[发明专利]表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法

权利要求书

1.表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法，该方法用到的光学元器件包括He-Cd激光器(1)、光电快门(2)、短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)、1/2波片(5)、分束器(6)、平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)、棱镜(9)、Al膜(10)、光刻胶(11)、玻璃衬底(12)和光刻样品旋转控制系统(13)，其特征在于，光刻胶(11)旋涂在玻璃衬底(12)上，构成光刻样品，通过光刻样品旋转控制系统(13)实现对光刻样品不同方式的旋转，通过表面等离子体波多次干涉曝光光刻胶，实现二维亚波长结构的刻写制备；表面等离子体波的干涉场辐照光刻胶(11)时，光刻胶(11)中干涉条纹的磁场强度分布为：

其中，H₀为入射激发光的磁场强度，为最大场增强，k_x是x轴方向的波矢，κ_z＝ikz，kz是光刻胶中平行于z轴方向的波矢，运用坐标变换矩阵：

描述对光刻样品实施的多次旋转旋转曝光，在光刻样品多次旋转曝光的条件下，可以得到光刻样品旋转过一定角度α_n后曝光光刻胶(11)时的干涉条纹的磁场强度分布，I_n代表第n次曝光的磁场强度分布，α_n是光刻样品旋转控制系统(13)使光刻样品旋转的角度，即每次曝光时，光刻样品相对最初位置的角度；基于该方法，可得每次曝光后的干涉条纹的磁场强度分布为：

对光刻样品进行N-1次旋转和N次曝光后，总的干涉条纹的磁场强度分布：

在对光刻样品连续旋转曝光的条件下，光刻样品旋转的角速度为ω₀，α＝ω₀t，某一时刻t的光强分布可以写为：

对光刻样品旋转曝光一段时间T后，光刻胶(11)上总的干涉条纹的磁场强度分布可写为：

实现亚波长结构制备的方法为，打开光电快门(2)，He-Cd激光器(1)发射的垂直方向偏振的325nm激光束通过光电快门(2)后，先后经过短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)组成的扩束器被扩束后，经1/2波片(5)变成水平方向偏振的TM偏振光，再被分束器(6)分为两束强度相同的相干光，且从两个方向射出，被平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)反射后，由棱镜(9)耦合并以表面等离子体的激发角θ_sp辐照到Al膜(10)上，激发Al膜(10)和光刻胶(11)界面的表面等离子体波，表面等离子体波的干涉场曝光光刻胶(11)，通过控制光刻样品旋转控制系统(13)实现对光刻样品不同方式的旋转，以对光刻胶(11)进行不同方式的曝光，曝光后，通过显影、定影后续工艺处理，即可得到相应的二维亚波长结构。

2.根据权利要求1所述的表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法，其特征在于，光刻胶(11)旋涂在玻璃衬底(12)上，构成光刻样品；通过光刻样品旋转控制系统(13)，对光刻样品实施不同的旋转曝光方式；曝光方式包括：使光刻样品绕其中心轴旋转某一特定角度，对光刻胶(11)进行N-1次旋转和N次曝光；使光刻样品绕其中心轴连续旋转任意角度，光刻样品连续旋转的同时对光刻胶(11)进行连续曝光。

3.根据权利要求1所述的表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法，实现二维亚波长周期性点阵结构的方法为，对光刻样品进行1次90°旋转和2次曝光；实现二维亚波长六边形点阵结构的方法为，对光刻样品进行2次60°旋转和3次曝光。

4.根据权利要求1所述的表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法，实现同心等间隔圆环结构的方法为对光刻样品连续旋转和连续曝光，即保持He-Cd激光器(1)和光电快门(2)为开启状态，通过光刻样品旋转控制系统(13)使光刻样品以一定角速度ω₀匀速旋转，旋转过180°后关闭光电快门(2)，停止曝光。