基于表面等离子体共振腔的可调谐纳米光刻技术研究

论文摘要

光刻法是当前半导体元器件加工业应用最为广泛的一项技术。随着大规模集成电路以及微结构光子学元器件的迅速发展,对光刻法的精度以及分辨率要求越来越高,但是由于传统光学衍射极限的存在,传统光刻技术的分辨率存在着不可突破的极限。表面等离子体具有近场局域增强和纳米聚焦等特性,这为突破传统衍射极限的高分辨光刻法提供了一种新方法。本文提出了一种基于表面等离子体共振腔(共振腔由金属光栅、光刻胶层、金属薄膜层组成)的新颖可调谐纳米光刻技术。从电磁场理论和数值模拟两方面对该光刻技术的机理进行了详细分析。研究发现利用表面等离子体共振腔技术可在光刻胶层中形成分辨率极高的干涉条纹(入射波长436nm下,条纹线宽为16.5nm)。同时该干涉条纹具有可调谐性,通过调节等离子体共振腔的长度(即光刻胶的厚度)可以改变条纹周期而无需改变金属光栅掩模板。这一特性突破了传统的“开放式”表面等离子体光刻技术中干涉条纹分辨率低,无调谐性以及曝光深度浅等方面的局限,为进一步提高光刻分辨率和柔性化纳米制造提供了新途径和新思路。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 表面等离子体激元在光刻技术中应用
• 1.3 本论文的主要内容
• 第二章 表面等离子体激元的基本概念和基本特性
• 2.1 表面等离子体激元的基本概念和特性
• 2.2 表面等离子体激元激励方式
• 2.2.1 棱镜耦合激发
• 2.2.2 衍射光栅结构激发
• 2.2.3 近场激发
• 2.3 本章小结
• 第三章 多层结构表面等离子体激元色散关系
• 3.1 三层结构表面等离子体色散关系
• 3.2 四层结构表面等离子体色散关系
• 3.3 五层结构表面等离子体色散关系
• 3.4 本章小结
• 第四章 表面等离子体共振腔光刻技术
• 4.1 表面等离子体共振腔光刻技术
• 4.2 表面等离子体共振腔的特性分析
• 4.3 表面等离子体共振腔光刻技术结构参数对条纹周期的影响
• 4.3.1 光刻胶厚度对条纹周期的影响
• 4.3.2 金属光栅厚度对条纹周期的影响
• 4.3.3 入射光波长对条纹周期的影响
• 4.3.4 金属光栅周期对条纹周期的影响
• 4.4 表面等离子体共振腔的液浸光刻技术
• 4.5 表面等离子体共振腔光刻法的可行性分析
• 4.6 小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 致谢