【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米制造，尤其是涉及一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统及方法。
技术介绍
1、计算机领域的发展依赖于集成电路与半导体工艺的进步，芯片计算能力和运行速度的提升要求芯片制程节点不断减小。但随着晶体管中关键尺寸降低至亚10纳米，芯片制造所遭遇的瓶颈也越来越难以克服。以商用光刻机这一芯片制造核心设备为例，一方面，7nm节点光刻系统的极紫外光源造价昂贵，输出功率低，且系统的能源损耗极大。不仅如此，极紫外光刻系统制造难度之大，已不是单一国家所能独立完成的，为了保持光源的稳定性，光刻机的光学系统构造极其复杂，对于光学透镜、掩膜版、反射镜等光学设备的精度和性能要求也达到了苛刻的程度。另一方面，传统光刻将远场光投影至掩模版上后缩小，再曝光至抗蚀剂上，其制造精度天然受到光学衍射极限的限制，现代光刻中引入的浸没式曝光、多重曝光及至极紫外光源等复杂工艺和器件均只能不断改善这一极限而无法彻底摆脱。随着5g通信、人工智能、元宇宙等新兴科技产业的快速崛起，高端芯片的需求量不断增加，当前迫切需要一种能够有效规避光学衍射极限，结构简单、精度高、成本低且能够应用于科研和工业领域的纳米加工方案。
2、幸运的是，表面等离激元近场光刻提供了一种极具前景的新型纳米加工方案，利用局域表面等离激元谐振效应，不需要减小波长即可提高加工分辨率，具有结构简单，技术门槛低，设备成本低的优势，有望解决当下微电子芯片、光电子及特种功能结构等领域对纳米加工精度不断提高的要求。然而，由于表面等离激元是倏逝波，在垂直表面方向上指数衰减，导致超分辨率纳米加工只
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，能够在加工的高速运动过程中精确、稳定地保持纳米尺度间距，提高等离激元近场光刻的曝光深度。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法。
3、一方面，本专利技术提供一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，包括：
4、扫描探针，所述扫描探针的针尖表面上覆盖有一层金属薄膜，在所述金属薄膜上位于所述针尖末端的位置处加工有亚波长孔径；
5、光刻载体，包括第一金属层、光刻胶层、第二金属层和硅基片，所述第一金属层、所述光刻胶层、所述第二金属层和所述硅基片从上至下依次排列构成多层堆叠结构；
6、紫外激光模块，包括紫外激光器和紫外激光光路，所述紫外激光器发射的紫外激光能够对所述光刻胶层曝光，通过光化学反应使所述光刻胶层特性改变，所述紫外激光光路将所述紫外激光器发射的紫外激光引导至所述扫描探针的所述针尖处，在所述亚波长孔径中激发局域表面等离激元，实现亚波长范围内的局域光场增强；
7、扫描近场光学显微镜，用于控制所述扫描探针在所述光刻载体上方移动，利用所述亚波长孔径附近的局域光场增强对所述光刻胶层进行曝光，以在所述光刻胶层中扫描出预设图案。
8、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，所述扫描探针1的针尖末端为平面。
9、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，所述紫外激光光路包括第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和偏振片，所述第一反射镜与所述紫外激光器位于同一水平方向上，所述第二反射镜位于所述第一反射镜的正上方，所述偏振片与所述第二反射镜位于同一水平方向上，所述第一聚焦透镜位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间，所述第二聚焦透镜位于所述第二反射镜与所述偏振片之间。
10、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，所述扫描近场光学显微镜在近场扫描光刻时可工作在接触模式或轻敲模式下，当工作在所述轻敲模式下时，所述扫描探针的所述针尖与所述光刻载体的上表面间的距离小于60nm。
11、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，所述扫描探针上的所述亚波长孔径的长度尺寸la和宽度尺寸lb均小于250nm，所述亚波长孔径中获得最大局域光场增强处的关键特征尺寸小于50nm；
12、所述亚波长孔径的长度尺寸la和宽度尺寸lb均小于所述紫外激光的波长的三分之二；
13、所述金属薄膜的厚度范围为50～120nm；
14、所述第一金属层的厚度范围为20～40nm，所述光刻胶层的厚度范围为20～50nm，所述第二金属层的厚度范围为50～80nm；
15、所述第一金属层、所述光刻胶层、所述第二金属层和所述硅基片的表面粗糙度均小于1nm；
16、所述紫外激光器发射的所述紫外激光的波长范围为355～405nm。
17、另一方面，本专利技术提供一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，采用上述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，具体包括如下步骤：
18、s1、扫描近场光学显微镜控制扫描探针在光刻载体上方移动，在光刻胶层中扫描出预设计图案；
19、s2、通过机械剥离或干法刻蚀去除第一金属层；
20、s3、对曝光后的光刻胶层进行显影；
21、s4、采用干法刻蚀将光刻胶层中的图案转移至第二金属层；
22、s5、采用干法刻蚀或湿法刻蚀将第二金属层上的图案转移至硅基片，在硅基片上加工出预设计图案。
23、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，在步骤s1中，具体包括：
24、调节扫描近场光学显微镜工作在接触模式或轻敲模式下，控制扫描探针在光刻载体上方移动，扫描出预设计图案，期间保持扫描探针的针尖与光刻载体上表面之间的间距在60nm以内。
25、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，在步骤s3中，具体包括：
26、利用光刻胶显影液对近场扫描后的光刻胶层进行显影，去除被曝光的部分。
27、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，在步骤s5中，具体包括：
28、采用干法刻蚀将硅基片上未被第二金属层覆盖的部分去除预定厚度，然后将第二金属层中的图案转移至硅基片上。
29、根据本专利技术提供的一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，干法刻蚀包括等离子体刻蚀或反应离子刻蚀或离子束刻蚀。
30、本专利技术提供的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，能够在加工的高速运动过程中精确、稳定地保持纳米尺度间距，提高等离激元近场光刻的曝光深度，具有结构简单、分辨率高且无需掩膜版的优势，能够突破现有投影式商用光刻技术中光刻分辨率受到光学衍射极限的天然限制，无需借助于价格昂贵的深紫外光源及复杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述扫描探针1的针尖末端为平面。
3.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述紫外激光光路包括第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和偏振片，所述第一反射镜与所述紫外激光器位于同一水平方向上，所述第二反射镜位于所述第一反射镜的正上方，所述偏振片与所述第二反射镜位于同一水平方向上，所述第一聚焦透镜位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间，所述第二聚焦透镜位于所述第二反射镜与所述偏振片之间。
4.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述扫描近场光学显微镜在近场扫描光刻时可工作在接触模式或轻敲模式下，当工作在所述轻敲模式下时，所述扫描探针的所述针尖与所述光刻载体的上表面间的距离小于60nm。
5.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，
6.一种基于扫描近场光学显
7.根据权利要求6所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，其特征在于，在步骤S1中，具体包括：
8.根据权利要求6所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，其特征在于，在步骤S3中，具体包括：
9.根据权利要求6所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，其特征在于，在步骤S5中，具体包括：
10.根据权利要求6所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻方法，其特征在于，所述干法刻蚀包括等离子体刻蚀或反应离子刻蚀或离子束刻蚀。
...【技术特征摘要】
1.一种基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述扫描探针1的针尖末端为平面。
3.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述紫外激光光路包括第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和偏振片，所述第一反射镜与所述紫外激光器位于同一水平方向上，所述第二反射镜位于所述第一反射镜的正上方，所述偏振片与所述第二反射镜位于同一水平方向上，所述第一聚焦透镜位于所述第一反射镜和所述第二反射镜之间，所述第二聚焦透镜位于所述第二反射镜与所述偏振片之间。
4.根据权利要求1所述的基于扫描近场光学显微镜的近场扫描光刻系统，其特征在于，所述扫描近场光学显微镜在近场扫描光刻时可工作在接触模式或轻敲模式下，当工作在所述轻敲模式下时，所述扫描探针...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭瑞光，冯世嘉，甘芸尔，高凯，蔺涛，李琳，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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