[发明专利]一种基于双暗斑联合抑制的超分辨光刻方法及光刻胶

说明书

本发明公开了一种基于双暗斑联合抑制的超分辨光刻方法及光刻胶，该方法基于边缘光抑制纳米刻写技术，通过双抑制光斑的结合实现在保证最大抑制强度不变的前提下压缩暗斑抑制区域，一定程度解决由抑制光过强引起刻写线宽变粗的难题，实现等效刻写光斑的压缩，从而进一步缩小纳米刻写线宽。利用本发明的方法可以实现更高精度的纳米加工能力，可为微机械、微光学、微流控等领域提供更高精度的加工手段。

技术领域

本发明属于超精密刻写领域，尤其涉及一种基于双暗斑联合抑制的超分辨光刻方法及光刻胶。

背景技术

双光子激光直写技术是激光直写打印技术中的一种，是目前实现纳尺度3D打印最有效的一种技术。该技术利用了双光子吸收效应，双光子吸收是指物质的一个分子同时吸收两个光子，双光子吸收的发生主要在脉冲激光所产生的超强激光焦点处，光路上其它地方的激光强度不足以产生双光子吸收，并且由于所用光波长较长，能量较低，相应的单光子吸收过程不能发生。因此，利用双光子吸收效应可以实现高质量的3D纳米加工能力，具有高分辨加工能力、低热影响性能、加工材料广泛、环境要求低、具有真三维加工能力等特点。

然而，随着各个领域的快速发展，对双光子激光直写技术的精度提出了更高的要求。目前，市场上最为成熟的双光子直写设备——德国NanoScribe公司的PhotonicProfessional GT系列快速高分辨系统能够达到约160nm的刻写特征尺寸与10mm/s的刻写速度。为了进一步提升刻写精度，科研人员将1994年德国物理学家Hell所提出的受激发射损耗（STED）技术从超分辨成像领域借鉴到超分辨光刻领域，提出边缘光抑制（PPI）技术。该技术类似于STED，同样利用两个光束，其中一束称为激发光，脉冲宽度为飞秒，用于刻写结构；另一束称为抑制光，脉冲宽度大于皮秒，用于抑制边缘的聚合过程，通过两个光束的共同作用，从而实现刻写精度的提升，达到了小于50 nm的刻写特征尺寸。

基于PPI技术的原理，刻写线宽与抑制光能量成反比，即随着抑制光束能量的增加，刻写线宽可以不断减小。实际刻写过程中科研人员发现虽然利用PPI技术大幅提升了刻写精度，但其存在一个极限值，即50 nm左右，主要是由于过强的抑制光反而会引起刻写结构变宽所致。因此，如何在此基础上进一步提升刻写精度成为了相关领域的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双暗斑联合抑制的超分辨光刻方法。

一种基于双暗斑联合抑制的超分辨光刻方法，包括以下步骤：

S1：将两个抑制暗斑与激发光斑同时聚焦于光刻胶上，并且保持三个光斑的中心重合；

S2：以激发光斑中心点为参照，将两个抑制暗斑的中心沿着与刻写方向垂直的方向进行移动，移动范围为0到抑制暗斑的半个波长，两个抑制暗斑中心与激发光斑中心的距离相等；

S3：提升两个抑制暗斑的能量，使其叠加后强度分布的最大值与重叠时强度的最大值相等；

S4：利用此三个光斑形成的刻写点进行激光直写，刻写过程中，当沿X方向进行刻写时，两个抑制暗斑沿Y方向移动；当沿Y方向进行刻写时，两个抑制暗斑沿X方向移动；

S5：根据实际刻写的图形，结合以上刻写方式，实现超分辨光刻。

作为优选，所述抑制暗斑的波长范围为405 nm至780 nm，暗斑的强度分布为中心强度为0的圆环形光斑或者中心强度为0的“X”形光斑。

作为优选，所述激发光斑为波长范围为405 nm至780 nm的飞秒激光光束，强度分布为高斯分布。

本发明还提供了一种应用于上述光刻方法的光刻胶，包含单体和光引发剂。

作为优选，所述单体包括丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯或两者的混合物。

作为优选，所述光引发剂占单体总量的0.01%~10%。