探针诱导表面等离子体共振光刻装置及其光刻方法（发明）

说 明 书 摘 要 一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置及其光刻方法，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。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、光刻膜层简 单的特点，该装置还具有原子力显微镜的功能。

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权 利 要 求 书 1、一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于该装置由表面等离 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光刻提供能源，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：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，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； 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的轴端和螺纹副的轴端位于 所述的样品台的底座上，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； ④ 所述的探针状态检测装置由检测激光器、会聚镜、第二反射镜、第三反射镜、 成像镜和四象限探测器组成，其位置关系是：由所述的检测激光器发出的激光经 所述的会聚镜会聚后经第二反射镜反射，会聚点落在所述的探针及探针座的探针 针尖背面，由该探针针尖背面反射的反射光经第三反射镜反射、所述的成像镜成像 在所述的四象限探测器上，用于检测探针针尖的形变从而确定探针针尖与样品之 间的压力大小； ⑤ 所述的光学显微镜位于所述的样品台和所述的探针状态检测装置的正上方， 用于观察样品和探针针尖的位置；

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⑥ 所述的控制系统分别与所述的光刻激光器、一维压电陶瓷、电机、二维压电陶 瓷和四象限探测器相连，根据所述的四象限探测器提供的数据，得到探针与样品 表面之间的状态，驱动所述的样品台运动，控制表面等离子体激发装置在所述的 探针针尖与样品表面之间产生表面等离子体共振，进行光刻。 2、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于所 述的光刻激光器为脉冲可调的半导体激光器，或由固体连续激光器或气体激光连 续器和光调制器组成的脉冲激光器系统。 3、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于 所述的电机（205）为伺服电机或步进电机。 4、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于 所述的检测激光器为连续激光器。 5、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于 所述的光学显微镜是人眼观察的显微镜，或是电荷耦合器件，或互补式金属氧化 物半导体作为接收器件的显微镜。 6、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特征在于 所述的聚焦镜、会聚镜、成像镜是一块透镜或由多快透镜组成的透镜组构成的。 7、根据权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置，其特特征在于 所述的控制系统是一台计算机，或由计算机和控制箱组成。 8、利用权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置进行光刻的方 法，其特征在于包括如下步骤： ① 将样品放置在所述的样品台的样品夹持器上并固定； ② 调节第一反射镜的位置，使由第一反射镜反射的光束经聚焦镜聚焦后的光 束与样品上表面的夹角与样品的表面等离子体共振角相等； ③ 调节所述的螺纹副和驱动所述的电机，使所述的探针针尖向所述的样品表 面逼近，逼近过程中通过光学显微镜和探针状态检测装置进行检测，直至所述的 探针针尖与样品表面之间的距离接近所述的一维压电陶瓷的量程的中间值，所述 的支架大致水平； ④ 在所述的控制系统的控制下，按下述流程进行光刻：

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⑤ 驱动所述的二维压电陶瓷促动所述的样品夹持器带动所述的样品，使所述 样品的待刻点位于所述的探针针尖的下方； ⑥ 驱动所述的一维压电陶瓷使所述的探针针尖进一步逼近样品并与样品表面 保持几个纳米的距离； ⑦ 触发所述的光刻激光器发射出一个激光脉冲，在所述的样品的表面激发出 表面等离子体并产生共振，在所述的样品与探针针尖之间产生局域增强场，利用 此局域增强场产生的高温在样品的表面刻蚀出光刻点； ⑧ 重复上述步骤⑤、⑥、⑦，直至所有的待刻点完成光刻； ⑨ 光刻完成后，启动所述的电机驱动探针针尖离开所述的样品表面。 9、利用权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置对光刻后的样 品进行原子力扫描的方法，其特征在于包括如下步骤： ① 控制所述的二维压电陶瓷，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方； ② 根据采集四象限探测器的信号控制所述的一维压电陶瓷，使所述的探针针 尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定，或保持恒定的距离； ③ 记录所述的一维压电陶瓷的输出值，作为样品表面高度信息； ④ 重复上述步骤①、②、③，直至扫描完全部待扫描区域； ⑤ 使探针针尖离开所述的样品表面，通过软件处理样品表面信息得到样品表 面形貌。 10、利用权利要求 1 所述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置对尚未光刻的 样品进行原子力扫描的方法，其特征在于包括如下步骤： ① 将样品放置在所述的样品台的样品夹持器上并固定； ② 调节第一反射镜的位置，使由第一反射镜反射的光束经聚焦镜聚焦后的光 束与样品上表面的夹角与样品的表面等离子体共振角相等； ③ 调节所述的螺纹副和驱动所述的电机，使所述的探针针尖向所述的样品表 面逼近，逼近过程中通过光学显微镜和探针状态检测装置进行检测，直至所述的 探针针尖与样品表面之间的距离接近所述的一维压电陶瓷的量程的中间值，所述 的支架大致水平； ④ 控制所述的二维压电陶瓷，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方；

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⑤ 根据采集四象限探测器的信号控制所述的一维压电陶瓷，使所述的探针针 尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定，或保持恒定的距离； ⑥ 记录所述的一维压电陶瓷的输出值，作为样品表面高度信息； ⑦ 重复上述步骤④、⑤、⑥，直至扫描完全部待扫描区域； ⑧ 使探针针尖离开所述的样品表面，通过软件处理样品表面信息得到样品表 面形貌。

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说 明 书 探针诱 导表面 等离子 体共振 光刻装 置及其 光刻方 法 技术领域 本发明涉及光刻装置，特别是一种探针诱导表面等离子体共振光刻装置及其 光刻方法。 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 1

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 本发明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及其光刻方法，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。 本发明的技术解决方案是： 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；

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④ 所述的探针状态检测装置由检测激光器、会聚镜、第二反射镜、第三反射镜、 成像镜和四象限探测器组成，其位置关系是：由所述的检测激光器发出的激光经 所述的会聚镜会聚后经第二反射镜反射，会聚点落在所述的探针及探针座的探针 针尖背面，由该探针针尖背面反射的反射光经第三反射镜反射、所述的成像镜成像 在所述的四象限探测器上，用于检测探针针尖的形变从而确定探针针尖与样品之 间的压力大小； ⑤ 所述的光学显微镜位于所述的样品台和所述的探针状态检测装置的正上方， 用于观察样品和探针针尖的位置； ⑥ 所述的控制系统分别与所述的光刻激光器、一维压电陶瓷、电机、二维压电陶 瓷和四象限探测器相连，根据所述的四象限探测器提供的数据，得到探针与样品 表面之间的状态，驱动所述的样品台运动，控制表面等离子体激发装置在所述的 探针针尖与样品表面之间产生表面等离子体共振，进行光刻。 所述的光刻激光器为脉冲可调的半导体激光器，或由固体连续激光器或气体 激光连续器与光调制器组成的脉冲激光器系统。 所述的电机为伺服电机或步进电机。 所述的检测激光器可为各种连续激光器。 所述的光学显微镜是人眼观察的显微镜，或是电荷耦合器件，或互补式金属 氧化物半导体作为接收器件的显微镜。 所述的聚焦镜、会聚镜、成像镜是一块透镜或由多快透镜组成的透镜组构成的。 所述的控制系统是一台计算机，或由计算机和控制箱组成。 利用上述的探针诱导表面等离子体共振光刻装置进行光刻的方法，包括如下 步骤： ① 将样品放置在所述的样品台的样品夹持器上并固定； ② 调节第一反射镜的位置，使由第一反射镜反射的光束经聚焦镜聚焦后的光 束与样品上表面的夹角与样品的表面等离子体共振角相等； ③ 调节所述的螺纹副和驱动所述的电机，使所述的探针针尖向所述的样品表 面逼近，逼近过程中通过光学显微镜和探针状态检测装置进行检测，直至所述的 探针针尖与样品表面之间的距离接近所述的一维压电陶瓷的量程的中间值，所述 的支架大致水平；

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④ 在所述的控制系统的控制下，按下述流程进行光刻： ⑤ 驱动所述的二维压电陶瓷促动所述的样品夹持器带动所述的样品，使样品 的待刻点位于所述的探针针尖的下方； ⑥ 驱动所述的一维压电陶瓷使所述的探针针尖进一步逼近样品并与样品表面 保持几个纳米的距离； ⑦ 触发所述的光刻激光器发射出一个激光脉冲，在所述的样品的表面激发出 表面等离子体并产生共振，在所述的样品与探针针尖之间产生局域增强场，利用 此局域增强场产生的高温在样品的表面刻蚀出光刻点；

⑧ 重复上述步骤⑤、 ⑥、 ⑦ ，直至所有的待刻点完成光刻； ⑨ 光刻完成后，启动所述的电机驱动探针针尖离开所述的样品表面。 本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置还具有具有原子力显微镜的功能， 利用本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置对光刻后的样品进行原子力扫描 的方法，包括如下步骤： ① 控制所述的二维压电陶瓷，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方； ② 根据采集四象限探测器的信号控制所述的一维压电陶瓷，使所述的探针针 尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定，或保持恒定的距离； ③ 记录所述的一维压电陶瓷的输出值，作为样品表面高度信息； ④ 重复上述步骤①、②、③，直至扫描完全部待扫描区域； ⑤ 使探针针尖离开所述的样品表面，通过软件处理样品表面信息得到样品表 面形貌。 利用本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置对尚未光刻的样品进行原子 力扫描的方法，包括如下步骤： ① 将样品放置在所述的样品台的样品夹持器上并固定； ② 调节第一反射镜的位置，使由第一反射镜反射的光束经聚焦镜聚焦后的光 束与样品上表面的夹角与样品的表面等离子体共振角相等； ③ 调节所述的螺纹副和驱动所述的电机，使所述的探针针尖向所述的样品表 面逼近，逼近过程中通过光学显微镜和探针状态检测装置进行检测，直至所述的

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探针针尖与样品表面之间的距离接近所述的一维压电陶瓷的量程的中间值，所述 的支架大致水平； ④ 控制所述的二维压电陶瓷，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方； ⑤ 根据采集四象限探测器的信号控制所述的一维压电陶瓷，使所述的探针针 尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定，或保持恒定的距离； ⑥ 记录所述的一维压电陶瓷的输出值，作为样品表面高度信息； ⑦ 重复上述步骤④、⑤、⑥，直至扫描完全部待扫描区域； ⑧ 使探针针尖离开所述的样品表面，通过软件处理样品表面信息得到样品表 面形貌。 若探针接近样品表面时支架存在一定角度，例如 5°，则实测值与理论值的比 值为 1/cos(5°) = 1.004，误差仅为千分之四。因此可根据误差要求调节支架的水平 度。 本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置，国内外尚无类似的装置。与在先 的其他光刻装置相比，具有以下优点： 1、光刻分辨率高：光刻的分辨率与所用探针针尖的直径相当，而探针针尖的 直径可以做到 20nm 以下，因此采用此光刻装置可以很容易实现 50nm 以下线宽的 光刻； 2、光刻所需要的激光功率低：表面等离子体共振引起的针尖与样品表面之间 的局域场增强使能量高度积聚，很低的光功率即可实现光刻。例如使用几十毫瓦的 激光器即可在银膜上光刻出图案； 3、采用原子力显微镜的控制方法控制探针和样品，提高了探针的定位精度和 光刻的对准精度； 4、光刻过程中探针针尖与样品采用非接触模式，因此探针不易损坏； 5、光刻膜层简单，可以直接在银膜、金膜等金属膜上进行光刻，不需要特殊的 膜层材料；光刻的探针采用普通的原子力探针，无需进行额外加工； 6、装置采用模块化设计，维护和升级方便； 7、装置本身具有原子力显微镜的所有功能，可以对光刻前后的样品进行扫描 ， 可实现在线检测，避免样品在光刻仪器和检测仪器之间移动带来的繁琐操作。

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综上所述，本发明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。 附图说明 图 1 是本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置的系统组成示意图； 图 2 是本发明第一个较佳实施例的结构示意图； 图 3 是图 2 中探针控制装置 2 的俯视图； 图 4 是本发明第二个较佳实施例的结构示意图； 图 5 是本发明表面等离子体激发装置 1 的另一个可选方案示意图； 图 6 是本发明探针状态检测装置 4 的第二可选方案示意图； 图 7 是本发明探针状态检测装置 4 的第三可选方案示意图 图 8 是本发明探针状态检测装置 4 的第四可选方案示意图 具体实施方式 下面参照附图和实施例对本发明的具体细节和操作方法进行详细阐述，但不 应以此限制本发明的保护范围。 先请参阅图 1、图 2 和图 3，图 1 是本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置 的系统组成示意图；图 2 是本发明第一个较佳实施例的结构示意图；图 3 是图 2 中 探针控制装置 2 的俯视图；由图可见，本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装 置由表面等离子体激发装置 1、探针控制装置 2、样品台 3、探针状态检测装置 4、光 学显微镜 5 和控制系统 6 组成：参见图 2 和图 3，本发明第一个较佳实施例的结构 包括： ① 所述的表面等离子体激发装置 1 为光刻提供能源，该等离子体激发装置 1 由脉冲可调的半导体激光器 101a、扩束镜 103、第一反射镜 104、聚焦镜 105、小半球 凸透镜 106、折射率油 107 和样品 108 组成，其位置关系是：所述的折射率油 107 位于所述的小半球凸透镜 106 的上平面和所述的样品 108 之间，所述的折射率油 107 的折射率与所述的小半球凸透镜 106 的折射率相同，由所述的光刻激光器 101a 出射的平行光经扩束镜 103 扩束、第一反射镜 104 反射和聚焦镜 105 会聚后，经所 述的小半球凸透镜 106、折射率油 107 聚焦在所述的样品 108 的上表面； ② 所述的探针控制装置 2 由探针及探针座 201、一维压电陶瓷 202、支架 203、螺 纹副 204 和步进电机 205 构成，所述的探针及探针座 201 固定在所述的一维压电陶

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瓷 202 上，该一维压电陶瓷 202、螺纹副 204 和步进电机 205 均安装在所述的支架 203 上，所述的支架 203 通过步进电机 205 的轴端和螺纹副 204 的轴端位于所述的 样品台 3 的底座 301 上，所述的一维压电陶瓷 202 驱动所述的探针及探针座 201 在 竖直方向上移动，所述的螺纹副 204 用于手动调节所述的探针及探针座 201 的高 度，所述的步进电机 205 用于驱动所述的探针在竖直方向上自动逼近所述的样品 108； ③ 所述的样品台 3 由底座 301、二维压电陶瓷 302、样品夹持器 303 构成，所述 的二维压电陶瓷 302 置于所述的底座 301 上并与所述的样品夹持器 303 相连，所述 的样品夹持器 303 是样品 108 放置和固定的平台，所述的二维压电陶瓷 302 驱动所 述的样品夹持器 303 带动所述的样品 108 在水平方向上的运动，以调节样品 108 的 光刻位置； ④ 所述的探针状态检测装置 4 由检测激光器 401、会聚镜 402a、第二反射镜 403、第三反射镜 404、成像镜 405 和四象限探测器 406 组成，其位置关系是：由所 述的检测激光器 401 发出的激光经所述的会聚镜 402a 会聚后经第二反射镜 403 反 射，会聚点落在所述的探针及探针座 201 的探针针尖背面，由该探针针尖背面反 射的反射光经第三反射镜 404 反射、所述的成像镜 405 成像在所述的四象限探测器 406 上，用于检测探针针尖的形变从而确定探针针尖与样品之间的压力大小，通过 调节四象限探测器 406 和成像镜 405 之间的距离可以调节四象限探测器 406 上的光 斑大小和系统的灵敏度； ⑤ 所述的光学显微镜 501 位于所述的样品台 3 和所述的探针状态检测装置 4 的正上方，用于观察样品和探针针尖的位置； ⑥ 所述的控制系统 6 包括计算机 601 和控制箱 602。计算机 601 的作用是给控 制箱 602 发送各种控制命令，控制箱 602 传递的图像数据进行后期处理、显示。所 述的计算机 601 通过所述的控制箱 602 与所述的半导体激光器 101a、一维压电陶瓷 202、步进电机 205、二维压电陶瓷 302 和四象限探测器 406 相连，根据所述的四象 限探测器 406 提供的数据，得到探针与样品表面之间的状态，驱动所述的样品台 3 运动，控制表面等离子体激发装置 1 在所述的探针针尖与样品表面之间产生表面 等离子体共振，进行光刻。 该控制箱 602 至少包括以下四个作用：

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1) 数据采集：用于接收四象限探测器 406 的信号； 2) 输出控制：调制半导体激光器 101a、驱动步进电机 205 的转动、驱动一维压 电陶瓷 202 和二维压电陶瓷 302 3) 控制软件：对整个系统进行协调和控制； 4) 与计算机之间的通讯系统：接收计算机的指令并将获取的数据传递给计算 机。 在上述装置中，所述的步进电机 205 也可以是伺服电机。 在上述装置中，所述的光学显微镜 501 是人眼观察的显微镜，或是电荷耦合器 件，或互补式金属氧化物半导体作为接收器件的显微镜。 在上述装置中，所述的聚焦镜 105、会聚镜 402a、成像镜 405 是一块透镜或由多 快透镜组成的透镜组构成的。 利用上述第一个较佳实施例装置进行光刻的具体操作步骤如下： ① 将样品 108 放置在所述的样品台 3 的样品夹持器 303 上并固定； ② 调节第一反射镜 104 的位置，使由第一反射镜 104 反射的光束经聚焦镜 105 聚焦后的光束与样品 108 上表面的夹角与样品 108 的表面等离子体共振角相等， 此角度根据光刻不同的材料结构测得； ③ 调节所述的螺纹副 204 和驱动所述的步进电机 205，使所述的探针针尖向所 述的样品 108 表面逼近，逼近过程中通过光学显微镜 501 和探针状态检测装置 4 进 行检测，直至所述的探针针尖与样品 108 表面之间的距离接近所述的一维压电陶 瓷 202 的量程的中间值，所述的支架 203 大致水平； ④ 在所述的控制系统 6 的控制下，按下述流程进行光刻： ⑤ 驱动所述的二维压电陶瓷 302 促动所述的样品夹持器 303 带动所述的样品 108，使样品 108 的待刻点位于所述的探针针尖的下方； ⑥ 驱动所述的一维压电陶瓷 202 使所述的探针针尖进一步逼近样品 108 并与 样品 108 表面保持几个纳米的距离，例如 2nm； ⑦ 触发所述的半导体激光器 101a 发射出一个激光脉冲，在所述的样品 108 的 表面激发出表面等离子体并产生共振，在所述的样品 108 与探针针尖之间产生局 域增强场，利用此局域增强场产生的高温在样品 108 的表面刻蚀出光刻点； ⑧ 重复上述步骤⑤、⑥、⑦，直至所有的待刻点完成光刻；

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⑨ 光刻完成后，启动所述的步进电机 205 驱动探针针尖离开所述的样品 108 表面。 光刻后的图形可以利用本发明装置进行原子力扫描，也可以对非光刻样品进 行扫描以查看样品表面形貌： 利用本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置对光刻后的样品进行原子力 扫描的方法，其特征在于包括如下步骤： ① 控制所述的二维压电陶瓷 302，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方； ② 根据采集四象限探测器 406 的信号控制所述的一维压电陶瓷 202，使所述 的探针针尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定，或保持恒定的距离； ③ 记录所述的一维压电陶瓷 202 的输出值，作为样品表面 108 高度信息； ④ 重复上述步骤①、②、③，直至扫描完全部待扫描区域； ⑤ 使探针针尖离开所述的样品 108 表面，通过软件处理样品表面信息得到样 品表面形貌。 利用本发明探针诱导表面等离子体共振光刻装置对尚未光刻的样品进行原子 力扫描的方法，其特征在于包括如下步骤： ① 将样品 108 放置在所述的样品台 3 的样品夹持器 303 上并固定； ② 调节第一反射镜 104 的位置，使由第一反射镜 104 反射的光束经聚焦镜 105 聚焦后的光束与样品 108 上表面的夹角与样品 108 的表面等离子体共振角相等；

③ 调节所述的螺纹副 204 和驱动所述的步进电机 205 ，使所述的探针针

尖向所述的样品 108 表面逼近，逼近过程中通过光学显微镜 501 和探针状态

检测装置 4 进行检测，直至所述的探针针尖与样品 108 表面之间的距离接近

所述的一维压电陶瓷 202 的量程的中间值，所述的支架 203 大致水平； ④ 控制所述的二维压电陶瓷 302，使探针针尖位于待扫描区域起点的上方；

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⑤ 根据采集四象限探测器 406 的信号控制所述的一维压电陶瓷 202，使所述的 探针针尖接触所述的样品表面并保持压力值恒定（接触式），或保持恒定的距离 (非接触式)； ⑥ 记录所述的一维压电陶瓷 202 的输出值，作为样品表面 108 高度信息； ⑦ 重复上述步骤④、⑤、⑥，直至扫描完全部待扫描区域； ⑧ 使探针针尖离开所述的样品 108 表面，通过软件处理样品表面信息得到样 品表面形貌。 图 4 是本发明的第二个较佳实施例装置，与第一个较佳实施例装置区别在于： 控制系统 6 仅由一台计算机 601 组成。由计算机 601 完成第一个较佳实施例装置中 控制箱 602 和计算机 601 的全部功能，其他系统和控制方法与第一个较佳实施例 装置相同。 图 5 是本发明的表面等离子体激发装置 1 的一个可选方案。本方案与第一个和 第二个较佳实例中的表面等离子体激发装置 1 的区别在于：本方案中使用一个激 光器 101b 和一个光调制器 102 替代半导体激光器 101a。将控制系统 6 以半导体激 光器 101a 为对象的全部操作改为对光调制器 102 进行操作即可。 在上述装置中，所述的激光器 101b 可以是固体激光器或气体激光器等所有不 可自调制的激光器。 在上述装置中，所述的光调制器 102 可以是声光调制器、电光调制器、磁光调 制器或其他可以对光进行通断调制的光调制器件。 图 6 是本发明的探针控制装置 2 的一个可选方案。与第一个和第二个较佳实施 例中的探针控制装置 2 的区别在于：去掉了两个螺纹副 204，增加了一个导轨 206。导轨 206 安装在底座 301 上，电机 205 安装在支架 203 上并带动支架 203 沿导 轨 206 上下运动。 电机 205 也可以安装在底座 301 上并推动支架 203 沿导轨 206 上下运动。 使用本可选方案时，装置的操作步骤与第一个较佳实施例的操作步骤的区别 在于不用调节螺纹副。 图 7 是本发明的探针状态检测装置 4 的第一个可选方案。与第一个和第二个较 佳实例中的探针状态检测装置 4 的区别在于：将会聚镜 402a 变为会聚镜 402b。会

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聚镜 402b 和会聚镜 402a 的功能相同，均是将检测激光器 401 出射的激光会聚在探 针的针尖处。 图 8 是本发明的探针状态检测装置 4 的第二个可选方案。与第一个和第二个较 佳实例中的探针状态检测装置 4 的区别在于：去掉了第三反射镜 404，会聚镜 402a 和会聚镜 402b 可以任选一个组合成探针状态检测装置。

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说 明 书 附 图

图1

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图2

图3

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图4

图5

图6

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图7

图8

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摘 要 附 图

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