一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法制造方法及图纸

本申请公开一种基于光强检测的纳米间距测量装置，包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，分别为BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B，所述BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。本申请基于5层SPR结构的谐振腔式光强检测装置能够实现200nm以内的微小绝对间距的高精度检测，其可用在表面等离子体光刻技术中，还可作为近场高精度光学检测技术的补充。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法
本公开一般涉及纳米检测领域，具体涉及一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法。
技术介绍
现代光刻技术中对平面之间的对准精度有严格的要求，对准精度直接关系到光刻技术的精度。为此发展起来的一系列平面对准技术，如几何成像对准技术，波带片对准技术，干涉强度对准技术，外差干涉对准技术以及莫尔条纹对准技术等。其对准精度可以达到几十到几百纳米，基本能够满足现在各种光刻技术中的对准要求。为了获得更小的光刻尺寸，基于表面等离体子技术发展起来的下一代光刻技术对平面对准系统提出了更高的适配要求。由于表面等离子体波只存在于物体表面，要想用其实现光刻功能，则要求平面间间距要小于200nm，这就要求我们能够实现200nm以内的平面绝对间距的对准检测。在如此小的绝对间距内，传统的光刻对准系统遇到不可克服的困难，第一，绝对间距小于入射光束的半个波长导致干涉场内干涉条纹变得不可见；第二，在如此小的范围内光强以及相位变化较小，由于外界环境干扰不易于检测。因此，我们提出一种基于SPR效应的纳米间距高精度检测方法，其能够实现200nm以内的绝对间距的检测，检测精度优于1nm。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于光强检测的纳米间距测量装置和方法。根据本申请实施例提供的技术方案，一种基于光强检测的纳米间距测量装置，包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，第一层至第五层分别为BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B，所述BK7玻璃层A、金属钛层、金属金层、待测纳米间距层和BK7玻璃层B依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。本专利技术中，所述BK7玻璃层A为三棱镜结构，且其底角角度为43.85°；所述BK7玻璃层B为平板玻璃。本专利技术中，所述金属钛层的厚度为2.5nm；所述金属金层的厚度为44.3-44.7nm；所述测纳米间距层的高度小于200nm。一种基于光强检测的纳米间距测量方法，1)、BK7玻璃层A(1)的底角设定为本装置的共振角度，入射光束满足共振条件，会在金层中激发出表面等离子体波；TM模式激光束垂直入射到所述BK7玻璃层A(1)的AB边上；2)、出射光束以垂直角度入射到所述AC边上，AC面上镀有光学反射薄膜，部分光强出射，部分光强被反射后原路返回；3)、原路返回的光强再次经过5层结构后，仍产生表面等离子体共振效应，AB边和AC边形成一个光学谐振腔，出射光束强度为多光束相干叠加的结果。4)、出射光强为纳米间距d的单值函数，在实验中测量出光强值，然后通过反演计算就可以得到纳米间距的值。综上所述，本申请基于5层SPR结构的谐振腔式光强检测装置能够实现200nm以内的微小绝对间距的高精度检测，其可用在表面等离子体光刻技术中，还可作为近场高精度光学检测技术的补充。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中谐振腔式光强检测装置的结构示意图；图2为本专利技术的测量示意图；图3为反射率随纳米间距函数关系。图中标号：1.BK7玻璃层A、2.金属钛层、3.金属金层、4.待测纳米间距层、5.BK7玻璃层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。请参考图1，种基于光强检测的纳米间距测量装置，包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，第一层至第五层分别为BK7玻璃层A1、金属钛层2、金属金层3、待测纳米间距层4和BK7玻璃层B5，所述BK7玻璃层A1、金属钛层2、金属金层2、待测纳米间距层4和BK7玻璃层B5依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A1的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A1的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。所述BK7玻璃层A1为三棱镜结构，且其底角角度为43.85°；所述BK7玻璃层B5为平板玻璃。所述金属钛层2的厚度为2.5nm；所述金属金层3的厚度为44.3-44.7nm；所述测纳米间距层4的高度小于200nm。如图2所示，一种基于光强检测的纳米间距测量方法，1)、BK7玻璃层A1的底角设定为本装置的共振角度，入射光束满足共振条件，会在金层中激发出表面等离子体波；TM模式激光束垂直入射到所述BK7玻璃层A1的AB边上；2)、出射光束以垂直角度入射到所述AC边上，AC面上镀有光学反射薄膜，部分光强出射，部分光强被反射后原路返回；3)、原路返回的光强再次经过5层结构后，仍产生表面等离子体共振效应，AB边和AC边形成一个光学谐振腔，出射光束强度为多光束相干叠加的结果。4)、出射光强为纳米间距d的单值函数，在实验中测量出光强值，然后通过反演计算得到纳米间距的值。如图2，TM模式激光束垂直入射到BK7玻璃层A1的AB边上，三棱镜的底角设定为本装置的共振角度，入射光束满足共振条件，会在金层中激发出表面等离子体波，出射光束以垂直角度入射到AC面上，AC面上镀由光学反射薄膜，部分光强出射，部分光强被反射后原路返回，再次经过5层结构后，仍产生表面等离子体共振效应，AB边和AC边形成一个光学谐振腔，出射光束强度为多光束相干叠加的结果，能够有效地提高出射光强对空气膜厚度变化的敏感程度。其光强变化由下列方程描述：R为5层结构SPR的反射系数，当5层结构形成之后，其是空气层厚度d3的函数；rspr是它的模，是其相位，这二者都是纳米间距d3的函数，并且在共振角度附近，反射系数R对d3的变化高度敏感，结果模拟如图3所示：入射光束在谐振腔内反复反射时，其出射光束可表述为：U0＝A0tRt'eiφU1＝U0R2r2ei2φ...Un＝Un-1R2r2ei2φ其中A为入射光束的波函数，t和t’分别为光从空气入射到玻璃，以及从玻璃入射到空气中的透射系数；r为光由玻璃到空气时的反射系数；Un为第n次出射光束的波函数，φ是由光程引起的相位改变量。则总的出射光束为总的出射光强出射光强为纳米间距d的单值函数，我们只需要在实验中测量出光强值，然后通过反演计算就可以得到纳米间距的值，由于SPR传感器在共振角度附近对d参数的变化高度敏感，再通过光学谐振腔提高其灵敏度，可以实现纳米间距的高精度检测。以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的专利技术范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述专利技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光强检测的纳米间距测量装置，其特征是：包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，第一层至第五层分别为BK7玻璃层A(1)、金属钛层(2)、金属金层(3)、待测纳米间距层(4)和BK7玻璃层B(5)，所述BK7玻璃层A(1)、金属钛层(2)、金属金层(3)、待测纳米间距层(4)和BK7玻璃层B(5)依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A(1)的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A(1)的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于光强检测的纳米间距测量装置，其特征是：包括谐振腔式光强检测装置，所述谐振腔式光强检测装置包括SPR传感器，所述SPR传感器由五层结构组成，第一层至第五层分别为BK7玻璃层A(1)、金属钛层(2)、金属金层(3)、待测纳米间距层(4)和BK7玻璃层B(5)，所述BK7玻璃层A(1)、金属钛层(2)、金属金层(3)、待测纳米间距层(4)和BK7玻璃层B(5)依次按顺序分布固定；将所述BK7玻璃层A(1)的两侧边分为AB边和AC边，在所述BK7玻璃层A(1)的AB边和AC边上镀有光学反射膜，且其中AB边上的光学反射膜为高反射率膜，AC边上的光学反射膜为半反半透膜。2.根据权利要求1所述的一种基于光强检测的纳米间距测量装置，其特征是：所述BK7玻璃层A(1)为三棱镜结构，且其底角角度为43.85°；所述BK7玻璃层B(5)为平板玻璃。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王二伟，范印波，何军锋，任亚杰，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61