Интерференционная литография - Interference lithography

Интерференционная литография (или голографическая литография) - это метод формирования регулярных массивов мелких элементов без использования сложных оптический системы или фотошаблоны.

Основной принцип

Основной принцип такой же, как и в интерферометрия или голография. Картина интерференции между двумя или более последовательный световые волны настроен и записан на записывающий слой (фоторезист ). Эта интерференционная картина состоит из периодической серии полос, представляющих минимумы и максимумы интенсивности. После экспонирования фотолитографический обработки, появляется рисунок фоторезиста, соответствующий периодическому рисунку интенсивности.

Для 2-лучевой интерференции интервал или период между полосами определяется выражением , где λ это длина волны и θ - угол между двумя интерферирующими волнами. В этом случае минимально достижимый период составляет половину длины волны.

Используя 3-лучевую интерференцию, можно создать массивы с гексагональной симметрией, а с 4-мя лучами - массивы с прямоугольной симметрией или трехмерные фотонные кристаллы. С помощью многоволновой интерференции (путем вставки диффузора в оптический путь) можно создавать апериодические узоры с определенным пространственным частотным спектром. Следовательно, за счет наложения различных комбинаций лучей становятся возможными разные рисунки.

Требования к согласованности

Чтобы интерференционная литография была успешной, должны быть выполнены требования согласованности. Во-первых, необходимо использовать пространственно когерентный источник света. Фактически это точечный источник света в сочетании с коллимирующей линзой. Лазерный или синхротронный луч также часто используются напрямую без дополнительной коллимации. Пространственная когерентность гарантирует однородный волновой фронт до светоделение. Во-вторых, предпочтительно использовать монохроматический или когерентный во времени источник света. Этого легко добиться с помощью лазера, но для широкополосных источников потребуется фильтр. Требование монохроматичности может быть снято, если дифракционная решетка используется в качестве светоделителя, поскольку разные длины волн будут дифрагировать под разными углами, но в конечном итоге все равно рекомбинируют. Даже в этом случае все равно потребуются пространственная согласованность и нормальное падение.

Разделитель луча

Когерентный свет должен быть разделен на два или более луча перед рекомбинацией, чтобы добиться интерференции. Типичные методы для светоделение находятся Зеркала Ллойда, призмы и дифракционные решетки.

Электронная голографическая литография

Этот метод легко распространяется и на электронные волны, как показывает практика электронная голография.[1][2] Расстояния нескольких нанометры[1] или даже меньше нанометра[2] сообщалось с использованием электронных голограмм. Это потому, что длина волны электрона всегда короче, чем у фотона той же энергии. Длина волны электрона определяется выражением соотношение де Бройля , где h - Постоянная Планка p - импульс электрона. Например, 1килоэлектронвольт (кэВ) электрон имеет длину волны чуть меньше 0,04 нм. А 5эВ электрон имеет длину волны 0,55 нм. Это дает разрешение, подобное рентгеновскому, без значительных затрат энергии. Чтобы предотвратить зарядку, необходимо убедиться, что электроны могут проникать достаточно, чтобы достичь проводящей подложки.

Основное беспокойство при использовании электронов с низкой энергией (e100 эВ) в этом методе заключается в их естественной тенденции отталкиваться друг от друга из-за Кулоновские силы а также Статистика Ферми – Дирака, хотя антигруппировка электронов проверена только в одном случае.

Атомная голографическая литография

Вмешательство атомных волны де Бройля также возможно при получении когерентных пучков охлажденных атомов. Импульс атома даже больше, чем у электронов или фотонов, что позволяет использовать даже меньшие длины волн, согласно соотношению де Бройля. Обычно длина волны меньше диаметра самого атома.

Использует

Преимущество использования интерференционной литографии - быстрое создание плотных деталей на большой площади без потери фокуса. Бесшовные дифракционные решетки на площадях более одного квадратного метра были созданы с помощью интерференционной литографии.[3] Следовательно, он обычно используется для создания мастер-структур для последующих процессов микро- или нано-репликации.[4] (например. литография наноимпринтов ) или для тестирования процессов фоторезиста для методов литографии, основанных на новых длинах волн (например, EUV или 193 нм погружение ). Кроме того, интерферирующие лазерные лучи мощных импульсных лазеров дают возможность применять прямую обработку поверхности материала (включая металлы, керамику и полимеры) на основе фототермических и / или фотохимических механизмов. Из-за вышеупомянутых характеристик этот метод в данном случае был назван «Прямая лазерная интерференционная структура» (DLIP).[5][6][7] Используя DLIP, подложки могут быть структурированы непосредственно за один шаг с получением периодического массива на больших площадях за несколько секунд. Такие поверхности с рисунком могут использоваться для различных целей, включая трибологию (снижение износа и трения), фотоэлектрическую энергию (повышенный фототок),[8] или биотехнология. Электронно-интерференционная литография[9][10] может использоваться для шаблонов, которые обычно занимают слишком много времени для обычных электронно-лучевая литография генерировать.

Недостатком интерференционной литографии является то, что она ограничивается только построением элементов массива или равномерно распределенными апериодическими рисунками. Следовательно, для рисования узоров произвольной формы требуются другие методы фотолитографии. Кроме того, для электронной интерференционной литографии неоптические эффекты, такие как вторичные электроны от ионизирующее излучение или генерации и диффузии фотокислоты нельзя избежать с помощью интерференционной литографии. Например, пробег вторичных электронов примерно указывается шириной углеродного загрязнения (~ 20 нм) на поверхности, индуцированного сфокусированным (2 нм) электронным пучком.[10] Это указывает на то, что литографическая структура элементов половинного шага размером 20 нм или меньше будет подвергаться значительному влиянию других факторов, помимо интерференционной картины, таких как чистота вакуума.

использованная литература

  1. ^ а б Дунин-Борковский, РЭ; Kasama, T; Вэй, А; Tripp, SL; Хэтч, MJ; Snoeck, E; Харрисон, RJ; Путнис, А (2004). «Внеосевая электронная голография магнитных нанопроволок и цепочек, колец и плоских массивов магнитных наночастиц». Microsc. Res. Технология. 64 (5–6): 390–402. CiteSeerX  10.1.1.506.6251. Дои:10.1002 / jemt.20098. PMID  15549694.
  2. ^ а б Хассельбах, Ф. (1997). «Избранные темы интерферометрии заряженных частиц». Сканирующая микроскопия. 11: 345–366.
  3. ^ Вольф, Андреас Дж .; Хаузер, Хуберт; Кюблер, Фолькер; Иди, Кристиан; Хён, Оливер; Бляси, Бенедикт (01.10.2012). «Создание нано- и микроструктур на больших площадях методом интерференционной литографии». Микроэлектронная инженерия. Спецвыпуск МНЭ 2011 - Часть II. 98: 293–296. Дои:10.1016 / j.mee.2012.05.018.
  4. ^ Bläsi, B .; Tucher, N .; Höhn, O .; Kübler, V .; Kroyer, T .; Wellens, Ch .; Хаузер, Х. (01.01.2016). «Создание рисунка на больших площадях с использованием интерференционной и наноимпринтной литографии». В Тьенпоне, Хьюго; Мор, Юрген; Заппе, Ганс; Накадзима, Хирочика (ред.). Микрооптика 2016. 9888. стр. 98880H – 98880H – 9. Дои:10.1117/12.2228458. S2CID  32333348.
  5. ^ Lasagni, A .; Holzapfel, C .; Мюклих, Ф. (2005). «Формирование периодической структуры интерметаллических фаз с дальним порядком в лазерной интерференционной металлургии». Adv. Англ. Матер. 7 (6): 487–492. Дои:10.1002 / adem.200400206.
  6. ^ Lasagni, A .; Mücklich, F .; Nejati, M. R .; Класен, Р. (2006). «Периодическое структурирование поверхности металлов с помощью лазерной интерференционной металлургии как новый метод изготовления текстурированных солнечных селективных поглотителей». Adv. Англ. Матер. 8 (6): 580–584. Дои:10.1002 / adem.200500261.
  7. ^ Lasagni, A .; Holzapfel, C .; Weirich, T .; Мюклих, Ф. (2007). «Лазерная интерференционная металлургия: новый метод моделирования периодической микроструктуры поверхности на многослойных металлических тонких пленках». Приложение. Серфинг. Наука. 253 (19): 8070–8074. Bibcode:2007ApSS..253.8070L. Дои:10.1016 / j.apsusc.2007.02.092.
  8. ^ Кольцо, Свен; Нойберт, Себастьян; Шульц, Кристоф; Шмидт, Себастьян С .; Руске, Флориан; Станновски, Бернд; Финк, Фрэнк; Шлатманн, Рутгер (01.01.2015). «Захват света для тандемных солнечных элементов a-Si: H / µc-Si: H с использованием текстурирования прямой импульсной лазерной интерференции». Physica Status Solidi RRL. 9 (1): 36–40. Bibcode:2015 ПССРР ... 9 ... 36Р. Дои:10.1002 / pssr.201409404. ISSN  1862-6270.
  9. ^ Огай, Кейко; Кимура, Йошихидэ; Симидзу, Рюичи; Фудзита, Джуничи; Мацуи, Синдзи (1995). «Нано изготовление решеток и точечных рисунков методом электронной голографической литографии». Appl. Phys. Латыш. 66 (12): 1560–1562. Bibcode:1995АпФЛ..66.1560О. Дои:10.1063/1.113646.
  10. ^ а б Fujita, S .; Maruno, S .; Watanabe, H .; Kusumi, Y .; Итикава, М. (1995). «Изготовление периодических наноструктур с использованием электронных интерференционных полос, полученных с помощью растрового интерференционного электронного микроскопа». Appl. Phys. Латыш. 66 (20): 2754–2756. Bibcode:1995АпФЛ..66.2754Ф. Дои:10.1063/1.113698.

внешние ссылки