Maskenlose holographische Lithographiesysteme nutzen die Möglichkeiten der gezielten Lichtformung in Phase und Amplitude durch Holographie, die für die Projektion zwei- und dreidimensionaler Muster genutzt werden kann. Das Ziel ist die strukturierte Belichtung von Fotoresist, wodurch das Einbringen von Strukturen in den Resist ermöglicht wird. Die computergenerierten Hologramme (CGH) werden dabei mittels Algorithmen berechnet und auf einem räumlichen Lichtmodulator (SLM) dargestellt. In dieser Arbeit wird ein solches System entwickelt, bestehend aus geeigneten Algorithmen zur Hologrammberechnung, einem Lichtmodulator zur Darstellung der Hologramme, einem optischen Projektionssystem mit Laser als Lichtquelle, sowie einem Positionierungssystem für zu belichtende Fotoresists auf Substraten. Durch gezielte Optimierung der Parameter der Berechnungs- und Darstellungsmethoden sowie des optischen Projektionssystems werden Muster projiziert, welche ein Einbringen von mikrometergroßen Strukturen in Fotoresist ermöglichen. Das Erreichen guter Uniformität der Intensität der projizierten Muster ist bei holographischer Projektion eine besondere Herausforderung, da durch die Kohärenz der Lichtquelle in Verbindung mit der Hologrammberechnungsmethodik üblicherweise ein Specklekontrast entsteht, der ein Intensitätsrauschen verursacht. Da in der Mikrolithographie die Schärfentiefe üblicherweise stark begrenzt ist, sind bei Projektion auf unebenen Substraten Teile des Musters an der Substratoberfläche nicht im Fokus, somit werden verschwommene Strukturen in den Fotoresist einbelichtet. Um dies zu korrigieren, werden eine Oberflächenvermessung des zu strukturierenden Gebiets sowie eine abschnittsweise Refokussierung mittels Anpassung der Hologrammberechnung umgesetzt. Sowohl die Messung als auch die angepasste Belichtung werden parallelisiert in dem zu strukturierenden Feld durchgeführt. Für ersteres wird ein geeignetes Muster durch den Lichtmodulator projiziert, welches eine ortsaufgelöste Bestimmung der Oberflächenpositionen ermöglicht. Für letzteres werden Kurzdistanzpropagationsschritte in die Hologrammberechnung integriert, um eine gleichzeitige Projektion in mehrere Tiefenebenen zu ermöglichen. Zuletzt zeigen Belichtungstests die Leistungsfähigkeit des Systems.
Maskless holographic lithography systems use the possibilities of light shaping in phase and amplitude enabled by holographic projection for the projection of two and three dimensional patterns. The aim is the structured illumination of photoresist, allowing the structuring of the resist. The computer generated holograms (CGH) used for this are calculated with appropriate algorithms and displayed on a spatial light modulator (SLM).
In this work such a system is developed, containing algorithms for hologram calculation, a spatial light modulator for hologram display, an optical projection system with a laser as the light source, and a positioning system for substrates coated with photoresist.
By optimization of the parameters of the calculation algorithms, the calibration of the hologram display technology, and the design of an appropriate projection system, patterns are projected that allow patterning of micrometer sized structures in photoresist. Good uniformity of the intensity of the projected patterns is challenging because the coherence of the light source and the hologram calculation method typically cause a speckle contrast, which manifests as intensity noise.
Because the depth of focus is typically limited in microlithography, for projection on uneven substrates parts of the pattern are not in focus at the photoresist on the substrate, thus blurred structures are exposed. In order to be able to correct this, a surface measurement method of the area to be structured and a segment-wise refocusing by adjustment of the hologram calculation are implemented. Both aspects are to be parallelized for the area to be structured. For the former, an appropriate pattern is projected via the SLM, allowing for a spatially resolved measurement of surface topography. For the latter, short distance propagation steps are integrated into the hologram calculation, in order to allow for a simultaneous projection in multiple projection planes. Finally, exposure tests are conducted, in order to confirm the performance of the system.
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