基于亚波长光栅的纳米压印模板工艺及光学仿真研究

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器件尺寸由微米向纳米转变是微电子技术发展的动力和必然趋势,小尺寸下的各种效应已使得纳米结构的研制成为当今的科研热点。微纳米结构的制作离不开先进的图形转移技术——光刻技术。传统光刻由于受到其本身的物理限制,在制作纳米级图形时将面临日益严重的挑战。新兴的下一代光刻技术如X射线光刻技术、电子束光刻等技术代价昂贵,难以实现产业化。1995年由Stephen Y Chou提出的纳米压印技术凭借其与生俱来的特性很好的解决了这一矛盾,它被国际半导体路线图规划为实现22nm及16nm工艺节点的下一代光刻技术之一。纳米压印技术继承了传统光刻的并行性,具有高产率的特点,同时又继承了直写式纳米结构制备技术的高分辨率。另外,纳米压印设备简单,避免了在光刻技术中使用昂贵的光学系统,大大降低了成本。目前,纳米压印在集成电路、存储器、微/纳沟道及生化系统、微/纳光学等方面都取得了广泛的应用,在光学方面的应用尤为显著,已有研究者用它来制作亚波长光栅、光子晶体、波导、光学滤波器等光学结构。纳米压印是1倍的图形复制过程,纳米压印模板不仅决定了纳米压印所能够达到的分辨率,而且直接影响纳米压印质量。与传统的硅模板相比,SiN_x模板具有硬度大,表面能低的优点,它可以在不使用表面疏水处理的情况下达到较好的脱模效果,这一特点不仅可以减少压印工艺步骤,提高实验的可行性,而且有利于大面积、高密度图形的纳米压印技术的实现。本文结合电子束光刻技术和干法刻蚀技术开发了基于NEB-22胶和金属Cr作为掩膜的SiN_x光栅模板的制备工艺,比较了NEB-22胶和Cr对SiN_x的反应离子刻蚀阻挡特性及不同刻蚀条件对SiN_x模板形貌的影响。在没有使用脱粘剂的情况下,成功将SiN_x模板上的光栅图形通过压印的方法复制到SU-8光刻胶中。本文还利用光学软件Lumerical模拟了金属/介质亚波长的偏振特性,较好的解释了实验测量结果。此外,本文设计并制作了基于SU-8胶的布拉格滤波器及布拉格反射镜,以期能够推进纳米压印技术及SU-8光刻胶在光学中的进一步应用。
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