicht- planar strukturierte Oberfläche oder, alternativ oder zusätzlich, um eine Anordnung aus diskreten mikrotechnischen oder mikrooptischen Bauteilen handeln. Darüber hinaus kön- nen während des vorliegenden Verfahrens erzeugte Strukturen ebenfalls die Ausgangsstruktur für weitere Zielstrukturen bilden. Während es im Falle von planaren Ausgangsstruktur möglich ist, dass der gesamte Lithographiestrahl die planare Oberfläche der planaren Ausgangsstruktur ohne Beeinflussung beaufschlagen kann, kann die Beaufschlagung der nicht-planaren Ausgangsstruktur durch den mindestens einen Lithographiestrahl zu einer Wechselwirkung des mindestens einen Lithographiestrahls oder eines Teilbereichs hiervon mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur führen. Wie eingangs erwähnt, können hierbei transparente Teilbereiche der Ausgangsstruktur eine Veränderung einer Wellenfront des Lithographiestrahlen-Bündels oder eines Teilbereichs hiervon und damit eine Deformation des Strahlprofil des Lithographiestrahls bewirken oder intransparente Teilbe- reiche der Ausgangsstruktur eine Abschattung von Teilen des Lithographiestrahls hervorrufen. Alternativ oder zusätzlich kann die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur auch zu einer optisch induzierten lokalen Veränderung der Ausgangsstruktur oder von Teilbereichen der bereits erzeugten Zielstruktur führen. Die Beaufschlagung der nicht-planaren Ausgangsstruktur durch den mindestens einen Lithographiestrahl kann insbesondere dann zu einer nicht mehr vernachlässigbaren Wechselwirkung des mindestens einen Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur führen, wenn der Lithographiestrahl eine hohe numerische Apertur aufweist. Die „numerische Apertur", abgekürzt„NA", ist eine dimensionslose Zahl, welche sich auf eine fokussierende Eigenschaft eines optischen Elements bezieht. Bei Lithographie-Objektiven für die Zweiphotonenlithographie beträgt die objektseitige NA bevorzugt mehr als 0,5, besonders bevorzugt mehr als 0,8, insbesondere stellenweise mehr als 1, wenn eine Immersionsflüssigkeit verwendet wird oder wenn der Photoresist selbst als Immersionsflüssigkeit dient. Dies kann dazu führen, dass ein von dem konvergierenden Lithographiestrahl beschriebener Kegel im Wesentlichen einen kompletten Bereich zwischen der Belichtungsoptik und dem Brennpunkt des Lithographiestrahls ausfüllen kann und damit mit allen sich in dem Bereich befindlichen Teilbereichen der Ausgangsstruktur in Wechselwirkung treten kann.
Das vorliegende Verfahren zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur umfasst die folgenden Schritte, welche vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, beginnend mit Schritt a) und endend mit Schritt d), durchgeführt werden, wobei ein oder mehrere, insbesondere aufeinanderfolgende Schritte, auch zumindest teilweise gleichzeitig ausgeführt werden können:
a) Erfassen einer Topographie einer Oberfläche einer nicht-planaren Ausgangsstruktur; b) Verwenden mindestens eines Test-Parameters für den Lithographiestrahl und Ermitteln einer Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur sowie der hierdurch hervorgerufenen Veränderung des Lithographiestrahls und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur;
c) Bestimmen mindestens eines Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl derart, dass die durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur verursachte Veränderung des Lithographiestrahls und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur verringert wird; und
d) Erzeugen der gewünschten Zielstruktur an der Ausgangsstruktur durch Belichten des Photoresists mittels des mindestens einen Lithographiestrahls unter Verwendung des mindestens einen Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl.
Gemäß Schritt a) wird die Topographie der Oberfläche der nicht-planaren Ausgangsstruktur erfasst. Wie bereits erwähnt, kann hierbei die Topographie einer bereits bestehenden Oberfläche erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann hierbei ein vorzugsweise mit dem vorliegenden Verfahren bereits erzeugter Teilbereich der Zielstruktur als Ausgangsstruktur für die Erzeugung eines nachfolgenden Teilbereichs der Zielstruktur erfasst werden, insbesondere dann, wenn Teilbereiche der Zielstruktur zeitlich hintereinander hergestellt werden. Der Begriff des„Erfassens der Topographie" bezeichnet hierbei eine Ermittlung von geometrischen Daten der Oberfläche in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, vorzugsweise einem kartesischen Koordinatensystem. Der Einsatz eines anderen Koordinatensystems, insbesondere eines zylindrischen Koordinatensystems oder eines Po- lar-Koordinatensystems kann jedoch, je nach Art der geometrischen Ausgestaltung der Oberfläche vorteilhaft sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung können zur Erfassung der Topographie der nicht- planaren Ausgangstruktur bekannte Daten aus einem Modell der Ausgangsstruktur, insbesondere Design-Daten wie CAD-Daten, herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Topographie der nicht-planaren Ausgangstruktur messtechnisch durch ein oder mehrere für diesen Zweck geeignete Messverfahren ermittelt werden. Vorzugsweise kann hierzu ein optisches Messverfahren eingesetzt werden, wobei eine zugehörige optische Messeinheit in die Lithographie-Einheit integrierbar oder separat hiervon ausgestaltet sein kann. Besonders vorteilhaft kann hierbei eine möglichst präzise Referenzierung der jeweiligen für die Messeinheit und die Lithographie-Einheit eingesetzten Koordinatensysteme sein. Bei den optischen Messverfahren kann die Erfassung der Oberflächentopographie vorzugsweise unter Verwendung einer Immersionsflüssigkeit erfolgen, wobei bei der für die Erzeugung der Zielstruktur vorgesehene Photoresist bevorzugt gleichzeitig als die Immersionsflüssigkeit dienen kann. Ein Verzicht auf die Verwendung der Immersionsflüssigkeit ist jedoch ebenfalls möglich. Zur optischen Erfassung der Topographie der Ausgangsstruktur kann vorzugsweise ein optisches Messverfahren ausgewählt aus der Gruppe um- fassend konfokale Messverfahren, interferometrische Messverfahren, Messverfahren auf Basis von Trilateration, Triangulation oder Streifenprojektion, oder Verfahren der optischen Kohärenztomographie bzw. Kombinationen davon, eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann hierfür eine Kamera eingesetzt werden. Gemäß Schritt b) wird mindestens ein Test-Parameters für den Lithographiestrahl verwendet, um eine dadurch hervorgerufenen Veränderung der zu erzeugenden Zielstruktur in Folge einer Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur zu ermitteln. Hierbei bezeichnet der Begriff des„Test-Parameters" voreingestellte Werte für den Lithographiestrahl, wobei sich die Werte aus fachmännisch geläufigen Überlegungen erge- ben können. Insbesondere kann der Fachmann aufgrund vergleichbarer Ausgangsstrukturen und Zielstrukturen die Werte für die Test-Parameter für den Lithographiestrahl derart festlegen, dass hierdurch die Zielstrukturen möglichst in der gewünschten Weise an den Ausgangsstrukturen gebildet werden. Beispielsweise kann die Intensität des Lithographiestrahls geringfügig unterhalb des Zerstörungsschwellenwerts des Photoresists, aber ober- halb des Veränderungsschwellenwerts des Photoresists gewählt werden, insbesondere um eine möglichst hohe Auflösung für die Zielstruktur zu erreichen. Aufgrund einer Vielzahl an Test-Parametern, gemäß denen der Lithographiestrahl eingestellt werden kann, ergeben sich hierbei jedoch so große Freiheitsgrade, um die die Wechselwirkung des Lithographie- Strahls mit der Ausgangsstruktur oder den bereits geschriebenen Teilbereichen der Zielstruktur auf die vom Fachmann gewünschte Größe einstellen zu können.
Die Verwendung des mindestens einen Test-Parameters für den Lithographiestrahl kann während eines testweise durchgeführten Belichtungsschritts, währenddessen der mit den Test-Parametern eingestellte Lithographiestrahl, welcher auch als„Teststrahl" bezeichnet werden kann, den Photoresist beaufschlagt, erfolgen. Insbesondere können die Test- Parameter, bevorzugt optische Leistung, Pulsdauer, Wellenlänge, Tastverhältnis oder Schreibgeschwindigkeit derart eingestellt werden, dass möglichst keine Veränderung des Photoresists auftritt. Während der Durchführung des Belichtungsschrittes können die Wechselwirkungen des Lithographiestrahls mit der dreidimensionalen Ausgansstruktur messtechnisch erfasst werden, beispielsweise durch die globale oder ortsaufgelöste Detek- tion von Licht, das an der Ausgangsstruktur gestreut oder von dieser reflektiert wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur sowie die hierdurch hervorgerufenen Veränderungen des Lithographiestrahls durch indirekte Verfahren bestimmt werden, welche insbesondere auf einer Erfassung von optisch durch einen Teststrahl angeregter Lumineszenz-Strahlung aus einer Umgebung des Brennpunkts beruhen. Die Lumineszenz- Strahlung kann insbesondere durch Fluoreszenzprozesse im Photoresist entstehen, welche durch Ein- oder Mehrphotonen-Wechselwirkungen des Teststrahls mit dem Photoresist ausgelöst werden. Zur Erfassung der Lumineszenz- Strahlung kann die unten näher beschriebene, auch als„Lithographie-System" bezeichnete Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung der Zielstruktur an der nicht-planaren Ausgangsstruktur hierzu über eine Einheit zur Erfassung der Lumines- zenz-Strahlung, welche auch als „Lumineszenz-Detektionseinheit" bezeichnet werden kann, verfügen. Unter dem Begriff „Lumineszenz-Strahlung" wird im Folgenden eine durch Wechselwirkung mit dem Teststrahl hervorgerufene Lichtemission aus einer Umgebung des Brennpunktes des Teststrahls, insbesondere in Form von Fluoreszenzstrahlung oder Plasmaemission, beschrieben. Der Begriff „Erfassung" der Lumineszenz- Strahlung kann hierbei eine quantitative Messung der Lumineszenz-Leistung umfassen, welche in Form von absoluten Messwerten angegeben werden kann oder sich relativ zu der Lumineszenz-Leistung eines ungestörten Lithographiestrahls beziehen kann.
Der zur Anregung der Lumineszenz- Strahlung eingesetzte Teststrahl kann vorzugsweise von derselben Lichtquelle und Strahlformungseinheit erzeugt werden, welche auch zur Lithographie verwendet wird, wobei die Belichtungsparameter, wie z.B. Pulsleistung, Pulsdauer oder Schreibgeschwindigkeit, so gewählt werden können, dass es hierbei nicht zu einer Vernetzungsreaktion in dem Photoresist kommt. Alternativ kann auch ein geson- derter Teststrahl verwendet werden, welcher von einer eigenen Lichtquelle und einer ggf. dazugehörigen Strahlformungseinheit zur Anregung der Lumineszenz- Strahlung erzeugt wird. Der Teststrahl kann dabei dieselbe oder eine sehr ähnliche Form aufweisen wie der zur Strukturierung verwendete Lithographiestrahl oder aber in bekannter Weise von der Form des Lithographiestrahls abweichen, so dass es möglich ist, von durch den Teststrahl erzeugten Lumineszenz- Signalen auf die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur zu schließen, Hierbei können zusätzlich bestimmte Parameter, wie z.B. die Leistung, die Amplituden- und Phasenverteilung oder die Wellenlänge, des Teststrahls während der Testbelichtung eines bestimmten Volumenelements variiert werden, wobei währenddessen eine Lumineszenz-Leistung gemessen werden kann. Auf diese Weise lassen sich Informationen darüber ermitteln, in welchen Raumbereichen es zu einer Wechselwirkung des Teststrahls mit der dreidimensionalen Ausgangsstruktur kommt. Zur indirekten Bestimmung der zu korrigierenden Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur kann eine vollständige oder teilweise Testbelichtung der Ziel- struktur vorgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich können auch nur ausgewählte Stützpunkte innerhalb oder außerhalb der Zielstruktur mit dem Teststrahl angefahren werden, mit deren Hilfe sich die ortsabhängige Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur durch Interpolationsverfahren und/ oder Extrapolationsverfahren abschätzen lassen kann.
Für hier beschriebenen Verfahren können sich insbesondere solche Lumineszenz-Prozesse eignen, welche auf einer Anregung durch Mehrphotonenprozesse beruhen und bei denen die emittierte Lumineszenz-Leistung zum einen sehr lokalisiert auftritt und zum anderen sehr stark durch eine Deformation der Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brenn- punktes des Lithographiestrahls beeinträchtigt wird. Damit wird es insbesondere möglich, die für Mehrphotonenprozesse relevante Mehrphotonenabsorption in dem Photoresist direkt zu ermitteln. Die Erfassung der Lumineszenz-Strahlung kann örtlich mehr oder weniger stark auf die Umgebung des Brennpunktes eingeschränkt werden und bevorzugt mittels einer Kamera oder mittels eines räumlich selektiven Detektionsverfahrens nach dem Prin- zip der Konfokal-Mikroskopie erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die gesamte, entlang des Lithographiestrahls auftretende Lumineszenz-Leistung integral zu erfassen. Dies kann durch eine Lumineszenz-Detektionseinheit erfolgen, welche einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch einen Strahlteiler Licht aus dem Strahlengang der Lithographie-Systems abgreift. Andere Ausführungsfor- men sind denkbar, beispielsweise in Form einer Lumineszenz-Detektionseinheit, der die Lumineszenz- Strahlung über einen vom Lithographie-Strahlengang vollständig getrennten Lichtpfad zugeführt werden kann. Die Erfassung der Lumineszenz-Strahlung kann spektral aufgelöst, spektral selektiv oder integral über das gesamte Spektrum erfolgen. Zu diesem Zweck kann die Lumineszenz-Detektionseinheit ein Spektrometer oder selektive Filter enthalten, mit denen sich insbesondere die Lumineszenz- Strahlung von der die Lumineszenz anregenden Strahlung trennen lässt. In einer besonderen Ausgestaltung kann die Lumineszenz-Strahlung vorzugsweise direkt durch Mehrphotonenanregung eines Photoinitia- tors hervorgerufen werden. Zwar ist eine Lumineszenz des Photoinitiators in der Regel unerwünscht, da die abgestrahlte Energie nicht mehr zur Polymerisation zur Verfügung steht, allerdings kann in vielen Fällen die ohnehin unvermeidlich Rest-Lumineszenz üblicher Photoinitiatoren auf Basis von Fluoren oder Benzophenon für eine Erfassung ausreichen. In einer weiteren Ausgestaltung können dem Photoresist zur Verbesserung des Mes- sergebnisses zusätzlich Substanzen zugesetzt werden, welche insbesondere für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Lumineszenz-Eigenschaften aufweisen. Dabei kann es sich um Farbstoffe oder um optisch aktive Substanzen handeln, welche in einer besonderen Ausgestaltung der Klasse der Squaraine oder anderer polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffverbindung angehören können. Alternativ oder zusätzlich kann die Testbe- lichtung zunächst mit einem von dem Photoresist unterschiedlichen Testmedium vorgenommen werden, das über geeignete Lumineszenz-Eigenschaften verfügen kann, das jedoch vor der lithographischen Erzeugung der Zielstruktur durch den vorgesehenen Photoresist ersetzt werden kann. Für den Fall, dass die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur durch die Erfassung der Lumineszenz- Strahlung aus dem Brennbereich des Lithographiestrahls indirekt ermittelt wird, kann die in Schritt a) vorgesehene Erfassung der Topographie der nicht planaren Ausgangsstruktur stark vereinfacht werden und vorzugsweise nur eine Bestimmung einer globalen Lage der dreidimensionalen Ausgangs- struktur in einem Koordinatensystem des Lithographie-Systems umfassen.
Die beschriebene Testbelichtung zur Erfassung der Lumineszenz- Strahlung und die darauf aufbauende Ermittlung eines Korrekturparameters kann auch in iterativer Form wiederholt werden, um damit eine Veränderung der zu erzeugenden Zielstruktur aufgrund der Wech- selwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur in zunehmendem Maße zu verringern. In einer besonderen Ausgestaltung kann auf Basis einer ersten Testbelichtung mit einem ersten Teststrahl zunächst ein erster Korrekturparameter oder ein erster Satz an Korrekturparametern für den Teststrahl ermittelt werden, der vorzugsweise auf eine räumlich konstante Emission von Lumineszenz-Leistung abzielt. Der Korrekturpa- rameter bzw. der Satz an Korrekturparametern kann dann für eine weitere Testbelichtung verwendet werden, mit welcher sich verbleibende Variationen der Lumineszenz-Leistung bestimmen und zur Ermittlung eines zweiten Korrekturparameters bzw. eines zweiten Satzes an Korrekturparametern einsetzen lassen. Durch eine iterative Wiederholung dieses Verfahrensschritts können sich vorzugsweise die Einflüsse der Wechselwirkung des Teststrahls und des Lithographiestrahles mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur zunehmend verringern lassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Korrekturparameter aus der Testbelichtung derart bestimmt werden, indem Unterschiede der Propagation des Lithographiestrahls sowie der Propagation des Lumineszenz- Signals berücksichtigt werden, um aus Beobachtung des Lumineszenz- Signals einen möglichst zutreffenden Korrekturparameter bzw. Satz an Korrekturparametern für den Lithographiestrahl ermitteln zu können.
Alternativ oder zusätzlich hierzu können, wenn sowohl ein Modell der Ausgangsstruktur bzw. der bereits erstellen Teile der Zielstruktur als auch ein Modell der gewünschten Zielstruktur, insbesondere in Form Design-Daten wie CAD-Daten, vorliegt, entsprechende Simulationen oder Abschätzungen auf Basis bekannter Parameter des Lithographie- Systems durchgeführt werden. Die Durchführung von Simulationen ermöglich es insbesondere, die Schritte b) und c) mehrfach, vorzugsweise in iterativer Form zu wiederholen, vor allem um die Veränderung der zu erzeugenden Zielstruktur aufgrund der Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur in zunehmendem Maße zu verringern.
Insbesondere durch Vergleich mit der in Schritt a) erfassten Topographie der nicht- planaren Ausgangstruktur lassen sich während Schritt b) auftretenden Veränderungen der des Lithographiestrahls aufgrund der Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur bzw. mit den bereits erzeugten Teilbereichen der Zielstruktur ermitteln. In diesem Zusammenhang kann es alternativ oder zusätzlich vorteilhaft sein zu ermitteln, inwieweit die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur auch die Zielstruktur tatsächlich verändert. Bei einer teilweisen Abschattung des Lithographiestrahls kann es beispielsweise bereits ausreichen zu ermitteln, welcher Teil des Querschnitts des Lithographiestrahls abgeschattet wird, um dessen Leistung anpassen zu kön- nen. Der Begriff der„Veränderung des Lithographiestrahls" bezieht sich hierbei auf mindestens eine beobachtbare Änderung mindestens eines Parameters des Lithographie- Systems, welche in Folge der Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangstruktur bzw. mit den bereits erzeugten Teilbereichen der Zielstruktur auftritt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann hierbei die Veränderung des Lithographiestrahls insbesondere durch Abschattung oder Reflexion des Lithographiestrahls an den Ausgangsstrukturen bzw. den bereits erzeugten Teilbereichen der Zielstruktur oder durch plasmonische Verstärkung des Lithographiestrahls an metallischen Bereichen an den Ausgangsstrukturen bzw. den bereits erzeugten Teilbereichen der Zielstruktur erfolgen. Die Verän- derungen des Lithographiestrahles kann, muss aber nicht zu einer funktionsrelevanten Änderung der mit diesem Lithographiestrahl erzeugten Zielstruktur führen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Ermittlung der Veränderungen des mindes- tens einen Lithographiestrahls oder der dadurch verursachten Veränderungen an der zu erwartenden Zielstruktur individuell für jedes zu belichtende Volumenelement der Zielstruktur erfolgen. Alternativ kann eine Gruppe von Volumenelementen betrachtet werden, welche denselben oder sehr ähnlichen Beeinträchtigungen des Lithographiestrahls unterworfen sind. In dieser Ausgestaltung lassen sich die Veränderungen vorzugsweise als Funktion einer oder mehrere Koordinaten eines Mittelpunkts eines Volumenelements beschreiben. In einem ersten Fall kann dies für eine für den Lithographiestrahl intransparente Kante zutreffen, welche eine derartige Abschattung bewirkt, dass hierdurch ein Abfall der Intensität im Brennpunkt des Lithographiestrahls und somit eine Deformation der Intensitätsverteilung in einer Umgebung des Brennpunkts in Abhängigkeit vom Abstand von der Kante auftritt. In einem weiteren Fall kann dies für eine Umgebung eines transparenten Teilbereichs der Ausgangsstruktur zutreffen, in welcher eine Verzerrung des Lithographiestrahls, folglich ein Abfall der Intensität im Brennpunkt des Lithographiestrahls und somit eine Deformation der Intensitätsverteilung in der Umgebung auftritt. Darüber hinaus kann zusätzlich zu dem Abfall der Intensität im Brennpunkt und der Deformation der Intensi- tätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts eine Verschiebung des Mittelpunkts des belichteten Volumenelements relativ zum geometrischen Brennpunkt des Lithographiestrahls auftreten.
Gemäß Schritt c) wird mindestens ein Korrektur-Parameter für den mindestens einen Li- thographiestrahl bestimmt. Der Begriff des „Korrektur-Parameters" bezeichnet hierbei geänderte Parameter für den mindestens einen Lithographiestrahl, welche insbesondere auf Basis der während Schritt b) erfassten Veränderungen des mindestens einen Lithographiestrahls aufgrund dessen Wechselwirkung mit der Ausgangstruktur bestimmt werden, welche eine Veränderung des Lithographiestrahls und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur bewirken. Vorzugsweise kann die Bestimmung des Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl individuell für jedes zu belichtende Volumenelement der Zielstruktur erfolgen. Alternativ kann eine Gruppe von Volumenelementen betrachtet werden, welche denselben oder sehr ähnlichen Beeinträchtigungen des Lithographiestrahls unterworfen sind. Der mindestens eine Korrektur-Parameter wird hierbei derart bestimmt, dass die Verände- rung des Lithographiestrahls aufgrund seiner Wechselwirkung mit der Ausgangsstruktur verringert wird, um auf diese Weise eine Beeinträchtigung des Lithographiestrahls durch die bereits bestehende Ausgangsstruktur und/oder mindestens einen bereits erzeugten Teil- bereich der Zielstruktur zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensieren zu können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der mindestens eine Korrektur-Parameter dadurch bestimmt, dass mindestens eine Anpassung des Lithographiestrahls erfolgt, wobei der mindestens eine Korrektur-Parameter vorzugsweise ausgewählt werden kann aus der Gruppe umfassend die Anpassung
- einer optischen Leistung,
- mindestens einer Wellenlänge,
- einer Schreibgeschwindigkeit,
- eines Querschnitts,
- eines Amplitudenprofils,
- eines Phasenprofils, und/oder
- einer Position
mindestens eines Bereichs des Lithographiestrahls, d.h. des gesamten Lithographiestrahlen-Bündels oder lediglich eines ausgewählten Bereichs hiervon. In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Einstellung des mindestens einen Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl durch die Anpassung einer von dem Lithographiestrahl durchquerten Strahlformungseinheit, welche unten näher beschrieben wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Anpassung der optischen Leistung des Lithographiestrahls erfolgen. Dadurch lassen sich insbesondere die Auswirkungen einer teilweisen Verzerrung und/oder einer teilweisen Abschattung des Lithographiestrahls zumindest teilweise kompensieren. Beispielsweise kann die Leistung des Lithographiestrahls derart angepasst werden, dass sie geringfügig unterhalb des Zerstörungsschwellenwerts des Photoresists, jedoch oberhalb des Veränderungsschwellenwerts des Photoresists verbliebt, auch wenn der Lithographiestrahl zumindest teilweise abgeschattet und/oder verzerrt wird. Beispielsweise können die Auswirkungen einer mit dem Lithographiestrahl interagieren- den transparenten oder intransparenten Kante durch eine Erhöhung der optischen Leistung des Lithographiestrahls beim Annähern des Lithographiestrahls an die Kante kompensiert werden. Für den Fall, dass ein gepulster Lithographiestrahl eingesetzt wird, ist es möglich, die optische Leistung des Lithographiestrahls durch Wahl eines Tastverhältnis, einer Wie- derholrate, einer Form und/ oder einer Dauer der hierfür verwendeten optischen Pulse anzupassen. Eine derartige Art der Anpassung kann insbesondere bei Mehr-Photonen- Prozessen, welche sehr empfindlich von einer Spitzenleistung der verwendeten optischen Pulse abhängen, vorteilhaft sein. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Anpassung der Schreibgeschwindigkeit, mit welcher der Lithographiestrahl den Photoresist in lateraler Richtung überstreicht, erfolgen. Insbesondere indem die Bewegungsgeschwindigkeit des Brennpunkts des Lithographiestrahls im Photoresist angepasst wird, kann - bei konstanter optischer Leistung - die mittels des Lithographiestrahls deponierte Dosis im Photoresist mit abnehmender Geschwindigkeit zunehmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Anpassung des Querschnittes des Lithographiestrahls erfolgen. In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, einen durch die Topographie der Ausgangsstruktur veränderten Bereich des Strahlengangs abzuschatten, beispielsweise um eine Beschädigung der Ausgangsstruktur durch eine starke Bestrahlung bei einer Lithographiewellenlänge zu verhindern oder um Veränderungen des Polymerisationsprozesses im Photoresist durch Interferenz des ungestörten Bereichs des Lithographiestrahls mit dem durch die Ausgangsstruktur veränderten Bereich des Lithographiestrahls zu vermeiden. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn optisch hochbrechende stark absorbierende oder stak reflektierende, beispielsweise metallische Elemente der Ausgangsstruktur mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehen. In diesem Fall kann durch lokale Überhöhungen des elektrischen Feldes oder durch absorptionsinduzierte Erwärmung eine Zersetzung des Photoresists auftreten, welche zu einer Blasenbildung oder zu einer Mikro-Explosion führt und dadurch die Zielstruktur und/oder die Ausgangsstruktur unbrauchbar macht. In ähnlicher Weise kann eine Verringerung des Querschnittes des Lithographiestrahls eine teilweise Abschattung des Lithographiestrahls bewirken, welche dazu beitragen kann, Interferenzeffekte abzuschwächen oder zu vermeiden, die durch Ausgangsstrukturen verursacht werden, welche bei der Lithographiewellenlänge reflektierende Teilbereiche aufweisen. Hierzu kann beispielsweise die Form des Lithographiestrahls derart verändert werden, dass möglichst keine oder höchstens eine geringe räumliche Überlappung zwischen dem einfallendem Lithographiestrahl und einem durch die reflektierenden Teilbereiche erzeugten Lithographiestrahl auftreten können. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Anpassung einer Positionierung des Lithographiestrahls in Bezug auf eine Struktur in dem Photoresist erfolgen. Die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur kann zu einer Verzerrung des Strahlengangs und damit zu einer Abweichung des Brennpunkts des verzerrten Lithographiestrahls von einem nominellen Brennpunkt eines ungestört im Photoresist propagieren- den fiktiven Lithographiestrahls führen. Diese Abweichung kann beispielsweise dadurch kompensiert werden, dass die Position des zum fiktiven ungestörten Lithographiestrahl gehörenden nominellen Brennpunkts durch eine Ansteuerung einer Strahlformungseinheit, welche zu einer Beeinflussung einer Amplituden- oder Phasenverteilung des Lithographie- Strahls eingerichtet ist, korrigiert werden kann. Alternativ lässt sich die Abweichung des Brennpunkts des verzerrten Lithographiestrahls vom nominellen Brennpunkt eines ungestört im Photoresist propagierenden fiktiven Lithographiestrahls durch eine entsprechende Anpassung der Strahlposition durch Scanspiegel des Lithographie-Systems kompensieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann eine Anpassung mindestens einer Lithographiewellenlänge erfolgen. Wie bereits erwähnt, kann es bei einer Ausgangsstruktur, welche über bei der Lithographiewellenlänge λι stark reflektierende Teilbereiche verfügt, zu unerwünschten Interferenzen zwischen einfallendem und reflektiertem Licht kommen. Diese daraus resultierenden Veränderungen der belichteten Struktur können durch die eine dynamische Anpassung der Lithographiewellenlänge λι oder durch die Verwendung zusätzlicher Lithographiewellenlängen λ2, λ3, ... abgeschwächt oder verhindert werden. Beispielsweise ist es möglich, die Lithograhiewellenlänge λι während des Belichtungsschritts so anzupassen, dass keine oder nur eine geringe Reflektion des Lithographiestrahls durch die Ausgangsstruktur erfolgt. Bei dielektrischen Schichtstapeln kann die Lithographiewellenlänge λι derart gewählt werden, dass sie den Schichtstapel durchdringt und so nur eine geringe Reflektion aufweist. Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn eine zweite Wellenlänge λ2 eingesetzt wird, welche keine oder nur eine sehr geringe Reflektion durch die Ausgangsstruktur erfährt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Wellenlänge λ3 auch so gewählt werden, dass sie im Vergleich zur ersten Lithographiewellenlänge λι stark phasenverschoben reflektiert wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die durch die Interferenzen bei der ersten Lithographiewellenlänge λι entstehenden räumlichen Veränderungen der Intensität teilweise oder vollständig kompensiert werden. Die Verwendung weiterer Wellenlängen kann hierbei entweder dynamisch und im Laufe des Lithographieverfahrens variabel oder statisch erfolgen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann die Anpassung lediglich einen Teilbereich des Lithographiestrahls betreffen. Die Veränderung der Intensitätsverteilung in einem Volumenelement durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangs- struktur kann durch eine Veränderung, insbesondere eine Verzerrung, des Lithographiestrahls oder eines Bereichs des Lithographiestrahls ganz oder teilweise kompensiert werden. Zu diesem Zweck kann die Strahlformungseinheit eine räumlich variable Amplituden- Modulation und/oder Phasen-Modulation auf den Schreibstrahl aufprägen, welche auf die für das jeweilige Volumenelement oder die ausgewählte Gruppe von Volumenelementen zu erwartenden Veränderungen angepasst ist. Alternativ oder zusätzlich kann hierbei ein Teilbereich des Lithographiestrahls auch vollständig blockiert werden. Die Anpassung kann einzelne Maßnahmen oder Kombinationen hiervon betreffen. Zur Quantifizierung der Veränderungen des Lithographiestrahls sowie der daraus resultierenden Veränderungen der Intensitätsverteilung im Brennpunkt können hierzu neben der Oberflächentopographie weitere Informationen herangezogen werden, beispielsweise über Zusammensetzung und optische Eigenschaften der Teilbereiche der Ausgangsstruktur, welche den Lithographiestrahl beeinflussen können. Wie bereits erwähnt, kann der Korrektur-Parameter separat für jedes Volumenelement oder für eine ganze Gruppe von Volumenelementen, welche ähnlichen Beeinträchtigungen unterworfen sind, bestimmt und eingestellt werden. Die Bestimmung und Einstellung des Korrektur-Parameters für Gruppen von Volumenelementen kann sich insbesondere dann anbieten, wenn die Einstellung des Korrekturparameters vergleichbar viel oder mehr Zeit in Anspruch nimmt als die Belichtung eines Volumenelements. In diesem Fall kann eine individuelle Anpassung des Korrektur-Parameters für jedes Volumenelement unweigerlich zu einer starken Verringerung der Schreibgeschwindigkeit und damit des Durchsatzes führen. Die kann vorzugsweise dann zutreffen, wenn der Korrektur-Parameter mittels eines räumlichen Modulators für Licht (SLM) eingestellt wird, dessen Antwortzeiten vergleichbar oder wesentlich größer sind also die Belichtungszeiten eines Volumenelements. Bei einer erfindungsgemäßen Umsetzung der Korrekturverfahren können die Korrekturstrategie und insbesondere die Gruppen der durch einen einzigen Wert des Korrekturparameters adressierten Volumen- elemente so gewählt, dass die Schreibgeschwindigkeit bevorzugt mehr als 0.1 mm/s, besonders bevorzugt mehr als 1 mm s, und ganz besonders bevorzugt mehr als 10 mm/s beträgt.
In einer besonderen Ausgestaltung können auch zwei Korrektur-Parameter gleichzeitig variiert werden, wobei für einen ersten Korrektur-Parameter eine individuelle Anpassung für jedes einzelne Volumenelement vorgenommen wird, während die Werte für einen zweiten Korrekturparameter für eine Gruppe von Volumenelementen beibehalten werden. Dies kann sich dann anbieten, wenn die Einstellung des ersten Korrekturparameters schnell erfolgen kann, während die Einstellung des zweiten Korrekturparameters mehr Zeit in An- spruch nimmt. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann mit dem ersten, schnell einstellbaren Korrekturparameter vorzugsweise eine kontinuierliche Variation der Lithographie- Leistung vorgenommen werden, während mit dem zweiten, langsam einstellbaren Korrekturparameter eine abschnittsweise konstante Anpassung einer Amplitudenverteilung und/oder einer Phasenverteilung in dem im Strahlquerschnitt vorgenommen und ohne Än- derung auf eine ganze Gruppe von Volumenelementen angewandt werden kann. Diese Ausgestaltung kann insbesondere die Kombination eines SLM zur abschnittsweisen Formung des Strahlquerschnittes mit einer schnellen Anpassung der Lithographie-Leistung über die Modulation der Lichtquelle oder über einen externen optischen Modulator ermöglichen.
In einer weiteren besonderen Ausgestaltung kann insbesondere bei Zielstrukturen mit gro- ßen Volumina die Zielstruktur in einen inneren Teilbereich und in einen oberfiächennahen Teilbereich zerlegt werden, wobei unterschiedliche Korrektur-Parameter für den inneren Teilbereich und den oberflächennahen Teilbereich verwendet werden. Für den oberfiächennahen Teilbereich kann hierbei der Korrektur-Parameter unter der Maßgabe einer größtmöglichen Maßhaltigkeit und Oberflächengüte der Struktur bestimmt werden und kann daher im Hinblick auf eine hierfür vorteilhafte Form des Volumenelements ausgewählt und optimiert werden, während für den inneren Teilbereich der Zielstruktur die Maßgabe einer hohen Schreibgeschwindigkeit, einer möglichst homogenen Polymerisie- rung und/oder einem geringem algorithmischen Aufwand angelegt wird. In einer besonderen Ausgestaltung können die Schritte b) und c) mehrfach wiederholt werden, insbesondere um eine iterative Annäherung an möglichst vorteilhafte Korrektur- Parameter zu erzielen. Auf diese Weise kann eine bessere Kompensation der Veränderungen des Lithographiestrahls aufgrund der Wechselwirkung mit der Ausgangsstruktur erzielt werden.
Gemäß Schritt d) erfolgt das Belichten des Photoresists mittels des mindestens einen Lithographiestrahls unter Verwendung des mindestens einen Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl, wodurch die gewünschte Zielstruktur an der Ausgangsstruktur erzeugt wird. Eine Nachführung der ortsabhängigen Lithographie-Parameter kann hierbei kontinu- ierlich gemeinsam mit der Bewegung des Lithographiestrahls relativ zur nicht-planaren Ausgangsstruktur erfolgen oder, alternativ, abschnittsweise, so dass Gruppen von Volumenelementen unter Verwendung derselben Korrektur-Parameter belichtet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorteilhaft, einen durch die nicht-planare Aus- gangsstruktur veränderten Bereich, Teil oder Teilbereich des Lithographiestrahls durch eine Einstellung der Strahlformungseinheit zu modifizieren und gleichzeitig den von der nicht-planaren Ausgangsstruktur nicht veränderten Bereich, Teil oder Teilbereich des Lithographiestrahls derart zu beeinflussen, dass sich eine gewünschte geometrische Eigenschaft im Bereich des zu erzeugenden Volumenelements ergibt. Hierbei kann der mindes- tens eine Korrektur-Parameter vorzugsweise gemäß den folgenden Teilschritten i) bis iii) bestimmt werden: i) Ermitteln eines ersten Bereichs des Lithographiestrahls, in welchem der Lithographiestrahl einen Mittelpunkt des Volumenelements ohne Wechselwirkung mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur erreicht;
ii) Ermitteln eines zweiten Bereichs des Lithographiestrahls, in welchem der Lithographiestrahl auf einem Weg zu dem Mittelpunkt des Volumenelements mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur in Wechselwirkung tritt; und
iii) Modifizieren des ersten Bereichs oder des zweiten Bereichs des Lithographiestrahls durch eine Einstellung mindestens eines Teilbereichs der Strahlformungseinheit.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann Teilschritt iii) sowohl ein Blockieren des zweiten Bereichs des Lithographiestrahls durch eine Einstellung eines zweiten Teilbereiches der Strahlformungseinheit als auch ein Ermitteln einer Einstellung für den ersten Teilbereich der Strahlformungseinheit in einer Weise, dass ein Intensitätsmaximum des zweiten Bereichs des Lithographiestrahls im Mittelpunkt des Volumenelements auftritt, umfassen.
Insbesondere kann das Ermitteln einer Einstellung des mindestens einen Teilbereichs der Strahlformungseinheit während Teilschritt iii) derart erfolgen, dass für die sich im Bereich des Volumenelements einstellende Intensitätsverteilung eine geometrische Eigenschaft, insbesondere ein Gütekriterium in Form einet Testmetrik, festgelegt wird. Die gewünschte geometrische Eigenschaft kann hierbei vom verwendeten Lithographieverfahren abhängen und kann eine festgelegte Art einer räumlichen Ausdehnung des Intensitätsmaximums um den Mittelpunkt des Volumenelements vorsehen, beispielsweise eine Halbwertsbreite des Volumenelements. Die zugehörige Einstellung der Strahlformungseinheit lässt sich dann z.B. auf Basis eines geeigneten Modells numerisch ermitteln. Hierzu kann beispielsweise ein Gütekriterium definiert werden, das eine gegebene geometrische Eigenschaft durch eine reelle Zahl bewertet, wobei das Gütekriterium durch geeignete direkte oder iterative Verfahren optimiert werden kann. Bei auf Zwei-Photonen-Polymerisation beruhenden Verfahren ist es beispielsweise wünschenswert, eine räumlich möglichst konzentrierte Intensitätsverteilung mit einer möglichst hohen Spitzenintensität und einer möglichst geringen räumlicher Ausdehnung in alle drei Raumrichtungen erhalten. Zu diesem Zweck lässt sich z.B. eine Summe von zentralen Momenten zweiter Ordnung der Intensitätsverteilung als zu minimierende Zielgröße verwenden.
In einer alternativen Ausgestaltung kann, insbesondere bei Kenntnis der im zweiten Bereich des Lithographiestrahls auftretenden Veränderungen, Teilschritt iii) derart durchgeführt werden, dass eine die Veränderung kompensierende Einstellung des zweiten Teilbereichs der Strahlformungseinheit vorgenommen wird. Die genaue Einstellung des zweiten Teilbereichs kann dabei ebenfalls auf die Optimierung des von der geometrischen Eigen- schaft des Volumenelements abgeleiteten Gütekriteriums abzielen. Entsprechend kann sich die Optimierung dann auch über den gesamten Querschnitt des Lithographiestrahls erstrecken, wobei die Auswirkung der Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur durch ein geeignetes Modell berücksichtigt wird. Bei geeigne- ter Auslegung der Strahlformungseinheit ist es weiterhin möglich, optische Leistung aus dem ersten Bereich in den zweiten Bereich des Lithographiestrahls zu verlagern.
In allen Teilschritten i) bis iii) können neben der Einstellung der Strahlformungseinheit weitere Korrektur-Parameter ermittelt werden. So kann es vorteilhaft sein, die Einstellung der Strahlformungseinheit mit einer auf diese Einstellungen abgestimmten Anpassung der optischen Leistung im Lithographiestrahl oder mit einer Anpassung von Pulsdauern oder Tastverhältnissen zu kombinieren.
Mittels der Teilschritte i) bis iii) lässt sich die Einstellung der Strahlformungseinheit sepa- rat für jedes Volumenelement oder, alternativ, für eine Gruppe von Volumenelementen ermitteln. Zur Ermittlung des zweiten Bereichs ist es im letzteren Fall vorteilhaft, sicher zu stellen, dass der zweite Bereich des Lithographiestrahls für keines der Volumenelemente aus der betroffenen Gruppe der Volumenelemente mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur in Wechselwirkung tritt. Das bietet sich beispielsweise dann an, wenn die Zielstruktur gro- ße Bereiche mit nahezu identischen raumwinkelabhängigen Profilen aufweist oder die Belichtungsdauer für einzelne Volumenelemente wesentlich geringer ist als die Zeit, die zur Re-Konfiguration der optischen Strahlformungseinheit erforderlich ist. Letzteres kann typischerweise der Fall sein, wenn die laterale Positionierung des Lithographiestrahls durch einen spiegelbasierten Strahlscanner mit Antwortzeiten im Sub-Millisekunden-Bereich erfolgt, während die zur Strahlformung verwendeten Elemente, wie z.B. ein räumlicher Modulator für Licht (SLM), Antwortzeiten im Millisekunden-Bereich aufweisen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine auch als„Lithographie- System" bezeichnete Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur durch Belichten eines Photoresists mittels mindestens einem Lithographiestrahl nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst hierbei mindestens:
- eine Lithographie-Einheit zur Erzeugung eines Lithographiestrahls und zur Positionierung des Lithographiestrahls innerhalb eines Photoresists;
- eine Strahlformungseinheit, welche zu einer Beeinflussung einer Amplituden- und/oder Phasenverteilung des Lithographiestrahls eingerichtet ist; und
- eine Datenverarbeitungseinheit, welche zu einer Ansteuerung der Lithographie- Einheit und der Strahlformungseinheit eingerichtet ist, wobei die Datenverarbei- tungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, um Strukturdaten der zu erzeugenden Zielstruktur und Korrekturdaten zur Korrektur der durch eine Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur hervorgerufenen Veränderung des Lithographiestrahls zu speichern.
Die Lithographie-Einheit dient somit zur Erzeugung des Lithographiestrahls und zur Positionierung des Lithographiestrahls innerhalb des Photoresists, welcher gleichzeitig auch als Immersionsflüssigkeit verwendet werden kann. Die Positionierung des Lithographiestrahls kann hierbei durch die Bewegung des Lithographiestrahls, z.B. mittels Strahlscannern, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verschiebung der Ausgangsstruktur mittels einer Verschiebeeinrichtung, insbesondere eines Verschiebetisches, auf welchem die Ausgangsstruktur angeordnet ist, vorgenommen werden. Die Lithographie-Einheit kann eine optische Lichtquelle mit steuerbarer Ausgangsleistung umfassen, z.B. eine Lichtquelle konstanter Ausgangsleistung und einem nachgeschalteten optischen Modulator. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die Bewegung des Lithographiestrahls und die Anpassung der im Strahl geführten optischen Leistung synchronisiert werden können. Damit wird es beispielsweise möglich, beim Annähern des Brennpunkts an eine den Lithographiestrahl verändernde Kante der nicht-planaren Ausgangsstruktur die optische Leistung im Lithographiestrahl beim Annähern an die Kante zu erhöhen.
Der Begriff der„Strahlformungseinheit" bezeichnet ein optisches System, welches dazu eingerichtet, um die Amplituden- und Phasenverteilung des Lithographiestrahls einzustellen. Die Strahlformungseinheit kann, sofern entsprechend kurze Antwortzeiten vorliegen, vorzugsweise synchron zur Strahlbewegung angesteuert werden. Alternativ kann sie so betrieben werden, dass für Teilbereiche der Zielstruktur dieselben Einstellungen der Strahlformungseinheit verwendet werden. Die Strahlformungseinheit kann vorzugsweise mindestens ein steuerbares optisches Element aufweisen, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend räumliche Modulatoren für Licht {spatial light modulator, SLM), Mik- rospiegelarrays, Flüssigkristall-Arrays, deformierbare Spiegel, oder steuerbare Blenden. Darüber hinaus kann sie über andere optische Systeme mit steuerbaren oder nichtsteuerbaren optischen Bauteile, wie z.B. Linsen, Spiegel, Beugungsgitter, diffraktive optische Elemente oder Hologramme, verfügen. Die optischen Elemente können hierbei in Reflektion oder Transmission betrieben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Strahlformungseinheit aus einem räumlichen Lichtmodulator bestehen, welcher räum- lieh vor dem Lithographie-Objektiv angebracht ist und eine Modulation von Amplitude und Phase im Querschnitt des Lithographiestrahls erlaubt. Alternativ kann die Strahlmodifikationseinheit räumlich vor einem optischen Scanner angebracht werden, so dass die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Strahlformungseinheit unbeeinflusst von einer Bewegung des Lithographiestrahls bleibt.
Die Datenverarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, um die optische Lithographie-Einheit sowie die Strahlformungseinheit anzusteuern. Die Datenverarbeitungseinheit verfügt hierzu über einen Datenspeicher, in dem Strukturdaten der zu erzeugenden Zielstruktur und Korrekturdaten zur Korrektur der durch die Interaktion des Lithographiestrahls mit der dreidimensionalen Ausgangsstruktur hervorgerufenen Störungen hinterlegt sind. Abhängig von Speicherkapazität und Rechenleistung der Datenverarbeitungseinheit können die Strukturdaten und die Korrekturdaten für die komplette Zielstruktur hinterlegt sein oder, alternativ, werden die Strukturdaten und/oder die Korrekturdaten nur für jeweils einen Teilabschnitte der Zielstruktur gespeichert und bei Bedarf aus einer externen Datenverarbeitungseinheit nachgeladen. Die Korrekturdaten können direkt als Steuerdaten für die optische Lithographie-Einheit und/oder für die Strahlformungseinheit abgelegt werden. Vorzugsweise umfassen die Korrekturdaten hierzu die gemäß Schritt c) ermittelten Korrektur-Parameter. Die Erfassung der nicht-planaren Ausgangsstruktur in Verbindung mit einem Modell des Lithographie- Systems kann dabei durch die Datenverarbeitungseinheit des Lithographie-Systems und/oder durch die externe Datenverarbeitungseinheit durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Strukturdaten und/ Korrekturdaten in einem Datenspeicher abgelegt werden, aus denen die Datenverarbeitungseinheit Steuerdaten für die optische Lithographie-Einheit und/oder für die Strahlformungseinheit erzeugen kann. Zur Verarbeitung von bekannten Daten aus einem Modell der Ausgangsstruktur, insbesondere von Design-Daten wie CAD-Daten, zur Durchführung der in Schritt a) beschriebenen Erfassung der Topographie der nicht-planaren Ausgangstruktur kann die Datenverarbeitungseinheit und/oder die externe Datenverarbeitungseinheit eingesetzt werden. Alternativ dazu können auch messtechnische Verfahren zum Einsatz kommen. Zu diesem Zweck kann das Lithographie-System zusätzlich über eine optische Messeinheit verfügen. Die optische Messeinheit kann hierbei vorzugsweise auf dem Prinzip der Konfokal- Mikroskopie, der optischen Kohärenztomographie, der Triangulation, der Streifenprojektion, der Interferometrie oder der optischen Laufzeitmessung beruhen. Alternativ oder zusätzlich kann die optische Messeinheit eine Kamera aufweisen. Ferner ist es möglich, zur messtechnischen Erfassung der Oberflächentopographie der dreidimensionalen Ausgangsstruktur zumindest teilweise dieselben optischen Elemente zu verwenden, die auch für die lithographische Erzeugung der Zielstruktur eingesetzt werden. Damit lassen sich in vor- teilhafter Weise Abbildungsfehler der Optiken des Lithographie-Systems und/oder der optischen Messeinheit zumindest teilweise kompensieren.
Für weitere Einzelheiten in Bezug auf die vorliegende Vorrichtung wird auf die Beschrei- bung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur auf. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe tritt überall dort auf, wo nicht-planare hochaufgelöste Zielstrukturen mit hoher Präzision und Formtreue an bestehenden Ausgangsstrukturen erzeugt werden sollen. Neben Anwendungen im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie ist ein Einsatz auch in einem weiten Bereich der Laser-Materialbearbeitung, z.B. dem Laserauftragsschweißen, an vorgefertigten nicht-planaren Ausgansstrukturen denkbar.
Erfindungsgemäße Verfahren können z.B. bei der Herstellung photonischer Wirebonds gemäß US 8,903,205 B2 oder US 9,034,222 B2 zum Einsatz kommen, insbesondere dann, wenn ein photonischer Wirebond realisiert werden soll, der unmittelbar an die vertikale Facette eines integriert optischen Chips anschließt. Dies ist beispielsweise bei der Anbin- dung von facettenemittierenden Lasern oder Halbleiterverstärkern oder von silizium- photonischen Chips mit entsprechend präparierten Koppelstellen an der Chipkante der Fall. Ähnliche Probleme wie bei der Anbindung photonischer Wirebonds an vertikale Facetten halbleiterbasierter integriert-optischer Chips ergeben sich auch bei der Ankopplung an optische Fasern, an vertikale Facetten von Glas-basierten Chips oder an planare oder nicht- planare, insbesondere gewölbte Seitenflächen von Körpern, welche bei der Lithographiewellenlänge optisch transparent sind, wie z.B. Linsen. Allerdings kommt es hier nicht not- wendigerweise zu einer vollständigen Abschattung des mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur in Wechselwirkung stehenden Bereichs des Lithographiestrahls, da der zugehörige Teilbereich des Lithographiestrahls die transparente, nicht-planare Ausgangsstruktur durchdringen kann. Das Material des mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehenden Teilbereiches der nicht-planaren Ausgangsstruktur unterscheidet sich im Allgemei- nen im Hinblick auf den Brechungsindex vom meist als Immersionsflüssigkeit verwendeten Photoresist, was zu einer Störung von Phasenfronten im Bereich des Lithographiestrahls und damit zu einer Deformation der Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts des Lithographiestrahls führen kann. Erfindungsgemäße Verfahren lassen sich nicht nur bei der Herstellung photonischer Wirebonds, sondern auch zur lithographischen Erzeugung von Mikrolinsen an dreidimensionalen Ausgangsstrukturen wie z.B. facettenemittierenden integriert-optischen Chips verwenden. Um Eigenschaften mikrofluidischer Kanäle und Systeme beeinflussen zu kön- nen, kann es weiterhin sinnvoll sein, die Oberfläche dieser nicht-planaren Strukturen zu modifizieren. Hierbei kann es zu einer partiellen Beeinträchtigung des Lithographiestrahls kommen, die sich mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Maßnahmen abschwächen oder kompensieren lässt. Weitere Anwendungsbereiche können sich dadurch ergeben, dass die während eines Lithographieprozesses erzeugten Zielstrukturen als Ausgangsstrukturen für nachfolgende Prozesse dienen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein flüssiger Photoresist genutzt wird. In diesem Fall können die zu fertigenden Strukturen so ausgelegt werden, dass sie schon während des Lithographieverfahrens vorzugsweise selbstragend sind, d.h., neu geschriebene Strukturen schließen sich bevorzugt an die Ausgangsstruktur oder an bereits geschriebene Teilbereiche der Zielstruktur an, um eine Verschiebung von Teilbereichen zu verhindern. Komplexe Strukturen können daher in vielen Fällen nicht scheibenweise aufgebaut werden, sondern lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren schrittweise vor anderen Teilen der Zielstruktur fertigen und bilden so gleichzeitig die Ausgangs- struktur für zukünftige Teile der Zielstruktur.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, insbesondere in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind schematisch in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines direktschreibenden optischen Lithographieverfahrens unter Verwendung von Zwei-Photonen-Polymerisation: a) Aufgabe der Erfindung; b) Darstellung einer sukzessiven Herstellung von Teilbereichen der Zielstruktur; und c) ein Ausfuhrungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lösung durch Anpassung des Strahlquerschnittes; eine schematische Darstellung eines direktschreibenden optischen Lithographieverfahrens unter Verwendung von Zwei-Photonen-Polymerisation auf stark reflektierenden Teilbereichen einer nicht-planaren Ausgangsstruktur: a) Aufgabe der Erfindung; b) ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lösung durch Anpassung eines für die Polymerisation verwendeten optischen Spektrums; c) ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lösung durch eine Anpassung des Strahlprofils; eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Lithographie-System) zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur; eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines photonischen Wirebonds, welcher unmittelbar an eine vertikale Facette eines integriert optischen Chips anschließt: a) schematische Darstellung einer ersten Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens, b) Rasterelektronenmikroskop-(REM-)Aufnahme einer erfindungsgemäß hergestellten Struktur, c) schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung Herstellungsverfahrens; eine schematische Darstellung einer Simulation zur Auswirkung einer abschattenden Kante auf einen Lithographiestrahl: a) schematische Darstellung eines Modellsystems, b) Verlauf der Intensität eines Lithographiestrahls im Brennpunkt, c)-e) jeweilige Intensitätsverteilungen in der Nähe des Brennpunkts bei einer Annäherung des Lithographiestrahls an die Kante; ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Darstellung der Erzeugung einer Zielstruktur in der Nähe der Facette einer lichtleitenden optischen Faser: a) Verlauf der Intensität eines Lithographiestrahls als Funktion des Abstands von der Faser-Facette, b) Verlauf der Verschiebung des Punktes maximaler Intensität als Funktion des Abstands des nominellen Brennpunkts von der Faser-Facette, c) Verlauf der Intensität eines Lithographiestrahls im Brennpunkt, d) elektronenmikroskopische Aufnahme eines Wellenleitertapers an der Endfläche einer Einmoden-Faser, e)-g) elektronenmikroskopische Aufnahmen von photonischen Wirebonds, h) schematische Darstellung des Ver- fahrens zur Erzeugung der Zielstruktur in der Nähe der Faser-Facette, i) schematische Darstellung einer Faser;
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur lithographischen Erzeugung von mikro- optischen Linsen an nicht-planaren Ausgangsstrukturen, wie z.B. facettenemittierenden integriert-optischen Chips: a) schematische Darstellung des Verfahrens zur Erzeugung der mikrooptischen Linsen, b) und c) elektronenmikroskopische Aufnahmen von erfindungsgemäß hergestellten mikrooptischen Linsen; Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur lithographischen Erzeugung von Mikrostrukturen an einer nicht-planaren mikrofluidischen Ausgangstruktur;
Figur 9 ein Vergleichsbeispiel, bei welchem eine bereits erzeugte Zielstruktur beim
Belichten einer nachfolgenden Zielstruktur in Wechselwirkung mit einem Be- reich des Lithographiestrahls tritt: a) schematische Darstellung des Verfahrens zur Erzeugung der Zielstruktur, b) elektronenmikroskopische Aufnahmen einer nicht erfindungsgemäß hergestellten Zielstruktur, wobei die bereits erzeugte Zielstruktur den Lithographiestrahl derart beeinflusst, dass die gewünschte Zielstruktur nicht erhalten wird;
Figur 10 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Lithographie-System) zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur, das eine Lumines- zenz-Detektionseinheit enthält, welche zur Erfassung von Lumineszenz- Strahlung aus einer Umgebung eines Brennpunktes eines Teststrahles eingerichtet ist; und
Figur 11 ein Ausführungs- und Vergleichsbeispiel, bei welchem die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit einer nicht-planaren Ausgangsstruktur durch eine Erfassung der Lumineszenz- Strahlung aus einer Umgebung des Brennpunkts eines Teststrahles erfasst werden kann: a) Erfasste Lumineszenz-Leistung in einer Umgebung einer Faserfacette ohne Korrektur der Leistung des anregenden Teststrahls; b) Ergebnis einer lithographischen Fertigung einer Teststruktur ohne Korrektur der Leistung des Lithographiestrahls; c) Erfasste Lumineszenz- Leistung in einer Umgebung einer Faserfacette mit einer Korrektur der Leistung des anregenden Teststrahls; d) Ergebnis einer lithographischen Fertigung einer Teststruktur mit Korrektur der Leistung des Lithographiestrahls. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe am Beispiel eines auf Zwei-Photonen-Polymerisation beruhenden direktschreibenden opti- sehen Lithographieverfahrens.
Zur Erzeugung einer Zielstruktur 030 aus einem Photoresist 100 auf einer nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 wird, wie in Figur 1 a) dargestellt, ein stark fokussierter Lithographiestrahl 060 mit hoher numerischer Apertur eingesetzt, wobei der Photoresist 100 bevor- zugt gleichzeitig als Immersionsflüssigkeit genutzt werden kann. Ein Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 trifft hierbei auf einen Teilbereich 011 der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 und tritt mit dieser in Wechselwirkung. Dies kann einerseits zu einer Veränderung der Intensitätsverteilung in einem Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 und damit zu einer Veränderung der so erzeugten Zielstruktur 030 führen. Andererseits kann die Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 zu einer lokalen, optisch induzierten Veränderung des Teilbereiches 011 der Ausgangsstruktur 010 führen.
Wie Figur 1 b) zeigt, können in ähnlicher Weise wie die nicht-planare Ausgangsstruktur 010 auch Teile 014 von bereits erzeugten Teilbereichen 035 der Zielstruktur 030 in Wechselwirkung mit dem Lithographiestrahl 060 treten und diesen verändern, insbesondere wenn der Lithographiestrahl 060 an einen bereits erzeugten Teilbereich 035 der Zielstruktur 030 angeschlossen wird. In diesem Fall kann der bereits erzeugte Teilbereich 035 der Zielstruktur 030 als nicht-planare Ausgangsstruktur 010 für die Herstellung eines nachfol- genden Teilbereich 035 der Zielstruktur 030 verstanden werden.
Die in Figur 1 c) schematisch dargestellte erfindungsgemäße Lösung sieht eine dynamische Anpassung der Parameter des Lithographiestrahls 060 vor, so dass die durch die Wechselwirkung mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 verursachten Veränderun- gen verringert oder vollständig vermieden werden. In einer ersten Ausführung kann die Anpassung durch eine Veränderung einer optischen Leistung im Lithographiestrahl 060 erfolgen, welche einen durch die Wechselwirkung mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 verursachten Abfall der Intensität des Lithographiestrahls 060 im Brennpunkt 065 kompensiert. Darüber hinaus lässt sich eine Querschnittsform des Lithographiestrahls 060 derart anpassen, dass eine Wechselwirkung mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 vermieden oder die aus einer solchen Wechselwirkung ergebenden Veränderungen des Lithographiestrahls 060 ganz oder teilweise kompensiert werden. Dies lässt sich vorzugsweise durch eine zusätzlich in einen Strahlengang des Lithographiestrahls 060 eingebrach- te Strahlformungseinheit 110 erreichen. Durch eine von einer Position des Lithographiestrahls 060 innerhalb der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 abhängige Ansteuerung der Strahlformungseinheit 110 wird es vorzugsweise möglich, den mit der Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung tretenden Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 vollständig abzudunkeln. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn damit optisch induzierte Modifikationen im mit dem Bereich 070 in Wechselwirkung tretenden Teilbereich 01 1 der Ausgangsstruktur 010 vermieden werden können.
Alternativ kann sich in einem Teilbereich 113 der Strahlformungseinheit 110 dem Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 eine Amplituden- und/oder Phasenverteilung aufprägen lassen, welche die durch die Wechselwirkung mit dem Teilbereich 011 hervorgerufenen Veränderungen zumindest teilweise kompensieren kann. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn der Teilbereich 011 ein für die Lithographiewellenlänge transparentes Material aufweist, welches sich im Brechungsindex von dem gleichzeitig als Immersions- flüssigkeit verwendeten Photoresist 100 unterscheidet und daher eine Veränderung einer Phase des transmittierten Lichtes verursacht. Eine derartige Veränderung der Phase kann insbesondere dazu führen, dass es zu Interferenzen von den veränderten Bereichen 070 des Lithographiestrahls 060 mit aufgrund der Topographie 020 der Ausgangsstruktur 010 unveränderten Bereichen 080 des Lithographiestrahls 060 kommt, was eine Ausbildung von Nebenmaxima der Intensitätsverteilung im Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 und damit eine unkontrollierten Deformation eines belichteten Volumenelements 040 zur Folge haben kann.
Bezüglich des durch die Topographie 020 der Ausgangsstruktur 010 nicht beeinträchtigten Bereichs 080 des Lithographiestrahls 060 kann in einer besonderen Ausführung eine neutrale Einstellung der Strahlformungseinheit 110 gewählt werden, die das Licht im Teilbereich 112 ohne Amplituden- oder Phasenmodulation passieren lässt. Alternativ kann eine räumlich variable Amplituden- und/oder Phasenmodulation erzeugt werden, die zu einer gewünschten Intensitätsverteilung in dem zu belichteten Volumenelement 040 führt. Die zur Kompensation der Veränderungen verwendeten Strahlparameter, wie z.B. die optische Leistung oder die Einstellungen der Strahlformungseinheit 110, lassen sich entweder separat für jedes zu belichtende Volumenelement 040 bestimmen oder es werden, alternativ, dieselben Einstellungen für die Belichtung einer kompletten Teilstruktur verwendet. Zur Ermittlung der jeweiligen Parameter kann vorzugsweise ein entsprechendes Modell des Lithographie-Systems 090 und/oder der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 zugrunde gelegt werden. In einer weiteren erfindungsgemäßen Umsetzung kann durch die Strahlformungseinheit 110 sowohl eine Modifikation einer Amplitudenverteilung und/oder einer Phasenverteilung des Lithographiestrahls als auch eine Variation einer Gesamtleistung des Lithographiestrahls vorgenommen werden. Bei einer technischen Umsetzung ergibt sich in diesem Zu- sammenhang oft die Herausforderung, dass die Einstellung der beispielsweise auf einem SLM beruhenden Modifikation der Amplitudenverteilung und/oder der Phasenverteilung nur vergleichsweise langsam vorgenommen werden kann mit Antwortzeiten, welche vergleichbar oder wesentlich größer sind als die Belichtungszeiten eines Volumenelements, während die Variation der Gesamtleistung wesentlich schneller erfolgen kann als die Be- lichtung eines Volumenelements. Diese Herausforderung kann dadurch gelöst werden, dass eine kontinuierliche, für jedes Volumenelement individuell bestimmte Variation der Lithographie-Leistung kombiniert wird mit einer langsameren, abschnittsweise konstanten Anpassung der Amplitudenverteilung und/oder der Phasenverteilung in dem Strahlquerschnitt, welche ohne Änderung auf eine ganze Gruppe von Volumenelementen angewandt werden kann. Diese Ausführung kann insbesondere eine Kombination eines SLM zur abschnittsweisen Formung des Strahlquerschnittes mit und einer schnellen Anpassung der Lithographie-Leistung über einen Modulator ermöglichen.
Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren für den Fall des Auftretens von Interferen- zen auf stark reflektierenden Ausgangsstrukturen 010.
Figur 2 a) stellt hierzu schematisch die zugehörige Aufgabe dar. In einer besonderen Ausführung, in welcher oberflächennahe Teilbereiche 025 der Ausgangsstruktur 010 bei der Lithographiewellenlänge stark reflektierend ausgestaltet sind, können eine Interferenz des einfallenden und des reflektierten Lithographiestrahls 060 und damit zumindest teilweise stehende optische Wellen auftreten. Dabei können sich in der Nähe der Oberfläche der Ausgansstruktur 010 Intensitätsminima bilden, in welchen eine zur Polymerisation des Photoresists 100 erforderliche Intensitätsschwelle nicht mehr erreicht werden kann. Dies wird hier beispielhaft durch einen sin2-förmigen Verlauf der Intensität I als Funktion einer vertikalen Koordinate z dargestellt. Eine derartige Aufgabenstellung kann beispielsweise bei der lithographischen Herstellung von 3D-Strukturen auf Emissionsfacetten von oberflächenemittierenden Lasern {Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSEL) auftreten.
Figur 2 b) skizziert eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe durch eine Anpassung des für die Polymerisation verwendeten optischen Spektrums. Hierzu werden zusätzliche Lithographiewellenlängen λ2 und/oder λ3 eingesetzt, die entweder, wie für die Wellenlänge λ2 dargestellt, nicht reflektieren oder, wie am Beispiel der Wellenlänge λ3 erläutert, im Vergleich zu der ersten Lithographiewellenlänge λι mit einer starken Phasenverschiebung reflektiert werden. Die Verwendung weiterer Wellenlängen kann hierbei entweder dynamisch und im Laufe des Lithographieverfahrens variabel oder statisch erfolgen.
Wie Figur 2 c) schematisch zeigt, kann das Problem alternativ oder zusätzlich durch eine erfindungsgemäße Anpassung des Strahlprofils gelöst werden. Mittels der Strahlformungseinheit 110 kann der Lithographiestrahl 060 derart verändert werden, dass der von destruktiver Interferenz betroffene Teilbereiche 025 verkleinert oder vollständig eliminiert wird. Dies lässt sich vorzugsweise dadurch erreichen, dass durch eine partielle Abschattung des Lithographiestrahls 060 ein schräger Einfall des Lithographiestrahls 060 auf die Ausgangs- struktur 010 erzeugt werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch einer Darstellung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung der Zielstruktur 030 an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur 010, welche im Folgenden auch als Li- thographie-System 090 bezeichnet wird. Das Lithographie-System 090 umfasst hierbei eine optische Lithographie-Einheit 600 zur Erzeugung des Lithographiestrahls 060 und zur hochgenauen Positionierung des Lithographiestrahls 060 innerhalb des Photoresists 100, welcher, in dieser bevorzugten Ausführung, gleichzeitig als Immersionsflüssigkeit verwendet werden kann. Die Positionierung des Lithographiestrahls 060 kann hierbei entwe- der durch eine Bewegung des Lithographiestrahls 060, vorzugsweise mittels Strahlscannern, oder, alternativ, durch eine Verschiebung der Ausgangsstruktur 010 bei örtlich feststehendem Lithographiestrahl 060 mittels eines möglichst hochgenauen Verschiebetisches 620 erfolgen. Kombinationen dieser Ausführungen sind denkbar. Zusätzlich umfasst das Lithographie-System 090 die Strahlformungseinheit 110, welche dazu eingerichtet ist, um die Amplituden- und/oder Phasenverteilung des Lithographiestrahls 060 zu verändern, sowie eine Datenverarbeitungseinheit 700, welche dazu eingerichtet ist, um die optische Lithographie-Einheit 600 und die Strahlformungseinheit 110 anzusteuern. Die Datenverarbeitungseinheit 700 kann vorzugsweise über einen Datenspei- eher 750 verfügen, in dem sowohl Strukturdaten 770 der zu erzeugenden Zielstruktur 030 als auch Korrekturdaten 790 zu einer Korrektur der durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 hervorgerufenen Veränderungen hinterlegt sind. Abhängig von Speicherkapazität und Rechenleistung der Datenverarbeitungseinheit 700 können die Strukturdaten 770 und/oder die Korrekturdaten 790 ent- weder für die gesamte Zielstruktur 030 in dem Datenspeicher 750 hinterlegt sein, oder, alternativ, für Teilabschnitte der Zielstruktur 030 in dem Datenspeicher 750 gespeichert und bei Bedarf von einer optionalen zweiten Datenverarbeitungseinheit 800 nachgeladen werden. Figur 4 stellt ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines photonischen Wirebonds gemäß US 8,903,205 B2 oder US 9,034,222 B2 vor, bei welchem der photonische Wirebond unmittelbar an eine vertikale Facette eines integriert optischen Chips anschließen kann. Dies kann beispielsweise bei einer Anbindung von facettenemit- tierenden Lasern oder Halbleiterverstärkern oder von silizium-photonischen Chips mit entsprechend präparierten Koppelstellen an der Chipkante auftreten.
Figur 4 a) zeigt eine schematische Darstellung der damit verbundenen Aufgabe. Die Zielstruktur 030 ist hier als ein sog. photonischer Wirebond 300 ausgestaltet, welcher an einer einen Bauteilhalter 015, eine optische Faser 016 und einen integriert-optischen Chip 017 umfassende nicht-planare Ausgangsstruktur 010 angeschlossen wird. Unter dem„photonischen Wirebond" 300 wird hierbei eine Struktur verstanden, welche eine lateral ein- oder mehrmodige optische Verbindung zwischen zwei optischen Wellenleitern ermöglicht, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen einem auf dem integriert-optischen Chip 017 erzeugten Wellenleiter 019 und einem Wellenleiterkern 018 der optischen Faser 016, welche hier beispielhaft als Glasfaser ausgestaltet ist. Der photonische Wirebond 300 wird hierzu direkt an vertikalen Wellenleiter-Facetten der optischen Faser 016 und des integriert-optischen Chips 017 angeschlossen. Zur Herstellung wird ein optisches Immersionslithographie-Verfahren auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation verwendet, bei dem der Photoresist 100 gleichzeitig als Immersionsflüssigkeit dient. Abhängig von der Lage des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 tritt der mit der hohen numerischen Apertur der Lithographie-Optik 160 einhergehende, weit geöffnete Strahlkegel des Lithographiestrahls 060 in Wechselwirkung mit den als Teilbereichen 011, 012 des integriertoptischen Chips 017 oder der optischen Faser 016. Dies führt zu einer Veränderung der Bereiche 070, 071 des Lithographiestrahls 060 und damit zu einer Änderung der Intensitätsverteilung im jeweils belichteten Volumenelement 040 der zu erzeugenden Zielstruktur 030.
Die optische Faser 016 umfasst ein bei der Lithographiewellenlänge transparentes Materi- al, dessen Brechungsindex sich vom Brechungsindex des Photoresists 100 unterscheidet. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der in Figur 4 a) dargestellte Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 durch eine partielle Reflexion an einer Grenzfläche zwischen der optischen Faser 016 und dem Photoresist 100 sowie durch eine Veränderung der optischen Phasenfronten beeinträchtigt wird, während der auf den bei der Lithographiewellen- länge intransparenten integriert-optischen Chip 017 auftreffende Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 durch Reflexion an der Grenzfläche und/oder durch Absorption im Volumen des Teilbereichs 011 komplett abgeschattet wird. Dies hat insbesondere erhebliche Konsequenzen für diejenigen Volumenelemente 040, welche sich nahe an der Facette des integriert-optischen Chips 017 befinden, da dort nahezu die Hälfte der eingestrahlten optischen Leistung durch den integriert-optischen Chip 017 abgeschattet wird und somit die Schwelle für Zwei-Photonen-Polymerisation im Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 in vielen Fällen nicht mehr erreicht werden kann. Dies bewirkt, dass der photonische Wirebond 300 nicht mehr direkt an die Wellenleiterfacette des integriert-optischen Chips 017 anschließen kann, was zu hohen Einfügedämpfungen führen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es jedoch, die sich aus der Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 ergebenden Verände- rungen der Zielstruktur 030 sowie unerwünschte optisch induzierte Veränderungen der Ausgangsstruktur 010 zu verringern bzw. vollständig zu vermeiden. Figur 4 b) zeigt eine Rasterelektronenmikroskop-(REM-)Aufnahme einer Teststruktur, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Die hierfür verwendete nicht-planare Ausgangsstruktur 010 ist so beschaffen, dass bei der lithographischen Erzeugung der facetten- nahen Bereiche des photonischen Wirebonds 300 lediglich die Abschattung des Lithographiestrahls 060 durch den integriert-optischen Chip 017 auftritt. Die Auswirkungen auf die Intensitätsverteilung im Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 wurden erfindungsgemäß durch eine von der Position des zu schreibenden Volumenelements 040 abhängige Anpassung der Lithographie-Parameter verändert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde eine Erhöhung der optischen Leistung des Lithographiestrahls 060 eingesetzt, welche in guter Näherung als Funktion des in eine Ebene senkrecht zur Strahlachse projizierten Abstands 050 des Brennpunkts 065 von der den abgeschatteten Bereich 070 definierenden Kante 052 definiert werden kann. Damit ist es möglich, auch in facetten-nahen Bereichen die Schwelle zur Zwei-Photonen-Polymerisation zu erreichen und somit die photo- nischen Wirebonds 300, die direkt an die Wellenleiterfacette anschließen, durchgehend zu erzeugen. Allerdings führt die Erhöhung der Lithographie-Leistung in Facettennähe dazu, dass auch die mit der metallisierten Oberfläche des integriert-optischen Chips 017 in Wechselwirkung tretende optische Leistung beim Annähern des Brennpunkts 065 an die Kante 052 kontinuierlich erhöht wird. Durch Reflexionen und lokale Verstärkungen des optischen Feldes an der metallisierten Oberfläche kann es dabei zu ungewollten Polymerisationsreaktionen und optisch induzierten Mikroexplosionen im Photoresist kommen, was zur Erzeugung von Veränderungen 013 der Ausgangsstruktur in den mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehenden Teilbereichen der Oberfläche des integriertoptischen Chips 017 oder zur völligen Zerstörung der Zielstrukturen 030 in der Nähe der Facette führen kann.
Figur 4 c) zeigt schematisch, wie zusätzlich die Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der nicht-planaren Ausgansstruktur 010 verringert werden kann, indem das Litho- graphie-System 090 um eine zusätzliche Strahlformungseinheit 110 ergänzt wird, mit der die Bereiche 0,70, 071, 080 des Lithographiestrahls 060 verändert werden können. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel lässt sich damit vorzugsweise die mit einem intransparenten Teilbereich 011 der Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung stehenden Bereiche 070 des Lithographiestrahls vollständig blockieren, indem der zugehörige Teilbereich 113 der Strahlformungseinheit 110 auf eine Transmission von Null geschaltet wird. Damit lassen sich die in Figur 4 b) dargestellten Auswirkungen vollständig vermeiden. Ähnlich kann mit dem Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 verfahren werden, der mit einem transparenten Teilbereich 012 der Ausgangsstruktur 110 in Wechselwirkung steht. Hierzu eignen sich verschiedene Ausführungsformen.
In einer ersten Ausführungsform kann hierzu der Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 vollständig blockiert werden, um zu verhindern, dass es zu Interferenzen des Lichtes aus dem durch die Topographie 020 der Ausgangsstruktur 010 nicht beeinträchtigten Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 mit Licht aus dem Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 kommt, der durch die Wechselwirkung mit dem transparenten Teilbereich 012 der Ausgangsstruktur 010 in seiner Phase verändert wurde. Eine derartige Interferenz kann dazu führen, dass es im Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 zur einer Ausbildung von Nebenmaxima der Intensitätsverteilung und damit zu einer unkontrollierten Deforma- tion des belichteten Volumenelements 040 kommt (siehe Figur 6 und die zugehörige Beschreibung).
Alternativ zum vollständigen Blockieren des Bereichs 071 des Lithographiestrahls 060 kann in einer weiteren Ausführungsform mit einer geeignet ausgestalteten Strahlformungs- einheit 110 eine räumlich variable Änderung der Amplitude und/oder der Phase des Lithographiestrahls 060 vorgenommen werden, welche die durch die Wechselwirkung mit dem transparenten Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 eingebrachte Veränderung entweder kompensiert oder im Zusammenwirken mit dieser Veränderung zu einer gewünschten Intensitätsverteilung im zu belichteten Volumenelement 040 führen kann. Im Hinblick auf den durch die Topographie 020 der Ausgangsstruktur 010 nicht veränderten Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 kann in einer Ausführung eine neutrale Einstellung der Strahlformungseinheit 110 gewählt werden, die Licht im Teilbereich 112 ohne Amplituden- oder Phasenmodulation passieren lässt. In einer alternativen Ausführung kann eine räumlich variable Amplituden- und/oder Phasenmodulation erzeugt werden, die zu einer gewünsch- ten Intensitätsverteilung im zu belichteten Volumenelement 040 führen kann.
Figur 5 zeigt schematisch eine Simulation zur Darstellung einer Auswirkung einer abschattenden Kante 052 auf den Lithographiestrahl 060. Figur 5 a) zeigt hierzu schematisch ein Modellsystem, welches einen Laserchip mit einem kantenemittierenden Laser auf Basis von III-V-Halbleitern InP oder InGaAsP umfasst. Die hierin verwendeten Materialien sind intransparent für das Licht der Lithographiewellenlänge, gleichzeitig verfügt das Bauteil auf der Oberfläche jedoch über Metallkontakte, die auftreffendes Licht reflektieren können. Es kann also davon ausgegangen werden, dass das mit dem Laserchip wechselwirkende Licht nicht zur Intensität in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 beiträgt.
Aus der Darstellung in Figur 5 b) geht hervor, dass die Abschattung des Lithographie- Strahls 060 zu einem Absinken der maximalen in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 beobachtbaren Intensität beim Annähern des Brennpunkts 065 an die Facette des Laserchips führt. Die Größe d bezeichnet hierbei einen Abstand des Brennpunkts 065 des unbeeinträchtigten Lithographiestrahls 060 von der die Abschattung verursachenden Chip-Facette, während die auf der vertikalen Achse aufgetragene normierte Intensität I ein Verhältnis der für einen gegebenen Abstand d in der Umgebung des Brennpunkts 065 ermittelten maximalen Intensität zur maximalen Intensität des ungestörten Lithographiestrahls 060 bezeichnet, welche sich im Grenzfall d oo ergibt. Die normierte Intensität I nimmt infolge der Abschattung und der damit verursachten Deformation der Intensitätsverteilung mit abnehmender Entfernung d ab. Die Simulationen wurden für ein Ausführungsbeispiel durchgeführt, in welchem sich der Brennpunkt 065 des unbeeinträchtigten Lithographiestrahls 060 auf der Höhe der aktiven Zone des Laserchips, also 2.6 μιη unterhalb des abgeschatteten Bereichs 071 des Lithographiestrahls 060 definierenden Kante 052 befindet. Figur 5 c) belegt, dass eine Annäherung an eine den Lithographiestrahl 060 abschattenden Kante 052 neben einer Abnahme der maximalen Intensität auch eine Deformation der Intensitätsverteilung in der Nähe des Brennpunkts 065 auftritt, wie die Intensitätsverteilung der in Figur 5 b) gekennzeichneten Punkte 1 , 2 und 3 zeigt. Die Darstellungen der Intensität zeigen normierte Werte, die auf das jeweils in der Querschnitts fläche auftretende Ma- ximum bezogen werden. Der Ursprung (0,0) des Koordinatensystems bezeichnet den Brennpunkt 065, der sich für den ungestörten, vollständig im als Immersionsflüssigkeit eingesetzten Photoresist 100 propagierenden Lithographiestrahl 060 ergibt. Bei großen Abständen (siehe Punkt 3) wird der Lithographiestrahl 060 nicht beeinflusst, so dass sich eine ungestörte, bzgl. der Ebene x = 0 symmetrische Verteilung ergibt. Mit kleineren Ab- ständen kommt es neben der in Figur 5 b) dargestellten Intensitätsabnahme zusätzlich zu einer Verkippung und einer damit verbundenen Asymmetrie der Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts 065 (siehe Punkte 1 und 2). Die Verkippung kann zu einer Deformation des erzeugten Volumenelements 040 führen, die bevorzugt in einem Beiich- tungsschritt berücksichtigt werden kann. Außerdem kann es zu einer in Figur 5 b) kaum merklichen Verschiebung des Punktes maximaler Intensität vom fiktiven Brennpunkt des ungestörten Lithographiestrahls 060 kommen, die vorzugsweise durch eine Korrektur der Positionierung des Lithographiestrahls 060 kompensiert werden kann.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel betreffend die Erzeugung der Zielstruktur 030 in der Nähe einer Faserfacette. Im Unterschied zu der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Anbindung der photonischen Wirebonds 300 an vertikale Facetten von halbleiterbasierten integriert-optischen Chips 017 tritt bei der Ankopplung an optische Fasern oder vertikale Facetten von glasbasierten Chips keine vollständigen Abschattung des mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung stehenden Bereichs 071 des Lithographiestrahls 060 auf, da der zugehörige Teilbereich 012 der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 ein bei der Lithographiewellenlänge transparentes Material umfasst. Das transparente Material weist jedoch einen von dem meist als Immersionsflüssigkeit verwen- deten Photoresist 100 verschiedenen Wert für den Brechungsindex auf, was zu einer Veränderung der Phasenfronten im Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 und damit zu einer Deformation der Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 führt. In den Figuren 6 a), b), c) und h) sind beispielhafte Simulationen für die Erzeugung einer Zielstruktur in der Nähe einer Faser-Facette dargestellt. Gemäß Figur 6 h) umfasst die nicht-planare Ausgangsstruktur 010 in diesem Ausführungsbeispiel eine Glasfaser, die in den als Immersionsflüssigkeit dienenden Photoresist 100 eingebettet ist. Zur Analyse des Einflusses der Glasfaser wird für diese durch optisch homogene zylindrische Körper 010 für den Mantel ein Brechungsindex von 1,4537 bei einer Lithographiewellenlänge von 780 nm angenommen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden zwar die Abmessungen der Glasfaser verringert, um Simulationszeiten und Speicherbedarf zu reduzieren. Dieses Ausführungsbeispiel erlaubt aber bereits die qualitative Analyse der wesentlichen Auswirkungen; beim Übergang auf eine reale Glasfaser ändern sich nur die quantitativen Parame- ter. Der Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 mit einer numerischen Apertur von 1,3 wird entlang der Längsachse des Zylinders an dessen Stirnfläche herangeführt, so dass ein Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 mit dem Zylinder in Wechselwirkung tritt. Die Auswirkungen auf die Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 hängen vom Abstand d von der Stirnfläche des Zylinders und vom Radius r des Zylinders ab.
Figur 6 a) zeigt die für eine bestimmte optische Leistung im Lithographiestrahl 060 durch Simulation ermittelte maximale Intensität, die proportional zum Amplitudenquadrat des elektrischen Feldes |E|2 ist, als Funktion des auf den Faserradius r normierten Abstandes d, wobei die Intensitätswerte auf den weit entfernt von der Faserfacette (d/r = 2) auftretenden Maximalwert normiert wurden. Um die Rechenzeiten des hierfür verwendeten Finite- Difference-Time-Domain-(FDTD-)Algorithmus zu verringern, wurden nur kleine Faserra- dien bis 15 μιη analysiert. Für sehr kleine Faserradien (r = 7.5 μιη) ergibt sich hierbei ein kontinuierlicher Abfall der normierten Intensität bei Annäherung an die Facette, während die normierte Intensität für größere Faserradien (r > 10.5 μιη) ein Minimum von ca. 0.43 bei einem Abstand von d/r = 0.13 erreicht. Figur 6 c) liefert eine Erklärung für diese Beobachtung. Eine Überlagerung von aus dem durch die Topographie 020 der Ausgangsstruktur 010 nicht beeinträchtigten Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 mit Licht aus dem infolge der Wechselwirkung mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur 010 in der Phase veränderten Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 führt zu Interferenzen und damit zu Nebenmaxima der Intensitätsverteilung in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060. Die Nebenmaxima rücken für abnehmende Abstände d von der Faserfacette an das Hauptmaximum heran und verschmelzen für d ^ 0 schließlich mit dem Hauptmaximum, was zu einer Erhöhung der Intensität führt. Ähnliche Effekt können auch für praktisch relevante Durchmesser gängiger Eimodefasern (r = 62.5 μιη) auftreten.
Die Abnahme der Spitzenintensität im Strahlquerschnitt beim Annähern an die Stirnfläche einer Glasfaser kann erfindungsgemäß durch mindestens einen Korrektur-Parameter, insbesondere durch eine Anpassung der optischen Leistung im Lithographiestrahl 060, kompensiert werden. Diese Art der Kompensation wurde zur Herstellung der in Figur 6 d) dar- gestellten, sich von links nach rechts konisch verjüngenden Zielstruktur 030 in Form eines Wellenleiter-Tapers, der direkt an die Endfacette einer Standard-Einmoden-Faser anschließt, angewandt. In diesem Ausführungsbeispiel wurde die optische Leistung P im Lithographiestrahl beim Annähern des Brennpunkts 065 an die Faserfacette gemäß einer stückweisen linearen Funktion erhöht, die näherungsweise die reziproken Werte der durch die Simulation ermittelten normierte Intensität I gemäß Figur 6 a) für große Faserradien widerspiegelt. Ähnliche Verfahren wurden auch zur Herstellung der an Glasfaserfacetten angesetzten photonischen Wirebonds in den Figuren 6 e) und f) eingesetzt, um möglichst verlustarme optische Übergänge zwischen dem Wellenleiterkern der Glasfaser (Modefelddurchmesser ca. 10 μιη) und dem photonischen Wirebond (Modenfelddurchmesser < 5 μιη) zu schaffen.
Neben einer Veränderung der maximalen in der Umgebung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 auftretenden Intensität kann die Wechselwirkung mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur 010 auch eine räumliche Verschiebung des Punktes maximaler Intensität bewirken. So führt beispielsweise die Annäherung des Brennpunkts 065 des Lithographiestrahls 060 mit hoher numerischer Apertur an die Endfacette einer in den Pho- toresist 110 (n = 1,52) eingebetteten Glasfaser (Mantel der Glasfaser: ni = 1,4537 und Kern der Glasfaser no ~ 1,4589) dazu, dass sich der Punkt maximaler Intensität leicht auf das Lithographie-Objektiv zubewegt. Dies ergibt sich aus Figur 6 c). Für einen Abstand von d = 0.5 μιη verschiebt sich der Punkt maximaler Intensität von z = 0 zu negativen Werten von z, was einer Bewegung in Richtung des Lithographie-Objektives entspricht. Das Koordinatensystem wurde hierbei so gewählt, dass z = 0 der nominellen Lage des Brenn- punkts 065 entspricht, wenn sich der Lithographiestrahl 060 ungestört in dem als Immersi- onsfiüssigkeit dienenden Photoresist 100 ausbreiten kann.
Figur 6 b) zeigt eine quantitative Analyse der Verschiebung Δζ des Punktes maximaler Intensität als Funktion des Abstandes des nominellen Brennpunkts 065 von der Facette. Die Simulation wurde anhand eines einfachen zylindrischen Modellkörpers mit einem Radius von r = 15 μιη aus Quarzglas durchgeführt. Für dieses Modell ergab sich eine Verschiebung Δζ von 1.5 μιη in Richtung des Lithographie-Objektivs für einen lateralen Abstand von 1.7 μιη zwischen dem nominellen Brennpunkt 065 und der Facette. Dies führt, wie sich aus Figur 6 g) ergibt, zu Abweichungen 310 bei der Geometrie der erzeugten Ziel- struktur 030, welche sich erfindungsgemäß durch eine Korrektur der Positionierung des Lithographiestrahls 060 verringern oder vermeiden lassen.
Wie beispielhaft in Figur 6 h) dargestellt, kann sich alternativ oder zusätzlich zur Anpassung der Leistung und der Position des Lithographiestrahls 060 durch eine Strahlfor- mungseinheit 110 eine Anpassung des Strahlpro files an die durch die nicht-planare Ausgangsstruktur 010 verursachten Veränderungen des Lithographiestrahls 060 erreichen lassen. Die Einstellungen der Strahlformungseinheit werden auf Basis der bekannten Topographie 020 der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 ermittelt. Für ein gegebenes zu belichtendes Volumenelement 040 werden dabei zunächst die Bereiche 071 und 080 des Li- thographiestrahls 060 ermittelt, die mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 110 in Wechselwirkung stehen bzw. nicht in Wechselwirkung stehen.
Dies lässt sich gemäß den Figuren 6 h) und i) vorzugsweise durch eine vom Mittelpunkt 041 des Volumenelements 040 ausgehende Projektion der Topographie 020 der nicht- planaren Ausgansstruktur 010 erreichen. In einer besonderen Ausführung wird hierzu der mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung stehende Bereich 071 des Lithographiestrahls 060 durch eine entsprechende Einstellung des zugehörigen Teilbereichs 11 1 der Strahlformungseinheit 110 blockiert. Für den nicht mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung stehenden Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 wird dagegen eine Einstellung des zugehörigen Teilbereiches 1 12 der Strahlformungseinheit 110 ermittelt, die zu einer räumlich möglichst konzentrierten Intensitäts Verteilung mit möglichst hoher Spitzenintensität und möglichst geringer Ausdehnung in alle drei Raumrichtungen führt. Als numerisch zu minimierendes Gütekriterium lässt sich in diesem Zusammenhang beispielsweise die Summe der zentralen Momente zweiter Ordnung der Intensitätsverteilung verwenden. Die Einstellung der Strahlformungseinheit 110 lässt sich entweder separat für jedes Volumenelement 040 oder, alternativ, für eine Gruppe von Volumenelementen 040 ermitteln; im letzteren Fall wird zur Ermittlung des Bereichs 080 des Lithographiestrahls 060 bevorzugt sichergestellt, dass der Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 für kein Volumenelement 040 aus der gewählten Gruppe mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 in Wechselwirkung tritt.
In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für das vorliegende Verfahren zur lithogra- phischen Erzeugung von mikrooptischen Linsen 400 an nicht-planaren Ausgangsstrukturen wie z.B. facettenemittierenden integriert-optischen Chips, dargestellt.
Figur 7 a) zeigt schematisch die Herstellung facettennaher Volumenelemente 040, wobei ein Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 derart in Wechselwirkung mit der Ausgangs- struktur 010 in Form eines integriert-optischen Chips, an dessen Facette die mikrooptische Linse 400 erzeugt wird, tritt, dass eine Anpassung der Lithographie-Parameter gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ist. In einem ersten Ausführungsbeispiel lässt sich der durch die Wechselwirkung mit dem Chip bewirkte Abfall der in der Nähe des Brennpunkts 065 auftretenden Spitzenintensität durch eine Erhöhung der Lithographie-Leistung zumin- dest näherungsweise kompensieren, wobei die in den Figuren 7 b) und c) dargestellten mikrooptischen Linsen 400 erhalten wurden. Zur Vermeidung von Veränderungen der Intensitätsverteilung durch Interferenz mit dem durch die nicht-planare Ausgangsstruktur veränderten Bereichs 070 des Lithographiestrahls 060 lässt sich der Lithographiestrahl 060 durch eine entsprechende Einstellung des Teilbereiches 111 der Strahlformungseinheit 110 blockieren. Alternativ oder zusätzlich kann der dem unveränderten Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 zugeordnete Bereich 112 der Strahlformungseinheit so eingestellt werden, dass sich vorzugsweise eine räumlich möglichst konzentrierte Intensitätsverteilung mit möglichst hoher Spitzenintensität und möglichst geringer Ausdehnung in alle drei Raumrichtungen ergibt. Die Einstellung der Strahlformungseinheit 1 10 lässt sich entweder separat für jedes Volumenelement 040 oder, alternativ, für eine Gruppe von Volumenelementen 040 ermitteln. Bei genauer Kenntnis der durch die nicht-planare Ausgangsstruktur 010 eingebrachten Veränderungen des Bereichs 080 des Lithographiestrahls 060 lassen sich diese auch durch eine entsprechende Einstellung des Teilbereichs 111 der Strahlformungseinheit 110 kompensieren.
Figur 8 zeigt schematisch die Herstellung von Zielstrukturen 030 in Form von Mikrostruk- turen 500 an nicht-planaren mikrofluidischen Ausgangstrukturen 010. Die Mikrostrukturen 500 werden hierbei an den Seitenwänden einer dreidimensionalen Mikrofluidik-Struktur durch Zwei-Photonen-Lithographie erzeugt. Hierbei kommt es zu einer partiellen Veränderung des Lithographiestrahls 060, deren Auswirkungen durch die in den übrigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Maßnahmen ganz oder teilweise kompensiert werden kön- nen.
Figur 9 a) zeigt schematisch die Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem eine bereits erzeugte Zielstruktur 030 beim Belichten einer nachfolgenden weiteren Zielstruktur 031 in Wechselwirkung mit einem Bereich 070 des Lithographiestrahls 060 tritt. Die bereits geschriebene Zielstruktur 030 kann somit als nicht-planare Ausgangsstruktur 010 für einen nachfolgenden Belichtungsschritt zur Erzeugung der weiteren Zielstruktur 031 aufgefasst werden. In vielen Fällen kann sich eine derartige Konstellation zumindest teilweise durch Wahl einer Abfolge der Belichtungsschritte vermeiden lassen, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgrund der Größe der Zielstrukturen 030 nicht mög- lieh ist. Jede der Zielstrukturen 030, 031 füllt hier ein eigenes Schreibfeld des Lithographie-Systems und wird daher vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang erzeugt, insbesondere da ein Wechsel zwischen verschiedenen Schreibfeldern nachteilig ist.
Figur 9 b) zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme von mit direktschreibender Li- thographie ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Korrektur-Parameter hergestellten Zielstrukturen 030, 031. In diesem Beispiel verändert die Kante 052 der bereits erzeugten Zielstruktur 030 den Lithographiestrahl 060 beim nachfolgenden Erzeugen der weiteren Zielstruktur 031 so, dass die Zielstruktur 031 links von der bereits erzeugten Struktur 030 in einem Teilbereich 053 nicht korrekt belichtet wird. Mit der in Figur 9 a) dargestellten Strahlformungseinheit 110 lässt sich erfindungsgemäßen der unveränderte Bereich 080 des Lithographiestrahls 060 entsprechend anpassen, um auch die weitere Zielstruktur 031 in dem Teilereich 053 korrekt zu belichten.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfmdungs- gemäßen Vorrichtung 090 zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur 030 an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur 010, wobei die Vorrichtung zusätzlich zu den in Zusammenhang mit der Figur 3 beschriebenen Komponenten noch eine Lumineszenz- Detektionseinheit 960 enthält, welche zur Erfassung von Lumineszenz-Strahlung 940 aus einer Umgebung des Brennpunktes eines Teststrahles eingerichtet ist und die von der Datenverarbeitungseinheit 700 gesteuert wird. In einer einfachen Ausführungsform kann der Teststrahl durch die dieselbe Lichtquelle und Strahlformungseinheit erzeugt werden, welche auch zur lithographischen Strukturierung der Zielstruktur 030 im gleichzeitig als Im- mersionsmedium dienenden Photoresist 100 verwendet wird. Zu diesem Zweck kann ein in Figur 10 als teildurchlässiger Spiegel skizzierter Strahlteiler 950 in den Strahlengang des Lithographie-Systems eingebracht werden, welcher die in der Nähe des Brennpunktes des Teststrahls erzeugte Lumineszenz- Strahlung 940 zumindest teilweise erfassen und der Lumineszenz-Detektionseinheit 960 zuführen kann. Der Strahlteiler 950 kann sich an einer beliebigen Position im Strahlengang befinden und muss nicht notwendigerweise, wie in Figur 10 skizziert, vor der Strahlformungseinheit 110 installiert werden. Darüber hinaus muss der Strahlteiler nicht notwendigerweise als teildurchlässiger Spiegel ausgelegt werden. Alternative Implementierungen können faserbasierte oder integriert-optische Leistungsteiler umfassen, die entweder optisch breitbandig sind oder eine dichroitische Charak- teristik aufweisen können, optische Zirkulatoren oder auch Beugungsgitter. Ferner kann die Lumineszenz-Detektionseinheit 960 auch so ausgelegt sein, dass ein Strahlpfad zur Erfassung der Lumineszenz- Strahlung 940 räumlich vollständig getrennt sein kann vom Pfad des Teststrahls und/oder des Lithographiestrahls, und dass somit kein Leistungsteiler notwendig ist. Die Lumineszenz-Detektionseinheit 960 kann, wie im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel, einen Photodetektor 980 sowie ein optionales optisches Filter 970 aufweisen. Das optionale optische Filter 970 kann vorzugsweise als Farbfilter ausgelegt sein, welches die aus der Umgebung des Brennpunktes des Teststrahles herrührende Lumineszenz-Strahlung 940 passieren lassen kann, während zurückgestreutes Licht des Teststrahls selbst unterdrückt wird. Um auch bei geringen Lumineszenz-Leistungen ein zuverlässiges Ergebnis zu ermöglichen, kann der Photodetektor 980 als Photovervielfacher (engl. Pho- tomultiplier, PM) ausgelegt werden. Zusätzlich zu den genannten Komponenten kann die Lumineszenz-Detektionseinheit 960 weitere Bauteile aufweisen, wie z.B. optische Fasern, Blenden, Linsen oder andere optische, optoelektronische oder optomechanische Bauteile, Beugungsgitter, Spektrometer-Module oder Kameras. In einer besonderen Ausführungs- form kann sich mit diesen Komponenten eine räumlich selektive Erfassung der Lumineszenz-Leistung, insbesondere nach dem Prinzip der Konfokal-Mikroskopie, erreichen lassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Verwendung von Beugungsgittern oder Spektrometer-Modulen es möglichen, die Lumineszenz- Strahlung 940 spektral zu analysieren. Kameras können es erlauben, eine räumliche Verteilung der Lumineszenz-Leistung zu erfassen. Diese Komponenten müssen nicht ausschließlich zur Erfassung der Lumineszenz-Strahlung eingesetzt werden, sondern können gleichzeitig weitere Funktionen innerhalb des Lithographie-Systems übernehmen. In einer besonderen Ausführungsform lässt sich die Lumineszenz- Strahlung 940 vorzugsweise über eine im Lithographie-System oh- nehin vorhandene Kamera detektieren, welche zusätzlich zur Erfassung der Lage der nicht- planaren Ausgangsstruktur 010 in dem Koordinatensystem des Lithographie-Systems dienen kann. Die Lumineszenz-Detektionseinheit 960 muss daher auch nicht immer als physikalisch abgegrenzte Baugruppe vorliegen, sondern kann zumindest teilweise in dem Litho- graphie-System ohnehin oder zusätzlich installierte Komponenten umfassen, die in ihrer Gesamtheit derart eingerichtet sind, dass sie die Erfassung der Lumineszenz- Strahlung 940 erlauben, welche von der Wechselwirkung eines Teststrahls mit dem Photoresist 110 oder mit einem Testmedium herrührt. Alternativ oder zusätzlich kann die Lumineszenz- Detektionseinheit 960 auch zur Erzeugung eines Teststrahls 945 dienen, mit dem sich Lu- mineszenz- Strahlung 940 in dem Photoresist 110 oder in dem Testmedium anregen lässt. Auch hier muss die Lumineszenz-Detektionseinheit 940 nicht notwendigerweise als physikalisch abgegrenzte Baugruppe vorliegen, sondern kann in dem Lithographie-System ohnehin oder zusätzlich installierte Komponenten umfassen. Figur 11 zeigt ein Ausführungs- und Vergleichsbeispiel, bei welchem die Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 durch die Erfassung von Lumineszenz-Strahlung 940 aus einer Umgebung des Brennpunktes eines Teststrahles erfasst und damit zur ortsabhängigen Korrektur der Lithographie-Leistung verwendet werden kann. Die Anordnung kann, wie in Figur 11(b) und 11(d) gezeigt, eine nicht-planaren Ausgangsstruktur aufweisen, welche eine auf einem Bauteilhalter 015 befestigte optische Faser 016 umfassen kann, an deren Facette 021 eine Zielstruktur 030 in Form eines sich senkrecht über die gesamte Facette 021 erstreckenden quaderförmigen Körpers gefertigt werden soll. Bei dieser Anordnung kann gemäß den Simulationsergebnissen entsprechend Figur 6a erwartet werden, dass es infolge der Wechselwirkung des Lithographiestrahls 060 mit der optischen Faser 016 zu einer Störung des Strahlprofils und damit zu einer Abnahme der Intensität in dem Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 kommt. Hierbei kann erwartet werden, dass diese Wechselwirkung und eine daraus resultierende Abnahme der Intensität in dem Brennpunkt 065 umso größer ausfällt, je näher der Brennpunkt 065 des Lithographiestrahls 060 an der Faserfacette 021 und am Bauteilhalter 015 liegt. Sehr nahe an der Faserfacette ist dagegen gemäß Figur 6a mit einer Zunahme der Intensität zu rechnen. Diese Effekte lassen sich erfindungsgemäß mit dem Verfahren der Lumineszenz-Detektion direkt messtechnisch erfassen. Zu diesem Zweck kann zunächst der vor der Faserfacette 021 befindliche Raumbereich mit einem Teststrahl abgescannt und die in einer Umgebung des Brennpunktes eines Teststrahls 945 erzeugte Lumineszenz- Strahlung messtechnisch erfasst werden. Dazu wird das Lithographie-System vorzugsweise um eine Lumineszenz-Detektionseinheit 960 ergänzt. Diese kann in einer besonderen Ausführung eine auf dem Prinzip der Konfokal-Mikroskopie beruhende Anordnung aufweisen, mit welcher Lumineszenz- Strahlung 940 aus einer Umgebung des Brennpunktes des Teststrahles räumlich selektiv erfasst werden kann. Zusätzlich kann ein optisches Kurzpassfilter 970 eingesetzt werden, mit dem sich die anregende Strahlung des Teststrahls und die Lumineszenz- Strahlung 940 spektral voneinander trennen lassen. Als Teststrahl kann der Lithographiestrahl 060 selbst verwendet werden, wobei die Leistung ge- wählt werden kann, dass die Lumineszenz-Strahlung 940 sichtbar ist, es jedoch noch zur keiner Vernetzungsreaktion in dem Photoresist kommt 110. Für den Photoresist 110 wurde im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein kommerziell erhältliches und für die Anwendung in der Mehrphotonenlithographie geeignetes Acrylat verwendet, dem einen Photoinitiator mit einer unter UV-Anregung stark fluoreszierende Fluoren-Gruppe beigemischt ist. Der Teststrahl kann vorzugsweise eine Folge kurzer Laserpulse mit einer Pulsdauer von 50 fs bis 250 fs, bevorzugt von ca. 100 fs, einer Wiederholrate von 50 MHz bis 250 MHz, bevorzugt von ca. 100 MHz, und einer Mittenwellenlänge von 750 nm bis 800 nm, bevorzugt von ca. 780 nm, aufweisen. Andere Arten von Teststrahlen sind jedoch möglich. Die Anregung der Emission von Fluoreszenzstrahlung durch die Fluoren-Gruppe des Photonitia- tors ebenso wie die Auslösung der Vernetzungsreaktion im Photoresist kann nur durch Mehrphotonenprozesse möglich sein, was eine starke Korrelation zwischen dem bei der Testbelichtung erhaltenen Fluoreszenzsignal und dem im Lithographie-Prozess zu erwartenden Vernetzungsgrad des Photoresists 110 erwarten lässt. Die in der Umgebung des Brennpunktes des Teststrahles emittierte Fluoreszenzstrahlung wies ein breites optisches Spektrum auf, das sich von ca. 460 nm bis 540 nm erstreckt und das sich damit durch mindestens einen optischen Kurzpassfilter 970 leicht von der rückgestreuten optischen Leistung des Teststrahls trennen lässt.
Figur 11 (a) und (c) zeigen jeweils eine räumliche Verteilung der gemessenen Fluoreszenz- leistung in einer Ebene, welche die Längsachse der optischen Faser 016 umfasst und welche senkrecht auf einer Oberfläche das Bauteilträgers 015 steht.
In Figur 11 (a) wurde keine Korrektur der Leistung des Teststrahles in der Nähe der Faserfacette 021 vorgenommen. Wie erwartet nimmt in diesem Fall die Fluoreszenzleistung in Folge der Wechselwirkung des Teststrahles mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur 010 bei zunehmender Annäherung an die Faserfacette 021 und an die Oberfläche des Bauteilträgers 015 ab, mit Ausnahme einer durch die Simulation gemäß Figur 6 (a) vorhergesagten Zunahme sehr nahe an der Faserfacette 021. Dementsprechend führt auch eine, ohne weitere Korrekturmaßnahmen durchgeführte lithographische Strukturierung der Zielstruk- tur 030 zu einem unzureichenden Ergebnis, bei dem insbesondere im unteren Teil der Zielstruktur 030 keine Vernetzung des Photoresists 110 erreicht wird, wie beispielhaft aus Figur 11 (b) hervorgeht. Auf Basis der räumlichen Verteilung der gemessenen Fluoreszenzleistung lässt sich in einem weiteren Schritt eine Korrektur der zur Strukturierung notwendigen optischen Leistung erreichen. Dazu kann die Strategie verfolgt werden, durch einen von der Position des Brennpunkts abhängigen Korrekturfaktor für die Leistung des Teststrahls zunächst eine räumlich konstante Fluoreszenzleistung zu erzielen. Unter einer Annahme, dass die Rate der Vernetzungsreaktion in dem Photoresist 110 und die emittierte Fluoreszenzleistung nach derselben nicht- linearen Beziehung von der Leistung des Lithographiestrahls 060 bzw. des Teststrahls abhängen, lässt unter Verwendung desselben räumlichen Korrekturvorschrift für die Lithographie-Leistung auch eine räumlich homogene Vernetzung des Photoresists 110 erzielen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die ortsabhängige Korrektur der Leistung auf einer einfachen Multiplikation mit einem Korrekturfaktor
1/q
öcorr(r) = ( PFl(r) ) (1) erzielt werden, wobei PFi(r) die am betreffenden Ort r gemessene Fluoreszenzleistung und PFl 0 die Fluoreszenz-Leistung für eine Messung weit entfernt von der Faserfacette 021 darstellt, bei welcher keine Störung des Teststrahls zu erwarten ist. Bei q handelt es sich um einen Exponenten, welcher die nichtlineare Charakteristik des zur Fluoreszenz- Emission bzw. zur Vernetzung führenden Absorptionsprozesses beschreibt. Für den Fall der hier betrachteten Zweiphotonenabsorption gilt q = 2.
Figur 11 (c) zeigt das Ergebnis der Korrektur der Leistung des Teststrahles, welche zu einer räumlich homogenen Verteilung der gemessenen Fluoreszenz-Leistung führen kann. Durch Anwendung desselben Korrekturfaktors auf die Leistung des Lithographiestrahls kann sich, wie erwartet, auch eine gleichmäßige Vernetzung der Teststruktur 030 über die gesamte Höhe der Faserfacette erreichen lassen, wie beispielhaft aus Figur 11 (d) hervorgeht.
Die im vorliegenden Beispiel verwendete Korrekturvorschrift nach Gleichung (1) ist bei- spielhaft zu verstehen und kann für andere Anwendungsfälle entsprechend erweitert werden, vorzugsweise im Hinblick darauf, dass eine nicht-lineare Abhängigkeit der Lumineszenz-Emission von der Leistung des Teststrahls nicht notwendigerweise denselben Exponenten aufweisen muss wie die nicht-lineare Abhängigkeit der Rate der Vernetzungsreaktionen von der Leistung des Lithographiestrahls 060. In vielen Fällen kann die Leistungs- korrektur daher auch nicht mehr über eine einfache Multiplikation mit einem Korrekturfaktor erreicht werden, sondern kann vorzugsweise auf Basis einer komplexeren Beziehung, bevorzugt einer räumlich und/oder zeitlich nicht lokalen Beziehung, erfolgen. Im Fall von teilweiser Abschattung des Lithographiestrahls 060 durch eine teilweise opake Ausgangs- struktur 010 kann es daher insbesondere vorteilhaft sein, mehrere Messungen mit unterschiedlichen Parametern durchzuführen, um Effekte in Bezug auf Intensitätsverteilungen in der Nähe des Brennpunkts von der Effekten der Sammeleffizienz der Lumineszenz- Detektionseinheit 960 trennen zu können.
Bezugszeichenliste
010 Nicht-planare Ausgangsstruktur
011 , 012 Mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehende Teilbereiche der Ausgangsstruktur
013 Veränderungen der Ausgangsstruktur in den mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehenden Teilbereichen
014 Mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung stehender Teilbereich der bereits gefertigten Zielstruktur
015 Bauteilhalter
016 Optische Faser
017 Integrier-optischer Chip
018 Integriert-optischer Wellenleiter
019 Wellenleiterkern einer Glasfaser
020 Topographie der nicht-planaren Ausgangsstruktur
021 Lichtemittierende Facette eines optischen Bauteils
025 Bei der Lithographiewellenlänge stark reflektierende Teilbereiche der
Ausgangsstruktur
030, 031 Zielstruktur
035 Teilbereiche der bereits gefertigten Zielstruktur, welche bei der Belichtung nachfolgender Teilbereiche mit dem Lithographiestrahl in Wechselwirkung treten
037 innerer Teilbereich der Zielstruktur
038 oberflächennaher Teilbereich der Zielstruktur
040 Volumenelement der Zielstruktur
041 Mittelpunkt des Volumenelements
050 Abstand des Mittelpunkt des Volumenelements von einer den Lithographiestrahl verändernden Kante
052 Den Lithographiestrahl verändernde Kante
053 Aufgrund der Veränderung des Lithographiestrahls durch die Kante nicht korrekt belichteter Teilbereich
060 Lithographiestrahl
065 Brennpunkt (Fokus) des Lithographiestrahls
070, 071 Aufgrund der Topographie der Ausgangsstruktur veränderter (zweiter)
Bereich des Lithographiestrahls
080 Aufgrund der Topographie der Ausgangsstruktur unveränderter (erster)
Bereich des Lithographiestrahls
090 Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur an einer nicht-planaren Ausgangsstruktur (Lithographie-System)
Photoresist
Strahlformungseinheit
Teilbereiche der Strahlformungseinheit zur Veränderung von Bereichen des Lithographiestrahls
Belichtungsoptik
Messeinheit zur Erfassung der Topographie der Ausgangsstruktur Photonischer Wirebond
Sich durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls mit der Ausgangsstruktur ergebende Veränderungen in der Geometrie des photonischen Wirebonds
Mikrooptische Linse
Mikro- oder nanoskalige Struktur
Lithographie-Einheit
Verschiebetisch
Datenverarbeitungseinheit
Datenspeicher
Die Zielstruktur beschreibende Daten
Daten zur Korrektur der durch die Wechselwirkung mit der Ausgangsstruktur hervorgerufenen Veränderungen des Lithographiestrahls Weitere Datenverarbeitungseinheit
Optische Messeinheit
Lumineszenz- Strahlung
Teststrahl
Strahlteiler
Lumineszenz-Detektionseinheit
Kurzpassfilter
Photodetektor

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur (030) an einer nicht- planaren Ausgangsstruktur (010) durch Belichten eines Photoresists (100) mittels mindestens eines Lithographiestrahls (060), umfassend die folgenden Schritte:
a) Erfassen einer Topographie (020) einer Oberfläche einer nicht-planaren Ausgangsstruktur (010);
b) Verwenden mindestens eines Test-Parameters für den Lithographiestrahl (060) und Ermitteln einer Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) sowie der hierdurch hervorgerufenen Veränderung des Lithographiestrahls (060) und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur (030);
c) Bestimmen mindestens eines Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl (060) derart, dass die durch die Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) verursachte Veränderung des Lithographiestrahls (060) und/oder der zu erzeugenden Zielstruktur (030) verringert wird; und
d) Erzeugen der gewünschten Zielstruktur (030) an der Ausgangsstruktur (010) durch Belichten des Photoresists (100) mittels des mindestens einen Lithographiestrahls (060) unter Verwendung des mindestens einen Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl (060).
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Verfahrensschritte b) und c) iterativ derart ausgeführt werden, dass hierdurch die Veränderung der zu erzeugenden Zielstruktur (030) aufgrund der Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) zunehmend verringert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Topographie (020) der Oberfläche der nicht-planaren Ausgangsstruktur (010) unter Verwendung von bekannten Daten aus einem Modell der nicht-planaren Ausgangsstruktur (010) oder unter Verwendung eines zur Ermittlung der Topographie (020) der Oberfläche eingerichteten Messverfahrens oder Kamera erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln einer Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der Ausgangsstruktur (010) sowie der hierdurch hervorgerufenen Veränderung des mit den Test-Parametern eingestellten Lithographiestrahls (060) während Schritt b) mittels einer Erfassung von Lumineszenz- Strahlung (940) erfolgt, wobei die Lumineszenz- Strahlung (940) durch den mit den Test-Parametern eingestellten Lithographiestrahl (060) erzeugt wird.
Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die Leistung der Lumineszenz- Strahlung (940) in nicht- linearer Weise von der Intensität in dem Brennpunkt (065) des Lithographiestrahls (060) in dem Photoresist (100) abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Korrektur-Parameter für den Lithographiestrahl (060) eine Anpassung
- einer optischen Leistung,
- mindestens einer Wellenlänge,
- einer Schreibgeschwindigkeit,
- eines Querschnitts,
- eines Amplitudenprofils,
- eines Phasenprofils, und/oder
- einer Position
- mindestens eines Bereichs (070, 071) des Lithographiestrahls (060) umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Korrektur-Parameter für den Lithographiestrahl (060) die Anpassung einer von dem Lithographiestrahl (060) durchquerten Strahlformungseinheit (110) umfasst, wodurch die Anpassung einer Amplituden- und/oder Phasenverteilung des Lithographiestrahls (060) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Korrektur-Parameter derart verändert werden, dass für mindestens einen ersten Korrektur- Parameter eine individuelle Anpassung auf jedes zu belichtende Volumenelement (040) vorgenommen wird, während für einen zweiten Korrektur-Parameter derselbe Wert für eine Vielzahl von Volumenelementen (040) innerhalb einer ausgewählten Gruppe beibehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die nicht-planare Ausgangsstruktur (010) eine mit dem Lithographiestrahl (060) wechselwirkende Kante (052) aufweist, deren Einfiuss durch eine Erhöhung der optischen Leistung des Lithographiestrahls (060) beim Annähern des Lithographiestrahls (060) an die Kante (052) zumindest teilweise kompensiert wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Photoresist (100) ausgewählt wird aus einer Flüssigkeit, welche gleichzeitig als Immersionsmedium für ein Lithographie-Objektiv dient.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Korrektur-Parameter gemäß den folgenden Teilschritten bestimmt wird:
i) Ermitteln eines ersten Bereichs (080) des Lithographiestrahls (060), in welchem der Lithographiestrahl (060) einen Mittelpunkt (041) eines Volumenelements (040) ohne Wechselwirkung des Lithographiestrahls (065) mit der nicht- planaren Ausgangsstruktur (010) erreicht;
ii) Ermitteln eines zweiten Bereichs (071) des Lithographiestrahls (060), wobei der Lithographiestrahl (060) auf einem Weg zu dem Mittelpunkt (041) des Volumenelements (040) mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur (010) in Wechselwirkung tritt; und
iii) Modifizieren des ersten Bereichs (070) oder des zweiten Bereichs (071) des Lithographiestrahls (060) durch eine Einstellung mindestens eines Teilbereichs (111, 112) der Strahlformungseinheit (110).
12. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei Teilschritt iii) ein Blockieren des zweiten Bereichs (071) des Lithographiestrahls (060) durch eine Einstellung eines zweiten Teilbereiches (112) der Strahlformungseinheit (110) und ein Ermitteln einer Einstellung für einen ersten Teilbereich (111) der Strahlformungseinheit (110) in einer Weise, dass eine gewünschte Intensitätsverteilung des ersten Bereichs (070) des Lithographiestrahls (060) in einer Umgebung des Mittelpunkts (041) des Volumenelements (040) auftritt, umfasst.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zielstruktur (030) in einen inneren Teilbereich (037) und einen oberflächennahen Teilbereich (038) zerlegt wird, wobei das Bestimmen des mindestens eines Korrektur-Parameters für den Lithographiestrahl (060) derart erfolgt, dass für den oberflächennahen Teilbereich und für den inneren Teilbereich (037) voneinander verschiedene Korrektur-Parameter ermittelt werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zu erzeugenden Zielstruktur (030) mindestens ein optisches Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein refraktives optisches Element, ein diffraktives optisches Element, einen optischen Wellenleiter oder eine Kombination hiervon. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die nicht-planare Ausgangsstruktur (010) mindestens ein optisches Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe umfassend eine Glasfaser mit mindestens einem lichtleitenden Kern, einen kantenemittierenden integriert-optischen Chip, einen Halbleiterlaser oder eine Kombination hiervon.
16. Vorrichtung zur lithographischen Erzeugung einer Zielstruktur (030) an einer nicht- planaren Ausgangsstruktur (010) durch Belichten eines Photoresists (100) mittels mindestens einem Lithographiestrahl (060) nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mindestens umfassend
- eine Lithographie-Einheit (600) zur Erzeugung eines Lithographiestrahls (060) und zur Positionierung des Lithographiestrahls (060) innerhalb eines Photoresists (100);
- eine Strahlformungseinheit (1 10), welche zu einer Beeinflussung einer Amplituden- und/oder Phasenverteilung des Lithographiestrahls (060) eingerichtet ist; und
- eine Datenverarbeitungseinheit (610), welche zu einer Ansteuerung der Lithographie-Einheit (600) und der Strahlformungseinheit (110) eingerichtet ist, wobei die Datenverarbeitungseinheit (610) ferner dazu eingerichtet ist, um Strukturdaten der zu erzeugenden Zielstruktur (030) und Daten zur Korrektur der durch eine Wechselwirkung des Lithographiestrahls (060) mit der nicht-planaren Ausgangsstruktur (010) hervorgerufenen Veränderung des Lithographiestrahls (060) zu speichern.
17. Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, ferner umfassend
- eine optische Messeinheit (900), welche zur Erfassung der Topographie (020) der nicht-planaren Ausgangstruktur (010) eingerichtet ist; und/oder
- eine Lumineszenz-Detektionseinheit (960), welche zu einer Erfassung von Lumineszenz-Strahlung (940) aus dem Photoresist (110) eingerichtet ist.
18. Vorrichtung nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Strahlformungseinheit (110) mindestens eine der folgenden Einrichtungen umfasst:
- einen räumlichen Modulator für Licht (SLM);
- einen Flüssigkristall-basierten Modulator;
- einen akusto -optischen Modulator (AOM);
- einen elektro-optischen Modulator (EOM);
- eine ansteuerbaren Blende; und/oder
- ein Mikrospiegel-Array.
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