WO2003054630A2 - Device and method for modifying the surface of a workpiece using photonic radiation - Google Patents

Device and method for modifying the surface of a workpiece using photonic radiation Download PDF

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WO2003054630A2
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Dieter BÄUERLE
Klaus Piglmayer
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Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
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    • G03F7/20Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source

Definitions

  • the invention relates to a device for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation, in particular laser radiation, with a radiation source and a mask device for the radiation.
  • the invention relates to a method for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation, in particular laser radiation, which is directed onto the workpiece surface via a mask device.
  • micro- or nanostructuring The processing of materials in the um range and nm range, often called “micro- or nanostructuring", is becoming increasingly important in technology, with so-called optical lithography in particular becoming an interesting area of application in the course of miniaturization in microelectronics is.
  • laser beam technology is also being used more and more frequently here, since it is less expensive in terms of apparatus and money to implement than electron and ion beam techniques.
  • Laser beam technology also offers further advantages, such as, in particular, the type of structuring of the workpiece surface, based on the properties of the laser radiation itself.
  • a lens array with a plurality of individual lens elements is used as the lens system, this lens system, however, being separate from the actual mask structure.
  • this lens system to process the respective workpiece surface directly, but rather to produce a mask for a standard multi-step process for structuring, which is only to be carried out afterwards, with low-intensity radiation being used for the exposure of the photoresist layer in the mask production ⁇ etching steps and rinsing steps necessary to obtain the mask required for the final workpiece modification.
  • the masks produced in this way in a complex manner are also irreversible in nature.
  • Certain periodic structures can be generated using photon beams, in particular laser beams, using interference effects.
  • this requires a high level of technological effort, and these interference techniques can only be used to a limited extent.
  • the degree of miniaturization is limited by the wavelength of the radiation used.
  • the device according to the invention of the type mentioned at the outset is accordingly characterized in that the mask device is formed by individual lens elements which are attached to a carrier which is permeable to the radiation, preferably on its side facing the workpiece, the radiation being able to be bundled into partial beams by the individual lens elements ,
  • the method according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the radiation is divided into partial beams with the aid of individual lens elements provided as a mask device and attached to the radiation-permeable carrier, which are bundled into individual focal points.
  • a special mask device which can also be referred to as a lens device, and in which small bodies are applied as lens elements in a certain, orderly manner on a carrier which is transparent to the radiation, in particular with regard to the short focal distances - on the side of the carrier that faces the workpiece during operation.
  • Each body forms a single lens element through which the respective part of the radiation impinging on the carrier is bundled into a partial beam with a single focal point.
  • the invention is based on an effect that has been shown in studies on laser-assisted cleaning of workpiece surfaces, in which contamination on the surface of a workpiece was simulated by small beads, for example with a diameter of less than 100 nm
  • the smaller the beads the more problematic the removal of the beads from the surface, and that these beads, when they are made of an optically transparent material, bundle the incident radiation in a comparable way to lens elements.
  • the invention now uses this effect in a positive manner in that the focusing effect of the spheres or, in general, individual lens elements are used specifically for surface treatment.
  • the individual lens elements are attached to the carrier in an array in accordance with the desired processing pattern.
  • the carrier is preferably an optically plane-parallel plate which is transparent to photon radiation, for example made of normal glass, quartz glass, etc.
  • the individual lens elements are preferably in a single layer, ie in a monolayer , applied.
  • the individual lens elements are in particular small spheres, ellipsoids, that is to say quasi flattened spheres, small cylinders or the like, and they consist, for example, of normal glass, quartz glass or another material which is transparent to the photons, such as Si, CaF 2 , organic polymers, for example polystyrene, or also from organic materials or conglomerates such as bacteria or viruses etc.
  • the entire arrangement is thus highly transparent.
  • the arrangement acts like a combination of a large number of. more or less closely adjacent focusing lenses.
  • the incident radiation passes through the carrier and is focused by the individual lens elements, the particular focus being somewhat outside the individual lens element, for example at a distance of approximately 20% of the radius in the case of spherical individual lens elements.
  • the surface to be processed can be brought into direct contact with the single lens element matrix, which makes it particularly easy to implement . leads.
  • the "mask device” only needs to be placed on the workpiece and irradiated from above. Of course, high-purity working conditions and surfaces are desirable.
  • the spherical or ellipsoidal individual lens elements can be in a maximally dense packing, corresponding to a pattern in which the centers of adjacent, contacting individual lens elements form the corner points of equilateral triangles.
  • the dimensions of the individual lens elements are in the order of magnitude of 100 nm or less up to a few ⁇ m, and the processing points on the substrate have dimensions in the nm to ⁇ m range.
  • the individual lens elements normally adhere sufficiently to the support through natural adhesion.
  • the liability of the individual lens elements can be increased by external forces, such as in particular by applying an electrical voltage between the carrier and the workpiece.
  • the distance between the carrier and the individual lens elements from the workpiece or substrate can be fixed, wherein one or more spacers can be applied to the carrier.
  • local material deposits can be provided as spacers by vapor deposition, in particular by vapor deposition of a thin local metal layer, or by attaching a thin film (plastic, metal).
  • a three-point spacer with measurement and adjustability, based on piezoelectric transducer elements, is ideal for variable or adjustable adjustment of the distance, especially in the case of critical materials to be processed, such as plastic films.
  • the present technique can also be of great advantage for surface modification by so-called laser-induced Forward transfer (LIFT - Laser Induced Forward Transfer) can be used.
  • LIFT laser-induced Forward transfer
  • This LIFT technique has already been described for an arrangement with a single lens, see Z. Kantor et al., "Deposition of micrometer-sized tungsten patterns by laser transferred technique" Appl. Phys. Lett. 64 (25), June 20, 1994, pages 3506-3508.
  • the combination with the present multiple lens arrangement enables a very simple and highly localized multiple metallization of surfaces, which can be carried out in a normal laboratory atmosphere (without the use of chemicals and gases).
  • a thin layer of material in particular an ultra-thin metal foil, is applied between the substrate to be processed and the carrier with the individual lens elements, it being possible for the foil to be applied to the substrate by means of magnetic or electrostatic force, depending on the metal used; the carrier with the individual lens elements can then be placed thereon, possibly with spacing using the spacers mentioned.
  • the distance is chosen so that the individual lens elements focus the radiation in focal points within the thin metal foil or material layer in general.
  • the smallest metal parts are transferred locally in the direction of the substrate, where they adhere.
  • the film can simply be stripped off the substrate (workpiece).
  • a laser radiation that is homogeneous over its cross section is also required if it strikes the individual lens elements on the outside of the carrier. Accordingly, it is advantageous if the radiation is homogenized in a manner known per se with the aid of a homogenizer, so that the radiation has an essentially constant intensity over the entire cross-section of the radiation beam.
  • the workpiece When machining or generally modifying the workpiece surface, the workpiece can be moved relative to the carrier with the individual lens elements in the xy directions of its surface in a conventional manner in order to enable multiple lithography processing. Furthermore, depending on the processing to be carried out, it is also conceivable if some of the Individual lens elements can be hidden by shading with a mask provided in front of the wearer.
  • FIG. 1 schematically shows a preferred device for carrying out nanostructuring machining of a workpiece surface with the aid of laser radiation
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of a lens array with spherical or ellipsoidal individual lens elements which are circular in plan view, as used in the arrangement from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows schematically in a view or sectional view the mode of operation of various individual lens elements with regard to the focusing of individual or partial beams caused by them, part of the substrate with local ablation being shown in section in FIG. 3a, and FIG. 3b contains a schematic representation showing the local ablation of the substrate in a top view of FIG. 3a;
  • FIG. 4 shows an arrangement of a transparent plane-parallel plate with individual lens elements at a distance from a substrate, in an arrangement within a chamber which contains a predetermined gas atmosphere and which has an entry window for the laser radiation;
  • FIG. 5 schematically shows a part of a device (without radiation source) for illustrating a so-called laser-induced material forward transfer
  • FIG. 6 shows a view of the substrate with metallic deposits attached to it with the aid of a device according to FIG. 5, with a partially pulled-off metal foil;
  • FIG. 7 is a top view of a portion of a substrate at approximately 5000X, illustrating local ablations on the substrate surface
  • FIG. 8 shows an electron microscope image of a substrate surface in a magnification of approximately 23,000 times, to illustrate a deposited aluminum double structure.
  • FIG. 1 illustrates a device for modifying the surface of a substrate or workpiece 1 with the aid of laser radiation (generally photon radiation) 2 from a radiation source 3, such as an excimer laser.
  • the radiation emitted by the radiation source 3 can have an inhomogeneous intensity over its cross section (diameter D), as shown in a detailed drawing at 4 in FIG. 1, and in order to achieve a homogeneous radiation intensity for processing the surface of the substrate 1 a homogenizer 5 is provided which forms a component which is known per se and which, via reflections on its inner wall, leads to a homogeneous intensity distribution in the radiation beam 2, as shown in FIG. 1 in detail drawing 6 for the diameter D '.
  • the diameter D ' can be equal to the radiation beam diameter D.
  • the homogenized radiation strikes a single lens element carrier 7 in the form of a plane-parallel plate 8 made of glass, in particular quartz glass, which is transparent to the radiation.
  • This plate 8 is provided on its side facing the substrate 1 with a plurality of individual lens elements 9 which adhere to the plate 8 by natural adhesion in an arrangement adapted to the respective processing of the surface 1 'of the substrate 1.
  • a maximally dense arrangement of spherical or, in plan view, circular, ellipsoidal individual lens elements 9 is used, as can be seen from FIG. 2.
  • These individual lens elements 9 lead to bundles.
  • spacers 12 are provided on the carrier 7, by means of which the carrier 7, that is to say the plate 8, is supported on the substrate surface 1 ′.
  • Such a precisely defined distance is advantageous if ultra-high miniaturization is desired or if structuring is to be carried out in a specific chemical atmosphere (cf. also FIG. 4 explained below).
  • the depth of focus is equal to the distance of the individual lens elements 9 from the substrate 1.
  • the spacers 12 can be easily by vapor deposition of thin local metal layers, but also by Sputter deposition, or with the help of piezoelectric ducks. In the latter case, apart from a measuring arrangement for determining the given distance, which is not illustrated in more detail in FIG. 1, a voltage source 13 for applying a voltage U P to the piezo element spacers 12 can also be used to set the respective optimal distance, in particular to achieve this an exact parallelism of the lens array and the substrate surface 1 '.
  • the carrier 7 with the individual lens elements 9 can best be compared with a special mask device with which the radiation 2 is focused in large numbers - the focal points 11 - to more or less point-like locations.
  • the individual lens elements 9 are in a single layer, in one. Monolayer, as shown schematically in Fig. 1, attached to the plate 8, to which they adhere as indicated by natural adhesive forces.
  • the individual lens elements 9 are essentially transparent to the radiation 2 used, and, as already mentioned, they consist of glass, in particular quartz glass. In the case of spheres or ellipsoids, these small bodies have cross-sectional dimensions, i.e. a diameter d (see FIG. 2) on the order of 100 nm (or below) to a few ⁇ m.
  • a mask 17, illustrated with dashed lines in FIG. 1, can be arranged in front of the plate 8.
  • Glass beads such as are commercially available in solutions such as isopropanol can be used as individual lens elements 9. These beads are applied with a micropipette to the high-purity plane-parallel plate 8 in the form of drops.
  • the 40% concentrate of 5 ⁇ m beads available as standard allows direct condensation of wide monolayers in the densest arrangement in the range of 0.1 to 0.3 ⁇ l. Modifications to the arrangements can be achieved by slightly tilting the surface when the droplet condenses.
  • the production of densest monolayers over large areas has already been investigated specifically for the coating of substrates, cf. e.g. F. Burmeister et al., "Colloid monolayer lithography. A flexible approach for monostructuring of surfaces", Appl. Surface Science 144-145 (1999) 461-466. Any solvent residues are also highly transparent and do not interfere with the passage of radiation through the arrangement.
  • Structuring distances can be varied by changing the bead diameter.
  • Loose arrangements single, double and triple structures are achieved by spinning the solution.
  • the adhesion of the beads can be influenced by external forces, e.g. by applying a (direct) voltage U between plate 8 and substrate 1.
  • a voltage source 16 is shown in FIG. 1.
  • the focusing effect can be in the range of the radiation wavelengths used and can therefore be very high.
  • the focal plane then moves to a position within the sphere, cf. Fig. 3, left side .
  • a plastic deformation to lens-like, thinner structures, as it sometimes occurs over longer periods of time, or the use of smaller spheres can put the focal plane (focal points 11) outwards again, cf. Fig. 3, right side.
  • the distance to the medium to be structured must be set according to the application.
  • the distance of the focus is generally only a fraction of the ball diameter; at 5 um Balls, for example, is approximately 1 ⁇ m.
  • FIG. 3a shows in a detailed cross-sectional representation that the local ablations can lead to depressions with diameters in the order of a tenth of the diameter of the individual lens elements 9, small craters 18 which are formed within an elevation 19 obtained by the heating lie, cf. also Fig. 3b.
  • FIG. 4 the arrangement of the plane-parallel plate 8 with the individual lens elements 9 in spherical shape, which is held at a correct distance from the substrate 1 with the surface __ 'by means of spacers 12, is shown in a closed chamber 20 which has a transparent entrance window 21 for has the radiation 2, in particular laser radiation, which strikes the plate 8 over a correspondingly large area, as also shown in FIG. 1, in order to then use the individual lens elements 9 in the bundled partial beams 10 to the individual focal points 11 to be divided.
  • the high-resolution structuring process in turn occurs, which now takes place in a predetermined reactive gas phase, as indicated very schematically at 22 in FIG. 4.
  • An evacuation outlet 23 and a gas inlet 24 are provided on the chamber 20 to bring about the corresponding gas atmosphere in the chamber 20, the outlet 23 with a vacuum pump (not shown in more detail) and the inlet 24 with a gas source (also not shown in more detail), of course, in each case a valve or the like - is connected.
  • processing can also be carried out in a liquid instead of in a gas atmosphere; working in an inert environment, generally in a controlled atmosphere, is also conceivable.
  • the surface 1 ′ of the substrate 1 can, however, not only be modified by such an ablation with the aid of the partial beams 10, but also in that material, in particular metal, is deposited on the surface of the substrate 1.
  • Such a so-called LIFT technique is schematically illustrated in FIGS. 5 and 6, it being evident that, for example, an extremely thin metal foil 25 is attached to the surface 1 'of the substrate.
  • the "mask device" with the plate 8 and the spherical ones is then located above it Individual lens elements 9, with the help of laser radiation 2, the smallest local areas of the metal foil 25 are now detached therefrom and deposited on the surface __ 'of the substrate 1.
  • These smallest metal particle deposits are illustrated at 26 in FIG. 5; the remaining, corresponding holes 26 'having metal foil 25' is then simply stripped off, as illustrated in FIG. 6.
  • the metal foil 25 can be attached to the substrate 1 magnetically or electrostatically.
  • FIG. 7 shows the result of an experiment as a 5000-fold enlargement of a part of a substrate surface __ ', with depressions 18 having a diameter of approximately half a ⁇ m at intervals of approximately 5 ⁇ m, corresponding to a, made using the technique according to the invention Diameter of the spherical individual lens elements 9 of 5 microns can be seen.
  • the metal to be transferred locally was in the form of a very thin film (25 in Fig. 5) applied to a quartz substrate 1: Two different methods were used: Magnetic metals (eg nickel): The film (adjacent) was applied exactly by magnetostatic forces (magnet holder).
  • the metal foils were applied by electrostatic forces; e.g. an aluminum foil of 800 nm thickness was used and a voltage between the foil and the substrate of approximately 1 kV was applied; a laser pulse with a wavelength of 248 nm and an energy of 500 mJ was used as radiation; the individual lens elements were 0.8 ⁇ m spheres at the closest distance.
  • FIG. 8 illustrates an electron microscope image of an Al double structure, produced with a double lens structure as such as single lens elements (0.8 ⁇ m spheres, directly adjoining one another).

Abstract

The invention relates to a device and a method for modifying the surface (1') of a workpiece using photonic radiation (2), especially laser radiation. Said device comprises a radiation source (3) and a mask device, said mask device being configured by a support (7), permeable to the radiation (2), to whose side facing the workpiece (1) individual lens elements (9) are adhered and the radiation (2) is bundled into partial beams (10) by the individual lens elements (9).

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung Device and method for modifying a workpiece surface using photon radiation
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle und einer Maskeneinrichtung für die Strahlung.The invention relates to a device for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation, in particular laser radiation, with a radiation source and a mask device for the radiation.
In entsprechender Weise bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung, insbesondere Laser-Strahlung, welche über eine Maskeneinrichtung auf die Werkstück-Oberfläche gerichtet wird.In a corresponding manner, the invention relates to a method for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation, in particular laser radiation, which is directed onto the workpiece surface via a mask device.
Die Bearbeitung von Materialien im um-Bereich und nm-Be- reich, vielfach "Mikro- bzw. Nanostrukturierung" genannt, gewinnt in der Technik immer mehr an Bedeutung, wobei insbesondere die sogenannte optische Lithographie im Zuge der Miniaturisierung in der Mikroelektronik ein interessantes Anwendungsgebiet ist. Abgesehen von Elektronen- und Ionenstrahltechniken wird hier immer häufiger auch eine Laserstrahltechnik angewandt, da diese im Vergleich zu den Elektronen- und Ionenstrahltechniken mit einem geringeren apparativen und finanziellen Aufwand bei der Implementierung verbunden ist. Auch bietet die Laserstrahltechnik weitere Vorteile, wie insbesondere in der Art der Strukturierung der Werkstück-Oberfläche, basierend auf den Eigenschaften der Laser-Strahlung an sich. So können photochemische und photothermische Abscheidungen und Abtragungen von der Oberfläche ebenso wie eine photophysikalische Abscheidung von Material auf der Oberfläche (sogenannter Vorwärts-Transfer) und eine photophysikalische Abtragung bzw. Ablation bewerkstelligt werden. Ein Problem ist jedoch hier ebenso wie bei der Elektronenstrahltechnik, dass eine Einzelschritt-Bearbeitung, mit einem einzelnen Strahl, eine geringe Effizienz ergibt. Für einen industriellen Einsatz wäre die Herstellung großer Stückzahlen in kurzer Zeit erforderlich, d.h. es wäre ein größerer Durchsatz erwünscht.The processing of materials in the um range and nm range, often called "micro- or nanostructuring", is becoming increasingly important in technology, with so-called optical lithography in particular becoming an interesting area of application in the course of miniaturization in microelectronics is. In addition to electron and ion beam techniques, laser beam technology is also being used more and more frequently here, since it is less expensive in terms of apparatus and money to implement than electron and ion beam techniques. Laser beam technology also offers further advantages, such as, in particular, the type of structuring of the workpiece surface, based on the properties of the laser radiation itself. In this way, photochemical and photothermal deposition and ablation from the surface as well as photophysical deposition of material on the surface (so-called forward transfer) and photophysical ablation or ablation can be accomplished. However, as with electron beam technology, a problem here is that single-step machining with a single beam results in low efficiency. For industrial use, the production of large quantities in a short time would be required, i.e. greater throughput would be desirable.
Es wurden auch bereits Maskentechniken zur Mikro- und Nanostrukturierung realisiert, die zwar oft mehr als zehn komplexe Einzelschritte benötigen, es können jedoch mehrere Stukturierun- gen parallel durchgeführt werden. Die Einzelschritte können dabei durchaus komplex sein. Im Einzelnen geht es bei den bekannten Vorrichtungen (z.B. gemäß R. Völkel et al . , "Microlens Lithogra- phy and Smart Masks", Microelectronic Engineering, Vol. 35, 1997, pp. 513-516; JP 5224396 A; und US 6 107 011 A) immer darum, zuerst bestimmte Strμkturen in einer Photoresistschicht über ein optisches Linsensystem zu erzielen, was bedeutet, dass die eigentliche Maskeneinrichtung durch die Photoresistschicht gebildet wird. Zur Erweiterung der Strukturierung des Abbildungsfeldes wird dabei als Linsensystem ein Linsenarray mit mehreren Einzel- Linsenelementen verwendet, wobei dieses Linsensystem jedoch gesondert von der eigentlichen Maskenstruktur vorliegt. Es geht bei diesen bekannten Techniken nicht darum, die jeweilige Werkstückoberfläche direkt zu bearbeiten, sondern darum,, eine Maske für , ein danach erst durchzuführendes standardmäßiges Mehrfach- schrittverfahren zur Strukturierung herzustellen, wobei bei der Maskenherstellung eine Strahlung niedriger Intensität für die Belichtung der Photoresistschicht verwendet wird. Nach der Belichtung sind im Übrigen entsprechende Ätzschritte und Spül- schritte notwendig, um die erforderliche Maske für die endgültige Werkstück-Modifikation zu erhalten. Die so in aufwendiger Weise hergestellten Masken sind auch ihrer Natur nach irreversibel.Mask techniques for micro- and nanostructuring have already been implemented, which often require more than ten complex individual steps, but several structuring can be carried out in parallel. The individual steps can be complex. In detail, the known devices (for example according to R. Völkel et al., "Microlens Lithograph phy and Smart Masks ", Microelectronic Engineering, Vol. 35, 1997, pp. 513-516; JP 5224396 A; and US Pat. No. 6,107,011 A) always about first achieving certain structures in a photoresist layer via an optical lens system, which means that the actual mask device is formed by the photoresist layer. In order to expand the structuring of the imaging field, a lens array with a plurality of individual lens elements is used as the lens system, this lens system, however, being separate from the actual mask structure. to process the respective workpiece surface directly, but rather to produce a mask for a standard multi-step process for structuring, which is only to be carried out afterwards, with low-intensity radiation being used for the exposure of the photoresist layer in the mask production Ä etching steps and rinsing steps necessary to obtain the mask required for the final workpiece modification. The masks produced in this way in a complex manner are also irreversible in nature.
Wünschenswert wäre es, den hohen Durchsatz eines Maskenprozesses mit den universellen Möglichkeiten eines Einzelschritt- Bearbeitungsprozesses zu kombinieren.It would be desirable to combine the high throughput of a mask process with the universal possibilities of a single-step machining process.
Mit Photonenstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, können unter Ausnutzung von Interferenzeffekten bestimmte periodische Strukturierungen erzeugt werden. Hierfür ist jedoch ein hoher technologischer Aufwand notwendig, und diese Interferenztechniken sind nur bedingt einsetzbar. Außerdem ist durch die verwendete Wellenlänge der Strahlung der Grad der Miniaturisierung begrenzt.Certain periodic structures can be generated using photon beams, in particular laser beams, using interference effects. However, this requires a high level of technological effort, and these interference techniques can only be used to a limited extent. In addition, the degree of miniaturization is limited by the wavelength of the radiation used.
Im Artikel von U. Brauch et al., "Die optische Lithographie - eine Schlüsseltechnologie der Mikrostrukturierung" , Laseropto Nr.4, Aug. 2000, S. 59-66, wird eine Technik der Bündelung des Lichts durch Glasfaserspitzen vorgeschlagen, wobei die Dimension der Glasfaserspitzen kleiner als die verwendete Wellenlänge ist, um eine Strahlungsbündelung auf einem kleinen Bereich zu erzielen. Der mit dem Einsatz dieser feinen Glasfaserspitzen verbundene Aufwand ist jedoch sehr hoch, und die Einsatzmöglichkeiten speziell bei einer strukturierten Bearbeitung sind beschränkt. Auch sind durch die mechanischen Dimensionen und die Abmessungen der Glasfaserspitzen der gewünschten hohen Zahl der miniaturi- sierten Abbildungen (Bearbeitungen) Grenzen gesetzt.In the article by U. Brauch et al., "Optical lithography - a key technology of microstructuring", Laseropto No. 4, Aug. 2000, pp. 59-66, a technique of bundling light by glass fiber tips is proposed, the dimension the glass fiber tips is smaller than the wavelength used in order to achieve a radiation beam in a small area. However, the effort associated with the use of these fine glass fiber tips is very high and the possible uses, particularly in the case of structured processing, are limited. Due to the mechanical dimensions and the dimensions of the glass fiber tips, the desired high number of miniaturized limited illustrations (processing).
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren wie vorstehend angeführt vorzusehen, mit der bzw. mit dem ein zu einem hohen Durchsatz führendes Parallelschalten von vielen Einzelschritt-Prozessen unter Vorsehen der universellen Möglichkeiten eines Einzelschritt-Bearbeitungsprozesses erzielbar wird.It is an object of the invention to provide a device or a method as mentioned above, with which a parallel connection of many single-step processes leading to a high throughput can be achieved while providing the universal possibilities of a single-step machining process.
Dabei ist es weiters Aufgabe der Erfindung, eine derartige Technik zu entwickeln, die mit einem vergleichsweise geringen apparativen und kostenmäßigen Aufwand verbunden ist. Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, einen hohen Grad der Anpassung bei den verschiedenen Bearbeitungsprozessen oder allgemein Modifikationen der Werkstück-Oberfläche - Äbtragen ebenso wie Materialablagerung - zu ermöglichen.It is a further object of the invention to develop such a technique which is associated with a comparatively small outlay in terms of apparatus and costs. Furthermore, it is an object of the invention to enable a high degree of adaptation in the various machining processes or general modifications of the workpiece surface - removal as well as material deposition.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Maskeneinrich- tung durch auf einem für die Strahlung durchlässigen Träger, vorzugsweise auf dessen dem Werkstück zugewandter Seite, haftend angebrachte Einzellinsenelemente gebildet ist, wobei die Strahlung durch die Einzellinsenelemente in Teilstrahlen bündelbar ist.The device according to the invention of the type mentioned at the outset is accordingly characterized in that the mask device is formed by individual lens elements which are attached to a carrier which is permeable to the radiation, preferably on its side facing the workpiece, the radiation being able to be bundled into partial beams by the individual lens elements ,
In entsprechender Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung mit Hilfe von als Maskeneinrichtung vorgesehenen, an einem für die strahlungsdurchlässigen Träger angebrachten Einzellinsenelementen in Teilstrahlen aufgeteilt wird, die in Einzel-Fokuspunkten gebündelt werden.In a corresponding manner, the method according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the radiation is divided into partial beams with the aid of individual lens elements provided as a mask device and attached to the radiation-permeable carrier, which are bundled into individual focal points.
Bei der erfindungsgemäßen Technik wird somit eine spezielle Maskeneinrichtung verwendet, die auch als Linseneinrichtung bezeichnet werden kann, und bei der auf einem für die Strahlung transparenten Träger kleine Körper in einer bestimmten, geordneten Weise als Linsenelemente aufgebracht werden, und zwar insbesondere - im Hinblick auf die kurzen Fokusabstände - auf der Seite des Trägers, die im Betrieb dem Werkstück zugewandt ist. Jeder Körper bildet ein Einzellinsenelement, durch das der jeweilige Teil der auf den Träger auftreffenden Strahlung zu einem Teilstrahl, mit einem Einzel-Fokuspunkt, gebündelt wird. Dadurch wird eine Vielzahl von Fokuspunkten erhalten, die zur gewünschten Bearbeitung bzw. Modifikation der Werkstück-Oberfläche, z.B. der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, herangezogen werden können. Wenn dabei die Werkstück-Oberfläche in die Ebene gebracht wird, in der die Fokuspunkte liegen, kann eine Vielfach-Bearbeitung mit Quasi-Einzelstrahlen zwecks Abtragung von Material usw. erzielt werden, wobei beispielsweise Material des Werkstücks bzw. Substrats lokal, im Bereich von nm, durch Verdampfen abgetragen werden kann.In the technique according to the invention, therefore, a special mask device is used, which can also be referred to as a lens device, and in which small bodies are applied as lens elements in a certain, orderly manner on a carrier which is transparent to the radiation, in particular with regard to the short focal distances - on the side of the carrier that faces the workpiece during operation. Each body forms a single lens element through which the respective part of the radiation impinging on the carrier is bundled into a partial beam with a single focal point. As a result, a large number of focus points are obtained which can be used for the desired machining or modification of the workpiece surface, for example the surface of a semiconductor body. If the workpiece surface is brought into the plane in which the focal points lie, multiple processing with quasi-individual beams for the removal of material etc. can be achieved, with material of the workpiece or substrate locally, for example, in the range of nm , can be removed by evaporation.
Die Erfindung basiert dabei auf einem Effekt, der sich bei Untersuchungen zur Laserstrahl-unterstützten Reinigung von Werkstück-Oberflächen gezeigt hat, wobei in Versuchen Verunreinigungen an der Oberfläche eines Werkstücks durch kleine Kügelchen simuliert wurden, beispielsweise mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm. Dabei hat sich in Versuchen gezeigt, dass die Entfernung der Kügelchen von der Oberfläche umso problematischer ist, je kleiner die Kügelchen sind, und dass diese Kügelchen, wenn sie aus einem optisch durchlässigen Material bestehen, die einfallende Strahlung vergleichbar Linsenelementen bündeln. Bei der Laser-unterstützen Reinigung von Oberflächen führt dies zu unerwünschten Erscheinungen: In vielen Fällen werden in dem zu reinigenden Oberflächen-Material Löcher gebildet, da durch die Fokussierung der Strahlung durch die Kügelchen das absorbierende Material lokal verdampft wird, bevor die Kügelchen weggeschleudert werden. Abgesehen vom Reinigungseffekt wird somit das Substrat beschädigt. Die Erfindung nutzt nun in positiver Weise diesen Effekt, indem gezielt der Fokussiereffekt der Kügelchen oder allgemein Einzellinsenelemente für die Oberflächenbearbeitung genützt werden. Die Einzellinsenelemente werden dabei in einem Array entsprechend dem gewünschten Bearbeitungsmuster auf dem Träger angebracht. Der Träger ist bevorzugt eine optisch planparallele, für die Photonen-Strahlung transparente Platte, beispielsweise aus normalem Glas, aus Quarzglas, etc.. Auf der dem Werkstück bzw. Substrat zugewandten Seite dieser Platte werden die Einzellinsenelemente bevorzugt in einer Einzelschicht, d.h. in einer Monolage, aufgebracht. Die Einzellinsenelemente sind insbesondere kleine Kügelchen, Ellipsoide, d.h. quasi flachgedrückte Kügelchen, kleine Zylinder oder dergleichen, und sie bestehen beispielsweise aus normalem Glas, Quarzglas oder einem anderen für die Photonen transparentem Material, wie Si, CaF2, organischen Polymeren, z.B. Polystyrol, oder auch aus organischen Materialien bzw. Konglomeraten, wie Bakterien oder Viren usw.. Die gesamte Anordnung ist somit hoch transparent. Bei einer Bestrahlung mit Photonen-Strahlung, insbesondere Laser- Strahlung, von der Trägerseite wirkt die Anordnung wie eine Kombination von einer Vielzahl von. mehr oder weniger eng benachbarten fokussierenden Linsen. Die auftreffende Strahlung tritt durch den Träger und wird durch die Einzellinsenelemente fokussiert, wobei der jeweilige Fokus etwas außerhalb des Einzellinsenelements, beispielsweise in einer Entfernung von ca. 20% des Radius im Fall von kugelförmigen Einzellinsenelementen, liegt.The invention is based on an effect that has been shown in studies on laser-assisted cleaning of workpiece surfaces, in which contamination on the surface of a workpiece was simulated by small beads, for example with a diameter of less than 100 nm Experiments have shown that the smaller the beads, the more problematic the removal of the beads from the surface, and that these beads, when they are made of an optically transparent material, bundle the incident radiation in a comparable way to lens elements. In laser-assisted cleaning of surfaces, this leads to undesirable phenomena: in many cases, holes are formed in the surface material to be cleaned, since the focus of the radiation by the beads locally evaporates the absorbent material before the beads are flung away. Apart from the cleaning effect, the substrate is damaged. The invention now uses this effect in a positive manner in that the focusing effect of the spheres or, in general, individual lens elements are used specifically for surface treatment. The individual lens elements are attached to the carrier in an array in accordance with the desired processing pattern. The carrier is preferably an optically plane-parallel plate which is transparent to photon radiation, for example made of normal glass, quartz glass, etc. On the side of this plate facing the workpiece or substrate, the individual lens elements are preferably in a single layer, ie in a monolayer , applied. The individual lens elements are in particular small spheres, ellipsoids, that is to say quasi flattened spheres, small cylinders or the like, and they consist, for example, of normal glass, quartz glass or another material which is transparent to the photons, such as Si, CaF 2 , organic polymers, for example polystyrene, or also from organic materials or conglomerates such as bacteria or viruses etc. The entire arrangement is thus highly transparent. at Irradiation with photon radiation, in particular laser radiation, from the carrier side, the arrangement acts like a combination of a large number of. more or less closely adjacent focusing lenses. The incident radiation passes through the carrier and is focused by the individual lens elements, the particular focus being somewhat outside the individual lens element, for example at a distance of approximately 20% of the radius in the case of spherical individual lens elements.
An sich kann die zu bearbeitende Oberfläche direkt in Kontakt mit der Einzellinsenelemente-Matrix gebracht werden, was zu einer besonders einfachen Implementierung. führt. Die "Maskeneinrichtung" braucht hier nur auf das Werkstück aufgelegt und von oben bestrahlt werden. Wünschenswert sind natürlich hochreine Arbeitsbedingungen bzw. Oberflächen.As such, the surface to be processed can be brought into direct contact with the single lens element matrix, which makes it particularly easy to implement . leads. The "mask device" only needs to be placed on the workpiece and irradiated from above. Of course, high-purity working conditions and surfaces are desirable.
Die kugelförmigen oder ellipsoidförmigen Einzellinsenelemente können in einer maximal dichten Packung vorliegen, entsprechend einem Muster, bei dem die Mittelpunkte benachbarter, einander berührender Einzellinsenelemente die Eckpunkte von gleichseitigen Dreiecken bilden. Die Abmessungen der Einzellinsenelemente liegen dabei in der Größenordnung von 100 nm oder weniger bis zu einigen um, und die Bearbeitungsstellen auf dem Substrat haben Abmessungen im nm- bis μm-Bereich.The spherical or ellipsoidal individual lens elements can be in a maximally dense packing, corresponding to a pattern in which the centers of adjacent, contacting individual lens elements form the corner points of equilateral triangles. The dimensions of the individual lens elements are in the order of magnitude of 100 nm or less up to a few μm, and the processing points on the substrate have dimensions in the nm to μm range.
Die Einzellinsenelemente haften im Normalfall ausreichend durch natürliche Adhäsion am Träger. Die Haftung der Einzellinsenelemente kann jedoch durch äußere Kräfte, wie insbesondere durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Träger und dem Werkstück, verstärkt werden. Der Abstand des Trägers und der Einzellinsenelemente vom Werkstück bzw. Substrat kann fest eingestellt werden, wobei am Träger ein oder mehrere Abstandshalter aufgebracht werden können. Als Abstandshalter können beispielsweise lokale Materialablagerungen durch Aufdampfen, insbesondere durch Aufdampfen einer dünnen lokalen Metallschicht., oder Anbringen einer dünnen Folie (Kunststoff, Metall) vorgesehen werden. Zur variablen bzw. regelbaren Einstellung des Abstandes, speziell bei kritischen zu bearbeitenden Materialien, wie Kunststofffolien, ist eine Dreipunkt-Abstandshalterung mit Messung und Einstellbarkeit, auf Basis von Piezo-elektrischen Wandlerelementen ideal .The individual lens elements normally adhere sufficiently to the support through natural adhesion. However, the liability of the individual lens elements can be increased by external forces, such as in particular by applying an electrical voltage between the carrier and the workpiece. The distance between the carrier and the individual lens elements from the workpiece or substrate can be fixed, wherein one or more spacers can be applied to the carrier. For example, local material deposits can be provided as spacers by vapor deposition, in particular by vapor deposition of a thin local metal layer, or by attaching a thin film (plastic, metal). A three-point spacer with measurement and adjustability, based on piezoelectric transducer elements, is ideal for variable or adjustable adjustment of the distance, especially in the case of critical materials to be processed, such as plastic films.
Die vorliegende Technik kann auch mit großem Vorteil für eine Obefflächenmodifikation durch sogenannten Laser-induzierten Vorwärts-Transfer (LIFT - Laser Induced Forward Transfer) eingesetzt werden. Diese LIFT-Technik ist bereits für eine Anordnung mit einer einzelnen Linse beschrieben worden, siehe Z. Kantor et al., "Deposition of micrometer-sized tungsten patterns by laser transferred technique" Appl . Phys . Lett. 64 (25), 20. Juni 1994, Seiten 3506-3508. Die Kombination mit der vorliegenden Mehrfachlinsen-Anordnung ermöglicht eine sehr einfache und hoch lokalisierte Vielfach-Metallisierung von Oberflächen, die in normaler Laboratmosphäre (ohne Verwendung von Chemikalien und Gasen) durchgeführt werden kann. Bei dieser Technik wird zwischen dem zu bearbeitenden Substrat und dem Träger mit den Einzellinsenelementen eine dünne Materialschicht, insbesondere eine ultradünne Metallfolie angebracht, wobei vorgesehen werden kann, dass je nach dem verwendeten Metall die Folie mittels magnetischer oder elektrostatischer Kraft am Substrat angelegt wird; darauf kann dann der Träger mit den Einzellinsenelementen aufgelegt werden, gegebenenfalls unter Distanzierung mit Hilfe der genannten Abstandshalter. Dabei wird der Abstand so gewählt, dass die Einzellinsenelemente die Strahlung in Fokuspunkten innerhalb der dünnen Metallfolie oder allgemein Materialschicht fokussieren. Dadurch werden kleinste Metallteile lokal in Richtung des Substrats transferiert, wo sie haften bleiben. Nach dieser Bearbeitung kann die Folie einfach vom Substrat (Werkstück) abgestreift werden.The present technique can also be of great advantage for surface modification by so-called laser-induced Forward transfer (LIFT - Laser Induced Forward Transfer) can be used. This LIFT technique has already been described for an arrangement with a single lens, see Z. Kantor et al., "Deposition of micrometer-sized tungsten patterns by laser transferred technique" Appl. Phys. Lett. 64 (25), June 20, 1994, pages 3506-3508. The combination with the present multiple lens arrangement enables a very simple and highly localized multiple metallization of surfaces, which can be carried out in a normal laboratory atmosphere (without the use of chemicals and gases). In this technique, a thin layer of material, in particular an ultra-thin metal foil, is applied between the substrate to be processed and the carrier with the individual lens elements, it being possible for the foil to be applied to the substrate by means of magnetic or electrostatic force, depending on the metal used; the carrier with the individual lens elements can then be placed thereon, possibly with spacing using the spacers mentioned. The distance is chosen so that the individual lens elements focus the radiation in focal points within the thin metal foil or material layer in general. As a result, the smallest metal parts are transferred locally in the direction of the substrate, where they adhere. After this processing, the film can simply be stripped off the substrate (workpiece).
Um eine hohe Gleichmäßigkeit der Einzelbearbeitungsstellen am Substrat zu erzielen, ist abgesehen von gleichen Abmessungen der Einzellinsenelemente und einem einheitlichen Abstand von der Substrat-Oberfläche auch eine über ihren Querschnitt homogene Laser-Strahlung erforderlich, wenn sie auf der Außenseite des Trägers mit den Einzellinsenelementen auftrifft. Demgemäß ist es von Vorteil, wenn die Strahlung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Homogenisators homogenisiert wird, so dass die Strahlung über den gesamten Strahlungsbündelquerschnitt eine im Wesentlichen konstante Intensität aufweist.In order to achieve a high degree of uniformity of the individual processing points on the substrate, apart from the same dimensions of the individual lens elements and a uniform distance from the substrate surface, a laser radiation that is homogeneous over its cross section is also required if it strikes the individual lens elements on the outside of the carrier. Accordingly, it is advantageous if the radiation is homogenized in a manner known per se with the aid of a homogenizer, so that the radiation has an essentially constant intensity over the entire cross-section of the radiation beam.
Bei der Bearbeitung oder allgemein Modifikation der Werkstück-Oberfläche kann das Werkstück relativ zum Träger mit den Einzellinsenelementen in xy-Richtungen seiner Oberfläche in an sich herkömmlicher Weise bewegt werden, um so eine Mehrfach-Li- thographiebearbeitung zu ermöglichen. Weiters ist es je nach der durchzuführenden Bearbeitung auch denkbar, wenn einzelne der Einzellinsenelemente durch Beschatten mit einer vor dem Träger vorgesehenen Maske ausgeblendet werden.When machining or generally modifying the workpiece surface, the workpiece can be moved relative to the carrier with the individual lens elements in the xy directions of its surface in a conventional manner in order to enable multiple lithography processing. Furthermore, depending on the processing to be carried out, it is also conceivable if some of the Individual lens elements can be hidden by shading with a mask provided in front of the wearer.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung noch weiter erläutert. In dieser Zeichnung zeigen im Einzelnen:The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments, to which, however, it should not be restricted, and with reference to the accompanying drawing. This drawing shows in detail:
Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung einer Nanostrukturierungs-Bearbeitung einer Werkstück- Oberfläche mit Hilfe von Laser-Strahlung;1 schematically shows a preferred device for carrying out nanostructuring machining of a workpiece surface with the aid of laser radiation;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein Linsenarray mit kugelförmigen oder in Draufsicht kreisförmigen, ellipsoidförmigen Einzellinsenelementen, wie in der Anordnung aus Fig. 1 eingesetzt;FIG. 2 shows a schematic plan view of a lens array with spherical or ellipsoidal individual lens elements which are circular in plan view, as used in the arrangement from FIG. 1;
Fig. 3 schematisch in einer Ansicht bzw. Schnittdarstellung die Wirkungsweise von verschiedenen Einzellinsenelementen hinsichtlich der Fokussierung von durch sie bewirkten Einzel- oder Teilstrahlen, wobei ein Teil des Substrats mit einer lokalen Ablation im Schnitt in Fig. 3a gezeigt ist, und wobei Fig. 3b eine die lokale Ablation des Substrats in einer Draufsicht zu Fig. 3a zeigende schematische Darstellung enthält;3 shows schematically in a view or sectional view the mode of operation of various individual lens elements with regard to the focusing of individual or partial beams caused by them, part of the substrate with local ablation being shown in section in FIG. 3a, and FIG. 3b contains a schematic representation showing the local ablation of the substrate in a top view of FIG. 3a;
Fig. 4 eine Anordnung einer transparenten planparallelen Platte mit Einzellinsenelementen im Abstand von einem Substrat, in einer Anordnung innerhalb einer eine vorgegebene Gasatmosphäre enthaltenden Kammer, die ein Eintrittsfenster für die Laser- Strahlung aufweist;4 shows an arrangement of a transparent plane-parallel plate with individual lens elements at a distance from a substrate, in an arrangement within a chamber which contains a predetermined gas atmosphere and which has an entry window for the laser radiation;
Fig. 5 schematisch einen Teil einer Vorrichtung (ohne Strahlungsquelle) zur Veranschaulichung eines sogenannten Laserinduzierten Material-Vorwärts-Transfers ;5 schematically shows a part of a device (without radiation source) for illustrating a so-called laser-induced material forward transfer;
Fig. 6 eine Ansicht des Substrats mit darauf mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 angebrachten metallischen Ablagerungen, mit einer teilweise abgezogenen Metallfolie;FIG. 6 shows a view of the substrate with metallic deposits attached to it with the aid of a device according to FIG. 5, with a partially pulled-off metal foil;
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines Substrats in ungefähr 5000facher Vergrößerung, zur Veranschaulichung von lokalen Ablationen an der Substrat-Oberfläche; und7 is a top view of a portion of a substrate at approximately 5000X, illustrating local ablations on the substrate surface; and
Fig. 8 eine Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Substratoberfläche in ca. 23 000-facher Vergrößerung, zur Veranschaulichung einer abgelagerten Aluminium-Doppelstruktur.8 shows an electron microscope image of a substrate surface in a magnification of approximately 23,000 times, to illustrate a deposited aluminum double structure.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Modifikation der Oberfläche eines Substrats oder Werkstücks 1 mit Hilfe von Laser- Strahlung (allgemein Photonen-Strahlung) 2 veranschaulicht, die von einer Strahlungsquelle 3, wie beispielsweise einem Excimer- Laser, herrührt. Die von der Strahlungsquelle 3 abgegebene Strahlung kann über ihren Querschnitt (Durchmesser D) eine inhomogene Intensität aufweisen, wie in Fig. 1 in einer Detailzeichnung bei 4 gezeigt ist, und um eine homogene Strahlungsintensität für die Bearbeitung der Oberfläche des Substrats 1 zu erzielen, ist ein Homogenisator 5 vorgesehen, der ein an sich bekanntes Bauelement bildet, und der über Reflexionen an seiner Innenwandung zu einer homogenen Intensitätsverteilung im Strahlungsbündel 2 führt, wie in Fig. 1 in der Detailzeichnung 6 für den Durchmesser D' dargestellt ist. Selbstverständlich kann der Durchmesser D' gleich dem Strahlungsbündel-Durchmesser D sein.1 illustrates a device for modifying the surface of a substrate or workpiece 1 with the aid of laser radiation (generally photon radiation) 2 from a radiation source 3, such as an excimer laser. The radiation emitted by the radiation source 3 can have an inhomogeneous intensity over its cross section (diameter D), as shown in a detailed drawing at 4 in FIG. 1, and in order to achieve a homogeneous radiation intensity for processing the surface of the substrate 1 a homogenizer 5 is provided which forms a component which is known per se and which, via reflections on its inner wall, leads to a homogeneous intensity distribution in the radiation beam 2, as shown in FIG. 1 in detail drawing 6 for the diameter D '. Of course, the diameter D 'can be equal to the radiation beam diameter D.
Die homogenisierte Strahlung trifft auf einen Einzellinsenelement-Träger 7 in Form einer planparallelen, -für die Bestrahlung durchlässigen Platte 8 aus Glas, insbesondere Quarzglas, auf. Diese Platte 8 ist an ihrer dem Substrat 1 zugewandten Seite mit einer Vielzahl von Einzellinsenelementen 9 versehen, die in einer der jeweiligen Bearbeitung der Oberfläche 1' des Substrats 1 angepassten Anordnung an der Platte 8 durch natürliche Adhäsion haften. Bevorzugt wird eine maximal dichte Anordnung von kugelförmigen oder aber in Draufsicht kreisförmigen, ellipsoidförmigen Einzellinsenelementen 9 angewendet, wie sie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Einzellinsenelemente 9 führen zu gebündelten. Teilstrahlen 10, deren Fokuspunkte 11 im Fall einer Bearbeitung der Oberfläche 1' bevorzugt in der Ebene dieser Oberfläche 1' des Substrats 1 liegen, z.B. wenn eine Abtragung bzw. Ablation vom Material an einer Vielzahl von Stellen mit kleinsten Abmessungen, im nm-Bereich, gewünscht wird.The homogenized radiation strikes a single lens element carrier 7 in the form of a plane-parallel plate 8 made of glass, in particular quartz glass, which is transparent to the radiation. This plate 8 is provided on its side facing the substrate 1 with a plurality of individual lens elements 9 which adhere to the plate 8 by natural adhesion in an arrangement adapted to the respective processing of the surface 1 'of the substrate 1. A maximally dense arrangement of spherical or, in plan view, circular, ellipsoidal individual lens elements 9 is used, as can be seen from FIG. 2. These individual lens elements 9 lead to bundles. Partial beams 10, the focal points 11 of which, in the case of processing the surface 1 ', preferably lie in the plane of this surface 1' of the substrate 1, e.g. when removal or ablation of the material is desired at a large number of locations with the smallest dimensions, in the nm range.
Um die Anordnung der Einzellinsenelemente 9 in einem definierten Abstand vom Substrat 1 festzulegen, sind Abstandshalter 12 am Träger 7 vorgesehen, über die der Träger 7, also die Platte 8, an der Substratoberfläche 1' abgestützt ist. Ein solcher genau definierter Abstand ist dann von Vorteil, wenn eine ultrahohe Miniaturisierung gewünscht wird, oder wenn eine Strukturierung in einer bestimmten chemischen Atmosphäre durchgeführt werden soll (vgl. auch die nachfolgend erläuterte Fig. 4). Im Idealfall ist wie erwähnt die Fokustiefe gleich dem Abstand der Einzellinsenelemente 9 vom Substrat 1.In order to determine the arrangement of the individual lens elements 9 at a defined distance from the substrate 1, spacers 12 are provided on the carrier 7, by means of which the carrier 7, that is to say the plate 8, is supported on the substrate surface 1 ′. Such a precisely defined distance is advantageous if ultra-high miniaturization is desired or if structuring is to be carried out in a specific chemical atmosphere (cf. also FIG. 4 explained below). In the ideal case, as mentioned, the depth of focus is equal to the distance of the individual lens elements 9 from the substrate 1.
Die Abstandshalter 12 können in einfacher Weise durch Aufdampfen von dünnen lokalen Metallschichten, aber auch durch Sputter-Deposition, oder aber mit Hilfe von Piezoele enten realisiert werden. Im letztere Fall kann, abgesehen von einer in Fig. 1 nicht näher veranschaulichten Messanordnung für die Ermittlung des gegebenen Abstands, auch eine Spannungsquelle 13 zum Anlegen einer Spannung UP an die Piezoelement-Abstandshalter 12, zwecks Einstellung des jeweils optimalen Abstandes, insbesondere zur Erzielung einer exakten Parallelität des Linsenarrays und der Substrat-Oberfläche 1', angelegt werden.The spacers 12 can be easily by vapor deposition of thin local metal layers, but also by Sputter deposition, or with the help of piezoelectric ducks. In the latter case, apart from a measuring arrangement for determining the given distance, which is not illustrated in more detail in FIG. 1, a voltage source 13 for applying a voltage U P to the piezo element spacers 12 can also be used to set the respective optimal distance, in particular to achieve this an exact parallelism of the lens array and the substrate surface 1 '.
Der Träger 7 mit den Einzellinsenelementen 9 kann am ehesten mit einer speziellen Maskeneinrichtung verglichen werden, mit der die Strahlung 2 zu mehr oder weniger punktförmigen Stellen in großer Anzahl - den Fokuspunkten 11 - gebündelt wird. Die Einzellinsenelemente 9 sind dabei in einer einzelnen Schicht, in einer. Monolage, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt, auf der Platte 8 angebracht, an der sie wie angegeben durch natürliche adhäsive Kräfte haften. Selbstverständlich sind die Einzellinsenelemente 9 für die verwendete Strahlung 2 im Wesentlichen transparent, und sie bestehen wie ebenfalls bereits erwähnt beispielsweise aus Glas, insbesondere Quarzglas. Im Fall von Kügelchen oder Ellip- soiden haben diese kleinen Körper Querschnittabmessungen, d.h. einen Durchmesser d (s. Fig. 2) in der Größenordnung von 100 nm (oder darunter) bis zu einigen um. Durch die bündelnde Wirkung dieser Einzellinsenelemente 9 bezüglich der einfallenden Strahlung 2 wird ein paralleler Vielfach-Fokussiereffekt mit einer praktisch beliebig hohen Zahl von Fokuspunkten 11 erzielt. Wenn das Substrat 1 mit seiner Oberfläche 1' entsprechend nahe den Einzellinsenelementen 9 angebracht ist, kann dieser Vielfach-Fo- kussiereffekt zur Modifizierung der Oberfläche 11', gemäß Fig. 1 in Form einer Materialabtragung bzw. Ablation, verwendet werden. Wenn weiters das Substrat 1 in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 auf und ab und senkrecht zur Zeichenebene, siehe den Pfeil 14 und den Kreis mit Punkt 15 in Fig. 1 links oben, bewegt wird, können entsprechende Muster in der Art einer lithographischen Bearbeitung in die Oberfläche 1' des Substrats 1 eingeschrieben werden. Auf diese Weise ergibt sich das enorme Potential einer Kombination von hoher paralleler Durchsatzrate mit den universellen Eigenschaften des Einzelschritt-Bearbeitungsverfahrens.The carrier 7 with the individual lens elements 9 can best be compared with a special mask device with which the radiation 2 is focused in large numbers - the focal points 11 - to more or less point-like locations. The individual lens elements 9 are in a single layer, in one. Monolayer, as shown schematically in Fig. 1, attached to the plate 8, to which they adhere as indicated by natural adhesive forces. Of course, the individual lens elements 9 are essentially transparent to the radiation 2 used, and, as already mentioned, they consist of glass, in particular quartz glass. In the case of spheres or ellipsoids, these small bodies have cross-sectional dimensions, i.e. a diameter d (see FIG. 2) on the order of 100 nm (or below) to a few µm. Due to the focusing effect of these individual lens elements 9 with respect to the incident radiation 2, a parallel multiple focusing effect with a practically arbitrarily high number of focal points 11 is achieved. If the substrate 1 is attached with its surface 1 'correspondingly close to the individual lens elements 9, this multiple focusing effect can be used to modify the surface 11', according to FIG. 1 in the form of material removal or ablation. If the substrate 1 is moved up and down in the drawing plane according to FIG. 1 and perpendicular to the drawing plane, see arrow 14 and the circle with point 15 in FIG. 1 at the top left, corresponding patterns in the manner of a lithographic processing can be made in the surface 1 'of the substrate 1 can be inscribed. This results in the enormous potential of a combination of a high parallel throughput rate with the universal properties of the single-step machining process.
Für bestimmte Muster von Oberflächen-Modifikationen kann es erwünscht sein, nicht über alle Einzellinsenelemente 9 eine Fokussierung herbeizuführen, sondern bestimmte Bereiche auszublen- den bzw. abzuschalten; hierfür kann eine in Fig. 1 mit strich- lierten Linien veranschaulichte Maske 17 vor der Platte 8 angeordnet werden.For certain patterns of surface modifications, it may be desirable not to bring about focusing over all the individual lens elements 9, but rather to fade out certain areas. to switch off or on; For this purpose, a mask 17, illustrated with dashed lines in FIG. 1, can be arranged in front of the plate 8.
Als Einzellinsenelemente 9 können beispielsweise Glaskügel- chen verwendet werden, wie sie im Handel in Lösungen, wie Iso- propanol, erhältlich sind. Diese Kügelchen werden mit einer Mikropipette auf die hochreine planparallele Platte 8 in Tropfenform aufgebracht. Das standardmäßig erhältliche 40%ige Konzentrat von 5 μm-Kügelchen erlaubt im Bereich von Aufbringungen von 0,1 bis 0,3 μl ein direktes Kondensieren von breiten Monola- gen in dichtester Anordnung. Modifizierungen der Anordnungen können durch leichtes Kippen der Oberfläche beim Kondensieren des Tröpfchens erzielt werden. Die Herstellung dichtester Monolagen über große Bereiche wurde bereits im Speziellen für die Beschichtung von Substraten untersucht, vgl. z.B. F. Burmeister et al., "Colloid monolayer lithography. A flexible approach for mo- nostructuring of surfaces", Appl. Surface Science 144-145 (1999) 461-466. Etwaige Lösungsmittelreste sind ebenfalls hochtransparent und stören nicht den Durchtritt der Strahlung durch die Anordnung.Glass beads such as are commercially available in solutions such as isopropanol can be used as individual lens elements 9. These beads are applied with a micropipette to the high-purity plane-parallel plate 8 in the form of drops. The 40% concentrate of 5 μm beads available as standard allows direct condensation of wide monolayers in the densest arrangement in the range of 0.1 to 0.3 μl. Modifications to the arrangements can be achieved by slightly tilting the surface when the droplet condenses. The production of densest monolayers over large areas has already been investigated specifically for the coating of substrates, cf. e.g. F. Burmeister et al., "Colloid monolayer lithography. A flexible approach for monostructuring of surfaces", Appl. Surface Science 144-145 (1999) 461-466. Any solvent residues are also highly transparent and do not interfere with the passage of radiation through the arrangement.
Strukturierungsabstände können durch Ändern der Kügelchen- durchmesser variiert werden. Lose Anordnungen (Einzel-, Doppel- und Dreifachstrukturen) werden durch Aufspinnen der Lösung erreicht .Structuring distances can be varied by changing the bead diameter. Loose arrangements (single, double and triple structures) are achieved by spinning the solution.
Die Haftung der Kügelchen kann durch äußere Kräfte, z.B. durch Anlegen einer (Gleich-) Spannung U zwischen Platte 8 und Substrat 1, verstärkt werden. Hierzu ist in Fig. 1 eine Spannungsquelle 16 dargestellt.The adhesion of the beads can be influenced by external forces, e.g. by applying a (direct) voltage U between plate 8 and substrate 1. For this purpose, a voltage source 16 is shown in FIG. 1.
Die Fokussierwirkung kann bei Kügelchendurchmessern von kleiner 5 um im Bereich der verwendeten Strahlungswellenlängen liegen und damit sehr hoch sein. Für Kugelchendurchmesser kleiner als ca. 1 um rückt dann die Fokusebene an eine Stelle innerhalb des Kügelchens, vgl. Fig. 3, linke Seite.. Hier kann eine plastische Verformung zu linsenähnlichen, dünneren Strukturen, wie sie sich mitunter über längere Zeiten von selbst ergibt, oder die Verwendung kleinerer Kügelchen die Fokusebene (Fokuspunkte 11) wieder nach außen legen, vgl. Fig. 3, rechte Seite.With bead diameters of less than 5 μm, the focusing effect can be in the range of the radiation wavelengths used and can therefore be very high. For sphere diameters smaller than approx. 1 µm, the focal plane then moves to a position within the sphere, cf. Fig. 3, left side .. Here, a plastic deformation to lens-like, thinner structures, as it sometimes occurs over longer periods of time, or the use of smaller spheres can put the focal plane (focal points 11) outwards again, cf. Fig. 3, right side.
Der Abstand zum zu strukturierenden Medium muss der Anwendung entsprechend eingestellt werden. Die Distanz des Fokus beträgt i.a. nur einen Bruchteil des Kugeldurchmessers; bei 5 um- Kugeln beträgt sie z.B. ca. 1 μm.The distance to the medium to be structured must be set according to the application. The distance of the focus is generally only a fraction of the ball diameter; at 5 um Balls, for example, is approximately 1 μm.
In Fig. 3a ist in einer Detail-Querschnittsdarstellung ersichtlich, dass die lokalen Ablationen zu Vertiefungen mit Durchmessern in der Größenordnung eines Zehntels des Durchmessers der Einzellinsenelemente 9 führen können, wobei kleine Krater 18, die gebildet werden, innerhalb einer durch die Erhitzung erhaltenen Erhebung 19 liegen, vgl. auch Fig. 3b.3a shows in a detailed cross-sectional representation that the local ablations can lead to depressions with diameters in the order of a tenth of the diameter of the individual lens elements 9, small craters 18 which are formed within an elevation 19 obtained by the heating lie, cf. also Fig. 3b.
In Fig. 4 ist die Anordnung der planparallelen Platte 8 mit den Einzellinsenelementen 9 in Kugelform, die über Abstandshalter 12 in einem korrekten Abstand vom Substrat 1 mit der Oberfläche __ ' gehalten ist, in einer geschlossenen Kammer 20 gezeigt, die ein transparentes Eintrittsfenster 21 für die Strahlung 2, insbesondere Laser-Strahlung, aufweist, welche entsprechend großflächig, wie auch in Fig. 1 gezeigt, auf der Platte 8 auf- trifft, um sodann mit Hilfe der Einzellinsenelemente 9 in die gebündelten Teilstrahlen 10, zu den Einzel-Fokuspunkten 11, unterteilt zu werden. Beispielsweise durch Absorption der auftreffenden Energie im Substrat 1 an der Oberfläche 1' kommt es wiederum zu dem hochaufgelösten Strukturierungsprozess, welcher nunmehr in einer vorgegebenen reaktiven Gasphase stattfindet, wie in Fig. 4 ganz schematisch bei 22 angedeutet ist. Zur Herbeiführung der entsprechenden Gasatmosphäre in der Kammer 20 sind ein Evakuierungs-Auslass 23 und ein Gaseinlass 24 an der Kammer 20 vorgesehen, wobei der Auslass 23 mit einer nicht näher gezeigten Vakuumpumpe und der Einlass 24 mit einer ebenfalls nicht näher gezeigten Gasquelle - selbstverständlich jeweils über ein Ventil oder dergleichen - verbunden ist.In Fig. 4, the arrangement of the plane-parallel plate 8 with the individual lens elements 9 in spherical shape, which is held at a correct distance from the substrate 1 with the surface __ 'by means of spacers 12, is shown in a closed chamber 20 which has a transparent entrance window 21 for has the radiation 2, in particular laser radiation, which strikes the plate 8 over a correspondingly large area, as also shown in FIG. 1, in order to then use the individual lens elements 9 in the bundled partial beams 10 to the individual focal points 11 to be divided. For example, by absorption of the incident energy in the substrate 1 on the surface 1 ', the high-resolution structuring process in turn occurs, which now takes place in a predetermined reactive gas phase, as indicated very schematically at 22 in FIG. 4. An evacuation outlet 23 and a gas inlet 24 are provided on the chamber 20 to bring about the corresponding gas atmosphere in the chamber 20, the outlet 23 with a vacuum pump (not shown in more detail) and the inlet 24 with a gas source (also not shown in more detail), of course, in each case a valve or the like - is connected.
Anstatt in einer Gasatmosphäre kann aber im Prinzip auch die Bearbeitung in einer Flüssigkeit durchgeführt werden; außerdem ist auch ein Arbeiten in einer inerten Umgebung, allgemein in einer kontrollierten Atmosphäre, denkbar.In principle, however, processing can also be carried out in a liquid instead of in a gas atmosphere; working in an inert environment, generally in a controlled atmosphere, is also conceivable.
Die Oberfläche 1' des Substrats 1 kann jedoch nicht nur durch eine derartige Ablation mit Hilfe der Teilstrahlen 10 mo- i difiziert werden, sondern auch dadurch, dass Material, insbesondere Metall, an der Oberfläche des Substrats 1 abgelagert wird. Eine derartige sogenannte LIFT-Technik ist in den Fig. 5 und 6 schematisch veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, dass beispielsweise eine äußerst dünne Metallfolie 25 an der Oberfläche 1' des Substrats angebracht wird. Darüber befindet sich dann die "Maskeneinrichtung" mit der Platte 8 und den kugelförmigen Einzellinsenelementen 9, wobei nunmehr mit Hilfe der Laser- Strahlung 2 kleinste lokale Bereiche der Metallfolie 25 aus dieser herausgelöst und an der Oberfläche __ ' des Substrats 1 abgelagert werden. Diese kleinsten Metallteilchen-Ablagerungen sind in Fig. 5 bei 26 veranschaulicht; die verbleibende, entsprechende Löcher 26' aufweisende Metallfolie 25' wird dann einfach abgestreift, wie in Fig. 6 veranschaulicht ist.The surface 1 ′ of the substrate 1 can, however, not only be modified by such an ablation with the aid of the partial beams 10, but also in that material, in particular metal, is deposited on the surface of the substrate 1. Such a so-called LIFT technique is schematically illustrated in FIGS. 5 and 6, it being evident that, for example, an extremely thin metal foil 25 is attached to the surface 1 'of the substrate. The "mask device" with the plate 8 and the spherical ones is then located above it Individual lens elements 9, with the help of laser radiation 2, the smallest local areas of the metal foil 25 are now detached therefrom and deposited on the surface __ 'of the substrate 1. These smallest metal particle deposits are illustrated at 26 in FIG. 5; the remaining, corresponding holes 26 'having metal foil 25' is then simply stripped off, as illustrated in FIG. 6.
Die Metallfolie 25 kann je nach verwendetem Metall magnetisch oder elektrostatisch am Substrat 1 angebracht werden.Depending on the metal used, the metal foil 25 can be attached to the substrate 1 magnetically or electrostatically.
In Fig. 7 ist schließlich als Ergebnis eines Versuchs eine 5000fache Vergrößerung eines Teils einer Substrat-Oberfläche __ ' gezeigt, wobei mit Hilfe der erfindungsgemäßen Technik angebrachte Vertiefungen 18 mit einem Durchmesser von ungefähr einem halben μm in Abständen von ca. 5 μm, entsprechend einem Durchmesser der kugelförmigen Einzellinsenelemente 9 von 5 μm, ersichtlich sind.Finally, FIG. 7 shows the result of an experiment as a 5000-fold enlargement of a part of a substrate surface __ ', with depressions 18 having a diameter of approximately half a μm at intervals of approximately 5 μm, corresponding to a, made using the technique according to the invention Diameter of the spherical individual lens elements 9 of 5 microns can be seen.
Aufgrund der komplexeren Implementierung von chemischen Abscheide- und Ätzverfahren sind die einfachsten Methoden von Strukturierungen jene, die in normaler Laboratmosphäre durchgeführt werden können.Due to the more complex implementation of chemical deposition and etching processes, the simplest methods of structuring are those that can be carried out in a normal laboratory atmosphere.
Nachfolgend soll die Erfindung noch anhand von zwei konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below on the basis of two specific exemplary embodiments.
Beispiel 1: Laser-induzierte Ablation:Example 1: Laser-induced ablation:
Als Beispiel wurde eine Excimer-Laser-induzierte Ablation von PET- und PI-Kunststofffolien an Luft durchgeführt, siehe auch die Darstellung (Elektronenmikroskop-Aufnahme) in Fig. 7. Verwendet wurde ein 30 ns langer Laserpuls mit einer 248 nm-Wel- lenlänge und einer Pulsleistung ca. 100 mJ; die Einzellinsenelemente 9 waren Quarzkügelchen dichtester Packung, mit einem Kugeldurchmesser von 5 μm; weiters wurden Abstandshalter 12 von 6 μm Dicke eingesetzt.An excimer laser-induced ablation of PET and PI plastic films in air was carried out as an example, see also the illustration (electron microscope image) in FIG. 7. A 30 ns long laser pulse with a 248 nm wavelength was used and a pulse power of approximately 100 mJ; the individual lens elements 9 were quartz balls of the densest packing, with a ball diameter of 5 μm; spacers 12 of 6 μm thickness were also used.
Beispiel 2 :Example 2:
Materialabscheidung - modifizierter Laser-induzierter Vorwärts-Material deposition - modified laser-induced forward
Transfer (LIFT) :Transfer (LIFT):
Hierzu wurde das lokal zu transferierende Metall in Form einer sehr dünnen Folie (25 in Fig. 5) auf ein Quarzsubstrat 1 aufgebracht: Zwei verschiedene Methoden wurden angewendet: Magnetische Metalle (z.B. Nickel): Eine exakte Aufbringung der Folie (anliegend) erfolgte durch magnetostatische Kräfte (Magnethalter) .For this purpose, the metal to be transferred locally was in the form of a very thin film (25 in Fig. 5) applied to a quartz substrate 1: Two different methods were used: Magnetic metals (eg nickel): The film (adjacent) was applied exactly by magnetostatic forces (magnet holder).
Andere Metalle: Das Aufbringen der Metallfolien erfolgte durch elektrostatische Kräfte; z.B. wurde eine Aluminiumfolie von 800 nm Dicke eingesetzt, und es wurde eine Spannung zwischen der Folie und dem Substrat von ca. 1 kV angelegt; als Strahlung wurde ein Laserpuls mit einer Wellenlänge von 248 nm und einer Energie von 500 mJ verwendet; die Einzellinsenelemente waren 0,8 μm-Kü- gelchen in dichtestem Abstand. In Fig. 8 ist eine Elektronenmikroskop-Aufnahme einer AI-Doppelstruktur, hergestellt mit einer aus Kugel-Doppelstruktur als solche Einzellinsenelemente (0,8 μm- Kügelchen, direkt aneinander anliegend), veranschaulicht. Other metals: The metal foils were applied by electrostatic forces; e.g. an aluminum foil of 800 nm thickness was used and a voltage between the foil and the substrate of approximately 1 kV was applied; a laser pulse with a wavelength of 248 nm and an energy of 500 mJ was used as radiation; the individual lens elements were 0.8 μm spheres at the closest distance. FIG. 8 illustrates an electron microscope image of an Al double structure, produced with a double lens structure as such as single lens elements (0.8 μm spheres, directly adjoining one another).

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Vorrichtung zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung, mit einer Strahlungsquelle und einer Maskeneinrichtung für die Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskeneinrichtung durch auf einem für die Strahlung durchlässigen Träger (7) , vorzugsweise auf dessen dem Werkstück (1) zugewandter Seite, haftend angebrachte Einzellinsenelemente (9) gebildet ist, wobei die Strahlung (2) durch die Einzellinsenelemente (9) in Teilstrahlen .(10) bündelbar ist.1. Device for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation, with a radiation source and a mask device for the radiation, characterized in that the mask device is provided on a carrier (7) that is transparent to the radiation, preferably on the workpiece ( 1) facing side, adhesively attached individual lens elements (9) is formed, the radiation (2) being able to be bundled into partial beams (10) by the individual lens elements (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) eine planparallele Platte (8) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the carrier (7) is a plane-parallel plate (8).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) aus Glas besteht.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (7) consists of glass.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (7) aus Quarzglas besteht.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the carrier (7) consists of quartz glass.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) aus Glas bestehen.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual lens elements (9) consist of glass.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) aus Quarzglas bestehen.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the individual lens elements (9) consist of quartz glass.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) aus Silizium bestehen.7. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual lens elements (9) consist of silicon.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) aus Calciumfluorid bestehen.8. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual lens elements (9) consist of calcium fluoride.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) aus einem organischen Polymer, z.B. Polystyrol, bestehen.9. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the single lens elements (9) made of an organic polymer, e.g. Polystyrene.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) kugelförmig sind.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized indicates that the individual lens elements (9) are spherical.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) zylinderförmig sind.11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the individual lens elements (9) are cylindrical.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) ellipsoidförmig sind, deren elliptischer Querschnitt mit der kleinen Achse zumindest im Wesentlichen rechtwinkelig und deren kreisförmiger Querschnitt zumindest im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Trägers (7 ) vor1iegt .12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the individual lens elements (9) are ellipsoidal, their elliptical cross-section with the minor axis is at least substantially rectangular and their circular cross-section is at least substantially parallel to the surface of the carrier (7) ,
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) in einer Monolage auf dem Träger (7) angebracht sind.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the individual lens elements (9) are mounted in a monolayer on the carrier (7).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) in dichter Packung, einander gegenseitig berührend, auf dem Träger (7) angeordnet sind.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the individual lens elements (9) are arranged on the carrier (7) in dense packing, touching one another.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) Abmessungen in der Größenordnung von ca. 100 nm bis einigen μm aufweisen.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the individual lens elements (9) have dimensions in the order of magnitude of approximately 100 nm to a few μm.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellinsenelemente (9) durch natürliche Adhäsion am Träger (7) haften.16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the individual lens elements (9) adhere to the carrier (7) by natural adhesion.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle (16) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem Träger (7) und dem Werkstück (1) , zur Verstärkung der Haftung der Einzellinsenelemente (9) am Träger (7) .17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized by a voltage source (16) for applying an electrical voltage between the carrier (7) and the workpiece (1), for increasing the adhesion of the individual lens elements (9) to the carrier (7) ,
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (7) auf der im Betrieb dem Werkstück (1) zugewandten Seite wenigstens ein Abstandshalter (12) angebracht ist. 18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that at least one spacer (12) is attached to the carrier (7) on the side facing the workpiece (1) during operation.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (12) durch auf den Träger (7) aufgedampftes Material, insbesondere Metall, gebildet ist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the spacer (12) is formed by vapor-deposited material, in particular metal, on the carrier (7).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, z.B. drei, Piezoelemente als Abstandshalter (12) vorgesehen sind, die mit einer elektrischen Spannungsquelle (23) verbunden bzw. verbindbar sind.Device according to claim 19, characterized in that several, e.g. three, piezo elements are provided as spacers (12) which are connected or can be connected to an electrical voltage source (23).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Strahlungsquelle (3) und dem Einzel1insenelemente-Träger (7) ein Strahlungshomogenisator (5) zugeordnet ist.21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that a radiation homogenizer (5) is assigned between the radiation source (3) and the individual lens element carrier (7).
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzellinsenelementen (9) und der Werkstück-Oberfläche (1'), insbesondere im Bereich der Fokussierung der Teilstrahlen (10), eine Materialtransferschicht, z.B. eine Metallfolie (25), angeordnet ist.22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that between the individual lens elements (9) and the workpiece surface (1 '), in particular in the region of the focusing of the partial beams (10), a material transfer layer, e.g. a metal foil (25) is arranged.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die .Photonen-Strahlung Laser-Strahlung ist.23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the .Photon radiation is laser radiation.
24. Verfahren zum Modifizieren einer Werkstück-Oberfläche mit Hilfe von Photonen-Strahlung (2), welche über eine Maskeneinrichtung auf die Werkstück-Oberfläche (1') gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (2) mit Hilfe von als Maskeneinrichtung vorgesehenen, an einem für die strahlungsdurchlässigen Träger (7) angebrachten Einzellinsenelementen (9) in Teilstrahlen (10) aufgeteilt wird, die in Einzel-Fokuspunkten (11) gebündelt werden.24. Method for modifying a workpiece surface with the aid of photon radiation (2), which is directed onto the workpiece surface (1 ') via a mask device, characterized in that the radiation (2) is provided with the aid of a mask device , is divided into partial beams (10) on a single lens element (9) attached to the radiation - permeable carrier (7), which are bundled into individual focal points (11).
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (10) zur Ablation von Material in Einzel-Fokuspunkten (11) an der Werkstück-Oberfläche (1') gebündelt werden.25. The method according to claim 24, characterized in that the partial beams (10) for ablation of material in individual focus points (11) on the workpiece surface (1 ') are bundled.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen (10) zwecks Materialtransfer auf die Werkstück- Oberfläche (1') im Bereich einer vor letzterer angeordneten Materialtransferschicht, z.B. Metallfolie (25) , in Einzel-Fokus- punkten (11) gebündelt werden.26. The method according to claim 24, characterized in that the partial beams (10) for the purpose of material transfer to the workpiece surface (1 ') in the region of a material transfer layer arranged in front of the latter, for example metal foil (25), in single focus. points (11) can be bundled.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Einzellinsenelemente- Träger (7) und der Werkstück-Oberfläche (1') mit Hilfe von Pie- zoelementen als Abstandshalter (12) eingestellt wird.27. The method according to any one of claims 24 to 26, characterized in that the distance between the individual lens element carrier (7) and the workpiece surface (1 ') is set with the aid of piezo elements as a spacer (12).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftung der Einzellinsenelemente (9) am Träger (7) durch Anlegen einer elektrischen Spannung (U) zwischen dem Träger (7) und der Werkstück-Oberfläche (1') verstärkt wird.28. The method according to any one of claims 24 to 27, characterized in that the adhesion of the individual lens elements (9) to the carrier (7) by applying an electrical voltage (U) between the carrier (7) and the workpiece surface (1 ') is reinforced.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (2) vor dem Auftreffen auf dem Träger (7) mit den Einzellinsenelementen (9) homogenisiert wird.29. The method according to any one of claims 24 to 28, characterized in that the radiation (2) is homogenized with the individual lens elements (9) before striking the carrier (7).
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Werkstück-Oberfläche (1') durch Ablation oder Materialtransfer mit Hilfe der Teilstrahlen in einer kontrollierten Umgebung, insbesondere Gasatmosphäre (22), durchgeführt wird.30. The method according to any one of claims 24 to 29, characterized in that the modification of the workpiece surface (1 ') by ablation or material transfer with the aid of the partial jets in a controlled environment, in particular gas atmosphere (22), is carried out.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Werkstück-Oberfläche (1') in einer reaktiven Atmosphäre durchgeführt wird.31. The method according to claim 30, characterized in that the modification of the workpiece surface (1 ') is carried out in a reactive atmosphere.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne der Einzellinsenelemente (9) durch Beschatten mit einer Maske (17) ausgeblendet werden.32. The method according to any one of claims 24 to 31, characterized in that some of the individual lens elements (9) are hidden by shading with a mask (17).
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als Photonen-Strahlung Laser-Strahlung verwendet wird. 33. The method according to any one of claims 24 to 32, characterized in that laser radiation is used as photon radiation.
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