在衬底上形成期望的图案的方法技术

本发明专利技术涉及在衬底上形成期望的图案的方法，所述方法包括步骤：a)产生原子束或分子束，尤其是He原子束；b)提供具有期望图案，例如在所述衬底上期望的图案的傅里叶变换的掩模；c)引导所述原子束或分子束通过所述图案化的掩模至衬底，据此通过与穿透掩模的部分所述原子束或分子束相互作用，在所述衬底上形成图案，所述图案基于掩模的图案，其中所述图案化的掩模由包含以下步骤的方法制备：d)提供多孔起始掩模材料，所述材料具有允许所述原子束或分子束穿透的尺寸的开口；e)通过填充所述掩模的部分开口从而对所述原子束或分子束变得不透明来在所述掩模上生成期望的图案。本发明专利技术的方法对于制备导电电路结构(微芯片)或微机电系统(MEMS)或微米/纳米射流结构或一般纳米结构的表面(即，疏水或亲水的表面或反射/抗反射表面)是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在衬底形成期望的图案(结构)的方法，所述方法包含使用原子束或分子束(尤其是He原子束)以及具有期望的图案(例如衬底上期望的图案的傅里叶变换)的掩模。图案化的掩模由以下方法制备，包括：提供具有允许原子束或分子束穿透的尺寸的开口的多孔起始掩模材料，并且通过填充掩模开口的部分从而对原子束或分子束变得不透明来在掩模上生成期望的图案。本专利技术的方法可被用于制备导电电路结构(微芯片)或微机电系统(MEMS)或微米/纳米射流结构或纳米结构的表面，即，疏水或亲水或反射/抗反射表面。
技术介绍
光刻(lithography)可被分为两个主要类别：无掩模光刻和掩模光刻。可在基于射束(即:光蚀刻(photolithography)或电子束光刻)的光刻和基于固体探针(扫描探针光刻)的光刻之间进行进一步区分。本专利技术涉及基于射束的掩模光刻。在这里相关的有两种类型的光刻：接触/近周边光刻，其中所述掩模接触或非常接近于待图案化的表面，因此在掩模和光束间不发生衍射；或“正常”光刻，其设置的几何结构对应于夫琅和费衍射区，因此在掩模和射束间的衍射过程中产生图案。根据所选择的设置，所述图案要么是掩模的直射影像(directimage)，要么是掩模的衍射图案(等同于掩模的傅里叶变换)。对于接触/近周边光刻，图案分辨率由掩模的最小特征尺寸决定。该类型光刻的问题为对于大批量生产过程，重复和快速地使掩模和表面彼>此接近是复杂的。因此在需要大批量生产的半导体工业和其他地方，图案几乎总是通过衍射工艺产生。所使用的射束通常是光子束(激光)。电子束和离子束主要被用于无掩模光刻(尤其是为光蚀刻制造掩模)。基于原子或分子的技术目前为止还不能于商业基础上竞争。假定图案化射束是完全相干的，在夫琅和费衍射区操作的基于射束的掩模光刻的最终分辨率极限通过瑞利判据或阿贝判据由所述图案化射束的波长决定。更高分辨率方法的开发已经持续进行多年。目前半导体工业中用于商业应用的技术现状为大约20nm。下一代极端远紫外(ExtremeUltraViolet)(EUV)光刻预期提供10nm或以下的分辨率。但是，这在光刻设备的生产中产生巨大的成本(一亿美元或更多)，并且仍存在与寻找合适的掩模材料和耐受这样高的光子能相关的严峻挑战。对于用原子光刻作为光蚀刻的潜在替代方案，人们已经追求了许多年。原子光刻的主要优势在于特定波长下原子的能量比相似波长下光子的能量小几个数量级。这样对于掩模材料和防护物质(resist)的需求就相当低。然而，到目前为止，对于产生用于原子光刻的掩模的基本原则已与用于光蚀刻的那些基本原则相似，其具有的额外的限制为用于原子光刻的掩模对于原子必须是部分透明的，因此不能被置于固体支撑结构上。这限制了分辨率。在1996年，Fujita等人(J.Fujita,M.Morinaga,T.Kishimoto,M.Yasuda,S.Matsui与F.Shimizu.Manipulationofanatomicbeambyacomputer-generatedhologram.Nature,380:691694,1996)证明了预先设定的图案是如何通过使用二元、计算机生成的全息图(待生成图案的傅里叶变换)作为掩模(具有孔的2D膜)，由亚稳的氖原子束可成像的。该参考文献的图1显示出傅里叶全息图背后的原理。根据Lohmann等人(AW.Lohmann与D.P.Paris.BinaryFraun-hoferHolograms,GeneratedbyComputer.AppliedOptics,6:17391748,1967)描述的二元全息图的一般性理论，最大分辨率由最小的孔尺寸/最小的孔周期性决定。Fujita等人使用的全息掩模通过SiN膜的电子束光刻图案化随后是蚀刻来制备，掩模的图像可见于Fujita等人的图2。在实验中，图案通过氖原子的2D检测记录，但是原则上，它也可以在光刻工艺中被转移至衬底上。根据上文所讨论的，本专利技术的目的是提供用于基于射束光刻的，特别是基于原子束或分子束光刻的合适的掩模及其制造方法，所述掩模在现有技术中未被描述过，其具有拥有维度的图案，所述掩膜能够通过使用原子束或分子束，尤其是通过在夫琅和费衍射区操作，在感兴趣的衬底上形成图案(结构)。合意地，掩模上图案的维度这样的：具有从埃到纳米范围内的维度的图案(结构)可形成于感兴趣的衬底上，例如基于半导体的衬底上。专利技术概述上述目的通过在衬底上形成期望的图案的方法解决，所述方法包括的步骤为：a)产生原子束或分子束；b)提供具有期望的图案的掩模；c)引导原子束或分子束通过图案化的掩模至衬底上，据此通过与穿透掩模的部分原子束或分子束相互作用在衬底上形成图案，所形成的图案基于掩模的图案；其中，图案化的掩模通过包含以下步骤的方法制备：d)提供多孔起始掩模材料，其具有允许原子束或分子束穿透的尺寸的开口；e)通过填充掩模的部分开口从而对原子束或分子束变得不透明来在掩模上生成期望的图案。本文所描述的方法中，掩模的期望图案化通过闭塞多孔起始掩模材料的部分孔、开口或通道实现。因此术语“填充”意在被广义地解释为同时涵盖阻塞(无论部分或完全)和覆盖掩模材料中的孔、开口或通道。本专利技术优选的实施方案公开于所附权利要求中。专利技术详述根据本专利技术的一个实施方案，步骤(a)中产生的原子束或分子束包含以下的一种：He原子或任意其他惰性气体原子(如K.K.Berggren,A.Bard,J.LWilbur,J.D.Gillaspy,A.Helg,J.J.Mcclelland,S.L.Rolston,W.D.Phillips,M.Prentiss,G.M.Whitesides.Microlithographybyusingneutral,metastableatomsandself-assemblemonolayers.Science,269:1255,1995；S.Nowak,T.Pfau,J.Mlynek:Nanolitohgraphywithmetastablehelium.Appl.Phys.B.,63:203,1996；S.Rehse,A.Glueck,S.A.Lee,A.B.Goulaov,C.S.Menoni,D.C.Ralph,K.S.Johnson与M.Prentiss:Nanolithographywithmetastableneon本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上形成期望的图案的方法，包括的步骤为：a)产生原子束或分子束；b)提供具有期望的图案的掩模；c)引导所述原子束或分子束通过所述图案化的掩模至衬底上，据此通过与穿透所述掩模的部分所述原子束或分子束相互作用在所述衬底上形成图案，所形成的图案基于所述掩模的图案，其中，所述图案化的掩模由包含以下步骤的方法制备：d)提供多孔起始掩模材料，所述材料具有允许所述原子束或分子束穿透的尺寸的开口；e)通过填充所述掩模的部分开口从而对所述原子束或分子束变得不透明来在所述掩模上生成期望的图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.22 GB 1313054.71.一种在衬底上形成期望的图案的方法，包括的步骤为：
a)产生原子束或分子束；
b)提供具有期望的图案的掩模；
c)引导所述原子束或分子束通过所述图案化的掩模至衬底上，据此
通过与穿透所述掩模的部分所述原子束或分子束相互作用在所述衬底上
形成图案，所形成的图案基于所述掩模的图案，
其中，所述图案化的掩模由包含以下步骤的方法制备：
d)提供多孔起始掩模材料，所述材料具有允许所述原子束或分子束
穿透的尺寸的开口；
e)通过填充所述掩模的部分开口从而对所述原子束或分子束变得不
透明来在所述掩模上生成期望的图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)中产生的原子束或分
子束包含以下的一种：He原子或任意其他惰性气体原子，尤其是亚稳的
惰性气体原子、H2分子、N2分子或其他简单的分子，或高能中性原子，
尤其是氧原子或氮原子，优选He原子，尤其是亚稳的He原子。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中步骤(a)中产生
的原子束具有与所述掩模扩展范围相应的空间相干长度和相对于所述掩
模的孔径小的波长分布。
4.根据在先权利要求中任一项所述的方法，其中使所述衬底在步骤
(c)之后经历一个或多个进一步的处理步骤，例如一个或多个化学处理
步骤如蚀刻。
5.根据在先权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底包含一个
或多个防护层，用于通过与穿透掩模的部分所述原子束或分子束相互作
用产生所述期望的图案，并且任选的，所述衬底还包括一个或多个中间

\t层，例如金属层。
6.根据在先权利要求中任一项所述的方法，其中使与穿透掩模的部
分所述原子束或分子束相互作用的所述防护层的一部分，以及任选地，
所述一个或多个中间层经历蚀刻。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中所述防护层是包
含对与穿透掩模的部分所述原子束或分子束相互作用敏感的有机分子的
疏水防护层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述防护层包含有机分子的自<...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·霍尔斯特，
申请(专利权)人：卑尔根技术交易股份公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO