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超深亚波长通过超材料微腔的周期模型 Jigang Hu*a, Guanjun Wanga, Junxue Chenb, Yongqiang Yua, Chunyan Wua, Linbao Luoa, Xiangxian Wangc, and Hai Mingc 光学和光学工程系，合肥工业大学，合肥，安徽，中国230009 物理系，西南科技大学，绵阳，四川，中国621010 光学和光学工程系，中国科技大学，合肥，安徽，中国230026 摘要 用金属-电介质的多层结构和纳米铝层覆盖作为底层可以设计一个多层的超材料腔，它可以做到在波长248纳米的P偏振看到20纳米以下的模式特征。滤波和SPP腔共振耦合可由金属-电介质腔，并能够产生均匀的SPP干涉图像和在光刻胶产生高亮度的输出。而且，与传统的金属波导光栅结构相比,这种光刻系统演示了对应腔厚度变化的模式稳定性。这提议的腔提供了局部的SPP放大和纵向扩展将会提供一种潜在的方法去获得改进的深度，对比度和垂直的光刻模式。 关键词：金属-电介质多层结构，微腔共振，超深亚波长模式。 1介绍 纳米科学技术的快速发展增加了纳米级的制造需求模式,尤其是在半导体制造行业。如今,光刻仍然是广泛使用的精密加工技术因为能节约大规模制造成本并且适用性好。然而,由于衍射极限,传统的光刻技术的特征尺寸在照明波长的一半是有限。为获得提高光刻分辨率,一个直接的方法是减少照明波长深紫外[1],尤其是紫外波长[2],甚至x射线波长[3],这些波长将增加系统的复杂性和相应的成本。其他一些技术,如聚焦离子束光刻(FIB)[4],电子束光刻技术(EBL)[5],蘸水笔光刻[6],以及印光刻(7、8)也可以实现纳米特征尺寸,但巨大的检测费用,复杂的处理技术和低产量给这些方法给大规模生产带来巨大困难。 最近,超材料纳米演示了衍射极限下的光刻分辨率宽带照明,显示了拥有表面等离子体极化声子(SPP)的比光在自由空间的同一频率更短的波长 [9]。特别是从2001年开始,金属一维光栅和二维孔阵列,由于他们激发SPP和增强衰减波的传播的能力,因而被用来做亚波长光刻模式[13]。刘等人进一步提出了离子纳米方法基于SPP的干涉获取一维、二维sub-40纳米特征尺寸模式[14]。从2008年,不同群体(15 - 17日)提出利用金属-电介质空间滤波器来改善模式分辨率和均匀性。此外, m·d·阿诺德等首次提出了表面等离子体反射率提高光刻的方法(SPREL)。[18]为提高SPP本地化领域深度和宽度的过程。其他两种SPREL结构研究了基于金属光栅波导异质结构(MGWH)[19]和金属镀层超透镜[22],实现亚波长与良好的对比度和SPP模式转移光致抗蚀剂层的强度。然而,达到稳定和一致的高分辨率的模式对SPREL仍然困难,因为波导模式的高敏感性参数(如。,厚度金属和抵抗层)MGWH结构[21]将激发不稳定和不定周期的模式。此外,高空间频率的不同组件的叠加衍射光栅掩模也会给模式一致性带来不利。 本工作中,金属-电介质超材料腔 (MDMS-PC)光刻系统理论上提出利用一维铬生成超深亚波长特性(Cr)光栅掩模。光学传递函数光栅-MDMS系统是专为支持传输和衍射波的叠加只有单一顺序。SPP局部场分布的特征和垂直耦合在一个超材料腔系统地调查为了演示模式的改进质量随着系统的稳定性。 2原理 金属-电介质超材料的等离子腔的原理图如图1。一个离子微腔的厚度为D在金属-电介质和覆盖SiO2基质的厚度为d铝层,为了超深的亚波长光刻，基质填满光阻材料。金属-电介质由厚度为d1的铝和厚度为d2的SiO2交替组成，周期为p的Cr光栅置于顶部。选择的入射光波长为248nm的P偏振光。在此波长下，Al和Cr的介电常数分别为-8.61+1.12i [23] and -1.76+5.17i [24]，SiO2的介电常数为2.28[25]，光阻材料下的金属-电介质的介电常数为2.89。 图1多层超材料腔光刻系统实现超深亚波长周期模式原理图 从上垂直照射，激励波包含了不同的空间频率，可分解为一系列衍射波的和， E 式中，fm是衍射平面波的角频率。衍射波遵循光栅方程kxm=(n2π/λ)2-(k 通过适当的设计,一个是作为一种最简单的超材料可以作为一个高效的高通滤波空间滤波器[15],它只允许与切向平面波矢量衰减的一部分kxnk0(k0=2π/λ)通过。此外,这一系统还显示了强烈的各向异性[26] 在我们的设计中,一个40 nm Cr光栅厚度与80 nm和工作周期的1是选择的任务是生成高k 波矢量。一个离子腔MDMS由6双交替的铝层(10nm)和二氧化硅(10nm)层设计为空间过滤系统,局部的SPP的某些空间频率可以耦合表面获得高均匀性和稳定性SPP干涉模式。顶部没有光栅,其传递函数(透射系数