DE4314574A1 - Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Oberflächen, Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenprofils, das einer Linse entspricht und Profil einer Linse - Google Patents

Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Oberflächen, Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenprofils, das einer Linse entspricht und Profil einer Linse

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensional gekrümmter Oberflächen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenprofils, das einer Linse entspricht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Profil einer refraktiven oder diffraktiven Linse, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren effektiv herstellbar ist und in ihrer Wirkung einer Fresnel-Linse entspricht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die lithografische Herstellung von 3-dimensional gekrümmten Oberflächen, beispielsweise für Linsen und Linsenarrays. Diese Linsen können diffraktive oder refraktive Linsen oder Kombinationen aus diffraktiven und refraktiven Linsen sein. Die Linsenkrümmungen sind beliebig und reichen beispielsweise von radial sphärisch bis elliptisch. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden neuartige Linsenstrukturen gewerblich realisierbar.
Linsenstrukturen müssen lateral und im Profil eine hohe Genauigkeit besitzen. Lithografische Verfahren zur Herstellung von Linsen mit eingeschränkten Abmessungen sind seit langem bekannt. Die mit Licht, Elektronen, Röntgen- oder mit Ionenstrahlen arbeitenden lithografischen Verfahren sind prinzipiell zur Herstellung solcher Profile geeignet. In vielen Fällen tritt bei schreibenden Verfahren jedoch das Problem langer Bearbeitungszeiten auf. Ursache dafür ist die notwendige Zerlegung der gekrümmten Strukturgeometrien in eine hohe Anzahl elementarer Strukturdetails, die zur Repräsentation der Profiloberfläche abzuarbeiten sind.
Dieser Umstand läßt sich an Hand der elektronenlithografischen Herstellung eines refraktiven Mikrolinsenarrays verdeutlichen. Das diesem Beispiel zugrunde liegende Verfahren ist unter der Bezeichnung "variable dose writing" bekannt und nutzt die Tatsache, daß die Lösungsgeschwindigkeit eines elektronenempfindlichen Resists im Entwicklerbad mittels der in den Resist eingebrachten Elektronendosis vorbestimmt werden kann. Dadurch ist es möglich, die laterale Elektronendosisverteilung so zu gestalten, daß man mit dem Abbruch der Entwicklung nach einer bestimmten Zeit das gewünschte Oberflächenprofil erhält. Fig. 1 zeigt diese Verfahrensweise schematisch.
Im Fall radialsymmetrischer Linsenkrümmung der Einzellinse und einer endlichen Höhenstufung im Profil ergeben sich ringförmige abzuarbeitende Bereiche gleicher Elektronendosis. Wird die Linse zur effizienten Anordnung im Array quadratisch begrenzt, sind die äußeren Ringe gleicher Elektronendosis nicht geschlossen. Der anfallende Datenaufwand ist groß und bewirkt eine relativ langsame Abarbeitung jeder einzelnen Linse.
Sehr schnelle Elektronenstrahlbelichtungsanlagen arbeiten mit einem variablen Formstrahl rechteckigen Querschnittes. Ihre potentielle Belichtungsgeschwindigkeit ist aber nur dann nutzbar, wenn die parallel zu den Koordinatenachsen rechteckige Elektronensonde möglichst großflächig nutzbar ist. Gerade das ist im vorliegenden Beispiel nicht möglich, denn es müssen zur Approximation des Kreisringes sehr viele kleine Rechtecke abgearbeitet werden. Fig. 2 zeigt schematisch die Zerlegung eines Kreisringes in Rechtecke. Auch bei Verwendung einer schnellen Elektronenstrahlbelichtungsanlage resultieren daraus unbefriedigend lange Bearbeitungszeiten.
Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren für eine vergleichsweise sehr schnelle und die Datenmenge reduzierende lithografische Herstellung von 3-dimensionalen Oberflächenprofilen zu finden. Die realisierbaren Strukturen sollen insbesondere diffraktive oder refraktive optische Linsen vom fresnelschen oder klassischen Typ oder Kombinationen aus diesen sein, deren Linsenkrümmungen beispielsweise von radial sphärisch bis elliptisch speziell gekrümmt reichen.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren zur Herstellung 3-dimensional gekrümmter Oberflächen durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Wesen der Erfindung geht von der Tatsache aus, daß, im mathematischen Sinne, eine 3-dimensionale Oberfläche durch die Überlagerung von zwei 2- dimensionalen Oberflächen eindeutig definiert ist. Dieses an sich bekannte mathematische Prinzip soll in der Lithografie angewendet werden, um nahezu beliebige 3-dimensionale Strukturen kostengünstig herzustellen. Mindestens zwei lithografische Strukturierungsschritte mit unterschiedlicher Strukturausbildung, die jeweils nur zu einer 2-dimensional gekrümmten Oberfläche führen würden, werden aufeinanderfolgend auf die zu strukturierende Oberfläche angewendet und damit eine 3-dimensional gekrümmte Oberfläche erzeugt.
Dazu wird eine lithografische Übereinanderbelichtung von mindestens zwei Dosisverteilungen und anschließende Entwicklung der Resistschicht durchgeführt. Die Abarbeitung der Belichtung der Resistschicht mit Dosisverteilungen erfolgt seriell.
Die lokale Verteilung der Lösegeschwindigkeit des Resists, die durch die lokale Verteilung der Elektronendosis bedingt ist, realisiert bei der Entwicklung der Resistschicht eine 3-dimensional gekrümmte Oberfläche.
Elektronendosis und Lösungsgeschwindigkeit des Resists sind durch Funktionen miteinander gekoppelt. Der einfachste Fall ist die lineare Kopplung, sie bedeutet einen linearen Zusammenhang zwischen Elektronendosis und entwickelter Tiefe.
Die Linearität bzw. Nichtlinearität eines Entwicklungsprozesses kann in bekannter Weise durch die Elektronendosis und die Entwicklungszeit beeinflußt werden. Damit lassen sich leicht jeweils zwei Dosisverteilungen (die je einer zweidimensional gekrümmten Oberfläche entsprechen) finden, die durch definierte Übereinanderbelichtung und anschließende Entwicklung die gewünschte geometrische Oberfläche (Oberflächenprofil im Resist) ergeben.
Die mindestens zwei Bestrahlungen können in einem ersten Fall nacheinander durchgeführt werden und ein Entwicklungsprozeß folgt nach.
In einem zweiten Fall werden die erste Bestrahlung durchgeführt, der ein erster Entwicklungsprozeß folgt, und dann die zweite Bestrahlung durchgeführt, der ein zweiter Entwicklungsprozeß folgt. Weitere Belichtungen und Entwicklungsprozesse können folgen.
Die Bestrahlungen erfolgen mit Licht, Elektronen, Röntgenstrahlen oder Ionen. Die Dosisverteilungen, die jeweils einer Struktur entsprechen, können gleich oder unterschiedlich sein. Die durch die Dosisverteilungen in die Resistschicht eingeschriebenen Profile stehen in ihrer Ausrichtung in einem Winkel zueinander.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, auf sehr effiziente Weise 3-dimensional gekrümmte Oberflächen in Form von Belichtungsdaten für lithografische Patterngeneratoren zur Verfügung zu stellen. Belichtet man beispielsweise einen Datensatz zur Erzeugung einer Zylinderlinse einmal parallel zur X-Achse und ein zweites Mal um 90° gedreht, erhält man nach der Entwicklung des Resists eine lateral quadratisch begrenzte, sphärische Oberfläche. Unter Zylinderlinse soll hier eine allgemeine 2-dimensional gekrümmte Oberfläche verstanden werden, die weder symmetrisch noch abbildend sein muß (keinen Fokus hat).
Die Daten für die jeweilige Einzelstruktur besitzen einen vergleichsweise geringen Umfang und sind auf geeigneten Anlagen (z. B. Belichtungsanlagen mit variablem Formstrahl) erheblich schneller abarbeitbar, als die durch Zerlegung der Ringstruktur entstehenden umfangreichen Datenmengen.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 6 gelöst.
Mindestens zwei Dosisverteilungen werden übereinander belichtet, wobei eine erste Dosisverteilung der Strahlung der Struktur einer ersten Zylinderlinse entspricht und eine zweite Dosisverteilung der Struktur einer zweiten Zylinderlinse entspricht. Die Profile werden so in die Resistschicht eingeschrieben, daß die Achsen der Zylinder um einen Winkel versetzt sind. Die Dosisverteilungen, die jeweils einer Zylinderlinse entsprechen, sind gleich oder unterschiedlich. Sie entsprechen insbesondere einem fresnelschen Typ. Sie entsprechen beispielsweise diffraktiven und/oder refraktiven Linsenprofilen.
Beispielsweise entspricht die erste Dosisverteilung einem diffraktiven Linsenprofil und die zweite Dosisverteilung einem refraktiven Linsenprofil. Die Dosisverteilungen, die den mindestens zwei Zylinderlinsenprofilen entsprechen, sind vorzugsweise so, daß die Richtungen der Achsen der Zylinder orthogonal zueinander stehen.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei der Herstellung eines Profiles einer Linse durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.
Das Profil der erfindungsgemäßen Linse ist durch ihr Herstellungsverfahren gekennzeichnet. Die Linse hat eine Oberflächenstruktur, die durch die Überlagerung einer ersten Dosisverteilung der Strahlung, die der Struktur einer ersten Fresnel- Zylinderlinse entspricht, und einer zweite Dosisverteilung, die der Struktur einer zweiten Fresnel-Zylinderlinse entspricht, entsteht. Die Achsen der zwei Zylinderlinsenprofile werden um einen Winkel versetzt in die Resistschicht eingebracht. Nach den Belichtungen erfolgt eine eine zeitlich begrenzte Entwicklung der Resistschicht.
Das Profil der Linse soll nachfolgend durch eine Beschreibung der Oberflächenstruktur erläutert werden.
Das Profil der Linse hat - aus der Z-Richtung gesehen - mindestens vier gerade verlaufende Störflanken, die sich kreuzen. Die mindestens vier Störflanken schließen eine optisch wirksame Fläche ein. Diese Wirkfläche ist durch einen definierten Verlauf von Höhenlinien bestimmt.
Ein erster Teil der Störflanken (mindestens zwei) verlaufen in einer Richtung parallel zueinander. Ein zweiter Teil der Störflanken verläuft in einem Winkel von vorzugsweise 90 Grad zu den ersten Störflanken.
Der Verlauf des Höhenlinienprofils wird nachfolgend in einer ersten Wirkfläche, ausgehend vom Linsenmittelpunkt (X=0; Y=0), für einen Quadranten eines X-Y-Z- Koordinatensystems, beschrieben.
Die Oberfläche ist so bestimmt, daß sie in einer ersten Richtung (X-Richtung) radial nach außen gerichtet um die Höhe h₁ abfällt, in einer zweiten Richtung (Y-Richtung) radial nach außen gerichtet um die Höhe h₂ abfällt und in der Diagonalen zu der ersten Richtung (X-Achse) und der zweiten Richtung (Y-Achse) radial nach außen gerichtet um die Höhe hges abfällt, wobei die Höhe hges die Summe aus h₁ und h₂ ist.
Aus den sich ergebenden Linien der tiefsten Punkte der ersten Wirkfläche stoßen die Störflanken nahezu senkrecht (in Z-Richtung) bis zur Oberfläche der Resistschicht (Null-Linie) bevor. In die sich so ergebenden Störflanken sind weitere Koordinatensysteme (X′-Y′-Z′) einlegbar. Von deren Koordinatenursprüngen ausgehend erfolgen radial nach außen gerichtet wiederum die Reduzierungen der Höhen in der ersten Richtung (X-Richtung), in der zweiten Richtung (Y-Richtung) und in der Diagonalen zu den beiden Richtungen in dem ersten Quadranten wie oben beschrieben. Für die Quadranten 2 bis 4 gelten die Verhältnisse analog.
Die Höhen h₁ und h₂ haben mindestens die Größe eines Phasensprunges von 1λ und hges ist die Summe aus h₁ und h₂.
Weiterhin sind folgende Anwendungsmöglichkeiten gegeben, die sich aus der Kombination und Variation der Zahl und der Anordnung der Zylinderlinsenprofile ergeben, aufgezeigt:
  • - Weitere optische Funktionen werden dadurch realisiert, daß weitere Profile optischer Funktionen übereinander belichtet werden.
  • - Die nicht orthogonale Anordnung der mindestens zwei Zylinderlinsenprofile liefert parallelogrammförmige Randbegrenzungen bzw. Störflankenanordnungen der Linsenprofile.
  • - Ein runder Linsenrand entsteht bei refraktiven Linsenprofilen, wenn die Resistschichtdicke so bestimmt ist, daß die Resistschicht bei einer bestimmten Höhenlinie auf das Substrat durchentwickelt wird.
  • - Durch Mehrfachanordnung der einzelnen Strukturen nebeneinander werden Linsenarrays erzeugt.
  • - Das Verfahren ist sinngemäß auf eine binäre Strukturierung mit Maskentechnik und Ätzschritten übertragbar.
Die erfindungsgemäß hergestellten Linsenprofile werden galvanisch abgeformt und zur Herstellung von Linsen auf bekannte Weise repliziert.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Figuren erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 Herstellung eines 3-dimensionalen Profils mittels Elektronenstrahlbelichtung und Entwicklung,
Fig. 2 schematische Zerlegung eines Kreisringes in Rechtecke,
Fig. 3 herkömmliche Fresnel-Linse mit einer radialen Anordnung von Zonen (ein Quadrant),
Fig. 4 Dosisverteilung und Profil für eine erste Zylinder-Linse in X-Richtung,
Fig. 5 Dosisverteilung und Profil für eine zweite Zylinder-Linse in Y-Richtung,
Fig. 6 Dosisverteilung und Profil für eine radiale Linse quadratischer Grundfläche, die durch Überlagerung des Profils von zwei Zylinder- Linsen entsteht,
Fig. 7 Profil für ein refraktives Linsenarray radialer Linsen mit quadratischer Grundfläche, das durch Überlagerung zweier Zylinder- Linsenarrays entsteht,
Fig. 8 Linsenprofil, das durch Überlagerung des Profils von zwei Fresnel- Zylinder-Linsen entsteht,
Fig. 9 Draufsicht auf ein quadratisch begrenztes Linsenprofil, das durch Überlagerung des Profils von zwei Fresnel-Zylinder-Linsen entsteht (entsprechend Fig. 8c),
Fig. 10 Höhenprofil zu einem quadratisch begrenzten Linsenprofil, das durch Überlagerung des Profils von zwei Fresnel-Zylinder- Linsenprofilen entsteht (entsprechend Fig. 8c und 9b),
Fig. 11 Dosisverteilung für ein Profil einer Zylinder-Linse in X-Richtung,
Fig. 12 Linsenprofil, das durch Überlagerung des Profils einer Zylinder-Linse mit dem einer Fresnel-Zylinder-Linse entsteht,
Fig. 13 Ansicht eines Linsenprofils nach Fig. 8.
In Fig. 1 ist das technologische Verfahren zur Herstellung von Strukturen in einer Resistschicht 1 veranschaulicht. Auf ein Substrat 2 ist die zu strukturierende Resistschicht 1 aufgebracht. Durch eine Elektronenstrahlbelichtung 3 mit variabler Dosis in der X-Richtung wird die Löslichkeit des Resists so verändert, daß sich bei seiner Entwicklung eine Entwicklungsfront 4 in Minus-Z-Richtung ausbildet. Bei definierter Belichtung und Entwicklungszeit ist nach dem Abbruch der Entwicklung eine definierte Struktur in dem Resist (im Beispiel eine Stufenstruktur in X-Richtung) eingearbeitet.
Gemäß Fig. 2 erfordert der Belichtungsablauf schon bei einer einfachen Geometrie, beispielsweise einem Kreisring 6, eine datenaufwendige Zerlegung beispielsweise in Rechtecke 5 (Fig. 2). Der Umfang an Daten und die Kompliziertheit werden aus Fig. 3 ersichtlich, die eine Fresnel-Linse schematisch darstellt. Jede Wirkfläche 7 wird in eine Vielzahl von Höhenschritten zerlegt. Jeder Höhenschritt entspricht einem Kreisring 6 mit einer entsprechenden Zerlegung in Rechtecke 5. Jedem Kreisring 6 wird eine spezielle Dosis zugeordnet.
Die Fig. 4 bis 6 stellen das Verfahren zur Herstellung eines refraktiven Mikrolinsenprofiles dar.
Fig. 4a zeigt die Dosisverteilung für ein erstes Zylinderlinsenprofil in X-Richtung schematisch. Bei Belichtung einer genügend großen Anzahl Rechtecke 5 und Entwicklung wird eine gekrümmte Oberfläche nach Fig. 4b erhalten. Fig. 5a zeigt die Dosisverteilung für ein zweites Zylinderlinsenprofil in Y-Richtung schematisch. Bei Belichtung einer genügend großen Anzahl Rechtecke 5 und Entwicklung wird eine gekrümmte Oberfläche nach Fig. 5b erhalten.
Durch Überlagerung des Profils der ersten Zylinderlinse nach Fig. 4 und des Profils der zweiten Zylinderlinse nach Fig. 5 im X-Y-Z-Koordinatensystem (Fig. 6a) entsteht eine radiale Linse quadratischer Grundfläche gemäß Fig. 6b. Ihre Brennweite ist gleich der Brennweite der Zylinderlinsen.
Jede der zwei einzelnen Dosisverteilungen entspricht derjenigen, die bei der Herstellung eines Zylinderlinsenprofils mit quadratischer Grundfläche notwendig ist. Die Dosisverteilung für das erste Zylinderlinsenprofil (Fig. 4) ist in der Ausrichtung der Achsen 13 der Zylinder orthogonal zu der Dosisverteilung für das zweite Zylinderlinsenprofil (Fig. 5).
Fig. 7 stellt das Verfahren zur Herstellung eines Profiles eines refraktiven Linsenarrays mit quadratischer Grundfläche der Einzellinse dar. Die Struktur nach Fig. 7c entsteht durch Überlagerung der Dosis für zwei zueinander orthogonal versetzte Zylinder-Linsenarrays (Fig. 7a, b).
Ein weiteres Beispiel zeigt in Fig. 8 die Überlagerung der Dosisverteilungen, die dem Profil zweier Fresnel-Zylinder-Linsen (Fig. 8a, b) entspricht. Die Strukturen nach Fig. 8a, b sind gleichartig, jedoch werden diese orthogonal gekreuzt übereinander belichtet. Im Ergebnis wird eine neuartiges Linsenprofil (Fig. 8c zeigt einen Quadranten) mit radialsymmetrischer oder elliptischer optischer Wirkung erhalten. Die Linse ist vom fresnelschen Typ mit diffraktiver oder refraktiver Wirkung. Im Gegensatz dazu ist die konventionelle Erzeugung eines optisch gleichwertigen Profiles vom herkömmlichen fresnelschen Typ mit einer radialen Anordnung von Zonen (Fig. 3) ungleich aufwendiger.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf das Profil einer quadratisch begrenzten Linse, die durch Überlagerung des Profils von zwei Fresnel-Zylinderlinsen gemäß Fig. 8a, b entsteht. Die Fig. 9a stellt ein quadratisch begrenztes Linsenprofil dar. Die Fig. 9b zeigt den Quadranten entsprechend der Fig. 8c. Die Störflanken 8 verlaufen gerade, parallel zu den Linsenrändern 10. Die Störflanken 8 verschiedener Richtung sind orthogonal zueinander. Vier Störflanken 8 schließen eine Wirkfläche 7 (optisch wirksame Fläche) ein, die durch einen definierten Verlauf von Höhenlinien 9 bestimmt ist.
Fig. 10 zeigt zweidimensional das Höhenprofil zu einer quadratisch begrenzten Linse, die durch Überlagerung des Profils von zwei Fresnel-Zylinderlinsen entsteht (entsprechend Fig. 8c und 9b). Der Verlauf des Profils in X-Richtung fällt radial nach außen gerichtet um die Höhe h₁ ab, und in Y-Richtung um die Höhe h₂.
Die Höhen h₁ und h₂ haben die Größe eines Phasensprunges von mindestens 1λ (λ= Wellenlänge des Lichtes). Der Verlauf des Profils in der Diagonalen D zu der X- Achse und der Y-Achse fällt radial nach außen gerichtet um die Höhe hges ab. Dabei ist hges die Summe aus h₁ und h₂.
Aus den Linien der tiefsten Punkte stoßen die Störflanken 8 nahezu senkrecht (in Z- Richtung) bis zur Oberfläche der Resistschicht 11 (Null-Linie) hervor. Aus diesen Punkten schließen sich radial nach außen gerichtet wiederum die Reduzierungen der Höhen in X′-Richtung, in Y′-Richtung und in der Diagonalen D′ zu beiden Richtungen an und so weiter.
Die Erfindung ermöglicht die kostengünstige Herstellung dieser neuen Struktur, die in ihrer Wirkung einer konventionellen Fresnel-Linse mit konventioneller Ringstruktur entspricht.
Ein weiteres Beispiel zeigt die Überlagerung der Dosis, die einer refraktiven klassischen Struktur (Zylinderlinse in Fig. 12a) und der Dosis, die einer fresnelschen Struktur (Fresnel-Zylinderlinse in Fig. 12b). Ergebnis der Kombination ist eine 3-dimensionale Oberfläche mit entlang der X-Achse in Z- Richtung gekrümmten fresnelschen Zonen gemäß Fig. 12c.
Es steht beispielsweise die Aufgabe ein Profil für ein refraktives Linsenarray mit folgenden Parametern herzustellen:
Brennweite: 5 mm
Brechungsindex 1,5
Linsenmaterial: PMMA
Linsengröße: 150 µm
Linsenbegrenzung: quadratisch
Anzahl der Linsen: 660 * 660.
Ein 5′′-Maskenblanc (Glassubstrat, beschichtet mit ca. 80 nm Chrom) wird mit einem Elektronenresist (PMMA-Copolymer) beschichtet. Bei der anschließenden Elektronenstrahlbelichtung werden zwei Datensätze benötigt. Mit einem ersten Datensatz wird das Schreiben einer Dosisverteilung für 660 * 660 Zylinderlinsenprofile mit Brechkraft in x-Richtung realisiert (Fig. 7 a). Fig. 11 zeigt für ein Linsenprofil die ideale Dosisverteilung in x-Richtung; in y-Richtung (150 µm) ist die Dosis konstant. Dieses Dosisprofil wird durch 90 Dosisstufen, die jeweils einer zu belichtenden rechteckigen Strukturfläche (Rechteck) entsprechen, approximiert. Ein zweiter Datensatz schreibt das gleiche Array um 90° gedreht in die Resistschicht (Fig. 7 b). Nach einer zeitlich begrenzten Entwicklung ist das Oberflächenprofil voll ausgebildet (Fig. 7c).
Die minimale Anzahl rechteckiger Flächen (Rechtecke), die für eine Hälfte eines Zylinderlinsenprofils benötigt wird, ist gleich der Anzahl der Dosisschritte (hier 90). Für die insgesamt vier Hälften der beiden gekreuzten Zylinderlinsen ergeben sich also 360 Rechtecke. (Aufgrund der Anordnung der Linsen im Array sind durch Zusammenlegen angrenzender Rechtecke weitere Optimierungen möglich.) Die Bearbeitung der gleichen Linsenstruktur nach dem herkömmlichen radialen Zerlegungsverfahren entsprechend Fig. 2 führt auf mindestens 18 980 Rechtecke. Im Falle einer Abarbeitung der Daten auf einer Elektronenstrahlbelichtungsanlage ergibt der Vergleich zwischen beiden Varianten ein Zeitgewinn um einen Faktor ca. 30 bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bezugszeichenliste
1 Resistschicht
2 Substrat
3 Elektronenstrahlbelichtung
4 Entwicklungsfront
5 Rechtecke
6 Kreisring
7 Wirkfläche
8 Störflanke
9 Höhenlinien
10 Linsenrand
11 Oberfläche der Resistschicht
12 Diagonale
13 Achse
X-Y-Z-Koordinatensystem
X′-Y′-Z′-Koordinatensystem
D Diagonale
D′ Diagonale
h₁ Höhenänderung in X-Richtung
h₂ Höhenänderung in Y-Richtung
hges Höhenänderung in der Diagonalen zur X-Richtung und Y-Richtung
λ Wellenlänge.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung einer 3-dimensional gekrümmten Oberfläche, vorzugsweise für radiale oder elliptische, diffraktive und/oder refraktive Linsenprofile, bei dem eine Resistschicht (1) strukturiert wird, wobei
  • - ein Substrat (2) mit der Resistschicht (1) beschichtet,
  • - die Resistschicht (1) seriell belichtet,
  • - die belichtete Resistschicht (1) entwickelt und
  • - der Entwicklungsvorgang der Resistschicht (1) so erfolgt, daß das Voranschreiten einer Entwicklungsfront (4) in der Tiefe der Schicht gestoppt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Dosisverteilungen übereinander belichtet werden, wobei eine erste Dosisverteilung der Strahlung, die einer ersten 2-dimensionalen Struktur entspricht und eine zweite Dosisverteilung, die einer zweiten 2-dimensionalen Struktur entspricht, definiert in die Resistschicht (1) eingebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Bestrahlungen nacheinander durchgeführt werden und ein Entwicklungsprozeß nachfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Bestrahlung durchgeführt wird, der ein erster Entwicklungsprozeß folgt und dann die zweite Bestrahlung durchgeführt wird, der ein zweiter Entwicklungsprozeß folgt und so weiter.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungen mit Licht, Elektronen, Röntgenstrahlen oder Ionen erfolgen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosisverteilungen, die jeweils einer Struktur entsprechen, gleich oder unterschiedlich sind und in ihrer Strukturausrichtung in einem Winkel zueinander stehen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Oberflächenprofils, das einer Linse entspricht, bei dem eine Resistschicht (1) strukturiert wird, wobei
  • - ein Substrat (2) mit der Resistschicht (1) beschichtet,
  • - die Resistschicht (1) seriell belichtet,
  • - die belichtete Resistschicht (1) entwickelt und
  • - der Entwicklungsvorgang der Resistschicht (1) so erfolgt, daß das Voranschreiten einer Entwicklungsfront (4) in der Tiefe der Schicht gestoppt wird dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Dosisverteilungen übereinander belichtet werden, wobei eine erste Dosisverteilung der Strahlung, die der Struktur einer ersten Zylinderlinse entspricht und eine zweite Dosisverteilung, die der Struktur einer zweiten Zylinderlinse entspricht und die Achsen (13) des Zylinderlinsenprofiles um einen Winkel versetzt in die Resistschicht (1) eingebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosisverteilungen, die jeweils einer Zylinderlinse entsprechen gleich oder unterschiedlich sind, insbesondere einem fresnelschen Typ entsprechen, beispielsweise diffraktiven und/oder refraktiven Linsenprofilen entsprechen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dosisverteilung einem diffraktiven Linsenprofil und die zweite Dosisverteilung einem refraktiven Linsenprofil entspricht.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei Bestrahlungen nacheinander durchgeführt werden und ein Entwicklungsprozeß nachfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bestrahlung durchgeführt wird, der ein erster Entwicklungsprozeß folgt und dann die zweite Bestrahlung durchgeführt wird, der ein zweiter Entwicklungsprozeß folgt und so weiter.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungen mit Licht, Elektronen, Röntgenstrahlen oder Ionen erfolgen.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosisverteilungen, die den mindestens zwei Zylinderlinsenprofilen entsprechen, vorzugsweise so ausgebildet sind, daß die Ausrichtung der Achsen (13) der Zylinder orthogonal zueinander ist.
13. Profil einer Linse mit radialsymmetrischer oder elliptischer optischer Wirkung in Form einer Linse vom fresnelschen Typ endlicher Höhenstufung, gekennzeichnet durch eine Oberflächenstruktur, die durch die Überlagerung einer ersten Dosisverteilung der Strahlung, die der Struktur einer ersten Fresnel-Zylinderlinse entspricht, und einer zweite Dosisverteilung, die der Struktur einer zweiten Fresnel-Zylinderlinse entspricht, wobei die Achsen (13) der Zylinderlinsenprofile um einen Winkel versetzt in die Resistschicht (1) eingebracht werden und eine Entwicklung der Resistschicht erfolgt, entsteht.
14. Profil einer Linse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß - aus der Z-Richtung gesehen - sich mindestens vier gerade verlaufende Störflanken (8) kreuzen und die mindestens vier Störflanken (8) eine optisch wirksame Fläche (Wirkfläche 7) einschließen, die durch einen definierten Verlauf von Höhenlinien (9) bestimmt ist.
15. Profil einer Linse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß erste Störflanken (8) in einer Richtung parallel zueinander verlaufen und zweite Störflanken (8) in einem Winkel von vorzugsweise 90 Grad zu den ersten Störflanken (8) verlaufen.
16. Profil einer Linse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Höhenlinienprofils in einer ersten Wirkfläche (7) ausgehend vom Linsenmittelpunkt (X=0; Y=0) in dem ersten Quadranten so bestimmt ist, daß die Oberfläche
  • - in einer ersten Richtung (X-Richtung) radial nach außen gerichtet um die Höhe h₁ abfällt,
  • - in einer zweiten Richtung (Y-Richtung) radial nach außen gerichtet um die Höhe h₂ abfällt und
  • - in der Diagonalen (12) (D) zu der ersten Richtung (X-Achse) und der zweiten Richtung (Y-Achse) radial nach außen gerichtet um die Höhe hges abfällt, wobei die Höhe hges die Summe aus h₁ und h₂ ist, weiterhin
  • - aus den Linien der tiefsten Punkte der ersten Wirkfläche (7) die Störflanken (8) nahezu senkrecht (in Z-Richtung) bis zur Oberfläche der Resistschicht (11) (Null-Linie) hervorstoßen und
  • - in die sich so ergebenden Störflanken (8) weitere X-Y-Z Koordinatensysteme (X′-Y′-Z′) einlegbar sind und sich von deren Koordinatenursprüngen ausgehend radial nach außen gerichtet wiederum die Reduzierungen der Höhen in der ersten Richtung (X′-Richtung), in der zweiten Richtung (Y′-Richtung) und in der Diagonalen (D′) zu den beiden Richtungen in dem ersten Quadranten anschließt.
17. Profil einer Linse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen h₁ und h₂ mindestens die Größe eines Phasensprunges von 1λ haben und hges die Summe aus h₁ und h₂ ist.
18. Profil einer Linse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschreibung des Oberflächenprofiles für die 2. bis 4. Quadranten sinngemäß gilt.
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