Устройство для изготовления периодических структур методом лазерной интерференционной литографии с использованием лазера с перестраиваемой длиной волны

Изобретение относится к области литографии и касается устройства для изготовления периодических микроструктур методом лазерной интерференционной литографии. Устройство включает в себя лазерный источник излучения, щелевую диафрагму, расширитель пучка и держатель образца с закрепленным на нем зеркалом. В качестве лазерного источника излучения используют лазер с перестраиваемой длиной волны. Расширитель пучка состоит из рассеивающей и собирающей линз. Линия разреза щелевой диафрагмы параллельна линии пересечения плоскостей зеркала и держателя образца. Технический результат заключается в упрощении устройства и повышении его надежности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к области физики, в частности к сфере изготовления микроструктур с периодической структурированной поверхностью, и может быть использовано в устройствах фотоники. Устройство позволяет создавать периодический рисунок путем экспонирования лазерным светом светочувствительного слоя, нанесенного на поверхность, что может быть применено в устройствах фотоники, например в дисперсионных или поляризационных оптических элементах и голограммах [1].

Метод лазерной интерференционной литографии [2] используется для создания голограмм, дифракционных решеток, а также иных периодических одномерных и двумерных структур с высоким разрешением (периоды структур 100-1000 нм, разрешение достигает единиц нм). Он заключается в экспонировании светочувствительного слоя двумя (или более) когерентными лазерными лучами из одного источника света. При этом на поверхности светочувствительного слоя возникает периодический рисунок, обусловленный интерференцией лазерных лучей. Экспонированный образец после проявления можно использовать для нанесения дополнительных функциональных слоев, что используется, например, при создании металлических и магнитных структур. В качестве источника света используется лазер с высокой пространственной когерентностью и длиной волны~300-400 нм для возможности создания структур с малым периодом. Основным недостатком метода считается сложность юстировки оптической схемы устройства для изменения периодичности изготавливаемых структур.

Для практических применений, в частности для получения структур с периодически структурированной поверхностью, используют устройства с двумя основными оптическими схемами:

- лазерная интерференционная литография на основе интерферометра Ллойда, которая используется для получения структур с высоким разрешением [3], и

- двухлучевая лазерная интерференционная литография, которая предпочтительнее для экспонирования больших пространственных областей [4].

В двухлучевой лазерной интерференционной литографии исходный луч делится на два при помощи светоделителя. Затем лучи по независимым оптическим путям попадают на поверхность подложки с нанесенным светочувствительным слоем. В случае использования лазерной интерференционной литографии на основе интерферометра Ллойда исходный луч фокусируют собирающей линзой на точечное отверстие (круговую диафрагму), из который выходит расходящийся пучок света и попадает на интерферометр Ллойда - подложку и зеркало, расположенное перпендикулярно подложке. При этом максимальный размер структуры ограничен поперечной когерентностью луча. Однако, данный метод является более простым для сбора и юстировки устройства для изготовления периодических структур [2].

Период получаемой микроструктуры зависит от длины волны λ лазерного излучения и угла падения света α (в случае одинаковых углов падения света для первого и второго лазерного луча) [2]:

P=λ/2sinα.

Таким образом, для того чтобы устройство было пригодно для изготовления микроструктур с различной периодичностью, необходимо предусмотреть возможность либо изменения угла падения света, либо перестройки длины волны.

Из уровня техники известно устройство изготовления микроструктур методом двухлучевой лазерной интерференционной литографии, раскрытое в публикации US 8681315 B2, в котором для изменения периода изготавливаемых структур изменяется наклон зеркал, которые направляют излучение на область экспонирования. Кроме того, в данной системе требуется изменять расстояние от вращающихся зеркал до области экспонирования, чтобы при перестройке угла падения света поверхность фоточувствительного слоя оставалась в области перекрытия лучей, создающих интерференционную картину.

Известное устройство не всегда удобно в применении, особенно в случае изготовления двумерной структуры с разным периодом в обоих направлениях.

Известны также способ и оптическая схема по интерференционной литографии с одним исходным лазерным лучом и активной стабилизацией с использованием интерферометра Ллойда, раскрытые в публикации US 20010035991 A1, при этом для повышения качества изготавливаемой структуры используется система активной стабилизации. Система обратной связи поддерживает постоянную разность фаз между интерферирующими волновыми фронтами, что понижает помехи при экспозиции. Система зеркал поддерживает оптимальное поляризационное состояние лазерного луча. Преимуществом известного способа является высокое качество изготавливаемых структур. Вместе с тем, способу присущ основной недостаток - сложность юстировки оптической схемы и отсутствие автоматического поворота образца для изготовления двумерных периодических структур в условиях чистой комнаты.

Известно устройство лазерной интерференционной литографии с использованием оптоволокна в качестве пространственного фильтра и расширителя пучка (публикация CN 103792795 A), в котором в качестве пространственного фильтра и расширителя пучка используется оптическое волокно, что также упрощает настройку устройства и упрощает оптическую схему. Использование оптического волокна вместо круговой диафрагмы понижает пространственные шумы, вносимые окружающей средой, и позволяет добиться хорошей интерференционной картины и, следовательно, высококачественных периодических структур.

Однако данное устройство неприменимо при высоких рабочих мощностях лазера, поэтому его использование может приводить к необходимости использования нейтральных фильтров и поглотителей, а также к увеличению времени экспозиции.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для метода лазерной интерференционной литографии (публикация US 8400616 B2) с интерферометром Ллойда, в котором для получения больших размеров экспонированной области используется подвижный держатель образца, позволяющий последовательно экспонировать соседние области. Преимуществом данного метода является возможность получения структур большого размера.

Недостатками всех вышеперечисленных схем является необходимость поворота одного или нескольких оптических элементов и дополнительной юстировки при необходимости изменения периода изготавливаемой структуры.

Задачей изобретения является создание устройства для изготовления периодических микроструктур с заданным периодом без необходимости дополнительных настроек системы оптических элементов.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в упрощении процесса настройки и управления устройством, повышении его надежности за счет устранения механических движений, что приводит к снижению вероятности поломки и износа устройства.

При реализации заявляемого устройства становится возможным не использовать собирающую линзу для фокусировки светового излучения (фиг. 2), что позволяет использовать большие рабочие мощности и уменьшить время изготовления микроструктур.

Поставленная задача решается тем, что устройство для изготовления периодических микроструктур методом лазерной интерференционной литографии согласно техническому решению включает расположенные по ходу оптического излучения источник света, в качестве которого используют лазер с перестраиваемой длиной волны, обеспечивающей возможность изменения периода изготавливаемой структуры, щелевую диафрагму, расширитель пучка, содержащий рассеивающую и собирающую линзы, и держатель образца с зеркалом, при этом линия разреза щелевой диафрагмы параллельна линии пересечения плоскостей зеркала и держателя образца. При этом изменение периода P изготавливаемой микроструктуры определяют по заданной длине волны лазера λ как P=λ/2sinα, где α - угол падения света от источника.

Заявляемое изобретение характеризуется схематичным изображением оптической схемы устройства (фиг. 1).

На фиг. 2 приведена ранее используемая оптическая схема с круговой диафрагмой.

Позициями на чертежах обозначены:

1. Лазер с перестраиваемой длиной волны

2. Щелевая диафрагма

3. Зеркало

4. Образец

5. Держатель образца

6. Расширитель пучка

7. Рассеивающая линза

8. Собирающая линза

9. Круговая диафрагма

В заявляемом устройстве предлагается использовать метод лазерной интерференционной литографии с интерферометром Ллойда и лазером с перестраиваемой длиной волны. При этом изменение периода изготавливаемой структуры определяется заданной длиной волны лазера, что позволяет избежать механических движений элементов в системе по сравнению с заданием периода при помощи изменения угла падения света. Устройство включает источник света 1, в качестве которого используется лазер с перестраиваемой длиной волны, щелевую диафрагму 2, размещенную на пути излучения, испускаемого источником света, расширитель пучка света, который представляет собой установленные последовательно на пути пучка света рассеивающую 7 и собирающую 8 линзы и держатель образца 5 с зеркалом 3. При этом держатель с зеркалом взаимно расположены таким образом, что линия, образованная при пересечении плоскостей расположения держателя и зеркала, параллельна линии разреза (щели) щелевой диафрагмы.

В предлагаемой схеме вместо обычно использующихся линзы и круговой диафрагмы (фиг. 2) для создания точечного источника когерентного света, падающего на область экспонирования образца, применяется щелевая диафрагма.

Использование щелевой диафрагмы вместо собирающей линзы и круговой диафрагмы позволяет применять большие рабочие мощности излучения, так как свет не фокусируется в одной точке с ее возможным перегревом. С другой стороны, повышение мощности излучения уменьшает время экспонирования и, тем самым, ускоряет процесс изготовления микроструктур.

Таким образом, создаются возможности для создания поверхностей с контролируемым периодом методом лазерной интерференционной литографии с использованием лазера с перестраиваемой длиной волны. Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата. Настоящее устройство поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Данное устройство позволяет в прикладном плане получить возможность создания элементов устройств кремниевой электроники и фотоники, применимых для пространственного и частотного управления светом, например в дисперсионных или поляризационных оптических элементах и голограммах.

Список использованной литературы

1. Jiang, Н.J., et al. "Single-step fabrication of diffraction gratings on hybrid sol-gel glass using holographic interference lithography." Optics communications 185.1 (2000): 19-24. H. Wolferen and L. Abelmann, Lithography: Principles, Processes and Materials, Nova Publishers (2011).

2. Xie, Q., et al. "Fabrication of nanostructures with laser interference lithography." Journal of alloys and compounds 449.1 (2008): 261-264.

3. Kitson, S.C., W.L. Barnes, and J.R. Sambles. "The fabrication of submicron hexagonal arrays using multiple-exposure optical interferometry." Photonics Technology Letters, IEEE 8.12 (1996): 1662-1664.

4. Q. Xie, M.H. Hong, H.L. Tan, G.X. Chen, L.P. Shi, and Т.C. Chong, "Fabrication of nanostructures with laser interference lithography." Journal of alloys and compounds 449, no. 1 (2008): 261-264.

1. Устройство для изготовления периодических микроструктур методом лазерной интерференционной литографии, характеризующееся тем, что оно включает расположенные по ходу оптического излучения источник света, в качестве которого используют лазер с перестраиваемой длиной волны, обеспечивающей возможность изменения периода изготавливаемой структуры, щелевую диафрагму, расширитель пучка, содержащий рассеивающую и собирающую линзы, и держатель образца с зеркалом, при этом линия разреза щелевой диафрагмы параллельна линии пересечения плоскостей зеркала и держателя образца.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что изменение периода Р изготавливаемой микроструктуры определяют по заданной длине волны лазера λ как P=λ/2sinα, где α - угол падения света от источника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области полиграфии и касается способа адаптации формы множества рельефных печатающих точек, создаваемых в процессе изготовления печатных форм на светочувствительной заготовке печатной формы.

Изобретение относится к области литографии и касается системы литографии. Система литографии включает в себя основание, установленную на основании оптическую колонну для проецирования шаблона на мишень, подвижный держатель мишени, модуль дифференциального интерферометра, предназначенный для измерения смещения держателя мишени.

Изобретение относится к системе заряженных частиц, такой как система многолучевой литографии, содержащей устройство-манипулятор для манипуляции одним или более пучками заряженных частиц.

Использование: для получения интегральных схем, оптических устройств, микромашин и механических высокоточных устройств. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения интегральных схем, оптических устройств, микромашин и механических высокоточных устройств, включает стадии: получения подложки, имеющей слои структурированного материала, имеющие строчный интервал 50 нм и менее и характеристическое отношение >2; получения поверхности слоев структурированного материала с положительным или отрицательным электрическим зарядом посредством контакта полупроводниковой подложки по меньшей мере один раз с водным свободным от фтора раствором S, содержащим по меньшей мере одно свободное от фтора катионное поверхностно-активное вещество А, имеющее по меньшей мере одну катионную или потенциально катионную группу, по меньшей мере одно свободное от фтора анионное поверхностно-активное вещество А, имеющее по меньшей мере одну анионную или потенциально анионную группу, или по меньшей мере одно свободное от фтора амфотерное поверхностно-активное вещество А; выведение водного свободного от фтора раствора S из контакта с подложкой.

Изобретение относится к области литографии и касается литографической системы и способа хранения позиционных данных мишени. Литографическая система включает в себя систему управления посредством обратной связи, содержащую привод для перемещения мишени, измерительную систему для измерения положения мишени и блок управления приводом.

Изобретение относится к литографической системе, содержащей множество узлов литографической системы. Каждый узел литографической системы содержит устройство литографии, расположенное в вакуумной камере для нанесения картины на подложку, систему блокировки нагрузки для переноса подложек в и из вакуумной камеры, и дверцу для обеспечения доступа в вакуумную камеру для целей обслуживания.
Изобретение относится к области полиграфии и касается способа изготовления элемента для печати рельефных изображений, содержащих множество рельефных точек. При реализации способа осуществляют избирательную абляцию маскирующего слоя с целью создания на маскирующем слое полного изображения, которое содержит фрагмент изображения, содержащий структуру ячеек.

Изобретение относится к области фотомеханического изготовления поверхностей с рисунком и касается устройства для прямого лазерного экспонирования. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, плоское и полигональное зеркала, fθ-линзу, направляющее зеркало, двигатель, сенсор начала, панель для размещения оптических элементов, основание с установленной на нем горизонтально подставкой.

Изобретение относится к способам лазерного наноструктурирования поверхности. Способ включает в себя формирование ближнепольной маски на поверхности диэлектрической подложки и облучение полученной структуры импульсом фемтосекундного лазера.

Изобретение относится к вариантам способа проявления светоотверждающейся заготовки печатной формы с целью формирования рельефной структуры, содержащей множество рельефных точек.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства получения направленного экстремального ультрафиолетового излучения с длиной волны 11.2 нм ±1% для проекционной литографии высокого разрешения. Устройство включает в себя гиротрон, генерирующий пучок излучения терагерцевого диапазона, систему ввода излучения в вакуумную камеру, систему квазиоптических зеркал, фокусирующую излучение в область неоднородного расширяющегося потока ксенона, создаваемого системой газонапуска при сверхзвуковом истечении ксенона в вакуум, с характерным поперечным размером меньше миллиметра, расположенную в фокусе многослойного рентгеновского зеркала нормального падения, формирующего направленное экстремальное ультрафиолетовое излучение от возникающего в совмещенных фокусах системы зеркал и многослойного рентгеновского зеркала разряда. Система газонапуска выполнена с возможностью смешения ксенона с другим легким газом. Кроме того, система газонапуска может быть встроена в блок охлаждения и редуцирования газа, создающий при истечении ксенона узконаправленный поток атомов и кластеров рабочего вещества ксенона с размером 10-1000 ангстрем. Технический результат заключается в повышении ресурса работы устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится к агрегату для переноса радикалов, например для удаления отложений загрязнения.. Агрегат включает генератор плазмы и направляющее тело. Генератор плазмы включает камеру (2), в которой может быть образована плазма. Камера имеет впуск (5) для приема вводимого газа и один или более выпусков (6) для удаления по меньшей мере одного из плазмы и радикалов, созданных в ней. Направляющее тело является полым и выполнено с возможностью направления радикалов, образованных в плазме, к области или объему, в котором отложение загрязнения подлежит удалению. Впуск камеры соединен с устройством (40) давления для обеспечения пульсирующего давления в камере так, чтобы создавать поток в направляющем теле. Технический результат - повышение эффективности удаления загрязнений. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.

Cветовая установка для обеспечения света для обработки объекта содержит кольцо источников света для генерации обрабатывающего света для обработки объекта, блок отображения, который отображает кольцо источников света на рабочую плоскость, в которой находится обрабатываемый объект. Кольцо источников света и блок отображения сконфигурированы так, что проекции изображений источников света в рабочей плоскости распределены эквидистантно вдоль оси, принадлежащей указанной плоскости. Технический результат заключается в обеспечении высококачественного отображения посредством относительно небольшого и технически простого оптического элемента, что в свою очередь обеспечивает уменьшение габаритов световой установки, которая может быть использована для лазерной печати. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Cветовая установка для обеспечения света для обработки объекта содержит кольцо источников света для генерации обрабатывающего света для обработки объекта, блок отображения, который отображает кольцо источников света на рабочую плоскость, в которой находится обрабатываемый объект. Кольцо источников света и блок отображения сконфигурированы так, что проекции изображений источников света в рабочей плоскости распределены эквидистантно вдоль оси, принадлежащей указанной плоскости. Технический результат заключается в обеспечении высококачественного отображения посредством относительно небольшого и технически простого оптического элемента, что в свою очередь обеспечивает уменьшение габаритов световой установки, которая может быть использована для лазерной печати. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области литографии и касается устройства для изготовления периодических микроструктур методом лазерной интерференционной литографии. Устройство включает в себя лазерный источник излучения, щелевую диафрагму, расширитель пучка и держатель образца с закрепленным на нем зеркалом. В качестве лазерного источника излучения используют лазер с перестраиваемой длиной волны. Расширитель пучка состоит из рассеивающей и собирающей линз. Линия разреза щелевой диафрагмы параллельна линии пересечения плоскостей зеркала и держателя образца. Технический результат заключается в упрощении устройства и повышении его надежности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх