[实用新型]基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置

说明书

技术领域

本实用新型属于导模干涉刻写制备微纳结构技术领域，特别涉及基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置。

背景技术

微纳结构在物理，材料，医学等领域都具有重要应用。目前制备微纳结构的光刻技术主要包括聚焦离子束光刻、电子束曝光光刻、X射线光刻，极紫外光刻，表面等离子体干涉光刻技术等等。

但这些光刻技术都存在一定的不足，主要包括：

1、成本高，X射线光刻，极紫外光刻这两种光刻仅所需光源本身的成本就很高昂。电子束曝光光刻设备价格高昂且维护费用高。

2、操作复杂，对操作环境要求非常苛刻。聚焦离子束光刻，电子束曝光光刻都是需要真空环境下操作。表面等离子体干涉光刻在实验上只能使用薄光刻胶，而在实验上旋涂薄光刻胶是比较困难的。

3、刻写制备的产品多为单层结构，很难实现多层亚波长结构的制备。如，表面等离子体干涉光刻技术，一般只能刻写单层的亚波长光栅结构。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，以克服上述光刻技术中的不足，实现多层亚波长结构的刻写，同时降低光刻的成本和操作难度。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，包括He-Cd激光器、光电快门、短焦距透镜、长焦距透镜、半波片、分束器、平面反射镜A、平面反射镜B、棱镜、折射率匹配油、衬底、Al膜和正性光刻胶；

所述He-Cd激光器为光源；

所述光电快门用于控制是否曝光以及曝光时间；

所述短焦距透镜与长焦距透镜组成扩束器；

所述折射率匹配油将棱镜与衬底粘结；

所述非对称金属包覆介质波导由Al膜、正性光刻胶和空气组成；

所述Al膜通过电子束蒸镀到衬底上，所述正性光刻胶通过匀胶法旋涂到Al膜上；

激光从所述He-Cd激光器射出后，经过光电快门，之后经过扩束器被扩束，被扩束的光经过可以改变激光偏振方向的半波片后得到激发高阶导模所需的TM或TE偏振光，再经过分束器被分为两束相同强度的相干光，并沿不同方向出射，最后通过平面反射镜A、平面反射镜B反射在棱镜上，并通过棱镜耦合后，以激发高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导，从而激发两束方向相反的高阶导模，高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶，经显影、定影后续工艺处理后，即可得到相应的多层亚波长结构。

进一步而言，所述的He-Cd激光器作为激发高阶导模的激发光源，其发射的激光束波长为325nm。

进一步而言，扩束器由两个焦距不同的短焦距透镜、长焦距透镜组成，以使He-Cd激光器发出的激光束被扩束，进而高阶导模干涉场曝光正性光刻胶时可以增大曝光面积，实现大面积刻写。

进一步而言，半波片用来调节激光束的偏振，当使用TE导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片，使入射激光束成为TE偏振光；当使用TM导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片，使入射激光束成为TM偏振光。

进一步而言，非对称金属包覆介质波导由Al膜、正性光刻胶和空气三层结构组成；Al膜通过电子束蒸镀在衬底上，正性光刻胶通过匀胶法旋涂在Al膜上。

进一步而言，通过选择非对称金属包覆介质波导中的不同高阶导模，可以实现各种多层亚波长结构的刻写制备。

进一步而言，制备多层亚波长结构所需的高阶导模，可以通过正性光刻胶的厚度、激光的偏振进行有效选择。

进一步而言，刻写多层亚波长结构的光刻胶为正性光刻胶。

本实用新型技术方案的原理为：

由He-Cd激光器发出的325nm波长的激光，通过控制曝光时间的光电快门，经扩束器进行扩束后，通过半波片改变激光的偏振方向，得到所需的TM或TE偏振光，再由分束器分成两束强度相等的相干光，分别通过平面反射镜A、平面反射镜B反射后，经棱镜耦合并以相同的高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导。激发的两束沿相反方向传播的高阶导模相互干涉，产生多层亚波长周期的干涉光场，进而曝光正性光刻胶，经后续显影、定影等工艺处理，便可制备出多层亚波长结构。

本实用新型基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，具有如下优点：

1、成本低，该装置基于非对称金属包覆介质波导激发高阶导模干涉曝光刻写制备多层亚波长结构，是一种无掩模的光刻技术，且使用的光学元件少、成本低，故可总体降低光刻的成本。