CW 고체 레이저를 통한 리소그래피 개선

과제

슈투트가르트 대학교 Institut für Technische Optik(ITO)의 경력 연구원(ETS) Anton Savchenko와 그의 동료들은 레이저 간섭 리소그래피(LIL)를 사용하여 마이크로 및 나노 구조를 만듭니다.

주기적 마이크로 및 나노 구조는 자연에서 흔히 발견되며 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 연구자들은 광학 장치에서 원치 않는 반사를 억제할 수 있는 나방 눈 표면에서 볼 수 있는 것과 유사한 나노 구조를 만들었습니다. 주기적 나노 구조의 또 다른 예는 회절 격자로, 분광학에서 레이저 빔 수정에 이르기까지 매우 광범위한 응용 분야가 있습니다. 이러한 구조를 정확하고 반복적으로 만드는 것은 어려운 과제입니다. 마이크론 보다 작은 주기적 패터닝을 안정적으로 만들 수 있는 방법은 매우 드문데, LIL이 그 중 하나입니다.

LIL은 감광성 재료에서 주기적 간섭 패턴을 만듭니다. 기본 설정은 Lloyd 거울을 기반으로 하며 1884년 Humphrey Lloyd가 빛의 본질에 대해 연구한 것과 크게 다르지 않습니다. Lloyd 거울을 사용한 LIL 설정(그림 1)은 다음과 같이 작동합니다. 광원에서 나온 빛은 공간 필터를 통과하여 전파되면서 확장됩니다. 거울과 샘플은 설정의 반대쪽에 수직으로 장착됩니다. 샘플의 빛은 거울에서 반사된 빛과 간섭하여 간섭 패턴을 만듭니다. 간섭 패턴의 주기는 광원의 파장에 정비례합니다.

LIL의 광원은 중요한 구성 요소이며 짧은 파장, 간섭무늬를 생성하기 위한 긴 일관성 길이, 노출 시간을 줄이기 위한 비교적 높은 전력 등 여러 가지 요건을 충족해야 합니다. 수년 동안 Ar⁺ 및 Kr⁺ 가스 레이저가 답이었습니다.

안타깝게도 이러한 가스 레이저는 효율적이지 않고, 엄청난 양의 열을 발생시키며, 수냉과 잦은 유지보수가 필요하며, 부피가 큽니다. Anton Savchenko와 그의 동료들에게는 더 나은 실험실 내 LIL 솔루션이 필요했습니다.

솔루션

M.Sc. Savchenko와 ITO의 동료 연구자들은 여러 가지 방법으로 회절 패턴을 생성했지만 더 넓은 면적의 LIL 설정이 필요했습니다.

실험실에 새로운 LIL 시스템을 설치하기로 결정했을 때 이들 연구자들은 Ar⁺ 및 Kr⁺ 가스 레이저의 크기, 복잡성 및 열 없이 일관성 길이, 빔 품질, 짧은 방출 파장에 대한 기준을 충족하는 광원을 찾고 있었습니다. CW 고체 레이저가 유망한 솔루션으로 보였고, 연구팀은 Coherent OBIS 360 XT 레이저를 테스트했습니다. 이 소형 플러그 앤 플레이 장치는 유지 관리 없이 작동하며 방열판 외에는 추가로 냉각 장치가 필요하지 않습니다. M²이 1에 가까운 레이저의 고품질 빔은 좁은 스펙트럼 대역폭 및 장기적 전력 안정성이란 특징과 함께 LIL의 정확성과 재현성을 보장합니다. 이 레이저는 360nm의 방출 파장으로 250nm까지의 주기를 달성할 수 있습니다.

결과

OBIS 360 XT 레이저가 장착된 자체 레이저 간섭 리소그래피 설정은 ITO가 다양한 주기적 나노 구조를 제작할 수 있는 능력을 강화시켰습니다. 이제 직경이 최대 180mm인 영역에서 마이크론보다 작은 회절 격자를 만들 수 있게 되었습니다. 그림 2는 제작된 회절 격자의 예를 보여줍니다. 이 시스템을 적용하고 있는 또 다른 응용 분야는 서브-파장 회절 격자를 이용하는 격자-도파관 구조를 활용하여 레이저 빔 편광 상태를 제어하는 ​​것입니다.

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