香港，2022年4月19日 — 香港大学（HKU）的研究人员开发了一种纳米器件制造方法，以提高构建需要不同空间尺寸的纳米结构的效率。研究人员设计并展示了一种实用的，可扩展的纳米光刻方法，该方法结合了干涉光刻和灰度图案二次曝光（IL-GPSE）。该技术可在晶圆级尺度实现高通量纳米图案化，以及纳米结构的按所需空间调制。 在纳米器件制造中，一些应用需要具有统一特征尺寸的纳米结构，而其他应用则需要具有空间变化形态的结构。在光电子学、等离子体学、元光学、生物传感和其他技术的应用中，精确控制特征大小至关重要。 在其方法中，该团队使用高通量干涉光刻（IL）来有效地制造大面积周期性纳米结构。IL在光刻胶基板上暴露大面积的周期性纳米级图案。然后，研究人员将二次曝光（SE）的紫外线（具有灰度图案的设计强度分布）应用于IL曝光的光刻胶。这一步允许研究人员在空间上调节单个纳米结构的特征尺寸。 为了支持具有更高均匀性的晶圆级纳米结构图案化，IL-GPSE通过使用专门设计的SE强度分布来补偿由不均匀IL曝光场引起的线宽变化。 研究人员通过实验和数值模拟测试了他们技术的可靠性。使用紫外接触光刻、无掩模投影光刻和SE的直接激光写入，他们展示了亚微米分辨率的特征尺寸调制，并且适用于晶圆级区域。
（a-d）：仅由IL和IL-GPSE制造的4英寸晶圆上的纳米光栅的比较，表明IL-GPSE通过补偿由非均匀IL曝光场引起的线宽变化，允许晶圆级纳米结构图案化具有更高的均匀性。（e-f）：在IL-GPSE图案的光刻胶中展示一幅画3英寸的灰度。 该团队成功地展示了4英寸晶圆级纳米光栅的制造，具有均匀的125nm线宽，变化小于5%，使用灰度图案SE来补偿由IL中激光束的高斯分布引起的线宽差异。线宽均匀性显示，与只有IL曝光相比，提高了1100%。 此外，研究人员通过空间调制纳米结构的填充比来实现3英寸晶圆级结构彩色绘画，以使用SE.IL-GPSE实现梯度灰度颜色，从而实现精确的灰度控制，证明它可以用于平面光学器件和结构颜色加密中的潜在应用。 研究人员表示，传统的纳米结构中控制特征尺寸的方法无法在纳米图案化中同时提供高通量，大面积控制和精确的特征尺寸控制。 IL-GPSE工艺组合可以显着改善需要空间变化尺寸的纳米结构的制造过程。 “通过所提出的技术制造的晶圆级纳米器件可以使各种应用受益，”研究人员说。“例如，大面积均匀纳米光栅可用于光谱学，天文学，激光等。大面积结构色彩在高清显示、防伪、传感等领域有着更广泛的应用。 IL-GPSE平版印刷产品组合还可以应用于采用具有空间调制填充比的纳米结构的超表面和金属层的制造。通过分离超表面构建块的高分辨率图案和尺寸调制，与电子束光刻相比，IL-GPSE有可能将这些器件的图案效率提高几个数量级。 这项研究由香港大学教授李文迪领导。 该研究发表在Light：Science & Applications（www./doi.org/10.1038/s41377-022-00774-z）上。 |
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