Neue Pinholes für die Interferenzlithographie

Forscher der AMO GmbH und des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen haben eine neue Klasse von Pinholes implementiert, um die räumliche Homogenität von Laserstrahlen zu erhöhen.

Die Laserinterferenzlithographie ist eine kosteneffiziente Nanofabrikationstechnik, die in der Halbleiterfertigung und in der Photonik weit verbreitet ist. Sie basiert auf der Interferenz mehrerer Laserstrahlen, um ein periodisches Muster auf einem Photoresist zu erzeugen, das dann auf ein Substrat übertragen werden kann, um präzise Nanostrukturen oder photonische Bauelemente herzustellen. Die Interferenzlithographie ermöglicht eine hochauflösende Mikrostrukturierung und ist für viele Anwendungen in der modernen Optik, Elektronik und Nanotechnologie unverzichtbar.

Die Präzision dieser Technik wird jedoch durch die Homogenität des Laserstrahls selbst begrenzt. Die Intensität des Laserstrahls folgt einem Gaußschen Profil, so dass die Belichtungsdosis im Resist mit einem Maximum in der Mitte des Interferenzmusters und einem Abfall in x- und y-Richtung variiert. Infolgedessen variieren auch die Abmessungen der Strukturen im belichteten Resist von der Mitte bis zu den Rändern des belichteten Substrats. Ein Team von Forschern der AMO GmbH und des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente der RWTH Aachen hat nun einen effektiven Ansatz experimentell demonstriert, um diesem Effekt entgegenzuwirken.

Der Ansatz folgt dem theoretischen Vorschlag von Hariharan, einen Gaußstrahl zu modifizieren, indem man eine ringförmige transparente Phasenmaske an eine kreisförmige Standard-Pinhole anfügt. Die Phasenmaske verändert die Form des Gauß-Strahls und führt zu einer signifikanten Erhöhung der Intensität über die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM). Darüber hinaus hilft die Phasenmaske, optisches Rauschen wie Flecken zu eliminieren. Damit ist sie ideal für Anwendungen, bei denen eine fleckenfreie, gleichmäßige Strahlform entscheidend ist, wie zum Beispiel in der Holographie oder in Interferometriesystemen.

Capraro und Kollegen haben die Designparameter solcher Hariharan-Pinholes sorgfältig untersucht. Darüber hinaus haben sie das Konzept experimentell verifiziert, indem sie die Hariharan-Pinholes in einen Laserinterferenzlithographie-Aufbau implementiert und ihre Leistung mit der herkömmlicher Pinholes verglichen haben. Die Verwendung von Hariharan-Pinholes führte zu einer Steigerung der Homogenität der hergestellten Strukturen um 26% und demonstrierte damit das Potenzial des Ansatzes. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Photonic Research veröffentlicht.

Diese Forschung wurde durch das Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union unter der Marie-Skłodowska-Curie Fördervereinbarung Nr. 813159 (GREAT) und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unter der Fördervereinbarung Nr. 49MF210208 (PESOS) gefördert.

Bibliographische Angaben:
Capraro, G., Lipkin, M., Möller, M., Bolten, J. and Lemme, M.C.
Phase Mask Pinholes as Spatial Filters for Laser Interference Lithography.
Adv. Photonics Res. 2300225 (2023).
https://doi.org/10.1002/adpr.202300225