在襯底上形成期望的圖案的方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明涉及在襯底形成期望的圖案(結構)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)以及具有期望的圖案(例如襯底上期望的圖案的傅里葉變換)的掩模。圖案化的掩模由以下方法制備，包括:提供具有允許原子束或分子束穿透的尺寸的開口的多孔起始掩模材料，并且通過填充掩模開口的部分從而對原子束或分子束變得不透明來在掩模上生成期望的圖案。本發(fā)明的方法可被用于制備導電電路結構(微芯片)或微機電系統(tǒng)(MEMS)或微米/納米射流結構或納米結構的表面，S卩，疏水或親水或反射/抗反射表面?！?br>背景技術：
】[0002]光刻(Iithography)可被分為兩個主要類別:無掩模光刻和掩模光刻?？稍诨谏涫?即:光蝕刻(photoIithography)或電子束光刻)的光刻和基于固體探針(掃描探針光刻)的光刻之間進行進一步區(qū)分。本發(fā)明涉及基于射束的掩模光刻。[0003]在這里相關的有兩種類型的光刻:接觸/近周邊光刻，其中所述掩模接觸或非常接近于待圖案化的表面，因此在掩模和光束間不發(fā)生衍射;或“正?！惫饪蹋湓O置的幾何結構對應于夫瑯和費衍射區(qū)，因此在掩模和射束間的衍射過程中產(chǎn)生圖案。根據(jù)所選擇的設置，所述圖案要么是掩模的直射影像(directimage)，要么是掩模的衍射圖案(等同于掩模的傅里葉變換)。[0004]對于接觸/近周邊光刻，圖案分辨率由掩模的最小特征尺寸決定。該類型光刻的問題為對于大批量生產(chǎn)過程，重復和快速地使掩模和表面彼此接近是復雜的。因此在需要大批量生產(chǎn)的半導體工業(yè)和其他地方，圖案幾乎總是通過衍射工藝產(chǎn)生。所使用的射束通常是光子束(激光)。電子束和離子束主要被用于無掩模光刻(尤其是為光蝕刻制造掩模)?；谠踊蚍肿拥募夹g目前為止還不能于商業(yè)基礎上競爭。[0005]假定圖案化射束是完全相干的，在夫瑯和費衍射區(qū)操作的基于射束的掩模光刻的最終分辨率極限通過瑞利判據(jù)或阿貝判據(jù)由所述圖案化射束的波長決定。更高分辨率方法的開發(fā)已經(jīng)持續(xù)進行多年。目前半導體工業(yè)中用于商業(yè)應用的技術現(xiàn)狀為大約20nm。下一代極端遠紫外(ExtremeUltraV1let)(EUV)光刻預期提供1nm或以下的分辨率。但是，這在光刻設備的生產(chǎn)中產(chǎn)生巨大的成本(一億美元或更多)，并且仍存在與尋找合適的掩模材料和耐受這樣高的光子能相關的嚴峻挑戰(zhàn)。[0006]對于用原子光刻作為光蝕刻的潛在替代方案，人們已經(jīng)追求了許多年。原子光刻的主要優(yōu)勢在于特定波長下原子的能量比相似波長下光子的能量小幾個數(shù)量級。這樣對于掩模材料和防護物質(resist)的需求就相當?shù)?。然而，到目前為止，對于產(chǎn)生用于原子光刻的掩模的基本原則已與用于光蝕刻的那些基本原則相似，其具有的額外的限制為用于原子光刻的掩模對于原子必須是部分透明的，因此不能被置于固體支撐結構上。這限制了分辨率。[0007]在1996年，F(xiàn)ujita等人(J.Fujita,M.Morinaga,T.Kishimoto，M.Yasuda，S.Matsui與F.Shimizu.Manipulat1nofanatomicbeambyacomputer-generatedhologram.Nature,380:691694,1996)證明了預先設定的圖案是如何通過使用二元、計算機生成的全息圖(待生成圖案的傅里葉變換)作為掩模(具有孔的2D膜)，由亞穩(wěn)的氖原子束可成像的。該參考文獻的圖1顯示出傅里葉全息圖背后的原理。[0008]根據(jù)Lohmann等人(AW.Lohmann與D.P.Paris.BinaryFraun-hoferHolograms,GeneratedbyComputer.AppliedOptics，6:17391748，1967)描述的二元全息圖的一般性理論，最大分辨率由最小的孔尺寸/最小的孔周期性決定。Fujita等人使用的全息掩模通過SiN膜的電子束光刻圖案化隨后是蝕刻來制備，掩模的圖像可見于Fujita等人的圖2。在實驗中，圖案通過氖原子的2D檢測記錄，但是原則上，它也可以在光刻工藝中被轉移至襯底上。[0009]根據(jù)上文所討論的，本發(fā)明的目的是提供用于基于射束光刻的，特別是基于原子束或分子束光刻的合適的掩模及其制造方法，所述掩模在現(xiàn)有技術中未被描述過，其具有擁有維度的圖案，所述掩膜能夠通過使用原子束或分子束，尤其是通過在夫瑯和費衍射區(qū)操作，在感興趣的襯底上形成圖案(結構)。合意地，掩模上圖案的維度這樣的:具有從埃到納米范圍內(nèi)的維度的圖案(結構)可形成于感興趣的襯底上，例如基于半導體的襯底上。[0010]發(fā)明概述[0011]上述目的通過在襯底上形成期望的圖案的方法解決，所述方法包括的步驟為:[0012]a)產(chǎn)生原子束或分子束；[0013]b)提供具有期望的圖案的掩模；[0014]c)引導原子束或分子束通過圖案化的掩模至襯底上，據(jù)此通過與穿透掩模的部分原子束或分子束相互作用在襯底上形成圖案，所形成的圖案基于掩模的圖案；[0015]其中，圖案化的掩模通過包含以下步驟的方法制備:[0016]d)提供多孔起始掩模材料，其具有允許原子束或分子束穿透的尺寸的開口；[0017]e)通過填充掩模的部分開口從而對原子束或分子束變得不透明來在掩模上生成期望的圖案。[0018]本文所描述的方法中，掩模的期望圖案化通過閉塞多孔起始掩模材料的部分孔、開口或通道實現(xiàn)。因此術語“填充”意在被廣義地解釋為同時涵蓋阻塞(無論部分或完全)和覆蓋掩模材料中的孔、開口或通道。[0019]本發(fā)明優(yōu)選的實施方案公開于所附權利要求中。[0020]發(fā)明詳述[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，步驟(a)中產(chǎn)生的原子束或分子束包含以下的一種:He原子或任意其他惰性氣體原子(如K.K.Berggren,A.Bard，J.LWilbur，J.D.GiIIaspy,A.Helg,J.J.Mcclelland,S.L.Rolston,ff.D.Phillips1M.Prentiss,G.M.Whitesides.MicroIithographybyusingneutral,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與M.Prentiss:NanoIithographywithmetastableneonatoms:Enhancedrateofcontaminat1nresistformat1nfornanostructurefabricat1n.Appl.Phys.Lett.,71:1427,1997；P.Engels,S.Salewski,H.Levsen,KSengstock-^ff.Ertmer:AtomLithographywithacold,metastableneonbeam.Appl.Phys.B.,69:407,1999中討論的)，尤其是亞穩(wěn)的惰性氣體原子、喊金屬(如]/[.1(11618，卩.1^8011，0.Haubrich,D.Meschede,S.Nowak，T.Pfau，J.Mlynek:Patterngenerat1nwithcesiumatomicbeamsatnanometer80已168.厶卩卩1.卩1178.13.，63:649，1996中討論的)、喊土金屬(^四.厶1'；[111011(10:1^86『controllednanodeposit1nofneutralatoms.Appl.Surf.Sci.，248:167，2005中討論的)和第111族元素(如A.Camposeu,0.Marago,B.Faz1,B.Kloeter,D.Meschede,U.Rasbach,C.ffeber-^jE.Arimondo:Resist~assistedatomlithographywithgroupIII616!1161^_。1.?115^.13.85:487，2006中討論的)或高能的、中性原子，尤其是氧原子或氮原子(如US-A-2007/0114207以及E.A.Akhadov，D.E.Read，A.H.Mueller，J.Murray與M.A.Hoffbauer:1nnovativeapproachtonanoscaledevicefabricat1nand1w-temperaturen當前第1頁1 2 3 4