首页 > 论文 > 光学学报 > 31卷 > 9期(pp:0900128--1)

微纳金属光学结构制备技术及应用

Micro- and Nano-Metal Structures Fabrication Technology and Applications

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

微纳光学结构制备技术一直是微纳光子学器件发展的技术瓶颈。针对微纳光学结构制备技术向小尺寸、高精度和广泛应用发展的趋势,报道了基于电子束、X射线和接近式光学的混合光刻制作微纳金属光学结构技术。针对微纳光子学器件复杂图形开发了微光刻数据处理体系,基于矢量扫描电子束光刻设备在自支撑薄膜上进行1×高分辨率图形形成,利用X射线光刻进行高高宽比微纳图形复制,再利用低成本接近式光学光刻技术进行金属加强筋制作。还报道了自支撑X射线金光栅衍射效率和抗振测试结果。

Abstract

Fabrication of micro- and nano-optical structures has been the technical bottlenecks in the development of micro- and nano-photonic devices. In order to meet the small size, high precision and wide applications requirements raised by micro- and nano-optical structure fabrication technologies, we report the electron beam/X-ray/optical mixed lithography technology for the fabrication of micro- and nano-optical structures. Home-made microlithography data processing technology is developed for the generation of complex patterns of micro- and nano-optical photonic devices, 1× high-resolution patterning of the membrane-type masks is carried out by a vector-scanned electron beam lithography tool, high-aspect-ratio micro- and nano-optical patterns are replicated by X-ray lithography, and accurate overlay between X-ray lithography and low-cost optical proximity lithography is carried out for the generation of metal ribs. The results of diffraction efficiency test and seismic experiment for free-standing X-ray gold gratings are also reported.

Newport宣传-MKS新实验室计划
补充资料

中图分类号:O436.1;TN305.7

DOI:10.3788/aos201131.0900128

所属栏目:综述

基金项目:国家973计划(2007CB935302)资助课题。

收稿日期:2011-05-30

修改稿日期:2011-07-02

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

谢常青:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
朱效立:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
牛洁斌:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
李海亮:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
刘明:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
陈宝钦:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
胡媛:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029
史丽娜:中国科学院微电子研究所纳米加工与新器件集成技术研究室, 北京 100029中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室, 北京 100029

联系人作者:谢常青(xiechangqing@ime.ac.cn)

备注:谢常青(1971—),男,研究员,博士生导师,主要从事微纳光学结构制作及衍射元件、光学掩模应用等方面的研究。

【1】Li Chunfei. Strategical thinking on development of micro- and nano-photonics[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2009, 46(10): 15~21
李淳飞. 对微纳光子学发展的一些战略思考[J]. 激光与光电子学进展, 2009, 46(10): 15~21

【2】Zhou Changhe. Micro- and nano- optical structures and applications[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2009, 46(10): 22~27
周常河. 微纳光学结构及应用[J]. 激光与光电子学进展, 2009, 46(10): 22~27

【3】A. W. Lohmann. A pre-history of computer generated holography[J]. Optics & Photonics News, 2008, 19(2): 36~47

【4】Chen Baoqin. Development review and present situation for Chinese photomask fabrication and micro- and nano-fabrication technology[J]. Microfabrication Technology, 2006, (1): 1~2
陈宝钦. 中国制版光刻与微/纳米加工技术的发展历程回顾与现状[J]. 微细加工技术, 2006, (1):1~2

【5】Chen Mengzhen . Synchrotron radiation X-ray lithography[J]. Progress in Physics, 1992, 12(3): 359~374
陈梦真. 同步辐射X线光刻[J] . 物理学进展, 1992, 12(3): 359~374

【6】Tian Feng, Yang Guoguang, Bai Jian et al.. Direct writing of submicron lines using the micro- and nanofiber pens[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(1): 206~209
田丰, 杨国光, 白剑 等. 亚微米线条的微纳光纤笔直写技术研究[J]. 光学学报, 2010, 30(1): 206~209

【7】Joel K. W. Yang, Bryan Cord, Huigao Duan et al.. Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography[J]. J. Vac. Sci. Technol. B, 2009, 27(6): 2622~2627

【8】Weilun Chao, Jihoon Kim, Senajith Rekawa et al.. Demonstration of 12 nm resolution Fresnel zone plate lens based soft X-ray microscopy[J]. Opt. Express, 2009, 17(20): 17669~17677

【9】J. Reinspach, M. Lindblom, O. v. Hofsten et al.. Process development for improved soft X-ray zone plates[J]. Microelectronic Engineering, 2010, 87(5-8): 1583~1586

【10】K. Jefimovs, O. Bunk, F. Pfeiffer et al.. Fabrication of Fresnel zone plates for hard X-rays [J]. Microelectronic Engineering, 2007, 84(5-8): 1467~1470

【11】Matteo Altissimo, Filippo Romanato, Lisa Vaccari et al.. X-ray lithography fabrication of a zone plate for X-ray in the range from 15 to 30 keV[J]. Microelectronic Engineering, 2002, 61-62(1-3): 173~177

【12】Robert (Bob) Selzer, John Heaton. Using X-ray lithography to make sub 100 nm MMICs [J]. Microelectronic Engineering, 2000, 53(1-4): 591~594

【13】Li Mujun, Shen Lianguan, Zhao Wei et al.. Analysis of effective wave-front affecting diffraction field in proximity lithography[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(2): 525~530
李木军, 沈连婠, 赵玮 等. 接近式光刻衍射光场的有效波前作用规律分析[J]. 光学学报, 2010, 30(2): 525~530

【14】Deqiang Wang, Leifeng Cao, Changqing Xie et al.. Micro zone plates with high aspect ratio fabricated by e-beam and X-ray lithography[J]. J. Microlithography, Microfabrication, and Microsystem, 2006, 5(1): 013002

【15】Zhu Xiaoli, Ma Jie, Cao Leifeng et al.. Fabrication of high-density transmission gratings for X-ray diffraction [J]. Journal of Semiconductors, 2007, 28(12): 2006~2009
朱效立, 马杰, 曹磊峰 等. 高线密度X射线透射光栅的制作工艺[J]. 半导体学报, 2007, 28(12): 2006~2009

【16】Zhu Xiaoli, Ma Jie, Xie Changqing et al.. Fabrication of 3333 lp/mm Soft X-ray transmission gratings[J]. Acta Optica Sinica, 2008, 28(6): 1026~1030
朱效立, 马杰, 谢常青 等. 3333 lp/mm X射线透射光栅的研制[J]. 光学学报, 2008, 28(6): 1026~1030

【17】Ma Jie, Xie Changqing, Ye Tianchun et al.. Design, fabrication and test of X-ray freestanding transmission gratings[J]. Acta Physica Sinica, 2010, 59(4): 2564~2567
马杰, 谢常青, 叶甜春 等. 自支撑透射光栅的设计、制作和测试[J]. 物理学报, 2010, 59(4): 2564~2567

【18】Jin Feifei, Zhu Xiaoli, Li Hailiang et al.. Study on properties of 2000 lp/mm X-ray transmission varied line-space gratings[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(6): 1857~1860
靳飞飞, 朱效立, 李海亮 等. 2000 lp/mm X射线透射变栅距光栅的研究[J]. 光学学报, 2010, 30(6): 1857~1860

【19】Li Hailiang, Wu Jian, Zhu Xiaoli et al.. Fabrication and study of 2000 l/mm X-ray self-standing transmission gratings[J]. Acta Optica Sinica, 2009, 29(10): 2650~2655
李海亮, 吴坚, 朱效立 等. 2000 l/mm X射线镂空透射光栅的制备研究[J]. 光学学报, 2009, 29(10): 2650~2655

【20】Changqing Xie, Xiaoli Zhu, Jia Jia. Focusing properties of hard X-ray photon sieves: three-parameter apodization window and waveguide effect[J]. Opt. Lett., 2009, 34(19): 3038~3040

【21】Changqing Xie, Xiaoli Zhu, Lina Shi et al.. Spiral photon sieves apodized by digital prolate spheroidal window for the generation of hard-X-ray vortex[J]. Opt. Lett., 2010, 35(11): 1765~1767

【22】Liu Longhua, Liu Gang, Xiong Ying et al.. Fabrication of high-aspect-ratio and high-density X-ray transmission grating[J]. Optics and Precision Engineering, 2009, 17(1): 72~77
柳龙华, 刘刚, 熊瑛 等. 大高宽比、高线密度X射线透射光栅的制作[J]. 光学精密工程, 2009, 17(1): 72~77

【23】Zhou Hongjun, Zhong Pengfei, Huo Tonglin et al.. Cleaning of carbon contamination on Si wafer with activated oxygen by synchrotron radiation[J]. Acta Optica Sinica, 2010, 30(3): 907~910
周洪军, 钟鹏飞, 霍同林 等. 同步辐射活化氧清洗碳污染的研究[J]. 光学学报, 2010, 30(3): 907~910

【24】Chuanke Wang, Longyu Kuang, Zhebin Wang et al.. Phase-type quantum-dot-array diffraction grating [J]. Rev. Sci. Instrum., 2008, 79(12): 123502

【25】Dong Jianjun, Cao Leifeng, Chen Ming et al.. Study on the focus performance of micro-focus Fresnel zone plate [J]. Acta Physica Sinica, 2008, 57(5): 3044~3047
董建军, 曹磊峰, 陈铭 等. 微聚焦菲涅耳波带板聚焦特性研究 [J]. 物理学报, 2008, 57(5): 3044~3047

【26】Longyu Kuang, Chuanke Wang, Zhebin Wang et al.. Quantum-dot-array diffraction grating with single order diffraction property for soft X-ray region [J]. Rev. Sci. Instrum., 2010, 81(7): 073508

【27】Ma Jie, Cao Leifeng, Xie Changqing et al.. Fabrication of high aspect-ratio-hard X-ray zone plates with supporting structures[J]. Opto-Electronic Engineering, 2009, 36(10): 30~34
马杰, 曹磊峰, 谢常青 等. 带支撑结构的大高宽比硬X 射线波带片制作[J]. 光电工程, 2009, 36(10): 30~34

【28】Wang Yanbin, Tang Yongjian, Zhu Xiaoli et al.. Fabrication of micro-column array filled with CH for ICF target[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2011, 45(4): 452~455
王衍斌, 唐永建, 朱效立 等. 微米柱阵列ICF埋点靶的制备[J]. 原子能科学与技术, 2011, 45(4): 452~455

【29】Qiu Keqiang, Xu Xiangdong, Liu Ying et al.. Design and fabrication of gold transmission phase gratings for soft X-ray[J]. Acta Physica Sinica, 2008, 57(10): 6329~6334
邱克强, 徐向东, 刘颖 等. 软X射线位相型金透射光栅的设计与制作[J]. 物理学报, 2008, 57(10): 6329~6334

【30】Bin Sheng, Xiangdong Xu, Ying Liu et al.. Vacuum-ultraviolet blazed silicon grating anisotropically etched by native-oxide mask[J]. Opt. Lett., 2009, 34(8): 1147~1149

【31】Shengnan He, Ying Liu, Jingtao Zhu et al.. SiC/W/Ir multilayer-coated grating for enhanced efficiency in 50~100 nm wavelength range in Seya-Namioka mount[J]. Opt. Lett., 2011, 36(2): 163~165

【32】Zhu Weizhong, Wu Yanqing, Guo Zhi et al.. The design, fabrication and performance of a large area 10000 line/mm metal transmission diffraction gratings for soft X-ray[J]. Acta Physica Sinica, 2008, 57(10): 6386~6392
朱伟忠, 吴衍青, 郭智 等. 大面积10000 line/mm软X射线金属型透射光栅的设计、制作与检测[J]. 物理学报, 2008, 57(10): 6386~6392

【33】Bai Liang, Zhu Jingtao, Xu Jing et al.. Multilayer film reflective mirror at 30.4 nm[J]. Acta Optica Sinica, 2009, 29(9): 2615~2618
白亮, 朱京涛, 徐敬 等. 30.4 nm波长处Mg基多层膜反射镜[J]. 光学学报, 2009, 29(9): 2615~2618

引用该论文

Xie Changqing,Zhu Xiaoli,Niu Jiebing,Li Hailiang,Liu Ming,Chen Baoqin,Hu Yuan,Shi Lina. Micro- and Nano-Metal Structures Fabrication Technology and Applications[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(9): 0900128

谢常青,朱效立,牛洁斌,李海亮,刘明,陈宝钦,胡媛,史丽娜. 微纳金属光学结构制备技术及应用[J]. 光学学报, 2011, 31(9): 0900128

被引情况

【1】王君,金春水,王丽萍,郭本银,喻波. 极紫外光刻投影物镜中多层膜分析模型的建立及应用. 光学学报, 2014, 34(8): 811002--1

【2】王向贤,汪波,傅强,陈漪恺,胡继刚,张斗国,明海. 均匀辐照365 nm LED光源设计及其在光刻中的应用. 中国激光, 2012, 39(4): 416001--1

【3】刘仁臣,吴永刚,夏子奂,唐平林,梁钊铭. 亚微米AZO光栅及其漫透射分布特性. 光学学报, 2012, 32(7): 731001--1

【4】Lü Hongjun,Xie Guangjun. Design of the Quantum Encoder and Decoder Using QCA. 光学学报, 2012, 32(s1): 127001--1

【5】杜宇禅,李海亮,史丽娜,李春,谢常青. 32 nm节点极紫外光刻掩模的集成研制. 光学学报, 2013, 33(10): 1034002--1

【6】彭博方,陆海亮,王帆,许琦欣,侯文玫. 基于二维周期结构衍射的套刻测量技术研究. 激光与光电子学进展, 2014, 51(2): 21201--1

【7】付杰,王晓华,李金华,方铉,魏志鹏. 硬X射线聚焦波带片的设计及制作. 光电工程, 2014, 41(3): 7-12

【8】丁功明,齐月静,卢增雄,卢荣胜,周培松. 亚波长金属单狭缝填充金属条的聚焦特性研究. 激光与光电子学进展, 2014, 51(6): 62302--1

【9】于明岩,施云波,赵士瑞,郭晓龙,徐昕伟,景玉鹏,陈宝钦. 应用微波技术抑制光刻胶图形的坍塌与黏连. 光学 精密工程, 2015, 23(1): 149-156

【10】卢增雄,齐月静,齐威,苏佳妮,彭卓君. 纳米精度波像差检测随机点源阵列照明优化分析. 光学学报, 2015, 35(6): 612007--1

【11】司新春,唐燕,胡松,刘俊伯,程依光,胡淘,周毅,邓钦元. 基于复合光栅的大范围高精度对准方法. 光学学报, 2016, 36(1): 105003--1

【12】董亭亭,付跃刚,陈驰,张磊,马辰昊. 锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制. 光学学报, 2016, 36(5): 522004--1

【13】刘舵,强鹏飞,李林森,刘哲,盛立志,刘永安,赵宝升. 多层嵌套式X射线聚焦光学器件. 光学学报, 2016, 36(8): 834002--1

【14】邓茜,赵立新,唐燕,姚靖威,刘俊伯,胡松. 扫描积分塔尔博特光刻条纹质量影响因素模拟分析. 光学学报, 2016, 36(12): 1205001--1

【15】李海亮,史丽娜,牛洁斌,王冠亚,谢常青. 大高宽比硬X射线波带片制作及聚焦测试. 光学 精密工程, 2017, 25(11): 2803-2809

【16】陈忠贇,方淦,曹良成,付芸,曹洪忠,姜肇国,段宣明. 飞秒激光光镊直写银微纳结构. 中国激光, 2018, 45(4): 402006--1

【17】杨善初,喻虹,陆荣华,谈志杰,韩申生. X射线强度关联干涉测量能谱展宽校正. 光学学报, 2019, 39(10): 1034001--1

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF