[發(fā)明專利]一種超長工作距表面等離子體超衍射光刻裝置及方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210107682.7
• 申請(qǐng)日: 2012-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN102621821A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅先剛;馮沁;王長濤;趙澤宇;王彥欽;楊歡;黃成;楊磊磊;陶興;姚納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G03F7/20
• 分類號(hào): G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超衍射光刻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超長工作距表面等離子體超衍射光刻裝置及方法，其為一種表面等離子體轉(zhuǎn)換低能電子的納米光刻方法。

背景技術(shù)

金屬表面自由電子與電磁波相互作用，導(dǎo)致自由電子在金屬表面發(fā)生集群式振蕩，形成了特殊形式的電磁波，即表面等離子體。表面等離子體具有超越衍射極限傳輸?shù)奶匦浴；谠撎匦裕陙戆l(fā)展出表面等離子體納米干涉光刻，分辨力突破衍射極限(約1/2波長)，在長波長的曝光光源下，如汞燈i線(365nm)、g線(436nm)等，獲得遠(yuǎn)小于波長的、納米光刻圖形。

該方法的技術(shù)難題在于，實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光場(chǎng)作用距離短，表面等離子體激發(fā)器件表面，感光材料表面的工作距在近場(chǎng)范圍，控制難度極大。若采用器件底面與光刻膠完全接觸模式，雖然保證了有效的作用范圍，但是必將帶來損傷、效率低、對(duì)準(zhǔn)困難等一系列問題。為此，基于表面等離子體的納米光刻技術(shù)發(fā)展，迫切需要一種能夠有效延伸器件到光刻膠表面工作距離的技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有表面等離子體干涉技術(shù)的工作距短的問題，提供一種新穎的納米光刻方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種超長工作距表面等離子體超衍射光刻裝置，該裝置包括：石英棱鏡、金屬薄膜、光電轉(zhuǎn)換材料膜層、產(chǎn)生聚焦磁場(chǎng)的線圈、加載加速電場(chǎng)的金屬電極、光刻基片和光刻膠膜層，其中，緊靠石英棱鏡的底面依次為10-40nm厚度的金屬薄膜和10-50nm厚度的光電轉(zhuǎn)換材料膜層，石英棱鏡放置在涂敷有電子光刻膠的光學(xué)基片表面上方，石英棱鏡與光學(xué)基片之間為真空環(huán)境，并分布有均勻的恒電場(chǎng)和恒磁場(chǎng)，所述的恒電場(chǎng)由金屬薄膜上帶的負(fù)電荷和加載加速電場(chǎng)的金屬電極上帶的正電荷共同產(chǎn)生，同時(shí)金屬薄膜可以實(shí)現(xiàn)表面等離子體波干涉，所述的恒磁場(chǎng)由產(chǎn)生聚焦磁場(chǎng)的線圈產(chǎn)生。

進(jìn)一步的，所述金屬薄膜在照明光照射時(shí)可以實(shí)現(xiàn)表面等離子體波干涉。

進(jìn)一步的，所述光的波長選擇包括汞燈i線、g線、248nm、193nm、157nm紫外光源波長，以及可見光頻段的激光光源波長。

進(jìn)一步的，所述光電轉(zhuǎn)換材料為金屬光電材料、或金屬化合物光電材料、或復(fù)合金屬化合物光電材料，要求光電轉(zhuǎn)換材料的電子溢出功小于照明光子能量，同時(shí)二者之間的差值在1eV以內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)方向均垂直于電子光刻膠表面，所述光學(xué)基片和棱鏡之間的空間，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布不均勻性小于5％。

本發(fā)明還提供一種超長工作距表面等離子體超衍射光刻裝置的制作方法，該方法包括以下步驟：

步驟(1)、在棱鏡底面沉積一層金屬薄膜，然后在金屬薄膜下方沉積一層光電轉(zhuǎn)換材料膜層；

步驟(2)、將涂敷有電子光刻膠的基片放置在金屬板表面，基片表面與棱鏡底面平行；

步驟(3)、以基片下方的金屬板為正電極、棱鏡底面的金屬薄膜作為負(fù)電極，加載直流電壓，在棱鏡底面和光刻膠上表面之間的空間形成加速電場(chǎng)，電場(chǎng)方向垂直于光刻膠表面；

步驟(4)、在基片和棱鏡周圍引入電感線圈，在棱鏡底面和光刻膠上表面之間的空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于光刻膠表面；

步驟(5)、光從棱鏡兩側(cè)入射照明，在棱鏡底面金屬薄膜上及金屬薄膜表面附近區(qū)域形成表面等離子體納米干涉條紋光場(chǎng)分布；光電轉(zhuǎn)換材料膜層中的干涉光場(chǎng)，轉(zhuǎn)化為溢出電子；

步驟(6)、溢出電子在外加加速電場(chǎng)作用下，獲得垂直于光刻膠表面的加速度，在聚焦磁場(chǎng)作用下，電子以螺旋成像運(yùn)動(dòng)方式聚焦到電子光刻膠表面，光刻膠感光和顯影后，獲得周期納米線條圖形。

本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明相對(duì)光波長而言，電子波長很短，達(dá)到1nm以下，因此電子的作用距離長，結(jié)合加速電場(chǎng)和聚焦磁場(chǎng)，從表面等離子體光刻器件底面距離光刻膠表面，其工作距離可以延伸到1微米以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的一種超長工作距表面等離子體超衍射光刻裝置光刻結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1為照明光；2為表面等離子體光刻器件基底的石英棱鏡；3為金屬薄膜；4為光電轉(zhuǎn)換材料膜層；5為產(chǎn)生聚焦磁場(chǎng)的線圈；6為加載加速電場(chǎng)的金屬電極；7為光刻基片；8為光刻膠膜層；9為電場(chǎng)方向；10為磁場(chǎng)方向。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對(duì)領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。