Neue Lithographietechnik bricht Auflösungsgrenzen
Nach Rayleighs Skalierungsgesetzen der Auflösung limitieren Beugungseffekte die Fähigkeit, ein klares Bild von einem kleinen Detail auf einen Wafer zu projizieren, auf die Hälfte der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Im Fall der Photolithographie werden Siliziumwafer und Muster mit einem lichtempfindlichen Polymer geschrieben, der als Photoresist bezeichnet wird. Die Verwendung von Laserstrahlung ermöglicht die berührungslose Oberflächenstrukturierung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. Die Energien und Intensitäten von ultrakurzen Laserpulsen können zu einer sehr schnellen lokalen Erwärmung, hohen thermischen Gradienten und einer schnellen anschließenden Abkühlung und Wiedererstarrungsgeschwindigkeiten führen. Die Erzeugung von klar und gut definierten Nano- und Mikrostrukturen mit herkömmlichen Photolithographietechniken ist aus einer Vielzahl von Gründen schwierig: die Steuerung der Photoresist-Dichte, die Intensitätsverteilung und die Substrattopographie zusammen machen diese Aufgabe zu einer Herausforderung. Die EU-Finanzierung des Projekts LILAC (Laser-initiated liquid-assisted colloidal lithography) ermöglichte die Entwicklung von innovativer Low-Cost-Technologie mit erstaunlicher Auflösung. Die Wissenschaftler verwendeten eine innovative kolloidale Lithographietechnik, die als laserinitiierte flüssigkeitsgestützte kolloidale Lithographie bezeichnet wird, um die Strukturierung von 3D-Nanostrukturen auf unterschiedlichsten Oberflächen zu steuern. Diese Technik beruht auf der Verwendung kolloidaler Kristalle als Masken für Ätzen und Abscheidung, um die Herstellung von verschiedenen Nanostrukturen auf planaren und nicht planaren Substraten zu ermöglichen. Den Wissenschaftler gelang es, Licht in komplexen Verteilungsmuster unterhalb eines kolloidalen Teilchens zu kontrollieren, indem sie oberflächen-unterstützte Partikel in verschiedenen Flüssigkeiten eintauchten. Die Verarbeitung mit einzelnen, intensiven Laserpulsen ergab komplexe 3D-Strukturen auf Silizium- und Galliumarsenid-Substraten. Die neu entwickelte Technik umfasst ein komplexes Zusammenspiel von Laserlichtstreuung durch die kolloidalen Teilchen, das flüssige Medium und das Substrat, die alle variiert und durch den Benutzer gesteuert werden können. Diese charakteristischen Abdrücke eröffnen den Weg für eine Unterbeugungsbegrenzte Strukturierung der Oberflächen einer Vielzahl von Materialien. Die Nano-Strukturierung von Oberflächen mit dieser kolloidalen Lithographietechnik ergänzt die herkömmliche Top-down-Lithographie. LILAC zufolge wird diese Technologie ein breites Spektrum von neuen Anwendungen im Nanobereich möglich machen, unter anderem für Biosensorik und Nanophotonik.
Schlüsselbegriffe
Lithographie, Auflösung, Beugung, Photolithographie, Photoresist, kolloidale Lithographie
