Hochauflösende EUV-Lithografie

 

Der Forschungsbereich der hochauflösenden EUV-Lithografie umfasst sowohl die Anlagenentwicklung als auch die Anwendung der Strukturierungsmethoden in relevanten Forschungsbereichen (Kontakt Sascha Brose).

 
 

Anlagenentwicklung für die Kontakt- und Interferenzlithografie

EUV-Nanostrukturierungsanlage sowie Masken- und Resiststrukturen Urheberrecht: © Fraunhofer ILT EUV-Nanostrukturierungsanlage mit hergestellten Masken- und Resiststrukturen.

Im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie werden für eine Vielzahl von Anwendungen periodische Strukturanordnungen wie Linien- oder Lochanordnungen mit Abmessungen unterhalb von 100 Nanometern benötigt. Anwendungen finden sich zum Beispiel im Bereich der Nanophotonik, Speichermedienherstellung oder in der gerichteten Selbstorganisation von Quantenstrukturen. Trotz der Vielzahl von alternativen Strukturierungsmethoden, sind optische Verfahren stets die kosteneffektivste Methode um große Flächen zu strukturieren. Unter Verwendung von kurzwelliger Strahlung im EUV-Bereich kann eine erheblich höhere Auflösung als mit den konventionellen Lithografieprozessen im tiefen UV-Bereich erzielt werden.

An der realisierten Strukturierungsanlage EUV-LET (laboratory exposure tool) können photoaktive Materialien mittels EUV-Strahlung (10,9 oder 13,5 Nanometer Wellenlänge) und eigens entwickelten Transmissionsmasken sowohl im Kontakt als auch in einem definiertem Abstand belichtet werden. Zur Strukturierung können dadurch Interferenzeffekte genutzt werden um komplexe Strukturen zu erzeugen, die das Design der eigentlichen Transmissionsmaske überschreiten. Derzeitig erzielbare Strukturgrößen liegen unterhalb von 30 Nanometern und werden durch die stetige Weiterentwicklung des Belichtungsverfahrens, der Transmissionsmasken- und Resisttechnologie zu kleineren Strukturgrößen skaliert.

 
 

Anwendungen der EUV-Lithografie

Das große Potential moderner Nanotechnologien kann nur ausgeschöpft werden, wenn passende Herstellungsverfahren verfügbar sind. Für viele Anwendungen, zum Beispiel magnetische Speichermedien, sub-Wellenlängen Polarisatoren oder nanophotonische Komponenten werden periodische Anordnungen von Linien- oder Lochanordnungen benötigt. Die EUV-Interferenzlithografie ist für die effiziente Herstellung qualitativ hochwertiger Strukturen mit einer Periodizität unterhalb von 100 Nanometern über Flächen von mehreren Quadratmillimetern bestens geeignet. Neben anderen Anwendungen, wurde die Anwendbarkeit dieser Technologie für die Herstellung von geordneten Quantenpunkten und die Produktion nanophotonischer Strukturen gezeigt.

 
  Ge-Quantenpunkte (oben) Mehrschichtsystem aus Quantenpunkten (unten). Urheberrecht: © Fraunhofer ILT Ge-Quantenpunkte auf EUV-IL strukturiertem Substrat (oben) Mehrschichtsystem aus Quantenpunkten im Querschnitt (unten).

Gerichtete Selbstorganisation von Quantenpunkten

In Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich (JARA-FIT) werden dicht gepackte und wohl angeordnete Felder von Quantenpunkten (QD Arrays) aus den Halbleitermaterialien Silizium und Germanium mittels EUV-IL, reaktivem Ionenätzen (RIE) und Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt. Auf Grund der Vorstrukturierung des Substrats kann eine höhere Strukturhomogenität und Ordnung erzielt werden als auf unstrukturierten Substraten. Dies eröffnet die Möglichkeit derartige Quantenpunktanordnungen für neuartige Anwendungen der Quantentechnologie zu verwenden.

 
  Mittels Proximity-Lithografie hergestellte nanooptische Komponenten. Urheberrecht: © Fraunhofer ILT Mittels Proximity-Lithografie hergestellte nanooptische Komponenten.

Herstellung nanooptischer Komponenten

In diesem Forschungsbereich wir die Nahfeld-Interferenzlithografie mit extrem ultravioletter Strahlung (EUV) als schnelle und großflächige Herstellungsmethode von Mikrostrukturen für nanophotonische Anwendungen wie z.B. die Surface Enhanced Infra-Red Absorption (SEIRA) genutzt. Im Gegensatz zur UV-Lithografie, können hier mit ein und derselben Transmissionsmaske eine Vielzahl von verschiedenen komplexen Strukturgeometrien hergestellt werden. Unter Verwendung eines präzisen Wafer-Masken-Abstandssystems ist es möglich gezielt Fresnel-Beugungseffekte zur Erzeugung dieser Strukturen zu nutzen. Zur Erzielung der gewünschten Geometrie werden präzise Simulationen des Beugungsmusters durchgeführt. Daraus werden die optimale Maskengeometrie und die passenden Belichtungsabstände extrahiert.

Vorteile dieser Technologie gegenüber bestehenden Verfahren liegen in der erzielbaren Strukturkomplexität, den geringen Strukturgrößen und der Materialunabhängigkeit.