[实用新型]一种基于导模干涉的偶氮苯聚合物表面起伏光栅光刻机

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子、光电子器件制备等微纳加工领域的光刻机技术领域，特别涉及一种基于导模干涉的偶氮苯聚合物表面起伏光栅光刻机。

背景技术

光刻技术是一种精密的微纳加工技术。现有的无掩模表面等离子体亚波长光刻技术主要存在刻写的光栅深度浅，激发光偏振仅限于TM偏振等等不足。这种光刻手段在实际应用中都有着局限性。其主要存在的问题为：

1、光栅深度浅，由于表面等离子波的穿透深度很小，故很难刻写出深度较深的亚波长光栅，这影响了光栅的应用。

2、激发光偏振模式单一，无掩模表面等离子体亚波长光刻技术中，仅TM偏振光才能激发表面等离子体波，而TE偏振光无法激发表面等离子体波。

3、光刻工艺复杂：采用传统光刻胶的无掩模表面等离子体光刻技术，曝光后，需要在暗室进行显影、定影等化学处理工艺，工艺复杂、耗时，如果其中某一环节出错，则需重头再来。

4、成本高，基于表面等离子体的光刻技术，光源大多为紫外光，紫外光源的价格显然高于可见光波段的光源。

5、曝光时间长，采用偶氮苯聚合物薄膜作为光刻介质时，虽然可以简化工艺，但由于光场主要分布在金属和偶氮苯聚合物的界面，故所需曝光时间较长。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有表面等离子体光刻技术的不足，提出一种基于导模干涉的偶氮苯聚合物表面起伏光栅光刻机。是一种基于百纳米量级厚度的偶氮苯聚合物薄膜，利用导模干涉场诱导偶氮苯聚合物的质量迁移，从而刻写亚波长偶氮苯聚合物表面起伏光栅的光刻机。是一种具有激发光偏振模式多样化，曝光时间短，光刻工艺简单，成本低，周期可调，刻写结构可重构的大面积亚波长偶氮苯聚合物表面起伏光栅光刻机。

实现上述目的的技术方案如下：

一种基于导模干涉的偶氮苯聚合物表面起伏光栅光刻机，该光刻机包括：激光光源，光电快门，短焦距透镜，长焦距透镜，半波片，起偏器，分束器，平面反射镜A，平面反射镜B，棱镜，匹配油，玻璃基底，金属薄膜，偶氮苯聚合物薄膜，光波导参数测量仪；其中：

所述的激光光源，为可见光波段或紫外波段的激光，用于激发金属薄膜、偶氮苯聚合物薄膜、空气多层结构中的导波模式，简称导模；所述激光光源所发射的激光，经过光电快门控制曝光时间，通过短焦距透镜，长焦距透镜扩束后，经过半波片，起偏器后成为具有特定偏振方向的低强度激光束，经分束器分成强度相同的两束光，其中一束光经平面反射镜A反射后辐照到放置在光波导参数测量仪中心的所述的棱镜上，并经该棱镜和所述的匹配油，所述的玻璃基底耦合后，辐照到所述的金属薄膜上，通过光波导参数测量仪测量反射光光强曲线，并确定激发的导波模式及其对应的激发角；选取所需的用于刻写偶氮苯聚合物薄膜表面起伏光栅的导波模式，将棱镜，匹配油，玻璃基底，金属薄膜，偶氮苯聚合物薄膜通过光波导参数测量仪调至相应的导波模式对应的激发角后，将平面反射镜B与平面反射镜A关于棱镜底面的法线对称放置，以使经平面反射镜B反射的激光束与平面反射镜A反射的激光束具有相同的入射角，且两束光辐照在金属薄膜上的光斑重合。暂时关闭光电快门，并通过旋转半波片使得刻写光光强能够达到最大；设置好曝光时间后，开启光电快门，两束高强度激光将以相同的激发导模的入射角辐照到金属薄膜上，从而激发金属薄膜，偶氮苯聚合物薄膜和空气多层结构中的两束导模，该两束导模的相互干涉导致偶氮苯聚合物的质量迁移，从而在金属薄膜上的偶氮苯聚合物薄膜层刻写出大面积亚波长氮苯聚合物表面起伏光栅，光栅的面积与扩束后的激光束光斑面积相当，光栅的周期可以通过偶氮苯聚合物薄膜的厚度和/或激发的导模来调节，所刻写的光栅可通过加热或圆偏振光辐照来擦除，进而进行重新刻写。

进一步的，所述的偶氮苯聚合物薄膜具有宽光谱响应范围，所述的激光光源可采用可见光波段或紫外波段的激光，如：532nm激光，442nm激光或355nm激光。

进一步的，金属薄膜蒸镀在玻璃基底上，偶氮苯聚合物薄膜旋涂在金属薄膜上，玻璃基底通过匹配油与棱镜粘结，并与棱镜一起放置在光波导参数测量仪的中心。

进一步的，通过起偏器的起偏方向确定激发导模的激光束的偏振方向，通过半波片的快轴方向与起偏器的起偏方向之间的夹角改变激光束的强度。

进一步的，所用偶氮苯聚合物薄膜的厚度在百纳米量级，且其厚度可以通过偶氮苯聚合物的浓度以及涂胶速度进行有效控制。

进一步的，在低强度激光条件下利用光波导参数测量仪测量反射光光强曲线，进而确定激发的导波模式及其对应的激发角；在高强度激光条件下刻写偶氮苯聚合物表面起伏光栅。