Оценка допустимых ошибок позиционирования пикселов при отображении на носителе синтезированных голограмм-проекторов для проекционной фотолитографии

Корешев С.Н., Старовойтов С.О., Смородинов Д.С. Оценка допустимых ошибок позиционирования пикселов при отображении на носителе синтезированных голограмм-проекторов для проекционной фотолитографии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 3. С. 352–360. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-3-352-360

Предмет исследования. Проведена оценка допустимых ошибок позиционирования при отображении отражательных рельефно-фазовых голограмм-проекторов, предназначенных для использования в голографической фотолитографии, на твердом носителе с помощью установок электронно-лучевой литографии. Метод. В работе применен метод синтеза и численного восстановления голограмм-проекторов. Синтез голограмм осуществлялся путем математического моделирования физических процессов записи и восстановления голограмм. Выбраны следующие параметры: характеристический размер бинарного объекта 20 × 20 нм или 80 × 80 нм, длина волны используемого излучения 13,5 нм, размер пиксела голограммы 20 × 20 нм, расстояние между плоскостями объекта и голограммы от 20,4 до 31,6 мкм, угол падения плоской опорной волны 14°42′. Для каждого рассмотренного объекта «Уголки», «Штриховая мира» и «Крупные уголки» выполнен синтез четырех голограмм с разной величиной среднеквадратического отклонения ошибок позиционирования пикселов. Моделирование ошибок осуществлялось путем нарушения эквидистантности расположения точек (пикселов) на апертуре голограммы. Искаженные таким образом голограммы подвергались стандартной процедуре численного восстановления в виртуальном пространстве. Сравнение вида изображений, полученных при разной величине ошибок позиционирования пикселов голограммы, позволило оценить их влияние на качество восстановленного изображения. Основные результаты. Установлено, что используемый для оценки допустимой величины ошибки позиционирования в аналоговой голографии критерий для синтезированных голограмм неприменим, что связано с особенностями структуры интерференционных полос у дискретных голограмм. Показана существенная зависимость допустимых, с точки зрения качества восстановленного изображения, ошибок позиционирования пикселов от формы представления объекта. Выявлена невозможность применения единого допуска на ошибки позиционирования пикселов для всех условий синтеза голограмм- проекторов, свидетельствующая о необходимости встраивания в используемый программный комплекс синтеза и восстановления голограмм блока оценки допустимых ошибок позиционирования голограммы. По итогам анализа технологических параметров современных комплексов электронно-лучевой литографии установлена возможность их использования для изготовления голограмм-проекторов для современной высокоразрешающей фотолитографии. Практическая значимость. Использование предложенного в работе метода моделирования допустимых ошибок позиционирования синтезированных голограмм позволяет оценить практическую возможность изготовления голограмм с требуемой структурой и высоким качеством восстановленного изображения с помощью конкретной установки электронно-лучевой литографии.

1. Maiden A., McWilliam R., Purvis A., Johnson S., Williams G.L., Seed N.L., Ivey P.A. Nonplanar photolithography with computer-generated holograms // Optics Letters. 2005. V. 30. N 11. P. 1300–1302. doi: 10.1364/OL.30.001300

2. Naulleau P.P., Salmassi F., Cullikson E.M., Liddle J.A. Design and fabrication of a high-efficiency extreme-ultraviolet binary phase-only computer-generated hologram // Applied Optics. 2007. V. 46. N 14. P. 2581–2585. doi: 10.1364/AO.46.002581

3. Cheng Y.-C., Isoyan A., Wallace J., Khan M. Cerrina F. Extreme ultraviolet holographic lithography: Initial results // Applied Physics Letters. 2007. V. 90. N 2. P. 023116. doi: 10.1063/1.2430774

4. Bay C., Hübner N., Freeman J., Wilkinson T. Maskless photolithography via holographic optical projection // Optics Letters. 2010. V. 35. N 13. P. 2230–2232. doi: 10.1364/OL.35.002230

5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М.: Наука-Физматлит, 2007. 416 с.

6. Gao F., Zhu J., Huang Q., Zhang Y., Zeng Y., Gao F., Guo Y., Cui Z. Electron-beam lithography to improve quality of computer-generated hologram // Microelectronic Engineering. 2002. V. 61-62. P. 363–369. doi: 10.1016/S0167-9317(02)00570-1

7. Freese W., Kämpfe T., Rockstroh W., Kley E.B., Tünnermann A. Optimized electron beam writing strategy for fabricating computer-generated holograms based on an effective medium approach // Optics Express. 2011. V. 19. N 9. P. 8684–8692. doi: 10.1364/OE.19.008684

8. Tamura H., Ishii Y. Computer-generated hologram fabricated by electron-beam lithography for noise reduction // Optical Review. 2012. V. 19. N 2. P. 50–57. doi: 10.1007/s10043-012-0012-z

9. Корешев С.Н. Голограммные оптические элементы и устройства. СПб.: НИУ ИТМО, 2013. 143 с.

10. Плебанович В.И. Безмасковая литография – требование сегодняшнего дня // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2015. № 7(147). С. 112–118.

11. Корешев С.Н., Старовойтов С.О., Смородинов Д.С., Фролова М.А. Методы оценки качества изображений бинарных объектов, восстановленных с помощью синтезированных голограмм-проекторов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2020. Т. 20. № 3(127). С. 327–334. doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-3-327-334

12. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Старовойтов С.О., Фролова М.А. Влияние структуры объектного пучка на качество изображения, восстанавливаемого с помощью синтезированной голограммы-проектора Френеля // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 7. С. 41–48. doi: 10.17586/1023-5086-2020-87-07-41-48

13. Корешев С.Н., Смородинов Д.С., Никаноров О.В. Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства // Компьютерная оптика. 2016. Т. 40. № 6. С. 793–801. doi: 10.18287/2412-6179-2016-40-6-793-801

14. Aida Y. Development of the JBX-8100FS electron beam lithography system // Jeol News. 2018. V. 53. N 1. P. 59–62.

15. Greibe T., Anhøj T.A., Johansen L.S., Han A. Quality control of JEOL JBX-9500FSZ e-beam lithography system in a multi-user laboratory // Microelectronic Engineering. 2016. V. 155. P. 25–28. doi: 10.1016/j.mee.2016.02.003

16. Корешев С.Н., Ратушный В.П. Полифункциональность рельефно-фазовых отражательных голограммных оптических элементов // Оптический журнал. 2001. Т. 68. № 12. С. 28–32.

17. Jagoszewski E. The influence of the hologram surface curvature on the holographic imaging quality // Optik. 1985. V. 69. N 2. P. 85–88.

18. Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. Дифракционная теория и влияние когерентности света. М.: Мир, 1964. 295 с.

19. Корешев С.Н. О построении схем записи голограммной структуры на поверхности главного зеркала адаптивного телескопа и о требованиях, предъявляемых к их геометрическим параметрам // Оптика и спектроскопия. 1994. Т. 76. № 1. С. 109–115.

20. Johnson S. Stephen Johnson on Digital Photography. USA, Sebastopol, CA: O’Reilly Media, Inc., 2006. 305 p.

21. Ежова К.В. Моделирование и обработка изображений: учебное пособие. СПб.: НИУ ИТМО, 2011. 93 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License