一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件

本发明涉及超分辨光刻，更具体的说是涉及一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件。

背景技术：

1、目前，光学光刻作为主流的芯片制造手段，是推动整个集成电路产业快速发展的关键技术，是科技进步、信息安全的重要基石。受光学衍射效应影响，传统光刻图形的分辨力一般在照明光波长的一半水平。因此，传统光刻工艺中，通常采用缩短光源波长或增大数值孔径来提高光刻分辨力。

2、由于理论极限、技术瓶颈、经济成本等问题使得这些方法越来越难以为继。同时，新型微纳光机电集成器件领域也迫切需要便利、经济的加工制备手段。因此，突破传统提高光刻分辨力的技术路线、发展新型超分辨光刻技术，将在纳米光学、信息技术、材料科学等方面产生深远影响。而光刻图形分辨力受限的根本原因在于传统光刻系统只能收集空间频谱较低的传播波信息，不能有效获取高频倏逝波。因此，如何有效调控倏逝波传输是突破衍射极限、实现超分辨光刻的关键。

3、由于倏逝波的快速衰减特性，将掩模与光刻胶直接贴紧曝光即近场光刻是获得超分辨光刻图形的最简单直接方法。但这种方法只能被动收集倏逝波，不能对其进行任意调控，且图形均匀性较差。而基于表面等离激元(surface plasmon polaritons,spps)耦合的光刻方法从调控倏逝波本身入手，在tm偏振光照明条件下，利用金属结构激发spps增强倏逝波振幅，使其能够传输至光刻胶层，可以实现深亚波长尺度的超分辨光刻。表面等离激元光刻具有多种激发方式和传输模式，可达到调控倏逝波、突破衍射极限的目的，为实现超分辨近场光刻提供了一种有效的解决方案。但金属材料的固有损耗极大地降低了倏逝波传输效率，且金属颗粒或杂质的引入，将对产品性能造成不可逆的破坏。更重要的是，spps的单一偏振选择特性(tm偏振光)制约了光场调控的技术手段，增加对光源和光路的偏振转换要求，也限制了光束利用效率。

4、光子晶体由于传输损耗低、完全依靠自身结构即可实现带通滤波，常被用来操控波信息的传输。尤其是，当多层膜的周期性排布特征被表面异质材料破坏时，会在表面缺陷处产生布洛赫表面波(bloch surface waves,bsws)。bsws和spps一样具有局域场增强、波长压缩的特性。但bsws摒弃了金属材料，具有低损耗传输特征，且可以被te或者tm偏振光激发。但目前的光子晶体器件也都是对单一偏振态光波响应，鲜有偏振无关的结构设计。因此，如何设计偏振无关器件，实现对的倏逝波高效传输调控是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，采用基于光子晶体结构的空间频谱滤波器件获得超分辨光刻图形的新型光刻方法，调控传输倏逝波，在实现空间频谱滤波功能的同时，适配tm和te偏振光入射，通过改变光子晶体层材料的构成和厚度，可以调控器件的波矢通带范围和中心位置，实现空间频谱滤波，有效调控了倏逝波的传输。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，包括：掩模层、光子晶体层，所述掩模层为周期性排布的纳米光栅阵列图形，平面波经过所述掩模层生成衍射波，传输至所述光子晶体层；所述光子晶体层由折射率高和低的两种材料按折射率高—低—高周期性组合而成，所述衍射波射入所述光子晶体层，通过改变所述光子晶体层的材料构成和厚度，调控所述衍射波的通带范围和中心位置。

4、优选的，所述掩模层材料排布周期为40nm～400nm，占空比为0.1～0.9。

5、优选的，所述光子晶体层的膜层总数为3～30层，同种电介质的膜厚相等，各所述膜层的厚度为10nm～100nm。

6、优选的，还包括透明基底层，所述透明基底层为所述掩模层的衬底。

7、优选的，还包括平坦化膜层，所述平坦化膜层涂覆在所述掩模层上，填补所述掩模层由于周期性排布产生的图形缝隙，构成一个平坦的平面。

8、优选的，还包括衬底层，所述衬底层设置于所述光子晶体层底端。

9、优选的，还包括感光层，厚度为5nm～500nm，所述感光层直接涂覆在所述衬底层上。

10、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，采用基于光子晶体结构的空间频谱滤波设计对高频倏逝波进行传输调控，在纳米光栅掩模图形情况下，所设计的光生成器件能够同时适配tm和te两种入射偏振光，实现了特定衍射级次的高频倏逝波通过光子晶体多层膜，并在光刻胶层干涉形成光场强度大、均匀性好的超分辨光刻图形。该发明解决了目前超分辨光刻器件对照明光偏振选择单一性问题，提高了光能利用效率，降低了光路复杂度，拓展了超分辨光刻器件应用场景。

技术特征：

1.一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，包括：掩模层(2)、光子晶体层(4)，所述掩模层(2)为周期性排布的纳米光栅阵列图形，平面波经过所述掩模层(2)生成衍射波，传输至所述光子晶体层(4)；所述光子晶体层(4)由折射率高和低的两种材料按折射率高—低—高周期性组合而成，所述衍射波射入所述光子晶体层(4)，通过改变所述光子晶体层(4)的材料构成和厚度，调控所述衍射波的通带范围和中心位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，所述掩模层(2)排布周期为40nm～400nm，占空比为0.1～0.9。

3.根据权利要求1所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，所述光子晶体层(4)的膜层总数为3～30层，同种电介质的膜厚相等，各所述膜层的厚度为10nm～100nm。

4.根据权利要求1所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，还包括透明基底层(1)，所述透明基底层(1)为所述掩模层(2)的衬底。

5.根据权利要求1所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，还包括平坦化膜层(3)，涂覆在所述掩模层(2)上，填补所述掩模层(2)由于周期性排布产生的图形缝隙，构成一个平坦的平面。

6.根据权利要求1所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，还包括衬底层(6)，所述衬底层(6)设置于所述光子晶体层(4)底端。

7.根据权利要求6所述的一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，其特征在于，还包括感光层(5)，所述感光层(5)厚度为5nm～500nm，所述感光层(5)直接涂覆在所述衬底层(6)上。

技术总结
本发明公开了一种用于超分辨光刻的偏振无关光生成器件，涉及超分辨光刻技术领域，包括：掩模层、光子晶体层，掩模层为周期性排布的纳米光栅阵列图形，平面波经过掩模层生成衍射波，传输至光子晶体层；光子晶体层由折射率高和低的两种材料按折射率高—低—高周期性组合而成，衍射波射入光子晶体层，通过改变光子晶体层的材料构成和厚度，调控衍射波的通带范围和中心位置。本发明采用基于光子晶体结构的空间频谱滤波器件获得超分辨光刻图形的新型光刻方法，调控传输倏逝波，在实现空间频谱滤波功能的同时，适配TM和TE偏振光入射。

技术研发人员：梁高峰,陈刚,温中泉,周毅
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4