干涉光刻技術

分束器為達到干涉的效果,相干光必須在匯聚前被分束成兩個及以上數量的光束。 利用DLIP,不同的結構能夠在數秒內直接在基底上被製成,得到大面積上的周期性陣列。 從而,若要繪製任意圖樣的紋路,還需要採用其他光刻蝕技術。

基本原理

干涉光刻技術(或全息光刻技術)的基本原理與干涉測量法或全息法的原理相似。兩個及以上的相干光波構成的一個干涉圖樣被建立起來並在一個記錄層被記錄(光刻膠)。這個干涉圖樣由周期性序列的條紋組成,這些條紋分別代表最大強度及最小強度。在曝光後的光刻處理過程中,與此強度周期性變化圖樣相對應的光刻膠圖樣就此出現。
對於兩束光波干涉,條紋間距或周期由(λ/2)/sin(θ/2)給出,其中λ為波長、θ為兩束相干光波之間的夾角。從而,能夠達到的最小周期為波長的一半。(注意:下圖中的光束夾角為2θ,從而圖中的公式為p=(λ/2)/sin(θ);圖片原地址見擴展閱讀)
通過利用三束干涉光波,具有六邊形對稱結構的陣列能夠被製成;而利用四束光波,具有矩形對稱結構的陣列能夠被製成。從而,通過疊加不同光束組合,不同的結構便得以製備出來。

相干性要求

要使全息刻蝕法能夠順利進行,相干性的要求必須滿足。首先,必須使用空間相干光源。這實際上是一個結合了準直透鏡的點光源。雷射或同步加速器光束也經常被使用以保證在分束前得到統一的波振面。其次,應優先考慮單色的或時域相干的光源。這可直接通過雷射實現,但採用寬頻寬的光源時需增加濾光片。如果分束器為衍射光柵則對於單色行的要求可以被忽略,原因為不同的波長將被衍射至不同的角度但最終還是會聚集到一起。但即使在這種情況下,空間相干性以及正入射仍然為必要條件。

分束器

為達到干涉的效果,相干光必須在匯聚前被分束成兩個及以上數量的光束。常用的分束方法有勞埃德鏡(Lloyd's mirrors)、稜鏡及衍射光柵。

套用及用途

採用全息刻蝕法的優勢在於能夠快速的在大面積內製備密集的特徵結構而不失焦。從而,它經常被用於檢測新型波長刻蝕技術(如EUV、193nm浸泡等)的光致抗蝕工藝。除此之外,高功率脈衝雷射的雷射干涉光束基於光熱或光化學機制可以在材料表面直接進行處理(包括金屬、陶瓷及高分子聚合物)。由於上述特徵,這個方法也被叫做“直接雷射干涉制紋”(Direct Laser Interference Patterning; DLIP)。利用DLIP,不同的結構能夠在數秒內直接在基底上被製成,得到大面積上的周期性陣列。這樣具有紋路的表面有不同的套用之處,包括摩擦學(對摩擦及磨損的降低)或生物科學。而對於傳統上採用電子束刻蝕需要用時較長的紋路,也可以採用電子干涉刻蝕法快速製成。
干涉刻蝕法的劣勢在於它只能夠被用於製備陣列特徵結構。從而,若要繪製任意圖樣的紋路,還需要採用其他光刻蝕技術。與此同時,非光學效應,如致電離輻射所產生的二級電子,在採用干涉刻蝕法時無法被避免。例如,二級電子範圍可以大概被表面碳污染寬度(約20nm)表征,此污染是由一個聚焦後(2nm)的電子束產生的。這表明,利用刻蝕來得到半間距為20nm或更小的特徵結構將會被刻蝕圖樣之外的其他因素嚴重影響到,如真空的潔淨程度。

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