[发明专利]一种超长工作距表面等离子体超衍射光刻装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超衍射光刻技术领域，尤其涉及一种超长工作距表面等离子体超衍射光刻装置及方法，其为一种表面等离子体转换低能电子的纳米光刻方法。

背景技术

金属表面自由电子与电磁波相互作用，导致自由电子在金属表面发生集群式振荡，形成了特殊形式的电磁波，即表面等离子体。表面等离子体具有超越衍射极限传输的特性。基于该特性，近年来发展出表面等离子体纳米干涉光刻，分辨力突破衍射极限(约1/2波长)，在长波长的曝光光源下，如汞灯i线(365nm)、g线(436nm)等，获得远小于波长的、纳米光刻图形。

该方法的技术难题在于，实现表面等离子体干涉光场作用距离短，表面等离子体激发器件表面，感光材料表面的工作距在近场范围，控制难度极大。若采用器件底面与光刻胶完全接触模式，虽然保证了有效的作用范围，但是必将带来损伤、效率低、对准困难等一系列问题。为此，基于表面等离子体的纳米光刻技术发展，迫切需要一种能够有效延伸器件到光刻胶表面工作距离的技术方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有表面等离子体干涉技术的工作距短的问题，提供一种新颖的纳米光刻方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种超长工作距表面等离子体超衍射光刻装置，该装置包括：石英棱镜、金属薄膜、光电转换材料膜层、产生聚焦磁场的线圈、加载加速电场的金属电极、光刻基片和光刻胶膜层，其中，紧靠石英棱镜的底面依次为10-40nm厚度的金属薄膜和10-50nm厚度的光电转换材料膜层，石英棱镜放置在涂敷有电子光刻胶的光学基片表面上方，石英棱镜与光学基片之间为真空环境，并分布有均匀的恒电场和恒磁场，所述的恒电场由金属薄膜上带的负电荷和加载加速电场的金属电极上带的正电荷共同产生，同时金属薄膜可以实现表面等离子体波干涉，所述的恒磁场由产生聚焦磁场的线圈产生。

进一步的，所述金属薄膜在照明光照射时可以实现表面等离子体波干涉。

进一步的，所述光的波长选择包括汞灯i线、g线、248nm、193nm、157nm紫外光源波长，以及可见光频段的激光光源波长。

进一步的，所述光电转换材料为金属光电材料、或金属化合物光电材料、或复合金属化合物光电材料，要求光电转换材料的电子溢出功小于照明光子能量，同时二者之间的差值在1eV以内。

进一步的，所述静电场和静磁场方向均垂直于电子光刻胶表面，所述光学基片和棱镜之间的空间，电场和磁场分布不均匀性小于5％。

本发明还提供一种超长工作距表面等离子体超衍射光刻装置的制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、在棱镜底面沉积一层金属薄膜，然后在金属薄膜下方沉积一层光电转换材料膜层；

步骤(2)、将涂敷有电子光刻胶的基片放置在金属板表面，基片表面与棱镜底面平行；

步骤(3)、以基片下方的金属板为正电极、棱镜底面的金属薄膜作为负电极，加载直流电压，在棱镜底面和光刻胶上表面之间的空间形成加速电场，电场方向垂直于光刻胶表面；

步骤(4)、在基片和棱镜周围引入电感线圈，在棱镜底面和光刻胶上表面之间的空间产生磁场，磁场方向垂直于光刻胶表面；

步骤(5)、光从棱镜两侧入射照明，在棱镜底面金属薄膜上及金属薄膜表面附近区域形成表面等离子体纳米干涉条纹光场分布；光电转换材料膜层中的干涉光场，转化为溢出电子；

步骤(6)、溢出电子在外加加速电场作用下，获得垂直于光刻胶表面的加速度，在聚焦磁场作用下，电子以螺旋成像运动方式聚焦到电子光刻胶表面，光刻胶感光和显影后，获得周期纳米线条图形。

本发明与现有的方法相比的优点在于：

本发明相对光波长而言，电子波长很短，达到1nm以下，因此电子的作用距离长，结合加速电场和聚焦磁场，从表面等离子体光刻器件底面距离光刻胶表面，其工作距离可以延伸到1微米以上。

附图说明

图1为本发明实施例1中的一种超长工作距表面等离子体超衍射光刻装置光刻结构示意图；

图中：1为照明光；2为表面等离子体光刻器件基底的石英棱镜；3为金属薄膜；4为光电转换材料膜层；5为产生聚焦磁场的线圈；6为加载加速电场的金属电极；7为光刻基片；8为光刻胶膜层；9为电场方向；10为磁场方向。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。