Scannende Inferenzlithographie auf räumlichen Strukturen (3D-SBIL)

Die Fotolithografie ist ein unverzichtbares Fertigungsverfahren in der Herstellung moderner Computerchips und integrierter Schaltkreise (ICs) und zählt zweifellos zu den wichtigsten Technologien des heutigen Informationszeitalters. Das Fertigungsverfahren eignet sich dabei jedoch nicht nur zur Herstellung von Silicium-Halbleitern, sondern ermöglicht generell die Herstellung präziser Strukturen auf einer Vielzahl von Materialien. Ziel des Forschungsvorhabens Scannende Inferenzlithographie auf räumlichen Strukturen ist die Entwicklung von Methoden zur effizienten Herstellung optischer Gitterstrukturen auf gekrümmten Oberflächen. Das zur Strukturierung eingesetzte Verfahren, die scannende Inferenzlithographie (Scanning Beam Interference Lithography, kurz SBIL), eignet sich dabei hervorragend um feine Gitter über einen großen Arbeitsbereich vergleichsweise schnell zu erstellen und ist für planare Gitter bereits erprobt. Durch die geplante Flexibilität, auch nichtplanare Gitterstrukturen herstellen zu können, würden sich jedoch viele neue Anwendungsbereiche erschließen, insbesondere bei der Fertigung von diffraktiven optischen Elementen, welche z.B. für Laseroptiken äußerst relevant sind.

Nanopositionier- und Nanomessmaschine 200

Zur Umsetzung des Vorhabens müssen hohe Anforderungen an die Mess- und Regelungstechnik gestellt werden. Für die hochpräzise Positionierung des Substrates, wird die am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik entwickelte Nanopositionier und Messmaschine 200 (NPMM-200) verwendet. Diese verfügt über eine Messauflösung von 20 pm wodurch Bahnabweichungen im zweistelligen Nanometerbereich ermöglicht werden. Als Schreibtool wird ein Lithographie-Schreibkopf entwickelt, der zusätzliche Bewegungsachsen enthält um die notwendigen Freiheitsgrade realisieren zu können.

Schematischer Aufbau des 3D-SBIL Schreibkopfes

Um großflächige Strukturen in hinnehmbarer Zeit fertigen zu können, sind entsprechend hohe Verfahrgeschwindigkeiten erforderlich. Dies führt jedoch zu einem sehr hohen Verhältnis zwischen der gewünschten Genauigkeit und den Verfahrgeschwindigkeiten. So sind bei einer Verfahrgeschwindigkeiten von 1 mm/s nach nur einer Millisekunde bereits 1000 nm zurückgelegt. Dementsprechend hoch müssen die Abtastraten der Mess- und Regelungstechnik sein, um den gewünschten Anforderungen gerecht zu werden. Außerdem ist eine genaue Synchronisierung zwischen den Achsen des Schreibkopfes und der Stagebewegung unerlässlich. Zur Bewältigung der echtzeitkritischen Signalverarbeitung wird ein leistungsfähiges, jedoch auch stark verteiltes und heterogenes System eingesetzt. So wird eine Kombination aus einem PXI System für die Messwerterfassung und einem dSPACE-Scalexio System für die Regelung verwendet, die jeweils aus FPGAs und Prozessoren bestehen verwendet.

Aktuelle Projektpartner:

• Institut für Prozessmess- und Sensortechnik (IPMS)
• Institut für Technische Optik (ITO)