Оптическая нанолитография может получить очередное ускорение с изобретением ученых из Принстонского Университета (Princeton University), США, которые предложили новый способ получения литографических наноизображений случайной структуры.

Способ, обеспечивающий процесс прямой записи наноразмерных структур непосредственно на подложку, использует один лазерный пучок для захвата некоторого массива микролинз и другой пучок для изготовления 100 нм структур с однородностью и точностью порядка 15 нм. Результаты исследований и описание способа опубликованы в журнале Optics Express

Optical nanolithography

Нанолитография представляет собой область литографии, которая имеет дело с формированием изображений, характерные размеры или размеры элементов которых имеют порядок 100 нм и менее. С развитием компьютерных технологий и ужесточением требований к размерам микросхем растет и потребность в уменьшении размеров литографических изображений. В последнее время появилось несколько пионерских методов получения нанолитографических структур. Исследователи из Принстона сконцентрировали свои усилия на изучении оптических методов прямой записи, которые, будучи достаточно гибкими и универсальными, пока что не обладают достаточно высокой производительностью.

Основной подход, продемонстрированный группой ученых во главе с адъюнкт – профессором Крейгом Эрнольдом (Craig B. Arnold), использует 2 лазера. Первый из них – генерирует непрерывное излучение с длиной волны 1064 мкм и является пучком- ловушкой. Это излучение проходит через линзу-аксикон и и формируется в пучок бесселевой формы, который затем расщепляется в четыре параллельных пучка при помощи двух интерферометров Маха-Зандера. Мощность каждого из бесселевых пучков имеет порядок 150 мВт и используется для захвата одиночной сферической линзы диаметром 0,76 мкм.

Рабочий лазер генерирует импульсное излучение на длине волны 355 нм; длина импульсов имеет порядок 15 нс, энергия каждого из импульсов – в пределах 150 нДж – 8 мкДж. Пучок проходит через микросферы и попадает на подложку. Запись изображения производится перемещением подложки относительно оптических ловушек.

Как говорит проф. Эрнольд, его группа научилась манипулировать микросферами с высокой точностью и сопрягать их положение с моментами генерации импульсов рабочего лазера с тем, чтобы модифицировать поверхность подложки непосредственно под сферой в нужное время. Эффекты ближнего поля позволяют исследователям фокусировать пучки в пятна размерами много меньше длины волны, что очень важно для высокого разрешения. Однако, при этом встает необходимость прецизионного контроля расстояния между оптической сферой и поверхностью. Именно это и явилось основной проблемой в экспериментах, которую удалось решить применением лазерных ловушек с бесселевым распределением плотности мощности по сечению пучка.

В соответствии с проф. Эрнольдом, предлагаемый способ имеет несколько важных достоинств. Например, отсутствует необходимость в обратной связи для контроля положения сфер. Помимо этого, эти сферы могут быть легко удалены, заменены, и могут быть использованы «сферы» различной формы, например многофасеточные, которые позволяют получать изображения с различными размерами деталей. Ближайшая задача команды – повысить точность и разрешение в литографическом изображении.

Евгений Биргер