一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，包括第一反射镜、第二反射镜和机械固定机构，第一反射镜和第二反射镜垂直粘合构成垂直反射镜组，所述机械固定机构包括第一结构件、第二结构件、第三结构件和第四结构件，第一结构件、第二结构件、第三结构件和第四结构件构成一可容纳垂直反射镜组的框架，且该框架留有用于穿过原子束和会聚光的空间。与现有技术相比，本发明专利技术将二维原子光刻栅格夹角溯源至垂直反射镜组的垂直夹角，确保了栅格结构的正交性，并控制二维原子光刻分步沉积过程中驻波场切光的平行性，确保了光刻栅格结构的一致性与均匀性，可实现分步沉积型原子光刻技术制备非正交性误差小于0.01度的二维原子光刻栅格结构。

A device for two-dimensional atomic lithography with step-by-step deposition

The invention relates to a device for realizing two-dimensional atomic lithography with step-by-step deposition, which comprises a first mirror, a second mirror and a mechanical fixing mechanism. The first mirror and a second mirror are vertically bonded to form a vertical reflector group. The mechanical fixing mechanism comprises a first structural member, a second structural member, a third structural member and a mechanical fixing mechanism. The fourth structural element, the first structural element, the second structural element, the third structural element and the fourth structural element form a frame which can accommodate the vertical reflector group, and the frame has space for passing through the atomic beam and focusing light. Compared with the prior art, the present invention traces the grid angle of two-dimensional atomic lithography to the vertical angle of the vertical reflector group, ensures the orthogonality of the grid structure, and controls the parallelism of standing wave field in the process of two-dimensional atomic lithography step-by-step deposition, ensures the consistency and uniformity of the grid structure, and realizes step-by-step deposition. Two-dimensional atomic photolithography grid structure with nonorthogonality error less than 0.01 degrees was fabricated by product atomic lithography.

【技术实现步骤摘要】
一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置
本专利技术涉及原子光刻
，尤其是涉及一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置。
技术介绍
具备良好的正交性是纳米测量仪器与设备应用中的广泛需求，比如扫描探针显微镜需要良好的正交性来减小角度误差、扫描电子显微镜需要良好的正交性来减小测量过程中的漂移误差、用于测量二轴平台的平面编码器中需要良好的正交性来减小阿贝误差等。因此，在实际的纳米测量仪器与设备应用中，多轴运动系统中轴与轴之间的非正交性是主要的测量误差来源，使用具备良好正交性的标准物质来进行正交性校准是实现高准确度测量的关键。二维正交型栅格结构是最常用的正交性校准标准物质，其制备工艺一般是基于激光干涉光刻、电子束刻蚀、多层膜技术以及传统光刻技术，例如，Nanosensor公司研制的2D200nm、ASM公司研制的2D144nm和NANO5国际比对中使用的2D292nm等型号二维正交型栅格标准物质。以NANO5国际比对中使用的2D292nm型号二维正交型栅格标准物质测量结果为例，其二维栅格垂直角度为90.5度。由于上述制备工艺制备的二维栅格结构角度没有直接的溯源性，导致非正交性误差角度较大，一般在0.5度数量级。与此同时，另外一种比较独特的标准栅格制备技术是分步沉积型原子光刻技术，该技术研制的栅格正交性可以直接溯源到样品旋转角度，其非正交性误差可以控制在0.01度以下，非常适合于研制良好正交性的二维栅格型标准物质。分步沉积型原子光刻技术由两次一维原子光刻过程组成。一维原子光刻技术原理为原子在激光场中受到偶极力的作用。具体为，由两束相向传播的蓝失谐激光叠加而成的驻波场构成激光场，原子在这个激光驻波场中运动时，会从一束光中吸收一个光子，并通过受激辐射使另一束激光得到一个光子。原子吸收光子的过程为，一个静止的原子处在光强最小值的左侧，它首先从激光束中吸收一个从左至右传播的光子，然后被由右至左传播的激光激发回到基态并向左侧放出一个光子。在此过程中，它获得了两倍的反冲动量，其方向是指向右侧的。与此同时，处于波谷右侧原子的受力情况正好相反，在受激辐射的情况下向左侧运动。综合来讲，原子在驻波场光场最低处做类似简谐振子的运动。当原子经过驻波场时，原子将被汇聚在波谷中心位置附近。类似地，若在红移激光驻波场的作用下，原子将在波腹中心位置附近汇聚。基于一维原子光刻技术制备的光栅结构，由于原子沉积位置与激光驻波场波谷或波腹位置严格对应，可以制备周期高度准确可靠的一维光栅结构，该结构的周期严格溯源于原子的跃迁能级间的自然跃迁频率，误差大小一般在0.1nm数量级，具有非常好的样品内一致性与样品间一致性。分步沉积型原子光刻技术的具体过程为，基于原子光刻技术，首先在基板上制备出一维原子光刻沉积光栅结构，得到一维原子光刻沉积光栅样板；然后保持会聚光指向与光栅样板平面法向量指向不变，并旋转一维原子光刻沉积光栅样板至所需特定角度θ；在一维原子光刻光栅结构上进行第二次原子光刻，形成二维原子光栅菱形栅格结构，且菱形栅格图案其中一个内角与一维光栅样板旋转角度θ相等。为保证所形成的结构具备良好的均匀性和一致性，要求两次原子光刻过程中金属原子束炉温、会聚光总功率、会聚光频率失谐量、会聚光与基板的切光比例、原子束横向冷却效果、沉积时间等始终保持一致。而会聚光与基板的切光比例一致则要求两次沉积过程中样板表面空间法向量指向不变。使用分步沉积型原子光刻技术研制正交型二维原子光刻栅格结构(即θ＝90度的特殊情形)的关键是保证以下两个条件：(1)精确旋转样品90度(要求角度误差小于0.01度)；(2)旋转样品前后样板表面的空间法向量指向保持不变。一般可以直接使用旋转样品转台或类似方法对样品进行高精度的旋转，然而此方法的弊端是难以保证旋转前后样板表面的空间法向量不变。因此，针对研制正交型二维原子光刻光栅的需求，发展并设计一种新的调整结构来同时保证上述两个关键技术条件尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种同时保证精确旋转样品90度(要求角度误差小于0.01度)和旋转样品前后样板表面的空间法向量指向保持不变的严格条件，实现具备良好正交性的二维原子光栅栅格的研制。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，包括第一反射镜、第二反射镜和机械固定机构，所述第一反射镜和第二反射镜垂直粘合构成垂直反射镜组，所述垂直反射镜组固定于机械固定机构中，所述机械固定机构包括第一结构件、第二结构件、第三结构件和第四结构件，所述第一结构件、第二结构件、第三结构件和第四结构件构成一可容纳所述垂直反射镜组的框架，且该框架留有用于穿过原子束和会聚光的空间，所述第一结构件上设有用于放置原子光刻光栅样板的工件表面。进一步地，所述第一反射镜和第二反射镜表面均镀制有反射率高于97％的反射膜。进一步地，所述第一反射镜和第二反射镜间的垂直度角度公差小于5秒。进一步地，所述第一结构件包括处于同一表面、且分隔设置的3个突起件，所述3个突起件形成所述工件表面，且所述工件表面分别与所述第一反射镜和第二反射镜垂直。进一步地，所述工件表面分别与所述第一反射镜和第二反射镜之间的垂直度角度公差小于30秒。进一步地，所述第一结构件和第二结构件相对设置，且第一结构件和第二结构件之间留有用于穿过会聚光的空间。进一步地，所述第二结构件上设有多个用于穿过螺丝的圆孔，该螺丝用于固定所述原子光刻光栅样板。进一步地，所述第二结构件上设有用于穿过原子束的通孔。该装置实现分步沉积型二维原子光刻具体包括以下步骤：1)基于原子光刻技术，原子束穿过框架入射到放置于第一结构件上的原子光刻光栅样板上，激光从与第一反射镜垂直、与第二反射镜平行的方向入射，反射后原路返回，在原子光刻光栅样板上制备出一维原子光刻沉积光栅结构，得到一维原子光刻沉积光栅样板；2)保持会聚光指向与一维原子光刻沉积光栅样板平面法向量指向不变，将所述一维原子光刻沉积光栅样板旋转一设定角度θ，0度<θ≤90度；3)原子束穿过框架入射到所述一维原子光刻沉积光栅样板上，激光从与第二反射镜垂直、与第一反射镜平行的方向入射，形成二维原子光栅垂直栅格结构。进一步地，所述步骤1)和步骤3)中，原子束炉温、会聚光总功率、会聚光频率失谐量、会聚光与原子光刻光栅样板表面的切光比例、原子束横向冷却效果和沉积时间均保持一致。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本装置将垂直反射镜组固定于机械固定机构内，通过本装置的分步沉积第一次形成的一维原子光刻光栅平行于第一反射镜，第二次形成的一维原子光刻光栅平行于第二反射镜，将二维原子光刻研制的栅格夹角溯源至垂直反射镜组的垂直夹角(可以控制在5秒以内)，确保了二维原子光刻栅格结构的正交性。2、本装置中用于贴合二维原子光刻样板的工件表面与第一反射镜、第二反射镜分别垂直，垂直精度误差控制在30秒以内，结合两次原子光刻过程中会聚激光空间指向不变并分别通过第一反射镜和第二反射镜后原路返回，从而保证了二维原子光刻分步沉积过程中驻波场切光的平行性，进而实现了二维原子光刻栅格结构的一致性与均匀性。3、应用本装置进行实验，无需对原来的真空室进行改造，节约了成本，兼容性好。4、本装置可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，包括第一反射镜(M1)、第二反射镜(M2)和机械固定机构，所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)垂直粘合构成垂直反射镜组，所述垂直反射镜组固定于机械固定机构中，所述机械固定机构包括第一结构件(3)、第二结构件(4)、第三结构件(5)和第四结构件(6)，所述第一结构件(3)、第二结构件(4)、第三结构件(5)和第四结构件(6)构成一可容纳所述垂直反射镜组的框架，且该框架留有用于穿过原子束和会聚光的空间，所述第一结构件(3)上设有用于放置原子光刻光栅样板的工件表面。

【技术特征摘要】
1.一种用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，包括第一反射镜(M1)、第二反射镜(M2)和机械固定机构，所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)垂直粘合构成垂直反射镜组，所述垂直反射镜组固定于机械固定机构中，所述机械固定机构包括第一结构件(3)、第二结构件(4)、第三结构件(5)和第四结构件(6)，所述第一结构件(3)、第二结构件(4)、第三结构件(5)和第四结构件(6)构成一可容纳所述垂直反射镜组的框架，且该框架留有用于穿过原子束和会聚光的空间，所述第一结构件(3)上设有用于放置原子光刻光栅样板的工件表面。2.根据权利要求1所述的用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)表面均镀制有反射率高于97％的反射膜。3.根据权利要求1所述的用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)间的垂直度角度公差小于5秒。4.根据权利要求1所述的用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，所述第一结构件(3)包括处于同一表面、且分隔设置的3个突起件，所述3个突起件形成所述工件表面，且所述工件表面分别与所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)垂直。5.根据权利要求4所述的用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于，所述工件表面分别与所述第一反射镜(M1)和第二反射镜(M2)之间的垂直度角度公差小于30秒。6.根据权利要求1所述的用于实现分步沉积型二维原子光刻的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鑫彬，邓晓，李同保，刘杰，朱立，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31