用于以光學方式將結(jié)構(gòu)傳輸?shù)接涗浗橘|(zhì)中的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]微米和納米結(jié)構(gòu)大多通過光學平版印刷生產(chǎn)。在此，待結(jié)構(gòu)化的襯底首先用記錄介質(zhì)覆蓋。通過局部利用光線通過掩膜照射記錄介質(zhì)，將待完成的結(jié)構(gòu)傳輸?shù)剿鲇涗浗橘|(zhì)中。由此，記錄介質(zhì)從未描畫狀態(tài)轉(zhuǎn)變成已描畫狀態(tài)，所述記錄介質(zhì)在記錄介質(zhì)的已改變物理和/或化學特性中顯現(xiàn)。接著，記錄介質(zhì)要么僅在已描畫位置、要么僅在未描畫位置選擇性地去除，之后能夠在暴露的位置加工、例如蝕刻襯底。
[0002]根據(jù)衍射將待描畫的結(jié)構(gòu)的最小尺寸確定為光波長的數(shù)量級。為了減小這些結(jié)構(gòu)，即，改進位置分辨率，因此所應用的光波長必須一直進一步變小。在每次結(jié)構(gòu)改變時，重新耗時且昂貴地生產(chǎn)新的掩膜的必要性限制了光學平版印刷的實際使用、特別是對于新結(jié)構(gòu)的原型生產(chǎn)。
[0003]任務和解決方案
因此本發(fā)明的任務是，提供一種用于以光學方式將結(jié)構(gòu)傳輸?shù)接涗浗橘|(zhì)中的方法，所述方法提供改進的位置分辨率并且同時在沒有生產(chǎn)掩膜的情況下也可以做到。
[0004]根據(jù)本發(fā)明，這些任務通過根據(jù)主要權(quán)利要求的方法解決。其他有利的設(shè)計方案從回引主要權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求得出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的框架內(nèi)，開發(fā)一種用于以光學方式將結(jié)構(gòu)傳輸?shù)接涗浗橘|(zhì)中的方法，所述記錄介質(zhì)通過來自光子源的光子的照射而能夠局部地從第一未描畫狀態(tài)轉(zhuǎn)變到第二已描畫狀態(tài)。在此，記錄介質(zhì)的兩種狀態(tài)在記錄介質(zhì)的不同物理和/或化學特性中顯現(xiàn)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，選擇至少一個具有少于每秒14個光子的光子流的光子源用于光子的照射。
[0007]已認識到，有利的是，利用如此少量的光子流能夠?qū)⑻貏e精細的結(jié)構(gòu)傳輸?shù)接涗浗橘|(zhì)中，而無需通過掩膜部分地遮擋照射。而是對于如此少量的光子流提供其他的可能性，以便于確定寫入記錄介質(zhì)中的結(jié)構(gòu):例如能夠選擇由多數(shù)和/或大量的光子源構(gòu)成的裝置。只要這些光子源不是可單獨操控的(被動平版印刷)，那么所寫入的結(jié)構(gòu)由光子源的位置確定；只要這些光子源是可單獨操控的(主動平版印刷)，那么所寫入的結(jié)構(gòu)額外地還通過操控模式來確定。光子源和/或由光子源構(gòu)成的裝置能夠額外地還相對于記錄介質(zhì)移動，尤其是被掃描。
[0008]已認識到，根據(jù)迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)，應用掩膜帶來多個缺點。這些缺點總體上導致:在實踐中能得到的位置分辨率在平版印刷時通常明顯差于例如為光波長一半的衍射極限。
[0009]-掩膜通常由橫向上結(jié)構(gòu)化的不透光層、例如鉻層組成，其預先確定待寫入的結(jié)構(gòu)并且在其一側(cè)施加在透光的襯底上。該襯底必須至少約l_2mm厚，以便于保證足夠的機械穩(wěn)定性。不透光層必須明顯厚于光線的光學穿透深度，原因在于光線必須完全被遮擋。如果允許少部分光線通過，那么記錄介質(zhì)在原本并非待描畫的位置隨著時間轉(zhuǎn)換，原因在于記錄介質(zhì)隨著時間累積與光子的相互作用。相對于光波長以及由此相對于結(jié)構(gòu)大小明顯更大的掩膜厚度現(xiàn)在確定光源和記錄介質(zhì)之間的最小間隔。該間隔越大，在應用光子作為所寫入結(jié)構(gòu)的涂抹物時，能量和照射方向的清晰度受限的分布的效果越強。
[0010]-在不透光層的結(jié)構(gòu)邊緣出現(xiàn)另外的衍射效果，所述衍射效果同樣導致所寫入結(jié)構(gòu)的涂抹。
[0011]-掩膜只能夠以受限的精確度生產(chǎn)，在所寫入結(jié)構(gòu)的尺寸精確的情況下，這導致進一步的不可靠性。
[0012]-具有宏觀尺寸、例如典型的半導體晶圓(具有數(shù)英寸的直徑)的尺寸的掩膜通常利用延伸的光源、例如燈具來照射。光源的強度分布在這種尺寸上是不均勻的，因此結(jié)構(gòu)在記錄介質(zhì)的不同區(qū)域內(nèi)以不同的強度寫入。
[0013]通過現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明能夠棄用掩膜，去除這些故障源，并且能得到的分辨率接近衍射極限。也省卻了非常浪費且昂貴的掩膜制造和結(jié)構(gòu)化，所述掩膜根據(jù)迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)按照原始模型實現(xiàn)新結(jié)構(gòu)時構(gòu)成瓶頸。
[0014]為了將記錄介質(zhì)的分子和/或化學式單位從未描畫狀態(tài)轉(zhuǎn)變成已描畫狀態(tài)，至少一個光子作為能量供給是必需的。提供的光子越少，發(fā)生改變的分子和/或化學式單位越少。因此，有利的是，光子源在工作周期中運行，在所述工作周期中光子源發(fā)射在1-100之間的數(shù)量個光子。如果每個工作周期恰恰發(fā)射一個光子，那么在記錄介質(zhì)處施行最小可能的變化。
[0015]根據(jù)光子源的輻射特征，該變化精確施行的地方是概率分布的。該概率分布在大量光子的極限情況下轉(zhuǎn)化到光子源的宏觀射束輪廓。光子源和記錄介質(zhì)之間的間隔越大，概率分布在空間上的擴展越大。因此有利地使光子源與記錄介質(zhì)的工作間隔是I μπι或者更少。最小可能的工作間隔主要由表面粗糙度和以此為條件的、在光子源和記錄介質(zhì)之間的機械碰撞的風險預先確定。
[0016]在本發(fā)明的一種尤其有利的設(shè)計方案中，光子源和記錄介質(zhì)相對彼此移動。該移動能沿著如下線條進行，所述線條作為結(jié)構(gòu)傳輸?shù)接涗浗橘|(zhì)中。然而該移動也能例如以光柵狀(gerastert)進行，其中光子源只在光柵的如下點激活，在這些點處記錄材料應該根據(jù)待傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)而改變。
[0017]在此，每個光柵點，發(fā)出的光子在記錄介質(zhì)上撞擊的位置再次概率分布。盡管如此，仍然能夠傳輸如下結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)明顯小于該分布的寬度。此外，有利地選擇記錄介質(zhì)，所述記錄介質(zhì)在超過預先確定的閾值量個光子時才局部地從未描畫狀態(tài)轉(zhuǎn)變到已描畫狀態(tài)。通過合適地選取光柵寬度和照射到每個光柵點的光子量，于是能夠產(chǎn)生照射到記錄介質(zhì)上的總體光子量的如下空間分布，所述空間分布只沿著待傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)位于閾值量之上。記錄介質(zhì)的其余區(qū)域也獲得光子這一點對于只區(qū)分“未描畫”和“已描畫”兩種狀態(tài)的實際應用不再有意義。
[0018]以該方式能夠利用給定的光子波長(能量)來傳輸結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)明顯小于由衍射極限預先確定的、所發(fā)出光子撞擊的位置的概率分布的寬度。與此相反，傳統(tǒng)的平版印刷是受衍射限制的并且需要更短的波長，以便于轉(zhuǎn)化為更小的結(jié)構(gòu)大小。波長越短，針對光源和光學器件的耗費就越大。剛好熱光源在共同組成所述光源的光的各個光子的能量和方向上有大的模糊性。
[0019]有利地，對于光子平版印刷選擇光致抗蝕劑作為記錄介質(zhì)。該光致抗蝕劑能夠選擇性地去除處于已描畫狀態(tài)(負抗蝕劑)的地方，或者選擇性地去除未描畫狀態(tài)(正抗蝕劑)的地方。因此，能夠通過光致抗蝕劑構(gòu)成的、如此結(jié)構(gòu)化的掩膜在物理上或者化學上加工其上施加光致抗蝕劑的襯底，例如通過離子蝕刻或者濕化學蝕刻。通過這種方式，該結(jié)構(gòu)從記錄介質(zhì)轉(zhuǎn)移到襯底。除了光致蝕刻劑，例如相位改變介質(zhì)和熱激活介質(zhì)也合適作為記錄介質(zhì)。
[0020]在本發(fā)明的一種尤其有利的設(shè)計方案中，選擇由多個可單獨操控的光子源構(gòu)成的裝置。所述裝置尤其能夠設(shè)置在光柵寬度為10nm或者更小、優(yōu)選地50nm或者更小的光柵中。單個光子源對于低至20nm的尺寸是可用的。光柵能夠是一維的，例如沿著線條的點光柵，或者也能是二維的，例如網(wǎng)格狀的點光柵。每個單獨激活的光子源現(xiàn)在以由光子源發(fā)出的光子在空間上的概率分布來覆蓋記錄介質(zhì)，其中由激活的相鄰光子源引起的分布也能夠重疊。記錄介質(zhì)在總體上至少有所需閾值個光子到達的各處從未描畫狀態(tài)轉(zhuǎn)變成已描畫狀態(tài)。其尺寸采取點光柵的數(shù)量級的結(jié)構(gòu)能夠被直接敏感地描繪成如下指示:哪些光子源在光柵中激活多長和/或多頻繁。對于在物理上生產(chǎn)的裝置，能夠通過改變操控來寫入大量不同的結(jié)構(gòu)。因此，對結(jié)構(gòu)的匹配不再需要匹配硬件方式的掩膜，而是能夠通過在軟件方面改變操控來完成。
[0021]在本發(fā)明的一種尤其有利的設(shè)計方案中，運行每個光子源i的頻率和/或持續(xù)時間Xi確定為方程組的解，在所述方程組中在記錄介質(zhì)上和/或記錄介質(zhì)中每個位置k上照射的光子量Dk表達為貢獻dik(Xi)的總和，其使每個光子源i承擔該光子量Dk。在此，位于右側(cè)上的Dk由待傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)預先確定，其中連續(xù)的記錄介質(zhì)離散化成各個位置k。貢獻Clik(Xi)取決于光子源的輻射特征。原則上，實際寫入的結(jié)構(gòu)與預先確定的結(jié)構(gòu)的偏差一直是小的，原因在于由每個光子源發(fā)射的光子到達記錄介質(zhì)上和/或記錄介質(zhì)中的哪些位置的概率分布不是必須具有與待寫入的結(jié)構(gòu)相似的形式。然而因為這些概率分布重疊，所以能夠通過解方程組與最小化偏差一起使各個光子源的貢獻最佳化。
[0022]有利的是，貢獻dik(Xi)表達為Xi與從光子源i發(fā)射單獨光子到達記錄介質(zhì)上和/或記錄介質(zhì)中的位置k的概率pik的乘積。該方程組因此是線性的。在方程組的系數(shù)中插入各個光子源的輻射特征、其空間布置和用來將記錄介質(zhì)離散化為各個位置k的精細度。
[0023]在本發(fā)明的一種尤其有利的設(shè)計方案中，使光子源構(gòu)成的裝置處于η個相對于記錄介質(zhì)不同的位置。在方程組的方程中，Dk表達為貢獻dikp(Xip)的總和，其使每個光子源i在位置ρ=1...η承擔光子量Dk。例如η個位置能夠是如下點光柵的點，所述點光柵明顯比位置k的光柵精細，在這些位置k處預先確定待得到的光子量Dk。方程組的解是一組Xip，即對于每個光子源i是關(guān)于在哪個位置P激活所述光子源多長和/或多頻繁的精確指示。根據(jù)預先確定的、待傳輸進記錄介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)，在接連地將這些光子源設(shè)置在位置ρ=1...η的同時，啟動各個光子源的、播放的“燈光表演”。
[0024]通過這種方式也能傳輸如下結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)明顯小于光子源設(shè)置在其中的光柵。使光子源構(gòu)成的裝置相對于記錄介質(zhì)移位所能夠利用的精確度部分地轉(zhuǎn)換為所傳輸結(jié)構(gòu)的精確度。
[0025]具體說明部分
接著基于附圖來解釋本發(fā)明的主題，而沒有由此限制本發(fā)明的主題。附圖中: 圖1示出根據(jù)本發(fā)明方法的實施例。
[0026]圖2在矩陣中示出針對各個光子源的單獨操控的線路圖。
[0027]圖3示出光子源構(gòu)成的六邊形裝置的電子顯微鏡拍攝圖。
[0028]圖4示出來自圖3中示出的光子源的光發(fā)射的特征。
[0029]圖5示出椎體形式的單個光子源。
[0030]圖6示出圖5中示出的單個光子源集成在高頻結(jié)構(gòu)中。
[0031]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例。在襯底I上施加記錄介質(zhì)2，結(jié)構(gòu)待傳輸進所述記錄介質(zhì)中。為了傳輸該結(jié)構(gòu)，將具有多個單個光子源4的載體襯底3置于記錄介質(zhì)2附近。記錄介質(zhì)2現(xiàn)在只在如下源4的區(qū)域中從未描畫狀態(tài)切換到已描畫狀態(tài)，所述源被激活并且發(fā)射光線5。因此，不同的結(jié)構(gòu)能夠單單通過以不同的方式進行操控來寫入。在