渦旋光誘導不透明激光直寫.pdf

1、亞波長激光直寫技術可用于亞波長結(jié)構器件的制作，亞波長結(jié)構器件可以用在高分辨成像、航天器和航空器的精確導航、地球及天體引力測量、地形測量、重力探礦、納米醫(yī)療機器人等領域。而且，亞波長直寫技術對于突破智能芯片制造瓶頸，推進我國集成芯片自主生產(chǎn)有重要作用。本論文以遠場光調(diào)制近場光的原理為基礎，將渦旋光誘導光致變色材料不透明加入聚焦激光直寫系統(tǒng)中，以實現(xiàn)亞波長分辨率的激光直寫。使用放大倍率20倍(NA=0.4)的顯微物鏡，可以將曝光圖案的線寬從

2、6614nm壓縮到338nm。此系統(tǒng)實現(xiàn)了亞波長分辨率的激光直寫，對納米元件如光波導、光柵和納米電路的大規(guī)模制造提供了有益的方法。
　　波長532nm的激光在經(jīng)過擴束鏡、偏振片、1/4玻片和渦旋相位板后，形成渦旋光，渦旋光與擴束后波長405nm的激光光束經(jīng)合束鏡合束后完全重合。當圓偏振光的旋向與渦旋相位板的旋向一致時，產(chǎn)生的渦旋光具有暗中空結(jié)構。光刻片包括硅基片、光刻膠層和光致變色層。合束光被顯微物鏡聚焦，激光焦點光斑，包括波長4

3、05nm的聚焦光斑和波長532nm的環(huán)形光斑投射在光致變色層中，其中分散著皂黃分子。在聚焦前，兩束激光光束擴束至同樣直徑，具有相等的等效數(shù)值孔徑，所以聚焦后焦點處的光斑直徑相同，光斑完全重合。在光致變色層中，波長405nm的聚焦光斑呈高斯分布，波長532nm的環(huán)形光斑呈中空分布。因為光致變色層受到波長405nm激光照射時其對波長405nm激光的吸光度逐漸減小，受到波長532nm激光照射時其對波長405nm激光的吸光度逐漸增大，因此在光致

4、變色層中形成了波長405nm光的通光孔。
　　光刻光（波長405nm激光）在通過通光孔后對下面的光刻膠層進行曝光，光刻膠可被波長405nm激光曝光，不能被波長532nm激光曝光。光致變色層中通光孔的直徑可以通過調(diào)節(jié)I532/I405的比值來調(diào)節(jié)，當比值減小時通光孔直徑減小。設計好的圖案可以通過計算機控制電動平移臺移動得到。另外，因為光刻光呈高斯分布，因此通光孔的直徑與渦旋光的功率為非線性關系。
　　光致變色材料吸光度的調(diào)制原

5、理基于皂黃的光致異構化。當皂黃被波長405nm激光照射時，反式結(jié)構轉(zhuǎn)化為順式結(jié)構。異構轉(zhuǎn)化導致了吸收光譜的變化，此變化由紫外-可見分光光度計測得。類似地，當皂黃被波長532nm激光照射時，發(fā)生了相反的反應過程。另外，將皂黃溶解于PVA濃度8％的水溶液形成皂黃的飽和水溶液，然后將溶液旋涂在光刻膠層上形成400nm厚的光致變色層。光刻片經(jīng)過曝光后，樣品浸入NaOH水溶液中，皂黃PVA薄膜溶解后光刻膠層被顯影。皂黃是一種溶于水的光致變色材料，