發(fā)布時間：2020-05-22 18:12

【摘要】：直寫技術是微納結構制造的主要技術之一,它在材料加工中顯得越來越重要。激光直寫是直寫技術的一個分支,它具有成本低廉、結構簡單、加工速度快、加工圖形自由度大等優(yōu)點。然而,由于衍射極限的存在,激光直寫面臨著直寫線寬無法從波長量級進一步減小的困難。由于渦旋光束的聚焦光場存在超越衍射極限的暗場分布,將渦旋光束引入激光直寫系統(tǒng),將有希望幫助激光直寫技術打破衍射極限的束縛。渦旋光束直寫光刻不外乎兩種情況。其一,渦旋光單光束直寫,這是渦旋光束的直接應用,渦旋光束即是光刻光束�，F(xiàn)有理論表明渦旋光束的聚焦光場呈中空分布,中空尺寸可以超越衍射極限,這為超分辨直寫提供了前提條件。而本文通過推導渦旋光束直寫的曝光量分布,進一步證明了它加工超分辨結構的能力。實驗使用正性光刻膠獲得了 146.9nm的超分辨線條,符合渦旋光單光束直寫光刻的理論推演。雖然基于常規(guī)渦旋光束的上述實驗獲得了超分辨線條,但分析表明其加工寬容度較低,僅有不到20%。本文提出使用多級分數(shù)階渦旋光束替換常規(guī)渦旋光束,經比較優(yōu)化得到了加工寬容度接近100%的2級1.5階渦旋光束,并給出了實驗驗證。這項研究得到的亞波長線條不是獨立存在的,但它們在納米波導、蝕刻掩膜、微納流控等領域中依然具有潛在的應用價值。其二,渦旋光雙光束直寫,這是渦旋光束的間接應用,渦旋光束用作輔助光束。這種直寫方式可以克服亞波長線條的非獨立性。研究表明,渦旋光束中空的聚焦光場可以把衍射受限的光刻光束約束到亞波長尺度。通過吸收度調制實現(xiàn)上述約束過程,需要在光刻基片上增加光致變色膜層。本文基于光致變色材料的變色性能、熱穩(wěn)定性、水溶性等對其進行刪選,最終構建了 一種由DTE的PVA薄膜與正性光刻膠組成的最簡復合膜層�，F(xiàn)有吸收度調制直寫光刻通常局限于靜態(tài)作業(yè)。本文通過理論建模與仿真提出渦旋光束的明暗場對比度是影響靜態(tài)吸收度調制效果的主要因素,并進一步將吸收度調制直寫曝光理論推廣到動態(tài)作業(yè)的情況,提出平滑效應是影響動態(tài)吸收度調制效果的主要因素。在這些結論的指導下,本文分析及預測了不同級數(shù)與階數(shù)的渦旋光束對光刻光束的約束能力,最終在有限效果的變色膜層下,仍由實驗獲得線寬約為400nm的超衍射極限的獨立直寫線條。
【圖文】：

了關于聚焦渦旋光束直寫的專題論文。他們使用低數(shù)值孔徑光刻物鏡聚焦波長為４０５邋ｎｍ逡逑的渦旋光束，并使用它成功制造了特征尺寸在百納米量級的特殊結構。其中，靜止的聚焦逡逑渦旋光束最小可以獲得直徑在１００邋￣邋２００邋ｎｍ的納米柱，如圖１．２（ａ）所示；而這種渦旋光束逡逑在線偏振片的作用下可以分解為雙瓣型的分裂光束，進而可以在靜止曝光時獲得最小線寬逡逑約９０邋ｎｍ的納米間隔，如圖１．２（ｂ）所示，也可以在動態(tài)曝光時獲得最小線寬約８５邋ｎｍ的納逡逑米堤（包含在一個三明治結構中），如圖１．２（ｃ）所示。逡逑（ａ）邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑＿逡逑２邋ｕｒｎ邐２邋ｔｕｎ邐６邋ｕｒｎ逡逑＊邐＊邐ｔ逡逑圖１．２聚焦渦旋光束及其分解的直寫結果［２Ｉ］：邋（ａ）聚焦渦旋光束曝光產生的納米柱（ｂ）雙瓣逡逑型分裂光束曝光產生的納米間隔（ｃ）雙瓣型分裂光束動態(tài)掃描獲得的納米線條逡逑雖然直接利用渦旋光束與雙瓣型分裂光束無法獲得獨立的亞百納米結構，，但是由聚焦逡逑渦旋光束產生的納米柱在納米固體浸沒透鏡［２２１與量子點１２３］的制造中具有潛在應用，由雙瓣逡逑型分裂光束產生的三明治結構納米線條則可直接用作納米波導［２４］或蝕刻掩膜。此外，如果逡逑將光刻膠由正性膠改為負性膠，那么所得的納米孔和納米溝可應用于微納流控技術中。逡逑１．２．２渦旋光雙光束直寫光刻技術逡逑渦旋光束在雙光束直寫光刻技術中的應用較為廣泛。在這類應用中

１00邋１５0邐２００邐２５０邐３００逡逑ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ邋ｐｏｗｅｒ邋／邋ｍＷ逡逑圖１．４聚合物線寬與損耗光功率的關系［３Ｃ）］：寫入光中心波長８１０ｎｍ，功率保持１３．５ｍＷ；損逡逑耗光是５３２ｎｍ的連續(xù)激光，功率逐漸增大；ａ）￣ｆ）是散點圖中對應數(shù)據(jù)點的原始實驗結果的逡逑電鏡圖像逡逑｜２。。＾＾：１．１．拋邋＾？逡逑？邐０．４邋０．６邋０．８邋（＾＞￡邋５＿邋－１－＾邐＾邋－逡逑１４邋．邐０ｌＺｚ＾＾＾逡逑０邐０．５邐１．０邐１．５邐２．０邐０邐０．５邐１．０邐１．５邐２．０逡逑ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋（只Ｗ之）邐＾ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ邋（Ｍ＾邋ｃｍ逡逑圖１．５雙線d椣蚍直媛剩ǎ幔┯胩卣饗嚦恚ǎ猓┧嫠鷙墓夤β時浠墓叵低跡郟常玻保哄澹ǎ幔┲校塹憒锏階罡咤義系南叻直媯擔插澹睿恚誨澹ǎ猓┲校諾憒锏階钚〉牡ハ呦嚦恚瑰澹睿礤義希叮義

本文編號：2676393