UV-Halbleiterlasersysteme für lithographische Anwendungen

BMBF-Verbundprojekt UVMOPA gestartet.
Laseraufbau mit einer blauen Laserdiode im Vordergrund. Der Strahl geht durch zwei Optiken. Im Hintergund sind grüne Laserstrahlen die durch andere Optike geführt werden erkennbar.

Bild 1: Frequenzverdopplung mit nicht-linearem Kristall © TOPTICA Photonics AG.

Maschine mit einem Arm, der eine CD-artige Scheibe transportiert.

Bild 2: SÜSS Mask Aligner zur Verwendung in der Photoligraphie © SÜSS MicroOptics SA.

13.08.14

BMBF-Verbundprojekt UVMOPA

Wellenlängen im Bereich von 190 nm bis 248 nm (engl. auch DUV „Deep UltraViolet“) sind für vielfältige Anwendungen in Wissenschaft (Quantenoptik, Atom- und Molekül-Spektroskopie, sowie Laserfallen zur Atomkühlung) und in Halbleiterindustrie (Fotolithographie und Metrologie) relevant, sind aber je nach Anforderungsprofil (Kohärenzeigenschaften, Strahlprofil, Kosteneffizienz, Baugröße) nur schwer zu realisieren.

Lasersysteme in diesen Spektralbereichen sind heutzutage entweder Gas-Laser oder frequenzvervielfachte Festkörperlaser. Beide Systeme sind teuer, wartungsaufwändig und erreichen im Fall von frequenzvervierfachten infraroten Festkörperlasern nur geringe Ausgangsleistungen.

Mit der rasanten Entwicklung von Galliumnitrid-basierten Halbleiterlasern, ergibt sich die Möglichkeit einer kompakten und wartungsarmen Laserlichtquelle hoher Brillanz im nahen UV. Mit nur einer Verdopplungsstufe kann zudem tiefes DUV (190 nm) erreicht werden. Die Entwicklung eines Halbleiter-UV-Lasersystems und nachgelagerte Frequenzverdopplung ins DUV/VUV stellt allerdings eine große Herausforderung für die optischen und opto-elektronischen Komponenten dar.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts „UVMOPA“ werden entsprechende Strahlquellen auf Basis spezieller Halbleiterstrukturen entwickelt. Sogenannte „Tapered Amplifier“ (Trapezverstärker) verstärken die Ausgangsleistung um ca. 20 – 30 dB und erhalten dabei die hohe Brillanz und Strahlqualität des Lasers.

Zudem kann für den Einsatz in der Lithographie die Kohärenz des Lasers mit speziellen Techniken reduziert werden. Sog. „Speckles“ im Laserstrahl würden sonst zu einer inhomogenen Belichtung der Photolacke führen. So können zum einen hochkohärente und schmalbandige Strahlquellen für den Einsatz in der Quantenoptik und der Metrologie sowie inkohärente Strahlquellen für die Lithographie realisiert werden. Beide Ziele werden im Projekt verfolgt.

Das neue Lasersystem wird zuerst in Schattenwurf-Lithographie Systemen (z.B. Mask-Aligner) zum Einsatz kommen. Dadurch kann Größe der hiermit erzeugten Strukturen von derzeit 1 µm um einen Faktor 2-3 reduziert werden. So kleine Strukturgrößen waren bisher nur mit teuren Wafer-Steppern erreichbar. Strukturen für „Lab-on-Chip“ Anwendungen, Oberflächenstrukturierung von LEDs sowie Mikrooptiken können damit wesentlich effizienter und kostengünstiger produziert werden.

Im Rahmen des UVMOPA Projekts wird der Forschungs- und Entwicklungsaufwand zwischen den drei Partnern TOPTICA Photonics AG aus München/Gräfelfing, dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) und SÜSS MicroOptics SA (Hauterive, Schweiz) aufgeteilt.

TOPTICA Photonics AG steuert jahrelange Erfahrung im Bereich Halbleiterlaser mit externem Resonator, Frequenzstabilisierung und -vervielfachung für die Entwicklung des Gesamtsystems bei. F&E im Bereich der Halbleiterlaserdioden und Trapezverstärker wird vom Ferdinand-Braun Institut getragen. SÜSS MicroOptics SA wird das entwickelte System in einen Mask Aligner einbauen und testen. Durch die Partner TOPTICA Photonics AG und SÜSS MicroOptics SA ist der Zugang zu den wirtschaftlich relevanten Märkten im wissen-schaftlichen Umfeld und in der Halbleiterindustrie garantiert.

Das UVMOPA-Projekt (Lasersysteme hoher Brillanz im ultravioletten Spektralbereich auf Basis eines GaN-basierten Master-Oszillators und Trapezverstärkers) ist am 01.08.2014 gestartet und läuft bis zum 30.07.2017 im Rahmen der BMBF-Initiative „KMU-innovativ: Photonik/Optische Technologien“. Das Projektvolumen umfasst knapp 1,9 Millionen Euro, davon werden 1,06 Millionen Euro vom BMBF gefördert.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt UVMOPA (PDF)

Ansprechpartner

Dr. Christian Gilfert
Tel.: +49 89 85837-182

Toptica Photonics AG
Lochhamer Schlag 19
82166 Gräfelfing

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