1 浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310027
2 之江实验室，浙江 杭州 311121
双光子直写技术凭借其高精度、任意三维结构刻写、高成本效益、材料设计高自由度等特点，已被成功应用到多种微纳光学器件的刻写中。基于双光子直写的微纳光学器件应用不断拓展，对刻写分辨率和通量都提出了更高的需求。超分辨激光纳米直写和高通量激光直写技术使得双光子直写具有nm级精度与cm级尺寸的跨尺度加工能力，进一步拓展了基于双光子直写的微纳光学器件研究领域。本文首先对双光子直写原理进行概述，介绍本课题组在利用双光子直写技术制造衍射光学器件、光纤集成器件方面的研究进展；然后，介绍本课题组在使用超分辨激光直写技术制备纳米光子器件方面的拓展研究，并展示了高精度、高通量激光直写技术在大面积刻写微纳光学器件上的技术优势。
激光直写 双光子直写 微纳光学器件 纳米光刻 高通量刻写 光学学报
2023, 43(16): 1623013
1 中国科学院微电子研究所， 北京 100029
2 中国科学院大学， 北京 100049
随着半导体制造步入1x nm技术节点时代，光刻机中的对焦控制精度需要达到几十纳米。在纳米精度范围内，硅片上的集成电路（IC）工艺显著影响调焦调平系统的测量精度。基于实际的调焦调平光学系统模型和三角法、叠栅条纹法测量原理，建立工艺相关性误差模型。研究表明，工艺相关性误差主要来源于测量光在光刻胶涂层内部的多次反射。选取3种光刻胶仿真分析发现，不同光刻胶的工艺相关性误差随光刻胶厚度的变化趋势相同，随测量光入射角（45°~85°）的增大而减小。在实验验证平台上分别测量7种工艺硅片，实验测量值与理论模型计算值差异统计平均值小于6 nm。结果表明，光刻机中调焦调平系统的测量光有必要采用大入射角度，同时提高光刻胶的涂胶均匀性，以减少工艺相关性误差。
测量 调焦调平 工艺相关性 纳米光刻
中国计量学院光学与电子科技学院, 浙江 杭州310018
表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering, SERS)是通过吸附在粗糙金属表面或金属纳米结构上的分子与金属表面发生的等离子共振(SPR)相互作用而引起的拉曼散射增强现象, 是一种高灵敏的探测界面特性和分子间相互作用的光谱手段。 文章归纳总结了近年来常用的SERS衬底的制备方法(溶液中的金属溶胶(MNPs in suspension)、 金属纳米粒子的自组装(self-assembly)、 模板法(Template method)和纳米光刻法(Nanolithographic)等; 综述了这些衬底的表面增强拉曼特性; 着重介绍了SERS增强在环境监测和生物医学应用上的最新国内外研究动态。 目前已经能够实现增强因子高、 可靠性好、 重现性强的SERS衬底的可控制备, 表明SERS可以作为一种高性能的分析探测工具, 充分实现其潜在应用价值。
表面增强拉曼散射(SERS) 金属纳米颗粒 纳米光刻 自组装 Surface enhanced Raman scattering (SERS) Metal nanoparticles (MNPs) Nanolithographic Self-assembly 光谱学与光谱分析
2013, 33(6): 1547
1 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
2 中国科学院研究生院，北京 100049
本文提出和研究了利用超分辨缩小成像平板超透镜，在i 线光源波长下实现纳米尺度光刻方法。为了在超分辨透镜像面位置获得高质量的光刻图形，采用超分辨透镜-光刻胶-反射银膜的结构方式，解决由于超透镜磁场偏振传输模式带来的成像光场畸变问题，大大提高了成像质量和光场对比度。采用掩模图形结构预补偿的方法，消除超分辨透镜的倍率畸变像差影响。基于有限元电磁计算方法，数值模拟结果验证了该方法在i 线光源波长下实现纳米尺度缩小成像光刻的可能性。在i 线(365 nm)光源波长下，得到约35 nm 线宽的高对比成像光场模拟结果，并分析了结构参数变化对成像光场带来的影响。
纳米光刻 超分辨成像 表面等离子体 超透镜 nanolithography sub-wavelength resolution imaging surface plasmons superlens
1 电子科技大学 物理电子学院， 成都 610054
2 中国科学院 光电技术研究所, 微细加工光学国家重点实验室， 成都 610209
介绍了一种利用激光干涉光刻技术得到特征图形，并通过离子束刻蚀将图形转移到铬层上，从而获得掩模的方法。针对掩模透光率以及对干涉图形对比度可能产生影响的两个参数分别进行了数值仿真，从而证明此方法的可行性和参数的优化选择。自搭干涉光刻实验系统，用257 nm的激光光源实现光刻，得到特征尺寸为100 nm的图形，再经过离子束刻蚀，最终得到周期200 nm、线宽100 nm的掩模。
激光干涉光刻 离子束刻蚀 纳米光刻 微纳结构制造 laser interference lithography ion beam etching nanolithography nanostructure fabrication
1 中国科学院光电技术研究所,成都 610209
2 中国科学院研究生院,北京 100039
3 乐山师范学院 物理电子系,四川 乐山 614004
在纳米光刻中,采用周期相差不大的两光栅分别作为掩模和硅片上的对准标记。当对准光路通过这两个标记光栅时受到两次调制,发生双光栅衍射及衍射光的干涉等复杂现象,最后形成有规律、且呈一定周期分布的莫尔条纹。周期相对光栅周期被大幅度放大,条纹移动可表征两标记的相对位移,具有很高探测灵敏度,可用于纳米级高精度对准。从傅里叶光学角度分析推导了对准应用中,两频率接近的光栅重叠时莫尔条纹振幅空间近似分布规律。并设计了一组对准标记,能继续将灵敏度提高一倍。通过仿真分析,从大致上定量地验证条纹复振幅分布的近似数学模型以及光刻对准应用中的条纹对准过程。
莫尔条纹对准 建模 纳米光刻 光栅标记 alignment of moiré patterns modeling nanometer lithography grating marks
蘸笔纳米光刻术(Dip-pen nanolithography,DPN)利用原子力显微镜(AFM)的探针把"墨水"分子传输至基底表面,使之形成自组装单分子层.DPN作为一种在物质表面构造纳米结构的技术,以其高分辨率、定位准确和直接书写等优点,在物理、化学、生物等领域的纳米尺度研究中得到了广泛应用.本文着重综述近年来DPN在纳米电路、生物芯片、化学检测、催化反应、纳米刻蚀等方面的新应用,以及它在实验研究中取得的新进展,分析了相应实验的原理,展示了这种技术的优势和发展前景.
蘸笔纳米光刻术 自组装单分子层 直接书写 定位精确 高分辨率
超分辨近场结构(Super-RENS)是在传统的超分辨光盘技术和近场光学的基础上发展起来的新技术.介绍了超分辨近场结构的基本原理及其在纳米光刻方面的应用,拓展了超分辨近场结构的外延:在近场范围内,能实现超过衍射极限的纳米多层膜结构.局域表面等离子体效应在高密光存储、纳米光刻等纳米光子学研究领域具有重要的科学意义和应用价值.
近场光学 超分辨近场结构 纳米光刻 局域表面等离子体效应 near-field optics super-resolution near-field structure nano-photolithography surface plasmons
