中文摘要：

旋转式近场光刻是一种新型的光刻方法，其特点在于利用表面等离子体透镜在近场范围内的优异聚焦特性，结合工件高速旋转时对光刻头产生的气浮作用形成稳定的近场条件，实现纳米图案的高效、高分辨光刻。本课题通过系统深入地研究表面等离子体在30纳米的近场范围内的传播特性、纳米间隙下稀薄气体润滑理论和表面力作用规律以及纳秒间隔内光刻胶的快速反应机制，掌握光刻头动力学设计理论，突破纳米图案的旋转式近场光刻制造的核心技术瓶颈，建立纳米图案的旋转式近场光刻原型制造系统和演示试验平台，实现具有一定复杂程度、特征线宽50纳米的图案的高效率、低成本制造。

结论摘要：

随着纳米器件及制造技术的快速发展，已有多种纳米加工技术可实现22 nm半节距的加工，但高成本、低效率的问题制约了纳米技术的广泛应用。本项目旨在研制纳米图案的旋转式近场光刻制造系统及其关键技术，利用表面等离子体透镜（PL）具有超衍射极限分辨率的能力以及硬盘工作时产生稳定纳米飞行间隙的原理，实现高分辨、高效率、大面积、低成本的纳米图案加工。以获得超小聚束光斑为原则，设计了一款表面等离子体透镜，通过参数优化得到了半高全宽（FWHM）达15.8 nm的聚束结果。通过仿真计算揭示出线偏振光偏角度入射能够实现与径向偏振光垂直入射时相同的聚束效果，且聚束光斑的位置和大小在一定范围内不随角度的变化而改变。利用聚焦离子束（FIB）对这款PL进行加工，加工质量符合设计要求。利用扫描近场光学显微镜（SNOM）对所设计加工的PL在线偏振光不同入射角度下的聚束效果进行了验证。为满足PL近场工作距离的需求，设计了一款飞行高度可控制在30 nm以下的光刻头滑块气浮承载面结构，并用反应离子刻蚀（RIE）技术进行加工，得到石英滑块结构。利用FIB将上述设计的PL加工在滑块的尾部，并将滑块与悬臂连接，形成等离子体飞行头，并实现了在商业盘片表面的稳定飞行。作为纳米图案的载体，制备了两种膜厚和灵敏度可控的、表面粗糙度较小的高分辨光刻胶。通过在无机光刻胶TeOx表面制备润滑膜的方法，可实现等离子体飞行头在其表面的稳定飞行。对于较软的有机光刻胶FPT-8Boc，则需通过建立飞行过渡区的方法，实现等离子体飞行头的起飞与飞行，为旋转式近场光刻系统的有效工作提供保障。在以上研究工作的基础上，进一步设计和搭建了激光预聚束系统，建立了旋转式近场光刻系统实验台。利用本实验台，在线速度为11.3 m/s的工况下，实现了16.85 nm线条图形加工结果，以及50.71 nm和75 nm的半间距加工结果。发表国际刊物论文21篇，国际会议论文2篇，国内核心刊物论文1篇；申报国家发明专利4项、国际PCT专利2项；在国际会议上作特邀报告4次。