CN102866594B - 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法 - Google Patents

一种光栅辅助纳米成像的光刻方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102866594B
CN102866594B CN201210365973.6A CN201210365973A CN102866594B CN 102866594 B CN102866594 B CN 102866594B CN 201210365973 A CN201210365973 A CN 201210365973A CN 102866594 B CN102866594 B CN 102866594B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
nano
lens group
image space
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210365973.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102866594A (zh
Inventor
罗先刚
王长涛
赵泽宇
王彦钦
黄成�
陶兴
刘玲
杨磊磊
蒲明薄
杨欢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Optics and Electronics of CAS
Original Assignee
Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Optics and Electronics of CAS filed Critical Institute of Optics and Electronics of CAS
Priority to CN201210365973.6A priority Critical patent/CN102866594B/zh
Publication of CN102866594A publication Critical patent/CN102866594A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102866594B publication Critical patent/CN102866594B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种光栅辅助纳米成像的光刻方法，纳米物体或纳米图形掩模位于物方区域，在纳米物体或纳米图形掩模前放置一物方光栅，该光栅作用在于将高频倏逝波转化为传输波；在物方光栅外的远场区域放置一光学成像镜头组，利用该镜头组实现对光场分布投影成像。在光学成像镜头组另一侧放置一像方光栅，将传输波转化为高频倏逝波，最后在像方光栅下的成像区域成像。本发明利用两个光栅对传输波和倏逝波进行转化，同时利用光学成像镜头组实现对光场分布投影成像，得到了亚波长尺度的成像，突破了常规超衍射材料近场限制，物像空间位置关系可处于远场范围，且视场不受限于超衍射材料的损耗、加工困难等因素，拓展到与传统成像光学系统视场相当的尺寸。

Description

一种光栅辅助纳米成像的光刻方法
技术领域
本发明属于超分辨显微成像及光刻领域，涉及一种利用光学成像镜头组对光场分布投影，利用光栅实现对传输波向倏逝波转化的超分辨成像光刻方法。
背景技术
随着半导体器件不断小型化的需求，实现纳米尺度的成像光刻已成为信息科学发展的瓶颈。近年来，一种基于人工电磁材料的超分辨成像器件hyperlens被提出，该器件能够实现对倏逝波的传输，从而获得超分辨成像光刻。然而这种器件存在诸多应用问题：首先，该器件受限于近场成像，物和像的位置处于近场关系，难以在实际中应用；其次，受限于损耗，这种器件的尺寸在1um以下，其视场很小，难以应用于大面积图形的光刻；不仅如此，该器件由于涉及复杂的纳米结构，难以加工，损耗以及加工精度的误差都会大幅度降低分辨力。基于以上原因，一种物像位置处于远场关系，且视场较大，结构简单易于加工的光学成像系统的发明迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服常规超衍射成像光刻器件物像位置近场限制、视场小、加工困难等缺点，提出利用物方光栅和像方光栅实现传输波与倏逝波之间的转化，利用光学成像镜头组实现对光场分布投影成像光刻方法。照明光从物方光栅一侧照明，由于物像位置为远场关系，且由于视场仅取决于光学成像镜头组的大小，从而将视场拓展到与传统成像光学系统视场相当的尺寸。不仅如此，该成像光刻系统结构简单，易于加工，且避免了损耗对器件尺寸的限制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种光栅辅助纳米成像的光刻方法，在纳米物体或纳米图形掩模下方放置一个用于频谱转换的物方光栅；在物方光栅下安装一个对光场分布投影成像的光学成像镜头组；在光学成像镜头组下方放置一个用于频谱转换的像方光栅；所述的物方光栅和所述的像方光栅分别放置在所述的光学成像镜头组的物面和像面处；像方光栅下为像方区域；从而纳米物体或纳米图形掩模与对应的像方区域的成像分别位于物方光栅和像方光栅的远离光学成像镜头组的一侧，分别对应于物方区域和像方区域，波长为λ的照明光从物方区域照射；所述的照明光为偏振光；纳米物体或纳米图形掩模的透射光场与光学成像镜头组之间利用物方光栅进行空间频谱信息转换；在纳米像场和光学成像镜头组之间则利用像方光栅进行空间频谱信息转换；物方光栅周期为dup=d1+d2=2π/kgo=2π×M/kgi；像方光栅周期为ddown=d3+d4=2π/kgi，其中M为光学成像镜头组的放大倍率；kgi为像方光栅所对应倒格矢，且满足关系NA×k0+kgi＝n×k0；kgo为物方光栅所对应倒格矢；NA为光学成像镜头组的数值孔径；k0为照明光的真空波矢k0=2π/λ；n为物方区域和像方区域材料折射率；纳米物体或纳米图形掩模与物方光栅之间的距离满足：h1<So×tan(NA/M+kgi/(k0×M))；纳米像场与像方光栅之间的距离满足：h4<Si×tan(NA+kgi/k0)，其中So和Si分别为物方光栅和像方光栅视场；所述的光学成像镜头组为O0面和I0面之间实现光场复函数共轭成像关系的光学成像系统；纳米物体或纳米图形掩模包含有传输波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通过物方光栅衍射后转化为传输波信息并进入物方光栅和光学成像镜头组之间的空气区域，通过光学成像镜头组对光场分布投影后，传输到像方光栅，传输波通过像方光栅衍射后又转化为高频倏逝波，最后在像方区域成像。
其中，物方光栅和像方光栅为同一材料，可为金属光栅，或者介质光栅。
其中，所述照明光可以为红外光、可见光、或紫外光；其偏振可以为线偏振、自然偏振、椭圆偏振和圆偏振。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
①、本发明中物和像的位置关系很灵活，物像之间距离可为远场关系，从而便于实现。
②、本发明中成像视场取决于物方光栅和像方光栅之间的光学成像镜头组的尺寸，从而将视场拓展到与传统成像光学系统视场相当的尺寸。
③、本发明结构简单，加工难度低，易于实现，且整个系统中避免了金属带来的损耗问题，从而最大程度提高分辨力，为高分辨成像光刻技术提供了一种新型、有效的方法。
附图说明
图1是本发明所述的一种光栅辅助纳米成像及光刻装置的结构示意图；
图中：1是纳米物体或纳米图形掩模；2是物方区域；3是组成物方光栅的金属或介质材料；4是光学成像镜头组；5是组成像方光栅的金属或介质材料；6是像方区域；7是纳米物体或纳米图形掩模在像方区域的成像；
图2是实施例中数值模拟得到的双远心4f成像光学系统以及系统中的电场分布|E|2示意图；
图3是实施例中数值模拟得到的像方光栅下2um处电场在水平方向分布的剖面线。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下面实施例，应包括权利要求书中的全部内容。
一种光栅辅助纳米成像的光刻方法，其使用的成像装置包括：光学成像镜头组；位于光学成像镜头组两侧的物方光栅和像方光栅；用于对光场分布投影成像的光学镜头组。
在纳米物体或纳米图形掩模下方制备一个用于频谱转换的物方光栅；在物方光栅下安装一个对光场分布投影成像的光学成像镜头组；在光学成像镜头组下方制备一个用于频谱转换的像方光栅；像方光栅下为像方区域。波长为λ的照明光从物方光栅一侧照明。
纳米物体或纳米图形掩模的透射光场与光学成像镜头组之间利用物方光栅进行空间频谱信息转换；在纳米像场和光学成像镜头组之间则利用像方光栅进行空间频谱信息转换。该方法能够提高成像系统分辨力。
所述物方光栅的周期为dup=d1+d2=2π/kgo=2π×M/kgi；像方光栅周期为ddown=d3+d4=2π/kgi。其中M为光学成像镜头组的放大倍率；kgi为像方光栅所对应倒格矢，且满足关系NA×k0+kgi＝n×k0；kgo为物方光栅所对应倒格矢；NA为光学成像镜头组的数值孔径；k0为照明光的真空波矢k0=2π/λ；n为物方区域和像方区域材料折射率。
所述纳米物体或纳米图形掩模与物方光栅之间的距离满足：h1<So×tan(NA/M+kgi/(k0×M))；纳米像场与像方光栅之间的距离满足：h4<Si×tan(NA+kgi/k0)。其中So和Si分别为物方光栅和像方光栅视场。
所述光学成像镜头组为O0面和I0面之间实现光场复函数共轭成像关系的光学成像系统，该系统包括但不限于4f光学成像系统。
所述物方光栅和像方光栅在水平方向平行。物方光栅和像方光栅为同一材料，可为金属光栅，或者介质光栅。
所述照明光可以为红外光、可见光、或紫外光，其偏振可以为线偏振、自然偏振、椭圆偏振和圆偏振。
纳米物体或纳米图形掩模包含有传输波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通过物方光栅衍射后转化为传输波信息并进入物方光栅和光学成像镜头组之间的空气区域，通过光学成像镜头组对光场分布投影后，传输到像方光栅。传输波通过像方光栅衍射后又转化为高频倏逝波，最后在像方区域成像。
本发明实施例的具体步骤如下：
步骤（1）、选择纳米物体为5根2nm宽的线光源，5根线光源与物方光栅之间的距离为h1=2um，5根线光源排列周期为80nm；
步骤（2）、选择5根线光源工作波长λ为365nm，TE偏振光照射；
步骤（3）、选择光学成像镜头组与物方光栅之间的距离为h2=400nm；光学成像透镜组与像方光栅之间的距离为h3=400nm；
步骤（4）、选择物方区域和像方区域材料为SiC，其介电常数为8.2369；
步骤（5）、选择物方光栅和像方光栅为介质光栅，其组成材料为SiC，其介电常数为8.2369；
步骤（6）、选择物方光栅和像方光栅的厚度均为l1=l2=50nm；
步骤（7）、选择组成物方光栅和像方光栅介质材料的宽度均为d2=d3=110nm；
步骤（8）、选择组成物方光栅和像方光栅介质材料之间空气间隔均为d1=d4=110nm；
步骤（9）、选择物方光栅和像方光栅之间为空气；
步骤（10）、选择光学成像透镜组的放大倍率为M=1。
图2是实施例中数值模拟得到的双远心4f成像光学系统以及系统中的电场分布|E|2示意图，可以清楚看到，在成像区域得到了5个亮斑的成像。图3是实施例中数值模拟得到的像方光栅下2um处电场在水平方向分布的剖面线，从结果可看到，纳米像场的周期为80nm，和物体周期相同，且分辨力达到40nm。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (3)

1.一种光栅辅助纳米成像的光刻方法，其特征在于：在纳米物体或纳米图形掩模下方放置一个用于频谱转换的物方光栅；在物方光栅下安装一个对光场分布投影成像的光学成像镜头组；在光学成像镜头组下方放置一个用于频谱转换的像方光栅；所述的物方光栅和所述的像方光栅分别放置在所述的光学成像镜头组的物面和像面处；像方光栅下为像方区域；从而纳米物体或纳米图形掩模与对应的像方区域的成像分别位于物方光栅和像方光栅的远离光学成像镜头组的一侧，分别对应于物方区域和像方区域，波长为λ的照明光从物方区域照射；所述的照明光为偏振光；纳米物体或纳米图形掩模的透射光场与光学成像镜头组之间利用物方光栅进行空间频谱信息转换；在纳米像场和光学成像镜头组之间则利用像方光栅进行空间频谱信息转换；物方光栅周期为dup＝d1+d2＝2π/kgo＝2π×M/kgi；物方光栅介质材料之间空气间隔d1；物方光栅介质材料的宽度d2；像方光栅周期为ddown＝d3+d4＝2π/kgi，其中M为光学成像镜头组的放大倍率；像方光栅介质材料的宽度d3；像方光栅介质材料之间空气间隔d4；kgi为像方光栅所对应倒格矢，且满足关系NA×k0+kgi＝n×k0；kgo为物方光栅所对应倒格矢；NA为光学成像镜头组的数值孔径；k0为照明光的真空波矢k0＝2π/λ；n为物方区域和像方区域材料折射率；纳米物体或纳米图形掩模与物方光栅之间的距离满足：h1<So×tan(NA/M+kgi/(k0×M))；纳米像场与像方光栅之间的距离满足：h4<Si×tan(NA+kgi/k0)，其中So和Si分别为物方光栅和像方光栅视场；所述的光学成像镜头组为O0面和I0面之间实现光场复函数共轭成像关系的光学成像系统；纳米物体或纳米图形掩模包含有传输波信息和倏逝波信息，倏逝波信息可通过物方光栅衍射后转化为传输波信息并进入物方光栅和光学成像镜头组之间的空气区域，通过光学成像镜头组对光场分布投影后，传输到像方光栅，传输波通过像方光栅衍射后又转化为高频倏逝波，最后在像方区域成像。
2.根据权利要求1所述的光栅辅助纳米成像的光刻方法，其特征在于：物方光栅和像方光栅为同一材料，可为金属光栅，或者介质光栅。
3.根据权利要求1所述的光栅辅助纳米成像的光刻方法，其特征在于：所述照明光可以为红外光、可见光、或紫外光；其偏振可以为线偏振、椭圆偏振和圆偏振。
CN201210365973.6A 2012-09-27 2012-09-27 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法 Active CN102866594B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210365973.6A CN102866594B (zh) 2012-09-27 2012-09-27 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210365973.6A CN102866594B (zh) 2012-09-27 2012-09-27 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102866594A CN102866594A (zh) 2013-01-09
CN102866594B true CN102866594B (zh) 2014-09-10

Family

ID=47445535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210365973.6A Active CN102866594B (zh) 2012-09-27 2012-09-27 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102866594B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9958784B2 (en) 2013-09-24 2018-05-01 The Institute Of Optics And Electronics, Chinese Academy Of Sciences Super-resolution imaging photolithography
CN103969225B (zh) * 2014-04-28 2016-08-24 中国科学院光电技术研究所 一种针对超衍射结构材料近场倏逝波光场透过率传输特性函数的远场检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6538256B1 (en) * 2000-08-17 2003-03-25 Applied Materials, Inc. Electron beam lithography system using a photocathode with a pattern of apertures for creating a transmission resonance
CN1945439A (zh) * 2006-11-08 2007-04-11 中国科学院电工研究所 一种消色差浸没干涉成像光刻系统
CN101794070B (zh) * 2009-12-25 2012-08-08 中国科学院光电技术研究所 一种用于缩小投影超分辨成像器件和光刻方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10261775A1 (de) * 2002-12-20 2004-07-01 Carl Zeiss Smt Ag Vorrichtung zur optischen Vermessung eines Abbildungssystems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6538256B1 (en) * 2000-08-17 2003-03-25 Applied Materials, Inc. Electron beam lithography system using a photocathode with a pattern of apertures for creating a transmission resonance
CN1945439A (zh) * 2006-11-08 2007-04-11 中国科学院电工研究所 一种消色差浸没干涉成像光刻系统
CN101794070B (zh) * 2009-12-25 2012-08-08 中国科学院光电技术研究所 一种用于缩小投影超分辨成像器件和光刻方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《纳米光刻技术》;罗先刚等;《物理》;20001231;第29卷(第6期);第358-363页 *
Surface electromagnetic wave excitation and diffraction by subwavelength slit with periodically patterned metallic grooves;王长涛等;《Optics Express》;20060612;第14卷(第12期);第5671-5681页 *
王长涛等.Surface electromagnetic wave excitation and diffraction by subwavelength slit with periodically patterned metallic grooves.《Optics Express》.2006,第14卷(第12期),第5671-5681页.
罗先刚等.《纳米光刻技术》.《物理》.2000,第29卷(第6期),第358-363页.

Also Published As

Publication number Publication date
CN102866594A (zh) 2013-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Luo et al. Fabrication of anisotropically arrayed nano-slots metasurfaces using reflective plasmonic lithography
JP6127203B2 (ja) 超解像イメージングリソグラフィー
CN102834757B (zh) 成像设备和方法
CN102053491B (zh) 基于表面等离子体共振腔的超深亚波长可调谐纳米光刻结构与方法
CN111338156B (zh) 基于偏振态调控实现超透镜变焦的装置、变焦方法和应用
CN102981204B (zh) 193nm熔石英光栅起偏器及其在光刻设备中的应用
CN102866594B (zh) 一种光栅辅助纳米成像的光刻方法
Yang et al. Multiwavelength high-order optical vortex detection and demultiplexing coding using a metasurface
CN113640905A (zh) 一种基于计算波前编码的偏振无关消色差超透镜
Wang et al. Progress in the design, nanofabrication, and performance of metalenses
Zhang et al. Ultra-broadband metasurface holography via quasi-continuous nano-slits
Guo et al. Design of aluminum nitride metalens in the ultraviolet spectrum
Yang et al. Period reduction lithography in normal UV range with surface plasmon polaritons interference and hyperbolic metamaterial multilayer structure
Lin et al. High‐Efficiency Optical Sparse Aperture Metalens Based on GaN Nanobrick Array
CN1652021A (zh) 光栅偏振掩模板及其在投影光刻系统中的应用
CN103499913A (zh) 一种表面等离激元成像光刻结构
Liu et al. Plasmonic interference lithography by coupling the bulk plasmon polariton mode and the waveguide mode
TW200937131A (en) Exposing system, mask and design method thereof
CN103472689A (zh) 增强照明数值孔径超分辨光刻成像设备及光刻成像方法
Shalaginov et al. A single-layer panoramic metalens with> 170 {\deg} diffraction-limited field of view
Luo et al. Single-layer metalens for achromatic focusing with wide field of view in the visible range
Zhang et al. All-dielectric terahertz wave metagrating lens based on 3D printing low refractive index material
Yu et al. Broadband metallic planar microlenses in an array: the focusing coupling effect
Cao et al. Far field imaging research based on multilayer positive-and negative-refractive-index media under off-axis illumination
CN110794589A (zh) 基于零空间介质的超分辨成像方法、成像器件及装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant