【正文】 刻工藝操作流程及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制定SP超分辨光刻工藝標(biāo)準(zhǔn)草案。提供22nm、16nm超分辨成像器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在SP光刻實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)上制作特征尺寸為32nm的光柵、NEFO字符等集成電路常用典型圖形結(jié)構(gòu)。1發(fā)表論文3040篇，專利1520項(xiàng)。一、研究內(nèi)容通過操縱倏逝波參與成像，實(shí)現(xiàn)突破分辨力衍射極限和超分辨成像光刻，是本項(xiàng)目的核心目標(biāo)。因此，如何理解倏逝波在亞波長金屬結(jié)構(gòu)中的行為規(guī)律，實(shí)現(xiàn)靈活的倏逝波操縱是超分辨成像的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是本項(xiàng)目需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題之一。此外，倏逝波的損耗始終是一個(gè)需要重點(diǎn)解決的問題，目前國際上這方面的研究進(jìn)展不大，本項(xiàng)目將結(jié)合增益材料，探索亞波長金屬微納結(jié)構(gòu)中宏觀奇異性質(zhì)和電磁波傳輸、轉(zhuǎn)換過程中能量損耗的機(jī)理，尋找降低能耗的可行途徑，為開發(fā)高能量利用率的超衍射材料，提出導(dǎo)向性方案。、規(guī)律和操縱特性目前的SP光學(xué)光刻的工作頻段集中在汞燈光源波長g線（436nm）和i線（365nm），其超衍射分辨能力（22nm以下）預(yù)示著采用更短波長的光刻光源（如193nm、157nm等）可以實(shí)現(xiàn)更高光學(xué)分辨力，達(dá)到10nm以下，甚至是1nm以下水平，這對于光刻技術(shù)未來發(fā)展無疑具有重要價(jià)值。但在深紫外的SP金屬材料制備、測試和細(xì)致的行為分析等方面尚未見報(bào)道，需要開展系統(tǒng)研究。具體來說，重點(diǎn)解決研究的問題包括深紫外頻段低損耗SP金屬材料的選擇，SP激發(fā)、耦合和傳輸模式行為理論分析和實(shí)驗(yàn)測試等。、原理、實(shí)現(xiàn)方法以及成像特性在系統(tǒng)掌握亞波長超衍射材料中的超衍射行為規(guī)律和機(jī)制等方面的知識基礎(chǔ)上，建立實(shí)現(xiàn)超分辨成像物理機(jī)理、成像原理、實(shí)現(xiàn)方法和成像特性、規(guī)律等系統(tǒng)理論和方法體系，是本項(xiàng)目要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，也是實(shí)現(xiàn)超衍射成像光學(xué)光刻的重要前提。由于超衍射材料中光學(xué)行為與傳統(tǒng)光學(xué)行為具有物理機(jī)制上和規(guī)律上的巨大差異，基于超衍射光學(xué)的超分辨成像不能照搬傳統(tǒng)光學(xué)成像理論知識，需要建立一套基于超衍射材料的超分辨成像理論、成像規(guī)律、設(shè)計(jì)和分析方法等方面的理論方法體系。同時(shí)，在超分辨成像的像差方面，傳統(tǒng)經(jīng)典像差理論不再適用，學(xué)術(shù)界也沒有對SP波成像特性進(jìn)行深入的探索和研究，針對球差、慧差、像散、色差等初級像差缺乏準(zhǔn)確的物理分析、數(shù)學(xué)模型和光線追跡方法，因而尚未建立合理的SP超分辨成像像差理論。另外物像關(guān)系、畸變、焦深等成像特性也沒有獲得研究人員的廣泛關(guān)注，缺少精確的數(shù)理模型。此外，在超分辨成像器件的定向設(shè)計(jì)方面，由于用于成像的表面等離子體結(jié)構(gòu)具有多種可能結(jié)構(gòu)和參數(shù)組合，利用實(shí)驗(yàn)方法在多種可能里尋找適合超分辨的功能結(jié)構(gòu)和器件，就如同大海撈針。因此，發(fā)展完善的超分辨成像結(jié)構(gòu)和器件的定向設(shè)計(jì)方法將為超分辨成像器的制作提供清晰的藍(lán)圖，并能夠有效地指導(dǎo)制作工作的完成。建立超分辨成像光學(xué)與傳統(tǒng)衍射受限成像光學(xué)的統(tǒng)一理論和方法，不僅是豐富和完善成像光學(xué)理論知識的一般要求，而且對于超分辨成像光學(xué)的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。構(gòu)成超分辨成像器件物理基礎(chǔ)的超衍射光學(xué)行為規(guī)律雖然與傳統(tǒng)光學(xué)規(guī)律存在本質(zhì)差異，但均遵循以麥克斯韋方程組描述的基本電磁行為規(guī)律，因此其成像的物理本質(zhì)具有源頭上的統(tǒng)一性，從更加宏觀層次上建立統(tǒng)一的成像理論是可行的。統(tǒng)一的成像理論建立對于現(xiàn)代光學(xué)理論知識的完備性、系統(tǒng)性具有重要意義，而且從實(shí)際應(yīng)用層次來看，衍射受限光學(xué)成像系統(tǒng)與超分辨成像器件的一體化設(shè)計(jì)、分析也是必要的。因此，需要建立二者在理論描述、計(jì)算方法、成像分析等方面的理論和技術(shù)接口。傳統(tǒng)光學(xué)光刻中，實(shí)際線寬光刻分辨力不能達(dá)到以空間截止頻率為依據(jù)的成像分辨力理論極限值，在實(shí)際光刻中能否實(shí)現(xiàn)這一理論極限值、提高實(shí)際光刻分辨力，除了與波長和數(shù)值孔徑等因素相關(guān)之外，還與照明方式、光刻介質(zhì)感光模式以及光刻工藝等諸多影響因素密切相關(guān)，然而目前降低或消除這些因素影響的各種技術(shù)方法如鄰近效應(yīng)校正技術(shù)、相移掩模技術(shù)、離軸照明技術(shù)等，并未涉及到對空間截止頻率的調(diào)制，因而只能使光刻分辨力不斷接近傳統(tǒng)光學(xué)光刻的成像分辨力理論極限。SP光刻是通過操縱倏逝波的傳輸、耦合模式，實(shí)現(xiàn)空間截止頻率調(diào)制，突破了傳統(tǒng)光學(xué)光刻的成像分辨力理論極限。在實(shí)際應(yīng)用中，照明方式、光刻工藝等因素的影響對提高SP光刻分辨力同樣至關(guān)重要，目前尚未見到相關(guān)的研究報(bào)道，缺乏對這些影響因素與SP光刻分辨力之間關(guān)系的系統(tǒng)分析。解決SP光刻分辨力極限將面臨著以下幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題需要研究：由于SP光刻分辨力的實(shí)現(xiàn)首先是通過SP波與光刻介質(zhì)相互作用，進(jìn)行電磁能量轉(zhuǎn)換，因而基于光刻介質(zhì)與倏逝波成像光場感光作用過程中的光學(xué)非線性效應(yīng)、金屬納米團(tuán)簇的引入及其對光刻分辨力影響是需要深入研究的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題之一。二維、任意光刻圖形的鄰近效應(yīng)校正技術(shù)、相移掩模技術(shù)、離軸照明技術(shù)等波前工程技術(shù)對提高SP光刻分辨力是否依然有效，與其對應(yīng)的理論模型、設(shè)計(jì)方法和指導(dǎo)原則也是提高SP光刻分辨力必需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。在光刻工藝方面，如何實(shí)現(xiàn)納米量級尺度上、高深寬比金屬微納結(jié)構(gòu)的原理和技術(shù)方法、減小制備工藝偏差、保證工藝穩(wěn)定性和兼容性，降低工藝影響因子等問題，也是提高實(shí)際SP光刻分辨力必須面對的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題和難點(diǎn)。超衍射材料和器件的主要制作手段目前仍是微細(xì)加工技術(shù)和化學(xué)自組裝技術(shù)。但自組裝技術(shù)存在不可避免的缺陷，不可能按照器件的要求人為在特殊地方引入納米級的缺陷。此外，納米級微粒的尺寸大小及均勻程度的控制仍然是一大難關(guān)。因此如何合成具有特定尺寸，并且粒度均勻分布無團(tuán)聚的納米金屬材料，以及缺陷的人為引入一直是科研工作者努力解決的問題。超衍射材料和器件制備中關(guān)鍵科學(xué)問題包括納米模板技術(shù)制備金屬材料多孔化的機(jī)理；不同材質(zhì)、不同性能的金屬與介質(zhì)界面的形成機(jī)理；微納結(jié)構(gòu)的合成機(jī)理；高分辨力金屬結(jié)構(gòu)成型方法及其制造過程的仿真；刻蝕過程的可控制性及仿真等。而亞波長金屬微納結(jié)構(gòu)成型過程除涉及光刻分辨力外，還涉及到大面積、三維多層組合以及金屬復(fù)合材料變形等基礎(chǔ)科學(xué)問題，此外微細(xì)加工成本也是制約亞波長金屬微納結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)研究的關(guān)鍵因素。 基于超分辨成像的高質(zhì)量SP光刻工藝和方法獲得高質(zhì)量的SP超分辨光刻圖形是決定SP光刻技術(shù)走向應(yīng)用的重要條件。目前，SP超分辨成像和光刻大多關(guān)注于如何提高分辨力，對于SP光刻圖形質(zhì)量問題研究甚少。由于SP光刻的獨(dú)特物理特性，盡管于傳統(tǒng)光刻材料和工藝兼容，也需要針對其光刻掩模、照明方式、曝光顯影工藝、光刻材料處理工藝、圖形傳遞等因素開展針對性研究，尋求適合SP光刻的最佳設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高深寬比、高質(zhì)量的光刻圖形演示，形成SP光刻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案，為SP光刻技術(shù)應(yīng)用奠定重要技術(shù)基礎(chǔ)。 主要研究內(nèi)容、規(guī)律和操縱方法研究（1）研究在亞波長金屬結(jié)構(gòu)材料中，電磁波與金屬表面自由電子相互作用形成的各種局域、耦合SP波模式分布，研究SP波模式之間的相互激發(fā)、轉(zhuǎn)換規(guī)律，揭示亞波長金屬結(jié)構(gòu)中，電磁波實(shí)現(xiàn)超衍射光場能量聚集的物理本質(zhì)和規(guī)律。研究亞波長結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括金屬與介質(zhì)材料的比例、特征尺寸、周期、細(xì)微構(gòu)造等幾何和材料參數(shù)，對超衍射材料宏觀光學(xué)行為的影響；研究激發(fā)SP的各種匹配條件以及相關(guān)參數(shù)與超衍射光強(qiáng)定域分布的關(guān)系。 （2）研究實(shí)現(xiàn)超衍射光學(xué)行為調(diào)控手段和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，包括實(shí)現(xiàn)特定方向的折射/反射、電磁波空間頻譜裁剪、倏逝波與傳輸波之間的耦合轉(zhuǎn)換、電磁波沿特定方向衍射等等。 、制備和檢測技術(shù)（1）針對紫外光、深紫外頻段電磁波，研究在超衍射人工結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出的光波傳輸、匯聚、耦合、變換行為規(guī)律，分析宏觀材料光學(xué)參數(shù)與其各種宏觀光學(xué)行為（包括折射、反射、衍射等）之間的數(shù)學(xué)物理關(guān)系，為超分辨成像原理研究提供超衍射材料方面的光學(xué)宏觀描述方法。（2）研究紫外到深紫外頻段下，實(shí)現(xiàn)特定宏觀光學(xué)介電常數(shù)、磁導(dǎo)率、表面阻抗和調(diào)控SP行為的超衍射光學(xué)材料的結(jié)構(gòu)正向和逆向設(shè)計(jì)，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)算法和分析軟件。（3）研究紫外到深紫外頻段下，用于實(shí)現(xiàn)電磁波超衍射傳輸和調(diào)控的各種結(jié)構(gòu)形式的亞波長金屬介質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法和工藝，包括平面的、曲面、多層、多種薄膜、多組份薄膜材料的制備、納米尺度圖形制備和膜層填充技術(shù)等。（4）研究摻雜型復(fù)合金屬薄膜材料的制備方法和介電常數(shù)調(diào)節(jié)和測試，研究降低SP傳輸耦合損耗的理論和方法技術(shù)途徑，探索增益補(bǔ)償方式的SP傳輸耦合材料和可行性研究。、物理機(jī)制、成像特性和規(guī)律研究（1）研究基于超衍射材料的超分辨成像基本物理原理，建立成像數(shù)理模型，分析其一般成像規(guī)律，研究高頻細(xì)節(jié)空間信息參與成像的具體物理機(jī)制、分辨力理論極限等基礎(chǔ)科學(xué)問題。（2）研究分析超分辨SP成像器件的各種成像基本特性，包括光學(xué)傳遞函數(shù)、分辨力、放大/縮小倍率、視場、物距和像距、成像對比度、能量利用率等，以及超衍射材料各種結(jié)構(gòu)參數(shù)、光學(xué)參數(shù)、波長、偏振態(tài)等對超分辨成像特性的影響規(guī)律，建立相關(guān)數(shù)理模型，為SP超分辨成像器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)、加工和檢測方法提供系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。（3）超分辨成像的像質(zhì)評判、像差分析等方面的完整數(shù)理模型，研究各種像差（包括球差、慧差、色差等）校正和補(bǔ)償?shù)脑砗蛯?shí)現(xiàn)方法。（4）研究超分辨成像與傳統(tǒng)衍射受限成像光學(xué)系統(tǒng)的共同理論基礎(chǔ)，兩種成像方式的光信息傳遞和組合成像規(guī)律，建立成像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析方面的理論和算法方面的接口。、電磁波超衍射能量聚焦的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、制備和性能檢測技術(shù)（1）研究實(shí)現(xiàn)特定分辨力、縮放倍率、物像關(guān)系、視場大小的超分辨成像器件結(jié)構(gòu)的一般設(shè)計(jì)原則，建立相關(guān)結(jié)構(gòu)正向和逆向設(shè)計(jì)方法。（2）考慮超衍射材料結(jié)構(gòu)特征、加工能力、損耗等實(shí)際因素，研究超分辨成像器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，獲得分辨力高、工藝窗口寬、加工復(fù)雜度適中、調(diào)焦定位容限高的透鏡設(shè)計(jì)結(jié)果。（3）超分辨成像器件決定了系統(tǒng)的分辨力、視場大小、光刻質(zhì)量等關(guān)鍵性能指標(biāo)。該部分研究內(nèi)容是本項(xiàng)目重點(diǎn)研究內(nèi)容，主要涉及實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨力的SP超分辨成像結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、加工和性能檢測分析。（4）超分辨成像器件加工技術(shù)研究。在超衍射材料加工技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)器件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究高精度的結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，如結(jié)構(gòu)表面的成膜技術(shù)、薄膜平坦化技術(shù)、多層薄膜的應(yīng)力控制、加工誤差累積控制等問題。（5）超分辨成像器件光學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)檢測和分析方法。研究超分辨成像相關(guān)性能的檢測分析方法，包括分辨力、放大率、效率、像差分析等。、延伸SP成像光學(xué)光刻焦深和工作距的理論和技術(shù)途徑（1）研究超衍射結(jié)構(gòu)材料中的SP波能量損失的物理機(jī)制、損耗規(guī)律。減小SP能量損耗的理論和技術(shù)途徑，提供超衍射材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。 （2）研究在光學(xué)光刻工作波長下，超衍射材料中SP能量傳輸損耗的補(bǔ)償途徑、材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方法；研究SP在增益材料中的傳輸和增益行為規(guī)律，增益補(bǔ)償方式的低損耗SP耦合、傳輸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化。研究提高SP成像工作距離的物理原理和實(shí)現(xiàn)方法。研究提高SP成像焦深的物理和技術(shù)途徑。（3）開展制備低損耗SP傳輸、耦合結(jié)構(gòu)、材料的研究工作，提高SP納米光刻效率。對SP在各種微納結(jié)構(gòu)中的傳輸、耦合現(xiàn)象進(jìn)行測試，研究SP模式的模場和損耗特性，并進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)分析造成SP損耗的機(jī)理。探索調(diào)控SP模式特性（包括波長、色散、能量分布、耦合等）的物理機(jī)理。圍繞低損耗SP的傳輸、耦合，研究金屬和介質(zhì)混合形成的金屬陶瓷材料的制備和性能表征、測試技術(shù)。、對光刻分辨力影響和非線性光刻介質(zhì)材料研究（1）基于非線性光學(xué)特性的SP光波超衍射現(xiàn)象，探索增強(qiáng)光刻分辨力的超分辨成像光刻方法。（2）SP光刻過程中的電磁能量轉(zhuǎn)換機(jī)制。研究光刻光源SP激發(fā)的過程和場分布特點(diǎn)；光刻掩模高頻分量與SP的耦合、轉(zhuǎn)化，SP與光刻介質(zhì)間電磁能量耦合和轉(zhuǎn)換過程。光刻結(jié)構(gòu)中SP的場分布特點(diǎn)與光刻效率、圖形質(zhì)量的關(guān)系研究。掩模版結(jié)構(gòu)參數(shù)、膜層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及光刻介質(zhì)的特性對SP光刻過程中電磁能量利用和轉(zhuǎn)換的影響。（3）光刻膠性能參數(shù)、表界面平整度與SP光刻圖形質(zhì)量的關(guān)系。SP特點(diǎn)、光刻介質(zhì)性能參數(shù)、膜層參數(shù)、材料匹配以及金屬固有吸收損耗等對分辨力和圖形質(zhì)量的影響；SP光刻中相干效應(yīng)以及改善SP光刻線條對比度、陡度、邊緣粗糙度的方法。（4）SP光刻過程的物理描述和分析方法?；诓▽?dǎo)模耦合等理論描述光刻過程中高頻信息的傳遞、光學(xué)遠(yuǎn)場信息到近場的變換；基于微擾理論分析光刻結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對分辨力和圖形質(zhì)量的影響，給出SP光刻微觀和宏觀過程的物理描述。發(fā)展用于描述SP光刻過程的數(shù)值仿真方法，建立相應(yīng)的非線性時(shí)域和頻域有限差分法、嚴(yán)格耦合波（RCWA）等計(jì)算分析工具。（5）光學(xué)非線性等效應(yīng)對SP光刻及介質(zhì)性能的影響。引入矢量光場、非線性光學(xué)效應(yīng)，研究徑向偏振光高效最優(yōu)SP激發(fā)過程及特性對成像光刻空間分辨力及局域場增強(qiáng)效應(yīng)的影響。非線性等效應(yīng)對SP光刻介質(zhì)中局域光場分布，以及焦距、能量集中度、形狀的調(diào)控。（6）新型SP光刻介質(zhì)的探索。探索金屬納米團(tuán)簇的加入對SP光刻介質(zhì)分辨力、靈敏度、偏振選擇性等性能的改進(jìn)。研究金屬納米團(tuán)簇的種類、尺寸、濃度、形狀等參數(shù)及引入方式對SP光刻介質(zhì)性能的調(diào)控。研究金屬納米團(tuán)簇與感光顆粒的微觀結(jié)構(gòu)、分布形態(tài)對光刻靈敏度、分辨力的影響。（1）超分辨成像器件的光刻性能仿真、誤差影響分析。對SP超分辨光刻器件的設(shè)計(jì)仿真和各種誤差因素的影響分析是降低加工風(fēng)險(xiǎn)、保證成像質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)；同時(shí)也可指導(dǎo)加工、裝配以及調(diào)焦、定位等關(guān)鍵技術(shù)的研究。（2）設(shè)計(jì)和搭建超分辨光學(xué)光刻實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展相關(guān)關(guān)鍵單元技術(shù)和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成技術(shù)研究，包括超分辨成像器件與投影光學(xué)系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)技術(shù)、照明光路設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)納米精度調(diào)平調(diào)焦的工件臺機(jī)構(gòu)和控制技術(shù)等。 （3）SP光刻分辨力增強(qiáng)技術(shù)研究。研究分析不同掩模版加工參數(shù)對SP光刻圖形質(zhì)量的影響，以及各種圖形（點(diǎn)陣、折線、不同占空比的線條、任意圖形等）、不同線寬光刻圖形效果；研究線條偏置法、添加輔助線條法、灰階掩模法等SP超分辨成像光刻鄰近效應(yīng)校正優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；各種相移掩模技術(shù)用于SP成像光刻的理論模型和分析方法；研究四極照明、環(huán)形照明、二元光柵照明等離軸照明技術(shù)引入后SP光學(xué)光刻分辨力、焦深、對比度等變化情況和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；研究不同偏振態(tài)的光在SP光學(xué)光刻中起到的作用。（4）研究基于SP超分辨光刻的配套光刻工藝和方法，建立從光刻膠處理到曝光顯影的SP光刻工藝，用