[实用新型]探针诱导表面等离子体共振光刻装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光刻装置，特别是一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置。

背景技术

随着纳米加工、微电子机械系统(MEMS)、集成电路等技术的迅速发展，为其服务的光刻技术也成了各国研究的焦点。在半导体产业中应用的光刻技术正沿着UV-DUV-EUV的技术路线快速发展，在一定程度上满足了微纳器件特征尺度进一步缩小的要求。然而，在纳米加工、MEMS和一些特殊集成电路方面，由于产品个性化、小批量和更新周期变短等特点，无法使用大规模集成电路所采用的技术进行加工，且半导体产业中应用的光刻机价格昂贵，动辄数亿元的投资也为光刻技术的利用筑起了很高的门槛。研发具有成本低、操作简单、分辨率高等特点的光刻设备就成了光刻技术发展的一个重要分支。目前，在这个分支上已经有多种技术产生，像激光直写技术、探针刻蚀技术和近场光学光刻技术等。

在近场光学光刻技术方面，美国贝尔实验室的Betzig等采用锥形光纤探针的近场扫描光学显微镜(简称为NSOM)，在传统的光刻胶上很容易地实现了约为100nm的光刻线，显示了在近场光学中光点不受衍射极限影响的优点。但是这一光刻方法采用的光纤探针容易损坏，光纤探针内锥形区域的光的传递效率极低，为10^-6；NSOM光刻速度慢，一般为5μm/s左右，而且光刻范围很小，最大只有100μm×100μm左右，实际应用受到很大限制。Kuwahara等将超分辨近场结构用于光刻，并在可见光照射下刻出了线宽小于100nm的沟槽。至今超分辨近场结构光刻技术已经实现了50nm以下的记录点，具有非常好的前景。但近年来的研究也发现了不少问题：一是超分辨掩膜容易出现热疲劳现象而导致超分辨性能下降；二是采用贵金属(如铂、金和钯等)和多层结构(目前有的达到9层)，制作工艺复杂、成本昂贵；三是需要利用盘状介质高速旋转中的动态效应，难以应用于任意形状的图形刻蚀。

探针诱导表面等离子体共振光刻技术属于近场光学光刻技术的范畴，其利用探针在近场距离(非接触)内对介质/金属层界面形成的表面等离子体共振增强场进行扰动，使得耦合积聚的光能在临近探针的区域内传播，从而在探针处实现高能量光的泄漏，进而在介质表面上实现刻蚀。

该技术的原理虽然已经被提出，但是与之对应的光刻装置还没有出现，因此设计一种与之对应的光刻装置就成为很有必要的工作。

发明内容

本实用新型的目的在于根据探针诱导表面等离子体共振光刻原理，提供一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置，该装置具有光刻所需激光功率低、光刻分辨率高、不易损坏探针和光刻膜层简单的特点，该装置还具有原子力显微镜的功能。

本实用新型的技术解决方案是：

一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特点是该装置由表面等离子体激发装置、探针控制装置、样品台、探针状态检测装置、光学显微镜和控制系统组成：

①所述的表面等离子体激发装置为在样品表面产生表面等离子体共振，为光刻提供能量源，该等离子体激发装置由光刻激光器、扩束镜、第一反射镜、聚焦镜、小半球凸透镜、折射率油和样品组成，其位置关系是：由所述的光刻激光器出射的平行光经扩束镜扩束、第一反射镜反射和聚焦镜会聚后，经所述的小半球凸透镜、折射率油聚焦在所述的样品的上表面，所述的折射率油位于所述的小半球凸透镜的上平面和所述的样品之间，所述的折射率油的折射率与所述的小半球凸透镜的折射率相同；

②所述的探针控制装置由探针及探针座、一维压电陶瓷、支架、螺纹副和电机构成，所述的探针及探针座固定在所述的一维压电陶瓷上，该一维压电陶瓷、螺纹副和电机均安装在所述的支架上，所述的支架通过电机和两个螺杆的轴端与所述的样品台的底座接触连接，所述的一维压电陶瓷驱动所述的探针及探针座在竖直方向上移动，所述的螺纹副用于手动调节所述的探针及探针座的高度，所述的电机用于驱动所述的探针在竖直方向上自动逼近所述的样品；

③所述的样品台由底座、二维压电陶瓷、样品夹持器构成，所述的二维压电陶瓷置于所述的底座上并与所述的样品夹持器相连，所述的样品夹持器是样品放置和固定的平台，所述的二维压电陶瓷驱动所述的样品夹持器带动所述的样品在水平方向上的运动，以调节样品的光刻位置；