Интерференционная литография
Интерференционная литография (или голографическая литография ) — это метод создания регулярных массивов мелких деталей без использования сложных оптических систем или фотомасок .
Основной принцип
[ редактировать ]Основной принцип тот же, что и в интерферометрии или голографии . Интерференционная картина между двумя или более когерентными световыми волнами создается и записывается на записывающем слое ( фоторезисте ). Эта интерференционная картина состоит из периодической серии полос, представляющих минимумы и максимумы интенсивности. При постэкспозиционной фотолитографической обработке появляется рисунок фоторезиста, соответствующий периодическому рисунку интенсивности.
Для двухлучевой интерференции расстояние или период между полосами определяется выражением , где λ — длина волны, а θ — угол между двумя интерферирующими волнами. В этом случае минимально достижимый период составляет половину длины волны.
Используя трехлучевую интерференцию, можно генерировать массивы с гексагональной симметрией, а с помощью 4 лучей — массивы с прямоугольной симметрией или трехмерные фотонные кристаллы. С помощью многоволновой интерференции (путем включения рассеивателя в оптический путь) можно создать апериодические диаграммы направленности с определенным спектром пространственных частот. Следовательно, путем наложения различных комбинаций лучей становятся возможными различные диаграммы направленности.
Требования к согласованности
[ редактировать ]Чтобы интерференционная литография была успешной, необходимо соблюдать требования когерентности. Во-первых, необходимо использовать пространственно-когерентный источник света. Фактически это точечный источник света в сочетании с коллимирующей линзой. Лазерный или синхротронный луч также часто используется напрямую, без дополнительной коллимации. Пространственная когерентность гарантирует однородный волновой фронт до разделения луча . Во-вторых, предпочтительно использовать монохроматический или когерентный во времени источник света. Этого легко достичь с помощью лазера, но для широкополосных источников потребуется фильтр. Требование монохроматичности можно снять, если в качестве светоделителя использовать дифракционную решетку, поскольку волны разной длины будут дифрагировать под разными углами, но в конечном итоге все равно рекомбинируются. Даже в этом случае все равно потребуются пространственная когерентность и нормальная заболеваемость.
Делитель луча
[ редактировать ]Когерентный свет должен быть разделен на два или более луча перед повторным объединением, чтобы добиться интерференции. Типичными методами разделения луча являются зеркала Ллойда , призмы и дифракционные решетки .
Электронная голографическая литография
[ редактировать ]Эту технику легко распространить и на электронные волны, о чем свидетельствует практика электронной голографии . [1] [2] Расстояние в несколько нанометров [1] или даже меньше нанометра [2] были зарегистрированы с использованием электронных голограмм. Это происходит потому, что длина волны электрона всегда короче, чем у фотона той же энергии. Длина волны электрона определяется соотношением де Бройля , где Планка постоянная и – импульс электрона. Например, электрон с энергией 1 кэВ имеет длину волны чуть меньше 0,04 нм. Электрон с энергией 5 эВ имеет длину волны 0,55 нм. Это дает разрешение, подобное рентгеновскому, без затрат значительной энергии. Чтобы предотвратить зарядку, необходимо обеспечить, чтобы электроны могли проникнуть в достаточной степени, чтобы достичь проводящей подложки.
Фундаментальной проблемой при использовании электронов низкой энергии (≪100 эВ) в этом методе является их естественная тенденция отталкивать друг друга из-за сил Кулона , а также статистики Ферми – Дирака , хотя антигруппировка электронов была проверена только в одном случае. .
Атомная голографическая литография
[ редактировать ]Возможна также интерференция атомных волн де Бройля при условии получения когерентных пучков охлажденных атомов. Согласно соотношению де Бройля, импульс атома даже больше, чем у электронов или фотонов, что позволяет использовать еще меньшие длины волн. Обычно длина волны будет меньше диаметра самого атома.
Использование
[ редактировать ]Преимущество использования интерференционной литографии заключается в быстром создании плотных структур на большой площади без потери фокуса. Методом интерференционной литографии созданы бесшовные дифракционные решетки на площади более одного квадратного метра. [3] Следовательно, его обычно используют для создания мастер-структур для последующих процессов микро- или нанорепликации. [4] (например, наноимпринтная литография ) или для тестирования процессов фоторезиста для методов литографии, основанных на новых длинах волн (например, EUV или погружение 193 нм ). Кроме того, интерферирующие лучи мощных импульсных лазеров обеспечивают возможность применения прямой обработки поверхности материалов (в том числе металлов, керамики и полимеров) на основе фототермических и/или фотохимических механизмов. Из-за вышеупомянутых характеристик этот метод в данном случае получил название «Прямое лазерное интерференционное моделирование» (DLIP). [5] [6] [7] Используя DLIP, подложки можно структурировать непосредственно за один этап, получая периодический массив на больших площадях за несколько секунд. Такие узорчатые поверхности могут использоваться для различных применений, включая трибологию (снижение износа и трения), фотоэлектрическую энергетику (повышенный фототок), [8] или биотехнология. Электронно-интерференционная литография [9] [10] может использоваться для рисунков, создание которых обычно занимает слишком много времени для традиционной электронно-лучевой литографии создания .
Недостаток интерференционной литографии заключается в том, что она ограничивается нанесением только массивных элементов или равномерно распределенных апериодических рисунков. Следовательно, для рисования узоров произвольной формы требуются другие методы фотолитографии. неоптических эффектов, таких как вторичные электроны от ионизирующего излучения Кроме того, при электронно-интерференционной литографии с помощью интерференционной литографии невозможно избежать или образования и диффузии фотокислоты. Например, диапазон вторичных электронов грубо обозначается шириной углеродного загрязнения (~ 20 нм) на поверхности, индуцированного сфокусированным (2 нм) электронным лучом. [10] Это указывает на то, что на литографический рисунок элементов полушага размером 20 нм или меньше будут существенно влиять другие факторы, помимо интерференционной картины, такие как чистота вакуума.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Дунин-Борковский, Р.Э.; Касама, Т; Вэй, А; Трипп, СЛ; Хитч, MJ; Снук, Э; Харрисон, Р.Дж.; Путнис, А (2004). «Внеосевая электронная голография магнитных нанопроволок и цепочек, колец и плоских массивов магнитных наночастиц». Микроск. Рез. Тех . 64 (5–6): 390–402. CiteSeerX 10.1.1.506.6251 . дои : 10.1002/jemt.20098 . ПМИД 15549694 . S2CID 432466 .
- ^ Перейти обратно: а б Хассельбах, Ф. (1997). «Избранные темы интерферометрии заряженных частиц». Сканирующая микроскопия . 11 : 345–366.
- ^ Вольф, Андреас Дж.; Хаузер, Хуберт; Кюблер, Фолькер; Иди, Кристиан; Хён, Оливер; Блази, Бенедикт (1 октября 2012 г.). «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 .
- ^ Блази, Б.; Тучер, Н.; Хён, О.; Кюблер, В.; Кройер, Т.; Велленс, Ч.; Хаузер, Х. (1 января 2016 г.). «Нанесение рисунка большой площади с использованием интерференционной и наноимпринтной литографии». В Тьенпонте, Хьюго; Мор, Юрген; Заппе, Ганс; Накадзима, Хирочика (ред.). Микрооптика 2016 . Том 9888. стр. 98880H–98880H–9. дои : 10.1117/12.2228458 . S2CID 32333348 .
- ^ Лазаньи, А.; Хольцапфель, К.; Мюклих, Ф. (2005). «Периодическое формирование структуры интерметаллических фаз с дальним порядком с помощью лазерной интерференционной металлургии». Адв. англ. Мэтр . 7 (6): 487–492. дои : 10.1002/адем.200400206 . S2CID 137980942 .
- ^ Лазаньи, А.; Мюклих, Ф.; Неджати, MR; Класен, Р. (2006). «Периодическое структурирование поверхности металлов методом лазерной интерференционной металлургии как новый метод изготовления текстурированных селективных поглотителей солнечной энергии». Адв. англ. Мэтр . 8 (6): 580–584. дои : 10.1002/адем.200500261 . S2CID 135516098 .
- ^ Лазаньи, А.; Хольцапфель, К.; Вейрих, Т.; Мюклих, Ф. (2007). «Лазерная интерференционная металлургия: новый метод периодического проектирования микроструктуры поверхности многослойных металлических тонких пленок». Прил. Серфинг. Наука . 253 (19): 8070–8074. Бибкод : 2007ApSS..253.8070L . дои : 10.1016/j.apsusc.2007.02.092 .
- ^ Кольцо, Свен; Нойберт, Себастьян; Шульц, Кристоф; Шмидт, Себастьян С.; Руске, Флориан; Станновски, Бернд; Финк, Фрэнк; Шлатманн, Рутгер (01 января 2015 г.). «Световой захват для тандемных солнечных элементов a-Si:H/μc-Si:H с использованием прямого импульсного лазерного интерференционного текстурирования». Физический статус Solidi RRL . 9 (1): 36–40. Бибкод : 2015ПССРР...9...36Р . дои : 10.1002/pssr.201409404 . ISSN 1862-6270 . S2CID 93490614 .
- ^ Огай, Кейко; Кимура, Ёсихидэ; Симидзу, Рюичи; Фудзита, Дзюнъити; Мацуи, Синдзи (1995). «Наноизготовление решетчатых и точечных рисунков методом электронной голографической литографии». Прил. Физ. Летт . 66 (12): 1560–1562. Бибкод : 1995АпФЛ..66.1560О . дои : 10.1063/1.113646 .
- ^ Перейти обратно: а б Фудзита, С.; Маруно, С.; Ватанабэ, Х.; Кусуми, Ю.; Итикава, М. (1995). «Периодическое изготовление наноструктур с использованием электронных интерференционных полос, полученных с помощью сканирующего интерференционного электронного микроскопа». Прил. Физ. Летт . 66 (20): 2754–2756. Бибкод : 1995ApPhL..66.2754F . дои : 10.1063/1.113698 .