涡旋光束直写光刻研究
发布时间：2020-05-22 18:12
【摘要】：直写技术是微纳结构制造的主要技术之一,它在材料加工中显得越来越重要。激光直写是直写技术的一个分支,它具有成本低廉、结构简单、加工速度快、加工图形自由度大等优点。然而,由于衍射极限的存在,激光直写面临着直写线宽无法从波长量级进一步减小的困难。由于涡旋光束的聚焦光场存在超越衍射极限的暗场分布,将涡旋光束引入激光直写系统,将有希望帮助激光直写技术打破衍射极限的束缚。涡旋光束直写光刻不外乎两种情况。其一,涡旋光单光束直写,这是涡旋光束的直接应用,涡旋光束即是光刻光束。现有理论表明涡旋光束的聚焦光场呈中空分布,中空尺寸可以超越衍射极限,这为超分辨直写提供了前提条件。而本文通过推导涡旋光束直写的曝光量分布,进一步证明了它加工超分辨结构的能力。实验使用正性光刻胶获得了 146.9nm的超分辨线条,符合涡旋光单光束直写光刻的理论推演。虽然基于常规涡旋光束的上述实验获得了超分辨线条,但分析表明其加工宽容度较低,仅有不到20%。本文提出使用多级分数阶涡旋光束替换常规涡旋光束,经比较优化得到了加工宽容度接近100%的2级1.5阶涡旋光束,并给出了实验验证。这项研究得到的亚波长线条不是独立存在的,但它们在纳米波导、蚀刻掩膜、微纳流控等领域中依然具有潜在的应用价值。其二,涡旋光双光束直写,这是涡旋光束的间接应用,涡旋光束用作辅助光束。这种直写方式可以克服亚波长线条的非独立性。研究表明,涡旋光束中空的聚焦光场可以把衍射受限的光刻光束约束到亚波长尺度。通过吸收度调制实现上述约束过程,需要在光刻基片上增加光致变色膜层。本文基于光致变色材料的变色性能、热稳定性、水溶性等对其进行删选,最终构建了 一种由DTE的PVA薄膜与正性光刻胶组成的最简复合膜层。现有吸收度调制直写光刻通常局限于静态作业。本文通过理论建模与仿真提出涡旋光束的明暗场对比度是影响静态吸收度调制效果的主要因素,并进一步将吸收度调制直写曝光理论推广到动态作业的情况,提出平滑效应是影响动态吸收度调制效果的主要因素。在这些结论的指导下,本文分析及预测了不同级数与阶数的涡旋光束对光刻光束的约束能力,最终在有限效果的变色膜层下,仍由实验获得线宽约为400nm的超衍射极限的独立直写线条。
【图文】：
了关于聚焦涡旋光束直写的专题论文。他们使用低数值孔径光刻物镜聚焦波长为４０５邋ｎｍ逡逑的涡旋光束，并使用它成功制造了特征尺寸在百纳米量级的特殊结构。其中，静止的聚焦逡逑涡旋光束最小可以获得直径在１００邋￣邋２００邋ｎｍ的纳米柱，如图１．２（ａ）所示；而这种涡旋光束逡逑在线偏振片的作用下可以分解为双瓣型的分裂光束，进而可以在静止曝光时获得最小线宽逡逑约９０邋ｎｍ的纳米间隔，如图１．２（ｂ）所示，也可以在动态曝光时获得最小线宽约８５邋ｎｍ的纳逡逑米堤（包含在一个三明治结构中），如图１．２（ｃ）所示。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（ｃ）逡逑＿逡逑２邋ｕｒｎ逦２邋ｔｕｎ逦６邋ｕｒｎ逡逑＊逦＊逦ｔ逡逑图１．２聚焦涡旋光束及其分解的直写结果［２Ｉ］：邋（ａ）聚焦涡旋光束曝光产生的纳米柱（ｂ）双瓣逡逑型分裂光束曝光产生的纳米间隔（ｃ）双瓣型分裂光束动态扫描获得的纳米线条逡逑虽然直接利用涡旋光束与双瓣型分裂光束无法获得独立的亚百纳米结构，，但是由聚焦逡逑涡旋光束产生的纳米柱在纳米固体浸没透镜［２２１与量子点１２３］的制造中具有潜在应用，由双瓣逡逑型分裂光束产生的三明治结构纳米线条则可直接用作纳米波导［２４］或蚀刻掩膜。此外，如果逡逑将光刻胶由正性胶改为负性胶，那么所得的纳米孔和纳米沟可应用于微纳流控技术中。逡逑１．２．２涡旋光双光束直写光刻技术逡逑涡旋光束在双光束直写光刻技术中的应用较为广泛。在这类应用中
１00邋１５0逦２００逦２５０逦３００逡逑ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ邋ｐｏｗｅｒ邋／邋ｍＷ逡逑图１．４聚合物线宽与损耗光功率的关系［３Ｃ）］：写入光中心波长８１０ｎｍ，功率保持１３．５ｍＷ；损逡逑耗光是５３２ｎｍ的连续激光，功率逐渐增大；ａ）￣ｆ）是散点图中对应数据点的原始实验结果的逡逑电镜图像逡逑｜２。。＾＾：１．１．抛邋＾？逡逑？逦０．４邋０．６邋０．８邋（＾＞￡邋５＿邋－１－＾逦＾邋－逡逑１４邋．逦０ｌＺｚ＾＾＾逡逑０逦０．５逦１．０逦１．５逦２．０逦０逦０．５逦１．０逦１．５逦２．０逡逑ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋（只Ｗ之）逦＾ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋（Ｍ＾邋ｃｍ逡逑图１．５双线d椣蚍直媛剩ǎ幔┯胩卣飨呖恚ǎ猓┧嫠鸷墓夤β时浠墓叵低迹郏常玻保哄澹ǎ幔┲校堑愦锏阶罡咤义系南叻直妫担插澹睿恚诲澹ǎ猓┲校诺愦锏阶钚〉牡ハ呦呖恚瑰澹睿礤义希叮义
本文编号：2676393
【图文】：
了关于聚焦涡旋光束直写的专题论文。他们使用低数值孔径光刻物镜聚焦波长为４０５邋ｎｍ逡逑的涡旋光束，并使用它成功制造了特征尺寸在百纳米量级的特殊结构。其中，静止的聚焦逡逑涡旋光束最小可以获得直径在１００邋￣邋２００邋ｎｍ的纳米柱，如图１．２（ａ）所示；而这种涡旋光束逡逑在线偏振片的作用下可以分解为双瓣型的分裂光束，进而可以在静止曝光时获得最小线宽逡逑约９０邋ｎｍ的纳米间隔，如图１．２（ｂ）所示，也可以在动态曝光时获得最小线宽约８５邋ｎｍ的纳逡逑米堤（包含在一个三明治结构中），如图１．２（ｃ）所示。逡逑（ａ）逦（ｂ）逦（ｃ）逡逑＿逡逑２邋ｕｒｎ逦２邋ｔｕｎ逦６邋ｕｒｎ逡逑＊逦＊逦ｔ逡逑图１．２聚焦涡旋光束及其分解的直写结果［２Ｉ］：邋（ａ）聚焦涡旋光束曝光产生的纳米柱（ｂ）双瓣逡逑型分裂光束曝光产生的纳米间隔（ｃ）双瓣型分裂光束动态扫描获得的纳米线条逡逑虽然直接利用涡旋光束与双瓣型分裂光束无法获得独立的亚百纳米结构，，但是由聚焦逡逑涡旋光束产生的纳米柱在纳米固体浸没透镜［２２１与量子点１２３］的制造中具有潜在应用，由双瓣逡逑型分裂光束产生的三明治结构纳米线条则可直接用作纳米波导［２４］或蚀刻掩膜。此外，如果逡逑将光刻胶由正性胶改为负性胶，那么所得的纳米孔和纳米沟可应用于微纳流控技术中。逡逑１．２．２涡旋光双光束直写光刻技术逡逑涡旋光束在双光束直写光刻技术中的应用较为广泛。在这类应用中
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