專利名稱：一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微電子、光電子器件制備等微納加工領(lǐng)域的光刻機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)。
背景技術(shù)：
光刻技術(shù)是一種精密的微細(xì)加工技術(shù)?，F(xiàn)有的表面等離子體光刻技術(shù)均采用傳統(tǒng)的光刻膠，表面等離子體的激發(fā)采用高折射率棱鏡，或亞波長(zhǎng)金屬光柵掩模版，光源則大多采用紫外光源。上述光刻手段在實(shí)際應(yīng)用中都有著局限性。其主要存在的問題為:1、光刻工藝復(fù)雜:光刻采用傳統(tǒng)的光刻膠，曝光后，需要對(duì)光刻膠在暗室進(jìn)行顯影、定影等化學(xué)處理工藝，工藝復(fù)雜、耗時(shí)，如果其中某一環(huán)節(jié)出錯(cuò)，則需重頭再來。2、成本高，現(xiàn)有的基于表面等離子體的光刻技術(shù)，光源大多為紫外光，紫外光源其成本比可見光波段的光源價(jià)格昂貴，如果采用亞波長(zhǎng)金屬光柵掩模版，其制作成本也很高，而采用高折射率棱鏡的成本顯然高于使用低折射率棱鏡。3、周期變化困難，現(xiàn)有的采用高折射率棱鏡激發(fā)表面等離子體的光刻機(jī)，一般采用棱鏡、金屬、匹配油、光刻膠、光刻膠基底的結(jié)構(gòu)，刻寫光柵的周期單一，如需刻寫不同周期的光柵，則需要新折射率棱鏡或光刻膠。采用亞波長(zhǎng)金屬光柵掩模版的光刻機(jī)要改變其刻寫周期也需重新設(shè)計(jì)掩模版。4、樣品容易污染，現(xiàn)有的采用高折射率棱鏡激發(fā)表面等離子體的光刻機(jī)，需要在金屬薄膜層和光刻膠層之間加折射率匹配油，該匹配油很容易污染樣品表面，甚至?xí)芙夤饪棠z。5、難以實(shí)現(xiàn)大面積刻寫，采用亞波長(zhǎng)金屬光柵掩模版的表面等離子體光刻機(jī)很難實(shí)現(xiàn)大面積光刻。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有表面等離子體光刻技術(shù)的不足，提出一種基于可見光或紫外激光激發(fā)的表面等離子體干涉和偶氮苯聚合物薄膜的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)。是一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、周期可調(diào)、刻寫結(jié)構(gòu)可重構(gòu)的大面積亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下:一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，該光刻機(jī)包括:激光光源，光電快門，起偏器，分束鏡，平面反射鏡A，平面反射鏡B，棱鏡，匹配油，玻璃基底，金屬薄膜，偶氮苯聚合物薄膜；其中，所述的激光光源，為可見光或紫外光波段的激光，用于激發(fā)多層結(jié)構(gòu)中的表面等離子體波，所述激光光源所發(fā)射的激光，經(jīng)過光電快門控制曝光時(shí)間，通過起偏器后形成TM偏振光，再經(jīng)分束鏡分成強(qiáng)度相同的兩束光，兩束光分別被平面反射鏡A、平面反射鏡B反射后，以相同的激發(fā)表面等離子體的入射角輻照到金屬薄膜上，從而激發(fā)金屬薄膜，偶氮苯聚合物薄膜和空氣多層結(jié)構(gòu)中的兩束表面等離子體波，該兩束表面等離子體波的相互干涉導(dǎo)致偶氮苯聚合物的質(zhì)量遷移，從而在金屬薄膜上的偶氮苯聚合物薄膜層刻寫出大面積亞波長(zhǎng)光柵，光柵的面積與激發(fā)光源的光斑面積相當(dāng)，光柵的周期可以通過偶氮苯聚合物薄膜的厚度來調(diào)節(jié)，所刻寫的光柵可通過加熱或圓偏振光輻照來擦除，進(jìn)而進(jìn)行重新刻寫。進(jìn)一步的，所述的激光光源可采用可見光波段或紫外波段的激光，如:532nm激光，442nm激光或355nm激光。進(jìn)一步的,所述的偶氮苯聚合物薄膜厚度為10nnT60nm。本實(shí)用新型技術(shù)方案的原理為:所述激光光源，通過所設(shè)計(jì)的光路，可以激發(fā)兩束表面等離子體波，其亞波長(zhǎng)周期的干涉場(chǎng)誘導(dǎo)偶氮苯聚合物產(chǎn)生質(zhì)量遷移，從而直接刻寫亞波長(zhǎng)光柵。此過程無需掩模，且無需顯影、定影等后續(xù)工藝，且刻寫光柵可通過加熱和圓偏振光輻照來擦除，進(jìn)而進(jìn)行重寫刻寫。由于偶氮苯聚合物薄膜的光譜響應(yīng)范圍寬，故刻寫亞波長(zhǎng)光柵的光源選擇性較寬，即可以使用紫外激光，也可以使用可見光波段的激光。通過棱鏡、匹配油、玻璃基底、金屬薄膜、偶氮苯聚合物薄膜、空氣這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，只要偶氮苯聚合物薄膜在一定厚度范圍內(nèi)，均可激發(fā)表面等離子體波，且偶氮苯聚合物薄膜越厚，激發(fā)的表面等離子體波的波長(zhǎng)越短，從而可通過改變偶氮苯聚合物薄膜的厚度實(shí)現(xiàn)對(duì)亞波長(zhǎng)光柵周期的控制。由于光路設(shè)計(jì)的等光程特點(diǎn)，從而降低了對(duì)激光光源相干長(zhǎng)度的要求。金屬薄膜蒸鍍?cè)诓ＡЩ咨?，其與棱鏡具有相同的折射率，金屬薄膜的厚度控制在幾十納米。利用旋涂法制備偶氮苯聚合物薄膜，通過溶液的濃度，旋涂速度等參數(shù)控制薄膜的厚度。本實(shí)用新型和傳統(tǒng)技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì)為:1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:通過改變偶氮苯聚合物薄膜的厚度，利用表面等離子體干涉實(shí)現(xiàn)不同周期的亞波長(zhǎng)光柵刻寫。此種方法無需制作光刻掩模板，只需通過激發(fā)光的近場(chǎng)效應(yīng)壓縮波長(zhǎng)并干涉實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)周期光場(chǎng)，進(jìn)而刻寫亞波長(zhǎng)周期光柵。2、工藝簡(jiǎn)化:光刻采用新型光刻介質(zhì)偶氮苯聚合物薄膜，表面等離子體的干涉場(chǎng)誘導(dǎo)偶氮苯聚合物薄膜發(fā)生質(zhì)量遷移，一次性刻寫亞波長(zhǎng)光柵，曝光后，無需在暗室進(jìn)行顯影、定影等化學(xué)處理工藝。3、刻寫結(jié)果可重構(gòu):如果刻寫的光柵達(dá)不到要求，只需通過加熱或圓偏振光輻照對(duì)其擦除，從而進(jìn)行重新刻寫。而采用傳統(tǒng)光刻膠光刻時(shí)，如果刻寫結(jié)構(gòu)達(dá)不到要求，則需要重頭再來。4、成本低:該光刻方案無需光刻掩模板,光路簡(jiǎn)單,光源及各種光學(xué)兀件的成本均較低，從而實(shí)現(xiàn)了低成本的亞波長(zhǎng)光柵刻寫。5、樣品無污染:棱鏡、匹配油、玻璃基底、金屬薄膜、偶氮苯聚合物薄膜、空氣這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，偶氮苯聚合物薄膜的上層為空氣，故不會(huì)對(duì)其造成污染。6、用低折射率棱鏡:棱鏡、匹配油、玻璃基底、金屬薄膜、偶氮苯聚合物薄膜、空氣這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，由于偶氮聚合物薄膜的厚度在十幾至幾十納米，故可以采用低折射率棱鏡，如普通的石英玻璃、BK7玻璃等即可激發(fā)表面等離子體。7、大面積刻寫:由于采用棱鏡結(jié)構(gòu)激發(fā)表面等離子體干涉光刻，刻寫光柵的面積與激光表面等離子體的激光光源光斑相當(dāng)，故實(shí)現(xiàn)了大面積光刻。

[0024]圖1為本實(shí)用新型一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為偶氮苯聚合物薄膜厚度為15nm時(shí)，刻寫的亞波長(zhǎng)光柵的原子力顯微鏡圖；圖3為偶氮苯聚合物薄膜厚度為55nm時(shí)，刻寫的亞波長(zhǎng)光柵的原子力顯微鏡圖；其中，1、激光光源，2、光電快門，3、起偏器，4、分束鏡，5、平面反射鏡A，6、平面反射鏡B，7、棱鏡，8匹配油，9、玻璃基底，10、金屬薄膜，11、偶氮苯聚合物薄膜。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描敘，附圖中相同的標(biāo)號(hào)始終表不相同的部件。實(shí)施例1:參照?qǐng)D1所示的一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，包括:激光光源1，光電快門2，起偏器3，分束鏡4，平面反射鏡A 5，平面反射鏡B 6，棱鏡7，匹配油8，玻璃基底9，金屬薄膜10，偶氮苯聚合物薄膜11 ;其中，在玻璃基底9上蒸鍍一層金屬薄膜10 (39nm厚的銀膜)，進(jìn)而旋涂含偶氮苯聚合物的有機(jī)溶液，得到15nm厚的偶氮苯聚合物薄膜10，烘干后通過與棱鏡7折射率相近的匹配油8置于棱鏡7 (折射率為1.52)上。激光光源I選用可見光波段的532nm激光器，其所發(fā)射激光，經(jīng)控制曝光時(shí)間的光電快門2后，通過起偏器3成為TM偏振光，再經(jīng)分束鏡分成強(qiáng)度相等的兩束光，兩束光分別經(jīng)平面反射鏡A5、平面反射鏡B6反射后，經(jīng)激發(fā)表面等離子體結(jié)構(gòu)的棱鏡7、匹配油8和玻璃基底10后，兩束光以相同的激發(fā)表面等離子體的入射角48.11°輻照在金屬薄膜10上，從而激發(fā)金屬薄膜10、偶氮苯聚合物薄膜11和空氣多層結(jié)構(gòu)中的表面等離子體波，表面等離子體波的干涉誘導(dǎo)偶氮苯聚合物產(chǎn)生質(zhì)量遷移，從而刻寫出亞波長(zhǎng)光柵。上述方法刻寫的亞波長(zhǎng)光柵的周期為243nm，其原子力顯微鏡照片見圖2。實(shí)施例2:通過改變偶氮苯聚合物薄膜的厚度，可實(shí)現(xiàn)不同周期的亞波長(zhǎng)光柵的刻寫。偶氮苯聚合物薄膜厚度為55nm時(shí)，激發(fā)表面等離子體的入射角為76.96°，刻寫亞波長(zhǎng)光柵的周期為190nm，其原子力顯微鏡照片見圖3。其它結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。本實(shí)用新型未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，該光刻機(jī)包括:激光光源(I)，光電快門(2 )，起偏器(3 )，分束鏡(4 )，平面反射鏡A (5 )，平面反射鏡B (6 )，棱鏡(7 )，匹配油(8)，玻璃基底(9)，金屬薄膜(10)，偶氮苯聚合物薄膜(11);其中:所述的激光光源(I )，為可見光或紫外光波段的激光，用于激發(fā)多層結(jié)構(gòu)中的表面等離子體波；所述激光光源(I)所發(fā)射激光經(jīng)過光電快門(2)控制曝光時(shí)間，然后通過起偏器(3)后形成TM偏振光，再經(jīng)分束鏡(4)分成強(qiáng)度相同的兩束光，該兩束光分別被平面反射鏡A (5)、平面反射鏡B (6)反射后，以相同的激發(fā)表面等離子體的入射角輻照到金屬薄膜(10)上，從而激發(fā)金屬薄膜(10)、偶氮苯聚合物薄膜(11)、空氣多層結(jié)構(gòu)中的兩束表面等離子體波，該兩束表面等離子體波的相互干涉導(dǎo)致偶氮苯聚合物的質(zhì)量遷移，從而在金屬薄膜(10)上的偶氮苯聚合物薄膜(11)層刻寫出大面積亞波長(zhǎng)光柵，光柵的面積與激發(fā)光源的光斑面積相當(dāng)，光柵的周期可以通過偶氮苯聚合物薄膜(11)的厚度來調(diào)節(jié)，所刻寫的光柵可通過加熱或圓偏振光輻照來擦除，進(jìn)而進(jìn)行重新刻寫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，其特征在于，所述的激光光源(I)可采用可見光波段或紫外波段的激光，具體為:532nm激光，442nm激光或355nm激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，其特征在于，所述的偶氮苯聚合物薄膜(11)厚度為IOnm 60nm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于表面等離子體干涉的可重構(gòu)亞波長(zhǎng)光柵光刻機(jī)，該光刻機(jī)包括激光光源，光電快門，起偏器，分束鏡，平面反射鏡A，平面反射鏡B，棱鏡，匹配油，玻璃基底，金屬薄膜，偶氮苯聚合物薄膜。激光光源發(fā)出的光束經(jīng)起偏器后呈TM偏振，并經(jīng)分束鏡分成強(qiáng)度相等的兩束，經(jīng)平面反射鏡后，以表面等離子體的激發(fā)角輻照到金屬薄膜上，并激發(fā)多層結(jié)構(gòu)中的表面等離子體波，兩束波的干涉導(dǎo)致偶氮苯聚合物的質(zhì)量遷移，從而刻寫出亞波長(zhǎng)光柵，且其周期可通過偶氮苯聚合物薄膜的厚度調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型基于表面等離子體干涉場(chǎng)，偶氮苯聚合物薄膜，實(shí)現(xiàn)了大面積亞波長(zhǎng)光柵的刻寫，光刻工藝簡(jiǎn)單，無需顯影、定影，且刻寫的光柵可擦除和重構(gòu)。
文檔編號(hào)G03F7/00GK202948246SQ20122057135
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者王向賢, 張斗國(guó), 陳漪愷, 胡繼剛, 朱良富, 王沛, 明海 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)