Scannende Interferenzlithographie auf räumlichen Strukturen

• Antragsteller: Dr. Tobias Haist; Professor Dr.-Ing. Eberhard Manske; Professor Dr.-Ing. Oliver Sawodny
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465642714

Das Ziel des gemeinsamen Forschungsprojekts ist die Entwicklung und Untersuchung von Methoden zur effizienten Herstellung großer, qualitativ hochwertiger räumlicher optischer Intereferenz- Gitterstrukturen. Als Strukturierungsverfahren soll die für ebene Gitter etablierte Scanning Beam Interferenzlithographie (SBIL) auf das räumliche Problem erweitert werden. 3D-SBIL erfordert eine Präzisionspositionierung der Pose des Schreibpunktes eines zu entwickelnden optischen Schreibkopfes bezüglich des Substrates mit Unsicherheiten im niedrigen einstelligen Nanometerbereich.Um höchste Messgenauigkeit im kartesischen 3D-Volumen zu erlangen, verfolgen die an der TU Ilmenau entwickelten und gebauten Nanopositionier- und Nanomessmaschinen den Ansatz des „Scanning stage“-Prinzips und damit der konsequenten Einhaltung des Abbe-Komperatorprinzips in allen drei Koordinatenachsen. Bahnabweichungen des Messtisches in sechs Freiheitsgraden werden messtechnisch erfasst und regelungstechnisch kompensiert. Um die scannende Interferenzlithographie auf räumlichen Strukturen und mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermöglichen, sind zusätzliche Bewegungsachsen im Schreibkopf erforderlich. Mit diesen Zusatzachsen soll derselbe Weg konsequent fortgesetzt werden, um eine intelligente mess- und regelungstechnisch getriebene Nanofabrikation komplexer Nanostrukturen zu realisieren. Anstelle der Ausregelung der zahlreichen hinzukommenden Freiheitsgrade soll die kombinierte Unsicherheit im Schreibpunkt mit einem optischen Feedback-System messtechnisch erfasst und regelungstechnisch kompensiert werden. Der neue Ansatz besteht deshalb darin, die zusätzlichen Bewegungsachsen (Drehen, Schwenken, Rotieren) durch das Lithographie-Schreibtool bei gleichzeitiger dreidimensionaler Bewegung des Stages zu realisieren. Hier können die besagten Bewegungen durch relativ kleine Optiken mit hoher Dynamik ausgeführt werden. Eine Synchronisierung zwischen Tool- und Stagebewegung, wiederum mit dem Nanometeranspruch, ist daher unerlässlich. Um das Hauptziel einer 3D-SBIL zu erreichen, sollen Ansätze für einen Schreib- und Lesekopf untersucht werden, welcher in der Lage ist, die geforderten Genauigkeiten in allen benötigten räumlichen Freiheitsgraden einzuhalten. Dabei muss das optische Konzept eng mit dem metrologischen und regelungstechnischen Gesamtkonzept abgestimmt werden. Konkret soll der Schreibkopf einen räumlich begrenzten, interferenzlithographisch strukturierten Belichtungsbereich mit Freiheitsgraden in der Lage der Interferenzstreifen und der Periode sowie Orientierung der Interferenzstreifen erzeugen, die metrologische Registrierung der Interferenzstreifen zum Substrat und den bereits geschriebenen Arealen untersucht werden und die notwendigen 3D-Trajektorien des Schreibpunktes bezüglich des Substrates mit Positionsunsicherheiten im niedrigen einstelligen Nanometerbereich regelungstechnisch realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen