[實用新型]表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置

有效

• 申請號: 201720061455.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN206400263U
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 王向賢;龐志遠;王茹;陳宜臻;張東陽;楊華
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本實用新型屬于表面等離子體干涉刻寫亞波長結構技術領域，涉及表面等離子體干涉刻寫亞波長結構制備裝置，特別涉及表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置。

背景技術

亞波長光學結構在偏振器件、衍射光柵、生物傳感和微納光學等領域具有重要和廣泛應用。目前的表面等離子體亞波長光刻技術主要包括：基于棱鏡耦合激發表面等離子體的無掩模干涉光刻；基于特殊金屬光柵掩模結構激發表面等離子體的光刻技術。這些光刻技術存在一些不足，主要表現在：

1)基于棱鏡耦合激發表面等離子體的無掩模干涉光刻，一般情況下，只能刻寫簡單的一維亞波長光柵結構。利用多束表面等離子體干涉光刻技術制備復雜的二維周期性結構時，需要制備多面棱鏡以激發多束表面等離子體曝光樣品，這無疑增加了光路的復雜性。

2)基于特殊金屬光柵掩模結構激發表面等離子體的光刻技術，也只能刻寫簡單的一維亞波長光柵結構。另外，由于要制備金屬掩膜層，無疑增加了光刻的成本。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置，對上述表面等離子體干涉刻寫微納結構的光刻方法和設備進行技術改進，從而實現多種亞波長結構的刻寫制備，同時降低光刻的成本和操作的難度。

為實現上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置，包括He-Cd激光器、光電快門、短焦距透鏡、長焦距透鏡、1/2波片、分束器、平面反射鏡A、平面反射鏡B、棱鏡、Al膜、光刻膠、玻璃襯底和光刻樣品旋轉控制系統，其中，

所述的He-Cd激光器為光源，發射波長325nm的垂直方向偏振的激光束，打開光電快門時，激光束通過光電快門后，先后經過短焦距透鏡、長焦距透鏡組成的擴束器后被擴束，經1/2波片后變成水平方向偏振的TM偏振光，再被分束器分為兩束強度相同的相干光，且從兩個方向射出，被平面反射鏡A、平面反射鏡B反射后，由棱鏡耦合輻照到Al膜上，當入射角為表面等離子體的激發角θ_sp時，將激發Al膜和光刻膠界面的表面等離子體波，表面等離子體波的干涉場曝光光刻膠，通過控制光刻樣品旋轉控制系統實現對光刻樣品不同方式的旋轉，進而對光刻膠進行不同方式的曝光，曝光后，通過顯影、定影后續工藝處理，即可得到相應的亞波長結構。

其中，所述的He-Cd激光器可以產生325nm的垂直方向偏振的激光束，作為激發表面等離子體的激發光源。

其中，對激光束的擴束由兩個焦距不同的短焦距透鏡、長焦距透鏡的組合來實現，以使He-Cd激光器發出的激光束在通過它們后被擴束，實現大面積刻寫。

其中，所述的1/2波片用于改變激光的偏振方向，將從He-Cd激光器發射的垂直方向偏振的激光改變為水平方向偏振的TM偏振光。

其中，所述的分束器用于將經從1/2波片的TM激光束分為光強相等的兩束激光，射出時沿兩個方向分別射向平面反射鏡A、平面反射鏡B。

其中，棱鏡用來耦合激發Al膜和光刻膠界面的表面等離子體。

其中，Al膜通過電子束蒸發蒸鍍到棱鏡的底面上。

其中，光刻膠旋涂在玻璃襯底上，構成光刻樣品。

其中，光刻樣品旋轉控制系統，可以使光刻樣品繞其中心軸旋轉某一特定角度，對光刻膠進行N次曝光和N-1次旋轉，可制備得到特定結構的亞波長結構。

其中，光刻樣品旋轉控制系統，可以使光刻樣品繞其中心軸連續旋轉任意角度，通過光刻樣品連續旋轉的同時對光刻膠進行連續曝光，可制備得到亞波長的同心等間隔圓環結構。

本實用新型表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置具有如下優點：

1)基于表面等離子體多次干涉曝光，通過多次旋轉光刻樣品曝光或連續旋轉光刻樣品曝光，可以刻寫制備出諸如二維點陣、六邊形、同心等間隔圓環等多種亞波長結構。

2)基于表面等離子體多次干涉曝光，通過多次旋轉光刻樣品曝光或連續旋轉光刻樣品曝光，可實現大面積刻寫制備亞波長結構，且相比于多光束干涉刻寫裝置，光路簡單，易于操作，同時降低了光刻的成本。

附圖說明

圖1是本實用新型表面等離子體多次干涉曝光的亞波長結構制備裝置示意圖。

圖2是以光刻樣品表面幾何中心為坐標原點建立的笛卡爾坐標系的xoz平面上的光路示意圖，z軸垂直于光刻樣品表面，x軸在水平方向，且在Al膜和光刻膠的分界面上。

圖3是在第一次曝光后，旋轉光刻樣品90°，并再次曝光光刻膠相同時間，可以得到的二維亞波長周期點陣結構的示意圖。