CW固体ステーションで干渉リソグラフィを改良

課題

アントン・サフチェンコは、シュトゥットガルト大学光学研究所（ITO）の初期段階研究者です。彼は同僚らとともに、レーザ干渉リソグラフィ（LIL）を用いてマクロ構造とナノ構造を作りました。

周期的なマクロ構造とナノ構造は自然界一般に見られ、技術面でも幅広く利用されています。研究者らは、光学系において不要な反射を抑制することができる蛾の目の表面に見られるものと似たナノ構造を作りました。ナノ周期構造のもう1つの例は回折格子で、これは分光からレーザ光線の修正まで幅広い用途があります。こうした構造を正確かつ繰り返し構築するのは難しいことです。サブミクロン単位の周期パターンを確実に作ることができる方法はほとんどありませんが、LILはその限られた方法の1つです。

LILは感光性材料に周期的な干渉パターンを作り出します。基本的なセットアップはロイドのミラーに基づいており、1884年に行われたハンフリー・ロイドの光の性質に関する研究からほとんど変わっていません。ロイドのミラー（図1）を使ったLILのセットアップは、以下のように動作します：光源からの光が空間フィルターを通り、伝搬の過程で光が膨張します。ミラーとサンプルは、セットアップの反対側に垂直に取り付けられます。サンプル上の光がミラーから反射した光と干渉し、干渉パターンを作り出します。干渉パターンの周期は、光源の波長に正比例します。

LILの光源は不可欠なコンポーネントで、次に挙げるいくつかの要件を満たしていなければなりません：短い波長、干渉フリンジを生み出す長いコヒーレンス長、露光時間を減らすための比較的高い出力。何年もの間、Ar⁺とKr⁺ガスレーザがその答えでした。

残念ながら、これらのガスレーザは効率的ではなく、極度の熱を発し、水冷却と頻繁なメンテナンスを必要とし、かさばります。アントン・サフチェンコと彼のチームは、この研究室でLILのより良いソリューションを必要としていました。

ソリューション

ITOの サフチェンコ科学修士と彼のチームには 回折パターンを作る方法がいくつかありましたが、より大きな面積のLILのセットアップが必要でした。

研究室に新しいLILシステムを導入することを決めたとき、彼らは、Ar⁺やKr⁺のガスレーザのサイズ、複雑さ、熱を伴わないコヒーレンス長、光線の質、短い放射波長という基準を満たす光源を探し求めました。CW固体レーザは期待のもてるソリューションのように見えたため、チームはCoherent OBIS 360 XTレーザのテストを行いました。 このコンパクトなプラグアンドプレイデバイスは、メンテナンスフリーで動作し、ヒートシンク以外、他に冷却装置を必要としません。1に近いM²をもつこのレーザの高品質な光線は、狭いスペクトルバンド幅と長期的な出力安定性とが結びつくことで、LILに精度と再現性を確保します。このレーザは、360 nmの放射波長で250 nmまでの周期を実現できます。

成果

OBIS 360 XTレーザを装備した社内レーザ干渉リソグラフィによって、さまざまなナノ周期構造を製作するITOの能力が強化されました。現在では、直径180 mmという大きな面積にサブミクロン回折格子を作ることができます。図2は製作された回折格子の例です。彼らがこのシステムでターゲットとしているもうひとつの用途は、サブ波長回折格子による格子導波管構造を活用したレーザ光線偏光状態の制御です。

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