【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

这个例子展示了如何创建表面等离子体共振纳米光刻接触掩模的FDTD模型[1]。在FDTD布局编辑器中显示了通过石英衬底(蓝色)、银色接触掩模(灰色)、光刻胶(粉色)和硅晶圆(红色)的二维截面，以及模拟中使用的源和监视器。

步骤一：建立模型

光刻胶选用rectangle structure，几何参数如图一，材料选择photoresist。

图一

石英衬底选用rectangle structure，几何参数如图二，材料选择quartz substrate。

图二

硅晶圆选用rectangle structure，几何参数如图三，材料选择silicon wafer。

图三

银色接触掩模选用rectangle structure，几何参数如图四，材料选择silicon wafer。

图四

步骤二：建立光源

模型建立完毕，接下来设置光源。

光源选择平面光，无相位延迟，几何参数如图五所示。

图五

步骤三：建立仿真区域

下一步设置仿真区域，几何参数如图六。

图六

步骤四：创建监视器

监视器1选用DFT监视器，几何参数如图七。

图七

监视器2选用时间监视器，几何参数如图八。

图八

监视器3选用电影监视器，几何参数如图九。

图九

监视器4选用DFT监视器，几何参数如图十。

图十

步骤五：加载脚本语言

Lumerical脚本语言代码：

run;f=getdata("Monitor1","f");x=getdata("Monitor1","x");y=getdata("Monitor1","y");simf=f(1);E2=getelectric("Monitor1");# plot cross section of nearfieldimage(x*1e9,y*1e9,E2,"x (nm)","y (nm)","Nearfield intensity (logscale)","logplot");# plot y-slice of near field in middle of photoresist yslice=46;?y(yslice)*1e9;title="Near field intensity @"+num2str(c/simf*1e9)+" nm";plot(x*1e9,pinch(E2,2,yslice),"x (nm)",title);

步骤六：结果分析

运行脚本后得到如下结果。

图十一

结果分析：通过银掩模层(y = 0 ~ 60 nm)和光阻层(y = -50 ~ 0 nm)的横截面近场强度的图以对数刻度表示。在银掩膜/光刻胶界面上可以清楚地看到表面等离子体模。周期结构允许法向入射光束与反向传播的表面等离子体波耦合，从而引起光刻胶层内部近场强度的亚波长变化[2]。

图十二

结果分析：可以看出，在光阻层中间，距离接触掩模30 nm处的近场光强被绘制成位置的函数。所示的高对比度允许最小尺寸约80纳米的图案转移到光刻胶上。用表面等离子体实现的亚波长结果远远低于436 nm源的衍射极限，因此适合纳米光刻应用。

参考文献：

[1]葛伟豪. 基于表面等离子体共振腔的可调谐纳米光刻技术研究[D].苏州大学,2011.

[2]刘洪超. 基于表面等离子体的超分辨干涉光刻原理和方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所),2018.