涡旋光远场超分辨重复光刻方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911220743.9 (22)申请日 2019.12.03 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 梁宜勇 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 邱启旺 (51)Int.Cl. G03F 7/20(2006.01) (54)发明名称 一种涡旋光远场超分辨重复光刻方法 (57)摘要 本发明公开了一种涡旋光远场超分辨重复 光刻方法， 该方法利用涡旋光聚焦产生的暗中空 光场， 远场光刻。

2、出非独立线条， 再通过基于正光 刻胶的多次曝光获得高密度超分辨图形。 本发明 方法展示的超分辨光刻具有可加工图形自由、 工 作距离大、 可高速安全加工等特点。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 110955119 A 2020.04.03 CN 110955119 A 1.一种涡旋光远场超分辨重复光刻方法， 其特征在于， 该方法包括如下步骤： (1)激光器(1)经过涡旋光发生器(2)产生涡旋光束， 再通过物镜(3)将涡旋光束聚焦在 基板(4)表面事先涂覆的可化学冻结型光刻胶上， 所述基板通过涡旋光束相对基板通过扫 描手段进行第一次光刻。 第一次光刻后所得第一线条(5)的线条间距大于线。

3、条宽度的5倍。 (2)对第一次光刻后的基板(4)表面涂覆可化学冻结型光刻胶(6)， 所述光刻胶(6)的涂 覆高度大于第一线条的高度， 激光器(1)经过涡旋光发生器(2)产生涡旋光束， 再通过物镜 (3)将涡旋光束聚焦在基板(4)表面事先涂覆的可化学冻结型光刻胶上， 所述基板通过涡旋 光束相对基板通过扫描手段进行第二次光刻。 (3)第二次光刻得到第二线条(7)， 所述第二线条(7)与第一线条(5)形成叉指结构。 (4)重复步骤2-3， 直至叉指结构的密度达到应用需求。 2.根据权利要求1所述涡旋光远场超分辨重复光刻方法， 其特征在于， 所述涡旋光束为 相位上呈螺旋分布的光场。 3.根据权利要求1。

4、所述涡旋光远场超分辨重复光刻方法， 其特征在于， 所述涡旋光束通 过计算全息法、 空间光调制器或涡旋相位板等产生。 4.根据权利要求1所述涡旋光远场超分辨重复光刻方法， 其特征在于， 所述光刻胶均为 正性光刻胶， 除了最后一次光刻采用普通正性光刻胶， 其余次光刻使用的光刻胶为可化学 冻结型正性光刻胶。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110955119 A 2 一种涡旋光远场超分辨重复光刻方法 技术领域 0001 本发明涉及一种超分辨激光光刻方法， 具体地说， 涉及一种涡旋光远场超分辨重 复光刻方法。 背景技术 0002 激光光刻可加工自由微细图形， 超分辨激光光刻可拓展至亚波长， 这对于当。

5、前的 超结构、 超材料、 超表面等光学应用极为有用。 现有超分辨激光光刻大多基于近场光学原 理， 由于其探针与加工表面间隙为数十纳米， 会带来许多应用问题， 如探针易损伤、 加工速 度缓慢等； 基于远场光学原理的主要是投影光刻， 它需要掩模板， 同时其超分辨效果有限， 主要通过减小光刻波长、 增大光学数值孔径等传统方法实现精细线条。 0003 涡旋光远场超分辨重复光刻， 基于远场光学， 物镜与加工表面间隙高达数百微米， 可高速安全加工； 由于采用激光扫描直接写入而无需掩模板， 且其超分辨利用的是涡旋光 的特点。 涡旋光具有螺旋状的位相波阵面， 光场分布具有中心位相奇点， 经物镜聚焦后其衍 射极。

6、限光斑的中心是个黑点。 可以用此暗中空光斑进行激光光刻， 但所得的线条是非独立 的， 即相邻两个线条的最短距离依赖于光斑的衍射极限大小。 重复光刻， 同时结合可化学冻 结型光刻胶， 可提高线条密度， 从而获得超分辨高密度图形。 0004 利用涡旋光直接光刻极为罕见， 将它与重复光刻结合， 同时利用可化学冻结型光 刻胶， 则更未见报道。 发明内容 0005 本发明的目的是针对现有技术的不足， 提供一种涡旋光远场超分辨重复光刻方 法。 该方法将涡旋光进行聚焦， 得到暗中空的衍射极限光斑， 然后进行光刻得到超分辨线 条， 再利用重复光刻提高线条密度， 最终得到高密度的超分辨图形。 0006 本发明的。

7、目的是通过以下技术方案来实现的： 一种涡旋光远场超分辨重复光刻方 法， 该方法包括如下步骤： 0007 (1)激光器经过涡旋光发生器产生涡旋光束， 再通过物镜将涡旋光束聚焦在基板 表面事先涂覆的可化学冻结型光刻胶上， 所述基板通过涡旋光束相对基板通过扫描手段进 行第一次光刻。 第一次光刻后所得第一线条的线条间距大于线条宽度的5倍。 0008 (2)对第一次光刻后的基板表面涂覆可化学冻结型光刻胶， 所述光刻胶的涂覆高 度大于第一线条的高度， 激光器经过涡旋光发生器产生涡旋光束， 再通过物镜将涡旋光束 聚焦在基板表面事先涂覆的可化学冻结型光刻胶上， 所述基板通过涡旋光束相对基板通过 扫描手段进行第。

8、二次光刻。 0009 (3)第二次光刻得到第二线条， 所述第二线条与第一线条形成叉指结构。 0010 (4)重复步骤2-3， 直至叉指结构的密度达到应用需求。 0011 进一步地， 所述涡旋光束为相位上呈螺旋分布的光场。 0012 进一步地， 所述涡旋光束通过计算全息法、 空间光调制器或涡旋相位板等产生。 说明书 1/3 页 3 CN 110955119 A 3 0013 进一步地， 所述光刻胶均为正性光刻胶， 除了最后一次光刻采用普通正性光刻胶， 其余次光刻使用的光刻胶为可化学冻结型正性光刻胶。 0014 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0015 1.本发明采用的是远场光刻方式， 相。

9、对近场光刻方式， 具有技术成熟、 成本低廉、 安全可靠、 可高速加工等特点； 远场光刻的超分辨机理是远场聚焦涡旋光的暗中空特性， 而 非近场光学的超分辨原理； 0016 2.本发明采用扫描手段将所需光刻图形写入到基板上， 取消了掩模板， 相对投影 光刻， 本发明的光刻图形加工自由灵活； 0017 3.本发明采用的是一种特殊的重复光刻方案， 每轮光刻结束后并不转移当前图形 到基板上， 而是将光刻胶化学冻结后直接进入下一轮光刻， 这样可减少作业环节提高加工 效率。 0018 4.每次重复光刻时的胶层涂覆厚度有一定自由度， 即最后叉指型线条的高度可不 一样， 可满足某些有特殊3D结构需求的场景。 附。

10、图说明 0019 图1是本发明方法所采用的的光刻机结构示意图； 0020 图2是第一次光刻后的状态； 0021 图3是第二次涂覆光刻胶后的状态； 0022 图4是第二次光刻后的状态； 0023 图中： 1.激光器， 2.涡旋光发生器， 3.物镜， 4.基板， 5.第一线条， 6.可化学冻结型 光刻胶， 7.第二线条。 具体实施方式 0024 下面结合附图对本发明作进一步说明。 0025 如图1所示， 本发明涡旋光远场超分辨重复光刻方法包括如下步骤： 0026 (1)激光器1经过涡旋光发生器2产生涡旋光束， 所述涡旋光束为相位上呈螺旋分 布的光场， 该涡旋光束通过计算全息法、 空间光调制器或涡旋。

11、相位板等产生。 将涡旋光束再 通过物镜3将涡旋光束聚焦在基板4表面事先涂覆的可化学冻结型正性光刻胶上， 所述基板 通过涡旋光束相对基板通过扫描手段进行第一次光刻。 所述扫描手段可以是线扫描或点扫 描， 或者是基板4移动或聚焦激光束移动。 在第一次光刻后进行烘干、 显影、 化学冻结等环 节， 得到第一线条5， 如图2所示。 第一次光刻后所得第一线条5的线条间距远大于线条宽度。 该第一线条5为超分辨但非独立， 即相邻两个第一线条5的最短距离依赖于光斑的衍射极限 大小， 如光斑的衍射极限为500nm， 涡旋光中心暗点为100nm， 则相邻两个线宽为100nm的第 一线条5的最近距离为500nm， 不。

12、能再靠近了。 0027 (2)对第一次光刻后的基板4表面再次涂覆可化学冻结型正性光刻胶6， 如图3， 由 于第一线条5被化学冻结后已失去敏感性， 所以其对后续光刻胶工艺不敏感， 即第一线条5 不会被破坏。 所述正性光刻胶6的涂覆高度可略大于第一线条的高度， 激光器1经过涡旋光 发生器2产生涡旋光束， 再通过物镜3将涡旋光束聚焦在基板4表面事先涂覆的可化学冻结 型光刻胶上， 所述基板通过涡旋光束相对基板通过扫描手段进行第二次光刻。 说明书 2/3 页 4 CN 110955119 A 4 0028 (3)第二次光刻得到第二线条7， 如图4， 第二线条7也是超分辨的， 所述第二线条7 与第一线条5形成叉指结构。 基板4在上述第一次光刻后被移动过， 这会涉及到基板4的重定 位(套刻)， 即使得基板4的位置必须保持不变。 0029 (4)重复步骤2-3， 直至叉指结构的密度达到应用需求。 除了最后一次光刻采用普 通正性光刻胶， 其余次光刻使用的光刻胶为可化学冻结型正性光刻胶。 说明书 3/3 页 5 CN 110955119 A 5 图1 图2 图3 图4 说明书附图 1/1 页 6 CN 110955119 A 6 。