cation by diffractive lithography

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PULSKOMPRESSORGITTERHERSTELLUNG
MITTELS BEUGUNGSLITHOGRAPHIE
PULSE COMPRESSION GRATING FABRICATION BY DIFFRACTIVE LITHOGRAPHY
Hochenergie Kurzpulslaser, welche auf Chirped Pulse Ampli-
34)/)))-
-
cation (CPA) require diffraction gratings of superior quality
zeichneter Qualität für die Pulsstreckung und Kompression.
for pulse stretching and compression. These elements should
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hohe Zerstörschwelle sowie eine ausgezeichnete Homogenität
threshold and an excellent homogeneity of the line density.
der Liniendichte aufweisen.
A well-established fabrication technology which meets
Eine etablierte Herstellungsmethode, welche die beschrie-
the described criteria is the combination of electron beam
benen Kriterien erfüllt, basiert auf Elektronenstrahllithographie
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reactive ion etching for transfer into the fused silica substrate.
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This approach utilizes the high lateral resolution and accuracy
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of electron beam lithography, but several hours of writing
nenstrahllithographie. Eine Schreibzeit von mehreren Stunden
time are common for the lithography of a single wafer due to
für die Belichtung eines einzelnen Wafers ist auf Grund des
the scanning exposure regime.
scannenden Schreibregimes jedoch nicht unüblich. Um eine
Gitterherstellung in größeren Stückzahlen zu ermöglichen,
To enable throughput-scalable grating fabrication, a mask
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48)))
entwickelt, welche auf Beugungslithographie in einem Mask
proximity photolithography in a mask aligner was developed.
Aligner basiert. Das Grundprinzip der Technologie besteht
The fundamental principle of the technology is the use of
darin, das Nahfeld-Beugungsbilds einer Photomaske zur
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the resist coated substrates. The mask is illuminated by
durch kollimiertes monochromatisches UV Licht mit wählbaren
collimated monochromatic UV light composed of controllable
Einfallswinkeln beleuchtet wird, die Amplitude und Phase der
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transmittierten Lichtverteilung. Das komplexe Lichtfeld breitet
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sich anschließend über eine Entfernung von etwa 20 μm bis
propagates in free space for a distance of about 20 μm to
200 μm frei aus und das entstehende Beugungsbild wird zur
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Belichtung verwendet.
expose the photoresist.
1 Pulskompressorgitter auf einem 4“ SiO2 Wafer. | Pulse compression gratings on a 4“ SiO2 wafer.
OPTISCHE KOMPONENTEN UND SYSTEME
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Es wurde demonstriert, dass Pulskompressorgitter mit einer
It was demonstrated that pulse compression gratings with
Periode von 800 nm (1250 Linien/mm), welche üblicherweise
a period of 800 nm (1250 lines/mm) – typically written by
mit Elektronenstrahllithographie geschrieben werden, in
electron beam lithography – can be fabricated with a similar
einer vergleichbaren Qualität mittels Beugungslithographie
quality by diffractive proximity photolithography. The exposure
herstellbar sind. Der Belichtungsprozess basiert auf einer
process is based on a phase mask which is illuminated by
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))
Einfallswinkeln beleuchtet wird, und ein Luftbild erzeugt,
generate an aerial image with excellent homogeneity, high
welches sich durch sehr gute Homogenität, hohe laterale
lateral resolution and large depth of focus. The average
*+/IJ%(
7))
"
gratings is found to exceed 97% at the design wavelength of
über 97% im Bereich der Designwellenlänge von 1030 nm
1030 nm and the wave-front error is comparable to electron
und der Wellenfrontfehler ist vergleichbar mit elektronen-
beam lithography fabricated gratings.
strahlgeschriebenen Gittern.
Parts of the work presented were funded by the German
Teile der dargestellten Arbeiten wurden vom Bundesminis-
Ministry of Science and Education as part of the ZIK ultra-
terium für Bildung und Forschung im Rahmen des ZIK ultra-
optics project entitled “Fertigungstechnologien für hoch
optics Projektes »Fertigungstechnologien für hoch entwickelte
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Mikro- und Nanooptiken« (FZK: 03Z1HN32) gefördert.
References / Literatur
Stuerzebecher, L., Fuchs, F., Harzendorf, T., Zeitner, U. D.:
Pulse compression grating fabrication by diffractive
proximity photolithography, Optics Letters, Vol. 39,
Issue 4, pp. 1042-1045 (2014), http://www.opticsinfobase.
org/ol/abstract.cfm?uri=ol-39-4-1042.
Diffraction
efficiency
Wavefront
error
97%
0 nm
96%
94%
93%
92%
Frank Fuchs
95%
4‘‘ Wafer
AUTHO RS
40 nm
2 Charakterisierung eines gefertigten Gitterwafers
CONTA CT
(Designwellenlänge 1030 nm). | Characterization of a
fabricated grating wafer (design wavelength 1030 nm).
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31