Forskare vid ARCNL har hittat ett sätt att upptäcka nanostrukturer begravda under många lager av ogenomskinligt material med hjälp av högfrekventa ljudvågor inducerade av ljus. Deras resultat kan ha tillämpningar inom halvledartillverkningsindustrin, såsom waferjustering. Forskarna avslöjade också intressanta nya fenomen inom fotoakustik som inte har undersökts tidigare. Deras resultat publiceras i Fysisk granskning tillämpas . Förste författare Stephen Edward försvarade framgångsrikt sin doktorsexamen. om detta ämne den 18 juni vid universitetet i Amsterdam.

Vid produktion av toppmoderna datorchips och komponenter, nanolitografimaskiner trycker flera lager av strukturer i nanostorlek på en wafer. För att säkerställa att lagren är korrekt justerade, waferna innehåller gallerlinjer som fungerar som markörer som talar om för maskinerna var de ska skriva ut. "Medan inriktningsmarkörer är oumbärliga i nanolitografi, de begravs under många lager av material. Eftersom dessa lager ofta är ogenomskinliga, det är svårt att använda ljus för att hitta markörerna och rikta in maskinen, säger Stephen Edward, som genomförde sin doktorsexamen. forskning i Light-Matter Interaction Group vid ARCNL.

Många material som är ogenomskinliga för ljus sänder ljudvågor, som kan användas för att visualisera vad som finns under. Gruppledaren Paul Planken säger, "De flesta är bekanta med detta i en medicinsk situation. Ekoskop använder högfrekventa ljudvågor som reflekteras inuti kroppen i gränssnittet mellan olika vävnader. De reflekterade ljudvågorna omvandlas till en elektrisk signal för att skapa en bild. Medan denna metod innehåller tillräckligt med detaljer för de flesta medicinska tillämpningar, den är överlägset inte tillräckligt detaljerad för exakt justering i nanolitografi. Storleken på de egenskaper som kan urskiljas med ekoskopiska metoder är omvänt proportionell mot frekvensen. Så för att kunna se strukturer i nanoskala med ljud, vi behöver ljudvågor med en mycket högre frekvens."

Planken, Edward och medförfattare visste att korta ljuspulser från en laser kan inducera sådana högfrekventa ljudvågor i ett ogenomskinligt material. "Det är lite som att knacka på en dörr, som gör att ljudvågor går vidare till andra sidan av dörren, " säger Edward. "I vårt experiment, en högenergi 'knack' av lasern startar en ljudvåg i det ogenomskinliga materialet."

Som i medicinska tillämpningar, ljudvågorna som färdas genom materialet reflekteras från gränssnitten inuti materialet, orsakar en våg som vandrar tillbaka till ytan. När de först började, forskarna var inte säkra på om denna signal skulle innehålla tillräckligt med användbar information. Planken säger, "Jag var lite skeptisk i början, eftersom ljudvågorna måste färdas genom så många lager av dielektriskt material innan de når gallret som är begravt inuti. Om de reflekterar vid alla dessa gränssnitt, vi skulle ha slutat med en komplett röra av ljudvågor. Men det visade sig att stapeln av tunna dielektriska lager fungerar som ett tjockt lager eftersom de enskilda lagren är tunnare än ljudvågens våglängd. Så ljudvågorna går rakt till de nedgrävda gallerlinjerna som vi vill se."

Ljudet reflekteras vid gallret. Eftersom gallret inte är en plan yta utan har periodiska dalar och toppar, ljud från dalarna når ytan något senare än ljud från topparna. "Ljudvågen orsakar en mycket liten förskjutning av atomerna när den når ytan, får en kopia av gallret att dyka upp på ytan, " Edward förklarar. "När vi skannar ytan med en andra laserpuls, vi kan mäta diffraktionssignalen som orsakas av dessa små förskjutningar."

Nu när de har visat att det är möjligt att upptäcka nanostrukturer begravda under ogenomskinligt material, forskarna ska undersöka deras metod ytterligare. Planken säger, "Våra resultat avslöjar inte bara intressanta egenskaper inom fotoakustik som inte har undersökts tidigare, men erbjuder också en lovande lösning för praktiska frågor inom nanolitografi. För industriella tillämpningar, vi bör optimera systemet för att få signaler som är starkare, snabbare och mer robust. Men vi vill också öka vår förståelse för alla effekter som vi ser i signalen, och hitta gränserna för vår metod, till exempel genom att försöka urskilja ett galler med linjer som ligger väldigt nära varandra."