光柵-金屬電介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的超分辨SPs光刻特性研究.pdf

1、超衍射極限的光刻技術(shù)已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)納米科技和微電子工業(yè)發(fā)展迫切的技術(shù)需求。表面等離子體(Surface plasmon polaritons，SPs)具有近場(chǎng)局域增強(qiáng)和波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于激發(fā)波長(zhǎng)等特性，為突破光學(xué)衍射極限的高分辨光刻技術(shù)提供了一種新的方法。金屬-電介質(zhì)多層復(fù)合結(jié)構(gòu)是納米尺度的金屬層和介質(zhì)層通過(guò)多層復(fù)合構(gòu)成的一種具有新穎光學(xué)特性的光學(xué)材料(Metamaterials)，可以作為高空間頻率、局域增強(qiáng)的表面等離子體波(SPW)耦合

2、傳遞的有效載體，實(shí)現(xiàn)高頻電磁波能量在結(jié)構(gòu)內(nèi)的耦合傳遞，并可在結(jié)構(gòu)的出射端獲得空間高度局域的超衍射極限光場(chǎng)分布，進(jìn)而可以用于超小尺度的近場(chǎng)光刻。
　　本文基于表面等離子體的干涉效應(yīng)，采用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方式詳細(xì)研究了光柵Ag/SiO2多層薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面等離子體光刻特性。針對(duì)405nm波長(zhǎng)的普通紫外光源，利用等效介質(zhì)理論、傳輸矩陣?yán)碚撓到y(tǒng)地研究了Ag/SiO2多層結(jié)構(gòu)的色散及空間濾波特性，并對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用

3、優(yōu)化參數(shù)，在405nm波長(zhǎng)的TM偏振光照明下，數(shù)值上獲得了橫向空間分辨率為19.7nm的超衍射極限光刻條紋。
　　在此基礎(chǔ)上，針對(duì)一直困擾表面等離子體光刻的條紋陡直度和對(duì)比度較差的技術(shù)問(wèn)題，我們利用表面等離子體微腔共振的原理，提出并設(shè)計(jì)了一種Ag/SiO2多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的SPs諧振腔光刻結(jié)構(gòu)。利用微腔間SPs的強(qiáng)烈垂直耦合效應(yīng)，使得腔內(nèi)光刻區(qū)域中局域場(chǎng)得到顯著地縱向延伸與增強(qiáng)，獲得了對(duì)比度接近于1的光刻條紋且其刻蝕深度得以顯著提升。