Talbot Lithografie

Im Projekt „Talbot-Lithografie“ entsteht eine flexible Basistechnologie zur Herstellung komplexer, periodischer mikrostrukturierter Elemente. Insbesondere ermöglicht der technologische Ansatz die Erzeugung von Gittern mit Profiltiefen, die mit vergleichbaren Verfahren nicht erreichbar sind.

Als zentrales Element eines Spektrometers haben diffraktive Gitter eine große Bedeutung, insbesondere da die Spektroskopie als qualitative und quantitative Untersuchungsmethode in vielen Bereichen von Wirtschaft und Wissenschaft (Bio-Med, Agri-Food, Chemie, …) zur Optimierung von Produktionsprozessen an Bedeutung gewinnt.

Gegenwärtige genutzte Gitter Herstellungstechnologien (Mechanische Teilung & Interferenzlithografie) weisen Einschränkungen bezüglich der Schreibdauern und Homogenität der Struktur bzw. der erzielbaren Strukturvielfalt auf. Beide Einschränkungen können mit der Talbot-Lithografie reduziert werden.

Beim zugrundeliegenden Talbot-Effekt wird ein Amplituden-Strichgitter mit einer räumlich kohärenten Welle beleuchtet, hinter dem Gitter tritt dabei eine charakteristische Intensitäts-verteilung auf (siehe Abbildung 1). Diese enthält Ebenen, welche einer Selbstabbildung des beleuchteten Gitters entsprechen und zur Belichtung eines Fotolacks benutzt werden.

Zur Fertigung von z.B. diffraktiven Gittern werden mehrere, leicht zueinander versetzte Belichtungen mit unterschiedlicher Belichtungszeit in den Fotolack eingebracht. Mit diesem Prinzip ist z.B. die in Abbildung 2 gezeigte Blaze-Gitterstruktur realisierbar. Die Versetzung kann dabei einerseits durch ein Verfahren des Substrates während der Belichtung realisiert werden, alternativ kann die Position des Schreibspots auch über die Einfallsrichtung der beleuchtenden Welle gesteuert werden.

Bei Verwendung von Kreuz- anstatt Liniengitter steht in der Schreibebene ein 2D-Raster von Schreibpunkten zur Verfügung, das mithilfe Substratbewegung zur Erzeugung von quasi beliebig strukturierten 2D-Gittern verwendet werden kann. Dies eröffnet Perspektiven für neue periodische, mikrostrukturierte Elemente für optische Geräte.