光刻技术是集成电路小型化以及研究微观量子世界的重要基础之一,它已成为当今科学技术制备微电子器件、光电子器件的关键技术。现有的亚波长光刻技术存在着诸如设备昂贵、工艺复杂、产出低等限制。本论文以亚波长分辨光刻介质及光刻方法为研究主线。主要开展了365nmLED光源设计及其在光刻中的应用,亚波长分辨光刻介质特性,表面等离子体、导模干涉刻写亚波长光栅等研究工作。本论文发展的半高全宽1Onm的365nm紫外LED光源光刻技术,可实现低成本、高效、节能、环保的微纳尺度光学刻写；开展的XAR-N7700/30型商用光刻胶、新型氰基偶氮苯共聚物薄膜光刻特性的研究,为表面等离子体、导模干涉等亚波长光刻奠定了基础；首次提出的导模干涉亚波长光刻技术,具有无掩模和低成本的优势,可实现大面积亚波长光栅的刻写,光栅周期可通过光刻胶厚度、激发的电磁模式进行有效调控。用自制的偶氮苯聚合物做新型亚波长光刻介质,工艺简单,刻写结果可擦除和重构。本论文的研究工作在微纳尺度光刻,特别是亚波长光栅制备方面具有重要意义。具体研究内容如下：1.优化设计了4×4平面排布的365nmLED点光源阵列和透镜组结构,实现了工作距离处的曝光面辐照分布均匀的面光源。利用优化的半高全宽1Onm的365nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验,得到了与掩模板图形一致的光刻图形。2.用365nm波段光源曝光,利用SEM、台阶仪、AFM和椭偏仪等实验,研究了商用亚波长分辨化学放大负胶X AR-N7700/30的化学、物理特性。光刻胶未曝光部分和曝光部分的显影速度分别为23.15nm/s和1.85nm/s。在115℃、5分钟的后烘条件和未稀释的显影液显影条件下,光刻胶的对比度高达2.38。未稀释的光刻胶,其薄膜厚度在260—450nm之间,70%和50%质量浓度的光刻胶,薄膜厚度分别在150-210nm及90-150nm之间。质量浓度为30%时,光刻胶薄膜厚度在45-80nm。分别用325nm、442nm激光光源双光束干涉刻写了一维光栅。测量了氰基偶氮苯聚合物薄膜的吸收光谱和折射率。分别用442nm、532nm激光光源双光束干涉刻写了氰基偶氮苯共聚物表面起伏光栅。3.提出了基于棱镜、折射率匹配油、衬底、金属薄膜、光刻胶、空气多层结构的SPs、导模干涉光刻结构。有效避免了匹配油对光刻胶的污染问题。当光刻胶厚度小于临界厚度时,可有效激发SPs干涉刻写亚波长光栅。当光刻胶厚度大于临界厚度时,可激发导模干涉刻写亚波长光栅。TM、TE偏振光均可激发导,波模式,且激发导波模式时,光场主要分布在光刻胶层。TM1、TEo导波模式干涉可刻写单层亚波长光栅,高阶导模干涉则可刻写多层亚波长光栅。这种光刻结构刻写的亚波长光栅的周期可通过光刻胶的厚度、激发的电磁模式等进行有效调节,具有无掩模和低成本的优势。4.用氰基偶氮苯共聚合物做新型光刻介质。优化设计光刻结构参数和光路,利用532nm激光、442nm激光激发金属银膜、偶氮苯聚合物薄膜和空气多层结构中的SPs、导模干涉光场,成功实现大面积亚波长偶氮苯聚合物表面起伏光栅的刻写。532nm激光激发刻写时,在55nm厚度的聚合物薄膜条件下,刻写得到了周期190nm,特征尺寸95nm(小于激发光波长的1/5)的亚波长光栅。在165nm、343nm厚度的聚合物薄膜条件下,分别激发TE0、TM1导模干涉,刻写了特征尺寸分别为108nm、103nm的亚波长光栅；442nm激光激发多层结构中的SPs、导模干涉刻写时,在17nm的偶氮苯聚合物薄膜条件下,激发SPs干涉刻写的亚波长表面起伏光栅的特征尺寸为90nm。在100nm、208nm厚度的聚合物薄膜情况下,分别激发TE0、TM1模式干涉光刻,刻写出的亚波长光栅的特征尺寸分别为95nm和94nm。由于聚合物对442nm波段光的吸收高于532nm波段光,442nm光激发SPs、导模干涉刻写的亚波长光栅的均匀性优于532nm光激发刻写的。激发SPs模式时,光场最强部分分布在金属和偶氮苯聚合物薄膜界面,所需曝光时间相对较长。而激发导模干涉光刻时,光场最强部分在偶氮苯聚合物薄膜层,故导模干涉光刻时间可有效减少,且刻写的光栅均匀性优于SPs干涉刻写的。用有限元方法计算了多层结构中的光场分布和刻写光栅的周期,模拟计算结果与实验结果一致。使用偶氮苯聚合物薄膜做新型的亚波长光刻介质,具有工艺简单、刻写结果可擦除和重构等优势。5.用532nm激光有效调制了氰基偶氮苯聚合物薄膜对365nmLED光的吸收。当在聚合物薄膜表面滴涂银Ag纳米立方体时,由于局域表面等离子体诱导的场增强效应,在相同的532nm激光条件下,吸收调制度明显高于没有纳米立方体的情形。讨论了有望开展的基于银纳米立方体增强吸收调制的超分辨光刻研究。本论文的特色和主要创新点包括：1.优化设计了365nmLED点光源阵列和透镜组的空间排布,实现了工作距离处的曝光面辐照分布均匀的面光源。利用优化的半高全宽10nm的365nm LED面光源进行了接触式曝光光刻实验,得到的光刻图形与掩模板图形一致。该LED光源可实现高效、节能、环保、低成本的微纳光学刻写。2.首次提出了导模干涉亚波长光刻技术,该技术可实现大面积亚波长光栅的刻写。当光刻胶厚度小于临界厚度时,可激发SPs干涉刻写亚波长光栅,大于临界厚度时,可激发导模干涉刻写亚波长光栅。TM1、TE0导模干涉刻写单层亚波长光栅,高阶导模干涉可刻写多层亚波长光栅。提出的光刻结构刻写的亚波长光栅的周期可通过光刻胶的厚度、激发的电磁模式等进行有效调节,具有无掩模和低成本的优势。3.用偶氮苯聚合物做新型亚波长光刻介质,利用SPs、导模干涉成功刻写了亚波长偶氮苯聚合物表面起伏光栅。当偶氮苯聚合物薄膜厚17nm时,442nm激光激发的SPs干涉刻写的亚波长光栅的特征尺寸为90nm,当聚合物薄膜厚100nm、208nm时,分别激发的TE0、TM1模式干涉刻写的亚波长光栅的特征尺寸分别为95nm和94nm。使用偶氮苯聚合物薄膜做新型的亚波长光刻介质,具有工艺简单、刻写结果可擦除和重构等优势。