基于样品旋转的亚波长光刻理论研究

论文摘要

亚波长结构在微纳光学领域具有重要和广泛的应用,其制备通常采用化学合成或亚波长光刻的方法。表面等离子体干涉光刻在成本和分辨率方面均有一定的优势,因而受到研究人员的青睐,但是现有的研究主要集中在刻写简单的一维亚波长光栅上,要实现复杂的二维亚波长结构的刻写,通常采用多束激发光激发表面等离子体干涉来实现,这显然存在光路复杂、技术难度大、成本高昂等不足。本文从理论上研究了基于样品旋转的表面等离子体干涉亚波长光刻技术,通过多次或连续旋转曝光光刻样品,可刻写出二维正方排列点阵结构、六角排列点阵结构和圆光栅。在此基础上进一步研究了基于样品旋转的导模干涉亚波长光刻技术,可刻写各种二维和三维的亚波长结构。不同于表面等离子体干涉光刻,导模干涉光刻可以通过改变光刻胶的厚度或曝光所用波导模式来实现不同尺寸的亚波长结构的刻写。具体研究内容如下:（1）利用表面等离子体干涉光刻理论并结合坐标矩阵变换,理论研究了基于样品旋转的表面等离子体干涉亚波长光刻技术,采用两束波长325 nm的激光作为表面等离子体的激发光。通过对光刻样品进行90°旋转和2次曝光,可得到周期为98 nm的二维正方排列点阵结构;通过60°旋转和3次曝光,可得到六角排列点阵结构,该点阵中三个相邻的点形成的三角形的高为98 nm,与刻写的二维正方排列点阵结构的周期相同;通过连续旋转曝光,可刻写得到周期为98 nm的圆光栅。（2）利用导模干涉光刻理论并结合坐标矩阵变换,理论研究了基于样品旋转的低阶导模干涉亚波长光刻技术。导模的激发光选用波长325 nm的激光,在相应的激发角入射下,激发TE0或TM0导模。通过90°旋转和TM0模2次曝光样品,可得到周期103nm的二维正方排列点阵;通过60°旋转和3次曝光,可得到六角排列点阵,该点阵中三个相邻的点形成的三角形的高为103 nm,与二维正方排列点阵的周期相同;通过连续旋转曝光光刻样品,可得到周期为103 nm的圆光栅。通过改变光刻胶厚度,曝光所用的导模和对样品实施的旋转操作,可以调控所刻写的亚波长结构的形状与尺寸、排列方式与周期。（3）理论研究了基于样品旋转的高阶导模干涉亚波长光刻技术,利用波长为442nm的激光作为高阶导模的激发光,以TE5导模干涉为例,通过90°旋转和2次曝光光刻样品,可得到简单正方排列的准立方体结构,其长和宽为100 nm,高为85 nm;通过60°旋转和3次曝光,可得到六角排列的准八面体结构。通过调整样品旋转的方式、光刻胶的厚度和曝光所用的导模,可以改变这些三维亚波长结构的形状与尺寸、排列方式与周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 光刻
•   1.2 表面等离子体干涉光刻
•     1.2.1 表面等离子体
•     1.2.2 表面等离子体干涉光刻研究进展
•   1.3 导模干涉光刻
•     1.3.1 导模
•     1.3.2 导模干涉光刻研究进展
•   1.4 基于样品旋转的光刻
•   1.5 本论文主要研究工作
• 第2章 基于样品旋转的表面等离子体干涉亚波长光刻理论研究
•   2.1 理论分析
•   2.2 研究结果与讨论
•     2.2.1 二维正方排列点阵和六角排列点阵结构刻写研究
•     2.2.2 圆光栅刻写研究
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于样品旋转的低阶导模干涉亚波长光刻理论研究
•   3.1 理论分析
•   3.2 研究结果与讨论
•     3.2.1 二维正方排列点阵和六角排列点阵结构刻写研究
•     3.2.2 圆光栅刻写研究
•   3.3 本章小结
• 第4章 基于样品旋转的高阶导模干涉亚波长光刻理论研究
•   4.1 理论分析
•   4.2 研究结果与讨论
•     4.2.1 简单正方排列的准立方体结构刻写研究
•     4.2.2 六角排列的准八面体结构刻写研究
•   4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间作者研究成果目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 庞志远

导师: 王向贤

关键词: 表面等离子体,导模,亚波长光刻,亚波长结构,样品旋转

来源: 兰州理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 兰州理工大学

分类号: TN24;O53

总页数: 58

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