[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

摘要

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。

主权项

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。