[發明專利]一種利用勞埃鏡實現無掩模表面等離子體干涉光刻的裝置

無效

• 申請號: 200810239210.0
• 申請日: 2008-12-04
• 公開（公告）號: CN101441421A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 方亮;王長濤;劉堯;羅先剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧 紀

技術領域

本發明屬于納米加工技術領域，涉及一種實現表面等離子體干涉光刻的裝置。

技術背景

隨著納米加工技術不斷的深入發展，各種納光子器件尤其納米光柵、納米光子晶體等周期性納米結構逐漸被廣泛關注并應用于實際。例如，納米光柵可應用于高精度測量傳感、高密度存儲，納米光子晶體可用作人工材料，實現負折射、超分辨以及高靈敏度生物傳感等功能。

由于傳統光刻技術受衍射極限的限制，為了制作更小尺寸的納米結構，必須使用更短波長的光源。根據這一原理，目前主要發展的納米加工技術有：極紫外光刻、電子束光刻以及聚焦離子束光刻等等。然而，幾乎所有的物質在極紫外波段將表現出與紫外波段截然不同的性質，這要求極紫外光刻的成像系統必須重新建立，使得制作成本大大增加。此外，以逐點掃描為工作方式的電子束直寫和聚焦離子束直寫的制作成本高、工作效率低且加工面積小，限制了其在許多領域當中的應用。

表面等離子體(Surface?Plasmon?Polaritons，SPPs)干涉光刻是近年來發展起來的近場光刻的最重要技術之一。表面等離子體是光波與可遷移的表面電荷之間相互作用產生的電磁模，它有著大于同一頻率光子在真空中的波矢，利用表面等離子體的干涉可實現亞波長周期性納米結構的光刻。激發表面等離子體最簡單的方式之一是棱鏡耦合，當兩束P偏振光以共振角對稱入射至下表面鍍有金屬薄膜的棱鏡底面時，金屬膜下表面將會產生表面等離子體干涉。

勞埃鏡是在激光干涉光刻中經常用到的一種光學元件，通過它可以方便的控制雙光束以對稱的入射角入射形成干涉，若將勞埃鏡原理應用到棱鏡耦合下的表面等離子體干涉光刻中，將使表面等離子體干涉光刻更方便調節，更容易實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有納米加工設備制作的限制之處，提出一種利用勞埃鏡的高對稱特性和表面等離子體的短波長特性，制作亞波長周期性納米結構的實驗裝置，以及采用該裝置實現表面等離子體干涉光刻的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種利用勞埃鏡實現無掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其特征在于：包括：用于調節入射光角度的精密轉臺；用于耦合激發表面等離子體干涉的直角梯形棱鏡；用于壓緊基片和直角梯形棱鏡的壓緊裝置；用于固定壓緊裝置的支架；所述的直角梯形棱鏡的下底面沉積有一層厚度為30nm-50nm的金屬膜。

所述的精密轉臺通過真空吸附固定直角梯形棱鏡。

所述的直角梯形棱鏡與斜面相對的直角側面沉積有一層厚度為100—200nm的反射膜，在反射膜表面再利用化學氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的SiO₂保護膜。

所述的反射膜的材料可以是鋁、或銀、或多層介質膜。

在所述金屬膜表面利用化學氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的SiO₂保護膜。

所述的金屬膜的材料可以是銀或金。

所述的直角梯形棱鏡的斜面沉積一層增透膜。

所述的直角梯形棱鏡的底角大小等于激發表面等離子體的共振角。

采用上述裝置實現表面等離子體干涉光刻的方法，其特征在于：可以包括以下步驟：

(1)將直角梯形棱鏡的兩個相對的直角側面的一個側面固定于精密轉臺之上；

(2)將涂有光刻膠的基片置于直角梯形棱鏡底面，并通過支架和壓緊裝置將直角梯形棱鏡和基片壓緊；

(3)將P偏振激光束垂直于棱鏡斜面入射至棱鏡底面，微調精密轉臺，使入射光在棱鏡底面的入射角等于激發表面等離子體的實際共振角；

(4)確定光束入射角后，鎖緊精密轉臺，取下被曝光的基片并按步驟(2)重新上片；

(5)利用光束直徑為2cm-5cm的P偏振激光束垂直于棱鏡斜面入射，使其中一部分光束入射至直角梯形棱鏡底面，另一部分光束入射至直角梯形棱鏡直角面，這兩部分入射光將在直角梯形棱鏡金屬膜下表面激發表面等離子體干涉并使光刻膠曝光；

(6)調節壓緊裝置，取下曝光后的基片；

(7)對光刻膠后烘、顯影，光刻過程完成。

所述步驟(5)在曝光時可以轉動基片進行二次曝光，實現二維周期性納米結構的光刻。

本發明與現有技術相比所具有的優點：本發明采用棱鏡耦合表面等離子體干涉光刻，實現了無掩模亞波長納米光刻；采用直角梯形棱鏡的耦合結構，將其側面制作成勞埃鏡，方便了實驗調節，使表面等離子體干涉光刻更容易實現；本發明還可以通過雙曝光方式實現二維圖形的光刻；而且本發明具有成本低廉、工作效率高、加工圖形區域面積大、容易裝調等優點，本發明還有利于納米光子晶體和人工材料的研究和應用。