[发明专利]一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机及其光刻方法

权利要求书

1.一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于：该光刻机包括：激光光源(1)，近端反射镜(2)，偏振元件组，光刻胶(5)，金属薄膜(6)，玻璃基底(7)，匹配油(8)，棱镜(9)和远端反射镜(10)；其中：

所述的偏振元件组，用于改变激光的偏振方向，得到可以激发损耗小、传输距离长的导模的TE或TM偏振光；

所述的激光光源(1)，用于激发多层平面薄膜中的导波模式，简称导模；所述激光光源(1)所发射激光，经过近端反射镜(2)反射后，通过改变偏振方向的偏振元件组后，使之形成TE或TM偏振光，TE或TM偏振光以一个选定的固定角度入射到金属薄膜(6)与玻璃基底(7)的界面并激发这种多层平面结构中前向传播的导模；同时，从棱镜(9)反射出来的激光经右侧的远端反射镜(10)反射后，重新入射到金属薄膜(6)与玻璃基底(7)的分界面激发多层平面结构中的后向传播的导模；两列导模相互干涉从而在光刻胶(5)中形成周期性干涉场，曝光光刻胶(5)；然后通过显影、定影等后续工艺处理，便可在金属薄膜(6)上得到超分辨光栅(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，所述的偏振元件组是由偏振片(3)及1/2波片(4)组成的偏振元件组。

3.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，所述的激光光源(1)为长波紫外激光光源，或可见光波段激光光源。

4.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，所述的激光光源(1)为325nm波长的氦镉激光器。

5.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，所述的超分辨光栅(11)的周期可以通过导模的选择来控制，从而实现不同周期的亚波长超分辨光栅(11)的刻写。

6.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，通过TE或TM偏振光激发不同的导模，实现大面积亚波长超分辨光栅(11)刻写。

7.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，通过改变光刻胶(5)的厚度，得到不同波矢的导模，通过导模的选择来实现不同周期、不同高宽比的亚波长超分辨光栅(11)刻写。

8.根据权利要求1所述的一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机，其特征在于，通过改变所述的激光光源(1)的光源波长和/或玻璃基底(7)上所镀金属种类，得到不同导模，并通过选择合适的导模，以实现大面积亚波长超分辨光栅(11)的刻写。

9.一种基于导模干涉的超分辨直写光刻机的光刻方法，其特征在于，具体步骤如下：在玻璃基底(7)上蒸镀一层金属薄膜(6)，进而旋涂数百纳米厚的光刻胶(5)，烘干后通过与棱镜(9)折射率相近的匹配油(8)置于棱镜(9)上；激光光源(1)所发射激光，经过近端反射镜(2)反射后，通过改变偏振方向的偏振元件组后，使之形成TE或TM偏振光，再通过棱镜(9)，以一个选定的固定角度入射到玻璃基底(7)与金属薄膜(6)的界面并激发这种多层平面结构中前向传播的导模；同时，从棱镜(9)中反射出来的激光经右侧的远端反射镜(10)反射后，重新入射到玻璃基底(7)与金属薄膜(6)的分界面激发多层平面结构中的后向传播的导模；两列导模在光刻胶(5)中形成周期性干涉场，曝光光刻胶(5)；最后通过显影、定影等后续工艺处理，便可在金属薄膜(6)上得到超分辨光栅(11)。