[发明专利]一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法

说明书

本申请公开一种基于光强检测的纳米间距测量装置，包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，分别为BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B，所述BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。本申请基于5层SPR结构的谐振腔式光强检测装置能够实现200nm以内的微小绝对间距的高精度检测，其可用在表面等离子体光刻技术中，还可作为近场高精度光学检测技术的补充。

技术领域

本公开一般涉及纳米检测领域，具体涉及一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法。

背景技术

现代光刻技术中对平面之间的对准精度有严格的要求，对准精度直接关系到光刻技术的精度。为此发展起来的一系列平面对准技术，如几何成像对准技术，波带片对准技术，干涉强度对准技术，外差干涉对准技术以及莫尔条纹对准技术等。其对准精度可以达到几十到几百纳米，基本能够满足现在各种光刻技术中的对准要求。为了获得更小的光刻尺寸，基于表面等离体子技术发展起来的下一代光刻技术对平面对准系统提出了更高的适配要求。由于表面等离子体波只存在于物体表面，要想用其实现光刻功能，则要求平面间间距要小于200nm，这就要求我们能够实现200nm以内的平面绝对间距的对准检测。在如此小的绝对间距内，传统的光刻对准系统遇到不可克服的困难，第一，绝对间距小于入射光束的半个波长导致干涉场内干涉条纹变得不可见；第二，在如此小的范围内光强以及相位变化较小，由于外界环境干扰不易于检测。因此，我们提出一种基于SPR效应的纳米间距高精度检测方法，其能够实现200nm以内的绝对间距的检测，检测精度优于1nm。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法。

根据本申请实施例提供的技术方案，一种基于光强检测的纳米间距测量装置，包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，第一层至第五层分别为BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B，所述BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。

本发明中，所述BK7玻璃层A为三棱镜结构，且其底角角度为43.85°；所述BK7玻璃层B为平板玻璃。

本发明中，所述金属钛层的厚度为2.5nm；所述金属金层的厚度为44.3-44.7nm；所述测纳米间距层的高度小于200nm。

一种基于光强检测的纳米间距测量方法，

1)、BK7玻璃层A(1)的底角设定为本装置的共振角度，入射光束满足共振条件，会在金层中激发出表面等离子体波；TM模式激光束垂直入射到所述BK7玻璃层A(1)的AB边上；

2)、出射光束以垂直角度入射到所述AC边上，AC面上镀有光学反射薄膜，部分光强出射，部分光强被反射后原路返回；

3)、原路返回的光强再次经过5层结构后，仍产生表面等离子体共振效应，AB边和AC边形成一个光学谐振腔，出射光束强度为多光束相干叠加的结果。

4)、出射光强为纳米间距d的单值函数，在实验中测量出光强值，然后通过反演计算就可以得到纳米间距的值。

综上所述，本申请基于5层SPR结构的谐振腔式光强检测装置能够实现200nm以内的微小绝对间距的高精度检测，其可用在表面等离子体光刻技术中，还可作为近场高精度光学检测技术的补充。