高速并行直写纳米光刻技术研究-工程7（2021）1623

工程7（2021）1623研究纳米制造-文章基于超表面等离子体透镜的高速并行等离子体直写纳米光刻胡跃强a，#，李玲a，#，王荣b，宋健b，王宏东b，段慧高a，季嘉欣c，Yonggang Mengb，中国湖南大学机械与车辆工程学院车身先进设计与制造国家重点实验室，湖南长沙410082b清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室，北京100084c中国石油大学机械与电子工程学院，青岛266580阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2019年2020年7月25日修订2020年8月5日接受2020年12月29日网上发售保留字：纳米加工表面等离子体激元光刻等离子体激元飞头A B S T R A C T简单、高效、低成本、高灵活性的纳米纤维技术对于基础纳米研究和原型制作是不可或缺的。 使用表面等离激元极化激元的近场光刻（即，等离子体光刻）提供了一种有前景的解决方案。基于高速旋转基底的高刚度无源纳米间隙控制系统是目前最有吸引力的高通量方法之一。然而，更小和更宽的等离子体纳米间隙，等离子体透镜的新方案，和并行处理应探索，以实现新一代的高分辨率和可靠的高效纳米纤维。在此基础上，建立了一种并行等离子体直写纳米光刻系统，系统地设计了一种新型的等离子体飞行头，在8-18 m·s-1的旋转速度下，最小飞行高度可达15 nm左右，且具有较高的平行度.提出了一种基于多阶超颖表面的偏振不敏感等离子体透镜，与传统的等离子体透镜相比，该透镜可以耦合更多的功率并实现更受限的光斑。平行光刻的纳米结构的最小线宽（约26 nm）的原型系统获得。所提出的系统具有很大的潜力，高自由度的低成本纳米加工，如平面光学元件和纳米机电系统。©2020 THE COUNTORS.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍以尽可能低的成本制造极小尺寸（低至纳米级）的器件是半导体工业对大数据存储、高速计算和低功耗的不懈追求。由于光学系统的固有衍射极限，提出了具有极小波长的极紫外（EUV）光刻技术以进一步推动纳米级极限[1，2]。然而，在半导体工业中，最先进的光刻工具的高成本和极端复杂性严重阻碍了在小体积和高自由度的纳米加工中的应用，这对于基础研究和纳米器件原型制作是必不可少的。无掩模光刻，例如电子束光刻（EBL）*通讯作者。电子邮件地址：huyq@hnu.edu.cn（Y. Hu），mengyg@tsinghua.edu.cn（Y. Meng）。#这些作者对这项工作做出了同样的[3，4]、聚焦离子束（FIB）光刻[5，6]、扫描探针光刻（SPL）[7]和直接激光写入（DLW）[8]提供了用于柔性纳米织物的替代方法。然而，EBL和FIB的低通量和高成本限制了它们仅在模板制备和特殊样品制备中的应用。SPL是一种基于探针的低成本方案，在周围环境中操作，但由于其有限的带宽以在高扫描速度下主动控制探针-衬底距离，因此吞吐量仍然难以增加DLW技术，特别是超快激光加工技术，可以实现0.1-已经开发了近场范围内的光刻，使用表面等离子体激元（SPP）和等离子体纳米光刻（PNL）来产生亚衍射限制的纳米结构，以克服这些障碍[9它提供了一种可能性，突破衍射极限，并实现高分辨率的纳米fab-printing与光源从紫外线（UV）到红外线（IR）在周围环境中。 图 1（a）显示了https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.0192095-8099/©2020 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231624·Fig. 1.并行等离子体激元直写纳米光刻（PPNL）系统的示意图。(a)纳米纤维景观：不同纳米纤维方法的分辨率、成本和生产量。PNL是一种良好的高分辨率制造方法，可在低成本下实现相对高的产量。GEB：高斯电子束光刻; VSB：可变形状电子束光刻; DUV：深紫外; NIL：纳米压印光刻。(b)建议的PPNL系统。利用偏振态可控的激光束照射在带有等离子体透镜阵列（PLA）的等离子体飞行头（PFH）上，在近场范围内产生SPP通过控制基片的旋转和纳米精度的平移工作台，PFH可以曝光具有期望图案的光致抗蚀剂（c）具有设计的空气轴承表面（ABS）形貌的PFH，其具有三个自由度（DOF）（飞行高度（FH）、俯仰角和滚转角），在高速旋转的光致抗蚀剂涂覆的基板上以数十纳米飞行以提供近场条件。(d)PFH滑块上设计的ABS形貌。(e)基于超表面的等离子体透镜（PL）阵列位于最小FH（MFH）位置。在分辨率、生产量和成本方面，目前实现的PNL和各种纳米纤维技术与传统的无掩模光刻技术相比，PNL系统具有高分辨率和低成本的特点，可以显著提高大气压下的生产率在PNL中，等离子体透镜（PL）是用特别设计的等离子体纳米结构产生亚衍射极限光斑的关键元件为了保证光致抗蚀剂的耦合功率和线宽的均匀性，在SPP衰减距离范围内，PL和光致抗蚀剂之间的间隙应精确地保持在近场小于几十纳米因此，静态接触PNL已被首次证明可以实现亚衍射限制结构的加工。为了进一步提高该技术的吞吐量和自由度，基于不同的间隙控制策略研究了三种类型的直接写入系统：接触模式（CM）[14在CM中，使用具有润滑层的接触探针，这导致扫描速度低并且可能损坏光刻胶。ACM有一个间隙反馈系统来控制距离，导致有限的带宽可用于实现高速光刻和高要求的环境振动和噪声控制。在PCM系统 中 ， 由 高 刚 度 空 气 膜 支 撑 的 带 有 PL 的 等 离 子 体 飞 行 头（Plasmonic Flying Head，PFH）可以实现高速、高带宽的纳米加工，这是一种较有吸引力的等离子体光刻技术。Srituravanich等人[22]首先提出了使用PCM的等离子体光刻的概念然而，相对较大的PL-光致抗蚀剂间隙和PL的设计导致80 nm线宽的制造。通过多级PL设计耦合的传播表面等离子体（PSP）和局域表面等离子体（LSP），也实现了一个较小的线宽为22 nm的半节距与脉冲激光然而，用连续激光器还没有实现更小的光斑尺寸因此，需要通过更系统的飞头设计来探索更小和更大的间隙，并且还需要针对任何偏振光源的PL的新方案来实现更小的尺寸和稳定的纳米纤维。此外，通过并行制造可以实现更有效的处理。在此，我们建立并实验证明了一个并行等离子体直写纳米光刻（PPNL）系统。利用自行研制的模拟器，综合考虑静态（飞行高度及其均匀性）、动态（刚度和冲击性能）和加载/卸载性能，系统地设计了一种新型的PFH空气轴承表面（ABS），在8-提出了一种结合PSP和LSP的多级偏振不敏感的超表面-圆柱PL，有了这样的关键组件，平行光刻的纳米结构的最小线宽约26 nm的原型系统实现。此外，该系统还可以进一步缩小到移动硬盘驱动器（HDD）的大小，这对于高自由度和低成本的纳米制造具有2. 材料和方法2.1. 数值模拟PFH的数值模拟通过基于COMSOL 4.2（COMSOL，瑞典）的内部开发求解器进行计算[25]。 建立了PFH的六自由度模型计算静态、动态和加载/卸载过程。该模型将悬架分为三个部分，即调整片、局部悬架和主悬架，如附录A图S1所示。悬架和磁头之间的相互作用由三部分组成：凹坑/磁头接触力、万向节力/力矩和限制器接触力。头部具有三个自由度，具有相应的姿态参数FH、俯仰角和滚转角。空气动力学力、头/基底接触力和分子间力作用在头/基底界面（HSI）上。 PFH被动飞行的关键是气动力，可以通过稀薄气体雷诺方程计算Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）1623162500@T··r·。PQH3rPK·rPHW@PH1其中P是无量纲压力p=p0;p和p0分别是空气轴承压力和环境压力;H是无量纲空气轴承厚度;K是轴承数，定义为6lUL=p0h2，l是环境气体粘度y，U是无量纲气体速度，L是头部的无量纲长度，h0是空气轴承的参考厚度;W是挤压数，定义为12lx0L2=p0h2，x0 是角速度;T是无量纲时间; Q是修正系数，用于解释Fukui和Kaneko的气体稀疏效应模型[26]。利用该模型，分析了静态、动态和加载/卸载性能，如图1和图2所示。附录A中的S2-S7。PL 的 数 值 模 拟 通 过 时 域 有 限 差 分 （ FDTD ） 软 件 （ FDTDSolutions，Lumeri cal Inc.，加拿大）。在模拟中，对于水平（X和Y）方向和垂直（Z）方向采用完全匹配层。铬和铂的折射率由参考文献10获得。[27]第10段。2.2. PFH制造和组装制备厚度为200μ m的2 in（1 in = 2.54 cm）石英衬底，这是PFH滑动器的初始厚度。随后，旋涂BP 212 -37 UV正性抗蚀剂在衬底上涂覆光致抗蚀剂，并在烘箱中在100 °C下烘烤5分钟以完全去除光致抗蚀剂溶剂。 将样品在光刻机中以62 mJ cm-2的曝光剂量曝光70 s的曝光时间，其中ABS结构的最深掩模上具有标记。然后用0.5%氢氧化钠（NaOH）水溶液进行显影20 s。随后，在溅射站中在50 W的射频（RF）功率下溅射铬（Cr）膜至约100 nm的厚度，然后用丙酮剥离。然后在三氟甲烷（CHF3）的反应气体和300W的RF功率下，通过反应离子蚀刻（RIE）方法蚀刻石英衬底至2.6μ m深度。 使用硝酸铈铵去除Cr膜。然后使用蚀刻深度为0.7和0.1μ m的两个其他掩模以相同的方式对准样品曝光两次。面罩设计见附录A中的图S8。然后使用金刚石切割机将基板切成滑块。使用内部开发的双电荷耦合器件（CCD）系统将滑块组装到市售悬架上，如附录A中的图S9所示。在组装过程中，悬架上的凹窝应与滑块的几何中心重合，上下CCD对齐，因为悬架仅对滑块施加纵向力，而没有俯仰或滚动力矩。这里，UV固化粘合剂用于将浮动头滑块粘合到悬架。2.3. PL制造使用FIB/扫描电子显微镜（SEM）双光束系统（TESCAN LYRA3，TESCAN，Czech Republic）进行PL的制造，并且在处理之前首先在ABS上溅射60 nm的Cr层对于蝴蝶结形阵列，由于小的结构，束流为1 pA，束斑直径为5 nm。阵列周期为500 nm。对于多级PL阵列（PLA），首先用10 pA的光束刻蚀超颖表面，然后用1 pA的光束通过铂诱导沉积圆柱体。2.4. 氧化碲（TeOx）薄膜溅射、分析和润滑涂层磁控溅射镀膜机（MSP-300 B，北京创世微纳科技有限公司，有限公司、中国）用于制备TeOx，其中x表示氧化碲（Te）中的氧含量。使用金属元素Te作为靶，并且RF电源为50 W。调节腔室中氧（O）与氩（Ar）的比率以实现反应溅射和不同的x值。使用X射线光电子能谱（XPS）的膜成分的实验研究进行，以获得合适的氧氩比。全氟聚醚（PFPE）润滑剂广泛用于HDD领域。它的低表面张力提供了良好的润湿性，可以减少飞行头的粘附实验中使用Z-tetraol2000 PFPE作为润滑剂溶质溶剂为氢氟醚（HFE），溶液浓度为0.1g·L-1。采用浸渍-提拉法将PFPE膜附着在TeOx表面膜厚为1-随后，将基材在100°C烘箱中烘烤1小时，使得PFPE具有半粘合和半移动润滑性质。3. 结果3.1. PPNL系统图图1（b）示出了由控制器、固定在纳米精度平移台上的光学系统以及PFH和旋转衬底的机械系统组成的PPNL系统的示意图。连续或脉冲激光束通过波片和偏振器产生偏振光，并通过棱镜和聚焦透镜入射到PFH上搭载光学系统和PFH的纳米级精密平移平台可在整个基板上进行控制器可以基于来自编码器的周向位置信息向激光源发送脉冲信号并向平移台发送控制信号以生成期望的PFH的作用是作为一个 图图1（c）示出了由悬架和滑块组成的PFH的原理。 由于分子气体润滑效应[26]，具有设计的ABS拓扑结构的PFH（图26）。 1（d）），其具有三个自由度（FH、俯仰角和滚转角），由空气动力支持，在衬底表面上飞行数十纳米，在SPP的衰减范围内提供被动和鲁棒的近场条件。在该系统中，PFH被设计为在开始时从衬底旁边的斜坡加载，并且在结束时以相反的方式卸载，而不与样品接触，以进行更可靠的处理。在PFH的MFH位置处制备的基于超表面的PLA可以将空间激光聚焦在亚波长范围内，具有大的场增强，如图所示。1（e）. PLA中的每个PL都可以在亚波长范围内聚焦光并在衬底上写入图案，从而实现高效的并行制造。3.2. 等离子体激元飞头PPNL系统中的PFH是实现被动纳米间隙控制的关键部件，其使用由HDD中的柔性悬架和滑块组成的磁性头的机制。在PFH中，具有精心设计的形貌的ABS施加空气动力以平衡悬浮液的加载力，并在高速旋转的衬底上提供纳米级气隙以用于高通量纳米光刻。为了实现更小的线宽和更可靠的并行处理，PFH系统Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231626···¼应精心设计，以实现小跳频、高平行度、均匀跳频跨越整个基片半径范围的静态性能，同时还要有良好的动态性能。以前，设计了具有四个衬垫的U形双轨的简单ABS，以在PNL系统中在4-12 m s-1的速度范围内实现约20 nm的FH和约80l rad的俯仰角然而，在他们的系统中使用接触此外，它不适合于更广泛使用的有机光致抗蚀剂体系。此外，在跳频、并行性、均匀性和动态性能等方面还有待进一步优化.在这里，我们采用了加载/卸载方案，其中PFH将在开始时从衬底旁边的斜坡加载，并在结束时以相反的方式卸载，而不与样品接触此外，ABS还经过精心设计，以实现更小的FH（在PL位置处约为15 nm），更高的平行度（俯仰角约为65l rad）和滚动角度约1l rad），以及均匀（FH平均偏差小于2nm），在8-18 m s-1的速度范围内跨越整个衬底半径范围的螺距角（平均偏差小于1L我们首先根据HDD行业的设计经验和系统要求设计了PPNL中ABS的初始形貌，其包括三个不同的蚀刻深度D1、D2和D3，如图2（a）所示。ABS的不同区域具有不同的功能，以获得更好的静态和动态性能（详见附录A第S1）。例如，前杆有助于在前区形成负压以减小俯仰角。后部负压区（紫色）用于在后部区域形成较大的负压，并增加整体刚度，同时将整个负压中心向后端移动，这有助于加载/卸载性能。后垫（蓝色）是具有最大正压的区域，以实现稳定的FH，同时为PL提供区域侧垫（蓝色）用于在滚动方向上提供正压力，并增加滚动方向上的刚度然后进行模拟，以使用内部开发的求解器[23- 图图2（b）-（d）示出了蚀刻深度D1对FH、FH均匀性和膜刚度的影响。结果表明，D1对系统的静态和动态性能有显著影响考虑到设计目标，D1小于0.1l m是合适的。此外，相对压差φpmax-pminφ =p0φpmax和pmin是最大值。图2（d）中的压力（分别为μ m和最小压力）显示了与刚度类似的趋势可以是刚度的简单指示。D2和D3的分析详见附录A第S1节。此外，在设计中构建了满载/卸载性能瞬态分析，以防止在启动和停止期间发生接触。 图图2（e）和（f）显示了初始设计ABS的飞行参数演变，D1 = 0.05 l m，D2 = 0.05 l m，1.4lm，且D3 = 4l m。关于PFH Con.在装载/卸载过程中接触衬底，导致刮板失效从接触点处的无量纲压力（P）分布和俯仰角的演变来看，后杆和前杆的协同作用导致滑块翻转。在附录A第S1中全面分析了不同形貌和蚀刻深度的影响，结果表明D1对加载/卸载过程的影响较大，而D2和D3的影响较小此外，没有后杆的PFH可以平稳地加载/卸载，并保持相对较小的俯仰角。根据这些结论，取消了后杆，并在最终设计中选择D1、D2和D3为0.1、0.8和3.5l m图中给出了PFH在整个底物范围内的静态参数。 2（g）illustration-结果表明，在15 nm FH和63l rad俯仰角下，滑块在整个半径范围内都能实现相对稳定的飞行姿态图中的插图。图2（g）示出了ABS的无量纲压力分布。MFH处的高正压力区和相对大的负压力分布区使得PFH具有约106Nm-1的高刚度。设计了ABS滑块，然后制作的覆盖光刻和蚀刻工艺。制造过程如图2（h）所示。通过多重光刻和RIE工艺制造滑块厚度的玻璃基板，以实现三种不同的然后将基底切成滑块片ABS拓扑结构的蚀刻玻璃图片和SEM图像示于图1A和1B中。2（i）和（j）。图2（k）显示了滑块表面的测量高度轮廓与设计参数基本一致然后将滑块安装在商用悬架上，参数与模拟相同，以通过内部开发的设置形成PFH系统（附录A第S3节）。商业头动态飞行（HDF）测试仪（久保田公司，日本）与声发射（AE）传感器被用来测试PFH在润滑剂基板上的飞行能力在HDD测试中，当AE值小于100 mV时，通常使用AE来指示磁头的飞行性图2（l）是测试结果，显示在整个半径范围内，AE信号的平均值约为10 mV，最大值约为外半径处的大值结果表明，所设计的滑块在整个半径范围内都能很好地飞行。3.3. 等离子体透镜阵列PLA由纳米结构阵列组成，可以激发SPP，并在近场范围内具有衍射限制聚焦，从而实现并行纳米光刻。脊孔等纳米结构由于其在特定极化下的避雷针效应和双韧窝效应的高场增强效应，通常被用来激发LSP。 图图3（a）示出了当结构间隙尺寸d为10 nm时，蝴蝶结形孔径（典型的脊形孔径）的半高全宽（FWHM）与近场距离的关系。PLA的材料是铬，这是由于其良好的机械性能以防止在HSI中刮擦。蝴蝶结开口的尺寸（蝴蝶结的长度a、蝴蝶结的宽度b、蝴蝶结的角度h和蝴蝶结的厚度t），如图所示。 3（a）进行了优化，以实现a= 160 nm，b= 100 nm，h =90°，t= 60 nm时，404 nm波长处的增强最大。我们观察到，随着近场距离的增加，半高宽几乎线性增加，这是由于表面等离子体的衰减。然而，这种结构是偏振敏感的。 近年来，已经提出了由二维平面中的亚波长单元组成的超颖表面来操纵光场的近场或远场相位、振幅、偏振和其他参数[30-33]。Lin等人[34]提出了一种超颖表面来实现SPP的偏振控制可调谐定向耦合。基于此，我们提出了一种基于偏振不敏感超颖表面的PL，它结合了PSP和LSP，以提供足够的能量通量耦合到光刻胶中，同时确保纳米级分辨率。如图3（b）所示，为了实现任何偏振光的激发，引入了两列彼此平行布置且距离为xg的狭缝这样，具有任意偏振方向的光可以在两个狭缝列的法线方向上分解，这两个狭缝列可以被激发以产生SPP，然后干涉。 当xg/sp=102kSPP/2时，其中kSPP为SPP的波数，干涉后左右PSP的强度与偏振无关，而相位与偏振角成线性关系Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231627ðÞ图二、PFH的设计、制造和表征（a）具有三种不同蚀刻深度的初始ABS拓扑设计D1对（b）静态FH、（c）FH均匀性和（d）空气轴承刚度和相对压差的影响n是半径内的点数。（e，f）加载/卸载过程中拓扑结构对FH、空气轴承力和俯仰角的影响。mrad：毫弧度。(g)PFH最终设计的静态参数。插图显示了最终的拓扑结构和无量纲压力分布。（h）PFH制造工艺。（i）具有若干加工滑块的石英基板（j）ABS拓扑结构的扫描电子显微镜（SEM）图像（k）ABS拓扑结构的测量高度轮廓（l）设计的PFH的飞行性能试验AE：声发射。（附录A第S4节）。因此，我们用阿基米德螺线分布双缝阵列，如图3（c）所示。每转2p的补偿（SPP波长kSPP每转）可以实现中心不同线偏振下的强度分布（图1和图2）。3（e）和（f））结果表明，在中心处可以获得与SPP相同的聚焦，并且聚焦光斑尺寸约为SPP波长的一半。这表明PL可以在任何偏振光下工作为了实现纳米尺度的限制点，我们还应用中心对称的纳米圆柱结构来激发LSP。考虑到FIB工艺的可行性，中心圆柱材料为铂。如图3（g）所示，添加中心圆柱体的PL将PSP的能量集中到中心圆柱体，并形成接近纳米圆柱体直径的光斑尺寸。当圆柱体直径为15 nm，高度为10 nm时，15 nm处的光致发光强度分布可达22 nm。更多的外环可以实现更多的PSP聚合，以获得更大的场增强。采用FIB光刻法和诱导沉积法制备了PLA。PLA在MFH位置制造，如图所示。图3（h）.制造工艺和参数的详细信息可参见第2节。 图3（i）及（j）显示制作的蝴蝶结形孔径阵列进行比较。镓（Ga+）离子束的最小间隙尺寸约为18 nm图图3（k）-（n）示出了单环和没有中心圆柱的多环的基于超表面的PL。对于404 nm光源，kSPP= 399 nm;因此，xg=p= 100 nm。宽度（W）如图3（b）所示的狭缝的长度（l）分别被优化为50和145 nm。诱导沉积的铂圆柱体直径约为20 nm。FIB诱导沉积会将一些杂质如镓和碳引入铂柱中，这可能导致半高宽增加和半高宽降低。效率。3.4. 并行纳米光刻我们的PPNL系统主要是基于HDF测试仪建立的图4（a）示出了系统的一部分。使用波长为404 nm的激光二极管（L404 P400 M，0-600MHz调制，Thorlabs，USA）作为光源。光学系统和PFH固定在纳米级平台（PI-V511，PI，德国）上，具有1 nm的绝对精度和230 mm的行程，使得能够进行径向位置控制，以使激光器和PFH同时移动，从而直接在基板的整个半径上进行写入。 图图4（b）示出了PFH和基底的放大视图。的Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231628··图3.第三章。PLA的设计和制造（a）当结构间隙尺寸d为10 nm时，蝴蝶结形孔径的FWHM与近场距离的关系FWHM：半高宽;a：蝴蝶结的长度;b：蝴蝶结的角度;h：蝴蝶结的角度;t：厚度;E：入射电场。(b)双缝柱设计使用超颖表面的概念，用于任何偏振下的SPP激发w：狭缝的宽度;l：狭缝的长度;E1，E2：SPP的电场;xg：平行布置的彼此垂直的两列狭缝的距离;yg：狭缝的垂直间距。(c)双缝阵列与阿基米德螺旋线的中心建设性的干涉。kSPP：SPP的波长。(d)相位分布显示中心相长干涉。（e，f）在不同线性偏振下的归一化强度示出了在中心处的相同受限斑点（g）与超颖表面PL相比，在中心具有纳米圆柱的多级PL的性能（h）滑块的后边缘和PL阵列的位置（D：圆柱体的直径当制造开始时，组装的PFH负载从斜坡上加载到旋转衬底上系统中使用的光刻胶是TeOx，这是一种广泛用于光存储应用的无机热光刻胶。在衬底上溅射了260 nm厚的 TeOx膜，粗糙度为0.648 nm（图1A）。 4（c））。研究表明，当x在1和1.2之间时，这种薄膜具有最高的灵敏度 图图4（d）示出了在溅射过程中在不同氧和氩比率下x值的XPS分析，并且在以下实验中选择2：100的比率。为了使光刻胶表面具有更好的摩擦学性能，在光刻胶表面涂覆一层PFPE润滑剂 为了验证光致抗蚀剂的有效性，首先在图1中展示了没有PFH的微尺度直接激光加工。图4（e）示出了曝光后和显影后30秒的光刻结果。在显影前，由于激光功率大，线阵加工速度较低时，会造成光刻胶表面烧蚀，从色差上看随着速度的增加，烧蚀减弱，并在12.5 mm s-1时逐渐消失。经过30 s显影后，由于相变区的腐蚀，速度为12.5 mms也是可见的，这表明温度已经达到相变温度，即使在曝光后没有可以观察到的线非暴露区域和线边缘颜色差异是由于热影响区内较快的腐蚀速率引起的轻微深度差异随着开发时间的不断增加，变化不明显（附录第S5节），表明30 s的显影时间已完全腐蚀相变区域的材料。因此，在随后的纳米制造实验中，显影时间设定为30秒。随后，在PPNL系统中使用具有不同PLA的PFH来执行并行纳米光刻。 图图4（f）示出了蝴蝶结形和超表面圆柱型PL的加工SEM表征结果。实验结果表明，利用PLA可以同时加工多条线，这证明了利用我们的原型PPNL系统进行并行等离子体激元光刻图4（g）中的原子力显微镜表征结果显示，蝴蝶结形和超表面圆柱型PL分别可以实现由于SPP能量的指数衰减，结构深度约为2-4. 讨论如上所述，等离子体激元光刻结构的纵横比受到进入光致抗蚀剂的渐逝分量的指数衰减性质的限制。金属通过附录A第S6节中的模拟也获得了相同的结论。对于Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231629··图四、PPNL系统和并行纳米光刻。（a）PPNL系统的一部分，包括纳米级、光学系统和HDF测试仪。（b）PFH、装载/卸载坡道和衬底。（c）衬底上的TeOx膜的截面图（d）不同氧氩比下x值的XPS分析（e）在没有PFH的情况下，以不同的纳米级速度进行微尺度直接激光加工的开发实验（f，g）蝴蝶结形PLA和超表面圆柱型PLA的直接扭动的SEM和原子力显微镜（AFM）结果。当上层银为10-20 nm，下层银为40 nm左右时，可以同时实现。该方案可以实现最深50 nm的光刻胶刻蚀。此外，我们构建的系统有可能通过类似于HDD中的磁道寻道控制策略[36]的适当控制策略实现任意纳米图案的处理（附录A第S7节）。通过利用基片的旋转获得周向位置和利用纳米精度平移台获得径向位置，可以通过将激光开关与电光调制器相结合来直接写入基片中的任何位置。此外，HDD行业的许多尖端技术都可以引入系统。例如，根据当前最先进的硬盘技术，热辅助磁记录[37，38]，通过将激光二极管直接集成到PFH的上表面中，可以将系统进一步小型化到HDD的尺寸热FH控制[39]技术可以将PL的局部FH降低到1 nm的量级，以实现更小的线宽制造。嵌入式接触式传感器[40，41]可检测高飞反馈的FH，以确保制造的均匀性.近年来，利用双曲型超材料产生了具有亚衍射特性的倏逝贝塞尔光束金属和介电层以发射体等离子体激元[42]。结果表明，中心光斑尺寸为62 nm的倏逝贝塞尔光束可以保持100 nm的距离，大大降低了近场距离要求，为近场光刻提供了另一种可能。5. 结论总之，我们已经展示了一个高速PPNL原型系统。通过精心设计，获得了一种具有良好的静态、动态和加载/卸载性能的新型PFH，在整个衬底范围内以8-18 m s-1的速度获得约 15 nm的FH和约63l rad的俯仰此外，提出了用于PSP和LSP的偏振独立激发的多级超表面圆柱PL，以实现2x nm的FWHM。在此基础上，建立了系统，实现了26nm左右的线宽该并行纳米光刻系统是一种可靠的纳米加工系统，具有高通量（约109Lm2 h-1）、低成本、高自由度等特点，在基础研究和纳米器件原型制作中具有广泛的应用前景.Y. 胡湖，加-地利河，巴西-地Wang等人工程7（2021）16231630·致谢我们感谢国家自然科学基金（91623105和52005175）和湖南省自然科学基金（2020JJ5059）的资助。遵守道德操守准则胡跃强、李玲、王荣、宋健、王宏东、段惠高、纪嘉欣和孟永刚声明，他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。附录A.补充数据本文的补充数据可在https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.08.019上找到。引用[1] 放大图片作者：Gwyn CW，Stulen R，Sweeney D，Attwood D.极紫外光刻。真空科学技术杂志B 1998;6（16）：3142-9.[2] 吴B，Kumar A.极紫外光刻技术综述。真空科学技术杂志B2007;25（6）：1743.[3] Vieu C，Carcenac F，Pépin A，Chen Y，Mejias M，Lebib A，et al. 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