專利名稱：一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光刻的裝置。
背景技術(shù)：
隨著納米加工技術(shù)不斷的深入發(fā)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(jié)構(gòu)逐漸被廣泛關(guān)注并應(yīng)用于實(shí)際。例如，納米光柵可應(yīng)用于高精度測(cè)量傳感、高 密度存儲(chǔ)，納米光子晶體可用作人工材料，實(shí)現(xiàn)負(fù)折射、超分辨以及高靈敏度生物傳感等功 能。
由于傳統(tǒng)光刻技術(shù)受衍射極限的限制，為了制作更小尺寸的納米結(jié)構(gòu)，必須使用更短波 長(zhǎng)的光源。根據(jù)這一原理，目前主要發(fā)展的納米加工技術(shù)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(zhì)在極紫外波段將表現(xiàn)出與紫外波段截然不同的 性質(zhì)，這要求極紫外光刻的成像系統(tǒng)必須重新建立，使得制作成本大大增加。此外，以逐點(diǎn) 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(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用。
表面等離子體(Surface PlasmonPolaritons,SPPs)干涉光刻是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的近場(chǎng)光刻 的最重要技術(shù)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)周期性納 米結(jié)構(gòu)的光刻。激發(fā)表面等離子體最簡(jiǎn)單的方式之一是棱鏡耦合，當(dāng)兩束P偏振光以共振角對(duì) 稱入射至下表面鍍有金屬薄膜的棱鏡底面時(shí)，金屬膜下表面將會(huì)產(chǎn)生表面等離子體干涉。
勞埃鏡是在激光干涉光刻中經(jīng)常用到的一種光學(xué)元件，通過(guò)它可以方便的控制雙光束以 對(duì)稱的入射角入射形成干涉，若將勞埃鏡原理應(yīng)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(diào)節(jié)，更容易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有納米加工設(shè)備制作的限制之處，提出一種利用勞 埃鏡的高對(duì)稱特性和表面等離子體的短波長(zhǎng)特性，制作亞波長(zhǎng)周期性納米結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置， 以及采用該裝置實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光刻的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diào)節(jié)入射光角度的精密轉(zhuǎn)臺(tái)；用于耦合激發(fā)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。
所述的精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)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(duì)的直角側(cè)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(xué)氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的Si02保護(hù)膜。 所述的反射膜的材料可以是鋁、或銀、或多層介質(zhì)膜。
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，在金屬膜表面 利用化學(xué)氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的Si02保護(hù)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(fā)表面等離子體的共振角。 采用上述裝置實(shí)現(xiàn)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(gè)相對(duì)的直角側(cè)面的一個(gè)側(cè)面固定于精密轉(zhuǎn)臺(tái)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(guò)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(diào)精密轉(zhuǎn)臺(tái)，使入射光在棱鏡 底面的入射角等于激發(fā)表面等離子體的實(shí)際共振角;
(4) 確定光束入射角后，鎖緊精密轉(zhuǎn)臺(tái)，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(fā)表面等離子體干涉并使光刻膠曝光；
(6) 調(diào)節(jié)壓緊裝置，取下曝光后的基片；
(7) 對(duì)光刻膠后烘、顯影，光刻過(guò)程完成。
所述步驟(5)在曝光時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)基片進(jìn)行二次曝光，實(shí)現(xiàn)二維周期性納米結(jié)構(gòu)的光刻。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用棱鏡耦合表面等離子體干涉光刻，實(shí) 現(xiàn)了無(wú)掩模亞波長(zhǎng)納米光刻；采用直角梯形棱鏡的耦合結(jié)構(gòu)，將其側(cè)面制作成勞埃鏡，方便 了實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)，使表面等離子體干涉光刻更容易實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明還可以通過(guò)雙曝光方式實(shí)現(xiàn)二維 圖形的光刻；而且本發(fā)明具有成本低廉、工作效率高、加工圖形區(qū)域面積大、容易裝調(diào)等優(yōu) 點(diǎn)，本發(fā)明還有利于納米光子晶體和人工材料的研究和應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明制作周期性納米結(jié)構(gòu)所使用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi)為直角梯形棱鏡；2為濺射沉積的高反射鋁膜；3為濺射沉積的金屬銀膜；4為 化學(xué)氣相法制作的Si02保護(hù)膜；5為化學(xué)氣相法制作的增透膜；6為光刻膠；7為基片；8 支架；9壓緊裝置；IO精密轉(zhuǎn)臺(tái)。
具體實(shí)施例方式
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?jī)?nèi)容，而且通過(guò)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?jī)?nèi)容。
本實(shí)施例的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如 圖1所示；包括用于調(diào)節(jié)入射光角度的精密轉(zhuǎn)臺(tái)10;用于耦合激發(fā)表面等離子體干涉的直 角梯形棱鏡l;用于壓緊基片7和直角梯形棱鏡1的壓緊裝置9;用于固定壓緊裝置9的支架8。
該裝置中的直角梯形棱鏡由折射率為1.6 2.0的透明材料加工而成；本實(shí)施例以折射率 為1.89的超重火石作為材料加工一個(gè)的直角梯形棱鏡1為例。直角梯形棱鏡的底角為70°， 該角度大小等于激發(fā)表面等離子體的共振角；在該直角梯形棱鏡斜面相對(duì)的直角側(cè)面上濺射 沉積一層厚度為100nm的反射膜2，這里選取反射膜的材料為金屬鋁；在反射膜表面利用化 學(xué)氣相淀積一層厚度為10nm的SiO2保護(hù)膜4，有效避免反射膜被氧化或被損壞；在直角梯 形棱鏡的下底面沉積有一層厚度為50nm的金屬膜3，這里選取金屬膜的材料為金屬銀；在金 屬膜表面利用化學(xué)氣相淀積一層厚度為10nm的SiCb保護(hù)膜4，有效避免金屬膜被氧化或被 損壞；在直角梯形棱鏡的斜面沉積一層增透膜5，提高光能利用率并減小二次反射帶來(lái)的影 響；
采用上述裝置實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光刻的方法，其具體步驟如下
(1) 首先將直角梯形棱鏡1的兩個(gè)相對(duì)的直角側(cè)面的一個(gè)側(cè)面通過(guò)真空吸附固定于精密 轉(zhuǎn)臺(tái)10之上;
(2) 將涂有120nm厚度光刻膠6的基片7置于直角梯形棱鏡1的底面并通過(guò)支架8和 壓緊裝置9將直角梯形棱鏡1和基片7壓緊,這里的光刻膠折射率為1.46;
(3) 將P偏振激光束垂直于直角梯形棱鏡1斜面入射至其底面，微調(diào)精密轉(zhuǎn)臺(tái)10，使 入射光在直角梯形棱鏡底面的入射角等于激發(fā)表面等離子體的實(shí)際共振角；確定其共振角是 通過(guò)探測(cè)器觀察入射到直角梯形棱鏡1下底面的反射光強(qiáng)最小的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這里的激光 束選擇波長(zhǎng)為442nm的He-Cd激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)；(4) 確定光束入射角后，鎖緊精密轉(zhuǎn)臺(tái)，取下被曝光的基片并按步驟(2)重新裝上一 塊涂有光刻膠6的基片7;
(5) 利用光束直徑為4cm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 射至棱鏡底面，另一部分光束入射至棱鏡直角面，這兩部分入射光將在直角梯形棱鏡金屬膜 下表面激發(fā)表面等離子體干涉并使光刻膠6曝光；
(6) 調(diào)節(jié)壓緊裝置9，取下曝光后的附有光刻膠6的基片7;
(7) 對(duì)曝光后的基片7后烘、顯影，光刻過(guò)程完成。 采用上述裝置及方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模亞波長(zhǎng)納米光刻，而且在上述光刻過(guò)程中可以轉(zhuǎn)動(dòng)
基片7進(jìn)行二次曝光，實(shí)現(xiàn)二維周期性納米結(jié)構(gòu)的光刻。
權(quán)利要求
1、一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diào)節(jié)入射光角度的精密轉(zhuǎn)臺(tái)；用于耦合激發(fā)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。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其 特征在于所述的精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過(guò)真空吸附固定直角梯形棱鏡。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其 特征在于所述的直角梯形棱鏡與斜面相對(duì)的直角側(cè)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(xué)氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的SiO2保護(hù)膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直角梯形棱鏡，其特征在于所述的反射膜的材料可以是鋁、 或銀、或多層介質(zhì)膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其 特征在于所述的直角梯形棱鏡的下底面沉積有一層厚度為30nm—50mn的金屬膜，在金屬 膜表面利用化學(xué)氣相淀積一層厚度為10nm-20nm的SiCh保護(hù)膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直角梯形棱鏡，其特征在于所述的金屬膜的材料可以是銀或金。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其 特征在于所述的直角梯形棱鏡的斜面沉積一層增透膜。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，其 特征在于所述的直角梯形棱鏡的底角大小等于激發(fā)表面等離子體的共振角。
9、 采用權(quán)利要求I所述裝置實(shí)現(xiàn)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(U將直角梯形棱鏡的兩個(gè)相對(duì)的直角側(cè)面的一個(gè)側(cè)面固定于精密轉(zhuǎn)臺(tái)之上； (2〉將涂有100-150nm厚度光刻膠的基片置于直角梯形棱鏡底面，并通過(guò)支架和壓緊裝置將直角梯形棱鏡和基片壓緊；(3)將P偏振的激光束垂直于棱鏡斜面入射至棱鏡底面，微調(diào)精密轉(zhuǎn)臺(tái)，使入射光在棱 鏡底面的入射角等于激發(fā)表面等離子體的實(shí)際共振角；(4) 確定光束入射角后，鎖緊精密轉(zhuǎn)臺(tái)，取下被曝光的基片并按歩驟(2)重新裝上一 塊涂有光刻膠的基片；(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(fā)表面等離子體干涉并使光刻膠曝光；(6) 調(diào)節(jié)壓緊裝置，取下曝光后的基片；(7) 對(duì)光刻膠后烘、顯影，光刻過(guò)程完成。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用權(quán)利要求1所述的裝置實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光刻的方 法，其特征在于所述步驟(5)在曝光時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)基片進(jìn)行二次曝光，實(shí)現(xiàn)二維周期性納米 結(jié)構(gòu)的光刻。
全文摘要
利用勞埃鏡實(shí)現(xiàn)無(wú)掩模表面等離子體干涉光刻的裝置，包括調(diào)節(jié)入射光角度的精密轉(zhuǎn)臺(tái)，耦合激發(fā)表面等離子體干涉的直角梯形棱鏡，壓緊基片和直角梯形棱鏡的壓緊裝置，固定壓緊裝置的支架；將直角梯形棱鏡一個(gè)側(cè)面固定于精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，使P偏振的激光束垂直入射至其斜面，微調(diào)精密轉(zhuǎn)臺(tái)確定激發(fā)表面等離子體的實(shí)際共振角；將涂有光刻膠的基片置于棱鏡底面并調(diào)節(jié)壓緊裝置將棱鏡和基片壓緊；用寬光束以實(shí)際共振角入射至棱鏡，在金屬膜下表面實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉并對(duì)光刻膠曝光；取下曝光后的基片；對(duì)光刻膠后烘、顯影，實(shí)現(xiàn)表面等離子體干涉光刻；本發(fā)明具有成本低廉、工作效率高、加工圖形區(qū)域面積大、容易裝調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，還有利于納米光子晶體和人工材料的研究和應(yīng)用。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101441421SQ200810239210
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者堯 劉, 亮 方, 王長(zhǎng)濤, 羅先剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所