通过激光光刻制造3D结构的方法及相应的计算机程序产品技术

本发明专利技术涉及一种用于通过激光光刻来制造三维整体结构(10)的方法，该整体结构(10)由至少一个部分结构(14)来近似，其中，为了写入部分结构(14)，在利用多光子吸收的同时，在激光写入光束(28)的聚焦区域(26)中将曝光剂量辐射到光刻材料中。这里，在部分结构(14)中，与剩余的部分结构(14)相比，改变紧邻待制造的整体结构(10)的外表面(12)的那些边缘部分(20)中的曝光剂量。本发明专利技术还涉及适用于该方法的计算机程序产品。

The method of manufacturing 3D structure by laser lithography and corresponding computer program products

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过激光光刻制造3D结构的方法及相应的计算机程序产品
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的通过激光光刻来制造三维整体结构的方法，并且涉及一种根据权利要求15的适用于所述方法的计算机程序产品。
技术介绍
在待制造的结构需要高精度和设计自由度的领域中，这类方法发现特别用在制造微结构或纳米结构中。在激光光刻领域中，特别是对于所谓的激光直写，已知的是，通过依次写入一系列彼此完全互补成所需结构的部分结构来制造所需的整体结构。通常，整体结构以层或切片的形式被写入。通常从已知的整体结构中来在数学上确定各个部分结构。为此目的，已知将整体结构计算地记录在网格结构中并将其划分为部分结构。出现的问题是，在网格结构中再次确定部分结构，因此不能精确地再现整体结构精确走向。另外，激光光刻内在具有一定的分辨率限制，特别是由聚焦区域的空间范围给出的。结果，在由不同的部分结构组成的结构中，会出现阶梯状的表面走向。这种所谓的“阶梯”效应使得产生具有连续表面演变的整体结构成为问题。另一个问题是，当制造非常致密包装的结构时，可能会发生所谓的“隆起”效应。在这种情况下，某些结构区域可能被不期望地扩大或膨胀，这是由于当结构细节被一个接一个地紧挨着写入时，实际上过量的能量输入到光刻材料中的缘故。总体而言，在已知的激光光刻方法中，在待被写入的结构与由组合的部分结构实际产生的结构之间可产生不希望的偏差。在现有技术中，已知各种方法来解决所提到的问题和误差。特别地，可以通过将其分解成较小的部分结构来实现提高的精度。但是，由于这也会增加待生成的部分结构的数量，因此此过程很耗时。也可以想到的是，仅在轮廓变化强烈的区域中对整体结构进行更精细的筛选。这在生成部分结构时增加了计算量，因此也是费时的。从美国专利No.4,575,330A1或美国专利5,247,180A中可知立体光刻法，其中部分结构的期望结构是通过用写入光束来局部曝光而在液体光刻材料的浴器中以块状或分层构建的。在这种情况下，写入光束通过在每种情况下直接在光刻材料的浴器表面上的一层中的局部曝光来固化结构区域。通过在光刻材料的浴器中逐步降低载体基板，结构然后被分层构建。用这种方法不可能在光刻材料的体积中直接构造期望的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是补偿上述激光光刻方法中的不期望的误差，并针对待制造的结构提供更大的设计自由度。另外，该目的是尽可能多地缩短处理时间。该目的通过根据权利要求1的方法来实现。这是激光光刻方法，特别是通过激光光刻设备在一定体积的光刻材料中或在充满光刻材料的体积中的所谓的激光直写。通过限定至少一个部分结构(即，通过利用激光光刻设备“写入”到光刻材料中)，将整体结构写入光刻材料中，其中，至少一个部分结构至少近似期望的整体结构。为了写入部分结构，利用双光子吸收或通常多光子吸收以空间分辨的方式在激光写入光束的聚焦区域中将曝光剂量辐射到光刻材料中。结果，以这种方式对光刻材料进行局部地修改和构造。在该结构的最终限定之后可以进行显影步骤，例如，以触发光刻材料中对整体结构无影响的区域或固化整体结构。为了实现该目的，特别提出，与部分结构的其他区域相比，在与待制造的整体结构的外表面直接邻接(并在此范围内受外表面本身限制)的那些边缘部分中的至少一个部分结构中，改变曝光剂量。为了生成部分结构，使激光写入光束的聚焦区域移位通过光刻材料，从而引入曝光剂量。为了移位聚焦范围，可以例如通过光束引导装置以受控的方式偏转激光写入光束。然而，还可以想到的是，通过定位装置使光刻材料或具有光刻材料的基板相对于激光写入光束以受控的方式移位。这两个概念也可以一起用于移位。曝光剂量特别是辐射能量的体积剂量。当聚焦区域移位到相应的边缘部分时，根据本专利技术改变曝光剂量。在当前使用类型的3D激光写入中，通过多光子吸收来引入曝光剂量是特别有利的。为此目的，优选以如下方式设计光刻材料并且将激光写入光束调谐到光刻材料以使得：仅通过吸收多个光子才可能改变光刻材料(例如局部聚合)。为此目的，例如，可以选择激光写入光束的波长(并且因此可以确定分配的量子能量的大小)，使得仅通过同时吸收两个或更多个量子来达到改变光刻材料所需的能量输入。此过程的概率依赖于强度，并且在聚焦区域中比其余的写入光束相比显著增加。基本的考虑因素表明，吸收两个或多个量子的概率可能依赖于辐射强度的平方或更高次幂。相反，线性吸收过程的概率具有不同的强度依赖性，特别是具有辐射强度的较低次幂。由于在激光写入光束穿透到光刻材料中时会发生衰减(例如，根据比尔定律)，因此使用线性吸收过程在聚焦区域中在光刻材料的液面下深处写入将是有问题的，这是因为由于衰减本身，即使在聚焦区域中的表面下方聚焦时也不一定存在最高的吸收概率。相比之下，多光子吸收的机制使得可以将所需的曝光剂量引入到一定体积的光刻材料的内部，并且可以局部修改光刻材料。因此，如本领域中已知的，不需要用于在光刻材料浴器中逐步降低支撑结构的设备。通过辐射曝光剂量，使光刻材料局部化学和/或物理改变，例如固化或聚合。光刻材料中改变的区域或“体素”的大小取决于曝光剂量，因此通过改变曝光剂量，可以改变相应结构区域或“体素”的空间范围。通过适当设定曝光剂量变化的尺寸，可以调节写入的区域的大小，使得补偿所期望的整体结构和部分结构之间的缺失区域。这使得可以补偿一开始就描述过的误差，这种误差可能在整体结构接近一个或多个部分结构时发生。通过上述步骤也可以消除激光光刻中通常遇到的其他问题。例如，当使用负性光刻胶时，可能发生不希望的收缩效应。负性光刻胶在暴露于辐射能量的区域中固化。收缩效应例如由以下事实引起：与在原始(例如，粘性)状态下相比，光刻材料在固化状态下占据的空间更少。这可以通过有针对性的改变曝光剂量而得以补偿。然而，曝光剂量的变化还使得可以以针对性的方式直接生成期望的表面结构。在这种情况下，在边缘部分中的曝光剂量根据限定的图案而变化，该边缘部分随后提供整体结构的表面。这导致以下事实：写入在边缘部分中的体素具有不同的膨胀，并且因此有助于所需的表面结构化。优选地，仅在边缘部分中改变曝光剂量。在其他部分中，尤其是在部分结构的内部区域中，优选地不发生曝光剂量的变化。由此，可以简化控制激光光刻设备所需的算术运算。所描述的方法使得可以通过部分结构以比较粗略的筛选来近似整体结构。同时，可以实现短的处理时间。在本文中，术语“光刻材料”基本上是指其化学和/或物理材料性能可以通过例如用激光写入光束来辐射而被改变的物质，其被称为光刻胶。根据写入光束引起的变化的性质，光刻材料可以在所谓的负性光刻胶(其中辐射导致显影介质中的局部硬化或溶解度)中和在所谓的正性光刻胶(其中辐射局部增加在显影介质中的溶解度)中形成。根据一个有利的实施方式，通过依次限定多个部分结构来限定整体结构，这些部分结构在一起近似整体结构。在这种情况下，特别提供的是，仅在与待生成的整体结构的外表面邻接的那些部分结构中改变曝光剂量。在这种情况下，在相应的部分结构中，与在直接邻接外表面的那些边缘部分中的剩余的部分结构相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过在光刻材料中激光光刻来制造三维整体结构(10)的方法，/n其中，通过限定至少一个部分结构(14)来限定所述整体结构(10)，以使得所述至少一个部分结构(14)近似于所述整体结构(10)，/n其中，为了写入所述部分结构(14)，在利用多光子吸收的同时，在激光写入光束(28)的聚焦区域(26)中将曝光剂量辐射到所述光刻材料中，/n其特征在于，在所述至少一个部分结构(14)中，与剩余的部分结构(14)相比，改变在直接邻接待制造的所述整体结构(10)的外表面(12)的边缘部分(20)中的所述曝光剂量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170511 DE 102017110241.81.一种用于通过在光刻材料中激光光刻来制造三维整体结构(10)的方法，
其中，通过限定至少一个部分结构(14)来限定所述整体结构(10)，以使得所述至少一个部分结构(14)近似于所述整体结构(10)，
其中，为了写入所述部分结构(14)，在利用多光子吸收的同时，在激光写入光束(28)的聚焦区域(26)中将曝光剂量辐射到所述光刻材料中，
其特征在于，在所述至少一个部分结构(14)中，与剩余的部分结构(14)相比，改变在直接邻接待制造的所述整体结构(10)的外表面(12)的边缘部分(20)中的所述曝光剂量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过依次限定多个部分结构(14)来限定所述整体结构(10)，其中，所述部分结构(14)一起近似所述整体结构(10)。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，与所述剩余的部分结构(14)相比，增加在所述边缘部分(20)中的所述曝光剂量。


4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，与所述剩余的部分结构(14)相比，减小在所述边缘部分(20)中的所述曝光剂量。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，改变所述激光写入光束(28)的辐射功率以便改变所述曝光剂量。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了写入所述部分结构(14)，使所述激光写入光束(28)的所述聚焦区域(26)移位通过所述光刻材料，并且改变所述聚焦区域(26)的移位速度以便改变所述曝光剂量。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了写入所述部分结构(14)，所述激光写入光束(28)的所述聚焦区域(26)穿过扫描曲线(22)，其以多个紧邻的曲线部分穿过所述光刻材料，其中，在穿过两个连续遍历的曲线部分之间等待一段等待时间，在所述等待时间期间，没有曝光剂量被辐射。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为了写入所述部分结构(14)，所述激光写入光束(28)的所述聚焦区域(26)穿过扫描曲线(22)，其以多个紧邻的曲线部分穿过所述光刻材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏·唐基，妮可·林德曼，
申请(专利权)人：纳侬斯桧布有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE