[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

说明书

本发明公开了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，光电快门，扩束器，1/2波片，分束器，平面反射镜，棱镜，Al膜，光刻样品和光刻样品旋转控制系统。He‑Cd激光器发出的激光束经光电快门，扩束器、1/2波片和分束器后，由平面反射镜反射，经棱镜耦合，以表面等离子体的激发角辐照到Al膜上，激发Al膜和光刻胶界面的两束沿相反方向传播的表面等离子体波，两束表面等离子体波的干涉场曝光光刻胶。通过对光刻样品多次旋转曝光，可刻写制备出二维点阵、六边形、同心等间隔圆环等各种亚波长光学结构。本发明具有制备方法简单、所用光学元器件成本低廉的优势，在亚波长光学结构制造领域具有广泛应用。

技术领域

本发明属于表面等离子体干涉刻写亚波长结构技术领域，涉及表面等离子体干涉刻写亚波长结构制备方法，特别涉及表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法。

背景技术

亚波长光学结构在偏振器件、衍射光栅、生物传感和微纳光学等领域具有重要和广泛应用。目前的表面等离子体亚波长光刻技术主要包括：基于棱镜耦合激发表面等离子体的无掩模干涉光刻；基于特殊金属光栅掩模结构激发表面等离子体的光刻技术。这些光刻技术存在一些不足，主要表现在：

1)基于棱镜耦合激发表面等离子体的无掩模干涉光刻，一般情况下，只能刻写简单的一维亚波长光栅结构。利用多束表面等离子体干涉光刻技术制备复杂的二维周期性结构时，需要制备多面棱镜以激发多束表面等离子体曝光样品，这无疑增加了光路的复杂性。

2)基于特殊金属光栅掩模结构激发表面等离子体的光刻技术，也只能刻写简单的一维亚波长光栅结构。另外，由于要制备金属掩膜层，无疑增加了光刻的成本。

发明内容

本发明的目的是提供表面等离子体多次干涉曝光的亚波长结构制备方法，对上述表面等离子体干涉刻写微纳结构的光刻方法进行技术改进，从而实现多种亚波长结构的刻写制备，同时降低光刻的成本和操作方法的难度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：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、光电快门、短焦距透镜、长焦距透镜、1/2波片、分束器、平面反射镜A、平面反射镜B、棱镜、Al膜、光刻胶、玻璃衬底和光刻样品旋转控制系统，其中，

所述的He-Cd激光器为光源，发射波长325nm的垂直方向偏振的激光束，打开光电快门时，激光束通过光电快门后，先后经过短焦距透镜、长焦距透镜组成的扩束器后被扩束，经1/2波片后变成水平方向偏振的TM偏振光，再被分束器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、平面反射镜B反射后，由棱镜耦合辐照到Al膜上，当入射角为表面等离子体的激发角θ_sp时，将激发Al膜和光刻胶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，通过控制光刻样品旋转控制系统实现对光刻样品不同方式的旋转，进而对光刻胶进行不同方式的曝光，曝光后，通过显影、定影后续工艺处理，即可得到相应的亚波长结构。

其中，所述的He-Cd激光器可以产生325nm的垂直方向偏振的激光束，作为激发表面等离子体的激发光源。

其中，对激光束的扩束由两个焦距不同的短焦距透镜、长焦距透镜的组合来实现，以使He-Cd激光器发出的激光束在通过它们后被扩束，实现大面积刻写。

其中，所述的1/2波片用于改变激光的偏振方向，将从He-Cd激光器发射的垂直方向偏振的激光改变为水平方向偏振的TM偏振光。

其中，所述的分束器用于将经从1/2波片的TM激光束分为光强相等的两束激光，射出时沿两个方向分别射向平面反射镜A、平面反射镜B。

其中，棱镜用来耦合激发Al膜和光刻胶界面的表面等离子体。

其中，Al膜通过电子束蒸发蒸镀到棱镜的底面上。