光刻技术长期以来一直是微米纳米尺度加工制造的“卡脖子”技术,特别是在半导体工业中。在过去的几十年里,光刻技术已经取得了巨大的成就,它也成功地推动了纳米技术的发展。然而,光学衍射极限的存在极大地限制了光刻技术的进一步发展。在之前的光刻工艺中,为了克服光学衍射极限,一般采用移相掩模法、离轴照明法和邻近效应矫正法等,但对应的工艺都较为复杂。于是,寻找一种高效、低成本的纳米光刻技术已经迫在眉睫。采用脊型纳米结构的近场扫描光学光刻(NSOL)技术应运而生。因其独特的近场增强现象,更是受到了业界广泛的关注。通过该技术的研发,有望发展成新一代的光电技术平台,并在光电材料、光电器件、高密度数据存储、生物传感、高效能源获取等领域发挥巨大的作用。近场光刻能以很高的分辨率快速、并行的在光刻胶上加工出一系列图形。目前,关于其近场增强的物理机制,比较公认的说法是:经入射光激发后,金属和介质间发生等离激元共振现象,导致亚波长范围的局域光场增强。这种局域场加强行为突破了传统的光学衍射极限,使得超高分辨率得以实现,其中蝴蝶结型纳米天线更是得到了国内外很多研究者的推广。本文将蝴蝶结型天线视作波导结构进行模式分析,从波导结构基本理论出发,分析其在不同入射激励、不同尺寸结构、不同材料下的电磁传输响应,深入研究其近场行为。通过这一新颖的分析方式,确定了每个波导模式下法布里-珀罗共振峰的存在,它们共同影响着结构的传输特性。进一步地,我们发现波导模式和等离激元模式之间存在杂化、耦合现象,如TE10/WPP、TE30/CPP耦合现象,这些现象的作用也让我们对近场增强行为有了新的理解。此外,对近场光刻而言,有两个参数的工艺控制极为重要:其一是线宽的控制;其二是系统工作距离的控制。随着半导体技术的特征尺寸越来越小,对线宽和距离控制的要求也越来越高。1、对于线宽:在近场光刻中,就需要采用近场增强更为突出的脊型纳米结构,如本文中就是采用的蝴蝶结小孔结构。而对蝴蝶结小孔结构而言,其大小一般是百纳米量级,特定区域的尺寸甚至已经接近十纳米。而我们所选用蝴蝶结型的纳米小孔对于特定偏振的入射光,其近场增强主要由其结构尺寸中的间隙大小决定。这对纳米加工过程要求甚高。因此,成功的制备出合适结构的蝶形天线对近场光刻的线宽显得极其重要。这也使得我们提出一种新的模板加工方法,即“背面加工”法,用以制备小间隙的蝴蝶结天线结构。2、关于工作距离:在近场光刻中,由于在近场局域的光场能量会在远场迅速发散,光学天线的有效工作距离通常在50nm以内,整个过程中掩模和基底之间是紧密接触的,这一限制也让实验过程中的定位、调平变得更加困难。而另一方面,扫描光刻的图形线宽仅20-50nm,这也要求模板和基底在扫描过程中不能出现明显的位移。考虑到以上要求,我们提出了适用于近场光刻系统的自动定位柔性平台。该装置以柔性铰链为基本单元,不引入任何有源器件,仅通过内部弹性变形来对外部扰动进行补偿,满足近场光刻中的工作距离要求。以上两个技术难点与问题都在本文中得到了很好的解决,优化了近场扫描光刻的实验方案,进一步将静态光刻、扫描光刻系统的分辨率提高到20nm、13nm。