Laser-Interferenzlithographie im Lloyds- und Fresnel-Aufbau
Die Laser-Interferenzlithographie (LIL) ist ein alternatives Lithographieverfahren zur kostengünstigen,
schnellen und großflächigen Herstellung regelmäßiger Strukturen mit Perioden im nm- und µm-Bereich.
Den Kooperationspartnern des IZM stehen dafür zwei LIL-Aufbauten zur Nanostrukturierung mit wahlweise
Lloyds- oder Fresnel-Interferometern zur Verfügung.
Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau beider Interferometer für Zweistrahlinterferenz, wie er zur
Erzeugung von Linienmustern oder Gitterstrukturen (durch Zweifachbelichtung mit Rotation der Probe)
verwendet wird. Im Falle des Lloyds-Aufbaus trifft die ebene Planwelle unter dem Einfallswinkel Θ
einerseits direkt, andererseits nach Reflektion an einem zur Probe senkrecht stehenden Spiegel auf die
Probe. Beim Fresnel-Aufbau wird die ebene Planwelle an zwei unter 45° im Strahlengang stehende, gegeneinander um den Winkel T geneigte Spiegel auf die Probe reflektiert. In beiden Fällen berechnet sich die Strukturperiode p zu:
Für beide Varianten existieren auch Anordnungen für Dreistrahlinterferenz zur Herstellung von 2D-Strukturen mit einer Einfachbelichtung. Die folgende Tabelle zeigt vergleichend die möglichen Belichtungsregime auf. Mit beiden Interferometertypen und einem Laser mit der Wellenlänge von 266nm wird insgesamt ein weiter Periodenbereich von ~ 150 nm bis ~ 10 µm abgedeckt.
Beispiele für die Anwendung der LIL am IZM sind in [4] – [8] zu finden.
| Setup | Struktur | Periode |
| Lloyds 1 Spiegel, Einfachbelichtung | Linien | 800 nm > p > 133 nm |
| Lloyds 1 Spiegel, Zweifachbelichtung | 2D-Gitter | 800 nm > p > 133 nm |
| Lloyds 2 Spiegel, fest unter 120° und 90° gegen Probe | 2D-Gitter hexagonal | 1000 nm > p > 175 nm |
| Fresnel 2 Spiegel | Linien | 10 µm > p > 800 nm |
| Fresnel 2 Spiegel, Doppelbelichtung | 2D-Gitter | > 800 nm |
| Fresnel 3 Spiegel | 2D-Gitter | > 800 nm |
| [1] | J. L. Stay, T. K. Gaylord: Appl. Opt. 47 (2008) 3221. |
| [2] | J. de Boor: Fabrication and thermoelectric characterization of nanostructured silicon. Dissertation
Halle 2009. |
| [3] | Y. Fan, A. Bourov, L. Zavyalova, J. Zhou, A. Estroff, N. Lafferty: Proc. SPIE 5754 (2005) 1805. |
| [4] | E. Jarzembowski, B. Fuhrmann, H. Leipner, W. Fränzel, R. Scheer: Ultrathin Cu(In,Ga)Se2 solar cells
with point-like back contact in experiment and simulation. Thin Sol. Films 633 (2017) 61. DOI
10.1016/j.tsf.2016.11.003 |
| [5] | A. Facchini: Laser interference lithography technique for back-contact microstructuring of
CuIn(1-x)GaxSe2 solar cells. Masterarbeit Halle 2018. |
| [6] | B. K. Ekambaram, M. S. Niepel, B. Fuhrmann, G. Schmidt, T. Groth: Introduction of Laser
Interference Lithography to Make Nanopatterned Surfaces for Fundamental Studies on Stem Cell
Response, ACS Biomater. Sci. Eng. 4 (2018) 1820. DOI 10.1021/acsbiomaterials.8b00060 |
| [7] | M. Chilcote, M. Harberts, B. Fuhrmann, K. Lehmann, Y. Lu, A. Franson, H. Yu, N. Zhu, H. Tang, G. Schmidt, E. Johnston-Halperin: Spin-wave confinement and coupling in organic-based magnetic nanostructures. APL Mater. 7 (2019) 111108. DOI 10.1063/1.5119077 |
| [8] | H. Zhang, D. J. Hagen, X. Li, A. Graff, F. Heyroth, B. Fuhrmann, I. Kostanovskiy, S. L. Schweizer, F.
Caddeo, A. W. Maijenburg, S. Parkin, R. B. Wehrspohn: Atomic Layer Deposition of Cobalt Phosphide
for Efficient Water Splitting: Angew. Chem. Int. Ed. 59 (2020) 17172. DOI 10.1002/anie.202002280 |
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