增强型局域表面等离子体共振纳米直写光刻
第43卷第1期 光电工程V ol.43, No.1 2016年1月Opto-Electronic Engineering Jan, 2016 文章编号：1003-501X(2016)01-0071-06
增强型局域表面等离子体共振纳米直写光刻
王耀辉，何家玉，王长涛，姚纳，罗先刚
( 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，成都 610209 ) 摘要：本文将Bowtie孔径结构与金属-介质-金属结构相结合，提出了一种新的局域表面等离子体共振纳米直写光刻结构，得益于金属-介质-金属结构中顶层透射Ag对透射光的放大增强以及底层反射Ag对透射光的反射补偿作用，聚焦光斑的尺寸得到压缩的同时深度得到了显著提高，理论仿真中当焦斑的FWHM为28 nm时，焦斑深度可以达到20 nm以上，这相对于传统纳米直写光刻结构，将焦斑的深度提升了4倍。随后，通过相关验证实验在光刻胶中获得了FWHM为47 nm，曝光深度为25 nm的焦斑图形，进一步证实了该结构在压缩焦斑尺寸以及提升焦斑深度上的显著优势。
关键词：局域表面等离子体共振；纳米直写光刻；Bowtie孔径结构；金属-介质-金属结构
中图分类号：O53；TN305.7 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2016.01.013 Method Investigation of Direct-writing Nanolithography
Based on Enhanced Local Surface Plasmon Resonance
WANG Yaohui，HE Jiayu，WANG Changtao，YAO Na，LUO Xiangang
( State Key Laboratory of Optical Technologies on Nano-Fabrication and Micro-Engineering,
Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Science, Chengdu 610209, China ) Abstract: We theoretically utilize bowtie aperture combined with the Metal-insulator-metal (MIM) scheme to obtain sub-30-nm (λ/12) high aspect plasmonic spot. The improvement of the depth profile is attributed to the asymmetry electromagnetic mode excitation in the metal-insulator-metal structure and the decaying compensation of the reflective metal layer. It is demonstrated that the depth profile of the 28 nm hot spot is more than 20 nm, which is about 4 times of the bowtie aperture without the MIM scheme. Futuremore, the spot of 47 nm diameter (FWHM) and 25 nm depth was achieved in photo-resist in the experiment, which demonstrated the advantages of the new structure on reducing the size and improving the depth profile of the spot.
Key words: local surface plasmon resonance; direct-writing nanolithography; Bowtie aperture; metal-insulator-metal structure
0 引 言
近年来，一系列光学奇异现象的研究证实，表面等离子体(Surface Plasmon，SP)本身具备了短波长传输以及倏逝波耦合放大等独特的光学特性[1]。通过电磁波耦合表面等离子体集群振荡，使倏逝波的位相、振幅和传输行为操控成为了可能，为超衍射光学成像、光刻和传输的研究发展带来了新机遇[2]。在表面等离子体研究热潮中，基于局域表面等离子体共振的纳米直写光刻技术受到了广泛关注，其以超越衍射极限的高分辨率以及简单的系统结构满足了人们对新一代光刻技术的要求，有望成为一种新的高效、低成本、高分辨力的微细加工手段。
收稿日期：2015-03-11；收到修改稿日期：2015-04-21
基金项目：国家自然科学基金资助项目(61138002)
作者简介：王耀辉(1989-)，男(汉族)，河南鹤壁人。硕士研究生，主要从事局域表面等离子体研究。E-mail: wangyaohui_cn@https://www.360docs.net/doc/d411040238.html,。
https://www.360docs.net/doc/d411040238.html,