用于近场高速纳米光刻的飞行等离子体透镜[1]

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1、万方数据用于近场高速纳米光刻的飞行等离子体透镜●翁占坤摘要：纳米尺度器件的商业化。要求开发高生产能力的纳米制备技术，该技术应满足经常对设计的器件进行改进的需要。电子束刻蚀技术和扫描探针刻蚀技术等无掩模纳米光刻技术给予了人们期望，但是，这些技术的低生产能力使其在大规模应用上受到了限制。本文报道了一种新颖低廉、生产高效的无掩模纳米光刻途径，该技术使用一个在组成图案的表面上飞行的等离子体透镜阵列，聚焦短波长表面等离子体<100m的光斑。然而，这些纳米尺度的光斑仅仅在近场形成。很难在表面上高速地对阵列进行扫描。为了克服

2、这一难题，设计了自适应间隙的空气轴承装置。飞行阵列恰好距圆盘20lml，旋转速度为4—12ln／s，实验显示的图案线宽为8011n1。该廉价的纳米制备方案有望获得比其它无掩模技术高出2~5个数量级的产量。过去的几十年里，光刻技术已经广泛地应用于半导体工业．尽管该技术的分辨率不断地提高。但成本也在大大地增加。典型的单面光刻工具的价格接近20万美元。高质量光刻板的制备也存在耗时多和价格昂贵等问题，且设计的器件需要经常改进，阻碍了器件样品的制备进度。无掩模纳米光刻技术包括电子束、聚焦离子束和扫描探针刻蚀技术(SPL)

3、，为克服这些问题提供了一个途径，在纳米尺度器件制备中有效地减少了掩模板的成本并缩短了研发周期。然而，由于这些无掩模方法的连续扫描过程较慢。因而造成的低生产能力依然是该类技术的瓶颈。尽管可采用多电子束平行模式的多轴电子束光刻技术来提高生产效率。但是，由于热漂移和电荷间的库仑作用，很难同时调节多电子束的尺寸和电子束的位置，因而导致透镜存在较大的误差。这使得它在未来应用中存在不确定性。菲涅尔波带片阵列光刻术使用了大量的衍射光学元件阵列或空间光调节器来提高生产能力。但最重要的分辨率仍然受限于衍射极限。SPL是一种基于微

4、尖、廉价与可选择性的在大气环境下操作的技术。其生产能力的改进已引起人们的关注。如最近展示的使用55000个探针以60mn以的速度扫描。但是，它的坚糕竺爿!璺Mar．2009L———————一万方数据生产能力仍然比实际应用中需要的纳米制备低2．3个数量级。因为SPL技术依赖于距表面lO—100nm的尖端的慢速扫描。这是由于在较高的扫描速度下可利用来控制探针尖端与样品距离的反馈频带宽度受到限制所至。本文报道了一种新的高生产效率的等离子体纳米光刻模式。避开了临界平行度与慢速扫描的挑战。该技术的生产效率有望提高到平行S

5、PL技术和商用电子束光刻技术的2—5个数量级以上。当光轰击金属表面时能在表面激起电子共振。也即是所说的等离子体，这些振荡的波长远小于它们的激发波长，这意味着表面等离子体可以超越其激发波长的衍射极限应用于高分辨的图像处理与光刻技术。等离子体透镜由一个同心的环形光栅组成。用于在近场把光聚焦到<100nm的光斑上。局部密度比入射光>100倍。这些早期的结果明确地反映出等离子体透镜在纳米光刻上具有潜在的应用前景。然而，由于瞬逝场的指数衰减，紧密聚焦的光斑仅在等离子体透镜的近场存在。一般情况下近于100nm。因此，纳米图

6、案的高效制备需要一种新的机制．以确保在高速写入的过程中精确控制等离子体透镜与基底之间纳米尺度的间隙。图l采用等离子体透镜阵列的高产无掩模纳米平版印本文首次报道了以空气轴承支撑的高速飞行的刷。图(a)表示透镜阵列将紫外(365nm)激光脉等离子体透镜阵列(图1)。为了实现高速扫描时保冲聚集到旋转基底上．从而使表面等离子体聚焦持纳米尺度的间隙，我们在基底上20nm高处设计于<100nm的光斑上。然而，<100nm的光斑只在了一个新的空气轴承滑动器使等离子体透镜阵列飞透镜附近区域产生．因而需要一个过程控制系统将行，飞

7、行速度为2一12Il以。基底的旋转使得沿着等透镜与基底之间的间隙保持在20nm。图(b)为涂离子体飞行头的底面产生气体流动。即众所周知的覆光刻胶的等离子体头在旋转基底上部20nm飞行表面空气轴承(ABS)。ABS产生一个空气动力学升的剖面示意图。图(c)为过程控制系统示意图。高力。该升力与悬臂施加的力平衡．实现了在等离子速光学调制器根据图形发生器产生的信号控制激光体透镜阵列与涂有光刻胶的旋转基底之间精确调控脉冲。写入位置根据圆盘相对于纺锤编码器的位置纳米间隙的目的。高轴向轴承的硬度与小的冲击质与径向纳米台的位置

8、确定。量使得自适应方法能在120kHz之上提供一种有效高效的纳米光刻。底面上的等离子体飞行头是特殊的频带宽度。应用ABS不再需要反馈回路控制。并设计的具有一个等离子体透镜阵列的透明气体轴承克服了高速扫描的主要技术障碍。从图1可以看出，滑动器。大量的等离子体透镜阵列能实现高效平行使用等离子体飞行头在一个相对高的速度下实现了写入。!兰喘}万方数据本工作使用微加工技术和聚焦离子束研磨来制备等