CN106680906B - 等离子体透镜、空气轴承、飞行头、纳米加工***及应用 - Google Patents

等离子体透镜、空气轴承、飞行头、纳米加工***及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提出了等离子体透镜、空气轴承、飞行头、纳米加工***及其应用。该用于飞行头的等离子体透镜包括：基体，该基体的表面设置有金属薄膜；中心小孔，该中心小孔形成在基体的表面且贯穿金属薄膜；以及多个圆槽，该多个圆槽形成在基体的表面且贯穿金属薄膜，并且多个圆槽与中心小孔构成同心圆；其中，金属薄膜的厚度为30～100nm，多个圆槽的槽周期为300～400nm、槽宽度为100～200nm。本发明所提出的等离子体透镜，能够减小聚束光斑的同时增大光强，可使光刻加工的聚束光被限制在更小的范围内。

Description

等离子体透镜、空气轴承、飞行头、纳米加工***及应用
技术领域
本发明涉及纳米加工技术领域，具体的，本发明涉及等离子体透镜、空气轴承、飞行头、纳米加工***及其应用。
背景技术
目前，集成电路的制造采用光学曝光技术，为了提高光刻分辨率，曝光技术经历了从接触式曝光、邻近式曝光、扫描投影式曝光到双重图形曝光的演进。但是，由于受到光学衍射极限的限制，现有的光学曝光技术难以实现16nm以下光刻分辨率。并且，由于超短波长极紫外曝光机等加工设备与传统的有所不同，其研制过程需要耗费大量资金。另外，16nm节点技术使得掩膜板的制作也更加困难。而分子自组装、纳米压印、聚焦离子束刻蚀、电子束曝光、扫描探针技术、极紫外曝光、浸没式曝光和近场光学曝光技术有能力实现16nm以下半间距的加工，但是存在加工设备复杂、制作成本昂贵以及加工效率较低等缺陷。
因此，研发一种能够突破衍射极限实现高分辨率、高加工效率、低成本的新型纳米加工技术对于推动纳米技术的发展具有非常重要的意义。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
本发明人在研究过程中发现，在近场范围内光波是以倏逝波形式传播，其所携带的精细信息使得分辨率能够不受远场光学衍射极限的限制，由此可利用近场光学的光传播原理进行曝光，从而可以实现超衍射极限分辨率的纳米图案加工。进一步发挥近场光学能够突破衍射极限获得超小加工尺寸的特点，纳米加工方法可分为主动式曝光和被动式曝光。其中，主动式表面等离子体曝光技术的加工分辨率与加工速率相互制约，无法在提高加工速率的同时获得较高的分辨率，且加工精度的大规模一致性较难保证。
本发明的发明人经过深入研究发现，旋转式近场光刻技术，是一种基于硬盘高速旋转时在头盘界面能够形成自适应的稳定近场间隙的被动式表面等离子体曝光技术，该硬盘基片的高旋转速度为加工效率的进一步提升做出重大贡献。并且，发明人意外地发现，飞行头下表面的表面等离子体透镜，其设有中心小孔的同心圆槽结构，能够进一步提升光刻处理的加工分辨率；而飞行头下表面的特殊形貌的空气轴承，能为基片在高转速的加工过程中提供更加稳定的近场条件，故该纳米加工***能同时满足高加工效率、高分辨率和低成本的纳米加工需求。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种具有高加工分辨率、高加工效率、设备简单或者制造成本低的纳米加工***。
在本发明的第一方面，本发明提出一种用于飞行头的等离子体透镜。
根据本发明的实施例，所述等离子体透镜包括：基体，所述基体的表面设置有金属薄膜；中心小孔，所述中心小孔形成在所述基体的表面且贯穿所述金属薄膜；以及多个圆槽，所述多个圆槽形成在所述基体的表面且贯穿所述金属薄膜，并且所述多个圆槽与所述中心小孔构成同心圆；其中，所述金属薄膜的厚度为30～100nm，所述多个圆槽的槽周期为300～400nm、槽宽度为100～200nm。
发明人意外地发现，采用本发明实施例的等离子体透镜，能够减小聚束光斑的同时增大光强，可使光刻加工的聚束光被限制在更小的范围内。
另外，根据本发明上述实施例的等离子体透镜，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述基体是由透光介质材料组成的，优选为石英或蓝宝石；所述金属薄膜由贵金属材料组成的，所述贵金属包括Au、Ag和Cr，优选为Cr。
根据本发明的实施例，所述金属薄膜的厚度为55nm；所述等离子体透镜包括3～9个圆槽，优选9个圆槽；所述中心小孔的直径为5～20nm，优选为10nm；所述圆槽的槽周期为350nm，槽宽度为150nm。
在本发明的第二方面，本发明提出一种用于飞行头的空气轴承。
根据本发明的实施例，所述空气轴承包括：基底；第一凸台，所述第一凸台形成在所述基底的上表面；第二凸台，所述第二凸台形成在所述基底的上表面，并且所述第二凸台的边缘与所述第一凸台的边缘共同构成U形气道；以及第三凸台，所述第三凸台形成在所述第二凸台的上表面；任选地，所述第三凸台的表面可设置前述的等离子体透镜的阵列。
发明人意外地发现，采用本发明实施例的空气轴承，能够在高速飞行状态下形成不同的正压和负压的分布，控制飞行头不同的特定飞行姿态，从而令飞行头在基片表面上纳米级近场距离下保持平稳的飞行状态。
另外，根据本发明上述实施例的空气轴承，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述U形气道包括：两个垂直段和至少一个突出段；任选地，所述至少一个突出段的横截面为由直线构成的夹角；任选地，所述夹角为30～100°；任选地，所述突出段包括至少三个锐角突出部。
根据本发明的实施例，所述空气轴承进一步包括：第四凸台，所述第四凸台形成在所述第一凸台与所述突出段相对应的区域，所述第四凸台的边缘的至少一部分呈U形；两个第五凸台，所述两个第五凸台分别形成在所述第一凸台与两个所述垂直段相对应的区域；以及两个圆柱凸台，所述两个圆柱凸台对称地形成在所述第一凸台的上表面，并且所述圆柱凸台设置在所述第一凸台的侧边与所述第四凸台之间；其中，所述第一凸台和所述第二凸台都突出所述1.5微米，所述第三凸台、所述第四凸台、所述第五凸台和所述两个圆柱凸台都突出所述基底1.7微米。
在本发明的第三方面，本发明提出一种飞行头。
根据本发明的实施例，所述飞行头包括：飞行头基体，所述飞行头基体的下表面形成有前述的空气轴承；等离子体透镜阵列，所述等离子体透镜阵列形成在所述飞行头基体的表面，并且所述等离子体透镜阵列由至少两个前述的等离子体透镜构成。
发明人意外地发现，采用本发明实施例的飞行头，能够减小聚束光斑的同时增大光强，可使光刻加工的聚束光被限制在更小的范围内，并且能够在高速飞行状态下平稳地保持在基片表面上纳米级近场距离。本领域技术人员能够理解的是，前面针对等离子体透镜和空气轴承所描述的特征和优点，仍适用于该飞行头，在此不再赘述。
在本发明的第四方面，本发明提出一种纳米加工***。
根据本发明的实施例，所述纳米加工***包括前述的飞行头。
效果发明人意外地发现，采用本发明实施例的纳米加工***，能够根据预设的纳米图案进行高加工分辨率、高加工效率的纳米级光刻加工，并能够实现20nm以下更小的光刻线宽，且该纳米加工***的设备简单、制造成本低。本领域技术人员能够理解的是，前面针对等离子体透镜、空气轴承和飞行头所描述的特征和优点，仍适用于该纳米加工***，在此不再赘述。
另外，根据本发明上述实施例的纳米加工***，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述纳米加工***包括：可旋转承载台，所述可旋转承载台用于承载待加工对象；移动台，所述移动台相对于所述可旋转承载台移动；悬臂，所述悬臂的一端与所述移动台相连，并且另一端设置有所述飞行头；光学组件，所述光学组件适于产生加工光，其中，所述光学组件被配置为所述加工光通过所述飞行头对所述代加工对象进行加工处理；以及控制器，所述控制器分别与所述可旋转承载台、所述移动台和所述光学组件相连；其中，沿着所述加工光的路径，所述光学组件依次包括紫外激光器、电光调节器、反射镜和聚束透镜。
根据本发明的实施例，所述可旋转承载台的基片的旋转速度为1000～10000转/分钟；所述飞行头与所述基片之间的飞行高度为5～30nm，优选为20nm；所述加工光通过等离子体透镜后的聚束光斑为15.8nm以上。
在本发明的第五方面，本发明提出一种前述的纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途。
发明人意外地发现，采用本发明实施例的纳米加工***，能够根据预设的纳米图案对光刻胶进行高加工分辨率、高加工效率的纳米级光刻加工，并能实现20nm以下更小的光刻线宽，可在光刻胶表面形成预定图案的方面具有应用。前面针对等离子体透镜、空气轴承、飞行头和纳米加工***所描述的特征和优点，仍适用于该纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途，在此不再赘述。
另外，根据本发明上述实施例的纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述光刻胶预先形成在所述基片上；任选地，所述光刻胶包括无机光刻胶和有机光刻胶，其中，所述无机光刻胶优选为TeOx热敏光刻胶，所述有机光刻胶优选为化学放大分子玻璃胶FPT-8Boc。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的等离子体透镜的倾斜和侧视的结构示意图；
图2是根据本发明另一个实施例的空气轴承的俯视结构示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的空气轴承的俯视结构示意图；
图4是根据本发明另一个实施例的空气轴承的俯视结构示意图；
图5是根据本发明另一个实施例的空气轴承在飞行状态下空气压力分布三维模拟图；
图6是根据本发明另一个实施例的连接在悬臂上的飞行头的侧结构视示意图；
图7是根据本发明另一个实施例的等离子体透镜阵列的局部放大的仰视图；
图8是根据本发明另一个实施例的纳米加工***的结构示意图；
图9是根据本发明另一个实施例的纳米图案加工原理的示意图
图10是根据本发明另一个实施例的纳米加工***的光强增大效果的仿真模拟图；
图11是根据本发明另一个实施例的纳米加工***在TeO1.14表面加工结果的AFM图：
a.连续激光加工线的AFM图，
b.脉冲激光加工线的AFM图，
c.脉冲激光加工线的AFM截面图；
图12是根据本发明另一个实施例的纳米加工***在TeO1.14表面加工结果的SEM图：
a.连续激光加工线的SEM图，
b.脉冲激光加工线的SEM图；以及
图13是根据本发明另一个实施例的纳米加工***在FPT-8Bo c表面连续激光加工结果的AFM图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市购到的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于飞行头的等离子体透镜。在下面图1中，对本发明的等离子体透镜进行详细的描述。
根据本发明的实施例，如图1所示，等离子体透镜包括：基体，其表面有金属薄膜；中心小孔，形成在基体的表面且贯穿金属薄膜；以及多个圆槽，也形成在基体的表面且贯穿金属薄膜，并且每个圆槽与中心小孔构成同心圆。需要说明的是“同心圆”，具体是指每个圆槽底面的内环、外环均与中心小孔的底面外环共用同一个圆心。
发明人意外地发现，中间有小孔的同心圆槽结构的等离子体透镜，具有良好的中心对称性，在径向偏振光入射时在基体表面的金属薄膜激发出表面等离激元，其可在圆槽的中心位置发生相长干涉，形成聚束光强效应。这是由于特征尺寸远小于入射光波长的金属颗粒与光子发生相互作用时，金属颗粒的电子在库伦引力作用下产生往复振荡，形成局域表面等离子体。而局域表面等离子体可以将能量限制在金属颗粒的周围，若与表面等离激元再耦合，则可使聚束光被限制在更小范围内，进一步减小聚束光斑的同时增大光强。
其中，如图1的侧视的结构示意图，金属薄膜的厚度t为30～100nm，多个圆槽的槽周期p为300～400nm且槽宽度s为100～200nm。发明人意外地发现，含有3～9个圆槽的等离子体透镜的光斑汇聚效果和光强增大效果最理想，接近16nm的光刻技术节点；等离子体透镜的圆槽个数少于3个则起不到效果，若多于9个圆槽则汇聚效果和光强增大效果反而会降低。发明人还意外地发现，槽周期为300～400nm且槽宽度为100～200nm时，等离子体透镜的光斑汇聚效果和光强增大效果最佳。
具体的，根据本发明的实施例，该基体是由透光介质材料组成的，优选为石英或蓝宝石；该金属薄膜由贵金属材料组成的，贵金属包括Au、Ag和Cr，优选为Cr。
需要说明的是，由于等离子体透镜是用于飞行头的，需要其基体为透光介质材料，才能令光刻加工的光路穿过基体并被等离子体透镜汇聚。本领域技术人员可以理解的是，透光介质材料的具体类型不受特殊的限制，本领域任何已知的透光且不会影响光刻光路的介质材料均可。根据本发明的一些实施例，等离子体透镜的基体优选为石英或蓝宝石。还需要说明的是，金属薄膜需要是具有表面等离子体效应的贵金属材料，本领域技术人员可以根据具体的需要选择。根据本发明的一些实施例，适于金属薄膜的贵金属材料包括Au、Ag和Cr，优选为Cr。
具体的，该金属薄膜的厚度t为55nm；该等离子体透镜包括3～9个圆槽，优选9个圆槽；该中心小孔的直径r为5～20nm，优选为10nm；该圆槽的槽周期p为350nm，槽宽度s为150nm。本发明的发明人意外地发现，根据本发明的一些实施例，等离子体透镜优选包括9个圆槽，其中，中心小孔的直径r为10nm，圆槽的槽周期p为350nm，且槽宽度s为150nm。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种中间有小孔的同心圆槽结构的等离子体透镜，利用该等离子体透镜能够减小聚束光斑的同时增大光强，可使光刻加工的聚束光被限制在更小的范围内。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种用于飞行头的空气轴承。在下面图2～5中，对本发明的空气轴承进行详细的描述。
根据本发明的实施例如结构示意的图2所示，该空气轴承100包括：基底110，形成在基底110的上表面第一凸台120、第二凸台130，气道140和形成在第二凸台130上表面的第三凸台150。其中，第二凸台130的边缘与第一凸台120的边缘共同构成U形的气道140。任选地，第三凸台150的表面可设置前述的等离子体透镜的阵列。
需要说明的是，基底、第一凸台、第二凸台和第三凸台的具体形状不受特殊的限制，本领域技术人员可以根据需要自行选择。根据本发明的一些实施例，如图4所示，基底为长方形，第一凸台的外边框为直角U形，第二凸台近似为五边形，而第三凸台为弯钩形，便于加工有等离子体透镜的阵列。本发明的发明人经过长期研究发现，第一凸台120和第二凸台130是预加压区，使得空气进一步压缩，能使空气轴承获得一定的正压；第三凸台150能为空气轴承的前端提供正压，并且是正压最大的产生区域，从而实现飞行头飞行的最小飞行高度。
另外，根据图3所示，该U形气道140进一步包括：两个垂直段1410和至少一个突出段1420。该突出段1420的存在，能够增大U形气道140的在空气轴承的后半部的面积，从而增大U形气道140能够产生的负压，进一步平衡飞行头在高速飞行状态下向前倾斜的前半部所受到正压，来实现高速飞行的平稳性。根据本发明的实施例，任选地，至少一个突出段1420的横截面为由直线构成的夹角；任选地，该夹角为30～100°；任选地，该突出段包括至少三个锐角突出部。
另外，根据本发明的实施例，该空气轴承100进一步包括：在第一凸台120与突出段1420相对应区域的第四凸台160、在第一凸台120与垂直段1410相对应区域的两个第五凸台170、以及两个圆柱凸台180。并且，第四凸台160的边缘的至少一部分呈U形；这两个圆柱凸台对称地形成在第一凸台120的上表面，并且两个圆柱凸台180都设置在第一凸台120的侧边与第四凸台160之间。其中，第一凸台120和第二凸台130都突出该基底110有1.5微米，第三凸台150、第四凸台160、两个第五凸台170和两个圆柱凸台180都突出该基底110有1.7微米。
具体的，发明人经过长期研究发现，第四凸台160能够提供正压，实现长度方向的正压力的平衡，提高长度方向的刚度，并实现正的俯仰角；两个第五凸台170也能提供正压，为了进一步增大磁头的宽度方向的刚度，防止飞行头侧翻；而两个圆柱凸台180在侧翻时提供正压，从而防止与基片发生碰撞。
根据本发明的一些实施例，一种空气轴承的具体形貌，包括但不限于图4所示的空气轴承。空气轴承的表面形貌设计得如此复杂，是为了实现不同的正压和负压的分布，来实现飞行头的特定飞行姿态(飞行姿态包括飞高和两个方向的转角三个自由度)。图5显示了飞行状态下空气轴承表面的压力分布图。其中，正压主会提供不同位置的轴承力，负压会增大轴承的刚度和降低外界因素的敏感度。不同的飞行姿态，压力分布也会随之发生变化。并且，通过形成悬臂加载力和压力分布形成的气浮力之间的平衡，从而可以实现飞行姿态的调控，让飞行头在高速飞行下能够平稳地保持与基片表面的纳米级距离。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种空气轴承，利用表面形貌复杂的空气轴承，能够在高速飞行状态下形成不同的正压和负压的分布，控制飞行头不同的特定飞行姿态，从而令飞行头在基片表面上纳米级近场距离下保持平稳的飞行状态。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种飞行头。在下面图6～7中，对本发明的飞行头进行详细的描述。
根据本发明的实施例，该飞行头400包括：飞行头基体和等离子体透镜阵列。具体的，如图6所示，飞行头基体200的下表面形成有前述的空气轴承100；，等离子体透镜阵列300形成在飞行头基体200的表面，并且该等离子体透镜阵列300由至少两个前述的等离子体透镜构成。
任选地，等离子体透镜阵列300由六个等离子体透镜构成；任选地，这六个等离子体透镜构成呈两排且每排三个。根据本发明的一个实施例，如图7所示，等离子体透镜阵列300设置在空气轴承100的第三平台150的前端，并呈两排且每排三列的阵列，而两排透镜的圆心之间的距离为10～1000微米，且同一排中两个相邻透镜的圆心之间的距离为10～1000微米。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种飞行头，利用具有该结构的飞行头，能够减小聚束光斑的同时增大光强，可使光刻加工等的聚束光被限制在更小的范围内，并且能够在高速飞行状态下平稳地保持在基片表面上纳米级近场距离。本领域技术人员能够理解的是，前面针对等离子体透镜和空气轴承所描述的特征和优点，仍适用于该飞行头，在此不再赘述。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种纳米加工***。在下面图6、8～10中，对本发明的纳米加工***进行详细的描述。根据本发明的实施例，该纳米加工***包括前述的飞行头。
另外，根据本发明的实施例，如图8所示，该纳米加工***包括：可旋转承载台500、移动台600、悬臂700、光学组件800和控制器900。并且，可旋转承载台500用于承载待加工对象，根据本发明的一些实施例，该待加工对象包括但不限于光刻胶，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。并且，表面带有待加工对象的基片510可进行圆周方向的运动。而移动台600相对于可旋转承载台500，可进行线性或旋转的移动。
悬臂700的一端与移动台600相连，而悬臂700的另一端设置有飞行头400。需要解释的是，此处的“相连”应作广义的理解，包括但不限于固定连接和活动连接，根据本发明的一些具体的实施例，悬臂700是安装在移动台600之上的。
还有，光学组件800适于产生加工光，其中，该光学组件800被配置为加工光通过飞行头400对代加工对象进行加工处理。其中，沿着加工光的路径，光学组件800依次包括紫外激光器810、电光调节器820、反射镜830和聚束透镜840。由紫外激光器810产生束状激光，通过电光调节器820后实现对激光的调制，经反射镜830改变激光的光路后，最后聚束透镜840将激光汇聚到飞行头400的等离子体透镜阵列300之处。
控制器900，分别与可旋转承载台500、移动台600和光学组件800相连。根据本发明的一些具体实施例，控制器900首先根据预设的待加工的纳米图案，例如图9所示的图案，通过编码形成脉冲信号，传输到电光调制器820形成激光脉冲；另外，可旋转承载台500上的圆编码器将周向位置信号传到控制器900，控制器900再根据周向位置信号和脉冲信号完成某一圆周上的图案加工；之后控制器900通过径向位置信号控制线性或旋转移动的移动台600连续移动，完成整个图案的加工。
根据本发明的一个具体的实施例，如图5所示，悬臂700进一步包括：挠曲件710、窝点720和悬臂主体730。其中，飞行头400安装在悬臂700的挠曲件710上，悬臂700通过窝点720对飞行头400施加纵向载荷。
另外，根据本发明的实施例，可旋转承载台500的基片510的旋转速度为1000～10000转/分钟；飞行头与该基片之间的飞行高度为5～30nm，优选为20nm；加工光通过等离子体透镜后的聚束光斑为15.8nm以上。
本发明的发明人意外地发现，在旋转式近场光刻***中，飞行高度代表表面等离子体透镜的工作距离。由于等离子体透镜的聚束效果随工作距离的增加而衰减，因此，可以通过降低磁头飞行高度的方法增强聚束效果，以期获得更小的聚束光斑和更大的光增强效应。根据本发明的一些实施例，在最优参数下得到了15.8nm的聚束光斑以及更大的光增强结果，如图10所示。这说明降低飞行头的飞行高度对旋转式近场光刻***的有益性，并证明了具备获得超小聚束光斑的能力。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种纳米加工***，利用该纳米加工***，能够根据预设的纳米图案进行高加工分辨率、高加工效率的纳米级光刻加工，并能够实现20nm以下更小的线宽，且该纳米加工***的设备简单、制造成本低。
在本发明的另一个方面，本发明提出了一种前述的纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途。
另外，根据本发明的实施例，光刻胶预先形成在该基片510上；任选地，所述光刻胶包括无机光刻胶和有机光刻胶，其中，无机光刻胶优选为TeOx热敏光刻胶，有机光刻胶优选为化学放大分子玻璃胶FPT-8Boc。
发明人经过研究发现，有机光刻胶弹性模量较低，飞行头直接在光刻胶上起飞时会导致光刻胶剥离，从而容易导致飞行头的飞行失效，所以在现有技术中，较难在有机光刻胶表面进行旋转式近场光刻技术。本发明的发明人意外地采用了飞行过渡区的方法，将涂完光刻胶的基片的外圈通过旋转去胶的方法加工出无胶区，飞行头先在无胶区上飞行，然后经过渡区移动到有胶区，从而实现在有机光刻胶上的光刻加工。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途，利用该纳米加工***能够根据预设的纳米图案，对光刻胶进行高加工分辨率、高加工效率的纳米级光刻加工，并能实现20nm以下更小的光刻线宽，可在光刻胶表面形成预定图案的方面具有应用。前面针对等离子体透镜、空气轴承、飞行头和纳米加工***所描述的特征和优点，仍适用于该纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途，在此不再赘述。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
除非明确说明，在下列实施例中采用下述检测条件：
仪器型号：AFM的型号为Bruker Icon；SEM的型号为FFEI Quanta 200。
实施例1
在该实施例中，在无机热敏型光刻胶TeO1.14的表面，借助纳米加工***进行光刻加工。具体的，该实施例中，空气轴承的结构如图4所示；等离子体透镜含有9个的圆槽，且等离子体透镜表面的金属薄膜的材料为Cr且厚度为30nm，中心小孔的直径为5nm，圆槽的槽周期为300nm、槽宽度为100nm；飞行头的基体为石英；聚束光斑为30nm。
具体的操作步骤为，调整主轴转速为10000rmp，待等离子体飞行头在TeO1.14光刻胶表面稳定飞行时，通过音圈电机将等离子体飞行头移动到盘片的飞行高度为20mm，此时的线速度为11.3m/s；再将波长为355nm的线偏振光与盘片的水平方向呈80°入射到表面等离子体透镜处。经过加工后的盘片放置到质量分数为0.5％的KOH水溶液中显影15s，取出后用大量去离子水冲洗干净，并用氮气吹干，即可得到光刻加工后的光刻胶样品。
该实施例的光刻加工后的光刻胶样品，在原子力显微镜下观测的结果如图11所示。
图11.a是连续激光的加工结果，加工线宽为39nm。图中散落的斑点为TeO1.14的聚合物，属于溅射产物，可通过溅射过程中辅助离子注入的方法进行改善。
图11.b是脉冲激光的加工结果，图11.c是其纵向(由下至上)截面图，高频脉冲发生器发出的脉冲频率为150MHz，加工结构的长度约为75nm。图11.b中的凹槽结构为圆坑状且成周期性分布，圆坑直径为67nm，说明纳米加工***具备单点加工的能力，若与径向驱动控制***相结合则可以在盘片表面实现二维任意结构加工。
实施例2
在该实施例中，按照与实施例1基本相同的加工方法，在40nm厚的无机热敏型光刻胶TeO1.14的表面，借助纳米加工***进行光刻加工。区别在于，在该实施例中，对基片表面的无机热敏型光刻胶TeO1.14在溅射制备时的氩氧比进行调整，使光刻胶TeO1.14的灵敏度降低；等离子体透镜的金属薄膜的厚度为40nm，中心小孔的直径为10nm，圆槽的槽周期为350nm、槽宽度为150nm；聚束光斑为15.8nm；而主轴转速为5400rmp。
该实施例的光刻加工后的光刻胶样品，在扫描电子显微镜下观测的结果如图12所示。
图12.a是连续激光对TeO1.14光刻胶的近场光刻结果，线条宽度为16.85nm，说明灵敏度的调控有利于获得更小的加工线宽，证明了旋转式近场光刻***具有通过控制光刻胶灵敏度的方法获得20nm以下加工图形的能力。图12.b是频率为150MHz的脉冲激光加工结果，圆坑结构较小，线宽为50.71nm。
实施例3
在该实施例中，按照与实施例1基本相同的加工方法，在有机光刻胶的化学放大分子玻璃胶FPT-8Boc的表面，借助纳米加工***进行光刻加工。区别在于，该实施例中，等离子体透镜的金属薄膜的厚度为100nm，中心小孔的直径为20nm，圆槽的槽周期为400nm、槽宽度为200nm；聚束光斑为25nm，主轴转速为1000rmp；并且，经过加工后的盘片放于100℃烤箱中烘烤60s，用以防止产酸剂过度扩散，再从烤箱中取出盘片放置室温后，置于四甲基氢氧化铵显影液中60s，用玻璃棒搅动显影液使其与曝光区域充分反映，取出盘片并用去离子水冲洗，去除残留在表面的被显影物质，并用氮气吹干；由此，即可实现纳米级图案的加工。
具体的在该实施例中，化学放大分子玻璃胶FPT-8Boc是利用旋涂法附着在盘片表面。实验中，光刻胶FPT-8Boc的溶液浓度为20mg/mL，产酸剂TNI的浓度占光刻胶主体材料质量的10v/v％，为了控制光刻胶的成膜厚度，每张盘片的滴胶量为2mL，匀胶机在3000rmp转速下旋转180s即可形成均匀的光刻胶薄膜，然后匀胶机的转速更改为2000rmp，旋转过程中在盘片外径处滴加0.5mL的丙二醇甲醚醋酸酯溶液用以去除光刻胶，形成飞行过渡区，旋转时间为90s。最后，将外径去胶后的盘片置于烤板中，在100℃的温度下烘烤180s，彻底去除残留的溶剂，待盘片冷却后即可得到可用于光可加工的待加工的基片。
该实施例的光刻加工后的光刻胶样品，在原子力显微镜下观测的结果如图13所示。
图13是FPT-8Boc光刻胶在连续激光照射下，AFM测试的旋转式近场光刻***的刻蚀结果。其28nm的线条宽度说明此纳米加工***，对于有机光刻胶可以实现30nm以下的加工分辨率。
总结
综合实施例1～3可得出，本发明所提出的纳米加工***，能够根据预设的纳米图案进行高加工分辨率、高加工效率的纳米级光刻加工，并能够实现20nm以下更小的线宽，且该纳米加工***的设备简单、制造成本低。
Tips：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (14)

1.一种用于飞行头的空气轴承，其特征在于，包括：
基底；
第一凸台，所述第一凸台形成在所述基底的上表面；
第二凸台，所述第二凸台形成在所述基底的上表面，并且所述第二凸台的边缘与所述第一凸台的边缘共同构成U形气道，所述U形气道包括两个垂直段和至少一个突出段；以及
第三凸台，所述第三凸台形成在所述第二凸台的上表面，且所述第三凸台的表面设置等离子体透镜的阵列；
第四凸台，所述第四凸台形成在所述第一凸台与所述突出段相对应的区域，所述第四凸台的边缘的至少一部分呈U形；
其中，所述等离子体透镜包括：
基体，所述基体的表面设置有金属薄膜，所述金属薄膜的厚度为30～100nm；
中心小孔，所述中心小孔形成在所述基体的表面且贯穿所述金属薄膜；以及
多个圆槽，所述多个圆槽形成在所述基体的表面且贯穿所述金属薄膜，并且所述多个圆槽与所述中心小孔构成同心圆，其中，所述多个圆槽的槽周期为300～400nm、槽宽度为100～200nm。
2.根据权利要求1所述的空气轴承，其特征在于，所述基体是由蓝宝石组成；所述金属薄膜由Cr组成。
3.根据权利要求2所述的空气轴承，其特征在于，所述金属薄膜的厚度为55nm；所述等离子体透镜包括9个圆槽；所述中心小孔的直径为5～20nm；所述圆槽的槽周期为350nm，槽宽度为150nm。
4.根据权利要求3所述的空气轴承，其特征在于，所述中心小孔的直径为10nm。
5.根据权利要求1所述的空气轴承，其特征在于，所述至少一个突出段的横截面为由直线构成的夹角；
所述夹角为30～100°；
所述突出段包括至少三个锐角突出部。
6.根据权利要求5所述的空气轴承，其特征在于，进一步包括：
两个第五凸台，所述两个第五凸台分别形成在所述第一凸台与两个所述垂直段相对应的区域；以及
两个圆柱凸台，所述两个圆柱凸台对称地形成在所述第一凸台的上表面，并且所述圆柱凸台设置在所述第一凸台的侧边与所述第四凸台之间；
其中，所述第一凸台和所述第二凸台都突出所述基底1.5微米，所述第三凸台、所述第四凸台、所述两个第五凸台和所述两个圆柱凸台都突出所述基底1.7微米。
7.一种飞行头，其特征在于，包括：
飞行头基体，所述飞行头基体的下表面形成有权利要求6所述的空气轴承。
8.一种纳米加工***，其特征在于，包括权利要求7所述的飞行头。
9.根据权利要求8所述的纳米加工***，其特征在于，包括：
可旋转承载台，所述可旋转承载台用于承载待加工对象；
移动台，所述移动台相对于所述可旋转承载台移动；
悬臂，所述悬臂的一端与所述移动台相连，并且另一端设置有所述飞行头；
光学组件，所述光学组件适于产生加工光，其中，所述光学组件被配置为所述加工光通过所述飞行头对所述待加工对象进行加工处理；以及
控制器，所述控制器分别与所述可旋转承载台、所述移动台和所述光学组件相连；
其中，沿着所述加工光的路径，所述光学组件依次包括紫外激光器、电光调节器、反射镜和聚束透镜。
10.根据权利要求9所述的纳米加工***，其特征在于，
所述可旋转承载台的基片的旋转速度为1000～10000转/分钟；
所述飞行头与所述基片之间的飞行高度为5～30nm；
所述加工光通过等离子体透镜后的聚束光斑为15.8nm以上。
11.根据权利要求10所述的纳米加工***，其特征在于，所述飞行头与所述基片之间的飞行高度为20nm。
12.权利要求10～11任一项所述的纳米加工***在光刻胶表面形成预定图案中的用途。
13.根据权利要求12所述的用途，其特征在于，所述光刻胶预先形成在所述基片上；
所述光刻胶包括无机光刻胶和有机光刻胶。
14.根据权利要求13所述的用途，其特征在于，所述无机光刻胶为TeOx热敏光刻胶，所述有机光刻胶为化学放大分子玻璃胶FPT-8Boc。
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