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Le critère de Rayleigh (résolution optique)

1900
  • John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh
Système de photolithographie par projection illustrant le critère de Rayleigh en optique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

La taille minimale des caractéristiques qu'un système de photolithographie par projection peut imprimer est limitée par la diffraction et est approximée par le critère de Rayleigh. La dimension critique (CD) est donnée par [latex]CD = k_1 \cdot \frac{\lambda}{NA}[/latex], où [latex]\lambda[/latex] est la longueur d'onde de la lumière, NA est l'ouverture numérique de l'objectif, et [latex]k_1[/latex] est un coefficient lié au processus. Les caractéristiques plus petites nécessitent des longueurs d'onde plus courtes ou des ouvertures numériques plus élevées.

Le critère de Rayleigh est un principe fondamental de l'optique qui définit la limite de résolution de tout système d'imagerie, y compris les systèmes de projection utilisés en photolithographie. Il stipule que deux sources ponctuelles sont résolubles lorsque le centre de la figure de diffraction de l'une est aligné avec le premier minimum de la figure de diffraction de l'autre. En lithographie, cela correspond à la plus petite ligne ou le plus petit espace imprimable avec précision. La formule [latex]CD = k_1 cdot frac{lambda}{NA}[/latex] résume les trois principaux leviers d'amélioration de la résolution. Premièrement, la réduction de la longueur d'onde [latex]lambda[/latex] de la source lumineuse a été un facteur majeur de progrès, passant des lampes à mercure des raies g (436 nm) et i (365 nm) aux lasers excimères UV profonds (DUV) comme le KrF (248 nm) et l'ArF (193 nm), et enfin à l'UV extrême (EUV) à 13,5 nm. Deuxièmement, l'augmentation de l'ouverture numérique (ON) de l'objectif de projection lui permet de capturer davantage d'ordres de lumière diffractée, ce qui conduit à une image plus nette. L'ON est définie par ON = n sin θ, où n est l'indice de réfraction du milieu entre l'objectif et la plaquette. Troisièmement, le facteur de procédé k₁ représente la « complexité » du procédé, englobant des améliorations telles que les techniques d'amélioration de la résolution (RET), la chimie de la résine photosensible, etc. contrôle de processusBien que théoriquement k₁ ait un minimum de 0,25, les valeurs pratiques de fabrication ont été réduites d'environ 0,8 à environ 0,3 grâce à d'immenses efforts d'ingénierie. Cette équation a été le principe directeur de l'industrie des semi-conducteurs. feuille de route pendant des décennies, entraînant la croissance implacable prédite par la loi de Moore.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Electromagnétisme

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Principe de propagation des ondes de Huygens-Fresnel
  • théorie de la diffraction de Fraunhofer
  • développement de lentilles optiques de haute qualité

Applications

  • conception de microscopes à haute résolution
  • développement des procédés de lithographie des semi-conducteurs
  • conception de télescopes astronomiques
  • limites de densité de stockage de données sur disques optiques (CD, DVD, Blu-ray)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • algorithmes de lithographie computationnelle qui pré-distordent les motifs de masque pour contrer les effets de diffraction
  • metamaterial-based ‘superlenses’ that can overcome the diffraction limit
  • Lithographie quantique utilisant des photons intriqués pour la structuration à l'échelle sub-longueur d'onde
  • Lithographie plasmonique utilisant des plasmons de surface pour créer des motifs à l'échelle nanométrique
  • directed self-assembly (dsa) of block copolymers guided by a low-resolution pre-pattern
  • Lithographie par sonde à balayage pour la manipulation à l'échelle atomique
  • multi-beam maskless lithography systems for prototypage rapide
  • modulateurs acoustiques-optiques pour la génération de motifs dynamiques
  • Lithographie holographique pour la création de structures périodiques de grande surface
  • Lithographie aux rayons X pour les microstructures à rapport d'aspect élevé
En lien avec : critère de Rayleigh, résolution, ouverture numérique, longueur d'onde, facteur k1, limite de diffraction, photolithographie, DUV, EUV, optique.

Contexte historique

Le critère de Rayleigh (résolution optique)

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1900-12-14
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1904
1907

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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