光柵-金屬電介質(zhì)復合結構的超分辨SPs光刻特性研究.pdf

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

2、傳遞的有效載體，實現(xiàn)高頻電磁波能量在結構內(nèi)的耦合傳遞，并可在結構的出射端獲得空間高度局域的超衍射極限光場分布，進而可以用于超小尺度的近場光刻。
　　本文基于表面等離子體的干涉效應，采用理論分析與數(shù)值仿真相結合的方式詳細研究了光柵Ag/SiO2多層薄膜復合結構的表面等離子體光刻特性。針對405nm波長的普通紫外光源，利用等效介質(zhì)理論、傳輸矩陣理論系統(tǒng)地研究了Ag/SiO2多層結構的色散及空間濾波特性，并對結構參數(shù)進行了優(yōu)化設計。利用

3、優(yōu)化參數(shù)，在405nm波長的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。
　　在此基礎上，針對一直困擾表面等離子體光刻的條紋陡直度和對比度較差的技術問題，我們利用表面等離子體微腔共振的原理，提出并設計了一種Ag/SiO2多層復合結構的SPs諧振腔光刻結構。利用微腔間SPs的強烈垂直耦合效應，使得腔內(nèi)光刻區(qū)域中局域場得到顯著地縱向延伸與增強，獲得了對比度接近于1的光刻條紋且其刻蝕深度得以顯著提升。